CN109922941B - 三维造形装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种三维造形装置，其中，可在不设置支承部的情况下，或在以少的支承部而对造形件进行成形，对于复杂的形状，也可高速地成形，并且干净地对表面进行成形。三维造形装置(1)包括：喷射头(2)，其从喷嘴(2a)而对具有流动性的坯料进行喷射；造成物成形用的造形台(3)；直线运动机构(5)；旋转单元(6)。直线运动机构(5)相对喷射头(2)，使造形台(3)在正交的3轴方向运动。旋转单元(6)相对喷射头(2)，使造形台(3)倾斜。通过借助直线运动机构(5)和旋转单元(6)改变喷射头(2)和造形台(3)的相对位置的同时，重复进行使从喷嘴(2a)而喷射的坯料在造形台(3)上固化的动作，对已固化的坯料呈叠层状重合而制作的造形件进行成形。

Description

三维造形装置

相关申请

本申请要求申请日为2016年10月28日、申请号为JP特愿2016－211263的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及一种三维造形装置，其从喷嘴而喷射坯料，使其固化，对其进行堆叠，由此，对任意的造形件进行成形。

背景技术

作为三维造形方式，包括每次一层地叠摞热融的树脂，对其进行成形的热融解叠层方式(比如，专利文献1)；以及喷射液态的紫外线固化树脂，对它们照射紫外线，使其固化的喷墨方式(比如，专利文献2)。除了这些方式以外，还包括光造形方式、粉末烧结方式、粉末石膏造形方式等。这些造形方式均将从喷嘴而排出的坯料相对水平面，在1个方向(主要是垂直方向)进行堆叠，进行三维造形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2015－147414号公报

专利文献2：JP特开2005－059289号公报

发明内容

发明要解决的课题

在过去的三维造形装置中，即使在造形方式为上述各三维造形方式中的任意者的情况下，在造形件具有突出的部分的场合，仍必须要求按照在成形中不形状破坏的方式在已突出的部分的下侧设置支承部。造形件的形状越复杂，必须要求越多的支承部。在设置支承部的场合，必须要求在造形后去除支承部的作业。另外，还具有去除了支承部的痕迹的表面粗糙的问题。另外，由于支承部在成形结束后废弃，故不仅成本增加，而且还在环境方面，仍不优选。

本发明的目的在于提供一种三维造形装置，其中，可在不设置支承部的情况下，或在以少的支承部而对造形件进行成形，对于复杂的形状，也可高速地成形，并且干净地对表面进行成形。

用于解决课题的技术方案

本发明的三维造形装置通过下述方式对已固化的坯料呈叠层状重合而制作的造形件进行成形，该方式为：在改变喷射头和造形台的相对位置的同时，反复地进行从喷射头的喷嘴而喷射具有流动性的坯料，使其在造形台上固化的动作，该三维造形装置包括：直线运动机构，该直线运动机构相对上述喷射头，使上述造形台在正交的3轴方向而相对运动；旋转单元，该旋转单元相对上述喷射头，使上述造形台相对倾斜。

按照该方案，通过直线运动机构，相对喷射头使造形台在正交的3轴方向而运动，并且在通过旋转单元，相对喷射头使造形台旋转的同时，将坯料从喷射头的喷嘴而喷射。已喷射的坯料在造形台上固化。调整造形台相对喷射头的位置和角度，呈叠层状而堆叠已固化的坯料，由此，对规定的形状的造形件进行成形。

由于设置相对喷射头使造形台以1个以上的旋转自由度而旋转的旋转单元，故不仅在水平地设置的造形台上堆叠坯料，对造形件进行成形，而且可在倾斜的造形台上堆叠坯料，对造成物进行成形。比如，在造形件具有突出的部分的场合，按照相对该突出的方向，作为造形台中的对造形件进行成形的面的造形面正交的方式，通过旋转单元使造形台倾斜，由此可在突出的方向堆叠坯料。如果在突出的方向堆叠坯料，由于在成形中形状难以破坏，故支承突出的部分用的支承部是不需要的，或支承部少即可。其结果是，支承部的去除作业是不需要的，或可大幅度地缩短去除作业的时间。另外，可大幅度地消除去除支承部的痕迹的表面粗糙的情况。

另外，与如垂直多关节机器人、水平多关节机器人那样，采用通过旋转机构的组合而高速地在宽的范围动作的机构的三维造形装置不同，在本方案的场合，由于通过直线运动机构而进行直线运动、通过旋转单元而进行旋转运动，故可在三维造形装置的整体的动作的无用的动作少的情况下顺利地进行动作。由此，三维造形装置为紧凑的结构，可缩短造形时间，另外即使在复杂的形状的造形件的造时的情况下，仍可顺利地动作。

另外，由于通过旋转单元，造形台运动的方向与通过直线运动机构而使旋转单元运动的方向基本相同，故可缩短直线运动机构的行程。由此，可减小三维造形装置的整体的水平方向的尺寸。

在本发明中，上述旋转单元也可包括2个旋转自由度。如果旋转单元具有2个旋转自由度，则可相对喷射头，使造形台不仅在一个方向，而且在圆周的全部的方向倾斜。由此，可对在圆周的各个方向突出的部分进行成形，可对形状复杂的造形件进行成形。

上述旋转单元也可为2个旋转自由度的连杆促动装置。该连杆促动装置为下述的结构，其中，前端侧的连杆枢毂相对基端侧的连杆枢毂经由3组以上的连杆机构以其姿势可变更的方式连接，上述各连杆机构包括基端侧和前端侧的端部连杆部件与中间连杆部件，在基端侧和前端侧的端部连杆部件中，其一端分别以可旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂和前端侧的连杆枢毂上，在该中间连杆部件中，其两端分别以可旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件中的另一端上，在上述3组以上的连杆机构中的2组以上的连杆机构中设置姿势控制用促动器，该姿势控制用促动器任意地变更上述前端侧的连杆枢毂相对上述基端侧的连杆枢毂的姿势。另外，在上述前端侧的连杆枢毂上设置上述造形台。

连杆促动装置通过基端侧的连杆枢毂、前端侧的连杆枢毂以及3组以上的连杆机构构成两自由度机构，该两自由度机构相对基端侧的连杆枢毂，使前端侧的连杆枢毂围绕正交的2轴而自由旋转。该两自由度机构在紧凑的同时，扩大前端侧的连杆枢毂的活动范围。另外，连杆促动装置可在活动范围内，进行不具有特异点的顺利的动作。

如果旋转单元采用上述连杆促动装置，则得到下述的优点。

·由于可将姿势控制用的促动器全部地设置于连杆促动装置的固定侧，故包括造形台的活动部的重量轻，可高速地变更造形台的姿势。

·由于连杆促动装置可紧凑地构成，故可紧凑地构成三维造形装置。

·由于连杆促动装置具有宽的活动范围，故可在造形台上，从各个方向而堆叠坯料。即，在假定其中心位于造形台的造形面上的假想的球面的场合，可从该假想的球面中的造形面侧的半球的全部的方向喷射坯料，可在造形台上堆叠坯料。

·由于连杆促动装置可在各种的方向进行顺利的动作，故复杂的形状的造形件也干净地成形。

还可在本发明中，上述喷射头的位置和姿势固定，并且上述造形台按照作为对上述造形件进行成形的面的造形面向上的方式设置于上述旋转单元上，该旋转单元装载于上述直线运动机构上。如果喷射头的位置和姿势固定，由于可固定运送坯料的管，故可从喷射头的喷嘴稳定地喷射坯料。另外，如果造形面朝上，则容易在造形台上堆叠坯料。

还可这样形成，即，作为上述旋转单元的连杆促动装置按照相对于基端侧的连杆枢毂将前端侧的连杆枢毂位于下侧的方式设置，上述造形台设置于上述3组以上的连杆机构的内侧空间中，上述喷射头的一部分或全部穿过开设于基端侧的连杆枢毂中的通孔，插入上述内侧空间。按照该方案，由于喷射头和造形台的相对移动范围窄，故只能对较小的类型进行成形，但是，由于直线运动机构的各轴的行程小，故三维造形装置的整体紧凑。由此，成本降低。

本发明的三维造形装置也可为通过热融解叠层方式而对造形件进行成形的方式。热融解叠层方式为每次一层地使热融的树脂叠摞而对其进行成形的方法。由于像这样而成形，不必要求将造形台浸泡于液剂中，可在使树脂固化的同时，从各个方向，堆叠坯料。由此，热融解叠层方式适合于即使在各种的造形方式中，仍用于本发明的三维造形装置的场合。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为本发明的第1实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图；

图2A为该三维造形装置的旋转单元的主视图；

图2B为该三维造形装置的旋转单元的侧视图；

图3A为表示造形件的一个例子的图；

图3B为通过已有的造形方法而对该造形件进行成形的场合的成形中途的造形件的图；

图4为表示采用图1的三维造形装置而进行的造形方法的流程1的说明图；

图5为表示该造形方法的流程2的说明图；

图6为表示该造形方法的流程3的说明图；

图7为表示该造形方法的流程4的说明图；

图8为表示该造形方法的流程5的说明图；

图9为表示该造形方法的流程6的说明图；

图10为表示本发明的第2实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图；

图11为通过剖面而表示作为该三维造形装置的旋转单元的连杆促动装置的一部分的主视图；

图12为表示该连杆促动装置的平行连杆机构的一个状态的图；

图13为表示该平行连杆机构的不同状态的图；

图14为沿图11中的XIV—XIV线的剖视图；

图15为通过直线而表示该连杆促动装置的1个连杆机构的图；

图16为表示本发明的第3实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图；

图17为表示本发明的第4实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图；

图18为表示本发明的第5实施方式的三维造形装置的一个状态的外观结构的主视图；

图19为表示该三维造形装置的另一状态的外观结构的主视图；

图20为省略作为三维造形装置的旋转单元的连杆促动装置的一部分的主视图；

图21A为沿图20中的XXIA—XXIA线的剖视图；

图21B为其局部的放大图；

图22为表示本发明的第6实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图；

具体实施方式

根据附图，对本发明的实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1为表示第1实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图。该三维造形装置1为通过热融解叠层方式而对造形件进行成形的装置，其从喷射头2的喷嘴2a而喷射通过热量而融解，具有流动性的坯料，使其在造形台3上固化。在改变喷射头2和造形台3的相对位置的同时，反复地进行该动作，由此，对已固化的坯料呈叠层状重合而形成的造形件进行成形。坯料采用比如热融的性质的树脂。

三维造形装置1包括带有支腿、正面形状为长方形的箱型的支架4。在该支架4的下部，设置可在正交的3个轴方向而运动的直线运动机构5。在直线运动机构5中，装载有1个自由度的旋转单元6。另外，在旋转单元6中设置上述造形台3。

在支架4的顶面部4a上，经由头固定部件7而固定有上述喷射头2。喷射头2通过螺栓等而固定于顶面部4a上，其可相对顶面部4a而脱开到上方。另外，在支架4的顶面部4a的顶面上，设置作为造形件的模型材料的坯料进入的坯料罐8。此外，该坯料罐8和喷射头2经由坯料供给管9而连接。坯料供给管9为将坯料罐8内的坯料送给喷射头2的管。坯料罐8既可设置于支架4的内侧，也可独立于三维造形装置1而设置。

上述直线运动机构5由Z轴直线运动部11、X轴直线运动部12与Y轴直线运动部13构成，该Z轴直线运动部11可沿上下方向(Z轴方向)而运动，该X轴直线运动部12可沿左右方向(X轴方向)而运动，该Y轴直线运动部13可沿前后方向(Y轴方向)而运动。各直线运动部11、12、13相互连接，直线运动机构5构成单元。

Z轴直线运动部11为采用滚珠丝杠机构的结构。即，在从支架4的底面部4b而向上方延伸的多个轴15上，经由线性衬套16，以可升降的方式对Z轴台17进行导向。各轴15通过轴支承部件18支承于支架4的底面部4b上。Z轴台17为在左右方向较长的平板状。另外，在支架4的底面部4b上安装有电动机19，通过该电动机19而旋转的螺杆20与上述轴15平行地在上方延伸。螺杆20通过轴承单元21而自由旋转地支承。另外，在螺杆20上螺合有设置在Z轴台17上的螺母22。如果采用该方案，则通过借助电动机19而使螺杆20旋转，Z轴台17在由各轴15导向的同时进行升降。

X轴直线运动部12由设置于Z轴台17上的直线运动促动器构成，通过电动机23的驱动，X轴台24在左右方向(X轴方向)进退。Y轴直线运动部13由设置于X轴台24上的直线运动促动器构成，通过电动机(在图中没有示出)的驱动，Y轴台25在前后方向(Y轴方向)进退。Y轴台25为直线运动机构5的输出部。另外，在Y轴台25上设置上述旋转单元6。

图2A，图2B为旋转单元6的主视图和侧视图。在旋转单元6中，在Y轴台25(图1)上固定有电动机固定部件27，在该电动机固定部件27上安装电动机28。电动机固定部件27的侧面形状为L形，其一条边27a固定于Y轴台25(图1)上，在其另一条边27b上安装电动机28。电动机28的输出轴28a在前后方向延伸，在该输出轴28a上，经由连接部件29安装有造形台3。

对该三维造形装置1的作用进行说明。按照该三维造形装置1，通过直线运动机构5，相对喷射头2使造形台3在正交的3个轴方向而运动，并且通过旋转单元6，相对喷射头2使造形台3旋转，与此同时，从喷射头2的喷嘴2a喷射坯料。已喷射的坯料在造形台3上固化，该固化后的坯料呈叠层状而堆叠，由此对造形件进行成形。直线运动机构5、旋转单元6以及喷射头2按照相互联系而动作的方式通过在图中没有示出的控制器而进行控制。

以对图3A所示的形状的造形件M进行成形的场合为例子，具体地对造成方法进行说明。另外，造形件M的进深方向的厚度是一定的。

首先，像图4所示的流程1那样，按照造形台3处于水平状态，该造形台3的造形面3a位于喷射头2的喷嘴2a的正下方的方式，通过直线运动机构5进行位置调整。造形面3a为对造形件进行成形的面，在本例子中，为顶面。另外，在对应于目标的造形件的形状，在前后方向而使造形台3运动的同时，从喷嘴2a喷射坯料。通过在每次稍稍地下移造形台3的同时，反复地进行该动作，像图5所示的流程2那样，在造形台3上，按照造形件M的A部(参照图3A)的形状堆叠坯料。由于喷射头2的位置和姿势固定，坯料供给管9固定，故可从喷射头2的喷嘴2a，稳定地喷射坯料。

在坯料固化后，像图6所示的流程3那样，使造形台3沿顺时针的方向旋转90°，并且将造形台3定位于垂直方向。接着，与上述场合相同，通过在进行造形台3的水平移动和下降的同时，从喷射头2的喷嘴2a喷射坯料，像图7所示的流程4那样，对造形件M的B部(参照图3)进行成形。

在坯料固化后，像8所示的流程5那样，使造形台3沿逆时针的方向旋转135°，并且使造形台3处于倾斜45°的姿势，而且将造形台3定位于垂直方向。接着，与上述场合相同，通过在进行造形台3的水平移动和下降的同时，从喷嘴2a喷射坯料，像图9所示的流程6那样，对造形件M的C部(参照图3)进行成形。由此，制作图3A所示的造形件M。

像上述那样，通过热融解叠层方式，对造形件进行成形。由于热融解叠层方式为每次一层地将热融的树脂叠摞起来而成形的方法，故不必要求将造形台3浸泡于液体剂等中，可在使树脂固化的同时，从各个方向堆叠坯料。由此，热融解叠层方式适合于下述的场合，在该场合中，即使在各种的造形方式中，仍适用于三维造形装置。

在该三维造形装置1中，设置旋转单元6，该旋转单元6相对喷射头2，使造形台3旋转，故不仅可在水平面上堆叠坯料，对造形件进行成形，而且可相对倾斜的平面，堆叠坯料，对造形件进行成形。由此，在像图3(A)所示的那样，造形件M具有突出的部分(B部，C部)的场合，可制作与该突出的方向相正交的平面，通过旋转单元6使造形台3倾斜，在相对该制作的平面而突出的方向重合坯料。

在采用过去的装置，对图3(A)的造形件M进行成形的场合，必须按照在造形中突出的部分(B部，C部)的形状不破坏的方式，像图3B所示的那样，在突出的部分的下部，设置支承部(D部，E部)，进行成形。之后将支承部去除。相对该情况，在采用本发明的三维造形装置1的场合，通过在突出的方向对坯料进行堆叠，由于在造形中形状难以破坏，故支承部是不需要的，或者少量的支承部便可。其结果是，支承部的去除作业是不需要的，或者可大幅度地缩短去除作业的时间。另外，可大幅度地消除去除支承部后的痕迹的表面粗糙的情况。

另外，不同于像垂直多关节机器人、水平多关节机器人那样，采用通过旋转机构的组合而高速地在宽的范围动作的机构的三维造形装置，在本方案的场合，由于通过直线运动机构5而进行直线运动，通过旋转单元6而进行旋转运动，故可在三维造形装置1的整体的动作的无用的动作少的情况下顺利地进行动作。由此，三维造形装置1为紧凑的结构，可缩短造形时间，另外即使在复杂的形状的造形件的造时的情况下，仍可顺利地动作。

另外，由于通过旋转单元6，造形台3运动的方向与通过直线运动机构5而使旋转单元6运动的方向基本相同，故可缩短直线运动机构5的X轴直线运动部12和Y轴直线运动部13的行程。由此，可减小三维造形装置1的整体的水平方向的尺寸。

(第2实施方式)

图10为表示第2实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图。该三维造形装置1中的旋转单元6由2个自由度的连杆促动装置L构成。其它的方面与上述第1实施方式相同。关于结构与第1实施方式相同的部位，采用同一标号而表示，省略对其的说明。

像图11所示的那样，连杆促动装置L由平行连杆机构30与多个姿势控制用促动器31构成，该多个姿势控制用促动器31使该平行连杆机构30动作。图12和图13为仅仅取出平行连杆机构30而表示的立体图，表示相互不同的状态。像图11～图13所示的那样，在平行连杆机构30中，在基端侧的连杆枢毂32上，经由3组的连杆机构34而以其姿势可变更的方式连接前端侧的连杆枢毂33。另外，在图11中，仅仅示出1组的连杆机构34。连杆机构34的数量也可为4组以上。

各连杆机构34由基端侧的端部连杆部件35、前端侧的端部连杆部件36与中间连杆部件37构成，构成由4个旋转运动副构成的4节连锁的连杆机构。基端侧和前端侧的端部连杆部件35、36呈L字形，其一端分别自由旋转地连接于基端侧的连杆枢毂32和前端侧的连杆枢毂33上。在中间连杆部件37的两端上，分别自由旋转地连接基端侧和前端侧的端部连杆部件35、36的另一端。

平行连杆机构30为将2个球面连杆机构组合而形成的结构，连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36和中间连杆部件37的各旋转运动副的中心轴于基端侧和前端侧，在相应的球面连杆中心PA、PB(图11)处交叉。另外，在基端侧和前端侧，连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36的各旋转运动副与距相应的球面连杆中心PA、PB的距离也相同，端部连杆部件35、36和中间连杆部件37的各旋转运动副和距相应的球面连杆中心PA、PB的距离也相同。端部连杆部件35、36和中间连杆部件37的各旋转运动副的中心轴既可具有某交叉角γ(图11)，也可是平行的。

图14为沿图11中的XIV—XIV线的剖视图，在该图中，示出基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35的各旋转运动副的中心轴O1、与中间连杆部件37和基端侧的端部连杆部件35的各旋转运动副的中心轴O2、以及与基端侧的球面连杆中心PA的关系。即，中心轴O1和中心轴O2相交叉的点为球面连杆中心PA。前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36的形状和位置关系也与图14相同(在图中没有示出)。在图的例子中，连杆枢毂32(33)和端部连杆部件35(36)的各旋转运动副的中心轴O1、与端部连杆部件35(36)和中间连杆部件37的各旋转运动副的中心轴O2之间的角度α为90°，但是，上述角度α也可为90°以外的角度。

3组的连杆机构34从几何学方面呈同一形状。从几何学方面呈同一形状指像图15所示的那样，通过直线而表示各连杆部件35、36、37的几何学模型，即，通过各旋转运动副、与将旋转运动副之间连接的直线而表示的模型，为中间连杆部件37中的相对其中间部的基端侧部分和前端侧部分为对称的形状。图15为通过直线而表示一组连杆机构34的图。该第2实施方式的平行连杆机构30为旋转对称类型，基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35，与前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36的位置关系形成相对中间连杆部件37的中心线C而旋转对称的位置结构。各中间连杆部件37的中间部位于共同的轨道圆D上。

通过基端侧的连杆枢毂32和前端侧的连杆枢毂33与3组的连杆机构34，构成相对基端侧的连杆枢毂32，前端侧的连杆枢毂33围绕正交的2个轴而自由旋转的两自由度机构。换言之，形成相对基端侧的连杆枢毂32，以旋转为2个自由度的方式使前端侧的连杆枢毂33的姿势自由变更的机构。该两自由度机构在紧凑的同时，使前端侧的连杆枢毂33相对基端侧的连杆枢毂32的可活动范围扩大。

在比如通过球面连杆PA、PB与连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36的各旋转运动副的中心轴O1(图14)相垂直地交叉的直线为连杆枢毂32、33的中心轴QA、QB的场合，可使基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA和前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB的折角θ(图15)的最大值约为±90°。另外，可将前端侧的连杆枢毂33相对基端侧的连杆枢毂32的回转角φ(图15)设定在0°～360°的范围内。折角θ为相对基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB倾斜的垂直角度，回转角φ为相对基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB倾斜的水平角度。

前端侧的连杆枢毂33相对基端侧的连杆枢毂32的姿势变更以基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA和前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB的交点O为旋转中心而进行。图12表示基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA和前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB位于同一线上的原点位置的状态，图13表示相对基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA，前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB取某动作角的状态。即使在姿势变化的情况下，基端侧和前端侧的球面连杆中心PA、PB之间的距离l(图15)没有变化。

在各连杆机构34满足下述的各条件(条件1～5)的场合，从几何学对称性来说，基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35、与前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36相同地动作。于是，平行连杆机构30在从基端侧向前端侧的旋转传递的场合，用作基端侧和前端侧为相同的旋转角，等速地旋转的等速旋转接头。

条件1：各连杆机构34中的连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36的旋转运动副的中心轴O1的角度和长度相互相等。

条件2：连杆枢毂32、33和端部连杆部件35、36的旋转运动副的中心轴O1和端部连杆部件35、36与中间连杆部件37的旋转运动副的中心轴O2在基端侧和前端侧，于球面连杆中心PA、PB处交叉。

条件3：基端侧的端部连杆部件35和前端侧的端部连杆部件36的几何学的形状相等。

条件4：中间连杆部件37中的基端侧部分和前端侧的几何学形状相等。

条件5：相对中间连杆部件37的对称面，中间连杆部件37和端部连杆部件35、36的角度位置关系在基端侧和前端侧相同。

像图11～图13所示的那样，基端侧的连杆枢毂32由基端部件40、与3个旋转轴连接部件41构成，该3个旋转轴连接部件41一体地设置于该基端部件40上。像图14所示的那样，基端部件40在其中间部具有圆形的通孔40a，在该通孔40a的周围，在圆周方向等间隔地设置3个旋转轴连接部件41。通孔40a的中心位于基端侧的连杆枢毂42的中心轴QA(图11)上。在各旋转轴连接部件41上，自由旋转地连接有其轴心与基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA相交叉的旋转轴42。在该旋转轴42上，连接基端侧的端部连杆部件35的一端。

像图14所示的那样，旋转轴42经由2个轴承43，自由旋转地支承于旋转轴连接部件41上。轴承43为比如深槽滚珠轴承、角接触滚珠轴承等的滚珠轴承。这些轴承43以嵌合状态而设置于设置在旋转轴连接部件41上的内径孔44中，通过压配合、粘接、紧压等的方法而固定。设置于其它的旋转运动副部上的轴承的种类和设置方法也相同。

另外，在旋转轴42上，按照与该旋转轴42一体地旋转的方式，连接有基端侧的端部连杆部件35的一端和后述的扇形的伞齿轮45。具体来说，于基端侧的端部连杆部件35的一端形成缺口部46，在作为该缺口部46的两侧部分的内外的旋转轴支承部47、48之间设置旋转轴连接部件41。伞齿轮45以与内侧的旋转轴支承部47的内侧面抵接的方式设置。另外，旋转轴42从内侧依次而穿过形成于伞齿轮45中的通孔、形成于内侧的旋转轴支承部47中的通孔形成于轴承43的内圈、外侧的旋转轴支承部48中的通孔，通过旋转轴42的头部42a和与旋转轴42的螺纹部42b螺合的螺母50，分别夹持伞齿轮45、内外的旋转轴支承部47、48与轴承43的内圈，将它们相互连接。形成下述的结构，其中，在内外的旋转轴支承部47、48与轴承43之间，夹设有间隔件51、52，在螺接螺母50时，对轴承43施加预压。

在基端侧的端部连杆部件35的另一端连接旋转轴55，该旋转轴55经由2个轴承53，自由旋转地连接于中间连杆部件37的一端。具体来说，在基端侧的端部连杆部件35的另一端形成缺口部56，在作为该缺口部56的两侧部分的内外的旋转轴支承部57、58之间设置中间连杆部件37的一端。另外，旋转轴55从外侧依次而穿过形成于外侧旋转轴支承部58中的通孔、形成于轴承53的内圈、内侧的旋转轴支承部47中的通孔，通过旋转轴55的头部55a和与旋转轴55的螺纹部55b螺合的螺母60，分别夹持内外的旋转轴支承部57、58、与轴承53的内圈，将它们相互连接。形成下述的结构，其中，在内外的旋转轴支承部57、58与轴承53之间夹设有间隔件61、62，在螺接螺母60时，对轴承53施加预压。

像图12、图13所示的那样，前端侧的连杆枢毂33由前端部件70、与以在圆周方向均等配置的方式设置于该前端部件70的内面上的3个旋转轴连接部件71构成。设置各转轴连接部件71的圆周的中心位于前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB上。在各旋转轴连接部件71中，自由旋转地连接其轴心与连杆枢中心轴QB交叉的旋转轴73。在该前端侧的连杆枢毂33的旋转轴73上，连接前端侧的端部连杆部件36的一端。在前端侧的端部连杆部件36的另一端，连接旋转轴75，该旋转轴75自由旋转地连接于中间连杆部件37的另一端。前端侧的连杆枢毂33的旋转轴73和中间连杆部件37的旋转轴75也为与上述旋转轴42、55相同的形状，并且经由2个轴承(在图中没有示出)，分别自由旋转地连接于旋转轴连接部件71和中间连杆部件37的另一端上。

像图11所示的那样，对于平行连杆机构30，通过将基端部件40经由多个接头81与基座部件80连接，将其设置于作为直线运动机构5的输出部的Y轴台25上。在基端部件40的外周缘和基座部件80的外周缘之间安装外罩82，基端部件40和基座部件80之间构成与外部隔开的遮蔽空间83。

使平行连杆机构30动作的姿势控制用促动器31设置于遮蔽空间83中，设置于上述基端部件40上。姿势控制用促动器31的数量为与连杆机构34相同的3个。姿势控制用促动器31由电动机等的旋转促动器构成，安装于该旋转轴输出轴31a上的上述伞齿轮76和安装于基端侧的连杆枢毂32的旋转轴42上的伞齿轮45啮合。通过伞齿轮76和扇形的伞齿轮45，构成轴正交型的减速器77。也可采用不是伞齿轮的其它的机构(比如，蜗杆机构)，构成轴正交型的减速器。

另外，在本例子中，设置其数量与连杆机构34相同的姿势控制用促动器31，但是，如果在3组的连杆机构34中的至少2组中，设置姿势控制用促动器31，则可确定前端侧的连杆枢毂33相对基端侧的连杆枢毂32的姿势。

连杆促动装置L通过旋转驱动各姿势控制用促动器31，使平行连杆机构30动作。具体来说，如果旋转驱动各姿势控制用促动器31，则该旋转的速度经由轴正交型的减速器77而减小，然后该旋转传递给旋转轴42，变更基端侧的端部连杆部件35相对基端侧的连杆枢毂32的角度。由此，确定前端侧的连杆枢毂33相对基端侧的连杆枢毂32的位置和姿势。

如果像本第2实施方式那样，旋转单元6采用连杆促动装置L，则获得下述的优点。

·由于可将姿势控制用促动器31全部地设置于连杆促动装置L的固定侧，故包括造形台3的活动部的重量变轻，可高速地变更造形台3的姿势。

·由于连杆促动装置L可紧凑地构成，故可紧凑地构成三维造形装置1。

·由于连杆促动装置L具有宽的活动范围，故可在造形台3中，从各种的角度而堆叠坯料。即，在假定其中心位于造形台3的造形面3a上的假想的球面的场合，可从该假想的球面中的造形面3a侧的半球的全部的方向而喷射坯料，在造形台3上堆叠坯料。

·由于在连杆促动装置L中，在各个方向可进行顺利的动作，故复杂的形状的造形件也干净地成形。

(第3实施方式)

图16为表示第3实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图。该三维造形装置1与第2实施方式相同，旋转单元6由连杆促动装置L构成。直线运动机构5的结构不同于第2实施方式。其它的方面与第2实施方式相同。对于其结构与第2实施方式相同的部位，采用同一标号而表示，省略对其的说明。

第3实施方式的直线运动机构5也与第2实施方式相同，包括Z轴直线运动部11和X轴直线运动部12与Y轴直线运动部13，而各直线运动部11～13的配置不同于第2实施方式。即，在支架4的底面部4b上设置X轴直线运动部12，在X轴直线运动部12的X轴台24上设置Y轴直线运动部13，在该Y轴直线运动部13的Y轴台25上经由托架85而设置Z轴直线运动部11。Z轴直线运动部11不是像第2实施方式那样，采用滚珠丝杠的结构，而由直线运动促动器构成。在第3实施方式的场合，Z轴直线运动部11的Z轴台17为直线运动机构5的输出部，在作为该输出部的Z轴台17上经由旋转单元设置部件86，设置旋转单元6。第3实施方式也与第2实施方式相同地动作，获得相同的作用、效果。

(第4实施方式)

图17为表示第4实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图。在该三维造形装置1中，直线运动机构5由可在沿水平面的正交的2轴方向而运动的水平面直线运动机构部5a、与可在竖直方向而运动的上下直线运动机构部5b构成。水平面直线运动机构部5a设置于支架4的中间板87上，按照由X轴直线运动部12和Y轴直线运动部13组合的方式构成。中间板87呈水平状而设置于支架4的上下中间部。另外，上下直线运动机构部5b由设置于支架4的底面部4b上的Z轴直线运动部11构成。Z轴直线运动部11与第2实施方式相同，为采用滚珠丝杠机构的结构。

在该三维造形装置1中，在作为水平面直线运动机构部5a的输出部的Y轴台25上设置头安装部件88，在该头安装部件88上，通过头固定部件89而固定有喷射头2。另外，在作为上下直线运动机构部5b的Z轴直线运动部11的Z轴台17上装载旋转单元6，在该旋转单元6上，按照造形面3a朝上的方式设置造形台3。旋转单元6由连杆促动装置L构成。

(第5实施方式)

图18，图19为表示第5实施方式的三维造形装置的一个状态的外观结构的主视图，表示相互不同的状态。该三维造形装置1与第2～第4实施方式的区别在于：作为旋转单元6的连杆促动装置L2按照相对于基端侧的连杆枢毂32，前端侧的连杆枢毂33位于下侧的方式设置，在3组的连杆机构34的内侧空间S中设置造形台3。

具体来说，在支架4的上下中间部固定有水平状的中间板90，在该中间板90上，以上下逆向姿势而设置连杆促动装置L2。另外，中间板90像在后而描述的那样，构成连杆促动装置L2的一部分。另外，在前端侧的连杆枢毂33的前端部件70的顶面上设置造形台固定部件91，在该造形台固定部件91上固定有造形台3。造形台3位于上述内侧空间S中。

另外，在上述中间板90上设置可在正交3轴方向而运动的直线运动机构5，在作为该直线运动机构5的输出部的Z轴台17上设置喷射头2。具体来说，在Z轴台17上设置头安装部件92，通过头固定部件92，将喷射头2固定于头安装部件92上。喷射头2通过开设于中间板90中的通孔90a，从上方而插入内侧空间S。

按照该方案，由于喷射头2和造形台3的相对移动范围窄，故只能对小的类型进行成形，但是，由于直线运动机构5的各直线运动部11、12、13的行程短，可使三维造形装置1的整体紧凑。由此，成本降低。在图18，图19的例子中，在3轴方向，通过直线移动机构5移动喷射头2，但是，既可针对每个连杆促动装置L2，在正交的3轴方向而移动造形台3，另外还可移动喷射头2和造形台3的两者。

该第5实施方式的连杆促动装置L2也为基本与第2～第4实施方式的连杆促动装置L相同的结构，但是，包括驱动机构的一部分的结构不同。在下面，对该第5实施方式的连杆促动装置L2中的其结构不同于第2～第4实施方式的连杆促动装置L的部位进行说明。

图20为省略连杆促动装置L2的一部分的主视图，图21A为沿图20中的XXIA—XXIA线的剖视图，图21B为其局部的放大图。基端侧的连杆枢毂32由上述中间板90和与该中间板90一体地设置的3个旋转轴连接部件101构成。在中间板90的中间部，具有圆形的上述通孔90a，在该通孔90a的周围，于圆周方向等间隔地设置3个旋转轴连接部件101。通孔90a的中心位于基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA上。在各旋转轴连接部件101上，自由旋转地连接有旋转轴102，该旋转轴102的中心与基端侧的连杆枢毂32的中心轴QA交叉。在这些旋转轴102上，分别连接各基端侧的端部连杆部件35的一端。

像图21B所示的那样，上述旋转轴102包括大直径部102a、小直径部102b与外螺纹部102c，上述旋转轴102通过小直径部102b，经由2个轴承103，自由旋转地支承于旋转轴连接部件101上。轴承103为比如深槽滚珠轴承、角接触滚珠轴承等的滚珠轴承。这些轴承103以嵌合状态而设置于设置在旋转轴连接部件101上的内径孔104上，通过压配合、粘接、敛缝等的方法而固定。

旋转轴102通过大直径部102a，设置于与后述的减速机构122的输出轴122a相同的轴上。关于其配置结构，在后面进行说明。另外，在旋转轴102上，按照与该旋转轴102一体地旋转的方式，连接基端侧的端部连杆部件35的一端。即，在形成于基端侧的端部连杆部件35的一端的缺口部105的内部，设置旋转轴连接部件101，旋转轴102的小直径部102b穿过通孔，并且穿过轴承103的内圈，该通孔分别形成于基端侧的端部连杆部件35的一端中的作为上述缺口部105的两侧部分的内外一对的旋转轴支承部106、107上。另外，经由与旋转轴102的大直径部102a的外周嵌合的间隔件108，通过螺栓109而固定基端侧的端部连杆部件35和减速机构122的输出轴122a，并且在从外侧的旋转轴支承部107而突出的旋转轴102的外螺纹部102c上螺接螺母110。形成在轴承103的内圈和一对的旋转轴支承部106，107之间，夹设间隔件111、112，在螺接螺母110时对轴承103施加预压的结构。

基端侧的端部连杆部件35的另一端和中间连杆部件37的连接部与第2实施方式相同。另外，前端侧的连杆枢毂33和前端侧的端部连杆部件36的连接部，以及前端侧的端部连杆部件36和中间连杆部件37的连接部均与第2实施方式相同。

连杆促动装置L2的姿势控制用促动器螺母120为具有减速机构122的旋转促动器，在基端侧的连杆枢毂32的中间板90的底面上，设置于上述旋转轴102相同的轴上。姿势控制用促动器螺母120和减速机构122一体地设置，通过电动机固定部件123，将减速机构122固定于中间板90上。在本例子中，在3组的连杆机构34的全部上，设置姿势控制用促动器螺母120，但是，如果在3组的连杆机构34中的2组上设置姿势控制用促动器螺母120，则可确定前端侧的连杆枢毂33相对基端侧的连杆枢毂32的姿势。

在图21B中，减速机构122为法兰输出，其包括大直径的输出轴122a。输出轴122a的前端面为与输出轴122a的中心线相正交的平面状的法兰面124。像前述那样，输出轴122a经由上述间隔件108，通过螺栓109而连接于基端侧的端部连杆部件35的旋转轴支承部106上。基端侧的连杆枢毂32和基端侧的端部连杆部件35的旋转运动副部102的上述旋转轴102a与设置于减速机构122的输出轴122a上的内径槽27嵌合。

(第6实施方式)

图22为表示第6实施方式的三维造形装置的外观结构的主视图。在该三维造形装置1中，代替第5实施方式(图18，图19)的造形台固定部件91，而设置可沿前端侧的连杆枢毂33的中心轴QB而运动的台用直线运动机构130，故可缩短直线运动机构5，特别是Z轴直线运动部11的行程。另外，与第5实施方式相比较，可对尺寸，特别是高度大的造形件进行成形。

此外，在上述第1～第6实施方式中，造形件的造形方式不限于热融解层积方式，也可为喷墨方式、粉末烧结造形方式、粉末石膏造形方式等的其它的方式。

如上面所述，在参照附图的同时，对优选的实施方式进行了说明，但是，在不脱离本发明的实质的范围内，可进行各种的追加、变更、删除。于是，这样的方式包含在本发明的范围内。

标号的说明：

标号1表示三维造形装置；

标号2表示喷射头；

标号2a表示喷嘴；

标号3表示造形台；

标号3a表示造形面；

标号5表示直线运动机构；

标号5a表示水平面直线运动机构部；

标号5b表示上下直线运动机构部；

标号6表示旋转单元；

标号31表示姿势控制用促动器；

标号32表示基端侧的连杆枢毂；

标号33表示前端侧的连杆枢毂；

标号34表示连杆机构；

标号35表示基端侧的端部连杆部件；

标号36表示前端侧的端部连杆部件；

标号37表示中间连杆部件；

标号90表示中间板(基端侧的连杆枢毂)；

标号90a表示通孔；

符号L，L2表示连杆促动装置；

符号S表示内侧空间。

Claims (3)

1.一种三维造形装置，该三维造形装置通过下述方式对已固化的坯料呈叠层状重合而制作的造形件进行成形，该方式为：在改变喷射头和造形台的相对位置的同时，反复地进行从喷射头的喷嘴而喷射具有流动性的坯料，使其在造形台上固化的动作，

该三维造形装置包括：直线运动机构，该直线运动机构相对上述喷射头，使上述造形台在正交的3轴方向而相对运动；旋转单元，该旋转单元相对上述喷射头，使上述造形台相对倾斜，

上述旋转单元为2个旋转自由度的连杆促动装置，在该连杆促动装置中，前端侧的连杆枢毂相对基端侧的连杆枢毂经由3组以上的连杆机构以其姿势能变更的方式连接，上述各连杆机构包括基端侧和前端侧的端部连杆部件与中间连杆部件，在基端侧和前端侧的端部连杆部件中，其一端分别以能旋转的方式连接于上述基端侧的连杆枢毂和前端侧的连杆枢毂上，在该中间连杆部件中，其两端分别以能旋转的方式连接于该基端侧和前端侧的端部连杆部件中的另一端上，在上述3组以上的连杆机构中的2组以上的连杆机构中设置姿势控制用促动器，该姿势控制用促动器任意地变更上述前端侧的连杆枢毂相对上述基端侧的连杆枢毂的姿势，上述姿势控制用促动器被设置在上述基端侧的连杆枢毂上，在上述前端侧的连杆枢毂上设置上述造形台，

上述连杆促动装置按照相对于上述基端侧的连杆枢毂将上述前端侧的连杆枢毂位于下侧的方式设置，上述造形台设置于上述3组以上的连杆机构的内侧空间中，上述喷射头的一部分或全部穿过开设于上述基端侧的连杆枢毂中的通孔，插入上述内侧空间中。

2.根据权利要求1所述的三维造形装置，其中，上述喷射头的位置和姿势固定，并且上述造形台按照作为对上述造形件进行成形的面的造形面向上的方式设置于上述旋转单元上，该旋转单元装载于上述直线运动机构上。

3.根据权利要求1或2所述的三维造形装置，其中，以热融解叠层方式成形造型件。

Images