JP2003039563A - 多泡性造形材料による立体造形装置 - Google Patents
多泡性造形材料による立体造形装置Info
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- JP2003039563A JP2003039563A JP2001262412A JP2001262412A JP2003039563A JP 2003039563 A JP2003039563 A JP 2003039563A JP 2001262412 A JP2001262412 A JP 2001262412A JP 2001262412 A JP2001262412 A JP 2001262412A JP 2003039563 A JP2003039563 A JP 2003039563A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】
【解決手段】本発明は、材料を連続的に吐出増着して構
造物を得る造形装置の材料吐出過程において、最適な多
泡状態である溶融状材料を供給できることにより、時間
短縮と省資源が可能であり、収縮や自重のため造形物自
体の破壊や損傷を生じることのない能率的な造形装置を
提供する。 【解決手段】材料吐出過程において所望する立体形状に
液状の造形材料と気体を混合させた多泡性材料を造形領
域に連続的に吐出増着させる吐出ノズルの前工程に液状
の造形材料と気体の流入速度および圧力調節弁を配置し
た材料混合部を備えており、所望する造形物を構築する
ための駆動操作に相関した制御により動作する吐出開閉
弁を備えたことにより多泡性材料により能率的な造形を
行うことを可能としている。
造物を得る造形装置の材料吐出過程において、最適な多
泡状態である溶融状材料を供給できることにより、時間
短縮と省資源が可能であり、収縮や自重のため造形物自
体の破壊や損傷を生じることのない能率的な造形装置を
提供する。 【解決手段】材料吐出過程において所望する立体形状に
液状の造形材料と気体を混合させた多泡性材料を造形領
域に連続的に吐出増着させる吐出ノズルの前工程に液状
の造形材料と気体の流入速度および圧力調節弁を配置し
た材料混合部を備えており、所望する造形物を構築する
ための駆動操作に相関した制御により動作する吐出開閉
弁を備えたことにより多泡性材料により能率的な造形を
行うことを可能としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融状の成型材料
を連続的に吐出増着させながら任意の場所を硬化させて
所望する立体形状を成形する立体造形装置の改良に関す
るものである。
を連続的に吐出増着させながら任意の場所を硬化させて
所望する立体形状を成形する立体造形装置の改良に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より成型材料として熱可塑性樹脂を
溶融吐出して３次元造形物を成型する立体造形法は、特
開平９−２４５５２より理解されるようになっている。
溶融吐出して３次元造形物を成型する立体造形法は、特
開平９−２４５５２より理解されるようになっている。
【０００３】従来における熱可塑性の溶融樹脂の造形法
としては、予め加温により溶融された熱可塑性樹脂を、
エレベーターの上に所望する立体形状の断層平面形状を
充填するように溶出描画を行い、溶出と同時に冷却され
た材料の硬化により１層にあたる平面硬化物層を得、そ
の後エレベーターを順次降下させ平面硬化物層を積層さ
せることにより、所望する立体形状を成す方法が知られ
ている。
としては、予め加温により溶融された熱可塑性樹脂を、
エレベーターの上に所望する立体形状の断層平面形状を
充填するように溶出描画を行い、溶出と同時に冷却され
た材料の硬化により１層にあたる平面硬化物層を得、そ
の後エレベーターを順次降下させ平面硬化物層を積層さ
せることにより、所望する立体形状を成す方法が知られ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来における熱可塑性
の溶融樹脂を溶融吐出して成型物を積層しつつ造形を行
う装置では、材料を連続して溶融しながら吐出して構造
物を得るための最小硬化単位は直径０．１ミリから３ミ
リ程度であり、この条状吐出物から平面硬化物を成型
し、ついで平面硬化物を積層することにより立体を得る
ことができるので、所望する造形物を造形するのに膨大
な時間と資源が必要である。
の溶融樹脂を溶融吐出して成型物を積層しつつ造形を行
う装置では、材料を連続して溶融しながら吐出して構造
物を得るための最小硬化単位は直径０．１ミリから３ミ
リ程度であり、この条状吐出物から平面硬化物を成型
し、ついで平面硬化物を積層することにより立体を得る
ことができるので、所望する造形物を造形するのに膨大
な時間と資源が必要である。
【０００５】また従来の装置では、原材料である熱可塑
性の樹脂を溶融し、３次元方向に動作する駆動部により
所望する形状を吐出するが、造形物は原材料である熱可
塑性の樹脂に同等の体積の成型物しかできなく、大きな
ものを造形すると、収縮や自重のため造形物自体の破壊
や損傷を生じる造形装置としての大きな問題点を有して
いる。
性の樹脂を溶融し、３次元方向に動作する駆動部により
所望する形状を吐出するが、造形物は原材料である熱可
塑性の樹脂に同等の体積の成型物しかできなく、大きな
ものを造形すると、収縮や自重のため造形物自体の破壊
や損傷を生じる造形装置としての大きな問題点を有して
いる。
【０００６】本発明は、従来における上記のような立体
造形装置の問題点に鑑み、溶融状の成型材料を連続的に
吐出増着する動作過程において、最適な比率に気体を混
合することにより、溶融した状態であり且つ多泡状態の
溶融成型材料を供給でき成型材料の硬化単位を自在に制
御することが可能な立体造形装置を提供しようとするも
のである。
造形装置の問題点に鑑み、溶融状の成型材料を連続的に
吐出増着する動作過程において、最適な比率に気体を混
合することにより、溶融した状態であり且つ多泡状態の
溶融成型材料を供給でき成型材料の硬化単位を自在に制
御することが可能な立体造形装置を提供しようとするも
のである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る多泡性材料
による立体造形装置は、上記の目的を達成するための具
体的な手段として、所望する立体物を造形しようとする
作業空間に対し３軸方向以上に移動可能な駆動装置に、
所望する立体形状に液状の造形材料と気体を混合させた
多泡性材料を造形領域に連続的に吐出増着させる吐出ノ
ズルを備えていることを特徴とする。
による立体造形装置は、上記の目的を達成するための具
体的な手段として、所望する立体物を造形しようとする
作業空間に対し３軸方向以上に移動可能な駆動装置に、
所望する立体形状に液状の造形材料と気体を混合させた
多泡性材料を造形領域に連続的に吐出増着させる吐出ノ
ズルを備えていることを特徴とする。
【０００８】前記吐出ノズルの前工程に溶融状の造形材
料と気体を混合させる材料混合部を備えている。
料と気体を混合させる材料混合部を備えている。
【０００９】吐出ノズルに、所望する造形物を構築する
ための駆動操作に相関した制御により動作する吐出開閉
弁備えていることを特徴とする。
ための駆動操作に相関した制御により動作する吐出開閉
弁備えていることを特徴とする。
【００１０】吐出ノズルの前工程に溶融状の造形材料と
気体を混合させる材料混合部を備えており、混合させる
圧入気体経路に流入速度および圧力調節弁備えている。
気体を混合させる材料混合部を備えており、混合させる
圧入気体経路に流入速度および圧力調節弁備えている。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明に係る多泡性材料によ
る立体造形装置の構成を、図１に示す正面斜視図により
説明すると、供給ヘッド部１１は、コンピュータユニッ
ト３の制御によって平面方向に自由に移動するＸ−Ｙ軸
プロッタ２に載荷せれており、Ｘ−Ｙ軸プロッタ２の平
面運動領域の下方には、Ｚ軸エレベーター１が配置され
ている。
る立体造形装置の構成を、図１に示す正面斜視図により
説明すると、供給ヘッド部１１は、コンピュータユニッ
ト３の制御によって平面方向に自由に移動するＸ−Ｙ軸
プロッタ２に載荷せれており、Ｘ−Ｙ軸プロッタ２の平
面運動領域の下方には、Ｚ軸エレベーター１が配置され
ている。
【００１２】Ｚ軸エレベーター１上に供給ヘッド１１か
ら供給される多泡性材料を用いて所望する造形形状１０
を構築していく。
ら供給される多泡性材料を用いて所望する造形形状１０
を構築していく。
【００１３】このとき実施例に示す立体造形装置のＺ軸
エレベーター１は、造形当初の段階では鉛直稼動領域上
方に待機されており、供給ヘッド１１からの造形材料の
供給及びＸ−Ｙ軸プロッタ２の描画運動とあいまって造
形が進捗するに従い、Ｚ軸エレベーター１は鉛直稼動領
域下方へ移動する。
エレベーター１は、造形当初の段階では鉛直稼動領域上
方に待機されており、供給ヘッド１１からの造形材料の
供給及びＸ−Ｙ軸プロッタ２の描画運動とあいまって造
形が進捗するに従い、Ｚ軸エレベーター１は鉛直稼動領
域下方へ移動する。
【００１４】供給部ヘッド１１には、造形材料供給管６
と気体供給管７が連結されており、平面運動を行うＸ−
Ｙ軸プロッタ２及び鉛直運動を行うＺ軸エレベーター１
に載荷されるため、供給ヘッド１１と造形材料供給管６
と気体供給管７との連結部分は自在継手により連結保護
された機構を用いる。
と気体供給管７が連結されており、平面運動を行うＸ−
Ｙ軸プロッタ２及び鉛直運動を行うＺ軸エレベーター１
に載荷されるため、供給ヘッド１１と造形材料供給管６
と気体供給管７との連結部分は自在継手により連結保護
された機構を用いる。
【００１５】供給ヘッド１１には、造形材料供給管６に
よって圧送されてきた造形材料と気体供給管７により圧
送されてきた気体とを混合させるための材料混合ミキサ
ー部８と、それによって生じた多泡性材料を吐出制御す
る吐出制御開閉弁１８が吐出端に配置された吐出ノズル
９から構成される。
よって圧送されてきた造形材料と気体供給管７により圧
送されてきた気体とを混合させるための材料混合ミキサ
ー部８と、それによって生じた多泡性材料を吐出制御す
る吐出制御開閉弁１８が吐出端に配置された吐出ノズル
９から構成される。
【００１６】装置には造形材料を供給するための造形材
料貯蔵タンク１４と材料圧送ポンプ２０及び制御開閉弁
１２からなる造形材料供給部４が配置用意されるととも
に、フィルター１５とコンプレッサーポンプ１６及び圧
力計２１によって監視が可能な圧力気体貯蔵タンク１７
および制御開閉弁１２からなる気体供給部５が配置され
る。
料貯蔵タンク１４と材料圧送ポンプ２０及び制御開閉弁
１２からなる造形材料供給部４が配置用意されるととも
に、フィルター１５とコンプレッサーポンプ１６及び圧
力計２１によって監視が可能な圧力気体貯蔵タンク１７
および制御開閉弁１２からなる気体供給部５が配置され
る。
【００１７】気体供給部は、発泡性を有しない、あるい
は発泡性を有する材料であるが加補的に多泡状態を混合
形成する目的で配置される。
は発泡性を有する材料であるが加補的に多泡状態を混合
形成する目的で配置される。
【００１８】発泡ポリウレタンなどに代表される発泡性
の液性硬化材料を用いる場合等、気体供給部５は必ずし
も必要ではない条件もあり、また装置構成として本実施
例では供給ヘッド１１内において造形材料と気体を混合
し多泡性材料を得たが、結果的に多泡性の材料で造形す
ることが目的であるので、造形材料供給部４内のいずれ
かの箇所において造形材料に多泡状態を形成することも
その材料或いは装置構成によって好適かつ選択的に使用
することが可能である。
の液性硬化材料を用いる場合等、気体供給部５は必ずし
も必要ではない条件もあり、また装置構成として本実施
例では供給ヘッド１１内において造形材料と気体を混合
し多泡性材料を得たが、結果的に多泡性の材料で造形す
ることが目的であるので、造形材料供給部４内のいずれ
かの箇所において造形材料に多泡状態を形成することも
その材料或いは装置構成によって好適かつ選択的に使用
することが可能である。
【００１９】Ｘ−Ｙ軸プロッタ２ならびにＺ軸エレベー
ター１は、コンピュータユニット３により制御される
が、このコンピュータユニット３により、所望する３次
元形状に成形を行うための立体形状の座標を演算解析
し、供給ヘッド部１１が所望する形状を描画できるよう
その走査経路や速度、また走査幅などの属性データの計
算も同時に行なう。
ター１は、コンピュータユニット３により制御される
が、このコンピュータユニット３により、所望する３次
元形状に成形を行うための立体形状の座標を演算解析
し、供給ヘッド部１１が所望する形状を描画できるよう
その走査経路や速度、また走査幅などの属性データの計
算も同時に行なう。
【００２０】更に、コンピュータユニットとしてＣＡＤ
を内蔵し、３次元モデルの形状入力から成形データの演
算制御を行なうもの、あるいは３次元モデルの設計は他
のコンピュータで行なうもの、あるいはＣＴスキャナ
ー、ＭＲＩ、３次元形状測定機による３次元立体形状の
認識を行なう装置とのデータ授受により、該装置の成形
制御を行なうものなど多様な組み合わせが考えられる。
を内蔵し、３次元モデルの形状入力から成形データの演
算制御を行なうもの、あるいは３次元モデルの設計は他
のコンピュータで行なうもの、あるいはＣＴスキャナ
ー、ＭＲＩ、３次元形状測定機による３次元立体形状の
認識を行なう装置とのデータ授受により、該装置の成形
制御を行なうものなど多様な組み合わせが考えられる。
【００２１】次に本実施例に係る多泡性材料による立体
造形装置の材料供給工程を図２に示すフローチャート図
により説明すると、造形材料は、造形材料貯蔵タンク１
４内に収納されており、最終的に供給ヘッド部１１から
吐出されるまでに、まず材料圧送ポンプ２０によって造
形材料貯蔵タンク１４から造形材料供給管６へ圧送され
る。
造形装置の材料供給工程を図２に示すフローチャート図
により説明すると、造形材料は、造形材料貯蔵タンク１
４内に収納されており、最終的に供給ヘッド部１１から
吐出されるまでに、まず材料圧送ポンプ２０によって造
形材料貯蔵タンク１４から造形材料供給管６へ圧送され
る。
【００２２】このとき材料圧送ポンプ２０出口にはメン
テナンスを目的に制御開閉弁１２が好適に配置されるこ
とが望ましく、造形材料供給管６へ圧送された造形材料
は供給ヘッド部１１入り口の制御開閉弁１２を介して材
料混合ミキサー部８へ到達する。
テナンスを目的に制御開閉弁１２が好適に配置されるこ
とが望ましく、造形材料供給管６へ圧送された造形材料
は供給ヘッド部１１入り口の制御開閉弁１２を介して材
料混合ミキサー部８へ到達する。
【００２３】造形材料は材料混合ミキサー部８におい
て、気体供給部５から供せられた混合用気体が圧入気体
経路上の流入速度及び圧力調節弁１３及び制御開閉弁１
２を介して混合され、造形材料に多泡状態を発生せしめ
供給ヘッド部１１先端の、所望する造形物を構築するた
めの駆動操作に相関した制御により動作する吐出制御開
閉弁１８を有する吐出ノズル９からＺ軸エレベーター１
上、或いは既に構築しつつある造形途上の所望する造形
形状１０へ吐出増着される。
て、気体供給部５から供せられた混合用気体が圧入気体
経路上の流入速度及び圧力調節弁１３及び制御開閉弁１
２を介して混合され、造形材料に多泡状態を発生せしめ
供給ヘッド部１１先端の、所望する造形物を構築するた
めの駆動操作に相関した制御により動作する吐出制御開
閉弁１８を有する吐出ノズル９からＺ軸エレベーター１
上、或いは既に構築しつつある造形途上の所望する造形
形状１０へ吐出増着される。
【００２４】図１に示した多泡性材料による立体造形装
置について、その成形プロセスを説明すると、前記コン
ピューターユニット３により所望する立体造形物の積層
方向の各平面形状を演算制御して、得られたデータによ
りＸ−Ｙ軸プロッタ２によって、第１層目の平面形状を
走査移動する前記供給ヘッド１１から多泡状態の造形材
料を吐出増着することにより、図３に示すような所望す
る造形形状の１層分の厚み１９である第１層目の造形物
層を造形する。
置について、その成形プロセスを説明すると、前記コン
ピューターユニット３により所望する立体造形物の積層
方向の各平面形状を演算制御して、得られたデータによ
りＸ−Ｙ軸プロッタ２によって、第１層目の平面形状を
走査移動する前記供給ヘッド１１から多泡状態の造形材
料を吐出増着することにより、図３に示すような所望す
る造形形状の１層分の厚み１９である第１層目の造形物
層を造形する。
【００２５】第１層目の造形物層が造形された後は、Ｚ
軸エレベーター１を下降させ、供給ノズル９が吐出増着
するために供給ヘッド１１と第１層目の造形物層との間
隙が所望する造形形状の１層分の厚み１９に等しくなる
ようにし、第２層目の平面形状を走査移動する供給ヘッ
ド１１から多泡状態の造形材料を吐出増着させることに
より第２層目の造形物層を形成し、順次以下同様な操作
を繰り返すことにより目的とする所定の立体造形物を造
形する。
軸エレベーター１を下降させ、供給ノズル９が吐出増着
するために供給ヘッド１１と第１層目の造形物層との間
隙が所望する造形形状の１層分の厚み１９に等しくなる
ようにし、第２層目の平面形状を走査移動する供給ヘッ
ド１１から多泡状態の造形材料を吐出増着させることに
より第２層目の造形物層を形成し、順次以下同様な操作
を繰り返すことにより目的とする所定の立体造形物を造
形する。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では多泡性
材料である溶融状の成型材料を連続的に吐出増着する動
作過程において、最適な比率に気体を混合することによ
り、溶融した状態であり且つ多泡状態の溶融成型材料を
供給することができ、硬化単位を大きく設定できること
により従来と比較して造形物の飛躍的な造形時間が短縮
し、省資源化が可能であるとともに、成型材料中に混合
されたに多数の気泡により多大な間隙を有する構造物で
あるため、該造形物が不要となった場合は溶剤或いは加
熱等で溶融することにより間隙を構成する気泡を排除す
ることができ廃棄体積を小さくすることが可能である。
材料である溶融状の成型材料を連続的に吐出増着する動
作過程において、最適な比率に気体を混合することによ
り、溶融した状態であり且つ多泡状態の溶融成型材料を
供給することができ、硬化単位を大きく設定できること
により従来と比較して造形物の飛躍的な造形時間が短縮
し、省資源化が可能であるとともに、成型材料中に混合
されたに多数の気泡により多大な間隙を有する構造物で
あるため、該造形物が不要となった場合は溶剤或いは加
熱等で溶融することにより間隙を構成する気泡を排除す
ることができ廃棄体積を小さくすることが可能である。
【００２７】また、造形材料中に混合されたに多数の気
泡により、造形物は見かけ比重を小さくでき、従来に比
較して重量の軽微な造形物であるとともに、収縮や自重
により生じる内部応力を材料に内在する気泡構造により
極めて微力に緩衝することができるため内部応力による
造形物自体の破壊や損傷がない安定した造形物を提供す
ることができる。
泡により、造形物は見かけ比重を小さくでき、従来に比
較して重量の軽微な造形物であるとともに、収縮や自重
により生じる内部応力を材料に内在する気泡構造により
極めて微力に緩衝することができるため内部応力による
造形物自体の破壊や損傷がない安定した造形物を提供す
ることができる。
【図１】本発明に係る多泡性材料による立体造形装置を
実施するための装置の構成を示す正面斜視図である。
実施するための装置の構成を示す正面斜視図である。
【図２】本発明の多泡性材料による立体造形装置の材料
供給工程を示す実施例のフローチャート図である。
供給工程を示す実施例のフローチャート図である。
【図３】本発明の多泡性材料による立体造形装置による
造形物の造形工程を示す説明図である。
造形物の造形工程を示す説明図である。
１：Ｚ軸エレベーター
２：Ｘ−Ｙ軸プロッタ
３：コンピュータユニット
４：造形材料供給部
５：気体供給部
６：造形材料供給管
７：気体供給管
８：材料混合ミキサー部
９：吐出ノズル
１０：所望する造形形状
１１：供給ヘッド部
１２：制御開閉弁
１３：流入速度及び圧力調節弁
１４：造形材料貯蔵タンク
１５：フィルター
１６：コンプレッサーポンプ
１７：圧力気体貯蔵タンク
１８：吐出制御開閉弁
１９：所望する造形形状の１層分の厚み
２０：材料圧送ポンプ
２１：圧力計
Claims (4)
- 【請求項１】所望する立体物を造形しようとする作業空
間に対し３軸方向以上に移動可能な駆動装置に、溶融状
の造形材料と気体を混合させた多泡性の造形材料を造形
領域に連続的に吐出増着させる吐出ノズルを備えた立体
造形装置。 - 【請求項２】溶融状の造形材料と気体を混合させた多泡
性の造形材料を造形領域に連続的に吐出増着させる吐出
ノズルの前工程に溶融状の造形材料と気体を混合させる
材料混合部を備えていることを特徴とする請求項１の立
体造形装置。 - 【請求項３】溶融状の造形材料と気体を混合させた多泡
性の造形材料を造形領域に連続的に吐出増着させる吐出
ノズルに、所望する造形物を構築するための駆動操作に
相関した制御により動作する吐出開閉弁を備えているこ
とを特徴とする請求項１の立体造形装置 - 【請求項４】吐出ノズルの前工程に溶融状の造形材料と
気体を混合させる材料混合部を備えており、混合させる
圧入気体経路に流入速度および圧力調節弁備えているこ
とを特徴とする請求項２の立体造形装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001262412A JP2003039563A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 多泡性造形材料による立体造形装置 |
| EP02016746A EP1279480A1 (en) | 2001-07-27 | 2002-07-26 | Apparatus for creating three-dimensional objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001262412A JP2003039563A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 多泡性造形材料による立体造形装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003039563A true JP2003039563A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19089314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001262412A Pending JP2003039563A (ja) | 2001-07-27 | 2001-07-27 | 多泡性造形材料による立体造形装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003039563A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016135597A (ja) * | 2015-01-15 | 2016-07-28 | 武藤工業株式会社 | 三次元造形物の製造方法 |
| JP2017164958A (ja) * | 2016-03-15 | 2017-09-21 | 株式会社東芝 | 積層造形装置および積層造形方法 |
| WO2018235150A1 (ja) | 2017-06-20 | 2018-12-27 | 東レエンジニアリング株式会社 | 構造物の強度予測方法、構造物の造形方法、構造物の積層造形支援方法およびプログラム |
| JP2020006625A (ja) * | 2018-07-11 | 2020-01-16 | セイコーエプソン株式会社 | 三次元造形装置、および、ノズルユニット |
| JP2020062797A (ja) * | 2018-10-17 | 2020-04-23 | セイコーエプソン株式会社 | 三次元造形システム、および、データ生成装置 |
-
2001
- 2001-07-27 JP JP2001262412A patent/JP2003039563A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2018235150A1 (ja) | 2017-06-20 | 2018-12-27 | 東レエンジニアリング株式会社 | 構造物の強度予測方法、構造物の造形方法、構造物の積層造形支援方法およびプログラム |
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