JP2004230692A - Shaping apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shaping apparatus for rapidly forming a shaped article while a shaping material is discharged from a nozzle. <P>SOLUTION: In the shaping apparatus 1, a plurality of nozzles and a plurality of optical fibers are alternately two-dimensionally arranged on a shaping head 21. A photocurable shaping material is discharged from each nozzle and a light (UV rays) is emitted from the optical fiber. Discharging from each nozzle by a pump 14 is individually controlled by a valve group 22 and a controller 17, and a range of discharging is controlled according to the sectional shape of the shaped article with lowering a stage 11. The light is emitted from the optical fiber in parallel with the discharge of the shaping material, and the shaping material is cured immediately after discharging. Decrease in accuracy of the shape of the shaped article formed on the stage 11 is suppressed thereby. The shaping is rapidly performed by discharging the shaping material from a plurality of the nozzles. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3次元の造形を行う造形装置に関し、いわゆる、高速プロトタイピングの分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
製品の開発に際して、従来より、様々な手法により短期間に部品や完成品の3次元モデルの製作(以下、「3次元造形」とも呼ぶ。)が行われ、3次元モデルにより製品の外観や取り扱いについて検討が行われる。
【0003】
3次元造形としては、例えば、容器(以下、「樹脂槽」という。)内の光硬化性樹脂の表面にレーザ光を走査およびON/OFFさせながら照射し、硬化した部分を樹脂槽内へと沈降させつつレーザ光の走査を繰り返す手法(いわゆる、光造形法)、対象物の多数の断面に相当するシートを準備し、シートを積層して造形を行う手法等がよく知られている。また、特許文献1のように、インクを高速に噴射して印刷を行う手法を応用して光硬化性樹脂の液滴を複数のノズルから噴射する手法(以下、「インクジェット法」という。)も提案されている。
【0004】
光造形法では、樹脂槽が必要な上にレーザ光を走査する光学系が複雑となるため、装置が大型かつ高価なものとなる。また、走査に時間を要するという問題も有している。そこで、特許文献2に開示されるように複数のLED(発光ダイオード)を光硬化性樹脂の表面に近接させて走査する手法も提案されている。
【0005】
また、光造形法では造形後に造形物に付着している不要物を取り除く手間がかかることから、さらに他の手法として、特許文献3には、3次元空間にて自在に移動可能な1つのノズルを配置し、ノズルを移動させながら自然硬化ワックスや熱可塑性プラスチック樹脂等を吐出することにより造形を行う手法が開示されている。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−67171号公報
【特許文献2】
特開平11−254543号公報
【特許文献3】
米国特許第5,121,329号要約
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光造形法では既述のように光硬化性樹脂を樹脂槽に貯留し、さらに硬化された樹脂を樹脂槽内へと沈降させる必要があり、装置構成および取り扱いが複雑になるという問題を有している。シートを積層する手法は造形物の後処理が不要であるが、シートの積層という高度な技術が要求される。インクジェット法は微小物体の造形には向いているが、ある程度の大きさを有する物体の造形には不向きである。
【0008】
以上のことから、ある程度の大きさを有する造形物を製作するにはノズルから樹脂を吐出する手法が好ましいといえる。しかしながら、ノズルからの樹脂の吐出は緩やかであるため、高速な造形を容易に行うことはできない。さらに、自然硬化性ワックスや熱可塑性樹脂等を吐出する場合には、樹脂の硬化に時間を要するため、樹脂の積層を繰り返すと造形物が変形してしまい、形状精度を高めることが困難となる。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、造形材料を吐出して3次元造形を行う技術において、造形速度および形状精度を向上することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、2次元に配列された複数の吐出口から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、前記複数の吐出口からの造形材料の吐出を個別に制御する制御部と、前記複数の吐出口から吐出された造形材料に向けて光を出射する光出射部と、前記吐出部から吐出された造形材料が蓄積されるステージと、前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構とを備える。
【0011】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の造形装置であって、前記光出射部が、前記複数の吐出口が配列される領域に2次元に配列された複数の光出射要素を有する。
【0012】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の造形装置であって、前記複数の光出射要素が複数の光出射要素群にグループ分けされており、前記制御部が、前記複数の光出射要素群からの光の出射を個別に制御する。
【0013】
請求項4に記載の発明は、造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、2次元に広がる吐出領域に形成された複数の吐出口から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出領域に2次元に配列された複数の光出射要素を有し、前記複数の吐出口から吐出された造形材料に向けて光を出射する光出射部と、前記複数の光出射要素からの光の出射を個別に制御する制御部と、前記吐出部から吐出された造形材料が蓄積されるステージと、前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構とを備える。
【0014】
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の造形装置であって、前記複数の吐出口が前記吐出領域に2次元に配列されている。
【0015】
請求項6に記載の発明は、請求項4または5に記載の造形装置であって、前記複数の吐出口が複数の吐出口群にグループ分けされており、前記制御部が、前記複数の吐出口群からの造形材料の吐出を個別に制御する。
【0016】
請求項7に記載の発明は、請求項2および3並びに請求項5および6のいずれかに記載の造形装置であって、所定方向に関して吐出口と光出射要素とが交互に配列される。
【0017】
請求項8に記載の発明は、請求項2および3並びに請求項5および6のいずれかに記載の造形装置であって、吐出口および光出射要素のうちの一方が他方の周囲を囲む。
【0018】
請求項9に記載の発明は、請求項7または8に記載の造形装置であって、前記複数の吐出口と前記ステージとの間の距離が、前記複数の光出射要素の先端と前記ステージとの間の距離よりも短い。
【0019】
請求項10に記載の発明は、造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、ライン状に配列された複数の吐出口から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、前記複数の吐出口からの造形材料の吐出を個別に制御する制御部と、前記複数の吐出口に沿う光出射領域から吐出後の造形材料に向けて光を出射する光出射部と、前記吐出部から吐出された造形材料が積層されるステージと、前記ステージに沿って前記吐出部および前記光出射部を前記複数の吐出口の配列方向に垂直な方向に相対的に走査する走査機構と、前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構とを備える。
【0020】
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の造形装置であって、前記光出射領域が、前記ステージに対する前記吐出部の相対的移動方向に関して前記複数の吐出口の後側に位置する。
【0021】
請求項12に記載の発明は、造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、ライン状の吐出領域から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、前記吐出領域に沿って配列された複数の光出射要素から吐出後の造形材料に向けて光を出射する光出射部と、前記複数の光出射要素からの光の出射を個別に制御する制御部と、前記吐出部から吐出された造形材料が積層されるステージと、前記ステージに沿って前記吐出部および前記光出射部を前記複数の光出射要素の配列方向に垂直な方向に相対的に走査する走査機構と、前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構とを備える。
【0022】
請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の造形装置であって、前記複数の光出射要素が、前記ステージに対する前記吐出部の相対的移動方向に関して前記吐出領域の後側に位置する。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る3次元の造形を行う造形装置1の構成を示す正面図である。造形装置1は、造形物が形成されるステージ11、ステージ11を昇降する昇降機構12、ステージ11の上方に配置された造形機構13、造形機構13にペースト状の造形材料を送り出すポンプ14、造形材料を貯留するタンク15、造形機構13に造形材料を硬化させるための光(本実施の形態では紫外線)を供給する光源ユニット16、および、各種構成を制御するコントローラ17を備える。
【0024】
造形材料は、光(紫外線)硬化性樹脂を主成分として有し、流動性や付着性を調整するための溶剤やその他の添加剤を含んでいる。なお、光硬化性の造形材料として、主成分である低軟化点ガラスフリットに光硬化性樹脂を混合したものを利用することにより、後処理として焼成を行って硬い造形物を製作することも可能である。
【0025】
昇降機構12はモータ121を駆動することによりステージ11を昇降移動する。造形中はステージ11は下方へと連続的に移動する。造形機構13は最下部が多数の吐出ノズルが2次元に配列された造形ヘッド21となっている。
【0026】
図2は造形ヘッド21の一部を示す底面図である。造形ヘッド21には吐出口311を有するノズル31と光を出射する光ファイバ32とが交互に格子状に2次元に配列される。したがって、各ノズル31は光ファイバ32におよそ囲まれ、かつ、各光ファイバ32はノズル31におよそ囲まれる状態とされる。換言すれば、造形ヘッド21は2次元に配列された複数の吐出口311から造形材料を吐出する複数のノズルの集合310(吐出部)と、複数の吐出口311が配列される領域に2次元に配列されて吐出後の造形材料に向けて光を出射する複数の光出射要素の集合320(光出射部)とが組み合わされた構造となっている。
【0027】
図1に示すように、造形ヘッド21の上方にはノズル31からの造形材料の吐出を個別に制御するバルブ群22が配置され、各バルブはチューブを介して1つのノズル31に接続される。なお、バルブを高密度に配置するためにバルブ群22は上下に多段に設けられてもよい。バルブ群22はマニホールド23に取り付けられ、マニホールド23にはポンプ14が接続される。これにより、ポンプ14の作用により、開いているバルブに対応する各ノズル31から造形材料が同様の速度にて吐出される。
【0028】
一方、造形ヘッド21の各光ファイバ32は、バルブ群22やマニホールド23に設けられた隙間や脇を通り抜けて上方の光源ユニット16に接続される。光源ユニット16は、個別に点灯制御可能な複数の光源161、光源161からの光を一様な強度分布の光へと変換する光学系162、および、光ファイバ32の端面へと光(紫外線)を入射させるミラー163を有する。
【0029】
図3ないし図5は、ステージ11上に造形物が形成される途上の様子を示す拡大図である。光ファイバ32の先端はノズル31の吐出口311よりも奥まった位置に位置し、吐出口311とステージ11との間の距離が、光ファイバ32の先端とステージ11との間の距離よりも短くなっている。これにより、造形材料が光ファイバ32に付着することが防止される。なお、造形が行われる前には造形物の形状を上下に多数並ぶ水平面で切断した断面形状のデータ(以下、「断面データ」という。)が別途設けられたコンピュータにより準備される。
【0030】
図3はステージ11上に造形物の1段目部位(最も下の断面形状に対応する部位であり、以下、1つの断面形状に対応する部位を「層」と呼ぶ。)が形成される様子を示す図である。図3に示す動作が行われる際には、コントローラ17は、最下層の断面データに従って最下層の断面に含まれるノズル31からのみ造形材料91を吐出するようにバルブ群22を制御する。また、吐出に同期してステージ11を下降する。なお、1つの層の厚さは、例えば、約0.5mmとされる。
【0031】
ステージ11の下降速度は、1つのノズル31当たりのステージ11上の面積(ノズル群が占める面積をノズル数で割った面積)と下降速度とを掛けた値が、1つのノズル31から単位時間当たりに吐出される造形材料の体積と等しくなるように制御される。これにより、図3に示すように、吐出された造形材料91が1つのノズル31に対応する領域に十分に付与される。その結果、互いに隣接する複数のノズル31から造形材料91が吐出されると、隙間が生じることなく造形材料91が上方に向かって蓄積される。
【0032】
一方、造形材料91の吐出と並行して光ファイバ32から光の出射が行われ、造形材料91の硬化が漸次行われる。光の出力は、造形材料91が吐出直後に半硬化状態となって1つのノズル31に対応する領域に広がった時点で速やかに硬化するように調整される。これにより、造形材料91はステージ11上にて水平方向へと不必要に広がる(だれる)ことが防止され、図3に示すようにステージ11に対して上方へと造形材料91が適正な幅で蓄積されていく。
【0033】
図4は、造形物の下から2段目の断面形状に対応する部位が形成される様子を示す図である。図4では最も左側のノズル31からの吐出が停止され、他のノズル31からは最下層の造形材料91上に2段目の層が物理的に連続して形成される。各光ファイバ32からは光が出射され続ける。なお、造形材料91の蓄積により上層が下層に対して物理的に連続して形成されることは、実質的に層が積層されることと等価であるため、以下の説明では、適宜「積層」という表現を用いる。図5は、造形物の下から3段目の断面形状に対応する層が形成される様子を示す図である。図5では左側の2つのノズル31からの吐出が停止され、他のノズル31からは2段目の層上に3段目の層が物理的に連続して積層される。各光ファイバ32からは光が出射され続けられ、造形材料91の硬化が行われる。
【0034】
以上のように、造形装置1では造形物の形状に合わせて各ノズル31からの吐出のON/OFFが制御される。これにより、2次元に配列されたノズル31を用いて迅速に造形を行うことが実現される。また、吐出された造形材料91は光により速やかに硬化されるため、造形物の形状精度の低下が抑えられる。さらに、造形物の外部の領域には不要な材料が存在しないため、造形後の処理(例えば、研磨等の表面処理)に際して煩雑な手続きが不要になるとともに材料を効率よく造形に利用することができる。
【0035】
なお、光造形法と比較した場合、樹脂を貯留する樹脂槽が不要であり、かつ、光を走査する必要もないため、装置の小型化が実現される。また、未硬化の樹脂を再利用する手続きも不要となり、造形作業の簡素化が図られる。
【0036】
図6はコントローラ17の内部構成、コントローラ17に接続される構成および断面データを生成するコンピュータ8を示すブロック図である。コンピュータ8には予めCAD等を用いて造形物の3次元の形状データ811がメモリ81に準備され、既述のように造形物を多数積層された水平面で切断して得られる多数の断面形状を示す断面データ812が形状データ811から生成され、メモリ81に準備される。そして、造形物の最も下の部位(最下層)に対応する断面データがコントローラ17へと送信され、以後、1つ上側の部位(上層)に対応する断面データが順番にコントローラ17へと送信される。
【0037】
コントローラ17は、バルブ群22を制御する吐出制御部171、光ファイバ32からの光の出射を制御する光照射制御部172、および、ステージ11の下降を制御するステージ駆動部173を有し、それぞれバルブ群22、光源ユニット16および昇降機構12に電気的に接続される。各制御部171、172、173は、断面データを処理する演算回路や各種構成への制御信号を生成するインターフェイス等により構成される。図3ないし図5に例示した動作は、ステージ駆動部173によるステージの下降に同期しつつ吐出制御部171が断面データに従って各バルブの開閉を制御することにより実現される。
【0038】
ここで、造形装置1では光源ユニット16も断面データに応じて制御されるようになっている。具体的には、図1に示す光源ユニット16の複数の光源161のON/OFFが制御される。図7は光源161の制御の具体例を説明するための図であり、造形ヘッド21の底面を抽象的に示している。図7において、上下左右に3つずつ配列された9つの領域210は、1つの光源161のON/OFFが制御されることにより光の出射が制御される光ファイバ群の範囲を示している。一方、太い実線にて囲まれる領域910は、断面データに従って吐出が行われるノズル群の範囲を示している。
【0039】
図7では、左上の領域210および隣接する3つの領域210(合計4つの領域210)のみが領域910と重なる。図7に示す例の場合、造形装置1では領域910と重なる4つの領域210に対応する光源161のみが点灯され、他の5つの領域210に対応する光源161は消灯される。以上のように光照射制御部172が断面データに従って光ファイバ群からの光の出射を個別に制御することにより、造形装置1では不要な光源161の点灯を省略して消費電力の削減および光源ユニット16における光源161の取り替え頻度の低減を実現している。
【0040】
図8は第2の実施の形態に係る造形装置1を示す正面図である。第2の実施の形態に係る造形装置1は、第1の実施の形態と比べて、造形ヘッド21の構造が異なり、バルブ群22が省略され、光源ユニット16の構造も相違する。他の構成は第1の実施の形態と同様であり、同符号を付している。
【0041】
図9は造形ヘッド21の一部を示す底面図である。造形ヘッド21では造形要素33が2次元に配列されている。図10は1つの造形要素33の底面を拡大して示す図である。造形要素33は中央に造形材料を吐出口331aから吐出するノズル331を有し、ノズル331の周囲を囲むように複数の光ファイバ332が配置される。光ファイバ332のさらに外側は樹脂カバー333にて被覆されている。具体的な一例としては、ノズル331は外径が320μm、内径が140μmとされ、光ファイバ332の直径は70μm、樹脂カバーは厚さは90μmとされる。この場合、全体の外径は640μmとなる。
【0042】
造形要素33が配列されることにより、第2の実施の形態においても第1の実施の形態と同様に、造形ヘッド21は2次元に配列された複数の吐出口331aから造形材料を吐出する複数のノズルの集合(吐出部)と、複数の吐出口331aが配列される領域に2次元に配列されて吐出された造形材料に向けて光を出射する複数の光出射要素の集合(光出射部)とが組み合わされた構造となっている。また、光ファイバ32がノズル31を囲むことにより、吐出と光照射とが1対1に正確に対応づけられる。
【0043】
図11は1つの造形要素33の縦断面を示す図であり、造形材料91が吐出される様子も示している。造形要素33では、ノズル331の吐出口331aに対して光ファイバ332の端面(光出射面)が奥側に位置し(すなわち、吐出口331aとステージ11との間の距離が光ファイバ32の先端とステージ11との間の距離よりも短い。)、樹脂カバー333の端部は光出射面よりもステージ11側に突出している。ノズル331から吐出されて広がる造形材料91の(水平面による)断面積は、第1の実施の形態と同様に吐出速度とステージ11の下降速度がコントローラ17により制御されることにより、およそ造形要素33に対応する面積となるように調整される。なお、光ファイバ332の光出射面が奥に位置することから、ノズル331から吐出された造形材料91が光出射面に付着してしまうことが防止される。
【0044】
また、光出射面よりも下方においてノズル331の外周面341および樹脂カバー333の内周面342はメッキ等により鏡面とされている。したがって、図11中に矢印にて示すように(右側の光ファイバ332に対してのみ図示)光ファイバ332から出射された光は外周面341および内周面342により反射されて造形材料91の外周から内部に向かって効率よく入射する。その結果、造形材料91の形状の変形を抑えつつ上方に向かって造形材料91を適切な断面形状にて蓄積することが実現される。
【0045】
1つの造形要素33に含まれる複数の光ファイバ332は、1つの光ファイバ32に束ねられて(すなわち、結合されて)図8に示すマニホールド23内の隙間や脇を経由して光源ユニット16へと導かれる。
【0046】
図8に示すように、光源ユニット16には1つの光源161が設けられ、光源161からの光は光学系162により光束断面において一様な強度を有する光束へと変換される。光源ユニット16では、第1の実施の形態におけるミラー163に代えて、回動可能な微小なミラーを2次元に配列して有する空間光変調デバイス163aが設けられる。これにより、光源ユニット16側の一群の光ファイバ32の端面に空間光変調された光が入射することとなる。1つの光ファイバ32の端面は1つの微小ミラーに対応するように配置され、空間光変調デバイス163aを制御することにより各造形要素33からの光の出射のON/OFFが個別に制御することが可能とされる。すなわち、1つの造形要素33に含まれる複数の光ファイバ332は制御単位となる1つの光出射要素となっている。
【0047】
一方、既述のように第2の実施の形態に係る造形装置1は吐出を制御するバルブ群を有しないため、各造形要素33からは一様に造形材料91が吐出される。以上のように、造形装置1では、造形材料91の吐出の制御に代えて光の出射を制御することにより、造形物の形成を実現するようになっている。
【0048】
図12ないし図14は、第2の実施の形態に係る造形装置1にて造形物が製作される様子を例示する図である。以下の説明では、第1の実施の形態と同様に、造形物の1つの断面形状に対応する部位を「層」と呼ぶ。なお、図12ないし図14では硬化した造形材料91に平行斜線を付している。
【0049】
図12は造形物の最下層が形成される様子を示しており、図13は下から2番目の層、図14は下から3番目の層が形成される様子を示している。図12では全ての造形要素33から造形材料91の吐出および光の出射が行われ、全ての造形材料91が硬化される。図13では、最も左の造形要素33からは造形材料91の吐出が行われるが光の出射が停止され、未硬化の状態で最下層上に造形材料91が蓄積される。なお、未硬化の造形材料91は大きく変形する(すなわち、だれる)ことがない程度の粘度を有するものとする。
【0050】
図14は下から3番目の層が形成される際に、左側の2つの造形要素33からの光の出射が停止されている様子を示している。以上のように、造形装置1では、吐出される造形材料91の一部を造形物の断面形状に合わせて硬化させることにより、造形材料91の塊の内部に造形物が存在するように造形材料91の蓄積および硬化が行われて造形物が形成される。
【0051】
ステージ11上における造形物の形成が完了すると、造形物はステージ11から外されて別の場所で周囲に付着している未硬化の造形材料91が取り除かれる。これにより、図15に例示するように硬化部分のみが造形物92として取得される。
【0052】
第2の実施の形態に係る造形装置1では、複数の造形要素33から造形材料91が吐出されることから、第1の実施の形態と同様に迅速に造形物を製作することができる。また、吐出された造形材料は光により速やかに硬化されるので、造形物の形状精度の低下も抑制することができる。第2の実施の形態では、第1の実施の形態と異なり吐出の制御は行われないことから、多数のバルブを配置することが不要となる。したがって、装置設計を容易に行うことができる。なお、光造形法と比較した場合、樹脂を貯留する樹脂槽が不要であり、かつ、光を走査する必要もないため、装置の小型化も実現される。
【0053】
ところで、第2の実施の形態において吐出がある程度制御されてもよい。すなわち、造形要素33を複数のグループに分け、グループ毎にバルブを設けて造形材料91の吐出が個別に制御されてもよい。この場合、グループ内の全ての造形要素33からの造形材料91の吐出が不要な場合には、そのグループへの造形材料91の供給が停止される。バルブは第1の実施の形態に準じてマニホールド23と造形要素33の各グループとの間に設けられる。
【0054】
図9中の太い実線にて分けられた造形要素33の16個のグループ330は吐出が制御される単位を示している。例えば、断面データに従って図9中にて平行斜線を付す造形要素33からのみ光の出射が必要な場合、左上側の9つ(=3×3)のグループ330からのみ造形材料91の吐出を行い、他の7つのグループ330からの吐出が停止される。これにより、不必要に造形材料91を消費することが防止され、造形物の製作コストの削減が実現される。なお、吐出も制御される場合はコントローラ17の内部構成は基本的には図6に示すものと同様となる。
【0055】
図16は第3の実施の形態に係る造形装置1を示す正面図である。造形装置1は、第1の実施の形態と比較して、造形ヘッド21の構造、および、ステージ11上にサブステージ111および走査機構112が設けられる点で相違する。他の構成は第1の実施の形態と同様であり、同符号を付している。
【0056】
図17は造形ヘッド21の一部を示す底面図である。造形ヘッド21では、第1の実施の形態と同様の吐出口311を有する複数のノズル31および複数の光ファイバ32が図16中に示すX方向(左右方向)に平行に配列されている。換言すれば、造形ヘッド21はライン状に配列された複数の吐出口311から造形材料を吐出する複数のノズルの集合310(吐出部)と、複数の吐出口311に沿ってライン状に配列されて吐出後の造形材料に向けて光を出射する複数の光出射要素の集合320(光出射部)とが組み合わされた構造となっている。
【0057】
サブステージ111は、ボールネジおよびモータを有する走査機構112によりガイドレールに沿っ図16中のY方向(紙面に垂直な方向)に移動可能とされる。これにより、造形ヘッド21が複数の吐出口311の配列方向に垂直な方向にサブステージ111に沿って相対的に走査される。
【0058】
図18ないし図21は第3の実施の形態に係る造形装置1により造形物がサブステージ111上に形成される様子を示す図である。造形に際してサブステージ111は移動機構により(−Y)方向に移動する。これにより、造形ヘッド21は相対的にサブステージ111上を(+Y)方向に移動する。図18ないし図20は、造形物の最下部の断面形状に対応する最下層が形成される様子を示しており、造形ヘッド21が相対的に(+Y)方向に移動するに従って造形材料91が(+Y)方向へとサブステージ111上に順次付与される。このとき、光ファイバ32は造形ヘッド21の相対的移動方向に関してノズル31の後側に位置するため、吐出直後の造形材料91に光が効率よく照射されて造形材料91が順次硬化される。図18ないし図20では硬化した造形材料91に平行斜線を付している。
【0059】
各ノズル31からの吐出は、第1の実施の形態と同様に、バルブ群22(図16参照)により個別に制御可能とされており、造形物の断面形状に対応する領域内に各ノズル31が位置する間のみ造形材料91の吐出が行われる。ノズル31からの吐出を選択的に行うことにより、1つの断面形状に対応する領域内のみに層が形成される。造形ヘッド21の相対的な(+Y)方向への1回の走査が終了すると、1つの層の形成が完了する。
【0060】
続いて、昇降機構12がステージ11を1層分だけ下降するとともにサブステージ111が初期位置に復帰し、再度、造形ヘッド21の相対的な走査が行われる。このとき、各ノズル31からの吐出が選択的に行われ、図21に示すように下から2番目の層が対応する断面形状に合わせて最下層上に形成される。ステージ11を間欠的に下降させつつ造形ヘッド21の相対的な走査および選択的な吐出が繰り返されることにより、下側から順次層が積層され、最終的には、図22に例示するように造形物92がサブステージ111上に形成される。
【0061】
なお、図16に示すように光源ユニット16が複数の光源161を有する場合には、第1の実施の形態と同様に光ファイバ32がグループ分けされ、光源161の点灯を制御することにより、光ファイバ群毎に点灯が制御されてもよい。
【0062】
以上のように第3の実施の形態に係る造形装置1では、ライン状に配列された複数の吐出口311から造形材料91を吐出しつつ造形を行うため、第1の実施の形態と比べて造形機構13の構造を大幅に簡素化することが実現される。また、複数の吐出口311から吐出を行うことにより、1つのノズルを用いて吐出を行う場合に比べて造形速度を向上することができる。さらに、吐出直後に造形材料91が硬化するため、造形物の形状精度も損なわれることが防止される。
【0063】
なお、光造形法と比較した場合、樹脂を貯留する樹脂槽が不要であることから装置の小型化が実現され、未硬化の樹脂を再利用する手続きも不要となる。
【0064】
図23は、第4の実施の形態に係る造形装置1を示す正面図である。造形装置1は、第3の実施の形態とほぼ同様であるが、造形ヘッド21の構造が異なり、バルブ群22が省略され、光源ユニット16には第2の実施の形態と同様に1つの光源161および空間光変調デバイス163aが設けられるという点で相違している。他の構成は図16と同様であり、同符号を付している。
【0065】
図24は、第4の実施の形態における造形ヘッド21の一部を示す底面図である。造形ヘッド21では、造形材料91を吐出する吐出口312がスリット状とされ、吐出口312と平行に複数の光ファイバ32が配列される。換言すれば、造形ヘッド21はライン状の吐出領域から造形材料を吐出するノズル(吐出部)と、吐出領域に沿ってライン状に配列されて吐出後の造形材料に向けて光を出射する複数の光出射要素の集合320(光出射部)とが組み合わされた構造となっている。
【0066】
各光ファイバ32は図23に示すように上方の光源ユニット16に接続され、第2の実施の形態と同様に、空間光変調デバイス163aにより各光ファイバ32への光の導入が個別に制御される。一方、スリット状の吐出口312から造形材料91が一様に吐出される。また、第3の実施の形態と同様に、走査機構112により造形ヘッド21がサブステージ111に沿って光ファイバ32の配列方向に垂直な方向に相対的に走査され、光ファイバ32はサブステージ111に対する相対的な移動方向に関して吐出口312の後側に位置し、光が効率よく造形材料に照射される。
【0067】
造形に際しては、第3の実施の形態と同様に、サブステージ111を移動することにより造形ヘッド21を(+Y)方向に相対的に走査し、1回の走査が終了すると、ステージ11(およびサブステージ111)が1層分だけ下降する。第4の実施の形態では、造形ヘッド21の走査に同期して各光ファイバ32からの光の出射が制御される。これにより、吐出口312から略シート状にサブステージ111上に吐出された造形材料91に対して、造形物の断面形状に対応する領域のみに光が照射される。
【0068】
図25は、以上の動作にて造形物の製作が行われる様子を示す図である。図25において造形材料91中に平行斜線を付す部分のみが硬化している。なお、図25では最も(+X)側の光ファイバ32のみを図示しているが、他の光ファイバ32においても選択的な光の出射が行われる。造形装置1における造形が完了すると、第2の実施の形態と同様に不要な造形材料91の除去が行われ、最終的な造形物が取得される。
【0069】
以上のように、第4の実施の形態に係る造形装置1では、スリット状の吐出口312から造形材料91を吐出しつつ吐出口312を走査することにより造形材料91を積層し、このとき複数の光ファイバ32から選択的に光を出射して造形物の製作が行われるため、精度のよい造形物を迅速に製作することが実現される。なお、光造形法と比較した場合、樹脂を貯留する樹脂槽が不要であることから装置の小型化が実現される。
【0070】
図26は第2の実施の形態に係る造形要素33の他の好ましい例を示す縦断面図であり、図27は底面図である。図26は図27中に示す矢印A−Aの位置での断面に対応している。図26および図27に示す造形要素33では、略U字状の吐出口331bを有するノズル331が被覆に覆われた光ファイバ332の周囲をほぼ囲むように設けられる。すなわち、ノズルと光ファイバとの包含関係が図10に示すものと逆となっている。これにより、吐出と光照射とを正確に1対1に対応付けることができる。図27に示すように光ファイバ332はノズル331に支持されるように設けられる。なお、図26に示すように、光ファイバ332の光出射面は吐出口331bよりも奥に位置する。すなわち、吐出口331bとステージ11との間の距離が光ファイバ332の先端とステージ11との間の距離よりも短い。
【0071】
造形要素33から造形材料91が吐出される際には、ステージ11の下降速度が制御され、造形材料91が下降するに従って断面形状が略U字状から徐々に略円形へと変化する。このとき、断面形状が略U字状の段階で中央の光ファイバ332から造形材料91へと光が出射され、断面形状が略円形になる段階で硬化が完了するように吐出速度およびステージ11の下降速度が制御される。吐出口331bを略U字状とすることにより、造形材料91内に空気が滞留してしまうことが防止される。このように、ノズルと光ファイバとが一体的な造形要素として造形装置1に設けられる場合には、光ファイバを造形要素の中央に位置させることも可能である。
【0072】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【0073】
光硬化性を有する造形材料は可視光等の紫外線以外の光により硬化する樹脂であってもよい。
【0074】
造形材料がある程度の粘度を有する場合には、ステージ11(または、サブステージ111)は水平である必要はなく、この場合、ステージ11と造形ヘッド21との間の距離を変更する昇降機構12の姿勢が図1等に示す状態から変更される。また、ステージ11が固定され、造形ヘッド21がステージ11に対して垂直な方向やステージ11に沿って移動してもよい。
【0075】
また、光の出射は光ファイバ等の導光部材からの出射には限定されず、発光素子から直接光が造形材料に照射されてもよい。
【0076】
第1の実施の形態では、光は吐出口311が配列される領域から出射されるのであるならば、他の手法により出射されてもよい。例えば、ノズル31が取り付けられるベース部材から光が出射されてもよい。
【0077】
第2の実施の形態では吐出範囲を制御する必要はない(あるいは、緻密に制御する必要はない)ことから、吐出口331aを2次元に配列する代わりにスリット状の複数の吐出口が(吐出口が伸びる方向に対して垂直な方向に)配列されてもよい。すなわち、第2の実施の形態では、造形ヘッド21の下面において2次元に広がる吐出領域に形成された複数の吐出口から吐出が行われるのであれば他の構造が採用されてもよく、これにより、迅速な造形が実現される。
【0078】
また、第2の実施の形態や第4の実施の形態において各光ファイバ32からの光の出射は回動可能な微小ミラー群を有するデバイスには限定されず、回折格子型の空間光変調デバイスや液晶等が用いられてもよい。さらには、微小な光源を配列することにより、空間光変調が行われてもよい。
【0079】
第1の実施の形態における造形ヘッド21は第2の実施の形態にて用いることも可能であり、第2の実施の形態における造形ヘッド21(造形要素33)を第1の実施の形態にて利用することも可能である。また、第1の実施の形態においてノズル31と光ファイバ32とがライン状に交互に配置されてもよい。すなわち、造形ヘッド21の下面に少なくとも所定方向に関してノズル31と光ファイバ32とが交互に配置されることにより、吐出および硬化を2次元的に適切に行うことができる。
【0080】
第3の実施の形態において光は板状の導光部材からライン状に出射されてもよく、第4の実施の形態において複数のノズルがライン状に配列されてもよい。なお、第4の実施の形態にて複数のノズルを配列する場合、これらのノズルをグループ化してノズル群毎に吐出が制御されてもよい。また、図10や図27に示す造形要素33が第3または第4の実施の形態にて用いられてもよく、この場合であってもライン状の複数の吐出口におよそ沿う様に光出射領域か形成されることとなる。さらに、第3の実施の形態において造形物の断面形状に応じた吐出が行われた後に光が別途照射されてもよく、第4の実施の形態においてライン状の吐出口312とライン状の光ファイバ32の集合体とが個別に移動してもよい。
【0081】
なお、1つのノズルから吐出される造形材料は、隣接するノズルから吐出される造形材料の側方にも付着して硬化することから、吐出に際して必ずしも下側に硬化した層が存在する必要はない。すなわち、上記いずれの実施の形態に係る造形装置1においても、多少のオーバーハングを有する形状を造形することができる。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、造形材料の吐出により造形を行いつつ迅速に造形物を形成することができ、また、造形物の形状精度の低下も抑えることができる。
【0083】
また、請求項1ないし3、請求項6、並びに、請求項10および11の発明では、造形材料を効率よく造形に利用することができる。
【0084】
また、請求項3の発明では消費電力の低減を図ることができる。
【0085】
また、請求項8、11および13の発明では、光を効率よく造形材料に照射することができ、請求項9の発明では、光出射要素に造形材料が付着してしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る造形装置の構成を示す正面図である。
【図2】造形ヘッドの一部を示す底面図である。
【図3】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図4】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図5】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図6】コントローラの内部構成およびその周辺構成を示すブロック図である。
【図7】造形ヘッドの底面を抽象的に示す図である。
【図8】第2の実施の形態に係る造形装置の構成を示す正面図である。
【図9】造形ヘッドの一部を示す底面図である。
【図10】造形要素の底面を拡大して示す図である。
【図11】造形要素の縦断面図である。
【図12】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図13】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図14】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図15】造形物を例示する図である。
【図16】第3の実施の形態に係る造形装置の構成を示す正面図である。
【図17】造形ヘッドの一部を示す底面図である。
【図18】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図19】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図20】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図21】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図22】造形物を例示する図である。
【図23】第4の実施の形態に係る造形装置の構成を示す正面図である。
【図24】造形ヘッドの一部を示す底面図である。
【図25】造形物が形成される様子を示す拡大図である。
【図26】造形要素の他の好ましい例を示す縦断面図である。
【図27】造形要素の底面図である。
【符号の説明】
1 造形装置
11 ステージ
12 昇降機構
17 コントローラ
22 バルブ群
32,332 光ファイバ
33 造形要素
91 造形材料
111 サブステージ
112 走査機構
163a 空間光変調デバイス
171 吐出制御部
172 光照射制御部
310 ノズルの集合
311,312,331a,331b 吐出口
320 光ファイバの集合
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a modeling apparatus for performing three-dimensional modeling, and belongs to the field of so-called high-speed prototyping.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when developing a product, a three-dimensional model of a part or a finished product (hereinafter, also referred to as “three-dimensional modeling”) has been produced in a short time by various methods, and the appearance and handling of the product using the three-dimensional model. Is examined.
[0003]
As the three-dimensional modeling, for example, the surface of a photocurable resin in a container (hereinafter, referred to as a “resin tank”) is scanned and irradiated with laser light while being turned ON / OFF, and the cured portion is put into the resin tank. There are well-known techniques such as a technique of repeating scanning with laser light while sinking (so-called stereolithography), a technique of preparing sheets corresponding to a large number of cross sections of an object, and stacking the sheets to perform modeling. In addition, a method of ejecting droplets of a photocurable resin from a plurality of nozzles by applying a method of ejecting ink at high speed and performing printing as in Patent Document 1 (hereinafter, referred to as an “inkjet method”) is also used. Proposed.
[0004]
In the stereolithography method, a resin tank is required and an optical system for scanning a laser beam is complicated, so that the apparatus is large and expensive. There is also a problem that scanning takes time. Therefore, as disclosed in Patent Document 2, a method of scanning a plurality of LEDs (light emitting diodes) in proximity to the surface of a photocurable resin has been proposed.
[0005]
In addition, in the stereolithography method, since it takes time to remove unnecessary objects attached to the formed object after the formation, as another method, Patent Document 3 discloses a single nozzle that can move freely in a three-dimensional space. And a method of performing modeling by discharging a natural hardening wax or a thermoplastic resin while moving a nozzle.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-67171
[Patent Document 2]
JP-A-11-254543
[Patent Document 3]
US Patent No. 5,121,329 Abstract
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the stereolithography method, it is necessary to store the photocurable resin in the resin tank as described above, and further settle the cured resin into the resin tank. Have. The method of laminating sheets does not require post-processing of a formed article, but requires a high technology of laminating sheets. The ink jet method is suitable for forming a minute object, but is not suitable for forming an object having a certain size.
[0008]
From the above, it can be said that a method of discharging a resin from a nozzle is preferable for manufacturing a model having a certain size. However, since the resin is slowly discharged from the nozzle, high-speed modeling cannot be easily performed. Furthermore, in the case of discharging a natural curable wax, a thermoplastic resin, or the like, since it takes time to cure the resin, when the resin is repeatedly laminated, the molded object is deformed, and it is difficult to increase the shape accuracy. .
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to improve a molding speed and a shape accuracy in a technique of performing a three-dimensional molding by discharging a molding material.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a modeling apparatus that performs three-dimensional modeling by curing a modeling material, and includes a discharge unit that discharges a photocurable modeling material from a plurality of discharge ports arranged two-dimensionally. A control unit that individually controls the discharge of the molding material from the plurality of discharge ports, a light emitting unit that emits light toward the modeling material discharged from the plurality of discharge ports, and a light emission unit that is discharged from the discharge unit. And a distance changing mechanism for changing a distance between the stage and the discharge section.
[0011]
The invention according to claim 2 is the molding apparatus according to claim 1, wherein the light emitting unit includes a plurality of light emitting elements two-dimensionally arranged in a region where the plurality of ejection openings are arranged. Have.
[0012]
The invention according to claim 3 is the modeling apparatus according to claim 2, wherein the plurality of light emitting elements are grouped into a plurality of light emitting element groups, and the control unit includes the plurality of light emitting elements. The emission of light from the emission element group is individually controlled.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a molding apparatus for performing a three-dimensional molding by curing a molding material, wherein a photocurable molding material is discharged from a plurality of discharge ports formed in a discharge region that spreads two-dimensionally. A light emitting portion having a plurality of light emitting elements two-dimensionally arranged in the discharging region, and emitting light toward a modeling material discharged from the plurality of discharging ports; and A control unit for individually controlling the emission of light from the light emitting element, a stage on which the modeling material discharged from the discharge unit is accumulated, and a distance changing mechanism for changing a distance between the stage and the discharge unit And
[0014]
The invention according to claim 5 is the molding apparatus according to claim 4, wherein the plurality of discharge ports are two-dimensionally arranged in the discharge area.
[0015]
The invention according to claim 6 is the molding apparatus according to claim 4 or 5, wherein the plurality of discharge ports are grouped into a plurality of discharge port groups, and the control unit controls the plurality of discharge ports. The discharge of the modeling material from the outlet group is individually controlled.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the modeling apparatus according to any one of the second and third aspects and the fifth and sixth aspects, wherein the discharge ports and the light emitting elements are alternately arranged in a predetermined direction.
[0017]
The invention according to claim 8 is the molding apparatus according to any one of claims 2 and 3 and claims 5 and 6, wherein one of the discharge port and the light emitting element surrounds the other.
[0018]
The invention according to claim 9 is the molding apparatus according to claim 7 or 8, wherein a distance between the plurality of discharge ports and the stage is set such that a distance between a tip of the plurality of light emitting elements, the stage, Shorter than the distance between.
[0019]
The invention according to claim 10 is a modeling apparatus that performs three-dimensional modeling by curing a modeling material, and includes a discharge unit that discharges a photocurable modeling material from a plurality of discharge ports arranged in a line. A control unit that individually controls the discharge of the molding material from the plurality of discharge ports, and a light emission unit that emits light from the light emission area along the plurality of discharge ports toward the modeling material after discharge, A stage on which the modeling material discharged from the discharge unit is stacked, and a scanning mechanism that relatively scans the discharge unit and the light emitting unit along the stage in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of discharge ports. And a distance changing mechanism for changing a distance between the stage and the discharge unit.
[0020]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the modeling apparatus according to the tenth aspect, the light emitting region is located on a rear side of the plurality of discharge ports with respect to a direction in which the discharge unit moves relative to the stage. .
[0021]
The invention according to claim 12 is a modeling apparatus that performs three-dimensional modeling by curing a modeling material, and includes a discharge unit that discharges a photocurable modeling material from a linear discharge region, and A light emitting unit for emitting light from the plurality of light emitting elements arranged along the direction toward the modeling material after ejection; a control unit for individually controlling the emission of light from the plurality of light emitting elements; A stage on which the modeling material discharged from the section is stacked, and a scanning mechanism that relatively scans the discharge section and the light emitting section along the stage in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting elements. And a distance changing mechanism for changing a distance between the stage and the discharge unit.
[0022]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the modeling apparatus according to the twelfth aspect, the plurality of light emitting elements are located on a rear side of the discharge area with respect to a direction in which the discharge unit moves relative to the stage. .
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a front view showing a configuration of a modeling apparatus 1 for performing three-dimensional modeling according to a first embodiment of the present invention. The molding apparatus 1 includes a stage 11 on which a molded object is formed, an elevating mechanism 12 for elevating and lowering the stage 11, a molding mechanism 13 disposed above the stage 11, a pump 14 for delivering a paste-like molding material to the molding mechanism 13, It includes a tank 15 for storing the material, a light source unit 16 for supplying light (ultraviolet rays in this embodiment) for curing the molding material to the molding mechanism 13, and a controller 17 for controlling various components.
[0024]
The modeling material has a light (ultraviolet) curable resin as a main component, and contains a solvent and other additives for adjusting fluidity and adhesion. By using a light-curing molding material that is a mixture of a light-curing resin and a low-softening point glass frit that is the main component, it is possible to produce a hard molding by firing as a post-treatment. It is.
[0025]
The elevating mechanism 12 moves the stage 11 up and down by driving a motor 121. During modeling, the stage 11 continuously moves downward. The shaping mechanism 13 has a shaping head 21 in which the lowermost portion has a large number of discharge nozzles arranged two-dimensionally.
[0026]
FIG. 2 is a bottom view showing a part of the modeling head 21. In the modeling head 21, nozzles 31 having discharge ports 311 and optical fibers 32 for emitting light are alternately and two-dimensionally arranged in a lattice pattern. Accordingly, each nozzle 31 is substantially surrounded by the optical fiber 32, and each optical fiber 32 is substantially surrounded by the nozzle 31. In other words, the modeling head 21 includes a group 310 (discharge unit) of a plurality of nozzles that discharges a modeling material from the plurality of discharge ports 311 arranged two-dimensionally, and a two-dimensional group in a region where the plurality of discharge ports 311 are arranged. And a set 320 (light emitting portions) of a plurality of light emitting elements that emit light toward the modeling material after ejection.
[0027]
As shown in FIG. 1, a group of valves 22 for individually controlling the discharge of the molding material from the nozzles 31 is arranged above the modeling head 21, and each valve is connected to one nozzle 31 via a tube. Note that the valve group 22 may be provided in multiple stages up and down in order to arrange the valves at high density. The valve group 22 is attached to a manifold 23, and the pump 14 is connected to the manifold 23. Thus, the molding material is discharged from each nozzle 31 corresponding to the opened valve at the same speed by the action of the pump 14.
[0028]
On the other hand, each optical fiber 32 of the modeling head 21 is connected to the upper light source unit 16 through gaps and sides provided in the bulb group 22 and the manifold 23. The light source unit 16 includes a plurality of light sources 161 that can be individually turned on and off, an optical system 162 that converts light from the light source 161 into light having a uniform intensity distribution, and light (ultraviolet light) to the end face of the optical fiber 32. And a mirror 163 that makes the light incident.
[0029]
FIG. 3 to FIG. 5 are enlarged views showing a state in which a modeled object is being formed on the stage 11. The tip of the optical fiber 32 is located at a position deeper than the discharge port 311 of the nozzle 31, and the distance between the discharge port 311 and the stage 11 is shorter than the distance between the tip of the optical fiber 32 and the stage 11. Has become. This prevents the build material from adhering to the optical fiber 32. Before the modeling is performed, data of a cross-sectional shape (hereinafter, referred to as “cross-sectional data”) obtained by cutting a large number of shapes of the modeled object on a horizontal plane is prepared by a computer provided separately.
[0030]
FIG. 3 shows a state in which a first-stage portion (a portion corresponding to the lowest cross-sectional shape, a portion corresponding to one cross-sectional shape is hereinafter referred to as a “layer”) is formed on the stage 11. FIG. When the operation shown in FIG. 3 is performed, the controller 17 controls the valve group 22 such that the modeling material 91 is discharged only from the nozzles 31 included in the cross section of the lowermost layer in accordance with the cross-sectional data of the lowermost layer. The stage 11 is moved down in synchronization with the ejection. The thickness of one layer is, for example, about 0.5 mm.
[0031]
The lowering speed of the stage 11 is obtained by multiplying the lowering speed by the area on the stage 11 per nozzle 31 (the area obtained by dividing the area occupied by the nozzle group by the number of nozzles) and the lowering speed per one nozzle 31 per unit time. Is controlled to be equal to the volume of the modeling material discharged to Thereby, as shown in FIG. 3, the discharged modeling material 91 is sufficiently applied to a region corresponding to one nozzle 31. As a result, when the modeling material 91 is discharged from the plurality of nozzles 31 adjacent to each other, the modeling material 91 is accumulated upward without any gap.
[0032]
On the other hand, light is emitted from the optical fiber 32 in parallel with the ejection of the molding material 91, and the molding material 91 is gradually cured. The output of the light is adjusted so that the molding material 91 is cured in a semi-cured state immediately after the discharge and spreads to the area corresponding to one nozzle 31 quickly. This prevents the modeling material 91 from unnecessarily spreading (dripping) in the horizontal direction on the stage 11, and as shown in FIG. It is accumulated in.
[0033]
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which a portion corresponding to the cross-sectional shape of the second stage from the bottom of the modeled object is formed. In FIG. 4, the discharge from the leftmost nozzle 31 is stopped, and the second layer is physically formed continuously from the other nozzles 31 on the lowermost modeling material 91. Light continues to be emitted from each optical fiber 32. In addition, since the formation of the upper layer physically continuous with the lower layer due to the accumulation of the modeling material 91 is substantially equivalent to the lamination of the layers, the following description will refer to “lamination” as appropriate. Is used. FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which a layer corresponding to the third-level cross-sectional shape from the bottom of the modeled object is formed. In FIG. 5, the ejection from the two nozzles 31 on the left side is stopped, and the third layer is physically and continuously stacked on the second layer from the other nozzles 31. Light is continuously emitted from each optical fiber 32, and the molding material 91 is cured.
[0034]
As described above, in the modeling apparatus 1, ON / OFF of discharge from each nozzle 31 is controlled according to the shape of the modeled object. This realizes rapid modeling using the nozzles 31 arranged two-dimensionally. In addition, since the discharged modeling material 91 is quickly cured by light, a decrease in the shape accuracy of the modeled object is suppressed. Furthermore, since unnecessary materials do not exist in the area outside the modeled object, complicated procedures are not required for post-modeling processing (for example, surface treatment such as polishing), and the material can be efficiently used for modeling. it can.
[0035]
It should be noted that, compared to the optical shaping method, a resin tank for storing the resin is not required, and since it is not necessary to scan with light, the apparatus can be downsized. Also, a procedure for reusing the uncured resin is not required, and the molding operation is simplified.
[0036]
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of the controller 17, a configuration connected to the controller 17, and a computer 8 for generating cross-sectional data. In the computer 8, three-dimensional shape data 811 of the modeled object is prepared in advance in the memory 81 using CAD or the like, and as described above, a large number of cross-sectional shapes obtained by cutting the modeled object on a horizontal plane in which a large number of the modeled objects are stacked are described. The section data 812 shown is generated from the shape data 811, and is prepared in the memory 81. Then, the cross-sectional data corresponding to the lowest part (lowest layer) of the modeled object is transmitted to the controller 17, and thereafter, the cross-sectional data corresponding to the one upper part (upper layer) is sequentially transmitted to the controller 17. You.
[0037]
The controller 17 includes a discharge control unit 171 that controls the valve group 22, a light irradiation control unit 172 that controls the emission of light from the optical fiber 32, and a stage drive unit 173 that controls the lowering of the stage 11. It is electrically connected to the bulb group 22, the light source unit 16, and the elevating mechanism 12. Each of the control units 171, 172, and 173 is configured by an arithmetic circuit that processes cross-sectional data, an interface that generates control signals for various components, and the like. The operations illustrated in FIGS. 3 to 5 are realized by the discharge control unit 171 controlling the opening and closing of each valve according to the cross-sectional data while synchronizing with the lowering of the stage by the stage driving unit 173.
[0038]
Here, in the modeling apparatus 1, the light source unit 16 is also controlled according to the cross-sectional data. Specifically, ON / OFF of the plurality of light sources 161 of the light source unit 16 shown in FIG. 1 is controlled. FIG. 7 is a diagram for describing a specific example of control of the light source 161, and illustrates the bottom surface of the modeling head 21 in an abstract manner. In FIG. 7, nine regions 210 arranged three by three in the upper, lower, left, and right directions indicate the range of an optical fiber group in which light emission is controlled by controlling ON / OFF of one light source 161. On the other hand, a region 910 surrounded by a thick solid line indicates a range of a nozzle group in which ejection is performed according to the cross-sectional data.
[0039]
In FIG. 7, only the upper left region 210 and three adjacent regions 210 (a total of four regions 210) overlap with the region 910. In the example shown in FIG. 7, in the modeling apparatus 1, only the light sources 161 corresponding to the four regions 210 overlapping the region 910 are turned on, and the light sources 161 corresponding to the other five regions 210 are turned off. As described above, the light irradiation control unit 172 individually controls the emission of light from the optical fiber group according to the cross-sectional data, so that the molding apparatus 1 omits unnecessary lighting of the light source 161 to reduce power consumption and reduce the light source unit. 16, the frequency of replacing the light source 161 is reduced.
[0040]
FIG. 8 is a front view showing the molding apparatus 1 according to the second embodiment. The molding apparatus 1 according to the second embodiment differs from the first embodiment in the structure of the molding head 21, the bulb group 22 is omitted, and the structure of the light source unit 16 is also different. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and are denoted by the same reference numerals.
[0041]
FIG. 9 is a bottom view showing a part of the modeling head 21. In the modeling head 21, the modeling elements 33 are two-dimensionally arranged. FIG. 10 is an enlarged view showing the bottom surface of one modeling element 33. The modeling element 33 has a nozzle 331 that discharges a modeling material from a discharge port 331a at the center, and a plurality of optical fibers 332 are arranged so as to surround the periphery of the nozzle 331. The outside of the optical fiber 332 is further covered with a resin cover 333. As a specific example, the nozzle 331 has an outer diameter of 320 μm and an inner diameter of 140 μm, the diameter of the optical fiber 332 is 70 μm, and the thickness of the resin cover is 90 μm. In this case, the entire outer diameter is 640 μm.
[0042]
Since the modeling elements 33 are arranged, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the modeling head 21 discharges a modeling material from a plurality of discharge ports 331a two-dimensionally arranged. And a set of a plurality of light emitting elements (light emitting portions) that emit light toward the discharged modeling material that is two-dimensionally arranged in a region where the plurality of outlets 331a are arranged. ) Are combined. In addition, since the optical fiber 32 surrounds the nozzle 31, the ejection and the light irradiation are accurately associated one-to-one.
[0043]
FIG. 11 is a view showing a vertical section of one modeling element 33, and also shows a state in which the modeling material 91 is discharged. In the shaping element 33, the end face (light emitting surface) of the optical fiber 332 is located on the back side with respect to the discharge port 331 a of the nozzle 331 (that is, the distance between the discharge port 331 a and the stage 11 is the tip of the optical fiber 32). The distance between the resin cover 333 and the stage 11 is shorter than the distance between the light emitting surface and the stage 11). The cross-sectional area (based on the horizontal plane) of the molding material 91 which is discharged from the nozzle 331 and spreads is approximately equal to the molding element 33 by controlling the discharge speed and the descent speed of the stage 11 by the controller 17 as in the first embodiment. Is adjusted to have an area corresponding to Since the light emitting surface of the optical fiber 332 is located at the back, the modeling material 91 discharged from the nozzle 331 is prevented from adhering to the light emitting surface.
[0044]
Further, the outer peripheral surface 341 of the nozzle 331 and the inner peripheral surface 342 of the resin cover 333 below the light emitting surface are mirror-finished by plating or the like. Therefore, as shown by the arrow in FIG. 11 (only the right optical fiber 332 is shown), the light emitted from the optical fiber 332 is reflected by the outer peripheral surface 341 and the inner peripheral surface 342 and is Efficiently enter from inside. As a result, it is possible to accumulate the modeling material 91 in an appropriate cross-sectional shape upward while suppressing deformation of the modeling material 91.
[0045]
The plurality of optical fibers 332 included in one modeling element 33 are bundled (that is, combined) into one optical fiber 32 to the light source unit 16 via a gap or side in the manifold 23 shown in FIG. It is led.
[0046]
As shown in FIG. 8, one light source 161 is provided in the light source unit 16, and the light from the light source 161 is converted by the optical system 162 into a light beam having a uniform intensity in a light beam cross section. In the light source unit 16, instead of the mirror 163 in the first embodiment, a spatial light modulation device 163a having two-dimensionally arranged rotatable minute mirrors is provided. As a result, the spatially modulated light is incident on the end faces of the group of optical fibers 32 on the light source unit 16 side. The end face of one optical fiber 32 is arranged so as to correspond to one micromirror. By controlling the spatial light modulation device 163a, ON / OFF of the light emission from each modeling element 33 can be individually controlled. It is possible. That is, the plurality of optical fibers 332 included in one modeling element 33 are one light emitting element that is a control unit.
[0047]
On the other hand, as described above, since the modeling apparatus 1 according to the second embodiment does not include a valve group for controlling discharge, the modeling material 91 is uniformly discharged from each of the modeling elements 33. As described above, in the modeling apparatus 1, the formation of a modeled object is realized by controlling the emission of light instead of controlling the discharge of the modeling material 91.
[0048]
FIG. 12 to FIG. 14 are diagrams illustrating a state where a modeled object is manufactured by the modeling apparatus 1 according to the second embodiment. In the following description, a portion corresponding to one cross-sectional shape of the modeled object is referred to as a “layer”, as in the first embodiment. In FIGS. 12 to 14, the hardened molding material 91 is indicated by parallel oblique lines.
[0049]
FIG. 12 shows a state where the lowermost layer of the modeled object is formed, FIG. 13 shows a state where the second layer from the bottom is formed, and FIG. 14 shows a state where the third layer from the bottom is formed. In FIG. 12, the molding material 91 is discharged and light is emitted from all the modeling elements 33, and all the molding materials 91 are cured. In FIG. 13, the modeling material 91 is discharged from the leftmost modeling element 33, but the light emission is stopped, and the modeling material 91 is accumulated on the lowermost layer in an uncured state. It is assumed that the uncured molding material 91 has a viscosity that does not cause significant deformation (ie, dripping).
[0050]
FIG. 14 shows a state in which light emission from the two left modeling elements 33 is stopped when the third layer from the bottom is formed. As described above, in the modeling apparatus 1, a part of the molding material 91 to be discharged is cured according to the cross-sectional shape of the molding object, so that the molding material is present inside the block of the molding material 91. Accumulation and curing of 91 are performed to form a model.
[0051]
When the formation of the modeled object on the stage 11 is completed, the modeled object is detached from the stage 11 and the uncured modeling material 91 attached to the surroundings at another place is removed. Thus, only the cured portion is obtained as the modeled object 92 as illustrated in FIG.
[0052]
In the modeling apparatus 1 according to the second embodiment, since the modeling material 91 is discharged from the plurality of modeling elements 33, a modeling object can be manufactured quickly as in the first embodiment. In addition, since the discharged modeling material is quickly cured by light, a decrease in the shape accuracy of the modeled object can be suppressed. In the second embodiment, since the discharge is not controlled unlike the first embodiment, it is not necessary to arrange a large number of valves. Therefore, the device can be easily designed. It should be noted that, compared to the optical shaping method, a resin tank for storing the resin is not required, and there is no need to scan with light, so that the apparatus can be downsized.
[0053]
By the way, in the second embodiment, the ejection may be controlled to some extent. That is, the modeling elements 33 may be divided into a plurality of groups, and a valve may be provided for each group to control the discharge of the modeling material 91 individually. In this case, when it is not necessary to discharge the modeling material 91 from all the modeling elements 33 in the group, the supply of the modeling material 91 to the group is stopped. The valve is provided between the manifold 23 and each group of the shaping element 33 according to the first embodiment.
[0054]
The 16 groups 330 of the shaping elements 33 divided by the thick solid line in FIG. 9 indicate units in which the ejection is controlled. For example, when it is necessary to emit light only from the shaping elements 33 indicated by parallel oblique lines in FIG. 9 according to the cross-sectional data, the shaping material 91 is discharged only from the upper left nine (= 3 × 3) groups 330. , The discharge from the other seven groups 330 is stopped. As a result, unnecessary consumption of the modeling material 91 is prevented, and reduction in the manufacturing cost of the model is realized. When the ejection is also controlled, the internal configuration of the controller 17 is basically the same as that shown in FIG.
[0055]
FIG. 16 is a front view showing the modeling apparatus 1 according to the third embodiment. The shaping apparatus 1 is different from the first embodiment in that the structure of the shaping head 21 and that a sub-stage 111 and a scanning mechanism 112 are provided on the stage 11. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and are denoted by the same reference numerals.
[0056]
FIG. 17 is a bottom view showing a part of the modeling head 21. In the modeling head 21, a plurality of nozzles 31 and a plurality of optical fibers 32 each having the same discharge port 311 as in the first embodiment are arranged in parallel in the X direction (left and right direction) shown in FIG. In other words, the modeling head 21 is arranged in a line along the plurality of discharge ports 311 and a set 310 (discharge unit) of a plurality of nozzles that discharges the molding material from the plurality of discharge ports 311 arranged in a line. And a set 320 (light emitting portion) of a plurality of light emitting elements that emit light toward the modeling material after ejection.
[0057]
The substage 111 can be moved in the Y direction (the direction perpendicular to the plane of FIG. 16) in FIG. 16 along a guide rail by a scanning mechanism 112 having a ball screw and a motor. Thus, the modeling head 21 is relatively scanned along the substage 111 in a direction perpendicular to the direction in which the plurality of ejection ports 311 are arranged.
[0058]
FIGS. 18 to 21 are views showing a state where a modeled object is formed on the sub-stage 111 by the modeling apparatus 1 according to the third embodiment. During modeling, the sub-stage 111 is moved in the (-Y) direction by the moving mechanism. Thereby, the modeling head 21 relatively moves on the substage 111 in the (+ Y) direction. FIGS. 18 to 20 show a state in which the lowermost layer corresponding to the lowermost cross-sectional shape of the modeled object is formed. As the modeling head 21 relatively moves in the (+ Y) direction, the modeling material 91 becomes (+ Y). + Y) sequentially on the substage 111. At this time, since the optical fiber 32 is located on the rear side of the nozzle 31 with respect to the relative movement direction of the modeling head 21, the modeling material 91 immediately after ejection is efficiently irradiated with light, and the modeling material 91 is sequentially cured. In FIGS. 18 to 20, the hardened molding material 91 is hatched in parallel.
[0059]
As in the first embodiment, the discharge from each nozzle 31 can be individually controlled by the valve group 22 (see FIG. 16), and each nozzle 31 is placed in an area corresponding to the cross-sectional shape of the modeled object. The molding material 91 is discharged only while is positioned. By selectively performing ejection from the nozzle 31, a layer is formed only in a region corresponding to one cross-sectional shape. When one scan of the modeling head 21 in the relative (+ Y) direction is completed, the formation of one layer is completed.
[0060]
Subsequently, the elevating mechanism 12 lowers the stage 11 by one layer, and the sub-stage 111 returns to the initial position. Then, the relative scanning of the modeling head 21 is performed again. At this time, ejection from each nozzle 31 is selectively performed, and as shown in FIG. 21, the second layer from the bottom is formed on the lowermost layer according to the corresponding cross-sectional shape. The relative scanning and selective ejection of the modeling head 21 are repeated while the stage 11 is intermittently lowered, so that layers are sequentially stacked from the lower side, and finally the modeling is performed as illustrated in FIG. An object 92 is formed on the sub-stage 111.
[0061]
When the light source unit 16 has a plurality of light sources 161 as shown in FIG. 16, the optical fibers 32 are grouped as in the first embodiment, and the lighting of the light sources 161 is controlled by controlling the lighting of the light sources 161. Lighting may be controlled for each fiber group.
[0062]
As described above, in the modeling apparatus 1 according to the third embodiment, since the modeling is performed while the molding material 91 is discharged from the plurality of discharge ports 311 arranged in a line, compared to the first embodiment. The structure of the shaping mechanism 13 is greatly simplified. In addition, by performing discharge from the plurality of discharge ports 311, it is possible to improve the molding speed as compared with the case where discharge is performed using one nozzle. Further, since the molding material 91 is hardened immediately after the discharge, the shape accuracy of the molded object is prevented from being impaired.
[0063]
In addition, compared with the optical molding method, since a resin tank for storing the resin is not required, the apparatus can be downsized, and a procedure for reusing the uncured resin is not required.
[0064]
FIG. 23 is a front view showing the modeling apparatus 1 according to the fourth embodiment. The modeling apparatus 1 is almost the same as the third embodiment, but the structure of the modeling head 21 is different, the bulb group 22 is omitted, and one light source is provided in the light source unit 16 as in the second embodiment. 161 and a spatial light modulation device 163a are provided. Other configurations are the same as those in FIG. 16 and are denoted by the same reference numerals.
[0065]
FIG. 24 is a bottom view showing a part of the modeling head 21 according to the fourth embodiment. In the modeling head 21, a discharge port 312 for discharging the molding material 91 has a slit shape, and a plurality of optical fibers 32 are arranged in parallel with the discharge port 312. In other words, the modeling head 21 includes a nozzle (discharge unit) that discharges a molding material from a linear discharge region and a plurality of nozzles that are arranged in a line along the discharge region and emit light toward the discharged molding material. Of light emitting elements 320 (light emitting portions).
[0066]
Each optical fiber 32 is connected to the upper light source unit 16 as shown in FIG. 23, and the introduction of light into each optical fiber 32 is individually controlled by the spatial light modulation device 163a as in the second embodiment. You. On the other hand, the molding material 91 is uniformly discharged from the slit-shaped discharge port 312. Similarly to the third embodiment, the shaping head 21 is relatively scanned by the scanning mechanism 112 along the sub-stage 111 in a direction perpendicular to the direction in which the optical fibers 32 are arranged. Is located on the rear side of the discharge port 312 with respect to the moving direction relative to the light, and the light is efficiently applied to the modeling material.
[0067]
At the time of shaping, as in the third embodiment, the shaping head 21 is relatively scanned in the (+ Y) direction by moving the sub-stage 111, and when one scan is completed, the stage 11 (and the The stage 111) descends by one layer. In the fourth embodiment, the emission of light from each optical fiber 32 is controlled in synchronization with the scanning of the modeling head 21. Thus, the modeling material 91 discharged from the discharge port 312 in a substantially sheet shape onto the sub-stage 111 is irradiated with light only in a region corresponding to the cross-sectional shape of the modeled object.
[0068]
FIG. 25 is a diagram illustrating a state in which a shaped object is manufactured by the above operation. In FIG. 25, only the portions indicated by parallel oblique lines in the modeling material 91 are hardened. Although only the optical fiber 32 closest to the (+ X) side is shown in FIG. 25, light is selectively emitted from the other optical fibers 32 as well. When the shaping in the shaping apparatus 1 is completed, unnecessary shaping material 91 is removed as in the second embodiment, and a final shaping object is obtained.
[0069]
As described above, in the modeling apparatus 1 according to the fourth embodiment, the molding material 91 is stacked by scanning the discharge port 312 while discharging the molding material 91 from the slit-shaped discharge port 312. Since light is selectively emitted from the optical fiber 32 to manufacture a modeled object, it is possible to quickly manufacture a modeled object with high accuracy. It should be noted that, as compared with the stereolithography method, the size of the apparatus can be reduced because a resin tank for storing the resin is not required.
[0070]
FIG. 26 is a longitudinal sectional view showing another preferred example of the shaping element 33 according to the second embodiment, and FIG. 27 is a bottom view. FIG. 26 corresponds to the cross section at the position of arrow AA shown in FIG. In the modeling element 33 shown in FIGS. 26 and 27, a nozzle 331 having a substantially U-shaped discharge port 331b is provided so as to substantially surround the optical fiber 332 covered with the coating. That is, the inclusion relationship between the nozzle and the optical fiber is opposite to that shown in FIG. Thus, the ejection and the light irradiation can be accurately associated with each other on a one-to-one basis. As shown in FIG. 27, the optical fiber 332 is provided so as to be supported by the nozzle 331. As shown in FIG. 26, the light emitting surface of the optical fiber 332 is located deeper than the discharge port 331b. That is, the distance between the discharge port 331 b and the stage 11 is shorter than the distance between the tip of the optical fiber 332 and the stage 11.
[0071]
When the modeling material 91 is discharged from the modeling element 33, the descending speed of the stage 11 is controlled, and as the modeling material 91 descends, the cross-sectional shape gradually changes from a substantially U-shape to a substantially circular shape. At this time, the light is emitted from the central optical fiber 332 to the molding material 91 at a stage where the cross-sectional shape is substantially U-shaped, and the ejection speed and the stage 11 are adjusted so that the curing is completed when the cross-sectional shape becomes substantially circular. The descending speed is controlled. By making the discharge port 331b substantially U-shaped, air is prevented from staying in the modeling material 91. As described above, when the nozzle and the optical fiber are provided in the molding apparatus 1 as an integral molding element, the optical fiber can be positioned at the center of the molding element.
[0072]
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.
[0073]
The photo-curable molding material may be a resin that is cured by light other than ultraviolet light such as visible light.
[0074]
When the modeling material has a certain degree of viscosity, the stage 11 (or the sub-stage 111) does not need to be horizontal, and in this case, the lifting mechanism 12 that changes the distance between the stage 11 and the modeling head 21 is used. The posture is changed from the state shown in FIG. Alternatively, the stage 11 may be fixed, and the modeling head 21 may move in a direction perpendicular to the stage 11 or along the stage 11.
[0075]
Light emission is not limited to light emission from a light guide member such as an optical fiber, and light may be directly applied to a modeling material from a light emitting element.
[0076]
In the first embodiment, the light may be emitted by another method as long as the light is emitted from a region where the ejection ports 311 are arranged. For example, light may be emitted from a base member to which the nozzle 31 is attached.
[0077]
In the second embodiment, it is not necessary to control the discharge range (or it is not necessary to precisely control the discharge range). Therefore, instead of arranging the discharge ports 331a two-dimensionally, a plurality of slit-shaped discharge ports (discharge ports) (Perpendicular to the direction in which the outlets extend). That is, in the second embodiment, another structure may be adopted as long as discharge is performed from a plurality of discharge ports formed in a discharge region that spreads two-dimensionally on the lower surface of the modeling head 21. , Quick molding is realized.
[0078]
Further, in the second and fourth embodiments, the light emission from each optical fiber 32 is not limited to a device having a rotatable micro mirror group, but a diffraction grating type spatial light modulation device. Or a liquid crystal may be used. Furthermore, spatial light modulation may be performed by arranging minute light sources.
[0079]
The modeling head 21 in the first embodiment can be used in the second embodiment, and the modeling head 21 (the modeling element 33) in the second embodiment can be used in the first embodiment. It is also possible to use it. In the first embodiment, the nozzles 31 and the optical fibers 32 may be alternately arranged in a line. That is, by alternately disposing the nozzles 31 and the optical fibers 32 at least in the predetermined direction on the lower surface of the modeling head 21, the ejection and the curing can be appropriately performed two-dimensionally.
[0080]
In the third embodiment, light may be emitted linearly from a plate-like light guide member, and in the fourth embodiment, a plurality of nozzles may be arranged in a line. When a plurality of nozzles are arranged in the fourth embodiment, the ejection may be controlled for each nozzle group by grouping these nozzles. Also, the modeling element 33 shown in FIGS. 10 and 27 may be used in the third or fourth embodiment, and even in this case, the light is emitted almost along the plurality of linear ejection ports. An area will be formed. Further, light may be separately irradiated after the ejection according to the cross-sectional shape of the modeled object in the third embodiment, and the linear ejection port 312 and the linear light may be emitted in the fourth embodiment. The aggregate of the fibers 32 may move individually.
[0081]
Since the molding material discharged from one nozzle adheres to the side of the molding material discharged from the adjacent nozzle and hardens, a cured layer does not always need to be present on the lower side during discharging. . That is, in the modeling apparatus 1 according to any of the above embodiments, a shape having a slight overhang can be formed.
[0082]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a molded object can be formed quickly, performing molding by discharge of a molding material, and also the fall of the shape precision of a molded object can be suppressed.
[0083]
Further, in the inventions of claims 1 to 3, claim 6, and claims 10 and 11, the molding material can be efficiently used for molding.
[0084]
According to the third aspect of the present invention, power consumption can be reduced.
[0085]
Further, in the inventions of claims 8, 11 and 13, light can be efficiently applied to the modeling material, and in the invention of claim 9, it is possible to prevent the modeling material from adhering to the light emitting element. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a configuration of a molding apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a bottom view showing a part of the modeling head.
FIG. 3 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 4 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 5 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of a controller and a peripheral configuration thereof.
FIG. 7 is a view abstractly showing a bottom surface of a modeling head.
FIG. 8 is a front view illustrating a configuration of a molding apparatus according to a second embodiment.
FIG. 9 is a bottom view showing a part of the modeling head.
FIG. 10 is an enlarged view showing a bottom surface of a shaping element.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a shaping element.
FIG. 12 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 13 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 14 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 15 is a diagram illustrating a modeled object.
FIG. 16 is a front view illustrating a configuration of a modeling apparatus according to a third embodiment.
FIG. 17 is a bottom view showing a part of the modeling head.
FIG. 18 is an enlarged view showing a state where a modeled object is formed.
FIG. 19 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 20 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 21 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 22 is a diagram illustrating a modeled object.
FIG. 23 is a front view illustrating a configuration of a modeling apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 24 is a bottom view showing a part of the modeling head.
FIG. 25 is an enlarged view showing a state in which a modeled object is formed.
FIG. 26 is a longitudinal sectional view showing another preferred example of the shaping element.
FIG. 27 is a bottom view of the shaping element.
[Explanation of symbols]
1 modeling equipment
11 stages
12 lifting mechanism
17 Controller
22 valve group
32,332 Optical fiber
33 modeling elements
91 Building materials
111 substage
112 Scanning mechanism
163a Spatial light modulation device
171 Discharge control unit
172 Light irradiation controller
Set of 310 nozzles
311, 312, 331 a, 331 b outlet
320 Assembly of optical fiber

Claims (13)

造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、
2次元に配列された複数の吐出口から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、
前記複数の吐出口からの造形材料の吐出を個別に制御する制御部と、
前記複数の吐出口から吐出された造形材料に向けて光を出射する光出射部と、
前記吐出部から吐出された造形材料が蓄積されるステージと、
前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構と、
を備えることを特徴とする造形装置。
A molding apparatus for performing three-dimensional molding by curing a molding material,
An ejection unit that ejects a photocurable molding material from a plurality of ejection ports arranged two-dimensionally,
A control unit for individually controlling the discharge of the modeling material from the plurality of discharge ports,
A light emitting unit that emits light toward the modeling material discharged from the plurality of discharge ports,
A stage in which the modeling material discharged from the discharge unit is accumulated,
A distance changing mechanism that changes a distance between the stage and the ejection unit,
A shaping device comprising:
請求項1に記載の造形装置であって、
前記光出射部が、前記複数の吐出口が配列される領域に2次元に配列された複数の光出射要素を有することを特徴とする造形装置。
The modeling apparatus according to claim 1,
The molding apparatus, wherein the light emitting unit has a plurality of light emitting elements two-dimensionally arranged in a region where the plurality of discharge ports are arranged.
請求項2に記載の造形装置であって、
前記複数の光出射要素が複数の光出射要素群にグループ分けされており、
前記制御部が、前記複数の光出射要素群からの光の出射を個別に制御することを特徴とする造形装置。
The modeling device according to claim 2,
The plurality of light emitting elements are grouped into a plurality of light emitting element groups,
The molding apparatus, wherein the control unit individually controls light emission from the plurality of light emitting element groups.
造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、
2次元に広がる吐出領域に形成された複数の吐出口から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出領域に2次元に配列された複数の光出射要素を有し、前記複数の吐出口から吐出された造形材料に向けて光を出射する光出射部と、
前記複数の光出射要素からの光の出射を個別に制御する制御部と、
前記吐出部から吐出された造形材料が蓄積されるステージと、
前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構と、
を備えることを特徴とする造形装置。
A molding apparatus for performing three-dimensional molding by curing a molding material,
A discharge unit that discharges a photocurable molding material from a plurality of discharge ports formed in a discharge region that spreads two-dimensionally;
A light emitting unit that has a plurality of light emitting elements two-dimensionally arranged in the discharge area, and emits light toward a modeling material discharged from the plurality of discharge ports;
A control unit that individually controls light emission from the plurality of light emitting elements,
A stage in which the modeling material discharged from the discharge unit is accumulated,
A distance changing mechanism that changes a distance between the stage and the ejection unit,
A shaping device comprising:
請求項4に記載の造形装置であって、
前記複数の吐出口が前記吐出領域に2次元に配列されていることを特徴とする造形装置。
The molding apparatus according to claim 4,
The molding apparatus, wherein the plurality of discharge ports are two-dimensionally arranged in the discharge area.
請求項4または5に記載の造形装置であって、
前記複数の吐出口が複数の吐出口群にグループ分けされており、
前記制御部が、前記複数の吐出口群からの造形材料の吐出を個別に制御することを特徴とする造形装置。
It is a modeling device according to claim 4 or 5,
The plurality of outlets are grouped into a plurality of outlet groups.
The molding apparatus, wherein the control unit individually controls ejection of the molding material from the plurality of ejection port groups.
請求項2および3並びに請求項5および6のいずれかに記載の造形装置であって、
所定方向に関して吐出口と光出射要素とが交互に配列されることを特徴とする造形装置。
The molding apparatus according to any one of claims 2 and 3, and claims 5 and 6,
A molding apparatus wherein discharge ports and light emitting elements are alternately arranged in a predetermined direction.
請求項2および3並びに請求項5および6のいずれかに記載の造形装置であって、
吐出口および光出射要素のうちの一方が他方の周囲を囲むことを特徴とする造形装置。
The molding apparatus according to any one of claims 2 and 3, and claims 5 and 6,
A molding apparatus, wherein one of the discharge port and the light emitting element surrounds the periphery of the other.
請求項7または8に記載の造形装置であって、
前記複数の吐出口と前記ステージとの間の距離が、前記複数の光出射要素の先端と前記ステージとの間の距離よりも短いことを特徴とする造形装置。
It is a modeling device according to claim 7 or 8,
A molding apparatus, wherein a distance between the plurality of discharge ports and the stage is shorter than a distance between tips of the plurality of light emitting elements and the stage.
造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、
ライン状に配列された複数の吐出口から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、
前記複数の吐出口からの造形材料の吐出を個別に制御する制御部と、
前記複数の吐出口に沿う光出射領域から吐出後の造形材料に向けて光を出射する光出射部と、
前記吐出部から吐出された造形材料が積層されるステージと、
前記ステージに沿って前記吐出部および前記光出射部を前記複数の吐出口の配列方向に垂直な方向に相対的に走査する走査機構と、
前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構と、
を備えることを特徴とする造形装置。
A molding apparatus for performing three-dimensional molding by curing a molding material,
An ejection unit that ejects a photocurable molding material from a plurality of ejection ports arranged in a line,
A control unit for individually controlling the discharge of the modeling material from the plurality of discharge ports,
A light emitting unit that emits light from the light emitting area along the plurality of ejection ports toward the modeling material after ejection,
A stage on which the modeling material discharged from the discharge unit is stacked,
A scanning mechanism that relatively scans the ejection unit and the light emission unit along the stage in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of ejection ports,
A distance changing mechanism that changes a distance between the stage and the ejection unit,
A shaping device comprising:
請求項10に記載の造形装置であって、
前記光出射領域が、前記ステージに対する前記吐出部の相対的移動方向に関して前記複数の吐出口の後側に位置することを特徴とする造形装置。
The modeling apparatus according to claim 10,
The molding apparatus according to claim 1, wherein the light emitting region is located behind the plurality of ejection ports with respect to a direction in which the ejection unit moves relative to the stage.
造形材料を硬化させて3次元の造形を行う造形装置であって、
ライン状の吐出領域から光硬化性の造形材料を吐出する吐出部と、
前記吐出領域に沿って配列された複数の光出射要素から吐出後の造形材料に向けて光を出射する光出射部と、
前記複数の光出射要素からの光の出射を個別に制御する制御部と、
前記吐出部から吐出された造形材料が積層されるステージと、
前記ステージに沿って前記吐出部および前記光出射部を前記複数の光出射要素の配列方向に垂直な方向に相対的に走査する走査機構と、
前記ステージと前記吐出部との間の距離を変更する距離変更機構と、
を備えることを特徴とする造形装置。
A molding apparatus for performing three-dimensional molding by curing a molding material,
An ejection unit that ejects a photocurable molding material from a line-shaped ejection region,
A light emitting unit that emits light from the plurality of light emitting elements arranged along the ejection region toward the modeling material after ejection,
A control unit that individually controls light emission from the plurality of light emitting elements,
A stage on which the modeling material discharged from the discharge unit is stacked,
A scanning mechanism that relatively scans the ejection unit and the light emitting unit along the stage in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting elements;
A distance changing mechanism that changes a distance between the stage and the ejection unit,
A shaping device comprising:
請求項12に記載の造形装置であって、
前記複数の光出射要素が、前記ステージに対する前記吐出部の相対的移動方向に関して前記吐出領域の後側に位置することを特徴とする造形装置。
The modeling apparatus according to claim 12, wherein
The shaping apparatus according to claim 1, wherein the plurality of light emitting elements are located on a rear side of the discharge area with respect to a direction in which the discharge unit moves relative to the stage.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008149311A (en) * 2006-11-21 2008-07-03 Ricoh Co Ltd Electronic component fabrication apparatus, pattern wiring sheet, electronic device sheet and sheet
JP2011198982A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Pattern-forming device
WO2013108914A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 兵神装備株式会社 Three-dimensional structure modeling apparatus
WO2015079839A1 (en) * 2013-11-29 2015-06-04 東京エレクトロン株式会社 Lamination fabrication device, lamination fabrication method, and moving unit
WO2015151611A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 株式会社 東芝 Layered-shaped-article manufacturing device, manufacturing method, and liquid feedstock
JP2017209871A (en) * 2016-05-25 2017-11-30 株式会社ミマキエンジニアリング Three-dimensional molding apparatus
CN107839219A (en) * 2017-10-30 2018-03-27 宁夏共享模具有限公司 A kind of 3DP dislocation Method of printing

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008149311A (en) * 2006-11-21 2008-07-03 Ricoh Co Ltd Electronic component fabrication apparatus, pattern wiring sheet, electronic device sheet and sheet
JP2011198982A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Pattern-forming device
WO2013108914A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 兵神装備株式会社 Three-dimensional structure modeling apparatus
JP2013146936A (en) * 2012-01-20 2013-08-01 Heishin Engineering & Equipment Co Ltd Modeling apparatus for three dimensional structure
WO2015079839A1 (en) * 2013-11-29 2015-06-04 東京エレクトロン株式会社 Lamination fabrication device, lamination fabrication method, and moving unit
WO2015151611A1 (en) * 2014-03-31 2015-10-08 株式会社 東芝 Layered-shaped-article manufacturing device, manufacturing method, and liquid feedstock
JP2015196268A (en) * 2014-03-31 2015-11-09 株式会社東芝 Apparatus and method for production of laminated molding and liquid raw material
JP2017209871A (en) * 2016-05-25 2017-11-30 株式会社ミマキエンジニアリング Three-dimensional molding apparatus
CN107839219A (en) * 2017-10-30 2018-03-27 宁夏共享模具有限公司 A kind of 3DP dislocation Method of printing

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