JP2005103734A - Three-dimensional molding device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形装置および三次元造形方法に関し、さらに詳細には、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とを積層しながら三次元の空間的広がりをもつ物体たる三次元造形物を作成する三次元造形装置および三次元造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method, and more specifically, three-dimensional spatial expansion while laminating an auxiliary material layer formed of an auxiliary material and a modeling material layer formed of a modeling material. The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method for creating a three-dimensional modeled object.
従来より、補助材料で形成された補助材層の所定部分を、エンドミルなどの切削ツールなどで切削して除去した後、当該除去された部分に造形材料によって造形材層を形成して、このような補助材層の形成と切削ならびに造形材層の形成を繰り返し行うことにより、二次元的な断面形状が積層させるようにして所望の三次元造形物を得ることができるようにした三次元造形装置が知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, after a predetermined portion of the auxiliary material layer formed of the auxiliary material is removed by cutting with a cutting tool such as an end mill, a modeling material layer is formed with the modeling material on the removed portion, 3D modeling apparatus that can obtain a desired 3D model by laminating two-dimensional cross-sectional shapes by repeatedly forming and cutting the auxiliary material layer and forming the modeling material layer Is known (for example, Patent Document 1).
上記したような三次元造形装置においては、切削ツールたるエンドミルが補助材層を切削する際に生じる切削粉を三次元造形装置の外部に排出するために、エンドミルの周囲を覆うカバーと、当該カバーとホースを介して接続される吸引機とを配設するようになされている。 In the 3D modeling apparatus as described above, in order to discharge cutting powder generated when the end mill, which is a cutting tool, cuts the auxiliary material layer to the outside of the 3D modeling apparatus, a cover that covers the periphery of the end mill, and the cover And a suction machine connected via a hose.
そして、切削ツールが補助材層を切削する際に生じる切削粉は、吸引機による吸引力によって、空気とともにカバー内からホースへと吸引されて、補助材層の表面付近から除去されることになる。 Then, the cutting powder generated when the cutting tool cuts the auxiliary material layer is sucked into the hose from the inside of the cover together with air by the suction force of the suction machine, and is removed from the vicinity of the surface of the auxiliary material layer. .
しかしながら、上記したような三次元造形装置においては、吸引機と接続するホースの開口部(即ち、エアー吸引のための吸引開口部)を、切削ツールが切削する補助材層の表面付近に近接させるには制限があり、切削粉を吸い取るための空気流を強めるには限度があった。 However, in the 3D modeling apparatus as described above, the opening of the hose connected to the suction machine (that is, the suction opening for air suction) is brought close to the surface of the auxiliary material layer to be cut by the cutting tool. There was a limit, and there was a limit to strengthening the air flow to suck up the cutting powder.
このため、切削粉が飛散してしまう恐れがあり、飛散してホースなどに付着した切削粉が補助材層や造形材層上に落下して積層不良の原因となり、作成される三次元造形物の品質の低下を招来するという問題点があった。 For this reason, there is a possibility that the cutting powder will be scattered, and the cutting powder that has been scattered and adhered to the hose or the like will fall on the auxiliary material layer or modeling material layer, causing stacking faults, and creating a three-dimensional structure to be created There was a problem of inviting a decline in quality.
また、従来より、粉塵の飛散を防止するために、シャワー状に液体を流したり、あるいは、カーテン状に液体を流す手法が提案されている。しかしながら、液体をシャワー状あるいはカーテン状に流すには、流体を安定して維持するための非常に複雑な構成が必要になるという問題点があった。
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、安定して切削粉の飛散を防止することができ、高品質の三次元造形物を作成することできる三次元造形装置および三次元造形方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above, and the object of the present invention is to stably prevent the scattering of cutting powder with a simple configuration. It is possible to provide a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method capable of producing a high-quality three-dimensional modeled object.
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行う三次元造形装置において、補助材層と造形材層とを切削する切削ツールの切削部の上方に上記切削ツールを取り囲んで略円錐状に広がったスリットと、上記スリットの上方に少なくとも1以上形成され、上記スリットから液体が全周に渡って均一に流出するために液流を調整する第1のチャンバーと、上記第1のチャンバーの上方に形成され上記第1のチャンバーの少なくとも1つと連通し、外部から液体が供給される第2のチャンバーとを有するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention includes a step of cutting an auxiliary material layer formed of an auxiliary material and a step of cutting a modeling material layer formed of a modeling material. In the three-dimensional modeling apparatus to be repeatedly performed, at least one or more slits above the slits and surrounding the cutting tool above the cutting part of the cutting tool that cuts the auxiliary material layer and the modeling material layer, and spreading in a substantially conical shape A first chamber that is formed and adjusts a liquid flow so that the liquid flows out uniformly from the slit over the entire circumference; and is formed above the first chamber and communicates with at least one of the first chambers. And a second chamber to which a liquid is supplied from the outside.
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行う三次元造形装置において、筒状体状に形成された主軸と、上記主軸の内周側に回転自在に支持された回転軸と、上記回転軸に固定され補助材層と造形材層とを切削する切削ツールと、全体が筒状体状に形成され、上記主軸の外周側に装着されて、上記主軸から放射状に拡開する端部を有する第1の筒状部材と、全体が筒状体状に形成され、外部と連通する開口部を備えた第1の凹部と、上記第1の凹部の容積に比べて小さい容積の第2の凹部と、上記第1の凹部と上記第2の凹部とを隔てる隔壁と、上記第2の凹部の内周面から延設され上記第1の筒状部材の上記端部に沿って傾斜する端面とを有し、上記隔壁と上記第1の筒状部材の外周との間に所定の間隙を有するようにして上記第1の筒状部材の外周側に回転自在に取り付けられ、かつ、回転量に応じて上記第1の筒状部材への取り付け位置を変化させ、上記第1の筒状部材への取り付け位置の変化に応じて上記端面と上記第1の筒状部材の上記端部との間の距離を変化させる第2の筒状部材とを有するようにしたものである。 The invention according to claim 2 of the present invention is a three-dimensional modeling apparatus that repeatedly performs a step of cutting an auxiliary material layer formed of an auxiliary material and a step of cutting a modeling material layer formed of a modeling material. A main shaft formed in a cylindrical shape, a rotary shaft rotatably supported on the inner peripheral side of the main shaft, a cutting tool fixed to the rotary shaft and cutting the auxiliary material layer and the modeling material layer; The first cylindrical member is formed in a cylindrical body shape, is attached to the outer peripheral side of the main shaft, and has an end portion that radially expands from the main shaft, and the entire cylindrical body shape. A first recess having an opening communicating with the outside, a second recess having a volume smaller than the volume of the first recess, and a partition wall separating the first recess and the second recess And the end of the first tubular member extending from the inner peripheral surface of the second recess And an end face that is inclined along the outer periphery of the first cylindrical member so as to have a predetermined gap between the partition wall and the outer periphery of the first cylindrical member. And the attachment position to the first cylindrical member is changed according to the rotation amount, and the end surface and the first cylindrical member are changed according to the change of the attachment position to the first cylindrical member. And a second cylindrical member that changes the distance between the end portions.
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、上記補助材層を除去して上記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、上記ウォーターカーテンの内部において上記切削ツールにより補助材層または造形材層を切削する第1の工程と、上記第1の工程の後に、切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、上記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を上記ウォーターカーテンによって洗浄する第2の工程とを有し、上記第1の工程と上記第2の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成するようにしたものである。 Moreover, invention of Claim 3 among this invention repeats after performing the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material, and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material, In the three-dimensional modeling method of creating a three-dimensional structure having a three-dimensional spatial extent by removing the auxiliary material layer and forming the three-dimensional space, the cutting tool moves in a predetermined direction, and the cutting tool A first step of moving the substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side and cutting the auxiliary material layer or the modeling material layer with the cutting tool inside the water curtain, and the first After the step, the substantially conical water curtain is formed so that the cutting tool moves in a predetermined direction and surrounds the outer peripheral side of the cutting tool. A second step of moving the surface of the auxiliary material layer or the modeling material layer cut by the cutting tool with the water curtain, and repeating the first step and the second step. A three-dimensional structure is created by going.
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、上記補助材層を除去して上記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、切削ツールがXYZ直交座標系におけるZ軸方向に移動するのとともに、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、上記ウォーターカーテンの内部において上記切削ツールにより、X軸方向ならびにY軸方向に移動する移動手段上に形成された補助材層または造形材層を切削する第1の工程と、上記第1の工程の後に、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、上記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を上記移動手段を移動させながら洗浄する第2の工程とを有し、上記第1の工程と上記第2の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成するようにしたものである。 Moreover, invention of Claim 4 among this invention repeats after performing the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material, and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material, In the three-dimensional modeling method for creating a three-dimensional structure having a three-dimensional spatial spread by removing the auxiliary material layer and forming the three-dimensional space, the cutting tool moves in the Z-axis direction in the XYZ orthogonal coordinate system. On the moving means that moves the substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool and moves in the X-axis direction and the Y-axis direction by the cutting tool inside the water curtain. A first step of cutting the auxiliary material layer or the modeling material layer formed in the step, and after the first step, formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool And cleaning the surface of the auxiliary material layer or the modeling material layer cut by the cutting tool with the substantially conical water curtain while moving the moving means, and the first step And the second step are repeated to create a three-dimensional structure.
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、上記補助材層を除去して上記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンの内部において上記切削ツールにより、所定の方向に移動する移動手段上に形状された補助材層または造形材層を切削する第1の工程と、上記第1の工程の後に、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、上記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を上記移動手段を移動させながら洗浄する第2の工程とを有し、上記第1の工程と上記第2の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成するようにしたものである。 Moreover, invention of Claim 5 among this invention repeats after performing the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material, and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material, In a three-dimensional modeling method for creating a three-dimensional structure having a three-dimensional spatial extent by removing the auxiliary material layer and forming the three-dimensional spatial extension, a substantially conical shape formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool A first step of cutting the auxiliary material layer or the modeling material layer formed on the moving means moving in a predetermined direction by the cutting tool inside the water curtain, and the cutting after the first step The surface of the auxiliary material layer or the modeling material layer cut by the cutting tool is moved by the substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the tool. And a second step of cleaning while moved, in which so as to create a three-dimensional model by repeating the above first step and the second step.
本発明は、以上説明したように構成されているので、簡単な構成で、安定して切削粉の飛散を防止することができ、高品質の三次元造形物を作成することできるようになるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to stably prevent scattering of cutting powder with a simple configuration and to create a high-quality three-dimensional structure. Excellent effect.
以下、添付の図面に基づいて、本発明による三次元造形装置および三次元造形方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a 3D modeling apparatus and a 3D modeling method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1には、本発明による三次元造形装置の実施の形態の一例の一部断面概略構成説明図が示されており、この三次元造形装置10は、固定系のテーブル12と、テーブル12と対向するようにしてXYZ直交座標系(図1に示す座標系を示す参考図参照。)におけるX軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向に移動自在に配設され補助材料を吐出するディスペンサー14と、テーブル12と対向するようにしてX軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向に移動自在に配設され造形材料を吐出するディスペンサー16と、テーブル12と対向するようにしてX軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向に移動自在に配設されたスピンドルヘッド18と、スピンドルヘッド18から突出した切削ツールたる略棒状のエンドミル20と、テーブル12と対向するようにしてX軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向に移動自在に配設されエアーを噴出するエアーノズル22とを有して構成されている。
FIG. 1 shows a partial cross-sectional schematic configuration explanatory diagram of an example of an embodiment of a three-dimensional modeling apparatus according to the present invention. This three-
なお、三次元造形装置10は、全体の動作をマイクロコンピューターにより制御されているものである。従って、マイクロコンピューターによって所定の分解能に応じてモーター(図示せず)の駆動が制御され、当該モーターの駆動によって、ディスペンサー14、ディスペンサー16、スピンドルヘッド18ならびにエアーノズル22が、X軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向の三次元方向に移動される。
In the three-
ここで、テーブル12の上面12aは水平な平面状に形成されており、この上面12aにおいて、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とが積層されて三次元造形物が形作られるものである。そして、テーブル12の外周側には、テーブル12を囲むようにして回収槽30が配設されており、当該回収槽30は排水管32を介して回収タンク34に接続されている。
Here, the
ディスペンサー14は、図示しないタンクに収容された補助材料が供給されるように設計されており、供給された補助材料を吐出口14aより所定量だけ所定位置に吐出するように制御されている。なお、この実施の形態においては、補助材料として金属、特に、低融点金属を用いている。
The
一方、ディスペンサー16は、図示しないタンクに収容された造形材料が供給されるように設計されており、供給された造形材料を吐出口16aより所定量だけ所定位置に吐出するように制御されている。なお、この実施の形態においては、造形材料として紫外線硬化樹脂、特に、水に不溶の紫外線硬化樹脂を用いている。従って、三次元造形装置10には図示しない紫外線照射装置が配設されており、当該紫外線照射装置によって照射される紫外線で造形材料を硬化させるようになされている。
On the other hand, the
図2には、三次元造形装置10においてエンドミル20を支持するスピンドルヘッド18の一部断面構成説明図が示されており、図3には、第1筒状部材46ならびに第2筒状部材48の断面構成説明図が示されている。
FIG. 2 shows a partial cross-sectional configuration explanatory view of the
スピンドルヘッド18は、略円筒状体状に形成された主軸40と、ベアリング42を介して主軸40の内周側に回転自在に支持された回転軸44と、切削部20aを備えるとともに回転軸44に対してネジ(図示せず)を用いて固定されたエンドミル20と、主軸40の下端部40aの外周面40b上に形成された主軸ネジ部40cに内周面46a上に形成された内周側ネジ部46bがネジ結合された第1筒状部材46と、第1筒状部材46の一方の端部46e側の外周面46c上に形成された外周側ネジ部46dに上方端部48aに形成されたネジ部48bがネジ結合された第2筒状部材48とを有して構成されている。
The
そして、主軸40の上方に位置して回転軸44に対してネジ(図示せず)を用いて図示しないプーリーが固定されており、このプーリーにベルト(図示せず)を介してモーター(図示せず)の回転力を伝達してプーリーを回転すると、プーリーの回転に伴い回転軸44が回転して、回転軸44の回転に伴いエンドミル20が軸線回りに回転する。
A pulley (not shown) is fixed to the rotating
ここで、第1筒状部材46は、全体が筒状体状に形成されており、軸線方向を主軸40の軸線方向と一致させ、一方の端部46eが主軸40の上端部側に位置するとともに他方の端部46fが主軸40の下端部40a側に位置するようにして、内周側ネジ部46bが主軸40の主軸ネジ部40cとネジ結合して主軸40の外周側に装着されている。
Here, the first
この第1筒状部材46の他方の端部46fは、第1筒状部材46の内周面46a側に内挿される主軸44から放射状に拡開し、外周面46cから延設されて傾斜する端部傾斜面46ffを形成している。
The
また、第2筒状部材48は、全体が筒状体状に形成されており、軸線方向を主軸40の軸線方向と一致させ、一方の端部側から突出形成された上方端部48aが主軸40の上端部側に位置するとともに他方の端部48cが主軸40の下端部40a側に位置するようにして、ネジ部48bが第1筒状部材46の外周側ネジ部46dとネジ結合して第1筒状部材46の外周側に回転自在に取り付けられている。
Further, the second
この第2筒状部材48の内周面48d側には、略矩形形状の断面形状を有する第1凹部48eと、隔壁48fによって第1凹部48eと隔てられ略矩形形状の断面形状を有する第2凹部48gとが形成されている。この第2凹部48gの容積は、第1凹部48eの容積に比べて小さくなるように寸法設定されている。
On the inner
また、第1凹部48eの内周面たる凹部内周面48eeにおいては、第2筒状部材48の側面48hに穿設された孔48kの開口部48mが開口している。この孔48kには給水ホース56が接続されており、図示しないタンクから水が供給されるようになされている。
Further, in the recess inner peripheral surface 48ee, which is the inner peripheral surface of the
そして、第2筒状部材48の他方の端部48cには、第2凹部48gの内周面たる凹部内周面48ggから延設されて傾斜する端面48ccが形成されている。この端面48ccは、第1筒状部材46の端部46fに形成された端部傾斜面46ffと対向して位置するように設計されており、傾斜する端部傾斜面46ffに沿って略平行に位置して傾斜している。
The
そして、第2筒状部材48の第1凹部48eと第2凹部48gとを隔てる隔壁48fの高さは、第2筒状部材48が第1筒状部材46の外周側に回転自在に取り付けられたときに、隔壁48fと第1筒状部材46の外周面46cとの間に所定の間隙を有するように寸法設定されている。
The height of the
従って、第2筒状部材48が第1筒状部材46の外周側に回転自在に取り付けられると、第2筒状部材48の第1凹部48eと第1筒状部材46の外周面46cとによって形成される空間たる第1チャンバー50と、第2筒状部材48の第2凹部48gと第1筒状部材46の外周面46cとによって形成される空間たる第2チャンバー52とは、隔壁48fと第1筒状部材46の外周面46cとの間の間隙によって互いに連通するものである。
Therefore, when the second
この際、第2凹部48gの容積が第1凹部48eの容積に比べて小さくなるように寸法設定されているので、第2チャンバー52の容積は第1チャンバー50の容積に比べて小さいものである。また、第1凹部48eの凹部内周面48eeには孔48kの開口部48mが開口しており、第1チャンバー50は開口部48mを介して外部と連通し、孔48kに接続された給水ホース56を介して図示しないタンクから水が供給されるようになされている。
At this time, since the volume of the
また、第2筒状部材48は第1筒状部材46の外周側に回転自在に取り付けらるので、第2筒状部材48のネジ部48bが第1筒状部材46の外周側ネジ部46dにねじ込まれる量、即ち、第2筒状部材48の回転量に応じて、第2筒状部材48が第1筒状部材46に取り付けられる取り付け位置が変化するものである。こうした第2筒状部材48の第1筒状部材46への取り付け位置の変化に応じて、第2筒状部材48の端部48cの端面48ccと第1筒状部材46の端部46fの端部傾斜面46ffとの間の距離L(図3参照)が変化する。
Further, since the second
以上の構成において、上記した三次元造形装置10によって図4(i)に示すような三次元造形物100を作成する際には、まず、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御によって、エンドミル20による切削量が最小限に抑えられる三次元形状となるように、ディスペンサー14の吐出口14aから補助材料たる低融点金属を、所定量だけテーブル12の上面12aの所定位置に吐出する。こうして吐出された低融点金属は自然冷却して固化し、補助材層102が形成される(図4(a)参照)。
In the above configuration, when the three-
そして、補助材料たる低融点金属により形成された補助材層102は、モーター(図示せず)の回転力による回転軸44の回転に伴って軸線回りに回転するエンドミル20が三次元方向に移動しながら、エンドミル20の切削部20aによって切削される(図4(b)参照)。なお、図4(b)には、補助材層102(図4(a)参照)がエンドミル20によって切削された後の補助材層102’が示されており、所定の三次元形状を有する補助材層102’のエンドミル20によって切削された箇所が太線で表されている。
The
ここで、エンドミル20が切削部20aが補助材層102を切削するときには、図示しないタンクから給水ホース56を介して水が供給され、供給された水は給水ホース56が接続された孔48kの開口部48mから第1チャンバー50内に流入する。そして、第1チャンバー50内に流入した水は、第1チャンバー50と連通する第2チャンバー52に流入し、第2筒状部材48の端部48cの端面48ccと第1筒状部材46の端部46fの端部傾斜面46ffとの間を通って、噴出箇所54から外部に流出する。その結果、エンドミル20の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン200(図2参照)が形成される。
Here, when the
こうして形成されたウォーターカーテン200の内部200aにおいて、エンドミル20の切削部20aによって補助材層102が切削されるので、エンドミル20の切削部20aが補助材層102を切削した際に生じた切削粉は、ウォーターカーテン200によってシールドされて飛散せずに、ウォーターカーテン200の水流によって運ばれて、テーブル12の外周側に配設された回収槽30に流れ込む。
Since the
この際、形成されるウォーターカーテン200の形状が略円錐形状となるので、水量を落とさずに、単位面積あたりの圧力が減るのでウォーターカーテン200が補助材層102に与える衝撃は非常に少なく、跳ね返りのないソフトなウォーターカーテンを実現することができ、補助材層102を損傷することなく、切削粉の飛散を効率よく防止することができる。
At this time, since the formed
こうしてエンドミル20の切削がウォーターカーテン200によって切削粉の飛散を防止しながら進行して終了すると、エンドミル20の回転を停止し、給水ホース56からの水の供給を継続させた状態で、切削部20aが補助材層102’に当接しないようにしてエンドミル20を三次元方向に移動させる。これにより、エンドミル20の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン200が形成されて、このウォーターカーテン200の水流で、切削が終了した補助材層102’の表面に残留する切削粉などが取り除かれて洗浄される(図4(b)参照)。
Thus, when the cutting of the
ウォーターカーテン200の水流で補助材層102’の表面の洗浄が終了すると、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御によって、エンドミル20による切削量が最小限に抑えられる三次元形状となるように、ディスペンサー16の吐出口16aから造形材料たる水に不溶の紫外線硬化樹脂を所定量だけ所定位置に吐出する。こうして吐出された紫外線硬化樹脂に図示しない紫外線照射装置から紫外線が照射されて硬化し、造形材層104が形成される(図4(c)参照)。
When the cleaning of the surface of the
この際、先にエンドミル20によって切削された補助材層102’の表面が、ウォーターカーテン200の水流で洗浄されているので、当該補助材層102’に積層されて一体化する造形材層104は、下層の補助材層102’の表面がきれいなので積層が上手くでき、高精度な積層が実現する。
At this time, since the surface of the
そして、造形材料たる紫外線硬化樹脂により形成された造形材層104と補助材層102’とは、軸線回りに回転するエンドミル20が三次元方向に移動しながら、エンドミル20の切削部20aによって切削される(図4(d)参照)。なお、図4(d)には、造形材層104(図4(c)参照)がエンドミル20によって切削された後の造形材層104’が示されており、所定の三次元形状を有する造形材層104’ならびに補助材層102’のエンドミル20によって切削された箇所が太線で表されている。
The
ここで、エンドミル20が切削部20aが造形材層104と補助材層102’とを切削するときには、上記した補助材層102を切削するとき(図4(b)参照)と同様に、図示しないタンクから給水ホース56を介して水が供給されて、エンドミル20の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン200が形成される。
Here, when the
こうして形成されたウォーターカーテン200の内部200aにおいて、エンドミル20の切削部20aによって造形材層104と補助材層102’とが切削されるので、エンドミル20が切削部20aが造形材層104と補助材層102’とを切削した際に生じた切削粉は、ウォーターカーテン200によってシールドされて飛散せずに、ウォーターカーテン200の水流によって運ばれて、テーブル12の外周側に配設された回収槽30に流れ込む。
Since the
この際、形成されるウォーターカーテン200の形状が略円錐形状となるので、水量を落とさずに、単位面積あたりの圧力が減るのでウォーターカーテン200が造形材層104に与える衝撃は非常に少なく、跳ね返りのないソフトなウォーターカーテンを実現することができ、造形材層104を損傷することなく、切削粉の飛散を効率よく防止することができる。
At this time, since the formed
また、造形材層104を形成する造形材料は、水に不溶の紫外線硬化樹脂であるので、ウォーターカーテン200の水流によって溶解することなく、造形材層104や造形材層104’の形状は維持される。
Moreover, since the modeling material which forms the
そして、エンドミル20の切削がウォーターカーテン200によって切削粉の飛散を防止しながら進行して終了すると、エンドミル20の回転を停止し、給水ホース56からの水の供給を継続させた状態で、切削部20aが造形材層104’と補助材層102’とに当接しないようにしてエンドミル20を三次元方向に移動させる。これにより、エンドミル20の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン200が形成されて、このウォーターカーテン200の水流で、切削が終了した造形材層104’ならびに補助材層102’の表面に残留する切削粉などが取り除かれて洗浄される(図4(b)参照)。
Then, when the cutting of the
ウォーターカーテン200の水流で造形材層104’ならびに補助材層102’の表面の洗浄が終了すると、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御によって、上記した図4(a)〜(d)と同様の工程を繰り返し、補助材層106が形成され(図4(e)参照)、形成された補助材層106が切削されて補助材層106’となり、(図4(f)参照)、補助材層106’に造形材層108が積層されて(図4(g)参照)、積層された造形材層108が補助材層106’とともに切削されて造形材層108’となる(図4(h)参照)。
When the surface of the
こうして補助材層106’に造形材層108’が積層させる工程においても、エンドミル20の切削の後にエンドミル20の回転を停止させて、ウォーターカーテン200の水流による切削終了後の補助材層106’(図4(f)参照)の表面の洗浄が行われるので、良好な積層が繰り返される。
Even in the process of laminating the
そして、補助材層102’、造形材層104’、補助材層106’ならびに造形材層108’の積層体である三次元造形物100’(図4(h)参照)は、補助材層102’の三次元形状が造形材層104’に転写され、補助材層106’の三次元形状が造形材層108’に転写されて構成されており、この造形材層104’と造形材層108’とで図4(i)に示す三次元造形物100を形作ることになる。
The three-
この三次元造形物100’にエアーノズル22からエアーを噴出して乾燥させた後、三次元造形物100’をテーブル12の上面12aから取り外して、補助材層102’と補助材層106’とを形成する補助材料たる低融点金属を溶解する。すると、補助材層102’ならびに補助材層106’が除去された後の残部たる造形材層104’ならびに造形材層108’によって構成される三次元造形物100(図4(i)参照)が得られる。
After blowing air from the
上記したようにして、本発明による三次元造形装置10においては、切削ツールたるエンドミル20が固定される回転軸44を内周側に支持する主軸40の外周側に、第1筒状部材46を装着し、この第1筒状部材46の外周側に第2筒状部材48を回転自在に取り付けるようにしたため、第1筒状部材46と第2筒状部材28との2つの構成で、主軸40の外周側を捲回するように第1チャンバー50と第2チャンバー52とが形成され、供給された水がクーラント液(冷却洗浄液)として、切削ツールの外周側を取り囲むように略円錐形状のウォーターカーテン200を形成するので、簡単な構成で切削粉の飛散を確実に防止することができる。
As described above, in the three-
そして、本発明による三次元造形装置10においては、図示しないタンクから給水ホース56を介して供給された水が、給水ホース56が接続された孔48kの開口部48mから第1チャンバー50内に所定の圧力を有した状態で流入すると、この第1チャンバー50内に流入した水は、第1チャンバー50と連通する第2チャンバー52に流入するようになされている。ここで、第2チャンバー52の容積が第1チャンバー50の容積に比べて小さく設計されているので、水の圧力が均一化され、第2チャンバー52によって液流が調整された結果、第2筒状部材48の端部48cの端面48ccと第1筒状部材46の端部46fの端部傾斜面46ffとの間を通って噴出箇所54から外部に流出する水流が安定して維持されるようになり、ウォーターカーテン200による切削粉の飛散防止も安定して継続できる。
In the three-
さらに、本発明による三次元造形装置10においては、第1筒状部材46の内周面46a側に内挿される主軸44から放射状に拡開し、外周面46cから延設されて傾斜する端部傾斜面46ffを有する第1筒状部材46と、第1筒状部材46の端部傾斜面46ffに沿って傾斜している端面48ccを有する第2筒状部材48とを配設するようにしたので、略円錐形状のウォーターカーテン200を形成することができる。
Furthermore, in the three-
この略円錐形状のウォーターカーテン200は、その水流が補助材層や造形材層の表面に斜めに当たるので、跳ね返りがなく切削粉の飛散を効果的に防止することができるとともに、ソフトなウォーターカーテンとなって、補助材層や造形材層を損傷することがない。
The substantially
こうした本発明による三次元造形装置10は、第1筒状部材46の端部傾斜面46ffと第2筒状部材48の端面48ccとの間の空間、即ち、ウォーターカーテン200となる噴流を制御するためのスリットが略円錐状に広がる構造になっており、さらに、当該スリットの上方にはスリットからクーラント液が全周に渡って均一に流出するためのバッファーとしての液室、即ち、第2チャンバー52が形成されているので、噴流の流速を落とすことと噴流の流量を多くすることをいずれも簡単な構成で達成して、略円錐形状で安定したウォーターカーテンが形成される。
The three-
つまり、本発明による三次元造形装置10において形成される略円錐形状のウォーターカーテンは、液膜が均一に保持され、ウォーターカーテンを形成する水流たるスリット流が、補助材層や造形材層、あるいは作成された三次元造形物やテーブル12の上面12aに当たるときに跳ね返らない低打力で、なおかつ、流量が多いスリット流である。そして、本発明によるウォーターカーテンは、三次元形切削の形状に沿って自在にその形状を変化させながら、切削ツールの回転の遠心力によって切削粉が四方八方へ飛散することを完全に防止して、切削粉が空気中に飛散して浮遊することがない。
That is, in the substantially conical water curtain formed in the three-
また、本発明による三次元造形装置10においては、スリットの間隔を調整するだけで、つまり、第1筒状部材46の端部傾斜面46ffと第2筒状部材48の端面48ccとの間の距離L(図3参照)を変化させるだけで、ウォーターカーテンとなる噴流の流量、圧力を制御することができる。従って、ウォーターカーテンの膜厚の管理が非常に容易で、所望の流量、圧力のウォーターカーテンを容易に形成することができる。
Further, in the three-
しかも、本発明による三次元造形装置10においては、エンドミル20による切削が行われないときでも、この略円錐形状のウォーターカーテン200を形成するようにして、切削された補助材層や造形材層の洗浄が行われる。ここで、こうした洗浄を行うウォーターカーテン200の形状が略円錐形状であるので、ウォーターカーテン200の末端で水流が放射状に広がって押し出すような作用が生じ、補助材層や造形材層の表面に付着している切削粉などの付着物を容易に除去でき、洗浄効果も高い。
Moreover, in the three-
従って、本発明による三次元造形装置10によれば、切削粉の飛散が安定的にかつ効果的に防止され、しかも、補助材層や造形材層が損傷されるようなこともなく、さらに、ウォーターカーテンによる効果的な洗浄もなされるので、切削した表面に材料を積層することを繰り返すプロセスに用いて好適ある。つまり、本発明によれば、補助材層と造形材層との積層不良は生じ得ず、三次元造形物の形状精度が確保され、表面の仕上がり精度に優れた高品質の三次元造形物を作成することができる。
Therefore, according to the three-
また、本発明による三次元造形装置10における造形の工程は(図4参照)、補助材層ならびに造形材層を三次元方向に連続した形状に加工するので加工時間が短くすみ、補助材層の形状を造形材層に転写して非常に複雑な三次元形状も高精度に作成できるものであって、補助材料や造形材料の消費量を最小限に抑えたものになっている。
Further, the modeling process in the three-
また、本発明による三次元造形装置10においては、切削ツールたるエンドミル20の切削部20aが補助材層や造形材層を切削した際に生じた切削粉は、ウォーターカーテン200の水流によって運ばれて、テーブル12の外周側に配設された回収槽30に流れ込むようになされている。従って、回収槽30に接続された排水管32を介して回収タンク34に収容された切削粉を回収するだけでよく、本発明によれば、切削粉の集塵と回収とが非常に容易にでき、特に有価金属の切削粉の回収に用いて好適なものである。
Further, in the three-
つまり、本発明による三次元造形装置10において形成されるウォーターカーテン200は、切削ツールの周囲に密閉空間を形成して切削粉の飛散を防止する機能と、切削ツールによって切削された部分を洗浄する機能と、その水流によって切削粉を運んで集塵する機能と、ウォーターカーテン200を形成する液体中に切削粉を混濁させて回収する機能とを有するものであり、切削される加工面の洗浄と切削粉の集塵とを共に実現するものである。従って、特に高効率の集塵性能が要求される分野や有害成分を含む材料を切削する場合などにおいて本発明は非常に有用なものである。
That is, the
そして、第1筒状部材46の端部傾斜面46ffと第2筒状部材48の端面48ccとの間の距離L(図3参照)を変化させるだけで制御可能なウォーターカーテンとなる噴流の流量ならびに圧力は、上記したような本発明におけるウォーターカーテンの種々の機能が十分の奏される範囲内で任意に設定すればよい。
And the flow volume of the jet used as the water curtain which can be controlled only by changing the distance L (refer FIG. 3) between the edge part inclined surface 46ff of the 1st
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(5)に説明するように変形してもよい。 The embodiment described above may be modified as described in the following (1) to (5).
(1)上記した実施の形態においては、補助材料として低融点金属を用い、造形材料として水に不溶の紫外線硬化樹脂を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種材料を補助材料あるは造形材料として用いるようにしてもよい。 (1) In the above-described embodiment, a low melting point metal is used as an auxiliary material, and an ultraviolet curable resin that is insoluble in water is used as a modeling material, but it is of course not limited thereto. Various materials may be used as auxiliary materials or modeling materials.
そして、補助材料あるは造形材料の種類に応じて、エンドミル20とは異なる切削ツールを配設するようにしたり、補助材料あるは造形材料を硬化させるための光源や冷却ガスの供給装置を配設するようにしたり、ウォーターカーテンを形成する液体の種類を変更するとよい。
Depending on the type of the auxiliary material or modeling material, a cutting tool different from the
なお、ウォーターカーテンを形成する液体は、上記したような本発明におけるウォーターカーテンの種々の機能が十分の奏されるように、洗浄に適した溶液としたり、あるいは、切削粉を回収してリサイクルするのに適した溶液としてもよい。 The liquid forming the water curtain is made into a solution suitable for cleaning, or the cutting powder is collected and recycled so that the various functions of the water curtain in the present invention as described above are sufficiently exhibited. It is good also as a solution suitable for.
(2)上記した実施の形態においては、第1筒状部材46と第2筒状部材48とによって、第1チャンバー50ならびに第2チャンバー52が形成されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第1チャンバー50の容積に比べて小さい容積を有するチャンバーが複数形成されるようにしてもよい。この際、隔壁48fを螺旋状に形成するようにして、チャンバーの総数やその形状を任意に変更してもよい。
(2) In the above-described embodiment, the
(3)上記した実施の形態においては、エアーを噴出して乾燥を行うためのエアーノズルを配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、こうした乾燥のための構成を、スピンドルヘッド18に付加して一体的に形成してもよい。また、形成されるウォーターカーテンの他に、クーラント液を供給するノズルや洗浄液を供給するノズルを配設するようにしてもよい。また、補助材層を取り除いて三次元造形物を得る工程(図4(h)(i)参照)は、三次元造形装置内のシステムにおいて実施してもよいし、あるいは、三次元造形装置外のシステムにおいて実施してもよいものである。
(3) In the above-described embodiment, an air nozzle for blowing air to perform drying is disposed. However, the present invention is not limited to this. The configuration may be formed integrally with the
(4)上記した実施の形態においては、ディスペンサー14、ディスペンサー16、スピンドルヘッド18ならびにエアーノズル22が、X軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向の三次元方向に移動されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、テーブル12のような移動手段上において形成される補助材層ならびに造形材層と切削ツールとの相対的な位置関係が三次元方向で変化するようにすればよい。
(4) In the above-described embodiment, the
例えば、フライス盤のような被加工物を固定する移動手段がX軸方向ならびにY軸方向に移動し切削ツールがZ軸方向に移動するように構成してもよいし、あるいは、切削ツールは固定されて移動せずに、補助材層ならびに造形材層が形成される移動手段がX軸方向、Y軸方向ならびにZ軸方向に移動するようにしてもよい。 For example, the moving means for fixing the workpiece such as a milling machine may move in the X-axis direction and the Y-axis direction and the cutting tool may move in the Z-axis direction, or the cutting tool may be fixed. The moving means for forming the auxiliary material layer and the modeling material layer may move in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction without moving.
(5)上記した実施の形態ならびに上記(1)乃至(4)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (5) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in said (1) thru | or (4) suitably.
本発明は、モデリングマシンなど三次元加工装置や、ツールによって切削などを行う二次元彫刻装置などにおいて利用することができる。 The present invention can be used in a three-dimensional processing apparatus such as a modeling machine, a two-dimensional engraving apparatus that performs cutting with a tool, and the like.
10 三次元造形装置
12 テーブル
14,16 ディスペンサー
18 スピンドルヘッド
20 エンドミル
22 エアーノズル
40 主軸
44 回転軸
46 第1筒状部材
48 第2筒状部材
50 第1チャンバー
52 第2チャンバー
DESCRIPTION OF
Claims (5)
補助材層と造形材層とを切削する切削ツールの切削部の上方に前記切削ツールを取り囲んで略円錐状に広がったスリットと、
前記スリットの上方に少なくとも1以上形成され、前記スリットから液体が全周に渡って均一に流出するために液流を調整する第1のチャンバーと、
前記第1のチャンバーの上方に形成され前記第1のチャンバーの少なくとも1つと連通し、外部から液体が供給される第2のチャンバーと
を有することを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus that repeats the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material,
A slit that extends in a substantially conical shape surrounding the cutting tool above the cutting portion of the cutting tool that cuts the auxiliary material layer and the modeling material layer,
A first chamber that is formed at least one above the slit and adjusts the liquid flow so that the liquid flows out of the slit uniformly over the entire circumference;
A three-dimensional modeling apparatus, comprising: a second chamber formed above the first chamber, communicating with at least one of the first chambers, and supplied with a liquid from the outside.
筒状体状に形成された主軸と、
前記主軸の内周側に回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定され補助材層と造形材層とを切削する切削ツールと、
全体が筒状体状に形成され、前記主軸の外周側に装着されて、前記主軸から放射状に拡開する端部を有する第1の筒状部材と、
全体が筒状体状に形成され、外部と連通する開口部を備えた第1の凹部と、前記第1の凹部の容積に比べて小さい容積の第2の凹部と、前記第1の凹部と前記第2の凹部とを隔てる隔壁と、前記第2の凹部の内周面から延設され前記第1の筒状部材の前記端部に沿って傾斜する端面とを有し、前記隔壁と前記第1の筒状部材の外周との間に所定の間隙を有するようにして前記第1の筒状部材の外周側に回転自在に取り付けられ、かつ、回転量に応じて前記第1の筒状部材への取り付け位置を変化させ、前記第1の筒状部材への取り付け位置の変化に応じて前記端面と前記第1の筒状部材の前記端部との間の距離を変化させる第2の筒状部材と
を有することを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus that repeats the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material,
A main shaft formed into a tubular body;
A rotating shaft rotatably supported on the inner peripheral side of the main shaft;
A cutting tool that is fixed to the rotating shaft and cuts the auxiliary material layer and the modeling material layer;
A first tubular member formed entirely in a cylindrical body, mounted on the outer peripheral side of the main shaft, and having an end portion that radially expands from the main shaft;
A first recess that is formed entirely in a cylindrical shape and has an opening communicating with the outside; a second recess having a volume smaller than the volume of the first recess; and the first recess A partition that separates the second recess, and an end surface that extends from the inner peripheral surface of the second recess and inclines along the end of the first tubular member, and the partition and the The first cylindrical member is rotatably attached to the outer peripheral side of the first cylindrical member so as to have a predetermined gap between the first cylindrical member and the outer periphery of the first cylindrical member. A second position that changes a position of attachment to the member and changes a distance between the end surface and the end of the first tubular member in accordance with a change in the position of attachment to the first tubular member; A three-dimensional modeling apparatus comprising: a cylindrical member.
切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、前記ウォーターカーテンの内部において前記切削ツールにより補助材層または造形材層を切削する第1の工程と、
前記第1の工程の後に、切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、前記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を前記ウォーターカーテンによって洗浄する第2の工程と
を有し、
前記第1の工程と前記第2の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成する
ことを特徴とする三次元造形方法。 After repeatedly performing the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material, the auxiliary material layer is removed to form a three-dimensional structure composed of the modeling material layer In the 3D modeling method to create a 3D model with a spatial extent of
While the cutting tool moves in a predetermined direction, the substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool is also moved, and the auxiliary material layer is moved by the cutting tool inside the water curtain. Or the 1st process of cutting a modeling material layer,
After the first step, the cutting tool moves in a predetermined direction, and the substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool is also moved and cut by the cutting tool. A second step of cleaning the surface of the auxiliary material layer or modeling material layer formed by the water curtain,
The three-dimensional modeling method, wherein the first step and the second step are repeated to create a three-dimensional structure.
切削ツールがXYZ直交座標系におけるZ軸方向に移動するのとともに、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、前記ウォーターカーテンの内部において前記切削ツールにより、X軸方向ならびにY軸方向に移動する移動手段上に形成された補助材層または造形材層を切削する第1の工程と、
前記第1の工程の後に、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、前記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を前記移動手段を移動させながら洗浄する第2の工程と
を有し、
前記第1の工程と前記第2の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成する
ことを特徴とする三次元造形方法。 After repeatedly performing the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material, the auxiliary material layer is removed to form a three-dimensional structure composed of the modeling material layer In the 3D modeling method to create a 3D model with a spatial extent of
While the cutting tool moves in the Z-axis direction in the XYZ orthogonal coordinate system, the substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool is also moved to move the cutting tool inside the water curtain. A first step of cutting the auxiliary material layer or the modeling material layer formed on the moving means moving in the X-axis direction and the Y-axis direction with a tool;
After the first step, the moving means moves the surface of the auxiliary material layer or the modeling material layer cut by the cutting tool by a substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool. A second step of cleaning while moving
The three-dimensional modeling method, wherein the first step and the second step are repeated to create a three-dimensional structure.
切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンの内部において前記切削ツールにより、所定の方向に移動する移動手段上に形状された補助材層または造形材層を切削する第1の工程と、
前記第1の工程の後に、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、前記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を前記移動手段を移動させながら洗浄する第2の工程と
を有し、
前記第1の工程と前記第2の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成する
ことを特徴とする三次元造形方法。 After repeatedly performing the process of cutting the auxiliary material layer formed of the auxiliary material and the process of cutting the modeling material layer formed of the modeling material, the auxiliary material layer is removed to form a three-dimensional structure composed of the modeling material layer In the 3D modeling method to create a 3D model with a spatial extent of
The auxiliary material layer or the modeling material layer formed on the moving means moving in a predetermined direction is cut by the cutting tool inside the substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool. A first step;
After the first step, the moving means moves the surface of the auxiliary material layer or the modeling material layer cut by the cutting tool by a substantially conical water curtain formed so as to surround the outer peripheral side of the cutting tool. A second step of cleaning while moving
The three-dimensional modeling method, wherein the first step and the second step are repeated to create a three-dimensional structure.
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