JP2012213972A - 造形複合装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 造形時に台座となる台部は移動可能となっており、蓄積部にて粉末状形成材料を蓄積しているので、ならし部は上記蓄積部から上記台部上に供給された上記粉末状形成材料を上記台部上でならす。
一方、スキャナー部は、上記台部上のスキャン対象を立体スキャン可能であり、このスキャナー部の立体スキャンによって生成したスキャンデータに基づいて制御部が造形データを生成し、同造形データに基づき、上記噴出部によって上記ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出させることで造形を行わせる。
【選択図】 図12
Description
また、測定対象物を測定する装置や、コンピューターや、立体物の造形のための装置といった複数の装置からなるシステムによって、立体物のコピーを実現する技術が知られている(特許文献7,8参照)。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、立体物の複製を従来よりも小さなスペースで且つ容易に実行することが可能な3次元の造形複合装置を提供する。また、粉末結合法を採用するにあたり構成が簡易な造形複合装置を提供する。
一方、スキャナー部は、上記台部上のスキャン対象を立体スキャン可能であり、このスキャナー部の立体スキャンによって生成したスキャンデータに基づいて制御部が造形データを生成し、同造形データに基づき、上記噴出部によって上記ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出させることで造形を行わせる。
なお、上記台部の縁部には、下方に向かって上記筒体の内面に略一致して摺動可能な内壁を形成してもよい。台部は筒体の外の上方に移動することがあり、このときに内壁があることで筒体内に粉末状形成材料が入り込むのを防止できる。
天井があるときは、台部にスキャン対象を載置したときに、上方へは少ししか移動できない。従って、高さ分だけは下方へ移動しながら立体スキャンすることになる。台部の上のスキャン空間における低い位置にスキャナー部があれば、台部が下がる移動に際し、低い位置のスキャナー部を越えるようにスキャン対象をおろしていく。そして、その可動範囲を最も有効に利用して同台部上のスキャン対象の高さ分をスキャンできるようになる。
天井がないので、台部が上方へ移動して立体スキャンを行うことが可能であり、台部の上のスキャン空間における高い位置にスキャナー部があれば、その位置を越えるようにスキャン対象を上げていく際に立体スキャンを行える。
1.複合機の構成
図1は、本実施形態にかかる3次元の造形複合装置を適用した3次元複合機10の外観例を斜視図により示している。3次元複合機10は、装置全体を覆う筺体11の前面上部側に扉12を有している。また、筺体11の内部には、処理用空間としてのチャンバー13が形成されている。ユーザは、扉12を開けることで、チャンバー13内にアクセス可能であり、チャンバー13内に測定対象物Mとしての立体物を載置したり、載置した測定対象物Mを取り出したり、チャンバー13内で造形された立体物(造形物R)を取り出したりすることができる。3次元複合機10は、筺体11表面の所定位置に、ユーザに対する表示部としての表示装置11a(液晶パネル等)や、ユーザからの操作を受け付ける操作受付部11bとしてのスイッチやボタンやタッチパネル等を適宜備える。
図4はチャンバー13に天井がある場合のイメージセンサー(スキャナー部)22の最適な設置位置を示し、図5は天井がない場合の同イメージセンサー(スキャナー部)22の最適な設置位置を示している。
チャンバー13に天井がある場合は測定対象物Mをテーブル14a上に載せて立体スキャンするにはテーブル14aが下がらなければならない。従って、測定対象物Mの高さ分だけテーブル14aは下がる。この移動の間に立体スキャンするためにはイメージセンサー22はチャンバー13(スキャン空間)における低い位置に設けることが好ましいといえる。
図6はチャンバ13内の支持部と移動部と造形ヘッドを斜視図により概略的に示しており、図7は平面図により示している。
ヘッド移動機構33は、造形ヘッド32を枠内でX,Y方向に移動可能なように支持している。なお、造形ヘッド32の下面には噴出部32aが備えられており、上方の結合材タンク32bと、着色剤タンク32cとにチューブで接続されており、噴出する着色剤と結合材が供給されるようになっている。この造形ヘッド32はヘッド移動機構33にて上部部分を支持され、噴出部32aが吊り下げられるように支持されている。
図8はならし部35aの初期位置であり、下端は蓄積部36bの上で最も左端に位置している。この状態で蓄積部36bのピストン36b1を一定長さだけ押し上げると、蓄積部36bの開口から所定量の粉末状形成材料があふれ出る。このとき、ならし部35aが斜めに配置されているので、図9に示すように、あふれ出た粉末状形成材料の一部はまっすぐ上に押し上げられつつならし部35aに当接する部分で右方に押し上げられる。そして、図10に示すように、ならし部35aがテーブル14aの側に向かって移動し始めると、蓄積部36bから押し上げられた粉末状形成材料はならし部35aによってテーブル14aの側に掻き出されることになる。後述するように、この動作の前にテーブル14aは一層分の高さだけ下げられているので、筒体14bの開口部分にはこの一層分だけの空間ができており、掻き出された粉末状形成材料はこの空間に供給される。一回で掻き出された粉末状形成材料がこの空間全部を埋め尽くせなければ、数回、繰り返す。基本的には確実に余分な量を掻き出し、余ったものは図11に示すように回収部36aに送り込むという設計とする。このようにして、ならし部35aが粉末状形成材料を掻き出しつつ、テーブル14aの上部では表面を平たくならすことになる。また、ならす動作では余った粉末状形成材料は徐々に幅方向に広がるので、回収部36aの幅は筒体14bやテーブル14aの長さよりも広くなっている。
造形ヘッド32は、結合材タンク32bと、着色剤タンク32cに対してチューブで接続されており、噴出及び吐出する着色剤と結合材と粉末状形成材料が供給されるようになっている。また、ならし部35で上面をならし、余分な粉末状形成材料は筒体14bの外に掻き出される。掻き出された粉末状形成材料は回収部36aにて回収されて蓄積部36bの上方に供給されるので、回収した粉末状形成材料を再利用できる。なお、ならすときには造形ヘッド32を回収部36aの側の待避位置に移動させ、ならし部35aと干渉しないのはむろんのこと、ならし部35で粉末状形成材料の表面をならすときに撒き上がった粉末状形成材料が噴出部32aに付着しないようにしている。なお、待避位置では噴出部32aの表面をカバーするキャップを設けることで、粉末状形成材料が付着したり詰まらせてしまわないようにしてもよい。
上述したように本実施例では制御部40が3次元モデルデータを生成したりスライスデータを生成している。しかし、かかる演算処理の負担は大きいのでネットワーク50を介して外部の演算装置51a〜51cに接続し、これらを利用して3次元モデルデータやスライスデータを求めるようにしても良い。このように構成すれば、制御部40のCPU41やメモリー42として処理能力の低いものでも利用できるようになる。
図14は、3次元複合機10によって実行される立体物の複製処理の概略をフローチャートにより示している。なお、フローチャート中の各ステップのうち、ユーザによる行為は鎖線で囲んで示している。
ステップS100では、ユーザにより、チャンバー13内のターンテーブル上に測定対象物Mが載置される。ステップS110では、制御部40は複製処理の開始指示を受け付ける。この場合、ユーザが操作受付部11bを操作して、例えば“コピー”ボタンを押下げ等することで、制御部40は複製処理の開始指示を受け付ける。ステップS120では、制御部40は、測定部20に対して測定実行を指示し、当該指示に応じて測定部20は測定対象物Mを3次元測定して3次元モデルデータを生成する。むろんこのとき、制御部40は、ターンテーブルを回転させる制御も行なう。
造形処理は、各層ごとに粉末層を形成した後、結合材を噴出して壁部を形成し、さらに着色することになる。この各層の処理の詳細を以下に説明する。
まず、ステップS200では、テーブル(台部)14aを筒体14bの上端から一層分だけ下がった位置に移動させる。これにより、筒体14bの上面に一層分だけの凹んだ空間が形成される。なお、このときに造形ヘッド32は回収部36aの側の待避位置にて待機している。次のステップS210では、ならし部35aを初期位置に移動させる。初期位置とは、図8に示すように、ならし部35aの下端が蓄積部36bの上部の最も左方の端部に位置する状態である。この状態で、ステップS220では蓄積部36bで粉末状形成材料を押し上げる。すなわち、ピストン36b1を一定長さだけ上げる。
まんべんなく行き渡ったらステップS250では造形ヘッド32を走査開始位置へ移動させる。走査開始位置は、造形ヘッド32をX,Y平面で移動させる際の起点となる位置であり、この位置から主走査動作と副走査動作を繰り返してプラットフォーム14のテーブル14a上面を満遍なく移動できる。続いて、ステップS260では、結合材の噴出走査を開始する。これは上述したスライスデータに基づいて造形物Rの壁部を形成するように、結合させたい粉末状形成材料の部位に対して結合材を噴出させる。このようにして造形のための処理は完成する。
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
例えば、ならし部35aの形状は、へら状に限られず、左官ごて状などの他の形状であっても良い。
Claims (7)
- 粉末状形成材料を蓄積する蓄積部と、
移動可能であって造形時に台座となる台部と、
上記蓄積部から上記台部上に供給された上記粉末状形成材料を上記台部上でならすならし部と、
ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出する噴出部と、
上記台部上のスキャン対象を立体スキャン可能なスキャナー部と、
このスキャナー部の立体スキャンによって生成したスキャンデータに基づいて造形データを生成し、同造形データに基づき、上記噴出部によって上記ならされた粉末状形成材料に結合材を噴出させることで造形を行わせる制御部と
を備えたことを特徴とする造形複合装置。 - 上記台部は略鉛直方向に配向された筒体の中と外で当該筒体の配向方向に沿って移動可能であり、
上記スキャナー部は、上記台部が上記筒体の外で上方に位置する状態で上記台部上に載置されたスキャン対象を立体スキャンし、
上記ならし部は、上記筒体の開口面と当該筒体の内部に位置する上記台座と当該筒体の内周面とで囲まれた空間に収容される上記粉末状形成材料を当該筒体の開口面でならし、
上記噴出部は、上記筒体の開口面に位置する粉末状形成材料に上記結合材を噴出することを特徴とする請求項1に記載の造形複合装置。 - 上記蓄積部は、上面に開口を有するようにして上記筒体に隣接して設けられ、下方から上記粉末状形成材料を押し上げるようにして開口より上方に押し出し、
上記ならし部は、同蓄積部の開口で押し出される上記粉末状形成材料を、隣接する上記筒体の側に掻き出すように運ぶことを特徴とする請求項2に記載の造形複合装置。 - 上記蓄積部は、上記筒体に隣接して設けられ、同筒体の外でならした粉末状形成材料を回収する回収部を備え、回収した粉末状形成材料を再利用することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の造形複合装置。
- 上記台部の縁部には、下方に向かって上記筒体の内面に略一致して摺動可能な内壁が形成されている請求項2〜請求項4のいずれかに記載の造形複合装置。
- 天井がある形態において、上記台部が所定の高さから天井の側に向けて上下動可能であるときに、上記スキャナー部は、台部の上のスキャン空間における中央よりも低い位置に備えられることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の造形複合装置。
- 天井が開口している形態において、上記台部が所定の高さから天井の側に向けて上下動可能であるときに、上記スキャナー部は、台部の上のスキャン空間における中央よりも高い位置に備えられることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の造形複合装置。
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