JP2013067115A - Three-dimensional shaping apparatus and three-dimensional shaping method - Google Patents

Three-dimensional shaping apparatus and three-dimensional shaping method Download PDF

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秀行 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent ejection defects caused by bubbles mingling into resin to avoid shaping defects.SOLUTION: The three-dimensional shaping apparatus includes: a shaping plate 40 for placing a shaped article; a shaping material-ejecting means for ejecting a shaping material; a head part 20 for supporting the shaping material-ejecting means; a control means 10 for controlling ejection of the shaping material by the shaping material-ejecting means while transferring the head part 20; a degassing module 52 for degassing gas contained in the shaping material by coming in contact with the shaping material of liquid state; a replaceable shaping material cartridge 47 for storing the shaping material; and a foreign material-collecting filter 51, arranged in a transporting pathway 46 of the liquid shaping material passing from the replaceable shaping material cartridge 47 to the shaping material ejecting means, for collecting a foreign material from the shaping material, wherein the degassing module 52 is arranged after the foreign material-collecting filter 51 and before the shaping material-ejecting means.

Description

本発明は、ディスペンサで立体造形物を作製する三次元造形装置及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 for producing a three-dimensional model with a dispenser.

従来より、造形物の基礎データである3次元データを、コンピュータの画面上で任意の姿勢に設定し、設定された姿勢に基づいて高さ方向に平行な複数の面で切断した各断面毎のデータを生成し、この各層に関する二次元データに基づいて、樹脂を順次積層することよって立体造形を行い、造形物の三次元モデルとなる造形物を生成する装置が知られている。   Conventionally, three-dimensional data, which is basic data of a modeled object, is set to an arbitrary posture on a computer screen, and each cross section cut by a plurality of surfaces parallel to the height direction based on the set posture. 2. Description of the Related Art There is known an apparatus that generates data and performs three-dimensional modeling by sequentially laminating resins on the basis of two-dimensional data related to each layer to generate a three-dimensional model of a three-dimensional model.

製品開発において試作等に用いられるラピッド・プロトタイピング(Rapid Prototyping:RP)の分野で、三次元造型が可能な積層造形法が利用されている。積層造形法としては、積層造形法は、製品の三次元CADデータをスライスし、薄板を重ね合わせたようなものを製造の元データとして作成し、それに粉体、樹脂、鋼板、紙などの材料を積層して試作品を作成する。このような積層造形法としては、インクジェット法、粉末法、光造形法、シート積層法、押し出し法等が知られている。この内、インクジェット法は、液化した樹脂を噴射した後、紫外光(UV)を照射したり、冷却するなどによって層を硬化させて造形物を形成する。   In the field of rapid prototyping (RP), which is used for prototyping in product development, an additive manufacturing method capable of three-dimensional molding is used. As the additive manufacturing method, additive manufacturing method slices the three-dimensional CAD data of the product and creates the original data of manufacturing by superimposing the thin plates, and the material such as powder, resin, steel plate, paper, etc. A prototype is created by stacking layers. As such a layered modeling method, an inkjet method, a powder method, an optical modeling method, a sheet lamination method, an extrusion method, and the like are known. Among these, the inkjet method injects liquefied resin and then cures the layer by irradiating with ultraviolet light (UV) or cooling to form a shaped object.

インクジェット法のような樹脂を噴射して積層する方式では、ディスペンサとして、樹脂を吐出する吐出ノズルを備えている。吐出ノズルは、ピエゾ電極を用いて、図14に示すように吐出ノズル先端23aを変形させて樹脂の液滴DLに圧力を印加して吐出する。   In a method of spraying and laminating a resin such as an inkjet method, a discharge nozzle for discharging the resin is provided as a dispenser. The discharge nozzle uses a piezo electrode to deform the discharge nozzle tip 23a as shown in FIG. 14 to apply pressure to the resin droplet DL and discharge it.

特表2003−535712号公報Special table 2003-535712 gazette

しかしながら、ディスペンサから吐出される樹脂中に空気が混入すると、樹脂の吐出に不良が生じる。すなわち、図15に示すように、ピエゾ電極により吐出ノズル先端23aが変形しても、空気の気泡AHが圧縮されてしまうため、樹脂の液滴DLが吐出されない、いわゆる不吐となったり、あるいは本来の液滴よりも小さな液滴の樹脂が吐出されるなど、所定の樹脂を吐出することができない状態となってしまう問題があった。   However, if air is mixed in the resin discharged from the dispenser, a defective resin discharge occurs. That is, as shown in FIG. 15, even if the discharge nozzle tip 23a is deformed by the piezo electrode, the air bubbles AH are compressed, so that the resin droplet DL is not discharged. There is a problem that a predetermined resin cannot be discharged, such as a resin having a droplet smaller than the original droplet.

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、樹脂中に混入した気泡に起因する吐出不良を防止して、造形不良を回避可能とした三次元造形装置及び三次元造形方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such conventional problems. A main object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method that can prevent ejection defects caused by air bubbles mixed in a resin and avoid modeling defects.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記の目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る三次元造形装置によれば、造形プレート40上に、造形材を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、造形物を載置するための前記造形プレート40と、前記造形材を吐出するための造形材吐出手段と、前記造形材吐出手段を支承するヘッド部20と、前記ヘッド部20を移動させながら、前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出を制御する制御手段10と、液体状の造形材と接触させて、該造形材中に含まれる気体を脱気するための脱気モジュール52と、造形材を蓄える交換式の造形材カートリッジ47と、前記造形材カートリッジ47から造形材吐出手段まで連通される液体状の造形材の搬送経路46中に配置され、該造形材中から異物を捕集するための異物捕集フィルタ51と、を備えており、前記脱気モジュール52が、前記異物捕集フィルタ51の後で、かつ造形材吐出手段の前に配置することができる。これにより、造形材の液中から脱気して、造形材吐出手段からの造形材の不吐や造形物の不良を回避し、精密な造形が実現できる。   In order to achieve the above object, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the first aspect of the present invention, the modeling material is discharged on the modeling plate 40 while scanning in at least one direction, and is cured. A three-dimensional modeling apparatus that performs modeling by generating slices having a predetermined thickness in the height direction in layers by repeating the operation, and stacking the slices in the height direction. The modeling plate 40 for placing, the modeling material discharging means for discharging the modeling material, the head part 20 supporting the modeling material discharging means, and the modeling material discharging while moving the head part 20 The control means 10 for controlling the ejection of the modeling material by the means, the deaeration module 52 for contacting the liquid modeling material and degassing the gas contained in the modeling material, and the exchange for storing the modeling material Formula construction The foreign material collection filter 51 for collecting the foreign material from the molding material cartridge 47 and the liquid molding material conveyance path 46 communicated from the modeling material cartridge 47 to the modeling material discharge means. The deaeration module 52 can be disposed after the foreign matter collecting filter 51 and before the modeling material discharging means. Thereby, it deaerates from the liquid of modeling material, the undischarge of the modeling material from the modeling material discharge means and the defect of a modeling object are avoided, and precise modeling can be implement | achieved.

また第2の側面に係る三次元造形装置によれば、前記脱気モジュール52が、中空糸60で構成されており、前記中空糸60の内部を負圧とすることができる。これによって、負圧の中空糸の表面に造形材を接触させて、内部に気体成分を透過させて造形材の気体成分を効率よく分離できる。   Moreover, according to the three-dimensional modeling apparatus which concerns on a 2nd side surface, the said deaeration module 52 is comprised with the hollow fiber 60, and the inside of the said hollow fiber 60 can be made into a negative pressure. Thereby, the modeling material is brought into contact with the surface of the negative pressure hollow fiber, and the gas component is allowed to permeate therein, whereby the gas component of the modeling material can be efficiently separated.

さらに第3の側面に係る三次元造形装置によれば、前記中空糸60の一端を閉塞し、他端を開放端としつつ、脱気用負圧発生ポンプ63と接続することができる。これにより、中空糸の内部を効率よく負圧とできる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the third aspect, the hollow fiber 60 can be connected to the degassing negative pressure generating pump 63 while closing one end of the hollow fiber 60 and opening the other end. Thereby, the inside of a hollow fiber can be made into a negative pressure efficiently.

さらにまた第4の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記中空糸60の開放された一端を、所定のタイミングで開放するための脱気圧力開放弁62を備えることができる。これによって、中空糸内で気体を停滞させず、定期的な気体の流れを生じさせて、中空糸内部での液化を防止し、脱気率の低下を回避できる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the fourth aspect, it is possible to further include a deaeration pressure release valve 62 for opening one end of the hollow fiber 60 opened at a predetermined timing. As a result, gas is not stagnated in the hollow fiber, a regular gas flow is generated, liquefaction inside the hollow fiber is prevented, and a decrease in the deaeration rate can be avoided.

さらにまた第5の側面に係る三次元造形装置によれば、前記異物捕集フィルタ51と脱気モジュール52とを、前記ヘッド部20に設けることができる。これにより、脱気モジュールを異物捕集フィルタの後段に配置することで脱気モジュールの小型化を可能とし、ヘッド部への配置を実現できる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the fifth aspect, the foreign matter collecting filter 51 and the deaeration module 52 can be provided in the head unit 20. Thereby, the deaeration module can be reduced in size by disposing the deaeration module in the subsequent stage of the foreign matter collecting filter, and the arrangement in the head unit can be realized.

さらにまた第6の側面に係る三次元造形装置によれば、前記異物捕集フィルタ51と脱気モジュール52とをモジュール化することができる。これにより、モジュール化した異物捕集フィルタと脱気モジュールを同時に交換でき、メンテナンス時等の作業性を高めることができる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the sixth aspect, the foreign matter collecting filter 51 and the deaeration module 52 can be modularized. Thereby, the modularized foreign matter collecting filter and the deaeration module can be replaced at the same time, and workability during maintenance can be improved.

さらにまた第7の側面に係る三次元造形装置によれば、前記造形材カートリッジ47を複数備えることができる。これにより、造形材を多く蓄えて連続運転時間を長くすると共に、一方の造形材カートリッジの交換中も、安定的に造形材を供給できる。加えて、このような造形材カートリッジの交換時に、大きな気体が造形材に混入することを抑制して、信頼性の高い造形が可能となる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the seventh aspect, a plurality of the modeling material cartridges 47 can be provided. As a result, a large amount of modeling material can be stored to increase the continuous operation time, and the modeling material can be stably supplied even during replacement of one modeling material cartridge. In addition, when such a modeling material cartridge is replaced, a large amount of gas is prevented from being mixed into the modeling material, thereby enabling highly reliable modeling.

さらにまた第8の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記造形材を硬化させるための硬化手段24を備えており、前記ヘッド部20で前記硬化手段を支承すると共に、前記制御手段10が、前記ヘッド部20を移動させながら、前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化手段24による硬化を制御することができる。   Further, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the eighth aspect, the curing unit 24 for curing the modeling material is further provided, and the head unit 20 supports the curing unit and the control unit 10. However, it is possible to control the ejection of the modeling material by the modeling material ejection unit and the curing by the curing unit 24 while moving the head unit 20.

さらにまた第9の側面に係る三次元造形装置によれば、さらに前記ヘッド部20を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、前記ヘッド部20と造形プレート40との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、を備え、前記制御手段10が、前記水平駆動手段で前記ヘッド部20を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記造形物を前記造形プレート40上に吐出させ、さらに前記硬化手段24により前記造形物を硬化させることができる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the ninth aspect, the horizontal drive means for reciprocating the head unit 20 in the horizontal direction, and the relative relationship between the head unit 20 and the modeling plate 40 in the height direction. Vertical driving means for moving the position, and the control means 10 reciprocally scans the head portion 20 in one direction by the horizontal driving means, and the modeling material is ejected by the modeling material discharging means. It can be discharged onto the plate 40, and the molded object can be cured by the curing means 24.

さらにまた第10の側面に係る三次元造形装置によれば、造形材が、最終的な造形物となるモデル材MAと、前記モデル材MAが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材SAと、を含み、前記造形材吐出手段が、前記モデル材MAを吐出するためのモデル材吐出ノズル21、及び前記サポート材SAを吐出するためのサポート材吐出ノズル22を、それぞれ一方向に複数個配列させることができる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the tenth aspect, the modeling material supports the model material MA to be a final modeled object and the projecting portion from which the model material MA projects, and is finally removed. And a support material SA. The modeling material discharge means includes a model material discharge nozzle 21 for discharging the model material MA and a support material discharge nozzle 22 for discharging the support material SA in one direction. A plurality of them can be arranged.

さらにまた第11の側面に係る三次元造形方法によれば、造形プレート40上に、造形材を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形方法であって、造形材を蓄える交換式の造形材カートリッジ47から、造形材の搬送経路46に造形材を供給する工程と、前記造形材の搬送経路46上に設けられた異物捕集フィルタ51を通じて、前記造形材中に含まれる異物を補足すると共に、該造形材中に含有される気体成分を粉砕する工程と、前記造形材の搬送経路46上において、前記異物捕集フィルタ51の後段に設けられた脱気モジュール52に造形材を通し、前記脱気モジュール52中に含まれる、内部を負圧とされた中空糸60と造形材とを接触させて、前記中空糸60中に造形材中の気体成分を取り込むことで脱気する工程と、前記脱気された造形材を、該造形材を吐出する造形材吐出手段により前記造形プレート40上に吐出させる工程と、を含むことができる。これにより、造形材の液中から脱気して、造形材吐出手段からの造形材の不吐や造形物の不良を回避し、精密な造形が実現できる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling method according to the eleventh side surface, by repeatedly discharging the modeling material on the modeling plate 40 while scanning the modeling material in at least one direction and curing it, in the height direction. A three-dimensional modeling method for forming a slice by generating slices having a predetermined thickness in layers and stacking the slices in the height direction. The step of supplying the modeling material to the material conveyance path 46 and the foreign material collecting filter 51 provided on the modeling material conveyance path 46 supplement the foreign material contained in the modeling material, and in the modeling material And crushing the gas component contained in the molding material, and passing the modeling material through a deaeration module 52 provided at the subsequent stage of the foreign matter collecting filter 51 on the conveying path 46 of the modeling material, The step of degassing the hollow fiber 60 contained in the air module 52 by bringing the hollow fiber 60 having a negative pressure inside into contact with the modeling material and taking in the gas component in the modeling material into the hollow fiber 60; A step of discharging the degassed modeling material onto the modeling plate 40 by a modeling material discharging means for discharging the modeling material. Thereby, it deaerates from the liquid of modeling material, the undischarge of the modeling material from the modeling material discharge means and the defect of a modeling object are avoided, and precise modeling can be implement | achieved.

さらにまた第12の側面に係る三次元造形方法によれば、前記脱気モジュール52が、中空糸60で構成されており、前記中空糸60の内部を負圧とすることができる。これによって、負圧の中空糸の表面に造形材を接触させて、内部に気体成分を透過させて造形材の気体成分を効率よく分離できる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling method according to the twelfth aspect, the deaeration module 52 is constituted by the hollow fiber 60, and the inside of the hollow fiber 60 can be set to a negative pressure. Thereby, the modeling material is brought into contact with the surface of the negative pressure hollow fiber, and the gas component is allowed to permeate therein, whereby the gas component of the modeling material can be efficiently separated.

さらにまた第13の側面に係る三次元造形方法によれば、前記中空糸60の一端を閉塞し、他端を開放端としつつ、脱気用負圧発生ポンプ63と接続することができる。これにより、中空糸の内部を効率よく負圧とできる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling method according to the thirteenth aspect, the hollow fiber 60 can be connected to the degassing negative pressure generating pump 63 while closing one end and making the other end open. Thereby, the inside of a hollow fiber can be made into a negative pressure efficiently.

さらにまた第14の側面に係る三次元造形方法によれば、前記中空糸60の開放された一端を、所定のタイミングで開放するための脱気圧力開放弁62を備えることができる。これによって、中空糸内で気体を停滞させず、定期的な気体の流れを生じさせて、中空糸内部での液化を防止し、脱気率の低下を回避できる。   Furthermore, according to the three-dimensional modeling method according to the fourteenth aspect, a deaeration pressure release valve 62 for opening one end of the hollow fiber 60 opened at a predetermined timing can be provided. As a result, gas is not stagnated in the hollow fiber, a regular gas flow is generated, liquefaction inside the hollow fiber is prevented, and a decrease in the deaeration rate can be avoided.

実施例1に係る三次元造形装置を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a three-dimensional modeling apparatus according to Embodiment 1. FIG. 変形例に係る三次元造形装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the three-dimensional modeling apparatus which concerns on a modification. ヘッド部がXY方向に移動される様子を示す平面図である。It is a top view which shows a mode that a head part is moved to XY direction. ヘッド部の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of a head part. 図4のヘッド部で造形材を吐出する様子を示す平面図である。It is a top view which shows a mode that a modeling material is discharged with the head part of FIG. ローラ部で造形材の余剰分を除去する状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which removes the surplus part of modeling material with a roller part. 樹脂の搬送経路を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conveyance path | route of resin. 図4のヘッド部の造形材吐出ノズルを背面から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the modeling material discharge nozzle of the head part of FIG. 4 from the back. 脱気モジュールの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of a deaeration module. 図9の内部構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the internal structure of FIG. 図10の断面図である。It is sectional drawing of FIG. 図10の中空糸を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the hollow fiber of FIG. 実施例2に係る三次元造形装置の搬送経路を示すブロック図である。6 is a block diagram illustrating a conveyance path of a 3D modeling apparatus according to Embodiment 2. FIG. ピエゾ電極を用いてディスペンサから樹脂を吐出する様子を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows a mode that resin is discharged from a dispenser using a piezoelectric electrode. 図14において樹脂中に気泡が含まれている場合に不吐を生じる様子を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows a mode that non-discharge occurs when the bubble is contained in resin in FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための三次元造形装置及び三次元造形方法を例示するものであって、本発明は三次元造形装置及び三次元造形方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
(実施例1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method. Is not specified as below. Further, the present specification by no means specifies the members shown in the claims to the members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, and are merely explanations. It's just an example. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same name and symbol indicate the same or the same members, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
Example 1

図1に、本発明の実施例1に係る三次元造形システム100のブロック図を示す。ここでは、三次元造形装置の一例として、インクジェット方式の三次元造形装置に適用する例を説明する。この三次元造形システム100は、造形材を流動状態でインクジェット方式によって吐出、硬化させ、これを積層することによって任意の造形物を製造するものである。造形材には、最終的な造形物を構成するモデル材MAと、このモデル材MAが張り出した張り出し部分を支えるために造形され、最終的に除去されるサポート材SAとが利用される。   In FIG. 1, the block diagram of the three-dimensional modeling system 100 which concerns on Example 1 of this invention is shown. Here, an example applied to an inkjet three-dimensional modeling apparatus will be described as an example of the three-dimensional modeling apparatus. This three-dimensional modeling system 100 manufactures an arbitrary modeled object by ejecting and curing a modeling material in a fluidized state by an ink jet method, and laminating them. As the modeling material, a model material MA constituting a final modeled object and a support material SA that is modeled and finally removed to support the projecting portion from which the model material MA projects are used.

図1に示す三次元造形システム100は、三次元造形装置2に造形データならびに造形条件である設定データを送出する設定データ作成装置1(図1ではコンピュータPC)と、三次元造形装置2で構成される。三次元造形装置2は、制御手段10と、ヘッド部20と、造形プレート40とを備える。ヘッド部20は、造形材吐出手段として、モデル材MAを吐出するモデル材吐出ノズル21と、サポート材SAを吐出するサポート材吐出ノズル22を備えている。またこれらの吐出された造形材から余剰分を掻き取ることによりその時点での造形物の最上層の厚みの適正化を図ると共に、造形材の表面を平滑化するためのローラ部25と、造形材を硬化させる硬化手段24も、ヘッド部20に備えられる。さらにヘッド部20を水平方向において、モデル材吐出ノズル21とサポート材吐出ノズル22から造形材を液体又は流体状態でインクジェット方式によって、造形プレート40上の適切な位置に吐出させるために、往復走査するX方向と、このX方向に直交するY方向に走査させるための水平駆動手段、及びヘッド部20と造形プレート40との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段として、XY方向駆動部31及びZ方向駆動部32を備えている。ここで、Y方向とはモデル材吐出ノズル21及びサポート材吐出ノズルが有する複数のオリフィスが配列した並び方向であり、X方向は水平面内においてこのY方向と直交する方向である。   A three-dimensional modeling system 100 shown in FIG. 1 includes a setting data creation device 1 (computer PC in FIG. 1) that sends modeling data and setting data that are modeling conditions to the three-dimensional modeling device 2, and the three-dimensional modeling device 2. Is done. The three-dimensional modeling apparatus 2 includes a control unit 10, a head unit 20, and a modeling plate 40. The head unit 20 includes a model material discharge nozzle 21 that discharges the model material MA and a support material discharge nozzle 22 that discharges the support material SA as modeling material discharge means. Further, by scraping off the excess from the discharged modeling material, the thickness of the uppermost layer of the modeling object at the time is optimized, and the roller portion 25 for smoothing the surface of the modeling material, and modeling The head unit 20 is also provided with a curing means 24 for curing the material. Further, the head portion 20 is scanned back and forth in the horizontal direction in order to discharge the modeling material from the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 to an appropriate position on the modeling plate 40 in a liquid or fluid state by an ink jet method. XY direction drive as horizontal drive means for scanning in the X direction and Y direction orthogonal to the X direction, and vertical drive means for moving the relative position in the height direction between the head portion 20 and the modeling plate 40 A unit 31 and a Z-direction drive unit 32 are provided. Here, the Y direction is an arrangement direction in which a plurality of orifices of the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle are arranged, and the X direction is a direction orthogonal to the Y direction in a horizontal plane.

コンピュータPCは、三次元形状の造形物の基礎データ、例えば三次元CAD等で設計されたモデルデータの入力を外部から受けると、まずこのCADデータを、例えばSTL(Stereo Lithography Data)データに変換し、更にこのSTLデータを複数の薄い断面体にスライスして得られる断面データを生成し、そしてこのスライスデータを、一括又は各スライス層単位にて三次元造形装置2に対して送信を行う設定データ作成装置1として機能する。この際、三次元CAD等で設計されたモデルデータ(実際は、変換後のSTLデータ)の造形プレート40上における姿勢の決定に対応し、この姿勢におけるモデル材MAにて形成されるモデルを支持することが必要な空間又は箇所に対して、サポート材SAを設ける位置の設定が行われ、これらのデータを元に各層に対応するスライスデータが形成される。制御手段10は、ローラ回転速度制御手段12と、吐出制御手段13を備える。ローラ回転速度制御手段12は、ローラ本体26がモデル材MA又はサポート材SAを個別に回収する際に、各吐出ノズルから吐出されるモデル材MA又はサポート材SAの物理的特性に応じて、ローラ本体26の回転速度を変化させることができる。制御手段10は、コンピュータPCからの断面データを取り込み、そのデータに従ってヘッド部20、XY方向駆動部31及びZ方向駆動部32を制御する。この制御手段10の制御により、XY方向駆動部31が作動すると共に、ヘッド部20のモデル材吐出ノズル21及びサポート材吐出ノズル22より造形材としてのモデル材MAならびにサポート材SAを、小滴として造形プレート40上の適切な位置に吐出することにより、コンピュータPCから与えられた断面データに基づく断面形状が造形される。そして造形プレート40上に吐出された造形材の一であるモデル材MAは少なくとも硬化されて液体又は流体状態から固体に変化して硬化する。このような動作によって一層分の断面体すなわちスライスが作り出される。なお、スライスデータは、三次元造形装置2側で生成してもよいが、その際においても、各スライス層の厚み等のオペレータが決定しなくてはならない造形パラメータはコンピュータPC側から三次元造形装置2へ送信しなければならない。
(スライス)
When the computer PC receives the input of the basic data of a three-dimensional shaped object, for example, model data designed by three-dimensional CAD, etc., it first converts this CAD data into, for example, STL (Stereo Lithography Data) data. Further, setting data for generating cross-sectional data obtained by slicing the STL data into a plurality of thin cross-sectional bodies and transmitting the slice data to the 3D modeling apparatus 2 in a batch or in units of each slice layer It functions as the creation device 1. At this time, corresponding to the determination of the posture on the modeling plate 40 of model data (actually, STL data after conversion) designed by three-dimensional CAD or the like, the model formed by the model material MA in this posture is supported. The position where the support material SA is provided is set for the necessary space or location, and slice data corresponding to each layer is formed based on these data. The control unit 10 includes a roller rotation speed control unit 12 and a discharge control unit 13. When the roller main body 26 individually collects the model material MA or the support material SA, the roller rotation speed control unit 12 determines whether the roller rotation speed control means 12 is a roller according to the physical characteristics of the model material MA or the support material SA discharged from each discharge nozzle. The rotational speed of the main body 26 can be changed. The control means 10 takes in the cross-sectional data from the computer PC and controls the head unit 20, the XY direction driving unit 31, and the Z direction driving unit 32 according to the data. Under the control of the control means 10, the XY direction drive unit 31 is operated, and the model material MA and the support material SA as modeling materials are formed as droplets from the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 of the head unit 20. By discharging to an appropriate position on the modeling plate 40, a cross-sectional shape based on the cross-sectional data given from the computer PC is modeled. Then, the model material MA, which is one of the modeling materials discharged onto the modeling plate 40, is at least cured to be changed from a liquid or fluid state to a solid and cured. This action creates a cross section or slice. Note that the slice data may be generated on the 3D modeling apparatus 2 side, but in that case, the modeling parameters that the operator must determine such as the thickness of each slice layer are 3D modeling from the computer PC side. Must be sent to device 2.
(slice)

ここで「スライス」とは、造形物のz方向の積層単位であり、スライス数は高さを積層厚で除算した値となる。実際には、各スライスの厚みを決定する要件としては、各吐出ノズルからの吐出可能な最小限の単位吐出量やローラ部25のローラの上下方向における偏心によるばらつき等によって、設定可能な最小の厚みが決定される。このような観点に基づいて設定された値をスライスの最小値として、後は、ユーザが造形物に対して、求める、例えば、造形精度や造形速度の観点から各スライス量を最終的に決定できる。つまり、ユーザが造形精度を優先することを選択すれば、上述したスライス最小値又はその近傍の値にて各スライス量を決定し、一方造形速度を優先すれば、最低限の造形精度を維持した各スライス量を決定することができる。または、別の方法としては、造形精度と造形速度の比率をユーザに感覚的に選択させる方法や、ユーザに許容可能な最大造形時間を入力させることにより、いくつかの造形時間と造形精度の組み合わせを候補として表示し、その中からユーザが好む条件を選択させることも可能である。   Here, the “slice” is a stacking unit in the z direction of the modeled object, and the number of slices is a value obtained by dividing the height by the stacking thickness. Actually, as a requirement for determining the thickness of each slice, the minimum unit discharge amount that can be discharged from each discharge nozzle, the variation due to the eccentricity of the roller of the roller unit 25 in the vertical direction, and the like can be set. The thickness is determined. The value set based on such a viewpoint is set as the minimum value of the slice, and thereafter, the user obtains the modeling object, for example, each slice amount can be finally determined from the viewpoint of modeling accuracy and modeling speed. . In other words, if the user chooses to give priority to modeling accuracy, each slice amount is determined by the above-described minimum slice value or a value in the vicinity thereof, while if the modeling speed is given priority, the minimum modeling accuracy is maintained. Each slice amount can be determined. Or, as another method, a method of letting the user select the ratio of modeling accuracy and modeling speed sensuously, or by letting the user input the maximum allowable modeling time, some combinations of modeling time and modeling accuracy Can be displayed as candidates, and the conditions that the user prefers can be selected.

また、一つのスライスデータに対する造形行為は、少なくともヘッド部20をX方向(ヘッド部20の主走査方向)に往復動作する際の少なくとも往路又は復路にてモデル材吐出ノズル21とサポート材吐出ノズル22から造形材を液体又は流体状態でインクジェット方式によって吐出させ、造形プレート40上に吐出された造形物が未硬化の状態にて、少なくとも往路又は復路にてその未硬化の造形物の表面を平滑化するためにローラ部25を作用させると共に、平滑化された造形物の表面に対して、硬化手段24から特定波長の光を照射することにより、造形物を硬化させる一連のステップを少なくとも一回行うことで行われるが、この回数は、スライスデータの厚みや要求される造形精度によって自動的に変更されることはいうまでもない。なお、造形に用いる造形材料が、所定の温度によって硬化するものであれば、本発明においては硬化手段24を冷却または加熱手段とすることもでき、また自然硬化できる場合には硬化手段を省略することもできる。   In addition, the modeling action for one slice data is that the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 are at least in the forward or backward path when the head unit 20 is reciprocated in the X direction (main scanning direction of the head unit 20). The modeling material is ejected from the molding material in a liquid or fluid state by an ink jet method, and the surface of the uncured modeling object is smoothed at least in the forward path or the return path in a state where the modeling object discharged on the modeling plate 40 is uncured. In order to make the roller part 25 act, a series of steps of curing the modeled object is performed at least once by irradiating the smoothed surface of the modeled object with light of a specific wavelength from the curing means 24. Of course, this number is automatically changed according to the thickness of the slice data and the required modeling accuracy. There. If the modeling material used for modeling is cured at a predetermined temperature, in the present invention, the curing means 24 can be a cooling or heating means, and if it can be naturally cured, the curing means is omitted. You can also

一方、また少なくとも往路又は復路にてモデル材吐出ノズル21とサポート材吐出ノズル22から吐出され、造形プレート40上に形成される一回の最大の厚みは、吐出された液滴の着弾後の断面形状が略円形を留めることが可能な単位吐出量によって決まる。
(造形プレート40)
On the other hand, the maximum thickness formed once on the modeling plate 40 is discharged from the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 at least in the forward path or the return path, and is a cross section after landing of the discharged liquid droplets. The shape is determined by the unit discharge amount capable of retaining a substantially circular shape.
(Modeling plate 40)

造形プレート40は、Z方向駆動部32によって昇降自在としている。一スライスが形成されると、制御手段10によってZ方向駆動部32が制御され、造形プレート40は一スライス分の厚さに相当する距離だけ降下する。そして上記と同様な動作を繰り返し行うことにより一スライス目の上側(上表面)に新たなスライスが積層される。このように連続的に作り出された幾層もの薄いスライスが積層されて造形物が造形される。   The modeling plate 40 can be moved up and down by the Z-direction drive unit 32. When one slice is formed, the Z-direction drive unit 32 is controlled by the control means 10, and the modeling plate 40 is lowered by a distance corresponding to the thickness of one slice. Then, by repeating the same operation as described above, a new slice is stacked on the upper side (upper surface) of the first slice. A thin object is formed by laminating several thin slices produced in this way.

また、造形物がZ方向(つまり高さ方向)において下方に位置する造形部分よりX−Y平面で張り出した、いわゆるオーバーハング形状を有する場合には、コンピュータPCにおいて造形物をデータ化する際に必要に応じてオーバーハング支持部形状が付加される。言い換えれば、オーバーハング形状を有する造形物とは、既に成形されたモデル材のスライスが存在しない部分の上表面に新たなモデル材のスライスが成形される部分(オーバーハング部)を有する造形物である。そして制御手段10は、最終造形物を構成するモデル材MAの造形と同時に、そのオーバーハング支持部形状に基づいて、オーバーハング支持部SBを造形する。具体的には、モデル材MAとは別のサポート材SAを、サポート材吐出ノズル22から小滴として吐出させることにより、オーバーハング支持部SBを形成する。造形後に、オーバーハング支持部SBを構成するサポート材SAを除去することで、目的の三次元造形物を得ることができる。   In addition, when the modeled object has a so-called overhang shape that protrudes in the XY plane from a modeled part positioned below in the Z direction (that is, the height direction), when the modeled object is converted into data on the computer PC If necessary, an overhang support part shape is added. In other words, a modeled object having an overhang shape is a modeled object having a part (overhang part) in which a slice of a new model material is molded on an upper surface of a part where a slice of the model material already formed does not exist. is there. And the control means 10 models overhang support part SB based on the shape of the overhang support part simultaneously with modeling of model material MA which comprises the last molded article. Specifically, the overhang support portion SB is formed by discharging a support material SA different from the model material MA from the support material discharge nozzle 22 as a droplet. After the modeling, the target three-dimensional modeled object can be obtained by removing the support material SA constituting the overhang support part SB.

ヘッド部20は、図3の平面図に示すように、ヘッド移動手段30により水平方向、すなわちXY方向に移動される。ヘッド部20は、図において上下にそれぞれ配置された一対のX方向(主走査方向)ガイド機構であるX方向移動レール43に支持される。ヘッド部20を支持する基台側には、X方向への駆動部(図示せず)が、一方のX方向移動レール43に沿って設けられている。また、ヘッド部20をX方向移動レール43上に載置する門型のフレームに、ヘッド部20をY方向(副走査方向)に移動させるためのY方向移動レール44が設けられる。またヘッド部20をY方向移動レール44に沿って駆動するための駆動部(図示せず)が載置される。これらの駆動部によってヘッド部20は、XならびにY方向に移動することが可能となっている。   As shown in the plan view of FIG. 3, the head unit 20 is moved in the horizontal direction, that is, the XY direction by the head moving means 30. The head unit 20 is supported by an X-direction moving rail 43 that is a pair of X-direction (main scanning direction) guide mechanisms that are arranged vertically in the drawing. On the base side that supports the head unit 20, a drive unit (not shown) in the X direction is provided along one X-direction moving rail 43. In addition, a Y-shaped moving rail 44 for moving the head unit 20 in the Y direction (sub-scanning direction) is provided on a portal frame on which the head unit 20 is placed on the X-direction moving rail 43. A drive unit (not shown) for driving the head unit 20 along the Y-direction moving rail 44 is placed. With these driving units, the head unit 20 can move in the X and Y directions.

さらに造形プレート40が、図1に示すようにプレート昇降手段(Z方向駆動部32)によって高さ方向、すなわちZ方向に移動される。これによって、ヘッド部20と造形プレート40の相対高さを変更でき、立体的な造形が可能となる。より詳細には、まずヘッド部20は、ヘッド移動手段30によりモデル材吐出ノズル21及びサポート材吐出ノズル22より造形材としてのモデル材MAならびにサポート材SAをスライスデータに基づいた適切な箇所に吐出するために、X方向に往復動作され、各吐出ノズル21、22に各々設けられる複数のY方向に伸びるオリフィスから、モデル材MA及びサポート材SAが吐出される。さらに、図3に示すように、各吐出ノズル21、22のY方向の幅が、造形プレート40上の造形可能なY方向の幅より小さい場合で、且つ造形用のモデルデータのY方向の幅が、Y方向に伸びるオリフィスの全長より大きい場合は、各吐出ノズル21、22の所定の位置におけるX方向の往復動作の後、Y方向に各吐出ノズル21、22を所定量シフトさせ、その位置でのX方向の往復走査と共に、モデル材MA及びサポート材SAをスライスデータに基づいた適切な箇所に吐出させることを繰り返すことにより、設定された全ての造形データに対応した造形物の生成を行う。   Further, as shown in FIG. 1, the modeling plate 40 is moved in the height direction, that is, the Z direction by the plate lifting / lowering means (Z direction driving unit 32). Thereby, the relative height of the head part 20 and the modeling plate 40 can be changed, and three-dimensional modeling becomes possible. More specifically, the head unit 20 first discharges the model material MA and the support material SA as modeling materials from the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 to appropriate locations based on the slice data by the head moving unit 30. Therefore, the model material MA and the support material SA are discharged from a plurality of orifices that are reciprocated in the X direction and are provided in the discharge nozzles 21 and 22, respectively, and extend in the Y direction. Furthermore, as shown in FIG. 3, the width in the Y direction of each discharge nozzle 21, 22 is smaller than the width in the Y direction that can be formed on the modeling plate 40, and the width in the Y direction of the model data for modeling Is larger than the total length of the orifice extending in the Y direction, the reciprocating operation in the X direction at a predetermined position of each discharge nozzle 21, 22 is followed by shifting each discharge nozzle 21, 22 in the Y direction by a predetermined amount, The model material MA and the support material SA are repeatedly ejected to appropriate locations based on the slice data together with the reciprocal scanning in the X direction, thereby generating a modeled object corresponding to all set modeling data. .

なお図1の例では、Z方向駆動部32として造形プレート40を昇降させるプレート昇降手段を用いているが、この例に限られず、図2に示す三次元造形装置2’のように、造形プレート40側を高さ方向に固定し、ヘッド部側をZ方向に移動させるZ方向駆動部32’を採用することもできる。また、XY方向への移動も、ヘッド部側を固定して、造形プレート側を移動させてもよい。また、上述したような、ヘッド部20のY方向へのシフトは、各ノズルの幅を、実質的に造形プレート40の造形可能なY方向の幅と同じにすれば、その必要はないが、その際においても、例えばノズルに設けられるオリフィスの間隔で決定される造形物のY方向の解像度を高める目的として、ヘッド部20のY方向へのシフトにより、各オリフィスが、先の造形時におけるオリフィスとオリフィスの間に位置するようにシフトさせてもよい。
(制御手段10)
In addition, in the example of FIG. 1, the plate raising / lowering means which raises / lowers the modeling plate 40 is used as the Z direction drive part 32, However, it is not restricted to this example, Like 3D modeling apparatus 2 'shown in FIG. It is also possible to employ a Z-direction drive unit 32 ′ that fixes the 40 side in the height direction and moves the head unit side in the Z direction. Further, the movement in the XY direction may be performed by fixing the head portion side and moving the modeling plate side. Further, as described above, the shift in the Y direction of the head unit 20 is not necessary if the width of each nozzle is substantially the same as the width of the modeling plate 40 in the Y direction. Even in this case, for example, for the purpose of increasing the resolution in the Y direction of the modeled object determined by the interval between the orifices provided in the nozzles, each of the orifices becomes an orifice at the time of the previous modeling by shifting the head part 20 in the Y direction. And may be shifted so that it is located between the orifice and the orifice.
(Control means 10)

制御手段10は、造形材の吐出パターンを制御する。すなわちモデル材MA及びサポート材SAを、X方向における往復走査の内、少なくとも往路又は復路の一方にて造形材吐出手段により造形プレート40上に吐出させながら、ヘッド部20をX方向に往復走査させて、造形材吐出手段により造形材が造形プレート40上に吐出された後で、且つ往路又は復路の少なくともいずれか一方で、モデル材MA及びサポート材SAに対して硬化手段24で硬化させることにより、スライスを生成し、高さ方向に造形プレート40とヘッド部20の相対位置を移動させて、スライスの積層を繰り返すことにより造形を実行する。なお、詳細は後述するが、ローラ部25による造形材表面の平滑化は、造形材吐出手段により造形材が造形プレート40上に吐出された後で、且つ硬化手段24にて造形材の表面が硬化させる前に、往路又は復路の少なくともいずれか一方で、行われる。   The control means 10 controls the discharge pattern of the modeling material. That is, the head member 20 is reciprocally scanned in the X direction while the model material MA and the support material SA are ejected onto the modeling plate 40 by the modeling material ejecting means in at least one of the reciprocal scanning in the X direction. Then, after the modeling material is discharged onto the modeling plate 40 by the modeling material discharging unit and at least one of the outward path and the return path, the model material MA and the support material SA are cured by the curing unit 24. Then, a slice is generated, the modeling plate 40 and the head unit 20 are moved in the height direction, and modeling is performed by repeating the stacking of slices. Although the details will be described later, the surface of the modeling material is smoothed by the roller unit 25 after the modeling material is discharged onto the modeling plate 40 by the modeling material discharge unit and the surface of the modeling material is set by the curing unit 24. Before curing, at least one of the outward path and the return path is performed.

この制御手段10は、一回のX方向への往復走査でモデル材MA又はサポート材SAのいずれか一方の造形材を吐出して、ローラ部25による造形材表面の平滑化と余剰分の除去を行い、更に硬化手段24により硬化させてから、次回以降の往復走査で、吐出されなかった他方の造形材を吐出して、造形材表面の平滑化を行い、硬化させる。これら一連の工程を少なくとも一回行うことにより、一枚のスライスの生成を行う。いうまでもなく、一層のスライスデータに対応した上記一連の工程は、例えばユーザの求める最終的なモデルの表面精度や造形時間に応じて、複数回繰り返すことが含まれる。これにより、モデル材MA又はサポート材SAのいずれか一方を未硬化の状態でその表面を平滑化し、そして硬化させた後、他方を吐出することで個別に硬化でき、これらモデル材MAとサポート材SAの界面における混合を効果的に回避できる利点が得られる。   The control means 10 discharges either the modeling material MA or the supporting material SA in one reciprocating scan in the X direction, and smoothes the surface of the modeling material by the roller unit 25 and removes the excess material. Then, after further curing by the curing means 24, the other modeling material that was not discharged is discharged in the next and subsequent reciprocating scans, and the surface of the modeling material is smoothed and cured. By performing these series of steps at least once, one slice is generated. Needless to say, the series of steps corresponding to one slice of data includes repeating a plurality of times depending on, for example, the final surface accuracy and modeling time required by the user. As a result, either the model material MA or the support material SA can be cured individually by smoothing and curing the surface of the model material MA or the support material SA, and then discharging the other. There is an advantage that mixing at the SA interface can be effectively avoided.

なお、この例では先にモデル材MAを吐出し、次いでサポート材SAを吐出させる例を説明したが、逆にサポート材を先に吐出させ、次いでモデル材を吐出させてもよい。また、この例ではいずれか一方の造形材をまず吐出して、これを硬化させた後に、他方の造形材を吐出して硬化させるという、モデル材とサポート材を個別に吐出、硬化させて造形する方法を説明した。ただ、この方法に限られず、モデル材とサポート材を同時に吐出させることも可能である。
(造形材)
In this example, the model material MA is discharged first and then the support material SA is discharged. However, the support material may be discharged first, and then the model material may be discharged. Also, in this example, one of the modeling materials is discharged first, and after this is cured, the other modeling material is discharged and cured, and the model material and the support material are separately discharged and cured. Explained how to do. However, the present invention is not limited to this method, and the model material and the support material can be discharged simultaneously.
(Modeling material)

上述の通り、造形材には、最終的な造形物となるモデル材MAと、このモデル材MAが張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材SAが用いられる。
(硬化手段24)
As described above, as the modeling material, the model material MA that becomes a final modeled object and the support material SA that supports the projecting portion from which the model material MA projects and is finally removed are used.
(Curing means 24)

モデル材MAには、光硬化樹脂、例えば紫外線硬化樹脂が使用できる。この場合、硬化手段24は少なくともモデル材MAの材料が反応して硬化する特定波長を含む光を照射する光照射手段であり、例えば紫外線ランプ等の紫外線照射手段である。紫外光ランプには、ハロゲンランプや水銀灯、LED等が利用できる。またこの例では、サポート材SAも紫外線硬化樹脂としている。同じ波長の紫外線で硬化する紫外線硬化樹脂を使用する場合は、同じ紫外線照射手段を利用でき、光源を共通化できる利点が得られる。
(モデル材MA)
As the model material MA, a light curable resin, for example, an ultraviolet curable resin can be used. In this case, the curing unit 24 is a light irradiation unit that emits light including a specific wavelength at which the material of the model material MA reacts and cures, and is an ultraviolet irradiation unit such as an ultraviolet lamp. As the ultraviolet lamp, a halogen lamp, a mercury lamp, an LED or the like can be used. In this example, the support material SA is also an ultraviolet curable resin. In the case of using an ultraviolet curable resin that is cured with ultraviolet rays having the same wavelength, the same ultraviolet irradiation means can be used, and an advantage that a light source can be shared is obtained.
(Model material MA)

またモデル材MAとして、熱可塑性樹脂を使用することもできる。この場合、硬化手段24は、冷却手段となる。なおモデル材とサポート材にいずれも熱可塑性樹脂を使用する場合は、モデル材の融点をサポート材の融点よりも高いものを採用することにより、積層完了後に造形物をサポート材の融点より高く、モデル材の融点より低い温度に加熱、保温することにより、サポート材を溶融除去することができる。さらに、モデル材とサポート材の一方を光硬化樹脂、他方を熱可塑性樹脂とすることもできる。   A thermoplastic resin can also be used as the model material MA. In this case, the curing unit 24 serves as a cooling unit. When using a thermoplastic resin for both the model material and the support material, by adopting a model material whose melting point is higher than the melting point of the support material, the molded object is higher than the melting point of the support material after the completion of lamination, The support material can be melted and removed by heating and keeping the temperature lower than the melting point of the model material. Furthermore, one of the model material and the support material can be a photo-curing resin, and the other can be a thermoplastic resin.

あるいは、硬化材との化学反応により硬化可能な材料をモデル材に用いることもできる。さらにモデル材は、粘度や表面張力等の噴射特性を調整するために、必要に応じて液体改質剤を混合してもよい。また温度調整によって噴射特性を変更することもできる。モデル材の他の例としては、紫外線フォトポリマー、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン等が挙げられる。
(サポート材SA)
Alternatively, a material that can be cured by a chemical reaction with the curing material can be used as the model material. Further, the model material may be mixed with a liquid modifier as necessary in order to adjust the jetting characteristics such as viscosity and surface tension. Also, the injection characteristics can be changed by adjusting the temperature. Other examples of the model material include an ultraviolet photopolymer, an epoxy resin, an acrylic resin, and urethane.
(Support material SA)

サポート材SAは、基本的には、上述したモデル材と同様な材料を用いることができる。ただ、サポート材は最終的に容易に除去できる材料としたいとの観点から、モデル材と類似した材料に更に除去可能な材料を添加することが望ましい。このため、具体的には水膨潤ゲル、ワックス、熱可塑性樹脂、水溶性材料、溶解性材料等が使用できる。サポート材SAの除去には、サポート材の性質に応じて水溶、加熱、化学反応、水圧洗浄等の動力洗浄や電磁波の照射により溶解させる、熱膨張差を利用した分離等の方法が適宜利用できる。
(ヘッド部20)
As the support material SA, basically, the same material as the model material described above can be used. However, it is desirable to add a removable material to a material similar to the model material from the viewpoint that the support material is finally a material that can be easily removed. Therefore, specifically, water swelling gel, wax, thermoplastic resin, water-soluble material, soluble material and the like can be used. For the removal of the support material SA, a method such as separation using a thermal expansion difference, which is dissolved by power washing such as aqueous solution, heating, chemical reaction, water pressure washing, or electromagnetic wave irradiation, depending on the properties of the support material, can be used as appropriate. .
(Head 20)

図4に、インクジェット方式の三次元造形装置のヘッド部20の一例を示す。この図に示すヘッド部20は、造形材吐出手段として、モデル材MAとサポート材SAの吐出を個別に行う専用の吐出ノズルを設けている。具体的には、モデル材MAを吐出するためのモデル材吐出ノズル21と、サポート材SAを吐出するためのサポート材吐出ノズル22を、平行に離間させて備えている。各吐出ノズルは、2つのノズル列23を設けており、これらのノズル列23は、図5の平面図に示すように半ノズル分ずらして配置することで、分解能を向上させている。またオフセット状態に配置された各ノズル列23は、モデル材吐出ノズル21とサポート材吐出ノズル22とで、それぞれ同一ライン上に一致するように配置することで、モデル材とサポート材の分解能を一致させている。   FIG. 4 shows an example of the head unit 20 of the inkjet three-dimensional modeling apparatus. The head unit 20 shown in this figure is provided with a dedicated discharge nozzle that individually discharges the model material MA and the support material SA as a modeling material discharge means. Specifically, a model material discharge nozzle 21 for discharging the model material MA and a support material discharge nozzle 22 for discharging the support material SA are provided in parallel with each other. Each discharge nozzle is provided with two nozzle rows 23, and these nozzle rows 23 are arranged so as to be shifted by a half nozzle as shown in the plan view of FIG. 5, thereby improving the resolution. The nozzle rows 23 arranged in the offset state are arranged so that the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 are aligned on the same line, thereby matching the resolution of the model material and the support material. I am letting.

ヘッド部20では、左からサポート材吐出ノズル22、モデル材吐出ノズル21、ローラ部25、硬化手段24が設けられている。各吐出ノズルは、圧電素子方式のインクジェットプリントヘッドの要領で、インク状の造形材を吐出する。また造形材は、吐出ノズルから吐出可能な粘度に調整される。   In the head unit 20, a support material discharge nozzle 22, a model material discharge nozzle 21, a roller unit 25, and a curing unit 24 are provided from the left. Each discharge nozzle discharges an ink-shaped modeling material in the manner of a piezoelectric element type ink jet print head. The modeling material is adjusted to a viscosity that can be discharged from the discharge nozzle.

図4の例では、ヘッド部20が先にモデル材MAを吐出した後、サポート材SAを吐出している。またヘッド部20は往路(図において左から右)で造形材を吐出し、復路(図において右から左)では造形材の最表面からローラ部25にて余剰樹脂を掻き取り、平滑化を図った後、平滑化された樹脂を硬化手段24で硬化させている。   In the example of FIG. 4, after the head portion 20 discharges the model material MA first, the support material SA is discharged. In addition, the head unit 20 discharges the modeling material on the outward path (left to right in the figure), and on the return path (right to left in the figure), scrapes excess resin from the outermost surface of the modeling material by the roller unit 25 to achieve smoothing. Thereafter, the smoothed resin is cured by the curing means 24.

さらに図4の例に示すヘッド部20は、吐出ノズルを設けた吐出ヘッドユニット20Aと、ローラ部及び硬化手段を設けた回収硬化ヘッドユニット20Bとに分割されている。吐出ヘッドユニット20Aと回収硬化ヘッドユニット20Bとの間には、ヘッド部20を移動させるためのY方向移動レール44を通すレールガイド45が設けられている。ヘッド部20は、図3の平面図に示すように、Y方向移動レール44に沿ってY方向に往復移動する。さらにY方向移動レール44の両端は、ヘッド移動手段30で支承されている。ヘッド移動手段30は、造形プレート40を上下方向に跨ぐように、造形プレートの上下に沿って平行に設けた一対のX方向移動レール43に沿ってX方向に往復移動する。これによってヘッド部20は、造形プレート上でXY平面上の任意の位置に移動できる。
(余剰樹脂回収機構)
Further, the head unit 20 shown in the example of FIG. 4 is divided into an ejection head unit 20A provided with an ejection nozzle and a recovery / curing head unit 20B provided with a roller unit and a curing means. Between the discharge head unit 20A and the recovery / curing head unit 20B, a rail guide 45 through which a Y-direction moving rail 44 for moving the head unit 20 is provided. As shown in the plan view of FIG. 3, the head unit 20 reciprocates in the Y direction along the Y direction moving rail 44. Further, both ends of the Y-direction moving rail 44 are supported by the head moving means 30. The head moving means 30 reciprocates in the X direction along a pair of X direction moving rails 43 provided in parallel along the top and bottom of the modeling plate so as to straddle the modeling plate 40 in the vertical direction. Thereby, the head unit 20 can move to an arbitrary position on the XY plane on the modeling plate.
(Surplus resin recovery mechanism)

ヘッド部20はさらに、余剰に吐出された樹脂を回収するための余剰樹脂回収機構を備えている。すなわち、インクジェット方式の三次元造型機においては、精度の良い造形を行うために、余分にモデル材やサポート材等の造形材を吐出し、造形プレート40上に吐出された樹脂の余剰分を、余剰樹脂回収機構で回収しながら造形を行っている。このような余剰樹脂回収機構を図6の模式図に示す。この図に示す余剰樹脂回収機構は、吐出されたモデル材MA及びサポート材SAの表面を未硬化の状態で押圧し、造形材の余剰分を除去し、かつ造形材表面を平滑化するためのローラ部25で構成される。図6の例では、吐出されたモデル材MAの表面を、未硬化の状態でローラ本体26で均す状態を示している。
(ローラ部25)
The head unit 20 further includes a surplus resin recovery mechanism for recovering the excessively discharged resin. That is, in the inkjet type three-dimensional molding machine, in order to perform accurate modeling, extra modeling material such as model material and support material is discharged, and the surplus amount of resin discharged on the modeling plate 40 is Modeling is performed while collecting with the surplus resin recovery mechanism. Such a surplus resin recovery mechanism is shown in the schematic diagram of FIG. The surplus resin recovery mechanism shown in this figure presses the surface of the discharged model material MA and support material SA in an uncured state, removes surplus portions of the modeling material, and smoothes the surface of the modeling material The roller unit 25 is used. The example of FIG. 6 shows a state in which the surface of the discharged model material MA is leveled by the roller body 26 in an uncured state.
(Roller part 25)

ローラ部25は、回転体であるローラ本体26と、ローラ本体26の表面に対して突出するように配置されたブレード27と、ブレード27で掻き取られた造形材を溜めるバス28と、バス28に溜まった造形材を排出する吸引パイプ29とを備えている。ローラ本体26は回転自在に支承されており、未硬化の樹脂を回転しながら押圧することにより、樹脂の表面を均しつつ、余剰分を掻き取って回収する。このローラ本体26はヘッド部20の進行方向に対して逆回転(図6において時計回り)に回転され、未硬化の造形材を掻き上げる。掻き上げられた造形材は、ローラ本体26に付着してブレード27まで運ばれた後、ブレード27で掻き取られてバス28に案内される。このためブレード27は、ローラ本体26が樹脂表面に当接する際の進行方向に対して、ローラ本体26の後方の位置に配置され、バス28に向かって下り勾配の姿勢で固定される。同様に、バス(槽)28もローラ本体26に対してブレート27と同様な側に配置され、且つブレード27の下方に配置されている。また吸引パイプ29はポンプに接続されており、バス28に溜まった造形材を吸引して排出する。この例では、ローラ本体26の外形をφ20mm程度、回転速度を10回転/s程度としている。   The roller unit 25 includes a roller main body 26 that is a rotating body, a blade 27 that is disposed so as to protrude from the surface of the roller main body 26, a bus 28 that stores a modeling material scraped off by the blade 27, and a bus 28. And a suction pipe 29 for discharging the modeling material accumulated in the container. The roller body 26 is rotatably supported, and the uncured resin is pressed while rotating, so that the surplus portion is scraped and collected while leveling the surface of the resin. The roller body 26 is rotated counterclockwise (clockwise in FIG. 6) with respect to the traveling direction of the head portion 20, and scrapes off the uncured modeling material. The modeling material thus scraped up adheres to the roller body 26 and is carried to the blade 27, and then scraped off by the blade 27 and guided to the bus 28. For this reason, the blade 27 is disposed at a position behind the roller body 26 with respect to the traveling direction when the roller body 26 abuts on the resin surface, and is fixed in a downward gradient toward the bus 28. Similarly, the bath (bath) 28 is also disposed on the same side as the blade 27 with respect to the roller body 26 and is disposed below the blade 27. The suction pipe 29 is connected to a pump, and sucks and discharges the modeling material accumulated in the bus 28. In this example, the outer shape of the roller body 26 is about φ20 mm, and the rotation speed is about 10 rotations / s.

このローラ部25は、図においてヘッド部20が右から左に進行する際に、掻き取りを行う。換言すると、左から右にヘッド部20が進行しつつ、スライスデータに基づいて、適切な位置にモデル材吐出ノズル21とサポート材吐出ノズル22から各々モデル材MAとサポート材SAを吐出する際は、ローラ部25は造形材に接触せず、同様に硬化手段24の光源からの照明も行われない。図においてヘッド部20の左から右への主走査方向の例えでは、往路にて少なくとも造形材の吐出が各ノズル21、22から実行された後の右から左方向への復路としての主走査方向において、上述したローラ部25の掻き取り動作が実行されると共に、少なくともモデル材MAを硬化するための光を照射する光源としての硬化手段24も動作することになる。   The roller portion 25 scrapes off when the head portion 20 advances from the right to the left in the drawing. In other words, when the model material MA and the support material SA are discharged from the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 to the appropriate positions based on the slice data while the head portion 20 advances from the left to the right, respectively. The roller portion 25 does not contact the modeling material, and similarly, illumination from the light source of the curing means 24 is not performed. In the illustration of the main scanning direction from the left to the right of the head unit 20 in the figure, the main scanning direction as a return path from the right to the left after at least the modeling material is discharged from the nozzles 21 and 22 in the forward path. Then, the above-described scraping operation of the roller unit 25 is performed, and at least the curing means 24 as a light source for irradiating light for curing the model material MA is also operated.

なお硬化手段24の光源は、モデル材吐出ノズル21とサポート材吐出ノズル22より進行方向に対して前方に配置されるため、光源を点灯していても、吐出され、ローラ部25によって平滑化される前の流動可能な樹脂に照射を行うことはない。その一方で、硬化手段24の光源を積極的に必要なタイミング以外は消灯することはもちろん可能である。また一方で、硬化手段を複数設ける構成としてもよい。例えば、硬化手段として第一硬化手段と第二硬化手段とを設け、吐出後の樹脂に対して第一硬化手段で予備的に硬化を行い、次いで第二硬化手段で樹脂をより一層硬化させる。このように硬化手段を多段構成とすることで、樹脂の硬化能力を十分に発揮させることができる。またこのような場合において、第一硬化手段が予備的な硬化に留まり、第一硬化手段を経ても樹脂に未だ十分な流動性が残っている場合は、第一硬化手段による予備硬化後に、ローラ部で樹脂余剰分の掻き取りを行い、その後に第二硬化手段で硬化を行うように構成してもよい。すなわち、すべての硬化手段がローラ部の次段側に配置されることを必ずしも要しない。   The light source of the curing unit 24 is disposed forward of the model material discharge nozzle 21 and the support material discharge nozzle 22 with respect to the traveling direction. Therefore, even when the light source is turned on, the light is discharged and smoothed by the roller unit 25. The flowable resin before irradiation is not irradiated. On the other hand, it is of course possible to turn off the light source of the curing means 24 except when it is actively required. On the other hand, a plurality of curing means may be provided. For example, a first curing unit and a second curing unit are provided as the curing unit, and the resin after discharge is preliminarily cured by the first curing unit, and then the resin is further cured by the second curing unit. Thus, by making a hardening means multistage structure, the hardening ability of resin can fully be exhibited. In such a case, if the first curing means remains in preliminary curing and sufficient fluidity still remains in the resin after passing through the first curing means, the roller after the preliminary curing by the first curing means The excess resin may be scraped off at the portion, and then cured by the second curing means. That is, it is not always necessary that all the curing means be disposed on the next stage side of the roller portion.

図1、図4に示すように、ヘッド部20の進行方向に対してローラ部25は硬化手段24の前方、図において左側に配置されている。この結果、先に未硬化の造形材をローラ部25で掻き取った後、硬化手段24が造形材を硬化させる。このような配置によって、同一のパスで造形材の掻き取りと硬化を行うことができ、効率よく処理できる利点が得られる。   As shown in FIGS. 1 and 4, the roller portion 25 is disposed in front of the curing means 24, on the left side in the figure, with respect to the traveling direction of the head portion 20. As a result, after the uncured modeling material is scraped off by the roller unit 25 first, the curing means 24 cures the modeling material. With such an arrangement, the modeling material can be scraped and cured in the same pass, and the advantage of being able to be processed efficiently is obtained.

なお、X軸方向に沿うサポート材吐出用ノズル22、モデル材吐出ノズル21、ローラ部25及び硬化手段24の配列の基本的な考え方は、以下の通りである。ヘッド部20の主走査方向の往路方向をベースに考えると、サポート材吐出用ノズル22、モデル材吐出用ノズル21は、いずれか一方が他方の前方に位置すればよい。このようなノズルのレイアウトに対して、ローラ部25ならびに硬化手段24は、ローラの作用を往路で行いたい場合は、往路進行方向において、サポート材吐出用ノズル22、モデル材吐出用ノズル21の後方にローラ部25、硬化手段24の順で配置し、ローラの作用を復路で行いたい場合は、サポート材吐出用ノズル22、モデル材吐出用ノズル21の復路の進行方向において後方にローラ部25、硬化手段24の順で配置すればよい。   The basic concept of the arrangement of the support material discharge nozzle 22, the model material discharge nozzle 21, the roller unit 25, and the curing means 24 along the X-axis direction is as follows. Considering the forward direction of the head unit 20 in the main scanning direction as a base, one of the support material discharge nozzle 22 and the model material discharge nozzle 21 may be positioned in front of the other. With respect to such a nozzle layout, the roller unit 25 and the curing means 24, when it is desired to perform the action of the roller in the forward path, in the forward travel direction, behind the support material discharge nozzle 22 and the model material discharge nozzle 21 When the roller unit 25 and the curing means 24 are arranged in this order and the action of the rollers is to be performed in the return path, the roller unit 25 and the support material discharge nozzle 22 and the model material discharge nozzle 21 are moved backward in the direction of travel of the return path. What is necessary is just to arrange | position in order of the hardening means 24.

また、上記実施例においては、ヘッド部20から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラ部25による余剰樹脂の掻き取りを行った後、硬化手段24によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためのUV光を照射する方法を採用した。   Moreover, in the said Example, after discharging resin for becoming a new uppermost layer from the head part 20, with respect to the resin layer of the uncured uppermost layer in the middle of modeling, the excess resin by the roller part 25 of After scraping, a method of irradiating UV light for curing at least the uppermost resin layer by the curing means 24 was adopted.

ただ、この構成以外にも、上述の通り硬化手段を多段で構成することもできる。例えばヘッド部20から新たな最上層となるための樹脂を吐出させた後、余剰樹脂層を含む最上層に対して、硬化手段24によって一旦光を照射した後、造形途中の未硬化状態の最上層の樹脂層に対して、ローラ部25による余剰樹脂の掻き取りを行い、その後再度硬化手段24によって少なくとも最上層の樹脂層に対する硬化のためUV光を照射する方法もある。この場合、硬化手段24は、ヘッド部20において、X方向、つまりヘッド部20の主走査方向で、サポート材吐出用ノズル22、モデル材吐出用ノズル21を挟む前後方向に一対の硬化手段を設けることにより、上述のような二度の照射を行うことができる。   However, in addition to this configuration, the curing means can be configured in multiple stages as described above. For example, after a resin for forming a new uppermost layer is discharged from the head unit 20, the uppermost layer including the surplus resin layer is once irradiated with light by the curing unit 24, and then the uncured state of the uppermost layer in the middle of modeling is irradiated. There is also a method in which the upper resin layer is scraped off by the roller portion 25 and then irradiated with UV light for curing at least the uppermost resin layer by the curing means 24 again. In this case, the curing means 24 is provided with a pair of curing means in the head portion 20 in the front-rear direction sandwiching the support material discharge nozzle 22 and the model material discharge nozzle 21 in the X direction, that is, the main scanning direction of the head portion 20. Thus, the above-described irradiation can be performed twice.

また、この場合、一度目の照射と二度目の照射を合わせて、最終的に所望する樹脂の硬化の程度を達成するようになるため、一度目の照射後の樹脂は硬化状態ではなく、まだその後のローラ部25による掻き取り動作のために、流動可能な、半硬化状態である。このため、この場合においても、ローラ部25による樹脂の掻き取り前の最上層の状態は、未硬化または流動可能な状態と表現することとする。
(樹脂の経路)
In this case, the first irradiation and the second irradiation are combined to finally achieve the desired degree of curing of the resin, so the resin after the first irradiation is not in a cured state, For the subsequent scraping operation by the roller portion 25, the semi-cured state is flowable. For this reason, also in this case, the state of the uppermost layer before scraping off the resin by the roller portion 25 is expressed as an uncured state or a flowable state.
(Resin route)

図7に、造形材である樹脂の搬送経路46をブロック図で示している。この図に示すように、三次元造形装置は、異物捕集フィルタ51と、造形材カートリッジ47と、脱気圧力開放弁62とを備えている。異物捕集フィルタ51は、樹脂中に含まれる異物を捕集する。このような異物捕集フィルタ51として、例えば10μmメッシュのフィルタを用いることができる。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a transport path 46 of a resin that is a modeling material. As shown in this figure, the three-dimensional modeling apparatus includes a foreign matter collecting filter 51, a modeling material cartridge 47, and a deaeration pressure release valve 62. The foreign matter collecting filter 51 collects foreign matters contained in the resin. For example, a 10 μm mesh filter can be used as the foreign matter collecting filter 51.

造形材カートリッジ47は、樹脂毎に個別の搬送経路46に接続される。ここでは造形材カートリッジ47は、モデル材用とサポート材用にそれぞれ、モデル材用カートリッジ47Aと、サポート材用カートリッジ47Bが用意されており、モデル材用搬送経路46Aとサポート材用搬送経路46Bにそれぞれ接続されている。また、モデル材用カートリッジ47Aと、サポート材用カートリッジ47Bは、複数本用意することが好ましい。これにより、造形中に一の造形材カートリッジ47が空になっても、速やかに他方の造形材カートリッジ47から樹脂を供給できる。図7の例では、モデル材用カートリッジ47Aと、サポート材用カートリッジ47Bはそれぞれ2本接続されており、各々の造形材カートリッジ47は電磁弁49を介して樹脂搬送経路46と接続される。さらに、各樹脂搬送経路46はそれぞれ、供給ポンプ50と接続されており、供給ポンプ50を介してヘッド部20と接続される。モデル材用搬送経路46Aは、モデル材用供給ポンプ50Aを介して、ヘッド部20のモデル材吐出ノズルと接続される。またサポート材用搬送経路46Bは、サポート材用供給ポンプ50Bを介してサポート材吐出ノズルと接続される。   The modeling material cartridge 47 is connected to an individual conveyance path 46 for each resin. Here, as the modeling material cartridge 47, a model material cartridge 47A and a support material cartridge 47B are prepared for the model material and the support material, respectively, and the model material conveyance path 46A and the support material conveyance path 46B are provided. Each is connected. In addition, it is preferable to prepare a plurality of model material cartridges 47A and support material cartridges 47B. Thereby, even if one modeling material cartridge 47 becomes empty during modeling, the resin can be quickly supplied from the other modeling material cartridge 47. In the example of FIG. 7, two model material cartridges 47 </ b> A and two support material cartridges 47 </ b> B are connected, and each modeling material cartridge 47 is connected to the resin transport path 46 via an electromagnetic valve 49. Furthermore, each resin conveyance path 46 is connected to the supply pump 50, and is connected to the head unit 20 via the supply pump 50. The model material conveyance path 46A is connected to the model material discharge nozzle of the head unit 20 via the model material supply pump 50A. The support material conveyance path 46B is connected to a support material discharge nozzle via a support material supply pump 50B.

またヘッド部20は、各樹脂毎に異物捕集フィルタ51と脱気モジュール52とリザーブタンク48と吐出ノズルを備えている。図7の例では、ヘッド部20の内、吐出ノズルを設けた吐出ヘッドユニット20Aに、これら異物捕集フィルタ51、脱気モジュール52、リザーブタンク48が配置される。ここでは、モデル材用にモデル材用異物捕集フィルタ51Aと、モデル材用脱気モジュール52Aと、モデル材用リザーブタンク48Aと、モデル材吐出ノズルを設け、またサポート材用にサポート材用異物捕集フィルタ51Bと、サポート材用脱気モジュール52Bと、サポート材用リザーブタンク48Bと、サポート材吐出ノズルを設けている。図においてモデル材は、モデル材用搬送経路46Aを通じて、上から下方向、すなわちモデル材用異物捕集フィルタ51A、モデル材用脱気モジュール52A、モデル材用リザーブタンク48Aを通じて、モデル材吐出ヘッドから吐出される。サポート材も同様に、サポート材用搬送経路46Bを通じて、上から下方向、すなわちサポート材用異物捕集フィルタ51B、サポート材用脱気モジュール52B、サポート材用リザーブタンク48Bを通じて、サポート材吐出ヘッドから吐出される。
(気泡混入対策)
Moreover, the head part 20 is provided with the foreign material collection filter 51, the deaeration module 52, the reserve tank 48, and the discharge nozzle for every resin. In the example of FIG. 7, the foreign matter collecting filter 51, the deaeration module 52, and the reserve tank 48 are disposed in the discharge head unit 20 </ b> A provided with the discharge nozzles in the head unit 20. Here, a model material foreign matter collecting filter 51A, a model material deaeration module 52A, a model material reserve tank 48A, a model material discharge nozzle are provided for the model material, and a support material foreign matter is provided for the support material. A collection filter 51B, a support material deaeration module 52B, a support material reserve tank 48B, and a support material discharge nozzle are provided. In the drawing, the model material passes from the model material discharge head through the model material conveyance path 46A from the top to the bottom, that is, through the model material foreign matter collecting filter 51A, the model material degassing module 52A, and the model material reserve tank 48A. Discharged. Similarly, the support material also passes from the support material discharge head through the support material conveyance path 46B from above, that is, through the support material foreign matter collecting filter 51B, the support material degassing module 52B, and the support material reserve tank 48B. Discharged.
(Measures against air bubbles)

樹脂を噴射するディスペンサにおいて、樹脂中に空気が混入していると、液滴を正常に生成することができなくなる。樹脂中に空気が存在すると、本来液を押し出すために用いられるべき圧力が空気を圧縮させる力として作用する結果、正常な液滴を生成することができなくなり、吐出ノズルから全く液滴が出ない不吐となる。また、樹脂中の気泡のみならず、ディスペンサによる液滴生成過程の特徴として、樹脂には負圧がかかり、キャビテーション現象が生じて、樹脂内に溶けている空気が気泡化し不吐を生じさせることもある。   In a dispenser that injects resin, if air is mixed in the resin, droplets cannot be generated normally. If air is present in the resin, the pressure that should be used to extrude the liquid acts as a force that compresses the air. As a result, normal droplets cannot be generated, and no droplets are emitted from the discharge nozzle. Nausea. In addition to bubbles in the resin, as a characteristic of the droplet generation process by the dispenser, negative pressure is applied to the resin, causing cavitation, and the air dissolved in the resin is bubbled to cause undischarge. There is also.

一般に、樹脂中に気泡や溶存気体が混入する要因としては、(1)樹脂そのものに既に混入している場合、(2)造形材カートリッジを挿抜する際に混入する場合、(3)樹脂の搬送経路中のチューブを通って混入する場合、の3つが考えられる。よって、それぞれの場合毎に、気泡等の混入対策を講じることが好ましい。   In general, factors that cause bubbles or dissolved gas to be mixed into the resin include (1) the case where it is already mixed in the resin itself, (2) the case where it is mixed when inserting / removing the modeling material cartridge, and (3) the transport of the resin. When mixing through a tube in the path, there are three possible cases. Therefore, it is preferable to take measures against mixing bubbles or the like in each case.

まず、(1)樹脂そのものに既に混入している場合については、樹脂製造過程及び造形材カートリッジに樹脂を充填する過程で、それぞれ空気を抜くよう対策を講じることが考えられる。次に、(2)造形材カートリッジを挿抜する際に混入するケースについては、造形材カートリッジの挿抜構造を改良して空気を入り難くすることが考えられる。そして(3)樹脂の搬送経路中のチューブを通って混入する気泡については、樹脂が搬送経路中に長時間滞留することを可能な限り抑制することが考えられる。   First, (1) in the case where the resin itself is already mixed, it is conceivable to take measures to remove air in the resin manufacturing process and in the process of filling the molding material cartridge with the resin. Next, regarding (2) the case that is mixed when the modeling material cartridge is inserted / extracted, it is conceivable to improve the insertion / extraction structure of the modeling material cartridge to make it difficult for air to enter. And (3) About the bubble mixed through the tube in the conveyance path | route of resin, it is possible to suppress as much as possible that resin retains in a conveyance path | route for a long time.

しかしながら、このような対策を施しても、気泡や溶存気体は樹脂中に残留して、吐出ノズルの不吐を生じて造形不良を引き起こすことがある。このような対策として、樹脂中に気泡が一定の確率で存在することを前提として、造形中に定期的に、吐出ノズル近辺で留まっている空気を樹脂と共に外部へ放出するパージと呼ばれる作業を自動的に行うことが考えられる。具体的にはパージ処理は、各リザーブタンク48Aならびに48Bに接続された図示しないポンプが、造形の途中に定期的に移行するメンテナンスモード時に、各リザーブタンク48A、48B内の圧力を上げることにより、吐出ノズル近辺における溜まっている空気を樹脂と共に外部に放出することにより行われる。しかしながら、パージ作業を頻繁に行うことは樹脂を無駄に排出することとなる。このため、パージを行う時間間隔をできるだけ長くする必要がある。   However, even if such countermeasures are taken, bubbles and dissolved gas may remain in the resin, causing discharge failure of the discharge nozzle and causing poor molding. As a countermeasure for this, assuming that bubbles exist in the resin with a certain probability, an operation called purging that automatically releases the air staying in the vicinity of the discharge nozzle to the outside together with the resin is automatically performed during modeling. Can be considered. Specifically, in the purge process, a pump (not shown) connected to each of the reserve tanks 48A and 48B raises the pressure in each of the reserve tanks 48A and 48B in the maintenance mode in which the pump is periodically shifted during modeling. This is performed by discharging the air accumulated in the vicinity of the discharge nozzle to the outside together with the resin. However, frequent purging operations wastes resin. For this reason, it is necessary to make the time interval for purging as long as possible.

一方で三次元造形装置において、積層される造形材の各層でヘッド部をランダムに走査させることで、仮に吐出ノズルの数本が不吐となっても、その影響が蓄積されないような対策を行うことも考えられる。しかしながら、より造形精度が求められる用途においては、このような数本の吐出ノズルが不吐となっても、造形物の精度に影響を与え、場合によっては不良とみなされる場合もあった。
(脱気モジュール52)
On the other hand, in the three-dimensional modeling apparatus, by taking a random scan of the head portion with each layer of modeling material to be stacked, measures are taken so that the influence is not accumulated even if several discharge nozzles fail to discharge. It is also possible. However, in applications where higher modeling accuracy is required, even if several of these discharge nozzles fail to discharge, the accuracy of the model is affected, and in some cases, it is regarded as defective.
(Deaeration module 52)

これに対して本実施例に係る三次元造形装置は、樹脂中の気体を脱気する脱気モジュール52を、樹脂の搬送経路46中で造形材吐出手段の手前に設けている。これによって、樹脂中から気泡を排除し、気泡に起因する吐出不良から生じる造形不良を低減できる。
(脱気モジュール52の配置位置)
On the other hand, the three-dimensional modeling apparatus according to the present embodiment is provided with a degassing module 52 for degassing the gas in the resin, in front of the modeling material discharging means in the resin transport path 46. Thereby, bubbles can be eliminated from the resin, and molding defects caused by ejection defects caused by the bubbles can be reduced.
(Arrangement position of the deaeration module 52)

この脱気モジュール52は、好ましくは異物捕集フィルタ51の後に配置する。異物捕集フィルタ51は、樹脂中に混入した異物を捕集すると共に、樹脂中に含まれる気泡を細かく分解する作用も有する。よって、この異物捕集フィルタ51の後段に脱気モジュール52を配置することで、異物捕集フィルタ51によって細かく分解された気泡を確実に脱気して、脱気の効果を高めることができる。   This deaeration module 52 is preferably arranged after the foreign matter collecting filter 51. The foreign matter collecting filter 51 collects foreign matters mixed in the resin and also has an effect of finely decomposing bubbles contained in the resin. Therefore, by disposing the deaeration module 52 at the subsequent stage of the foreign matter collection filter 51, the bubbles finely decomposed by the foreign matter collection filter 51 can be reliably deaerated, and the effect of deaeration can be enhanced.

また脱気モジュール52は、樹脂搬送経路46上であれば、いずれの位置でも配置できるが、上述の通りヘッド部20に設けることが好ましい。造形プレート上をX、Y方向に移動するヘッド部20に脱気モジュール52を搭載することで、上述した気泡混入要因(3)の対策である、樹脂の長時間滞留を抑制することが可能となる。   Further, the deaeration module 52 can be disposed at any position as long as it is on the resin conveyance path 46, but is preferably provided in the head unit 20 as described above. By mounting the deaeration module 52 on the head unit 20 that moves in the X and Y directions on the modeling plate, it is possible to suppress the resin from staying for a long time, which is a countermeasure for the above-described bubble mixing factor (3). Become.

さらに、脱気モジュール52を異物捕集フィルタ51の後に配置することで、気泡混入要因(2)の対策も講じている。本発明者らの研究開発によれば、造形材カートリッジを挿抜する際に混入する気泡は、上記(1)や(3)に比べてサイズが大きいことが明らかとなった。このような大きな気泡を取り除くためには、大型の脱気モジュールが必要となる。しかしながら、大型の脱気モジュールはヘッド部に組み込むことが困難で、装置自体の大型化を招く。一方、樹脂中の気泡は、異物捕集フィルタを通過すると、細かく粉砕されることが判明した。そこで、このような異物捕集フィルタ51の後段に脱気モジュール52を配置することによって、異物捕集フィルタ51で細かく粉砕された気泡を脱気するようにすることで、比較的小型の脱気モジュール52でも気泡を効果的に取り除くことができるようになり、ヘッド部20への搭載を可能としている。   Furthermore, by arranging the deaeration module 52 after the foreign matter collecting filter 51, measures against the air bubble mixing factor (2) are taken. According to the research and development by the present inventors, it has been clarified that the air bubbles mixed when inserting and removing the modeling material cartridge are larger in size than the above (1) and (3). In order to remove such large bubbles, a large deaeration module is required. However, it is difficult to incorporate a large deaeration module into the head part, which leads to an increase in the size of the device itself. On the other hand, it has been found that the bubbles in the resin are finely pulverized when passing through the foreign matter collecting filter. Therefore, by disposing the deaeration module 52 at the subsequent stage of such a foreign matter collection filter 51, air bubbles finely crushed by the foreign matter collection filter 51 are degassed, so that a relatively small deaeration is achieved. The module 52 can also effectively remove bubbles, and can be mounted on the head unit 20.

図8に、図4のヘッド部20において、造形材吐出ノズルの背面から見た斜視図を示す。この図の例では、ヘッド部20の内部に異物捕集フィルタ51と脱気モジュール52とを、サポート材用とモデル材用にそれぞれ用意し、固定板65に固定している。なお図7のブロック図とは、異物捕集フィルタ51と脱気モジュール52を配置した姿勢が上下逆となっている。これは、異物捕集フィルタ51内に空気が留まるのを極力防止するためである。具体的には、モデル材を搬送するモデル材搬送チューブ66Aに関しては、その流入側から流出側に向かって、モデル材用脱気モジュール52Aとモデル材用異物捕集フィルタ51Aを接続している。同様にサポート材を搬送するサポート材搬送チューブ66Bに関しては、その流入側から流出側に向かって、サポート材用脱気モジュール52Bとサポート材用異物捕集フィルタ51Bを接続している。さらに各モデル材用脱気モジュール52A、サポート材用脱気モジュール52Bはそれぞれ、モデル材用脱気経路57A、サポート材用脱気経路57Bと接続されている。またこれらモデル材用脱気経路57Aとサポート材用脱気経路57Bとは、図7に示すように共通の脱気経路57と接続されている。脱気経路57は、その先端を分岐して、一方を脱気用負圧発生ポンプ63と接続し、他方を脱気圧力開放弁62と接続している。脱気用負圧発生ポンプ63によって脱気経路57を吸引することで、脱気経路57内を負圧とできる。また、定期的に脱気圧力開放弁62を開放することで、脱気経路57内に空気の流れを生じさせている。
(脱気モジュール52の詳細)
FIG. 8 is a perspective view of the head portion 20 of FIG. 4 as viewed from the back of the modeling material discharge nozzle. In the example of this figure, the foreign substance collection filter 51 and the deaeration module 52 are prepared for the support material and the model material, respectively, and are fixed to the fixing plate 65 inside the head portion 20. In addition, the attitude | position which has arrange | positioned the foreign material collection filter 51 and the deaeration module 52 is upside down with the block diagram of FIG. This is to prevent air from staying in the foreign matter collecting filter 51 as much as possible. Specifically, for the model material transport tube 66A that transports the model material, the model material degassing module 52A and the model material foreign matter collecting filter 51A are connected from the inflow side to the outflow side. Similarly, for the support material transport tube 66B for transporting the support material, the support material degassing module 52B and the support material foreign matter collecting filter 51B are connected from the inflow side to the outflow side. Further, each of the model material degassing module 52A and the support material degassing module 52B is connected to the model material degassing path 57A and the support material degassing path 57B, respectively. Further, the model material degassing path 57A and the support material degassing path 57B are connected to a common degassing path 57 as shown in FIG. The deaeration path 57 has its tip branched, one connected to the deaeration negative pressure generating pump 63, and the other connected to the deaeration pressure release valve 62. By sucking the degassing path 57 by the degassing negative pressure generating pump 63, the inside of the degassing path 57 can be set to a negative pressure. Further, by periodically opening the deaeration pressure release valve 62, an air flow is generated in the deaeration path 57.
(Details of deaeration module 52)

ここで脱気モジュール52の外観図を図9に、その内部構造を示す斜視図を図10に、その断面図を図11に、また中空糸60の拡大図を図12に、それぞれ示す。これらの図に示す脱気モジュール52は、モデル材用脱気モジュール52Aを示しているが、サポート材用脱気モジュール52Bも同様の構成としている。モデル材用脱気モジュール52Aは、図9等において円筒状の外形を有する脱気モジュール本体ケース53の上面及び下面に、モデル材用搬送経路46Aと接続するための開口部として、それぞれ樹脂流出口55(上面)、樹脂流入口54(下面)を開口している。このモデル材用脱気モジュール52Aは、樹脂流入口54及び樹脂流出口55をモデル材用搬送経路46Aと接続し、図においてモデル材MAをその中心において下方から上方に流しつつ、モデル材MAに含まれる気泡を側面に開口された脱気圧力口56から排出している。
(中空糸60)
Here, FIG. 9 is an external view of the deaeration module 52, FIG. 10 is a perspective view showing its internal structure, FIG. 11 is a sectional view thereof, and FIG. 12 is an enlarged view of the hollow fiber 60. The deaeration module 52 shown in these drawings shows a model material deaeration module 52A, but the support material deaeration module 52B has the same configuration. The model material deaeration module 52A has resin outlets as openings for connecting to the model material transport path 46A on the upper and lower surfaces of the deaeration module body case 53 having a cylindrical outer shape in FIG. 55 (upper surface) and the resin inlet 54 (lower surface) are opened. The model material deaeration module 52A connects the resin inlet 54 and the resin outlet 55 to the model material transport path 46A, and flows the model material MA from the lower side to the upper side in the center in the figure while flowing to the model material MA. The contained bubbles are discharged from the deaeration pressure port 56 opened on the side surface.
(Hollow fiber 60)

脱気モジュール本体ケース53内部には、図10に示すように中空糸60がらせん状に配置されている。中空糸60は半透膜で内部を中空状としており、脱気用負圧発生ポンプ63によって負圧とした脱気経路57と連通させている。このような構成によって、中空糸60の外表面に樹脂であるモデル材MAを接触させると、図12に示すように内部圧力を負圧状態とした中空糸60の内面側に、樹脂内部の気泡AHや溶存気体が引き寄せられ、これらの気体成分のみが半透膜を通過して中空糸60内部へ移動することで、モデル材MA中の気泡AHや溶存気体を除去することができる。このように中空糸構造を採用することで、従来の平面状とした膜構造の脱気モジュールに比べて、液体状の樹脂が半透膜と接する面積を格段に増やして、脱気率を向上させることができる。   Inside the deaeration module main body case 53, the hollow fiber 60 is helically arranged as shown in FIG. The hollow fiber 60 is a semipermeable membrane and has a hollow inside, and is communicated with a deaeration path 57 that is made negative by a deaeration negative pressure generating pump 63. With this configuration, when the model material MA, which is a resin, is brought into contact with the outer surface of the hollow fiber 60, bubbles inside the resin are formed on the inner surface side of the hollow fiber 60 in which the internal pressure is negative as shown in FIG. AH and dissolved gas are attracted, and only these gas components pass through the semipermeable membrane and move into the hollow fiber 60, whereby the bubbles AH and dissolved gas in the model material MA can be removed. By adopting a hollow fiber structure in this way, the area where the liquid resin is in contact with the semipermeable membrane is greatly increased and the deaeration rate is improved compared to the conventional deaeration module with a flat membrane structure. Can be made.

また、中空糸60中の脱気経路57は、単に負圧とするのみならず、その経路内部で空気の流れを生じさせている。特に半透膜を通り抜ける物質には、空気成分のみならず、気化した樹脂成分も含まれている。このため、空気の流れが無い状態を長時間継続すると、中空糸60の内部に液化した樹脂が再度発生する場合がある。すなわち、気化した樹脂成分が、飽和蒸気量を超えると凝集し始める結果、脱気経路の吸気機能が低下して半透膜から十分に気体を移動させることができなくなり、脱気効率が著しく低下する。そこで、本実施例では空気流を脱気経路57内に生じさせることで、気化成分が脱気経路内に長時間滞留しないようにしている。   Further, the deaeration path 57 in the hollow fiber 60 not only has a negative pressure, but also causes an air flow inside the path. In particular, the substance that passes through the semipermeable membrane contains not only an air component but also a vaporized resin component. For this reason, if the state without air flow is continued for a long time, the liquefied resin may be generated again inside the hollow fiber 60. In other words, the vaporized resin component starts to aggregate when the amount of saturated vapor is exceeded. As a result, the intake function of the degassing path is lowered, and the gas cannot be sufficiently moved from the semipermeable membrane, and the degassing efficiency is significantly reduced. To do. Therefore, in this embodiment, an air flow is generated in the deaeration path 57 so that the vaporized component does not stay in the deaeration path for a long time.

一方、脱気経路内に空気の流れを生じさせるため、例えば常時空気を流す方法も考えられる。しかしながら、この方法では脱気経路が複雑になるという問題がある。そこで本実施例では、空気流を常時生じさせるのでなく、間欠的に脱気経路57を大気圧に開放し、空気の流れを一時的に発生させている。この方法は、脱気経路57中に脱気圧力開放弁62を設けることで、容易に実現できる。図7に示す脱気圧力開放弁62は、中空糸60の開放された一端を一定時間毎、例えば15秒に一回、開放している。
(中間パイプ58)
On the other hand, in order to generate an air flow in the deaeration path, for example, a method of constantly flowing air is also conceivable. However, this method has a problem that the deaeration route becomes complicated. Therefore, in this embodiment, the air flow is not always generated, but the deaeration path 57 is intermittently opened to the atmospheric pressure, and the air flow is temporarily generated. This method can be easily realized by providing the deaeration pressure release valve 62 in the deaeration path 57. The deaeration pressure release valve 62 shown in FIG. 7 opens the opened end of the hollow fiber 60 at regular intervals, for example, once every 15 seconds.
(Intermediate pipe 58)

一方で、樹脂流入口54は、脱気モジュール本体ケース53の円筒状の中心軸に沿って中間まで延長された中間パイプ58と連通される。中間パイプ58の端面は閉塞しており、その一方で中間パイプ58の円周側には複数の開口窓58aを設けている。また中間パイプ58の周囲には、らせん状の中空糸60が配置されているため、開口窓58aから脱気モジュール本体ケース53内に放射状に排出されるモデル材MAは、周囲に配置された中空糸60の表面と広い面積で接触される。また中空糸60の一方の端縁も閉塞されており、他方の端縁は開口され、脱気圧力口56と連通している。さらに中空糸60の開口端側は、封止材59によって他端の閉塞端側と隔離されている。これによって、モデル材MAが脱気経路57側に流入することが阻止され、また後述するようにモデル材MAから脱気された気泡AHなどが再度樹脂側に溶出することが回避される。なお、開口窓58aから排出されるモデル材MAが中空糸60に触れることなく直接樹脂流出口55に流れることを阻止するために、開口窓58aの上部から中間パイプ58の閉塞端面にかけて、らせん状の中空糸60の内面との間の空間は第二封止材59Bによって隔離、分断されている。
(脱気経路57)
On the other hand, the resin inlet 54 communicates with an intermediate pipe 58 that extends to the middle along the cylindrical central axis of the deaeration module main body case 53. The end face of the intermediate pipe 58 is closed, while a plurality of opening windows 58a are provided on the circumferential side of the intermediate pipe 58. Further, since the spiral hollow fiber 60 is disposed around the intermediate pipe 58, the model material MA discharged radially from the opening window 58a into the deaeration module main body case 53 is a hollow disposed around the intermediate pipe 58. The surface of the yarn 60 is brought into contact with a large area. One end edge of the hollow fiber 60 is also closed, and the other end edge is opened and communicates with the deaeration pressure port 56. Furthermore, the open end side of the hollow fiber 60 is isolated from the closed end side of the other end by a sealing material 59. As a result, the model material MA is prevented from flowing into the degassing path 57 side, and it is avoided that bubbles AH and the like degassed from the model material MA are eluted again to the resin side as will be described later. In order to prevent the model material MA discharged from the opening window 58a from flowing directly to the resin outlet 55 without touching the hollow fiber 60, a spiral shape extends from the upper part of the opening window 58a to the closed end face of the intermediate pipe 58. The space between the inner surface of the hollow fiber 60 is separated and divided by the second sealing material 59B.
(Deaeration route 57)

また脱気圧力口56は、図7に示すように脱気経路57と連通されており、その先端は脱気用負圧発生ポンプ63と接続している。脱気用負圧発生ポンプ63によって脱気経路57が吸引されることで、脱気経路57を通じて脱気圧力口56から中空糸60内は負圧となっている。さらに脱気経路57は分岐されて脱気圧力開放弁62と接続されている。
(脱気モジュール52の脱気手順)
The deaeration pressure port 56 communicates with the deaeration path 57 as shown in FIG. 7, and the tip thereof is connected to the deaeration negative pressure generating pump 63. The deaeration passage 57 is sucked by the deaeration negative pressure generating pump 63, so that the hollow fiber 60 has a negative pressure from the deaeration pressure port 56 through the deaeration route 57. Further, the deaeration path 57 is branched and connected to the deaeration pressure release valve 62.
(Degassing procedure of the degassing module 52)

ここで脱気モジュール52でモデル材MAを脱気する手順を、図11に基づいて説明する。図11において、モデル材MAの流れは実線の矢印で、脱気される空気の流れは破線の矢印で、それぞれ示している。樹脂流入口54より脱気モジュール本体ケース53内の中心に下方から流入されるモデル材MAは、中間部分から側面側に放射状に排出され、らせん状に配置される中空糸60の壁面に接触される。中空糸60の壁面にモデル材MAが触れると、モデル材MAの樹脂中に溶存する気泡AHは、中空糸60の壁面を通過して、中空糸60内に移動する。この結果、中空糸60内に移動した気泡AHは、脱気用負圧発生ポンプ63によって負圧とされた脱気経路57に吸引され、脱気圧力開放弁62から排気される。一方で、脱気されたモデル材MAの樹脂は、中空糸60の隙間から上方の樹脂流出口55に移動して、脱気モジュール52から排出される。このようにして、樹脂を脱気モジュール52の底面中心から流入させつつ、気泡AH等を分離させて気体成分は側面から抜き取り、脱気された樹脂成分のみが上方から排出される。   Here, a procedure for degassing the model material MA by the degassing module 52 will be described with reference to FIG. In FIG. 11, the flow of the model material MA is indicated by a solid line arrow, and the flow of air to be deaerated is indicated by a broken line arrow. The model material MA flowing from below into the center of the deaeration module main body case 53 from the resin inlet 54 is discharged radially from the intermediate portion to the side surface and is brought into contact with the wall surface of the hollow fiber 60 arranged in a spiral shape. The When the model material MA touches the wall surface of the hollow fiber 60, the bubbles AH dissolved in the resin of the model material MA pass through the wall surface of the hollow fiber 60 and move into the hollow fiber 60. As a result, the bubbles AH that have moved into the hollow fiber 60 are sucked into the deaeration path 57 that has been made negative by the deaeration negative pressure generating pump 63 and exhausted from the deaeration pressure release valve 62. On the other hand, the degassed resin of the model material MA moves from the gap between the hollow fibers 60 to the upper resin outlet 55 and is discharged from the deaeration module 52. In this way, while the resin is introduced from the center of the bottom surface of the degassing module 52, the gas components are extracted from the side surfaces by separating the bubbles AH and the like, and only the degassed resin component is discharged from above.

なお、以上の例では半透膜中空糸を用いた脱気モジュールを使用したが、脱気モジュールはこの構成に限定されるものでなく、他の既知の脱気モジュールが適宜利用できる。また脱気方法も、上記の原理を用いた方法に限定されるものでなく、既知の方法が採用できることもいうまでもない。
(実施例2)
In addition, although the deaeration module using a semipermeable membrane hollow fiber was used in the above example, a deaeration module is not limited to this structure, Other known deaeration modules can be utilized suitably. The degassing method is not limited to the method using the above principle, and it goes without saying that a known method can be adopted.
(Example 2)

また、脱気モジュールの配置位置は、上述の例に限られない。異物捕集フィルタ51の後段で造形材吐出ノズルの前段に配置すればよく、例えば、図13に示す実施例2のように、造形材用リザーブタンクであるモデル材用リザーブタンク48Aとサポート材用リザーブタンク48Bの後にそれぞれモデル材用脱気モジュール52A、サポート材用脱気モジュール52Bを設けてもよい。この構成によれば、ノズル吐出口により近い位置に脱気モジュールが配置されているので、空気が流入する可能性のある部位を減らすことができ、ノズルに供給される造形材の脱気効果を更に高めることができる。   Moreover, the arrangement position of the deaeration module is not limited to the above example. What is necessary is just to arrange | position to the front | former stage of a modeling material discharge nozzle in the back | latter stage of the foreign material collection filter 51, for example like Example 2 shown in FIG. 13, the reserve tank 48A for model materials which is a reserve tank for modeling materials, and support material A model material degassing module 52A and a support material degassing module 52B may be provided after the reserve tank 48B, respectively. According to this configuration, since the deaeration module is arranged at a position closer to the nozzle discharge port, it is possible to reduce a portion where air may flow in, and to reduce the deaeration effect of the modeling material supplied to the nozzle. It can be further increased.

本発明の三次元造形装置及び三次元造形方法は、インクジェット方式で紫外線硬化樹脂を積層した三次元造形に好適に利用できる。   The three-dimensional modeling apparatus and the three-dimensional modeling method of the present invention can be suitably used for three-dimensional modeling in which an ultraviolet curable resin is laminated by an inkjet method.

100…三次元造形システム
1…設定データ作成装置
2、2’…三次元造形装置
10…制御手段
12…ローラ回転速度制御手段
13…吐出制御手段
20…ヘッド部;20A…吐出ヘッドユニット;20B…回収硬化ヘッドユニット
21…モデル材吐出ノズル
22…サポート材吐出ノズル
23…ノズル列;23a…吐出ノズル先端
24…硬化手段
25…ローラ部
26…ローラ本体
27…ブレード
28…バス
29…吸引パイプ
30…ヘッド移動手段
31…XY方向駆動部
32、32’…Z方向駆動部
40…造形プレート
43…X方向移動レール
44…Y方向移動レール
45…レールガイド
46…搬送経路;46A…モデル材用搬送経路;46B…サポート材用搬送経路
47…造形材カートリッジ;47A…モデル材用カートリッジ;47B…サポート材用カートリッジ
48…リザーブタンク;48A…モデル材用リザーブタンク;48B…サポート材用リザーブタンク
49…電磁弁
50…供給ポンプ;50A…モデル材用供給ポンプ;50B…サポート材用供給ポンプ
51…異物捕集フィルタ
51A…モデル材用異物捕集フィルタ;51B…サポート材用異物捕集フィルタ
52…脱気モジュール
52A…モデル材用脱気モジュール;52B…サポート材用脱気モジュール
53…脱気モジュール本体ケース
54…樹脂流入口
55…樹脂流出口
56…脱気圧力口
57…脱気経路;57A…モデル材用脱気経路;57B…サポート材用脱気経路
58…中間パイプ;58a…開口窓
59…封止材;59B…第二封止材
60…中空糸
62…脱気圧力開放弁
63…脱気用負圧発生ポンプ
65…固定板
66A…モデル材搬送チューブ;66B…サポート材搬送チューブ
MA…モデル材
SA…サポート材
SB…オーバーハング支持部
AH…気泡
DL…液滴
PC…コンピュータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Three-dimensional modeling system 1 ... Setting data creation apparatus 2, 2 '... Three-dimensional modeling apparatus 10 ... Control means 12 ... Roller rotational speed control means 13 ... Discharge control means 20 ... Head part; 20A ... Discharge head unit; 20B ... Recovery / curing head unit 21 ... model material discharge nozzle 22 ... support material discharge nozzle 23 ... nozzle row; 23a ... discharge nozzle tip 24 ... curing means 25 ... roller section 26 ... roller body 27 ... blade 28 ... bus 29 ... suction pipe 30 ... Head moving means 31... XY direction drive unit 32, 32 ′ Z direction drive unit 40... Modeling plate 43. X direction movement rail 44 ... Y direction movement rail 45 ... Rail guide 46. 46B ... Support material conveyance path 47 ... Modeling material cartridge; 47A ... Model material cartridge; 47B ... Support Material cartridge 48 ... Reserve tank; 48A ... Model material reserve tank; 48B ... Support material reserve tank 49 ... Solenoid valve 50 ... Supply pump; 50A ... Model material supply pump; 50B ... Support material supply pump 51 ... Foreign matter Collecting filter 51A ... Foreign material collecting filter for model material; 51B ... Foreign material collecting filter for support material 52 ... Deaeration module 52A ... Deaeration module for model material; 52B ... Deaeration module for support material 53 ... Deaeration module body Case 54 ... Resin inlet 55 ... Resin outlet 56 ... Deaeration pressure port 57 ... Deaeration path; 57A ... Deaeration path for model material; 57B ... Deaeration path for support material 58 ... Intermediate pipe; 58a ... Opening window 59 ... Sealing material; 59B ... Second sealing material 60 ... Hollow fiber 62 ... Deaeration pressure release valve 63 ... Degassing negative pressure generating pump 65 ... Fixed plate 66 A ... Model material transport tube; 66B ... Support material transport tube MA ... Model material SA ... Support material SB ... Overhang support AH ... Bubble DL ... Droplet PC ... Computer

Claims (14)

造形プレート(40)上に、造形材を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形装置であって、
造形物を載置するための前記造形プレート(40)と、
前記造形材を吐出するための造形材吐出手段と、
前記造形材吐出手段を支承するヘッド部(20)と、
前記ヘッド部(20)を移動させながら、前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出を制御する制御手段(10)と、
液体状の造形材と接触させて、該造形材中に含まれる気体を脱気するための脱気モジュール(52)と、
造形材を蓄える交換式の造形材カートリッジ(47)と、
前記造形材カートリッジ(47)から造形材吐出手段まで連通される液体状の造形材の搬送経路(46)中に配置され、該造形材中から異物を捕集するための異物捕集フィルタ(51)と、
を備えており、
前記脱気モジュール(52)が、前記異物捕集フィルタ(51)の後で、かつ造形材吐出手段の前に配置されてなることを特徴とする三次元造形装置。
On the modeling plate (40), by repeating the operation of discharging the modeling material while scanning it in at least one direction and curing it, a slice having a predetermined thickness in the height direction is generated in layers, and the slice Is a three-dimensional modeling apparatus that models by stacking in the height direction,
The modeling plate (40) for placing the modeled object;
Modeling material discharge means for discharging the modeling material;
A head portion (20) for supporting the modeling material discharge means;
Control means (10) for controlling the ejection of the modeling material by the modeling material ejection means while moving the head portion (20),
A degassing module (52) for contacting the liquid modeling material and degassing the gas contained in the modeling material;
Exchangeable modeling material cartridge (47) that stores modeling material,
A foreign matter collecting filter (51) for collecting foreign matters from the modeling material, which is disposed in a transport route (46) of the liquid modeling material communicated from the modeling material cartridge (47) to the modeling material discharge means. )When,
With
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the deaeration module (52) is disposed after the foreign matter collecting filter (51) and before the modeling material discharging means.
請求項1に記載される三次元造形装置であって、
前記脱気モジュール(52)が、中空糸(60)で構成されており、
前記中空糸(60)の内部を負圧としてなることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1,
The deaeration module (52) is composed of a hollow fiber (60),
A three-dimensional modeling apparatus characterized in that the inside of the hollow fiber (60) has a negative pressure.
請求項2に記載される三次元造形装置であって、
前記中空糸(60)の一端を閉塞し、
他端を開放端としつつ、脱気用負圧発生ポンプ(63)と接続してなることを特徴とする三次元造形装置。
A three-dimensional modeling apparatus according to claim 2,
Closing one end of the hollow fiber (60),
A three-dimensional modeling apparatus characterized by being connected to a deaeration negative pressure generating pump (63) while the other end is an open end.
請求項3に記載される三次元造形装置であって、さらに、
前記中空糸(60)の開放された一端を、所定のタイミングで開放するための脱気圧力開放弁(62)を備えることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3, further comprising:
A three-dimensional modeling apparatus comprising a deaeration pressure release valve (62) for opening one end of the hollow fiber (60) opened at a predetermined timing.
請求項1から4のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記異物捕集フィルタ(51)と脱気モジュール(52)とを、前記ヘッド部(20)に設けてなることを特徴とする三次元造形装置。
A three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the foreign matter collecting filter (51) and the deaeration module (52) are provided in the head portion (20).
請求項5に記載される三次元造形装置であって、
前記異物捕集フィルタ(51)と脱気モジュール(52)とをモジュール化してなることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5,
A three-dimensional modeling apparatus, wherein the foreign matter collecting filter (51) and the deaeration module (52) are modularized.
請求項1から6のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
前記造形材カートリッジ(47)を複数備えてなることを特徴とする三次元造形装置。
A three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A three-dimensional modeling apparatus comprising a plurality of the modeling material cartridges (47).
請求項1から7のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、さらに、
前記造形材を硬化させるための硬化手段(24)を備えており、
前記ヘッド部(20)で前記硬化手段を支承すると共に、前記制御手段(10)が、前記ヘッド部(20)を移動させながら、前記造形材吐出手段による前記造形材の吐出及び硬化手段(24)による硬化を制御してなることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
It comprises a curing means (24) for curing the modeling material,
The head unit (20) supports the curing unit, and the control unit (10) moves the head unit (20) while discharging the modeling material by the modeling material ejection unit and curing unit (24 The three-dimensional modeling apparatus characterized by controlling the curing by).
請求項8に記載される三次元造形装置であって、さらに、
前記ヘッド部(20)を水平方向に往復走査させるための水平駆動手段と、
前記ヘッド部(20)と造形プレート(40)との高さ方向の相対位置を移動させるための垂直駆動手段と、
を備え、
前記制御手段(10)が、前記水平駆動手段で前記ヘッド部(20)を一方向に往復走査させて、前記造形材吐出手段により前記造形物を前記造形プレート(40)上に吐出させ、さらに前記硬化手段(24)により前記造形物を硬化させてなることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 8, further comprising:
Horizontal driving means for reciprocating the head portion (20) in the horizontal direction;
Vertical driving means for moving the relative position in the height direction of the head portion (20) and the modeling plate (40);
With
The control means (10) reciprocally scans the head portion (20) in one direction with the horizontal driving means, and causes the modeling material discharge means to discharge the modeling object onto the modeling plate (40). A three-dimensional modeling apparatus, wherein the modeled object is cured by the curing means (24).
請求項1から9のいずれか一に記載される三次元造形装置であって、
造形材が、
最終的な造形物となるモデル材(MA)と、
前記モデル材(MA)が張り出した張り出し部分を支え、最終的に除去されるサポート材(SA)と、
を含み、
前記造形材吐出手段が、
前記モデル材(MA)を吐出するためのモデル材吐出ノズル(21)、及び前記サポート材(SA)を吐出するためのサポート材吐出ノズル(22)を、それぞれ一方向に複数個配列させてなることを特徴とする三次元造形装置。
A three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 9,
The modeling material
Model material (MA) that will be the final model,
Supporting the projecting portion where the model material (MA) projects, and the support material (SA) finally removed,
Including
The modeling material discharge means is
A plurality of model material discharge nozzles (21) for discharging the model material (MA) and a plurality of support material discharge nozzles (22) for discharging the support material (SA) are arranged in one direction. A three-dimensional modeling apparatus characterized by this.
造形プレート(40)上に、造形材を少なくとも一方向に走査しながら吐出させ、かつこれを硬化させる動作を繰り返すことで、高さ方向に所定の厚みを有するスライスを層状に生成し、該スライスを高さ方向に積層していくことにより造形を行う三次元造形方法であって、
造形材を蓄える交換式の造形材カートリッジ(47)から、造形材の搬送経路(46)に造形材を供給する工程と、
前記造形材の搬送経路(46)上に設けられた異物捕集フィルタ(51)を通じて、前記造形材中に含まれる異物を補足すると共に、該造形材中に含有される気体成分を粉砕する工程と、
前記造形材の搬送経路(46)上において、前記異物捕集フィルタ(51)の後段に設けられた脱気モジュール(52)に造形材を通し、前記脱気モジュール(52)中に含まれる、内部を負圧とされた中空糸(60)と造形材とを接触させて、前記中空糸(60)中に造形材中の気体成分を取り込むことで脱気する工程と、
前記脱気された造形材を、該造形材を吐出する造形材吐出手段により前記造形プレート(40)上に吐出させる工程と、
を含むことを特徴とする三次元造形方法。
On the modeling plate (40), by repeating the operation of discharging the modeling material while scanning it in at least one direction and curing it, a slice having a predetermined thickness in the height direction is generated in layers, and the slice Is a three-dimensional modeling method for modeling by laminating in the height direction,
Supplying the modeling material from the exchangeable modeling material cartridge (47) for storing the modeling material to the conveying path (46) of the modeling material;
The step of supplementing the foreign material contained in the modeling material through the foreign material collecting filter (51) provided on the transport path (46) of the modeling material and pulverizing the gas component contained in the modeling material When,
On the transport path of the modeling material (46), the modeling material is passed through a deaeration module (52) provided at a subsequent stage of the foreign matter collecting filter (51), and included in the deaeration module (52). A step of degassing the hollow fiber (60) by bringing a gas component in the modeling material into contact with the modeling material with the hollow fiber (60) having a negative pressure inside, and
Discharging the degassed modeling material onto the modeling plate (40) by a modeling material discharging means for discharging the modeling material;
3D modeling method characterized by including.
請求項11に記載される三次元造形方法であって、
前記脱気モジュール(52)が、中空糸(60)で構成されており、
前記中空糸(60)の内部を負圧としてなることを特徴とする三次元造形方法。
A three-dimensional modeling method according to claim 11,
The deaeration module (52) is composed of a hollow fiber (60),
A three-dimensional modeling method characterized in that the inside of the hollow fiber (60) has a negative pressure.
請求項12に記載される三次元造形装置であって、
前記中空糸(60)の一端を閉塞し、
他端を開放端としつつ、脱気用負圧発生ポンプ(63)と接続してなることを特徴とする三次元造形方法。
A three-dimensional modeling apparatus according to claim 12,
Closing one end of the hollow fiber (60),
A three-dimensional modeling method characterized by being connected to a degassing negative pressure generating pump (63) while the other end is an open end.
請求項13に記載される三次元造形装置であって、
前記中空糸(60)の開放された一端を、所定のタイミングで開放するための脱気圧力開放弁(62)を備えることを特徴とする三次元造形方法。
A three-dimensional modeling apparatus according to claim 13,
A three-dimensional modeling method comprising a deaeration pressure release valve (62) for opening one end of the hollow fiber (60) opened at a predetermined timing.
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