JP2013154615A - Solid-shaping apparatus, method for manufacturing solid-shaped article, shaping liquid for solid-shaping apparatus, and solid-shaping powder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体造形粉体に造形液を吐出して硬化することで立体造形物を造形する立体造形装置、立体造形物の製造方法、立体造形装置用の造形液、および立体造形粉体に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional model by discharging a modeling liquid onto a three-dimensional modeling powder and curing, a manufacturing method for a three-dimensional model, a modeling liquid for a three-dimensional modeling apparatus, and a three-dimensional modeling powder. .
従来、立体造形用の粉体(以下、「立体造形粉体」と言う。)と造形液とを混合して硬化することにより、立体造形物を造形する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の立体造形粉体は、接着剤と、充填剤と、繊維とを含む。造形液は、水を溶媒とする。平坦に配置された立体造形粉体に、インクジェットヘッドから造形液が滴下されて造形液と立体造形粉体とが混合すると、立体造形粉体に含まれる接着剤が反応する。反応した接着剤同士が結合し、層が生成される。上記処理が繰り返されて層が重ねられることで、作業者が所望する形状の立体造形物が造形される。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for modeling a three-dimensional object by mixing a three-dimensional modeling powder (hereinafter referred to as “three-dimensional modeling powder”) and a modeling liquid and curing is known (for example, patents). Reference 1). The three-dimensionally shaped powder described in Patent Document 1 includes an adhesive, a filler, and a fiber. The modeling liquid uses water as a solvent. When the modeling liquid is dropped from the inkjet head and the modeling liquid and the three-dimensional modeling powder are mixed with the three-dimensional modeling powder arranged flat, the adhesive contained in the three-dimensional modeling powder reacts. The reacted adhesives are bonded together to form a layer. By repeating the above process and stacking the layers, a three-dimensional object having a shape desired by the operator is formed.
特許文献1が開示している従来の立体造形粉体は、水溶性の接着剤を含んでいるため、立体造形粉体の保管中に水分を吸収して硬化したり、劣化してしまうという問題点があった。また、立体造形物が耐水性に欠けるという問題点があった。 Since the conventional three-dimensional modeling powder disclosed in Patent Document 1 contains a water-soluble adhesive, the problem is that it absorbs moisture during storage of the three-dimensional modeling powder and is cured or deteriorated. There was a point. Moreover, there existed a problem that a three-dimensional molded item lacked water resistance.
本発明は、立体造形粉体の耐湿性を高め、また、立体造形物の耐水性を高めることができる立体造形装置、立体造形物の製造方法、立体造形装置用の造形液、および立体造形粉体を提供することを目的とする。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus, a three-dimensional model manufacturing method, a three-dimensional modeling apparatus, a three-dimensional modeling apparatus, and a three-dimensional modeling powder. The purpose is to provide a body.
本発明の第一の態様に係る立体造形装置は、焼石膏を含有した立体造形粉体を載置する載置台と、水を溶媒として、接着剤を含有した造形液を吐出可能なインクジェットヘッド部と、前記インクジェットヘッド部と前記載置台に載置された前記立体造形粉体との相対位置を移動させる移動機構と、前記移動機構を動作させることで、前記載置台に載置された前記立体造形粉体と前記インクジェットヘッド部との間の、前記載置台に垂直な方向の距離を調整する距離制御手段と、前記載置台に載置された前記立体造形粉体の特定の範囲に前記造形液が吐出されるように、前記インクジェットヘッド部が前記造形液を吐出する動作、および前記移動機構が前記載置台に平行な方向における前記相対位置を移動させる動作を制御する吐出制御手段とを備え、前記造形液が接着剤を含有したことを特徴とする。 The three-dimensional modeling apparatus according to the first aspect of the present invention includes a mounting table for mounting a three-dimensional modeling powder containing calcined gypsum, and an inkjet head unit capable of discharging a modeling liquid containing an adhesive using water as a solvent. A moving mechanism for moving a relative position between the inkjet head unit and the three-dimensional modeling powder placed on the mounting table, and the three-dimensional mounted on the mounting table by operating the moving mechanism. Distance control means for adjusting the distance in the direction perpendicular to the mounting table between the modeling powder and the inkjet head unit, and the modeling within a specific range of the three-dimensional modeling powder placed on the mounting table Discharge control means for controlling the operation of discharging the modeling liquid by the inkjet head unit and the operation of moving the relative position in the direction parallel to the mounting table by the inkjet head unit so that the liquid is discharged; Provided, wherein the shaped solution containing an adhesive.
第一の態様に係る立体造形装置では、造形液が接着剤を含有しているために、立体造形粉体に接着剤を含有させる必要がない。従って、保管中に立体造形粉体が水分を吸収して硬化したり、劣化してしまうことを防止できる。また、立体造形物の耐水性を高めることができる。 In the three-dimensional model | molding apparatus which concerns on a 1st aspect, since the modeling liquid contains the adhesive agent, it is not necessary to make a three-dimensional model | molding powder contain an adhesive agent. Accordingly, it is possible to prevent the three-dimensionally shaped powder from absorbing moisture and curing or deteriorating during storage. Moreover, the water resistance of a three-dimensional molded item can be improved.
前記造形液が含有する接着剤は、分散型接着剤であってもよい。造形液が含有する接着剤として分散型接着剤を用いることにより、立体造形物の硬化後は耐水性が向上する。 The adhesive contained in the modeling liquid may be a dispersion type adhesive. By using a dispersion type adhesive as an adhesive contained in the modeling liquid, water resistance is improved after the three-dimensional model is cured.
前記造形液は、少なくとも前記立体造形粉体に滴下される透明インクに含有されてもよい。透明インクに接着剤を含有する造形液を含ませれば、透明インクをインクジェットヘッド部から立体造形粉体に吐出することにより、立体造形粉体を硬化させることができる。 The modeling liquid may be contained in at least a transparent ink dropped onto the three-dimensional modeling powder. If a modeling liquid containing an adhesive is included in the transparent ink, the three-dimensional modeling powder can be cured by discharging the transparent ink from the inkjet head unit to the three-dimensional modeling powder.
前記立体造形粉体の主成分は前記焼石膏であり、当該焼石膏よりも少量の無機化合物が前記立体造形粉体に添加されてもよい。無機化合物が硬化促進剤として機能して、硬化速度及び硬度が増し、造形直後の立体造形物の耐水性が向上する。また、立体造形粉体が目標とした大きさよりも大きくなる所謂「滲み」を低減できる。 The main component of the three-dimensional shaped powder is the calcined gypsum, and a smaller amount of an inorganic compound than the calcined gypsum may be added to the three-dimensional shaped powder. The inorganic compound functions as a curing accelerator, the curing speed and hardness increase, and the water resistance of the three-dimensional structure immediately after modeling is improved. Also, so-called “bleeding” in which the three-dimensional shaped powder becomes larger than the target size can be reduced.
前記焼石膏はアルファ型焼石膏であってもよい。硬化速度及び硬度が増し、立体造形物の耐水性が向上する。 The calcined gypsum may be alpha calcined gypsum. The curing speed and hardness increase, and the water resistance of the three-dimensional structure is improved.
前記立体造形粉体に前記アルファ型焼石膏よりも少量の撥水剤が含まれていてもよい。保管中の立体造形粉体の性質が安定し、立体造形物の耐水性が向上する。 The three-dimensional shaped powder may contain a smaller amount of water repellent than the alpha-type calcined gypsum. The property of the three-dimensional modeled powder during storage is stabilized, and the water resistance of the three-dimensional modeled product is improved.
前記撥水剤は、金属石鹸であってもよい。立体造形粉体が撥水剤として金属石鹸を含有すると、立体造形粉体の流動性が向上するため、保管中の立体造形粉体の硬化防止や安定性の向上を図ることが出来る。 The water repellent may be a metal soap. When the three-dimensional modeling powder contains metal soap as a water repellent, the fluidity of the three-dimensional modeling powder is improved, so that the three-dimensional modeling powder during storage can be prevented from being cured and improved in stability.
前記立体造形粉体に前記アルファ型焼石膏よりも少量のベータ型焼石膏が含まれていいてもよい。ベータ型焼石膏を含有すると、アルファ型焼石膏単体よりも硬化に必要な水分量が増加するために、保管中の立体造形粉体の安定性が向上する。 The three-dimensional shaped powder may contain a smaller amount of beta-type calcined gypsum than the alpha-type calcined gypsum. When the beta-type calcined gypsum is contained, the amount of water necessary for curing is increased as compared with the alpha-type calcined gypsum alone, so that the stability of the three-dimensional shaped powder during storage is improved.
前記無機化合物は、塩類、硫酸塩類、ミョウバン類、硝酸塩類、硫酸水素塩類、オキソ塩類、アルミン酸塩類、鉱酸の少なくとも一つであってもよい。これらは、硬化促進剤として機能し、短時間で硬化するために造形直後の強度が強く、上記物質の無添加に比べて耐水性も向上する。 The inorganic compound may be at least one of salts, sulfates, alums, nitrates, hydrogen sulfates, oxo salts, aluminates, and mineral acids. These function as curing accelerators, and are cured in a short time, so that the strength immediately after modeling is strong, and the water resistance is also improved as compared with the addition of the above substances.
前記造形液は、水を溶媒として、前記水の蒸発を抑制すると共に液体を増粘させる増粘湿潤剤、界面活性剤、pH調整剤及び前記接着剤を含有してもよい。この場合には、容易に水の蒸発を抑制し、且つ造形液を増粘させることができる。その結果、インクジェットヘッドで造形液が乾燥して詰まりが生じることを防止し、且つ、造形液をインクジェットヘッドから精度良く立体造形粉体に吐出させることができる。 The modeling liquid may contain water, a thickening wetting agent that suppresses evaporation of the water and thickens the liquid, a surfactant, a pH adjuster, and the adhesive. In this case, water evaporation can be easily suppressed and the modeling liquid can be thickened. As a result, it is possible to prevent the modeling liquid from being dried and clogged by the inkjet head, and to discharge the modeling liquid from the inkjet head to the three-dimensional modeling powder with high accuracy.
本発明の第二の態様に係る立体造形物の製造方法は、焼石膏を含有した立体造形粉体によって層を形成する層形成工程と、前記層形成工程において形成された前記層に、水を溶媒とする造形液をインクジェットヘッドから吐出させることで、前記立体造形粉体が前記造形液に反応することによって生じる生成物を有する層を生成する生成工程とを備える立体造形物の製造方法であって、前記造形液が接着剤を含有したことを特徴とする。第二の態様に係る立体造形物の製造方法では、造形液が接着剤を含有しているために、立体造形粉体に接着剤を含有させる必要がない。従って、保管中に立体造形粉体が水分を吸収して硬化したり、劣化してしまうことを防止できる。また、立体造形物の耐水性を高めることができる。 The manufacturing method of the three-dimensional molded item which concerns on the 2nd aspect of this invention is a layer formation process which forms a layer with the three-dimensional molded powder containing calcined gypsum, and water is added to the said layer formed in the said layer formation process. And a production step of producing a layer having a product produced by reacting the modeling liquid with the modeling liquid by discharging a modeling liquid as a solvent from an inkjet head. The modeling liquid contains an adhesive. In the manufacturing method of the three-dimensional model according to the second aspect, since the modeling liquid contains the adhesive, it is not necessary to include the adhesive in the three-dimensional model powder. Accordingly, it is possible to prevent the three-dimensionally shaped powder from absorbing moisture and curing or deteriorating during storage. Moreover, the water resistance of a three-dimensional molded item can be improved.
前記造形液が含有する接着剤は、分散型接着剤であってもよい。造形液が含有する接着剤として分散型接着剤を用いることにより、立体造形物の硬化後は耐水性が向上する。 The adhesive contained in the modeling liquid may be a dispersion type adhesive. By using a dispersion type adhesive as an adhesive contained in the modeling liquid, water resistance is improved after the three-dimensional model is cured.
第三の態様に係る立体造形装置用の造形液は、載置台に載置した焼石膏を含有した立体造形粉体に対して、インクジェットヘッド部から造形液を吐出して、立体を形成する立体造形装置用の造形液であって、当該造形液は、水を溶媒として、前記水の蒸発を抑制すると共に液体を増粘させる増粘湿潤剤、界面活性剤、pH調整剤及び接着剤を含有してもよい。この場合には、造形液が接着剤を含有しているために、立体造形粉体に接着剤を含有させる必要がない。従って、保管中に立体造形粉体が水分を吸収して硬化したり、劣化してしまうことを防止できる。また、立体造形物の耐水性を高めることができる。また、容易に水の蒸発を抑制し、且つ造形液を増粘させることができる。その結果、インクジェットヘッドで造形液が乾燥して詰まりが生じることを防止し、且つ、造形液をインクジェットヘッドから精度良く立体造形粉体に吐出させることができる。 The modeling liquid for the three-dimensional modeling apparatus according to the third aspect is a three-dimensional model that forms a solid by discharging the modeling liquid from the inkjet head unit to the three-dimensional modeling powder containing calcined gypsum placed on the mounting table. A modeling liquid for a modeling apparatus, wherein the modeling liquid contains a thickening wetting agent, a surfactant, a pH adjuster, and an adhesive that use water as a solvent to suppress the evaporation of the water and increase the viscosity of the liquid. May be. In this case, since the modeling liquid contains the adhesive, it is not necessary to include the adhesive in the three-dimensional modeling powder. Accordingly, it is possible to prevent the three-dimensionally shaped powder from absorbing moisture and curing or deteriorating during storage. Moreover, the water resistance of a three-dimensional molded item can be improved. Moreover, evaporation of water can be easily suppressed and the modeling liquid can be thickened. As a result, it is possible to prevent the modeling liquid from being dried and clogged by the inkjet head, and to discharge the modeling liquid from the inkjet head to the three-dimensional modeling powder with high accuracy.
前記造形液が含有する接着剤は、分散型接着剤であってもよい。造形液が含有する接着剤として分散型接着剤を用いることにより、立体造形物の硬化後は耐水性が向上する。 The adhesive contained in the modeling liquid may be a dispersion type adhesive. By using a dispersion type adhesive as an adhesive contained in the modeling liquid, water resistance is improved after the three-dimensional model is cured.
第四の態様に係る立体造形装置用の立体造形粉体は、載置台に載置した焼石膏を含有した立体造形粉体に対して、インクジェットヘッド部から接着剤を含有した造形液を吐出して、立体を形成する立体造形装置用の立体造形粉体であって、前記立体造形粉体は、主成分は前記焼石膏であり、当該焼石膏よりも少量の無機化合物が添加されていることを特徴とする。無機化合物が硬化促進剤として機能して、硬化速度及び硬度が増し、造形直後の立体造形物の耐水性が向上する。また、立体造形粉体が予定した大きさよりも大きくなる滲みを低減できる。 The three-dimensional modeling powder for the three-dimensional modeling apparatus according to the fourth aspect discharges a modeling liquid containing an adhesive from the inkjet head unit to the three-dimensional modeling powder containing calcined gypsum placed on the mounting table. The three-dimensional modeling powder for a three-dimensional modeling apparatus for forming a three-dimensional model, wherein the main component of the three-dimensional modeling powder is the calcined gypsum, and a small amount of an inorganic compound is added to the calcined gypsum. It is characterized by. The inorganic compound functions as a curing accelerator, the curing speed and hardness increase, and the water resistance of the three-dimensional structure immediately after modeling is improved. Further, it is possible to reduce the bleeding that the three-dimensional modeling powder becomes larger than the expected size.
前記焼石膏はアルファ型焼石膏であってもよい。硬化速度及び硬度が増し、立体造形物の耐水性が向上する。 The calcined gypsum may be alpha calcined gypsum. The curing speed and hardness increase, and the water resistance of the three-dimensional structure is improved.
前記立体造形粉体に前記アルファ型焼石膏よりも少量の撥水剤が含まれていてもよい。保管中の立体造形粉体の性質が安定し、立体造形物の耐水性が向上する。 The three-dimensional shaped powder may contain a smaller amount of water repellent than the alpha-type calcined gypsum. The property of the three-dimensional modeled powder during storage is stabilized, and the water resistance of the three-dimensional modeled product is improved.
前記撥水剤は、金属石鹸であってもよい。立体造形粉体に撥水剤として金属石鹸を含有すると、立体造形粉体の流動性が向上するため、保管中の立体造形粉体の硬化防止や安定性の向上を図ることが出来る。 The water repellent may be a metal soap. If metal soap is contained as a water repellent in the three-dimensional model powder, the fluidity of the three-dimensional model powder is improved, so that it is possible to prevent hardening of the three-dimensional model powder during storage and improve stability.
前記立体造形粉体に前記アルファ型焼石膏よりも少量のベータ型焼石膏が含まれていてもよい。ベータ型焼石膏を含有すると、アルファ型焼石膏単体よりも硬化に必要な水分量が増加するために、保管中の立体造形粉体の安定性が向上する。 A small amount of beta-type calcined gypsum may be included in the three-dimensional shaped powder than the alpha-type calcined gypsum. When the beta-type calcined gypsum is contained, the amount of water necessary for curing is increased as compared with the alpha-type calcined gypsum alone, so that the stability of the three-dimensional shaped powder during storage is improved.
前記無機化合物は、塩類、硫酸塩類、ミョウバン類、硝酸塩類、硫酸水素塩類、オキソ塩類、アルミン酸塩類、鉱酸の少なくとも一つであってもよい。これらは、硬化促進剤として機能し、短時間で硬化するために造形直後の強度が強く、上記物質の無添加に比べて耐水性も向上する。 The inorganic compound may be at least one of salts, sulfates, alums, nitrates, hydrogen sulfates, oxo salts, aluminates, and mineral acids. These function as curing accelerators, and are cured in a short time, so that the strength immediately after modeling is strong, and the water resistance is also improved as compared with the addition of the above substances.
以下、本発明を具現化した実施の形態の一例について、図面を参照して説明する。参照する図面は、本発明が採用し得る技術的特徴を説明するために用いられるものである。図面に記載されている装置の構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。 Hereinafter, an exemplary embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings to be referred to are used for explaining technical features that can be adopted by the present invention. The configuration of the device described in the drawings is not intended to be limited to that, but merely an illustrative example.
造形液および立体造形粉体の用途について、概略的に説明する。造形液および立体造形粉体は、立体造形物を造形するための材料である。本実施の形態の立体造形装置1は、水溶性の接着剤を含有しない立体造形粉体に造形液を滴下し、立体造形粉体を造形液に反応させて硬化させることによって、立体造形物を造形する。 The uses of the modeling liquid and the three-dimensional modeling powder will be schematically described. The modeling liquid and the three-dimensional modeling powder are materials for modeling a three-dimensional model. The three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment drops a three-dimensional modeling powder onto a three-dimensional modeling powder that does not contain a water-soluble adhesive, and causes the three-dimensional modeling powder to react with the modeling liquid and cure the three-dimensional modeling object. Model.
また、本実施の形態に係る造形液は接着剤を含有しており、立体造形装置1(図1から図3参照)のインクジェットヘッド部5から造形液を立体造形粉体に吐出させることで立体の造形を行う。作業者は、平坦に配置した立体造形粉体の層に、立体造形装置1を用いて造形液を滴下することで、所望の形状の固形物の層を容易に得ることができる。1つの固形物の層を形成する処理が終了すると、形成した固形物の層の上面に、立体造形粉体の層をさらに重ねて形成する。立体造形装置1を用いて再び造形液を滴下し、固形物の層を重ねる。以上の処理が繰り返されて層が重ねられることで、作業者が所望する形状の立体造形物が造形される。
Moreover, the modeling liquid which concerns on this Embodiment contains the adhesive agent, and discharges modeling liquid to the three-dimensional modeling powder from the
図1および図2を参照して、立体造形物の製造に用いられる立体造形装置1の機械的構成について説明する。図1の左下側を立体造形装置1の正面側とし、図1の右上側を立体造形装置1の背面側とする。図1の右側を立体造形装置1の右側とし、図1の左側を立体造形装置1の左側とする。 With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the mechanical structure of the three-dimensional modeling apparatus 1 used for manufacture of a three-dimensional molded item is demonstrated. The lower left side of FIG. 1 is the front side of the three-dimensional modeling apparatus 1, and the upper right side of FIG. The right side of FIG. 1 is the right side of the three-dimensional modeling apparatus 1, and the left side of FIG.
図1に示すように、立体造形装置1は、直方体状の基部2を備える。基部2は、立体造形装置1の全体を支持し、且つ搬送部20等の各種機構を備える。基部2の上部背面側には、箱状の印刷部3が設けられている。印刷部3の右端には、造形液を収納する4つのカートリッジ4が配置される。カートリッジ4の内部には、造形液を封入して脱気された密封パックが収容されている。密封パックは造形液の使用量に応じて収縮し、密封パック内に気体が混入することがないため、気泡は生じない。よって、立体造形装置1は、確実に造形液を吐出することができる。カートリッジ4の各々は、インクジェットヘッド部5(図2参照)が備える4つのインクジェットヘッドの各々にチューブ6によって接続し、各インクジェットヘッドに造形液を供給する。印刷部3の正面壁部7の下部には、矩形の開口8が形成されている。
As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling apparatus 1 includes a
基部2は、上部中央に搬送部20を備える。搬送部20は、立体造形粉体25が載置される幅広のタイミングベルトである載置ベルト21を備える。基部2の正面左側には、作業者からの種々の入力を受け付ける操作部28が設けられる。基部2の右側面の背面側端部には、立体造形装置1と外部機器(例えば、パーソナルコンピュータ)とを接続するための外部I/F29が設けられる。
The
図2に示すように、印刷部3の内部には、インクジェットヘッド部5が設けられる。インクジェットヘッド部5は、4つのインクジェットヘッドを左右方向に並べて保持する。インクジェットヘッド部5には、左右方向に延びるガイドシャフト9が貫通している。さらに、インクジェットヘッド部5にはタイミングベルト10が接続している。立体造形装置1は、ステップモータであるヘッド用モータ35(図3参照)によってタイミングベルト10を回転させることで、インクジェットヘッド部5をガイドシャフト9に沿って左右方向に移動させつつ、載置ベルト21に載置された立体造形粉体25に造形液を吐出させることができる。
As shown in FIG. 2, an
印刷部3の内部の左端には、インクジェットヘッド吸引部12が設けられる。インクジェットヘッド吸引部12は、4つのキャップ(図示せず)を備えており、上下方向に昇降することができる。インクジェットヘッド部5がガイドシャフト9に沿って左端に移動すると、インクジェットヘッド吸引部12が上昇する。4つのキャップの各々が、インクジェットヘッド部5に設けられた4つのインクジェットヘッドの各々の下部に密着し、インクジェットヘッド内部の造形液を吸引する。その結果、造形液は、インクジェットヘッドの下端のノズル(図示せず)に到達する。造形液がノズルに到達すると、立体造形装置1は、造形液を円滑に吐出できる状態となる。さらに、立体造形装置1は、造形液の吐出を行わない間、インクジェットヘッド吸引部12のキャップをインクジェットヘッドに密着させる。従って、立体造形装置1は、立体造形粉体25を載置ベルト21上に載置する際に、立体造形粉体25がインクジェットヘッドに付着することを防止することができる。
An inkjet
搬送部20は、左右方向を回転軸の伸長方向とする2つのプーリ22,23を備える。立体造形粉体25が載置される載置ベルト21は、左右方向に所定の幅を有する。ステップモータである載置ベルト用モータ41(図3参照)によって2つのプーリ22,23が回転することで、載置ベルト21は前後方向に回転する。載置ベルト21は、基部2の先端部から後端部まで延びる。従って、載置ベルト21に載置された立体造形粉体25は、開口8を通って印刷部3の内部と外部との間を移動できる。立体造形粉体25は、印刷部3の外部で載置ベルト21に載置される。立体造形装置1は、立体造形粉体25が載置ベルト21上に載置される際に、飛散した立体造形粉体25の印刷部3内部への侵入を、印刷部3の正面壁部7によって防ぐことができる。
The
さらに、搬送部20は、載置ベルト21を上下方向に昇降させる昇降機構42(図3参照)を備える。立体造形装置1は、立体造形物の層が重ねられる毎に載置ベルト21を下方に移動させることで、立体造形物および立体造形粉体25の上面とインクジェットヘッド部5との間の距離を一定に保つことができる。よって、立体造形装置1は、より正確な位置に造形液を吐出することができる。なお、基部2の内部の背面側下部には、立体造形装置1の動作を制御する制御部30が設けられる。
Furthermore, the
図3を参照して、立体造形装置1の電気的構成について説明する。立体造形装置1は、制御部30、印刷部3、搬送部20、操作部28、および外部I/F29を備える。各部は、バス45によって電気的に接続される。
With reference to FIG. 3, the electrical configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1 will be described. The three-dimensional modeling apparatus 1 includes a
制御部30は、CPU31、RAM32、およびROM33を備える。CPU31は、立体造形装置1の制御を司る。RAM32は、制御プログラムで使用される各種の情報を一時的に記憶する。ROM33は、立体造形装置1を動作させるためのプログラムおよび初期値等を記憶している。
The
印刷部3は、インクジェットヘッド部5、ヘッド用モータ35、吐出制御回路36、および吸引制御機構37を備える。ステップモータであるヘッド用モータ35は、CPU31からの信号に従って回転することでタイミングベルト10(図2参照)を回転させて、インクジェットヘッド部5を左右方向に移動させる。吐出制御回路36は、CPU31からの信号に従って、インクジェットヘッド部5が備える各インクジェットヘッドからの造形液の吐出を制御する。吸引制御機構37は、CPU31からの信号に従って、インクジェットヘッド吸引部12の昇降動作、およびインクジェットヘッド内部の造形液の吸引動作を制御する。
The
搬送部20は、載置ベルト用モータ41および昇降機構42を備える。ステップモータである載置ベルト用モータ41は、CPU31からの信号に従って回転することで載置ベルト21を回転させて、立体造形粉体25を搬送する。昇降機構42は、載置ベルト21を昇降させて、立体造形粉体25の上面とインクジェットヘッド部5との間の上下方向の距離を調整する。
The
なお、図示しないが、立体造形装置1は、立体造形粉体を計量する計量機構と、計量機構によって計量された立体造形粉体が投入されるふるいと、ふるいを振動させる振動機構とを備える。立体造形装置1は、計量機構、ふるい、および振動機構によって、一定量の立体造形粉体を均一に載置ベルト21上にふるい落とすことができる。また、立体造形装置1は、載置ベルト21の上方に、載置ベルト21と平行にスキージ(図示外)を備える。立体造形装置1は、昇降機構42によって載置ベルト21の上下方向の位置を調整し、載置ベルト21を回転させることで、立体造形粉体の上面をスキージに接触させて、粉体上面を平坦化させることができる。スキージの材質は、ステンレス、アルミニウム等の錆び難い金属、または紙が望ましい。また、静電気が生じ難い材質のスキージを用いることで、静電気の影響等によって粉体の上面が荒れることを防止することができる。スキージ以外に回転するローラーを用いることができる。
Although not illustrated, the three-dimensional modeling apparatus 1 includes a measuring mechanism that measures the three-dimensional modeling powder, a sieve into which the three-dimensional modeling powder measured by the measuring mechanism is charged, and a vibration mechanism that vibrates the sieve. The three-dimensional modeling apparatus 1 can evenly screen a certain amount of three-dimensional modeling powder onto the
図4を参照して、立体造形装置1を用いた立体造形物の造形手順(製造方法)について説明する。作業者は、あらかじめカートリッジ4内に造形液を詰めて、立体造形装置1に配置する。次いで、インクジェットヘッド吸引部12によって、カートリッジ4内の造形液をインクジェットヘッドのノズルまで導入させる。さらに、作業者は、造形する立体造形物の三次元データから、固形物の層の厚み毎に、立体造形物の断面データをパーソナルコンピュータ等に生成させる。以上の処理を行った後、造形処理の開始指示を立体造形装置1の操作部28に入力すると、立体造形装置1のCPU31は、図4に示す造形処理を実行する。
With reference to FIG. 4, the modeling procedure (manufacturing method) of the three-dimensional molded item using the three-dimensional modeling apparatus 1 is demonstrated. The operator fills the
まず、立体造形装置1は、立体造形物の断面データをパーソナルコンピュータ等から取得する(S1)。計量機構および振動機構を動作させて、載置ベルト21上に敷かれた載置媒体(例えば、布、プラスチックシート、アルミ箔等)の上に、立体造形粉体を供給する(S2)。なお、本実施の形態に係る立体造形装置1は、立体造形粉体の供給が終了すると、載置ベルト21を回転させて立体造形粉体の上面をスキージに接触させることで、立体造形粉体を所定の厚みで平坦化させる。
First, the three-dimensional modeling apparatus 1 acquires cross-sectional data of the three-dimensional model from a personal computer or the like (S1). The weighing mechanism and the vibration mechanism are operated to supply the three-dimensionally shaped powder onto the placement medium (for example, cloth, plastic sheet, aluminum foil, etc.) laid on the placement belt 21 (S2). In addition, the three-dimensional modeling apparatus 1 which concerns on this Embodiment will complete | finish three-dimensional modeling powder by rotating the mounting
次いで、立体造形装置1は、造形する立体造形物についての1または複数の断面データのうち、最下層の断面データに基づいて、ヘッド用モータ35および載置ベルト用モータ41を駆動して立体造形粉体を移動させながら造形液を吐出する(S3)。その結果、造形液に立体造形粉体が反応して生成物が生じ、この生成物を含む固形物の層が生成される。生成された層は、立体造形物の最下層となる。ここで、立体造形装置1は、同一箇所に造形液を複数回吐出してもよい。具体的には、立体造形装置1は、固形物の層の厚みに応じて吐出回数を変えてもよい。また、立体造形装置1は、周囲に吐出される造形液の量が少ない箇所には、より多くの造形液を吐出することが望ましい。この場合、立体造形装置1は、細い線、点等の細かい形状の造形物も確実に造形することができる。
Next, the three-dimensional modeling apparatus 1 drives the
1または複数の固形物の層のうち、最も上面の層の造形が終了していなければ(S4:NO)、立体造形装置1は、1つの層の厚み分だけ載置ベルト21を降下させる(S5)。立体造形装置1は、既に造形された固形物の層の上面に立体造形粉体を供給する(S2)。立体造形装置1は、前回造形した層よりも1つ上の層の断面データに基づいて、造形液を吐出する(S3)。S2〜S5の手順が繰り返されることで、三次元データによって示される形状の立体造形物が、下の層から順に造形されていく。なお、造形される固形物の層は1つでもよい。つまり、層を積み重ねなくてもよい。
If modeling of the uppermost layer is not completed among one or a plurality of solid layers (S4: NO), the three-dimensional modeling apparatus 1 lowers the mounting
最も上面の層の造形が終了すると(S4:YES)、立体造形装置1は、造形された固形物の上面に再び立体造形粉体を供給する(S6)。その結果、立体造形物の最上面の造形面が埋没部と同条件になり造形物全体の精度や色合いが均一化する。以上により、造形処理は終了する。その後、作業者は、粉体中から立体造形物を取り出す。集塵機で粉塵を吸引しながら、エアガンで余分な粉体を吹き飛ばし、除去する。以上の手順によって、1つの立体造形物の造形が完了する。 When modeling of the uppermost layer is completed (S4: YES), the three-dimensional modeling apparatus 1 supplies the three-dimensional modeling powder again to the upper surface of the modeled solid (S6). As a result, the uppermost modeling surface of the three-dimensional model is in the same condition as the buried part, and the accuracy and color of the entire model are uniformed. Thus, the modeling process ends. Then, an operator takes out a three-dimensional molded item from powder. While sucking up dust with a dust collector, blow off excess powder with an air gun. With the above procedure, modeling of one three-dimensional model is completed.
次に、造形液の組成について説明する。造形液は、水を溶媒として、接着剤、増粘湿潤剤、及び界面活性剤を含有する。さらに、造形液はpH調整剤を含有し、pH値が7以上9以下となっている。本実施の形態に係る造形液は、無色透明であり、一般的な印刷用のインクとは異なる。尚、造形液は、インクジェットヘッド部5から吐出される、透明インクに少なくとも含有させるが、インクジェットヘッド部5から吐出される、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック等の他のインクに含有してもよい。以下、各成分について詳述する。
Next, the composition of the modeling liquid will be described. The modeling liquid contains an adhesive, a thickening wetting agent, and a surfactant using water as a solvent. Furthermore, the modeling liquid contains a pH adjuster and has a pH value of 7 or more and 9 or less. The modeling liquid according to the present embodiment is colorless and transparent, and is different from general printing ink. The modeling liquid is at least contained in the transparent ink ejected from the
造形液が含有する接着剤について説明する。接着剤は、一例として、分散型接着剤(水分散系(ラテックス・エマルジョン)の接着剤)を用いる。この分散型接着剤は、初期状態は高分子の固形分を水中で重合させた懸濁水溶液である。コロイド状態の天然または合成ゴムが主体の場合にはラテックス系接着剤、本来水に反応しない高分子が保護コロイドでエマルジョン化されて水に溶けることができる状態となっているものはエマルジョン系接着剤と分類される。これらは特性を付与するために異なる高分子成分を混合する場合もあり、物性を設計する上での自由度が高い。貯蔵性に優れるが凍結させると分解し本来の機能を発揮しなくなってしまう。常温で接着するが低温の環境では充分に固化せず白化した状態となるため、最低造膜温度(Minimun Film Forming Temperature)上での作業が求められる。接着過程は溶液系と同様に、溶媒が気化し溶質が硬化することで接着する。特徴も溶液系に準ずる。分散型接着剤の一例としては、エマルジョンとして、ポリビニールアルコール、酢酸ビニル、アクリル、EVA等を用いることができる。造形液への添加量としては、一例として、3重量%である。尚、分散型接着剤の造形液への添加量は、1〜30重量%の範囲が望ましい。発明者の実験結果によると、分散型接着剤を造形液へ1重量%程度以上混合しなければ接着剤としての効果が表れず、また、30重量%を超えるようだと、造形物の硬化に支障を来すからである。 The adhesive contained in the modeling liquid will be described. As an example of the adhesive, a dispersion type adhesive (an aqueous dispersion (latex emulsion) adhesive) is used. This dispersion-type adhesive is initially a suspension aqueous solution in which a solid content of a polymer is polymerized in water. Latex adhesives when colloidal natural or synthetic rubber is the main component, emulsion adhesives where polymers that do not react with water are emulsified with protective colloids and can be dissolved in water Classified. In some cases, different polymer components may be mixed in order to impart characteristics, and the degree of freedom in designing physical properties is high. Although it is excellent in storability, when it is frozen, it decomposes and stops functioning. Although it adheres at room temperature but does not solidify sufficiently in a low-temperature environment, it becomes whitened, so work on the minimum film forming temperature is required. In the bonding process, as in the solution system, the solvent is evaporated and the solute is cured to bond. The characteristics are similar to those of the solution system. As an example of the dispersion type adhesive, polyvinyl alcohol, vinyl acetate, acrylic, EVA or the like can be used as an emulsion. As an example, the amount added to the modeling liquid is 3% by weight. In addition, the addition amount to the modeling liquid of a dispersion type adhesive agent has the desirable range of 1-30 weight%. According to the inventor's experimental results, if the dispersion type adhesive is not mixed with the modeling liquid in an amount of about 1% by weight or more, the effect as an adhesive does not appear. It will cause trouble.
次に、増粘湿潤剤について説明する。増粘湿潤剤は、造形液の粘度を上昇させると共に、溶媒である水の蒸発を抑制するものである。インクジェットヘッドの特性(ヘッドの構成、駆動電圧、および周波数等)が、吐出する液体の特性に合わないと、インクジェットヘッドは、液体を正確に吐出することが困難である。特に、ピエゾ式のインクジェットヘッドは吐出力が弱いため、造形液の粘度をインクジェットヘッドの特性に合わせる必要性が高い。造形液は、増粘湿潤剤によって増粘されることで、インクジェットヘッドによって精度良く吐出される。また、溶媒である水の蒸発が早ければ、造形液がインクジェットヘッドにおいて固化しやすくなるため、インクジェットヘッドは目詰まりを起こしやすくなる。造形液は、増粘湿潤剤によって水の蒸発を抑制されることで、インクジェットヘッドを詰まり難くすることができる。従って、増粘湿潤剤を含有する造形液は、インクジェットヘッドによる吐出に適している。さらに、造形液が増粘湿潤剤を含有しなければ、水の蒸発によって立体造形物の収縮が増大する。その結果、布等の載置媒体に張り付いている部分に比べて、載置媒体との間の距離が大きい部分の収縮率が大きくなり、作業者が所望する形状の立体造形物が造形されない。造形液は、増粘湿潤剤を含有することで立体造形物の収縮を抑制し、精度良く立体造形物を造形することができる。また、造形液が増粘湿潤剤を含有すると、シアノアクリレート系接着剤による後硬化剤による仕上げ処理効果が向上する。 Next, the thickening wetting agent will be described. The thickening wetting agent increases the viscosity of the modeling liquid and suppresses evaporation of water as a solvent. If the characteristics of the inkjet head (head configuration, drive voltage, frequency, etc.) do not match the characteristics of the liquid to be ejected, it is difficult for the inkjet head to eject the liquid accurately. In particular, since a piezo-type ink jet head has a weak ejection force, it is highly necessary to adjust the viscosity of the modeling liquid to the characteristics of the ink jet head. The modeling liquid is discharged with high accuracy by the inkjet head by being thickened by the thickening and wetting agent. Also, if the solvent water evaporates quickly, the modeling liquid is easily solidified in the inkjet head, and the inkjet head is likely to be clogged. The modeling liquid can prevent clogging of the inkjet head by suppressing the evaporation of water by the thickening wetting agent. Therefore, the modeling liquid containing the thickening and wetting agent is suitable for ejection by the ink jet head. Furthermore, if the modeling liquid does not contain a thickening wetting agent, the shrinkage of the three-dimensional model increases due to evaporation of water. As a result, the shrinkage rate of the portion where the distance to the placement medium is large is larger than the portion attached to the placement medium such as cloth, and the three-dimensional shaped object of the shape desired by the operator is not formed. . A modeling liquid can suppress shrinkage | contraction of a three-dimensional molded item by containing a thickening wetting agent, and can model a three-dimensional molded item with sufficient precision. Moreover, when the modeling liquid contains a thickening wetting agent, the finishing treatment effect by the post-curing agent by the cyanoacrylate adhesive is improved.
増粘湿潤剤には種々の物質を用いることができるが、2価以上のアルコールを用いることが好ましい。具体的には、グリセリン、ジエチレングリコール、およびポリエチレングリコール等の2価以上のアルコールのうちの1種以上を、増粘湿潤剤として用いるのが好ましい。特に、グリセリン、およびジエチレングリコールの少なくともいずれかを増粘湿潤剤として用いるのがさらに好ましい。グリセリン、およびジエチレングリコールは、蒸気圧が低いため、水の蒸発を抑制する効果(所謂湿潤効果)を効率良く得ることができる。さらに、グリセリン、およびジエチレングリコールは、毒性が低いため、作業者は安全に造形液を取り扱うことができる。グリセリン、およびジエチレングリコールは、塩化ビニル樹脂、およびポリスチレン等の汎用樹脂と共に用いることも可能であるため、立体造形装置1等の材料が制約されることもない。 Although various substances can be used for the thickening and wetting agent, it is preferable to use a dihydric or higher alcohol. Specifically, it is preferable to use one or more dihydric or higher alcohols such as glycerin, diethylene glycol, and polyethylene glycol as the thickening wetting agent. In particular, it is more preferable to use at least one of glycerin and diethylene glycol as a thickening wetting agent. Since glycerin and diethylene glycol have a low vapor pressure, the effect of suppressing the evaporation of water (so-called wetting effect) can be obtained efficiently. Furthermore, since glycerin and diethylene glycol have low toxicity, the operator can safely handle the modeling liquid. Since glycerin and diethylene glycol can be used together with general-purpose resins such as vinyl chloride resin and polystyrene, materials for the three-dimensional modeling apparatus 1 and the like are not restricted.
重合度の高いポリエチレングリコール(例えば、ポリエチレングリコール600)は、融点が約20℃であるため、温度環境に応じて固体となる場合と液体となる場合とがある。従って、重合度の高いポリエチレングリコールは、取り扱いが困難であり、低温条件で析出する可能性もある。よって、ポリエチレングリコールを増粘湿潤剤として造形液に含有させる場合には、重合度の低いもの(例えば、ポリエチレングリコール200)を用いることが望ましい。少量のポリエチレングリコールを含有させるだけで、造形液を容易に増粘させることができる。 Since polyethylene glycol having a high degree of polymerization (for example, polyethylene glycol 600) has a melting point of about 20 ° C., it may be solid or liquid depending on the temperature environment. Therefore, polyethylene glycol having a high degree of polymerization is difficult to handle and may precipitate under low temperature conditions. Therefore, when polyethylene glycol is included as a thickening and wetting agent in the modeling liquid, it is desirable to use one having a low degree of polymerization (for example, polyethylene glycol 200). The modeling liquid can be easily thickened only by containing a small amount of polyethylene glycol.
また、増粘湿潤剤として、2P=2−ピロリドン、NMP=N−メチル−2−ピロリドン、DMI=1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等を用いることも可能である。つまり、20℃での蒸気圧が1hPa以下であり、且つ水と自由に混和する有機溶剤を、増粘湿潤剤として用いることができる。 Further, as a thickening wetting agent, 2P = 2-pyrrolidone, NMP = N-methyl-2-pyrrolidone, DMI = 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, etc. can be used. That is, an organic solvent having a vapor pressure at 20 ° C. of 1 hPa or less and freely mixed with water can be used as the thickening wetting agent.
増粘湿潤剤の含有量は、2価以上のアルコールを増粘湿潤剤として用いる場合、造形液全体に対して1重量%以上50重量%以下であることが望ましい。2価以上のアルコールの含有量を1重量%以上とすることで、容易に水の蒸発を抑制し、且つ造形液を増粘させることができる。含有量を50重量%以下とすることで、水の蒸発が過度に抑制されて造形物の硬度が著しく低下することを防止することができる。 When the dihydric or higher alcohol is used as the thickening wetting agent, the content of the thickening wetting agent is preferably 1% by weight or more and 50% by weight or less with respect to the entire modeling liquid. By setting the content of the dihydric or higher alcohol to 1% by weight or more, water evaporation can be easily suppressed and the modeling liquid can be thickened. By setting the content to 50% by weight or less, it is possible to prevent the evaporation of water from being excessively suppressed and the hardness of the shaped article from being significantly reduced.
なお、インクジェットヘッドを用いた印刷に用いられる印刷用インクの粘度は、一般的には約2.5mPa・s以上である。従って、増粘湿潤剤によって造形液の粘度を約2.5mPa・s以上とすれば、印刷用のインクジェットヘッドを用いても、印刷用インクと同様に精度良く造形液を吐出させることができる。 In addition, the viscosity of the printing ink used for printing using an inkjet head is generally about 2.5 mPa · s or more. Therefore, if the viscosity of the modeling liquid is set to about 2.5 mPa · s or more by the thickening and wetting agent, the modeling liquid can be discharged with high accuracy as in the case of the printing ink even if the printing inkjet head is used.
pH調整剤について説明する。pH調整剤は、造形液のpH値を調整するために用いられる。造形液が酸性にならなければ、インクジェットヘッドに錆びが生じ難くなる。具体的には、造形液のpH値は7以上であることが望ましい。また、造形液が過度のアルカリ性にならなければ、作業者は造形液を安全に取り扱うことができる。造形液のpH値は、7以上9以下であることが望ましい。なお、pH調整剤には種々の物質を用いることができる。特に、毒性が少ないアミン類をpH調整剤として用いるのが望ましい。例えば、トリエタノールアミン(2,2´,2´´−ニトリロトリエタノール)をpH調整剤として使用できる。 The pH adjuster will be described. The pH adjuster is used to adjust the pH value of the modeling liquid. If the modeling liquid does not become acidic, rusting is unlikely to occur on the inkjet head. Specifically, it is desirable that the pH value of the modeling liquid is 7 or more. In addition, if the modeling liquid does not become excessively alkaline, the operator can handle the modeling liquid safely. The pH value of the modeling liquid is desirably 7 or more and 9 or less. Various substances can be used as the pH adjuster. In particular, it is desirable to use amines having low toxicity as a pH adjuster. For example, triethanolamine (2,2 ′, 2 ″ -nitrilotriethanol) can be used as a pH adjuster.
界面活性剤について説明する。界面活性剤は、造形液の表面張力を減少させるために含有される。表面張力が大きい液体をインクジェットヘッドに精度良く吐出させることは困難である。界面活性剤を含有する造形液は、界面活性剤を含有しない造形液に比べて表面張力が小さいため、より精度良くインクジェットヘッドから吐出させることができる。さらに、造形液の表面張力が低ければ、表面張力が高い場合に比べて容易に造形液が立体造形粉体に浸透する。よって、作業者は円滑に造形工程を進行させることができる。 The surfactant will be described. The surfactant is contained in order to reduce the surface tension of the modeling liquid. It is difficult to accurately discharge a liquid having a large surface tension to the inkjet head. Since the modeling liquid containing the surfactant has a smaller surface tension than the modeling liquid not containing the surfactant, it can be discharged from the inkjet head with higher accuracy. Furthermore, if the surface tension of the modeling liquid is low, the modeling liquid penetrates into the three-dimensional modeling powder more easily than when the surface tension is high. Therefore, the worker can smoothly advance the modeling process.
次に、立体造形粉体の組成について説明する。立体造形粉体は、焼石膏を主成分として、水溶性ポリマー等の水溶性接着剤を含有しない。本実施の形態では、造形液が接着剤を含有しているために、立体造形粉体に接着剤を含有させる必要がない。従って、立体造形粉体の保管中に立体造形粉体が水分を吸収して硬化したり、劣化してしまうことを防止できる。また、立体造形物の耐水性を高めることができる。焼石膏としては、市販のアルファ型焼石膏を主成分とし、アルファ型焼石膏の粒子径は、篩25μmのメッシュ上〜100μmのメッシュ下に残存する粒子を使用する。アルファ型焼石膏は、硬化速度及び硬度が増し、立体造形物の耐水性が向上する。 Next, the composition of the three-dimensional modeling powder will be described. The three-dimensional modeling powder contains calcined gypsum as a main component and does not contain a water-soluble adhesive such as a water-soluble polymer. In this Embodiment, since modeling liquid contains the adhesive agent, it is not necessary to make a solid modeling powder contain an adhesive agent. Accordingly, it is possible to prevent the solid molding powder from absorbing moisture and curing or deteriorating during storage of the solid modeling powder. Moreover, the water resistance of a three-dimensional molded item can be improved. As calcined gypsum, commercially available alpha-type calcined gypsum is used as a main component, and the particle size of alpha-type calcined gypsum is particles that remain on a mesh having a sieve size of 25 μm to a mesh having a size of 100 μm. Alpha-type calcined gypsum increases the curing speed and hardness, and improves the water resistance of the three-dimensional structure.
また、市販のベータ型焼石膏を一例として30重量パーセントを立体造形粉体に添加する。尚、ベータ型焼石膏の立体造形粉体への添加量は10〜30重量%の範囲が望ましい。発明者の実験結果によると、10重量%未満では、滲み低減の効果が見られるものの小さく、一方30重量%より多いと滲み低減の効果が大きい一方で強度が低下するからである。ベータ型焼石膏の粒子径は、篩25μmのメッシュ上〜100μmのメッシュ下に残存する粒子を使用する。尚、ベータ型焼石膏の添加量は、アルファ型焼石膏の含有量よりも少量にする。ベータ型焼石膏を添加すると、アルファ型焼石膏単体よりも硬化に必要な水分量が増加するために、保管中の立体造形粉体の安定性が向上する。 Further, as an example, a commercially available beta-type calcined gypsum is added in an amount of 30 weight percent to the three-dimensional shaped powder. The amount of beta-type calcined gypsum added to the three-dimensionally shaped powder is desirably in the range of 10 to 30% by weight. According to the inventor's experimental results, if the amount is less than 10% by weight, the effect of reducing bleeding is small, but if it exceeds 30% by weight, the effect of reducing bleeding is large but the strength decreases. As the particle size of the beta-type calcined gypsum, particles remaining on a sieve having a mesh size of 25 μm to a mesh size of 100 μm are used. In addition, the addition amount of beta-type calcined gypsum is made smaller than the content of alpha-type calcined gypsum. When beta-type calcined gypsum is added, the amount of water necessary for curing is increased as compared with the alpha-type calcined gypsum alone, so that the stability of the three-dimensional shaped powder during storage is improved.
また、立体造形粉体には、硬化促進剤として、焼石膏よりも少量の無機化合物が添加されている。無機化合物の一例としては、塩類、硫酸塩類、ミョウバン類、硝酸塩類、硫酸水素塩類、オキソ塩類、アルミン酸塩類、鉱酸等が添加される。一例として、硫酸カリウムを3重量パーセントを立体造形粉体に添加する。無機化合物の添加量としては1〜5重量%が望ましい。これらは、硬化促進剤として機能し、短時間で硬化するために造形直後の強度が強く、上記物質の無添加に比べて耐水性も向上する。また、立体造形粉体が予定した大きさよりも大きくなる滲みを防止できる。 In addition, a small amount of an inorganic compound is added to the three-dimensional shaped powder as a hardening accelerator than calcined gypsum. As an example of the inorganic compound, salts, sulfates, alums, nitrates, hydrogen sulfates, oxo salts, aluminates, mineral acids and the like are added. As an example, 3 weight percent potassium sulfate is added to the three-dimensional shaped powder. The addition amount of the inorganic compound is preferably 1 to 5% by weight. These function as curing accelerators, and are cured in a short time, so that the strength immediately after modeling is strong, and the water resistance is also improved as compared with the addition of the above substances. Further, it is possible to prevent bleeding in which the three-dimensional modeling powder is larger than the expected size.
また、立体造形粉体には、アルファ型焼石膏よりも少量の撥水剤が添加されている。撥水剤の一例としては金属石鹸を用いる。立体造形粉体に撥水剤として金属石鹸を含有すると、立体造形粉体の流動性が向上するため、保管中の立体造形粉体の硬化防止や安定性の向上を図ることが出来る。金属石鹸の一例としては、長鎖脂肪酸金属塩、Mg、Ca,Zn等を用いることができる。一例としては、ステアリン酸亜鉛を0.01重量パーセントを立体造形粉体に添加する。 In addition, a small amount of water repellent is added to the three-dimensional shaped powder compared to alpha-type calcined gypsum. Metal soap is used as an example of the water repellent. If metal soap is contained as a water repellent in the three-dimensional model powder, the fluidity of the three-dimensional model powder is improved, so that it is possible to prevent hardening of the three-dimensional model powder during storage and improve stability. As an example of the metal soap, a long chain fatty acid metal salt, Mg, Ca, Zn or the like can be used. As an example, 0.01 weight percent of zinc stearate is added to the three-dimensional shaped powder.
また、立体造形粉体は、接着力を有さないフィラー(充填剤)を含有することが望ましい。立体造形粉体にフィラーを含有させることで、水の蒸発による立体造形物の収縮を抑制することができるため、作業者が所望する形状の立体造形物が精度良く造形される。フィラーは、無機物でも有機物でもよい。フィラーは、撥水性がないことが望ましい。撥水性がないフィラーを立体造形粉体に含有させることで、造形液が立体造形粉体にはじかれ難くなる。その結果、作業者は円滑に立体造形物を造形することができる。例えば、炭酸カルシウム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、タルク、EVA(エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂)等、粉の状態で撥水性が低い材質をフィラーとして用いるとよい。 Moreover, it is desirable that the three-dimensional shaped powder contains a filler (filler) that does not have an adhesive force. By containing the filler in the three-dimensional modeling powder, it is possible to suppress shrinkage of the three-dimensional modeled object due to the evaporation of water, so that the three-dimensional modeled object having the shape desired by the operator is accurately modeled. The filler may be inorganic or organic. It is desirable that the filler does not have water repellency. By including a filler having no water repellency in the three-dimensional modeling powder, the modeling liquid is hardly repelled by the three-dimensional modeling powder. As a result, the operator can smoothly model the three-dimensional model. For example, a material having a low water repellency in a powder state such as calcium carbonate, polyethylene terephthalate, polyester, talc, EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer resin) may be used as the filler.
次に、硬化促進剤の効果について確認するために、実施例1の試験を行った。図5及び図6を参照して実施例1を説明する。実施例1では、上記構成の立体造形装置1を用いて、上記の立体造形粉体にインクジェットヘッド部5から造形液を吐出して、図5に示す、長さ目標A:80mm、幅目標B:10mm、厚さ目標C:4mmの造形試験片100を作成した。硬化促進剤が添加されている造形試験片100と、硬化促進剤の添加をしない造形試験片100とを作成した。
Next, in order to confirm about the effect of a hardening accelerator, the test of Example 1 was done. Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. In Example 1, using the three-dimensional modeling apparatus 1 having the above-described configuration, the modeling liquid is discharged from the
立体造形粉体としては、市販のアルファ型焼石膏を主成分とし、市販のベータ型焼石膏を一例として30重量パーセント添加した。 また、アルファ型焼石膏及びベータ型焼石膏の粒子径は、篩25μmのメッシュ上〜100μmのメッシュ下に残存する粒子を使用した。立体造形粉体には、撥水剤として、ステアリン酸亜鉛を0.01重量パーセント添加した。硬化促進剤としては、硫酸カリウムを3重量パーセント添加したものと、しないもとを用いた。
As the three-dimensional shaped powder, a commercially available alpha-type calcined gypsum was a main component, and a commercially available beta-type calcined gypsum was added as an example by 30 weight percent. Moreover, the particle | grain diameter of alpha type calcined gypsum and beta type calcined gypsum used the particle | grains which remain | survived under the mesh of a
造形液は、水を溶媒として、接着剤、増粘湿潤剤、及び界面活性剤を含有するものを用いた。造形液はpH調整剤を含有し、pH値が7以上9以下となっている。また、接着剤としては、ポリビニールアルコールを10重量パーセント造形液に添加した。測定結果を表1に示す。 The modeling liquid used the thing containing an adhesive agent, a thickening wetting agent, and surfactant by using water as a solvent. The modeling liquid contains a pH adjuster and has a pH value of 7 or more and 9 or less. As an adhesive, polyvinyl alcohol was added to the 10 weight percent modeling liquid. The measurement results are shown in Table 1.
表1に示すように、硬化促進剤の添加が無い場合に、立体造形粉体への造形液の吐出を行った。造形直後(0分)では造形試験片の強度不足であったので、造形後10分で造形試験片100を立体造形装置1から取り出して寸法を計測した。造形試験片100は、長さA:86.20mm、幅B:17.30mm、厚さC:7.935mmとなった。これに対して、硬化促進剤の添加が有る場合に、立体造形粉体への造形液の吐出を行って造形後、直ちに(0分)造形試験片100を立体造形装置1から取り出して寸法を計測した。造形試験片100は、長さA:82.35mm、幅B:12.90mm、厚さC:6.133mmとなり、造形目標の長さA:80mm、幅B:10mm、厚さC:4mmに近づいた。従って、硬化促進剤の添加が添加された場合には、造形試験片100は、短時間で硬化し、寸法も目標寸法に近づき、目標寸法より大きくなる所謂「滲み」を減少できることが確認された。また、硬化促進剤と金属石鹸を添加した場合に、直ちに(0分)造形試験片100を立体造形装置1から取り出して寸法を計測した。造形試験片100は、長さA:81.05mm、幅B:11.60mm、厚さC:5.094mmとなり、造形目標の長さA:80mm、幅B:10mm、厚さC:4mmにさらに近づいた。金属石鹸を添加すると、滲みをさらに減少できることが確認された。
As shown in Table 1, when there was no addition of a hardening accelerator, the modeling liquid was discharged to the three-dimensional modeling powder. Immediately after modeling (0 minutes), the strength of the modeling test piece was insufficient, so the
上記の実施の形態では、造形液が接着剤を含有しているので、立体造形粉体は、水溶性の接着剤を含有する必要がない。従って、保管中に立体造形粉体が水分を吸収して硬化したり、劣化してしまうことを防止できる。また、立体造形物の耐水性を高めることができる。 In said embodiment, since modeling liquid contains the adhesive agent, solid modeling powder does not need to contain a water-soluble adhesive agent. Accordingly, it is possible to prevent the three-dimensionally shaped powder from absorbing moisture and curing or deteriorating during storage. Moreover, the water resistance of a three-dimensional molded item can be improved.
上記実施の形態において、図4のS2で立体造形粉体を載置ベルト21に供給して層を形成する工程が、本発明の「層形成工程」に相当する。図4のS3で造形液を吐出する工程が「生成工程」に相当する。載置ベルト21が本発明の「載置台」に相当する。搬送部20、および印刷部3のガイドシャフト9、タイミングベルト10、ヘッド用モータ35が、本発明の「移動機構」に相当する。図4のS5で載置ベルト21を降下させる制御を行うCPU31が、本発明の「距離制御手段」として機能する。図4のS3で載置ベルト21上の立体造形粉体を移動させながら造形液を吐出させる制御を行うCPU31が、本発明の「吐出制御手段」として機能する。
In the above embodiment, the step of forming the layer by supplying the three-dimensionally shaped powder to the mounting
本発明は上記実施の形態に限定されることはなく、様々な変形が可能であることは言うまでもない。例えば、立体造形粉体の主成分を成す石膏は、アルファ型焼石膏、ベータ型焼石膏以外に無水石膏を用いてもよい。また、図4を参照して説明した造形手順は適宜変更できる。より具体的には、最上層の造形の終了後に、立体造形粉体の供給(S6)を行うことなく、粉体を除去してもよい。造形液は、増粘湿潤剤、界面活性剤、およびpH調整剤以外の物質を含有してもよい。上記実施例1で作製した造形液A〜Jは、全てpH調整剤を含有している。しかし、造形液は、pH調整剤を含有しない状態で望ましいpH値(例えば、7以上9以下)となるのであれば、pH調整剤を含有しなくてもよい。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the gypsum forming the main component of the three-dimensional shaped powder may be anhydrous gypsum in addition to alpha-type calcined gypsum and beta-type calcined gypsum. Moreover, the modeling procedure demonstrated with reference to FIG. 4 can be changed suitably. More specifically, the powder may be removed without supplying the three-dimensionally shaped powder (S6) after the uppermost layer is finished. The modeling liquid may contain substances other than the thickening wetting agent, the surfactant, and the pH adjusting agent. The modeling liquids A to J produced in Example 1 above all contain a pH adjuster. However, the modeling liquid does not need to contain a pH adjusting agent as long as it has a desirable pH value (for example, 7 or more and 9 or less) in a state where it does not contain a pH adjusting agent.
立体造形粉体を載置ベルト21に供給する処理は、作業者自身が行ってもよい。この場合、望ましくは、作業者は、立体造形粉体の厚みを調整するための冶具を載置ベルト21上に配置する。例えば、作業者は、1段毎の高さが所定距離(例えば、0.2mm)である階段状の2つの冶具を、段部が向かい合うように対称に配置するとよい。この場合、作業者は、後述する平坦化の工程において、スキージを2つの冶具の所定の段部に摺動させることで、立体造形粉体を正確な厚みで且つ平坦に配置することができる。冶具の構成は適宜変更できる。
The process of supplying the three-dimensionally shaped powder to the mounting
1 立体造形装置
5 インクジェットヘッド部
9 ガイドシャフト
10 タイミングベルト
20 搬送部
21 載置ベルト
22,23 プーリ
25 立体造形粉体
31 CPU
35 ヘッド用モータ
41 載置ベルト用モータ
100 造形試験片
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-
35
Claims (20)
水を溶媒として、接着剤を含有した造形液を吐出可能なインクジェットヘッド部と、
前記インクジェットヘッド部と前記載置台に載置された前記立体造形粉体との相対位置を移動させる移動機構と、
前記移動機構を動作させることで、前記載置台に載置された前記立体造形粉体と前記インクジェットヘッド部との間の、前記載置台に垂直な方向の距離を調整する距離制御手段と、
前記載置台に載置された前記立体造形粉体の特定の範囲に前記造形液が吐出されるように、前記インクジェットヘッド部が前記造形液を吐出する動作、および前記移動機構が前記載置台に平行な方向における前記相対位置を移動させる動作を制御する吐出制御手段とを備え、
前記造形液が接着剤を含有したことを特徴とする立体造形装置。 A mounting table for mounting a three-dimensional molding powder containing calcined gypsum;
An ink jet head part capable of discharging a modeling liquid containing an adhesive with water as a solvent;
A moving mechanism for moving the relative position between the inkjet head unit and the three-dimensional modeling powder placed on the mounting table;
A distance control unit that adjusts a distance in a direction perpendicular to the mounting table between the three-dimensional modeling powder mounted on the mounting table and the inkjet head unit by operating the moving mechanism;
The movement of the inkjet head unit to discharge the modeling liquid and the moving mechanism to the mounting table so that the modeling liquid is discharged to a specific range of the three-dimensional modeling powder placed on the mounting table. A discharge control means for controlling an operation of moving the relative position in a parallel direction,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the modeling liquid contains an adhesive.
前記層形成工程において形成された前記層に、水を溶媒とする造形液をインクジェットヘッドから吐出させることで、前記立体造形粉体が前記造形液に反応することによって生じる生成物を有する層を生成する生成工程とを備える立体造形物の製造方法であって、
前記造形液が接着剤を含有したことを特徴とする立体造形物の製造方法。 A layer forming step of forming a layer with a three-dimensional modeling powder containing calcined gypsum;
A layer having a product generated by reacting the three-dimensional modeling powder with the modeling liquid is generated by discharging a modeling liquid using water as a solvent from the inkjet head to the layer formed in the layer forming step. A method for manufacturing a three-dimensional structure,
The manufacturing method of the three-dimensional molded item characterized by the said modeling liquid containing the adhesive agent.
当該造形液は、水を溶媒として、前記水の蒸発を抑制すると共に液体を増粘させる増粘湿潤剤、界面活性剤、pH調整剤及び接着剤を含有したことを特徴とする立体造形装置用の造形液。 For a three-dimensional modeling powder containing calcined gypsum placed on a mounting table, a modeling liquid is ejected from the inkjet head part to form a three-dimensional modeling apparatus,
The modeling liquid contains a thickening wetting agent, a surfactant, a pH adjuster, and an adhesive that suppress water evaporation and thicken the liquid using water as a solvent. Modeling liquid.
前記立体造形粉体は、主成分は前記焼石膏であり、当該焼石膏よりも少量の無機化合物が添加されていることを特徴とする立体造形装置用の立体造形粉体。 It is a three-dimensional modeling powder for a three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional object by discharging a modeling liquid containing an adhesive from the inkjet head part to a three-dimensional modeling powder containing calcined gypsum placed on a mounting table. And
The three-dimensional modeling powder for a three-dimensional modeling apparatus is characterized in that the main component of the three-dimensional modeling powder is the calcined gypsum, and a small amount of an inorganic compound is added to the calcined gypsum.
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