JP2015039887A

JP2015039887A - ３ｄプリンタ

Info

Publication number: JP2015039887A
Application number: JP2014163547A
Authority: JP
Inventors: 陳▲呉傑▼; Wu-Chieh Chen
Original assignee: Kinpo Electronics Inc; Cal Comp Electronics and Communications Co Ltd; XYZ Printing Inc
Current assignee: Kinpo Electronics Inc; Cal Comp Electronics and Communications Co Ltd; XYZ Printing Inc
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2015-03-02
Also published as: US20150056317A1; CN104416903A

Abstract

【課題】異なる特性の構成材料を迅速に切り換えることのできる３Ｄプリンタを提供する。【解決手段】３Ｄプリンタは、ベースと、プリントヘッドと、複数の材料供給スプールと、切換ユニットとを含む。ベースは、搬送面を有する。プリントヘッドは、ベースの上に配置される。材料供給スプールは、それぞれ複数の構成材料を含む。これらの構成材料は、互いに異なる複数の特性を有する。切換ユニットは、特性に基づいて、材料供給スプールのうちの少なくとも１つをプリントヘッドに選択的に接続するよう構成される。選択した材料供給スプールの構成材料は、プリントヘッドによって搬送面に分配される。【選択図】図３

Description

本発明は、プリンタに関するものであり、特に、３Ｄプリンタに関するものである。

コンピュータ支援製造（computer-aided manufacturing, CAM）の進歩に伴い、製造業においてラピッドプロトタイピング（rapid prototyping, RP）が発展し、設計のオリジナル概念を迅速に製造できるようになった。ＲＰ技術は、幾何形状を制限せず、部品が複雑になるほどより優れた成果を示す。さらに、労力と加工時間を大幅に節約することができ、且つＣＡＤ（computer-aided design）で設計した部品を短時間で現実的に提供することができる。部品は、触れるだけでなく、その幾何曲線を正確に把握することもできる。さらに、部品の組立性能試験や、機能試験も行うことができる。

ＲＰ法には、例えば、熱溶解積層法（fused deposition modeling, FDM）や、薄膜積層法（laminated object manufacturing, LOM）等の多くの方法が存在する。しかしながら、ＲＰを用いて３Ｄ物体を形成する現在の３Ｄプリンタは、通常、モノクロ印刷しかできない。つまり、現在の３Ｄプリンタは、通常、単色の３Ｄ物体しか製造することができない。色の変更が可能な３Ｄプリンタでも、プリントヘッドアセンブリ全体を手動で交換して、中の構成材料（construction material）を変更する必要がある。そのため、現在の３Ｄプリンタは、依然として使用上非常に不便であり、労力を無駄にするだけでなく、３Ｄ物体製造の可変性や柔軟性も制限する。

本発明は、異なる特性の構成材料を迅速に切り換えることのできる３Ｄプリンタを提供する。

本発明の３Ｄプリンタは、ベースと、プリントヘッドと、複数の材料供給スプールと、切換ユニットとを含む。ベースは、搬送面を有し、プリントヘッドは、ベースの上に配置される。材料供給スプールは、それぞれ、複数の構成材料を含む。具体的に説明すると、構成材料は、互いに異なる複数の特性を有する。切換ユニットは、その複数の特性に基づいて、材料供給スプールのうちの少なくとも１つをプリントヘッドに選択的に接続するよう構成される。選択した材料供給スプールの複数の構成材料は、プリントヘッドによって搬送面に分配される。

本発明の３Ｄプリンタは、複数の材料供給スプールを含む。材料供給スプールは、互いに異なる特性を有する複数の構成材料を含む。さらに、切換ユニットは、複数の構成材料の特性に基づいて、材料供給スプールのうちの少なくとも１つをプリントヘッドに選択的に接続するため、選択した材料供給スプールの複数の構成材料がプリントヘッドによってベースの上に層毎に分配され、３Ｄ物体を形成する。このようにして、３Ｄプリンタは、必要以上の手動操作を行わなくても、製造したい３Ｄ物体の色または材料を自動的に選択し、切り換えることができる。その結果、３Ｄプリンタの利用可能性および印刷柔軟性を大幅に向上させることができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの操作環境の概略図である。本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの一部の概略的ブロック図である。本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。

添付の図面に示した例示的実施形態を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。また、図面および実施形態において、同一の、または類似する参照番号は、同一の、または類似する構成要素を示す。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの操作環境の概略図である。図２は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの一部の概略的ブロック図である。図３は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。図１〜図３を参照すると、本実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、３Ｄモデルから３Ｄ物体１０を製造するのに適している。３Ｄモデルは、３Ｄデジタル画像ファイルであり、３Ｄデジタル画像ファイルは、例えば、コンピュータホスト２００のＣＡＤ（computer-aided design）またはアニメーションモデリングソフトウェア（animation modeling software）によって形成される。３Ｄモデルは、横に切断されて複数の断面になり、３Ｄプリンタ１００がそれを読み出す。その結果、３Ｄプリンタ１００は、３Ｄモデルの断面に基づいて、３Ｄ物体１０を製造することができる。さらに、本実施形態において、３Ｄモデルは、例えば、製造したい３Ｄ物体の色パラメータや、材質パラメータ等の複数の異なる特性パラメータをさらに含んでもよい。３Ｄプリンタ１００は、複数の特性パラメータを読み出し、それらに基づいて３Ｄ物体１０を製造するよう構成される。

本実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、ベース１１０と、プリントヘッド１２０と、複数の材料供給スプール１３０と、切換ユニット１４０とを含む。ベース１１０は、搬送面１１２を有し、プリントヘッド１２０によって分配された構成材料を搬送する。プリントヘッド１２０は、ベース１１０の上方に配置され、構成材料が搬送面１１２に層毎に分配される。本実施形態において、ベース１１０は、例えば、搬送面１１２に対して平行な方向に沿って移動してもよく、また、搬送面１１２の法線方向に沿って移動または回転してもよい。プリントヘッド１２０は、例えば、搬送面１１２に平行な方向に沿って移動することができる。しかしながら、本実施形態は、ベース１１０およびプリントヘッド１２０のそれぞれの移動方向を限定しない。本実施形態において、複数の材料供給スプール１３０は、それぞれ、複数の構成材料を含む。具体的に説明すると、構成材料は、複数の特性を有し、構成材料の特性は、互いに異なる。例えば、複数の材料供給スプール１３０の構成材料の色または材質は、互いに異なる。本実施形態において、プリントヘッド１２０により搬送面１１２に層毎に分配された構成材料は、３Ｄ物体の本体を建築する建築材料（building material）、建築材料を支持する支持材料（support material）および建築材料と支持材料の間に配置された緩衝材料（release material）を含むことができる。さらに詳しく説明すると、搬送面１１２に分配された構成材料は、３Ｄ物体１０を形成するために使用される建築材料を含むだけでなく、３Ｄ物体１０を支持する支持材料および建築材料と支持材料の間に配置された緩衝材料を含むことができる。さらに、搬送面１１２に分配された構成材料が固化した後、支持材料と緩衝材料を取り除いて、３Ｄ物体１０を得ることができる。

具体的に説明すると、材料供給スプール１３０は、熱融着性（thermofusible）構成材料から成る熱融着性固体スプールであってもよく、例えば、プリントヘッド１２０に配置された加熱ユニット１２６によって熱融着性固体スプールを加熱することにより、構成材料が溶融状態になる。次に、構成材料をプリントヘッド１２０から押し出し、搬送面１１２に層毎に積み重ねて、複数の構成材料層を形成する。そして、構成材料層に対して、例えば、固化および乾燥プロセスを行って、３Ｄ物体１０を形成する。もちろん、本発明の別の実施形態において、材料供給スプール１３０は、流体またはゲル状の構成材料をプリントヘッド１２０に収容および供給するパイプラインであってもよく、プリントヘッド１２０により流体またはゲル状の構成材料を押し出して、搬送面１１２に分配する。そして、流体またはゲル状の構成材料に対して、例えば、固化および乾燥プロセスを行って、３Ｄ物体１０を形成する。

以上に基づき、切換ユニット１４０は、構成材料の特性に基づいて、材料供給スプール１３０のうちの少なくとも１つをプリントヘッド１２０に選択的に接続するよう構成されてもよい。プリントヘッド１２０は、選択した材料供給スプール１３０の構成材料を搬送面１１２に層毎に分配して、複数の構成材料層を形成することができる。具体的に説明すると、複数の構成材料層は、互いに積み重ねられて、３Ｄ物体１０を形成する。詳しく説明すると、３Ｄプリンタ１００は、切換ユニット１４０に結合された制御ユニット１５０をさらに含んでもよい。制御ユニット１５０は、例えば、３Ｄモデルの特性パラメータを読み出すことにより、構成材料の特性に基づいて構成材料のうちの少なくとも１つを選択し、材料供給スプール１３０の構成材料に対応する材料供給スプール１３０をプリントヘッド１２０に接続するよう切換ユニット１４０を制御することができる。

本発明の１つの実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、図３に示すように、材料供給スプール１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄを含むことができる。具体的に説明すると、材料供給スプール１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄの構成材料の色特性は、互いに異なる。制御ユニット１５０は、例えば、３Ｄモデルの色特性パラメータを読み出すことにより、材料特性に基づいて構成材料の１つを選択し、選択した構成材料に対応する材料供給スプール１３０をプリントヘッド１２０に接続するよう切換ユニット１４０を制御することができる。例えば、材料供給スプール１３０ａの構成材料の色は、赤であり、材料供給スプール１３０ｂの構成材料の色は、黄色であり、材料供給スプール１３０ｃの構成材料の色は、青であり、材料供給スプール１３０ｄの構成材料の色は、白であり、３Ｄモデルの色特性パラメータは、赤である。そのため、制御ユニット１５０は、３Ｄモデルの色特性パラメータを読み出した後に、赤い構成材料を選択し、対応する材料供給スプール１３０ａをプリントヘッド１２０に接続するよう切換ユニット１４０を制御することによって、赤い構成材料がプリントヘッド１２０によって搬送面１１２に分配され、赤い３Ｄ物体１０を形成する。３Ｄプリンタ１００は、さらに、３Ｄ物体１０の製造中に切換ユニット１４０によって材料供給スプール１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄの間で切り換えを行い、３Ｄ物体１０の製造中に構成材料の異なる色間で切り換えを行うことができるため、製造される３Ｄ物体１０は、異なる色を有する。

本発明の別の実施形態において、材料供給スプール１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄの構成材料の材質特性は、互いに異なり、材質は、例えば、粉末、液体またはゲル状であってもよい。もちろん、本実施形態は、構成材料の材質を限定しない。制御ユニット１５０は、３Ｄモデルの材質特性パラメータを読み出すことにより、構成材料の材質特性に基づいて構成材料の１つを選択し、選択した構成材料に対応する材料供給スプール１３０をプリントヘッド１２０に接続するよう切換ユニット１４０を制御することができる。例えば、材料供給スプール１３０ａの構成材料の材質は、粉末であり、材料供給スプール１３０ｂの構成材料の材質は、液体であり、材料供給スプール１３０ｃの構成材料の材質は、ゲルである。制御ユニット１５０は、３Ｄモデルの材料特性パラメータを読み出した後に、ゲル状の構成材料を選択し、対応する材料供給スプール１３０ｃをプリントヘッド１２０に接続するよう切換ユニット１４０を制御するため、プリントヘッド１２０によって、ゲル状の構成材料が搬送面１１２に分配される。しかしながら、本分野において通常の知識を有する者であれば、本発明は、材料供給スプール１３０の数および材料供給スプール１３０に含まれる構成材料の種類と特性を限定しないことを理解すべきである。

本発明の別の実施形態において、プリントヘッド１２０は、図３に示すように、混合室１２２と、排出口１２４とをさらに含んでもよい。具体的に説明すると、排出口１２４は、混合室１２２に接続される。本実施形態において、材料供給スプール１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄの構成材料の色特性は、互いに異なる。さらに、切換ユニット１４０は、色特性に基づいて、材料供給スプール１３０のうちの少なくとも２つをプリントヘッド１２０に選択的に接続してもよい。さらに詳しく説明すると、制御ユニット１５０は、３Ｄモデルの色特性を読み出すことにより、構成材料の特性に基づいて構成材料のうちの少なくとも２つを選択し、選択した構成材料に対応する材料供給スプール１３０をプリントヘッド１２０に接続するよう切換ユニット１４０を制御することができる。次に、加熱ユニット１２６は、選択した材料供給スプール１３０の構成材料を溶融状態に加熱して、混合室１２２内で混合するよう構成される。構成材料は、混合された後、排出口１２４を介して搬送面１２２に分配される。

例えば、本実施形態において、材料供給スプール１３０ａの構成材料の色は、赤であり、材料供給スプール１３０ｂの構成材料の色は、黄色であり、材料供給スプール１３０ｃの構成材料の色は、青であり、材料供給スプール１３０ｄの構成材料の色は、白であり、３Ｄモデルの色特性パラメータは、例えば、緑である。制御ユニット１５０は、色特性パラメータを読み出して黄色と青の構成材料を選択し、対応する材料供給スプール１３０ｂおよび材料供給スプール１３０ｃをプリントヘッド１２０に接続するよう切換ユニット１４０を制御することができる。そして、加熱ユニット１２６により選択した材料供給スプール１３０ｂおよび材料供給スプール１３０ｃの構成材料を溶融状態に加熱することによって、選択した材料供給スプール１３０ｂおよび材料供給スプール１３０ｃの構成材料を混合室１２２内で混合することができる。次に、緑の構成材料は、混合された後にプリントヘッド１２０によって搬送面１１２に分配され、緑の３Ｄ物体１０を形成する。本実施形態において、構成材料の混合比は、例えば、制御ユニット１５０によって制御することができる。このようにして、３Ｄプリンタ１００によって製造された３Ｄ物体１０の色は、より現実的であり、且つ多様性を有することができる。さらに、３Ｄプリンタ１００は、３Ｄ物体１０の製造中に切換ユニット１４０によって材料供給スプール１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃおよび１３０ｄの間で切り換えを行い、３Ｄ物体１０の製造中に構成材料の異なる色間で切り換えを行うことができるため、製造される３Ｄ物体１０は、複数の異なる色を有する。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

本発明の３Ｄプリンタは、複数の材料供給スプールを含む。材料供給スプールは、互いに異なる特性を有する複数の構成材料を含む。さらに、制御ユニットは、複数の構成材料の特性に基づいて複数の構成材料のうちの少なくとも１つを選択し、対応する材料供給スプールをプリントヘッドに接続するよう切換ユニットを制御するため、選択した構成材料がプリントヘッドによってベースの上に層毎に分配され、３Ｄ物体を形成する。このようにして、３Ｄプリンタは、必要以上の手動操作を行わなくても、製造したい３Ｄ物体の色または材料を自動的に選択し、切り換えることができる。その結果、３Ｄプリンタの利用可能性および印刷柔軟性を大幅に向上させることができる。

１０３Ｄ物体
１００３Ｄプリンタ
１１０ベース
１１２搬送面
１２０プリントヘッド
１２２混合室
１２４排出口
１２６加熱ユニット
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ材料供給スプール
１４０切換ユニット
１５０制御ユニット
２００コンピュータホスト

Claims

搬送面を有するベースと、
前記ベースの上に配置されたプリントヘッドと、
互いに異なる複数の特性を有する複数の構成材料をそれぞれ含む複数の材料供給スプールと、
前記複数の特性に基づいて、前記材料供給スプールのうちの少なくとも１つを前記プリントヘッドに選択的に接続するよう構成された切換ユニットと
を含み、選択した前記材料供給スプールの前記複数の構成材料が、前記プリントヘッドによって前記搬送面に分配される３Ｄプリンタ。
前記切換ユニットに結合された制御ユニットをさらに含み、前記制御ユニットが、前記複数の特性に基づいて前記複数の構成材料のうちの少なくとも１つを選択し、前記選択した材料供給スプールを前記プリントヘッドに接続するよう前記切換ユニットを制御する請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
前記複数の特性が、色または材質を含む請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
各前記構成材料の前記材質が、粉末、液体またはゲルを含む請求項３に記載の３Ｄプリンタ。
前記プリントヘッドが、前記選択した材料供給スプールの前記複数の構成材料を前記搬送面に層毎に分配して、複数の構成材料層を形成し、前記複数の構成材料層が、互いに積み重ねられて、３Ｄ物体を形成する請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
前記切換ユニットが、前記複数の特性に基づいて、前記材料供給スプールのうちの１つを前記プリントヘッドに選択的に接続する請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
前記切換ユニットが、前記複数の特性に基づいて、前記材料供給スプールのうちの少なくとも２つを前記プリントヘッドに選択的に接続する請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
前記複数の特性が、色を含む請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
前記プリントヘッドが、さらに、混合室と、前記混合室に接続された排出口とを含み、前記選択した材料供給スプールの前記複数の構成材料が、前記混合室内で混合され、前記排出口を介して前記搬送面に分配される請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
前記選択した材料供給スプールの前記構成材料を溶融状態に加熱して、前記構成材料を前記混合室内で混合するよう構成された加熱ユニットをさらに含む請求項９に記載の３Ｄプリンタ。