JP2015066714A - Laminate forming method and laminate forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層造形方法および積層造形装置に関する。 The present invention relates to an additive manufacturing method and an additive manufacturing apparatus.
従来、3次元形状の立体モデルを積層造形する方法として、UV硬化樹脂を立体モデルの断面形状にレーザーで硬化させて各層を形成する光造形法、粉末材料をレーザーで溶着し固化させて各層を形成する粉末焼結法、熱可塑性材料を加熱しノズルから押し出して堆積させることにより各層を形成する溶融物堆積法、紙などのシート材をモデルの断面形状にカットして積層し接着することにより形成するシート積層法、などが提案されている。 Conventionally, as a method for layered modeling of a three-dimensional model of a three-dimensional shape, an optical modeling method in which each layer is formed by curing a UV curable resin to a cross-sectional shape of a three-dimensional model, and a powder material is welded and solidified by laser. Powder sintering method to form, melt deposition method to form each layer by heating and extruding the thermoplastic material from the nozzle, and by cutting and stacking the sheet material such as paper into the model cross-sectional shape and bonding A sheet lamination method to be formed has been proposed.
特許文献1には、電子写真方式による積層造形装置において、ヒートロールにより感光体や中間転写体上で帯電性粉体をシート状に形成し、このシート状帯電性粉体を積層することで積層造形をする方法が開示されている。
In
しかしながら、特許文献1に開示される技術では、精度を維持したまま、より高速に積層造形を行おうとしたときに、安定して積層造形ができなくなる場合があるという課題があった。具体的には、より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることや、一層の形成に必要な時間(例えば、特許文献1に開示される技術では、帯電性粉体をシート状にするための加熱・押圧時間)をより短縮することが有効である。これに対し、特許文献1に開示される技術では、このシート状帯電性粉体を形成する工程が、帯電性粉体をヒートロールによって一方の方向から加熱・押圧する方法であるため、一層あたりの層厚をより厚くし、高速に処理しようとした場合に、厚み方向に均一な溶融状態が得られなくなってしまうという問題が発生した。その結果、層厚がばらついてしまったり、積層後に層間剥離が発生してしまったりするという問題が発生した。
However, in the technique disclosed in
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples or forms.
[適用例1] 本適用例に係る積層造形方法は、物体の断面形状データに基づき樹脂粒子を転写媒体の表面に付与し粒子パターンを形成する粒子パターン形成工程と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化工程と、前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する転写工程と、を含むことを特徴とする。 [Application Example 1] The additive manufacturing method according to this application example includes a particle pattern forming step in which resin particles are applied to the surface of a transfer medium based on cross-sectional shape data of an object to form a particle pattern, and the particle pattern is formed. A melting step for heating and melting resin particles from one surface of the particle pattern, and a smoothing for heating and smoothing the resin particles forming the particle pattern from the other surface of the particle pattern to form a molten pattern And a transfer step of transferring and laminating the melt pattern from the transfer medium.
本適用例による積層造形方法は、物体の断面形状データに基づき樹脂粒子を転写媒体の表面に付与し粒子パターンを形成する粒子パターン形成工程を含む。従って、より微細な樹脂粒子を活用することで、より高精細・高精度な潜像を形成することができる。
また、粒子パターンを形成する樹脂粒子を粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、粒子パターンを形成する樹脂粒子を粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化工程と、溶融パターンを転写媒体から転写して積層する転写工程とを含む。より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることが有効であり、本適用例のように、粒子パターンの両面から加熱し溶融させる工程を有することにより、層厚を厚く形成した粒子パターンであっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子を平滑化し、平滑化された粒子パターンを転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。
以上のように、本適用例による積層造形方法によれば、より高速に高精度で積層構造体を造形することができる。
The additive manufacturing method according to this application example includes a particle pattern forming step of forming a particle pattern by applying resin particles to the surface of a transfer medium based on cross-sectional shape data of an object. Therefore, by using finer resin particles, a higher-definition and high-accuracy latent image can be formed.
In addition, a melting process for heating and melting the resin particles forming the particle pattern from one surface of the particle pattern, and heating and smoothing the resin particles forming the particle pattern from the other surface of the particle pattern to form a molten pattern And a transfer step of transferring and laminating the molten pattern from the transfer medium. In order to perform additive manufacturing at a higher speed, it is effective to increase the layer thickness per layer, and as in this application example, by having a step of heating and melting from both sides of the particle pattern, the layer thickness can be increased. Even with a thick particle pattern, the resin particles can be melted more uniformly in the thickness direction. As a result, delamination caused by insufficiently melted resin particles after lamination is suppressed. In addition, since the layered modeling is performed by smoothing the resin particles melted more uniformly and transferring and layering the smoothed particle pattern, the layered modeling with higher accuracy can be performed.
As described above, according to the layered manufacturing method according to this application example, the layered structure can be formed at higher speed and with higher accuracy.
[適用例2] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターンは、前記樹脂粒子が複数層重なるようにして構成され、前記一方の面は、前記樹脂粒子が前記転写媒体の表面に接する面であり、前記他方の面は、複数層重なる前記樹脂粒子の最表面であることが好ましい。 Application Example 2 In the additive manufacturing method according to the application example, the particle pattern is configured such that the resin particles overlap each other, and the one surface is in contact with the surface of the transfer medium. Preferably, the other surface is the outermost surface of the resin particles that are stacked in multiple layers.
本適用例によれば、積層構造体を造形する一層あたりの層厚を厚くすることができ、また、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、より高速に積層造形を行うことができ、また、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。 According to this application example, it is possible to increase the layer thickness per layer for forming the laminated structure, and it is possible to melt the resin particles more uniformly in the thickness direction. As a result, layered modeling can be performed at a higher speed, and delamination due to insufficiently melted resin particles is suppressed after lamination.
[適用例3] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記転写媒体の表面は曲面であり、前記溶融パターンが転写されるステージは平面であり、前記転写工程は、前記転写媒体を前記ステージの方向に押圧しながら、あるいは、前記ステージを前記転写媒体の方向に押圧しながら、前記転写媒体と前記ステージとの押圧点を移動させることにより、前記溶融パターンを、前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧しながら転写して積層することを特徴とする。 Application Example 3 In the additive manufacturing method according to the application example described above, the surface of the transfer medium is a curved surface, the stage to which the melt pattern is transferred is a flat surface, and the transfer step includes transferring the transfer medium to the stage. By moving the pressing point between the transfer medium and the stage while pressing in the direction or while pressing the stage in the direction of the transfer medium, the melting pattern is moved to the stage or the stage first. It is characterized in that it is transferred and laminated while being pressed and pressed against the surface layer portion of the melt pattern which has been transferred and laminated and cooled and solidified or has started to solidify.
本適用例によれば、曲面で構成される転写媒体の表面に形成された溶融パターンが曲率分離されることで、よりスムーズに転写媒体の表面から剥離するため、よりスムーズに転写・積層させることができる。 According to this application example, the melted pattern formed on the surface of the transfer medium composed of curved surfaces is separated from the surface of the transfer medium by curvature separation, so that the transfer and lamination can be performed more smoothly. Can do.
[適用例4] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、前記樹脂粒子を帯電させる帯電工程と、帯電した前記樹脂粒子を電界加速して前記転写媒体の表面に到達させる静電吐出工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 4 In the additive manufacturing method according to the application example, the particle pattern forming step includes a charging step of charging the resin particles and an electric field acceleration of the charged resin particles to reach the surface of the transfer medium. And an electrostatic discharge step.
本適用例のように、樹脂粒子を帯電させ、帯電した樹脂粒子を電界加速して転写媒体の表面に到達させるようにすることで、より高精度に、且つより簡単に積層構造体の造形ができるようになる。具体的には、より微細な樹脂粒子を活用し、樹脂粒子を電界加速する電界の制御をより高速に行い選択的に樹脂粒子を吐出することで、転写媒体の表面に直接描画することができ、また、より高精細・高精度な粒子パターンを形成することができる。より高精細・高精度に形成された粒子パターンが、厚み方向に、より均一に高精度で積層されるため、より高精細・高精度な積層構造体を造形することができる。 As in this application example, by charging the resin particles and accelerating the charged resin particles to reach the surface of the transfer medium by electric field acceleration, modeling of the laminated structure can be performed more accurately and more easily. become able to. Specifically, by using finer resin particles and controlling the electric field to accelerate the electric field of the resin particles at a higher speed and selectively discharging the resin particles, it is possible to draw directly on the surface of the transfer medium. In addition, it is possible to form a particle pattern with higher definition and higher accuracy. Since the particle pattern formed with higher definition and higher accuracy is stacked more uniformly and with higher accuracy in the thickness direction, a higher definition and higher accuracy stacked structure can be formed.
[適用例5] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、電子写真方式によることを特徴とする。 Application Example 5 In the additive manufacturing method according to the application example, the particle pattern forming step is based on an electrophotographic method.
本適用例によれば、電子写真方式により形成された粒子パターンが、厚み方向に、より均一に高精度で積層されるため、より高精細・高精度な積層構造体を造形することができる。 According to this application example, since the particle pattern formed by the electrophotographic method is laminated more uniformly with high accuracy in the thickness direction, a higher-definition and high-precision laminated structure can be formed.
[適用例6] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記溶融工程は、電磁加熱により前記転写媒体を加熱することにより行うことが好ましい。 Application Example 6 In the additive manufacturing method according to the application example, it is preferable that the melting step is performed by heating the transfer medium by electromagnetic heating.
本適用例のように、転写媒体を電磁加熱により加熱する方式とすることにより、転写媒体自体が発熱するため、転写媒体の表面に形成された粒子パターンを、一方の面(転写媒体の側)から確実に加熱・溶融させることができる。また、転写媒体全体を発熱させることなく、電磁波により渦電流を発生させる部位に集中して発熱させることができるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。 Since the transfer medium itself generates heat by adopting a method in which the transfer medium is heated by electromagnetic heating as in this application example, the particle pattern formed on the surface of the transfer medium is transferred to one side (the side of the transfer medium). Can be reliably heated and melted. In addition, since the entire transfer medium can generate heat in a concentrated manner at a site where eddy current is generated by electromagnetic waves without generating heat, heating and melting can be performed more effectively.
[適用例7] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記樹脂粒子は、色材を有していることが好ましい。 Application Example 7 In the additive manufacturing method according to the application example, it is preferable that the resin particles have a color material.
本適用例のように、樹脂粒子が色材を有することで、積層造形装置は、彩色された積層構造体を造形することができる。 As in this application example, the resin particle has a color material, so that the layered manufacturing apparatus can model a colored layered structure.
[適用例8] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、前記転写媒体の表面に形成される前記粒子パターンの厚さが所定の厚さとなるように、前記樹脂粒子を複数層重ねて付与することが好ましい。 Application Example 8 In the additive manufacturing method according to the application example, in the particle pattern forming step, the resin particles are formed so that the particle pattern formed on the surface of the transfer medium has a predetermined thickness. It is preferable to apply a plurality of layers.
本適用例のように、粒子パターン形成工程は、転写媒体の表面に形成される粒子パターンの厚さが所定の厚さとなるように、樹脂粒子を複数層重ねて付与することで、溶融パターンの厚さが所定の厚さとなり、溶融パターンが積層される積層構造体の寸法をより高精度にコントロールすることができる。つまり、本適用例によれば、より高速で、より高精細・高精度の積層造形方法、また積層造形方法装置を提供することができる。 As in this application example, in the particle pattern forming step, a plurality of layers of resin particles are applied so that the thickness of the particle pattern formed on the surface of the transfer medium becomes a predetermined thickness. The thickness becomes a predetermined thickness, and the dimension of the laminated structure on which the melt pattern is laminated can be controlled with higher accuracy. That is, according to this application example, it is possible to provide a layered modeling method and a layered modeling method apparatus with higher speed, higher definition, and higher accuracy.
[適用例9] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記樹脂粒子は、導電材を有していることを特徴とする。 Application Example 9 In the additive manufacturing method according to the application example, the resin particles have a conductive material.
本適用例によれば、転写媒体の加熱と同時に樹脂粒子が有する導電材も発熱するため、樹脂粒子をより効率的に溶融させることができる。 According to this application example, since the conductive material of the resin particles also generates heat simultaneously with the heating of the transfer medium, the resin particles can be melted more efficiently.
[適用例10] 上記適用例に係る積層造形方法において、前記粒子パターン形成工程は、色彩の異なる前記色材を有する複数の前記樹脂粒子によって前記粒子パターンを形成することが好ましい。 Application Example 10 In the additive manufacturing method according to the application example, it is preferable that the particle pattern forming step forms the particle pattern with a plurality of the resin particles having the color material having different colors.
本適用例のように、色彩の異なる色材を有する複数の樹脂粒子によって粒子パターンを形成することで、彩色された積層構造体を造形することができる。 Like this application example, a colored laminated structure can be modeled by forming a particle pattern with a plurality of resin particles having different color materials.
[適用例11] 本適用例に係る積層造形装置は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子を吐出する吐出ヘッドと、吐出された前記樹脂粒子を捕捉することで、その表面に前記樹脂粒子による粒子パターンが形成される転写媒体と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融部と、前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化部と、前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する造形部と、を備えることを特徴とする。 [Application Example 11] The additive manufacturing apparatus according to this application example includes a discharge head that selectively discharges resin particles based on cross-sectional shape data of an object, and captures the discharged resin particles so that the surface thereof A transfer medium on which a particle pattern of resin particles is formed; a melting part that heats and melts the resin particles that form the particle pattern from one surface of the particle pattern; and the resin particles that form the particle pattern A smoothing unit that heats and smoothes the other side of the particle pattern to form a molten pattern, and a modeling unit that transfers and stacks the molten pattern from the transfer medium.
本適用例による積層造形装置は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子を吐出する吐出ヘッドと、吐出された樹脂粒子を捕捉することで、その表面に樹脂粒子による粒子パターンが形成される転写媒体とを備える。従って、より微細な樹脂粒子を活用することで、より高精細・高精度な粒子パターンを形成することができる。
また、本適用例による積層造形装置は、粒子パターンを形成する樹脂粒子を粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融部と、粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化部と、溶融パターンを転写媒体から転写して積層する造形部とを備える。より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることが有効であり、本適用例のように、粒子パターンの両面から加熱し溶融させる構成とすることにより、層厚を厚く形成した粒子パターンであっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子を平滑化し、平滑化された粒子パターンを転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。
以上のように、本適用例による積層造形装置によれば、より高速に高精度で積層構造体を造形することができる。
The additive manufacturing apparatus according to this application example has a discharge head that selectively discharges resin particles based on cross-sectional shape data of an object, and a particle pattern of resin particles is formed on the surface by capturing the discharged resin particles. A transfer medium. Therefore, a finer and more precise particle pattern can be formed by utilizing finer resin particles.
The additive manufacturing apparatus according to this application example also includes a melting part that heats and melts resin particles forming a particle pattern from one surface of the particle pattern, and heats and smoothes the molten pattern from the other surface of the particle pattern. A smoothing part to be formed and a modeling part for transferring and laminating the molten pattern from the transfer medium are provided. In order to perform additive manufacturing at a higher speed, it is effective to increase the layer thickness per layer.As in this application example, the layer thickness is reduced by heating and melting from both sides of the particle pattern. Even with a thick particle pattern, the resin particles can be melted more uniformly in the thickness direction. As a result, delamination caused by insufficiently melted resin particles after lamination is suppressed. In addition, since the layered modeling is performed by smoothing the resin particles melted more uniformly and transferring and layering the smoothed particle pattern, the layered modeling with higher accuracy can be performed.
As described above, according to the layered manufacturing apparatus according to this application example, it is possible to model the layered structure at higher speed and with higher accuracy.
[適用例12] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記溶融部は、前記転写媒体を加熱するヒーター部を備え、前記平滑化部は、ヒートローラーを備えることを特徴とする。 Application Example 12 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, the melting unit includes a heater unit that heats the transfer medium, and the smoothing unit includes a heat roller.
本適用例のように、溶融部が、転写媒体を加熱するヒーター部を備え、平滑化部が、ヒートローラーを備えることにより、粒子パターンの両面から加熱し溶融させる構成とすることができ、層厚を厚く形成した粒子パターンであっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子を平滑化し、平滑化された粒子パターンを転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。 As in this application example, the melting unit includes a heater unit that heats the transfer medium, and the smoothing unit includes a heat roller so that the particle pattern can be heated and melted from both sides, Even with a thick particle pattern, the resin particles can be more uniformly melted in the thickness direction. As a result, delamination caused by insufficiently melted resin particles after lamination is suppressed. In addition, since the layered modeling is performed by smoothing the resin particles melted more uniformly and transferring and layering the smoothed particle pattern, the layered modeling with higher accuracy can be performed.
[適用例13] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記ヒーター部は、電磁加熱方式により前記転写媒体を加熱することが好ましい。 Application Example 13 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, it is preferable that the heater unit heats the transfer medium by an electromagnetic heating method.
本適用例のように、転写媒体を電磁加熱により加熱する方式とすることにより、転写媒体自体が発熱するため、転写媒体の表面に形成された粒子パターンを、一方の面(転写媒体の側)から確実に加熱・溶融させることができる。また、転写媒体全体を発熱させることなく、電磁波により渦電流を発生させる部位に集中して発熱させることができるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。 Since the transfer medium itself generates heat by adopting a method in which the transfer medium is heated by electromagnetic heating as in this application example, the particle pattern formed on the surface of the transfer medium is transferred to one side (the side of the transfer medium). Can be reliably heated and melted. In addition, since the entire transfer medium can generate heat in a concentrated manner at a site where eddy current is generated by electromagnetic waves without generating heat, heating and melting can be performed more effectively.
[適用例14] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記ヒートローラーは、電磁加熱方式の熱源を備えることが好ましい。 Application Example 14 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, it is preferable that the heat roller includes an electromagnetic heating type heat source.
本適用例のように、ヒートローラーが備える電磁加熱方式の熱源によって、ヒートローラーおよび転写媒体の双方が発熱し、粒子パターンは表裏両面から加熱されるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。また、この表裏同時加熱においては、ヒートローラーの加熱エネルギーをより大きく構成することが容易であり、ヒートローラーに接する粒子パターンの面(他方の面)をより効果的に溶融させることができる。粒子パターンの他方の面は、先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に積層する当接面であるため、この冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分を再溶解させながら積層させることなど、より効果的に転写・積層を行うことができる。 As in this application example, both the heat roller and the transfer medium generate heat and the particle pattern is heated from both front and back surfaces by the electromagnetic heating system heat source provided in the heat roller. Can do. Moreover, in this front and back simultaneous heating, it is easy to make the heating energy of the heat roller larger, and the surface (the other surface) of the particle pattern in contact with the heat roller can be more effectively melted. The other surface of the particle pattern is an abutting surface that has been previously transferred and laminated and cooled and solidified, or is laminated on the surface layer portion of the molten pattern that has started to cool and solidify. Transfer and lamination can be performed more effectively, for example, by laminating while redissolving the surface layer portion of the pattern.
[適用例15] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記吐出ヘッドは、第1電極と、吐出口と、樹脂粒子を帯電させる帯電機構と、帯電した前記樹脂粒子を前記第1電極の表面に並べ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層を形成する帯電樹脂粒子層形成機構と、前記第1電極を移動して前記帯電樹脂粒子層を前記吐出口に搬送する搬送機構と、前記吐出口に備えられた第3電極と、を備え、前記転写媒体は、前記吐出口に対向し相対移動可能に設けられ、第2電極を構成し、前記吐出口に移動した前記第1電極と、前記吐出口に移動した前記第1電極と前記第2電極との間に位置する前記第3電極とで形成する電界により、前記帯電樹脂粒子層に含まれる前記樹脂粒子を電界加速して前記吐出口から吐出し、前記第3電極と前記第2電極とで形成する電界により、吐出された前記樹脂粒子を前記第2電極に到達させることにより前記転写媒体の表面に前記粒子パターンを形成することを特徴とする。 Application Example 15 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, the discharge head includes a first electrode, a discharge port, a charging mechanism that charges resin particles, and the charged resin particles on the surface of the first electrode. A charged resin particle layer forming mechanism that forms a charged resin particle layer in a predetermined thickness, a transport mechanism that moves the first electrode and transports the charged resin particle layer to the discharge port, and the discharge port A third electrode provided to the discharge port, and the transfer medium is provided to be opposed to the discharge port so as to be relatively movable, constitute a second electrode, and the first electrode moved to the discharge port; The electric field of the resin particles contained in the charged resin particle layer is accelerated by an electric field formed by the third electrode positioned between the first electrode and the second electrode moved to the discharge port, and the discharge port The third electrode and the second electrode, By an electric field formed, and forming the particles pattern on the surface of the transfer medium by the discharged the resin particles be made to reach the second electrode.
本適用例によれば、吐出ヘッドは、第1電極と、吐出口と、樹脂粒子を帯電させる帯電機構と、帯電した樹脂粒子を第1電極の表面に並べ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層を形成する帯電樹脂粒子層形成機構と、第1電極を移動して帯電樹脂粒子層を吐出口に搬送する搬送機構とを備えている。
つまり、本適用例によれば、樹脂粒子が吐出される吐出口に、所定の厚さの帯電樹脂粒子層として形成された樹脂粒子が供給される。
According to this application example, the discharge head includes the first electrode, the discharge port, a charging mechanism for charging the resin particles, and the charged resin particles arranged on the surface of the first electrode so that the charged resin particles have a predetermined thickness. A charging resin particle layer forming mechanism for forming the layer; and a transport mechanism for moving the first electrode to transport the charged resin particle layer to the discharge port.
That is, according to this application example, resin particles formed as a charged resin particle layer having a predetermined thickness are supplied to the discharge port from which the resin particles are discharged.
また、吐出ヘッドは、吐出口に備えられた第3電極を備え、転写媒体は、吐出口に対向し相対移動可能に設けられ、第2電極を構成している。吐出口に移動した第1電極と、この第1電極と第2電極との間に位置する第3電極とで形成する電界により、帯電樹脂粒子層に含まれる樹脂粒子を電界加速して吐出口から吐出し、第3電極と第2電極とで形成する電界により、吐出された樹脂粒子を第2電極に到達させることにより転写媒体の表面に粒子パターンを形成する。
つまり、所定の厚さの帯電樹脂粒子層として第1電極の表面に並ぶ樹脂粒子が、第1電極と吐出口に備えられた第3電極とで形成される電界によって電界加速され吐出される。電界加速される対象領域の樹脂粒子が所定の厚さに並んでいるため、吐出される樹脂粒子(あるいは樹脂粒子群)の量のバラツキが低減される。その結果、第3電極と第2電極とで形成する電界により、第2電極に到達する樹脂粒子の量は一定の範囲にコントロールされる。すなわち、第2電極(転写媒体)に形成される粒子パターンの厚みが一定の範囲にコントロールされる。
In addition, the ejection head includes a third electrode provided at the ejection port, and the transfer medium is provided to be opposed to the ejection port so as to be relatively movable, and constitutes a second electrode. The electric field formed by the first electrode moved to the discharge port and the third electrode positioned between the first electrode and the second electrode accelerates the electric field of the resin particles contained in the charged resin particle layer, thereby discharging the discharge port. The particle pattern is formed on the surface of the transfer medium by causing the discharged resin particles to reach the second electrode by the electric field formed by the third electrode and the second electrode.
That is, the resin particles arranged on the surface of the first electrode as a charged resin particle layer having a predetermined thickness are discharged by being accelerated by an electric field formed by the first electrode and the third electrode provided at the discharge port. Since the resin particles in the target area subjected to the electric field acceleration are arranged in a predetermined thickness, variation in the amount of the discharged resin particles (or resin particle groups) is reduced. As a result, the amount of resin particles reaching the second electrode is controlled within a certain range by the electric field formed by the third electrode and the second electrode. That is, the thickness of the particle pattern formed on the second electrode (transfer medium) is controlled within a certain range.
以上のように、本適用例による積層造形装置によれば、溶融パターンを形成する粒子パターンの寸法がより高精度にコントロールされるため、より高精細・高精度の積層造形を行うことができる。 As described above, according to the additive manufacturing apparatus according to this application example, since the size of the particle pattern forming the molten pattern is controlled with higher accuracy, it is possible to perform additive manufacturing with higher definition and higher accuracy.
[適用例16] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記造形部は、前記吐出口に対向した位置から移動した前記転写媒体に対向し相対移動可能に設けられたステージと、前記溶融パターンを前記転写媒体から前記ステージに転写して積層する積層機構と、を備えることを特徴とする。 Application Example 16 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, the modeling unit includes a stage that is provided so as to be relatively movable facing the transfer medium moved from a position facing the discharge port, and the melt pattern. A laminating mechanism for transferring and laminating from the transfer medium to the stage.
本適用例によれば、造形部は、吐出口に対向した位置から移動した転写媒体に対向し相対移動可能に設けられたステージと、溶融パターンを転写媒体からステージに転写して積層する積層機構とを備えている。つまり、造形部は、厚みが一定の範囲にコントロールされた溶融パターンを転写媒体からステージに転写して積層し、積層構造体を造形する。溶融パターンが積層される積層構造体の寸法がより高精度にコントロールされるため、より高精細・高精度の積層造形を行うことができる。 According to this application example, the modeling unit has a stage that faces the transfer medium moved from a position facing the ejection port and is relatively movable, and a stacking mechanism that transfers and melts the molten pattern from the transfer medium to the stage. And. That is, the modeling unit transfers the molten pattern, whose thickness is controlled within a certain range, from the transfer medium to the stage and stacks it to model the stacked structure. Since the dimension of the laminated structure on which the molten pattern is laminated is controlled with higher accuracy, it is possible to carry out higher-precision and high-precision laminated modeling.
[適用例17] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記帯電樹脂粒子層形成機構により所定の厚さに形成された前記帯電樹脂粒子層に含まれる前記樹脂粒子が、前記第3電極に印加される電圧により、選択的に吐出され前記第2電極に到達することにより、前記転写媒体の表面に形成される前記溶融パターンの層厚が所定の厚みに制御されることを特徴とする。 Application Example 17 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, the resin particles included in the charged resin particle layer formed to have a predetermined thickness by the charged resin particle layer forming mechanism are applied to the third electrode. The thickness of the melt pattern formed on the surface of the transfer medium is controlled to a predetermined thickness by selectively discharging and reaching the second electrode by the applied voltage.
本適用例によれば、第3電極に印加する電圧(電位)を制御することにより、帯電樹脂粒子層に含まれる樹脂粒子を選択的に吐出して第2電極に到達させる。例えば、マイナスに帯電させた樹脂粒子を第1電極の表面に並べ、吐出口に備える第3電極を第1電極に対し必要充分なプラス電位とすることで生じる電界によって樹脂粒子を第1電極から剥離し加速することができる。また、さらに転写媒体(第2電極)を第3電極に対してプラス電位とすることで、第1電極から吐出口を経由し吐出された樹脂粒子を、転写媒体に到達させることができる。このように、第3電極に印加する電圧を制御することで、樹脂粒子の吐出制御(吐出の有無、吐出のタイミングなど)を行うことができ、例えば、次々と供給される帯電した樹脂粒子を吐出制御しながら、吐出口に対して相対移動する転写媒体に到達(付着)させることで、転写媒体の表面に樹脂粒子による画像(粒子パターン)を形成することができる。 According to this application example, by controlling the voltage (potential) applied to the third electrode, the resin particles contained in the charged resin particle layer are selectively ejected to reach the second electrode. For example, resin particles charged negatively are arranged on the surface of the first electrode, and the resin particles are removed from the first electrode by an electric field generated by setting the third electrode provided in the discharge port to a necessary and sufficient positive potential with respect to the first electrode. It can be exfoliated and accelerated. Further, by setting the transfer medium (second electrode) to a positive potential with respect to the third electrode, the resin particles discharged from the first electrode via the discharge port can reach the transfer medium. In this way, by controlling the voltage applied to the third electrode, it is possible to control the ejection of resin particles (whether ejection is performed, ejection timing, etc.). For example, charged resin particles that are supplied one after another are controlled. An image (particle pattern) made of resin particles can be formed on the surface of the transfer medium by reaching (attaching) the transfer medium that moves relative to the discharge port while controlling the discharge.
[適用例18] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記吐出ヘッドを複数備え、複数の前記吐出ヘッドが吐出するそれぞれの前記樹脂粒子は、それぞれに色彩の異なる色材を有していることが好ましい。 Application Example 18 In the additive manufacturing apparatus according to the application example described above, a plurality of the discharge heads are provided, and each of the resin particles discharged by the plurality of discharge heads has a color material having a different color. Is preferred.
本適用例のように、色彩の異なる色材を有する複数の樹脂粒子によって粒子パターンを形成することで、彩色された積層構造体を造形することができる。 Like this application example, a colored laminated structure can be modeled by forming a particle pattern with a plurality of resin particles having different color materials.
[適用例19] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記樹脂粒子は、導電材を有していることを特徴とする。 Application Example 19 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, the resin particles have a conductive material.
本適用例によれば、転写媒体の加熱と同時に樹脂粒子が有する導電材も発熱するため、樹脂粒子をより効率的に溶融させることができる。 According to this application example, since the conductive material of the resin particles also generates heat simultaneously with the heating of the transfer medium, the resin particles can be melted more efficiently.
[適用例20] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記転写媒体は、円柱側面形状に構成され、前記積層機構は、前記転写媒体を軸回りに回転移動する第1移動機構と、前記ステージを前記転写媒体の回転移動の接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構と、を備え、前記転写媒体の回転移動と、前記ステージの移動とが同期して、前記転写媒体を軸回りに回転移動させながら、前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする。 Application Example 20 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, the transfer medium is configured to have a cylindrical side surface shape, and the stacking mechanism includes a first movement mechanism that rotates the transfer medium around an axis, and the stage. And a second moving mechanism for moving the transfer medium in a direction tangential to the rotational movement of the transfer medium and a direction intersecting the tangential direction, and the transfer movement of the transfer medium and the movement of the stage are synchronized with each other. While the medium is rotated around the axis, the molten pattern is transferred and laminated by being pressed onto the stage or the surface layer portion of the molten pattern that has been transferred and laminated to the stage and cooled or solidified, or has started to solidify. It is characterized by doing.
本適用例によれば、転写媒体は、円柱側面形状に構成されている。また、積層機構は、転写媒体を軸回りに回転移動する第1移動機構と、ステージを転写媒体の回転移動の接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構とを備え、転写媒体の回転移動とステージの移動とが同期して転写媒体を軸回りに回転移動させながら、溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する。
転写媒体の回転移動とステージの移動とが同期しているため、積層する溶融パターンに発生する位置ズレを抑制することができる。また、円柱側面形状の転写媒体の表面に形成された溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する構成のため、溶融パターンが曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。
According to this application example, the transfer medium is configured to have a cylindrical side surface shape. The stacking mechanism includes a first moving mechanism that rotates the transfer medium about an axis, and a second moving mechanism that moves the stage in a tangential direction of the rotational movement of the transfer medium and a direction intersecting the tangential direction. While the rotational movement of the medium and the movement of the stage are synchronized, the transfer medium is rotated around the axis, and the molten pattern is transferred and laminated on the stage first and then cooled and solidified, or the surface layer of the molten pattern that has started to cool and solidify It is transferred and laminated by pressing the part.
Since the rotational movement of the transfer medium and the movement of the stage are synchronized, it is possible to suppress the positional deviation that occurs in the laminated melt pattern. In addition, the melt pattern formed on the surface of the cylindrical side surface-shaped transfer medium is transferred and laminated by pressing it onto the surface or the surface layer portion of the melt pattern that has been transferred and laminated on the stage and cooled or solidified or has started to solidify. Therefore, the melt pattern can be transferred and laminated more smoothly by separating the curvature of the curvature.
[適用例21] 上記適用例に係る積層造形装置において、前記転写媒体は、環状ベルトの形状に構成され、前記積層機構は、前記転写媒体をベルト駆動する第1移動機構と、前記転写媒体の環状ベルトの内側から押圧するローラーと、前記ステージを、前記ローラーと前記転写媒体の環状ベルトとの接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構と、を備え、前記転写媒体のベルト駆動と、前記ステージの移動とが同期して、前記転写媒体をベルト駆動させながら、前記ローラーにより前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする。 Application Example 21 In the additive manufacturing apparatus according to the application example, the transfer medium is configured in the shape of an annular belt, and the stacking mechanism includes a first moving mechanism that drives the transfer medium in a belt, and the transfer medium. A roller that presses from the inside of the annular belt; and a second moving mechanism that moves the stage in a tangential direction between the roller and the annular belt of the transfer medium and in a direction crossing the tangential direction, and the transfer medium The belt drive and the movement of the stage are synchronized, and while the transfer medium is driven by the belt, the molten pattern is transferred and laminated on the stage or the stage by the roller and cooled or solidified. It is characterized by transferring and laminating by pressing to the surface layer portion of the molten pattern that has started.
本適用例によれば、転写媒体は、環状ベルトの形状に構成されている。また、積層機構は、転写媒体をベルト駆動する第1移動機構と、転写媒体の環状ベルトの内側から押圧するローラーと、ステージを、ローラーと転写媒体の環状ベルトとの接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構とを備え、転写媒体のベルト駆動と、ステージの移動とが同期して、転写媒体をベルト駆動させながら、ローラーにより溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する。
転写媒体のベルト駆動とステージの移動とが同期しているため、積層する溶融パターンに発生する位置ズレを抑制することができる。また、ローラーにより押圧されたベルト(転写媒体)の表面に形成された溶融パターンをステージあるいはステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層する構成のため、溶融パターンが曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。
According to this application example, the transfer medium is configured in the shape of an annular belt. Further, the stacking mechanism intersects the tangential direction and the tangential direction of the first moving mechanism for driving the belt of the transfer medium, the roller for pressing the transfer medium from the inside of the annular belt, and the stage. A second moving mechanism that moves in a moving direction, and the belt driving of the transfer medium and the movement of the stage are synchronized, and the transfer pattern is transferred to the stage by the roller while the transfer medium is driven by the belt. Then, it is transferred and laminated by pressing on the surface layer portion of the melt pattern that has been cooled and solidified or has started to solidify.
Since the belt driving of the transfer medium and the movement of the stage are synchronized, it is possible to suppress the positional deviation that occurs in the laminated melt pattern. Also, by pressing the melt pattern formed on the surface of the belt (transfer medium) pressed by the roller onto the stage or the surface layer portion of the melt pattern that has been transferred and laminated on the stage and cooled or solidified, or has started to cool and solidify Due to the structure of transferring and laminating, the melt pattern can be transferred and laminated more smoothly by separating the curvature of curvature.
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。また、説明の便宜上、図に付記するXYZ軸において、X方向を右方向、X軸方向(±X方向)を横方向、Y方向を前方向、Y軸方向(±Y方向)を前後方向、Z方向を上方向、Z軸方向(±Z方向)を上下方向として説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In the following drawings, the scale may be different from the actual scale for easy understanding. Also, for convenience of explanation, in the XYZ axes appended to the figure, the X direction is the right direction, the X axis direction (± X direction) is the horizontal direction, the Y direction is the front direction, and the Y axis direction (± Y direction) is the front-back direction. In the following description, the Z direction is the upward direction, and the Z-axis direction (± Z direction) is the vertical direction.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る積層造形装置100の構成を示す概念側面図である。
積層造形装置100は、物体(3次元形状の立体モデル)の断面を構成する各層(断面層)を次々に積層して立体を造形する装置である。
積層造形装置100は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10、吐出された樹脂粒子1を捕捉することで、その表面に樹脂粒子1による粒子パターン2が形成される転写媒体20、粒子パターン2を形成する樹脂粒子1を粒子パターン2の一方の面から加熱し溶融させる溶融部30、粒子パターン2を形成する樹脂粒子1を粒子パターン2の他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターン3を形成する平滑化部60、溶融パターン3を転写媒体20から転写して積層する造形部40などを備えている。
造形部40において溶融パターン3が積層されることで、積層構造体4が形成(造形)される。また、溶融パターン3の転写が完了した転写媒体20の表面をクリーニングするクリーニングブレード(図示省略)を有するクリーニング部50などを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual side view showing the configuration of the
The layered
The
The laminated structure 4 is formed (modeled) by laminating the
積層造形装置100による積層造形方法としては、物体の断面形状データに基づき樹脂粒子1を転写媒体20の表面に付与し粒子パターン2を形成する粒子パターン形成工程と、粒子パターンを2形成する樹脂粒子1を粒子パターン2の一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、粒子パターン2を形成する樹脂粒子1を粒子パターン2の他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターン3を形成する平滑化工程と、溶融パターン3を転写媒体20から転写して積層する転写工程とを含んでいる。
The additive manufacturing method using the
つまり、まず、物体の断面層を形成するために、物体の断面形状に合わせて所定の厚さとなるように並べられた樹脂粒子のパターン(粒子パターン2)を形成する。粒子パターン2は、帯電した樹脂粒子1を選択的に電界加速して吐出することにより、転写媒体20の表面に、物体の断面形状に合わせた所望の並びのパターンとして形成される。
次に、転写媒体20の表面に並んだ樹脂粒子1を一方の面および他方の面から加熱して溶融することにより、上下左右に隣接する樹脂粒子1を融合させ、また平滑化して断面層としての溶融パターン3を形成する。この溶融パターン3を次々に転写して積層することにより3次元形状の物体が造形される。
That is, first, in order to form a cross-sectional layer of an object, a resin particle pattern (particle pattern 2) arranged to have a predetermined thickness in accordance with the cross-sectional shape of the object is formed. The
Next, the
以下、積層造形装置100を構成するそれぞれの部位毎に具体的に説明する。
Hereinafter, each part which comprises the
<吐出ヘッド>
図2(a)は、吐出ヘッド10を説明する概念断面図、図2(b)は、吐出ヘッド10が備える吐出口を示す平面図である。
吐出ヘッド10は、樹脂粒子1を収納するカートリッジ11、樹脂粒子1を帯電させ吐出する樹脂吐出部12などを備えている。
カートリッジ11は、筐体111を備えている。筐体111は、内部に樹脂粒子1を収納し、樹脂吐出部12と連結することで、樹脂吐出部12に樹脂粒子1を供給する。筐体111の内部に収納された樹脂粒子1は、重力(樹脂粒子1の自重)あるいは押圧機構(図示省略)などによる力Fにより筐体111に連結された樹脂吐出部12に移動する(供給される)。
<Discharge head>
FIG. 2A is a conceptual cross-sectional view illustrating the
The
The cartridge 11 includes a
樹脂吐出部12は、搬送ローラー121(搬送ローラー121は、後述する第1電極71を構成する)、複数の吐出口122を備えたヘッドプレート127、樹脂粒子1を帯電させる「帯電機構」、供給ローラー123、帯電した樹脂粒子1を搬送ローラー121の表面に並べ所定の厚さに帯電樹脂粒子層1Lを形成する規制ブレード125、駆動部(図示省略)、シール128などを備えている。これらは、ヘッド筐体126によって樹脂吐出部12としてコンパクトにまとめられ、カートリッジ11の装填を可能としている。
The
搬送ローラー121は、円柱側面形状(ドラム状)に形成されており、駆動部により回転することで帯電樹脂粒子層1Lを吐出口122に搬送する「搬送機構」を構成している。
供給ローラー123は、搬送ローラー121の周面に回転自在に接触して配設されるローラーであり、駆動部により回転しながら樹脂粒子1を摩擦帯電させて搬送ローラー121の表面に供給する。つまり、供給ローラー123は、「帯電機構」を構成する。なお、樹脂粒子の帯電は、この供給ローラー123との摩擦のみによらず、樹脂粒子が接触する部材(例えば搬送ローラー121や筐体111、ヘッド筐体126)との接触・剥離や摩擦によっても行われる。樹脂粒子1を帯電させる材料は、供給ローラー123を含め、樹脂粒子1に対し、帯電列上でより離れて位置する材質の部材を用いることが好ましく、より効率的に帯電させることができる。
The
The
なお、駆動部は、搬送ローラー121および供給ローラー123を回転させる駆動部として別々に備えられても良いし、一つの駆動部でそれぞれを同時に(図2(a)に示す矢印の様に逆の回転で)回転させる構成であっても良い。あるいは、供給ローラー123を回転させる駆動部として備え、供給ローラー123が搬送ローラー121の周面で回転することにより搬送ローラー121が回転する構成であっても良い。
また、搬送ローラー121と供給ローラー123とが別々に駆動する場合には、供給ローラー123を、図2(a)に示す矢印の方向と逆の方向に回転させても良い。このように搬送ローラー121の回転に逆らう方向で回転させることによって、樹脂粒子の流動性が向上すると共に、摩擦帯電の機会を向上させることができる。
The drive unit may be separately provided as a drive unit for rotating the
When the
規制ブレード125は、搬送ローラー121の周面を押圧する板状体であり、供給ローラー123によって搬送ローラー121の表面に重なるように供給された樹脂粒子1を、所定の厚さ(具体的には、樹脂粒子1が1〜2層に並ぶ厚さ)の層厚に薄層化する「帯電樹脂粒子層形成機構」を構成している。規制ブレード125は、一方の端部がヘッド筐体126に固定された弾性体であり、図2に示すように、押圧部にバネなどの弾性体を設ける構成であっても良い。樹脂粒子1は、規制ブレード125の押圧部で擦切られるように薄層化され、また規制ブレード125との摩擦帯電により帯電量がより均一化される。
The
ヘッドプレート127は、例えば、ポリイミド等の絶縁性かつ可撓性を持つ基板であり、その中央部には、搬送ローラー121の回転方向と交差する方向に交互に並ぶ2列の吐出口122が形成されている。吐出口122が並ぶ方向のヘッドプレート127の幅Wは、後述する転写媒体20の幅と略等しい長さに構成されている。
また、個々の吐出口122の周囲には、樹脂粒子1の吐出を制御するための第3電極73が備えられている。第3電極73を駆動制御する駆動回路130(ドライバーIC)を樹脂吐出部12に備えても良い。
The
A
シール128は、搬送ローラー121の周面に配置されたシール部材であり、搬送ローラー121の周面に軽圧接され、樹脂粒子1の外部への飛散や漏えいを防止している。
The
吐出ヘッド10は、図1に示すように、装填されるカートリッジ11が収納する樹脂粒子1のタイプ毎に複数用いられる。樹脂粒子1のタイプは、樹脂粒子1が備える色材の種類や、色材の有無によって分けられる。具体的には、吐出ヘッド10として、シアン色の樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10C、マゼンタ色の樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10M、イエロー色の樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10Y、透明無色の樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10T、白色の樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10W、および、積層構造体4のオーバーハング等を造形時に支持し造形後除去されるサポート材の樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10Sなどが、それぞれ配設される。
粒子パターン2は、これら複数のタイプの樹脂粒子1によって構成される。つまり、粒子パターン2、溶融パターン3、積層構造体4は、複数の色材を含む樹脂によって構成される。
As shown in FIG. 1, a plurality of ejection heads 10 are used for each type of
The
<転写媒体>
転写媒体20は、図1に示すように、円柱側面形状(ドラム状)に構成されており、X―Y平面に置かれた積層造形装置100において、例えば、その円柱軸がY軸方向を向くように配置される。転写媒体20は、後述する第2電極72として構成されている。転写媒体20は、非磁性導電性板(例えばSUS(Steel Use Stainless)等)で構成されている。
転写媒体20の上方(Z方向)には、複数の吐出ヘッド10が、吐出口122(図2)が転写媒体20の表面に対向するように、所定の空隙を介して配置されている。転写媒体20は、その円柱軸を回転軸として吐出ヘッド10との空隙を一定に保ちながら回転可能に設置され、後述する「第1移動機構」により軸回りに回転移動する。
吐出ヘッド10は、それぞれ、ヘッドプレート127の延在方向(吐出口122が並ぶ方向)が、対向する転写媒体20の表面が回転移動する方向と交差する方向となるように設置されている。つまり、吐出ヘッド10は、転写媒体20に対してラインヘッドとして構成されている。
<Transfer media>
As shown in FIG. 1, the
Above the transfer medium 20 (in the Z direction), a plurality of discharge heads 10 are arranged with a predetermined gap so that the discharge ports 122 (FIG. 2) face the surface of the
Each of the ejection heads 10 is installed such that the extending direction of the head plate 127 (the direction in which the
図3(a)は、図1に示すA部を拡大した断面概念図であり、吐出口122の周囲および対向する転写媒体20を示している。図3(b)は、吐出口122周囲の平面図である。
吐出口122の周囲には、第3電極73が配設されている。
吐出口122の上部に位置する第1電極71(つまりは、吐出口122の開口領域に樹脂粒子1を搬送してきた搬送ローラー121)と、この第1電極71と第2電極72(転写媒体20)との間に位置する第3電極73および第2電極72とで、帯電した樹脂粒子1を第1電極71から剥離し電界加速して吐出口122から吐出し、第2電極72(転写媒体20の表面)に到達させる電界が構成される。また、第3電極73に印加される電圧(電位)を制御することにより、帯電樹脂粒子層1Lに含まれる樹脂粒子1が選択的に吐出され、第2電極72に到達する。
FIG. 3A is a conceptual cross-sectional view enlarging the portion A shown in FIG. 1 and shows the periphery of the
A
The
具体的には、例えば、図3(a)に示すように、樹脂粒子1をマイナスに帯電させ、第1電極71の電位を−250V、第3電極73の電位を−125V、第2電極72を接地電位(0V)とする。こうすると、第2電極72(転写媒体20)から第1電極71(搬送ローラー121)に向かう電界が生成され、マイナスに帯電した樹脂粒子1は、第1電極71から遊離して吐出口122から吐出され、第2電極72(転写媒体20の表面)に到達する。また、例えば、第3電極73の電位を−375Vとしたときには、第1電極71と第3電極73との間に生成される電界の向きが逆となり、マイナスに帯電した樹脂粒子1は、第1電極71(搬送ローラー121)に留まる。
このように、第3電極73の電位を制御することで、搬送ローラー121によって次々と供給される帯電した樹脂粒子1を吐出制御しながら、吐出口122に対して移動する転写媒体20に到達(付着)させることで、転写媒体20の表面に粒子パターン2が形成される。
Specifically, for example, as shown in FIG. 3A, the
In this way, by controlling the potential of the
図3(a)において、樹脂粒子1が吐出される方向の空隙については、例えば、樹脂粒子1が10μmの球形粒子の場合、搬送ローラー121上の帯電樹脂粒子層1Lの層厚は略2層として20μmである。搬送ローラー121とヘッドプレート127との間隔は帯電樹脂粒子層1Lの層厚よりも大きくするのが摩耗を低減するのに有利であるため、例えば40μmとしている。また、ヘッドプレート127の厚みは例えば60μm、ヘッドプレート127と転写媒体20との空隙は100μmとしている。
搬送ローラー121とヘッドプレート127との空隙、および、ヘッドプレート127と転写媒体20との空隙を維持するために、それぞれにスペーサー(図示省略)を設けると電界変動を防止し吐出量を均一にすることができるため好ましい。
In FIG. 3A, for the gap in the direction in which the
In order to maintain the gap between the
また、転写媒体20の回転移動を所定の速度とし、所定の厚さに形成された帯電樹脂粒子層1Lに含まれる樹脂粒子1が、第3電極73の制御により選択的に吐出され第2電極72に到達することにより、転写媒体20の表面に形成される溶融パターン3の層厚が所定の厚みに制御される。つまり、複数の吐出ヘッド10から吐出された樹脂粒子1により転写媒体20の表面に形成される溶融パターン3の層厚が所定の厚みに制御される。
Further, the rotational movement of the
<溶融部>
溶融部30は、粒子パターン2を形成する樹脂粒子1を粒子パターン2の一方の面から加熱し溶融させるための熱源を備え、図1に示すように、転写媒体20において、吐出ヘッド10が設置された上部と、造形部40との間に設置されている。
溶融部30は、粒子パターン2をその裏面(樹脂粒子1が転写媒体20の表面に接する面)から加熱するために、粒子パターン2が形成される転写媒体20を加熱する電磁加熱方式の「ヒーター部」を備えている。
<Melting part>
The
The melting
図4は、溶融部30の模式図である。
電磁加熱方式のヒーター部は、転写媒体20の外側に配置されるメインヨーク31、転写媒体20の内側に配置されるバックヨーク32、メインヨーク31が備える励磁用のコイル33などから構成されている。メインヨーク31、バックヨーク32はそれぞれ、例えば鉄やフェライトなどの軟磁性体から構成されている。コイル33(耐熱線)に数十kHzの高周波の交番電流を流すことによりメインヨーク31とバックヨーク32との間に高周波の交番磁界を発生させ、転写媒体20(非磁性導電性板)のメインヨーク31とバックヨーク32に挟まれた領域に渦電流を発生させることで局所的に発熱させる。
FIG. 4 is a schematic diagram of the
The electromagnetic heating type heater unit includes a
<平滑化部>
図5(a)〜(c)は、平滑化部60を示す側面および平面図である。
平滑化部60は、粒子パターン2を構成する樹脂粒子1を溶融する手段として、熱源62を内部に有するヒートローラー61を備え、転写媒体20の外周部において、溶融部30と、造形部40との間に設置されている。
平滑化部60は、粒子パターン2を形成する樹脂粒子1を粒子パターン2の他方の面(複数層重なる樹脂粒子1の最表面)から加熱するとともに溶融・平滑化して溶融パターン3を形成する。粒子パターン2は、ヒートローラー61によりエア抜きされ、所定の層厚にシート化されて溶融パターン3が形成される。
<Smoothing part>
5A to 5C are a side view and a plan view showing the smoothing
The smoothing
The smoothing
ヒートローラー61は、図5(b)に示すような、両サイドに突き当てコロ63を有するハードローラーである。ヒートローラー61は、支持体65に固定された支持部64によって突き当てコロ63を介して転写媒体20の外周表面に押圧し固定されている。ヒートローラー61のローラー部は、SUSなどの非磁性導電性板を用いた芯金の表面に離形層(PFA(Perfluoroalkoxy polymer resin)、PTFE(Polytetrafluoroethylene)など)を備えている(図示省略)。
熱源62は、ハロゲンランプ等で構成され、このオンオフによりヒートローラー61を所定の温度に加熱するもので、ニクロム線等の種々の熱源が使用可能である。
The
The
なお、ヒートローラー61は、図5(c)に示すような、スプリングを備えるサスペンション66によってその両端が支持されたソフトローラーであっても良い。ローラー部は、SUSなどの非磁性導電性板を用いた芯金の外周に、ローラー部を押圧したときの撓みを考慮してタル型に形成された弾性層(シリコンゴム、フッ素ゴムなど)を備え、弾性層の表面に離形層(PFA、PTFEなど)を備えている(図示省略)。
The
また、図5(a)に示すように、平滑化部60は、ヒートローラー61のローラー部表面をクリーニングするクリーナー67を備えるのが好ましい。
Further, as shown in FIG. 5A, the smoothing
また、平滑化部60には、熱源62に代わり、溶融部30と同様に電磁加熱方式を用いても良い。
図6は、平滑化部60に電磁加熱方式を用いる場合の模式図である。平滑化部60に電磁加熱方式を用いる場合は、前述した溶融部30の磁気回路を利用することが好ましく、平滑化部60は、溶融部30が構成する磁気回路内(メインヨーク31とバックヨーク32との間の領域)に配置されている。ヒートローラー61は、その内側に配置されるインナーヨーク621を備えている。インナーヨーク621は、例えば鉄やフェライトなどの軟磁性体から構成されている。
The smoothing
FIG. 6 is a schematic diagram when an electromagnetic heating method is used for the smoothing
この構成において、コイル33に高周波の交番電流を流すことにより、メインヨーク31〜バックヨーク32〜インナーヨーク621〜メインヨーク31で磁気回路が構成され、ヒートローラー61の磁力線通過部では高周波の交番磁界が発生し、交番磁界に伴う渦電流によりヒートローラー61は局所的に発熱する。このように、コイル33による交番磁界を溶融部30と共有できるため、装置構成が簡略になるだけでなく、熱源の電源構成や制御回路を簡略化することができる。また、インナーヨーク621の角度を調整すると通過する磁力線も変えられるためヒートローラー61の温度調整をすることもできる。
In this configuration, a magnetic circuit is constituted by the
<造形部>
造形部40は、図1に示すように、転写媒体20に対向し相対移動可能に設けられた平面形状のステージ41と、溶融パターン3を転写媒体20からステージ41に転写して積層する「積層機構」とを備えている。
「積層機構」は、転写媒体20を軸回りに回転移動する第1移動機構(図示省略)と、ステージ41を転写媒体20の回転移動の接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構(図示省略)とを備えている。
転写媒体20を軸回りに回転移動させながら、溶融パターン3をステージ41あるいはステージ41に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分に押圧することで転写して積層する。溶融パターン3は、ステージ41上で粘着転写され、冷却されて積層構造体4が形成される。
<Modeling Department>
As shown in FIG. 1, the
The “stacking mechanism” includes a first moving mechanism (not shown) that rotates and moves the
While the
ここで、ステージ41は、図1に示す矢印D方向に循環移動し、転写媒体20の回転と同期して、つまり、第1移動機構と、第2移動機構とが同期して(すなわち同周期で)移動する。
具体的には、例えば、図7に示すように、第1移動機構と第2移動機構とを同じ駆動モーターで構成し、転写媒体20が1回転するとステージ41が1サイクルの移動をするように構成している。また、駆動モーターがn(自然数)回転すると転写媒体20が1回転し、駆動モーターがm(自然数)回転するとステージ41が1サイクルの移動をするように構成している。このように構成することで、駆動モーターの変動がそれぞれ同位相で現れるため、溶融パターン3の積層ズレを抑制することができる。
Here, the
Specifically, for example, as shown in FIG. 7, the first moving mechanism and the second moving mechanism are configured by the same drive motor so that the
<樹脂粒子>
樹脂粒子1は、体積平均粒子径が5〜20μmの異形もしくは球形の粒子で、その材料には、ポリエステル等の熱可塑性樹脂を用いている。有色の場合には、色材として、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、白の顔料を分散し粉砕法や重合法で作成される。
また、樹脂粒子1は、白色または透明な疎水性粒子が外添されている。具体的には、粒径が数nmから数十nmのシリカやチタニアといった無機微粒子が外添され、安息角で45度以下の流動性が与えられる。従って、カートリッジ11の内壁は樹脂粒子1が滞留しないように、重力方向に対して安息角以上に立った壁で構成することが望ましい。
<Resin particles>
The
The
<積層造形方法>
次に、上述した構成の積層造形装置100によって積層構造体4を造形する一連の流れを示し、積層造形方法について説明する。
図8(a)〜(d)には、溶融パターン3が形成される様子を示している。
図1および図8(a)〜(d)を参照して説明する。
<Layered modeling method>
Next, a series of flows for modeling the laminated structure 4 by the
8A to 8D show how the
This will be described with reference to FIGS. 1 and 8A to 8D.
<粒子パターン形成工程>
まず、各吐出ヘッド10(10S,10C,10M,10Y,10T,10W)に該当する色材を収納したカートリッジ11を装填し、積層造形装置100を稼動させ、各吐出ヘッド10内で樹脂粒子1を帯電させ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層1Lを準備する。
次に、造形する積層構造体4の形状・色彩に応じ色重ねされた所定の厚さの各層(溶融パターン3)が形成されるように各吐出ヘッド10の第3電極73の電位を設定・制御し、吐出ヘッド10の吐出口122に供給される樹脂粒子1を選択吐出することにより転写媒体20の表面に粒子パターン2を形成する。
図8(a)は、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、および透明無色(T)の色材を有する樹脂粒子1が各2層ずつ選択的に吐出され、所定の厚さとして6層が重なっている様子を示している。粒子パターン2の所定の厚さとは、粒子パターン2が溶融し積層されて積層構造体4を構成する際に、積層構造体4の寸法精度に対して必要となる厚さである。
<Particle pattern formation process>
First, the cartridge 11 containing the color material corresponding to each discharge head 10 (10S, 10C, 10M, 10Y, 10T, 10W) is loaded, and the
Next, the potential of the
FIG. 8A shows a case where
<溶融工程>
次に、転写媒体20の表面に形成された粒子パターン2を、転写媒体20の回転に伴い溶融部30に移動させる。溶融部30では、ヒーター部によって加熱された転写媒体20によって、粒子パターン2の裏面(樹脂粒子1が転写媒体20の表面に接する面)から加熱され粒子パターン2が溶融する。この時、粒子パターン2は、転写媒体20の表面に近い領域ほど充分に溶融している。
<Melting process>
Next, the
<平滑化工程>
次に、溶融した粒子パターン2を、転写媒体20の回転に伴い平滑化部60に移動させる。平滑化部60では、ヒートローラー61により、樹脂粒子1を表面(粒子パターン2が6層重なる樹脂粒子1の最表面)から加熱・溶融するとともに押圧・平滑化して溶融パターン3を形成する。図8(b)に示すように、粒子パターン2は、ヒートローラー61によりエア抜きされ、所定の層厚にシート化されて溶融パターン3が形成される。平滑化部60では、ヒートローラー61に近い領域ほど充分に溶融するため、溶融部30による溶解と合わせ、粒子パターン2の全体が充分に溶融する。
溶融パターン3の層厚は、樹脂粒子1が6層重なった粒子パターン2の厚さに比較して、およそ2分の1の厚さとなる。また、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)のそれぞれが重なって構成される領域は、図8(c)に示すように、ブルー(B)、グリーン(G)、レッド(R)が表現される。
<Smoothing process>
Next, the melted
The layer thickness of the
<転写工程>
次に、転写媒体20の表面に形成された溶融パターン3を、転写媒体20の回転に伴い造形部40に移動させる。
造形部40では、ステージ41を転写媒体20の方向に押圧しながら、転写媒体20を軸回りに回転移動させることにより、転写媒体20とステージ41との押圧点を移動させ、溶融パターン3を、ステージ41あるいはステージ41に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分に押圧しながら転写して積層する。
図8(d)に示すように、溶融パターン3は、先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分を再溶解させながら、ステージ41上で粘着転写される。
<Transfer process>
Next, the
In the
As shown in FIG. 8D, the
転写を終えた転写媒体20は、クリーニング部50に配設されるクリーニングブレードで表面を清掃されて、次の層の造形へと向かう。
転写媒体20の回転による溶融パターン3の形成と、ステージ41の移動を同期させ、以上の転写を繰りかえし、溶融パターン3を積層させることで積層構造体4が形成される。
After the transfer, the
The laminated structure 4 is formed by synchronizing the formation of the
以上述べたように、本実施形態による積層造形方法および積層造形装置によれば、以下の効果を得ることができる。
積層造形装置100は、物体の断面形状データに基づき選択的に樹脂粒子1を吐出する吐出ヘッド10と、吐出された樹脂粒子1を捕捉することで、その表面に樹脂粒子1による粒子パターン2が形成される転写媒体20とを備える。従って、より微細な樹脂粒子1を活用することで、より高精細・高精度な粒子パターン2を形成することができる。
As described above, according to the additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The layered
また、積層造形装置100は、粒子パターン2を形成する樹脂粒子1を粒子パターン2の一方の面から加熱し溶融させる溶融部30と、粒子パターン2の他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターン3を形成する平滑化部60と、溶融パターン3を転写媒体20から転写して積層する造形部40とを備える。より高速に積層造形を行うためには、一層あたりの層厚を厚くすることが有効であり、本実施形態のように、粒子パターン2の両面から加熱し溶融させる構成(溶融部30が、転写媒体20を加熱するヒーター部を備え、平滑化部60が、ヒートローラー61を備える構成)とすることにより、層厚を厚く形成した粒子パターン2であっても、厚み方向に、より均一に樹脂粒子1を溶融することができる。その結果、積層後に、不充分な溶融状態の樹脂粒子1に起因する層間剥離が発生してしまったりすることが抑制される。また、より均一に溶融した樹脂粒子1を平滑化し、平滑化された粒子パターン2を転写して積層することにより積層造形を行うため、より精度の高い積層造形を行うことができる。
以上のように、本実施形態による積層造形装置100および積層造形方法によれば、より高速に高精度で積層構造体を造形することができる。
The
As described above, according to the
また、転写媒体20を電磁加熱により加熱する方式とすることにより、転写媒体20自体が発熱するため、転写媒体20の表面に形成された粒子パターン2を、一方の面(転写媒体20の側)から確実に加熱・溶融させることができる。また、転写媒体20全体を発熱させることなく、電磁波により渦電流を発生させる部位に集中して発熱させることができるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。
In addition, since the
また、ヒートローラー61によって、ヒートローラー61および転写媒体20の双方が発熱し、粒子パターン2は表裏両面から加熱されるため、より効果的に加熱・溶融を行うことができる。また、この表裏同時加熱は、ヒートローラー61の加熱エネルギーをより大きく構成することが容易であり、ヒートローラー61に接する粒子パターン2の面(他方の面)をより効果的に溶融させることができる。粒子パターン2の他方の面は、先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分に積層する当接面であるため、この冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分を再溶解させながら積層させることなど、より効果的に転写・積層を行うことができる。
Moreover, since both the
また、吐出ヘッド10は、第1電極71と、吐出口122と、樹脂粒子1を帯電させる帯電機構と、帯電した樹脂粒子1を第1電極71の表面に並べ、所定の厚さに帯電樹脂粒子層1Lを形成する帯電樹脂粒子層形成機構と、第1電極71を移動して帯電樹脂粒子層1Lを吐出口122に搬送する搬送機構とを備えている。
つまり、樹脂粒子1が吐出される吐出口122に、所定の厚さの帯電樹脂粒子層1Lとして形成された樹脂粒子1が供給される。
In addition, the
That is, the
また、吐出ヘッド10は、吐出口122に備えられた第3電極73を備え、転写媒体20は、吐出口122に対向し相対移動可能に設けられ、第2電極72を構成している。吐出口122に移動した第1電極71と、この第1電極71と第2電極72との間に位置する第3電極73とで形成する電界により、帯電樹脂粒子層1Lに含まれる樹脂粒子1を電界加速して吐出口122から吐出し、第3電極73と第2電極72とで形成する電界により、吐出された樹脂粒子1を第2電極72に到達させることにより転写媒体20の表面に粒子パターン2を形成する。
In addition, the
つまり、所定の厚さの帯電樹脂粒子層1Lとして第1電極71の表面に並ぶ樹脂粒子1が、第1電極71と吐出口122に備えられた第3電極73とで形成される電界によって電界加速され吐出される。電界加速される対象領域の樹脂粒子1が所定の厚さに並んでいるため、吐出される樹脂粒子1の量のバラツキが低減される。その結果、第3電極73と第2電極72とで形成する電界により、第2電極72に到達する樹脂粒子1の量は一定の範囲にコントロールされる。すなわち、第2電極72(転写媒体20)に形成される粒子パターン2の厚みが一定の範囲にコントロールされる。
That is, the
また、造形部40は、転写媒体20に対向し相対移動可能に設けられたステージ41と、溶融パターン3を転写媒体20からステージ41に転写して積層する積層機構とを備えている。つまり、造形部40は、厚みが一定の範囲にコントロールされた溶融パターン3を転写媒体20からステージ41に転写して積層し、積層構造体4を造形する。
以上のように、本実施形態による積層造形装置100によれば、溶融パターン3が積層される積層構造体4の寸法がより高精度にコントロールされるため、より高精細・高精度の積層造形を行うことができる。
The
As described above, according to the
また、第3電極73に印加する電圧(電位)を制御することにより、帯電樹脂粒子層1Lに含まれる樹脂粒子1を選択的に吐出して第2電極72に到達させる。第3電極73に印加する電圧を制御することで、樹脂粒子1の吐出制御(吐出の有無、吐出のタイミングなど)を行うことができ、次々と供給される帯電した樹脂粒子1を吐出制御しながら、吐出口122に対して相対移動する転写媒体20に到達(付着)させることで、転写媒体20の表面に樹脂粒子1による画像(粒子パターン2)を形成することができる。
Further, by controlling the voltage (potential) applied to the
また、色彩の異なる色材を有する複数の樹脂粒子1によって粒子パターン2を形成することで、彩色された積層構造体4を造形することができる。
Moreover, the colored laminated structure 4 can be modeled by forming the
また、転写媒体20の回転移動とステージ41の移動とが同期して転写媒体20を軸回りに回転移動させながら、溶融パターン3をステージ41あるいはステージ41に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分に押圧することで転写して積層する。転写媒体20の回転移動とステージ41の移動とが同期しているため、積層する溶融パターン3に発生する位置ズレを抑制することができる。
Further, while the rotational movement of the
また、転写媒体20は、円柱側面形状であり、溶融パターン3が転写されるステージ41は平面である。造形部40では、ステージ41を転写媒体20の方向に押圧しながら、転写媒体20を軸回りに回転移動させることにより、転写媒体20とステージ41との押圧点を移動させ、溶融パターン3を、ステージ41あるいはステージ41に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分に押圧しながら転写して積層する。溶融パターン3は、曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。
Further, the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below. Here, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(変形例1)
図9は、変形例1に係る積層造形装置101の構成を示す概念側面図である。
実施形態1では、図1に示すように、転写媒体20は、円柱側面形状(ドラム状)に構成されているとして説明したが、この構成に限定するものではなく、図9に示す転写媒体90のように環状ベルトの形状に構成されていても良い。
(Modification 1)
FIG. 9 is a conceptual side view showing the configuration of the
In the first embodiment, as illustrated in FIG. 1, the
転写媒体90は、環状ベルトの形状に構成され、「積層機構」は、転写媒体90をベルト駆動する第1移動機構と、転写媒体90の環状ベルトの内側から押圧するローラー91と、ステージ41を、ローラー91と転写媒体90の環状ベルトとの接線方向および接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構とを備えている。転写媒体90のベルト駆動と、ステージ41の移動とが同期して、転写媒体90をベルト駆動させながら、ローラー91により溶融パターン3をステージ41あるいはステージ41に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分に押圧することで転写して積層する。
The
また、平滑化部60には、ヒートローラー61との間に転写媒体90の環状ベルトを挟んで配置されるローラー70を備える。ヒートローラー61は、ローラー70との間で、粒子パターン2を押圧し、加熱するとともに溶融・平滑化して溶融パターン3を形成する。
Further, the smoothing
本変形例に係る積層造形装置101によれば、上述した実施形態での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ローラー91により押圧されたベルト(転写媒体90)の表面に形成された溶融パターン3をステージ41あるいはステージ41に先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている溶融パターン3の表層部分に押圧することで転写して積層する構成のため、溶融パターン3が曲率分離されることで、よりスムーズに転写・積層させることができる。実施形態1の転写媒体20は、ドラム状であり、溶融パターン3を押圧する曲率は、ドラムの径により決まっていたが、ローラー91の半径(つまりは曲率)転写媒体90(ベルト)の長さによらず、ベルト環内に入る大きさの範囲で、任意に設定することができる。その結果、溶融パターン3を曲率分離させるためにより効果的な径のローラー91を利用することが可能となる。
According to the
The
(変形例2)
実施形態1では、図2に示すように、吐出ヘッド10が有する樹脂吐出部12により樹脂粒子1を帯電させて吐出し、転写媒体20の表面に粒子パターン2を形成する静電吐出方式で説明したが、この構成に限定するものではない。粒子パターン2の形成は、例えば、レーザープリンターで用いられている電子写真方式によるものでも良い。
具体的には、表面を一様に帯電させ電荷を付与した感光ドラムにレーザー光あるいはLED光などをビーム状に選択的に照射して電荷を消失させることで潜像を形成し、この潜像部分に静電気力で樹脂粒子を付着させる方法である。
(Modification 2)
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, an electrostatic discharge method in which
Specifically, a latent image is formed by selectively irradiating a laser beam or LED light or the like onto a photosensitive drum that has been charged uniformly and charged with a surface to form a latent image. This is a method in which resin particles are adhered to the portion by electrostatic force.
本変形例によれば、粒子パターン2を電子写真方式により形成した場合であっても、溶融パターン3が厚み方向に、より均一に高精度で積層され、また、よりスムーズに転写・積層させることができるため、より高精細・高精度な積層構造体を造形することができる。
According to this modification, even when the
(変形例3)
樹脂粒子1は、導電材を有していても良い。樹脂粒子1が導電材を有することにより、転写媒体20を加熱する電磁加熱方式の「ヒーター部」によって、転写媒体20の加熱と同時に樹脂粒子1が有する導電材も発熱するため、樹脂粒子1をより効率的に溶融させることができる。
(Modification 3)
The
1…樹脂粒子、1L…帯電樹脂粒子層、2…粒子パターン、3…溶融パターン、4…積層構造体、10…吐出ヘッド、11…カートリッジ、12…樹脂吐出部、20…転写媒体、30…溶融部、31…メインヨーク、32…バックヨーク、33…コイル、40…造形部、41…ステージ、50…クリーニング部、60…平滑化部、61…ヒートローラー、62…熱源、63…突き当てコロ、64…支持部、65…支持体、66…サスペンション、67…クリーナー、70…ローラー、71…第1電極、72…第2電極、73…第3電極、90…転写媒体、91…ローラー、100…積層造形装置、111…筐体、121…搬送ローラー、122…吐出口、123…供給ローラー、125…規制ブレード、126…ヘッド筐体、127…ヘッドプレート、130…駆動回路。
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融工程と、
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化工程と、
前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する転写工程と、を含むことを特徴とする積層造形方法。 A particle pattern forming step of forming a particle pattern by applying resin particles to the surface of the transfer medium based on the cross-sectional shape data of the object;
A melting step of heating and melting the resin particles forming the particle pattern from one surface of the particle pattern;
A smoothing step of heating the resin particles forming the particle pattern from the other surface of the particle pattern and smoothing to form a molten pattern;
And a transfer step of transferring and laminating the molten pattern from the transfer medium.
前記一方の面は、前記樹脂粒子が前記転写媒体の表面に接する面であり、
前記他方の面は、複数層重なる前記樹脂粒子の最表面であることを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。 The particle pattern is configured such that the resin particles overlap each other,
The one surface is a surface where the resin particles are in contact with the surface of the transfer medium,
The additive manufacturing method according to claim 1, wherein the other surface is an outermost surface of the resin particles that are stacked in multiple layers.
前記転写工程は、前記転写媒体を前記ステージの方向に押圧しながら、あるいは、前記ステージを前記転写媒体の方向に押圧しながら、前記転写媒体と前記ステージとの押圧点を移動させることにより、前記溶融パターンを、前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧しながら転写して積層することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層造形方法。 The surface of the transfer medium is a curved surface, and the stage on which the melt pattern is transferred is a plane,
In the transfer step, the pressing point between the transfer medium and the stage is moved while pressing the transfer medium in the direction of the stage or while pressing the stage in the direction of the transfer medium. The molten pattern is transferred and laminated while being pressed on the surface or a surface layer portion of the molten pattern which has been transferred and laminated to the stage or cooled and solidified or started to be cooled and solidified. Item 3. The additive manufacturing method according to Item 2.
前記樹脂粒子を帯電させる帯電工程と、
帯電した前記樹脂粒子を電界加速して前記転写媒体の表面に到達させる静電吐出工程と、を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の積層造形方法。 The particle pattern forming step includes:
A charging step for charging the resin particles;
4. The additive manufacturing method according to claim 1, further comprising: an electrostatic discharge step of accelerating the electric field of the charged resin particles to reach the surface of the transfer medium. 5.
吐出された前記樹脂粒子を捕捉することで、その表面に前記樹脂粒子による粒子パターンが形成される転写媒体と、
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの一方の面から加熱し溶融させる溶融部と、
前記粒子パターンを形成する前記樹脂粒子を前記粒子パターンの他方の面から加熱するとともに平滑化して溶融パターンを形成する平滑化部と、
前記溶融パターンを前記転写媒体から転写して積層する造形部と、を備えることを特徴とする積層造形装置。 An ejection head that selectively ejects resin particles based on the cross-sectional shape data of the object;
By capturing the discharged resin particles, a transfer medium on which a particle pattern of the resin particles is formed, and
A melting part for heating and melting the resin particles forming the particle pattern from one surface of the particle pattern;
A smoothing part for heating the resin particles forming the particle pattern from the other surface of the particle pattern and smoothing to form a molten pattern;
And a modeling unit that transfers the molten pattern from the transfer medium and stacks it.
前記平滑化部は、ヒートローラーを備えることを特徴とする請求項11に記載の積層造形装置。 The melting part includes a heater part for heating the transfer medium,
The layered modeling apparatus according to claim 11, wherein the smoothing unit includes a heat roller.
前記転写媒体は、前記吐出口に対向し相対移動可能に設けられ、第2電極を構成し、
前記吐出口に移動した前記第1電極と、前記吐出口に移動した前記第1電極と前記第2電極との間に位置する前記第3電極とで形成する電界により、前記帯電樹脂粒子層に含まれる前記樹脂粒子を電界加速して前記吐出口から吐出し、前記第3電極と前記第2電極とで形成する電界により、吐出された前記樹脂粒子を前記第2電極に到達させることにより前記転写媒体の表面に前記粒子パターンを形成することを特徴とする請求項11ないし請求項14のいずれか一項に記載の積層造形装置。 The discharge head has a first electrode, a discharge port, a charging mechanism for charging resin particles, and the charged resin particles arranged on the surface of the first electrode to form a charged resin particle layer with a predetermined thickness. A charged resin particle layer forming mechanism, a transport mechanism for moving the first electrode to transport the charged resin particle layer to the discharge port, and a third electrode provided in the discharge port,
The transfer medium is provided so as to be relatively movable facing the discharge port, and constitutes a second electrode,
Due to the electric field formed by the first electrode moved to the discharge port and the third electrode located between the first electrode and the second electrode moved to the discharge port, the charged resin particle layer The resin particles contained are accelerated by an electric field and discharged from the discharge port, and the discharged resin particles reach the second electrode by an electric field formed by the third electrode and the second electrode. The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 11 to 14, wherein the particle pattern is formed on a surface of a transfer medium.
複数の前記吐出ヘッドが吐出するそれぞれの前記樹脂粒子は、それぞれに色彩の異なる色材を有していることを特徴とする請求項11ないし請求項17のいずれか一項に記載の積層造形装置。 A plurality of the ejection heads;
18. The additive manufacturing apparatus according to claim 11, wherein each of the resin particles discharged from the plurality of discharge heads includes a color material having a different color. .
前記積層機構は、
前記転写媒体を軸回りに回転移動する第1移動機構と、
前記ステージを前記転写媒体の回転移動の接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構と、を備え、
前記転写媒体の回転移動と、前記ステージの移動とが同期して、
前記転写媒体を軸回りに回転移動させながら、前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする請求項11ないし請求項19のいずれか一項に記載の積層造形装置。 The transfer medium is configured in a cylindrical side surface shape,
The stacking mechanism is
A first moving mechanism for rotating the transfer medium about an axis;
A second moving mechanism that moves the stage in a tangential direction of the rotational movement of the transfer medium and a direction that intersects the tangential direction;
The rotational movement of the transfer medium and the movement of the stage are synchronized,
While the transfer medium is rotated about the axis, the molten pattern is transferred by being pressed onto the stage or the surface layer portion of the molten pattern which has been transferred and laminated on the stage and cooled or solidified, or has started to solidify. The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 11 to 19, wherein the additive manufacturing apparatus is stacked.
前記積層機構は、
前記転写媒体をベルト駆動する第1移動機構と、
前記転写媒体の環状ベルトの内側から押圧するローラーと、
前記ステージを、前記ローラーと前記転写媒体の環状ベルトとの接線方向および前記接線方向に交差する方向に移動する第2移動機構と、を備え、
前記転写媒体のベルト駆動と、前記ステージの移動とが同期して、
前記転写媒体をベルト駆動させながら、前記ローラーにより前記溶融パターンを前記ステージあるいは前記ステージに先に転写積層され冷却固化した、または冷却固化し始めている前記溶融パターンの表層部分に押圧することで転写して積層することを特徴とする請求項11ないし請求項19のいずれか一項に記載の積層造形装置。 The transfer medium is configured in the shape of an annular belt,
The stacking mechanism is
A first moving mechanism for driving the transfer medium in a belt;
A roller for pressing from the inside of the annular belt of the transfer medium;
A second moving mechanism that moves the stage in a tangential direction between the roller and the annular belt of the transfer medium and in a direction intersecting the tangential direction;
The belt drive of the transfer medium and the movement of the stage are synchronized,
While the transfer medium is driven by a belt, the roller is transferred by pressing the molten pattern onto the stage or the surface layer portion of the molten pattern which has been transferred and laminated on the stage and cooled or solidified, or has started to cool and solidify. The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 11 to 19, wherein the additive manufacturing apparatus is stacked.
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