JP2015101011A - ３次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドを移動させるための稼働部位をより少なくした３次元造形装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる３次元造形装置は、上下方向に移動可能なテーブル１１と、前記テーブル１１上に粉末材料を層状に供給する供給手段１２１、前記粉末材料を硬化するバインダを前記層状の粉末材料に吐出するバインダ吐出手段１２２、及び前記粉末材料に吐出された前記バインダの硬化を促進する硬化促進手段１２３とを備える一体ヘッド構造１２と、前記一体ヘッド構造１２を前記テーブル１１の中心を回転軸として回転させる回転構造１３と、を具備するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は３次元造形装置に関する。

３次元造形装置において、粉末材料の層に対して、当該粉末材料を硬化させる硬化材料（以下バインダという）をインクジェッタなどで吐出し、粉末材料の結合体を形成するものが知られている。

このような３次元造形装置においては、まず、ローラ機構などにより、粉末材料を薄く均一に拡げ、粉末材料の層を形成し、この粉末材料の層の上にバインダを吐出する。バインダが吐出された領域の粉末材料は、下層または隣接する硬化領域と結合するために、３次元の結合体を形成することができる。

特許文献１には、粉末材料の層の上に紫外線硬化樹脂のバインダを吐出し、吐出されたバインダに紫外線を照射することにより、紫外線硬化樹脂を硬化させる３次元造形装置が記載されている。

特許文献１に記載の３次元造形装置では、造形ステージ上で、ヘッドが原点位置から地面に平行な＋Ｘ軸方向に移動して、粉末材料の層の形成、バインダ吐出、及び紫外線照射を行う。そして、ヘッドが原点位置に復帰して、上記の動作を繰り返す。

特開２００２−３０７５６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、層形成後にヘッドが原点に復帰しなければならず、ヘッドを原点位置に復帰する動作が時間のロスになるという問題があった。また、ヘッドを原点位置に復帰させるために、ヘッドを上方向に移動させなければならず、そのための可動部位を設けなくてはならないという問題があった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ヘッドを移動させるための稼働部位をより少なくした３次元造形装置を提供することを課題とする。

本発明にかかる３次元造形装置は、上下方向に移動可能なテーブルと、前記テーブル上に粉末材料を層状に供給する供給手段、前記粉末材料を硬化するバインダを前記層状の粉末材料に吐出するバインダ吐出手段、及び前記粉末材料に吐出された前記バインダの硬化を促進する硬化促進手段とを備える一体ヘッド構造と、前記一体ヘッド構造を前記テーブルの中心を回転軸として回転させる回転構造と、を具備するものである。これにより、一体ヘッド構造が、層形成のための動作の後に原点復帰する必要がない。

本発明によれば、ヘッドを移動させるための稼働部位をより少なくした３次元造形装置を提供することができる。

実施の形態にかかる３次元造形装置の斜視図である。 実施の形態にかかる３次元造形装置の上面図及び断面図である。

実施の形態
まず、説明のために、３次元造形装置の原理について説明する。３次元造形装置１は、外部から入力される３次元造形物の３次元データに基づき、３次元構造の３次元造形物をテーブル上に形成するものである。

ここで、３次元データとは、例えば、３次元造形物を一定の厚みで水平方向にスライスしたときの、各層における３次元造形物の形状データである。

３次元造形装置は、まず、テーブル上に、３次元造形物が３次元データ化された際のスライスされた厚みに対応するよう、一定の厚みの層になるように粉末材料を敷き詰める。そして、層状に敷き詰められた粉末材料に対して、３次元データの領域に対応するように、３次元データの形状に沿った領域に、粉末材料を硬化するバインダを吐出する。

そして、バインダが吐出された粉末材料の層に対して、硬化を促進させる硬化促進処理を行い、バインダが吐出された領域の粉末材料を硬化させる。この一連の動作（以下層形成工程という。）を繰りかえすことにより、３次元造形物の３次元造形を行う。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）は、実施の形態にかかる３次元造形装置の斜視図である。図１（ｂ）は、次元造形装置の一部拡大図である。また図２（ａ）は、実施の形態にかかる３次元造形装置の一部の上面図であり、図２（ｂ）は３次元造形装置の一部の断面図である。

本実施の形態にかかる３次元造形装置１は、テーブル１１と、一体ヘッド構造１２と、回転機構１３と、粉末タンク１４と、バインダタンク１５と、を備える。

回転機構１３は、具体的にはモータ等で形成され、一体ヘッド構造１２をテーブル１１の平面と平行な回転面で回転させる。

一体ヘッド構造１２は、供給手段としての粉末材料噴射部１２１と、バインダ吐出部１２２と、硬化促進手段としての与熱装置１２３と、を有する。粉末材料噴射部１２１は、粉末タンク１４からチューブ１４１を介して供給される粉末材料を、テーブル１１上に噴射する。バインダ吐出部１２２は、粉末材料噴射部１２１が形成した粉末材料に対して、熱硬化性のバインダを吐出する。与熱装置１２３は、具体的にはヒータであり、バインダが吐出された粉末材料の層を過熱し、バインダと粉末材料とを硬化させる。

粉末材料噴射部１２１、バインダ吐出部１２２、与熱装置１２３は、それぞれが一体ヘッド構造１２の回転方向に対して直角をなすように設けられている。

一体ヘッド構造１２は、回転機構１３に片側を固定され、回転機構１３により、テーブル１１上を回転するように構成される。本実施の形態では、４つの一体ヘッド構造１２が回転機構１３を回転中心として十字になるように接続されている。よって、一体ヘッド構造１２が、回転機構１３を回転軸にして９０度回転すると、１つの層が形成される。

テーブル１１は、地面に対して平行に支持台１６に設置され、上下に稼働可能である。テーブル１１は、層形成工程が１回終わるごと、言い換えれば、一体ヘッド構造１２が９０度回転するごとに、層の厚み分だけ下降する。なお、本実施の形態にかかる一体ヘッド構造１２は、上下方向に昇降しない。

本実施の形態にかかる３次元造形装置１は、一体ヘッド構造１２が回転機構１３を軸として回転するため、従来のように層形成をした後に、一体ヘッド構造１２が原点位置に戻る必要がない。そのため、３次元造形物の造形時間をより短縮することができる。

また、従来は一体ヘッド構造１２が原点に戻ろうとするとき、一体ヘッド構造を上昇させて原点位置まで戻すという動作が必要であり、そのための上昇機構も必要であった。しかし、本実施の形態では、一体ヘッド構造が原点に戻らないために、一体ヘッド構造を上昇するための上昇機構を備える必要がなく、３次元造形装置をより簡易な構造とすることができる。

さらに、本実施の形態にかかる３次元造形装置１は、テーブル１１のみが上下方向に昇降するため、３次元造形物の高さ方向の精度をより向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、バインダは紫外線硬化樹脂であるとし、硬化促進処理は紫外線の照射であるようにしてもよい。また、回転機構１３は一体ヘッド構造１２ではなく、テーブルを回転するようにしてもよい。また更に、造形物のサイズによっては４つ以上の一体ヘッド構造を有するようにしてもよい。

１ ３次元造形装置
１１ テーブル
１２ 一体ヘッド構造
１３ 回転機構
１４ 粉末タンク
１５ バインダタンク
１６ 支持台
１２１ 粉末材料噴射部
１２２ バインダ吐出部
１２３ 与熱装置
１４１ チューブ１４１

Claims (1)

1. 上下方向に移動可能なテーブルと、
   前記テーブル上に粉末材料を層状に供給する供給手段、前記粉末材料を硬化するバインダを前記層状の粉末材料に吐出するバインダ吐出手段、及び前記粉末材料に吐出された前記バインダの硬化を促進する硬化促進手段を備える一体ヘッド構造と、
   前記一体ヘッド構造を前記テーブルの中心を回転軸として回転させる回転構造と、
   を具備する３次元造形装置。

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