JP2015155188A

JP2015155188A - 三次元造形装置

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Publication number: JP2015155188A
Application number: JP2014125077A
Authority: JP
Inventors: 村田　力; Tsutomu Murata; 力村田; 篤盛稲田; Atsumori Inada
Original assignee: Institute of Technology Precision Electrical Discharge Works
Current assignee: Institute of Technology Precision Electrical Discharge Works
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-06-18
Also published as: JP6411784B2; CN106457395A

Abstract

【課題】精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供する
【解決手段】三次元造形装置１では、造形物載置部４は、上面に造形物が載置されるテーブル４１と、テーブル４１を駆動する駆動部４５と、テーブル４１又はスライダ４２の位置を測定する測定部４６，４７と、測定部４６，４７の測定値に基づいて、駆動部４５を制御する制御部５０と、を有することを特徴とする。

【選択図】図４

Description

本発明は、粉末を繰り返し層状に形成することによって三次元造形物を製造する三次元造形装置に関する。

従来、金属粉末の粉末層に収束したエネルギービームを照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返し行うことにより、複数の焼結体を重ね合わせてなる三次元造形物を製造する三次元造形装置が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２０１１−１２７１９５号公報特表２００６−５１１７１０号公報

本発明は、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することを目的としている。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置は、
支持フレームと、
前記支持フレームに支持される材料供給部と、
前記支持フレームに支持され、前記材料供給部から供給される材料が載置される造形物載置部と、
を備え、
前記造形物載置部は、
上面に前記造形物が載置されるテーブルと、
前記テーブルを駆動する駆動部と、
前記テーブルの位置を測定する測定部と、
前記測定部の測定値に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、
を有する
ことを特徴とする。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置は、
前記テーブルの指示移動量をあらかじめ入力する入力部と、
前記入力部から入力された指示移動量を記憶する記憶部と、
を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶した指示移動量の分だけ前記テーブルを移動させる。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
前記制御部は、前記駆動部の状態信号がフィードバックされる。

前記駆動部は、独立して駆動可能な第１駆動部及び第２駆動部を有し、
前記測定部は、前記スライダの位置をそれぞれ測定する第１測定部及び第２測定部を有し、
前記制御部は、前記第１測定部及び前記第２測定部の各測定値に基づいて、前記第１駆動部及び前記第２駆動部をそれぞれ独立して制御する
ことを特徴とする。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
前記造形物載置部は、
前記第１駆動部及び前記第２駆動部の各駆動力を前記テーブルにそれぞれ伝達する第１伝達部及び第２伝達部を有する伝達部をさらに備える。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記テーブルと前記第１伝達部及び前記第２伝達部伝達部の支持位置に対応してそれぞれ配設される。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
前記駆動部は、四角形を形成する位置に配置される前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部を有し、
前記伝達部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部の駆動力を前記テーブルに伝達する第１伝達部、第２伝達部、第３伝達部、及び第４伝達部を有し、
前記制御部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部をそれぞれ独立して制御可能である。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置は、
前記テーブルと共に移動するロッドと、
前記ロッドが所定の位置に到達した場合に接触するリミットスイッチと、
を備える。

本発明によれば、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することが可能となる。

本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置を示す図である。本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す拡大図である。本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す概略斜視図である。本実施形態の三次元造形装置１の制御システムを示す図である。本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。本実施形態の三次元造形装置によって造形物が形成された状態を示す図である。本発明にかかる他の実施形態の三次元造形装置を示す図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。

図１は、本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置を示す図である。

本実施形態の三次元造形装置１は、材料供給部としてのエネルギービーム照射部２と、材料供給部としての粉末供給部３と、造形物載置部４と、を備える。エネルギービーム照射部２、粉末供給部３、及び造形物載置部４は、支持フレーム１１に支持される。また、支持フレーム１１の中間部分には、支持フレーム１１の一部としての基準フレーム１２が形成されている。

エネルギービーム照射部２は、エネルギービームＥＢを発生するビーム発生部２１と、ビーム発生部２１から照射されたエネルギービームＥＢの焦点位置を調整すると共に、２次元走査可能なビーム走査部２２と、を有し、支持フレーム１１上に載置される。なお、本実施形態では、ビーム操作部２２は２次元走査するものであるが、ビームの焦点位置を上下方向にも動作可能な３次元走査するものであってもよい。

ビーム発生部２１は、レーザ光又は電子ビーム等を発生するものが好ましい。エネルギービームＥＢが光の場合、ビーム走査部２２は、レンズ等の光学素子を移動させて、光を後述するテーブル上の金属粉末Ｍに集光させると共に、テーブル４１上を２次元走査する。一例として、エネルギービーム照射部２は、特許文献１に記載されたレーザ照射ユニットのような構成でよい。また、エネルギービームＥＢが電子ビームの場合、ビーム走査部２２は、電子ビームを電磁場の制御によってフォーカスさせると共に、テーブル４１上を２次元走査する。一例として、エネルギービーム照射部２は、特許文献２に記載された電子線を照射し案内させる装置のような構成でよい。

粉末供給部３は、金属粉末Ｍを一時的に貯留する粉末貯留部３１と、金属粉末Ｍをテーブル上で均す均し部３２と、外枠部３３と、を有する。

粉末貯留部３１は、支持フレーム１１に保持される容器からなり、上方に金属粉末Ｍを注入する注入部３１ａを有し、下方に金属粉末Ｍを排出する排出部３１ｂを有する。排出部３１ｂは、金属粉末Ｍの排出量を調整できることが好ましい。

均し部３２は、粉末貯留部３１から排出された金属粉末Ｍをテーブル４１上でスクレーパ等の部材を移動させることによって可能な限り高さが均等な平面を形成する部分である。なお、金属粉末Ｍを均す高さは調整できることが好ましい。

外枠部３３は、支持フレーム１１に支持され、後述するテーブル４１の外周に設置される。外枠部３３には、均し部３２が均した後の余分な金属粉末Ｍが移動してくる。これらの金属粉末Ｍは、粉末貯留部３１に戻す図示しない循環部によって循環されることが好ましい。

なお、粉末供給部３には、排出部３１ｂから排出された後、造形されなかったテーブル４１上の金属粉末Ｍを粉末貯留部３１に戻す図示しない循環部が形成されてもよい。

材料供給部は、本実施形態のようなエネルギービーム照射部２及び粉末供給部３に限らず、シート又はテープ状の樹脂、紙、又は金属等を接着する形態、液体を硬化させる形態、インクジェットヘッドを用いて固体又は液体を噴射して接着させる形態、フィラメントを堆積して溶接する形態、若しくは、金属粉末を溶接する形態等でもよい。

図２は、本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す拡大図である。図３は、本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。図４は、本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す概略斜視図である。

造形物載置部４は、テーブル４１と、スライダ４２と、ボールねじ４３と、減速部４４と、テーブル駆動部４５と、磁気センサ４６と、磁気スケール４７と、ロッド４８と、リミットスイッチ４９と、を有する。

テーブル４１は、スライダ４２に支持される。テーブル４１の上面は、平面で形成され、上面に図１に示した金属粉末Ｍが排出され、載置される。造形物は、テーブル４１の外形よりも小さい造形領域４１ａに形成されることが好ましい。

スライダ４２は、上面でテーブル４１を支持する。下方では、ボールねじ４３に支持される。ボールねじ４３は、減速部４４を介して駆動部４５に連結される。駆動部４５は、サーボモータ又はその他のアクチュエータ等からなり、駆動部４５が駆動することで、ボールねじ４３が回転し、ボールねじ４３の回転によってスライダ４２が上下することで、テーブル４１も上下する。ボールねじ４３は、基準フレーム１２を貫通することが好ましい。

本実施形態では、ボールねじ４３、減速部４４、駆動部４５、磁気センサ４６、及び磁気スケール４７は、それぞれ４つ配設される。なお、ボールねじ４３及び減速部４４が伝達部を構成する。また、駆動部４５と伝達部で駆動伝達部を構成する。なお、減速部４４を用いず、駆動部４５とボールねじ４３の直動機構でもよい。直動機構の場合、バックラッシュを抑制できるので、より高精度に制御することが可能となる。

図３に示すように、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄは、造形領域４１ａの外側で４つの角に対応してスライダ４２に連結される。

図４に示すように、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄは、それぞれ第１減速部４４ａ、第２減速部４４ｂ、第３減速部４４ｃ、及び第４減速部４４ｄを介して第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄに連結される。

スライダ４２の下方には、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄが、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄの支持位置に対応してそれぞれ取り付けられている。

なお、磁気センサ４６は、測定部の一例である。測定部としては、この例の他に、スライダ４２又は支持フレーム１１の一方に発光部、他方に受光部を取り付けて距離を検出する光学的位置センサ又は超音波センサ等でもよい。特に、一方を基準フレーム１２、他方をスライダ４２に取り付けることが好ましい。また、これらのセンサは、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄの支持位置に対応してそれぞれ取り付けられることが好ましい。または、図示しないモータエンコーダー等によってモータの回転角度をストローク量に換算し、磁気センサ４６と共に用いて詳細に位置を検出してもよい。

そして、スライダ４２の側方の支持フレーム１１には、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄに対向して、磁気目盛が付与された第１磁気スケール４７ａ、第２磁気スケール４７ｂ、第３磁気スケール４７ｃ、及び第４磁気スケール４７ｄが配設されている。

また、少なくとも第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄの１つには、ロッド４８が取り付けられている。ロッド４８は、テーブル４１、スライダ４２、及びボールねじ４３と共に移動する。ロッド４８の下方には、リミットスイッチ４９が配設される。したがって、テーブル４１、スライダ４２、ボールねじ４３、及びロッド４８が下方への移動量が大きい場合或いは上方への移動量が大きいと、リミットスイッチ４９が作動し、危険を知らせることが可能となる。

次に、本実施形態の三次元造形装置１の制御システムについて説明する。

図５は、本実施形態の三次元造形装置１の制御システムを示す図である。

図５に示すように、本実施形態の三次元造形装置１は、入力部５１、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、第４磁気センサ４６ｄ、及び記憶部５２から入力されたそれぞれの信号を制御部５０が第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄを独立制御するものである。

入力部５１は、成形形状、成形圧力、成形速度等の情報を予め入力する。記憶部５２は、入力部５１から入力された情報及び造形工程等を記憶しており、制御部５０にそれらの情報を出力する。それぞれの第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄは、対向する第１磁気スケール４７ａ、第２磁気スケール４７ｂ、第３磁気スケール４７ｃ、及び第４磁気スケール４７ｄの目盛りからそれぞれの変位又は速度等を測定し、制御部５０に出力する。

第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄは、電流、回転速度、及び回転トルク等の信号を制御部５０にフィードバックすることが好ましい。

次に、本実施形態の三次元造形装置１の作動について説明する。

図６〜図９は、本実施形態の三次元造形装置の造形テーブル部の作動を示す拡大図である。

本実施形態の三次元造形装置１では、まず、図４に示した各駆動部４５を駆動し、図６に示すように、テーブル４１を下方に移動する。テーブル４１の指示移動量は、図５に示した入力部５１にあらかじめ入力し、記憶部５２に記憶しておけばよい。

ここで、本実施形態の三次元造形装置１では、記憶部５２に記憶した指示移動量の分だけテーブル４１を移動させている間に、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄの電流、回転速度、及び回転トルク等の信号、並びに、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄからの測定信号が制御部５０に入力される。

制御部５０は、これらの信号から第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立して制御し、テーブル４１を所定の姿勢に制御する。なお、本実施形態では、テーブル４１を水平に制御する。

続いて、粉末貯留部３１の排出部３１ｂから金属粉末Ｍをテーブル４１上に排出する。次に、均し部３２によって金属粉末Ｍをテーブル４１上で表面が水平になるように均等に均す。続いて、図１に示したエネルギービーム照射部２がエネルギービームＥＢを照射し、図７に示すように、金属粉末Ｍを焼結し、造形物Ｍ’の一部を形成する。

次に、再び図４に示した各駆動部４５を駆動し、図８に示すように、テーブル４１を下方に移動する。テーブル４１の移動量は、図５に示した入力部５１にあらかじめ入力し、記憶部５２に記憶しておけばよい。

ここで、先ほどと同様に、本実施形態の三次元造形装置１では、記憶部５２に記憶した指示移動量の分だけテーブル４１を移動させている間に、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄの電流、回転速度、及び回転トルク等の信号、並びに、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄからの測定信号が制御部５０に入力される。

制御部５０は、これらの信号から第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に制御して、テーブル４１を所定の姿勢に制御する。なお、本実施形態では、テーブル４１を水平に制御する。

続いて、粉末貯留部３１の排出部３１ｂから金属粉末Ｍをテーブル４１上に排出する。次に、均し部３２によって金属粉末Ｍをテーブル４１上で表面が水平になるように均等に均す。続いて、図１に示したエネルギービーム照射部２がエネルギービームＥＢを照射し、図９に示すように、金属粉末Ｍを焼結し、造形物Ｍ’の一部を形成する。

図１０は、本実施形態の三次元造形装置によって造形物が形成された状態を示す図である。

本実施形態の三次元造形装置を図６〜図９に示したように作動させることで、図１０に示すように、造形物Ｍ’が形成される。

このように、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に配設したので、テーブル４１の姿勢を多くのパターンに設定することができ、多種類の造形物Ｍ’を形成することが可能となる。

また、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に制御して、テーブル４１を所定の姿勢に制御することが可能なので、他種類の造形物Ｍ’を高精度に形成することが可能となる。

さらに、制御部５０は、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に制御して、テーブル４１を水平に制御するので、より高精度の造形物Ｍ’を形成することが可能となる。

図１１は、本発明にかかる他の実施形態の三次元造形装置を示す図である。図１２は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。

図１１及び図１２に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、テーブル４１の中央の下方に第５駆動部４５ｅ、第５減速部４４ｅ、及び第５ボールネジ４３ｅを配設する。そして、５つの各駆動部４５をすべて独立して制御することが好ましい。

このようにテーブル４１を５つの位置で支持し、５つの駆動部４５で駆動することで、さらに高精度に造形物Ｍ’を形成することが可能となる。また、テーブル４１の水平度をより高精度に維持することができ、より高精度の造形物Ｍ’を形成することが可能となる。さらに、高重量、大面積の大型造形物を載置することが可能となる。

図１３は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。

図１３に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、１つの第１ボールネジ４３ａを配設する。そして、図示しない１つの駆動部４５を制御することが好ましい。

このように、テーブル４１を１つの位置で支持し、図示しない１つの駆動部４５で駆動することで、ボールねじ４３、減速部４４、及び駆動部４５の数を減らすことができ、低コストで造形物Ｍ’を形成することが可能となる。

なお、テーブル４１を支持する第１ボールネジ４３ａをテーブル４１の重心位置に配置すると、テーブル４１が安定するので好ましい。

図１４は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。

図１４に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、少なくとも２つの第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂを配設する。そして、図示しない２つの各駆動部４５をすべて独立して制御することが好ましい。

このように、テーブル４１を２つの位置で支持し、図示しない２つの駆動部４５で駆動することで、ボールねじ４３、減速部４４、及び駆動部４５の数を減らすことができ、低コストで造形物Ｍ’を形成することが可能となる。

なお、テーブル４１を支持する第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂを結ぶ直線がテーブル４１の重心を含むように、第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂを配置すると、テーブル４１が安定するので好ましい。

図１５は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。

図１５に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂと三角形を形成するように、第３ボールネジ４３ｃを配設する。そして、図示しない３つの各駆動部４５をすべて独立して制御することが好ましい。

このように、テーブル４１を３つの位置で支持し、図示しない３つの駆動部４５で駆動することで、平面が確定し安定すると共に、ボールねじ４３、減速部４４、及び駆動部４５の数を減らすことができ、低コストで造形物Ｍ’を形成することが可能となる。

なお、テーブル４１を支持する第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、及び第３ボールネジ４３ｃで形成される三角形がテーブル４１の重心を含むように、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、及び第３ボールネジ４３ｃを配置すると、テーブル４１が安定するので好ましい。

図１６は、本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。

図１６に示す本実施形態では、駆動部４５の駆動力によってボールねじ４３のねじ部４３２を回転させ、ナット部４３１を上下動させることで、スライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ナット部４３１とテーブル４１を直接連結してもよい。

ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、スライダ４２に外側のケース４３１ｂが固定される。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でスライダ４２に回転可能に固定され、スライダ４２の直下でナット４３１ａと螺合し、下方でカップリングを介して減速器４４に連結される。また、ねじ部４３２は、基準フレーム１２に固定されるスプラインナット４３３を貫通する。

駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４を介してねじ部４３２を回転させる。ねじ部４３２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、ねじ部４３２に沿って上下動可能なので、ナット４３１ａが回転すると、スライダ４２が上下動し、テーブル４１が上下動する。

図１７は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。

図１７に示す実施形態では、駆動部４５の駆動力によってボールねじ４３のねじ部４３２を回転させ、ナット部４３１を上下動させることで、可動フレーム４１１を上下動させ、ロッド４１２及びスライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ロッド４１２とテーブル４１を直接連結してもよい。

ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、外側のケース４３１ｂが可動フレーム４１１に一体に取り付けられる。ねじ部４３２は、上方で支持フレーム１１に固定され、可動フレーム４１１を貫通し、可動フレーム４１１直下でナット４３１ａと螺合し、下方でカップリングを介して減速器４４に連結される。

駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４を介してねじ部４３２を回転させる。ねじ部４３２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、ねじ部４３２に沿って上下動可能なので、ナット４３１ａが回転すると、可動フレーム４１１及びロッド４１２を介してスライダ４２が上下動し、テーブル４１が上下動する。

図１８は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。

図１８に示す実施形態では、駆動部４５の駆動力によってナット部４３１のナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のねじ部４３２を上下動させることで、スライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ねじ部４３２とテーブル４１を直接連結してもよい。

ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、基準フレーム１２に固定されたナット支持部４１ｂに外側のケース４３１ｂが固定され、上下動不能である。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でテーブル４１に回転可能に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。また、ねじ部４３２は、基準フレーム１２に固定されるスプラインナット４３３を貫通する。

減速部４４の出力軸４４ａには、第１プーリ４０１が固定される。ナット４３１ａには、第２プーリ４０２が固定される。第１プーリ４０１と第２プーリ４０２は、連結ベルト４０１で連結される。第２プーリ４０２は、ナット部４３１のナット４３１ａと共に回転し、ねじ部４３２を貫通させる。

駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４の出力軸４４ａを介して第１プーリ４０１に出力される。第１プーリ４０１が回転すると、連結ベルト４０１を介して第２プーリ４０２が回転する。第２プーリ４０２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、上下動不能なので、ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２が上下動する。したがって、テーブル４１が上下動する。

図１９は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。

図１９に示す実施形態では、駆動部４５の駆動力によってナット部４３１のナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のナット部４３１をねじ部４３２に対して上下動させることで、可動フレーム４１１を上下動させ、ロッド４１２及びスライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ロッド４１２とテーブル４１を直接連結してもよい。

ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、可動フレーム４１１に固定されたナット支持部４１ｂに外側のケース４３１ｂが固定され、可動フレーム４１１に一体に取り付けられる。また、駆動部４５及び減速部４４も可動フレーム４１１に一体に取り付けられ、可動フレーム４１１と共に上下動する。

ねじ部４３２は、上方で支持フレーム１１に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。また、ねじ部４３２は、可動フレーム４１１に固定されるスプラインナット４３３を貫通する。

駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４の出力軸４４ａを介して第１プーリ４０１に出力される。第１プーリ４０１が回転すると、連結ベルト４０１を介して第２プーリ４０２が回転する。第２プーリ４０２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２が上下動不能なので、ナット４３１ａが上下動する。したがって、ナット部４３１と共に可動フレーム４１１が上下動し、ロッド４１２で連結されたスライダ４２及びテーブル４１が上下動する。

図２０は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。

図２０に示す実施形態では、駆動部４５として中空のダイレクトドライブモータを用いて、ナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のねじ部４３２を上下動させることで、スライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ねじ部４３２とテーブル４１を直接連結してもよい。

駆動部４５は、中空のダイレクトドライブモータでナット４３１ａを駆動させ、中心にねじ部４３２を貫通させる。

ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、基準フレーム１２に対して上下動不能に固定される。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でテーブル４１に回転可能に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。

駆動部４５が駆動力を発生させると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、上下動不能なので、ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２が上下動する。したがって、テーブル４１が上下動する。

図２１は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。

図２１に示す実施形態では、駆動部４５として中空のダイレクトドライブモータを用いて、ナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のねじ部４３２を上下動させることで、可動フレーム４１１を上下動させ、ロッド４１２及びスライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ロッド４１２とテーブル４１を直接連結してもよい。

ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、外側のケース４３１ｂが可動フレーム４１１に対して固定される。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でフレーム１１に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。

駆動部４５が駆動力を発生させると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２に沿ってナット４３１ａが上下動する。したがって、ナット部４３１と共に可動フレーム４１１が上下動し、ロッド４１２で連結されたスライダ４２及びテーブル４１が上下動する。

ここで、他の実施形態の三次元造形装置１の駆動伝達部の配置及び構造における制御システムは、図５で説明したものと同様でよい。

本実施形態の三次元造形装置１によれば、支持フレーム１１と、支持フレーム１１に支持される材料供給部３と、支持フレーム１１に支持され、材料供給部３から供給される材料が載置される造形物載置部４と、を備え、造形物載置部４は、上面に造形物が載置されるテーブル４１と、テーブル４１を駆動する駆動部４５と、テーブル４１の位置を測定する測定部４６と、測定部４６の測定値に基づいて、駆動部４５を制御する制御部５０と、を有するので、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することが可能となる。

本実施形態の三次元造形装置１は、テーブル４１の指示移動量をあらかじめ入力する入力部５１と、入力部４１から入力された指示移動量を記憶する記憶部５２と、を備え、制御部５０は、記憶部５２に記憶した指示移動量の分だけテーブル４１を移動させるので、的確に制御することが可能となる。

本実施形態の三次元造形装置１では、制御部５０は、駆動部４５の状態信号がフィードバックされるので、より高精度に制御することが可能となる。

駆動部４５は、独立して駆動可能な第１駆動部４５ａ及び第２駆動部４５ｂを有し、測定部４６は、テーブル４１の位置をそれぞれ測定する第１磁気センサ４６ａ及び第２磁気センサ４６ｂを有し、制御部５０は、第１磁気センサ４６ａ及び第２磁気センサ４６ｂの各測定値に基づいて、第１駆動部４５ａ及び第２駆動部４５ｂをそれぞれ独立して制御するので、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することが可能となる。

また、本実施形態の三次元造形装置１は、第１駆動部４５ａ及び第２駆動部４５ｂの各駆動力をスライダ４２にそれぞれ伝達する第１ボールねじ４３ａ及び第２ボールねじ４３ｂを有する伝達部４３をさらに備えるので、テーブル４１を円滑に移動させることが可能となる。

本実施形態の三次元造形装置１では、第１磁気センサ４６ａ及び第２磁気センサ４６ｂは、テーブル４１と第１ボールねじ４３ａ及び第２ボールねじ４３ｂの支持位置に対応してそれぞれ配設されるので、より高精度に制御することが可能となる。

本実施形態の三次元造形装置１では、駆動部４５は、四角形を形成する位置に配置される第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄを有し、伝達部４３は、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄの駆動力をテーブル４１に伝達する第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄを有し、制御部５０は、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立して制御可能であるので、より高精度に制御することが可能となる。

本実施形態の三次元造形装置１は、テーブル４１と共に移動するロッド４８と、ロッド４８が所定の位置に到達した場合に接触するリミットスイッチ４９と、を備えるので、テーブル４１の過度な移動を防止することが可能となる。

なお、本発明は、この実施形態によって限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えてもよい。

１…三次元造形装置
１１…支持フレーム
１２…基準フレーム（支持フレーム）
２…エネルギービーム照射部（材料供給部）
２１…ビーム発生部
２２…ビーム走査部
３…粉末供給部（材料供給部）
３１…粉末貯留部
３２…均し部
３３…外枠部
４…造形物載置部
４１…テーブル
４２…スライダ
４３…ボールねじ（伝達部）
４４…減速部（伝達部）
４５…駆動部
４６…磁気センサ（測定部）
４７…磁気スケール（測定部）
４８…ロッド
４９…リミットスイッチ
５０…制御部
５１…入力部
５２…記憶部

Claims

支持フレームと、
前記支持フレームに支持される材料供給部と、
前記支持フレームに支持され、前記材料供給部から供給される材料が載置される造形物載置部と、
を備え、
前記造形物載置部は、
上面に前記造形物が載置されるテーブルと、
前記テーブルを駆動する駆動部と、
前記テーブルの位置を測定する測定部と、
前記測定部の測定値に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、
を有する
ことを特徴とする三次元造形装置。
前記テーブルの指示移動量をあらかじめ入力する入力部と、
前記入力部から入力された指示移動量を記憶する記憶部と、
を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶した指示移動量の分だけ前記テーブルを移動させる
請求項１に記載の三次元造形装置。
前記制御部は、前記駆動部の状態信号がフィードバックされる
請求項１又は２に記載の三次元造形装置。
前記駆動部は、独立して駆動可能な第１駆動部及び第２駆動部を有し、
前記測定部は、前記テーブルの位置をそれぞれ測定する第１測定部及び第２測定部を有し、
前記制御部は、前記第１測定部及び前記第２測定部の各測定値に基づいて、前記第１駆動部及び前記第２駆動部をそれぞれ独立して制御する
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の三次元造形装置。
前記造形物載置部は、
前記第１駆動部及び前記第２駆動部の各駆動力を前記テーブルにそれぞれ伝達する第１伝達部及び第２伝達部を有する伝達部をさらに備える
請求項４に記載の三次元造形装置。
前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記テーブルと前記第１伝達部及び前記第２伝達部の支持位置に対応してそれぞれ配設される
請求項５に記載の三次元造形装置。
前記駆動部は、四角形を形成する位置に配置される前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部を有し、
前記伝達部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部の駆動力を前記テーブルに伝達する第１伝達部、第２伝達部、第３伝達部、及び第４伝達部を有し、
前記制御部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部をそれぞれ独立して制御可能である
請求項６に記載の三次元造形装置。
前記テーブルと共に移動するロッドと、
前記ロッドが所定の位置に到達した場合に接触するリミットスイッチと、
を備える請求項１乃至７のいずれか１つに記載の三次元造形装置。