JP2015174284A - Production method and production device of solid molded article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吐出した樹脂を硬化させて立体造形物を製造する製造方法及びその製造方法を用いる製造装置に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method for manufacturing a three-dimensional model by curing discharged resin, and a manufacturing apparatus using the manufacturing method.
立体造形物の製造方法には、立体造形物を複数の層に分けて形成した層状の材料を、順次積み重ねて立体造形物を製造する積層造形法がある。この積層造形法の一つとして、例えば、溶融させた樹脂を堆積させる方法が知られている。下記の特許文献1に開示される立体造形物の製造装置では、複数層に分けて形成する立体造形物の一層分の硬化性樹脂を、インクジェットヘッドから造形プレート上に吐出する。吐出された硬化性樹脂は、紫外線が照射されることで硬化する。この製造装置は、インクジェットヘッドと、造形プレートを支持するステージとを相対的に移動させながら硬化した樹脂の上に、さらに硬化性樹脂を吐出し、紫外線を照射して硬化させる。このようにして、製造装置は、硬化性樹脂の吐出処理と、紫外線による硬化処理との2つの処理を繰り返し実施することによって、硬化した樹脂の層を積層し立体造形物を形成する。
As a manufacturing method of a three-dimensional model, there is an additive manufacturing method in which a three-dimensional model is manufactured by sequentially stacking layered materials formed by dividing a three-dimensional model into a plurality of layers. As one of the additive manufacturing methods, for example, a method of depositing a molten resin is known. In the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure disclosed in
ところで、上記した製造装置では、インクジェットヘッドのノズルから造形プレート上に吐出する硬化性樹脂の液滴の外径を大きくすればするほど、吐出処理の一回の走査で形成される層状の堆積樹脂を厚く形成することが可能となる。このため、立体造形物を形成するために必要となる造形時間は、インクジェットヘッドから吐出する液滴径を大きくした分だけ短縮される。一方で、造形プレート上に吐出された堆積樹脂は、液滴径が大きいほど、硬化した後の樹脂表面に形成される凹凸が大きくなってしまう。従って、液滴径を大きくし造形時間の短縮を図ることと、硬化後に樹脂表面に形成される凹凸を低減して平滑化を図ることとは、トレードオフの関係にあり、この両立を図れる解決手段が望まれている。 By the way, in the manufacturing apparatus described above, as the outer diameter of the curable resin droplets discharged from the nozzles of the inkjet head onto the modeling plate is increased, the layered deposited resin formed by one scan of the discharge process Can be formed thick. For this reason, the modeling time required to form the three-dimensional modeled object is shortened by increasing the diameter of the droplet discharged from the inkjet head. On the other hand, as the deposited resin discharged onto the modeling plate has a larger droplet diameter, the unevenness formed on the surface of the resin after curing becomes larger. Therefore, there is a trade-off between increasing the droplet diameter and shortening the modeling time, and reducing the unevenness formed on the resin surface after curing to achieve smoothness. Means are desired.
本発明は、上記した課題を鑑みてなされたものであり、吐出する樹脂の液滴径を大きくし造形時間の短縮が図れるとともに、ステージに堆積させた堆積樹脂の表面を平滑化することが可能な立体造形物の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to increase the droplet diameter of the resin to be discharged, shorten the modeling time, and smooth the surface of the deposited resin deposited on the stage. An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a three-dimensional model.
上記課題を解決するために、本願の請求項1に記載の立体造形物の製造方法は、積層造形法による立体造形物の製造方法であって、ノズルからステージ上に樹脂の液滴を吐出するステップと、ステージ上において液滴が層状に堆積した堆積樹脂の上端部を加熱して流動性を増大させるステップと、堆積樹脂を硬化させ、複数の層に分けて形成する立体造形物の少なくとも一層を形成するステップと、を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, a manufacturing method for a three-dimensional object according to
また、請求項2に記載の立体造形物の製造方法は、請求項1に記載の立体造形物の製造方法において、流動性を増大させるステップは、ステージを冷却することによって、堆積樹脂の下部を冷却しつつ上端部を加熱することを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the three-dimensional molded item according to claim 2 is the method of manufacturing the three-dimensional molded item according to
また、請求項3に記載の立体造形物の製造方法は、請求項1又は請求項2に記載の立体造形物の製造方法において、吐出するステップと、流動性を増大させるステップとを並行して処理することを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the three-dimensional molded item of Claim 3 WHEREIN: In the manufacturing method of the three-dimensional molded item of
また、請求項4に記載の立体造形物の製造方法は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の立体造形物の製造方法において、流動性を増大させるステップは、堆積樹脂におけるステージの平面に沿った任意の方向での端部を除いた中央側の部分を、加熱することを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the three-dimensional molded item of Claim 4 is a manufacturing method of the three-dimensional molded item in any one of
また、請求項5に記載の製造装置は、積層造形法によって立体造形物を製造する製造装置であって、ノズルからステージ上に樹脂の液滴を吐出する吐出部と、ステージ上において液滴が層状に堆積した堆積樹脂の上端部を加熱して流動性を増大させる加熱部と、を備え、堆積樹脂を硬化させ、複数の層に分けて形成する立体造形物の少なくとも一層を形成することを特徴とする。 The manufacturing apparatus according to claim 5 is a manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional modeled object by a layered modeling method, and includes a discharge unit that discharges resin droplets from a nozzle onto a stage, and droplets on the stage. A heating unit that heats the upper end of the deposited resin deposited in layers to increase fluidity, and cures the deposited resin to form at least one layer of a three-dimensional structure formed in a plurality of layers. Features.
請求項1に記載の立体造形物の製造方法では、ノズルからステージ上に樹脂の液滴が吐出される。吐出された樹脂の液滴が層状に堆積した堆積樹脂は、加熱された上端部の流動性が増大する。これにより、ステージ上の堆積樹脂は、ノズル径を大きくしノズルから吐出する樹脂の液滴径を大きくしたとしても、その後の加熱処理で流動性が増大されることで表面の凹凸が平滑化される。また、堆積樹脂は、上端部が部分的に加熱されるため、加熱された上端部が、他の部分に比べて流動性が増大し表面の凹凸が低減するように流動し易くなる。このため、堆積樹脂の全体が加熱され全体の流動性が増大する場合に比べて、堆積樹脂の表面の平滑性が向上する。そして、立体造形物は、表面が平滑化された堆積樹脂を硬化したものを積層して製造される。従って、当該製造方法によれば、液滴径を大きくして造形時間の短縮が図れるとともに、表面を平滑化した堆積樹脂を積層することで所望の表面形状の立体造形物が製造可能となる。
In the manufacturing method of the three-dimensional molded item according to
請求項2に記載の立体造形物の製造方法では、ステージを冷却することによって、堆積樹脂の下部を冷却しつつ上端部を加熱して堆積樹脂の流動性を増大させる。当該製造方法によれば、堆積樹脂を加熱する作業において、上端部を除く他の部分の温度が上昇するのを可能な限り防止し、上端部のみを適切に加熱して表面の平滑性をより向上させることが可能となる。また、堆積樹脂を加熱する処理は、冷却する処理の条件と合わせて、設定条件を変更することが可能となる。 In the method of manufacturing a three-dimensional structure according to claim 2, the fluidity of the deposited resin is increased by heating the upper end portion while cooling the lower portion of the deposited resin by cooling the stage. According to the manufacturing method, in the operation of heating the deposited resin, it is possible to prevent as much as possible the temperature of other portions except the upper end portion from rising, and only the upper end portion is appropriately heated to further improve the surface smoothness. It becomes possible to improve. In addition, in the process of heating the deposited resin, the set conditions can be changed in accordance with the conditions of the process of cooling.
請求項3に記載の立体造形物の製造方法では、吐出するステップと、流動性を増大させるステップとを並行して処理することによって、造形時間をより短縮することが可能となる。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 3, it is possible to further shorten the modeling time by processing the discharging step and the step of increasing the fluidity in parallel.
請求項4に記載の立体造形物の製造方法では、堆積樹脂におけるステージの平面に沿った任意の方向での端部を除いた中央側の部分を、加熱し流動性を増大させる。ここで、ステージ上の堆積樹脂をその全域に亘って流動性を増大させた場合には、堆積樹脂の端部部分に相当する樹脂が外側に広がるように流れ落ち、端部の形状が崩れる場合がある。これに対し、当該製造方法によれば、堆積樹脂における端部を除いた中央側の部分を加熱するため、端部の形状が崩れることを防止しながら表面の平滑化が可能となる。 In the manufacturing method of the three-dimensional molded item of Claim 4, the part of the center side except the edge part in the arbitrary directions along the plane of the stage in deposition resin is heated, and fluidity | liquidity is increased. Here, when the fluidity of the deposited resin on the stage is increased over the entire area, the resin corresponding to the end portion of the deposited resin may flow down so as to spread outward, and the shape of the end portion may collapse. is there. On the other hand, according to the manufacturing method, since the central portion excluding the end portion in the deposited resin is heated, the surface can be smoothed while preventing the end portion from being deformed.
請求項5に記載の製造装置では、吐出部のノズルからステージ上に樹脂の液滴が吐出される。加熱部は、樹脂の液滴が層状に堆積した堆積樹脂の上端部を加熱し、流動性を増大させることによって、その表面の凹凸を平滑化させる。従って、当該製造装置によれば、液滴径を大きくして造形時間の短縮が図れるとともに、表面を平滑化した堆積樹脂を積層することで所望の表面形状の立体造形物が製造可能となる。 In the manufacturing apparatus according to the fifth aspect, droplets of the resin are discharged from the nozzle of the discharge unit onto the stage. The heating unit heats the upper end portion of the deposited resin in which resin droplets are deposited in layers to increase fluidity, thereby smoothing the unevenness of the surface. Therefore, according to the manufacturing apparatus, it is possible to shorten the modeling time by increasing the droplet diameter, and it is possible to manufacture a three-dimensional modeled object having a desired surface shape by laminating the deposited resin whose surface is smoothed.
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
<立体造形物製造装置の構成>
図1は、本発明の実施例の立体造形物製造装置10の平面図を示している。立体造形物製造装置10は、紫外線硬化樹脂による立体造形物を製造するための装置である。立体造形物製造装置10は、搬送装置21と、ヘッド部23と、紫外線照射装置25とを備えている。立体造形物製造装置10は、これらの各種装置がベース11の上部に設けられている。ベース11は、平面視における形状が略長方形状をなし、搬送装置21を取り囲む枠部13を有する。なお、以下の説明では、図1に示すように、ベース11の長手方向(図1の上下方向)をX軸方向、ベース11の短手方向(図1の左右方向)をY軸方向、X軸方向及びY軸方向の両方に直交する方向をZ軸方向(図3参照)と称して説明する。また、図1は、立体造形物製造装置10の上部カバー14(図3参照)を取り外した状態を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<Configuration of 3D object manufacturing device>
FIG. 1: has shown the top view of the three-dimensional molded
搬送装置21は、X軸方向に延びる一対のX軸スライド機構31と、Y軸方向に延びるY軸スライド機構33とを有している。X軸スライド機構31の各々は、ベース11及び枠部13に保持されており、X軸方向に移動可能に設けられたX軸スライダ35をそれぞれ有している。X軸スライド機構31の各々は、電磁モータ61(図2参照)の駆動により、一対のX軸スライダ35が、Y軸方向において互いに対向する位置を保ちながら、X軸方向における任意の位置に移動する。また、Y軸スライド機構33は、Y軸方向の端部の各々がX軸スライダ35に保持されており、Y軸方向に移動可能なプレート保持部37を有している。Y軸スライド機構33は、電磁モータ63(図2参照)の駆動により、プレート保持部37がY軸方向における任意の位置に移動する。従って、プレート保持部37は、X軸スライド機構31及びY軸スライド機構33を駆動させることによって、ベース11上の任意の位置に移動可能となっている。
The
プレート保持部37は、基台38と、保持装置39とを有している。基台38は、平板状に形成され、上面に造形プレートP(図3参照)が載置される。保持装置39は、基台38におけるY軸方向の両側に設けられている。プレート保持部37は、基台38上に載置された造形プレートPのY軸方向の端部を、基台38と保持装置39との間に挟み込んでクランプし、造形プレートPを所定の位置で固定的に保持する。
The
また、基台38は、造形プレートPを冷却するための冷却パイプ41が内蔵されている。冷却パイプ41は、Y軸方向に沿って延び、基台38のY軸方向の端部で折り返しながらX軸方向に向かって形成され、平面視における基台38の全体に亘って形成されている。冷却装置43(図2参照)は、冷却パイプ41内に冷却媒体を供給して基台38及び造形プレートPを冷却する。
The
また、立体造形物製造装置10は、プレート保持部37及び造形プレートPをZ軸方向に昇降するための昇降装置45を有している。図3に示すように、昇降装置45は、駆動部47に連結された複数の支持軸49によって、駆動部47の上部に設けられた基台38を支持している。駆動部47は、例えばエアシリンダである。昇降装置45は、駆動部47を駆動して支持軸49に支持された基台38を上昇、あるいは下降させ、造形プレートPのZ軸方向における位置を変更する。昇降装置45は、プレート保持部37とともに一体となって、ベース11上の任意の位置に移動する。
Moreover, the three-dimensional molded
また、図1に示すヘッド部23は、プレート保持部37及び造形プレートPとZ軸方向において対向するように、立体造形物製造装置10の上部カバー14(図3参照)に取り付けられている。ヘッド部23は、インクジェットヘッド51と、レーザ照射装置53とを有している。インクジェットヘッド51は、造形プレートPの上に紫外線硬化樹脂を吐出する。インクジェットヘッド51には、Y軸方向に沿って並ぶ複数のノズル55が設けられている。インクジェットヘッド51は、例えば、圧電素子65(図2参照)を用いたピエゾ方式によって、複数のノズル55のノズル口から紫外線硬化樹脂が吐出される。なお、インクジェットヘッド51が紫外線硬化樹脂を吐出する構成は、ピエゾ方式に限定されず、他の構成、例えばノズル55内の紫外線硬化樹脂を加熱して気泡を発生させ、紫外線硬化樹脂をノズル口から吐出するサーマル方式を用いた構成でもよい。
Moreover, the
レーザ照射装置53は、移動装置57を介してヘッド部23に保持されている。レーザ照射装置53は、移動装置57が駆動されることによって、Z軸方向に昇降する。レーザ照射装置53は、造形プレートP上に吐出された紫外線硬化樹脂にレーザ光を照射し上端部を加熱する。ヘッド部23は、プレート保持部37の移動にともなって、当該ヘッド部23の下方の位置に造形プレートPが移動してくると、インクジェットヘッド51によって造形プレートP上に紫外線硬化樹脂を吐出しつつ、吐出された紫外線硬化樹脂をレーザ照射装置53によって加熱する。
The
また、紫外線照射装置25は、プレート保持部37及び造形プレートPとZ軸方向において対向するように、立体造形物製造装置10の上部カバー14(図3参照)に取り付けられている。紫外線照射装置25は、紫外線を照射するためのLED67を有しており、当該LED67の照射方向が下方となるように上部カバー14に固定されている。紫外線照射装置25は、プレート保持部37の移動にともなって、当該紫外線照射装置25の下方の位置に造形プレートPが移動してくると、LED67を駆動して造形プレートP上の紫外線硬化樹脂に向かって紫外線を照射する。
Moreover, the
図2に示すように、立体造形物製造装置10は、制御装置71を備えている。制御装置71は、コントローラ73と、複数の駆動回路75と、制御回路77とを備えている。コントローラ73は、CPU、ROM、RAM等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路75及び制御回路77に接続されている。複数の駆動回路75の各々は、上記した保持装置39、電磁モータ61,63、圧電素子65、駆動部47に接続されている。また、複数の制御回路77の各々は、LED67、冷却装置43、レーザ照射装置53に接続されている。コントローラ73は、駆動回路75及び制御回路77を介して、保持装置39やヘッド部23などの動作を制御する。
As illustrated in FIG. 2, the three-dimensional
<立体造形物の形成>
次に、立体造形物を形成する動作について説明する。
立体造形物製造装置10は、上述した構成によって、立体造形物を複数の層に分け、紫外線硬化樹脂で1又は複数の層を形成し、形成した層を順次積み重ねて立体造形物を製造する。詳述すると、まず、制御装置71は、X軸スライド機構31及びY軸スライド機構33を制御し、造形プレートPがセットされたプレート保持部37を、作業位置となるヘッド部23の下部まで移動させる。
<Formation of 3D objects>
Next, an operation for forming a three-dimensional model will be described.
The three-dimensional
次に、図3に示すように、制御装置71は、ヘッド部23を制御して、プレート保持部37に保持された造形プレートP上にインクジェットヘッド51のノズル55から紫外線硬化樹脂を吐出する。プレート保持部37は、制御装置71によって、X軸方向の一方(図3における左向き)に向かって搬送される。この場合、レーザ照射装置53は、プレート保持部37の搬送方向において、インクジェットヘッド51の位置よりも搬送方向の先(図3における左側)となる。
Next, as shown in FIG. 3, the
インクジェットヘッド51は、プレート保持部37及び造形プレートPがX軸方向に向かって搬送される動作に同期しながら、紫外線硬化樹脂の液滴81を造形プレートPに向かって吐出する。造形プレートP上には、複数の液滴81で形成された樹脂の膜(以下、「堆積樹脂」という場合がある)が形成される。このようにして、制御装置71は、立体造形物の設計データに基づいて、プレート保持部37の位置と、ノズル55の吐出のタイミングとを調整しながら造形プレートP上に所定のパターンの堆積樹脂を形成する。
The
また、制御装置71は、インクジェットヘッド51による液滴81の吐出と並行して、レーザ照射装置53による堆積樹脂の加熱処理を実施する。レーザ照射装置53は、堆積樹脂の上端部にレーザ光の焦点を合わせて照射する。図4は、レーザ照射装置53の構成を示している。レーザ照射装置53は、レーザ光源83と、第1反射鏡85と、第2反射鏡87とを筐体89内に有している。レーザ照射装置53は、レーザ光源83から照射されたレーザ光が、第1反射鏡85で反射され、さらに、第2反射鏡87で反射された後に、堆積樹脂に向かって照射される。第1反射鏡85は、制御装置71の制御に基づいて鏡面の方向が変更されることによって、レーザ光のX軸方向に対する照射方向を変更する。また、第2反射鏡87は、制御装置71の制御に基づいて鏡面の方向が変更されることによって、レーザ光のY軸方向に対する照射方向を変更する。例えば、制御装置71は、第1反射鏡85の鏡面の方向を変更させ、レーザ光の液滴81に対するX軸方向の位置を調整する。そして、制御装置71は、第2反射鏡87の鏡面の方向を変更させ、X軸方向に搬送される造形プレートP上の液滴81に対しレーザ光をY軸方向に走査させる。
In addition, the
また、筐体89は、レーザ光が外部に照射される開口に集光レンズ91が設けられている。レーザ光源83から照射されるレーザ光は、集光レンズ91により集光されて効率よく液滴81に照射される。また、レーザ照射装置53は、制御装置71が移動装置57(図3参照)を駆動することでZ軸方向の位置が調整される。制御装置71は、液滴81の上端部にレーザ光の焦点が合うように、レーザ照射装置53のZ軸方向の位置を変更する。なお、レーザ光源83は、例えば、半導体レーザ、炭酸ガスレーザ、YAGレーザ等である。
Further, the
ここで、図4に示すように、造形プレートP上に吐出された液滴81の表面には、液滴81の液滴径、即ち、インクジェットヘッド51のノズル55のノズル口の大きさに応じた凹凸が形成される。このような状態で硬化させた堆積樹脂の上に、さらに、次の層の液滴81を吐出する処理を繰り返すと、製造された立体造形物の表面に許容範囲を超えた大きさの凹凸が形成される。一方で、ノズル55のノズル口を大きくし液滴81の液滴径を大きくすると、1回の吐出で形成される堆積樹脂が厚くなる。即ち、液滴81の液滴径を大きくすればするほど、積層すべき層数が削減でき立体造形物の造形時間を短縮することが可能となる。
Here, as shown in FIG. 4, the surface of the
これに対し、本実施例の立体造形物製造装置10では、吐出された液滴81(堆積樹脂)の上端部にレーザ光の焦点を合わせて加熱する。これにより、堆積樹脂は、表面部分のみが過熱され流動性が増大する。堆積樹脂は、加熱された表面部分が、他の部分に比べて流動性が増大し、表面の凹凸が低減するように流動して平滑化される。一例として、液滴81の粘度は、吐出直後は10mPa・s(ミリパスカル秒)であり、その後、外気、基材により冷却され、増粘した状態が1Pa・s(パスカル秒)、レーザ照射後が10mPa・s(ミリパスカル秒)である。
On the other hand, in the three-dimensional
さらに、制御装置71は、レーザ照射装置53からレーザ光を照射して液滴81の上端部を加熱しつつ、液滴81の下部を冷却する。制御装置71は、冷却装置43(図2参照)を駆動し、基台38に内蔵された冷却パイプ41内に冷却媒体を供給して基台38を冷却する。これにより、造形プレートP上の液滴81は、上端部が加熱される一方で、下部が冷却される。
Further, the
次に、図5に示すように、制御装置71は、紫外線照射装置25を駆動して、造形プレートP上に吐出された堆積樹脂に紫外線を照射し硬化させる。詳述すると、制御装置71は、造形プレートP上に液滴81を吐出し堆積樹脂を形成すると、紫外線照射装置25の下方の位置に向かってプレート保持部37をX軸方向(図5における右向き)に移動させる。紫外線照射装置25は、制御装置71の制御に基づいて、LED67を駆動し紫外線を堆積樹脂に照射する。これにより、造形プレートP上には、堆積樹脂が硬化した一層分の樹脂93が形成される。
Next, as shown in FIG. 5, the
また、制御装置71は、インクジェットヘッド51を制御して、硬化した樹脂93の上に、さらに液滴81を吐出し堆積樹脂を堆積させる。また、レーザ照射装置53は、インクジェットヘッド51の吐出動作と並行して、吐出された液滴81の上端部を加熱する。そして、紫外線照射装置25は、吐出及び加熱された2層目の堆積樹脂に対して紫外線を照射する。立体造形物製造装置10は、この吐出及び加熱の処理と、紫外線の照射処理とを繰り返し実施することで、複数の樹脂93の層によって立体造形物を製造する。
Further, the
<レーザ光の照射範囲>
次に、レーザ照射装置53が造形プレートP上の堆積樹脂に対してレーザ光を照射する範囲について図6を用いて説明する。上記したように、立体造形物製造装置10は、堆積樹脂にレーザ光を照射して加熱するが、堆積樹脂の全域に亘って流動性を増大させた場合には、堆積樹脂の端部部分に相当する樹脂が外側に広がるように流れ落ち、端部の形状が崩れる場合がある。図6は、そのような全域的に亘って流動性を増大させた状態の堆積樹脂101を示している。図6に示す堆積樹脂101は、流動性が増大した端部103が造形プレートP上に広がるような形状となっている。このような状態の堆積樹脂101では、設計データに基づいて立体造形物を製造しても端部103の形状が崩れてしまう。
<Irradiation range of laser light>
Next, the range in which the
これに対し、本実施例の立体造形物製造装置10では、堆積樹脂101の端部103を除いた部分にレーザ光を照射する設定となっている。例えば、図6に示すように制御装置71は、設計データに基づいて所定のパターンで形成する堆積樹脂101において、造形プレートPの平面に沿った任意の方向での端部103を除いた堆積樹脂101の中央側の部分(図6中のハッチングで示す部分を除いた部分)を加熱する。この任意の方向は、形成されるパターンの平面視における形状に応じて端部の位置が異なるため、適宜変更される。例えば、各辺がX軸方向及びY軸方向に沿った立方体を形成する場合であれば、X軸方向及びY軸方向における端部となる。このため、制御装置71は、形成するパターンの形状や大きさなどに応じて、レーザ照射を除外する端部103の造形プレートP上の座標位置(X軸方向及びY軸方向における位置)を決定する。そして、制御装置71は、決定した座標位置にレーザ光が照射されないようにレーザ照射装置53を制御する。立体造形物製造装置10は、堆積樹脂101における端部103を除いた中央側の部分を加熱するため、端部103を所望の形状に保ちながら堆積樹脂101を積層することが可能となる。
On the other hand, in the three-dimensional molded
以上、上記した本実施例によれば以下の効果を奏する。
<効果1>制御装置71は、立体造形物の製造にあたり、まず、インクジェットヘッド51のノズル55からプレート保持部37に保持された造形プレートP上に紫外線硬化樹脂の液滴81を吐出する。また、制御装置71は、造形プレートP上に液滴81を吐出させながら、レーザ照射装置53から液滴81の上端部にレーザ光を照射して加熱する。液滴81は、上端部の流動性が増大することによって、液滴81が層状に形成された堆積樹脂の表面の凹凸が平滑化される。また、液滴81は、上端部が部分的に加熱されるため、加熱された上端部が、他の部分に比べて流動性が増大し、堆積樹脂の表面の凹凸が低減するように流動し易くなる。これにより、立体造形物製造装置10は、ノズル55のノズル口を大きくし吐出する液滴81の液滴径を大きくした場合に、堆積樹脂の表面の凹凸が大きくなったとしても、その後の加熱処理で液滴81の上端部の流動性を増大させて表面を平滑化することが可能となる。従って、当該立体造形物製造装置10によれば、液滴径を大きくして造形時間の短縮が図れるとともに、表面を平滑化した堆積樹脂を積層することで所望の表面形状の立体造形物が製造可能となる。
As described above, according to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
<
<効果2>制御装置71は、レーザ照射装置53からレーザ光を照射して液滴81の上端部を加熱しつつ、液滴81の下部を冷却する。制御装置71は、冷却装置43(図2参照)を駆動し、基台38に内蔵された冷却パイプ41内に冷却媒体を供給して基台38を冷却する。造形プレートPの液滴81は、上端部が加熱される一方で、下部が冷却される。当該立体造形物製造装置10によれば、堆積樹脂を加熱する作業において、上端部を除く他の部分の温度が上昇するのを可能な限り防止し、上端部のみを適切に加熱して表面の平滑性をより向上させることが可能となる。また、レーザ照射装置53は、液滴81を加熱するレーザ照射の設定条件を、冷却装置43による冷却処理の条件と合わせて変更することが可能となる。これにより、例えば、レーザ照射装置53が液滴81にレーザ光を照射する時間や照射するレーザ光の強度は、冷却装置43が液滴81の下部を冷却する能力に応じて許容される範囲が拡大する。従って、加熱処理と冷却処理とを併用することで、レーザ照射装置53は、許容される設定値の幅が拡大され、制御内容の簡易化を図ることが可能となる。
<Effect 2> The
<効果3>制御装置71は、ノズル55から液滴81を吐出する動作と、レーザ照射装置53によるレーザ照射とを並行して処理することによって、造形時間をより短縮することが可能となる。
<Effect 3> The
<効果4>立体造形物製造装置10は、堆積樹脂101の端部103を除いた部分にレーザ光を照射する設定となっている。制御装置71は、形成するパターンの形状や幅などに応じて、レーザ照射を除外する端部103の造形プレートP上の座標位置を決定する。そして、制御装置71は、決定した座標位置にレーザ光が照射されないようにレーザ照射装置53を制御し、堆積樹脂101を加熱する。堆積樹脂101は、端部103を除いた中央側の部分が加熱されるため、端部103の形状が崩れるのを防止しつつ、表面が平滑化される。
<Effect 4> The three-dimensional
ちなみに、立体造形物製造装置10は、製造装置の一例である。インクジェットヘッド51は、吐出部の一例である。レーザ照射装置53は、加熱部の一例である。造形プレートPを保持するプレート保持部37は、ステージの一例である。
Incidentally, the three-dimensional molded
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。
例えば、液滴81を加熱する方法は、レーザ光の照射に限定されない。例えば、立体造形物製造装置10は、液滴81の表面に熱風を送風して加熱する構成に変更してもよく、あるいは赤外線ランプによって加熱する構成に変更してもよい。
また、上記実施例では、レーザ光による加熱処理を、紫外線による硬化処理の前に実施したが、硬化処理の後に実施してもよい。例えば、立体造形物製造装置10は、紫外線によって硬化させた後の樹脂93(図5参照)の表面を、次の層の液滴81を吐出する前にレーザ光を照射して加熱し、樹脂93の表面を溶融させて平滑化を図ってもよい。
また、立体造形物製造装置10は、レーザ光による加熱処理を各層ごとに実施せず、所定の層数だけ積層した後に、表面を加熱する処理を実施してもよい。この処理は、一層ごとに形成される表面の凹凸が、完成品の立体造形物の表面に与える影響が少ない場合に有効であり、造形時間の短縮が図れる。
また、立体造形物製造装置10は、流動性を増大させた液滴81(堆積樹脂)の表面をローラ等で物理的に平滑化する処理を実施してもよい。
In addition, this invention is not limited to the said Example, It is possible to implement in the various aspect which gave various change and improvement based on the knowledge of those skilled in the art.
For example, the method of heating the
Moreover, in the said Example, although the heat processing by a laser beam was implemented before the hardening process by an ultraviolet-ray, you may implement after a hardening process. For example, the three-dimensional
In addition, the three-dimensional
In addition, the three-dimensional
また、上記実施例では、立体造形物製造装置10は、吐出処理と、加熱処理とを並行して処理したが、これらの処理を、順次処理する構成に変更してもよい。
また、上記実施例の立体造形物製造装置10は、インクジェットヘッド51を固定状態として造形プレートPを移動させて造形処理を実施する構成としたが、これに限定されない。例えば、立体造形物製造装置10は、造形プレートPを載置する基台38を固定状態としてインクジェットヘッド51を移動させて造形処理を実施してもよい。あるいは、立体造形物製造装置10は、インクジェットヘッド51と造形プレートPとの両方を相対的に移動させながら造形処理を実施してもよい。
また、上記実施例では、硬化性樹脂として、紫外線硬化樹脂が採用されているが、紫外線以外の樹脂、例えば、特定の波長の光によって硬化する樹脂を採用することが可能である。この場合、立体造形物製造装置10は、紫外線照射装置25に代えて特定の波長の光を照射する光照射装置を備えた構成に変更できる。
また、本願における樹脂は、特定の波長の光を吸収することで光を熱に変換する材料が含有されたものでもよい。
Moreover, in the said Example, although the three-dimensional molded
Moreover, although the three-dimensional molded
Moreover, in the said Example, although ultraviolet curable resin is employ | adopted as curable resin, it is possible to employ | adopt resin other than an ultraviolet-ray, for example, resin hardened | cured with the light of a specific wavelength. In this case, the three-dimensional
The resin in the present application may contain a material that converts light into heat by absorbing light of a specific wavelength.
また、レーザ照射装置53は、一つのレーザ光源83を備えたが、複数のレーザ光源83を備えてもよい。
また、硬化性樹脂を吐出する装置は、インクジェットヘッド51に限られず、ディスペンサヘッド等を採用することが可能である。
また、冷却パイプ41を用いた冷却装置43の構成は、一例であり、放熱板や冷風を送風する装置を採用することが可能である。
In addition, the
Moreover, the apparatus which discharges curable resin is not restricted to the
Moreover, the structure of the
10 立体造形物製造装置、37 プレート保持部、41 冷却パイプ、51 インクジェットヘッド、53 レーザ照射装置、81 液滴、P 造形プレート、101 堆積樹脂、103 端部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ノズルからステージ上に樹脂の液滴を吐出するステップと、
前記ステージ上において前記液滴が層状に堆積した堆積樹脂の上端部を加熱して流動性を増大させるステップと、
前記堆積樹脂を硬化させ、複数の層に分けて形成する前記立体造形物の少なくとも一層を形成するステップと、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。 It is a manufacturing method of a three-dimensional structure by an additive manufacturing method,
Discharging a resin droplet from the nozzle onto the stage;
Heating the upper end of the deposited resin in which the droplets are deposited in layers on the stage to increase fluidity;
Curing the deposited resin and forming at least one layer of the three-dimensional structure to be divided into a plurality of layers;
The manufacturing method of the three-dimensional molded item characterized by including.
前記ステージを冷却することによって、前記堆積樹脂の下部を冷却しつつ上端部を加熱することを特徴とする請求項1に記載の立体造形物の製造方法。 Increasing the fluidity comprises:
The method of manufacturing a three-dimensional structure according to claim 1, wherein the upper end portion is heated while cooling the lower portion of the deposited resin by cooling the stage.
前記堆積樹脂における前記ステージの平面に沿った任意の方向での端部を除いた中央側の部分を、加熱することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。 Increasing the fluidity comprises:
The three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 3, wherein a portion on the center side excluding an end portion in an arbitrary direction along the plane of the stage in the deposited resin is heated. Manufacturing method.
ノズルからステージ上に樹脂の液滴を吐出する吐出部と、
前記ステージ上において前記液滴が層状に堆積した堆積樹脂の上端部を加熱して流動性を増大させる加熱部と、を備え、
前記堆積樹脂を硬化させ、複数の層に分けて形成する前記立体造形物の少なくとも一層を形成することを特徴とする製造装置。 It is a manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional model by the additive manufacturing method,
A discharge unit that discharges resin droplets from the nozzle onto the stage;
A heating unit that heats the upper end of the deposited resin in which the droplets are deposited in layers on the stage to increase fluidity; and
The manufacturing apparatus, wherein the deposited resin is cured to form at least one layer of the three-dimensional structure formed by dividing into a plurality of layers.
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