JP2015221526A - 三次元造形物を製造する方法、三次元造形装置、プログラムおよび三次元造形物 - Google Patents
三次元造形物を製造する方法、三次元造形装置、プログラムおよび三次元造形物 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015221526A JP2015221526A JP2014107008A JP2014107008A JP2015221526A JP 2015221526 A JP2015221526 A JP 2015221526A JP 2014107008 A JP2014107008 A JP 2014107008A JP 2014107008 A JP2014107008 A JP 2014107008A JP 2015221526 A JP2015221526 A JP 2015221526A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ink
- layer
- melt resin
- hot
- dimensional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
【課題】三次元造形物の強度および耐衝撃性と高精細性とを両立させることのできる三次元造形物の製造方法を提供する。【解決手段】1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を製造する方法であって、熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する層をステージ上に形成する工程と、活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する層をステージ上に形成する工程と、を含む、方法。【選択図】図4
Description
本発明は、三次元造形物を製造する方法、三次元造形装置、プログラムおよび三次元造形物に関する。
近年、三次元造形物を製造する方法として、SLA(stereolithography)法、UV−IJ(ultra-violet inkjet)法及びFDM(Fused Deposition Molding)法等が広く知られている。三次元造形物は、製造が比較的容易であるため、最終製品を製造する前の、試作品として用いることができる。
これらの方法では、製造しようとする三次元造形物を微分割した複数の薄片状の層を繰り返し作成し、積層させることで、三次元造形物を製造する。SLA法では、液体状の三次元造形用インクに活性光線を照射して硬化させる工程を繰り返して、形成された三次元造形物の層を積層させていく。UV−IJ法では、吐出ノズルからインクジェット方式で吐出された三次元造形用インクの液滴に活性光線を照射して硬化させる工程を繰り返して、形成された三次元造形物の層を積層させていく。FDM法では、加熱した熱溶融樹脂を吐出ノズルからステージ上に吐出して硬化させる工程を繰り返して、三次元造形物の層を積層させていく。
上記した製造方法は、用いることのできる材料や、製造方法の特徴がそれぞれ異なるため、製造される三次元造形物にも方法によって異なる特性が生じる。たとえば、FDM法では、ABS樹脂を用いることができるため、強度や耐衝撃性等の物性に優れた三次元造形物を製造することができる。一方でUV−IJ法では、光硬化性組成物の液滴径を小さくすることができるので、精細な形状を有する三次元造形物を製造することができる。
しかし、製造される三次元造形物の強度および耐衝撃性等の物性と高精細性とを両立させることのできる製造方法は開発されておらず、そのため、製造者は、製造される三次元造形物を使用する目的に応じて、物性または高精細性のいずれを採用するかの選択を迫られている。
上記の課題に鑑み、本発明は、三次元造形物の強度および耐衝撃性と高精細性とを両立させることのできる三次元造形物の製造方法、そのような方法に用いることのできる三次元造形装置およびプログラム、ならびに三次元造形物を提供することをその目的とする。
本発明の第一は、以下の三次元造形物を製造する方法に関する。
[1]1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を製造する方法であって、
熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、
活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、
を含む、方法。
[2]前記インクジェットインク部を構成する層の層厚は、前記熱溶融樹脂部を構成する層の層厚の1/100以上1/5以下である、[1]に記載の方法。
[3]前記熱溶融樹脂部を構成する層を形成する工程を行った後に、該形成された熱溶融樹脂部を構成する層と層内方向に接するように、前記インクジェットインク部を構成する層を形成する工程を行う、[1]または[2]に記載の方法。
[4]前記インクジェットインク部を構成する層を形成する工程を複数回行って前記インクジェットインク部を構成する層を積層し、該積層されたインクジェットインク部を構成する複数の層と層内方向に接するように、前記熱溶融樹脂部を構成する層を形成する工程を行う、[1]または[2]に記載の方法。
[5]前記三次元造形用インクは、光重合性化合物および光開始剤を含み、該光重合性化合物は(メタ)アクリル基を有する化合物を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]前記三次元造形用インクは、光重合性化合物および光開始剤を含み、該光重合性化合物はヒドロキシル基、イソシアネート基またはアミノ基からなる群から選択される1または複数の官能基を有する単官能重合性化合物を含む、[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[1]1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を製造する方法であって、
熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、
活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、
を含む、方法。
[2]前記インクジェットインク部を構成する層の層厚は、前記熱溶融樹脂部を構成する層の層厚の1/100以上1/5以下である、[1]に記載の方法。
[3]前記熱溶融樹脂部を構成する層を形成する工程を行った後に、該形成された熱溶融樹脂部を構成する層と層内方向に接するように、前記インクジェットインク部を構成する層を形成する工程を行う、[1]または[2]に記載の方法。
[4]前記インクジェットインク部を構成する層を形成する工程を複数回行って前記インクジェットインク部を構成する層を積層し、該積層されたインクジェットインク部を構成する複数の層と層内方向に接するように、前記熱溶融樹脂部を構成する層を形成する工程を行う、[1]または[2]に記載の方法。
[5]前記三次元造形用インクは、光重合性化合物および光開始剤を含み、該光重合性化合物は(メタ)アクリル基を有する化合物を含む、[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]前記三次元造形用インクは、光重合性化合物および光開始剤を含み、該光重合性化合物はヒドロキシル基、イソシアネート基またはアミノ基からなる群から選択される1または複数の官能基を有する単官能重合性化合物を含む、[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
本発明の第二は、以下の三次元造形装置に関する。
[7]1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
熱溶融樹脂部を構成する層を形成するための熱溶融樹脂を吐出することが可能な第1の吐出ノズルおよびインクジェットインク部を構成する層を形成するための三次元造形用インクをインクジェット方式により吐出することが可能な第2の吐出ノズルを有する、装置。
[8]前記第1の吐出ノズルおよび前記第2の吐出ノズルは、同一のノズルホルダーに備えられている、[7]に記載の装置。
[7]1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
熱溶融樹脂部を構成する層を形成するための熱溶融樹脂を吐出することが可能な第1の吐出ノズルおよびインクジェットインク部を構成する層を形成するための三次元造形用インクをインクジェット方式により吐出することが可能な第2の吐出ノズルを有する、装置。
[8]前記第1の吐出ノズルおよび前記第2の吐出ノズルは、同一のノズルホルダーに備えられている、[7]に記載の装置。
本発明の第三は、以下のプログラムに関する。
[9][1]〜[6]のいずれかに記載の方法を三次元造形装置に実行させるためのプログラム。
[9][1]〜[6]のいずれかに記載の方法を三次元造形装置に実行させるためのプログラム。
本発明の第四は、以下の三次元造形物に関する。
[10]硬化した熱溶融樹脂を含む、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、硬化した三次元造形用インクを含む、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む、三次元造形物。
[11]前記インクジェットインク部は、前記三次元造形物の外表面の少なくとも一部を構成する、[10]に記載の三次元造形物。
[10]硬化した熱溶融樹脂を含む、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、硬化した三次元造形用インクを含む、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む、三次元造形物。
[11]前記インクジェットインク部は、前記三次元造形物の外表面の少なくとも一部を構成する、[10]に記載の三次元造形物。
本発明によれば、三次元造形物の物性と高精細性を両立させることのできる三次元造形物の製造方法、そのような方法に用いることのできる三次元造形装置およびプログラム、ならびに三次元造形物が提供される。
以下に、例示的な実施形態を挙げて本発明を説明する。
1.三次元造形物を製造する方法
本発明の一実施形態に係る方法は、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を製造する方法であって、熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、を含む、方法である。
本発明の一実施形態に係る方法は、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を製造する方法であって、熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、を含む、方法である。
本発明の方法では、製造する三次元造形物の立体データを1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と1または複数の層からなるインクジェットインク部とに分割したSTLデータ(以下、三次元造形用STLデータともいう)に基づいて、三次元造形物を製造することができる。熱溶融樹脂部のデータは、積層していく方向とは直行する方向に熱溶融樹脂部を1または複数の層に微分割したデータからなり、インクジェットインク部のデータは、積層していく方向とは直行する方向にインクジェットインク部を1または複数の層に微分割したデータからなる。なお、本発明において、熱溶融樹脂部を微分割した1または複数の層のそれぞれをFDM層ともいい、インクジェットインク部を微分割した1または複数の層のそれぞれをIJ層ともいう。
1−1.熱溶融樹脂部とインクジェットインク部
本発明における熱溶融樹脂部とは、製造しようとする三次元造形物のうち、FDM法の手順にしたがって製造されるべき部分を意味する。また、本発明におけるインクジェットインク部とは、製造しようとする三次元造形物のうち、UV−IJ法の手順にしたがって製造されるべき部分を意味する。熱溶融樹脂部は、製造しようとする三次元造形物の内側の部分を構成し、インクジェットインク部は、熱溶融樹脂よりも外側の部分を構成するように設定することができる。
本発明における熱溶融樹脂部とは、製造しようとする三次元造形物のうち、FDM法の手順にしたがって製造されるべき部分を意味する。また、本発明におけるインクジェットインク部とは、製造しようとする三次元造形物のうち、UV−IJ法の手順にしたがって製造されるべき部分を意味する。熱溶融樹脂部は、製造しようとする三次元造形物の内側の部分を構成し、インクジェットインク部は、熱溶融樹脂よりも外側の部分を構成するように設定することができる。
FDM法で用いられる熱溶融樹脂の硬化物は、強度や耐衝撃性に優れる。そのため、三次元造形物の内側を熱溶融樹脂部とすることで、三次元造形物の強度や耐衝撃性等を高めることができる。一方でUV−IJ法で用いられる三次元造形用インクは、粒径をより小さくできるため、精細な構造の造形が可能である。そのため、インクジェットインク部が製造しようとする三次元造形物の外表面の少なくとも一部を構成するようにすることで、より精細な表面構造を有する三次元造形物を製造することができる。ただし、三次元造形物のすべての外表面をインクジェットインク部にする必要はなく、外表面のうち、精細な構造を造形しようとする部分のみをインクジェットインク部として、その他の外表面は熱溶融樹脂部にしてもかまわない。
三次元造形物の立体データを熱溶融樹脂部とインクジェットインク部とに分割する方法は、特に限定されず、製造する三次元造形物の形状や、製造の容易さに基づいて任意に設定することができる。
たとえば、製造する三次元造形物の立体データの内部(たとえば、表面から1mm以上内側の部分)を任意のサイズのボクセルで埋めた部分を熱溶融樹脂部とし、熱溶融樹脂部以外の部分をより小さいサイズのボクセルで埋めた部分をインクジェットインク部としてもよい。熱溶融樹脂部を構成するボクセルのサイズは、熱溶融樹脂層の1層分の層厚等に従って任意に決定することができ、たとえば、一辺が200μmの立方体とすることができる。インクジェットインク部を構成するボクセルのサイズは、IJ層の1層分の層厚等に従って任意に決定することができ、たとえば、一辺が20μmの立方体とすることができる。
このとき、立体データの最表面に接する部分については、インクジェットインク部を構成するボクセルの形状と立体データの形状とが一致せず、配置しようとしたボクセルが立体データの内部と外部との両方にまたがる場合がある。このようなときは、立体データの内部と外部にまたがるボクセルもインクジェットインク部に入れてもよいし、逆に、このようなボクセルはインクジェットインク部から除外してもよい。また、ボクセルのうち決められた割合(たとえばボクセルの容量の50%)が立体データ内部にかかる場合にはそのようなボクセルをインクジェットインク部とし、そうではない場合にはインクジェットインク部に入れないように設定してもよい。
立体データの最表面に熱溶融樹脂部のボクセルが接する場合も、同様の設定をすることができる。
1−2.FDM層とIJ層
熱溶融樹脂部およびインクジェットインク部を、それぞれ1または複数のFDM層およびIJ層に分割する方法も、特に限定されず、製造する三次元造形物の形状や、製造の容易さに基づいて任意に設定することができる。
熱溶融樹脂部およびインクジェットインク部を、それぞれ1または複数のFDM層およびIJ層に分割する方法も、特に限定されず、製造する三次元造形物の形状や、製造の容易さに基づいて任意に設定することができる。
IJ層の1層分の層厚はFDM層の1層分の層厚よりも薄くすることができる。本発明の一実施形態では、1層分の層厚が薄いIJ層を、FDM層よりも表面側に形成することで、三次元構造物の表面形状をより精細に形成することができる。
IJ層の1層分の層厚は、三次元造形物の表面形状によって定めることができるが、FDM層の1層分の層厚の1/100以上1/5以下とすることが好ましい。IJ層の1層分の層厚を、FDM層の1層分の層厚の1/100以上とすることで、IJ層を形成する工程の数の増加による製造工程の複雑化および長時間化を防ぐことができる。一方で、IJ層の1層分の層厚を、FDM層の1層分の層厚の1/5以上とすることで、三次元造形物の表面形状をより精細に形成することができる。IJ層の1層分の層厚は、FDM層の1層分の層厚の1/20以上1/5以下であることが好ましく、1/15以上1/5以下であることがより好ましく、1/10以上1/5以下であることがさらに好ましい。
本発明において、FDM層の上にIJ層が形成されてもよいし、IJ層の上にFDM層が形成されてもよい。そのため、熱溶融樹脂部を構成する層(FDM層)を形成する工程の各回と、インクジェットインク部を構成する層(IJ層)を形成する工程の各回とがそれぞれ複数回行われる場合、各工程の順番は、特に限定されず、FDM層の形成とIJ層の形成とを任意の順番で組みあわせることができる。
ただし、本発明の一実施形態において、ある層を形成した後、ステージを下げて(熱溶融樹脂用の吐出ノズルおよび三次元造形用インク用の吐出ノズルとステージとの距離を遠ざけて)、形成した層の上に次の層を形成する場合、三次元造形物は、より下部に位置する層からより上部に位置する層へと形成されていく。そのため、下の層を形成してから、その上に接する層を形成するよう、FDM層およびIJ層のそれぞれを形成していく順番を決定することが好ましい。
FDM層とIJ層とが三次元造形物の層内方向(積層していく方向とは直行する方向)に接する場合、先にFDM層を形成してから、それと層内方向に接するようにIJ層を形成してもよいし、先にIJ層を形成してから、それと層内方向に接するようにFDM層を形成してもよい。
このとき、先にFDM層を形成してから、形成されたFDM層と層内方向に接するようにIJ層を形成すると、より粒径の小さい三次元造形用インクがFDM層の隙間に入り込むため、FDM層とIJ層との間の隙間が少なくなり、両者を乖離しにくくすることができる。
逆に、IJ層を複数層積層して、積層されたインクジェットインク部の厚みがFDM層の1層分の厚みになってから、形成されたIJ層と層内方向に接するようにFDM層を形成すると、最後にIJ層を形成したステージの位置のまま、ステージの高さを変更せずに(熱溶融樹脂用の吐出ノズルおよび三次元造形用インク用の吐出ノズルとステージとの距離を変更せずに)、熱溶融樹脂層を形成することができるので、効率的かつ迅速に三次元造形物を製造することが可能になる。
1−3.三次元造形用STLデータ
三次元造形用STLデータを製造する方法も、特に限定されず、製造する三次元造形物の形状や、製造の容易さに基づいて任意に設定することができる。
三次元造形用STLデータを製造する方法も、特に限定されず、製造する三次元造形物の形状や、製造の容易さに基づいて任意に設定することができる。
CADデータをSTLデータに変換した後に、三次元造形物のSTLデータを1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と1または複数の層からなるインクジェットインク部に分割して、三次元造形用STLデータを製造してもよいし、CADデータを1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と1または複数の層からなるインクジェットインク部に分割した後に、三次元造形物のCADデータをSTLデータに変換して、三次元造形用STLデータとしてもよい。熱溶融樹脂部とインクジェットインク部をそれぞれ1または複数のFDM層およびIJ層に分割する工程も、STLデータに対して行ってもよいし、CADデータに対して行ってもよい。また、購入する等の方法で入手した三次元造形用STLデータを用いて本発明の方法を使用してもよい。
三次元造形用STLデータは、熱溶融樹脂部の各層およびインクジェットインク部の各層を、どのような順番で積層していくかについての情報を含む。
1−4.熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する層をステージ上に形成する工程
本発明の三次元造形物を製造する方法は、熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する層をステージ上に形成する工程を含む。この工程は、後述の、活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する層をステージ上に形成する工程と任意に組み合わされて行われる。この工程は、1回のみ行われてもよいし、複数回行われてもよい。
本発明の三次元造形物を製造する方法は、熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する層をステージ上に形成する工程を含む。この工程は、後述の、活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する層をステージ上に形成する工程と任意に組み合わされて行われる。この工程は、1回のみ行われてもよいし、複数回行われてもよい。
この工程においては、第n番目(nは1以上の整数)のFDM層における熱溶融樹脂の配置を示すデータにしたがって、ノズルを走査しながら熱溶融樹脂を吐出することにより、当該FDM層を形成することができる。本発明において、本工程を1回行うというとき、データにしたがって、ノズルを走査しながら1層分の熱溶融樹脂を吐出することを意味する。このとき、ノズルから吐出された熱溶融樹脂は、自然冷却により固化することによって、熱溶融樹脂部を構成する層を形成する。
本発明においてFDM層をステージ上に形成するという場合、FDM層をステージ上に直接形成してもよいし、すでに形成されたIJ層または他のFDM層の上に新たなFDM層を形成してもよい。
熱溶融樹脂としては、公知の材料を用いることができる。本発明に用いることのできる熱溶融樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂、塩化ビニル樹脂、メタクリル酸メチル樹脂、ナイロン、フッ素樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル樹脂(ポリ乳酸樹脂等)等が含まれる。これらのうち、強度、伸び、加工性、耐衝撃性、曲げ疲労性等の機械的特性のバランスがよいことから、ABS樹脂またはポリカーボネートが好ましく、ABS樹脂が最も好ましい。
熱溶融樹脂は、ISO 1133に準拠し、温度220℃、荷重10kgの条件下に測定したメルトフローレート(MFR)が、5g/10min以上100g/10min以下であることが好ましい。MFRが5g/10min以上であると、熱溶融樹脂が途切れずに連続してノズルから吐出することができるため、三次元造形物に割れ目等が生じにくい。MFRが100g/10min以下であると、三次元造形物の強度が良好になる。MFRは、10g/10min以上80g/10min以下であることがさらに好ましい。
熱溶融樹脂は、180℃以上300℃以下の温度範囲で溶融することが好ましい。熱溶融樹脂の溶融温度を300℃以下とすることで、製造後の三次元造形物の形状が安定しやすくなる。また、熱溶融樹脂の溶融温度を180℃以上とすることで、熱溶融樹脂を吐出しやすくなる。
熱溶融樹脂のガラス転移温度は、40℃以上であることが好ましい。ガラス転移温度が40℃以上であると、夏場でも三次元造形物が変形しにくく、形状を保つことができる。熱溶融樹脂のガラス転移温度は、50℃以上であることがより好ましく、80℃以上であることがさらに好ましい。このような構成により、熱がかかる部品の試作を本発明によってすることができる。
熱溶融樹脂部の1層分の厚さは、用いるノズルの開口径または熱溶融樹脂のMFR等によって調節することができる。それぞれの層の厚さは、100μm以上500μm以下であることが好ましく、100μm以上300μm以下であることがさらに好ましく、100μm以上250μm以下であることがさらに好ましい。
1−5.活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する層をステージ上に形成する工程
本発明の三次元造形物を製造する方法は、活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、インクジェットインク部を構成する層(IJ層)をステージ上に形成する工程を含む。この工程は、前述の熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して熱溶融樹脂部を構成する層(FDM層)をステージ上に形成する工程と任意に組み合わされて行われる。この工程は、1回のみ行われてもよいし、複数回行われてもよい。
本発明の三次元造形物を製造する方法は、活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、インクジェットインク部を構成する層(IJ層)をステージ上に形成する工程を含む。この工程は、前述の熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して熱溶融樹脂部を構成する層(FDM層)をステージ上に形成する工程と任意に組み合わされて行われる。この工程は、1回のみ行われてもよいし、複数回行われてもよい。
この工程においては、第m番目(mは1以上の整数)のIJ層における三次元造形用インクの配置を示すデータにしたがって、ノズルを走査しながら三次元造形用インクを吐出し、吐出された三次元造形用インクに活性光線を照射して、三次元造形用インクを硬化させることで、当該IJ層を形成することができる。本発明において、本工程を1回行うというとき、データにしたがってノズルを走査しながら1層分の三次元造形用インクを吐出し、吐出された三次元造形用インクに活性光線を照射することを意味する。活性光線は、ノズルから三次元造形用インクを吐出しながら同時に照射してもよいし、1層分の三次元造形用インクを吐出してから層ごとに照射してもよい。
本発明においてIJ層をステージ上に形成するという場合、IJ層をステージ上に直接形成してもよいし、すでに形成されたFDM層またはすでに形成されたIJ層の上に新たなIJ層を形成してもよい。
三次元造形用インクとしては、三次元造形用の公知の材料を用いることができ、たとえば、光重合性化合物および光開始剤を含む三次元造形用のインクを用いることができる。
光重合性化合物としては、ラジカル重合性の官能基またはカチオン重合性の官能基を有する化合物を用いることができる。ラジカル重合性の官能基の例には、エチレン基を有する官能基が含まれ、具体的には、(メタ)アクリル基、ビニル基、アリルエーテル基、ビニルエーテル基およびマレイミド基等が含まれる。カチオン重合性の官能基の例には、エポキシ基、オキセタン基およびビニルエーテル基等が含まれる。なお、「(メタ)アクリル」は「アクリル」、「メタクリル」の双方又はいずれかを意味し、「(メタ)アクリレート」は「アクリレート」、「メタクリレート」の双方又はいずれかを意味する。これらのうち、光重合性化合物は、(メタ)アクリル基を有する化合物を含むと、熱溶融樹脂との親和性が良好になることから、好ましい。
また、光重合性化合物は、上記ラジカル重合性の官能基またはカチオン重合性の官能基を分子内に1つ有する化合物(以下、単官能重合性化合物ともいう。)でもよいし、上記ラジカル重合性の官能基またはカチオン重合性の官能基を有する化合物を分子内に2つ以上有する化合物(以下、多官能重合性化合物ともいう。)でもよい。単官能重合性化合物による弾性と多官能重合性化合物による強度とを両立させるため、光重合性化合物は、単官能重合性化合物と多官能重合性化合物の両方を含むことが好ましい。弾性と強度をより高い範囲で両立させるためには、単官能重合性化合物と多官能重合性化合物とを、単官能重合性化合物/多官能重合性化合物が92.0/8.0以上99.5/0.5以下のモル比となるような割合で含むことが好ましい。
前記(メタ)アクリル基を有する単官能重合性化合物の例には、メチル(メタ)アクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ペンチルアクリレート、イソアミルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソノニルアクリレート、デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、イソミリスチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、n-ステアリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシエトキシエチルアクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、メトキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル−フタル酸、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-エチルヘキシル−ジグリコールアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、メトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアクリレート、2-エチルヘキシルカルビトールアクリレート等が含まれる。
前記(メタ)アクリル基を有する多官能重合性化合物の例には、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレートおよびポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレート等の二官能の(メタ)アクリレート化合物、ならびにトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレートおよびペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート等の三官能以上の(メタ)アクリレート化合物が含まれる。
また、光重合性化合物が、ヒドロキシル基、イソシアネート基またはアミノ基等の熱によって反応する官能基を有する単官能重合性化合物を含むと、すでに吐出されている熱溶融樹脂または後から吐出される熱溶融樹脂が有する熱によって、これらの官能基の反応が生じるため、三次元造形用インクと熱溶融樹脂との接着性が高まる。また、これらの官能基は極性が高い部位を含むため、これらの官能基を有する光重合性化合物を含む三次元造形用インクは、同じく極性を有する熱溶融樹脂と接着しやすくなる。本発明において、ヒドロキシル基には、アルコール性ヒドロキシル基のほか、カルボキシル基なども含まれる。また、本発明において、アミノ基には、通常のアミノ基のほか、アミド結合、ウレア結合、ウレタン結合なども含まれる。これらのうち、高い極性により熱溶融樹脂とより接着しやすいことから、本発明のヒドロキシル基としては、カルボキシル基が好ましい。また、同様に、高い極性により熱溶融樹脂とより接着しやすいことから、本発明のアミノ基としては、窒素原子に水素原子が結合しているアミド結合、窒素原子に水素原子が結合しているウレア結合または窒素原子に水素原子が結合しているウレタン結合が好ましい。
ヒドロキシル基を有する光重合性化合物の例には、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル−フタル酸およびカプロラクトンアクリレート等のアルコール性ヒドロキシル基を含有する化合物、ならびに2-(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチルコハク酸および2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸等のカルボキシル基を含有する化合物等が含まれる。
アミノ基を有する光重合性化合物の例には、ジメチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリルアミド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、ヒドロキシエチルアクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド;アクリル酸2-(ブチルカルバモイルオキシ)エチルや、下記式(α)で表される化合物などのウレタン化合物;N-ビニルホルムアミド、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルピロリドン、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ならびに各種アミン変性アクリレートなどが挙げられる。
前記光重合性化合物がラジカル重合性の官能基を有する化合物を含むときは、光重合開始剤として光ラジカル開始剤を用いることができる。前記光重合性化合物がカチオン重合性の官能基を有する化合物を含むときは、光重合開始剤として光酸発生剤を用いることができる。光ラジカル開始剤と光酸発生剤の両方を組み合わせて用いてもよい。
三次元造形用インクは、増感剤、光重合開始剤助剤、重合禁止剤または後述のサポート剤の硬化物との剥離を容易にするための剥離促進剤等を含んでもよい。
三次元造形用インクの粘度は、150mPa・s以下とすることで、インクジェットで良好に吐出することができる。三次元造形用インクの硬化物のガラス転移温度は、40℃以上であることが好ましい。また、夏場の気温を考えると、三次元造形用インクの硬化物のガラス転移温度は、50℃以上であることが好ましく、80℃以上であることがより好ましい。
インクジェットインク部の1層分の厚さは、用いるノズルの開口径や三次元造形用インクの粘度等によって調節することができる。それぞれの層の厚さは、1μm以上40μm以下であることが好ましく、1μm以上30μm以下であることがさらに好ましく、1μm以上20μm以下であることがさらに好ましく、1μm以上10μm以下であることがさらに好ましい。層の厚さは、インクジェット方式で吐出する三次元造形用インクの1滴あたりの液滴量を、1pl〜40plの範囲で変更することで、容易に調整することができる。
1−6.プログラム
本発明の方法を実現するためのプログラムを記録した記憶媒体を、三次元造形システムに供給し、三次元造形システムがプログラムを読み出し、三次元造形装置に実行させることによって、本発明の方法を行ってもよい。プログラムは、記録媒体に記録されていてもよい。
本発明の方法を実現するためのプログラムを記録した記憶媒体を、三次元造形システムに供給し、三次元造形システムがプログラムを読み出し、三次元造形装置に実行させることによって、本発明の方法を行ってもよい。プログラムは、記録媒体に記録されていてもよい。
2.三次元造形装置
本発明の方法は、任意の構成を有する三次元造形装置によって実施することができる。たとえば、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、熱溶融樹脂部を構成する層を形成するための熱溶融樹脂を吐出することが可能な第1の吐出ノズルおよびインクジェットインク部を構成する層を形成するための三次元造形用インクをインクジェット方式により吐出することが可能な第2の吐出ノズルを有する、装置によって、本発明の方法を実施することができる。
本発明の方法は、任意の構成を有する三次元造形装置によって実施することができる。たとえば、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、熱溶融樹脂部を構成する層を形成するための熱溶融樹脂を吐出することが可能な第1の吐出ノズルおよびインクジェットインク部を構成する層を形成するための三次元造形用インクをインクジェット方式により吐出することが可能な第2の吐出ノズルを有する、装置によって、本発明の方法を実施することができる。
図1には、本発明の三次元造形装置1を含む三次元造形システムの例の概要が示される。図1に示される三次元造形システムは、三次元造形装置1として、上下(図面Z方向)に駆動する駆動手段(図示省略)を備えたステージ11と、左右(図面XY方向)に移動可能にレール(図示省略)上に配置され、熱溶融樹脂を吐出する第1の吐出ノズル13および三次元造形用インクを吐出する第2の吐出ノズル14を備えた、造形部12とを有する。
造形部12は、第1の吐出ノズル13を有する熱溶融樹脂用の吐出ヘッドと、第2の吐出ノズル14を有する三次元造形用インク用の吐出ヘッドと、光源17とを備え、必要に応じて第3の吐出ノズル15を有するサポート材用の吐出ヘッドを備え、必要に応じて膜厚調整用ローラ16をさらに備える。
熱溶融樹脂用の吐出ヘッドは、本発明に係る熱溶融樹脂を吐出することが可能な第1の吐出ノズル13を有する。第1の吐出ノズル13は、第1の配管13aを介して第1のポンプ13bおよび第1のタンク13cに連通する。第1のタンク13cには、熱溶融樹脂を入れることができる。本発明に係る熱溶融樹脂は、第1の加熱部13d等によって加熱された状態で吐出される。
三次元造形用インク用の吐出ヘッドは、本発明に係る三次元造形用インクをインクジェット方式により吐出することが可能な第2の吐出ノズル14を有する。第2の吐出ノズル14は、第2の配管14aを介して第2のポンプ14bおよび第2のタンク14cに連通する。第2のタンク14cには、本発明の三次元造形用インクを入れることができる。本発明に係る三次元造形用インクは、第2の加熱部14d等によって加熱された状態で吐出されてもよい。
三次元造形装置1の造形部12は、必要に応じて、サポート材を吐出することが可能な第3の吐出ノズル15を有するサポート材用の吐出ヘッドを備えてもよい。第3の吐出ノズル15は、第3の配管15aを介して第3のポンプ15bおよび第3のタンク15cに連通する。第3のタンク15cには、サポート材を入れることができる。サポート材は、第3の加熱部15d等によって加熱された状態で吐出されてもよい。サポート材は、製造中のオーバーハング部を下方から支持または固定するために用いることができる。サポート材としては、ワックス等の熱溶融するもの、または水溶性のものを用いることができる。熱溶融するサポート剤を用いるときは、サポート材の溶融温度は熱溶融樹脂の溶融温度よりも低くすることが好ましい。
なお、第1の吐出ノズル13および第2の吐出ノズル14が同期して動くように造形部12を構成すると、それぞれのノズルを同時に走査することができる。このような構成とすることで、それぞれのノズルを独立に走査するよりも走査回数を減らすことができ、また、両ノズルが衝突しないようにそれぞれのノズルを走査するラインを制御する必要もなくなるため、効率的に三次元造形物を製造することができる。たとえば、第1の吐出ノズル13および第2の吐出ノズル14を同一のノズルホルダーに備え、第1の吐出ノズル13および第2の吐出ノズル14をノズルホルダーごと同時に走査することができる。同一のノズルホルダーにさらに第3の吐出ノズル15も備える等の構成により、第3の吐出ノズル15も同期して動くように造形部12を構成してもよい。
図1に示すように、三次元造形システムは、さらに演算制御部2と、CADデータ、STLデータまたは三次元造形用STLデータ等を入力するための入力装置4と、入力または入力後に変換された三次元造形用STLデータを出力する出力装置5と、三次元造形用STLデータや仮想三次元造形物等を表示する表示装置6と、三次元造形物を製造するために必要な種々の情報、例えばロット番号、三次元造形用STLデータ番号および本発明に係る熱溶融樹脂および三次元造形用インクを含む三次元造形用セットの番号等を関連付けて記録するための記憶装置3とを有する。
演算制御部2は、三次元造形装置1に情報を送信する手段として、所望の三次元造形物にあった三次元造形用セットを選択するよう情報を送る三次元造形用セット制御手段22と、ステージを駆動させる情報を送るステージ制御手段23と、第1の吐出ノズル13から熱溶融樹脂を吐出させるための情報を送るFDM制御手段24と、第2の吐出ノズル14から三次元造形用インクを吐出させるための情報を送るIJ制御手段25と、吐出された三次元造形用インクを硬化させるために光源17から光照射するよう情報を送る光源制御手段27と、を備える。演算制御部2は、所望の厚さになるようにローラ16によって層を研磨する情報を送るローラ制御手段26をさらに備えてもよい。演算制御部2は、CADデータに基づいてSTLデータを算出する演算手段21をさらに備えてもよい。演算手段21は、CADデータまたはSTLデータから上記三次元造形用STLデータを製造するように構成されていてもよい。
演算制御部2は、CPU等の通常のコンピュータシステムで用いられる演算装置等で構成することができる。演算制御部2は、本発明の方法を実行するためのプログラムが格納された記録媒体から、プログラムを読み取ることで、上記方法を実行することができる。入力装置4としては、例えばキーボード、マウス等のポインティングデバイスが挙げられる。出力装置5としては、例えばプリンタ等が挙げられる。表示装置6としては、例えば液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置等が挙げられる。記憶装置3としてはROM、RAM、磁気ディスク等の記憶装置が使用可能である。
3.三次元造形物
本発明の三次元造形物は、硬化した熱溶融樹脂を含む、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、硬化した三次元造形用インクを含む、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む、三次元造形物である。
本発明の三次元造形物は、硬化した熱溶融樹脂を含む、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、硬化した三次元造形用インクを含む、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む、三次元造形物である。
このとき、熱溶融樹脂部が三次元造形物の内部を形成し、インクジェット部が三次元造形物の外表面の少なくとも一部を構成するような構成とすることができる。三次元造形物の内部を熱溶融樹脂部が形成することにより、三次元造形物の強度や耐衝撃性等を高めることができ、三次元造形物の外表面の少なくとも一部をインクジェットインク部が形成することにより、より精細な表面構造を有する三次元造形物を製造することができる。ただし、三次元造形物のすべての外表面をインクジェットインク部にする必要はなく、外表面のうち、精細な構造を造形しようとする部分のみがインクジェットインク部であり、その他の外表面は熱溶融樹脂部であってもよい。
4.製造例
本発明の方法によれば、たとえば、以下の手順で、図1に記載の三次元造形システムによって、図2に例示する三次元造形物Mを製造することができる。
本発明の方法によれば、たとえば、以下の手順で、図1に記載の三次元造形システムによって、図2に例示する三次元造形物Mを製造することができる。
4−1.製造例1
本発明の方法を実行するためのプログラムが入力されている演算制御部2に、図2の三次元造形物Mを表すCADデータを入力する。入力されたCADデータは、STL演算手段21によって三次元造形用STLデータに変換され、同時に、熱溶融樹脂部およびインクジェットインク部の各層の配置、および各層の製造順番が設定される。
本発明の方法を実行するためのプログラムが入力されている演算制御部2に、図2の三次元造形物Mを表すCADデータを入力する。入力されたCADデータは、STL演算手段21によって三次元造形用STLデータに変換され、同時に、熱溶融樹脂部およびインクジェットインク部の各層の配置、および各層の製造順番が設定される。
本製造例では、入力されたCADデータを変換して得られるSTLデータの内部のうち、表面から1mm以上内側の部分を一辺が200μmの立方体の形状をしたボクセルで埋めていって熱溶融樹脂部とし、それ以外の部分を一辺が20μmの立方体の形状をしたボクセルで埋めていってインクジェットインク部とする。このとき、STLデータのうち、三次元造形物の最表面に接する部分については、一辺が20μmの立方体のボクセルの容量のうち50%が立体データ内部にかかる場合には、そのボクセルをインクジェットインク部としてカウントし、そうではない場合にはインクジェットインク部に入れないように設定する。
図3に、このようにして設定した三次元造形用STLデータの一部の断面図を拡大して表示する。三次元造形物の内部に、一辺が200μmの立方体の形状をしたボクセルからなる熱溶融樹脂部が設定され、熱溶融樹脂部以外の部分に、一辺が20μmの立方体の形状をしたボクセルからなるインクジェットインク部が設定されている。
本発明の方法では、熱溶融樹脂部およびインクジェットインク部は、それぞれ層ごとに形成されていくため、STLデータでも、ボクセルを層ごとにまとめていって、三次元造形用STLデータを構成する。図4に示すように、熱溶融樹脂部を構成するボクセルを層内方向にまとめて、・・・第(n−1)のFDM層、第(n)のFDM層、第(n+1)のFDM層・・・と設定する。また、インクジェットインク部のボクセルも、インクジェットインク部を層内方向にまとめた各層に接するFDM層ごとに、・・・第(n−1)−1のIJ層、第(n−1)−2のIJ層、・・・第(n−1)−10のIJ層、第(n)−1のFDM層、第(n)−2のFDM層、・・・第(n)−10のFDM層、第(n+1)−1のFDM層、第(n+1)−2のFDM層、・・・第(n+1)−10のFDM層、・・・と設定する。
本製造例では、FDM層の各層を形成した後に、それぞれのFDM層に接するIJ層を形成する。そのため、三次元造形用STLデータには、・・・第(n−1)のFDM層、第(n−1)−1のIJ層・・・第(n−1)−10のIJ層、第(n)のFDM層、第(n)−1のIJ層・・・第(n)−10のIJ層、(n+1)のFDM層、第(n+1)−1のIJ層・・・第(n+1)−10のIJ層・・・、の順番に、各層に製造する順番が付される。
このとき、必要に応じて、たとえば「K」の字の第二画目部分のようなオーバーハング部を下方から支持または固定するためのサポート材の配置データも併せて作成する。
三次元造形用STLデータから形成される仮想三次元造形物を、出力装置5から出力するか表示装置6上に表示するかして、所望の形状が形成されるか否かを確認し、所望の形状が形成されない場合は、入力装置4等から、三次元造形用STLデータに修正を加えてもよい。
このような三次元造形用STLデータが完成したら、演算制御部2は記憶装置3を参照して、適切な熱溶融樹脂および三次元造形用インクのセットを選択する。選択されたセットの情報は、三次元造形用セット制御手段22によって、三次元造形装置1に送信される。選択された熱溶融樹脂は第1のタンク13cに用意され、第1の加熱部13dによって加熱される。選択された三次元造形用インクは第2のタンク14cに用意され、必要に応じて第2の加熱部14dによって加熱される。このとき、選択された三次元造形用インクのセットに応じたサポート材も、第3のタンク15cに用意され、必要に応じて、第3の加熱部15dによって加熱される。
熱溶融樹脂および三次元造形用インクがそれぞれのタンクにセットされたら、ステージ制御手段23から送信される情報に従って、三次元造形物の一番下の層を形成するための高さにステージ11の高さを調整する。その後、FDM制御手段24またはIJ制御手段25から三次元造形装置1に送信される吐出情報に従って、三次元造形装置1は、三次元造形物の一番下の層を構成する熱溶融樹脂または三次元造形用インクを、第1の吐出ノズル13または第2の吐出ノズル14から吐出する。第1の吐出ノズル13から吐出される熱溶融樹脂は、ステージ上で自然冷却によって固化し、FDM層を形成する。第2の吐出ノズル14から吐出される三次元造形用インクは、光源17から照射される活性光線によって固化し、IJ層を形成する。このとき、1層分の三次元造形用インクが吐出された後に、三次元造形装置1は、光源制御手段27から送信される情報に従って、吐出された三次元造形用インクに光源17から活性光線を照射する。それぞれの層が形成された後、必要に応じて、ローラ制御手段26から送信される情報に従って、三次元造形装置1は膜厚調整用ローラ16を駆動して、それぞれの層の膜厚を調整してもよい。必要に応じて、第3の吐出ノズル15からサポート材を吐出してもよい。なお、三次元造形物の一番下の層を形成する前に、サポート材の層を形成して、その上に三次元造形物を製造することで、三次元造形物をステージから脱離しやすくすることもできる。
1層分のFDM層またはIJ層が形成されたら、ステージ制御手段23から送信される情報に従って、三次元造形装置1は、次に形成する層の位置にあわせて、ステージ11の高さを調整する。ステージ11の高さが調整されたら、FDM制御手段24またはIJ制御手段25から三次元造形装置1に送信される吐出情報に従って、三次元造形装置1は、熱溶融樹脂または三次元造形用インクを、第1の吐出ノズル13または第2の吐出ノズル14から吐出する。その後、同様の手順によって第2の層を形成する。必要に応じて、第3の吐出ノズル15からサポート材を吐出してもよい。
本製造例では、FDM層を形成した後に、それに接するIJ層を形成する。そのため、図5に示すように、第(n−1)のFDM層およびそれに接する第(n−1)−1のIJ層・・・第(n−1)−10のIJ層が形成された後、三次元造形装置1は、図6に示すように、第1の吐出ノズル13から熱溶融樹脂を吐出し、第(n)のFDM層を形成する。その後、図7に示すように、三次元造形装置1はステージの位置を上げて(第1の吐出ノズル13および第2の吐出ノズル14とステージ11との距離を近づけて)、第2の吐出ノズル14から三次元造形用インクを吐出し、光源17から活性光線を照射することにより、第(n)−1のIJ層を形成する。第(n)−1のIJ層が形成されたら、図8に示すように、三次元造形装置1はステージの位置をIJ層の1層分だけ下げて(第1の吐出ノズル13および第2の吐出ノズル14とステージ11との距離を遠ざけて)、第2の吐出ノズル14から三次元造形用インクを吐出し、光源17から活性光線を照射することにより、第(n)−2のIJ層を形成する。これを繰り返し、第(n)−10のIJ層が形成されたら、三次元造形装置はノズルの位置を移動させて、第(n+1)のFDM層を形成する。
この手順を繰り返すことで、図2に示すような三次元造形物Mを製造することができる。サポート材を使用する場合、最後にサポート材を除去する。
それぞれのFDM層は断面が略楕円形状をしているが、FDM層を形成した後にIJ層を形成することで、FDM層の隙間にも三次元造形用インクを吐出し硬化させることができる。そのため、本製造例によれば、FDM層とIJ層との間の隙間が少なくなり、両者を乖離しにくくすることができる。
4−2.製造例2
本製造例では、IJ層を形成した後に、それに接するFDM層を形成する。製造例1と重複する説明は省略し、異なる部分のみを以下に説明する。
本製造例では、IJ層を形成した後に、それに接するFDM層を形成する。製造例1と重複する説明は省略し、異なる部分のみを以下に説明する。
図5に示すように、第(n−1)のFDM層およびそれに接する第(n−1)−1のIJ層・・・第(n−1)−10のIJ層が形成された後、三次元造形装置1は、図9に示すように、第2の吐出ノズル14から三次元造形用インクを吐出し、光源17から活性光線を照射することにより、第(n)−1のIJ層を形成する。第(n)−1のIJ層が形成されたら、図10に示すように、三次元造形装置1はステージの位置をIJ層の1層分だけ下げて(第1の吐出ノズル13および第2の吐出ノズル14とステージ11との距離を遠ざけて)、第2の吐出ノズル14から三次元造形用インクを吐出し、光源17から活性光線を照射することにより、第(n)−2のIJ層を形成する。これを繰り返し、第(n)−10のIJ層が形成されたら、図11に示すように、三次元造形装置1はノズルをXY方向に移動して、第1の吐出ノズル13から熱溶融樹脂を吐出し、第(n)のFDM層を形成する。
この手順を繰り返すことで、図2に示すような三次元造形物Mを製造することができる。サポート材を使用した場合、最後にサポート材を除去する。
本製造例によれば、ステージを上げる過程を入れることなく(第1の吐出ノズル13および第2の吐出ノズル14とステージ11との距離を近づける過程を入れることなく)、三次元造形物を製造することができるため、より効率的かつ迅速に三次元造形物を製造することが可能になる。
本発明の三次元造形物を製造する方法によれば、プロトタイプ等に好適な三次元造形物を製造することができる。
1 三次元造形装置
2 演算制御部
3 記憶装置
4 入力装置
5 出力装置
6 表示装置
11 ステージ
12 造形部
13 熱溶融樹脂用の吐出ノズル
14 三次元造形用インク用の吐出ノズル
17 光源
2 演算制御部
3 記憶装置
4 入力装置
5 出力装置
6 表示装置
11 ステージ
12 造形部
13 熱溶融樹脂用の吐出ノズル
14 三次元造形用インク用の吐出ノズル
17 光源
Claims (11)
- 1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を製造する方法であって、
熱溶融樹脂を第1の吐出ノズルから吐出して該熱溶融樹脂部を構成する1つの層をステージ上に形成する工程と、
活性光線硬化型の三次元造形用インクを第2の吐出ノズルからインクジェット方式で吐出し、活性光線を照射して、該インクジェットインク部を構成する1つの層を該ステージ上に形成する工程と、
を含む、方法。 - 前記インクジェットインク部を構成する層の層厚は、前記熱溶融樹脂部を構成する層の層厚の1/100以上1/5以下である、請求項1に記載の方法。
- 前記熱溶融樹脂部を構成する層を形成する工程を行った後に、該形成された熱溶融樹脂部を構成する層と層内方向に接するように、前記インクジェットインク部を構成する層を形成する工程を行う、請求項1または2に記載の方法。
- 前記インクジェットインク部を構成する層を形成する工程を複数回行って前記インクジェットインク部を構成する層を積層し、該積層されたインクジェットインク部を構成する複数の層と層内方向に接するように、前記熱溶融樹脂部を構成する層を形成する工程を行う、請求項1または2に記載の方法。
- 前記三次元造形用インクは、光重合性化合物および光開始剤を含み、該光重合性化合物は(メタ)アクリル基を有する化合物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記三次元造形用インクは、光重合性化合物および光開始剤を含み、該光重合性化合物はヒドロキシル基、イソシアネート基およびアミノ基からなる群から選択される1または複数の官能基を有する単官能重合性化合物を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
熱溶融樹脂部を構成する層を形成するための熱溶融樹脂を吐出することが可能な第1の吐出ノズル、およびインクジェットインク部を構成する層を形成するための三次元造形用インクをインクジェット方式により吐出することが可能な第2の吐出ノズルを有する、装置。 - 前記第1の吐出ノズルおよび前記第2の吐出ノズルは、同一のノズルホルダーに備えられている、請求項7に記載の装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法を三次元造形装置に実行させるためのプログラム。
- 硬化した熱溶融樹脂を含む、1または複数の層からなる熱溶融樹脂部と、硬化した三次元造形用インクを含む、1または複数の層からなるインクジェットインク部とを含む、三次元造形物。
- 前記インクジェットインク部は、前記三次元造形物の外表面の少なくとも一部を構成する、請求項10に記載の三次元造形物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014107008A JP2015221526A (ja) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | 三次元造形物を製造する方法、三次元造形装置、プログラムおよび三次元造形物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014107008A JP2015221526A (ja) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | 三次元造形物を製造する方法、三次元造形装置、プログラムおよび三次元造形物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015221526A true JP2015221526A (ja) | 2015-12-10 |
Family
ID=54784849
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014107008A Pending JP2015221526A (ja) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | 三次元造形物を製造する方法、三次元造形装置、プログラムおよび三次元造形物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015221526A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016088101A (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | ロッテケミカルコーポレーション | 3次元プリンタのフィラメント用造成物 |
JP2018065355A (ja) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社ミマキエンジニアリング | 立体造形物及び立体造形物の造形方法 |
JP2018533669A (ja) * | 2015-10-23 | 2018-11-15 | ケムソン ポリマー アディティブ アーゲー | 積層造形用の塩化ビニルポリマー及び組成物 |
JP2019507691A (ja) * | 2016-04-28 | 2019-03-22 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. | 3次元印刷 |
US11427725B2 (en) | 2016-04-28 | 2022-08-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Photoluminescent material sets |
US11465341B2 (en) | 2016-04-28 | 2022-10-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | 3-dimensional printed parts |
-
2014
- 2014-05-23 JP JP2014107008A patent/JP2015221526A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016088101A (ja) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | ロッテケミカルコーポレーション | 3次元プリンタのフィラメント用造成物 |
US10214658B2 (en) | 2014-11-05 | 2019-02-26 | Lotte Chemical Corporation | Method of three-dimensional printing |
JP2018533669A (ja) * | 2015-10-23 | 2018-11-15 | ケムソン ポリマー アディティブ アーゲー | 積層造形用の塩化ビニルポリマー及び組成物 |
US10829629B2 (en) | 2015-10-23 | 2020-11-10 | Chemson Polymer-Additive Ag | Vinyl chloride polymers and compositions for additive manufacturing |
US11542389B2 (en) | 2015-10-23 | 2023-01-03 | Akdeniz Chemson Additives Ag | Vinyl chloride polymers and compositions for additive manufacturing |
JP2019507691A (ja) * | 2016-04-28 | 2019-03-22 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. | 3次元印刷 |
US11241828B2 (en) | 2016-04-28 | 2022-02-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | 3-dimensional printing |
US11427725B2 (en) | 2016-04-28 | 2022-08-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Photoluminescent material sets |
US11465341B2 (en) | 2016-04-28 | 2022-10-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | 3-dimensional printed parts |
JP2018065355A (ja) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社ミマキエンジニアリング | 立体造形物及び立体造形物の造形方法 |
US11247406B2 (en) | 2016-10-21 | 2022-02-15 | Mimaki Engineering Co., Ltd. | Three-dimensional object and method for forming three-dimensional object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2015221526A (ja) | 三次元造形物を製造する方法、三次元造形装置、プログラムおよび三次元造形物 | |
US10557018B2 (en) | Three-dimensional object forming liquid, three-dimensional object forming liquid set, three-dimensional object producing method, and three-dimensional object | |
JP6256044B2 (ja) | 立体造形物の製造方法 | |
JP6720476B2 (ja) | 立体造形用液体セット、立体造形物の製造方法、及び立体造形物 | |
JP6486189B2 (ja) | 三次元印刷装置および三次元印刷方法 | |
JP4403384B2 (ja) | 三次元積層造形方法 | |
JP4366538B2 (ja) | 三次元積層造形物用支持体材料、三次元積層造形物の中間体、三次元積層造形物の製造方法、三次元積層造形物の製造装置 | |
US11602892B2 (en) | Three dimensional printing materials, systems, and methods | |
JP6775760B2 (ja) | 立体造形用液体セット、立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、及びハイドロゲル造形体 | |
EP3577175B1 (en) | Method of 3d printing using 3d printing ink containing a cyclopolymerizable monomer | |
JP2015112836A (ja) | 三次元造形装置および三次元造形方法 | |
WO2019155897A1 (ja) | 立体造形方法 | |
JP2022510865A (ja) | 低重合収縮性を有する3dプリント用インク | |
JP6862917B2 (ja) | 三次元造形物製造用組成物および三次元造形物の製造方法 | |
JP2017222157A (ja) | 立体造形物の製造方法 | |
JP6451822B2 (ja) | 造形装置、及び造形体 | |
JP2017213812A (ja) | 立体造形物の製造方法 | |
JP2017024259A (ja) | 立体造形物の製造方法及びその製造装置 | |
JP2016141113A (ja) | 積層造形装置及び積層造形プログラム | |
JP6439338B2 (ja) | 三次元造形方法および三次元造形装置 | |
JP2018171903A (ja) | 立体造形物の製造方法、立体造形物、液体セット、及び立体造形装置 | |
JP2018034382A (ja) | 三次元造形物の製造方法、三次元造形装置、及び、造形台用部材 | |
JP2020044778A (ja) | 造形材、造形物、三次元造形装置、及び三次元造形物の製造方法 | |
CN108481738A (zh) | 液气交互连续式3d打印系统、打印方法及光学透镜元件 | |
JP2009039891A (ja) | 三次元造形装置、および三次元造形方法 |