JP2016068466A - Solid structure production device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体構造物製造装置、及び方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional structure manufacturing apparatus and method.
フィルム面に微細な多数の穴が規則的に配列して形成されたことで、ハニカム構造とされたフィルム(以下、ハニカム構造フィルムと称する)がある。ハニカム構造フィルムは、例えば、結露法と呼ばれる自己組織化を利用した方法で製造される。結露法は、例えば、疎水性のポリマーが溶媒に溶けている溶液を、支持体上に流延(キャスト)して流延膜を形成し、この流延膜上に周辺の雰囲気中の水分を結露させ、溶媒と生じた水滴とを蒸発させる方法である(例えば、特許文献1参照)。この方法では、水滴が穴を形成するためのテンプレート(鋳型)として機能する。 There is a film having a honeycomb structure (hereinafter referred to as a honeycomb structure film) because a large number of fine holes are regularly arranged on the film surface. The honeycomb structure film is manufactured, for example, by a method using self-organization called a condensation method. In the condensation method, for example, a solution in which a hydrophobic polymer is dissolved in a solvent is cast on a support to form a cast film, and moisture in the surrounding atmosphere is formed on the cast film. This is a method of causing condensation to evaporate the solvent and the generated water droplets (see, for example, Patent Document 1). In this method, the water droplet functions as a template for forming the hole.
内部に空隙が形成されていたり、表面に凹凸が形成されているなどの複雑な三次元構造をもつ立体構造物を製造方法として、立体構造物の各部分を層状に形成し、積層することで製造する手法が知られている。このような手法には、熱可塑性の樹脂(ポリマー)を用いて立体構造物を製造する装置及び方法(例えば、特許文献2参照)、インクあるいは特定の光により硬化する材料を用いて立体構造物を製造する装置及び方法(例えば、特許文献3,4参照)がある。 By forming a three-dimensional structure with a complicated three-dimensional structure, such as voids inside and irregularities on the surface, as a manufacturing method, each part of the three-dimensional structure is layered and laminated Techniques for manufacturing are known. Such a method includes a three-dimensional structure using an apparatus or a method for manufacturing a three-dimensional structure using a thermoplastic resin (polymer) (see, for example, Patent Document 2), a material that is cured by ink or specific light. There are an apparatus and a method (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
特許文献1などに記載される結露法は、複数の穴を均一なサイズ及び形状に形成する点、多数の穴を極めて規則的に並んだ状態で形成する点等で優れている。しかし、上記のように結露により生じる水滴のテンプレート機能を利用することから、例えば形成される穴のサイズには限界がある。また、結露法によると、内部には空隙が形成されフィルム面は平滑なフィルムを製造することは難しい。また、特許文献2〜4に記載される装置や方法は、製造することができる立体構造物の形状に一定の自由度はあるものの、長尺に製造することはできない。 The dew condensation method described in Patent Literature 1 and the like is excellent in that a plurality of holes are formed in a uniform size and shape, and that a large number of holes are formed in a very regular state. However, since the template function of water droplets generated by condensation as described above is used, for example, there is a limit to the size of the formed hole. Moreover, according to the dew condensation method, it is difficult to produce a film in which voids are formed inside and the film surface is smooth. Moreover, although the apparatus and method described in patent documents 2-4 have a certain freedom degree in the shape of the solid structure which can be manufactured, they cannot be manufactured long.
そこで、本発明は、表面に形成されている凹凸と内部に形成されている空隙との少なくともいずれか一方をもつ立体構造物を長尺に製造する立体構造物製造装置及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a three-dimensional structure manufacturing apparatus and method for manufacturing a three-dimensional structure having at least one of irregularities formed on the surface and voids formed inside thereof in a long length. Objective.
本発明の立体構造物製造装置は、支持体と、送り機構と、データ生成部と、吐出ヘッドと、ヘッド移動機構と、ヘッド駆動部と、制御部とを備え、表面に形成された凹凸と内部に形成された空隙との少なくともいずれか一方を有する立体構造物を造形材料により製造する。支持体は、立体構造物が形成される造形面を有し、この造形面に平行な第1方向に移動自在である。送り機構は、支持体を第1方向に間欠的に送る。データ生成部は、立体構造物を第1方向で複数のブロックに分割し、ブロックごとに、造形面と直交する積層方向に積層されてブロックを形成する各層のそれぞれを形成するための層データを立体構造物の形状データに基づいて生成する。吐出ヘッドは、造形材料を吐出する吐出口が造形面に対向して設けられている。ヘッド移動機構は、造形面に平行な平行面内で吐出ヘッドを移動する面内走査と、面内走査ごとに層の厚みだけ吐出ヘッドを積層方向に移動する積層方向移動とを行う。ヘッド駆動部は、層データに基づいて吐出ヘッドを駆動し造形材料を吐出させる。制御部は、吐出ヘッドの面内走査の間にブロックの1層分の層データに基づいて吐出ヘッドを駆動させることにより1層の層を形成させ、積層方向移動ごとに吐出ヘッドを駆動する層データを上側の層データに切り替えることにより、造形面上に層を積層したブロックを形成し、支持体が第1方向に送られるごとに、吐出ヘッドを駆動する層データのブロックを順次に切替えることにより、造形面上に複数のブロックを第1方向に順次に繋げて形成させる。前述のデータ生成部は、ブロックの上側の層よりも下側の層が第1方向と逆の第2方向に突出した状態に立体構造物を複数のブロックに分割する。 The three-dimensional structure manufacturing apparatus of the present invention includes a support, a feeding mechanism, a data generation unit, a discharge head, a head moving mechanism, a head driving unit, and a control unit, and unevenness formed on the surface. A three-dimensional structure having at least one of voids formed inside is manufactured from a modeling material. The support has a modeling surface on which a three-dimensional structure is formed, and is movable in a first direction parallel to the modeling surface. The feeding mechanism intermittently feeds the support body in the first direction. The data generation unit divides the three-dimensional structure into a plurality of blocks in the first direction, and layer data for forming each of the layers that are stacked in the stacking direction orthogonal to the modeling surface to form the blocks for each block. Generated based on the shape data of the three-dimensional structure. The discharge head is provided with a discharge port for discharging the modeling material facing the modeling surface. The head moving mechanism performs in-plane scanning in which the ejection head is moved in a parallel plane parallel to the modeling surface, and laminating direction movement in which the ejection head is moved in the laminating direction by the thickness of the layer for each in-plane scanning. The head driving unit drives the discharge head based on the layer data to discharge the modeling material. The controller forms one layer by driving the ejection head based on layer data for one layer of the block during in-plane scanning of the ejection head, and drives the ejection head for each movement in the stacking direction. By switching the data to the upper layer data, a block in which layers are stacked on the modeling surface is formed, and each time the support is fed in the first direction, the block of layer data that drives the ejection head is sequentially switched. Thus, a plurality of blocks are sequentially connected in the first direction to be formed on the modeling surface. The data generation unit described above divides the three-dimensional structure into a plurality of blocks in a state in which a lower layer than the upper layer of the block protrudes in a second direction opposite to the first direction.
本発明の立体構造物製造方法は、送り工程と、データ生成工程と、形成工程とを有し、表面に形成された凹凸と内部に形成された空隙との少なくともいずれか一方を有する立体構造物を造形材料により製造する。送り工程は、立体構造物が形成される造形面を有する支持体を、造形面に平行な第1方向に間欠的に送る。データ生成工程は、立体構造物を第1方向で複数のブロックに分割し、ブロックごとに、造形面と直交する積層方向に積層されてブロックを形成する各層のそれぞれを形成するための層データを立体構造物の形状データに基づいて生成する。形成工程は、造形材料を吐出する吐出口が造形面に対向して設けられた吐出ヘッドを、造形面に平行な平行面内で移動する面内走査と、面内移走査ごとに層の厚みだけ吐出ヘッドを積層方向に移動する積層方向移動とを行い、吐出ヘッドの面内走査の間に、ブロックの1層分の層データに基づいて吐出ヘッドを駆動して造形材料を吐出することにより1層の層を形成させ、積層方向移動ごとに吐出ヘッドを駆動する層データを上側の層データに切り替えることにより、造形面上に層を積層したブロックを形成し、支持体が第1方向に送られるごとに、吐出ヘッドを駆動する層データのブロックを順次に切替えることにより、造形面上に複数のブロックを第1方向に順次に繋げて形成させる。前述のデータ生成工程は、ブロックの上側の層よりも下側の層が第1方向と逆の第2方向に突出した状態に立体構造物を複数のブロックに分割する。 The three-dimensional structure manufacturing method of the present invention has a feeding step, a data generation step, and a forming step, and has a three-dimensional structure having at least one of irregularities formed on the surface and voids formed inside. Is manufactured with modeling material. In the feeding step, a support having a modeling surface on which a three-dimensional structure is formed is intermittently sent in a first direction parallel to the modeling surface. The data generation step divides the three-dimensional structure into a plurality of blocks in the first direction, and layer data for forming each of the layers that are stacked in the stacking direction orthogonal to the modeling surface and form the blocks for each block. Generated based on the shape data of the three-dimensional structure. In the forming process, the thickness of the layer for each in-plane scanning and in-plane transfer scanning in which the ejection head provided with the ejection port for ejecting the modeling material is opposed to the modeling surface is moved in a parallel plane parallel to the modeling surface. By moving the ejection head in the laminating direction only and driving the ejection head based on the layer data for one layer of the block during the in-plane scanning of the ejection head to eject the modeling material By forming one layer and switching the layer data for driving the ejection head to the upper layer data for each movement in the stacking direction, a block in which the layers are stacked on the modeling surface is formed, and the support is in the first direction. A plurality of blocks are sequentially connected in the first direction to be formed on the modeling surface by sequentially switching the block of the layer data for driving the ejection head each time it is sent. In the above-described data generation step, the three-dimensional structure is divided into a plurality of blocks in a state where a lower layer than the upper layer of the block protrudes in a second direction opposite to the first direction.
本発明によれば、表面に形成されている凹凸と内部に形成されている空隙との少なくともいずれか一方をもつ立体構造物を長尺に製造することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the three-dimensional structure which has at least any one of the unevenness | corrugation currently formed in the surface, and the space | gap currently formed in the inside can be manufactured long.
図1及び図2に示すように、本実施形態で製造される立体構造物としてのフィルム10は、表面及び背面に開口する複数の穴11を有し、表面に凹凸が形成されたものとなっている。表面に開口する各穴11は、任意の1つの穴11を中心にした六角形の各頂点に周囲の6個の穴11が配されたいわゆるハニカム状の配列になっている。背面に開口する各穴11についても同様であり、ハニカム状に配列されている。表面に開口する各穴11と背面に開口する各穴11とは独立しており、フィルム10の内部で繋がっていない。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
フィルム10は、一定の幅で、幅方向に直交する長手方向に延ばすように製造される。図1,図2、及び後述の図3においては、フィルム10の長手方向を矢線X、幅方向を矢線Y、厚み方向を矢線Zで示す。フィルム10の厚み、すなわち厚み方向Zでの長さは150μm、穴11の直径は140μm、穴11の深さは70μm程度になっている。なお、図1では、フィルム10のサイズに対して穴11のサイズを大きく誇張して描いてある。また、製造する立体構造物の形状は上記のものに限られない。例えば、内部に空隙が形成されたフィルムや、表面から背面に貫通した孔を有するものなどでもよく、幅、長さ、厚み等も特に限定されない。
The
図3に示すように、フィルム10は、厚み方向に直交する断面での面形状をもつ層12を厚み方向で複数積層したものである。層12の積層数は、フィルム10の厚みと層12の厚みとから決まる。フィルム10は、フィルム10を長手方向に分割した複数のブロックBLを、長手方向で順次に繋げて形成することで製造される。各ブロックBLは、複数の層12aを積層したものとして構成されている。なお、フィルム10の層12は、各ブロックBLの同じ高さにある層12aを一体にしたものである。
As shown in FIG. 3, the
各ブロックBLは、上側の層12aよりも下側の層12aが後述するベルト14(図4参照)の走行方向とは逆の方向に突出した状態に分割したものである。この突出させる方向は、形成済みの1つのブロックBLから繋げられる他のブロックBLの方向である。また、この例では、ブロックBLごとの各層12aの長さが一定の分割長さLとなるように分割している。ただし、分割長さLは互いに異なっていてもよい。なお、層12aは、フィルム10の穴11等の空間部分を含めた概念である。
Each block BL is divided into a state in which the
任意の層12aにおける1層上側の層12aに対する突出長ΔLは、ブロックBLを繋げて形成する際に、後述する吐出ヘッド15と既に形成されているブロックBLとが干渉しないように、ヘッド本体15aのサイズ、ヘッド本体15aにおける吐出口15bの位置などに基づいて決めてある。この例では、突出長ΔLを一定な長さにしてある。ただし、突出長ΔLは互いに異なっていてもよい。
The protrusion length ΔL of the
図4において、立体構造物製造装置20は、上記のフィルム10を製造する。支持体としてのベルト14は、環状に形成されており、駆動ローラ22と従動ローラ23とに巻き掛けられている。駆動ローラ22は、送り機構24により回転され、従動ローラ23はベルト14の走行に従動して回転する。駆動ローラ22が送り機構24で回転されることによって、ベルト14が図4における時計方向に循環走行する。送り機構24は、駆動ローラ22を所定の角度ずつ間欠的に回転する。これにより、ベルト14は、分割長さLごとに間欠送りされる。フィルム10は、ベルト14の走行方向(送り方向)である第1方向とは逆の第2方向に延ばして長く形成される。第2方向は、ベルト14が走行する方向に向かって後方向である。なお、以降の説明においては、ベルト14が走行する方向に向かって前の方向を前方向と称し、前方向と後方向とを合わせて前後方向と称する。この前後方向は、フィルム10の長手方向に一致するので、図4及び後述の図5においては図1〜図3での矢線Xを共通して用いる。
In FIG. 4, the three-dimensional structure manufacturing apparatus 20 manufactures the
ベルト14の表面は、平坦な造形面14aとなっており、層12aが積層される。この例では、支持体として環状のベルト14を用いて、ベルト14よりも長いフィルム10を製造する。支持体よりも短いフィルム10を製造する場合には、例えば板状の支持体を用い、この支持体の造形面としての表面にフィルム10の全てを形成すればよい。このように、支持体は、造形面に平行な方向に移動自在なものであれば形状は限定されない。
The surface of the belt 14 is a
造形面14aが上に向いた造形エリアには、ヘッドユニット26が配置されている。造形エリアでは、造形面14aは水平になっている。ヘッドユニット26は、吐出ヘッド15と、ヘッド移動機構27と、一対の光源部28とを有している。
A
吐出ヘッド15は、ヘッド本体15a(図3参照)とそのヘッド本体15aの下面に設けられ、造形面14aに対向した吐出口15b(図3参照)とを有している。この吐出ヘッド15は、吐出口15bからフィルム10を形成するための造形材料29(図3参照)を吐出する。吐出ヘッド15は、走行方向についての前後方向(X方向)、ベルト14及びフィルム10の幅方向(Y方向)、上下方向(Z方向)に移動自在である。この例では、造形エリアでは、前後方向がフィルム10の長手方向となり、上下方向が造形面14aに直交する層12aを積層する積層方向となる。
The
ヘッド移動機構27は、吐出ヘッド15を前後方向、幅方向、上下方向にそれぞれ移動して空間走査を行う。空間走査は、吐出ヘッド15を造形面14aに平行な平行面内で移動させる面内走査と、上下方向の移動(以下、積層方向移動と称する)とにより行われる。
The
面内走査は、層12aを形成するための吐出ヘッド15の移動である。この面内走査では、吐出ヘッド15の1回の幅方向の移動ごとに、吐出ヘッド15を後方向(走行方向とは逆方向)に1ステップ分移動する動作を繰り返す。吐出ヘッド15の1回の幅方向への移動長は、フィルム10の幅と同じ長さである。また、吐出ヘッド15の後方向への1ステップ分の移動長は、1回の幅方向の移動で吐出ヘッド15が形成する層12aの前後方向の長さと同じである。この面内走査を1回行う間に、1層の層12aを形成する。ヘッド移動機構27は、1回の面内走査を行うごとに、吐出ヘッド15を層12aの厚み分だけ上方向に移動する。これにより、層12aが積層される。ヘッド移動機構27は、ベルト14が分割長さLを送られるごとに1回の空間走査を行う。
In-plane scanning is the movement of the
一対の光源部28は、前後方向に吐出ヘッド15を挟む位置にそれぞれ配されており、吐出ヘッド15とともに、前後方向に移動する。各光源部28は、幅方向に延びた紫外線ランプ28aと反射板28bとを有している。光源部28は、紫外線ランプ28aからの紫外線を造形材料29に照射する。これにより、吐出ヘッド15から吐出された造形材料29を硬化させる。
The pair of
立体構造物製造蔵置20は、本実施形態のように材料供給部31を備えることが好ましく、この材料供給部31は、造形材料29を吐出ヘッド15に供給する。造形材料29は、特定波長の光、この例では紫外線の照射によって硬化する光硬化性化合物を用いている。光硬化性化合物は、光の照射により重合反応が進んで光硬化樹脂(ポリマー)を生成するものである。
The three-dimensional structure manufacturing storage 20 preferably includes a
光硬化樹脂としては、ウレタンアクリレート系、エポキシ系、エポキシアクリレート系、エステルアクリレート系、アクリレート系の各樹脂(ポリマー)が挙げられる。光硬化性化合物は、光照射により重合反応する重合性基をもつものであれば、モノマーとオリゴマーとポリマーとのいずれであってもよい。光硬化性化合物の粘度は低い方が好ましい。 Examples of the photocurable resin include urethane acrylate-based, epoxy-based, epoxy acrylate-based, ester acrylate-based, and acrylate-based resins (polymers). The photocurable compound may be any of a monomer, an oligomer, and a polymer as long as it has a polymerizable group that undergoes a polymerization reaction upon irradiation with light. The viscosity of the photocurable compound is preferably lower.
フィルム10の立体的な形状を表す形状データは、コンピュータなどで作成され、データ記憶部32に書き込まれる。データ記憶部32に記憶されている形状データを書き換えることにより、別の立体構造を有する立体構造物をつくることもできる。立体構造物製造装置20はデータ生成部33を備えており、形状データは、データ記憶部32から読み出されてデータ生成部33に送られる。なお、この例のようにフィルム10が単位構造の繰り返しである場合には、単位構造を形状データとしてデータ記憶部32に記憶しておき、記憶している形状データを繰り返し読み出してデータ生成部33に送ってもよい。別の立体構造有する立体構造物をつくる場合に、その立体構造物が互いに異なる複数の構造単位の繰り返しである場合には、それら複数の単位構造を形状データとしてデータ記憶部32に記憶しておき、記憶している形状データを繰り返し読み出してデータ生成部33に送ってもよい。
Shape data representing the three-dimensional shape of the
データ生成部33は、形状データに基づいて層12aを形成するための層データを生成する。データ生成部33は、フィルム10をベルト14の走行方向で一方の端部側から順番に、すなわち前端から後方に向かって複数のブロックBLに分割し、ブロックBLごとに、ブロックBLを構成する各層12aのそれぞれを形成するための層データを生成する。データ生成部33は、ブロックBLに分割する際には、各ブロックBLについて、上側の層12aよりも下側の層12aが後方向に突出した状態にする。これにより、1つのブロックBLに続けて次のブロックBLを形成する際に、吐出ヘッド15が既に形成されたブロックBLと干渉することを防止する。また、データ生成部33は、上述のように各層12aの長さが一定の分割長さLとなるように分割する。なお、フィルム10の前後方向の両端部では、一部の層12aの長さは、分割長さLよりも短くなる。
The data generation unit 33 generates layer data for forming the
ヘッド駆動部34は、ヘッド移動機構27による吐出ヘッド15の面内走査に同期させて、層データに基づいて吐出ヘッド15を駆動する。これにより、穴11となる部分以外で造形材料29を吐出するように吐出ヘッド15が駆動される。
The
制御部35は、立体構造物製造装置20の各部を制御する。1回の空間走査で1つのブロックBLの各層データに基づいて吐出ヘッド15を駆動する。これにより、ブロックBLを形成する。この制御部35は、1回の面内走査の間に、ヘッド駆動部34を介して1つの層データで吐出ヘッド15を駆動させて1層分の層12aを形成させる。また、制御部35は、積層方向移動ごとに吐出ヘッド15を駆動する層データを上側の層12aの層データに切り替えることにより、層12aを積層したブロックBLを形成する。
The
ベルト14が走行方向に送られるごと、すなわち1個のブロックBLの形成が完了するごとに、制御部35は、フィルム10の最初に形成される側の一方の端部側のブロックBLから順番に、各ブロックBLの層データをデータ生成部33からヘッド駆動部34に送る。例えば、N番目のブロックBLの形成が完了してベルト14が走行方向に送られると、N+1番目のブロックBLの各層データがヘッド駆動部34に送られる。このように、制御部35は、データ生成部33からヘッド駆動部34に入力される層データを順次に切替える。これにより、造形面14a上に複数のブロックBLを後方向に順次に繋げて形成する。
Each time the belt 14 is fed in the traveling direction, that is, each time the formation of one block BL is completed, the
造形エリアの下流側(図1中左側)にはガイドローラ36が配されている。ベルト14上のフィルム10は、ガイドローラ36に掛けられており、その下流側がベルト14の走行に同期して上方に搬送される。これにより、フィルム10がベルト14から剥がされる。ただし、ガイドローラ36は必ずしも設けられていなくてもよく、他の剥ぎ取り手法によりフィルム10をベルト14から剥がしてもよい。
A
図5において、ヘッドユニット26は、一対の第1ガイドレール43、キャリッジ44、モータ部45を有する。各第1ガイドレール43は前後方向に延びており、一対の第1ガイドレール43は、ベルト14の幅方向において互いに間隔をあけて配されている。キャリッジ44は、一対の可動部46、第2ガイドレール47、第3ガイドレール48、上述の吐出ヘッド15及び光源部28を有している。
In FIG. 5, the
一対の可動部46は、それぞれ前後方向に移動自在に第1ガイドレール43の内側に取り付けられている。一対の可動部46の間に第2ガイドレール47が設けられている。この第2ガイドレール47は、幅方向に沿って配されている。第3ガイドレール48は、幅方向に移動自在に第2ガイドレール47に取り付けられており、吐出ヘッド15を上下方向に移動自在に支持している。
The pair of
モータ部45は、モータ(図示無し)やギヤトレイン(図示無し)等で構成されており、モータの駆動力をキャリッジ44に伝達する。この駆動力で、キャリッジ44は、第1ガイドレール43に沿って前後方向に移動し、第3ガイドレール48が第2ガイドレール47に沿って幅方向に移動し、さらに吐出ヘッド15が第3ガイドレール48に沿って上下方向に移動する。これら3方向の移動により空間走査を行う。
The
吐出ヘッド15の可動長は、前後方向では、形成する層12aの前後方向の最大の長さ以上、この例では分割長さL以上あればよい。また、幅方向では、形成する層12aの幅方向の最大の長さ以上あればよい。さらに、上下方向では、吐出口15bがほぼ造形面14aの高さからフィルム10の厚み以上に移動できればよい。
The movable length of the
各光源部28は、一対の可動部46に固定されており、吐出ヘッド15と一体に前後方向に移動する。これにより、吐出ヘッド15から吐出された造形材料29を順次硬化させる。
Each
次に上記構成の作用について説明する。まず、フィルム10の形状データがコンピュータなどで作成されて、データ記憶部32に書き込まれる。この後、データ記憶部32から形状データが読み出されてデータ生成部33に送られる。また、吐出ヘッド15に材料供給部31から造形材料29が供給され、さらには各光源部28が点灯した状態にされる。制御部35は、ヘッド移動機構27を介して、吐出ヘッド15を、面内走査の初期位置、及び最下層の層12aを形成する高さに移動する。なお、吐出ヘッド15の初期位置は、例えば矩形の面内走査の範囲の4隅のうちのいずれか1箇所である。
Next, the operation of the above configuration will be described. First, the shape data of the
データ生成部33は、形状データが入力されると、この形状データに基づいて、ベルト14の前端から後方に向けて順番にフィルム10を複数のブロックBLに分割し、ブロックBLごとに各層12aに対応した層データを順次に生成する(データ生成工程)。この層データの生成に際しては、ブロックBL内の各層12aについて上側の層12aよりも下側の層12aが突出長ΔLだけ後方向に突出した状態になるようにブロックBLの分割を行う。この後、制御部35の制御の下、生成された層データがブロックBLごとにヘッド駆動部34に順番に送られる。
When the shape data is input, the data generation unit 33 divides the
ヘッド駆動部34に1番目のブロックBLの各層データが入力されると、ヘッド移動機構27による面内走査が開始される。また、ヘッド駆動部34により、面内走査に同期して、1番目のブロックBLの1層目(最下層)の層データに基づいて吐出ヘッド15が駆動される。これにより、吐出ヘッド15による造形材料29の吐出が制御され、造形面14a上に1層目の造形材料29の層12aが形成される。吐出ヘッド15から吐出された造形材料29は、光源部28からの紫外線が照射されることにより硬化する。
When each layer data of the first block BL is input to the
1層目の層12aの形成が完了すると、吐出ヘッド15は、ヘッド移動機構27によって退避位置にまで上昇される。この退避位置は、例えば最上層の層12aを形成する位置よりもさらに高い位置になっている。退避位置に移動した後に、吐出ヘッド15は、初期位置に戻される。
When the formation of the
次に、吐出ヘッド15は、初期位置から1層目を形成した高さよりも層12aの厚み分だけ高い2層目を形成するための高さに下降する。そして、この2層目を形成するための高さで面内走査が開始され、この面内走査の間に2層目の層データに基づいて吐出ヘッド15が駆動される。これにより、吐出ヘッド15から吐出された造形材料29により、2層目の層12aが1層目の層12aの上に形成される。2層目の層12aの造形材料29についても、光源部28からの紫外線が照射により硬化する。
Next, the
2層目の層12aの形成が完了すると、吐出ヘッド15は、再び退避位置に上昇されてから初期位置に戻される。この後に、吐出ヘッド15が3層目を形成するための高さに下降する。3回目の面内走査の間に3層目の層データに基づいて吐出ヘッド15が駆動されて、2層目の上に3層目の層12aが形成され、紫外線が照射により硬化する。
When the formation of the
以降同様にして、最上層の層12aまでを形成する。これにより、層12aが積層された1番目のブロックBLが造形面14aの上に形成される。
In the same manner, the layers up to the
上記のようにして、1番目のブロックBLの形成が完了すると、吐出ヘッド15は、退避位置に移動される。この後、送り機構24によって、ベルト14が分割長さLだけ走行方向に送られる。ベルト14の送りが完了すると、吐出ヘッド15は、面内走査の初期位置に移動されてから、1層目の層12aを形成する高さまで降下する。
As described above, when the formation of the first block BL is completed, the
吐出ヘッド15の降下完了後に、制御部35の制御によって、データ生成部33からヘッド駆動部34に2番目のブロックBLの各層データが入力される。この入力後、ヘッド移動機構27による面内走査が開始される。また、ヘッド駆動部34により面内走査に同期して、2番目のブロックBLの1層目の層データに基づいて吐出ヘッド15が駆動される。これにより、造形面14a上に2番目のブロックBLの1層目の層12aが形成される。2番目のブロックBLの1層目の層12aは、1番目のブロックBLの1層目の層12aの後端に繋げて形成される。
After completion of the lowering of the
1層目の層12aの形成が完了すると、吐出ヘッド15が退避位置に上昇されてから初期位置に戻され、2層目を形成するための高さに下降される。この後、面内走査が開始され、この面内走査の間に2層目の層データに基づいて吐出ヘッド15が駆動される。これにより、造形材料29により2層目の層12aが形成される。この2番目のブロックBLの2層目の層12aは、その前端部分が1番目のブロックBLの1層目の上に形成され、その他の部分が2番目のブロックBLの1層目の上に形成される。また、この2番目のブロックBLの2層目の層12aは、1番目のブロックBLの2層目の層12aに繋げて形成される。
When the formation of the
2層目の層12aの形成完了後には、吐出ヘッド15を退避位置に上昇させてから初期位置に戻し、3層目を形成するための高さに下降する。この後、面内走査を行いながら3層目の層データで吐出ヘッド15を駆動して3層目の層12aを形成する。この場合には、2番目のブロックBLの3層目の層12aは、その前端部分が1番目のブロックBLの2層目の上に形成され、その他の部分が2番目のブロックBLの2層目の上に形成される。また、この2番目のブロックBLの3層目の層12aは、1番目のブロックBLの3層目の層12aに繋げて形成される。以降、同様にして、最上層の層12aまで形成する。これにより、2番目のブロックBLが1番目のブロックBLの後端に繋がった状態で形成される。2番目のブロックBLの各層12aについても、吐出ヘッド15から吐出されると、紫外線の照射により硬化する。
After the formation of the
2番目のブロックBLの形成が完了すると、吐出ヘッド15を退避位置に移動される。次に、ベルト14が分割長さLだけ走行方向に送られる。この後、吐出ヘッド15が1層目の層12aを形成する高さまで下降する。以降、同様な手順で、3番目以降のブロックBLを、その各層データで吐出ヘッド15を駆動することによって順番に形成する。
When the formation of the second block BL is completed, the
上記のようにして、ベルト14を分割長さLごとに間欠的に送りながら(送り工程)、複数のブロックBLを順番に形成することによって、複数のブロックBLが走行方向とは逆方向に順番に繋がった長尺なフィルム10が形成される(形成工程)。
As described above, while the belt 14 is intermittently fed for each divided length L (feeding process), the plurality of blocks BL are sequentially formed in the direction opposite to the traveling direction by sequentially forming the plurality of blocks BL. A
ところで、N、Mを自然数としたときに、N+1番目のブロックBLのM層目の層12aを形成する場合には、吐出ヘッド15は、N番目のブロックBLのM層目の層12aの後端にN+1番目のブロックBLのM層目の層12aの先端を繋げる位置にまで吐出口15bが移動する。このための、ヘッド本体15aは、M層目の層12aよりも高い位置に配された状態になる。しかも、ヘッド本体15aは、吐出口15bよりも大きいから、前方向には吐出口15bよりもN番目のブロックBL側に入り込んだ状態になる。
By the way, when N and M are natural numbers, and the
しかしながら、N番目のブロックBLのM層目の層12aは、その上のM+1層目の層12aよりも走行方向と逆方向に突出長ΔLだけ突出した状態に形成されている。このため、吐出ヘッド15は、層12aを後方向に突出させていない状態に対して、N番目のブロックBLのM+1層目の層12aの後端から離間する方向に突出長ΔLだけずれる。これにより、吐出口15bがN番目のブロックBLのM層目の層12aの後端にN+1番目のブロックBLのM層目の層12aの先端を繋げる位置にまで移動しても、ヘッド本体15aがN番目のブロックBLのM+1層目の層12aと接触するなどの干渉はない。
However, the
また、N番目のブロックBLのM+1層目よりも上の層12aは、それらの後端がM+1層目の層12aの後端よりもヘッド本体15aから離れるから、ヘッド本体15aと干渉することはない。したがって、吐出ヘッド15と形成済みのブロックBLとが干渉することなく、複数のブロックBLを繋げた状態に形成される。
Further, the
上記のようにして、造形面14a上に複数のブロックBLが繋げてフィルム10が形成され、フィルム10の長さが順次伸ばされる。ベルト14の送りでガイドローラ36まで搬送された部分は、ガイドローラ36に掛けられた状態で上方に搬送されることで、造形面14aから剥がされて後工程に送られる。
As described above, the
造形材料29は、光硬化性化合物に限定されない。他の造形材料としては、例えば熱可塑性ポリマーが挙げられる。熱可塑性ポリマーは特に限定されず、製造する立体構造体に応じて選択すればよい。例えば、フィルム10を、細胞を培養するための培養担体(培養基材)として用いる場合や生体内で用いる場合には、ポリ乳酸(PLA,polylactic acid)が好ましい。また、入手のしやすさや、取り扱い易さ、コーティングなどの表面処理のし易さ等の観点で、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体(ABS,Acrylonitrile−Butadiene−Styrene copolymer)が好ましい。
The
熱可塑性ポリマーを造形材料として用いる場合には、熱可塑性ポリマーを溶融した状態で吐出口から吐出する吐出ヘッド(図示無し)と熱可塑性ポリマーを加熱することにより溶融して吐出ヘッドへ供給する加熱機構(図示無し)とを、吐出ヘッド15に代えて用いるとよく、光源部28は用いなくてよい。なお、溶融状態で吐出ヘッドから吐出された熱可塑性ポリマーの固化速度をよりはやめる場合には、キャリッジ44に、溶融状態の熱可塑性ポリマーを冷却して固化するための冷却部を例えば光源部28に代えて設けてもよい。冷却部としては、冷却された気体(例えば空気)を送り出す送風部がある。
When a thermoplastic polymer is used as a modeling material, a discharge head (not shown) that discharges from the discharge port in a molten state of the thermoplastic polymer and a heating mechanism that melts the thermoplastic polymer by heating and supplies it to the discharge head (Not shown) may be used instead of the
10 フィルム
11 穴
12 層
12a 層
14 ベルト
20 立体構造物製造装置
24 送り機構
26 ヘッドユニット
27 ヘッド移動機構
29 造形材料
33 データ生成部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記立体構造物が形成される造形面を有し、前記造形面に平行な第1方向に移動自在な支持体と、
前記支持体を前記第1方向に間欠的に送る送り機構と、
前記立体構造物を前記第1方向で複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、前記造形面と直交する積層方向に積層されて前記ブロックを形成する各層のそれぞれを形成するための層データを前記立体構造物の形状データに基づいて生成するデータ生成部と、
前記造形材料を吐出する吐出口が前記造形面に対向して設けられた吐出ヘッドと、
前記造形面に平行な平行面内で前記吐出ヘッドを移動する面内走査と、面内走査ごとに前記層の厚みだけ前記吐出ヘッドを前記積層方向に移動する積層方向移動とを行うヘッド移動機構と、
前記層データに基づいて前記吐出ヘッドを駆動し前記造形材料を吐出させるヘッド駆動部と、
前記吐出ヘッドの面内走査の間に前記ブロックの1層分の前記層データに基づいて前記吐出ヘッドを駆動させることにより1層の前記層を形成させ、前記積層方向移動ごとに前記吐出ヘッドを駆動する前記層データを上側の前記層データに切り替えることにより、前記造形面上に前記層を積層した前記ブロックを形成し、前記支持体が前記第1方向に送られるごとに、前記吐出ヘッドを駆動する前記層データの前記ブロックを順次に切替えることにより、前記造形面上に複数のブロックを前記第1方向に順次に繋げて形成させる制御部と、
を備え、
前記データ生成部は、前記ブロックの上側の前記層よりも下側の前記層が前記第1方向と逆の第2方向に突出した状態に前記立体構造物を複数の前記ブロックに分割することを特徴とする立体構造物製造装置。 In the three-dimensional structure manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional structure having at least one of the irregularities formed on the surface and the voids formed inside with a modeling material,
A support having a modeling surface on which the three-dimensional structure is formed, and movable in a first direction parallel to the modeling surface;
A feed mechanism for intermittently feeding the support in the first direction;
The three-dimensional structure is divided into a plurality of blocks in the first direction, and layer data for forming each of the layers that are stacked in the stacking direction orthogonal to the modeling surface and form the blocks is formed for each block. A data generation unit that generates data based on the shape data of the three-dimensional structure;
A discharge head provided with a discharge port for discharging the modeling material facing the modeling surface;
A head moving mechanism that performs in-plane scanning for moving the ejection head in a parallel plane parallel to the modeling surface and laminating direction movement for moving the ejection head in the laminating direction by the thickness of the layer for each in-plane scanning. When,
A head drive unit that drives the ejection head based on the layer data to eject the modeling material;
During the in-plane scanning of the ejection head, the ejection head is driven based on the layer data of one layer of the block to form one layer, and the ejection head is moved for each movement in the stacking direction. By switching the layer data to be driven to the layer data on the upper side, the block in which the layers are stacked is formed on the modeling surface, and each time the support is sent in the first direction, A controller that sequentially connects the plurality of blocks on the modeling surface in the first direction by sequentially switching the blocks of the layer data to be driven; and
With
The data generation unit may divide the three-dimensional structure into a plurality of blocks in a state where the layer below the upper layer of the block protrudes in a second direction opposite to the first direction. A three-dimensional structure manufacturing apparatus.
前記立体構造物が形成される造形面を有する支持体を、前記造形面に平行な第1方向に間欠的に送る送り工程と、
前記立体構造物を前記第1方向で複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに、前記造形面と直交する積層方向に積層されて前記ブロックを形成する各層のそれぞれを形成するための層データを前記立体構造物の形状データに基づいて生成するデータ生成工程と、
前記造形材料を吐出する吐出口が前記造形面に対向して設けられた吐出ヘッドを、前記造形面に平行な平行面内で移動する面内走査と、面内走査ごとに前記層の厚みだけ前記吐出ヘッドを前記積層方向に移動する積層方向移動とを行い、前記吐出ヘッドの面内走査の間に、前記ブロックの1層分の前記層データに基づいて前記吐出ヘッドを駆動して前記造形材料を吐出することにより1層の前記層を形成させ、前記積層方向移動ごとに前記吐出ヘッドを駆動する前記層データを上側の前記層データに切り替えることにより、前記造形面上に前記層を積層した前記ブロックを形成し、前記支持体が前記第1方向に送られるごとに、前記吐出ヘッドを駆動する前記層データの前記ブロックを順次に切替えることにより、前記造形面上に複数のブロックを前記第1方向に順次に繋げて形成させる形成工程と、
を有し、
前記データ生成工程は、前記ブロックの上側の前記層よりも下側の前記層が前記第1方向と逆の第2方向に突出した状態に前記立体構造物を複数の前記ブロックに分割することを特徴とする立体構造物製造方法。 In the three-dimensional structure manufacturing method for manufacturing a three-dimensional structure having at least one of the irregularities formed on the surface and the voids formed inside with a modeling material,
A feeding step of intermittently sending a support having a modeling surface on which the three-dimensional structure is formed, in a first direction parallel to the modeling surface;
The three-dimensional structure is divided into a plurality of blocks in the first direction, and layer data for forming each of the layers that are stacked in the stacking direction orthogonal to the modeling surface and form the blocks is formed for each block. A data generation step for generating based on the shape data of the three-dimensional structure;
An in-plane scan in which a discharge head for discharging the modeling material is provided in opposition to the modeling surface in a parallel plane parallel to the modeling surface, and only the thickness of the layer for each in-plane scanning. The ejection head is moved in the laminating direction to move in the laminating direction, and during the in-plane scanning of the ejection head, the ejection head is driven based on the layer data for one layer of the block to form the modeling The layer is formed on the modeling surface by forming one layer by discharging a material and switching the layer data for driving the discharge head to the upper layer data for each movement in the stacking direction. Each time the support is fed in the first direction, the block of the layer data for driving the ejection head is sequentially switched, so that a plurality of blocks are formed on the modeling surface. A formation step of forming by sequentially connecting the click in the first direction,
Have
In the data generation step, the three-dimensional structure is divided into a plurality of blocks in a state where the layer below the upper layer of the block protrudes in a second direction opposite to the first direction. A three-dimensional structure manufacturing method.
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JPH04232728A (en) * | 1990-07-05 | 1992-08-21 | E I Du Pont De Nemours & Co | Solid image forming system using photo-curing obstruction |
JP2013059983A (en) * | 2011-09-15 | 2013-04-04 | Sony Corp | Structure forming apparatus, method of manufacturing structure, and structure |
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