JP2016097588A - 三次元造形装置用の造形テーブル、三次元造形装置及び造形物の製造方法 - Google Patents
三次元造形装置用の造形テーブル、三次元造形装置及び造形物の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】造形物の反りが生じにくく、かつ造形物を容易に取り外すことが可能な造形テーブル及び造形物の製造方法を提供する。【解決手段】所定の剛性を有する基礎テーブル1と可撓性を有する可撓性テーブル2とが着脱自在に取り付けられている造形テーブル10上に造形物Sを形成し、可撓性テーブル2を造形物Sを搭載したまま基礎テーブル1から取り外し、可撓性テーブル2を造形物Sの固着面側とは反対側に撓ませ、造形物Sを可撓性テーブル2から取り外す。【選択図】図2
Description
本発明は、三次元造形装置で用いられる造形テーブル、三次元造形装置及び造形物の製造方法に関する。
三次元設計データに基づいて三次元造形物(以下、単に造形物という)を製造する三次元造形装置が、例えば、特許文献1により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、溶融樹脂押し出し造形法など、様々な方式が提案され、製品化されている。
溶融樹脂押し出し造形法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる溶融樹脂を射出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて造形用のテーブル等に溶融樹脂を射出しつつ溶融樹脂を積層させて造形物を得る。
このような溶融樹脂押し出し造形法を用いた三次元造形装置においては、溶融樹脂は流動点以上の温度で吐出されるが、テーブル等に堆積して硬化する際に収縮する。この収縮により、造形中に造形物の位置がずれてしまったり、甚だしい場合には造形物がテーブルから外れてしまうという問題が発生する。
また、このような三次元造形装置において、射出された樹脂とテーブルとの間の密着が強過ぎると、樹脂の硬化収縮でテーブルが反ってしまい、造形ヘッドの移動時に造形物に衝突するという問題も生じてしまう。例えばテーブルの反りが造形前に対し0.1mm発生した場合、通常ヘッドとテーブルのクリアランス設定が0.05〜0.5mmであることから、衝突の可能性は極めて高く、ヘッドを壊してしまう危険性もあった。
一方、造形樹脂の反り力に負けないようにテーブルの剛性を高くした場合は、テーブルとの密着力が高いと造形物完成後に取り外す際に剥がすことが困難になる。無理に剥がすと造形物を壊したり、テーブルに傷を入れてしまって、2回目の造形ができないという不都合が生じてしまう。
このように密着力とテーブルの剛性はトレードオフの関係にあり、従来の造形テーブルでは解決のできない課題であった。またこの課題は造形サイズが大きくなるに伴って増大するため、大型造形物は製作がより困難になるという問題もあった。
本発明は、造形物の反りが生じにくく、かつ造形物を容易に取り外すことが可能な造形テーブル、三次元造形装置及び造形物の製造方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明の造形テーブルは、所定の剛性を有する基礎テーブルと、該基礎テーブル上に着脱自在に取り付けられると共に表面に造形物が形成されるよう構成され可撓性を有する可撓性テーブルとを備え、前記基礎テーブルは、前記可撓性テーブルの平面状態を調整する調整機構を備えることを特徴とする。また、本発明によれば、このような造形テーブルを備えた三次元造形装置が提供される。
また、本発明の造形物の製造方法は、所定の剛性を有する基礎テーブルと可撓性を有する可撓性テーブルとが着脱自在に取り付けられている造形テーブル上に造形物を形成する工程と、前記可撓性テーブルを前記造形物を搭載したまま前記基礎テーブルから取り外す工程と、前記可撓性テーブルを撓ませて、前記造形物を前記可撓性テーブルから取り外す工程と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、造形物の反りが生じにくく、かつ造形物を容易に取り外すことができる。
次に、本発明の実施の形態に係る三次元造形装置(3Dプリンタ100)、造形テーブル及び造形物の製造方法を、図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
(全体構成)
図1は、本実施の形態で用いる3Dプリンタ100の概略構成を示す斜視図である。3Dプリンタ100は、分離型の造形テーブル10と、フレーム11と、XYステージ12と、昇降テーブル14と、ガイドシャフト15とを備えている。
(全体構成)
図1は、本実施の形態で用いる3Dプリンタ100の概略構成を示す斜視図である。3Dプリンタ100は、分離型の造形テーブル10と、フレーム11と、XYステージ12と、昇降テーブル14と、ガイドシャフト15とを備えている。
この3Dプリンタ100を制御する制御装置としてコンピュータ200が、この3Dプリンタ100に接続されている。また、3Dプリンタ100中の各種機構を駆動するためのドライバ300も、この3Dプリンタ100に接続されている。
(造形テーブル10)
造形テーブル10は、造形物Sが載置される台であり、後述する造形ヘッドから吐出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。
図2は、本実施の形態に係る造形テーブル10の拡大正面図である。本実施形態の造形テーブル10は、基礎テーブル1と、基礎テーブル1上に着脱自在に取り付けられた可撓性テーブル2とを備えた、分離型の造形テーブルとして構成されている。
造形テーブル10は、造形物Sが載置される台であり、後述する造形ヘッドから吐出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。
図2は、本実施の形態に係る造形テーブル10の拡大正面図である。本実施形態の造形テーブル10は、基礎テーブル1と、基礎テーブル1上に着脱自在に取り付けられた可撓性テーブル2とを備えた、分離型の造形テーブルとして構成されている。
基礎テーブル1は、例えば、耐力が250N/m2以上で、厚さが3mm程度以上のステンレス等の高剛性の金属材料で形成される。基礎テーブル1には、多数の支持ボルト3(支持部材)が基礎テーブル1の下面側からねじ込んで取り付けられ、その先端部分が基礎テーブル1の上面から突出して可撓性テーブル2に当接しており、支持ボルト3によって可撓性テーブル2の高さを調整可能にしつつ、可撓性テーブル2を保持している。また、支持ボルト3の先端部分は、面圧を下げるべく平面状に形成されている。
可撓性テーブル2は、可撓性を有する一対の平板体2a,2bからなる。特に可撓性を示す材料の物理特性として、応力ひずみ曲線における可撓性テーブル2の弾性変形領域が、基礎テーブル1の弾性変形領域よりも広い範囲を取る材料からなるのが望ましい。例えば、平板体2a,2bは可撓性のある金属材料や樹脂板で形成することができる。可撓性のある金属材料としては、#3003等の耐熱アルミニウムやSUS(各種ステンレス材料)、リン青銅等のバネ材、マグネシウム合金等を用いることができる。また、樹脂板としては、ポリエチレンテレフタラート(PET)フィルムやアクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、フッ素樹脂(PTFE)等の組合せを用いることもできる。
平板体2a,2bは、同一の金属材料とすることもでき、その場合は、厚さ1.5mm程度のアルミニウム板を用いることが好ましい。また、平板体2aを可撓性のある金属材料、平板体2bを樹脂板としたり、逆に平板体2aを樹脂板、平板体2bを可撓性のある金属材料とすることもできる。上記の構成による可撓性テーブル2によれば、荷重歪量を小さくすることができる。また、平板体2a,2bを同一の金属材料で構成した場合には、更に材料の熱膨張係数の差異による反りを抑制することができる。なお、平板体2a,2bを共に樹脂板で構成すると、耐荷歪量が大きくなってしまうため、少なくとも一方を可撓性のある金属材料で構成することが望ましい。但し、平板体2aを金属材とし、その上に薄い樹脂材や金属材を貼り付けた構成も可能である。
また、一対の平板体2a,2bの間には、可撓性テーブル2を加熱するための平板状ヒータ4が配される。平板状ヒータ4は、ニクロム材やステンレス材等を用いることができる。さらに、例えば、平板体2bの下面側両端部には、可撓性テーブル2の温度測定用の温度センサ5が設けられる。平板状ヒータ4及び温度センサ5は、コンピュータ(制御装置)200と接続され、可撓性テーブル2を所定の温度に制御できるようにされている。また、可撓性テーブル2の両端には取付ボルト6がねじ込まれ、可撓性テーブル2が基礎テーブル1上に締結固定されている。
(フレーム11)
フレーム11は、図1に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム11の4つの角部に、例えば4本のガイドシャフト15が、図1のZ方向、すなわち造形テーブル10の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト15は、後述するように昇降テーブル14を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト15の本数は4本には限られず、昇降テーブル14を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。
フレーム11は、図1に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム11の4つの角部に、例えば4本のガイドシャフト15が、図1のZ方向、すなわち造形テーブル10の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト15は、後述するように昇降テーブル14を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト15の本数は4本には限られず、昇降テーブル14を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。
(昇降テーブル14)
昇降テーブル14は、図1及び図3に示すように、その4つの角部においてガイドシャフト15を貫通させており、ガイドシャフト15の長手方向(Z方向)に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル14は、ガイドシャフト15と接触するローラ34,35を備えており、このローラ34,35がガイドシャフト15上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル14はZ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル14は、図3に示すように、モータMzの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔(例えば0.1mmピッチ)で移動する。モータMzは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。
昇降テーブル14は、図1及び図3に示すように、その4つの角部においてガイドシャフト15を貫通させており、ガイドシャフト15の長手方向(Z方向)に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル14は、ガイドシャフト15と接触するローラ34,35を備えており、このローラ34,35がガイドシャフト15上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル14はZ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル14は、図3に示すように、モータMzの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔(例えば0.1mmピッチ)で移動する。モータMzは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。
(XYステージ12)
XYステージ12は、この昇降テーブル14の上面に載置されている。図4は、このXYステージ12の概略構成を示す斜視図である。XYステージ12は、枠体21と、Xガイドレール22と、Yガイドレール23と、フィラメントホルダ24と、造形ヘッド25と、造形ヘッドホルダHを備えている。Xガイドレール22は、その両端がYガイドレール23に嵌め込まれ、Y方向に摺動自在に保持されている。フィラメントホルダ24は、造形物Sの材料となる熱可塑性樹脂(フィラメント)を保持し、造形ヘッド25に供給するための容器である。また、フィラメントは、図1では図示を省略するが、例えばフレーム11の上方に保持されたローラによって巻き取られる形で保持されており、必要に応じてフィラメントホルダ24に送られる。
XYステージ12は、この昇降テーブル14の上面に載置されている。図4は、このXYステージ12の概略構成を示す斜視図である。XYステージ12は、枠体21と、Xガイドレール22と、Yガイドレール23と、フィラメントホルダ24と、造形ヘッド25と、造形ヘッドホルダHを備えている。Xガイドレール22は、その両端がYガイドレール23に嵌め込まれ、Y方向に摺動自在に保持されている。フィラメントホルダ24は、造形物Sの材料となる熱可塑性樹脂(フィラメント)を保持し、造形ヘッド25に供給するための容器である。また、フィラメントは、図1では図示を省略するが、例えばフレーム11の上方に保持されたローラによって巻き取られる形で保持されており、必要に応じてフィラメントホルダ24に送られる。
(造形ヘッド25)
造形ヘッド25は、フィラメントをフィラメントホルダ24からチューブTbを介して供給される。造形ヘッド25は、造形ヘッドホルダHにより保持され、フィラメントホルダ24と共にX,Yのガイドレール22,23に沿って移動可能に構成されている。造形ヘッド25は、XY平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダHと共に移動可能とされていればよいが、XY平面においても、互いの位置関係が変更可能なように構成されていてもよい。
造形ヘッド25は、フィラメントをフィラメントホルダ24からチューブTbを介して供給される。造形ヘッド25は、造形ヘッドホルダHにより保持され、フィラメントホルダ24と共にX,Yのガイドレール22,23に沿って移動可能に構成されている。造形ヘッド25は、XY平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダHと共に移動可能とされていればよいが、XY平面においても、互いの位置関係が変更可能なように構成されていてもよい。
なお、図3及び図4では図示を省略するが、造形ヘッド25をXYテーブル12に対し移動させるためのモータMx、Myも、このXYステージ12上に設けられている。また、図示は省略されているが、造形ヘッド25を造形ヘッドホルダHに対し上下方向(Z方向)に上昇・下降させるためのモータMrも、このXYテーブル12中に搭載されている。モータMx、My、Mrは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。なお、この実施の形態では、説明の簡単化のため、造形ヘッドの数を1個としているが、2個以上の造形ヘッドを用いてもよい。その場合、造形ヘッド25は、それぞれ異なる色のフィラメントを供給されるものとすることができる。あるいは、造形ヘッド25は、例えばそれぞれ異なる材料のフィラメントを供給されるものとすることができる。
図5は、造形ヘッド25の構造の概略図である。造形ヘッド25は、ヒータ26と、温度センサ27と、溶融樹脂保持部28と、吐出孔29とを備えている。ヒータ26は、造形ヘッド25の温度を変化させるためのものである。また、温度センサ27は、造形ヘッド25の所定箇所の温度(温度センサ27周囲の造形ヘッド25の温度)を測定し、その測定結果をコンピュータ200に向けてフィードバックする。また、溶融樹脂保持部28は、前述したフィラメントが進入する部分である。溶融樹脂保持部28に進入したフィラメントがヒータ26により加熱されると、フィラメントは溶融し、溶融した熱可塑性樹脂が溶融樹脂保持部28内に溜まり、更に吐出孔29から外部に吐出される。
(ドライバ300)
次に、図6のブロック図を参照してドライバ300の構造の詳細について説明する。ドライバ300は、CPU301、フィラメント送り装置302、ヘッド制御装置303、電流スイッチ304、及びパルス発生器306を含んでいる。
次に、図6のブロック図を参照してドライバ300の構造の詳細について説明する。ドライバ300は、CPU301、フィラメント送り装置302、ヘッド制御装置303、電流スイッチ304、及びパルス発生器306を含んでいる。
CPU301は、コンピュータ200から入出力インタフェース307を介して各種信号を受信して、ドライバ300の全体の制御を行う。フィラメント送り装置302は、CPU301からの制御信号に従い、フィラメントの造形ヘッド25に対する送り量(押し込み量又は退避量)を制御する。また、ヘッド制御装置303は、CPU301からの制御信号に応じて、造形ヘッド25の位置を制御する。造形ヘッド25は、前述のモータMrが駆動することにより、動作位置に下降し、また造形動作終了後などにおいて退避位置まで上昇する。
電流スイッチ304は、ヒータ26に流れる電流量を切換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ304のスイッチング状態が切り替わることにより、ヒータ26に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド25の温度が変化する。また、パルス発生器306は、CPU301からの制御信号に従い、モータMx、My、Mzを制御するためのパルス信号を発生させる。
(造形方法)
次に、上記のように構成された3Dプリンタ100を用いて造形物Sを造形する方法について説明する。
まず、CPU301からの制御信号に従い、パルス発生器306は、モータMx、My、Mzを制御するためのパルス信号を発生する。該パルス信号によって、モータMzはその駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、昇降テーブル14をZ方向(上下方向)に移動させる。また、該パルス信号によって、モータMx、MyはXYステージ12に対して造形ヘッド25を所定位置に移動させる。さらに、所望により、CPU301からの制御信号に応じて、ヘッド制御装置303は、造形ヘッド25を造形ヘッドホルダHに対し上下方向(Z方向)に上昇・下降させる。
次に、上記のように構成された3Dプリンタ100を用いて造形物Sを造形する方法について説明する。
まず、CPU301からの制御信号に従い、パルス発生器306は、モータMx、My、Mzを制御するためのパルス信号を発生する。該パルス信号によって、モータMzはその駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、昇降テーブル14をZ方向(上下方向)に移動させる。また、該パルス信号によって、モータMx、MyはXYステージ12に対して造形ヘッド25を所定位置に移動させる。さらに、所望により、CPU301からの制御信号に応じて、ヘッド制御装置303は、造形ヘッド25を造形ヘッドホルダHに対し上下方向(Z方向)に上昇・下降させる。
一方、造形ヘッド25内の溶融樹脂保持部28に進入したフィラメントがヒータ26により加熱されると、フィラメントは溶融し、溶融した熱可塑性樹脂が溶融樹脂保持部28内に溜まり、更に吐出孔29から外部に吐出される。
このように造形ヘッド25を三次元の所定位置に移動させつつ、造形テーブル10に溶融樹脂を射出し、溶融樹脂を積層させることによって、造形物Sを得る。
(分離型造形テーブル10の使用方法)
次に、分離型の造形テーブル10の使用方法について説明する。
図2に示すように、基礎テーブル1と可撓性テーブル2とが取付ボルト6により締結された状態の造形テーブル10上に、上述した方法によって造形物Sを形成する(図7(a)参照)。造形に際しては、予め支持ボルト3の高さを調整することによって、可撓性テーブル2の平面状態を調整しておく。また、温度センサ5によって可撓性テーブル2の温度を測定し、平板状ヒータ4を用いて可撓性テーブル2の温度を溶融樹脂の吐出温度と対応する温度になるように設定しておく。
次に、分離型の造形テーブル10の使用方法について説明する。
図2に示すように、基礎テーブル1と可撓性テーブル2とが取付ボルト6により締結された状態の造形テーブル10上に、上述した方法によって造形物Sを形成する(図7(a)参照)。造形に際しては、予め支持ボルト3の高さを調整することによって、可撓性テーブル2の平面状態を調整しておく。また、温度センサ5によって可撓性テーブル2の温度を測定し、平板状ヒータ4を用いて可撓性テーブル2の温度を溶融樹脂の吐出温度と対応する温度になるように設定しておく。
造形完成後、取付ボルト6を緩め、造形物Sを搭載したまま可撓性テーブル2を基礎テーブル1から取り外す(図7(b)参照)。なお、可撓性テーブル2の平板体2aだけを取り外しても良い。
次に、図7(c)に示すように、可撓性テーブル2の一端を矢印方向にストレスを加えて可撓性テーブル2を造形物Sの固着面側とは反対側に撓ませ、徐々に可撓性テーブル2を造形物Sから剥離する。このようにすることで、造形物Sにストレスを掛けずに取り外すことができる。
(効果)
本実施形態に係る造形テーブル10によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)造形時には、基礎テーブル1と可撓性テーブル2とを取付ボルト6により締結した状態で造形物を形成するので、剛性の高い基礎テーブル1の作用により、造形樹脂の反り力によって可撓性テーブル2が反ったり変形したりすることを抑制することができる。
本実施形態に係る造形テーブル10によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)造形時には、基礎テーブル1と可撓性テーブル2とを取付ボルト6により締結した状態で造形物を形成するので、剛性の高い基礎テーブル1の作用により、造形樹脂の反り力によって可撓性テーブル2が反ったり変形したりすることを抑制することができる。
(2)可撓性テーブル2は、薄状の一対の平板体2a,2bから構成され、その間に平板状ヒータ4を配置しているので、従来の厚みの大きな高剛性テーブルと比較して、可撓性テーブル2の温度制御性が向上する。このため、可撓性テーブル2の温度を樹脂の硬化温度(ガラス転移点以下)に高精度に制御することが可能になり、樹脂硬化時の収縮量を抑えることができ、造形物Sの反りを減少せることができる。また、可撓性テーブル2の体積が小さい為、平板状ヒータ4の無駄電力を抑えることが出来、省エネにも寄与する。
(3)造形完成後は、造形物Sを搭載したまま可撓性テーブル2(または、平板体2a)を基礎テーブル1から取り外すことができる。このため、可撓性を有する一対の平板体2(または、平板体2a)の一端にストレスを加えることにより、可撓性テーブル2(または、平板体2a)を造形物Sの固着面側とは反対側に撓ませ、徐々に可撓性テーブル2(または、平板体2a)を造形物Sから剥離できる。したがって、造形物Sにストレスを与えないため、造形物Sの損傷を伴うことなく容易に取り出すことができる。
(4)支持ボルト3の先端部分を尖った形状とした場合には、平板体2bと点接触となり、加圧力が異常に大きくなる虞があるが、支持ボルト3の先端部分を平面状に形成した面とすることにより、可撓性テーブル2の平板体2bとの接触面積を広げて面圧を下げることができる。
(5)以上、本発明なる造形テーブル並びにそれを用いた三次元造形装置について説明してきた。本発明の要の造形テーブルの効果について若干の補足をしておく。本発明では従来単一の構成であった造形テーブルを基礎テーブル1と可撓性テーブル2の2つに分け、可撓性テーブル2を造形樹脂と接するように配置することで従来の課題を解決している。三次元造形は100℃から180℃の高温環境下で行わることが多く、室温との温度差により造形テーブルには温度歪も発生するが、本発明の構成及び調整方法により変形が抑制され、平面性を保つことができる。すなわち、基礎テーブル1から突き出している支持ボルト3頂点の包絡面を調整することで、可撓テーブル2の造形樹脂と接する面を、理想的な平面に予め調整することができると共に、内部歪を矯正し、さらにその位置で強固に固定することができる。
(6)また、造形が進むことにより、造形物Sに重心が形成され、さらに造形物Sの形状によっては重心が造形中に移動することとなるが、この状態でも平面が維持される。また、造形物Sの取り外しは可撓性テーブル2と基礎テーブル1を分離し、可撓性テーブル2を撓ませることにより簡単に実現するとともに、その可撓性により平面が復元し再度利用することが可能となる。
なお、可撓性テーブル2については、先に、可撓性を示す材料の物理特性として、応力ひずみ曲線における可撓性テーブル2の弾性変形領域が、基礎テーブル1の弾性変形領域よりも広い材料からなるのが望ましいとした。様々な造形物Sを本装置により造形する場合、最終造形物Sの高さや可撓性テーブル2と接する面積、可撓性テーブル2との密着力に応じて剥離に必要な可撓性テーブル2の変形量は変わってくるので、可撓性テーブル2の材料は、その最低必要変形量を上回る弾性変形領域を有する材料とするのが最も望ましい。言い換えれば、可撓性テーブル2の材料は、最終造形物の高さや可撓性テーブル2と接する面積、可撓性テーブル2との密着力に応じて定まる剥離用変形量を上回る弾性変形領域を有する材料である。
[第2の実施の形態]
次に、図8を参照して、第2の実施の形態に係る三次元造形装置、造形テーブル及び造形物の製造方法について説明する。この第2の実施の形態は、造形テーブルの構成が第1の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第1の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図8において、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
次に、図8を参照して、第2の実施の形態に係る三次元造形装置、造形テーブル及び造形物の製造方法について説明する。この第2の実施の形態は、造形テーブルの構成が第1の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第1の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図8において、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
図8に、第2の実施の形態に係る造形テーブル20の一例について示す。
この第2の実施の形態に係る造形テーブル20は、基礎テーブル1の表面に一定間隔毎に凹部16を設け、この凹部16にそれぞれボール状の可動部材17を投入している。この可動部材17の下端に、第1の実施の形態と同様の支持ボルト3の上端が当接している。可動部材17の上端は、可動板9を介して可撓性テーブル2の平板体2bの下面に当接している。このため、支持ボルト3の位置が調整されると、可動部材17の凹部16内での位置が上下方向に変更され、これに伴って可動板9が移動し、可撓性テーブル2の平面度が調整され得る。上記の点を除いた構成は、第1の実施の形態(図2)の造形テーブル10と同様に構成されている。
この第2の実施の形態に係る造形テーブル20は、基礎テーブル1の表面に一定間隔毎に凹部16を設け、この凹部16にそれぞれボール状の可動部材17を投入している。この可動部材17の下端に、第1の実施の形態と同様の支持ボルト3の上端が当接している。可動部材17の上端は、可動板9を介して可撓性テーブル2の平板体2bの下面に当接している。このため、支持ボルト3の位置が調整されると、可動部材17の凹部16内での位置が上下方向に変更され、これに伴って可動板9が移動し、可撓性テーブル2の平面度が調整され得る。上記の点を除いた構成は、第1の実施の形態(図2)の造形テーブル10と同様に構成されている。
造形テーブル20によれば、基礎テーブル1の下面側からねじ込んだ多数の支持ボルト3により可動部材17の位置を調整することによって、可撓性テーブル2の高さを調整することができる。また、可動板9を介在させたことにより、可撓性テーブル2の平板体2bとの接触面積を広げて面圧を下げることができる。なお、可動部材17は、ボール状(真円状)のものに限られず、楕円形、矩形状など、様々な形状のものが採用され得る。
[第3の実施の形態]
次に、図9を参照して、第3の実施の形態に係る三次元造形装置、造形テーブル及び造形物の製造方法について説明する。この第3の実施の形態は、造形テーブルの構成が第1の実施の形態とは異なっている。より具体的には、この第3の実施の形態は、可撓性テーブル2の平面度を自動的に調整する機構が設けられている点で、前述の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第1の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図8において、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
次に、図9を参照して、第3の実施の形態に係る三次元造形装置、造形テーブル及び造形物の製造方法について説明する。この第3の実施の形態は、造形テーブルの構成が第1の実施の形態とは異なっている。より具体的には、この第3の実施の形態は、可撓性テーブル2の平面度を自動的に調整する機構が設けられている点で、前述の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第1の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図8において、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
図9に、第3の実施の形態に係る造形テーブルの平面調整機構の一例を示す。
この実施の形態では、造形テーブル10の上方に、一対の発光部18a(18b,18c)及び受光部19a(19b,19c)を備える平面センサが所定間隔毎に設けられ、各平面センサの受光部19a,19b,19cは、受光した光量を分析するためのコンピュータ(制御装置)200と接続されている。また、支持ボルト3の位置を制御するドライバ300がコンピュータ(制御装置)200に接続されている。ここで、発光部18a,18b,18cは、レーザ光源、発光素子等を用いることができる。
この実施の形態では、造形テーブル10の上方に、一対の発光部18a(18b,18c)及び受光部19a(19b,19c)を備える平面センサが所定間隔毎に設けられ、各平面センサの受光部19a,19b,19cは、受光した光量を分析するためのコンピュータ(制御装置)200と接続されている。また、支持ボルト3の位置を制御するドライバ300がコンピュータ(制御装置)200に接続されている。ここで、発光部18a,18b,18cは、レーザ光源、発光素子等を用いることができる。
この造形テーブルの平面調整機構30では、発光部18a,18b,18cにより発せられた光が可撓性テーブル2の表面で反射され、受光部19a,19b,19cで受光される。ここで、可撓性テーブル2の表面が平坦でない箇所があると、受光部19a,19b,19cによって受光される光の量に変化が生じる。コンピュータ(制御装置)200は、この変化量を解析することにより平面状態を検知し、より平坦になるよう支持ボルト3の高さを調整するようにドライバ300に指示を発する。これにより、平面センサの測定結果を受けて支持ボルトの高さを自動調整し、平面度を向上させることができる。
なお、この実施の形態では、第1の実施の形態に示す造形テーブル10を用いたが、第2の実施の形態に示す造形テーブル20を用いても同様に構成することができる。
[その他の実施の形態]
以上、各種実施の形態を説明したが、これらの実施の形態において、例えば以下のような変形、置換、追加等が可能である。
(1)上記実施形態では、平板体2a,2bの間に平板状ヒータ4を一つ設けたが、線状等のヒータを複数設けて、それぞれ温度コントロールを行うこともできる。
以上、各種実施の形態を説明したが、これらの実施の形態において、例えば以下のような変形、置換、追加等が可能である。
(1)上記実施形態では、平板体2a,2bの間に平板状ヒータ4を一つ設けたが、線状等のヒータを複数設けて、それぞれ温度コントロールを行うこともできる。
(2)上記実施形態では、平板体2a,2bの間に、平板状ヒータ4を固定して設けたが、ヒータが脱着可能なものであっても良い。
(3)可撓性テーブル2の平板体2a,2bの枚数、厚み、寸法は必要に応じて適宜定めることができる。
(4)上記実施形態では、温度センサ5を平板体2bの下面側の両端部に2つ設けたが、温度センサ5の個数や設置場所は任意とすることができる。
(5)上記実施形態では、取付ボルト6を用いて基礎テーブル1上に可撓性テーブル2を固定したが、取付ボルト6のみならず、他の固定手段(例えばボルトとナット、クリップ、ワイヤ、磁石、釘など)を用いて固定しても良い。
(6)上記実施形態では、基礎テーブル1の下面側からねじ込んだ支持ボルトに3により調整を行ったが、基礎テーブル1の上面側から調整できるようにしても良い。その場合には支持ボルト3は基礎テーブル1を貫通させない構造にしても良い。
(7)以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1・・・基礎テーブル、2・・・可撓性テーブル、2a・・・(第1の)平板体,2b・・・(第2の)平板体、3・・・支持ボルト(調整機構)、4・・・平板状ヒータ(加熱装置)、5・・・温度センサ(温度検出装置)、6・・・取付ボルト(固定手段)、9・・・可動板、10・・・造形テーブル、11・・・フレーム、12・・・XYステージ、14・・・昇降テーブル、15・・・ガイドシャフト、16・・・凹部、17・・・ボール、18a,18b,18c・・・発光部、19a,19b,19c・・・受光部、20・・・造形テーブル、21・・・枠体、22・・・Xガイドレール、23・・・Yガイドレール、24・・・フィラメントホルダ、25・・・造形ヘッド、H・・・造形ヘッドホルダ、26・・・ヒータ、27・・・温度センサ、28・・・溶融樹脂保持部、29・・・吐出孔、30・・・平面調整機構、34、35・・・ローラ、100・・・3Dプリンタ、200・・・コンピュータ、300・・・ドライバ、301・・・CPU、302・・・フィラメント送り装置、303・・・ヘッド制御装置、304・・・電流スイッチ、306・・・パルス発生器、307・・・インタフェース。
Claims (15)
- 所定の剛性を有する基礎テーブルと、該基礎テーブル上に着脱自在に取り付けられると共に表面に造形物が形成されるよう構成され可撓性を有する可撓性テーブルと
を備え、
前記基礎テーブルは、前記可撓性テーブルの平面状態を調整する調整機構を備える
ことを特徴とする三次元造形装置用の造形テーブル。 - 前記調整機構は、前記可撓性テーブルを支持する支持部材を複数備え、前記支持部材の先端部分は、前記基礎テーブルの上面から突出し、前記可撓性テーブルに当接するよう構成されたことを特徴とする請求項1記載の造形テーブル。
- 前記支持部材の先端部分は、平面状に形成されていることを特徴とする請求項2記載の造形テーブル。
- 前記可撓性テーブルは、前記造形物が形成される側の第1の平板体と、前記支持部材が当接される側の第2の平板体とを有し、前記第1及び第2の平板体の少なくとも一方が可撓性のある金属材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載の造形テーブル。
- 前記可撓性テーブルは、前記可撓性テーブルの温度を検出する温度検出装置と、
前記可撓性テーブルを加熱する加熱装置と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の造形テーブル。 - 前記温度検出装置の検出結果に従い、前記加熱装置を制御する制御手段を前記可撓性テーブルの内部または外部に更に備えていることを特徴とする請求項5記載の造形テーブル。
- 前記調整機構は、前記基礎テーブルの下面側から前記基礎テーブルを貫通すると共にその先端位置が調整可能な複数の支持部材を備え、
前記支持部材の先端部分は、前記基礎テーブルの上面から突出し、前記可撓性テーブルに当接するよう構成されたことを特徴とする請求項1記載の造形テーブル。 - 造形物が形成される造形テーブルと、
前記造形テーブルに対し前記造形物を形成するための溶融樹脂を吐出する造形ヘッドと
を備え、
前記造形テーブルは、
所定の剛性を有する基礎テーブルと、該基礎テーブル上に着脱自在に取り付けられると共に表面に造形物が形成されるよう構成され可撓性を有する可撓性テーブルとを備え、前記基礎テーブルは、前記可撓性テーブルの平面状態を調整する調整機構を備えることを特徴とする三次元造形装置。 - 前記調整機構は、前記可撓性テーブルを支持する支持部材を複数備え、前記支持部材の先端部分は、前記基礎テーブルの上面から突出し、前記可撓性テーブルに当接するよう構成されたことを特徴とする請求項8記載の三次元造形装置。
- 前記支持部材の先端部分は、平面状に形成されていることを特徴とする請求項9記載の三次元造形装置。
- 前記可撓性テーブルは、前記造形物が形成される側の第1の平板体と、前記支持部材が当接される側の第2の平板体とを有し、前記第1及び第2の平板体の少なくとも一方が可撓性のある金属材料で形成されていることを特徴とする請求項8記載の三次元造形装置。
- 前記可撓性テーブルは、前記可撓性テーブルの温度を検出する温度検出装置と、
前記可撓性テーブルを加熱する加熱装置と、
を更に備えることを特徴とする請求項8記載の三次元造形装置。 - 前記温度検出装置の検出結果に従い、前記加熱装置を制御する制御手段を前記可撓性テーブルの内部または外部に更に備えていることを特徴とする請求項12記載の三次元造形装置。
- 前記調整機構は、前記基礎テーブルの下面側から前記基礎テーブルを貫通すると共にその先端位置が調整可能な複数の支持部材を備え、
前記支持部材の先端部分は、前記基礎テーブルの上面から突出し前記可撓性テーブルに当接するよう構成されたことを特徴とする請求項8記載の三次元造形装置。 - 所定の剛性を有する基礎テーブルと可撓性を有する可撓性テーブルとが着脱自在に取り付けられている造形テーブル上に造形物を形成する工程と、
前記可撓性テーブルを前記造形物を搭載したまま前記基礎テーブルから取り外す工程と、
前記可撓性テーブルを撓ませて、前記造形物を前記可撓性テーブルから取り外す工程と、を備えることを特徴とする造形物の製造方法。
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