JP2016221909A

JP2016221909A - 三次元造形方法

Info

Publication number: JP2016221909A
Application number: JP2015112527A
Authority: JP
Inventors: 文良岩瀬; Fumiyoshi Iwase
Original assignee: Roland DG Corp
Current assignee: Roland DG Corp
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2016-12-28

Abstract

【課題】生産性を低下させることなく、粉末層に吐出するバインダーの量を増加させることのできる三次元造形方法を提供する。
【解決手段】造形槽に形成された粉末材料よりなる粉末層に、三次元造形物の断面形状についての画像データに基づいて、所定の方向に往復移動する吐出ヘッドから、上記吐出ヘッドが移動する往路と復路との双方向でバインダーを吐出することにより上記粉末材料を硬化して三次元造形物を作製する三次元造形方法であって、上記吐出ヘッドの往路において、上記吐出ヘッドは上記画像データに基づく位置でバインダーを吐出する第１の工程と、上記吐出ヘッドの復路において、上記吐出ヘッドは上記第１の工程においてバインダーを吐出された位置の少なくとも１以上の位置にバインダーを吐出する第２の工程とを有するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、三次元造形方法に関し、さらに詳細には、粉体を原料として三次元造形物を作製する三次元造形方法に関する。

従来より、三次元造形物を作製する手法として、石膏パウダー(石膏粉末）や樹脂パウダー(樹脂粉末）などの粉体を原料として三次元造形物を作製する粉末固着積層方式（バインダージェッティング方式）が知られている。

この粉末固着積層方式による三次元造形方法とは、インクジェットヘッドから液体結合剤であるバインダーを各種の粉末に噴射し、当該粉末を一層ずつ固めて三次元造形物を作製するというものである。

より詳細には、粉末固着積層方式による三次元造形方法では、まず、三次元造形物を造形する造形槽に粉末材料を敷き詰めて所定の厚さの粉末層を形成する。

次に、この粉末層に対して、三次元造形物の断面形状の所定の解像度を有する画像データに基づいて、吐出ヘッド（インクジェットヘッド）から粉末材料を硬化するバインダーを吐出して、粉末層に当該画像データに基づく断面形状を形成する。

その後、断面形状が形成された粉末層上に所定の厚さの新たな粉末層を形成し、この粉末層に、形成した断面形状の次の断面形状を表す画像データに基づいて、吐出ヘッドからバインダーを吐出し、当該新たな粉末層に当該画像データに基づく断面形状を形成する。

そして、こうした処理を繰り返し行い、全ての断面形状を表す画像データに基づく断面形状を順次形成することで、三次元造形物を作製することとなる。

ここで、従来の三次元造形方法においては、吐出ヘッドからバインダーを吐出する際に、吐出ヘッドを単方向に複数パスで走査するようにしていた。

しかしながら、バインダーの吸収度合は粉末層を構成する材料により異なるため、上記した手法では吐出されるバインダーの量が足りない場合があり、生産性を変化させることなく、吐出されるバインダーの量を増やすことが要望されていた。

なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産性を低下させることなく、粉末層に吐出するバインダーの量を増加させることのできる三次元造形方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による三次元造形方法は、往路においてバインダーを吐出した箇所と同じ箇所に、復路においてもバインダーを吐出するようにしたものである。

即ち、本発明による三次元造形方法は、造形槽に形成された粉末材料よりなる粉末層に、三次元造形物の断面形状についての画像データに基づいて、所定の方向に往復移動する吐出ヘッドから、上記吐出ヘッドが移動する往路と復路との双方向でバインダーを吐出することにより上記粉末材料を硬化して三次元造形物を作製する三次元造形方法であって、上記吐出ヘッドの往路において、上記吐出ヘッドは上記画像データに基づく位置でバインダーを吐出する第１の工程と、上記吐出ヘッドの復路において、上記吐出ヘッドは上記第１の工程においてバインダーを吐出された位置の少なくとも１以上の位置にバインダーを吐出する第２の工程とを有するようにした。

また、本発明による三次元造形方法は、上記発明において、上記第２の工程において、上記吐出ヘッドは上記第１の工程においてバインダーを吐出された位置の全ての位置にバインダーを吐出するようにした。

本発明は、以上説明したように構成されているので、生産性を低下させることなく、粉末層に吐出するバインダーの量を増加させることができるという優れた効果を奏するものである。

図１は、本発明による三次元造形方法を行う三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。図２は、本発明による三次元造形方法の概念説明図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形方法の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。

図１を参照しながら、本発明による三次元造形方法を実施する際に用いることが可能な三次元造形装置の一例について説明する。

この図１に示す三次元造形装置１０は、造形ステージ前後移動式の三次元造形装置であって、固定系部材である基台部１２と、基台部１２内に形成されるＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に延長する溝部１４と、溝部１４内に底面がＺ軸方向に昇降可能であるように配置される造形槽１６と、造形槽１６と一体的に連接され、Ｘ軸方向に移動自在に配置される収容槽１８と、基台部１２上に立ち上がり形成された一対の支持部２０と、支持部２０により支持されて、ＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸方向に沿って延長して配設された貯留槽支持レール２２と、貯留槽支持レール２２上のＹ軸方向の中央部位に配置される下方に開閉自在の開口部２４ａを備えた貯留槽２４と、基台部１２上に立ち上がり形成された一対のローラー支持部２６と、ローラー支持部２６に支持されて造形槽１６上を相対的にＸ軸方向の後方側から前方側へ移動することが可能なローラー２８と、ローラー支持部２６に支持されてＹ軸方向に往復移動可能で造形槽１６に対してバインダーを吐出する吐出ヘッド３０とを有するように構成されている。

ここで、造形槽１６と収容槽１８との位置関係は、造形槽１６に対してＸ軸方向前方側に収容槽１８が配置されている。

また、吐出ヘッド３０は、Ｘ軸方向においてローラー２８の後方側に位置するように配置されており、１パスで走査して往路と復路との双方向でバインダーを吐出する。

以上の構成において、この三次元造形装置１０においては、内部に粉末材料を貯留した貯留槽２４の開口部２４ａと造形槽１６とが対向した図１に示す初期状態から、貯留槽２４の開口部２４ａを開いて、造形槽１６へ粉末材料を供給する。

次に、溝部１４内において造形槽１６および収容槽１８をＸ軸方向の前方側から後方側に移動することにより、ローラー２８が造形槽１６上を相対的にＸ軸方向の後方側から前方側へ移動することになり、造形槽１６へ供給された粉末材料は造形槽１６内に敷き詰められて所定の厚さの粉末層が形成される。

なお、この際に、造形槽１６の底面は、予め設定された位置まで上昇するように制御される。

また、造形槽１６内において粉末層の形成に用いられなかった余分な粉末材料は、ローラー２８が造形槽１６から収容槽１８へと相対的にＸ軸方向の後方側から前方側に移動することにより、溝部１４内において造形槽１６とともにＸ軸方向の前方側から後方側に移動する収容槽１８に収容される。

上記のようにして造形槽１６内に粉末層を形成した後に、溝部１４内において造形槽１６をＸ軸方向に移動して、造形槽１６を吐出ヘッド３０の下方の所定の位置に配置する。

上記において説明した方法により造形槽１６に対して粉末層を形成した後、三次元造形物の断面形状についての所定の解像度を有する画像データに基づいて、溝部１４内において造形槽１６をＸ軸方向の前方側から後方側に移動するとともに吐出ヘッド３０をＹ軸方向に移動しながら、造形槽１６に形成された粉末層に対して吐出ヘッド３０から粉末材料を硬化するバインダーを吐出する。

なお、本実施の形態において用いるバインダーは、透明のものでも着色されたものでもよいものとする。

ここで、本発明による三次元造形方法について説明するが、本発明の理解を容易にするために、本実施の形態においては、図２（ａ）に示すように、画像データに基づき位置１〜１０の箇所にバインダーを吐出するものとする。

まず、吐出ヘッド３０は、往路において、すべての位置に対してバインダーを吐出する。

即ち、図２（ａ）に示す位置１〜１０のすべてにバインダーを吐出する。

次に、吐出ヘッド３０は、復路において、往路と同様に、すべての位置に対してバインダーを吐出する。

即ち、図２（ｂ）に示す位置１〜１０のすべてにバインダーを吐出する。

この際、復路においてバインダーを吐出する位置が、往路において吐出した位置１〜１０とずれないように同一の位置にバインダーを吐出する。

そして、このバインダーの吐出が終了すると、溝部１４内に配置された造形槽１６をＸ軸方向の後方側から前方側へ移動して、図１に示す初期状態に復帰させる。

この処理を繰り返し行って、全ての断面形状を表す画像データに基づく断面形状を順次形成することで、三次元造形物を作製する。

上記した実施の形態においては、往路においてバインダーを吐出した位置について、復路において同じ位置にバインダーを吐出するようにした。

こうした方法で、往路と復路とにおいて、同じ位置に１パスで走査して吐出することにより、バインダーの浸透を図っている。

これにより、各位置において、それぞれ最大で２倍の量のバインダーを吐出することができる。

そのため、生産性を低下させることがなく、粉末層に吐出するバインダーの量を増加することができる。

上記の実施の形態においては、往路においてバインダーを吐出したすべての位置に対して復路においてもバインダーを吐出するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、粉末層の材質などの状況によって復路においてバインダーを吐出する位置を減らすよう選択してもよいものである。

例えば、往路においては、図２（ａ）に示すように、すべての位置１〜１０についてバインダーを吐出し、復路においては、図２（ｃ）に示すように、往路においてバインダーを吐出した位置１〜１０のうち１つおきにバインダーを吐出するようにし、位置２、位置４、位置６、位置８、位置１０のみにバインダーを吐出してもよいものである。

ただし、この場合においても、復路では、往路においてバインダーを吐出した位置以外の箇所にはバインダーを吐出しない。また、復路においてバインダーを吐出する位置は、粉末層の材質などの状況を考慮して適宜変更してよいものである。

なお、バインダーを吐出する位置は１つおきに限られないものである。

また、往路においてバインダーを吐出する際に、すべての位置１〜１０にバインダーを吐出しなくてもよいものである。

例えば、往路において位置１〜１０のうち１つおきにバインダーを吐出する。具体的には、位置２、位置４、位置６、位置８、位置１０のみにバインダーを吐出し、復路においても、位置２、位置４、位置６、位置８、位置１０にバインダーを吐出するようにしてもよい。

ただし、この場合においても、復路では、往路においてバインダーを吐出した位置以外の箇所にはバインダーを吐出しない。

また、上記した実施の形態においては、吐出ヘッドを１パスで走査する場合について説明したが、１パスで走査する場合に限らず、複数パスで走査する場合にも本発明を適用することができる。これにより吐出されるバインダーの量を増加することができる。

以上において説明したように、本発明による三次元造形方法においては、往路においてバインダーを吐出した位置と同じ箇所について復路でバインダーを吐出するようにした。

これにより、本発明による三次元造形方法においては、生産性を低下させることなくバインダーの量を増加させることが可能である。

本発明は、粉末固着積層方式の三次元造形装置として用いて好適である。

１０三次元造形装置、１２基台部、１４溝部、１６造形槽、１８収容槽、２０支持部、２２貯留槽支持レール、２４貯留槽、２４ａ開口部、２６ローラー支持部、２８ローラー、３０吐出ヘッド

Claims

造形槽に形成された粉末材料よりなる粉末層に、三次元造形物の断面形状についての画像データに基づいて、所定の方向に往復移動する吐出ヘッドから、前記吐出ヘッドが移動する往路と復路との双方向でバインダーを吐出することにより前記粉末材料を硬化して三次元造形物を作製する三次元造形方法であって、
前記吐出ヘッドの往路において、前記吐出ヘッドは前記画像データに基づく位置でバインダーを吐出する第１の工程と、
前記吐出ヘッドの復路において、前記吐出ヘッドは前記第１の工程においてバインダーを吐出された位置の少なくとも１以上の位置にバインダーを吐出する第２の工程と
を有することを特徴とする三次元造形方法。
請求項１に記載の三次元造形方法において、
前記第２の工程において、前記吐出ヘッドは前記第１の工程においてバインダーを吐出された位置の全ての位置にバインダーを吐出する
ことを特徴とする三次元造形方法。