JP2017001213A - Apparatus for forming three dimensional body, method for forming three dimensional body, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は立体造形装置、立体造形方法、プログラムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus, a three-dimensional modeling method, and a program.
立体造形物(三次元造形物)を造形する立体造形装置(三次元造形装置)として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。これは、例えば、造形ステージに平坦化された金属又は非金属の粉体を層状に形成し(これを「粉体層」という。)、粉体層に対して造形液を吐出して、粉体が結合された層状造形物(これを「造形層」という。)を形成し、この造形層上に粉体層を形成し、再度造形層を形成する工程を繰り返し、造形層を積層することで立体造形物を造形する。 As a three-dimensional modeling apparatus (three-dimensional modeling apparatus) for modeling a three-dimensional modeled object (three-dimensional modeled object), for example, one that models by a layered modeling method is known. For example, a flattened metal or non-metallic powder is formed in a layer shape on a modeling stage (this is referred to as a “powder layer”), and a modeling liquid is discharged onto the powder layer to form a powder. Layering a modeling layer by forming a layered modeling object (which is referred to as a “modeling layer”) to which the bodies are combined, forming a powder layer on the modeling layer, and forming the modeling layer again. 3D modeling of the three-dimensional model.
従来、造形物の表面及び表面に影響をおよぼす部分に対してローラ部を当てないことで表面に模様が形成されることを防ぐために、液体を吐出しない、又は吐出量を減少させて中空部を生成する中空部生成手段を備えるものが知られている(特許文献1)。 Conventionally, in order to prevent a pattern from being formed on the surface by not applying the roller part to the surface and the part that affects the surface of the modeled object, the liquid is not discharged or the hollow part is reduced by reducing the discharge amount. What is provided with the hollow part production | generation means to produce | generate is known (patent document 1).
ところで、粉体を使用する粉体積層造形(粉末積層造形)を行う場合、環境変化によって粉体層の充填状態が変化し、造形物の精度が低下するという課題がある。 By the way, when performing powder layered modeling using powder (powder layered modeling), there is a problem that the filling state of the powder layer is changed due to environmental changes, and the accuracy of the modeled product is lowered.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、立体造形物の精度を向上することを目的とする。 This invention is made | formed in view of said subject, and it aims at improving the precision of a three-dimensional molded item.
上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形装置は、
粉体層に液体を吐出し、前記粉体層の粉体を結合した層状造形物を形成し、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する立体造形装置であって、
前記液体を吐出する液体吐出手段と、
前記層状造形物が形成される造形槽と、
前記造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成可能な粉体重量検知槽と、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出する重量検出手段と、
前記重量検出手段の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する手段と、を備えている
構成とした。
In order to solve the above problems, the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is:
A three-dimensional modeling apparatus that discharges liquid to a powder layer, forms a layered structure that combines the powders of the powder layer, and forms a three-dimensional structure by stacking the layered structure,
Liquid ejection means for ejecting the liquid;
A modeling tank in which the layered model is formed,
Powder weight detection capable of supplying the powder and forming a powder layer for weight detection with the same thickness as the powder layer when the powder is supplied to the modeling tank to form the powder layer A tank,
Weight detection means for detecting the weight of the powder layer for weight detection in the powder weight detection tank;
And a means for controlling the drop volume of the modeling liquid discharged by the liquid discharge means from the detection result of the weight detection means.
本発明によれば、立体造形物の精度が向上する。 According to the present invention, the accuracy of the three-dimensional structure is improved.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、立体造形装置における立体造形動作の概要について図1を参照して説明する。図1は同説明に供する模式的説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, the outline of the three-dimensional modeling operation in the three-dimensional modeling apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic explanatory view for explaining the same.
この立体造形装置は、粉体積層造形装置であり、粉体20が結合された層状造形物である造形層30を積層して立体造形物が形成される造形槽22と、造形槽22で層状に敷き詰められた粉体である粉体層31に造形液10を吐出して立体造形物を造形する液体吐出手段である液体吐出ヘッド52とを備えている。
This three-dimensional modeling apparatus is a powder additive manufacturing apparatus, in which a three-dimensional object is formed by laminating a
造形槽22の底部は造形ステージ24として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっている。造形ステージ24上に造形層30が順次積層された立体造形物が造形される。
The bottom of the
また、造形槽22に供給される粉体20を平坦化して粉体層31を形成する平坦化ローラ12を備えている。平坦化ローラ12は、粉体層31を形成するときに、矢印方向に回転しながら矢印y2方向に移動される。
Further, a
この立体造形装置による造形動作について説明する。まず、図1(a)に示すように、液体吐出ヘッド52から造形液10を吐出して造形層30を形成した状態にあるものとする。
A modeling operation by the three-dimensional modeling apparatus will be described. First, it is assumed that the
この状態から、図1(b)に示すように、造形ステージ24を矢印z2方向(下方向)に所定量(粉体層31の厚みΔt1分)下降させる。そして、最上位の造形層30上に粉体20を供給して、平坦化ローラ12によって表面を平坦化して、粉体層31を形成する。粉体層31の厚さΔt1は、数十μm〜100μm程度である
From this state, as shown in FIG. 1B, the
なお、粉体20の造形槽22への供給は、供給槽を持ち、平坦化ローラ12によって供給槽から供給しながら平坦化する構成とすることもできる。また、図1に示すように供給槽を持たない構成では、造形槽22上から粉体20を供給して平坦化ローラ12で平坦化する。
The
その後、図1(c)に示すように、液体吐出ヘッド52によって造形液10を吐出して粉体層31に所定の平面形状の造形層30を形成する。液体吐出ヘッド52は、目的とする造形物のスライスデータに応じて駆動制御されて造形液10の液滴を吐出する。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, the modeling
以上の動作を繰り返して造形層30を積層して立体造形物を造形する。
By repeating the above operation, the
次に、本発明の第1実施形態について図2及び図3を参照して説明する。図2は同実施形態における粉体重量検知槽及び造形槽部分の斜視説明図、図3は同じく断面説明図である。なお、以下では、平坦化ローラの軸方向を幅方向とする。 Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective explanatory view of a powder weight detection tank and a modeling tank portion in the same embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view. In the following, the axial direction of the flattening roller is defined as the width direction.
平坦化ローラ12が平坦化するときに移動する方向において、造形槽22の上流側に粉体重量検知槽122が配置されている。粉体重量検知槽122には、粉体20が供給される重量検知ステージ124が昇降可能に配置されている。重量検知ステージ124と造形ステージ24とは別の昇降機構で昇降される。
In the direction of movement when the
重量検知ステージ124には、載せ置かれている粉体20の重量を検知する重量センサが配置されている。
On the
ここで、重量検知ステージ124は、造形槽22に粉体層31を形成するごとに下降して後述する重量検知用粉体層131を形成することもできるし、粉体層31の2層以上の積層回数(粉体層31の形成回数)毎、例えば、5層毎に下降して重量検知用粉体層131を形成することもできる。1回の移動距離(下降距離)は、造形ステージ24の移動距離、すなわち、造形時の粉体層31の厚さ(積層厚)Δt1と同じである。これにより、粉体重量検知槽122には重量検知用粉体層131を形成可能である。
Here, the
また、粉体重量検知槽122の重量検知ステージ124は、造形開始前には、必ず初期位置出しが行われる。この初期位置とは、造形槽22の縁と同じ高さとする。また、第1層目の造形が開始されるとき、必ず積層厚みだけ下方に移動される。
In addition, the initial position of the
また、造形槽22と粉体重量検知槽122とは、供給された粉体20を均す平坦化手段である平坦化ローラ12の移動方向と直交する方向の幅が同じである。幅が同じであることにより、粉体20の供給量が変化することを防ぐことができる。
Further, the
次に、本実施形態における造形動作について図4を参照して説明する。図4は同説明に供する模式的断面説明図である。 Next, the modeling operation in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view for explaining the same.
まず、図4(a)に示すように、造形槽22では液体吐出ヘッド52から造形液10を吐出して造形層30が積層形成された状態にあり、また、粉体重量検知槽122の重量検知ステージ124にも粉体20が供給されているものとする。
First, as shown in FIG. 4A, the
この状態から、第n層目の造形層30を形成するときには、重量検知ステージ124と造形ステージ24は同じ距離(粉体層31の厚みΔt1分)だけ矢印z2方向に下降される。
From this state, when the n-
そして、図4(a)及び(b)に示すように、供給される粉体20を平坦化ローラ12によって粉体重量検知槽122及び造形槽22の順に移送しながら平坦化する。
Then, as shown in FIGS. 4A and 4B, the supplied
これにより、図3(b)に示すように、造形槽22には粉体層31が形成され、また、粉体重量検知槽122にも粉体20の層(これを「重量検知用粉体層131」という。)が形成される。
As a result, as shown in FIG. 3B, a
このとき、重量検知ステージ124と造形ステージ24は同じ距離だけ下降しているので、粉体重量検知槽122には粉体20が層状になった重量検知用粉体層131が形成され、この重量検知用粉体層131の充填率は造形槽22に形成される粉体層31と同じ(ほぼ同じを含む。)になる。
At this time, since the
ここで、重量検知用粉体層131の充填率は、第n−1層目と第n層目の重量差分から算出される。つまり、第n層目の粉体層31を形成する前の重量検知ステージ124上に積載されている粉体20の総重量と、第n層目の粉体層31を形成した後の重量検知ステージ124上に積載されている粉体20の総重量との差分が、当該第n層の重量検知用粉体層131の重量となり、造形槽22の第n層の粉体層31の充填率に相関する。
Here, the filling rate of the
このように、上述したように重量検知用粉体層131と粉体層31と同じ充填率となるので、重量検知用粉体層131の重量を検出することで、粉体層31の充填率を得ることができる。
As described above, since the filling rate is the same as that of the weight
そこで、重量検知用粉体層131の重量、つまり、粉体層31に充填率に応じて液体吐出ヘッド52から吐出させる造形液10の滴体積(液滴体積、吐出量、液体量などともいう。)を再決定し、第n+1層目からは再決定した滴体積で造形液10の液滴を吐出させる制御をする。
Therefore, the weight of the
このように、粉体層31の充填率を粉体重量検知槽122に形成する重量検知用粉体層131の重量から算出して、得られた結果から造形液10の滴体積を制御して造形を行う。
In this way, the filling rate of the
これにより、環境変化によって造形槽における粉体層の充填状態が変化しても過不足の内滴体積(吐出量)で造形液を吐出することができ、造形物の精度が向上する。 Thereby, even if the filling state of the powder layer in the modeling tank changes due to environmental changes, the modeling liquid can be discharged with an excessive or insufficient inner droplet volume (discharge amount), and the accuracy of the modeled object is improved.
次に、本実施形態における充填率算出の一例について図5ないし図7を参照して説明する。図5は粉体重量検知槽における重量検知用粉体層の積層過程の説明図、図6は積層数と粉体総重量の関係の一例の説明図、図7は重量差分(重量変化差分)と充填率の関係の一例の説明図である。 Next, an example of filling rate calculation in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an explanatory diagram of the lamination process of the weight detection powder layer in the powder weight detection tank, FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of the relationship between the number of layers and the total powder weight, and FIG. 7 is the weight difference (weight change difference). It is explanatory drawing of an example of the relationship between a filling rate.
例えば、粉体層31をk層(k=1、2…の整数)形成する毎に充填率に応じた吐出量に制御する場合、重量検知ステージ124は第kn層目の造形時に、粉体層31の厚み分だけ下降する。
For example, when the
例えば、図5(a)に示すように、第n層目まで粉体層31が形成された状態から、図5(b)、(c)に示すように、順次、第2n層目、第3n層目の粉体層31を積層形成した場合、粉体重量検知槽122には粉体層31の厚み分の重量検知用粉体層131a、131bが順次積層形成される。
For example, as shown in FIG. 5A, from the state where the
重量検知ステージ124には重量センサが設けられ、重量検知ステージ124上に載せ置かれた粉体20の総重量を検出(検知)している。したがって、積層される重量検知用粉体層131a、131bの各重量は、粉体層31の積層前後の重量差分として算出することができる。
The
ここで、第2n層目の粉体層31を形成するときには、粉体20を供給する直前に第n層が形成された状態での重量を検知し、第2n層目の粉体層31を形成した直後の重量を検知して、その差分を第2n層目に対応する重量検知用粉体層131の重量とする。
Here, when the second n-
すなわち、長時間の空気暴露によって粉体の水分含有量等に変化が生じるため、第n層と第2n層の重量を測定する場合に粉体の1粒子当りの重量が変化する可能性がある。したがって、第n層目の粉体層31を形成した後の重量と、第2n層目の粉体層31を形成した後の重量との差分を第2n層目の重量検知用粉体層131としたのでは、正確な重量(差分)を得られなくなるおそれがある。
That is, since the moisture content of the powder changes due to long-time exposure to air, the weight per particle of the powder may change when the weights of the n-th layer and the second n-layer are measured. . Therefore, the difference between the weight after forming the n-
このようにして、例えば図6に示すように、第n層、第2n層、第3n層の粉体層31を形成する前後における粉体重量検知槽122における重量差分Δg1、Δg2、Δg3を得る。
In this way, for example, as shown in FIG. 6, the weight differences Δg1, Δg2, and Δg3 in the powder
そこで、図7に示すように、予め分かっている重量差分Δg1、Δg2、Δg3に対応する粉体充填率p1、p2、p3を得る。 Therefore, as shown in FIG. 7, powder filling rates p1, p2, and p3 corresponding to the weight differences Δg1, Δg2, and Δg3 that are known in advance are obtained.
次に、粉体充填率に応じた造形液の滴体積の決定について図8及び図9を参照して説明する。図8は充填状態の説明図、図9は粉体充填率と滴体積との関係の一例の説明図である。 Next, determination of the drop volume of the modeling liquid according to the powder filling rate will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is an explanatory diagram of the filling state, and FIG. 9 is an explanatory diagram of an example of the relationship between the powder filling rate and the droplet volume.
粉体積層造形においては、所望の造形物のスライスデータに則って、積層された粉体層31に選択的に造形液10を吐出することで造形層30を形成する。このとき、図8(a)、(b)に示すように、造形液10は、画像の解像度と粉体層31の厚みΔt1によって決まる単位体積中に少なくとも1滴以上吐出される。
In powder layered modeling, the
ここで、吐出される造形液10の滴体積は、粉末、粒子など(単に「粒子」と総称し、粒子20aと表記する。)の集合体である粉体20を含む単位体積中に含まれる空隙300の体積(空隙体積)を満たすだけの滴体積を必要とする。したがって、画像の解像度、粉体層31の厚み(積層厚)Δt1、粉体20の充填率から造形時に必要な造形液10の滴体積が決定される。つまり、造形液10の滴体積は、粉体層31における粉体20の充填率と粉体層31の厚みとで決定され、滴体積は粉体層31の単位体積に含まれる空隙体積を埋める量であることが好ましい。
Here, the droplet volume of the
このようにして決定される粉体充填率及び粉体層の厚み(Δt1=60、72、84、102、120μm)と滴体積の関係の一例を図9に示している。図9は、ある解像度における粉体20の充填率と、粉体層31の粉体20が当該充填率であるときに必要な造形液10の滴体積の関係の一例である。
FIG. 9 shows an example of the relationship between the powder filling rate and the powder layer thickness (Δt1 = 60, 72, 84, 102, 120 μm) determined in this way and the drop volume. FIG. 9 is an example of the relationship between the filling rate of the
この例では、粉体充填率paのとき、粉体層31の厚みΔt1に応じて滴体積Vj1、又はVj2が必要であることが分かる。同様に、粉体充填率pbのとき、粉体層31の厚みΔt1に応じて滴体積Vj3、又はVj4が必要であることが分かる。
In this example, when the powder filling rate is pa, it can be seen that the droplet volume Vj1 or Vj2 is necessary according to the thickness Δt1 of the
このようにして、造形液の滴体積が決定される。 In this way, the drop volume of the modeling liquid is determined.
次に、造形液の滴体積の制御方法の一例について図10を参照して説明する。図10は粉体充填率と粉体層の厚みと滴体積との関係の一例を説明する説明図である。 Next, an example of a method for controlling the volume of the modeling liquid will be described with reference to FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an example of the relationship between the powder filling rate, the thickness of the powder layer, and the drop volume.
液体吐出ヘッド52から吐出させる造形液10の滴体積は、前述した粉体充填率や粉体層31の厚みによって異なる。そこで、図10に示すように、予め粉体充填率と粉体層31の厚みによって滴体積をランク0〜7に分けている。
The drop volume of the
そして、粉体重量検知によって検知された重量から得られる充填率と粉体層31の厚みによって、吐出時にランクを決定し、これに微調整(例えば駆動電圧等の調整)を行って、所要の滴体積で造形液10を吐出させる。
Then, the rank is determined at the time of discharge based on the filling rate obtained from the weight detected by the powder weight detection and the thickness of the
次に、本実施形態の全体構成の概要について図11のブロック説明図を参照して説明する。 Next, an overview of the overall configuration of the present embodiment will be described with reference to a block diagram of FIG.
主制御部201は、造形に必要な画像データを3Dスライスデータ読込み部203から取得する。
The
主制御部200は、モータ駆動部204を駆動制御して、造形ステージ24の下降、平坦化ローラ12の回転及び移動、液体吐出ヘッド52の移動を制御することで、平坦化動作、粉体層31の形成、第n層造形層30の形成動作を制御する。
The main control unit 200 drives and controls the
造形ステージ24の昇降は造形ステージ昇降機構212によって行い、平坦化ローラ12の回転及び移動は平坦化ローラ回転移動機構215によって行い、液体吐出ヘッド52の移動は液体吐出ヘッド52を搭載しているキャリッジを移動させるキャリッジ移動機構205によって行う。
The
また、主制御部200は、画像データを吐出制御部202に送る。吐出制御部202は。受領した画像データに基づいて液体吐出ヘッド52からの造形液10の吐出を制御する。
In addition, the main control unit 200 sends image data to the
また、主制御部200は、予め定めたk層毎に重量検知ステージ124を下降させる。重量検知ステージ124の移動は重量検知ステージ昇降機構214によって行う。また、重量検知ステージ124の重量センサ216のよって検知される粉体重量の検知結果が粉体重量検知結果記憶部206に一時的に記憶される。第n層目の造形前後での粉体総重量が検知記憶され、重量差分が算出されると、粉体重量検知結果記憶部206はその重量差分を主制御部200へと送信し、送信後、結果を消去する。
In addition, the main control unit 200 lowers the
主制御部200は、粉体重量検知結果記憶部206から受領した重量差分から検量線データに沿って造形液10の滴体積を設定し、吐出駆動条件として吐出制御部202へと送信する。
The main control unit 200 sets the droplet volume of the
次に、造形開始から造形終了までの処理について図12のフロー図を参照して説明する。 Next, processing from the modeling start to the modeling end will be described with reference to the flowchart of FIG.
まず、粉体重量検知を行う頻度(フィードバック頻度)nを設定する。フィードバック頻度nは、1以上の整数で設定することができる。頻度nが高ければ高いほど、より正確に粉体充填率の変化をフィードバックして造形を行うことができる。 First, the frequency (feedback frequency) n for performing powder weight detection is set. The feedback frequency n can be set as an integer of 1 or more. The higher the frequency n, the more accurately modeling can be performed by feeding back the change in the powder filling rate more accurately.
造形開始後、第kn−1層目(k=1,2,3,…)の造形終了時に、重量検知ステージ124は粉体層31の厚み分(積層厚分)だけ下降し、このとき、重量検知ステージ124上の粉体20の総重量が記録される。
After the start of modeling, at the end of modeling of the kn-1st layer (k = 1, 2, 3,...), The
次いで、第kn層目の造形を開始し、第kn層目の造形終了時に、重量検知ステージ124上の粉体20の総重量が再度記録される。この2つの粉体総重量の差分から、第kn層目の造形前後の粉体重量変化差分(重量差分)Δgが検出される。
Next, modeling of the knth layer is started, and at the end of modeling of the knth layer, the total weight of the
そして、得られた検出結果(重量差分Δg)は主制御部200へと送信される。 Then, the obtained detection result (weight difference Δg) is transmitted to the main control unit 200.
そこで、主制御部200は、第kn層目の粉体重量変化結果を受信し、検量線データに沿って、粉体充填率を算出する。そして、算出された粉体充填率に基づいて、第kn+1層目以降の造形液10の滴体積が決定され、吐出制御部202に吐出条件の変更が送信される。吐出制御部202は、主制御部200から受けた新たな吐出条件に従って、第kn+1層目以降は液体吐出ヘッド52の駆動を制御して、造形液10を吐出させる。
Accordingly, the main control unit 200 receives the powder weight change result of the knth layer and calculates the powder filling rate along the calibration curve data. Then, based on the calculated powder filling rate, the drop volume of the
造形終了時まで、これらの処理を順次繰り返して目的とする造形物の造形を行う。 These processes are sequentially repeated until the end of modeling to model the target model.
そして、造形が終了したときには、主制御部200から造形初期の吐出条件が吐出制御部202へ送信され、吐出制御部202はそれを受けて初期設定に戻す。
When the modeling is completed, the main control unit 200 transmits the initial ejection conditions to the
以上のように、粉体層の充填率に相関する重量を検出し、検出した重量に応じて滴体積を制御することによって、過不足のない液量で造形を行うことができて、造形物の精度が向上する。 As described above, by detecting the weight correlated with the filling rate of the powder layer and controlling the droplet volume according to the detected weight, it is possible to perform modeling with a liquid amount without excess or deficiency, Improves accuracy.
なお、上記実施形態の説明では、理解を容易にするため、重量変化差分から充填率を算出し、充填率に応じた滴体積を決定する例で説明しているが、粉体層の厚みに応じて重量変化差分と滴体積の関係を示すテーブルを作成しておけば、充填率を算出することなく、重量変化差分から滴体積の情報に得ることができる。 In the description of the above embodiment, in order to facilitate understanding, the filling rate is calculated from the difference in weight change, and the droplet volume corresponding to the filling rate is described as an example. Accordingly, if a table showing the relationship between the weight change difference and the drop volume is prepared, the drop volume information can be obtained from the weight change difference without calculating the filling rate.
次に、本発明の第2実施形態における立体造形装置の概要について図13ないし図15を参照して説明する。図13は同立体造形装置の概略平面説明図、図14は同じく概略側面説明図、図15は同じく造形部の断面説明図である。なお、図15は造形時の状態で示している。 Next, an outline of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is an explanatory schematic plan view of the three-dimensional modeling apparatus, FIG. 14 is an explanatory schematic side view, and FIG. 15 is an explanatory sectional view of the modeling unit. FIG. 15 shows a state during modeling.
この立体造形装置は、粉体造形装置であり、粉体(粉末)が結合された層状造形物である造形層30が形成される造形部1と、造形部1の層状に敷き詰められた粉体層31に造形液10を吐出して立体造形物を造形する造形ユニット5とを備えている。
This three-dimensional modeling apparatus is a powder modeling apparatus, in which a
造形部1は、粉体槽11と、平坦化部材(リコータ)である回転体としての平坦化ローラ12などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材(ブレード)とすることもできる。
The
粉体槽11は、粉体20を供給する供給槽21と、造形層30が積層されて立体造形物が造形される造形槽22と、粉体重量検知槽122を有している。供給槽21の底部は供給ステージ23として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっている。同様に、造形槽22の底部は造形ステージ24として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっている。造形ステージ24上に造形層30が積層された立体造形物が造形される。また、粉体重量検知槽122の底部も重量検知ステージ124として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっている。
The
供給ステージ23は、例えば図15に示すモータ27によって高さ方向に昇降される。造形ステージ24は、同じく、モータ28によって高さ方向に昇降される。重量検知ステージ124は、同じく、モータ224によって高さ方向に昇降される。
The
平坦化ローラ12は、供給槽21の供給ステージ23上に供給された粉体20を、粉体重量検知槽122、造形槽22の順に供給し、平坦化部材である平坦化ローラ12によって均して平坦化して、重量検知用粉体層131及び造形用の粉体層31を形成する。
The flattening
この平坦化ローラ12は、造形ステージ24のステージ面(粉体20が積載される面)に沿って矢印Y方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、前述した回転移動機構215を構成する往復移動機構553のモータ553によって移動される。また、平坦化ローラ12は、モータ26によって回転駆動される。
This flattening
一方、造形ユニット5は、造形ステージ24上の粉体層31に造形液10を吐出する液体吐出ユニット50を備えている。
On the other hand, the modeling unit 5 includes a
液体吐出ユニット50は、キャリッジ51と、キャリッジ51に搭載された2つ(1又は3つ以上でもよい。)の液体吐出ヘッド(以下、単に「ヘッド」という。)52a、52bを備えている。
The
キャリッジ51は、ガイド部材54及び55に移動可能に保持されている。ガイド部材54及び55は、両側の側板70、70に昇降可能に保持されている。
The
このキャリッジ51は、X方向走査機構550によってモータ、プーリ及びベルトから構成される主走査移動機構を介して主走査方向である矢印X方向に往復移動される。
The
2つのヘッド52a、52b(以下、区別しないときは「液体吐出ヘッド52」という。)は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ2列配置されている。一方の液体吐出ヘッド52aの2つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方の液体吐出ヘッド52bの2つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
The two
これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク60がタンク装着部56に装着され、供給チューブなどを介して液体吐出ヘッド52a、52bに供給される。
A plurality of
また、X方向の一方側には、液体吐出ユニット50のヘッド52の維持回復を行うメンテナンス機構61が配置されている。
A
メンテナンス機構61は、主にキャップ62とワイパ63で構成される。キャップ62を液体吐出ヘッド52のノズル面(ノズルが形成された面)に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成(ノズル内は負圧状態である)のため、ノズル面をワイパ63でワイピング(払拭)する。また、メンテナンス機構61は、造形液の吐出が行われない場合に、液体吐出ヘッド52のノズル面をキャップ62で覆い、粉体20がノズルに混入することや造形液10が乾燥することを防止する。
The
造形ユニット5は、ベース部材7上に配置されたガイド部材71に移動可能に保持されたスライダ部72を有し、造形ユニット5全体がX方向と直交するY方向(副走査方向)に往復移動可能である。この造形ユニット5は、モータ552を含む走査機構によって全体がY方向に往復移動される。
The modeling unit 5 has a
液体吐出ユニット50は、ガイド部材54、55とともに矢印Z方向に昇降可能に配置され、モータを含むZ方向昇降機構551によってZ方向に昇降される。
The
ここで、造形部1の粉体槽11は、箱型形状をなし、供給槽21と造形槽22と粉体重量検知槽122の上面が開放された槽を備えている。供給槽21内部には供給ステージ23が、造形槽22内部には造形ステージ24がそれぞれ昇降可能に配置される。粉体重量検知槽122の内部には重量検知ステージ124が昇降可能に配置される。
Here, the
供給ステージ23の側面は供給槽21の内側面に接するように配置されている。造形ステージ24の側面は造形槽22の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ23及び造形ステージ24の上面は水平に保たれている。同様に、重量検知ステージ124の側面は粉体重量検知槽122の内側面に接するように配置されている。
The side surface of the
供給ステージ23の昇降は供給ステージ昇降機構211によって、造形ステージ24の昇降は前記実施形態と同様に造形ステージ昇降機構212によって、重量検知ステージ124の昇降は同じく重量検知ステージ昇降機構214によってそれぞれ行われる。
The raising / lowering of the
供給槽21上には図16の粉体供給装置554が配置される。造形の初期動作時や供給槽21の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置554を構成するタンク内の粉体を供給槽21に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。
A
平坦化ローラ12は、供給槽21から粉体20を粉体重量検知槽122、造形槽22へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である重量検知用粉体層131、造形用の粉体層31を形成する。
The flattening
この平坦化ローラ12は、往復移動機構25によってステージ面に沿ってY方向(副走査方向)に往復移動される。
The flattening
この平坦化ローラ12は、モータ26によって回転されながら、供給槽21の外側から供給槽21、粉体重量検知槽122及び造形槽22の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体20が粉体重量検知槽122及び造形槽22上へと移送供給され、平坦化ローラ12が粉体重量検知槽122、造形槽22上を通過しながら粉体20を平坦化することで、重量検知用粉体層131、造形用の粉体層31が形成される。
The flattening
また、平坦化ローラ12の周面に接触して、平坦化ローラ12に付着した粉体20を除去するための粉体除去部材である粉体除去板13が配置されている。
In addition, a
粉体除去板13は、平坦化ローラ12の周面に接触した状態で、平坦化ローラ12とともに移動する。また、粉体除去板13は、平坦化ローラ12が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向になる状態で配置されている。
The
次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図16を参照して説明する。図16は同制御部のブロック図である。 Next, an outline of the control unit of the three-dimensional modeling apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a block diagram of the control unit.
制御部500は、この立体造形装置全体の制御を司るCPU501と、CPU501に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するROM502と、造形データ等を一時格納するRAM503とを含む主制御部500Aを備えている。
The control unit 500 includes a
制御部500は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)504を備えている。また、制御部500は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC505を備えている。
The control unit 500 includes a non-volatile memory (NVRAM) 504 for holding data even when the apparatus is powered off. Further, the control unit 500 includes an
制御部500は、外部の造形データ作成装置600から造形データ(スライスデータ)を受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのI/F506を備えている。なお、造形データ作成装置600は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
The control unit 500 includes an I /
制御部500は、各種センサの検知信号を取り込むためのI/O507を備えている。粉体重量検知槽122の重量検知ステージ124に設けられた重量センサ216の検知信号もI/O507に入力される。
The control unit 500 includes an I /
制御部500は、液体吐出ユニット50の各液体吐出ヘッド52を駆動制御するヘッド駆動制御部508を備えている。
The control unit 500 includes a head
制御部500は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をX方向(主走査方向)に移動させるX方向走査機構550を構成するモータを駆動するモータ駆動部510と、造形ユニット5をY方向(副走査方向)に移動させるY方向走査機構552を構成するモータを駆動するモータ駆動部512を備えている。
The control unit 500 drives the motor constituting the
制御部500は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をZ方向に移動(昇降)させるZ方向昇降機構551を構成するモータを駆動するモータ駆動部511を備えている。なお、矢印Z方向への昇降は造形ユニット5全体を昇降させる構成とすることもできる。
The control unit 500 includes a
制御部500は、供給ステージ23を昇降させる供給ステージ昇降機構211を構成するモータ27を駆動するモータ駆動部513を備えている。また、制御部500は、造形ステージ24を昇降させる造形ステージ昇降機構212を構成するモータ28を駆動するモータ駆動部514を備えている。また、制御部500は、重量検知ステージ124を昇降させる重量検知ステージ昇降機構214を構成するモータ224を駆動するモータ駆動部524を備えている。
The control unit 500 includes a
制御部500は、平坦化ローラ12を移動させる往復移動機構のモータ553を駆動するモータ駆動部515と、平坦化ローラ12を回転駆動するモータ26を駆動するモータ駆動部516を備えている。
The control unit 500 includes a motor drive unit 515 that drives a
制御部500は、供給槽21に粉体20を供給する粉体供給装置554を駆動する供給系駆動部517と、液体吐出ユニット50のメンテナンス機構61を駆動するメンテナンス駆動部518を備えている。
The control unit 500 includes a supply
制御部500のI/O507には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ、重量センサ216などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
The I /
制御部500には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル522が接続されている。
An
なお、造形データ作成装置600と立体造形装置(粉体積層造形装置)601によって本発明に係る装置としての立体造型システムが構成される。 The modeling data creating apparatus 600 and the three-dimensional modeling apparatus (powder additive modeling apparatus) 601 constitute a three-dimensional molding system as an apparatus according to the present invention.
この立体造形装置においても、前述したように、粉体重量検知槽122の重量検知ステージ124上の粉体20の総重量を検知し、粉体層31に対応する重量検知用粉体層131の重量を重量差分として検出し、重量差分に応じて造形液の滴体積を制御する。
Also in this three-dimensional modeling apparatus, as described above, the total weight of the
1 造形部
5 造形ユニット
10 造形液
12 平坦化ローラ(平坦化手段、回転体)
20 粉体
21 供給槽
22 造形槽
23 供給ステージ
24 造形ステージ
30 造形層(層状造形物)
31 粉体層(層状の粉体)
50 液体吐出ユニット
51 キャリッジ
52 液体吐出ヘッド
122 粉体重量検知槽
124 重量検知ステージ
216 重量センサ
DESCRIPTION OF
20
31 Powder layer (layered powder)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記液体を吐出する液体吐出手段と、
前記層状造形物が形成される造形槽と、
前記造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成可能な粉体重量検知槽と、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出する重量検出手段と、
前記重量検出手段の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する手段と、を備えている
ことを特徴とする立体造形装置。 A three-dimensional modeling apparatus that discharges liquid to a powder layer, forms a layered structure that combines the powders of the powder layer, and forms a three-dimensional structure by stacking the layered structure,
Liquid ejection means for ejecting the liquid;
A modeling tank in which the layered model is formed,
Powder weight detection capable of supplying the powder and forming a powder layer for weight detection with the same thickness as the powder layer when the powder is supplied to the modeling tank to form the powder layer A tank,
Weight detection means for detecting the weight of the powder layer for weight detection in the powder weight detection tank;
Means for controlling the drop volume of the modeling liquid ejected by the liquid ejection means from the detection result of the weight detection means.
前記粉体重量検知槽は、前記粉体が供給される昇降可能な重量検知ステージを有し、
前記造形ステージと前記重量検知ステージは別の駆動機構部で駆動される
ことを特徴とする請求項1に記載の立体造形装置。 The modeling tank has a modeling stage capable of moving up and down on which the layered model is stacked,
The powder weight detection tank has a weight detection stage capable of moving up and down to which the powder is supplied,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the modeling stage and the weight detection stage are driven by different drive mechanisms.
ことを特徴とする請求項2に記載の立体造形装置。 The three-dimensional object according to claim 2, wherein the modeling tank and the powder weight detection tank have the same width in a direction perpendicular to the moving direction of the flattening means for leveling the supplied powder. Modeling equipment.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の立体造形装置。 The controlling means determines the droplet volume based on a filling rate of the powder in the powder layer and a thickness of the powder layer, and the droplet volume is a void volume included in a unit volume of the powder layer. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional modeling apparatus is an amount to be filled.
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の立体造形装置。 The weight of the weight detection powder layer formed when the n-th powder layer is formed is the total weight of the powder in the weight detection tank immediately before the formation of the n-th powder layer. 5. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein a difference between a weight and a total weight of the powder in the weight detection tank immediately after forming the n-th powder layer is set. .
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 5, wherein the detection by the weight detection means is performed when the powder layer is formed next after forming two or more powder layers. apparatus.
前記層状造形物が形成される造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、粉体重量検知槽に前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成し、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出し、
前記重量検知用粉体層の重量の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する
ことを特徴とする立体造形方法。 It is a three-dimensional modeling method for discharging a liquid to a powder layer, forming a layered structure that combines the powders of the powder layer, and layering the layered structure to form a three-dimensional structure,
When the powder layer is formed by supplying the powder to the modeling tank in which the layered structure is formed, the powder is supplied to the powder weight detection tank and has the same thickness as the powder layer. Forming a powder layer for detection,
Detecting the weight of the powder layer for weight detection in the powder weight detection tank;
A three-dimensional modeling method characterized by controlling a drop volume of the modeling liquid ejected by the liquid ejection means from a detection result of the weight of the weight detection powder layer.
前記層状造形物が形成される造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、粉体重量検知槽に前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成する処理と、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出する処理と、
前記重量検知用粉体層の重量の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する処理と、をコンピュータに行わせるためのプログラム。 A program for discharging a liquid to a powder layer, forming a layered structure that combines the powders of the powder layer, and stacking the layered structure to form a three-dimensional structure. There,
When the powder layer is formed by supplying the powder to the modeling tank in which the layered structure is formed, the powder is supplied to the powder weight detection tank and has the same thickness as the powder layer. A process for forming a powder layer for detection;
Processing for detecting the weight of the powder layer for weight detection in the powder weight detection tank;
The program for making a computer perform the process which controls the drop volume of the said modeling liquid discharged with the said liquid discharge means from the detection result of the weight of the said powder layer for weight detection.
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