JP2017042935A

JP2017042935A - 造形装置

Info

Publication number: JP2017042935A
Application number: JP2015164944A
Authority: JP
Inventors: 上石　健太郎; Kentaro Ueishi; 健太郎上石
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2015-08-24
Publication date: 2017-03-02

Abstract

【課題】２液を混合して反応させることで発泡した造形物を製作する場合と比して、発泡した造形物を短い時間で製作する造形装置を得る。
【解決手段】層形成工程では、吐出ヘッド２２は、基材１００に液滴を吐出して発泡した造形層１０２を形成する。さらに、照射工程では、照射ランプ３０Ａは、造形層１０２に向けて紫外線を照射し、造形層１０２を硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、造形装置に関する。

特許文献１に記載の造形装置では、イソシアネートとポリオールとを混合して反応させることで発泡材が生成され、この発泡材を積層することで造形物が製作される。

特開２００７−２６１００２号公報

２液を混合して反応させることで発泡材（発泡ポリウレタン）を生成する場合に、２液を反応させる時間が必要とされていた。

本発明の課題は、２液を混合して反応させることで発泡した造形物を製作する場合と比して、発泡した造形物を短い時間で製作することである。

本発明の請求項１に係る造形装置は、基部に向けて液滴を吐出して発泡した造形層を形成する吐出部と、前記造形層に光を照射して前記造形層を硬化させる照射部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る造形装置は、請求項１に造形装置において、前記造形層において前記基部とは反対の面に、前記照射部の光が照射されることで粘着性を発現する接着剤を付着させる付着部と、前記造形層において接着剤が付着された面を平坦化する平坦化部と、前記吐出部、前記照射部、前記付着部、及び前記平坦化部を前記基部に対して相対的に移動させる移動部と、前記吐出部、前記付着部、前記平坦化部、前記照射部、及び前記移動部を制御して、前記吐出部によって前記基部に前記造形層を形成させ、前記付着部によって接着剤を前記造形層に付着させ、前記平坦化部によって前記造形層において接着剤が付着された面を平坦化させ、前記照射部によって平坦化された前記造形層に光を照射させ、これらの工程を繰り返し、前記造形層を積み重ねて立体的な造形物とさせる制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る造形装置は、請求項１に造形装置において、前記吐出部によって基部に形成された発泡材を造形層とし、前記造形層において前記基部とは反対の面を平坦化する平坦化部と、前記造形層において平坦化された面に接着剤を付着する付着部と、前記吐出部、前記照射部、前記平坦化部、及び前記付着部を前記基部に対して相対的に移動させる移動部と、前記吐出部、前記平坦化部、前記照射部、前記付着部、及び前記移動部を制御して、前記吐出部によって前記基部に造形層を形成させ、前記平坦化部によって前記造形層において前記基部とは反対の面を平坦化させ、前記照射部によって前記造形層に光を照射させ、前記付着部によって前記造形層において平坦化された面に接着剤を付着させ、これらの工程を繰り返し、前記造形層を積み重ねて立体的な造形物とさせる制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項１の造形装置によれば、２液を混合して発泡した造形物を製作する場合と比して、発泡した造形物を短い時間で製作することができる。

本発明の請求項２の造形装置によれば、２液を混合して反応させることで発泡した造形物を製作する場合と比して、発泡した造形層が積み重ねられた造形物を短い時間で製作することができる。

本発明の請求項３に係る造形装置は、２液を混合して反応させることで発泡した造形物を製作する場合と比して、発泡した造形層が積み重ねられた造形物を短い時間で製作することができる。

本発明の実施形態に係る造形装置を示した概略構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置を示した概略構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置を示した概略構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置を示した概略構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置の吐出部を示した構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置の接着部を示した構成図である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）本発明の実施形態に係る造形装置の平坦化部を示した構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置の照射部を示した構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置の吐出部を示した構成図である。本発明の実施形態に係る造形装置の制御部の制御系を示したブロック図である。

本発明の実施形態に係る造形装置の一例を図１〜図１０に従って説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行方向（水平方向）を示す。

（全体構成）
造形装置１０は、造形物を製作する装置であって、図１に示されるように、板状の基材１００が載せられる基部１２と、基材１００（基部１２）に向けて液滴を吐出して発泡した造形層１０２（図５参照）を形成する吐出部２０とを備えている。また、造形装置１０は、造形層１０２に向けて接着剤を吐出して造形層１０２に接着剤を付着させる付着部の一例としての接着部４０と、造形層１０２において接着剤が付着した面を平坦化する平坦化部６０と、紫外線（光）を造形層１０２に向けて照射する照射部３０とを備えている。さらに、造形装置１０は、吐出部２０、接着部４０、及び平坦化部６０を移動させる移動部５０と、各部を制御する制御部２６（図１０参照）とを備えている。

〔基部〕
基部１２は、上方側を向いた天面１２Ａを有している。そして、この天面１２Ａに板状の基材１００が載せられている。

〔移動部〕
移動部５０は、基部１２の上方側に配置され、装置奥行方向に延びるネジ軸５２と、ネジ軸５２がねじ込まれて貫通している支持部５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃと、ネジ軸５２を回転させるモータ５６とを備えている。

支持部５４Ａ、支持部５４Ｂ、及び支持部５４Ｃは、この順番に装置幅方向の一方側（図中左側）から他方側（図中右側）に、同様の間隔（ピッチ）をあけて並べられている。そして、ネジ軸５２Ａと支持部５４Ａ、支持部５４Ｂ、及び支持部５４Ｃとの噛合いには、図示せぬボールが設けられている。このように移動部５０には、ボールネジ構造が用いられている。

そして、支持部５４Ａには、吐出部２０の後述する吐出ヘッド２２が取り付けられ、支持部５４Ｂには、接着部４０の後述する吐出ヘッド４２が取り付けられ、支持部５４Ｃには、平坦化部６０の後述するローラ機構６２が取り付けられている。

この構成において、モータ５６がネジ軸５２を回転させることで、支持部５４Ａ、支持部５４Ｂ、及び支持部５４Ｃが装置幅方向に移動するようになっている。そして、この移動に伴って、吐出ヘッド２２、吐出ヘッド４２、及びローラ機構６２は、装置幅方向に移動するようになっている。

〔吐出部〕
吐出部２０は、複数のノズル（図示省略）が形成されているノズル面２２Ａを有する吐出ヘッド２２と、吐出ヘッド２２から上方側に延びて支持部５４Ａに取り付けられているロッド２４とを備えている。具体的には、ノズル面２２Ａには、紫外線が照射されることで硬化するＵＶ硬化性発泡材を液滴として吐出する複数のノズルが二次元配置されている。

そして、吐出ヘッド２２のノズル面２２Ａは、下方側を向いており、移動部５０によって吐出ヘッド２２が基材１００の上方に移動された状態で、基材１００と対向するようになっている（図１参照）。

この構成において、吐出ヘッド２２が基材１００の上方側に移動された状態で、図５に示されるように、吐出ヘッド２２が基材１００に向けて液滴を吐出することで造形物の一部を構成する発泡した造形層１０２（厚さが例えば２〔ｍｍ〕）が形成されるようになっている。

なお、造形層１０２を構成する光硬化性発泡材としては、一例として、新田ゼラチン株式会社製のＵＶＦＧを用いることができる。さらに界面接合する光粘着材としてセメダイン製ＢＢＸ−ＵＶ３００を発泡層上に１０μｍでローラー塗工させ、発泡層積層時に使用する。また、一例として吐出ヘッド１０２のノズル径は、０．１〔ｍｍ〕とし、吐出速度は、１０〔ｍｍ／ｓ〕とされる。

〔接着部〕
接着部４０は、図１に示されるように、複数のノズル（図示省略）が形成されたノズル面４２Ａを有する吐出ヘッド４２と、吐出ヘッド４２から上方側に延びて支持部５４Ｂに取り付けられているロッド４４とを備えている。具体的には、ノズル面４２Ａには、紫外線が照射されることで粘着力を発現する接着剤を液滴として吐出させる二次元配置された複数のノズルが形成されている。

また、吐出ヘッド４２のノズル面４２Ａは、下方側を向いており、移動部５０によって吐出ヘッド４２が基材１００の上方に移動された状態で、基材１００と対向するようになっている（図２参照）。

なお、接着剤としては、一例として信越化学のＸ３４−４１８４を用いることができる。

この構成において、吐出ヘッド４２が基材１００の上方に移動された状態で、図６に示されるように、吐出ヘッド４２が基材１００上に形成された造形層１０２に向けて接着剤を液滴として吐出するようになっている。これにより、吐出ヘッド４２は、造形層１０２において基材１００とは反対の面に接着剤を付着させ、接着膜１０４が形成されるようになっている。

〔平坦化部〕
平坦化部６０は、図１に示されるように、ローラ機構６２と、ローラ機構６２を昇降させる昇降部７０とを備えている。

［昇降部］
昇降部７０は、ローラ機構６２を支持すると共に上下方側に延びるネジ軸７２と、ネジ軸７２を回転させるモータ７４とを備えている。ネジ軸７２は、支持部５４Ｃにねじ込まれて貫通しており、ネジ軸７２と支持部５４Ｃとの噛合いには、図示せぬボールが設けられている。このように昇降部７０には、ボールねじ構造が用いられている。

この構成において、モータ７４がネジ軸７２を回転させることで、ローラ機構６２は、昇降するようになっている。そして、ローラ機構６２は、後述するローラ部材８０が接着膜１０４を介して造形層１０２と接触可能な降下位置（図４参照）と、造形層１０２と離間する上昇位置（図３参照）とに移動するようになっている。なお、ローラ機構６２の降下位置については、基材１００上に積み重ねられた造形層１０２の層数によって変化するようになっている。

［ローラ機構］
ローラ機構６２は、図１、図７（Ａ）に示されるように、ネジ軸７２の下端部に取り付けられ、装置奥行方向に延びるレール部材６４と、レール部材６４に案内されて装置奥行方向に移動可能とされている移動部材６８とを備えている。さらに、ローラ機構６２は、移動部材６８に支持されているローラ部材８０と、移動部材６８を装置奥行方向に移動させるモータ８２とを備えている。

レール部材６４は、図示せぬベアリング機構を介してネジ軸７２の下端部に取り付けられており、ネジ軸７２が回転しても回転しないようになっている。

移動部材６８は、装置幅方向に離間する一対の支持板６８Ａを有している。そして、ローラ部材８０は、軸方向を装置幅方向とし、一対の支持板６８Ａの間で支持板６８Ａに回転可能に支持されている。

このローラ部材８０は、移動部５０によってローラ機構６２が基材１００の上方に移動した状態で、基材１００と対向するようになっている（図３参照）。

この構成において、上昇位置に配置されているローラ機構６２が基材１００の上方側に移動し、かつ、ローラ部材８０がレール部材６４の装置奥行方向の一方側に配置された状態で、モータ７４がネジ軸７２を回転させる。これにより、図３、図４に示されるように、ローラ機構６２が上昇位置から降下位置へ移動するようになっている。そして、図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、モータ８２の駆動力により、移動部材６８が、レール部材６４に案内されて、装置奥行方向の一方側から他方側へ移動するようになっている。この移動によって、ローラ部材８０が、接着膜１０４を介して造形層１０２と接触しながら回転し、造形層１０２の接着膜１０４側を平坦化するようになっている。

〔照射部〕
照射部３０は、図１に示されるように、基部１２の上方側に配置され、基材１００に向けて紫外線を照射する複数の照射ランプ３０Ａを備えている。

〔制御部〕
制御部２６は、移動部５０、吐出部２０、照射部３０、接着部４０、及び平坦化部６０を制御するようになっている（図１０参照）。なお、制御部２６による各部の制御については、後述する作用と共に説明する。

（作用）
次に、制御部２６が移動部５０、吐出部２０、接着部４０、及び平坦化部６０を制御することによって、造形装置１０が立体的な造形物を製作する方法について説明する。なお、造形装置１０を稼働させる前の状態では、図１に示されるように、吐出部２０の吐出ヘッド２２が、基材１００の上方側に位置し、平坦化部６０のローラ機構６２は、上昇位置に配置され、ローラ部材８０は、レール部材６４の装置奥行方向の一方側に配置されている。

先ず、吐出ヘッド２２は、図５に示されるように、基材１００に液滴を吐出して発泡した造形層１０２を形成する（層形成工程）。

次に、移動部５０は、図１、図２に示されるように、モータ５６によってネジ軸５２を回転させて吐出部２０、接着部４０、及び平坦化部６０を装置幅方向に移動させ、吐出ヘッド４２を基材１００の上方側に移動する（第一移動工程）。

次に、吐出ヘッド４２は、図６に示されるように、基材１００上に形成された造形層１０２に向けて接着剤の液滴を吐出する。これにより、吐出ヘッド４２は、造形層１０２において基材１００とは反対の面に接着剤を付着させ、接着膜１０４が形成される（接着膜形成工程）。

次に、移動部５０は、図２、図３に示されるように、モータ５６によってネジ軸５２を回転させて吐出部２０、接着部４０、及び平坦化部６０を装置幅方向に移動させ、平坦化部６０のローラ機構６２を基材１００の上方側に移動する（第二移動工程）。

次に、昇降部７０は、図３、図４に示されるように、モータ７４によってネジ軸７２を回転させてローラ機構６２を降下させ、上昇位置に配置されていたローラ機構６２を降下位置へ移動する。さらに、ローラ機構６２は、図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように、モータ８２によって移動部材６８を装置奥行方向の一方側から他方側へ移動する。この移動によって、ローラ部材８０は、接着膜１０４を介して造形層１０２と接触しながら回転し、造形層１０２の接着膜１０４側を平坦化する（平坦化工程）。

次に、昇降部７０は、図３、図４に示されるように、モータ７４によってネジ軸７２を回転させてローラ機構６２を上昇させ、降下位置に配置されていたローラ機構６２を上昇位置に移動する。さらに、ローラ機構６２は、モータ８２によって移動部材６８を装置奥行方向の他方側から一方側へ移動する。

次に、照射部３０の照射ランプ３０Ａは、図８に示されるように、接着膜１０４が形成された造形層１０２に向けて紫外線を照射し、造形層１０２を硬化させ、かつ、接着膜１０４に粘着力を発現させる（照射工程）。

つまり、紫外線の一部は、接着膜１０４を透過して造形層１０２に到達することで、造形層１０２が硬化される。

次に、移動部５０は、図１、図３に示されるように、モータ５６によってネジ軸５２を回転させて吐出部２０、接着部４０、及び平坦化部６０を装置幅方向に移動させ、吐出ヘッド２２を基材１００の上方側に移動する。そして、吐出ヘッド２２が、図９に示されるように、最初に形成された造形層１０２の接着膜１０４側にさらに造形層１０２を形成する（層形成工程）。

このようにして、各工程が繰り返されて造形層１０２が積み重ねられ、立体的（３Ｄ）な造形物が製作される。

（まとめ）
以上説明したように、層形成工程では、吐出ヘッド２２は、基材１００に液滴を吐出して発泡した造形層１０２を形成する。さらに、照射工程では、照射ランプ３０Ａは、造形層１０２に向けて紫外線を照射し、造形層１０２を硬化させる。これにより、２液を混合して反応させることで発泡した造形物を製作する場合と比して、発泡した造形物が短い時間で製作される。

また、層形成工程、接着膜形成工程、平坦化工程、及び照射工程を繰り返すことで、造形層１０２を積み重ねて立体的な造形物が製作される。これにより、２液を混合して反応させることで発泡した造形物を製作する場合と比して、発泡した造形物が短い時間で積み重ねられる。

また、２液混合系に比べ発泡性を制御させ、かつ、所望の立体形状に制御する場合の造形精度が上げられる。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、接着部４０は、紫外線が照射されることで粘着力を発現する接着剤を造形層１０２に付着させたが、接着部が紫外線を照射しなくても粘着力を有する接着剤を造形層に付着させてもよい。この場合には、層形成工程、平坦化工程、照射工程、及び接着膜形成工程の順番に工程を入れ替えることができる。

また、上記実施形態では、基材１００上に造形物が製作されたが、特に基材１００がなくてもよい。

また、上記実施形態では、吐出ヘッド２２、４２として、液滴吐出ヘッドを用いたが、ディスペンサー（液体定量吐出装置）等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、吐出ヘッド２２、吐出ヘッド４２、ローラ機構６２を、一旦停止させることなく、移動させながら各工程が実施されてもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、この基材１００と造形物とで、３Ｄポスターとしてもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、造形物に着色してもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、吐出ヘッド２２、４２を上下動させてもよい。

１０造形装置
１２基部
２０吐出部
２６制御部
３０照射部
４０接着部（付着部の一例）
５０移動部
６０平坦化部
１０２造形層

Claims

基部に向けて液滴を吐出して発泡した造形層を形成する吐出部と、
前記造形層に光を照射して前記造形層を硬化させる照射部と、
を備えた造形装置。
前記造形層において前記基部とは反対の面に、前記照射部の光が照射されることで粘着性を発現する接着剤を付着させる付着部と、
前記造形層において接着剤が付着された面を平坦化する平坦化部と、
前記吐出部、前記照射部、前記付着部、及び前記平坦化部を前記基部に対して相対的に移動させる移動部と、
前記吐出部、前記付着部、前記平坦化部、前記照射部、及び前記移動部を制御して、前記吐出部によって前記基部に前記造形層を形成させ、前記付着部によって接着剤を前記造形層に付着させ、前記平坦化部によって前記造形層において接着剤が付着された面を平坦化させ、前記照射部によって平坦化された前記造形層に光を照射させ、これらの工程を繰り返し、前記造形層を積み重ねて立体的な造形物とさせる制御部と、
を備えた請求項１に記載の造形装置。
前記吐出部によって基部に形成された発泡材を造形層とし、
前記造形層において前記基部とは反対の面を平坦化する平坦化部と、
前記造形層において平坦化された面に接着剤を付着する付着部と、
前記吐出部、前記照射部、前記平坦化部、及び前記付着部を前記基部に対して相対的に移動させる移動部と、
前記吐出部、前記平坦化部、前記照射部、前記付着部、及び前記移動部を制御して、前記吐出部によって前記基部に造形層を形成させ、前記平坦化部によって前記造形層において前記基部とは反対の面を平坦化させ、前記照射部によって前記造形層に光を照射させ、前記付着部によって前記造形層において平坦化された面に接着剤を付着させ、これらの工程を繰り返し、前記造形層を積み重ねて立体的な造形物とさせる制御部と、
を備えた請求項１に記載の造形装置。