JP2017047679A - Shaping apparatus and shaping method - Google Patents

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Kenichi Abe
健一 阿部
渡部 格生
Tadao Watabe
格生 渡部
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Kikuo Naito
起久雄 内藤
育夫 祖父江
Ikuo Sofue
育夫 祖父江
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve qualities and accuracy of a shaped object.SOLUTION: A shaping apparatus includes: a material layer forming part for forming a material layer made of a shaping material based on a given data; a transfer body for conveying the material layer transferred from the material layer forming part; and a stage for stacking the material layer conveyed by the transfer body, and the shaping apparatus manufactures a three-dimensional object made of the shaping material on the stage. The apparatus includes: a detection part for detecting a position of the material layer on the transfer body; a measuring part for measuring a positional shift of the material layer on the transfer body from the detection results of the detection part; and an adjusting part capable of adjusting a relative position between the transfer body and the stage by moving the stage in a direction orthogonal to the stacking direction of the material layer and in a rotation direction around an axis with the axial direction along the stacking direction of the material layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。   The present invention relates to a modeling apparatus and a modeling method.

多数の層を積み上げることで3次元造形物を形成する造形装置が注目を集めている。この種の造形技術は、アディティブマニファクチャリング(AM)、3次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング(RP)などと呼ばれる。造形技術にはさまざまな造形方式が提案されている。例えば、特許文献1、3には、電子写真プロセスを応用した造形方式が開示され、特許文献2には、レーザ焼結方式が開示されている。   A modeling apparatus that forms a three-dimensional model by stacking a large number of layers has been attracting attention. This type of modeling technique is called additive manufacturing (AM), three-dimensional printer, rapid prototyping (RP), or the like. Various modeling methods have been proposed for modeling technology. For example, Patent Documents 1 and 3 disclose a modeling method using an electrophotographic process, and Patent Document 2 discloses a laser sintering method.

特開平10−224581号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-224581 米国特許出願公開第2009/0060386号明細書US Patent Application Publication No. 2009/0060386 特開2003−053846号公報JP 2003-053846 A

これらの方式を用いた造形装置では、各層の断面画像の形状精度(画像形成精度)と各層を積み重ねるときの位置精度(積層精度)が、最終的な造形物の品質に大きな影響を与え得る。特に、特許文献1、3の装置のように、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層するタイプの積層方式では、その問題が大きくなる。しかしながら、特許文献1、3に開示された装置では、画像の歪みや画像位置のばらつきへの対処はなされておらず、画像形成精度及び積層精度を保証することができない。
特許文献2には、レーザ焼結方式の装置において、造形開始前にキャリブレーションプレートをスキャンして画像のセンタ基準を確定する、という位置キャリブレーション方法が開示されている。しかしこの方法は、特許文献1、3のような、各層の画像を独立に形成しそれらを順に積層するタイプの積層方式には適用することができない。
In a modeling apparatus using these methods, the shape accuracy (image formation accuracy) of the cross-sectional images of each layer and the position accuracy (stacking accuracy) when stacking the layers can greatly affect the quality of the final modeled object. In particular, as in the devices disclosed in Patent Documents 1 and 3, the problem increases in the type of stacking method in which images of each layer are formed independently and stacked in order. However, the apparatuses disclosed in Patent Documents 1 and 3 do not deal with image distortion and image position variation, and cannot guarantee image formation accuracy and stacking accuracy.
Patent Document 2 discloses a position calibration method in which a calibration plate is scanned to determine the center reference of an image before the start of modeling in a laser sintering type apparatus. However, this method cannot be applied to the type of lamination method in which images of each layer are independently formed and laminated in order as in Patent Documents 1 and 3.

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであって、各層を独立に形成しそれらを順に積層して3次元物体を得る方式の造形装置において、3次元物体の品質及び精度を向上するための技術を提供することを目的とする。   This invention is made in view of the said situation, Comprising: In the modeling apparatus of the system which forms each layer independently and laminates them in order, and obtains a three-dimensional object, For improving the quality and precision of a three-dimensional object The purpose is to provide technology.

本発明の第一態様は、
与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる3次元物体を作製する造形装置であって、
前記転写体上の前記材料層の位置を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整可能な調整部と、
を備えることを特徴とする造形装置を提供する。
The first aspect of the present invention is:
Based on the given data, a material layer forming unit that forms a material layer made of modeling material,
A transfer body that conveys the material layer transferred from the material layer forming section;
A stage on which the material layer conveyed by the transfer body is laminated;
A modeling apparatus for producing a three-dimensional object made of the modeling material on the stage,
A detection unit for detecting the position of the material layer on the transfer body;
A measurement unit that measures the amount of positional deviation of the material layer on the transfer body from the detection result of the detection unit;
Based on the amount of misalignment measured by the measuring unit, the stage is moved in a direction perpendicular to the stacking direction of the material layers and in a rotation direction centered on an axis whose axial direction is the stacking direction of the material layers. An adjustment unit capable of moving and adjusting a relative position between the transfer body and the stage;
A modeling apparatus is provided.

本発明の第二態様は、
与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる3次元物体を作製する造形装置を用いる造形方法であって、
前記材料層形成部に与えるデータに対して、レジストレーションマーカのデータを付加する工程と、
前記転写体上の前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカを検出部で検出する工程と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測部で計測する工程と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整する工程と、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。
The second aspect of the present invention is:
Based on the given data, a material layer forming unit that forms a material layer made of modeling material,
A transfer body that conveys the material layer transferred from the material layer forming section;
A stage on which the material layer conveyed by the transfer body is laminated;
A modeling method using a modeling apparatus for producing a three-dimensional object made of the modeling material on the stage,
A step of adding registration marker data to data given to the material layer forming portion;
Detecting the registration marker included in the material layer on the transfer body with a detection unit;
A step of measuring a displacement amount of the material layer on the transfer body from a detection result of the detection unit by a measurement unit;
Based on the amount of misalignment measured by the measuring unit, the stage is moved in a direction perpendicular to the stacking direction of the material layers and in a rotation direction centered on an axis whose axial direction is the stacking direction of the material layers. Moving and adjusting the relative position between the transfer body and the stage;
The modeling method characterized by including this is provided.

本発明によれば、各層を独立に形成しそれらを順に積層して3次元物体を得る方式の造形装置において、3次元物体の品質及び精度を向上することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to improve the quality and precision of a three-dimensional object in the modeling apparatus of the system which forms each layer independently, laminates them in order, and obtains a three-dimensional object.

実施例1の造形装置の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the modeling apparatus of Example 1. 実施例1の制御部の構成の一例を示す図The figure which shows an example of a structure of the control part of Example 1. 実施例1におけるレジストレーション処理の流れを示すフローチャートThe flowchart which shows the flow of the registration process in Example 1. 実施例1における転写体上のレジストレーションマーカを示す図The figure which shows the registration marker on the transcription | transfer body in Example 1. FIG. レジストレーションマーカ検出、及び補正量計算を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining registration marker detection and correction amount calculation レジストレーションマーカ検出、及び補正量計算を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining registration marker detection and correction amount calculation 実施例1の積層ステージにおけるステージ補正機構を上部から見た概念図The conceptual diagram which looked at the stage correction mechanism in the lamination | stacking stage of Example 1 from the upper part. 実施例1の蛇行調整手段について説明するための図The figure for demonstrating the meandering adjustment means of Example 1. ステージ補正機構の他の構成例を示す図The figure which shows the other structural example of a stage correction mechanism 実施例2における転写体上のレジストレーションマーカを示す図The figure which shows the registration marker on the transcription | transfer body in Example 2. FIG. 実施例3における転写体上のレジストレーションマーカを示す図The figure which shows the registration marker on the transcription | transfer body in Example 3. 実施例4の造形装置の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the modeling apparatus of Example 4. 実施例5の積層造形装置の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the additive manufacturing apparatus of Example 5. 実施例5における補正処理の流れを示すフローチャートFlowchart showing the flow of correction processing in the fifth embodiment. 実施例5における転写体の移動量計算を説明するための概念図Conceptual diagram for explaining the calculation of the transfer amount of the transfer body in Example 5

本発明は、造形材料からなる材料層を順に積層することによって3次元物体(立体物)を作製する作製動作(造形動作)を行う造形装置及び造形方法に関する。
本発明に係る造形装置は、造形対象物に、造形時に必要となるサポート体を付加した立体物の3次元形状データを造形用のスライスデータへ変換し、各層のスライスデータに応じて層ごとに造形材料からなる画像を形成する。そして、それら造形材料からなる画像を順に積層することで、造形物を造形する装置である。
The present invention relates to a modeling apparatus and a modeling method for performing a manufacturing operation (modeling operation) for manufacturing a three-dimensional object (three-dimensional object) by sequentially stacking material layers made of modeling materials.
The modeling apparatus according to the present invention converts the three-dimensional shape data of a three-dimensional object obtained by adding a support body necessary for modeling to a modeling object into slice data for modeling, and for each layer according to the slice data of each layer An image made of a modeling material is formed. And it is an apparatus which models a modeling thing by laminating | stacking the image which consists of these modeling materials in order.

造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的である立体物を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製途中の構造体を支持するた
めのサポート体(例えばオーバーハング部を下から支える柱)を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、ABS、PS(ポリスチレン)など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸(PLA)、PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)などを例示できる。
As the modeling material, various materials can be selected according to the application, function, purpose, etc. of the three-dimensional object to be produced. In this specification, a material constituting a three-dimensional object that is a modeling object is referred to as a “structural material”, and a portion formed of the structural material is referred to as a structure. A material that constitutes a support body (for example, a column that supports the overhang portion from below) for supporting the structure being manufactured is referred to as a “support material”. When it is not necessary to distinguish between the two, the term “modeling material” is simply used. As the structural material, for example, a thermoplastic resin such as PE (polyethylene), PP (polypropylene), ABS, PS (polystyrene) can be used. As the support material, a material having thermoplasticity and water solubility can be preferably used in order to simplify the removal from the structure. Examples of the support material include carbohydrates, polylactic acid (PLA), PVA (polyvinyl alcohol), and PEG (polyethylene glycol).

また、本明細書では、造形目的とする立体モデルの3次元形状データを積層方向に沿って数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」と呼ぶ。また、造形装置を用いて作製しようとする目的の立体モデル(つまり造形装置に与えられる3次元形状データが表す3次元物体)を「造形対象物」と呼び、造形装置で作製された(出力された)3次元物体(立体物)を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。   Further, in this specification, digital data obtained by slicing three-dimensional shape data of a three-dimensional model intended for modeling into several layers along the stacking direction is referred to as “slice data”. A layer formed of a modeling material based on slice data is referred to as a “material layer”. In addition, a target three-dimensional model (that is, a three-dimensional object represented by three-dimensional shape data given to the modeling apparatus) to be manufactured using the modeling apparatus is referred to as a “modeling object” and is manufactured (outputted) by the modeling apparatus. 3) A three-dimensional object (three-dimensional object) is called a “modeled object”. In the case where the modeled object includes the support body, a portion excluding the support body becomes a “structure” constituting the modeled object.

[実施例1]
以下に、実施例1について説明する。
(造形装置の構成)
図1を参照して、本実施例の造形装置の構成について説明する。図1は、本実施例の造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。図1において、1は造形装置本体を示し、図に示す内部の構成部材を囲む線は外部空間との境界、すなわち外形線を示している。
[Example 1]
Example 1 will be described below.
(Configuration of modeling equipment)
With reference to FIG. 1, the structure of the modeling apparatus of a present Example is demonstrated. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the modeling apparatus of the present embodiment. In FIG. 1, 1 shows a modeling apparatus main body, and the line surrounding the internal structural member shown in the figure indicates the boundary with the external space, that is, the outline.

造形装置本体1は、図示していない外部のデータ処理装置からスライスデータを受け取り、材料層形成部2にて、造形材料を用いてスライスデータに応じた材料層3を形成する。この材料層形成部としては、電子写真方式やインクジェット方式などが適用出来る。
材料層形成部2で形成された材料層3は、ベルト状の搬送体である転写体5の転写面(表面)に転写され、駆動ローラ4により、図中の矢印方向に積層部まで搬送される。積層部に移動する過程で、材料層3は加熱部6により加熱溶融され、造形材料が粉体状からシート状に一体化された材料層へ変化する。ここで、積層部は、積層ステージ14と、転写体5と、積層ステージ14に対向するように転写体5の内周側に配置された対向部材17で構成されている。また、材料層3が転写体5により積層部まで搬送される搬送中に、非接触位置センサ(検出部)8により材料層3の位置検出が行われる。
The modeling apparatus body 1 receives slice data from an external data processing apparatus (not shown), and the material layer forming unit 2 forms a material layer 3 corresponding to the slice data using the modeling material. As this material layer forming portion, an electrophotographic system, an inkjet system, or the like can be applied.
The material layer 3 formed by the material layer forming unit 2 is transferred to the transfer surface (front surface) of the transfer body 5 which is a belt-like transport body, and is transported by the drive roller 4 to the stacking section in the direction of the arrow in the figure. The In the process of moving to the lamination part, the material layer 3 is heated and melted by the heating part 6, and the modeling material changes from a powder form to a material layer integrated into a sheet form. Here, the stacking unit includes a stacking stage 14, a transfer body 5, and a facing member 17 disposed on the inner peripheral side of the transfer body 5 so as to face the stacking stage 14. In addition, the position of the material layer 3 is detected by the non-contact position sensor (detection unit) 8 while the material layer 3 is being transported to the stack by the transfer body 5.

転写体5の移動に際しては、蛇行調整手段7を有しているのが好ましい。図8A、図8Bは、蛇行調整手段7の一例について説明するための図であり、転写体5を上方から見たときの図である。
図8A、図8Bでは、蛇行調整手段7として、転写体5を張架する駆動ローラ4の回転軸の両端部に、それぞれ独立して力を加えることができる機構を備えている。これにより、駆動ローラ4の回転軸方向の両端側で、転写体5を張架する張架力に差をつけることができ、転写体5の蛇行調整を行うことができる。
When the transfer body 5 is moved, it is preferable to have meandering adjusting means 7. 8A and 8B are diagrams for explaining an example of the meandering adjusting means 7, and are views when the transfer body 5 is viewed from above.
8A and 8B, the meandering adjusting means 7 is provided with a mechanism capable of independently applying a force to both ends of the rotation shaft of the driving roller 4 that stretches the transfer body 5. Thereby, it is possible to make a difference in the stretching force for stretching the transfer body 5 at both ends of the drive roller 4 in the rotation axis direction, and to adjust the meandering of the transfer body 5.

積層ステージ14は、ステージ補正機構12を備え、ステージ上下機構13によって昇降が可能となっており、後述する補正制御部によって材料層3と造形物15の位置補正を行うことができる。
本実施例では、ステージ補正機構12の上面に着脱可能に配置したベースプレート(ベース材)9上に造形物15を形成する構成としている。このため、積層中にステージ補正機構12上でベースプレート9が動かないように、ステージ補正機構12に対してベースプレート9が着脱可能に位置決め固定されるように、次のような手段を設けている。それ
は、ステージ補正機構12上にベースプレート9を位置決めする位置決め部11と、ステージ補正機構12に対してベースプレート9を着脱するための固定解放部10である。
本実施例の造形装置では、搬送可能なベースプレート9を積層ステージ14上に配置し、そのベースプレート9上に造形物を造形する構成としているが、これに限るものではない。すなわち、積層ステージ(本実施例ではステージ補正機構12)上に直接、造形物を造形する構成の造形装置であっても本発明を好適に適用することができる。
The stacking stage 14 includes a stage correction mechanism 12 and can be moved up and down by a stage up-and-down mechanism 13, and the position of the material layer 3 and the modeled object 15 can be corrected by a correction control unit described later.
In this embodiment, the modeled object 15 is formed on a base plate (base material) 9 detachably disposed on the upper surface of the stage correction mechanism 12. Therefore, the following means are provided so that the base plate 9 can be detachably positioned with respect to the stage correction mechanism 12 so that the base plate 9 does not move on the stage correction mechanism 12 during lamination. They are a positioning unit 11 for positioning the base plate 9 on the stage correction mechanism 12 and a fixed release unit 10 for attaching and detaching the base plate 9 to and from the stage correction mechanism 12.
In the modeling apparatus of the present embodiment, the transportable base plate 9 is arranged on the lamination stage 14 and the modeled object is modeled on the base plate 9, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention can be suitably applied even to a modeling apparatus configured to model a model directly on the stacking stage (the stage correction mechanism 12 in the present embodiment).

転写体5に転写された材料層3が積層部に移動すると、積層ステージ14を上下方向(積層方向)に移動可能なステージ上下機構13により、積層ステージ14が上昇する。
このことで、積層ステージ14に位置決め固定されたベースプレート9上の造形物15の上面と、対向部材17との間で、転写体5に転写されシート状に加熱溶融された材料層3が、転写体5とともに挟み込まれる。このとき、材料層3が転写体5から、ベースプレート9上の造形物15の上面に、材料層3が転写され、積層される。その後、次に搬送されてくる材料層3を積層するため、ステージ上下機構13により積層ステージ14が下降される。この動作が繰り返し行われることで、ベースプレート9上に造形物が造形される。
When the material layer 3 transferred to the transfer body 5 moves to the stacking section, the stacking stage 14 is raised by the stage lifting mechanism 13 that can move the stacking stage 14 in the vertical direction (stacking direction).
Thus, the material layer 3 transferred to the transfer body 5 and heated and melted into a sheet shape is transferred between the upper surface of the model 15 on the base plate 9 positioned and fixed to the lamination stage 14 and the opposing member 17. It is sandwiched with the body 5. At this time, the material layer 3 is transferred from the transfer body 5 to the upper surface of the shaped article 15 on the base plate 9 and laminated. Thereafter, the stacking stage 14 is lowered by the stage up-and-down mechanism 13 in order to stack the material layer 3 conveyed next. By repeating this operation, a model is modeled on the base plate 9.

造形動作の終了後、本実施例では、ベースプレート9と造形物15が一体化した状態で造形装置から取り出される。
造形動作が終了し、次の造形動作が始まるまでに、ステージ補正機構12は、補正によって移動し続けた位置から、図1に示した原点検出部21にて得られている造形装置本体1における原点座標に移動する。その際に、転写体5は、回転駆動され、蛇行調整手段7により、所定の中心位置に戻される。
以上のような、調整シーケンスが行われることにより、造形動作が終了し、次の造形動作が始まるまでに、補正機構が造形装置本体1に対する初期位置(基準位置)に戻される。
In this embodiment, after the modeling operation is completed, the base plate 9 and the modeled object 15 are taken out from the modeling apparatus in an integrated state.
By the time the modeling operation is finished and the next modeling operation is started, the stage correction mechanism 12 in the modeling apparatus main body 1 obtained by the origin detection unit 21 shown in FIG. Move to the origin coordinate. At that time, the transfer body 5 is rotated and returned to a predetermined center position by the meandering adjusting means 7.
By performing the adjustment sequence as described above, the correction mechanism is returned to the initial position (reference position) with respect to the modeling apparatus main body 1 before the modeling operation is completed and the next modeling operation is started.

このような造形プロセスは制御部16により制御される。以下に、本実施例の制御部16について説明する。
(制御部の構成)
図2は、本実施例の制御部16の構成の一例を示す図である。制御部16は、画像生成制御部201、積層制御部202、温度制御部203、補正制御部(調整部)204を有する。
Such a modeling process is controlled by the control unit 16. Below, the control part 16 of a present Example is demonstrated.
(Configuration of control unit)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the control unit 16 of the present embodiment. The control unit 16 includes an image generation control unit 201, a stack control unit 202, a temperature control unit 203, and a correction control unit (adjustment unit) 204.

画像生成制御部201は、次の機能を有する。それは、造形対象物の形状に応じて付加するサポート体のデータを生成する機能、サポート体のデータと造形対象物の3次元形状データとからスライスデータを生成する機能である。さらに、各層のスライスデータから材料層形成部2により転写体5に材料層3を生成するように造形装置本体1を制御する機能、スライスデータに対して、レジストレーションマーカのデータを付加する付加部の機能等を有する。
画像生成制御部201は、3次元CAD、3次元モデラー、3次元スキャナなどで作成されたデータを用いて、3次元形状データを生成することができる。3次元形状データのフォーマットは問わないが、例えば、STL(StereoLithography)等のポリゴンデータを好ましく用いることができる。またスライスデータのフォーマットとしては、例えば、多値の画像データ(各値が材料の種類を表す)やマルチプレーンの画像データ(各プレーンが材料の種類に対応する)を用いることができる。さらに、画像生成制御部201は、スライスデータの解像度変換や復号処理、材料層形成部2による材料層3の形成位置及び転写体への転写タイミングの制御等を行う。その他にも、画像生成制御部201は、一般的なレーザプリンタ(2Dプリンタ)に内蔵されるプリンタコントローラと同じような機能を有していてもよい。本実施例では、画像生成制御部201がスライ
スデータを生成する機能やSTLなどの3次元形状データを生成する機能を有しているが、これらの機能は必ずしも画像生成制御部201が有していなくてもよい。例えば、造形装置1の外部でスライスデータや3次元形状データの生成が行われ、その結果が、ネットワークを介して造形装置1の画像生成制御部201へ送信される形態であっても良い。
The image generation control unit 201 has the following functions. That is, a function of generating support body data to be added according to the shape of the modeling object, and a function of generating slice data from the support body data and the three-dimensional shape data of the modeling object. Furthermore, a function for controlling the modeling apparatus main body 1 to generate the material layer 3 on the transfer body 5 by the material layer forming unit 2 from the slice data of each layer, and an addition unit for adding registration marker data to the slice data It has the function etc.
The image generation control unit 201 can generate three-dimensional shape data using data generated by a three-dimensional CAD, a three-dimensional modeler, a three-dimensional scanner, or the like. The format of the three-dimensional shape data is not limited. For example, polygon data such as STL (Stereolithography) can be preferably used. As the format of the slice data, for example, multi-value image data (each value represents a material type) or multi-plane image data (each plane corresponds to a material type) can be used. Further, the image generation control unit 201 performs resolution conversion and decoding processing of slice data, control of the formation position of the material layer 3 by the material layer forming unit 2 and the transfer timing to the transfer body. In addition, the image generation control unit 201 may have the same function as a printer controller built in a general laser printer (2D printer). In this embodiment, the image generation control unit 201 has a function of generating slice data and a function of generating three-dimensional shape data such as STL, but these functions are not necessarily included in the image generation control unit 201. It does not have to be. For example, the slice data and the three-dimensional shape data may be generated outside the modeling apparatus 1 and the result may be transmitted to the image generation control unit 201 of the modeling apparatus 1 via the network.

積層制御部202は、画像生成制御部201により転写体5上に生成された材料層3を、積層ステージ14上の造形物15に積層させるように造形装置本体1を制御する機能を有する。
具体的には、積層制御部202は、駆動ローラ4を制御して、転写体5上に転写された材料層3を積層部まで搬送し、一旦停止する制御を行う。さらに、積層制御部202は、積層ステージ14の移動制御を行い、積層ステージ14を上下に移動させてベースプレート9上に造形されている造形物15に材料層3を積層させる制御を行う。材料層3を造形物15へ積層する制御が終了すると、積層制御部202は、再び転写体5の搬送を開始する。転写体5が停止している間に、材料層形成部2にて材料層3を形成する制御が平行して行われると効率が良い。
温度制御部203は、材料層3を溶融するように加熱部6を制御する。
The stacking control unit 202 has a function of controlling the modeling apparatus main body 1 so that the material layer 3 generated on the transfer body 5 by the image generation control unit 201 is stacked on the modeling object 15 on the stacking stage 14.
Specifically, the stacking control unit 202 controls the driving roller 4 to carry the material layer 3 transferred onto the transfer body 5 to the stacking unit and temporarily stop it. Further, the stacking control unit 202 controls the movement of the stacking stage 14 and controls the material layer 3 to be stacked on the modeled object 15 formed on the base plate 9 by moving the stacking stage 14 up and down. When the control for laminating the material layer 3 on the shaped article 15 is completed, the lamination control unit 202 starts conveying the transfer body 5 again. It is efficient if the control for forming the material layer 3 is performed in parallel in the material layer forming unit 2 while the transfer body 5 is stopped.
The temperature control unit 203 controls the heating unit 6 so as to melt the material layer 3.

補正制御部204は、転写体5上の材料層3の位置ずれ量を計測する計測部と、転写体5と積層ステージ14との間の相対位置を調整する機能を有し、特に、転写体5上に生成された材料層3と、積層部の造形物15の位置ズレを補正する機能を有する。
本実施例のように、多数の材料層3を積層して造形物を形成するタイプの造形装置では、積層時の位置精度が最終造形物の品質を左右する。各層の材料層を、積層ステージ14上に形成されている造形物15に積層する際に位置のばらつきが大きいと、最終造形物の側面に大きな凹凸ができてしまい、滑らかな表面を得ることができない。後から加工する場合にも、凹凸が大きい分だけ時間を要してしまう。これらは、数百から数万枚の材料層を重ねて1つの最終造形物を造形する造形装置に特有の課題といえる。
そこで、本実施例の補正制御部204は、積層時の位置精度を担保するために、各材料層3について、転写体5の上における位置を計測し、積層時に、転写体5上の材料層3と、積層ステージ14上の造形物15との間の位置合わせを行う。以下の説明では、この位置合わせを「レジストレーション」、位置補正機能を「レジストレーション機能」と呼ぶ。
The correction control unit 204 has a function of adjusting a relative position between the measuring unit that measures the positional deviation amount of the material layer 3 on the transfer body 5 and the transfer body 5 and the stacking stage 14. 5 has a function of correcting the positional deviation between the material layer 3 generated on the top 5 and the shaped article 15 in the stacked portion.
As in the present embodiment, in a type of modeling apparatus in which a large number of material layers 3 are stacked to form a modeled object, the positional accuracy at the time of stacking affects the quality of the final modeled object. When the material layer of each layer is laminated on the modeling object 15 formed on the lamination stage 14, if the position variation is large, a large unevenness is formed on the side surface of the final modeling object, and a smooth surface can be obtained. Can not. Even when processing later, it takes time for the unevenness to be large. These can be said to be a problem peculiar to a modeling apparatus that forms one final model by stacking hundreds to tens of thousands of material layers.
Therefore, the correction control unit 204 of this embodiment measures the position of each material layer 3 on the transfer body 5 in order to ensure the positional accuracy at the time of stacking, and at the time of stacking, the material layer on the transfer body 5 3 and the modeled object 15 on the lamination stage 14 are aligned. In the following description, this alignment is referred to as “registration”, and the position correction function is referred to as “registration function”.

(レジストレーション機能)
ここで、レジストレーション機能について説明する。レジストレーション機能は、材料層にレジストレーションマーカを埋め込み、そのマーカの検出位置に基づき積層時の位置合わせを行う。
図3は、本実施例におけるレジストレーション処理の流れを示すフローチャートの一例である。以下に、図3を用いて、レジストレーション処理の流れについて説明する。
(Registration function)
Here, the registration function will be described. The registration function embeds a registration marker in the material layer, and performs alignment at the time of stacking based on the detection position of the marker.
FIG. 3 is an example of a flowchart showing the flow of registration processing in the present embodiment. Hereinafter, the flow of the registration process will be described with reference to FIG.

ステップS301では、材料層3を形成するプロセスにおいて、画像生成制御部201が、レジストレーションマーカデータに基づき、材料層形成部2によりレジストレーションマーカを同時に形成し転写体5に転写させる。転写体5に転写されるレジストレーションマーカの詳細については図4を用いて後述する。
次に、ステップS302では、積層制御部202が、転写体5上のレジストレーションマーカを積層部に向けて移動させながら、補正制御部204が非接触位置センサ8の出力を監視する。非接触位置センサ8で検出されたレジストレーションマーカの先端位置及び通過距離を補正制御部204が記憶する。
In step S <b> 301, in the process of forming the material layer 3, the image generation control unit 201 simultaneously forms a registration marker by the material layer forming unit 2 and transfers it to the transfer body 5 based on the registration marker data. Details of the registration marker transferred to the transfer body 5 will be described later with reference to FIG.
Next, in step S302, the stacking control unit 202 monitors the output of the non-contact position sensor 8 while moving the registration marker on the transfer body 5 toward the stacking unit. The correction control unit 204 stores the tip position and the passing distance of the registration marker detected by the non-contact position sensor 8.

次に、ステップS303において、ステップS302で検出したレジストレーションマーカの検出結果から材料層のX方向、Y方向、θ方向の位置ずれ量(補正量)をそれぞれ
計算する。ここで、X方向は、転写体5の進行(移動)方向であり、Y方向は、転写体5の進行方向に直交する方向であり、θ方向は、材料層3が転写される転写体5の転写面に直交する軸を中心とした回転方向である。
次に、ステップS304において、補正制御部204は、ステップS303で計算した3方向の位置ずれ量分の位置ずれを補正するように積層ステージ14を制御する。そして、積層制御部202が積層ステージ14を上下に移動させて造形物15に材料層3を積層させる。
Next, in step S303, the amount of displacement (correction amount) in the X direction, Y direction, and θ direction of the material layer is calculated from the detection result of the registration marker detected in step S302. Here, the X direction is the traveling (moving) direction of the transfer body 5, the Y direction is a direction orthogonal to the traveling direction of the transfer body 5, and the θ direction is the transfer body 5 to which the material layer 3 is transferred. The rotation direction is about an axis perpendicular to the transfer surface.
Next, in step S304, the correction control unit 204 controls the stacking stage 14 so as to correct the positional deviation corresponding to the positional deviation amount in the three directions calculated in step S303. Then, the stacking control unit 202 moves the stacking stage 14 up and down to stack the material layer 3 on the model 15.

図4は、本実施例における転写体5上のレジストレーションマーカの一例を示す図である。図4においては、説明の便宜上、図1で示した構成の符号とは異なる符号を用いている。
図4において、40は、転写体5に相当し、図4は転写体40を上方から見たときの図となっている。41と42は、図1の非接触位置センサ8に相当する。本実施例では、非接触位置センサ8は光学式エリアセンサ、もしくはラインセンサであり、転写体5の進行方向と直交する方向に、レジストレーションマーカを形成する位置に対応づけて2つのセンサを配置する。図4において、401は、材料層3が転写体上に形成され得る領域(以下、造形領域)を示しており、境界は不可視でもよい。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a registration marker on the transfer body 5 in the present embodiment. In FIG. 4, for convenience of explanation, reference numerals different from those of the configuration shown in FIG. 1 are used.
In FIG. 4, 40 corresponds to the transfer body 5, and FIG. 4 is a view when the transfer body 40 is viewed from above. 41 and 42 correspond to the non-contact position sensor 8 of FIG. In this embodiment, the non-contact position sensor 8 is an optical area sensor or a line sensor, and two sensors are arranged in a direction orthogonal to the moving direction of the transfer body 5 in association with the position where the registration marker is formed. To do. In FIG. 4, 401 has shown the area | region (henceforth modeling area | region) in which the material layer 3 can be formed on a transfer body, and a boundary may be invisible.

図4において、402と403は、レジストレーションマーカである。レジストレーションマーカ402、403は、造形領域401の先端部の所定位置(材料層3に重ならない位置)に形成される。本実施例のレジストレーションマーカは、転写体の進行方向(X方向)に対して直交する第1エッジと、X方向に対し斜めの第2エッジを有する、直角三角形状の図形である。そして、各非接触位置センサ8にそれぞれ検出されるように、転写体5の進行方向と直交する方向に2つのレジストレーションマーカが配置されている。   In FIG. 4, reference numerals 402 and 403 denote registration markers. The registration markers 402 and 403 are formed at predetermined positions (positions that do not overlap the material layer 3) at the tip of the modeling region 401. The registration marker of the present embodiment is a right triangle shape having a first edge perpendicular to the traveling direction (X direction) of the transfer body and a second edge oblique to the X direction. Then, two registration markers are arranged in a direction orthogonal to the traveling direction of the transfer body 5 so as to be detected by each non-contact position sensor 8.

図4において、404は、材料層形成部2により転写体に形成された材料層3に相当する。
レジストレーションマーカ402、403は、材料層形成部2により造形領域401内の所定位置に、材料層404と同時に転写される。そのため、レジストレーションマーカの検出結果により材料層の位置ずれ量を取得することができる。
In FIG. 4, 404 corresponds to the material layer 3 formed on the transfer body by the material layer forming unit 2.
The registration markers 402 and 403 are transferred simultaneously with the material layer 404 to a predetermined position in the modeling area 401 by the material layer forming unit 2. Therefore, it is possible to acquire the amount of displacement of the material layer from the detection result of the registration marker.

(補正量の計算)
図5A、図5B、図5C及び図6は、図3のステップS302における転写体5上のレジストレーションマーカ検出、及びステップS303における補正量計算を説明するための概念図である。
図5A、図5B及び図5Cにおいて、図4で示した構成と同じ構成部分については同一の符号を付している。
(Calculation of correction amount)
5A, 5B, 5C, and 6 are conceptual diagrams for explaining registration marker detection on the transfer body 5 in step S302 of FIG. 3 and correction amount calculation in step S303.
5A, FIG. 5B, and FIG. 5C, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as the structure shown in FIG.

転写体40を図中の上方に向かって移動させながら、固定された非接触位置センサ41、42を用いてレジストレーションマーカ402、403を検出する。図中S1は非接触位置センサ41がレジストレーションマーカ402を検出した信号の例を示す。レジストレーションマーカ402の第1エッジを検出すると信号はローレベルからハイレベルに変化し、第2エッジを検出すると信号はハイレベルからローレベルに変化する。S2は同様に非接触位置センサ42がレジストレーションマーカ403を検出した信号の例を示す。   While moving the transfer body 40 upward in the figure, the registration markers 402 and 403 are detected using the fixed non-contact position sensors 41 and 42. In the figure, S1 shows an example of a signal when the non-contact position sensor 41 detects the registration marker 402. When the first edge of the registration marker 402 is detected, the signal changes from low level to high level, and when the second edge is detected, the signal changes from high level to low level. S2 similarly shows an example of a signal when the non-contact position sensor 42 detects the registration marker 403.

ここで、仮にレジストレーションマーカ402、403が、転写体40の進行方向から回転方向にΔθだけずれて転写されたとする。このような場合には、レジストレーションマーカ402とレジストレーションマーカ403の上端エッジの検出位置(検出タイミング)の差分により回転方向の位置ずれ量Δθを算出することができる。具体的には、非接触位置センサ41、42の検出中心同士を結ぶ既知の距離L1と、レジストレーションマ
ーカ402とレジストレーションマーカ403の検出位置の差分L2を利用して、位置ずれ量Δθは、次のように表すことができる。すなわち、位置ずれ量Δθは、三角関数の正接Tanの逆関数Arctanを用いて、Δθ=Arctan(L2/L1)と表すことができる。
Here, it is assumed that the registration markers 402 and 403 are transferred with a shift of Δθ in the rotational direction from the traveling direction of the transfer body 40. In such a case, the positional deviation amount Δθ in the rotation direction can be calculated from the difference between the detection positions (detection timings) of the upper edge of the registration marker 402 and the registration marker 403. Specifically, using the known distance L1 connecting the detection centers of the non-contact position sensors 41 and 42 and the difference L2 between the detection positions of the registration marker 402 and the registration marker 403, the positional deviation amount Δθ is It can be expressed as: That is, the positional deviation amount Δθ can be expressed as Δθ = Arctan (L2 / L1) using an inverse function Arctan of the tangent Tan of the trigonometric function.

また、ΔYを、造形可能領域401の中心位置の、転写体40のY方向の中心位置に対するずれ量として、図5Aのように、レジストレーションマーカ402、403が転写体の進行方向と垂直な方向にΔYだけずれて転写されたとする。このような場合には、レジストレーションマーカ402とレジストレーションマーカ403の検出距離の比を用いて位置ずれ量ΔYを算出することができる。具体的には、三角形の上端エッジの長さを1とすると、レジストレーションマーカ402の検出距離L3と403の検出距離L4に対し三角形の相似比を用いて以下の式が成り立つ。(0.5−ΔY):L3=(0.5+ΔY):L4ΔY=0.5×(L4−L3)/(L3+L4)
また、図5Cを参照して、レジストレーションマーカ402、403の転写体の進行方向の位置ずれ量ΔXを求める。位置ずれ量ΔXは、転写体上のある基準点からレジストレーションマーカ402、403の上端エッジまでの検出距離L5である。基準点は例えば、転写体の移動開始時間を基準点としてもよいし、転写体5が連続稼働する場合は転写体上に予め基準位置となるマーカを打ってもよい。
Also, ΔY is the amount of deviation of the center position of the modelable region 401 from the center position of the transfer body 40 in the Y direction, as shown in FIG. 5A, in which the registration markers 402 and 403 are perpendicular to the direction of travel of the transfer body. Is transferred with a shift of ΔY. In such a case, the positional deviation amount ΔY can be calculated using the ratio of the detection distances of the registration marker 402 and the registration marker 403. Specifically, assuming that the length of the upper edge of the triangle is 1, the following expression is established using the similarity ratio of the triangle with respect to the detection distance L3 of the registration marker 402 and the detection distance L4 of the 403. (0.5−ΔY): L3 = (0.5 + ΔY): L4ΔY = 0.5 × (L4−L3) / (L3 + L4)
Further, referring to FIG. 5C, the positional deviation amount ΔX of the registration markers 402 and 403 in the moving direction of the transfer body is obtained. The positional deviation amount ΔX is a detection distance L5 from a certain reference point on the transfer body to the upper edge of the registration markers 402 and 403. For example, the reference point may be the movement start time of the transfer body, or when the transfer body 5 is continuously operated, a marker serving as a reference position may be placed on the transfer body in advance.

なお、図5A、図5B、図5Cにおいては、X方向、Y方向、θ方向の位置ずれ量を、他の位置ずれ量がないものとして独立に算出した。これに対して、X方向、Y方向、θ方向の位置ずれが同時に起こる場合においても、上記の計算を幾何的に合成することにより、各方向の位置ずれ量をそれぞれ求めることができる。
また、本実施例では、レジストレーションマーカの形状を直角三角形状としたが、この形状に限定されるものではない。少なくとも転写体の進行方向に垂直なエッジと、進行方向に対して斜行するエッジを有する図形をレジストレーションマーカとすることができる。
また、本実施例では、対向する2つの直角三角形状の図形をレジストレーションマーカとしたが、θ方向のずれがないと予めわかっている場合には、レジストレーションマーカを1つとすることができる。1つのレジストレーションマーカを用いることで、X方向、Y方向の位置ずれ量を計算することができる。
In FIGS. 5A, 5B, and 5C, the amount of misregistration in the X direction, the Y direction, and the θ direction is independently calculated as having no other misregistration amount. On the other hand, even when positional deviations in the X direction, Y direction, and θ direction occur simultaneously, the positional deviation amounts in the respective directions can be obtained by geometrically combining the above calculations.
In the present embodiment, the shape of the registration marker is a right triangle, but the present invention is not limited to this shape. A figure having at least an edge perpendicular to the traveling direction of the transfer body and an edge oblique to the traveling direction can be used as the registration marker.
In this embodiment, two opposing right-angled triangular figures are used as registration markers. However, if it is known in advance that there is no deviation in the θ direction, one registration marker can be used. By using one registration marker, the amount of positional deviation in the X direction and the Y direction can be calculated.

(ノイズ除去処理)
本実施例の非接触位置センサ41、42は、光学式レーザセンサを想定している。
図5においては、非接触位置センサ41、42が、レジストレーションマーカ402、403を検出したことを示す信号S1、S2の波形を、理想的な波形で示している。
しかし、実際の波形は図6にS2’で示すように、転写効率の低下による材料層の濃淡などに起因するマーカ領域内のノイズ601や、転写体のキズや凹みに起因するマーカ領域外のノイズ602が発生する場合がある。
(Noise removal processing)
The non-contact position sensors 41 and 42 of the present embodiment are assumed to be optical laser sensors.
In FIG. 5, the waveforms of the signals S1 and S2 indicating that the non-contact position sensors 41 and 42 have detected the registration markers 402 and 403 are shown as ideal waveforms.
However, as indicated by S2 ′ in FIG. 6, the actual waveform is outside the marker region due to noise 601 in the marker region due to the density of the material layer due to a decrease in transfer efficiency, or due to scratches or dents in the transfer body. Noise 602 may occur.

補正制御部204は、図3のステップS303(補正量の計算)において、これらのノイズ成分を除去するノイズ除去処理を行う。具体的には、予めノイズが発生する波形を大量に取得してプロファイルを作成し、ノイズのみ除去するフィルタリング処理を行う。例えば、プロファイルからマーカ領域内及びマーカ領域外に発生するノイズの周波数の閾値を設定し、それぞれの区間に対して設定した閾値より高周波数の波形はノイズとして除去することにより、図6において信号S2’を信号S2に変換することができる。   The correction control unit 204 performs noise removal processing for removing these noise components in step S303 (calculation of correction amount) in FIG. Specifically, a large number of waveforms in which noise is generated is acquired in advance to create a profile, and a filtering process for removing only noise is performed. For example, by setting threshold values for the frequency of noise generated in the marker area and outside the marker area from the profile, and removing waveforms having a frequency higher than the threshold value set for each section as noise, the signal S2 in FIG. 'Can be converted into a signal S2.

このような処理を行うことにより、レジストレーションマーカの造形精度や転写体の劣化にロバストな補正量の計算が可能になる。
また、例え非接触位置センサ41、42により得られた波形が図6に示すS2のような
理想的な形状であっても、マーカエッジの欠けなどの原因でマーカ検出区間のずれが起こり、実際より大きな補正値ΔX、ΔY、Δθが得られることが懸念される。このような問題を防ぐために、予め本実施例の構成で大量のデータを収集しておき、測定値がある設定範囲内に入る最大値と最小値を求めておく。実測値がこれらの最大値より大きい場合、或いは最小値より小さい場合の計測値はノイズと判断してΔX、ΔY、Δθの移動量を0に設定し、補正機構12を動かさず前回、すなわち1層前の材料層3に対する補正位置を維持する。このような処理を行うことにより非接触位置センサにより得られた外れ値が原因で過大な補正が行われることを防ぐことができる。
By performing such processing, it is possible to calculate a correction amount that is robust to modeling accuracy of the registration marker and deterioration of the transfer body.
Further, even if the waveform obtained by the non-contact position sensors 41 and 42 has an ideal shape as shown in S2 in FIG. There is a concern that larger correction values ΔX, ΔY, and Δθ may be obtained. In order to prevent such a problem, a large amount of data is collected in advance with the configuration of this embodiment, and the maximum value and the minimum value that fall within a certain setting range are obtained. If the measured value is larger than these maximum values or smaller than the minimum value, the measured value is determined as noise and the movement amounts of ΔX, ΔY and Δθ are set to 0, and the correction mechanism 12 is not moved, i.e., 1 The correction position with respect to the material layer 3 before the layer is maintained. By performing such processing, it is possible to prevent excessive correction from being performed due to an outlier obtained by the non-contact position sensor.

(補正処理)
図7は、図1の積層ステージ14におけるステージ補正機構12を上部から見た概念図である。
ステージ補正機構12は、図3のステップS303で計算した補正量に基づいて、ステップS304で補正処理を実行する。
(Correction process)
FIG. 7 is a conceptual view of the stage correction mechanism 12 in the stacking stage 14 of FIG. 1 as viewed from above.
The stage correction mechanism 12 executes a correction process in step S304 based on the correction amount calculated in step S303 in FIG.

ステージ補正機構12は、モータ701、702、703を有し、ベースプレート704をX方向、Y方向、θ方向に移動させるためのそれぞれのモータの送り量が定義されている。補正制御部204は、ベースプレート704がステップS303で計算した補正量ΔX、ΔY、Δθだけ移動するようにモータ701、702、703を制御する。これにより、ベースプレート704上に積層された造形物705と、材料層3のずれが解消される。   The stage correction mechanism 12 includes motors 701, 702, and 703, and the feed amounts of the respective motors for moving the base plate 704 in the X direction, the Y direction, and the θ direction are defined. The correction control unit 204 controls the motors 701, 702, and 703 so that the base plate 704 moves by the correction amounts ΔX, ΔY, and Δθ calculated in step S303. Thereby, the shift | offset | difference of the molded article 705 laminated | stacked on the baseplate 704 and the material layer 3 is eliminated.

なお、ステージ補正機構12の補正量は、2層目以降の材料層を積層する際は、ステップS303で計算した補正量をそのまま使うのではなく、前回の補正位置を記憶しておき、その差分のみを補正するように構成してもよい。   The correction amount of the stage correction mechanism 12 does not use the correction amount calculated in step S303 as it is when the second and subsequent material layers are stacked, but stores the previous correction position and the difference between them. It may be configured to correct only.

また、造形中に、補正量の予測値がステージ補正機構12の補正代を超えそうだと判断した場合には、制御部16は、次のような制御を行うとよい。すなわち、制御部16は、補正量が補正代の範囲内に収まるように、材料層形成部にて画像の位置をずらしてから材料層を形成し、転写体への転写や補正量の検出及びベースプレートの移動を行えばよい。材料層形成部で画像をずらす方法としては、画像データを加工する方法や、転写体に対する材料層形成部の位置をずらす方法などが挙げられる。
このような制御により、ステージ補正機構12の補正代を削減し、小型化やコストダウンを図ることが出来る。
When it is determined that the predicted value of the correction amount is likely to exceed the correction allowance of the stage correction mechanism 12 during modeling, the control unit 16 may perform the following control. That is, the control unit 16 forms the material layer after shifting the position of the image in the material layer forming unit so that the correction amount is within the range of the correction allowance, transfer to the transfer body, and detection of the correction amount. The base plate may be moved. Examples of the method for shifting the image at the material layer forming portion include a method for processing image data, a method for shifting the position of the material layer forming portion with respect to the transfer body, and the like.
With such control, the correction cost of the stage correction mechanism 12 can be reduced, and the size and cost can be reduced.

また、本実施例の構成では、転写体5上の材料層3に対して、積層ステージ14上の造形物15を移動させて補正を行っているが、これに限るものではない。転写体5がX方向、Y方向、θ方向に移動可能な構成であれば、材料層3の方を移動させることで、材料層3と造形物15の相対的な位置ずれを補正することができる。このように、本実施例の補正においては、転写体5と積層ステージ14とを相対移動させて、転写体5と積層ステージ14との間の相対位置を調整可能とするものであればよい。   Further, in the configuration of the present embodiment, correction is performed by moving the shaped article 15 on the lamination stage 14 with respect to the material layer 3 on the transfer body 5, but is not limited thereto. If the transfer body 5 is configured to be movable in the X direction, the Y direction, and the θ direction, the relative displacement between the material layer 3 and the modeled object 15 can be corrected by moving the material layer 3. it can. As described above, in the correction of the present embodiment, the transfer body 5 and the lamination stage 14 may be relatively moved so that the relative position between the transfer body 5 and the lamination stage 14 can be adjusted.

また、非接触位置センサ8としてエリアセンサ又はラインセンサを用いて、転写体5が移動する最中に材料層3の位置検出を行っていたが、これに限るものではなく、画像センサを用いて、転写体5の静止中に材料層3の位置検出を行うものであってもよい。
ステージ補正機構12は、それぞれのモータを原点位置に復帰させる手段を備え、必要な造形動作が終了した後に、各モータを原点位置に復帰させる機能を備えていてもよい。これにより、新たな造形動作を、ステージ補正機構12の基準位置から始めることができる。
Further, the area sensor or the line sensor is used as the non-contact position sensor 8 to detect the position of the material layer 3 while the transfer body 5 is moving. However, the present invention is not limited to this, and an image sensor is used. The position of the material layer 3 may be detected while the transfer body 5 is stationary.
The stage correction mechanism 12 may include means for returning each motor to the origin position, and may have a function for returning each motor to the origin position after a necessary modeling operation is completed. Thereby, a new modeling operation can be started from the reference position of the stage correction mechanism 12.

以上説明したように、本実施例の造形装置の構成によれば、レジストレーションを行うことにより、造形時の位置ずれを可及的に抑えることができる。したがって、形状精度及び寸法精度の高い、高品質な造形物を形成することが可能となる。
その結果、造形後に、造形物表面のヤスリがけ等の2次加工が必要となる場合であっても、2次加工に要する時間を短縮化することができる。これは、人手による作業の削減にもつながり、さらなるコストダウンが可能となる。また、造形物内面など2次加工が不可能な形状を造形する場合等においても、本発明を好適に適用することが可能となる。
As described above, according to the configuration of the modeling apparatus of the present embodiment, it is possible to suppress the positional deviation during modeling as much as possible by performing registration. Therefore, it becomes possible to form a high-quality shaped article with high shape accuracy and dimensional accuracy.
As a result, the time required for the secondary processing can be shortened even if secondary processing such as filing of the surface of the modeled object is required after modeling. This also leads to reduction of manual work, and further cost reduction is possible. Further, the present invention can be suitably applied even when a shape such as the inner surface of a modeled object that cannot be subjected to secondary processing is modeled.

(ステージ補正機構の他の構成例)
ここで、ステージ補正機構12の他の構成例を図9A、図9Bに示す。
図9Aに示すステージ補正機構12は、造形物15を乗せるための基台31と、基台31の位置を調整するための第一軸駆動機構32、第二軸駆動機構33、回転軸駆動機構34とで構成されている。ここで、回転軸駆動機構34は、転写体の搬送面に垂直な軸まわりの回転方向の補正に使用するためのものである。また、第二軸駆動機構33は、転写体の搬送方向の補正に使用するためのものである。また、第一軸駆動機構32は、転写体の搬送面内で搬送方向に対して垂直方向の補正に使用するためのものである。
この三軸による補正機構により、転写体上の材料層3の位置と、基台31上に積層される造形物15の位置を合わせることが出来る。
(Other configuration examples of stage correction mechanism)
Here, another configuration example of the stage correction mechanism 12 is shown in FIGS. 9A and 9B.
The stage correction mechanism 12 shown in FIG. 9A includes a base 31 on which the model 15 is placed, a first axis drive mechanism 32, a second axis drive mechanism 33, and a rotary axis drive mechanism for adjusting the position of the base 31. 34. Here, the rotation shaft drive mechanism 34 is used for correcting the rotation direction around an axis perpendicular to the transfer surface of the transfer body. The second shaft drive mechanism 33 is used for correcting the transfer body conveyance direction. The first shaft drive mechanism 32 is used for correction in the direction perpendicular to the transport direction within the transport surface of the transfer body.
With this three-axis correction mechanism, the position of the material layer 3 on the transfer body and the position of the shaped article 15 stacked on the base 31 can be matched.

図9Bに示すステージ補正機構12は、造形物15を乗せるための基台35と、基台35の位置を調整するための第一軸駆動機構36、第二軸駆動機構38、第三軸駆動機構37とで構成されている。ここで、第三軸駆動機構37は、転写体の搬送方向の補正に使用するためのものである。また、第一軸駆動機構36と第二軸駆動機構38は、転写体の搬送面内で搬送方向に対して垂直方向の補正に使用するためのものである。
各駆動機構の先端には回転自在に基台35を支持している回転軸39が構成されている。転写体5の搬送方向に補正する際には、第三軸駆動機構37のみを移動させる。また、転写体5の搬送方向に直交する方向への補正には、第一軸駆動機構36と第二軸駆動機構38を同量移動させる。また、三軸の駆動機構を同時に駆動することにより、基台35を回転させることが出来る為、この組み合わせにより、転写体5上の材料層3の位置と、基台35上の造形物15の位置を合わせることが出来る。
ここでは、三軸の補正機能を有したステージ補正機構について説明したが、機構上で精度を抑えられる場合は、補正軸を少なくすることもできる。
The stage correction mechanism 12 shown in FIG. 9B includes a base 35 on which the model 15 is placed, a first axis drive mechanism 36, a second axis drive mechanism 38, and a third axis drive for adjusting the position of the base 35. And a mechanism 37. Here, the third axis drive mechanism 37 is used for correcting the transfer direction of the transfer body. The first axis drive mechanism 36 and the second axis drive mechanism 38 are used for correction in the direction perpendicular to the conveyance direction within the transfer surface of the transfer body.
At the tip of each drive mechanism, a rotation shaft 39 that supports the base 35 rotatably is configured. When correcting in the conveyance direction of the transfer body 5, only the third axis drive mechanism 37 is moved. In order to correct the transfer body 5 in the direction orthogonal to the conveyance direction, the first axis drive mechanism 36 and the second axis drive mechanism 38 are moved by the same amount. Moreover, since the base 35 can be rotated by simultaneously driving the three-axis drive mechanism, the combination of the position of the material layer 3 on the transfer body 5 and the shaped article 15 on the base 35 can be obtained by this combination. The position can be adjusted.
Although the stage correction mechanism having a three-axis correction function has been described here, the number of correction axes can be reduced if accuracy can be suppressed on the mechanism.

[実施例2]
以下に、実施例2について説明する。なお、本実施例においては、実施例1に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例1と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図10は、本実施例で用いるレジストレーションマーカが転写体5上に転写された状態を表す図である。
上述した実施例1では、対向する1対のレジストレーションマーカ402、403を使用してレジストレーションマーカの検出を行った。これに対して本実施例では、複数対のレジストレーションマーカを使用してX方向、Y方向、θ方向の位置ずれ量の検出を行う例について説明する。
[Example 2]
Example 2 will be described below. In the present embodiment, the different components from the first embodiment will be described, and the description of the same components as those in the first embodiment will be omitted.
FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the registration marker used in the present embodiment is transferred onto the transfer body 5.
In the first embodiment described above, registration markers are detected using a pair of opposing registration markers 402 and 403. On the other hand, in this embodiment, an example will be described in which a plurality of pairs of registration markers are used to detect the amount of positional deviation in the X direction, the Y direction, and the θ direction.

本実施例では、図4のレジストレーションマーカ402、403と同様な、対向する1対のレジストレーションマーカ801、802を使用する。さらに、レジストレーションマーカ801、802と同形状でそれぞれ逆向きの三角形状の、対向する1対のレジストレーションマーカ803、804を使用する。さらに、対向する1対のレジストレーションマーカ801、802と同様な、対向する1対のレジストレーションマーカ805、806を使用する。対向する1対のレジストレーションマーカ803、804と同様な対向
する1対のレジストレーションマーカ807、808を使用する。
In this embodiment, a pair of opposing registration markers 801 and 802 similar to the registration markers 402 and 403 in FIG. 4 are used. Furthermore, a pair of opposing registration markers 803 and 804 having the same shape as the registration markers 801 and 802, each having a reverse triangular shape, are used. Further, a pair of opposing registration markers 805 and 806 similar to the pair of opposing registration markers 801 and 802 are used. A pair of opposing registration markers 807, 808 similar to the pair of opposing registration markers 803, 804 are used.

図10の4対のレジストレーションマーカに対して、図5A〜図5Cで示した方法と同様にΔθ、ΔX、ΔYを計算し、それぞれの結果から全体の位置ずれ量を算出することができる。さらに、Y方向のずれに対しては、進行方向に並ぶマーカ間(801と803、805と807)についても、図5Bと同様な三角比を用いて位置ずれ量を計算することができる。
これにより、レジストレーションマーカの一部が検出不可能な状態となった場合であっても、補正量を算出することができ、マーカ自体の形状精度に対してロバストな補正量を得ることができる。
For the four pairs of registration markers in FIG. 10, Δθ, ΔX, ΔY can be calculated in the same manner as the method shown in FIGS. 5A to 5C, and the total positional deviation amount can be calculated from each result. Further, for the deviation in the Y direction, the positional deviation amount can be calculated using the same trigonometric ratio as in FIG. 5B for the markers arranged in the traveling direction (801 and 803, 805 and 807).
As a result, even when a part of the registration marker becomes undetectable, the correction amount can be calculated, and a correction amount robust to the shape accuracy of the marker itself can be obtained. .

[実施例3]
以下に、実施例3について説明する。なお、本実施例においては、実施例1、2に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例1と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図11は、本実施例で用いるレジストレーションマーカが転写体5上に転写された状態を表す図である。
実施例1,2では、円形或いは楕円形のスポット径を持つセンサにより1次元の検出信号を取得する例を示した。これに対して本実施例では、転写体の搬送方向に対して垂直な方向を2次元的にスキャンできるラインセンサ91を使用してX方向、Y方向、θ方向のずれ量の検出を行う例を示す。
[Example 3]
Example 3 will be described below. In the present embodiment, constituent parts different from those in the first and second embodiments will be described, and description of constituent parts similar to those in the first embodiment will be omitted.
FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the registration marker used in the present embodiment is transferred onto the transfer body 5.
In the first and second embodiments, an example in which a one-dimensional detection signal is acquired by a sensor having a circular or elliptical spot diameter is shown. On the other hand, in the present embodiment, an example in which the amount of deviation in the X direction, the Y direction, and the θ direction is detected using the line sensor 91 that can two-dimensionally scan the direction perpendicular to the transfer body conveyance direction. Indicates.

901は、レジストレーションマーカであり、造形領域と平行な辺を持つ長方形をラインセンサ91のライン幅内に収まるように構成されている。ラインセンサ91は、一定のサンプリング間隔でレジストレーションマーカ901を2次元的にスキャンする。
図11中S1、S2、S3は、それぞれラインセンサ91によりレジストレーションマーカ901上の位置L1、L2、L3をスキャンした際の信号の例であり、ここでは断面プロファイルと呼ぶ。
Reference numeral 901 denotes a registration marker, which is configured to fit a rectangle having a side parallel to the modeling area within the line width of the line sensor 91. The line sensor 91 scans the registration marker 901 two-dimensionally at a constant sampling interval.
In FIG. 11, S1, S2, and S3 are examples of signals when the positions L1, L2, and L3 on the registration marker 901 are scanned by the line sensor 91, respectively, and are referred to as cross-sectional profiles here.

レジストレーションマーカ901の位置L1における断面において、信号S1は、レジストレーションマーカ901が存在する領域はハイレベルを示し、レジストレーションマーカ901が存在しない領域はローレベルを示している。ここで、レジストレーションマーカ901にθ方向のずれが生じると、それぞれの断面プロファイルにおいてレジストレーションマーカのエッジを示すポイントP1、P2、P3を結んだ線は図11に示すように斜行する。したがって、断面プロファイル上のエッジのずれ量と、プロファイルのサンプリング間隔を用いてθ方向のずれ量Δθを求めることができる。また、実施例2と同様に、Δθのずれを補正した後のレジストレーションマーカ901の上端の位置からX方向のずれ量ΔXが求まり、レジストレーションマーカ901の横方向のエッジの位置からY方向のずれ量ΔYを求めることができる。   In the cross section at the position L1 of the registration marker 901, the signal S1 indicates a high level in a region where the registration marker 901 exists, and indicates a low level in a region where the registration marker 901 does not exist. Here, when a shift in the θ direction occurs in the registration marker 901, lines connecting points P1, P2, and P3 indicating edges of the registration marker in the respective cross-sectional profiles are skewed as shown in FIG. Therefore, the shift amount Δθ in the θ direction can be obtained using the shift amount of the edge on the cross-sectional profile and the sampling interval of the profile. Similarly to the second embodiment, the amount of deviation ΔX in the X direction is obtained from the position of the upper end of the registration marker 901 after correcting the deviation of Δθ, and the position in the Y direction is determined from the position of the lateral edge of the registration marker 901. A deviation amount ΔY can be obtained.

本実施形態の造形装置によれば、多くの断面形状からレジストレーションマーカのエッジを再現するため、レジストレーションマーカの造形精度に対してロバストなレジストレーションが可能になる。   According to the modeling apparatus of this embodiment, since the edge of the registration marker is reproduced from many cross-sectional shapes, registration that is robust to the modeling accuracy of the registration marker is possible.

[実施例4]
以下に、実施例4について説明する。なお、本実施例においては、実施例1〜3に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例1〜3と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図12は、本実施例の造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。図12において、符号41〜57、61で示す構成要素は、図1で符号1〜17、21で示した構成要
素と同じ機能を有するものである。
本実施例においては、積層ステージ54が、ステージ補正機構52に加えて、直動ステージ62が設けられている点で、上述の実施例1〜3とは異なる。積層ステージ54は、ステージ上下機構53によって上下方向に移動可能となっている。
ステージ上下機構53の動作により、転写体上の材料層43が、造形物55の上面と対向部材57との間で、転写体45とともに挟み込まれるまでは、実施例1と同様であるため、挟み込まれた後の動作について図12を用いて説明する。
[Example 4]
Example 4 will be described below. In the present embodiment, different components from those of the first to third embodiments will be described, and the description of the same components as those of the first to third embodiments will be omitted.
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the modeling apparatus of the present embodiment. In FIG. 12, the constituent elements denoted by reference numerals 41 to 57 and 61 have the same functions as the constituent elements denoted by reference numerals 1 to 17 and 21 in FIG.
In this embodiment, the stacking stage 54 is different from the above-described Embodiments 1 to 3 in that a linear motion stage 62 is provided in addition to the stage correction mechanism 52. The stacking stage 54 can be moved in the vertical direction by a stage vertical mechanism 53.
Since the operation of the stage up-and-down mechanism 53 is the same as that in the first embodiment until the material layer 43 on the transfer body is sandwiched with the transfer body 45 between the upper surface of the modeled object 55 and the opposing member 57, the material layer 43 is sandwiched. The operation after this will be described with reference to FIG.

図12に示すように、材料層43は、造形物55の上面と対向部材57との間で、転写体5とともに挟み込まれた後、転写体45と直動ステージ62の接線速度を同期させ、図12に示す矢印63方向に移動する。その際に、ステージ補正機構52は、転写体45のズレにあわせて補正を続ける。転写体45のずれ量は、図示していない転写体45の端面などを検出するセンサにて得られている。この補正により転写体45の搬送ずれが生じても、造形物55と転写体45の界面にずれが生じず、確実な積層接着力を確保することが可能である。   As shown in FIG. 12, after the material layer 43 is sandwiched between the upper surface of the modeled object 55 and the opposing member 57 together with the transfer body 5, the tangential speed of the transfer body 45 and the linear motion stage 62 is synchronized, It moves in the direction of arrow 63 shown in FIG. At that time, the stage correction mechanism 52 continues the correction in accordance with the displacement of the transfer body 45. The shift amount of the transfer body 45 is obtained by a sensor that detects an end face of the transfer body 45 (not shown). Even if conveyance of the transfer body 45 occurs due to this correction, the interface between the modeled object 55 and the transfer body 45 does not deviate, and a reliable lamination adhesive force can be ensured.

[実施例5]
実施例5について説明する。なお、本実施例においては、実施例1〜4に対して異なる構成部分について述べることとし、実施例1〜4と同様の構成部分については、その説明を省略する。
図13は、本実施例の積層造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。本実施例では、積層ステージ14の上部近傍に転写体5の搬送方向と直交する方向のベルト端位置を測定する非接触式蛇行センサ(転写体端検出部)22を有する点で実施例1〜4と異なっている。
実施例1〜4の補正制御方式では、非接触式センサ8により検知された材料層の位置ずれに基づいて補正を行っている。そのため、材料層が生成されてから非接触式センサ8の位置までに発生した材料層の位置ずれを補正することはできるが、材料層が非接触式センサ8から積層物15に接着する位置までに加わる搬送誤差(搬送ずれ)を補正することができない。それに対して、本実施例では、非接触式センサ8から積層位置までの搬送誤差を含む位置ずれを補正することが可能となる。
[Example 5]
Example 5 will be described. In the present embodiment, different components from those of the first to fourth embodiments will be described, and the description of the same components as those of the first to fourth embodiments will be omitted.
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the additive manufacturing apparatus of the present embodiment. In this embodiment, the non-contact type meandering sensor (transfer body end detector) 22 for measuring the belt end position in the direction orthogonal to the conveying direction of the transfer body 5 is provided near the upper portion of the stacking stage 14 in the first to the first embodiments. 4 and different.
In the correction control methods of Examples 1 to 4, correction is performed based on the positional deviation of the material layer detected by the non-contact sensor 8. For this reason, it is possible to correct the displacement of the material layer generated from the generation of the material layer to the position of the non-contact sensor 8, but to the position where the material layer adheres to the laminate 15 from the non-contact sensor 8. It is not possible to correct a conveyance error (conveyance deviation) applied to the. On the other hand, in the present embodiment, it is possible to correct a positional deviation including a conveyance error from the non-contact sensor 8 to the stacking position.

図14に示した補正処理のフローチャート例を用いて、本実施例における補正処理の流れについて説明する。
ステップS1501では、画像生成制御部201が、レジストレーションマーカを転写体5に転写させる。これは、図3のステップS301と同様のステップである。転写体5の上のレジストレーションマーカは、ステップS1502にて、補正制御部204により、非接触センサ8にて検出され、レジストレーションマーカの先端位置及び通過距離が記憶される。続くステップS1503では、ステップS1502での検出結果から、材料層のX方向、Y方向、θ方向の位置ずれ量のそれぞれが計算される。
The flow of the correction process in the present embodiment will be described using the example of the flowchart of the correction process shown in FIG.
In step S1501, the image generation control unit 201 transfers the registration marker to the transfer body 5. This is the same step as step S301 in FIG. The registration marker on the transfer body 5 is detected by the non-contact sensor 8 by the correction control unit 204 in step S1502, and the tip position and passage distance of the registration marker are stored. In subsequent step S1503, the amount of displacement in the X direction, Y direction, and θ direction of the material layer is calculated from the detection result in step S1502.

ステップS1504において、補正制御部204は、非接触式蛇行センサ22により転写体5の搬送方向に直交する方向の端部位置を計測する。そして、ステップS1505で、補正制御部204により、ステップS1504で得られた転写体5の端部位置の検出結果から、ステップS1502でレジストレーションマーカが検知された時点から材料層が積層位置に到達する時点までの転写体5のY方向、θ方向の変動量をそれぞれ計算する。
次に、ステップS1506で、補正制御部204により、ステップS1503で算出された材料層の位置ずれ量とステップS1505で算出された転写体5の変動量を重畳して補正量が計算される。ステップS1507では、ステップS1506で計算した3方向の位置ずれ量分の位置ずれを補正するように、補正制御部204により積層ステージ14が制御される。そして、積層制御部202が積層ステージ14を上下に移動させて造形物1
5の上に材料層3を積層させる。
In step S <b> 1504, the correction control unit 204 measures the end position in the direction orthogonal to the transfer direction of the transfer body 5 by the non-contact meandering sensor 22. In step S1505, the material layer reaches the stacking position from the time when the registration marker is detected in step S1502 from the detection result of the end position of the transfer body 5 obtained in step S1504 by the correction control unit 204. The amount of change in the Y direction and θ direction of the transfer body 5 up to the time is calculated.
In step S1506, the correction control unit 204 calculates the correction amount by superimposing the material layer positional deviation amount calculated in step S1503 and the variation amount of the transfer body 5 calculated in step S1505. In step S1507, the stacking stage 14 is controlled by the correction control unit 204 so as to correct the positional deviation corresponding to the positional deviation amount in the three directions calculated in step S1506. And the lamination | stacking control part 202 moves the lamination | stacking stage 14 up and down, and the molded article 1
A material layer 3 is laminated on 5.

図15は、本実施例における転写体5の端部計測方法の一例を示す図で、転写体5の下面を鉛直方向下側、積層ステージ14の方向から見上げた図である。図15において、転写体5が蛇行している状態を実線1601で示し、蛇行していない状態を点線1602で示している。
本実施例では、非接触式蛇行センサ22は透過型ラインセンサであり、積層位置近傍における転写体5の端部位置を計測する。1606は非接触センサ8による検出位置であり、1607は非接触式蛇行センサ22によって検出される位置を示す。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a method for measuring the end portion of the transfer body 5 in the present embodiment, and is a view in which the lower surface of the transfer body 5 is viewed from the lower side in the vertical direction and from the direction of the stacking stage 14. In FIG. 15, the state where the transfer body 5 is meandering is indicated by a solid line 1601, and the state where the transfer body 5 is not meandering is indicated by a dotted line 1602.
In this embodiment, the non-contact meandering sensor 22 is a transmissive line sensor and measures the end position of the transfer body 5 in the vicinity of the stacking position. Reference numeral 1606 denotes a detection position by the non-contact sensor 8, and 1607 denotes a position detected by the non-contact meandering sensor 22.

図15において、非接触型センサ8−1、8−2にてレジストレーションマーカが検出された時点から材料層3が積層位置1607に到達した時点までに、転写体5が点線1602の位置から実線1601の位置に移動したとする。この間に非接触式蛇行センサ22で計測した1601と1602の端部位置の差分ΔYbは、材料層3が非接触式センサ8で検出されてから積層位置1607までに加わった、転写体5の進行方向に対して直交する方向の搬送誤差である。また、1606で検出された材料層3が1607で検出されるまでに移動する距離Lbと、ΔYbを用いて回転方向の搬送誤差Δθbも求めることができる。補正制御部204は、図5の方法でレジストレーションマーカから求めたΔY、Δθに、本実施例で求めたΔYb、Δθbを加算して補正処理を行う。   In FIG. 15, the transfer body 5 from the position of the dotted line 1602 to the solid line from the time when the registration marker is detected by the non-contact sensors 8-1 and 8-2 to the time when the material layer 3 reaches the stacking position 1607. Suppose that it moved to the position 1601. During this time, the difference ΔYb between the end positions of 1601 and 1602 measured by the non-contact type meandering sensor 22 is added to the stacking position 1607 after the material layer 3 is detected by the non-contact type sensor 8. This is a transport error in a direction orthogonal to the direction. Further, the transport error Δθb in the rotation direction can be obtained by using the distance Lb by which the material layer 3 detected in 1606 moves until it is detected in 1607 and ΔYb. The correction control unit 204 performs correction processing by adding ΔYb and Δθb obtained in this embodiment to ΔY and Δθ obtained from the registration marker by the method of FIG.

本実施例によれば、材料層3が生成されてから非接触式センサ8の位置までに生じる位置ずれに加えて、材料層3が非接触式センサ8から積層位置までに生じた搬送誤差も補正することができ、より高精度な造形物を生成することが可能となる。   According to the present embodiment, in addition to the positional deviation that occurs between the generation of the material layer 3 and the position of the non-contact type sensor 8, the conveyance error that occurs between the non-contact type sensor 8 and the stacking position of the material layer 3 also occurs. It can correct | amend and it becomes possible to produce | generate a highly accurate molded article.

2…画像形成部、3…材料層、5…転写体、6…材料層、8…非接触位置センサ、12…ステージ補正機構、14…積層ステージ、16…制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Image formation part, 3 ... Material layer, 5 ... Transfer body, 6 ... Material layer, 8 ... Non-contact position sensor, 12 ... Stage correction mechanism, 14 ... Laminated stage, 16 ... Control part

Claims (10)

与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる3次元物体を作製する造形装置であって、
前記転写体上の前記材料層の位置を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測する計測部と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整可能な調整部と、
を備えることを特徴とする造形装置。
Based on the given data, a material layer forming unit that forms a material layer made of modeling material,
A transfer body that conveys the material layer transferred from the material layer forming section;
A stage on which the material layer conveyed by the transfer body is laminated;
A modeling apparatus for producing a three-dimensional object made of the modeling material on the stage,
A detection unit for detecting the position of the material layer on the transfer body;
A measurement unit that measures the amount of positional deviation of the material layer on the transfer body from the detection result of the detection unit;
Based on the amount of misalignment measured by the measuring unit, the stage is moved in a direction perpendicular to the stacking direction of the material layers and in a rotation direction centered on an axis whose axial direction is the stacking direction of the material layers. An adjustment unit capable of moving and adjusting a relative position between the transfer body and the stage;
A modeling apparatus comprising:
前記材料層形成部に与えるデータに、レジストレーションマーカのデータを付加する付加部を備え、
前記検出部は、前記レジストレーションマーカに対応する位置に設けられ、前記レジストレーションマーカの位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の造形装置。
An addition unit for adding registration marker data to the data to be given to the material layer forming unit,
The modeling apparatus according to claim 1, wherein the detection unit is provided at a position corresponding to the registration marker and detects a position of the registration marker.
前記レジストレーションマーカは、前記転写体の進行方向に対して直交するように配置される第1のエッジと前記転写体の進行方向に対し斜めになるように配置される第2のエッジとを有する図形であり、
前記計測部は、前記第1のエッジの検出タイミングから、前記転写体の進行方向に関する前記材料層の位置を取得し、前記第1のエッジの検出タイミングと前記第2のエッジの検出タイミングの差から、前記転写体の進行方向に直交する方向に関する前記材料層の位置ずれ量を取得し、
さらに、レジストレーションマーカが、前記転写体の進行方向に直交する方向に2つ並んで配置されており、
前記計測部は、2つの前記第1のエッジの検出タイミングの差から、前記材料層が転写される前記転写体の転写面に直交する軸を中心とした回転方向に関する前記材料層の位置ずれ量を取得することを特徴とする請求項2に記載の造形装置。
The registration marker has a first edge arranged so as to be orthogonal to the moving direction of the transfer body and a second edge arranged so as to be inclined with respect to the moving direction of the transfer body. Shape,
The measurement unit obtains the position of the material layer in the traveling direction of the transfer body from the detection timing of the first edge, and the difference between the detection timing of the first edge and the detection timing of the second edge From the above, obtain the amount of positional deviation of the material layer with respect to the direction orthogonal to the traveling direction of the transfer body,
Furthermore, two registration markers are arranged side by side in a direction orthogonal to the traveling direction of the transfer body,
The measurement unit detects a positional deviation amount of the material layer with respect to a rotation direction about an axis orthogonal to a transfer surface of the transfer body onto which the material layer is transferred, based on a difference between detection timings of the two first edges. The modeling apparatus according to claim 2, wherein:
前記計測部は、前記検出部により検出されたレジストレーションマーカの信号からノイズ成分を取り除くノイズ除去処理を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の造形装置。   The modeling apparatus according to claim 2, wherein the measurement unit performs a noise removal process of removing a noise component from a registration marker signal detected by the detection unit. 前記調整部は、前記転写体上の前記材料層を前記ステージ上に積層するときに、当該材料層の1層前の材料層が前記ステージ上に積層されたときの前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を基準として、当該材料層の位置ずれ量と、前記1層前の材料層の位置ずれ量との差分に基づいて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の造形装置。   The adjustment unit is configured to stack the material layer on the transfer body on the stage, the transfer body when the material layer one layer before the material layer is stacked on the stage, and the stage. The relative position between the transfer body and the stage is adjusted based on the difference between the positional deviation amount of the material layer and the positional deviation amount of the previous material layer with reference to the relative position between The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein: 前記計測部により前記材料層の位置ずれ量を計測した値が、設定した範囲を超える値であった場合、前記調整部は、当該材料層を前記ステージ上に積層するとき、当該材料層の1層前の材料層が前記ステージ上に積層されたときの前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を維持することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の造形装置。   When the value obtained by measuring the positional deviation amount of the material layer by the measurement unit is a value exceeding the set range, the adjustment unit is configured to 1 of the material layer when the material layer is stacked on the stage. The modeling apparatus according to claim 1, wherein a relative position between the transfer body and the stage when the material layer before the layer is stacked on the stage is maintained. . 前記転写体の蛇行調整を行う蛇行調整手段を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の造形装置。   The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising meandering adjusting means for adjusting the meandering of the transfer body. 前記材料層を前記ステージに積層する積層位置近傍に、前記転写体の端部位置を検出する転写体端検出部を有しており、
前記計測部が、前記転写体端検出部の検出結果から、前記検出部から前記積層位置までに生じる、前記転写体の面内における前記転写体の搬送ずれ量を算出し、
前記調整部は、前記計測部が取得した前記材料層の位置ずれ量と前記転写体の搬送ずれ量とを加算して、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の積層造形装置。
In the vicinity of the laminating position where the material layer is laminated on the stage, it has a transfer body end detection unit that detects the end position of the transfer body,
The measurement unit calculates a transfer deviation amount of the transfer body in the plane of the transfer body, which occurs from the detection unit to the stacking position, from the detection result of the transfer body end detection unit,
The adjustment unit adjusts the relative position between the transfer body and the stage by adding the positional deviation amount of the material layer acquired by the measurement unit and the conveyance deviation amount of the transfer body. The additive manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記ステージの原点位置を検出する原点検出手段と、
造形装置本体の基準位置に対する前記ステージの原点位置の移動量を記憶する記憶手段と、を有し、
前記調整部は、3次元物体の作製動作の終了後、前記ステージを前記基準位置に戻すことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の造形装置。
Origin detecting means for detecting the origin position of the stage;
Storage means for storing the movement amount of the origin position of the stage relative to the reference position of the modeling apparatus main body,
9. The modeling apparatus according to claim 1, wherein the adjustment unit returns the stage to the reference position after completion of the operation of producing a three-dimensional object.
与えられたデータに基づき、造形材料からなる材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層形成部から転写される前記材料層を搬送する転写体と、
前記転写体により搬送された前記材料層が積層されるステージと、
を有し、前記ステージ上に前記造形材料からなる3次元物体を作製する造形装置を用いる造形方法であって、
前記材料層形成部に与えるデータに対して、レジストレーションマーカのデータを付加する工程と、
前記転写体上の前記材料層に含まれる前記レジストレーションマーカを検出部で検出する工程と、
前記検出部の検出結果から前記転写体上の前記材料層の位置ずれ量を計測部で計測する工程と、
前記計測部で計測された位置ずれ量に基づいて、前記材料層の積層方向に直交する方向、及び、前記材料層の積層方向を軸方向とする軸を中心とした回転方向に、前記ステージを移動させて、前記転写体と前記ステージとの間の相対位置を調整する工程と、
を含むことを特徴とする造形方法。
Based on the given data, a material layer forming unit that forms a material layer made of modeling material,
A transfer body that conveys the material layer transferred from the material layer forming section;
A stage on which the material layer conveyed by the transfer body is laminated;
A modeling method using a modeling apparatus for producing a three-dimensional object made of the modeling material on the stage,
A step of adding registration marker data to data given to the material layer forming portion;
Detecting the registration marker included in the material layer on the transfer body with a detection unit;
A step of measuring a displacement amount of the material layer on the transfer body from a detection result of the detection unit by a measurement unit;
Based on the amount of misalignment measured by the measuring unit, the stage is moved in a direction perpendicular to the stacking direction of the material layers and in a rotation direction centered on an axis whose axial direction is the stacking direction of the material layers. Moving and adjusting the relative position between the transfer body and the stage;
A modeling method comprising:
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US11820118B2 (en) 2020-04-30 2023-11-21 Murata Manufacturing Co., Ltd. Lamination device

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