JP2017087612A - Manufacturing apparatus for three-dimensional shaped article and manufacturing method for three-dimensional shaped article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional structure manufacturing apparatus and a three-dimensional structure manufacturing method.
従来から、層を積層することにより三次元造形物を製造する製造方法が実施されている。
このうち、流動性組成物を用いて層を形成しながら三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。例えば、特許文献1には、金属ペーストを用いて層を形成し、三次元造形物の対応領域にレーザーを照射して焼結又は溶融しながら三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。
また、特許文献2に記載されているように、積層された三次元造形物をガスバーナーで炙るなどして表面を熱し、表面の硬度を高くすることが実行される場合もある。
Conventionally, the manufacturing method which manufactures a three-dimensional structure by laminating | stacking a layer is implemented.
Among these, the manufacturing method which manufactures a three-dimensional molded item is disclosed, forming a layer using a fluid composition. For example,
Moreover, as described in Patent Document 2, there are cases where the surface is heated to increase the hardness of the surface by, for example, rolling the laminated three-dimensional structure with a gas burner.
しかしながら、従来の三次元造形物の製造方法では、三次元造形物の対応領域を局所的に加熱することで、加熱領域とその周辺部での温度差が大きくなり、層を形成する材料が飛散する場合があった。このような層の形成材料の飛散が生じると、高精度な三次元造形物を製造することが困難になる。 However, in the conventional manufacturing method of a three-dimensional structure, by locally heating the corresponding region of the three-dimensional structure, the temperature difference between the heating region and its peripheral part increases, and the material forming the layer is scattered. There was a case. When scattering of the formation material of such a layer arises, it will become difficult to manufacture a highly accurate three-dimensional structure.
そこで、本発明の目的は、高精度な三次元造形物を製造することである。 Therefore, an object of the present invention is to manufacture a highly accurate three-dimensional structure.
上記課題を解決するための本発明の第1の態様の三次元造形物の製造装置は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む構成材料を用いて三次元造形物の材料層を形成する材料層形成部と、前記材料層のうちの三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域を加熱可能な第1加熱部と、前記第1加熱部による加熱時における該第1加熱部による加熱領域の周辺領域を加熱可能な第2加熱部と、を備えることを特徴とする。 The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a three-dimensional structure manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers. A material layer forming unit that forms a material layer of a three-dimensional structure using a constituent material including powder, solvent, and binder constituting the three-dimensional object, and a three-dimensional structure of the three-dimensional structure among the material layers A first heating unit capable of heating a sintered region or a melting region corresponding to the first heating unit, and a second heating unit capable of heating a peripheral region of the heating region by the first heating unit during heating by the first heating unit. It is characterized by providing.
本態様によれば、材料層のうちの三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域を加熱可能な第1加熱部と、第1加熱部による加熱時における該第1加熱部による加熱領域の周辺領域を加熱可能な第2加熱部と、を備える。このため、焼結領域又は溶融領域である第1加熱部による加熱領域とその周辺部との温度差を小さくすることができ、材料層を形成する構成材料が飛散することを抑制することができる。したがって、高精度な三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the 1st heating part which can heat the sintering area | region or fusion | melting area | region corresponding to the structure area | region of the three-dimensional structure in a material layer, and this 1st heating part at the time of the heating by a 1st heating part And a second heating unit capable of heating the peripheral region of the heating region. For this reason, the temperature difference between the heating region by the first heating unit that is the sintering region or the melting region and the peripheral portion thereof can be reduced, and scattering of the constituent materials forming the material layer can be suppressed. . Therefore, a highly accurate three-dimensional structure can be manufactured.
本発明の第2の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1の態様において、前記第1加熱部は、レーザー照射部であることを特徴とする。 The three-dimensional structure manufacturing apparatus of the second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the first heating unit is a laser irradiation unit.
本態様によれば、第1加熱部はレーザー照射部である。このため、焼結領域又は溶融領域である第1加熱部による加熱領域を精度よく焼結又は溶融させることができ、特に高精度な三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the first heating unit is a laser irradiation unit. For this reason, the heating area | region by the 1st heating part which is a sintering area | region or a fusion | melting area | region can be sintered or fuse | melted accurately, and especially a highly accurate three-dimensional molded item can be manufactured.
本発明の第3の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1又は第2の態様において、前記第2加熱部は、バーナー又はヒーターであることを特徴とする。 In the three-dimensional structure manufacturing apparatus of the third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the second heating unit is a burner or a heater.
本態様によれば、第2加熱部はバーナー又はヒーターである。このため、第1加熱部による加熱領域よりも広い範囲を簡単に加熱することができる。 According to this aspect, the second heating unit is a burner or a heater. For this reason, the range wider than the heating area | region by a 1st heating part can be heated easily.
本発明の第4の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1から第3のいずれか1つの態様において、前記第2加熱部は、該第2加熱部による加熱領域の形状及び範囲の少なくとも一方を可変であることを特徴とする。 In the manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the second heating unit is a shape and a range of a heating region by the second heating unit. At least one of the above is variable.
本態様によれば、第2加熱部は、該第2加熱部による加熱領域の形状及び範囲の少なくとも一方を可変である。このため、三次元造形物の形状や大きさ、或いは、構成材料の種類などに応じて、第2加熱部による加熱領域の形状及び範囲を適切に調整することができる。 According to this aspect, the second heating unit can change at least one of the shape and the range of the heating region by the second heating unit. For this reason, the shape and range of the heating region by the second heating unit can be appropriately adjusted according to the shape and size of the three-dimensional structure or the type of the constituent material.
本発明の第5の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第4の態様において、前記第2加熱部は、複数の加熱エネルギーの発射口を備え、加熱エネルギーを発射する発射口を変更することにより加熱領域の形状及び範囲の少なくとも一方を可変であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the apparatus for manufacturing a three-dimensional structure in the fourth aspect, wherein the second heating unit includes a plurality of heating energy emission ports, and changes the emission port for emitting the heating energy. Thus, at least one of the shape and range of the heating region is variable.
本態様によれば、第2加熱部は、複数の加熱エネルギーの発射口を備え、加熱エネルギーを発射する発射口を変更することにより加熱領域の形状及び範囲の少なくとも一方を可変である。このため、このような簡単な構成で加熱領域の形状及び範囲の少なくとも一方を変更できる。 According to this aspect, the second heating unit includes a plurality of heating energy launch openings, and changes at least one of the shape and range of the heating region by changing the launch openings that emit the heating energy. For this reason, at least one of the shape and range of a heating area | region can be changed with such a simple structure.
本発明の第6の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1から第5のいずれか1つの態様において、前記第1加熱部は、加熱領域を移動させて前記焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、前記第2加熱部による加熱領域は、固定されているとともに、前記第1加熱部による加熱領域の移動範囲を含むことを特徴とする。 In the manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to the sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the first heating unit moves the heating area to move the sintered area or melt. The region can be heated, and the heating region by the second heating unit is fixed and includes a moving range of the heating region by the first heating unit.
本態様によれば、第1加熱部は、加熱領域を移動させて焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、第2加熱部による加熱領域は、固定されているとともに、第1加熱部による加熱領域の移動範囲を含む。すなわち、第2加熱部を固定し第1加熱部のみを移動させて三次元造形物を製造することができる。このため、第2加熱部の移動機構を設ける必要が無いので、装置構成を簡単にすることができる。 According to this aspect, the first heating unit can move the heating region to heat the sintering region or the melting region, the heating region by the second heating unit is fixed, and the first heating unit is based on the first heating unit. Includes moving range of heating area. That is, it is possible to manufacture a three-dimensional structure by fixing the second heating unit and moving only the first heating unit. For this reason, since it is not necessary to provide the moving mechanism of a 2nd heating part, an apparatus structure can be simplified.
本発明の第7の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1から第5のいずれか1つの態様において、前記第1加熱部は、加熱領域を移動させて前記焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、前記第2加熱部による加熱領域は、前記第1加熱部による加熱領域の移動とともに移動することを特徴とする。 The manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to a seventh aspect of the present invention is the manufacturing apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first heating unit moves the heating area to move the sintered area or melt. The region can be heated, and the heating region by the second heating unit moves with the movement of the heating region by the first heating unit.
本態様によれば、第1加熱部は加熱領域を移動させて焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、第2加熱部による加熱領域は第1加熱部による加熱領域の移動とともに移動する。すなわち、第1加熱部と第2加熱部との両方を移動させて三次元造形物を製造する。このため、第2加熱部の加熱領域の大きさを適度な大きさに抑制することができるので、第2加熱部の加熱領域を大きくする負荷を抑制することができる。 According to this aspect, the first heating unit can move the heating region to heat the sintering region or the melting region, and the heating region by the second heating unit moves along with the movement of the heating region by the first heating unit. That is, the three-dimensional structure is manufactured by moving both the first heating unit and the second heating unit. For this reason, since the magnitude | size of the heating area | region of a 2nd heating part can be suppressed to a moderate magnitude | size, the load which enlarges the heating area | region of a 2nd heating part can be suppressed.
本発明の第8の態様の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む構成材料を用いて三次元造形物の材料層を形成する材料層形成工程と、前記材料層のうちの三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域を第1加熱部で加熱しつつ、該第1加熱部による加熱領域の周辺領域を第2加熱部で加熱する加熱工程と、を有することを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the eighth aspect of the present invention is a manufacturing method of a three-dimensional structure that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers, and a powder that constitutes the three-dimensional structure. A material layer forming step of forming a material layer of the three-dimensional structure using a constituent material including a solvent and a binder, and a sintered region corresponding to the constituent area of the three-dimensional structure among the material layers, or And a heating step of heating the peripheral region of the heating region by the first heating unit with the second heating unit while heating the melting region with the first heating unit.
本態様によれば、加熱工程において、材料層のうちの三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域を第1加熱部で加熱しつつ、該第1加熱部による加熱領域の周辺領域を第2加熱部で加熱する。このため、焼結領域又は溶融領域である第1加熱部による加熱領域とその周辺部との温度差を小さくすることができ、材料層を形成する構成材料が飛散することを抑制することができる。したがって、高精度な三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, in the heating step, the heating region by the first heating unit is heated while the sintered region or the melting region corresponding to the constituent region of the three-dimensional structure in the material layer is heated by the first heating unit. The peripheral area is heated by the second heating unit. For this reason, the temperature difference between the heating region by the first heating unit that is the sintering region or the melting region and the peripheral portion thereof can be reduced, and scattering of the constituent materials forming the material layer can be suppressed. . Therefore, a highly accurate three-dimensional structure can be manufactured.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図1から図3は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、2種類の材料供給部(ヘッドベース)と3種類の加熱部とを備えている。このうち、図1は、一の材料供給部(構成材料(三次元造形物を構成する粉末と溶媒とバインダーとを含む材料)を供給する材料供給部)のみを表した図である。また、図2は、一の材料供給部(三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成用材料を供給する材料供給部)と、一の加熱部(支持層形成用材料を焼結させるためのレーザーLを用いた加熱部)と、を表した図である。そして、図3は、加熱部としての、三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域を加熱可能な第1加熱部(レーザーLを用いた加熱部)と、第1加熱部による加熱時における該第1加熱部による加熱領域の周辺領域を加熱可能な第2加熱部(バーナーを用いた加熱部)と、を表した図である。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 are schematic configuration diagrams showing a configuration of a three-dimensional structure manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Here, the three-dimensional structure manufacturing apparatus according to the present embodiment includes two types of material supply units (head bases) and three types of heating units. Among these, FIG. 1 is a diagram showing only one material supply unit (a material supply unit that supplies a constituent material (a material including a powder, a solvent, and a binder constituting a three-dimensional structure)). FIG. 2 also shows one material supply part (a material supply part that supplies a support part forming material that forms a support part that supports the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is formed), and one It is a figure showing a heating part (heating part using laser L for sintering a material for forming a support layer). And FIG. 3 shows the 1st heating part (heating part using the laser L) which can heat the sintering area | region or fusion | melting area | region corresponding to the structure area | region of a three-dimensional structure as a heating part, and a 1st heating part. It is the figure showing the 2nd heating part (heating part using a burner) which can heat the peripheral field of the heating field by the 1st heating part at the time of heating by.
In addition, “three-dimensional modeling” in the present specification indicates that a so-called three-dimensional model is formed, and for example, a plate shape, a so-called two-dimensional shape, has a shape having a thickness. Forming is also included. Further, “support” means not only the case of supporting from the lower side, but also the case of supporting from the lateral side and, in some cases, the case of supporting from the upper side.
図1から図3に示す三次元造形物の製造装置2000(以下、形成装置2000という)は、基台110と、基台110に備える駆動手段としての駆動装置111によって、図示するX,Y,Z方向の移動、あるいはZ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ120を備えている。
そして、図1で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部1230を備えるヘッドユニット1400を複数保持するヘッドベース1100が保持固定される、ヘッドベース支持部130を備えている。
また、図2で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部1730を備えるヘッドユニット1900を複数保持するヘッドベース1600が保持固定される、ヘッドベース支持部730と、を備えている。
また、図3で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に第1加熱部としてのレーザー照射部810と第2加熱部としてのバーナー840とを備えた加熱部を保持する加熱部ベース880が保持固定される、加熱部ベース支持部830と、を備えている。
ここで、ヘッドベース1100と、ヘッドベース1600と、加熱部ベース880とは、XY平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部1230と支持層形成用材料吐出部1730とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
A three-dimensional structure manufacturing apparatus 2000 (hereinafter referred to as a forming apparatus 2000) shown in FIG. 1 to FIG. 3 includes a
As shown in FIG. 1, a
In addition, as shown in FIG. 2, a support layer forming material discharge unit that discharges a support layer forming material that supports the three-dimensional structure to the other end, with one end fixed to the
Also, as shown in FIG. 3, one end is fixed to the
Here, the
The constituent
ステージ120上には、三次元造形物500が形成される過程での層501、502及び503が形成される。三次元造形物500の形成には、レーザーLなどによる熱エネルギーの照射がなされるため、ステージ120の熱からの保護のため、耐熱性を有する試料プレート121を用いて、試料プレート121の上に三次元造形物500を形成してもよい。本実施形態の試料プレート121は頑丈で製造の容易な金属製のものである。しかしながら、試料プレート121としては、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に溶融(あるいは焼結されてもよい)される三次元造形物の構成材料との反応性も低く、三次元造形物500の変質を防止することができる。なお、図1A及び図2Aでは、説明の便宜上、層501、502及び503の3層を例示したが、所望の三次元造形物500の形状まで(図1A及び図2A中の層50nまで)積層される。
ここで、層501、502、503、・・・50nは、各々、支持層形成用材料吐出部1730から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層300と、構成材料吐出部1230から吐出される構成材料で形成される材料層310と、で構成される。
On the
Here, the
また、図1Bは、図1Aに示すヘッドベース1100を示すC部拡大概念図である。図1Bに示すように、ヘッドベース1100は、複数のヘッドユニット1400が保持されている。詳細は後述するが、1つのヘッドユニット1400は、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230が保持治具1400aに保持されることで構成される。構成材料吐出部1230は、吐出ノズル1230aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1230aから構成材料を吐出させる吐出駆動部1230bと、を備えている。
FIG. 1B is an enlarged conceptual view of a C portion showing the
図2Bは、図2Aに示すヘッドベース1600を示すC’部拡大概念図である。図2Bに示すように、ヘッドベース1600は、複数のヘッドユニット1900が保持されている。ヘッドユニット1900は、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730が保持治具1900aに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部1730は、吐出ノズル1730aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1730aから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部1730bと、を備えている。また、支持層形成用材料を焼結させるためのレーザー照射部3100と、レーザー照射部3100からのレーザー光を位置決めするガルバノミラー3000をステージ120の上方に備えている。
FIG. 2B is an enlarged conceptual view of a C ′ portion showing the
図3で表される加熱部ベース880のレーザー照射部810は、レーザーコントローラー820の制御により、構成材料を用いて形成される三次元造形物の材料層310の加熱領域H1(図9参照)に向けてレーザーLを照射可能な構成になっている。また、加熱部ベース880のバーナー840は、バーナーコントローラー850の制御により、レーザー照射部810による加熱領域H1の周辺領域H2(図9参照)を加熱可能な構成になっている。加熱部ベース880による材料層310の加熱に関しての詳細は後述する。
The
図1で表されるように、構成材料吐出部1230は、ヘッドベース1100に保持されるヘッドユニット1400それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット1210と供給チューブ1220により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット1210から構成材料吐出部1230に供給される。構成材料供給ユニット1210には、本実施形態に係る形成装置2000によって造形される三次元造形物500の構成材料が構成材料収容部1210aに収容され、個々の構成材料収容部1210aは、供給チューブ1220によって、個々の構成材料吐出部1230に接続されている。このように、個々の構成材料収容部1210aを備えることにより、ヘッドベース1100から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。
As shown in FIG. 1, the constituent
図2で表されるように、支持層形成用材料吐出部1730は、ヘッドベース1600に保持されるヘッドユニット1900それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット1710と供給チューブ1720により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット1710から支持層形成用材料吐出部1730に供給される。支持層形成用材料供給ユニット1710には、三次元造形物500を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料が支持層形成用材料収容部1710aに収容され、個々の支持層形成用材料収容部1710aは、供給チューブ1720によって、個々の支持層形成用材料吐出部1730に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部1710aを備えることにより、ヘッドベース1600から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。
As shown in FIG. 2, the support layer forming
構成材料及び支持層形成用材料としては、例えばマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)やクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の単体粉末、もしくはこれらの金属を1つ以上含む合金(マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金)などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状(あるいはペースト状)の混合材料などにして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。
このように、構成材料及び支持層形成用材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。
For example, magnesium (Mg), iron (Fe), cobalt (Co), chromium (Cr), aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), nickel (Ni) ) Or a mixed powder such as an alloy containing one or more of these metals (maraging steel, stainless steel, cobalt chromium molybdenum, titanium alloy, nickel alloy, aluminum alloy, cobalt alloy, cobalt chromium alloy) with a solvent. In addition, it can be used as a slurry (or paste) mixed material containing a binder.
In addition, general-purpose engineering plastics such as polyamide, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, and polyethylene terephthalate can be used. In addition, engineering plastics such as polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, and polyetheretherketone can also be used.
Thus, there is no limitation in particular in a constituent material and a support layer formation material, Metals other than the said metal, ceramics, resin, etc. can be used.
溶剤としては、例えば、水;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;テトラアルキルアンモニウムアセテート類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;ピリジン、γ−ピコリン、2,6−ルチジン等のピリジン系溶剤;テトラアルキルアンモニウムアセテート(例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等)等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)或いはその他の熱可塑性樹脂である。
Examples of the solvent include water; (poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether; ethyl acetate, n-propyl acetate, acetic acid acetates such as iso-propyl, n-butyl acetate and iso-butyl acetate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, ethyl n-butyl ketone, diisopropyl ketone, acetylacetone Ketones such as ethanol; alcohols such as ethanol, propanol, butanol; tetraalkylammonium acetates; dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, etc. One type selected from these, including phosphine solvents; pyridine solvents such as pyridine, γ-picoline, and 2,6-lutidine; and ionic liquids such as tetraalkylammonium acetate (for example, tetrabutylammonium acetate). Alternatively, two or more kinds can be used in combination.
Examples of the binder include acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, cellulosic resin, other synthetic resins, PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide), and other thermoplastic resins.
形成装置2000には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物の造形用データに基づいて、上述したステージ120、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230、並びに、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730を制御する制御手段としての制御ユニット400を備えている。そして、制御ユニット400には、図示しないが、ステージ120及び構成材料吐出部1230が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ120及び支持層形成用材料吐出部1730が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ120、レーザー照射部810及びバーナー840が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部を備えている。
The forming
基台110に移動可能に備えられているステージ120は、制御ユニット400からの制御信号に基づき、ステージコントローラー410においてステージ120の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台110に備える駆動装置111に送られ、図示するX,Y,Z方向にステージ120が移動する。ヘッドユニット1400に備える構成材料吐出部1230では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において構成材料吐出部1230に備える吐出駆動部1230bにおける吐出ノズル1230aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1230aから所定量の構成材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット1900に備える支持層形成用材料吐出部1730では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において支持層形成用材料吐出部1730に備える吐出駆動部1730bにおける吐出ノズル1730aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1730aから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
そして、レーザー照射部810及びバーナー840では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、レーザーコントローラー820及びバーナーコントローラー850において加熱タイミングを制御する信号が生成され、生成された信号によりレーザー照射部810及びバーナー840から所定のタイミングでレーザーLの照射及び炎F(図9参照)の噴射がなされる。
The
Similarly, in the support layer forming
In the
次に、ヘッドユニット1400についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット1900は、ヘッドユニット1400と同様の構成である。このため、ヘッドユニット1900についての詳細な構成の説明は省略する。
図4及び図5は、ヘッドベース1100に複数保持されるヘッドユニット1400及び構成材料吐出部1230の保持形態の一例を示し、このうち図5は、図1Bに示す矢印D方向からのヘッドベース1100の外観図である。
Next, the
4 and 5 show an example of a holding form of a plurality of
図4に示すように、ヘッドベース1100に複数のヘッドユニット1400が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図5で表されるように、本実施形態に係る形成装置2000のヘッドベース1100では、図下方より第1列目のヘッドユニット1401、第2列目のヘッドユニット1402、第3列目のヘッドユニット1403、そして第4列目のヘッドユニット1404の、4ユニットが千鳥状に配置されたヘッドユニット1400を備えている。そして、図5Aで表されるように、ステージ120をヘッドベース1100に対してX方向に移動させながら各ヘッドユニット1400から構成材料を吐出させて材料層構成部50(材料層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。材料層構成部50の形成手順については後述する。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット1401〜1404に備える構成材料吐出部1230は、吐出駆動部1230bを介して構成材料供給ユニット1210に供給チューブ1220で繋がれる構成となっている。
As shown in FIG. 4, a plurality of
Although not shown, the constituent
図4に示すように、構成材料吐出部1230は吐出ノズル1230aから、ステージ120上に載置された試料プレート121上に向けて三次元造形物の構成材料である材料Mが吐出される。ヘッドユニット1401では、材料Mが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット1402では、材料Mが連続体状で供給される吐出形態を例示している。材料Mの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では材料Mは液滴状で吐出される形態により説明する。
As shown in FIG. 4, the constituent
吐出ノズル1230aから液滴状に吐出された材料Mは、略重力方向に飛翔し、試料プレート121上に着弾する。ステージ120は移動し、着弾した材料Mにより材料層構成部50が形成される。この材料層構成部50の集合体が、試料プレート121上に形成される三次元造形物500の材料層310(図1参照)として形成される。
The material M discharged in the form of droplets from the
次に、材料層構成部50の形成手順について、図5及び図6を用いて説明する。
図5は、本実施形態のヘッドユニット1400の配置と、材料層構成部50の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図6は、材料層構成部50の形成形態を概念的に表す側面図である。
Next, the formation procedure of the material
FIG. 5 is a plan view for conceptually explaining the relationship between the arrangement of the
まず、ステージ120が+X方向に移動すると、複数の吐出ノズル1230aから材料Mが液滴状に吐出され、試料プレート121の所定の位置に材料Mが配置され、材料層構成部50が形成される。
より具体的には、まず、図6Aで表されるように、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから試料プレート121の所定の位置に一定の間隔で材料Mを配置させる。
First, when the
More specifically, first, as shown in FIG. 6A, the material M is arranged at a predetermined interval from the plurality of
次に、図6Bで表されるように、ステージ120を図1に示す−X方向に移動させながら、一定の間隔で配置された材料Mの間を埋めるように新たに材料Mを配置させる。
ただし、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから試料プレート121の所定の位置に材料Mが重なるように(間隔を空けないように)配置させる構成(ステージ120のX方向における往復移動で材料層構成部50を形成する構成ではなく、ステージ120のX方向における片側の移動のみで材料層構成部50を形成する構成)としても良い。
Next, as illustrated in FIG. 6B, the material M is newly arranged so as to fill the space between the materials M arranged at regular intervals while moving the
However, a configuration in which the material M overlaps a predetermined position of the
上記のように材料層構成部50を形成することによって、図5Aで表されるような、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のX方向における1ライン分(Y方向における1ライン目)の材料層構成部50(材料層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。
By forming the material
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における2ライン目の材料層構成部50’(材料層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをPとすると、P/n(nは自然数)ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。本実施例ではnを3として説明する。
図6A及び図6Bで表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図5Bで表されるような、Y方向における2ライン目の材料層構成部50’(材料層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)が形成される。
Next, in order to form the material
By performing the same operation as described above as shown in FIG. 6A and FIG. 6B, the material
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における3ライン目の材料層構成部50’’ (材料層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、P/3ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。
そして、図6A及び図6Bで表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図5Cで表されるような、Y方向における3ライン目の材料層構成部50’’ (材料層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)が形成され、材料層310を得ることができる。
Next, the material
Then, by performing the same operation as described above as shown in FIG. 6A and FIG. 6B, the material
また、構成材料吐出部1230から吐出される材料Mを、ヘッドユニット1401、1402、1403、1404のいずれか1ユニット、あるいは2ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置2000を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物を得ることができる。
Further, the material M discharged from the component
なお、第1層目の層501において、上述したように材料層310を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料を吐出させて、同様の方法で、支持層300を形成することができる。そして、層501に積層させて層502、503、・・・50nを形成する際にも、同様に、材料層310及び支持層300を形成することができる。なお、支持層300は焼結されなくてもよいが、レーザー照射部3100及びガルバノミラー3000を用いて焼結されることが望ましい。
Note that, in the
上述の本実施形態に係る形成装置2000が備えるヘッドユニット1400及び1900の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図7に、その例として、ヘッドベース1100に配置されるヘッドユニット1400の、その他の配置の例を模式図的に示す。
The number and arrangement of the
図7Aは、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400をX軸方向に複数、並列させた形態を示す。図7Bは、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。
FIG. 7A shows a form in which a plurality of
次に、加熱部(加熱部ベース880)による材料層310の加熱について説明する。
図8は加熱部ベース880を構成するバーナー840の上方からの(+Z方向から見た)概略透視図であり、図9は加熱部ベース880の(−Y方向から見た)概略図である。
Next, heating of the
FIG. 8 is a schematic perspective view from the upper side of the
図8で表されるように、本実施例のバーナー840は、炎Fの噴射口870(加熱エネルギーを発射する発射口)が下面(レーザー照射部810とは反対側の面)に複数設けられている。そして、バーナーコントローラー850の制御によって、これらの複数の噴射口870からの炎Fの噴射のオン及びオフをすることにより、炎Fの噴射領域を可変な構成になっている。例えば、バーナー840に設けられた全噴射口870をオンにすることにより、炎Fの噴射領域を領域R1(バーナー840の下面全体)とすることができるとともに、バーナー840に設けられた噴射口870の一部のみをオンにすることにより、炎Fの噴射領域を領域R2(バーナー840の下面の一部)とすることができる。このような構成により、炎Fの噴射領域の大きさだけでなく形状も可変になっており、すなわち、周辺領域H2としての加熱領域の大きさ及び形状が可変になっている。
As shown in FIG. 8, the
また、図8及び図9で表されるように、バーナー840の中央部には、上面から下面に抜ける孔部860が形成されている。このため、図9で表されるように、孔部860を介して、バーナー840は、レーザー照射部810から照射されるレーザーLを通過させることが可能になっている。このような構成により、本実施例の加熱部ベース880は、レーザー照射部810から照射されるレーザーLによる加熱領域H1(焼結領域又は溶融領域)を所望の温度(材料層310を焼結又は溶融させる温度)にすることができるとともに、その周辺領域H2を材料が飛散することを抑制可能な温度にすることができる。
ここで、加熱領域H1の加熱温度は材料層310を焼結させる温度とし周辺領域H2の加熱温度は材料層310を溶融も焼結もさせない温度(溶媒、バインダーの少なくとも一方を除去する温度)とすることができる。
また、加熱領域H1の加熱温度は材料層310を溶融させる温度とし周辺領域H2の加熱温度は材料層310を溶融させない温度(溶媒、バインダーの少なくとも一方を除去する温度。材料層310を焼結させてもよい。)とすることができる。
また、加熱領域H1の加熱温度は材料層310を焼結させる温度とし、周辺領域H2の加熱温度は加熱領域H1の加熱温度よりも低い温度で焼結(加熱領域H1による焼結状態よりも相対的に弱い結合力で粉末が固まった焼結)させることができる。
Also, as shown in FIGS. 8 and 9, a
Here, the heating temperature of the heating region H1 is a temperature at which the
The heating temperature in the heating region H1 is a temperature at which the
The heating temperature of the heating region H1 is set to a temperature at which the
上記のように、本実施例の形成装置2000は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置である。そして、三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む構成材料を用いて三次元造形物の材料層310を形成する材料層形成部としての構成材料吐出部1230を備えている。また、材料層310のうちの三次元造形物の構成領域に対応する加熱領域H1(焼結領域又は溶融領域)を加熱可能なレーザー照射部810と、レーザー照射部810による加熱時における該レーザー照射部810による加熱領域H1の周辺領域H2を加熱可能なバーナー840と、を備えている。このため、焼結領域又は溶融領域である第1加熱部(レーザー照射部810)による加熱領域H1とその周辺部(周辺領域H2)との温度差を小さくすることができ、材料層310を形成する構成材料が飛散することを抑制することができる構成になっている。したがって、高精度な三次元造形物を製造することができる構成になっている。
As described above, the forming
また、上記のように、本実施例における第1加熱部は、レーザー照射部810であるため、焼結領域又は溶融領域である第1加熱部による加熱領域H1を精度よく焼結又は溶融させることができ、特に高精度な三次元造形物を製造することができる。
Further, as described above, since the first heating unit in the present embodiment is the
また、上記のように、本実施例における第2加熱部は、バーナーであるため、第1加熱部による加熱領域H1よりも広い範囲を簡単に加熱することができる。
なお、第2加熱部がヒーターである場合も、同様に、第1加熱部による加熱領域H1よりも広い範囲を簡単に加熱することができる。
ただし、特にバーナーは小型化しやすく、低コストであり、待機時間も短いという長所がある。
Further, as described above, since the second heating unit in the present embodiment is a burner, it is possible to easily heat a wider range than the heating region H1 by the first heating unit.
In addition, when the second heating unit is a heater, similarly, a range wider than the heating region H1 by the first heating unit can be easily heated.
However, the burner is particularly advantageous in that it is easy to miniaturize, is low in cost, and has a short standby time.
また、上記のように、本実施例におけるバーナー840は、複数の噴射口870からの炎Fの噴射のオン及びオフをすることにより、該バーナー840による加熱領域(周辺領域H2)の形状及び範囲の少なくとも一方を可変である。このため、このような簡単な構成で、三次元造形物の形状や大きさ、或いは、構成材料の種類などに応じて、バーナー840による加熱領域の形状及び範囲を適切に調整することができる。
In addition, as described above, the
また、本実施例の加熱部ベース880は、レーザー照射部810とバーナー840との位置が固定された状態で移動する構成となっている。すなわち、本実施例の形成装置2000は、レーザー照射部810の加熱領域H1を移動させて焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、バーナー840による加熱領域(周辺領域H2)はレーザー照射部810による加熱領域H1の移動とともに移動する構成となっている。このように、レーザー照射部810とバーナー840との両方を移動させて三次元造形物を製造する構成となっているため、バーナー840による加熱領域(周辺領域H2)の大きさを適度な大きさに抑制することができるので、バーナー840の加熱領域を大きくする負荷を抑制することができる。
Further, the
しかしながら、第1加熱部と第2加熱部とを別体として設け、第1加熱部は加熱領域H1を移動させて焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、第2加熱部による加熱領域は固定されているとともに第1加熱部による加熱領域の移動範囲を含む構成(例えば、資料プレート121全体を加熱可能な構成)としてもよい。このような構成とすることで、第2加熱部を固定し第1加熱部のみを移動させて三次元造形物を製造することができる。すなわち、第2加熱部の移動機構を設ける必要が無いので、装置構成を簡単にすることができる。 However, the first heating unit and the second heating unit are provided separately, and the first heating unit can move the heating region H1 to heat the sintering region or the melting region, and the heating region by the second heating unit is It is good also as a structure (for example, the structure which can heat the whole data plate 121) including the movement range of the heating area | region by the 1st heating part while being fixed. By setting it as such a structure, a 2nd heating part can be fixed and only a 1st heating part can be moved, and a three-dimensional molded item can be manufactured. That is, since it is not necessary to provide a moving mechanism for the second heating unit, the apparatus configuration can be simplified.
さらには、レーザー照射部810とバーナー840の両方を共に移動可能であるとともに、バーナー840の位置に対してレーザー照射部810の位置を所定範囲で変更可能な構成としてもよい。
Further, both the
次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について説明する。
図10は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一部の一例を表す概略図であり、第1層目の層501の材料層310を加熱(焼結)する際の概略図である。
Next, an example of a method for manufacturing a three-dimensional structure performed using the forming
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a part of a manufacturing process of a three-dimensional structure performed using the forming
図10Aは、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730を使用して試料プレート121の上に第1層目の層501を形成した状態を表している。さらに、試料プレート121に対する加熱部ベース880の位置が、図10Aで表されるような、材料層310に対するレーザー照射部810による加熱領域H1及びバーナー840による加熱領域(周辺領域H2)の位置となるように、ステージ120を移動させた状態を表している。
FIG. 10A shows a state in which the
図10Bは、図10Aで表される位置からステージ120を−X方向に移動させつつ、レーザー照射部810により加熱領域H1を加熱しバーナー840により周辺領域H2を加熱した状態を表している。図10Bは、併せて、ステージ120の移動に伴って加熱された材料層310の加熱領域H1が焼結されて焼結層320が形成された状態を表している。
FIG. 10B shows a state in which the heating region H1 is heated by the
その後、ステージ120を+Y方向に移動させ、ステージ120を+X方向に移動させつつ、レーザー照射部810により加熱領域H1を加熱しバーナー840により周辺領域H2を加熱した状態を、図10Cでは、表している。
Thereafter, the
そして、図10Dは、図10Aで表される状態から図10Cで表される状態までに行われた動作を繰り返すことで、第1層目の層501分の材料層310の全領域を焼結した状態を表している。
さらに、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図10Aで表される状態から図10Dで表される状態までに行われた動作を繰り返すことで、第1層目の層501から所定の層50nまで材料層310を形成しつつこれを焼結し、三次元造形物を製造する。
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法では、三次元造形物の構成領域と材料層310の形成領域とが一致し、材料層310の全領域を該三次元造形物の構成領域として焼結している。しかしながら、本実施例の形成装置2000は、材料層310の一部領域が三次元造形物の構成領域となるように、材料層310を該三次元造形物の構成領域よりも大きく形成し、該三次元造形物の構成領域に対応する材料層310の一部領域のみを焼結させることも可能である。
10D sinters the entire region of the
Furthermore, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment repeats the operations performed from the state shown in FIG. 10A to the state shown in FIG. This is sintered while forming the
In the three-dimensional structure manufacturing method of the present embodiment, the configuration area of the three-dimensional structure matches the formation area of the
次に、上記形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例(図10に対応する例)についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図11は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。
Next, an example of a method for manufacturing a three-dimensional structure performed using the forming apparatus 2000 (an example corresponding to FIG. 10) will be described using a flowchart.
Here, FIG. 11 is a flowchart of the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment.
図11で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップS110で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物の形状を表すデータを取得する。 As shown in FIG. 11, in the three-dimensional structure manufacturing method of the present embodiment, first, in step S <b> 110, data of the three-dimensional structure is acquired. Specifically, for example, data representing the shape of the three-dimensional structure is acquired from an application program or the like executed on a personal computer.
次に、ステップS120で、層毎のデータを作成する。詳細には、三次元造形物の形状を表すデータにおいて、Z方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータ(断面データ)を生成する。
この際、生成されるビットマップデータは、三次元造形物の構成領域(材料層310の形成領域)と三次元造形物の非構成領域(支持層300の形成領域)とで区別されたデータになっている。
Next, in step S120, data for each layer is created. Specifically, in the data representing the shape of the three-dimensional structure, it is sliced according to the modeling resolution in the Z direction, and bitmap data (cross section data) is generated for each section.
At this time, the generated bitmap data is data that is distinguished by the configuration area of the three-dimensional structure (formation area of the material layer 310) and the non-configuration area of the three-dimensional structure (formation area of the support layer 300). It has become.
次に、ステップS130で、形成しようとする層のデータが、三次元造形物の非形成領域(支持層300)を形成するデータか三次元造形物の形成領域(材料層310)を形成するデータかを判断する。なお。この判断は制御ユニット400に備えられた制御部により行われる。
本ステップで、支持層300を形成するデータと判断された場合はステップS140に進み、材料層310を形成するデータと判断された場合はステップS150に進む。
Next, in step S130, the data of the layer to be formed is data for forming a non-formation region (support layer 300) of the three-dimensional structure or data for forming a formation region (material layer 310) of the three-dimensional structure. Determine whether. Note that. This determination is made by a control unit provided in the
If it is determined in this step that the data forms the
ステップS140では、支持層300を形成するデータに基づいて支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料を吐出することにより、支持層形成用材料を供給(支持層300を形成)する。
そして、ステップS140で支持層形成用材料を吐出すると、ステップS160で、レーザー照射部3100及びガルバノミラー3000を用いてレーザーLを照射(エネルギー付与)して支持層300を焼結させる。ただし、本ステップ(ステップS160)は、省略してもよい。
さらには、本実施例の三次元造形物の製造方法では、ステップS140で支持層300を形成しているが、支持層300を形成することなく材料層310を形成してもよく、ステップS140を省略することも可能である。別の表現をすると、形成装置2000の構成から支持層形成用材料供給装置1700、レーザー照射部3100及びガルバノミラー3000を省略することも可能である。
In step S140, the support layer forming material is supplied from the support layer forming
Then, when the support layer forming material is discharged in step S140, the
Furthermore, in the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment, the
一方、ステップS150では、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出することにより、構成材料を供給(材料層310を形成)する。
そして、ステップS150で構成材料を吐出すると、ステップS170で、レーザー照射部810により加熱領域H1(焼結領域又は溶融領域)を加熱し、バーナー840により周辺領域H2を加熱する。なお、本ステップは、不活性ガスや触媒ガス雰囲気の下で行うことが特に好ましい。
On the other hand, in step S150, the constituent material is supplied from the constituent
When the constituent material is discharged in step S150, in step S170, the heating region H1 (sintered region or molten region) is heated by the
そして、ステップS180により、ステップS120において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物の造形が終了するまで、ステップS130からステップS180までが繰り返される。
そして、ステップS180の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
In step S180, steps S130 to S180 are repeated until the modeling of the three-dimensional structure based on the bitmap data corresponding to each layer generated in step S120 is completed.
And with the completion | finish of step S180, the manufacturing method of the three-dimensional structure of a present Example is complete | finished.
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法である。そして、三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む構成材料を用いて三次元造形物の材料層310を形成する材料層形成工程(ステップS150に対応)と、材料層310のうちの三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域をレーザー照射部810で加熱しつつ、該レーザー照射部810による加熱領域H1の周辺領域H2をバーナー840で加熱する加熱工程(ステップS170に対応)と、を有する。このため、焼結領域又は溶融領域であるレーザー照射部810による加熱領域H1とその周辺部(周辺領域H2)との温度差を小さくすることができ、材料層310を形成する構成材料が飛散することを抑制することができる。したがって、高精度な三次元造形物を製造することができる。
As described above, the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment is a method for manufacturing a three-dimensional structure that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers. And the material layer formation process (corresponding to step S150) which forms
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the embodiments described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or one of the above-described effects. In order to achieve part or all, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
50、50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g及び50h…材料層構成部、
110…基台、111…駆動装置、120…ステージ、121…試料プレート、
130…ヘッドベース支持部、300…支持層、310…材料層、320…焼結層、
400…制御ユニット、410…ステージコントローラー、500…三次元造形物、
501、502及び503…層、730…ヘッドベース支持部、
810…レーザー照射部(第1加熱部)、820…レーザーコントローラー、
830…加熱部ベース支持部、840…バーナー(第2加熱部)、
850…バーナーコントローラー、860…孔部、870…噴射口(発射口)、
880…加熱部ベース、1100…ヘッドベース、1200…構成材料供給装置、
1210…構成材料供給ユニット、1210a…構成材料収容部、
1220…供給チューブ、1230…構成材料吐出部(材料層形成部)、
1230a…吐出ノズル、1230b…吐出駆動部、1400…ヘッドユニット、
1400a…保持治具、
1401、1402、1403及び1404…ヘッドユニット、
1500…材料供給コントローラー、1600…ヘッドベース、
1700…支持層形成用材料供給装置、1710…支持層形成用材料供給ユニット、
1710a…支持層形成用材料収容部、1720…供給チューブ、
1730…支持層形成用材料吐出部、1730a…吐出ノズル、
1730b…吐出駆動部、1900…ヘッドユニット、1900a…保持治具、
2000…形成装置(三次元造形物の製造装置)、3000…ガルバノミラー、
3100…レーザー照射部、F…炎、H1…レーザー照射部810による加熱領域、
H2…加熱領域H1の周辺領域、L…レーザー、M…材料(構成材料)、
O…三次元造形物の完成体、R1…炎Fの噴射領域、R2…炎Fの噴射領域
50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f, 50g, and 50h ... material layer constituent part,
110 ... Base, 111 ... Drive device, 120 ... Stage, 121 ... Sample plate,
130 ... head base support part, 300 ... support layer, 310 ... material layer, 320 ... sintered layer,
400 ... control unit, 410 ... stage controller, 500 ... three-dimensional structure,
501, 502 and 503 ... layer, 730 ... head base support,
810 ... Laser irradiation part (first heating part), 820 ... Laser controller,
830 ... heating unit base support unit, 840 ... burner (second heating unit),
850 ... burner controller, 860 ... hole, 870 ... injection port (launch port),
880 ... heating unit base, 1100 ... head base, 1200 ... constituent material supply device,
1210 ... Constituent material supply unit, 1210a ... Constituent material container,
1220 ... Supply tube, 1230 ... Constituent material discharge part (material layer forming part),
1230a ... discharge nozzle, 1230b ... discharge drive unit, 1400 ... head unit,
1400a: holding jig,
1401, 1402, 1403 and 1404 ... head unit,
1500 ... Material supply controller, 1600 ... Head base,
1700: Support layer forming material supply device, 1710: Support layer forming material supply unit,
1710a: Support layer forming material container, 1720: Supply tube,
1730: Material discharge part for forming a support layer, 1730a: Discharge nozzle,
1730b ... Discharge drive unit, 1900 ... head unit, 1900a ... holding jig,
2000 ... forming apparatus (manufacturing apparatus for three-dimensional structure), 3000 ... galvanometer mirror,
3100: Laser irradiation unit, F: Flame, H1: Heating region by
H2 ... Peripheral region of the heating region H1, L ... Laser, M ... Material (component material),
O ... Completed three-dimensional structure, R1 ... Flame F injection region, R2 ... Flame F injection region
Claims (8)
三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む構成材料を用いて三次元造形物の材料層を形成する材料層形成部と、
前記材料層のうちの三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域を加熱可能な第1加熱部と、
前記第1加熱部による加熱時における該第1加熱部による加熱領域の周辺領域を加熱可能な第2加熱部と、
を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 A three-dimensional structure manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional structure by laminating layers,
A material layer forming unit that forms a material layer of the three-dimensional structure using a constituent material including a powder that constitutes the three-dimensional structure, a solvent, and a binder;
A first heating unit capable of heating a sintered region or a melted region corresponding to a constituent region of the three-dimensional structure in the material layer;
A second heating unit capable of heating a peripheral region of a heating region by the first heating unit at the time of heating by the first heating unit;
An apparatus for producing a three-dimensional structure, comprising:
前記第1加熱部は、レーザー照射部であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure described in claim 1,
The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the first heating unit is a laser irradiation unit.
前記第2加熱部は、バーナー又はヒーターであることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to claim 1 or 2,
The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the second heating unit is a burner or a heater.
前記第2加熱部は、該第2加熱部による加熱領域の形状及び範囲の少なくとも一方を可変であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 3,
The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the second heating unit is variable in at least one of a shape and a range of a heating region by the second heating unit.
前記第2加熱部は、複数の加熱エネルギーの発射口を備え、加熱エネルギーを発射する発射口を変更することにより加熱領域の形状及び範囲の少なくとも一方を可変であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure described in claim 4,
The second heating unit includes a plurality of heating energy launch ports, and is capable of changing at least one of a shape and a range of the heating region by changing a launch port that emits the heating energy. Manufacturing equipment.
前記第1加熱部は、加熱領域を移動させて前記焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、
前記第2加熱部による加熱領域は、固定されているとともに、前記第1加熱部による加熱領域の移動範囲を含むことを特徴とする三次元造形物の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 5,
The first heating unit can move the heating region to heat the sintering region or the melting region,
The heating area by the second heating unit is fixed and includes a moving range of the heating area by the first heating unit.
前記第1加熱部は、加熱領域を移動させて前記焼結領域又は溶融領域を加熱可能であり、
前記第2加熱部による加熱領域は、前記第1加熱部による加熱領域の移動とともに移動することを特徴とする三次元造形物の製造装置。 In the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 5,
The first heating unit can move the heating region to heat the sintering region or the melting region,
The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the heating region by the second heating unit moves together with the movement of the heating region by the first heating unit.
三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む構成材料を用いて三次元造形物の材料層を形成する材料層形成工程と、
前記材料層のうちの三次元造形物の構成領域に対応する焼結領域又は溶融領域を第1加熱部で加熱しつつ、該第1加熱部による加熱領域の周辺領域を第2加熱部で加熱する加熱工程と、を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 It is a manufacturing method of a three-dimensional structure that manufactures a three-dimensional structure by laminating layers,
A material layer forming step of forming a material layer of the three-dimensional structure using a constituent material including a powder constituting the three-dimensional structure, a solvent, and a binder;
While heating the sintering area | region or fusion | melting area | region corresponding to the structure area | region of the three-dimensional structure in the said material layer with a 1st heating part, the surrounding area | region of the heating area | region by this 1st heating part is heated with a 2nd heating part. A method of manufacturing a three-dimensional structure.
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US11420384B2 (en) | 2017-10-03 | 2022-08-23 | General Electric Company | Selective curing additive manufacturing method |
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