JP2017159563A - Lamination molding apparatus and lamination molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元積層造形技術に関し、特に、複数の材料を用いて造形する積層造形装置および積層造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional additive manufacturing technique, and more particularly, to an additive manufacturing apparatus and additive manufacturing method for forming an object using a plurality of materials.
3次元CAD(Computer Aided Design)データを層分割し、分割した層毎に層の上に層を積むように材料を付加しながら層間を付着させて、3次元構造体を数値表現から製造する方法は、国際規格でAdditive Manufacturingと定義されている。1980年代に発明されたこの製造方法は、一般的には3Dプリンタ(スリー ディー プリンタ)と呼ばれる。3Dプリンタは、3次元CADデータがあれば、金型を使わずに複雑な形状を容易に製造できることから、近年、新たなものづくり手法として注目されている。 3D CAD (Computer Aided Design) data is divided into layers, and a layer is attached to each divided layer while adding materials so that the layers are stacked on top of each other. In the international standard, it is defined as Additive Manufacturing. This manufacturing method invented in the 1980's is generally called a 3D printer (3D printer). In recent years, 3D printers are attracting attention as a new manufacturing method because they can easily manufacture complex shapes without using a mold if there is 3D CAD data.
3Dプリンタでは、切削による除去的な加工や、型に材料を流し込んで固める成形加工とは異なり、メッシュ形状やポーラス形状をはじめとする、かつては製造が難しかった形状を容易に正確に製造できる。更には、複数の種類の材料を同一の層内に自由に配置させた造形を容易とすることも期待されている。複数の材料を用いた造形により、それぞれの材料の特性を活かした新たな機能を付与した3次元構造体が実現できるからである。 In 3D printers, shapes that were once difficult to manufacture, such as mesh shapes and porous shapes, can be easily and accurately manufactured, unlike removal processing by cutting and molding processing in which a material is poured into a mold and hardened. Furthermore, it is also expected to facilitate modeling in which a plurality of types of materials are freely arranged in the same layer. This is because a three-dimensional structure having a new function utilizing the characteristics of each material can be realized by modeling using a plurality of materials.
例えば、導電材料と絶縁材料とを複合させることで、電子回路の機能を有する3次元構造体が実現する。また、硬質な材料と柔軟な材料とを複合させることで、強度と柔軟性の両立した機能を有する3次元構造体が実現する。そして、これらの機能は新規材料の開発をせずとも容易に実現することができる。 For example, a three-dimensional structure having a function of an electronic circuit is realized by combining a conductive material and an insulating material. In addition, by combining a hard material and a flexible material, a three-dimensional structure having a function having both strength and flexibility can be realized. These functions can be easily realized without developing new materials.
特性の異なる材料を同一層内に造形する方法が、特許文献1に開示されている。この方法によれば、溶融形態の第1の熱凝固性材料を第1の押出し温度で所定のパターンで供給して3次元構造体を規定し、同時に、溶融形態の第2の熱凝固性材料を第2の押出し温度で分配して該3次元構造体のための支持構造を規定する。
しかしながら、特許文献1の方法では、それぞれの材料の融点の違いにより、融点の高い材料を溶融し固化して造形する際に、隣接する融点の低い材料が再溶解してしまい、目的とする形状が精度良く得られない。即ち、特許文献1の方法は、それぞれの材料が隣接して造形される場合に、融点の低い材料では、熱による反りや変形や変質が生じるため、寸法精度が求められる構造体や、反りや変形が起こりやすい薄肉の構造体の造形には適用できないという課題を有している。
However, in the method of
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の材料を同一の層内に造形して積層する3次元積層造形において、熱による反りや変形や変質を抑制した精度の良い造形を可能とすることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to suppress warping, deformation and alteration due to heat in three-dimensional additive manufacturing in which a plurality of materials are formed and stacked in the same layer. This is to enable accurate modeling.
本発明の積層造形装置は、第1の材料を層内の所定の位置に供給する第1の材料供給部と、前記第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、同じ前記層内の別の所定の位置に供給する第2の材料供給部と、第3の材料を前記第2の材料の表面上で同じ前記層内に供給する第3の材料供給部と、を有する。 The additive manufacturing apparatus according to the present invention includes a first material supply unit that supplies a first material to a predetermined position in a layer, and a second material having a melting point lower than that of the first material in the same layer. A second material supply unit that supplies the second material to another predetermined position, and a third material supply unit that supplies a third material into the same layer on the surface of the second material.
本発明の積層造形方法は、第1の材料を層内の所定の位置に供給し、前記第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、同じ前記層内の別の所定の位置に供給し、第3の材料を前記第2の材料の表面上で同じ前記層内に供給する。 The additive manufacturing method of the present invention supplies a first material to a predetermined position in a layer, and a second material having a melting point lower than that of the first material to another predetermined position in the same layer. And a third material is fed into the same layer on the surface of the second material.
本発明によれば、複数の材料を同一の層内に造形して積層する3次元積層造形において、熱による反りや変形や変質を抑制した精度の良い造形が可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the three-dimensional additive manufacturing which shape | molds and laminates | stacks a several material in the same layer, the accurate modeling which suppressed the curvature by a heat | fever, a deformation | transformation, and a quality change is attained.
以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の積層造形装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の積層造形装置10は、第1の材料を層内の所定の位置に供給する第1の材料供給部11を有する。さらに、前記第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、同じ前記層内の別の所定の位置に供給する第2の材料供給部12を有する。さらに、第3の材料を前記第2の材料の表面上で同じ前記層内に供給する第3の材料供給部13を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the preferred embodiments described below are technically preferable for carrying out the present invention, but the scope of the invention is not limited to the following.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention. The additive manufacturing apparatus 10 according to the present embodiment includes a first
積層造形装置10によれば、融点の低い第1の材料と融点の高い第3の材料とを同一の層内に造形する際に、第1の材料よりも融点の低い第2の材料が第3の材料の層間を接続するため、第1の材料の融点以下での3次元構造体の造形が可能となる。よって、3次元構造体は、熱による反りや変形や変質が抑制される。 According to the additive manufacturing apparatus 10, when the first material having a low melting point and the third material having a high melting point are formed in the same layer, the second material having a melting point lower than that of the first material is the first material. Since the layers of the three materials are connected, a three-dimensional structure can be formed at a temperature equal to or lower than the melting point of the first material. Therefore, warpage, deformation, and alteration due to heat are suppressed in the three-dimensional structure.
以上のように、本実施形態によれば、複数の材料を同一の層内に造形して積層する3次元積層造形において、熱による反りや変形や変質を抑制した精度の良い造形が可能となる。
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態の積層造形装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の積層造形装置20は、層を積層して3次元構造体を造形する積層造形装置において、第1の材料供給部21と、第2の材料供給部22と、第3の材料供給部23と、加熱部24と、造形ステージ25と、制御部26とを有する。
As described above, according to the present embodiment, in three-dimensional additive manufacturing in which a plurality of materials are formed and stacked in the same layer, it is possible to perform accurate modeling that suppresses warping, deformation, and alteration due to heat. .
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the additive manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention. The additive manufacturing apparatus 20 of the present embodiment is a additive manufacturing apparatus that laminates layers to form a three-dimensional structure, and includes a first material supply unit 21, a second material supply unit 22, and a third material supply. A unit 23, a
第1の材料供給部21は、第1の材料を、造形ステージ25上に積層される層内の所定の位置に供給する。第2の材料供給部22は、第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、第1の材料と同じ層内の別の所定の位置に供給する。第3の材料供給部23は、第3の材料を、第2の材料の表面上で、第1の材料と同じ層内に供給する。 The first material supply unit 21 supplies the first material to a predetermined position in a layer stacked on the modeling stage 25. The second material supply unit 22 supplies a second material having a lower melting point than the first material to another predetermined position in the same layer as the first material. The third material supply unit 23 supplies the third material into the same layer as the first material on the surface of the second material.
第3の材料は第1の材料よりも融点が高いとする。また、第2の材料は流動性を有するとする。また、第1の材料は絶縁性を有し、第2の材料と第3の材料は導電性を有するとする。 The third material has a higher melting point than the first material. The second material is assumed to have fluidity. The first material is insulative, and the second material and the third material are conductive.
加熱部24は、第2の材料もしくは第3の材料が層内の所定の位置に供給される際に、第2の材料もしくは第3の材料を第1の材料の融点以下で第2の材料の融点以上に加熱する。これにより、第2の材料が第2の材料の融点以上の温度に加熱される。また、第3の材料を加熱する場合は、第2の材料の第3の材料との界面部分の温度を第2の材料の融点以上にすることができる。以上により、第2の材料の全体もしくは第3の材料と接する表面部分が溶融するため、第2の材料と第3の材料との密着を強くすることができる。
When the second material or the third material is supplied to a predetermined position in the layer, the
また、この時、第1の材料の温度は第1の材料の融点以上にはならないため、第1の材料の熱による反りや変形や変質は抑制される。また、第2の材料は流動性を有するため、加熱部24の加熱がなくても、第2の材料と第3の材料の密着を確保することができる。
At this time, since the temperature of the first material does not exceed the melting point of the first material, warpage, deformation, and alteration of the first material due to heat are suppressed. In addition, since the second material has fluidity, it is possible to ensure adhesion between the second material and the third material without the
造形ステージ25は、以上のような第1の材料と第2の材料と第3の材料とを有する層を積層して、所定の3次元構造体を造形するためのステージである。造形ステージ25は、3次元構造体を造形する上での必要な動作、すなわち、前後や左右や上下の移動や、傾斜などを行うためのアクチュエータを備えることができる。なお、造形ステージ25に積層される各層は、必ずしも常に第1の材料と第2の材料と第3の材料とを有する必要は無く、例えば、所定の層が第1の材料だけで形成されていても、別の層が第3の材料だけで形成されていてもよい。 The modeling stage 25 is a stage for modeling a predetermined three-dimensional structure by laminating layers having the first material, the second material, and the third material as described above. The modeling stage 25 can include an actuator for performing a necessary operation for modeling a three-dimensional structure, that is, forward / backward, left / right, up / down movement, inclination, and the like. Each layer laminated on the modeling stage 25 does not always need to have the first material, the second material, and the third material. For example, the predetermined layer is formed only by the first material. Alternatively, another layer may be formed of only the third material.
制御部26は、3次元構造体を造形するために、第1の材料供給部21や第2の材料供給部22や第3の材料供給部23や加熱部24や造形ステージ25を制御し連携させる機能を有する。すなわち、造形ステージ25に供給する材料の種類や供給量や供給位置や供給タイミング、加熱の温度や位置や時間、造形に対応した造形ステージ25の昇降量や前後左右への移動量や傾きなど、3次元構造体の積層造形に関わる制御を行なう。
The
制御部26は、サーバなどの情報処理装置をプログラムにより動作させて実現することができる。このプログラムによる動作は、造形物の3次元CADデータに基づいて設定される。この設定に基づいて層を積層することによって、3次元構造体を造形することができる。
The
図3は、本実施形態の積層造形装置20の詳しい構成を説明する図である。以下の説明では、3次元構造体として電子回路の機能を有する3次元構造体を製造することを想定し、これに対応した第1の材料と第2の材料と第3の材料を例にしているが、本実施形態はこれには限定されない。 FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of the additive manufacturing apparatus 20 according to the present embodiment. In the following description, it is assumed that a three-dimensional structure having a function of an electronic circuit is manufactured as a three-dimensional structure, and the first material, the second material, and the third material corresponding thereto are taken as an example. However, the present embodiment is not limited to this.
図3のように3次元構造体は、第1の材料による部分と第2と第3の材料による部分とを有する。第1の材料による部分は絶縁性を有し、第2と第3の材料による部分は導電性を有する。第2の材料と第3の材料とは交互に積層されて密着している。第2の材料が密着層としての役割を有し、第3の材料が主たる導電性を有する。よって、第2の材料は第3の材料に比べて薄くてよい。 As shown in FIG. 3, the three-dimensional structure has a portion made of the first material and portions made of the second and third materials. The portion made of the first material has insulation, and the portions made of the second and third materials have conductivity. The second material and the third material are alternately stacked and adhered. The second material has a role as an adhesion layer, and the third material has main conductivity. Therefore, the second material may be thinner than the third material.
図3は、第1の材料による部分と第2と第3の材料による部分との上に、新たに造形層を積層している状態を示している。造形層は、第1の材料の積層領域と第2と第3の材料の積層領域とを有する。 FIG. 3 shows a state in which a modeling layer is newly laminated on the portion made of the first material and the portions made of the second and third materials. The modeling layer has a laminated region of the first material and laminated regions of the second and third materials.
第1の材料は、絶縁性を有する。この材料としてはプラスチックが代表的である。具体例としてABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、ポリカーボネート、ポリ乳酸、アクリル、ポリエーテルイミド、ポリフェニルスルホン、ナイロン、ポリエチレン、シリコーン、エポキシ等が挙げられるが、これらには限定されない。 The first material has an insulating property. This material is typically plastic. Specific examples include, but are not limited to, ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), polycarbonate, polylactic acid, acrylic, polyetherimide, polyphenylsulfone, nylon, polyethylene, silicone, and epoxy.
第1の材料の積層方法としては、ASTM(American Society for Testing and Materials)がAdditive Manufacturingの方式として分類している方式を用いることができる。例えば、第1の材料供給部21から溶融した第1の材料を押し出し、造形ステージ25上に堆積する材料押出方式(Material extrusion)が挙げられる。また、他の方法としては、第1の材料供給部21から第1の材料の液滴を噴射し、選択的に硬化させ堆積させる材料噴射方式(Material jetting)が挙げられる。 As a method for laminating the first material, a method classified as an additive manufacturing method by ASTM (American Society for Testing and Materials) can be used. For example, there is a material extrusion method in which the first material melted from the first material supply unit 21 is extruded and deposited on the modeling stage 25. Further, as another method, there is a material jetting method (Material jetting) in which droplets of the first material are jetted from the first material supply unit 21 and selectively cured and deposited.
第1の材料の溶融、硬化については、熱可塑性樹脂であれば、溶融させた材料を所定の位置に所定量供給し、空冷によって硬化させることができる。また、熱硬化や光硬化性樹脂の場合、材料の液滴を噴射し、熱硬化性樹脂であれば加熱、光硬化性樹脂であれば紫外線等を照射することで、第1の材料を積層することができる。 Regarding the melting and curing of the first material, if it is a thermoplastic resin, a predetermined amount of the melted material can be supplied to a predetermined position and cured by air cooling. In the case of a thermosetting or photocurable resin, the first material is laminated by spraying droplets of the material and heating it if it is a thermosetting resin or irradiating ultraviolet rays or the like if it is a photocurable resin. can do.
第2の材料は、導電性を有する。また、第2の材料の融点は、第1の材料の融点よりも低くすることができる。この材料としては銀ナノペーストや銀ナノインクが挙げられるが、これらには限定されない。 The second material has conductivity. The melting point of the second material can be lower than the melting point of the first material. Examples of this material include silver nano paste and silver nano ink, but are not limited thereto.
第2の材料供給部22は、加熱部24を備え、第2の材料を加熱することができる。すなわち、第2の材料供給部22が第2の材料を供給する際に、加熱部24で第2の材料を加熱することによって第2の材料の流動性を増して、第2の材料の積層領域に供給することができる。加熱することによって、第2の材料と第3の材料との密着を強めることができる。
The second material supply unit 22 includes a
第3の材料は、導電性を有する。この材料として銅、銀、アルミが挙げられるが、これらには限定されない。第3の材料が金属である場合は、通常、その融点は第1の材料の融点よりも高い。また、第3の材料は粒状とすることができる。第3の材料はまた、粉末状、フィラー状、線状、板状等に加工しておいてもよい。 The third material has conductivity. Examples of this material include, but are not limited to, copper, silver, and aluminum. When the third material is a metal, the melting point is usually higher than the melting point of the first material. The third material can be granular. The third material may also be processed into powder, filler, line, plate, or the like.
第3の材料供給部23は、第3の材料をその先端部に吸着して運搬する機能を備える。吸着方法としては、空気を吸引して吸着する方法や、静電気により吸着する方法が可能である。また、第3の材料が強磁性体である場合には、磁力による吸着が可能である。 The 3rd material supply part 23 is equipped with the function which adsorb | sucks and conveys a 3rd material to the front-end | tip part. As an adsorption method, a method of adsorbing by sucking air or a method of adsorbing by static electricity is possible. In addition, when the third material is a ferromagnetic material, adsorption by magnetic force is possible.
なお、加熱部24の加熱方法としては、ヒータによる輻射熱やレーザ照射などが可能である。また、加熱部24は、図3では第2の材料供給部22に組み込まれているが、これには限定されない。加熱部24は、第2の材料の加熱だけではなく、第3の材料の供給時に、第3の材料を加熱するように設けることもできる。
In addition, as a heating method of the
次に、第1の材料と第2の材料と第3の材料とを、造形層に造形する動作を説明する。図4Aから図4Fは、本実施形態の積層造形装置20で3次元構造体を造形する工程を説明する図である。 Next, the operation of modeling the first material, the second material, and the third material on the modeling layer will be described. 4A to 4F are diagrams illustrating a process of modeling a three-dimensional structure with the additive manufacturing apparatus 20 of the present embodiment.
図4Aでは、既に積層されて造形された第1の材料による部分と第2と第3の材料による部分との上に、新たな造形層を造形する工程において、まず、第1の材料供給部21が第1の材料を第1の材料の積層領域に供給する。図4Aは、第1の材料が第1の材料の積層領域に供給された状態を示す。 In FIG. 4A, in the step of modeling a new modeling layer on the first material portion and the second and third material portions that have already been stacked and modeled, first, the first material supply unit 21 supplies the first material to the stack region of the first material. FIG. 4A shows a state in which the first material is supplied to the stacked region of the first material.
続いて、図4Bでは、第2の材料供給部22が、第2の材料を供給する第2の材料の積層領域に位置合わせされる。 Subsequently, in FIG. 4B, the second material supply unit 22 is aligned with the stacked region of the second material that supplies the second material.
続いて、図4Cでは、第2の材料供給部22が、第2の材料を第2の材料の積層領域に供給する。このとき、加熱部24が第2の材料を第1の材料の融点以下で第2の材料の融点以上に加熱することができる。加熱することによって、第2の材料の流動性が増し、第2の材料と第3の材料との密着を強めることができる。
Subsequently, in FIG. 4C, the second material supply unit 22 supplies the second material to the stacked region of the second material. At this time, the
図4Dは、第2の材料が第2の材料の積層領域に供給された状態を示す。 FIG. 4D shows a state in which the second material is supplied to the stacked region of the second material.
続いて、図4Eでは、第3の材料供給部23が、第3の材料を吸着し、第3の材料を供給する第3の材料の積層領域に位置合わせされる。 Subsequently, in FIG. 4E, the third material supply unit 23 adsorbs the third material and is aligned with the stacked region of the third material that supplies the third material.
図4Fは、第3の材料が第3の材料の積層領域に供給された状態を示す。このとき、加熱部24が第3の材料を第1の材料の融点以下で第2の材料の融点以上に加熱してもよい。加熱することによって、第2の材料と第3の材料との密着をより強めることができる。
FIG. 4F shows a state in which the third material is supplied to the stacked region of the third material. At this time, the
なお、第3の材料供給部23が第3の材料を第3の材料の積層領域に供給するときに、第3の材料供給部23もしくは別途設けられた加圧部で、第3の材料を第3の材料の積層領域に加圧しながら供給してもよい。加圧することで、第2の材料と第3の材料との密着をより強めることができる。 When the third material supply unit 23 supplies the third material to the stacked region of the third material, the third material is supplied by the third material supply unit 23 or a separately provided pressure unit. You may supply, pressing to the lamination | stacking area | region of the 3rd material. By pressurizing, adhesion between the second material and the third material can be further increased.
また、第3の材料供給部23が第3の材料を第3の材料の積層領域に供給するときに、第3の材料供給部23もしくは造形ステージ25に設けられた振動部で、第3の材料を振動させながら供給してもよい。振動部は、たとえば超音波振動子を用い、超音波振動子で振動を発生させて、第3の材料を振動させることができる。振動させることで、第2の材料と第3の材料との密着をより強めることができる。 In addition, when the third material supply unit 23 supplies the third material to the third material lamination region, the third material supply unit 23 or the vibration unit provided in the modeling stage 25 may The material may be supplied while vibrating. For example, an ultrasonic vibrator is used as the vibration section, and the third material can be vibrated by generating vibration with the ultrasonic vibrator. By vibrating, adhesion between the second material and the third material can be further increased.
図5は、本実施形態の積層造形装置20が表面処理部27を有する構成を説明する図である。表面処理部27は、第3の材料の表面を表面処理して、表面に凹凸を形成したり、表面を化学的に活性な状態にしたりすることができる。表面処理の方法としては、アンカー処理や、ブラスト処理や、化学処理や、プラズマ処理などが可能であるが、これらの方法には限定されない。第3の材料の表面の表面処理により、表面処理された第3の材料にさらに積層される第2の材料と第3の材料との密着をより強くすることができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration in which the additive manufacturing apparatus 20 according to this embodiment includes a surface treatment unit 27. The surface treatment unit 27 can surface-treat the surface of the third material to form irregularities on the surface or make the surface chemically active. As the surface treatment method, anchor treatment, blast treatment, chemical treatment, plasma treatment, and the like are possible, but the method is not limited to these methods. By the surface treatment of the surface of the third material, the adhesion between the second material and the third material further laminated on the surface-treated third material can be further strengthened.
図6Aと図6Bは、本実施形態の積層造形装置20が切断機構28を有する構成を説明する図である。切断機構28は、第3の材料供給部23の棒状やフィラメント状などの固形状の第3の材料を、切断して第3の材料の積層領域に供給する。切断機構28は刃物を備えており、第3の材料を所定量だけ切断することができる。また、第3の材料の切断面が波形や矩形の凹凸を有するように切断できるよう、刃物が波形や矩形の凹凸を有するようにしてもよい。これにより切断後の第3の材料の表面に凹凸が形成されるため、第2の材料との密着をより強くすることができる。 6A and 6B are diagrams illustrating a configuration in which the additive manufacturing apparatus 20 according to this embodiment includes a cutting mechanism 28. FIG. The cutting mechanism 28 cuts the solid third material such as a rod or filament of the third material supply unit 23 and supplies the third material to the stacked region of the third material. The cutting mechanism 28 includes a blade, and can cut the third material by a predetermined amount. Further, the cutter may have corrugated or rectangular irregularities so that the cut surface of the third material can be cut so as to have corrugated or rectangular irregularities. Thereby, since unevenness | corrugation is formed in the surface of the 3rd material after a cutting | disconnection, adhesion with a 2nd material can be strengthened more.
切断機構28を備えた第3の材料供給部23の第3の材料の供給方法は、次の通りである。すなわち、第3の材料供給部23が、棒状やフィラメント状などの固形状の第3の材料を所定量だけ送り出す(図6A)。続いて、切断機構28が第3の材料を所定量だけ切断し、造形層の所定の位置に供給する(図6B)。 The third material supply method of the third material supply unit 23 provided with the cutting mechanism 28 is as follows. That is, the third material supply unit 23 sends out a predetermined amount of a solid third material such as a rod or filament (FIG. 6A). Subsequently, the cutting mechanism 28 cuts the third material by a predetermined amount and supplies it to a predetermined position of the modeling layer (FIG. 6B).
図7Aと図7Bは、本実施形態の積層造形装置20が放電機構29を有する構成を説明する図である。放電機構29は、第1の材料の積層領域に対して第3の材料の積層領域が十分に小さい場合、第3の材料が第3の材料供給部23から供給される際に、放電により第3の材料を溶解させて供給するために設けられる。第3の材料を溶解させることで、第2の材料と第3の材料との密着をより強くすることができる。この時、第3の材料は第1の材料の融点以上の温度になるが、第3の材料の領域は十分に小さいので、第1の材料領域の熱による反りや変形や変質は無視できる程度とすることができる。放電方法としてはアーク放電などが可能である。 7A and 7B are diagrams illustrating a configuration in which the additive manufacturing apparatus 20 according to this embodiment includes a discharge mechanism 29. When the third material stack region is sufficiently smaller than the first material stack region, the discharge mechanism 29 is discharged by the discharge when the third material is supplied from the third material supply unit 23. 3 is provided for dissolving and supplying the material. By dissolving the third material, the adhesion between the second material and the third material can be further increased. At this time, the temperature of the third material is equal to or higher than the melting point of the first material, but the region of the third material is sufficiently small so that warpage, deformation, and alteration due to heat in the first material region can be ignored. It can be. As a discharge method, arc discharge or the like is possible.
放電機構29はまた、第3の材料が第3の材料の積層領域に供給された際に、第3の材料を第1の材料の融点以下で第2の材料の融点以上に、放電により加熱することができる。これにより第2の材料と第3の材料との密着を強くすることができる。 The discharge mechanism 29 also heats the third material by discharge to a temperature not higher than the melting point of the first material and not lower than the melting point of the second material when the third material is supplied to the laminated region of the third material. can do. Thereby, adhesion with the 2nd material and the 3rd material can be strengthened.
放電機構29を備えた第3の材料供給部23の第3の材料の供給方法は、次の通りである。すなわち、第3の材料供給部23が、棒状やフィラメント状などの固形状の第3の材料を所定量だけ送り出し、送り出された第3の材料を放電により溶解する(図7A)。続いて、溶解した第3の材料を、造形層の所定の位置に供給する(図7B)。 The third material supply method of the third material supply unit 23 including the discharge mechanism 29 is as follows. That is, the third material supply unit 23 sends out a predetermined amount of a solid third material such as a rod or filament, and melts the delivered third material by electric discharge (FIG. 7A). Then, the melt | dissolved 3rd material is supplied to the predetermined position of a modeling layer (FIG. 7B).
本実施形態の積層造形装置20によれば、融点の低い第1の材料と融点の高い第3の材料とを同一の層内に造形する際に、第1の材料よりも融点の低い第2の材料が第3の材料の層間を接続するため、第1の材料の融点以下での3次元構造体の造形が可能となる。よって、積層造形装置20で造形される3次元構造体は、熱による反りや変形や変質が抑制される。 According to the additive manufacturing apparatus 20 of the present embodiment, when modeling a first material having a low melting point and a third material having a high melting point in the same layer, the second material having a melting point lower than that of the first material. Since the first material connects the layers of the third material, the three-dimensional structure can be formed at a temperature equal to or lower than the melting point of the first material. Thus, the three-dimensional structure modeled by the layered modeling apparatus 20 is suppressed from warping, deformation, and alteration due to heat.
以上のように、本実施形態によれば、複数の材料を同一の層内に造形して積層する3次元積層造形において、熱による反りや変形や変質を抑制した精度の良い造形が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, in three-dimensional additive manufacturing in which a plurality of materials are formed and stacked in the same layer, it is possible to perform accurate modeling that suppresses warping, deformation, and alteration due to heat. .
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention.
また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
(付記1)
第1の材料を層内の所定の位置に供給する第1の材料供給部と、
前記第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、同じ前記層内の別の所定の位置に供給する第2の材料供給部と、
第3の材料を前記第2の材料の表面上で同じ前記層内に供給する第3の材料供給部と、
を有する積層造形装置。
(付記2)
前記第2の材料もしくは前記第3の材料を、前記第1の材料の融点以下で前記第2の材料の融点以上に加熱する加熱部を有する、付記1記載の積層造形装置。
(付記3)
前記第2の材料は流動性を有する、付記1または2記載の積層造形装置。
(付記4)
前記第3の材料は前記第1の材料よりも融点が高い、付記1から3の内の1項記載の積層造形装置。
(付記5)
前記第1の材料は絶縁性を有し、前記第2の材料と前記第3の材料は導電性を有する、付記1から4の内の1項記載の積層造形装置。
(付記6)
前記第3の材料の表面を表面処理する表面処理部を有する、付記1から5の内の1項記載の積層造形装置。
(付記7)
前記表面処理部は、前記第3の材料の表面に凹凸を形成する、付記6記載の積層造形装置。
(付記8)
前記第3の材料供給部は、前記第3の材料を吸着して搬送する、付記1から7の内の1項記載の積層造形装置。
(付記9)
前記第3の材料を切断する切断部を有し、前記第3の材料供給部は前記切断部が切断した第3の材料を供給する、付記1から7の内の1項記載の積層造形装置。
(付記10)
前記第3の材料を溶融する放電部を有し、前記第3の材料供給部は前記放電部が溶解した第3の材料を供給する、付記1から7の内の1項記載の積層造形装置。
(付記11)
第1の材料を層内の所定の位置に供給し、
前記第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、同じ前記層内の別の所定の位置に供給し、
第3の材料を前記第2の材料の表面上で同じ前記層内に供給する、積層造形方法。
(付記12)
前記第2の材料もしくは前記第3の材料を、前記第1の材料の融点以下で前記第2の材料の融点以上に加熱する、付記11記載の積層造形方法。
(付記13)
前記第2の材料は流動性を有する、付記11または12記載の積層造形方法。
(付記14)
前記第3の材料は前記第1の材料よりも融点が高い、付記11から13の内の1項記載の積層造形方法。
(付記15)
前記第1の材料は絶縁性を有し、前記第2の材料と前記第3の材料は導電性を有する、付記11から14の内の1項記載の積層造形方法。
(付記16)
前記第3の材料の表面を表面処理する、付記11から15の内の1項記載の積層造形方法。
(付記17)
前記表面処理により前記第3の材料の表面に凹凸を形成する、付記16記載の積層造形方法。
(付記18)
前記第3の材料を吸着して搬送する、付記11から17の内の1項記載の積層造形方法。
(付記19)
前記第3の材料を切断して供給する、付記11から17の内の1項記載の積層造形方法。
(付記20)
前記第3の材料を溶融して供給する、付記11から17の内の1項記載の積層造形方法。
Moreover, although a part or all of said embodiment may be described also as the following additional remarks, it is not restricted to the following.
(Appendix 1)
A first material supply for supplying a first material to a predetermined position in the layer;
A second material supply unit for supplying a second material having a melting point lower than that of the first material to another predetermined position in the same layer;
A third material supply for supplying a third material into the same layer on the surface of the second material;
An additive manufacturing apparatus.
(Appendix 2)
The additive manufacturing apparatus according to
(Appendix 3)
The additive manufacturing apparatus according to
(Appendix 4)
4. The additive manufacturing apparatus according to
(Appendix 5)
5. The additive manufacturing apparatus according to
(Appendix 6)
The additive manufacturing apparatus according to any one of
(Appendix 7)
The additive manufacturing apparatus according to appendix 6, wherein the surface treatment unit forms irregularities on the surface of the third material.
(Appendix 8)
8. The additive manufacturing apparatus according to
(Appendix 9)
8. The additive manufacturing apparatus according to
(Appendix 10)
8. The additive manufacturing apparatus according to
(Appendix 11)
Supplying a first material to a predetermined position in the layer;
Supplying a second material having a lower melting point than the first material to another predetermined position in the same layer;
The additive manufacturing method, wherein a third material is supplied into the same layer on the surface of the second material.
(Appendix 12)
The additive manufacturing method according to
(Appendix 13)
The additive manufacturing method according to
(Appendix 14)
14. The additive manufacturing method according to one of
(Appendix 15)
15. The additive manufacturing method according to one of
(Appendix 16)
16. The additive manufacturing method according to one of
(Appendix 17)
The additive manufacturing method according to appendix 16, wherein irregularities are formed on the surface of the third material by the surface treatment.
(Appendix 18)
18. The additive manufacturing method according to one of
(Appendix 19)
18. The additive manufacturing method according to one of
(Appendix 20)
18. The additive manufacturing method according to one of
10、20 積層造形装置
11、21 第1の材料供給部
12、22 第2の材料供給部
13、23 第3の材料供給部
24 加熱部
25 造形ステージ
26 制御部
27 表面処理部
28 切断機構
29 放電機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20
Claims (10)
前記第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、同じ前記層内の別の所定の位置に供給する第2の材料供給部と、
第3の材料を前記第2の材料の表面上で同じ前記層内に供給する第3の材料供給部と、
を有する積層造形装置。 A first material supply for supplying a first material to a predetermined position in the layer;
A second material supply unit for supplying a second material having a melting point lower than that of the first material to another predetermined position in the same layer;
A third material supply for supplying a third material into the same layer on the surface of the second material;
An additive manufacturing apparatus.
前記第1の材料よりも融点の低い第2の材料を、同じ前記層内の別の所定の位置に供給し、
第3の材料を前記第2の材料の表面上で同じ前記層内に供給する、積層造形方法。 Supplying a first material to a predetermined position in the layer;
Supplying a second material having a lower melting point than the first material to another predetermined position in the same layer;
The additive manufacturing method, wherein a third material is supplied into the same layer on the surface of the second material.
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