JP2017177819A - ３次元プリンタの自動のパーツ取り外し - Google Patents

Abstract

【課題】パーツが自動的に取り外される３次元プリントシステムを提供する。
【解決手段】３次元プリントシステムの一実施形態では、面上にパーツがプリントされ、配列された孔を含むプリント面１２と、プリント面１２上にパーツをプリントするためにプリント面１２に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、配列された孔に合うような配列に配置されたピン３０と、プリント面１２からパーツを持ち上げるように孔を通してピン３０を押し込む手段と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、３次元（３Ｄ）プリンタに関し、より詳細には、３Ｄプリンタの自動のパーツ取り外しに関する。

本願は、２０１４年１月１６日出願の特許出願第１４／１５７，０２７号および２０１３年２月１日出願の仮出願第６１／７５９，６８６号の優先権を主張するものであり、それらの内容全体を本願に引用して援用する。

３Ｄプリントは、積層造形による製造形態の１つであり、現時点では面倒な製造プロセスである。図１に示す一般的な先行技術のプリンタ１０が、プリント面１２とプリントデバイス１６を担持する可動式のキャリッジ１４とを含む。図１に示す先行技術のシステムは、典型的には、有線式コンピュータ１８を含む。

図２に示すように、先行技術のプリンタは、典型的には、６以上のユーザステップを必要とする。まず、ユーザがＣＡＤソフトウェアに３Ｄモデルを設計する。次いで、ユーザは、作製されるパーツの３Ｄモデルをスライスプログラムにアップロードする。ユーザが手作業で１５０〜２５０の設定を較正すると、スライスプログラムは３Ｄプリンタ１０用の機械コードを生み出す。プロセスの第４のステップは、コンピュータまたはＳＤカード上のプログラムの形態の機械コードをプリントホストにアップロードすることである。そこから、機械コードがプリンタ１０のマイクロプロセッサに流れて、作動が制御される。プリンタがプリントを実施すると、パーツが手動で取り外される。パーツの品質を検査した後で、パーツが再プリントを必要とするかどうかをユーザが判定する。

米国特許出願公開２００１／００１４４０９号明細書 米国特許第４４９１５５９号明細書 米国特許第５７３０８１７号明細書 米国特許第５３４０６５６号明細書 米国特許第７６９０９０９号明細書 米国特許第８１１９０５３号明細書 米国特許第８４５４８８０号明細書

全面的に自動の３Ｄプリンタシステムには、次のジョブを開始するためにパーツを取り外すのにその場にオペレータがいる必要を無くすように自動のパーツの取り外しが必要になる。現時点での自動パーツ取り外しシステムには３つの形態、コンベヤベルト、押し出し機ヘッドの取り付け具、およびプリントベッドの加熱／冷却がある。通常、こうしたシステムの欠点は、プリントプロセスおよび／または取り外しプロセスにとって好ましくない。概して、コンベヤベルトシステムはプラットフォームが可撓性でパーツが曲がるので成功していない。剛体のトラックを有するコンベヤベルトがやや高価な解決策を提示することがある。押し出し機ヘッドに取り外しのへらまたはブロックを取り付けることも知られている。このような機構は、典型的には、動力伝達系に過剰なストレスをかけ、プリントノズルの位置合わせが不良になって各層が水平とならないという問題が引き起こされる場合がある。最後に、加熱／冷却を用いてプリント面からパーツを解放することが知られている。このようなシステムではプリント中にプリント面が高温になる。パーツのプリントが終了すると、パッシブにプレートを冷却することができる。収縮するとパーツが「飛び出し」てしまう。

一態様では、本発明による３次元プリントシステムは、面上にパーツが作製されるプリント面を含む。プリントデバイスが、プリント面上にパーツをプリントするためにプリント面に対して制御運動するように支持されている。ブレードが、プリント面からパーツを解放するようにプリント面全体にわたって移動するように支持されている。本発明のこの態様の好ましい実施形態では、電磁制御の空気圧ピストンを用いてブレードを移動させる。ブレードは、プリント面の片側側方の支持体から片持ちにされてよい。あるいは、ブレードはプリント面の両側側方において支持されてよい。片持ちにされたブレードの場合は、支持体が順応性の接続箇所を成すことが好ましい。ブレードがパーツと係合する焼き入れ鋼部分を有することも好ましい。

好ましい実施形態では、ブレードを移動させるのにリードねじを設けることができる。あるいは、ベルトを駆動する駆動プーリを用いてブレードを移動させることができる。ラックアンドピニオン式の機構を用いてブレードを移動させることもできる。一実施形態では、ブレードはパーツの取り外しを容易にするために振動する。

別の態様では、本明細書に開示する３Ｄプリントシステムは、パーツがその上にプリントされるプリント面を含み、そのプリント面は配列された孔を含む。プリントデバイスが、プリント面上にパーツをプリントするためにプリント面に対して制御運動するように支持されている。ピンが、配列された孔に合うような配列に配置され、その面からパーツを持ち上げるように孔を通してピンを押し込む手段が設けられる。一実施形態では、孔を通してピンを押し込む手段は、プリント面をピンの位置まで下げることを含む。あるいは、ピンを引き上げることによって孔を通してピンを押し込む手段を設けることができる。

さらに別の態様では、本発明は、パーツ位置の下に少なくとも１つの孔を含むプリント面を含む３次元プリントシステムである。圧縮空気が、面からパーツを持ち上げるために孔を通して導入される。

本発明のさらに別の態様では、システムはプリント面を振動させる手段を含む。プリント面を振動させるために電磁石を使用することができる。

本明細書に開示する実施形態の多くはさらに、解放されたパーツを取り外す補助デバイスを含む。補助装置は、解放されたパーツおよびブレードに取り付けられた回動式の障壁を拘束する圧縮空気ジェットの固定バリアを含む。

先行技術の３次元プリント装置の斜視図である。 先行技術の３次元プリントデバイスに関するユーザステップを示すブロック図である。 本発明の実施形態によるプリンタの分解斜視図である。 本明細書に開示する３次元プリンタと組み合わせて用いられるユーザステップを示すブロック図である。 プリント済みのパーツを取り外すためのショベル／ブレードの実施形態の斜視図である。 ピンを用いてプリント面から離れる方にパーツを押しやる本発明の実施形態の断面図である。 プリント面の下に送られる空気圧を用いてプリント済みのパーツを解放する、本発明の実施形態の概略図である。 本発明の一実施形態の片持ちブレードの図である。 本発明で使用するブレードとして働く焼き入れ鋼シートを受容するアルミニウム製支持体の斜視図である。 ねじ切りロッドまたはリードねじを用いてパーツの取り外しのためにブレードを移動させる、本発明の実施形態の斜視図である。 プリント面の両側に支持されたブレードを示す概略図である。 パーツ取り外しのためにプリント面を振動させるのに使用する電磁石の概略図である。 パーツ取り外しを容易にするためにブレードを振動させる構造の概略図である。 解放されたパーツを取り外すための圧縮空気の使用の概略図である。 解放されたパーツを受容するのに用いられる障壁ブラシの概略図である。 パーツを取り外すためのピボットばねを備えたブレードを示す図である。 パーツを取り外すのに用いられる可撓性の障壁の別の実施形態である。 固定ブラシを有する回動式の障壁を示す。 本明細書に開示する本発明と関連付けて用いられる回動式の障壁の斜視図である。 支持構造に運動学的に連結する溝を有するプリントプレートの下面の断面図である。

図３を参照すると、本発明の実施形態がパーツ取り外しブレード２０を含み、そのパーツ取り外しブレード２０はプリント済みのパーツ２２を解放するように移動することができる。パーツがプリントされている間およびその後にそのパーツを評価するカメラ２４が設けられている。本発明はまた、Ｗｉ−Ｆｉネットワークに接続されたオンボードのプリンタホスト２６も含む。先行技術のシステムと同じく、３Ｄモデルを修正およびスライスするソフトウェアが、プリンタに有線でつなげられたコンピュータとは対照的にクラウドに格納されている。プリンタがプリントする次のパーツを指示する自動の待ち行列が設けられている。

図４を参照すると、本明細書に開示するシステムは、先行技術の３Ｄプリンタに関して上記で論じた６つのステップとは対照的に、ユーザステップを３つしか必要としない。本システムでは、対象物制作後に３Ｄモデルがそのシステムにアップロードされる。管理者の承認（任意選択）の後に、パーツは自動的に修正およびスライスされ（３Ｄモデルから機械コードが作られ）、スライス設定が（速度対品質および速度対強度に関する２つのユーザインプットに基づいて）クラウド内で自動的に選択され、次いで、特定のプリンタのための自動の待ち行列に自動的にロードされる。プリンタが待ち行列のそのパーツに達すると、ｇコード（機械コード）が（典型的にはローカルのマイクロコンピュータの）プリンタのローカルホストプログラムに自動的にロードされ、プリンタのマイクロプロセッサに流れる。プリントプロセスが進むと、そのパーツが確実に正確にプリントするように自動のコンピュータ画像を用いてカメラ２４が２Ｄ層をそれぞれモニタリングする。パーツはいずれかの層で不合格になると、自動的に取り外され再度プリントされる（人工知能ソフトウェアが必要だと判断する場合は、異なる設定での再スライスが再プリント前に行われる）。完成したパーツ（コンピュータ画像のサブシステムにより品質が再検査される）は、取り外されピックアップのために用意される。次いで、プリンタは待ち行列の次のパーツに進む。合わせると、厳密に３つのユーザステップ、対象物制作、３Ｄモデルのアップロード、および完成したパーツのピックアップがある。

図５を参照すると、パーツ取り外しシステムの実施形態が示されている。電磁弁２４によって制御された圧縮空気の原動力によりプレートを移動させるように、空気圧ピストン２２を用いてプリントプレート１２全体にわたって移動するブレード２０が配置されている。ブレード２０を移動させる原動力はパーツに損傷を与えることなくパーツを取り外すように調節されることが理解されよう。

本明細書に開示するパーツ取り外しシステムの別の実施形態を図６に示す。この実施形態では、配列された孔がプリントベッドまたはプリント面１２を貫通するように作製されている。プリント面１２の下に付き出しピン３０が複数配置されている。パーツがプリントされると、プリント面１２がピン３０の位置まで下がるか、またはピン３０が持ち上げられてその配列の孔を貫通して、図示のようにプリント済みのパーツを持ち上げる。

本発明のさらに別の実施形態を図７に示す。この実施形態では、プリント面１２に孔があり、その孔を通してプリント済みのパーツの下から空気が噴射される。図７の下の部分に示すように空気圧によりプリント済みのパーツが持ち上げられる。

図８に本発明のさらに別の実施形態を示す。この実施形態では、ブレード２０は、ユニットの片側にある順応性（コンプライアンス）のある接続箇所３４の位置で片持ちにされている。ブレード２０は、プリント面に合わせて平らにされており、パーツを解放するようにプリント面全体にわたって移動する。図９に示すように、パーツを持ち上げる能力をもたらすように、ブレード２０が、焼き入れ鋼シート３６がそれに取り付けられたアルミニウムなどの基板を有することが好ましい。

図１０に、ねじ切りロッドまたはリードねじ３８によりブレード２０がプリント面１２を横断してプリント済みのパーツに係合し、次いでそれを取り外す実施形態を示す。図１１に示すように、ガイド４０および４２によって両側でブレード２０を支持できることが企図される。

本発明のさらに別の実施形態を図１２に示す。図１２では、プリントプレート１２上にプリントされたパーツを解放するように選択された手法で、電磁石４４によりプリントプレート１２を振動させる。さらに別の実施形態では、図１３に示すように、ブレード２０自体が振動する。ブレード２０を振動させるために、重量が偏心したモータ４６を設けることができる。

図１４に示すように、上記で論じたようにパーツを解放した後で、圧縮空気を用いてプリント面１２からパーツを取り外すことができる。

図１５に、パーツの移動を妨げる固定ブラシ４８を示す。図１６および図１７に、すでに面から解放されたパーツを取り外すための機構の別の実施形態を示す。図１８は、固定バリアを示す斜視図である。図１９に回動動作する障壁を示す。

図２０は、一実施形態のプリント面１２の下面の断面図である。溝４０は、プレート１２が支持構造に対して平らにされるようにプリンタの支持体から延びる突起と噛み合うように適合されている。その機構は当業者には周知のとおり運動学的な連結部を成す。図２０に示す溝４０の機構により、選択した回転方向にプレート１２を位置決めできるようになる。例えば磁石またはばねによってプレート１２が定位置に予荷重をかけられて、連結された位置にプレート１２を固定することが好ましい。

本発明は、先行技術に関連して上記で論じたプリントおよび取り外しの欠点を解決する、自動のパーツの取り外しの解決策を提供するものである。本発明は、はるかにコストが低い、自動のパーツの取り外しを提供する構造および方法を開示する。

本発明の変形および変更が当業者には明らかであることが認められ、そのような変形および変更はいずれも添付の請求項の範囲内に包含されるものである。

＜付記＞
［１］
面上にパーツが作製されるプリント面と、
前記プリント面上に前記パーツをプリントするために前記プリント面に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、
前記プリント面から前記パーツを解放するように前記プリント面全体にわたって移動するように支持されたブレードと、
を備えることを特徴とする、３次元プリントシステム。
［２］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記ブレードを移動させるために電磁制御の空気圧ピストンをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［３］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記ブレードが前記プリント面の片側の側方にある支持体から片持ちにされていることを特徴とするプリントシステム。
［４］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記ブレードが前記プリント面の両側の側方において支持されることを特徴とするプリントシステム。
［５］
上記［３］に記載のプリントシステムであって、前記支持体が順応性の接続箇所を成すことを特徴とするプリントシステム。
［６］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記ブレードが、前記パーツに係合する焼き入れ鋼部分を有することを特徴とするプリントシステム。
［７］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記ブレードを移動させるリードねじをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［８］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記プリント済みのパーツを取り外すために前記ブレードを移動させるようにベルトを駆動する駆動プーリをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［９］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記ブレードを移動させるラックアンドピニオン式の機構をさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［１０］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記ブレードを振動させる手段をさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［１１］
面上にパーツがプリントされるプリント面であって、配列された孔を含むプリント面と、
前記プリント面上に前記パーツをプリントするために前記プリント面に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、
前記配列された孔に合うような配列に配置されたピンと、
前記面から前記パーツを持ち上げるように前記孔を通して前記ピンを押し込む手段と、
を備えることを特徴とする３次元プリントシステム。
［１２］
上記［１１］に記載のプリントシステムであって、前記孔を通して前記ピンを押し込む前記手段が前記ピンの上に前記プリント面を下げることを含むことを特徴とするプリントシステム。
［１３］
上記［１１］に記載のプリントシステムであって、前記孔を通して前記ピンを押し込む前記手段が前記ピンを引き上げることを含むことを特徴とするプリントシステム。
［１４］
面上にパーツが作製されるプリント面であって、前記パーツ位置の下に少なくとも１つの孔を含むプリント面と、
前記プリント面上に前記パーツをプリントするために前記プリント面に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、
前記孔を通して空気を導入して前記面から前記パーツを持ち上げる圧縮空気手段と、
を備えることを特徴とする３次元プリントシステム。
［１５］
面上にパーツが作製されるプリント面と、
前記プリント面上に前記パーツをプリントするために前記プリント面に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、
前記プリント面を振動させて前記パーツを解放する手段と、
を備えることを特徴とする３次元プリントシステム
［１６］
上記［１５］に記載のプリントシステムであって、電磁石が前記プリント面を振動させることを特徴とするプリントシステム。
［１７］
上記［１］、［１１］、［１４］および［１５］のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、前記解放されたパーツを取り外すために補助デバイスをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［１８］
上記［１７］に記載のプリントシステムであって、前記解放されたパーツを取り外すために圧縮空気ジェットをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［１９］
上記［１］、［１１］、［１４］および［１５］のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、解放されたパーツを拘束するために固定バリアをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［２０］
上記［１］、［１１］、［１４］および［１５］のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、前記ブレードに取り付けられトルクを生じるように回動する障壁をさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［２１］
上記［１］、［１１］、［１４］および［１５］のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、解放されたパーツを取り外すために前記ブレードに装着された弾性バンドをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［２２］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、首尾よくパーツの取り外しがなされたかを検出するカメラを少なくとも１つ含むコンピュータ画像システムをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［２３］
上記［１］に記載のプリントシステムであって、前記プリント面の迅速かつ正確平らにするために前記プリント面が支持構造に運動学的に連結されていることを特徴とするプリントシステム。
［２４］
上記［２３］に記載のプリントシステムであって、前記支持構造に対して前記プリント面に予荷重をかける構造をさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
［２５］
上記［２４］に記載のプリントシステムであって、前記予荷重をかける構造が磁石を含むことを特徴とするプリントシステム。
［２６］
上記［２３］に記載のプリントシステムであって、前記支持構造が、選択した回転方向に前記プリント面がほぼ平らにされた位置にあることが可能になるように、前記支持構造から延びる突起を複数含むことを特徴とするプリントシステム。

Claims (14)

1. 面上にパーツがプリントされるプリント面であって、配列された孔を含むプリント面と、
   前記プリント面上に前記パーツをプリントするために前記プリント面に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、
   前記配列された孔に合うような配列に配置されたピンと、
   前記面から前記パーツを持ち上げるように前記孔を通して前記ピンを押し込む手段と、
   を備えることを特徴とする３次元プリントシステム。
2. 請求項１に記載のプリントシステムであって、前記孔を通して前記ピンを押し込む前記手段が前記ピンの上に前記プリント面を下げることを含むことを特徴とするプリントシステム。
3. 請求項１に記載のプリントシステムであって、前記孔を通して前記ピンを押し込む前記手段が前記ピンを引き上げることを含むことを特徴とするプリントシステム。
4. 面上にパーツが作製されるプリント面であって、前記パーツ位置の下に少なくとも１つの孔を含むプリント面と、
   前記プリント面上に前記パーツをプリントするために前記プリント面に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、
   前記孔を通して空気を導入して前記面から前記パーツを持ち上げる圧縮空気手段と、
   を備えることを特徴とする３次元プリントシステム。
5. 面上にパーツが作製されるプリント面と、
   前記プリント面上に前記パーツをプリントするために前記プリント面に対して制御運動するように支持されたプリントデバイスと、
   前記プリント面を振動させて前記パーツを解放する手段と、
   を備えることを特徴とする３次元プリントシステム
6. 請求項５に記載のプリントシステムであって、電磁石が前記プリント面を振動させることを特徴とするプリントシステム。
7. 請求項１、４および５のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、前記解放されたパーツを取り外すために補助デバイスをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
8. 請求項７に記載のプリントシステムであって、前記解放されたパーツを取り外すために圧縮空気ジェットをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
9. 請求項１、４および５のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、解放されたパーツを拘束するために固定バリアをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
10. 請求項１、４および５のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、首尾よくパーツの取り外しがなされたかを検出するカメラを少なくとも１つ含むコンピュータ画像システムをさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
11. 請求項１、４および５のいずれか１項に記載のプリントシステムであって、前記プリント面の迅速かつ正確平らにするために前記プリント面が支持構造に運動学的に連結されていることを特徴とするプリントシステム。
12. 請求項１１に記載のプリントシステムであって、前記支持構造に対して前記プリント面に予荷重をかける構造をさらに含むことを特徴とするプリントシステム。
13. 請求項１２に記載のプリントシステムであって、前記予荷重をかける構造が磁石を含むことを特徴とするプリントシステム。
14. 請求項１１に記載のプリントシステムであって、前記支持構造が、選択した回転方向に前記プリント面がほぼ平らにされた位置にあることが可能になるように、前記支持構造から延びる突起を複数含むことを特徴とするプリントシステム。

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