JP2017213735A - Three-dimensional molding apparatus, and three-dimensional molding method - Google Patents

Three-dimensional molding apparatus, and three-dimensional molding method Download PDF

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貴士 光部
Takashi Mitsube
貴士 光部
領治 川瀬
Ryoji Kawase
領治 川瀬
和美 内村
Kazumi Uchimura
和美 内村
浩也 田中
Hiroya Tanaka
浩也 田中
恒夫 増田
Tsuneo Masuda
恒夫 増田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional molding apparatus for preparing a three-dimensional structure in a short time using a thermofusion lamination molding method, or, a three-dimensional molding method therefor.SOLUTION: Provided is a three-dimensional molding apparatus 100 that includes: a cylinder 206 for storing a molding material for molding a three-dimensional molded article; a molding material supply unit 200 having a delivery part for melting the molding material arranged in the cylinder 206 and delivering and a discharge part 210 for discharging the molding material delivered by the delivery part; a molding stage 301 provided with a molding surface on which the molding material discharged from a discharge part is stacked; and a relative displacement mechanism for three-dimensionally and relatively displacing the molding stage 301 and the molding material supply unit 200, in which the relative displacement mechanism includes a first displacement mechanism configured such that the molding stage rotates with an axis vertical to the a molding surface as a center.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、立体造形装置、例えば熱溶融積層造形方法などの積層造形方法によって三次元構造物を作製するための装置に関する。あるいは、この装置を用いて三次元構造物を形成するための方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus, for example, an apparatus for producing a three-dimensional structure by an additive manufacturing method such as a hot melt additive manufacturing method. Or it is related with the method for forming a three-dimensional structure using this apparatus.

三次元構造物を作製する方法の一つとして、熱溶融積層法が知られている。熱溶融積層法による装置においては、駆動ローラー等の送出部によってフィラメントと呼ばれる長尺状の固形樹脂をヒーターを備えた吐出部まで送り出し、吐出部から吐出される溶融した樹脂をステージ上に積層して三次元構造物を造形している。この熱溶融積層法による装置によれば、簡易な装置構成によって立体造形物を造形することができる。   As one of methods for producing a three-dimensional structure, a hot melt lamination method is known. In an apparatus based on the hot melt lamination method, a long solid resin called a filament is sent to a discharge part equipped with a heater by a delivery part such as a drive roller, and the molten resin discharged from the discharge part is laminated on the stage. To form a three-dimensional structure. According to the apparatus by this hot melt lamination method, a three-dimensional molded item can be modeled with a simple apparatus configuration.

一方、スクリューを備えた送出部を用いて溶融した樹脂を吐出部から吐出させ、溶融した樹脂をステージ上に積層する技術として、例えば特許文献1に開示されたものがある。特許文献1では、溶融した熱可塑性樹脂の液滴を吐出部から断続的に放出して三次元構造物を作製するための造形装置および、造形方法が開示されている。   On the other hand, as a technique for discharging molten resin from a discharge unit using a delivery unit equipped with a screw and laminating the molten resin on a stage, there is one disclosed in Patent Document 1, for example. Patent Document 1 discloses a modeling apparatus and a modeling method for producing a three-dimensional structure by intermittently discharging molten thermoplastic resin droplets from a discharge unit.

特表2015−501738号公報Special table 2015-501738 gazette

本発明の課題の一つは、熱溶融積層造形方法を用い、短時間で三次元構造物を作製するための立体造形装置、あるいは、そのための立体造形方法を提供することである。   One of the objects of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional structure in a short time using a hot melt layered modeling method or a three-dimensional modeling method therefor.

本発明の実施形態の一つである立体造形装置は、立体造形物を造形する造形用材料を貯留するためのシリンダと、前記シリンダ内に配置される造形用材料を溶融して送り出すための送出部と、送出部によって送出される造形用材料を吐出するための吐出部を有する造形用材料供給ユニットと、吐出部から吐出される造形用材料が積層される造形面を備えた造形ステージと、造形ステージと造形用材料供給ユニットとを三次元的に相対移動させる相対移動機構を備え、相対移動機構は、造形ステージを造形面に垂直な軸を中心に回転するように構成される第1の移動機構を有する。   A three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention includes a cylinder for storing a modeling material for modeling a three-dimensional modeled object, and a sending for melting and sending the modeling material arranged in the cylinder. A modeling stage provided with a modeling surface on which a modeling material to be discharged from the discharging unit is stacked, and a modeling material supply unit having a discharging unit for discharging the modeling material sent out by the sending unit, A relative movement mechanism that relatively moves the modeling stage and the modeling material supply unit in three dimensions is provided, and the relative movement mechanism is configured to rotate the modeling stage around an axis perpendicular to the modeling surface. It has a moving mechanism.

本発明の実施形態の一つである立体造形方法は、立体造形装置を用いて立体造形物を造形する方法である。立体造形装置は、立体造形物を造形する造形用材料を貯留するためのシリンダと、シリンダ内に配置される造形用材料を溶融して送り出すための送出部と、送出部によって送出される造形用材料を吐出するための吐出部を有する造形用材料供給ユニットと、吐出部から吐出される造形用材料が積層される造形面を備えた造形ステージと、造形ステージと造形用材料供給ユニットとを三次元的に相対移動させる相対移動機構を備える。相対移動機構は、造形ステージを造形面に垂直な軸を中心に回転するように構成される第1の移動機構を有する。吐出部から吐出される造形用材料を造形ステージの造形面に積層することにより、立体造形物を造形する。   The three-dimensional modeling method which is one of the embodiments of the present invention is a method of modeling a three-dimensional model using a three-dimensional modeling apparatus. The three-dimensional modeling apparatus includes a cylinder for storing a modeling material for modeling a three-dimensional modeled object, a sending unit for melting and sending the modeling material arranged in the cylinder, and a modeling unit sent by the sending unit. A modeling material supply unit having a discharge unit for discharging material, a modeling stage having a modeling surface on which modeling materials discharged from the discharge unit are stacked, and a modeling stage and a modeling material supply unit are tertiary A relative movement mechanism that relatively moves originally is provided. The relative movement mechanism includes a first movement mechanism configured to rotate the modeling stage about an axis perpendicular to the modeling surface. A three-dimensional object is modeled by laminating the modeling material discharged from the discharge unit on the modeling surface of the modeling stage.

本発明の一実施形態の立体造形装置の模式的な斜視図。1 is a schematic perspective view of a three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の立体造形装置の上面模式図。The upper surface schematic diagram of the three-dimensional model | molding apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の立体造形装置の側面模式図。The side surface schematic diagram of the three-dimensional modeling apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の立体造形装置の正面模式図。The front schematic diagram of the three-dimensional model | molding apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の立体造形装置の吐出部の側面模式図。The side surface schematic diagram of the discharge part of the three-dimensional model | molding apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の立体造形装置の吐出部の側面模式図。The side surface schematic diagram of the discharge part of the three-dimensional model | molding apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の立体造形装置の吐出部の吐出部形状の模式図。The schematic diagram of the discharge part shape of the discharge part of the three-dimensional model | molding apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の造形ステージ制御部の上面模式図、および側面模式図。The upper surface schematic diagram and side surface schematic diagram of the modeling stage control part of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の立体造形装置の制御方法のフローチャート。The flowchart of the control method of the three-dimensional model | molding apparatus of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の造形ステージ制御部の側面模式図。The side surface schematic diagram of the modeling stage control part of one Embodiment of this invention.

以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist thereof, and is not construed as being limited to the description of the embodiments exemplified below.

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。   In order to make the explanation clearer, the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, and the like of each part as compared to the actual embodiment, but are merely examples and limit the interpretation of the present invention. Not what you want. In this specification and each drawing, elements having the same functions as those described with reference to the previous drawings may be denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。   In the present specification and claims, in expressing a mode of disposing another structure on a certain structure, when simply describing “on top”, unless otherwise specified, It includes both the case where another structure is disposed immediately above and a case where another structure is disposed via another structure above a certain structure.

(第1実施形態)
本実施形態では、立体造形装置100の構造と操作に関し、図1乃至図8を用いて説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, the structure and operation of the three-dimensional modeling apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 8.

[1.全体構成]
立体造形装置100の斜視図を図1に示す。また、図2、3、4に立体造形装置100の模式的な上面図、側面図、および正面図をそれぞれ示す。立体造形装置100は主に、材料供給ユニット200、造形ステージ制御部300を含む。また、任意の構成として、材料供給ユニット200を支持する支持台400と造形ステージ制御部300を支持するフレーム500を有することができる。
[1. overall structure]
A perspective view of the three-dimensional modeling apparatus 100 is shown in FIG. 2, 3, and 4 show a schematic top view, side view, and front view of the three-dimensional modeling apparatus 100, respectively. The three-dimensional modeling apparatus 100 mainly includes a material supply unit 200 and a modeling stage control unit 300. In addition, as an arbitrary configuration, a support base 400 that supports the material supply unit 200 and a frame 500 that supports the modeling stage control unit 300 can be provided.

[2.材料供給ユニット]
図5に材料供給ユニット200の断面模式図を示す。図5は図2における鎖線A−Bに沿った断面の一部である材料供給ユニット200の断面模式図である。材料供給ユニット200は、主な構成要素として、立体造形物を造形する造形用材料を貯留するためのシリンダ206と、シリンダ206内に配置される造形用材料を溶融して送り出すための送出部223と、送出部223によって送出される造形用材料を吐出するための吐出部210を有している。
[2. Material supply unit]
FIG. 5 shows a schematic sectional view of the material supply unit 200. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the material supply unit 200 which is a part of a cross section taken along the chain line AB in FIG. The material supply unit 200 includes, as main components, a cylinder 206 for storing a modeling material for modeling a three-dimensional modeled object, and a sending unit 223 for melting and sending the modeling material arranged in the cylinder 206. And the discharge part 210 for discharging the modeling material sent out by the sending part 223 is provided.

シリンダ206は水平、あるいは実質的に水平に設けられる。シリンダ206の内部には、送出部223としてらせん状に形成された山226を有するスクリュー224と、スクリュー224を回転させるモーター部202が備えられる。スクリュー224は、水平方向の位置が固定されており、シリンダ206の中心軸を中心としてシリンダ206内部で回転するように構成される。スクリュー224の回転は、モーター部202内のモーター230によって行われる。モーター部202は、支持台400の上に設置してもよい。   The cylinder 206 is provided horizontally or substantially horizontally. Inside the cylinder 206, a screw 224 having a mountain 226 formed in a spiral shape as a delivery part 223 and a motor part 202 for rotating the screw 224 are provided. The screw 224 has a fixed position in the horizontal direction and is configured to rotate inside the cylinder 206 around the central axis of the cylinder 206. The screw 224 is rotated by the motor 230 in the motor unit 202. The motor unit 202 may be installed on the support base 400.

シリンダ206には開口部222が設けられ、開口部222はシリンダ206とスクリュー224間の空間228とつながっている。開口部222には、任意の構成としてホッパー204を設けてもよい。ホッパー204は、開口部222に投入される造形用材料の投入を容易にする。   An opening 222 is provided in the cylinder 206, and the opening 222 is connected to a space 228 between the cylinder 206 and the screw 224. The opening 222 may be provided with a hopper 204 as an arbitrary configuration. The hopper 204 facilitates the input of the modeling material that is input to the opening 222.

シリンダ206にはヒーター220が設けられており、ヒーター220はシリンダ206を加熱し、投入される造形用材料を加熱、溶融する。図5に示した立体造形装置100では、ヒーター220はシリンダ206の内壁に近い側に設けられているが、ヒーター220はシリンダ206の外壁に近い側、あるいはシリンダ206の外側に設けてもよい。溶融された造形用材料には、スクリュー224の回転に伴う山226のらせん運動によって、シリンダ206に接続されるコネクタ212側へ圧力が加えられる。その結果、溶融された造形用材料はコネクタ212を通して吐出部210へ輸送される。   The cylinder 206 is provided with a heater 220. The heater 220 heats the cylinder 206, and heats and melts the modeling material to be input. In the three-dimensional modeling apparatus 100 shown in FIG. 5, the heater 220 is provided on the side near the inner wall of the cylinder 206, but the heater 220 may be provided on the side near the outer wall of the cylinder 206 or on the outer side of the cylinder 206. Pressure is applied to the melted modeling material on the side of the connector 212 connected to the cylinder 206 by the helical movement of the mountain 226 accompanying the rotation of the screw 224. As a result, the melted modeling material is transported to the discharge unit 210 through the connector 212.

図5に示すように、材料供給ユニット200には、さらに送出部223の動作を制御する材料供給制御部234が設けられている。材料供給制御部334は、立体造形物の三次元データから生成された材料供給制御部234の制御データに基づいて、送出部223の動作を制御するように構成される。具体的には、造形用材料の吐出部210からの吐出量を増加させる際には、モーター230の回転数を増加させて、スクリュー224の回転数を増加させる。逆に吐出量を減少させる際には、モーター230の回転数を減少させて、スクリュー224の回転数を減少させる。材料供給制御部234は、シリンダ206内の温度を制御するように構成することもできる。   As shown in FIG. 5, the material supply unit 200 is further provided with a material supply control unit 234 that controls the operation of the delivery unit 223. The material supply control unit 334 is configured to control the operation of the sending unit 223 based on the control data of the material supply control unit 234 generated from the three-dimensional data of the three-dimensional structure. Specifically, when increasing the discharge amount of the modeling material from the discharge unit 210, the rotation number of the motor 230 is increased and the rotation number of the screw 224 is increased. Conversely, when reducing the discharge amount, the rotational speed of the motor 230 is decreased and the rotational speed of the screw 224 is decreased. The material supply control unit 234 can also be configured to control the temperature in the cylinder 206.

上述したように、造形用材料はシリンダ206のヒーター220によって溶融され、流動性のある造形用材料に対してスクリュー224の山のらせん運動によって圧力が加えられ、その圧力によって吐出部210の吐出口218から材料が吐出される。造形用材料に加えられる圧力は、スクリュー224の回転速度によって調整することができ、これにより、造形用材料の吐出量を制御することができる。したがって、材料の吐出量は投入される材料の大きさや形状に依存しない。また、吐出量は上述した圧力以外に、シリンダ206のサイズ(例えば内径)によっても調整することが可能であり、例えばスクリュー径14mmのスクリュー224を用い、材料としてABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合体)を使用した場合、毎分20gの材料を吐出することも可能である。   As described above, the modeling material is melted by the heater 220 of the cylinder 206, and pressure is applied to the fluid modeling material by the spiral movement of the screw 224, and the pressure causes the discharge port of the discharge unit 210 to discharge. Material is discharged from 218. The pressure applied to the modeling material can be adjusted by the rotational speed of the screw 224, and thereby the ejection amount of the modeling material can be controlled. Therefore, the discharge amount of the material does not depend on the size and shape of the input material. In addition to the pressure described above, the discharge amount can be adjusted by the size (for example, inner diameter) of the cylinder 206. For example, a screw 224 having a screw diameter of 14 mm is used, and ABS resin (acrylonitrile, butadiene, styrene) is used as a material. When a copolymer) is used, it is possible to discharge 20 g of material per minute.

吐出部210は、送出部223によって送出される造形用材料を吐出するための吐出口218を下部先端に有しており、吐出部210へ輸送された材料が吐出口218を通して吐出される。吐出口218の形状は任意であり、図7(A)、(B)、(C)に示すように、円形、星形、あるいは多角形の形状などを有することができる。   The discharge unit 210 has a discharge port 218 for discharging the modeling material delivered by the delivery unit 223 at the lower end, and the material transported to the discharge unit 210 is discharged through the discharge port 218. The shape of the discharge port 218 is arbitrary, and as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, it can have a circular shape, a star shape, or a polygonal shape.

吐出部210には、吐出口218を開閉する開閉機構215が設けられている。開閉機構215は、吐出口218を開閉するピン216と、図5に示す開閉機構制御部236による動作の制御を受けて、ピン216を移動させるアクチュエータ217とを有している。ピン216は、吐出部210の下部先端から退避して吐出口218を開ける一方、吐出部210の下部先端に接近して吐出口218を閉じるものである。ピン216は先端が細くなっており、この先端が吐出口218に挿入されるように調整されていてもよい。   The discharge unit 210 is provided with an opening / closing mechanism 215 that opens and closes the discharge port 218. The opening / closing mechanism 215 includes a pin 216 that opens / closes the discharge port 218 and an actuator 217 that moves the pin 216 under the control of the operation by the opening / closing mechanism control unit 236 shown in FIG. The pin 216 retreats from the lower end of the discharge unit 210 to open the discharge port 218, while approaching the lower end of the discharge unit 210 and closes the discharge port 218. The pin 216 has a thin tip, and the tip 216 may be adjusted so as to be inserted into the discharge port 218.

開閉機構制御部236は、立体造形物の三次元データから生成された開閉機構制御データに基づいて、上記開閉機構の動作を制御するよう構成されている。具体的には、吐出部210から造形用材料を吐出させる際には、アクチュエータ217を操作してピン216を吐出先端から退避させることで吐出口218を開ける。一方、開閉機構制御部236は、吐出部210からの造形用材料の吐出を一時的に停止させる際には、ピン216を吐出部210の下部先端に接近させることで、吐出口218を閉じる。図6に示すように、吐出口218に先端部を挿入する、あるいは吐出口218から退避させることで材料の吐出の停止/再開(すなわち、オン―オフ)を容易に、かつ高速で切り替えることができる。また、吐出部210にはヒーター232が備えられていてもよく、これにより、材料が吐出部210内で固化することを防ぐことができる。   The opening / closing mechanism control unit 236 is configured to control the operation of the opening / closing mechanism based on the opening / closing mechanism control data generated from the three-dimensional data of the three-dimensional structure. Specifically, when the modeling material is discharged from the discharge portion 210, the discharge port 218 is opened by operating the actuator 217 to retract the pin 216 from the discharge tip. On the other hand, the opening / closing mechanism control unit 236 closes the discharge port 218 by causing the pin 216 to approach the lower end of the discharge unit 210 when temporarily stopping the discharge of the modeling material from the discharge unit 210. As shown in FIG. 6, by stopping the insertion / resumption of material discharge (that is, on-off) can be easily and quickly switched by inserting the tip portion into the discharge port 218 or withdrawing from the discharge port 218. it can. Further, the discharge unit 210 may be provided with a heater 232, whereby the material can be prevented from solidifying in the discharge unit 210.

材料供給ユニット200は、任意の構成として、一つあるいは複数のブロア214を有してもよい(図4参照)。ブロア214は末端に開口部を有し、図示しないコンプレッサーなどから送り込まれる空気などのガスを吹き付ける機能を有する。ブロア214を使用することにより、吐出口218から吐出され、造形ステージ301上に積層された材料を冷却することができる。また、材料供給ユニット200は、任意の構成として、保護カバー208を含んでもよい(図1参照)。説明の便宜上、図2乃至図4では保護カバー208とフレーム500は描かれていない。   The material supply unit 200 may have one or a plurality of blowers 214 as an arbitrary configuration (see FIG. 4). The blower 214 has an opening at the end, and has a function of blowing a gas such as air fed from a compressor (not shown). By using the blower 214, the material discharged from the discharge port 218 and stacked on the modeling stage 301 can be cooled. The material supply unit 200 may include a protective cover 208 as an arbitrary configuration (see FIG. 1). For convenience of explanation, the protective cover 208 and the frame 500 are not drawn in FIGS.

なお、図示していないが、材料供給ユニット200は、吐出部210が接続されたシリンダ206を複数有してもよい。このような構成にすることで、例えば複数の造形用材料、あるいは色の異なる造形用材料を含む三次元構造物を作製することが可能となる。あるいは一つのシリンダ206に複数の吐出部210が備えられていてもよい。このような構成にすることで、三次元構造物を作製する際の造形速度をさらに向上させることができる。   Although not shown, the material supply unit 200 may include a plurality of cylinders 206 to which the discharge unit 210 is connected. With such a configuration, for example, a three-dimensional structure including a plurality of modeling materials or modeling materials having different colors can be manufactured. Alternatively, one cylinder 206 may be provided with a plurality of discharge units 210. By setting it as such a structure, the modeling speed at the time of producing a three-dimensional structure can be improved further.

[3.造形ステージ制御部]
図2乃至図4に示すように、造形ステージ制御部300は、造形ステージ301と、前記造形ステージ301を上記材料供給ユニット200に対して移動させる相対移動機構302を有している。立体造形装置100は、材料供給ユニット200内に、造形用材料を貯留するためのシリンダ206と、造形用材料を溶融して送り出すための送出部223を備えているため、造形ステージ301を移動させることで、造形用材料を吐出する位置を精度高く、高速に相対移動させることが可能となり、三次元構造物を高精度でかつ短時間で形成することが可能となる。
[3. Modeling stage control unit]
As illustrated in FIGS. 2 to 4, the modeling stage control unit 300 includes a modeling stage 301 and a relative movement mechanism 302 that moves the modeling stage 301 with respect to the material supply unit 200. The three-dimensional modeling apparatus 100 includes the cylinder 206 for storing the modeling material and the sending unit 223 for melting and sending the modeling material in the material supply unit 200, and thus moves the modeling stage 301. Thus, the position for discharging the modeling material can be accurately moved at high speed with high accuracy, and a three-dimensional structure can be formed with high accuracy and in a short time.

造形ステージ301は、材料供給ユニット200から供給された造形用材料が積層される造形面301aを備える。造形面301aの形状は任意であり、円形でも楕円形でもよい。   The modeling stage 301 includes a modeling surface 301 a on which modeling materials supplied from the material supply unit 200 are stacked. The shape of the modeling surface 301a is arbitrary, and may be circular or elliptical.

相対移動機構302は、造形ステージ301を造形面301aの面内方向に回転駆動させる第1の移動機構304と、造形ステージ301の造形面301aに対して平行な方向(以下、「X軸方向」ともいう。)に造形ステージ301を直線的に移動させる第2の移動機構306と、造形ステージ301の造形面301aに対して垂直な方向(以下、「Z軸方向」ともいう。)に造形ステージ301を直線的に移動させる第3の移動機構308を備える。   The relative movement mechanism 302 includes a first movement mechanism 304 that rotates the modeling stage 301 in the in-plane direction of the modeling surface 301a, and a direction parallel to the modeling surface 301a of the modeling stage 301 (hereinafter, “X-axis direction”). The modeling stage 301 in a direction perpendicular to the modeling surface 301a of the modeling stage 301 (hereinafter also referred to as “Z-axis direction”). A third moving mechanism 308 for moving 301 linearly is provided.

第1の移動機構304は、造形ステージ301を、造形面301aに垂直な回転軸310を中心に回転移動させるように構成される。第1の移動機構304内には、例えば、ステッピングモーターなどのモーター314を設置することができる。モーター314の回転軸と、造形ステージ301の下面に設けられるギア312の歯をかみ合わることで、図2の曲線矢印で示すように、造形ステージ301は回転軸310を中心に回転することができる。   The first moving mechanism 304 is configured to rotate the modeling stage 301 around a rotation axis 310 perpendicular to the modeling surface 301a. In the first moving mechanism 304, for example, a motor 314 such as a stepping motor can be installed. By engaging the rotation axis of the motor 314 and the teeth of the gear 312 provided on the lower surface of the modeling stage 301, the modeling stage 301 can rotate around the rotation axis 310 as shown by the curved arrow in FIG. .

第2の移動機構306は、造形面301aに対して平行な方向に、造形ステージ301を直線的に移動させるように構成されており、具体的には、造形面301aの中心と吐出口218とを結ぶ直線方向に沿って造形ステージ301を移動させるように構成される。第2の移動機構306は、例えば、二つのプーリ316とタイミングベルト318を含むことができ(図3参照)、プーリ316をステッピングモーターなどで回転させることで、造形ステージ301を移動させることができる。第2の移動機構306は、少なくとも造形ステージ301の材料供給ユニット200側の端点と造形ステージ301の中心の間に、吐出部210の吐出口218が位置するように調整される。   The second moving mechanism 306 is configured to linearly move the modeling stage 301 in a direction parallel to the modeling surface 301a. Specifically, the center of the modeling surface 301a, the discharge port 218, It is comprised so that the modeling stage 301 may be moved along the linear direction which ties. The second moving mechanism 306 can include, for example, two pulleys 316 and a timing belt 318 (see FIG. 3), and the modeling stage 301 can be moved by rotating the pulley 316 with a stepping motor or the like. . The second moving mechanism 306 is adjusted so that the discharge port 218 of the discharge unit 210 is positioned at least between the end point on the material supply unit 200 side of the modeling stage 301 and the center of the modeling stage 301.

第3の移動機構308は、造形面301aに対して垂直な方向に造形ステージ301を直線的に移動させるように構成されている。第3の移動機構308は、例えば、回転軸310に平行な軸ネジ320を備えており(図2参照)、その回転運動によって移動部材309が回転軸310の軸方向(Z軸方向(上下))に沿って移動することができる。移動部材309は第3の移動機構308によって、回転軸310に平行な方向に移動するように構成される。   The third moving mechanism 308 is configured to linearly move the modeling stage 301 in a direction perpendicular to the modeling surface 301a. The third moving mechanism 308 includes, for example, a shaft screw 320 that is parallel to the rotating shaft 310 (see FIG. 2), and the moving member 309 moves in the axial direction of the rotating shaft 310 (Z-axis direction (up and down)). ) Can be moved along. The moving member 309 is configured to move in a direction parallel to the rotation shaft 310 by the third moving mechanism 308.

造形ステージ301は、作製される三次元構造物を支持する機能を有し、金属やガラス、あるいはプラスチックなどの材料で形成することができる。図示していないが、造形ステージ301を加熱できるヒーター、あるいは冷却できる冷却装置を造形ステージ301の下に設けてもよい。   The modeling stage 301 has a function of supporting the produced three-dimensional structure, and can be formed of a material such as metal, glass, or plastic. Although not shown, a heater that can heat the modeling stage 301 or a cooling device that can cool the modeling stage 301 may be provided under the modeling stage 301.

立体造形装置100は、上記相対移動機構302の動作を制御する相対移動機構制御部330を備え、相対移動機構制御部330は、立体造形物の三次元データから生成された相対移動機構302の制御データに基づいて、相対移動機構302の動作を制御するように構成される。具体的には、相対移動機構302は、第1の移動機構304が造形ステージ301を造形面301aの面内方向に回転駆動させる際の回転量と回転速度を制御するように構成される。また、相対移動機構302は、第2の移動機構306が造形面301aに対して平行な方向に造形ステージ301を直線的に移動させる際の移動量と移動速度を制御するように構成される。さらに相対移動機構302は、第3の移動機構308が造形面301aに対して垂直な方向に造形ステージ301を直線的に移動させる際の移動量と移動速度を制御するように構成される。   The three-dimensional modeling apparatus 100 includes a relative movement mechanism control unit 330 that controls the operation of the relative movement mechanism 302. The relative movement mechanism control unit 330 controls the relative movement mechanism 302 generated from the three-dimensional data of the three-dimensional object. The operation of the relative movement mechanism 302 is controlled based on the data. Specifically, the relative movement mechanism 302 is configured to control a rotation amount and a rotation speed when the first movement mechanism 304 rotationally drives the modeling stage 301 in the in-plane direction of the modeling surface 301a. The relative movement mechanism 302 is configured to control the movement amount and movement speed when the second movement mechanism 306 moves the modeling stage 301 linearly in a direction parallel to the modeling surface 301a. Furthermore, the relative movement mechanism 302 is configured to control a movement amount and a movement speed when the third movement mechanism 308 linearly moves the modeling stage 301 in a direction perpendicular to the modeling surface 301a.

[4.操作]
本実施形態の立体造形装置100を用いることにより、大型の三次元構造物を短時間で作製することができる。以下、操作方法を図5、8を用いて説明する。図8(B)は図8(A)の鎖線C−Dに沿った断面模式図である。
[4. operation]
By using the three-dimensional modeling apparatus 100 of this embodiment, a large three-dimensional structure can be produced in a short time. Hereinafter, the operation method will be described with reference to FIGS. FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the chain line CD in FIG.

まず、ホッパー204、開口部222を介し、シリンダ206内へ造形用材料を投入する。造形用材料としては、立体造形物を造形できるものであれば特に限定されるものではないが、加熱によって溶融し、冷却することで固化して成形材料として機能するものが通常、用いられる。具体的には造形性に優れるため熱可塑性樹脂を挙げることができ、例えばポリ乳酸やABS樹脂、熱可塑性エラストマーが挙げられる。熱可塑性エラストマーとしては、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリブタジエン系熱可塑性エラストマー、スチレン・ブタジエン系熱可塑性エラストマー、スチレン・イソプレン系熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば融点が40℃以上200℃以下であることが好ましい。本実施態様の立体造形装置は、熱可塑性エラストマーのような軟質性材料を用いた場合にも、造形速度を向上することが可能であり、好適に用いることができる。   First, a modeling material is put into the cylinder 206 through the hopper 204 and the opening 222. The material for modeling is not particularly limited as long as it can model a three-dimensional model, but a material that melts by heating and solidifies by cooling and functions as a molding material is usually used. Specifically, a thermoplastic resin can be used because of its excellent formability, and examples thereof include polylactic acid, ABS resin, and thermoplastic elastomer. Examples of thermoplastic elastomers include urethane thermoplastic elastomers, polybutadiene thermoplastic elastomers, styrene / butadiene thermoplastic elastomers, and styrene / isoprene thermoplastic elastomers. As a thermoplastic resin, it is preferable that melting | fusing point is 40 to 200 degreeC, for example. The three-dimensional modeling apparatus according to this embodiment can improve the modeling speed even when a soft material such as a thermoplastic elastomer is used, and can be suitably used.

造形用材料の形状についても特に限定されるものではないが、開口部222への投入や溶融の容易性からペレット形状であることが好ましい。造形用材料の大きさとしては、開口部222から投入できる大きさであれば特に限定されるものではないが、通常、長辺が5μm以上20mm以下である。本実施態様の立体造形装置では、造形用材料の形状や大きさを適宜選択することが可能であるため、一度吐出した造形用材料を適当な大きさに切断して再利用することも可能である。   The shape of the modeling material is not particularly limited, but is preferably a pellet shape from the viewpoint of ease of charging into the opening 222 and melting. The size of the modeling material is not particularly limited as long as it is a size that can be input from the opening 222, but the long side is usually 5 μm or more and 20 mm or less. In the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment, since the shape and size of the modeling material can be selected as appropriate, the modeling material once discharged can be cut into an appropriate size and reused. is there.

投入された造形用材料をヒーター220で溶融して流動化させる。そしてモーター230を駆動してスクリュー224を回転させる。この時、スクリュー224は水平方向には移動しない。これにより、らせん状の山226によって溶融した造形用材料に対して圧力が掛けられ、造形用材料は吐出部210の方向へ輸送される。吐出部210に充填された造形用材料は、引き続きスクリュー224の回転によって生み出される圧力により、吐出口218から吐出される。同時に、造形ステージ301の下に設けられるモーター314を駆動し、造形ステージ301を回転させる。必要に応じ、第2の移動機構306を動作させ、図8(B)の矢印で示すように、造形ステージ301をX軸方向に移動させる。上述したように、相対移動機構制御部330は、立体造形物の三次元データから生成された相対移動機構302の制御データに基づいて、相対移動機構302の動作を制御するように構成されている。造形ステージ301の回転速度、回転方向、X軸方向内での移動速度と方向を調整し、吐出した造形用材料を積層させる(図8(A)、(B)参照)。造形用材料の積層が進むにつれて三次元構造物は高さが増大するので、吐出口218と造形ステージ301上に積層された立体造形物の距離を5μmから10mmの間で一定になるよう、第3の移動機構308を用いて造形ステージ301を回転軸310の方向に沿って動かす。これにより、三次元構造物を作製することができる。必要に応じ、ブロア214から空気などの気体を三次元構造物に吹きかけ、三次元構造物を冷却することで造形用材料の固化を促進してもよい。   The inputted modeling material is melted and fluidized by the heater 220. Then, the motor 230 is driven to rotate the screw 224. At this time, the screw 224 does not move in the horizontal direction. Thereby, pressure is applied to the material for modeling melted by the spiral mountain 226, and the material for modeling is transported in the direction of the discharge unit 210. The modeling material filled in the discharge unit 210 is subsequently discharged from the discharge port 218 by the pressure generated by the rotation of the screw 224. At the same time, the motor 314 provided under the modeling stage 301 is driven to rotate the modeling stage 301. If necessary, the second moving mechanism 306 is operated to move the modeling stage 301 in the X-axis direction as indicated by an arrow in FIG. As described above, the relative movement mechanism control unit 330 is configured to control the operation of the relative movement mechanism 302 based on the control data of the relative movement mechanism 302 generated from the three-dimensional data of the three-dimensional structure. . The rotation speed, rotation direction, and movement speed and direction in the X-axis direction of the modeling stage 301 are adjusted, and the discharged modeling material is stacked (see FIGS. 8A and 8B). Since the height of the three-dimensional structure increases as the stacking of the modeling material proceeds, the distance between the discharge port 218 and the three-dimensional structure stacked on the modeling stage 301 is constant between 5 μm and 10 mm. The modeling stage 301 is moved along the direction of the rotation axis 310 using the third moving mechanism 308. Thereby, a three-dimensional structure can be produced. If necessary, solidification of the modeling material may be promoted by blowing a gas such as air from the blower 214 onto the three-dimensional structure and cooling the three-dimensional structure.

本実施形態の立体造形装置100では、三次元構造物は造形ステージ301上に形成することができる。造形ステージ301は回転軸310を中心に回転運動ができる。そのため、滑らかな曲線形状を有する三次元構造物を形成することができる。これに対し、造形ステージ301を回転させずに造形面301aの面内でX軸−Y軸方向にそれぞれ直線的に移動させて造形する場合、あるいは造形ステージ301を固定して吐出部210をX軸−Y軸方向に移動させて造形する場合、曲線形状を作製するためにはX軸方向の移動とY軸方向の直線的な移動を組み合わせて造形ステージ301あるいは吐出部210を動かす必要がある。この場合、造形ステージ301、吐出部210を動かすためのステッピングモーターなどのモーターは、回転軸のステップ角が大きいため、1ステップの軸回転に伴うX軸方向、Y軸方向の移動距離が比較的大きい。そのため、曲線形状は複数の直線の集合によって形成されることになり、細かい凹凸で曲線形状が表現されることになる。しかしながら、本実施形態の立体造形装置100では、モーターのステップ角に依存せず、連続的な回転運動を造形ステージ301に与えることができるため、滑らかな曲線形状を有する三次元構造物を形成することができる。したがって、この方法は、例えば生体器官や植物の模型など、曲線形状が多い三次元構造物の形成には好適である。   In the three-dimensional modeling apparatus 100 of this embodiment, the three-dimensional structure can be formed on the modeling stage 301. The modeling stage 301 can rotate around the rotation axis 310. Therefore, a three-dimensional structure having a smooth curved shape can be formed. In contrast, when the modeling stage 301 is linearly moved in the X-axis and Y-axis directions within the modeling surface 301a without rotating the modeling stage 301, or the modeling stage 301 is fixed and the discharge unit 210 is set to X When modeling by moving in the axis-Y-axis direction, it is necessary to move the modeling stage 301 or the discharge unit 210 by combining movement in the X-axis direction and linear movement in the Y-axis direction in order to produce a curved shape. . In this case, since the motor such as the stepping motor for moving the modeling stage 301 and the discharge unit 210 has a large step angle of the rotation axis, the movement distance in the X-axis direction and the Y-axis direction with one-step axis rotation is relatively long large. For this reason, the curved shape is formed by a set of a plurality of straight lines, and the curved shape is expressed by fine irregularities. However, in the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment, a continuous rotational motion can be given to the modeling stage 301 without depending on the step angle of the motor, and thus a three-dimensional structure having a smooth curved shape is formed. be able to. Therefore, this method is suitable for forming a three-dimensional structure having many curved shapes such as a living organ or a plant model.

回転運動可能な造形ステージ301は、中心からの距離によって移動する速度が異なる。例えば造形ステージ301の回転速度が一定の場合、外周領域では、中心付近と比較して移動速度が大きく、その差は中心からの距離(半径)に比例する。高速で移動する領域と低速で移動する領域の両者に対して材料を均一な高さで積層させるためには、造形ステージ301の回転速度と材料の吐出速度のいずれか、あるいは両者を調整することで行われる。造形ステージ301の回転速度と材料の吐出速度を調整することで、造形ステージ301の全領域にわたって材料の各層を均一な高さで形成することができる。   The modeling stage 301 that can be rotated is moved at different speeds depending on the distance from the center. For example, when the rotational speed of the modeling stage 301 is constant, the movement speed is larger in the outer peripheral region than in the vicinity of the center, and the difference is proportional to the distance (radius) from the center. In order to stack the material at a uniform height on both the area moving at high speed and the area moving at low speed, adjust either the rotation speed of the modeling stage 301 or the discharge speed of the material or both. Done in By adjusting the rotation speed of the modeling stage 301 and the discharge speed of the material, each layer of the material can be formed at a uniform height over the entire region of the modeling stage 301.

造形ステージ301の回転速度を調整する場合、例えば造形ステージ301の端部付近に材料を吐出する際には、単位面積あたりに吐出される材料の量を維持するため、造形ステージ301の回転速度を低下させることができる。この場合、造形ステージ301の回転速度を低下させることで造形精度を向上することが可能となる。一方、単位面積あたりに吐出される材料の量を維持するため、材料の吐出速度を増加させることもできる。この場合、材料の吐出速度を増加させることで造形速度を向上することが可能となる。特に大型の三次元構造物を作製する場合には、造形速度を向上させる観点から材料の吐出量を調整することが好ましい。   When adjusting the rotation speed of the modeling stage 301, for example, when discharging material near the end of the modeling stage 301, the rotation speed of the modeling stage 301 is set to maintain the amount of material discharged per unit area. Can be reduced. In this case, it is possible to improve the modeling accuracy by reducing the rotation speed of the modeling stage 301. On the other hand, in order to maintain the amount of the material discharged per unit area, the material discharge speed can be increased. In this case, it is possible to improve the modeling speed by increasing the material discharge speed. In particular, when producing a large three-dimensional structure, it is preferable to adjust the discharge rate of the material from the viewpoint of improving the modeling speed.

しかしながら、1.75mm乃至3.0mm程度の直径を有するフィラメント(ファイバー)状の材料をエクストルーダーを用いてホットエンドへ供給し、フィラメントを溶融し、送り出す従来の立体造形装置では、材料の供給量に限界がある。例えばエクストルーダーのローラーの回転数を上げてフィラメントの供給量を増大させると、フィラメントの供給量とホットエンド内でのフィラメントの溶融速度のバランスをとることが困難であり、フィラメントを安定して送り出すことができない。さらに、供給量を増大させるとフィラメントの消費量も必然的に増大し、このため、フィラメントの交換頻度が増大し、三次元構造物を連続形成することが難しくなる。また、フィラメント交換の間に吐出した造形用材料の固化が進行するため、吐出を再開して新たに造形用材料を積層しても、下層の造形用材料との接着性が低下する。したがって、従来の立体造形装置では造形用材料の供給量に限界がある。   However, in a conventional three-dimensional modeling apparatus that supplies a filament-like material having a diameter of about 1.75 mm to 3.0 mm to a hot end using an extruder, melts the filament, and sends it out, the supply amount of the material There is a limit. For example, if the rotation rate of the extruder roller is increased to increase the filament supply rate, it is difficult to balance the filament supply rate and the filament melting rate in the hot end, and the filament is sent out stably. I can't. Further, when the supply amount is increased, the filament consumption is inevitably increased, and therefore, the filament replacement frequency is increased and it is difficult to continuously form the three-dimensional structure. Moreover, since solidification of the modeling material discharged during filament replacement proceeds, even if the discharge is resumed and a new modeling material is laminated, the adhesion with the lower modeling material is reduced. Therefore, the conventional three-dimensional modeling apparatus has a limit in the supply amount of the modeling material.

これに対し、上述したように、本実施形態の立体造形装置100では、上記材料供給制御部234を備えることにより、造形用材料の吐出量を容易に制御することができる。前記材料供給制御部234は、立体造形物の三次元データから生成された送出部制御データに基づいて、上記送出部223のスクリュー224の回転速度を制御することで、材料の吐出量を変化させることができる。あらかじめ造形用材料をシリンダ206内で溶融させ、これをスクリュー224の回転によって吐出するため、上記送出部223のスクリュー224の回転速度を制御することで造形用材料の吐出量を容易に制御することができる。   On the other hand, as described above, in the three-dimensional modeling apparatus 100 according to the present embodiment, by providing the material supply control unit 234, it is possible to easily control the discharge amount of the modeling material. The material supply control unit 234 changes the discharge amount of the material by controlling the rotational speed of the screw 224 of the sending unit 223 based on the sending unit control data generated from the three-dimensional data of the three-dimensional structure. be able to. Since the modeling material is previously melted in the cylinder 206 and discharged by the rotation of the screw 224, the amount of modeling material discharged can be easily controlled by controlling the rotational speed of the screw 224 of the delivery unit 223. Can do.

また、本実施形態の立体造形装置100では、上記開閉機構制御部236を備えることにより、造形用材料の吐出の開始と停止を容易に制御することができる。開閉機構制御部236は、立体造形物の三次元データから生成された材料供給の制御データに基づいて、吐出口218における開閉機構を構成するピン216の開閉動作を制御することで、造形用材料の吐出の開始と停止を行うことができる。   Moreover, in the three-dimensional modeling apparatus 100 of this embodiment, the start and stop of the modeling material discharge can be easily controlled by including the opening / closing mechanism control unit 236. The opening / closing mechanism control unit 236 controls the opening / closing operation of the pin 216 constituting the opening / closing mechanism at the discharge port 218 based on the control data of the material supply generated from the three-dimensional data of the three-dimensional modeled object. The discharge can be started and stopped.

さらに、吐出量は造形用材料の形状に依存せず、事実上シリンダ206及びスクリュー224の大きさ、並びにスクリュー224の回転数等によって決まるため、シリンダ206及びスクリュー224の大きさ、並びにスクリュー224の回転数を大きくすることで、大きな吐出速度を得ることができる。さらに、造形用材料の供給は、造形用材料の吐出を停止することなく随時行うことができる。したがって、本実施形態の立体造形装置100を用いることで、高速で移動する領域にも十分な量の材料を積層することができ、大型の三次元構造物を短時間で形成することができる。   Furthermore, since the discharge amount does not depend on the shape of the modeling material, and is substantially determined by the size of the cylinder 206 and the screw 224, the number of rotations of the screw 224, and the like, the size of the cylinder 206 and the screw 224, and the screw 224 By increasing the rotation speed, a large discharge speed can be obtained. Furthermore, the modeling material can be supplied at any time without stopping the ejection of the modeling material. Therefore, by using the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to stack a sufficient amount of material on a region that moves at high speed, and a large three-dimensional structure can be formed in a short time.

逆に、造形ステージ301の回転軸310付近に造形用材料を積層する場合には、単位面積あたりに吐出される材料の量を維持するため、造形ステージ301の回転速度を増加させることができる。この場合、造形ステージ301の回転速度を増加させることで造形速度を向上することが可能となる。一方、単位面積あたりに吐出される材料の量を維持するため、材料の吐出速度を低下させることもできる。この場合、材料の吐出速度を低下させることで造形精度を向上することが可能となる。材料の吐出速度を低下させるためには、例えばスクリュー224の回転速度を低下させることで材料の吐出量を低減すればよい。特に大型の三次元構造物を作製する場合には、造形速度を向上させる観点から材料の吐出量を調整することが好ましい。   Conversely, when the modeling material is stacked near the rotation axis 310 of the modeling stage 301, the rotation speed of the modeling stage 301 can be increased in order to maintain the amount of material discharged per unit area. In this case, it is possible to improve the modeling speed by increasing the rotation speed of the modeling stage 301. On the other hand, in order to maintain the amount of material ejected per unit area, the material ejection speed can be reduced. In this case, it is possible to improve modeling accuracy by reducing the material discharge speed. In order to reduce the material discharge speed, for example, the material discharge amount may be reduced by reducing the rotational speed of the screw 224, for example. In particular, when producing a large three-dimensional structure, it is preferable to adjust the discharge rate of the material from the viewpoint of improving the modeling speed.

(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態で述べた立体造形装置100の制御方法について記述する。第1実施形態で述べた内容については、説明を割愛することがある。
(Second Embodiment)
In this embodiment, the control method of the three-dimensional modeling apparatus 100 described in the first embodiment will be described. Description of the contents described in the first embodiment may be omitted.

まず、三次元構造物の三次元データ(3Dデータ)を作成する(ステップ120)。3Dデータは、例えば、輪郭を表現する頂点と線分で構成され、体積を持たない立体であるワイヤーフレーム、厚みを持たない面で構成され、体積を持たない立体であるサーフェース、あるいは頂点と線分、および面で構成され、体積を持つ立体であるソリッドなどで構成すればよい。3Dデータはソフトウエアを使用して作製してもよく、あるいは目的とする対象物を立体的にスキャンし、3Dデータを取得してもよい。これらのデータはSTL(Standard Triangulated Language)形式やAMF(Active Manufacturing File)形式で保存される。   First, three-dimensional data (3D data) of a three-dimensional structure is created (step 120). The 3D data is composed of, for example, vertices and line segments that express an outline, a wire frame that is a solid body that does not have a volume, a surface that is a solid body that does not have a thickness and does not have a volume, or a vertex. What is necessary is just to comprise with the solid etc. which are comprised with a line segment and a surface, and are solid with a volume. The 3D data may be created using software, or the target object may be scanned three-dimensionally to obtain 3D data. These data are stored in an STL (Standard Triangulated Language) format or an AMF (Active Manufacturing File) format.

次に3Dデータの設定を行う(ステップ122)。例えば3Dデータを造形テーブル上で移動、回転させ、材料の積層を開始する位置を決める。同時に、作成される三次元構造物内部の充填率を設定し、必要に応じ、積層する材料の支持材となるサポートや、材料を安定に積層させるために造形ステージ301に最初に形成されるラフトなどの設定を行ってもよい。   Next, 3D data is set (step 122). For example, 3D data is moved and rotated on a modeling table, and the position where material lamination is started is determined. At the same time, the filling rate inside the created three-dimensional structure is set, and if necessary, the support that becomes the support material of the material to be laminated, or the raft that is first formed on the modeling stage 301 in order to stably laminate the material Etc. may be set.

次に3Dデータをスライスし、立体造形装置100を制御するための制御コードに変換する(ステップ124)。制御コードは一般的にはGコードと呼ばれる。制御コードは、材料を最初に吐出する位置、三次元構造物の充填率や大きさなどに基づいて生成される。得られた制御コードがXY座標に基づいて生成される場合、これを極座標(r,θ)へ変換する(ステップ126)   Next, the 3D data is sliced and converted into a control code for controlling the three-dimensional modeling apparatus 100 (step 124). The control code is generally called a G code. The control code is generated based on the position at which the material is first discharged, the filling rate and size of the three-dimensional structure, and the like. When the obtained control code is generated based on the XY coordinates, it is converted into polar coordinates (r, θ) (step 126).

最後に、制御コードを材料供給制御部234を制御する材料供給制御データ、開閉機構制御部236を制御する開閉機構制御データ、及び相対移動機構302を制御する相対移動機構制御データ等に変換し、当該制御データに基づいて、材料供給制御部234、開閉機構制御部236、及び相対移動機構302等を制御する。(ステップ128)   Finally, the control code is converted into material supply control data for controlling the material supply control unit 234, opening / closing mechanism control data for controlling the opening / closing mechanism control unit 236, relative movement mechanism control data for controlling the relative movement mechanism 302, and the like. Based on the control data, the material supply control unit 234, the opening / closing mechanism control unit 236, the relative movement mechanism 302, and the like are controlled. (Step 128)

材料供給制御部234を制御する材料供給制御データとしては、具体的には、スクリュー224を回転させるモーター230の回転数、シリンダ206内の温度を制御する温度等が挙げられる。   Specific examples of the material supply control data for controlling the material supply control unit 234 include the number of rotations of the motor 230 that rotates the screw 224, the temperature that controls the temperature in the cylinder 206, and the like.

開閉機構制御部236を制御する開閉機構制御データとしては、具体的には、吐出部210の吐出口218を開閉するピン216を移動させるアクチュエータ217の動作データ等が挙げられる。   Specific examples of the opening / closing mechanism control data for controlling the opening / closing mechanism control unit 236 include operation data of the actuator 217 that moves the pin 216 that opens and closes the discharge port 218 of the discharge unit 210.

相対移動機構302を制御する相対移動機構制御データとしては、具体的には、第1の移動機構304が、造形ステージ301を造形面301aの面内方向に回転駆動させる際のモーター314の回転量と回転速度、第2の移動機構306が造形面301aと対して平行な方向に造形ステージ301を直線的に移動させる際のプーリの回転量と回転速度、第3の移動機構308が、造形面301aに対して垂直な方向に造形ステージ301を直線的に移動させる際の軸ネジ320を回転させるモーターの回転量と回転速度等が挙げられる。   Specifically, as the relative movement mechanism control data for controlling the relative movement mechanism 302, the rotation amount of the motor 314 when the first movement mechanism 304 rotationally drives the modeling stage 301 in the in-plane direction of the modeling surface 301a. And the rotational speed, the rotation amount and rotational speed of the pulley when the second moving mechanism 306 linearly moves the modeling stage 301 in a direction parallel to the modeling surface 301a, and the third moving mechanism 308 includes the modeling surface. Examples include the rotation amount and rotation speed of a motor that rotates the shaft screw 320 when the modeling stage 301 is linearly moved in a direction perpendicular to 301a.

以上のステップを経ることで、造形ステージ301上に目的とする三次元構造物の作製が制御される。   Through the above steps, the production of the target three-dimensional structure on the modeling stage 301 is controlled.

(第3実施形態)
本実施形態では、大型の三次元構造物をより短時間で作製するための造形ステージ301の回転機構について、図10を用いて説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a rotation mechanism of the modeling stage 301 for producing a large three-dimensional structure in a shorter time will be described with reference to FIG.

図10(A)に示すように、造形ステージ301は、その下に二つのギア(第1のギア322と第2のギア324)を有している。モーター314は、造形ステージ301の回転軸310とはずれた位置に配置され、モーター314の回転軸には二つのギア(第3のギア326と第4のギア328)が設けられる。第1のギア322の歯数と第2のギア324の歯数は互いに異なり、第3のギア326と第4のギア328の歯数も互いに異なる。第1のギア322の大きさと第2のギア324の大きさは互いに同じでもよく、異なっていてもよく、第3のギア326と第4のギア328の大きさも互いに同じでもよく、異なってもよい。図10(A)に示すように、第1のギア322と第2のギア324の間隔と、第3のギア326と第4のギア328の間隔は異なってもよい。   As shown in FIG. 10A, the modeling stage 301 has two gears (a first gear 322 and a second gear 324) below it. The motor 314 is disposed at a position deviated from the rotation shaft 310 of the modeling stage 301, and two gears (a third gear 326 and a fourth gear 328) are provided on the rotation shaft of the motor 314. The number of teeth of the first gear 322 and the number of teeth of the second gear 324 are different from each other, and the number of teeth of the third gear 326 and the fourth gear 328 are also different from each other. The size of the first gear 322 and the size of the second gear 324 may be the same or different from each other, and the sizes of the third gear 326 and the fourth gear 328 may be the same or different from each other. Good. As shown in FIG. 10A, the distance between the first gear 322 and the second gear 324 and the distance between the third gear 326 and the fourth gear 328 may be different.

図10(A)、(B)に示すように、造形ステージ301の回転時、第1のギア322、第2のギア324、第3のギア326、第4のギア328の組み合わせを交替することができる。例えば図10(A)では、第1のギア322と第3のギア326が組み合わされ、第3のギア326の回転が第1のギア322に伝わり、これによって造形ステージ301が回転する。より速い回転速度が必要な場合、ギアの組み合わせを交替する。すなわち、図10(B)に示すように、第1のギア322と第3のギア326の組み合わせを解き、第2のギア324と第4のギア328を組み合わせ、第4のギア328の回転が第2のギア324に伝わるように、組み合わせを交替させる。モーター314は、組み合わせを交替させる機構を含むことができる。   As shown in FIGS. 10A and 10B, when the modeling stage 301 rotates, the combination of the first gear 322, the second gear 324, the third gear 326, and the fourth gear 328 is changed. Can do. For example, in FIG. 10A, the first gear 322 and the third gear 326 are combined, and the rotation of the third gear 326 is transmitted to the first gear 322, whereby the modeling stage 301 rotates. If a faster rotational speed is required, change the gear combination. That is, as shown in FIG. 10B, the combination of the first gear 322 and the third gear 326 is solved, the second gear 324 and the fourth gear 328 are combined, and the rotation of the fourth gear 328 is performed. The combination is changed so as to be transmitted to the second gear 324. The motor 314 can include a mechanism that alternates the combination.

歯数が第3のギア326が最も少なく、第2のギア324と第4のギア328が同じであり、第1のギア322が最も多い場合、図10(A)に図示した組み合わせでは、モーター314の回転軸が一回転し、第3のギア326が一回転しても、造形ステージ301は一回転できない。これに対し、図10(B)に図示した組み合わせでは、モーター314の軸が一回転すると同時に、第2のギア324と第4のギア328も一回転する。すなわち、ギア比を変えることで、より大きな造形ステージ301の回転速度を得ることができる。   When the number of teeth is the smallest in the third gear 326, the second gear 324 and the fourth gear 328 are the same, and the first gear 322 is the largest, the combination illustrated in FIG. Even if the rotation shaft 314 rotates once and the third gear 326 rotates once, the modeling stage 301 cannot rotate once. On the other hand, in the combination shown in FIG. 10B, the second gear 324 and the fourth gear 328 also rotate once at the same time as the shaft of the motor 314 rotates once. That is, a larger rotation speed of the modeling stage 301 can be obtained by changing the gear ratio.

また、ギア比を変えることで、特に低速で造形ステージ301を回転する際、より滑らかな回転を得ることが可能である。   Further, by changing the gear ratio, it is possible to obtain a smoother rotation particularly when the modeling stage 301 is rotated at a low speed.

ギアの組み合わせは、造形用材料の積層時において適宜行うことができる。本実施形態では、造形ステージ301、モーター314のいずれも二つずつのギアが設けられた例を示したが、ギアの数に制限はなく、三つ以上のギアがそれぞれ造形ステージ301、モーター314に設けられていてもよい。ギアの数は互いに異なってもよい。   The combination of gears can be appropriately performed when the modeling materials are stacked. In the present embodiment, an example in which two gears are provided for each of the modeling stage 301 and the motor 314 is shown, but the number of gears is not limited, and three or more gears are respectively the modeling stage 301 and the motor 314. May be provided. The number of gears may be different from each other.

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。   The embodiments described above as the embodiments of the present invention can be implemented in appropriate combination as long as they do not contradict each other. Based on each embodiment, those in which those skilled in the art appropriately added, deleted, or changed the design of components are also included in the scope of the present invention as long as they have the gist of the present invention.

上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。   Of course, other operational effects that are different from the operational effects provided by the above-described embodiments, which are apparent from the description of the present specification or can be easily predicted by those skilled in the art, are naturally included in the present invention. It is understood that

100:立体造形装置、120:ステップ、122:ステップ、124:ステップ、126:ステップ、128:ステップ、200:材料供給ユニット、202:モーター部、204:ホッパー、206:シリンダ、208:保護カバー、210:吐出部、212:コネクタ、214:ブロア、215:開閉機構、216:ピン、217:アクチュエータ、218:吐出口、220:ヒーター、222:開口部、223:送出部、224:スクリュー、226:山、230:モーター、232:ヒーター、234:材料供給制御部、236:開閉機構制御部、300:造形ステージ制御部、301:造形ステージ、301a:造形面、302:ステージ相対移動機構、304:第1の移動機構、306:第2の移動機構、308:第3の移動機構、309:移動部材、310:回転軸、312:ギア、314:モーター、316:プーリ、318:タイミングベルト、320:軸ネジ、322:第1のギア、324:第2のギア、326:第3のギア、328:第4のギア、330:相対移動機構制御部、400:支持台、500:フレーム   100: 3D modeling apparatus, 120: step, 122: step, 124: step, 126: step, 128: step, 200: material supply unit, 202: motor unit, 204: hopper, 206: cylinder, 208: protective cover, 210: Discharge part, 212: Connector, 214: Blower, 215: Opening / closing mechanism, 216: Pin, 217: Actuator, 218: Discharge port, 220: Heater, 222: Opening part, 223: Delivery part, 224: Screw, 226 : Mountain, 230: Motor, 232: Heater, 234: Material supply control unit, 236: Opening / closing mechanism control unit, 300: Modeling stage control unit, 301: Modeling stage, 301a: Modeling surface, 302: Stage relative movement mechanism, 304 : First moving mechanism, 306: second moving mechanism, 308: third moving 309: moving member, 310: rotating shaft, 312: gear, 314: motor, 316: pulley, 318: timing belt, 320: shaft screw, 322: first gear, 324: second gear, 326: Third gear, 328: Fourth gear, 330: Relative movement mechanism control unit, 400: Support base, 500: Frame

Claims (10)

立体造形物を造形する造形用材料を貯留するためのシリンダと、
前記シリンダ内に配置される前記造形用材料を溶融して送り出すための送出部と、
前記送出部によって送出される前記造形用材料を吐出するための吐出部を有する造形用材料供給ユニットと、
前記吐出部から吐出される前記造形用材料が積層される造形面を備えた造形ステージと、
前記造形ステージと前記造形用材料供給ユニットとを三次元的に相対移動させる相対移動機構を備え、
前記相対移動機構は、前記造形ステージが前記造形面に垂直な軸を中心に回転するように構成される第1の移動機構を有する、立体造形装置。
A cylinder for storing a modeling material for modeling a three-dimensional model;
A delivery section for melting and delivering the modeling material disposed in the cylinder;
A modeling material supply unit having a discharge unit for discharging the modeling material delivered by the delivery unit;
A modeling stage having a modeling surface on which the modeling material discharged from the discharge unit is laminated,
A relative movement mechanism for relatively moving the modeling stage and the modeling material supply unit in three dimensions;
The relative movement mechanism is a three-dimensional modeling apparatus having a first movement mechanism configured such that the modeling stage rotates around an axis perpendicular to the modeling surface.
前記相対移動機構が、前記造形面に対して平行な方向に前記造形ステージを直線的に移動させる第2の駆動手段を備える、請求項1に記載の立体造形装置。   The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the relative movement mechanism includes a second driving unit that linearly moves the modeling stage in a direction parallel to the modeling surface. 前記相対移動機構が、前記造形面に対して垂直な方向に前記造形ステージを直線的に移動させる第3の駆動手段を備える、請求項1又は2に記載の立体造形装置。   The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the relative movement mechanism includes a third driving unit that linearly moves the modeling stage in a direction perpendicular to the modeling surface. 前記吐出部は、前記吐出部の吐出口を開閉する開閉機構を有し、
前記開閉機構は、前記造形用材料の吐出を停止させる際には、前記吐出口を閉じ、前記造形用材料を吐出させる際には、前記吐出口を開けるよう構成される、請求項1乃至3のいずれかに記載の立体造形装置。
The discharge part has an opening and closing mechanism for opening and closing the discharge port of the discharge part,
The open / close mechanism is configured to close the discharge port when stopping the discharge of the modeling material and open the discharge port when discharging the modeling material. The three-dimensional modeling apparatus in any one of.
前記開閉機構は、前記吐出口を閉じるピンによって構成されており、
前記ピンは、前記吐出口から退避して前記吐出口を開け、前記吐出口に接近して前記吐出口を閉じるよう構成される、請求項4に記載の立体造形装置。
The opening / closing mechanism is constituted by a pin for closing the discharge port,
5. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 4, wherein the pin is configured to retract from the discharge port to open the discharge port and to approach the discharge port and close the discharge port.
前記造形ステージの回転速度を変える変速機を前記造形ステージの下にさらに有する、請求項1に記載の立体造形装置。   The three-dimensional model | molding apparatus of Claim 1 which further has a transmission which changes the rotational speed of the said modeling stage under the said modeling stage. さらに前記相対移動機構の動作を制御する相対移動機構制御部を備え、
前記相対移動機構制御部は、立体造形物の三次元データから生成された相対移動機構の制御データに基づいて、前記相対移動機構の動作を制御する、請求項1乃至5のいずれかに記載の立体造形装置。
Furthermore, a relative movement mechanism control unit for controlling the operation of the relative movement mechanism is provided,
The said relative movement mechanism control part controls the operation | movement of the said relative movement mechanism based on the control data of the relative movement mechanism produced | generated from the three-dimensional data of a three-dimensional molded item. Solid modeling device.
さらに前記送出部の動作を制御する材料供給制御部を備え、
前記材料供給制御部は、立体造形物の三次元データから生成された材料供給制御データに基づいて、前記送出部の動作を制御する、請求項1乃至7のいずれかに記載の立体造形装置。
In addition, a material supply control unit for controlling the operation of the delivery unit,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the material supply control unit controls the operation of the sending unit based on material supply control data generated from three-dimensional data of the three-dimensional modeled object.
さらに前記吐出部は、前記吐出口の開閉を制御する開閉機構制御部が設けられており、
前記開閉機構制御部は、立体造形物の三次元データから生成された開閉機構制御データに基づいて、前記開閉機構の動作を制御する、請求項1乃至8のいずれかに記載の立体造形装置。
Further, the discharge unit is provided with an opening / closing mechanism control unit for controlling opening / closing of the discharge port,
The three-dimensional model | molding apparatus in any one of Claims 1 thru | or 8 which controls the operation | movement of the said opening / closing mechanism based on the opening-and-closing mechanism control data produced | generated from the three-dimensional data of the three-dimensional molded item.
請求項1乃至9のいずれかに記載の立体造形装置を用いて立体造形物を造形する方法であって、
前記吐出部から吐出される造形用材料を前記造形ステージの造形面に積層して、立体造形物を造形する、立体造形物の製造方法。
A method for modeling a three-dimensional object using the three-dimensional object modeling apparatus according to any one of claims 1 to 9,
The manufacturing method of a three-dimensional molded item which laminates | stacks the modeling material discharged from the said discharge part on the modeling surface of the said modeling stage, and models a three-dimensional molded item.
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