JP2017222072A - Three-dimensional molding apparatus and modeled product mounting plate - Google Patents

Three-dimensional molding apparatus and modeled product mounting plate Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress movement of the position of an already formed layer structure even if the layer structure thermally expands or thermally contracts in the midst of a molding treatment, thereby enabling the molding treatment to be appropriately performed.SOLUTION: In a three-dimensional molding apparatus which laminates a layer structure obtained by cooling and solidifying a heated molding material 50 on a surface of a mounting stand or on a mounting plate 40 retained on the mounting stand and molds a three-dimensionally modeled product, a surface portion on the mounting stand or the mounting plate has a deformation layer 42 that is deformable following the deformation of the layer structure. As a result, even if the layer structure thermally expands or thermally contracts and is deformed, peel force generated between the layer structure and the surface of the mounting stand or the plate surface of the mounting plate can be reduced to a low level, and the layer structure can be inhibited from peeling from the mounting stand and the mounting plate.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、三次元造形装置及び造形物載置板に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a modeled article mounting plate.

従来、載置台の表面上又は載置台に保持される載置板上に、加熱された造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置が知られている。   Conventionally, a three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional structure by laminating a layered structure that cools and solidifies a heated modeling material on the surface of the mounting table or on a mounting plate held by the mounting table It has been known.

例えば、特許文献1には、加熱された製作チャンバー内で、熱溶解積層法(FDM方式)により三次元造形物を造形する三次元造形装置が開示されている。この三次元造形装置は、製作チャンバー内に位置する押出しヘッドの出口ノズルにおいて熱可塑性材料を加熱しながら押し出す。そして、熱可塑性材料を押し出しながら押出しヘッドを水平面に沿って二次元方向へ移動することで、プラットホームのプレート(造形物載置板)上に層状構造物を順次積層し、最終的に三次元造形物を造形する。   For example, Patent Document 1 discloses a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object by a hot melt lamination method (FDM method) in a heated production chamber. This three-dimensional modeling apparatus extrudes a thermoplastic material while heating it at an exit nozzle of an extrusion head located in a production chamber. Then, by extruding the thermoplastic material and moving the extrusion head in a two-dimensional direction along the horizontal plane, the layered structure is sequentially laminated on the platform plate (modeling object mounting plate), and finally three-dimensional modeling is performed. Shape objects.

FDM方式により三次元造形物を造形する場合、加熱された造形材料によって載置台の表面上又は載置台に保持される載置板上に形成された各層状構造物は、造形処理の途中に、温度変化によって熱膨張や熱収縮を引き起こす。従来の載置台や載置板は、容易に変形しない高剛性部材で構成されていたため、その上に固着する最下層の層状構造物(最初に形成される層状構造物)が、熱膨張や熱収縮による層状構造物の内部応力の高まりによって、載置台や載置板から剥離するおそれがあった。造形処理の途中に最下層の層状構造物が載置台や載置板から剥離してしまうと、形成済みの層状構造物の位置が動いてしまい、その上に形成される層状構造物との相対位置がずれ、造形処理を適切に継続できなくなる。   When modeling a three-dimensional structure by the FDM method, each layered structure formed on the surface of the mounting table or the mounting plate held on the mounting table by the heated modeling material is in the middle of the modeling process. Causes thermal expansion and contraction due to temperature changes. Since the conventional mounting table and mounting plate are composed of a high-rigidity member that does not easily deform, the lowest layered layered structure (the layered structure that is formed first) that adheres to it is thermally expanded and heated. There is a risk of peeling from the mounting table or the mounting plate due to an increase in internal stress of the layered structure due to the shrinkage. If the lowermost layered structure is peeled off from the mounting table or the mounting plate during the modeling process, the position of the formed layered structure will move, and the relative to the layered structure formed on it The position shifts and the modeling process cannot be continued properly.

この課題は、FDM方式の三次元造形装置に限らず、載置台の表面上又は載置台に保持される載置板上に、加熱された造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置であれば、同様に生じ得る。   This problem is not limited to the FDM type three-dimensional modeling apparatus, and a layered structure that cools and solidifies the heated modeling material is laminated on the surface of the mounting table or on the mounting plate held on the mounting table. If it is a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional model, it can occur in the same way.

上述した課題を解決するために、本発明は、載置台の表面上又は載置台に保持される載置板上に、加熱された造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置において、前記載置台の表面部又は前記載置板は、前記層状構造物の変形に追従して変形可能な変形層を有することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention stacks a layered structure that cools and solidifies the heated modeling material on the surface of the mounting table or on the mounting plate held by the mounting table, In the three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object, the surface portion of the mounting table or the mounting plate has a deformable layer that can be deformed following the deformation of the layered structure.

本発明によれば、造形処理の途中に、形成済みの層状構造物が熱膨張や熱収縮を引き起こしても、層状構造物の位置が動くことが抑制され、造形処理を適切に実行できるという優れた効果がある。   According to the present invention, even if the formed layered structure causes thermal expansion or heat shrinkage during the modeling process, the position of the layered structure is suppressed from moving, and the modeling process can be appropriately executed. There is an effect.

実施形態における三次元造形装置の構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the three-dimensional modeling apparatus in embodiment. 同三次元造形装置の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the chamber provided in the inside of the same three-dimensional modeling apparatus. 同三次元造形装置の図2中の手前部分を切断して除外した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which cut | disconnected and excluded the near part in FIG. 2 of the same three-dimensional modeling apparatus. 同三次元造形装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the same three-dimensional modeling apparatus. 実施形態における予熱処理及び造形処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the preheat processing and modeling process in embodiment. 従来の高剛性造形プレート上に形成された層状構造物が剥離した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the layered structure formed on the conventional highly rigid modeling plate peeled. 実施形態における造形プレートを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the modeling plate in embodiment. 実施形態における造形処理の途中に、造形プレートの変形層が層状構造物の変形に追従して変形する状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the deformation layer of a modeling plate deform | transforms following the deformation | transformation of a layered structure in the middle of the modeling process in embodiment. 変形例におけるステージの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the stage in a modification.

以下、本発明を、熱溶解積層法(FDM)により三次元造形物を造形する三次元造形装置に適用した一実施形態について説明する。
本発明を適用する三次元造形装置は、熱溶解積層法(FDM)に限定されるものではなく、載置台の表面上又は載置台に保持される載置板上に、加熱された造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置であれば、他の造形方法で三次元造形物を造形する三次元造形装置にも適用可能である。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object by a hot melt lamination method (FDM) will be described.
The three-dimensional modeling apparatus to which the present invention is applied is not limited to the hot melt lamination method (FDM), and a heated modeling material is placed on the surface of the mounting table or on the mounting plate held by the mounting table. If it is a 3D modeling apparatus that stacks a layered structure to be cooled and solidified and models a 3D model, it can also be applied to a 3D model apparatus that models a 3D model by other modeling methods. .

図1は、本実施形態における三次元造形装置1の構成を示す説明図である。
図2は、本実施形態における三次元造形装置1の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。
図3は、本実施形態における三次元造形装置1の前方部分を切断して除外した状態の斜視図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a three-dimensional modeling apparatus 1 in the present embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of a chamber provided inside the three-dimensional modeling apparatus 1 in the present embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of a state in which the front portion of the three-dimensional modeling apparatus 1 in the present embodiment is cut and excluded.

三次元造形装置1は、本体フレーム2の内部に三次元造形用チャンバー(以下「チャンバー」という。)3を備えている。チャンバー3の内部は、三次元造形物を造形するための処理空間となっており、その処理空間内すなわちチャンバー3の内部には、載置台としてのステージ4が設けられている。本実施形態では、このステージ4上に載置板としての造形プレート40を保持させ、その造形プレート40上に三次元造形物が造形される。   The three-dimensional modeling apparatus 1 includes a three-dimensional modeling chamber (hereinafter referred to as “chamber”) 3 inside a main body frame 2. The interior of the chamber 3 is a processing space for modeling a three-dimensional structure, and a stage 4 as a mounting table is provided in the processing space, that is, inside the chamber 3. In the present embodiment, a modeling plate 40 as a mounting plate is held on the stage 4, and a three-dimensional modeled object is modeled on the modeling plate 40.

チャンバー3内の処理空間を囲っている壁部は、その大部分又はその全部が断熱機能を有する断熱壁で構成されている。具体的には、チャンバー3の天井壁部は、後述するように、複数のスライド断熱部材3A,3Bによって構成された断熱壁である。また、チャンバー3の側壁部3C、すなわち、装置左右方向(図2及び図3中の左右方向=X軸方向)の両壁部は、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。また、チャンバー3の底壁部3Dも、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。また、チャンバー3の後壁部及び前壁部3Eも、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。   Most or all of the wall portion surrounding the processing space in the chamber 3 is a heat insulating wall having a heat insulating function. Specifically, the ceiling wall portion of the chamber 3 is a heat insulating wall configured by a plurality of slide heat insulating members 3A and 3B, as will be described later. Further, the side wall portion 3C of the chamber 3, that is, both wall portions in the left-right direction of the apparatus (the left-right direction in FIGS. 2 and 3 = X-axis direction) is provided with a heat insulating material containing glass wool or the like between the inner plate and the outer plate. It is a heat insulating wall with a sandwiched structure. The bottom wall portion 3D of the chamber 3 is also a heat insulating wall having a structure in which a heat insulating material containing glass wool or the like is sandwiched between an inner plate and an outer plate. The rear wall portion and the front wall portion 3E of the chamber 3 are also heat insulating walls having a structure in which a heat insulating material containing glass wool or the like is sandwiched between an inner plate and an outer plate.

本実施形態において、チャンバー3の前壁部3Eには、図2に示すように、開閉扉3aが設けられている。この開閉扉3aは、前壁部3Eと同様に断熱壁を構成するものであり、十分な断熱機能を発揮する構成となっている。また、チャンバー3の前壁部3Eには、図2に示すように、窓3bが設けられている。この窓3bは、空気層を挟み込んだ2重ガラス構造であり、前壁部3Eと同様に断熱壁を構成するものである。   In the present embodiment, the front wall 3E of the chamber 3 is provided with an opening / closing door 3a as shown in FIG. The open / close door 3a constitutes a heat insulating wall in the same manner as the front wall portion 3E, and is configured to exhibit a sufficient heat insulating function. Further, a window 3b is provided in the front wall 3E of the chamber 3 as shown in FIG. This window 3b has a double glass structure with an air layer interposed therebetween, and constitutes a heat insulating wall in the same manner as the front wall portion 3E.

なお、チャンバー3の各壁部の断熱構成は、必要な断熱機能を発揮できる構成であれば、本実施形態のものに限られず、あらゆる断熱構成のものを利用することができる。本実施形態においては、チャンバー3内の処理空間が造形処理時には200℃以上の高温になるところ、このような高温時でもチャンバー3の外部気温がおよそ40℃以下に収まるような断熱機能を発揮できる断熱壁であることが好ましい。   In addition, if the heat insulation structure of each wall part of the chamber 3 is a structure which can exhibit a required heat insulation function, it will not be restricted to the thing of this embodiment, The thing of all heat insulation structures can be utilized. In the present embodiment, the processing space in the chamber 3 becomes a high temperature of 200 ° C. or higher during the modeling process, and even at such a high temperature, a heat insulating function can be exhibited so that the outside temperature of the chamber 3 is kept at approximately 40 ° C. or lower. A heat insulating wall is preferred.

チャンバー3の内部におけるステージ4の上方には、造形材料排出部としての造形ヘッド10が設けられている。造形ヘッド10は、その下方に造形材料であるフィラメントを射出する射出ノズル11を有する。本実施形態では、造形ヘッド10上に4つの射出ノズル11が設けられているが、射出ノズル11の数は任意である。また、造形ヘッド10には、各射出ノズル11に供給されるフィラメントを加熱する造形材料加熱手段としてのヘッド加熱部12が設けられている。   A modeling head 10 as a modeling material discharge unit is provided above the stage 4 in the chamber 3. The modeling head 10 has an injection nozzle 11 that injects a filament, which is a modeling material, below the modeling head 10. In the present embodiment, four injection nozzles 11 are provided on the modeling head 10, but the number of injection nozzles 11 is arbitrary. Further, the modeling head 10 is provided with a head heating unit 12 as a modeling material heating unit that heats the filament supplied to each injection nozzle 11.

フィラメントは、細長いワイヤー形状であり、巻き回された状態で三次元造形装置1にセットされており、フィラメント供給部6により造形ヘッド10上の各射出ノズル11へそれぞれ供給される。なお、フィラメントは、射出ノズル11ごとに異なるものであってもよいし、同じものであってもよい。本実施形態においては、フィラメント供給部6により供給されるフィラメントをヘッド加熱部12で加熱して溶融(あるいは軟化)させ、溶融状態のフィラメントを所定の射出ノズル11から押し出すようにして射出することにより、ステージ4上に保持された造形プレート40上に層状の造形構造物を順次積層して、三次元造形物を造形する。   The filament has an elongated wire shape, is set in the three-dimensional modeling apparatus 1 in a wound state, and is supplied to each injection nozzle 11 on the modeling head 10 by the filament supply unit 6. In addition, a filament may differ for every injection nozzle 11, and the same may be sufficient as it. In the present embodiment, the filament supplied from the filament supply unit 6 is heated by the head heating unit 12 to be melted (or softened), and the molten filament is ejected by being pushed out from a predetermined ejection nozzle 11. The layered modeling structure is sequentially laminated on the modeling plate 40 held on the stage 4 to model a three-dimensional modeled object.

なお、造形ヘッド10上の射出ノズル11には、造形材料のフィラメントではなく、三次元造形物を構成しないサポート材が供給される場合がある。このサポート材は、通常、造形材料のフィラメントとは異なる材料で形成され、最終的にはフィラメントで形成された三次元造形物から除去される。このサポート材も、ヘッド加熱部12で加熱溶融され、溶融状態のサポート材が所定の射出ノズル11から押し出されるように射出されて、層状に順次積層される。   The injection nozzle 11 on the modeling head 10 may be supplied with a support material that does not constitute a three-dimensional structure, instead of a filament of a modeling material. This support material is usually formed of a material different from the filament of the modeling material, and finally removed from the three-dimensional structure formed of the filament. This support material is also heated and melted by the head heating unit 12, and the molten support material is injected so as to be pushed out from a predetermined injection nozzle 11, and sequentially laminated in layers.

造形ヘッド10は、装置左右方向(図2及び図3中の左右方向=X軸方向)に延びるX軸駆動機構21に対し、連結部材21aを介して、そのX軸駆動機構21の長手方向(X軸方向)に沿って移動可能に保持されている。造形ヘッド10は、X軸駆動機構21の駆動力により、装置左右方向(X軸方向)へ移動することができる。造形ヘッド10は、ヘッド加熱部12によって加熱されて高温になるため、その熱がX軸駆動機構21に伝わりにくいように、連結部材21aを低伝熱性のものとするのが好ましい。   The modeling head 10 is connected to the X-axis drive mechanism 21 extending in the left-right direction of the apparatus (left-right direction in FIGS. 2 and 3 = X-axis direction) via the connecting member 21a in the longitudinal direction of the X-axis drive mechanism 21 ( (Movable along the X axis direction). The modeling head 10 can move in the left-right direction of the apparatus (X-axis direction) by the driving force of the X-axis driving mechanism 21. Since the modeling head 10 is heated by the head heating unit 12 and becomes a high temperature, it is preferable that the connecting member 21 a has a low heat conductivity so that the heat is not easily transmitted to the X-axis drive mechanism 21.

X軸駆動機構21の両端は、それぞれ、装置前後方向(図2及び図3中の前後方向=Y軸方向)に延びるY軸駆動機構22に対し、そのY軸駆動機構22の長手方向(Y軸方向)に沿ってスライド移動可能に保持されている。X軸駆動機構21がY軸駆動機構22の駆動力によってY軸方向に沿って移動することにより、造形ヘッド10はY軸方向に沿って移動することができる。   Both ends of the X-axis drive mechanism 21 are respectively in the longitudinal direction (Y of the Y-axis drive mechanism 22 with respect to the Y-axis drive mechanism 22 extending in the apparatus front-rear direction (front-rear direction in FIGS. 2 and 3 = Y-axis direction). It is held so as to be slidable along the axial direction. As the X-axis drive mechanism 21 moves along the Y-axis direction by the driving force of the Y-axis drive mechanism 22, the modeling head 10 can move along the Y-axis direction.

本実施形態において、チャンバー3の底壁部3Dは、本体フレーム2に固定されている、装置上下方向(図2及び図3中の上下方向=Z軸方向)に延びるZ軸駆動機構23に対し、そのZ軸駆動機構23の長手方向(Z軸方向)に沿って移動可能に保持されている。チャンバー3の底壁部3Dは、Z軸駆動機構23の駆動力により、装置上下方向(Z軸方向)へ移動することができる。この底壁部3D上には、ステージ4が固定されているので、Z軸駆動機構23の駆動力によりステージ4及びこれに保持される造形プレート40をZ軸方向へ移動させることができる。   In the present embodiment, the bottom wall 3D of the chamber 3 is fixed to the main body frame 2 with respect to the Z-axis drive mechanism 23 extending in the vertical direction of the apparatus (vertical direction in FIGS. 2 and 3 = Z-axis direction). The Z-axis drive mechanism 23 is held so as to be movable along the longitudinal direction (Z-axis direction). The bottom wall 3 </ b> D of the chamber 3 can be moved in the vertical direction of the apparatus (Z-axis direction) by the driving force of the Z-axis driving mechanism 23. Since the stage 4 is fixed on the bottom wall portion 3D, the stage 4 and the modeling plate 40 held by the stage 4 can be moved in the Z-axis direction by the driving force of the Z-axis driving mechanism 23.

チャンバー3の底壁部3Dの周縁部は、チャンバー3の両側壁部3C並びに前壁部3E及び後壁部の各内壁面に密着している。チャンバー3の底壁部3DがZ軸駆動機構23によりZ軸方向へ移動する際、底壁部3Dは、その周縁部を、チャンバー3の両側壁部3C並びに前壁部3E及び後壁部の各内壁面を摺動させながら移動する。これにより、チャンバー3内の遮蔽性が確保され、チャンバー3内の十分な断熱性が得られる。なお、チャンバー3内の十分な断熱性が得られるのであれば、チャンバー3の底壁部3Dの周縁部と、チャンバー3の両側壁部3C並びに前壁部3E及び後壁部の各内壁面との間に、多少の隙間があってもよい。このような隙間を形成することで、スムーズかつ高精度な底壁部3Dの移動を実現でき、ステージ4のスムーズかつ高精度な移動が実現される。   The peripheral edge portion of the bottom wall portion 3D of the chamber 3 is in close contact with both side wall portions 3C of the chamber 3 and the inner wall surfaces of the front wall portion 3E and the rear wall portion. When the bottom wall portion 3D of the chamber 3 is moved in the Z-axis direction by the Z-axis drive mechanism 23, the bottom wall portion 3D has a peripheral edge portion of the side wall portion 3C, the front wall portion 3E, and the rear wall portion of the chamber 3. Move while sliding each inner wall. Thereby, the shielding property in the chamber 3 is ensured, and sufficient heat insulation in the chamber 3 is obtained. If sufficient heat insulation in the chamber 3 is obtained, the peripheral edge portion of the bottom wall portion 3D of the chamber 3 and the inner wall surfaces of the side wall portions 3C, the front wall portion 3E and the rear wall portion of the chamber 3 There may be a slight gap between them. By forming such a gap, the bottom wall 3D can be moved smoothly and accurately, and the stage 4 can be moved smoothly and accurately.

また、本実施形態においては、チャンバー3の内部(処理空間)に、チャンバー3内を加熱する処理空間加熱手段としてのチャンバー用ヒータ7が設けられている。本実施形態においては、熱溶解積層法(FDM)で三次元造形物を造形するため、チャンバー3内の温度を目標温度に維持した状態で、造形処理を行うことが望ましい。そのため、本実施形態では、造形処理を開始する前に、予めチャンバー3内の温度を目標温度まで昇温させる予熱処理を行う。チャンバー用ヒータ7は、この予熱処理中には、チャンバー3内を目標温度まで昇温させるためにチャンバー3内を加熱するとともに、造形処理中には、チャンバー3内の温度を目標温度に維持するためにチャンバー3内を加熱する。チャンバー用ヒータ7の動作は、制御部100によって制御される。   In the present embodiment, a chamber heater 7 is provided inside the chamber 3 (processing space) as processing space heating means for heating the inside of the chamber 3. In this embodiment, in order to model a three-dimensional modeled object by the hot melt lamination method (FDM), it is desirable to perform the modeling process while maintaining the temperature in the chamber 3 at the target temperature. Therefore, in the present embodiment, pre-heat treatment is performed in which the temperature in the chamber 3 is raised to the target temperature in advance before the modeling process is started. The chamber heater 7 heats the chamber 3 to raise the temperature of the chamber 3 to the target temperature during the pre-heat treatment, and maintains the temperature in the chamber 3 at the target temperature during the modeling process. Therefore, the inside of the chamber 3 is heated. The operation of the chamber heater 7 is controlled by the control unit 100.

本実施形態においては、X軸駆動機構21、Y軸駆動機構22及びZ軸駆動機構23が、チャンバー3の外部に配置されている。よって、X軸駆動機構21、Y軸駆動機構22及びZ軸駆動機構23は、チャンバー3内の高温に曝されず、安定した駆動制御が実現される。なお、X軸駆動機構21及びY軸駆動機構22の全体がチャンバー3の外部に配置される構成に限らず、その一部又はその全体がチャンバー3の内部に配置される構成であってもよい。   In the present embodiment, the X-axis drive mechanism 21, the Y-axis drive mechanism 22, and the Z-axis drive mechanism 23 are arranged outside the chamber 3. Therefore, the X-axis drive mechanism 21, the Y-axis drive mechanism 22, and the Z-axis drive mechanism 23 are not exposed to the high temperature in the chamber 3, and stable drive control is realized. The X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 are not limited to be configured to be disposed outside the chamber 3, but may be configured to be partially or entirely disposed inside the chamber 3. .

ここで、本実施形態におけるX軸駆動機構21及びY軸駆動機構22の駆動対象は造形ヘッド10であり、その造形ヘッド10の一部(射出ノズル11を含む造形ヘッド10の先端部分)がチャンバー3内に配置されている。本実施形態では、造形ヘッド10をX軸方向へ移動させてもチャンバー3の内部が外部から遮蔽される構成となっている。具体的には、チャンバー3の天井壁部においては、図2及び図3に示すように、Y軸方向に長尺な複数のX軸スライド断熱部材3AがX軸方向へ並べて配設された構成となっており、隣接するX軸スライド断熱部材3A間は互いにX軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、X軸駆動機構21により造形ヘッド10をX軸方向へ移動させても、これに応じて複数のX軸スライド断熱部材3AがそれぞれX軸方向へスライド移動し、チャンバー3内の処理空間上部は常にX軸スライド断熱部材3Aによって覆われる。   Here, the driving target of the X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 in this embodiment is the modeling head 10, and a part of the modeling head 10 (the tip portion of the modeling head 10 including the injection nozzle 11) is a chamber. 3 is arranged. In the present embodiment, the inside of the chamber 3 is shielded from the outside even when the modeling head 10 is moved in the X-axis direction. Specifically, in the ceiling wall portion of the chamber 3, as shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of X-axis slide heat insulating members 3A that are long in the Y-axis direction are arranged side by side in the X-axis direction. The adjacent X-axis slide heat insulating members 3A are configured to be slidable relative to each other in the X-axis direction. Thereby, even if the modeling head 10 is moved in the X-axis direction by the X-axis drive mechanism 21, the plurality of X-axis slide heat insulating members 3 </ b> A slide in the X-axis direction accordingly, and the processing space in the chamber 3 The upper part is always covered with the X-axis slide heat insulating member 3A.

同様に、チャンバーの天井壁部においては、図2及び図3に示すように、複数のY軸スライド断熱部材3BがY軸方向へ並べて配設された構成となっている。隣接するY軸スライド断熱部材3B間は互いにY軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、Y軸駆動機構22によりX軸駆動機構21上の造形ヘッド10をY軸方向へ移動させても、これに応じて複数のY軸スライド断熱部材3BがそれぞれY軸方向へスライド移動し、チャンバー3内の処理空間上部は常にY軸スライド断熱部材3Bによって覆われる。   Similarly, in the ceiling wall portion of the chamber, as shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of Y-axis slide heat insulating members 3B are arranged side by side in the Y-axis direction. The adjacent Y-axis slide heat insulating members 3B are configured to be slidable relative to each other in the Y-axis direction. Thereby, even if the modeling head 10 on the X-axis drive mechanism 21 is moved in the Y-axis direction by the Y-axis drive mechanism 22, the plurality of Y-axis slide heat insulating members 3B slide and move in the Y-axis direction accordingly. The upper part of the processing space in the chamber 3 is always covered with the Y-axis slide heat insulating member 3B.

また、本実施形態におけるZ軸駆動機構23の駆動対象は、チャンバー3の底壁部3Dあるいはステージ4(もしくは造形プレート40)である。本実施形態では、底壁部3Dあるいはステージ4をZ軸方向へ移動させてもチャンバー3の内部が外部から遮蔽される構成となっている。具体的には、チャンバー3の両側壁部3Cには、図2及び図3に示すように、Z軸駆動機構23と底壁部3Dとの連結部を貫通させるスライド孔3cがZ軸方向に延びるように形成されている。このスライド孔3cは、断熱材料からなる可撓性のシール部材3dによってシールされている。Z軸駆動機構23により底壁部3DをZ軸方向へ移動させる際、Z軸駆動機構23と底壁部3Dとの連結部は、可撓性のシール部材3dを弾性変形させながらスライド孔3cに沿ってZ軸方向へ移動する。よって、チャンバー3の両側壁部3Cに形成されたスライド孔3cは、常にシール部材3dによって覆われる。   In addition, the drive target of the Z-axis drive mechanism 23 in the present embodiment is the bottom wall 3D of the chamber 3 or the stage 4 (or the modeling plate 40). In the present embodiment, the inside of the chamber 3 is shielded from the outside even if the bottom wall 3D or the stage 4 is moved in the Z-axis direction. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, slide holes 3c that penetrate through the connecting portion between the Z-axis drive mechanism 23 and the bottom wall 3D are formed in the Z-axis direction on both side walls 3C of the chamber 3. It is formed to extend. The slide hole 3c is sealed by a flexible seal member 3d made of a heat insulating material. When the bottom wall portion 3D is moved in the Z-axis direction by the Z-axis drive mechanism 23, the connecting portion between the Z-axis drive mechanism 23 and the bottom wall portion 3D is configured to slide the slide hole 3c while elastically deforming the flexible seal member 3d. Along the Z axis. Therefore, the slide holes 3c formed in the both side walls 3C of the chamber 3 are always covered with the seal member 3d.

そのほか、本実施形態においては、チャンバー3の外部であって三次元造形装置1の内部の空間を冷却させるための装置内冷却装置8や、造形ヘッド10の射出ノズル11を清掃するためのノズル清掃部9などが設けられている。   In addition, in this embodiment, nozzle cleaning for cleaning the in-device cooling device 8 for cooling the space inside the 3D modeling apparatus 1 outside the chamber 3 and the injection nozzle 11 of the modeling head 10. A part 9 and the like are provided.

図4は、本実施形態の三次元造形装置1の制御ブロック図である。
本実施形態においては、造形ヘッド10のX軸方向位置を検知するX軸ポジション検知機構24が設けられている。X軸ポジション検知機構24の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいてX軸駆動機構21を制御して、造形ヘッド10を目標のX軸方向位置へ移動させる。
FIG. 4 is a control block diagram of the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment.
In the present embodiment, an X-axis position detection mechanism 24 that detects the position of the modeling head 10 in the X-axis direction is provided. The detection result of the X-axis position detection mechanism 24 is sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the X-axis drive mechanism 21 based on the detection result to move the modeling head 10 to the target X-axis direction position.

また、本実施形態においては、X軸駆動機構21のY軸方向位置(造形ヘッド10のY軸方向位置)を検知するY軸ポジション検知機構25が設けられている。Y軸ポジション検知機構25の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいてY軸駆動機構22を制御することにより、X軸駆動機構21上の造形ヘッド10を目標のY軸方向位置へ移動させる。   In the present embodiment, a Y-axis position detection mechanism 25 that detects the Y-axis direction position of the X-axis drive mechanism 21 (the Y-axis direction position of the modeling head 10) is provided. The detection result of the Y-axis position detection mechanism 25 is sent to the control unit 100. The control unit 100 moves the modeling head 10 on the X-axis drive mechanism 21 to a target position in the Y-axis direction by controlling the Y-axis drive mechanism 22 based on the detection result.

また、本実施形態においては、ステージ4上に保持される造形プレート40のZ軸方向位置を検知するZ軸ポジション検知機構26が設けられている。Z軸ポジション検知機構26の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいてZ軸駆動機構23を制御して、ステージ4上の造形プレート40を目標のZ軸方向位置へ移動させる。   In the present embodiment, a Z-axis position detection mechanism 26 that detects the position in the Z-axis direction of the modeling plate 40 held on the stage 4 is provided. The detection result of the Z-axis position detection mechanism 26 is sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 based on the detection result to move the modeling plate 40 on the stage 4 to a target position in the Z-axis direction.

制御部100は、このようにして造形ヘッド10及びステージ4の移動制御を行うことにより、チャンバー3内における造形ヘッド10とステージ4上の造形プレート40との相対的な三次元位置を、目標の三次元位置に位置させることができる。   The control unit 100 controls the movement of the modeling head 10 and the stage 4 in this way, thereby determining the relative three-dimensional position between the modeling head 10 in the chamber 3 and the modeling plate 40 on the stage 4 as a target. It can be located in a three-dimensional position.

図5は、本実施形態における予熱処理及び造形処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態において、制御部100は、ユーザーの指示操作等により造形をスタートすると、まず、チャンバー用ヒータ7、ヘッド加熱部12及びステージ加熱部5への通電をONにして、これらを稼働させる(S1)。また、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、Z軸駆動機構23の駆動力によりステージ4を所定の待機位置(例えば最下点)から上昇させる(S2)。そして、ステージ4が上述した予熱用位置に到達したら(S3のYes)、Z軸駆動機構23の駆動を停止する(S4)。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of pre-heat treatment and modeling processing in the present embodiment.
In the present embodiment, when the modeling is started by the user's instruction operation or the like, the controller 100 first turns on the energization to the chamber heater 7, the head heating unit 12, and the stage heating unit 5 to operate them ( S1). Further, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 to raise the stage 4 from a predetermined standby position (for example, the lowest point) by the driving force of the Z-axis drive mechanism 23 (S2). When the stage 4 reaches the preheating position described above (Yes in S3), the driving of the Z-axis drive mechanism 23 is stopped (S4).

処理空間の温度が目標温度に達したら(S5のYes)、続いて、制御部100は、造形処理に移行する。本実施形態の三次元造形装置1により造形する三次元造形物の三次元形状データは、本三次元造形装置1に対して有線あるいは無線でデータ通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部装置から入力される。制御部100は、入力された三次元形状データに基づき、上下方向に分解された多数の層状構造物のデータ(造形用のスライスデータ)を生成する。各層状構造物に対応するスライスデータは、本三次元造形装置1の造形ヘッド10から射出されるフィラメントによって形成される各層状構造物に対応しており、その層状構造物の厚みは、三次元造形装置1の能力に応じて適宜設定される。   When the temperature of the processing space reaches the target temperature (Yes in S5), the control unit 100 subsequently proceeds to modeling processing. The three-dimensional shape data of the three-dimensional structure to be modeled by the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment is obtained from an external device such as a personal computer connected to the three-dimensional modeling apparatus 1 so that data communication can be performed by wire or wirelessly. Entered. The control unit 100 generates data (slice data for modeling) of a large number of layered structures decomposed in the vertical direction based on the input three-dimensional shape data. The slice data corresponding to each layered structure corresponds to each layered structure formed by the filament ejected from the modeling head 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1, and the thickness of the layered structure is three-dimensional. It is appropriately set according to the capability of the modeling apparatus 1.

造形処理では、まず、制御部100は、最下層(第一層)のスライスデータに従って、ステージ4上に保持されている造形プレート40の表面に最下層の層状構造物を作成する(S6)。具体的には、制御部100は、最下層(第一層)のスライスデータに基づき、X軸駆動機構21及びY軸駆動機構22を制御して、造形ヘッド10の射出ノズル11の先端を目標位置(X−Y平面上の目標位置)に順次移動させながら、射出ノズル11よりフィラメントの射出を行う。これにより、ステージ4上の造形プレート40の表面には、最下層(第一層)のスライスデータに従った層状構造物が形成される。なお、三次元造形物を構成しないサポート材も一緒に作成する場合があるが、ここでの説明は省略する。   In the modeling process, first, the control unit 100 creates a lowermost layered structure on the surface of the modeling plate 40 held on the stage 4 according to the slice data of the lowermost layer (first layer) (S6). Specifically, the control unit 100 controls the X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 based on the slice data of the lowermost layer (first layer) to target the tip of the injection nozzle 11 of the modeling head 10. The filament is ejected from the ejection nozzle 11 while sequentially moving to a position (target position on the XY plane). Thereby, the layered structure according to the slice data of the lowest layer (first layer) is formed on the surface of the modeling plate 40 on the stage 4. In addition, although the support material which does not comprise a three-dimensional structure may be created together, description here is abbreviate | omitted.

次に、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、層状構造物の一層分に相当する距離だけステージ4を下降させ、そのステージ4上の造形プレート40を、次の層(第二層)の層状構造物を作成するための位置まで下降させ、位置決めする(S8)。その後、制御部100は、第二層のスライスデータに基づき、X軸駆動機構21及びY軸駆動機構22を制御して、造形ヘッド10の射出ノズル11の先端を目標位置に順次移動させながら、射出ノズル11よりフィラメントの射出を行う。これにより、ステージ4の造形プレート40上に形成されている最下層の層状構造物上に、第二層のスライスデータに従った層状構造物が形成される(S6)。   Next, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 to lower the stage 4 by a distance corresponding to one layer of the layered structure, and the modeling plate 40 on the stage 4 is moved to the next layer (first layer). The position is lowered to a position for creating a (two-layer) layered structure and positioned (S8). Thereafter, the control unit 100 controls the X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 based on the slice data of the second layer, and sequentially moves the tip of the injection nozzle 11 of the modeling head 10 to the target position. A filament is injected from the injection nozzle 11. Thereby, the layered structure according to the slice data of the second layer is formed on the lowermost layered structure formed on the modeling plate 40 of the stage 4 (S6).

このようにして、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、ステージ4を順次下降させながら、下層から順に各層状構造物を積層させて造形する処理を繰り返す。そして、最上層の層状構造物の作成が終了したら(S7のYes)、入力された三次元形状データに従った三次元造形物が造形プレート40上に造形される。   In this way, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 and repeats the process of laminating and modeling each layered structure in order from the lower layer while sequentially lowering the stage 4. When the creation of the uppermost layered structure is completed (Yes in S7), a three-dimensional structure according to the input three-dimensional shape data is formed on the modeling plate 40.

このようにして造形処理が終了したら、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、ステージ4を所定の取出用位置(本実施形態では最下点)まで下降させる(S9)。この取出用位置は、チャンバー3の前壁部3Eに設けられている開閉扉3aを開けて、ステージ4上の三次元造形物をチャンバー3の外部へ取り出しやすい位置に設定される。   When the modeling process is thus completed, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 to lower the stage 4 to a predetermined extraction position (the lowest point in the present embodiment) (S9). This take-out position is set at a position where the open / close door 3a provided on the front wall 3E of the chamber 3 is opened and the three-dimensional structure on the stage 4 is easily taken out of the chamber 3.

造形処理終了直後は、まだ、チャンバー3内の処理空間が高温であるため、開閉扉3aを開けて処理空間内の三次元造形物をユーザーがすぐに取り出すことはできない。したがって、ユーザーは、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下してから、開閉扉3aを開けて処理空間内の三次元造形物を造形プレート40に固着した状態のまま取り出すことになる。制御部100は、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下するまで開閉扉3aをロック状態にする冷却期間を設け、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下した後に、開閉扉3aのロック状態を解除することが好ましい。   Since the processing space in the chamber 3 is still hot immediately after the modeling process is completed, the user cannot immediately open the open / close door 3a and take out the three-dimensional modeled object in the processing space. Therefore, after the temperature in the processing space is lowered to a temperature at which the user can take out, the user opens the door 3a and takes out the three-dimensional structure in the processing space while being fixed to the modeling plate 40. The control unit 100 provides a cooling period in which the open / close door 3a is locked until the temperature in the processing space decreases to a temperature at which it can be taken out. It is preferable to release the locked state.

ここで、本実施形態の三次元造形装置1で三次元造形物を造形する際、ヘッド加熱部12で加熱されて射出ノズル11から射出された軟化状態のフィラメント50は、チャンバー3内の造形プレート40上へ射出される。チャンバー3内は、チャンバー用ヒータ7等によって加熱されているが、チャンバー3内の温度はヘッド加熱部12におけるフィラメント50の軟化温度よりも低いため、造形プレート40上へ射出された軟化状態のフィラメントの温度は徐々に下がることになる。これにより、フィラメント50は、造形プレート40の表面に固着するとともに、層状構造物としての形状を維持できるように硬度が高まる。   Here, when modeling the three-dimensional modeled object with the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment, the softened filament 50 heated by the head heating unit 12 and injected from the injection nozzle 11 is the modeling plate in the chamber 3. 40 is injected onto. The inside of the chamber 3 is heated by the chamber heater 7 or the like, but since the temperature in the chamber 3 is lower than the softening temperature of the filament 50 in the head heating section 12, the softened filament injected onto the modeling plate 40 The temperature of will gradually decrease. Thereby, the filament 50 is fixed to the surface of the modeling plate 40, and the hardness is increased so that the shape as a layered structure can be maintained.

造形プレート40上に射出されたフィラメント50は、徐々に温度が下がる過程で、熱収縮を引き起こす。従来は、図6に示すように、造形プレート40’が容易に変形しない高剛性部材で構成されていたため、これに固着した最下層の層状構造物は、その熱収縮によって内部応力が高まっていく。また、この最下層の上に積層される第二層以降の層状構造物も同様に熱収縮を引き起こすため、第二層以降の層状構造物の内部応力も高まり、これによって最下層の層状構造物の内部応力は更に高まっていく。このように高まっていく最下層の層状構造物の内部応力は、最下層の層状構造物を反り返らせ、最下層の層状構造物の端部を高剛性の造形プレート40’から引き離すような剥離力を発生させる。   The filament 50 injected onto the modeling plate 40 causes thermal contraction in the process of gradually decreasing the temperature. Conventionally, as shown in FIG. 6, the modeling plate 40 ′ is composed of a highly rigid member that is not easily deformed. Therefore, the internal stress of the lowermost layered structure fixed to the plate increases due to thermal contraction. . In addition, since the layered structure after the second layer laminated on the lowermost layer also causes thermal shrinkage, the internal stress of the layered structure after the second layer also increases, thereby causing the layered structure of the lowermost layer. The internal stress increases further. The internal stress of the lowermost layered structure that increases in this way causes the lowermost layered structure to warp and peels off the end of the lowermost layered structure from the highly rigid modeling plate 40 '. Generate power.

最下層の層状構造物と高剛性の造形プレート40’との固着力を超える剥離力が生じるほど最下層の層状構造物の内部応力が高まると、図6に示すように、最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離してしまう。造形処理の途中で最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離してしまうと、形成済みの層状構造物の位置が造形プレート40’上で動いてしまい、その上に形成される新たな層状構造物との相対位置がずれて、造形処理を適切に継続できなくなる。   When the internal stress of the lowermost layered structure increases so that a peeling force exceeding the fixing force between the lowermost layered structure and the highly rigid modeling plate 40 ′ is generated, as shown in FIG. 6, the lowermost layered structure The object is peeled off from the modeling plate 40 ′. If the lowermost layered structure is peeled off from the modeling plate 40 ′ during the modeling process, the position of the layered structure already formed moves on the modeling plate 40 ′, and a new layer is formed on the layered structure. The relative position with the layered structure shifts and the modeling process cannot be continued properly.

造形処理中の剥離を抑制する方法としては、最下層の層状構造物と高剛性の造形プレート40’との固着力を高めることが考えられる。例えば、高剛性の造形プレート40’に層状構造物との化学的結合や機械的結合を改善する表膜をコーティングし、造形プレート40’と最下層の層状構造物との固着力を高める方法が挙げられる。しかしながら、固着力を高めるにも限界があるため、最下層の層状構造物の剥離力が大きい場合には、造形処理の途中で最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離する問題を解決することが難しい。   As a method for suppressing peeling during the modeling process, it is conceivable to increase the adhesion between the lowermost layered structure and the highly rigid modeling plate 40 '. For example, there is a method in which a highly rigid modeling plate 40 ′ is coated with a surface film that improves chemical bonding and mechanical bonding with the layered structure, and the adhesion between the modeling plate 40 ′ and the lowermost layered structure is increased. Can be mentioned. However, since there is a limit to increasing the fixing force, when the peeling power of the lowermost layered structure is large, the problem that the lowermost layered structure peels off from the modeling plate 40 ′ during the modeling process is solved. Difficult to do.

なお、ここでは、熱収縮が発生する場合で説明したが、熱膨張が発生する場合でも同様である。例えば、チャンバー3内の温度バラつきによって、造形処理の途中で層状構造物が熱膨張することもあり、そのような熱膨張によっても剥離力が発生するおそれがある。   Here, the case where thermal contraction occurs is described, but the same applies to the case where thermal expansion occurs. For example, due to temperature variation in the chamber 3, the layered structure may thermally expand during the modeling process, and peeling force may occur due to such thermal expansion.

図7は、本実施形態における造形プレート40を模式的に示す断面図である。
本実施形態の造形プレート40は、図7に示すように、剛性層である剛性基板41とその剛性基板41上に形成された変形層42とから構成されている。この変形層42は、剛性基板41上に強固に固着されており、変形層42に固着する最下層の層状構造物の変形に追従して変形可能な特性を有する層である。本実施形態の変形層42は、このような特性を有することで、造形プレート40の変形層42上に形成された層状構造物が熱収縮を引き起こして変形層42に固着した最下層の層状構造物が反り返るように変形しても、図8に示すように、その変形に追従して変形層42も変形する。その結果、変形層42と最下層の層状構造物との間に生じる剥離力は小さく抑えられ、造形処理の途中で最下層の層状構造物が造形プレート40から剥離するのを抑制できる。したがって、造形処理の途中で形成済みの層状構造物の位置が許容範囲を超えて造形プレート40上で動いてしまうようなことはなく、造形処理を適切に実施できる。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the modeling plate 40 in the present embodiment.
As shown in FIG. 7, the modeling plate 40 of the present embodiment includes a rigid substrate 41 that is a rigid layer and a deformation layer 42 formed on the rigid substrate 41. The deformable layer 42 is a layer that is firmly fixed on the rigid substrate 41 and has a property that can be deformed following the deformation of the lowermost layered structure fixed to the deformable layer 42. The deformable layer 42 of the present embodiment has such characteristics, so that the layered structure formed on the deformable layer 42 of the modeling plate 40 causes thermal contraction and is fixed to the deformable layer 42 to be the lowermost layered structure. Even if the object is deformed so as to warp, the deformation layer 42 is also deformed following the deformation as shown in FIG. As a result, the peeling force generated between the deformable layer 42 and the lowermost layered structure can be kept small, and the lowermost layered structure can be prevented from peeling from the modeling plate 40 during the modeling process. Therefore, the position of the layered structure already formed in the middle of the modeling process does not move on the modeling plate 40 beyond the allowable range, and the modeling process can be performed appropriately.

このように造形プレート40の変形層42が最下層の層状構造物の変形に追従して変形してしまうと、造形処理中に最下層の層状構造物が変形してしまって、造形される三次元造形物の造形精度が低くなり得る。しかしながら、造形処理中に剥離が生じてしまうと、そもそも三次元造形物を造形すること事態ができないことと比較すると、造形精度が低くても三次元造形物を造形できることのメリットの方が大きい。   Thus, if the deformation layer 42 of the modeling plate 40 is deformed following the deformation of the lowermost layered structure, the lowermost layered structure is deformed during the modeling process, and the tertiary to be modeled. The modeling accuracy of the original model can be lowered. However, if peeling occurs during the modeling process, the advantage of being able to model the three-dimensional model is greater even if the modeling accuracy is low, compared to the fact that it is impossible to model the three-dimensional model.

また、造形プレート40の変形層42が最下層の層状構造物の変形に追従して変形する場合でも、変形層42の変形時にはその変形に抗する変形抵抗力が発生し、その変形抵抗力が最下層の層状構造物の変形を抑制する力となる。したがって、最下層の層状構造物の変形を十分に抑制できる変形抵抗力が発生するように変形層42の特性(硬度、柔軟性等)を調整することで、許容範囲の造形精度で三次元造形物を造形することが可能である。   Further, even when the deformation layer 42 of the modeling plate 40 is deformed following the deformation of the lowermost layered structure, a deformation resistance force is generated against the deformation when the deformation layer 42 is deformed, and the deformation resistance force is This is a force that suppresses deformation of the lowermost layered structure. Therefore, by adjusting the characteristics (hardness, flexibility, etc.) of the deformable layer 42 so as to generate a deformation resistance that can sufficiently suppress the deformation of the lowermost layered structure, three-dimensional modeling with an acceptable modeling accuracy. An object can be shaped.

更に、本実施形態において、造形プレート40に固着した状態の三次元造形物は、造形処理を終了した後、チャンバー3内で取出可能な温度(例えば室温付近)まで冷却されてから、チャンバー3から取り出される。この冷却過程において、造形プレート40に固着する三次元造形物の最下層の層状構造物は、造形処理中よりも大きな熱収縮を引き起こす。そのため、より大きな剥離力が発生するため、従来の高剛性の造形プレート40では、その造形プレート40’に固着した三次元造形物が冷却される過程で、最下層の層状構造物が反り返って最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離してしまう。このような冷却過程で剥離が生じると、その後は三次元造形物の熱収縮による変形に抗する外力が全く作用しなくなるため、三次元造形物の変形が進行して、造形精度が悪化する。   Further, in the present embodiment, the three-dimensional structure that is fixed to the modeling plate 40 is cooled to a temperature that can be taken out in the chamber 3 (for example, near room temperature) after the modeling process is finished, and then from the chamber 3. It is taken out. In this cooling process, the lowermost layered structure of the three-dimensional structure that adheres to the modeling plate 40 causes a larger thermal shrinkage than during the modeling process. Therefore, since a larger peeling force is generated, in the conventional high-rigidity modeling plate 40, the lowermost layered structure is warped in the process of cooling the three-dimensional structure fixed to the modeling plate 40 ′. The lower layered structure is peeled off from the modeling plate 40 ′. When peeling occurs in such a cooling process, an external force that resists deformation due to thermal contraction of the three-dimensional structure does not act at all thereafter, so that the deformation of the three-dimensional structure proceeds and the modeling accuracy deteriorates.

本実施形態によれば、このような冷却過程において最下層の層状構造物が変形しても、その変形に追従して造形プレート40の変形層42が変形する。このときも、変形層42の変形時にはその変形に抗する変形抵抗力が発生し、その変形抵抗力が最下層の層状構造物の変形を抑制する力となる。したがって、造形処理後の冷却過程時に三次元造形物が熱収縮によって変形することも、変形層42によって抑制でき、剥離による造形精度の悪化も抑制できる。   According to this embodiment, even if the lowermost layered structure is deformed in such a cooling process, the deformable layer 42 of the modeling plate 40 is deformed following the deformation. Also at this time, when the deformation layer 42 is deformed, a deformation resistance force resisting the deformation is generated, and the deformation resistance force is a force for suppressing the deformation of the lowermost layered structure. Therefore, the deformation layer 42 can also prevent the three-dimensional structure from being deformed by thermal contraction during the cooling process after the forming process, and the deterioration of the forming accuracy due to peeling can also be suppressed.

変形層42は、最下層の層状構造物の変形に追従して変形可能であれば、変形の復元力が小さい又は無い塑性変形する層であってもよい。しかしながら、本実施形態では、変形層42として、変形の復元力が大きな弾性層を用いている。このような弾性層であれば、変形の復元力が最下層の層状構造物の変形に抗する変形抵抗力として継続的に作用するため、最下層の層状構造物の変形を抑制する効果が高い。したがって、より高い造形精度で三次元造形物を造形することが可能となる。   The deformable layer 42 may be a plastically deformable layer having a small or no restoring force as long as it can be deformed following the deformation of the lowermost layered structure. However, in this embodiment, an elastic layer having a large deformation restoring force is used as the deformation layer 42. With such an elastic layer, the restoring force of deformation acts continuously as a deformation resistance force against the deformation of the lowermost layered structure, so the effect of suppressing the deformation of the lowermost layered structure is high. . Therefore, it becomes possible to model a three-dimensional structure with higher modeling accuracy.

造形プレート40の剛性基板41としては、変形層42が最下層の層状構造物の変形に追従して変形しても、実質的に変形することなく変形層42を支持できる硬度をもつものであればよい。ただし、本実施形態において、造形プレート40はチャンバー3内で高温に曝されるため、その剛性基板41としては、難燃性、耐熱性を有するものが好ましい。   As the rigid substrate 41 of the modeling plate 40, even if the deformable layer 42 is deformed following the deformation of the lowermost layered structure, it has a hardness that can support the deformable layer 42 without substantially deforming. That's fine. However, in this embodiment, since the modeling plate 40 is exposed to a high temperature in the chamber 3, the rigid substrate 41 preferably has flame resistance and heat resistance.

剛性基板41の材料としては、スチレン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリビニルエーテル樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ケトン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂を用いることができる。難燃性の観点から、例えば、PVDF、ETFEなどのフッ素系樹脂や、ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂等が好ましく、機械的強度(高弾性)や耐熱性の点から、特にポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂が好適である。   Materials for the rigid substrate 41 include styrene resin, phenol resin, acrylic resin, methacrylic resin, urethane resin, melamine resin, polyamide resin, polyester resin, polyether resin, polyvinyl ether resin, polyolefin resin, epoxy resin, ketone resin, silicone Resins such as resin and fluororesin can be used. From the viewpoint of flame retardancy, for example, fluorine resins such as PVDF and ETFE, polyimide resin or polyamideimide resin are preferable, and polyimide resin or polyamideimide resin is particularly preferable from the viewpoint of mechanical strength (high elasticity) and heat resistance. Is preferred.

また、剛性基板41の材料としては、熱伝導率や機械的強度の観点から、樹脂材料よりも金属材料がより好ましい。金属材料を用いる場合でも、実質的に変形することなく変形層42を支持できる硬度や耐熱性が有するものであれば、その種類は問わず、汎用性の高い、鉄やアルミニウム、ステンレス、真鋳、チタン、鋼、銅などが使用できるが、コストや機械的強度、熱伝導性、表面の加工性の観点より、ステンレスやアルミニウムが好ましい。   The material of the rigid substrate 41 is more preferably a metal material than a resin material from the viewpoint of thermal conductivity and mechanical strength. Even in the case of using a metal material, any material can be used as long as it has hardness and heat resistance that can support the deformable layer 42 without substantially deforming, and is highly versatile, such as iron, aluminum, stainless steel, true casting. Titanium, steel, copper and the like can be used, but stainless steel and aluminum are preferable from the viewpoints of cost, mechanical strength, thermal conductivity, and surface workability.

また、造形プレート40の剛性基板41の表面には、粗面化処理等により凹凸を形成して接触面積の増大やアンカー効果による剛性基板41と変形層42との固着性の向上を測ってもよい。このような凹凸を形成する方法としては、メッキ、表面コーティング、プラズマ処理、表面改質、プライマー層の形成など、公知の粗面化処理が挙げられる。サンドブラスト、ショットブラスト、メッキ加工、研磨などでもよい。   Further, the surface of the rigid substrate 41 of the modeling plate 40 may be roughened by roughening or the like to increase the contact area or improve the adhesion between the rigid substrate 41 and the deformation layer 42 due to the anchor effect. Good. Examples of the method for forming such irregularities include known roughening treatments such as plating, surface coating, plasma treatment, surface modification, and formation of a primer layer. Sand blasting, shot blasting, plating, polishing, etc. may be used.

また、変形層42の材料としては、汎用の樹脂、エラストマー、ゴムなどの材料を使用することが可能だが、エラストマー材料やゴム材料を用いるのが良い。
エラストマー材料としては、熱可塑性エラストマーとして、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリスチレン系、ポリアクリル系、ポリジエン系、シリコーン変性ポリカーボネート系、フッ素系共重合体系等が挙げられる。また、熱硬化性として、ポリウレタン系、シリコーン変性エポキシ系、シリコーン変性アクリル系等が挙げられる。
また、ゴム材料としては、イソプレンゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム等が挙げられる。
これらの各種エラストマー、ゴムの中から、上述した変形層42としての所望の特性が得られる材料を適宜選択するが、本実施形態においては、変形層42の柔軟性(層状構造物の変形追従性)や金属材料で形成される剛性基板41との固着性の観点から、変形層42の材料としてはアクリルゴムが好ましい。
Moreover, as a material of the deformation layer 42, materials such as general-purpose resins, elastomers, and rubbers can be used, but elastomer materials and rubber materials are preferably used.
Examples of the elastomer material include thermoplastic elastomers such as polyester, polyamide, polyether, polyurethane, polyolefin, polystyrene, polyacryl, polydiene, silicone-modified polycarbonate, and fluorine copolymer. . Examples of thermosetting include polyurethane, silicone-modified epoxy, and silicone-modified acrylic.
Examples of the rubber material include isoprene rubber, styrene rubber, butadiene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, silicone rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, chlorosulfonated polyethylene, fluorine rubber, urethane rubber, and hydrin rubber. .
Of these various elastomers and rubbers, a material that can obtain the desired characteristics as the above-described deformation layer 42 is appropriately selected. In the present embodiment, the flexibility of the deformation layer 42 (deformation followability of the layered structure) is selected. And acrylic rubber is preferable as the material of the deformable layer 42 from the viewpoint of adhesion to the rigid substrate 41 formed of a metal material.

本実施形態においては、造形プレート40がチャンバー3内で高温に曝されるため、その変形層42としては、そのような高温環境下で、上述した変形層42としての所望の特性が得られる材料を選択することが望ましい。この観点からすると、変形層42の材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどが好適であり、特に難燃性の面からシリコーンゴムがより好適である。   In the present embodiment, since the modeling plate 40 is exposed to a high temperature in the chamber 3, the deformable layer 42 is a material that can obtain desired characteristics as the deformable layer 42 described above under such a high temperature environment. It is desirable to select. From this viewpoint, the material of the deformable layer 42 is preferably silicone rubber, fluorine rubber, or the like, and more preferably silicone rubber from the viewpoint of flame retardancy.

積層させる変形層42の硬度は、造形品質に影響をおよぼす。詳しくは、硬度が高すぎると、変形しにくくなって追従性に劣ることになる一方、硬度が低すぎると、三次元造形物の変形を許容しすぎてしまい、造形品質が悪化することになる。変形層42の硬度を測定する方法としては、マルテンス硬度、ビッカース硬度などの微小硬度計測を行う方法が挙げられる。この方法では、測定部位のバルク方向の浅い領域、つまり表面近傍の硬度しか測定していないので、変形層42全体としての変形性能を評価することは難しい。そのため、変形層42全体の変形性能が評価できるマイクロゴム硬度を測定する方法を用いるのが好ましい。マイクロゴム硬度は、市販のマイクロゴム硬度計を使用して測定することができる。具体的には、例えば高分子計器社製の「マイクロゴム硬度計MD−1」を使用して測定することができる。変形層42のマイクロゴム硬度は、23℃50%RHの環境下で10以上50以下が好ましく、15以上40以下が更に好ましい。   The hardness of the deformed layer 42 to be laminated affects the modeling quality. Specifically, if the hardness is too high, it will be difficult to deform and inferior in followability, whereas if the hardness is too low, the deformation of the three-dimensional structure will be allowed and the modeling quality will deteriorate. . Examples of a method for measuring the hardness of the deformable layer 42 include a method of measuring a microhardness such as Martens hardness and Vickers hardness. In this method, only the shallow region in the bulk direction of the measurement site, that is, the hardness in the vicinity of the surface is measured, so it is difficult to evaluate the deformation performance of the entire deformation layer 42. Therefore, it is preferable to use a method of measuring the micro rubber hardness that can evaluate the deformation performance of the entire deformation layer 42. The micro rubber hardness can be measured using a commercially available micro rubber hardness meter. Specifically, it can be measured using, for example, “Micro Rubber Hardness Meter MD-1” manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd. The micro rubber hardness of the deformation layer 42 is preferably 10 or more and 50 or less, and more preferably 15 or more and 40 or less in an environment of 23 ° C. and 50% RH.

本実施形態の造形プレート40は、剛性基板41と変形層42の二層構造となっているが、最下層の層状構造物の変形に追従した変形層42の変形を不可能にするような層でなければ、その他の必要な層を付加してもよい。   The modeling plate 40 of the present embodiment has a two-layer structure of the rigid substrate 41 and the deformable layer 42, but a layer that makes it impossible to deform the deformable layer 42 following the deformation of the lowermost layered structure. Otherwise, other necessary layers may be added.

また、本実施形態では、造形処理後に三次元造形物と一緒にチャンバー3から取り出される造形プレート40をステージ4上に保持し、その造形プレート40上に三次元造形物を造形する構成について説明したが、造形プレート40を用いずに三次元造形物をステージ4上に直接造形するものであってもよい。この場合、造形プレート40の変形層42と同様の変形層をステージ4の表面部に設けることで、同様に、ステージ4の変形層上に形成された層状構造物が熱収縮を引き起こして変形しても、その変形に追従してステージ4の変形層も変形する。これにより、造形処理の途中で形成済みの層状構造物の位置が許容範囲を超えて造形プレート40上で動いてしまうようなことはなく、造形処理を適切に実施できる。また、この場合も、ステージ4上の変形層の変形時に発生する変形に抗する変形抵抗力が最下層の層状構造物の変形を抑制する力となり、造形精度の低下を抑制できる。   Moreover, in this embodiment, the structure which hold | maintains the modeling plate 40 taken out from the chamber 3 with a three-dimensional structure after a modeling process on the stage 4, and shape | molds a three-dimensional structure on the modeling plate 40 was demonstrated. However, the three-dimensional structure may be formed directly on the stage 4 without using the modeling plate 40. In this case, by providing a deformation layer similar to the deformation layer 42 of the modeling plate 40 on the surface portion of the stage 4, similarly, the layered structure formed on the deformation layer of the stage 4 is deformed by causing thermal contraction. However, the deformation layer of the stage 4 is also deformed following the deformation. Thereby, the position of the layered structure already formed during the modeling process does not move on the modeling plate 40 beyond the allowable range, and the modeling process can be appropriately performed. Also in this case, the deformation resistance that resists the deformation that occurs when the deformation layer on the stage 4 is deformed becomes the force that suppresses the deformation of the lowermost layered structure, and the deterioration of the modeling accuracy can be suppressed.

〔変形例〕
次に、上述した実施形態における一変形例について説明する。
上述した実施形態において、造形プレート40の変形層42と三次元造形物との固着力がより高められれば、変形層42の柔軟性を減らし(硬度を高くして)、変形層42が変形時に発生させる変形抵抗力を大きくして、より高い造形精度を実現できる。しかしながら、造形プレート40に固着された状態の三次元造形物が冷却された後には、造形プレート40を三次元造形物から分離させる必要が生じる場合がある。造形プレート40の変形層42と三次元造形物との固着力を単に高めると、造形プレート40を三次元造形物から分離させる際の分離性が悪化してしまう。したがって、造形プレート40の変形層42と三次元造形物との高い固着力が必要となる造形処理中あるいは造形処理後の冷却過程では、造形プレート40(変形層42)と三次元造形物との固着性を確保できる一方、冷却過程後では造形プレート40(変形層42)と三次元造形物との分離性を確保できる構成が望まれる。
[Modification]
Next, a modification of the above-described embodiment will be described.
In the embodiment described above, if the fixing force between the deformation layer 42 of the modeling plate 40 and the three-dimensional structure is further increased, the flexibility of the deformation layer 42 is reduced (hardness is increased), and the deformation layer 42 is deformed. Higher modeling accuracy can be realized by increasing the deformation resistance force to be generated. However, after the three-dimensional structure that is fixed to the modeling plate 40 is cooled, it may be necessary to separate the modeling plate 40 from the three-dimensional structure. If the fixing force between the deformation layer 42 of the modeling plate 40 and the three-dimensional structure is simply increased, the separability when the modeling plate 40 is separated from the three-dimensional structure is deteriorated. Therefore, in the cooling process during or after the modeling process that requires high adhesion between the deformable layer 42 of the modeling plate 40 and the three-dimensional modeled object, the modeling plate 40 (deformed layer 42) and the three-dimensional modeled object A structure that can secure the separability between the modeling plate 40 (deformable layer 42) and the three-dimensional modeled object after the cooling process is desired while securing the fixing property.

図9は、本変形例におけるステージ4の構成を示す説明図である。
図9に示すように、ステージ4は、上部プレート46と下部プレート47とを備える。図9(a)は、上部プレート46と下部プレート47とを重ねた状態の説明図であり、図9(b)は、上部プレート46と下部プレート47とを分離させた状態の説明図である。
なお、本変形例では、上述した実施形態の造形プレート40は用いずに、その造形プレート40に設けられていた変形層42と同様の変形層をステージ4の表面部に設け、そのステージ4の表面上に三次元造形物を造形するものである。なお、本変形例においても、造形プレート40上に三次元造形物を造形するようにしてもよい。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the configuration of the stage 4 in this modification.
As shown in FIG. 9, the stage 4 includes an upper plate 46 and a lower plate 47. FIG. 9A is an explanatory view showing a state in which the upper plate 46 and the lower plate 47 are overlapped, and FIG. 9B is an explanatory view showing a state in which the upper plate 46 and the lower plate 47 are separated. .
In this modified example, without using the modeling plate 40 of the above-described embodiment, a deformation layer similar to the deformation layer 42 provided on the modeling plate 40 is provided on the surface portion of the stage 4, and the stage 4 A three-dimensional structure is formed on the surface. In this modification, a three-dimensional structure may be formed on the modeling plate 40.

上部プレート46は、複数の貫通穴46aが設けられた板状の部材であり、その上面部分は、上部プレート46上に形成される最下層の層状構造物の変形に追従して変形可能な変形層46bで構成される。下部プレート47は、貫通穴46aを貫通するように突き出し、上部プレート46に対する突き出し量が変更可能な複数の凸部47aを有する凸部形成部材47bが突起支持体47cの上面に固定された板状の部材である。   The upper plate 46 is a plate-like member provided with a plurality of through holes 46a, and the upper surface portion of the upper plate 46 can be deformed following the deformation of the lowermost layered structure formed on the upper plate 46. It is composed of the layer 46b. The lower plate 47 protrudes so as to pass through the through hole 46a, and a plate-shaped member in which a protrusion-forming member 47b having a plurality of protrusions 47a whose protrusion amount with respect to the upper plate 46 can be changed is fixed to the upper surface of the protrusion support 47c. It is a member.

本変形例のZ軸駆動機構23は、上部プレート46を上下方向へ移動させる上部プレート駆動機構23aと、下部プレート47を上下方向に移動させる下部プレート駆動機構23bとを備える。図9(a)に示すように、上部プレート46と下部プレート47とを重ねた状態で、上部プレート駆動機構23aと下部プレート駆動機構23bとに同じ駆動を入力することで上部プレート46と下部プレート47とを一体的に上下方向に移動させることができる。図9(a)に示す状態では、凸部形成部材47bの凸部47aが貫通穴46aを貫通し、凸部47aの先端が上部プレート46の上面よりも上方に突き出している。   The Z-axis drive mechanism 23 of this modification includes an upper plate drive mechanism 23a that moves the upper plate 46 in the vertical direction and a lower plate drive mechanism 23b that moves the lower plate 47 in the vertical direction. As shown in FIG. 9A, when the upper plate 46 and the lower plate 47 are overlapped, the same drive is input to the upper plate drive mechanism 23a and the lower plate drive mechanism 23b, so that the upper plate 46 and the lower plate 47 can be moved up and down integrally. In the state shown in FIG. 9A, the convex portion 47 a of the convex portion forming member 47 b passes through the through hole 46 a, and the tip of the convex portion 47 a protrudes above the upper surface of the upper plate 46.

図9(a)に示す状態から下部プレート駆動機構23bのみを駆動し、下部プレート47を下方に移動させると、図9(b)に示すように下部プレート47が上部プレート46から分離する。このように下部プレート駆動機構23bと上部プレート駆動機構23aとに異なる駆動を入力することで、上部プレート46と下部プレート47との相対的な位置が変化する。これにより、下部プレート47が備える凸部形成部材47bの凸部47aの上部プレート46に対する突き出し量を変更することができる。   When only the lower plate driving mechanism 23b is driven from the state shown in FIG. 9A and the lower plate 47 is moved downward, the lower plate 47 is separated from the upper plate 46 as shown in FIG. 9B. Thus, by inputting different driving to the lower plate driving mechanism 23b and the upper plate driving mechanism 23a, the relative positions of the upper plate 46 and the lower plate 47 change. Thereby, the protrusion amount with respect to the upper plate 46 of the convex part 47a of the convex part formation member 47b with which the lower plate 47 is provided can be changed.

本変形例の三次元造形装置では、造形処理時には上部プレート46と下部プレート47とを重ねて、凸部47aの先端が上部プレート46の上面よりも上方に突き出している上体で上部プレート46と下部プレート47とを一体的に上下方向に移動させる。また、造形処理後、三次元造形物をチャンバー3から取り出すまでに、図9(b)に示すように、上部プレート46と下部プレート47とを分離させる。これにより、ステージ4と三次元造形物との造形処理時や冷却過程時の固着性と、冷却過程後の分離性とを両立する。   In the three-dimensional modeling apparatus of this modification, the upper plate 46 and the lower plate 47 are overlapped at the time of the modeling process, and the upper plate 46 and the upper plate 46 are protruded upward from the upper surface of the upper plate 46. The lower plate 47 is integrally moved in the vertical direction. Further, after the modeling process, the upper plate 46 and the lower plate 47 are separated as shown in FIG. 9B before the three-dimensional modeled object is taken out from the chamber 3. Thereby, both the fixing property at the time of the modeling process of the stage 4 and the three-dimensional structure or the cooling process and the separability after the cooling process are compatible.

造形処理時においては、凸部47aにおける上部プレート46の上面よりも上方に突き出している部分と三次元造形物の底面部分とを局所的に嵌合させることができ、ステージ4からの造形物の剥離を防止するアンカー効果を得ることができる。これにより、造形処理時の固着性を向上させることができる。また、凸部47aが三次元造形物の底面部分に刺さるように三次元造形物が造形されることで、凸部47aの表面と三次元造形物とが固着し、三次元造形物とステージ4側との固着面積が増加する。さらに、上部プレート46の貫通穴46aや貫通穴46aと凸部47aとの隙間に造形材料が入り込んで硬化することで、三次元造形物とステージ4との固着面積が増加する。このように固着面積が増加することとアンカー効果とによって、造形処理時の固着性が向上される。   At the time of the modeling process, the portion protruding above the upper surface of the upper plate 46 in the convex portion 47a and the bottom surface portion of the three-dimensional modeled object can be locally fitted, and the modeled object from the stage 4 can be fitted. An anchor effect for preventing peeling can be obtained. Thereby, the adhesiveness at the time of a modeling process can be improved. Further, the three-dimensional structure is formed so that the convex portion 47a is stuck in the bottom surface portion of the three-dimensional structure, whereby the surface of the convex portion 47a and the three-dimensional structure are fixed, and the three-dimensional structure and the stage 4 are fixed. The fixing area with the side increases. Furthermore, when the modeling material enters and cures in the through holes 46a of the upper plate 46 or the gaps between the through holes 46a and the convex portions 47a, the fixing area between the three-dimensional structure and the stage 4 increases. Thus, the fixation at the time of modeling processing is improved by the increase in the fixation area and the anchor effect.

造形処理が終了し、チャンバー3から取出可能な温度まで冷却された後には、上部プレート46と下部プレート47とを相対的に上下方向に移動させ、三次元造形物に対して上下方向(Z軸方向)の力を与えることによって、ステージ4を構成する上部プレート46と下部プレート47とから三次元造形物を分離させる。具体的には、上部プレート46に対して下部プレート47を下方に移動させることで、三次元造形物は凸部47aとの固着面によって下方に引っ張られるが、三次元造形物の底面部は上部プレート46の上面に接触している。このため、三次元造形物は凸部47aに追従することができず、三次元造形物と凸部47aとの固着面が剥がれる。これにより、三次元造形物と下部プレート47とを容易に分離させることができる。   After the modeling process is completed and cooled to a temperature that can be taken out from the chamber 3, the upper plate 46 and the lower plate 47 are relatively moved in the vertical direction, and the vertical direction (Z axis) Direction), the three-dimensional structure is separated from the upper plate 46 and the lower plate 47 constituting the stage 4. Specifically, by moving the lower plate 47 downward relative to the upper plate 46, the three-dimensional structure is pulled downward by the fixing surface with the convex portion 47a, but the bottom surface of the three-dimensional structure is the upper part. It is in contact with the upper surface of the plate 46. For this reason, the three-dimensional structure cannot follow the convex portion 47a, and the fixing surface between the three-dimensional structure and the convex portion 47a is peeled off. Thereby, a three-dimensional structure and the lower plate 47 can be easily separated.

この状態では、上部プレート46と三次元造形物とは固着状態になっているが、凸部47aの対応箇所での接触がなくなっていることから、冷却過程前の状態に比べてその固着力が大きく低下しており、分離性が確保される。しかも、この状態においては、三次元造形物の底面全体とステージ4の表面とが全面で接触している状態と比べても、その固着力は低いものとなっているため、より高い分離性が確保される。   In this state, the upper plate 46 and the three-dimensional structure are in a fixed state, but since the contact at the corresponding portion of the convex portion 47a is lost, the fixing force is higher than that in the state before the cooling process. It is greatly reduced and separability is ensured. Moreover, in this state, the fixing force is low compared to the state where the entire bottom surface of the three-dimensional structure and the surface of the stage 4 are in contact with each other. Secured.

また、上部プレート46に対して下部プレート47を下方に移動させる前後のいずれかのタイミングで、上部プレート46に対して下部プレート47を造形処理時よりも上方に移動させてもよい。この移動により、三次元造形物は凸部47aによって上方に押し上げられ、三次元造形物と上部プレート46との固着面が剥がれる。冷却過程後に、このように三次元造形物と上部プレート46との固着面を剥がしてから、三次元造形物と下部プレート47とを分離させると、三次元造形物とステージ4との間の固着面がなくなり、高い分離性が得られる。   Alternatively, the lower plate 47 may be moved upward relative to the upper plate 46 at the timing before or after the lower plate 47 is moved downward relative to the upper plate 46 than during the modeling process. By this movement, the three-dimensional structure is pushed upward by the convex portion 47a, and the fixing surface between the three-dimensional structure and the upper plate 46 is peeled off. After the cooling process, after the fixing surface between the three-dimensional structure and the upper plate 46 is peeled off in this way, the three-dimensional structure and the lower plate 47 are separated, and the three-dimensional structure and the stage 4 are fixed. There is no surface and high separation is obtained.

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
ステージ4等の載置台の表面上又は載置台に保持される造形プレート40等の載置板上に、加熱されたフィラメント50等の造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置1において、前記載置台の表面部又は前記載置板は、前記層状構造物の変形に追従して変形可能な変形層42,46bを有することを特徴とする。
本態様によれば、造形処理の途中に、形成済みの層状構造物が熱膨張や熱収縮を引き起こしても、その層状構造物が固着する載置台の表面部又は載置板に設けられた変形層が、熱膨張や熱収縮による層状構造物の変形に追従して変形する。したがって、層状構造物が熱膨張や熱収縮を引き起こして変形しても、層状構造物と載置台の表面や載置板の板面との間に発生する剥離力を小さく抑えることができ、層状構造物が載置台や載置板から剥離するのを抑制できる。
What was demonstrated above is an example, and there exists an effect peculiar for every following aspect.
(Aspect A)
Laminating a layered structure that cools and solidifies the modeling material such as the heated filament 50 on the surface of the mounting table such as the stage 4 or on the mounting plate such as the modeling plate 40 held on the mounting table, In the three-dimensional modeling apparatus 1 for modeling a three-dimensional modeled object, the surface portion of the mounting table or the mounting plate has deformable layers 42 and 46b that can be deformed following the deformation of the layered structure. And
According to this aspect, even if the formed layered structure causes thermal expansion or contraction during the modeling process, the deformation provided on the surface portion of the mounting table or the mounting plate to which the layered structure is fixed. The layer deforms following the deformation of the layered structure due to thermal expansion or contraction. Therefore, even if the layered structure is deformed due to thermal expansion or contraction, the peeling force generated between the layered structure and the surface of the mounting table or the plate surface of the mounting plate can be suppressed to a small level. It can suppress that a structure peels from a mounting base or a mounting board.

(態様B)
前記態様Aにおいて、前記変形層は、前記変形に対する復元力を発揮する弾性層であることを特徴とする。
これによれば、変形の復元力が層状構造物の変形に抗する変形抵抗力として継続的に作用するため、層状構造物の変形を抑制する高い効果が得られる。これにより、より高い造形精度の三次元造形物を造形することが可能となる。
(Aspect B)
In the aspect A, the deformation layer is an elastic layer that exhibits a restoring force against the deformation.
According to this, since the restoring force of deformation acts continuously as a deformation resistance force against the deformation of the layered structure, a high effect of suppressing the deformation of the layered structure can be obtained. Thereby, it becomes possible to model a three-dimensional modeled object with higher modeling accuracy.

(態様C)
前記態様Bにおいて、前記弾性層は、アクリルゴムで形成されていることを特徴とする。
これによれば、層状構造物の変形を抑制する高い効果が得られる。また、当該変形層を金属材料の上に接着して形成する場合には当該金属材料との高い接着力が得やすい。
(Aspect C)
In the aspect B, the elastic layer is formed of acrylic rubber.
According to this, the high effect which suppresses a deformation | transformation of a layered structure is acquired. In addition, when the deformation layer is formed on a metal material by bonding, it is easy to obtain a high adhesive force with the metal material.

(態様D)
前記態様Bにおいて、前記弾性層は、シリコーンゴムで形成されていることを特徴とする。
これによれば、層状構造物の変形を抑制する高い効果が得られる。また、耐熱性の高い弾性層が得られる。
(Aspect D)
In the aspect B, the elastic layer is formed of silicone rubber.
According to this, the high effect which suppresses a deformation | transformation of a layered structure is acquired. Moreover, an elastic layer having high heat resistance can be obtained.

(態様E)
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記載置台の表面層又は前記載置板は、前記層状構造物が積層される側とは反対側で前記変形層を保持し、該変形層よりも変形しにくい剛性層を有することを特徴とする。
これによれば、層状構造物の変形を抑制する高い効果が得られ、より高い造形精度の三次元造形物を造形することができる。
(Aspect E)
In any one of the aspects A to D, the surface layer of the mounting table or the mounting plate holds the deformation layer on the side opposite to the side on which the layered structure is laminated, Is characterized by having a rigid layer which is not easily deformed.
According to this, the high effect which suppresses a deformation | transformation of a layered structure is acquired, and the three-dimensional structure with higher modeling precision can be modeled.

(態様F)
前記態様Eにおいて、前記剛性層は、金属で形成されていることを特徴とする。
これによれば、剛性層に必要な高い剛性が得やすく、また耐久性の高い剛性層が得られる。
(Aspect F)
In the aspect E, the rigid layer is made of metal.
According to this, high rigidity required for the rigid layer can be easily obtained, and a rigid layer having high durability can be obtained.

(態様G)
前記態様A〜Fのいずれかの態様において、加熱されたフィラメント等の造形材料を排出する造形ヘッド10等の造形材料排出部と、前記載置台及び前記造形材料排出部が配置される処理空間を内部に備えたチャンバー3と、前記チャンバー内の処理空間を加熱するチャンバー用ヒータ7等の処理空間加熱手段と、前記載置台と前記造形材料排出部とを相対移動させながら前記層状構造物を形成して積層する動作を制御する制御部100等の造形制御手段とを有することを特徴とする。
これによれば、形成済みの層状構造物が熱膨張や熱収縮を引き起こしやすい熱溶解積層法(FDM)でも、層状構造物が載置台や載置板から剥離するのを抑制できる。
(Aspect G)
In any one of the aspects A to F, a processing space in which the modeling material discharging unit such as the modeling head 10 that discharges the modeling material such as a heated filament, the mounting table, and the modeling material discharging unit are arranged. The layered structure is formed while relatively moving the chamber 3 provided therein, the processing space heating means such as the chamber heater 7 for heating the processing space in the chamber, and the mounting table and the modeling material discharging unit. And a modeling control means such as a control unit 100 for controlling the operation of stacking.
According to this, it is possible to suppress the layered structure from being peeled off from the mounting table or the mounting plate even by the hot melt lamination method (FDM) in which the formed layered structure is likely to cause thermal expansion or thermal contraction.

(態様H)
ステージ4等の載置台に保持される造形プレート40等の造形物載置板上に、加熱されたフィラメント等の造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置1の造形物載置板であって、前記層状構造物の変形に追従して変形可能な変形層42を有することを特徴とする。
本態様によれば、造形処理の途中に、形成済みの層状構造物が熱膨張や熱収縮を引き起こしても、その層状構造物が固着する造形物載置板に設けられた変形層が、熱膨張や熱収縮による層状構造物の変形に追従して変形する。したがって、層状構造物が熱膨張や熱収縮を引き起こして変形しても、層状構造物と造形物載置板の板面との間に発生する剥離力を小さく抑えることができ、層状構造物が造形物載置板から剥離するのを抑制できる。
(Aspect H)
A layered structure that cools and solidifies a modeling material such as a heated filament is stacked on a modeling object mounting plate such as a modeling plate 40 held on a mounting table such as the stage 4, and a three-dimensional modeling object is obtained. It is a modeling object mounting plate of the three-dimensional modeling apparatus 1 to model, and has a deformation layer 42 that can be deformed following the deformation of the layered structure.
According to this aspect, even if the layered structure already formed causes thermal expansion or contraction during the modeling process, the deformation layer provided on the model mounting plate to which the layered structure is fixed is heated. Deforms following the deformation of the layered structure due to expansion or thermal contraction. Therefore, even if the layered structure is deformed due to thermal expansion or contraction, the peeling force generated between the layered structure and the plate surface of the model mounting plate can be suppressed to a small level. It can suppress that it peels from a molded article mounting board.

1 三次元造形装置
3 チャンバー
4 ステージ
10 造形ヘッド
11 射出ノズル
12 ヘッド加熱部
40 造形プレート
41 剛性基板
42,46b 変形層
46 上部プレート
46a 貫通穴
47 下部プレート
47a 凸部
50 フィラメント
100 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D modeling apparatus 3 Chamber 4 Stage 10 Modeling head 11 Injection nozzle 12 Head heating part 40 Modeling plate 41 Rigid board 42, 46b Deformable layer 46 Upper plate 46a Through hole 47 Lower plate 47a Convex part 50 Filament 100 Control part

特許第3995933号公報Japanese Patent No. 399933

Claims (8)

載置台の表面上又は載置台に保持される載置板上に、加熱された造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置において、
前記載置台の表面部又は前記載置板は、前記層状構造物の変形に追従して変形可能な変形層を有することを特徴とする三次元造形装置。
In the three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional structure by laminating a layered structure that cools and solidifies the heated modeling material on the surface of the mounting table or on the mounting plate held by the mounting table,
The surface portion of the mounting table or the mounting plate has a deformable layer that can be deformed following the deformation of the layered structure.
請求項1に記載の三次元造形装置において、
前記変形層は、前記変形に対する復元力を発揮する弾性層であることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the deformation layer is an elastic layer that exhibits a restoring force against the deformation.
請求項2に記載の三次元造形装置において、
前記弾性層は、アクリルゴムで形成されていることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the elastic layer is made of acrylic rubber.
請求項2に記載の三次元造形装置において、
前記弾性層は、シリコーンゴムで形成されていることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the elastic layer is made of silicone rubber.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記載置台の表面層又は前記載置板は、前記層状構造物が積層される側とは反対側で前記変形層を保持し、該変形層よりも変形しにくい剛性層を有することを特徴とする三次元造形装置。
In the three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The surface layer of the mounting table or the mounting plate described above is characterized in that the deformation layer is held on the side opposite to the side on which the layered structure is laminated and has a rigid layer that is more difficult to deform than the deformation layer. 3D modeling device.
請求項5に記載の三次元造形装置において、
前記剛性層は、金属で形成されていることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the rigid layer is made of metal.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
加熱された造形材料を排出する造形材料排出部と、
前記載置台及び前記造形材料排出部が配置される処理空間を内部に備えたチャンバーと、
前記チャンバー内の処理空間を加熱する処理空間加熱手段と、
前記載置台と前記造形材料排出部とを相対移動させながら前記層状構造物を形成して積層する動作を制御する造形制御手段とを有することを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A modeling material discharge unit for discharging the heated modeling material;
A chamber provided therein with a processing space in which the mounting table and the modeling material discharge unit are disposed;
Processing space heating means for heating the processing space in the chamber;
A three-dimensional modeling apparatus comprising: a modeling control unit that controls an operation of forming and laminating the layered structure while relatively moving the mounting table and the modeling material discharging unit.
載置台に保持される造形物載置板上に、加熱された造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置の造形物載置板であって、
前記層状構造物の変形に追従して変形可能な変形層を有することを特徴とする造形物載置板。
A modeling object mounting plate of a three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional modeling object by stacking a layered structure that cools and solidifies the heated modeling material on the modeling object mounting plate held by the mounting table. Because
A shaped article placing plate having a deformable layer that can be deformed following the deformation of the layered structure.
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