JP2018138358A - 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】三次元造形物の輪郭部の製造精度が低下することを抑制する。【解決手段】三次元造形物を製造するための流動体Mを噴射する噴射部1230及び1730と、噴射部1230及び1730から噴射された流動体Mの着弾位置を測定する測定部830と、測定部830の測定結果に基づいて流動体Mの噴射方向Aを調整する調整機構1400a及び1900aと、を備える三次元造形物の製造装置2000。このような構成の三次元造形物の製造装置2000とすることによって、三次元造形物の輪郭部500eの製造精度が低下することを抑制することが可能になる。【選択図】図1
Description
本発明は、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。
従来から、三次元造形物を製造するための流動体を噴射して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法が使用されている。
例えば、特許文献1には、三次元造形物の構成材料である液体材料(流動体)を噴射方向の異なる複数のノズルから吐出(噴射)して三次元造形物を製造する液体材料滴下装置(三次元造形物の製造装置)及び液体材料滴下方法(三次元造形物の製造方法)が開示されている。
例えば、特許文献1には、三次元造形物の構成材料である液体材料(流動体)を噴射方向の異なる複数のノズルから吐出(噴射)して三次元造形物を製造する液体材料滴下装置(三次元造形物の製造装置)及び液体材料滴下方法(三次元造形物の製造方法)が開示されている。
三次元造形物を製造する際、三次元造形物を製造するための流動体の噴射方向が所望の方向からずれていると、三次元造形物の輪郭部において、流動体の着弾位置がずれることにより、三次元造形物の輪郭部の製造精度が低下する場合があった。
なお、三次元造形物を製造するための流動体の噴射方向が所望の方向からずれている場合、特許文献1で開示される液体材料滴下装置を用いても、複数あるノズルのうちの何れか1つがたまたま所望の方向からのずれに対応すれば流動体の着弾位置のずれは抑制できるが、ほとんどの場合において噴射方向のずれに対応できない。
なお、三次元造形物を製造するための流動体の噴射方向が所望の方向からずれている場合、特許文献1で開示される液体材料滴下装置を用いても、複数あるノズルのうちの何れか1つがたまたま所望の方向からのずれに対応すれば流動体の着弾位置のずれは抑制できるが、ほとんどの場合において噴射方向のずれに対応できない。
そこで、本発明の目的は、三次元造形物の輪郭部の製造精度が低下することを抑制することである。
上記課題を解決するための本発明の第1の態様の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物を製造するための流動体を噴射する噴射部と、前記噴射部から噴射された前記流動体の着弾位置を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて前記流動体の噴射方向を調整する調整機構と、を備えることを特徴とする。
本態様によれば、測定部の測定結果に基づいて流動体の噴射方向を調整するので、該噴射方向が所望の方向からずれていても、該噴射方向が所望の方向になるように調整することで該ずれを解消することができる。したがって、三次元造形物の輪郭部の製造精度が低下することを抑制することができる。
なお、「三次元造形物を製造するための流動体」とは、三次元造形物の構成材料のほか、三次元造形物を形成する際に該構成材料(三次元造形物)を支持する支持部を形成する支持部形成用材料なども含む意味である。
なお、「三次元造形物を製造するための流動体」とは、三次元造形物の構成材料のほか、三次元造形物を形成する際に該構成材料(三次元造形物)を支持する支持部を形成する支持部形成用材料なども含む意味である。
本発明の第2の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1の態様において、前記噴射部を往復移動させる往復移動機構を備え、前記調整機構は、前記噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で前記流動体の噴射方向を調整可能であることを特徴とする。
本態様によれば、噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で流動体の噴射方向を調整可能である。このため、往方向の前方側及び後方側(すなわち復方向の後方側及び前方側)の両方の輪郭部において製造精度が低下することを抑制することができる。
本発明の第3の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第2の態様において、前記噴射部は、前記流動体として前記三次元造形物の構成材料を噴射し、前記調整機構は、前記噴射部の前記往方向の移動と前記復方向の移動との各々で、前記流動体の噴射方向が前記三次元造形物の輪郭部を形成する際に該輪郭部の内側に向かう方向となるように調整することを特徴とする。
本態様によれば、噴射部の往方向の移動と復方向の移動との各々で、流動体の噴射方向が三次元造形物の輪郭部を形成する際に該輪郭部の内側に向かう方向となるように調整する。輪郭部の内側に向かう方向に流動体を噴射することで、着弾した流動体が輪郭部の外側方向に落下することを抑制でき、輪郭部において製造精度が低下することを特に効果的に抑制することができる。
本発明の第4の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1から第3のいずれか1つの態様において、前記噴射部からの前記流動体の噴射と、前記測定部による前記着弾位置の測定と、前記調整機構による前記流動体の噴射方向の調整と、を順に繰り返しながら前記三次元造形物を製造するよう制御する制御部を備えることを特徴とする。
本態様によれば、流動体の噴射と着弾位置の測定と流動体の噴射方向の調整とを順に繰り返しながら三次元造形物を製造するので、リアルタイムに流動体の噴射方向を調整しながら特に高精度に三次元造形物を製造できる。
本発明の第5の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1から第3のいずれか1つの態様において、前記噴射部からの前記流動体の噴射と、前記測定部による前記着弾位置の測定と、前記調整機構による前記流動体の噴射方向の調整と、を実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、前記三次元造形物を製造するよう制御する制御部を備えることを特徴とする。
本態様によれば、流動体の噴射と着弾位置の測定と流動体の噴射方向の調整とを実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、三次元造形物を製造する。このため、噴射方向の調整後における三次元造形物の製造速度を高くすることができる。
本発明の第6の態様の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を製造するための流動体を噴射する噴射工程と、前記噴射工程で噴射された前記流動体の着弾位置を測定する測定工程と、前記測定工程での測定結果に基づいて前記流動体の噴射方向を調整する調整工程と、を有することを特徴とする。
本態様によれば、測定工程での測定結果に基づいて流動体の噴射方向を調整するので、該噴射方向が所望の方向からずれていても、該噴射方向が所望の方向になるように調整することで該ずれを解消することができる。したがって、三次元造形物の輪郭部の製造精度が低下することを抑制することができる。
本発明の第7の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第6の態様において、前記噴射工程では、前記流動体を噴射する噴射部を往復移動させつつ該流動体を噴射し、前記調整工程では、前記噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で前記流動体の噴射方向を調整することを特徴とする。
本態様によれば、噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で流動体の噴射方向を調整可能である。このため、往方向の前方側及び後方側(すなわち復方向の後方側及び前方側)の両方の輪郭部において製造精度が低下することを抑制することができる。
本発明の第8の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第7の態様において、前記噴射工程では、前記流動体として前記三次元造形物の構成材料を噴射し、前記調整工程では、前記噴射部の前記往方向の移動と前記復方向の移動との各々で、前記流動体の噴射方向が前記三次元造形物の輪郭部を形成する際に該輪郭部の内側に向かう方向となるように調整することを特徴とする。
本態様によれば、噴射部の往方向の移動と復方向の移動との各々で、流動体の噴射方向が三次元造形物の輪郭部を形成する際に該輪郭部の内側に向かう方向となるように調整する。輪郭部の内側に向かう方向に流動体を噴射することで、着弾した流動体が輪郭部の外側方向に落下することを抑制でき、輪郭部において製造精度が低下することを特に効果的に抑制することができる。
本発明の第9の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第6から第8のいずれか1つの態様において、前記噴射工程での前記流動体の噴射と、前記測定工程での前記着弾位置の測定と、前記調整工程での前記流動体の噴射方向の調整と、を順に繰り返しながら前記三次元造形物を製造することを特徴とする。
本態様によれば、流動体の噴射と着弾位置の測定と流動体の噴射方向の調整とを順に繰り返しながら三次元造形物を製造するので、リアルタイムに流動体の噴射方向を調整しながら特に高精度に三次元造形物を製造できる。
本発明の第10の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第6から第8のいずれか1つの態様において、前記噴射工程での前記流動体の噴射と、前記測定工程での前記着弾位置の測定と、前記調整工程での前記流動体の噴射方向の調整と、を実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、前記三次元造形物を製造することを特徴とする。
本態様によれば、流動体の噴射と着弾位置の測定と流動体の噴射方向の調整とを実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、三次元造形物を製造する。このため、噴射方向の調整後における三次元造形物の製造速度を高くすることができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図1から図4は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。このうち、図2は図1に示すC部の拡大図、図4は図3に示すC’部の拡大図である。
図1から図4は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。このうち、図2は図1に示すC部の拡大図、図4は図3に示すC’部の拡大図である。
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、2種類の材料供給部(ヘッドベース)を備えている。このうち、図1及び図2は、一の材料供給部(構成材料(三次元造形物を構成する粉末状の粒子と溶媒とバインダーとを含む流動体)を供給する材料供給部)を表した図である。また、図3及び図4は、別の一の材料供給部(三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成用材料の流動体を供給する材料供給部)を表した図である。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
また、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料を用いて該三次元造形物の構成層を形成する際に該構成層を支持するための支持層を形成可能な構成になっている。このため、積層方向(Z方向)と交差する方向に凸状となった部分(所謂オーバーハング部)を変形させることなく形成可能な構成である。しかしながら、このような構成に限定されず、支持層を形成しない構成(すなわち支持層形成用材料を使用しない構成)であってもよい。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
また、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料を用いて該三次元造形物の構成層を形成する際に該構成層を支持するための支持層を形成可能な構成になっている。このため、積層方向(Z方向)と交差する方向に凸状となった部分(所謂オーバーハング部)を変形させることなく形成可能な構成である。しかしながら、このような構成に限定されず、支持層を形成しない構成(すなわち支持層形成用材料を使用しない構成)であってもよい。
図1から図4に示す三次元造形物の製造装置2000(以下、形成装置2000という)は、基台110と、基台110に備える駆動手段としての駆動装置111によって、図示するX、Y、Z方向の移動、あるいはZ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ120を備えている。
そして、図1及び図2で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部1230を備えるヘッドユニット1400を複数保持するヘッドベース1100が保持固定される、ヘッドベース支持部130を備えている。
また、図3及び図4で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部1730を備えるヘッドユニット1900を複数保持するヘッドベース1600が保持固定される、ヘッドベース支持部730と、を備えている。
ここで、ヘッドベース1100と、ヘッドベース1600とは、XY平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部1230と支持層形成用材料吐出部1730とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
そして、図1及び図2で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部1230を備えるヘッドユニット1400を複数保持するヘッドベース1100が保持固定される、ヘッドベース支持部130を備えている。
また、図3及び図4で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部1730を備えるヘッドユニット1900を複数保持するヘッドベース1600が保持固定される、ヘッドベース支持部730と、を備えている。
ここで、ヘッドベース1100と、ヘッドベース1600とは、XY平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部1230と支持層形成用材料吐出部1730とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
ステージ120上には脱着可能の造形ステージ121が置かれ、造形ステージ121の形成面121a(図5参照)に、三次元造形物の積層体500が形成される過程での層501、502及び503が形成される。造形ステージ121の形成面121aに形成された三次元造形物の積層体500は、必要に応じて、形成装置2000での形成後、熱エネルギーなどのエネルギーを付与することにより、脱脂(構成材料に含まれる溶媒やバインダーの少なくとも一部を分解除去すること)や焼結が行われる。そして、この三次元造形物の積層体500の脱脂や焼結は、形成装置2000とは別に設けられる不図示の熱エネルギーを付与可能な恒温槽などに、造形ステージ121ごとセットして行われる。このため、造形ステージ121は高い耐熱性を有することが要求される。そこで、造形ステージ121として、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に焼結(あるいは溶融されてもよい)される三次元造形物の構成材料との反応性も低く、三次元造形物の積層体500の変質を防止することができる。なお、図1及び図3では、説明の便宜上、層501、502及び503の3層を例示したが、所望の三次元造形物の積層体500の形状まで(図1及び図3中の層50nまで)積層される。
ここで、層501、502、503、・・・50nは、各々、支持層形成用材料吐出部1730から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層300と、構成材料吐出部1230から吐出される構成材料で形成される構成層310と、で構成される。
ここで、層501、502、503、・・・50nは、各々、支持層形成用材料吐出部1730から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層300と、構成材料吐出部1230から吐出される構成材料で形成される構成層310と、で構成される。
また、本実施形態の形成装置2000には設けられていないが、脱脂や焼結とは別に、構成材料に含まれる溶媒の揮発を促進させる乾燥部などを備えていてもよい。ただし、乾燥部の構成に特に限定は無い。赤外線ヒーターなどのように熱エネルギーを付与する構成のもののほか、ファンなどの送風部であってもよい。
さらに、本実施形態の形成装置2000は、ステージ120(造形ステージ121)に形成された三次元造形物の積層体500(層501、502、503、・・・50n)の画像を取得する(すなわち、流動体である構成材料及び支持層形成用材料の着弾位置を測定する)測定部としてのカメラ830を備えている。カメラ830は、ステージ120全体の画像を取得(撮影)可能であり、ステージ120に着弾した構成材料及び支持層形成用材料の着弾位置を正確に取得(測定)可能な構成になっている。
また、図2は、図1に示すヘッドベース1100を示すC部拡大概念図である。図2に示すように、ヘッドベース1100は、複数のヘッドユニット1400が保持されている。詳細は後述するが、1つのヘッドユニット1400は、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230が噴射方向A(図13〜図17参照)の調整機構としての保持部1400aに保持されることで構成される。構成材料吐出部1230は、吐出ノズル1230aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1230aから構成材料を吐出させる吐出駆動部1230bと、を備えている。
また、図4は、図3に示すヘッドベース1600を示すC’部拡大概念図である。ここで、ヘッドベース1600はヘッドベース1100と同様の構成である。具体的には、図4に示すように、ヘッドベース1600は、複数のヘッドユニット1900が保持されている。ヘッドユニット1900は、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730が噴射方向Aの調整機構としての保持部1900aに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部1730は、吐出ノズル1730aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1730aから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部1730bと、を備えている。
ここで、本実施例の形成装置2000においては、保持部1400aと保持部1900aは同様の構成であり、共に、吐出ノズル(保持部1400aは吐出ノズル1230a、保持部1900aは吐出ノズル1730a)の向きを変えることで噴射方向Aを変えることが可能な構成である。しかしながら、このような構成に限定されず、吐出ノズルを有するヘッドが設けられたキャリッジ(ヘッドベース1100及びヘッドベース1600)ごと、向きを変えることが可能な構成としてもよい。
なお、噴射方向Aを変えて(調整して)三次元造形物を製造する工程についての詳細は後述する。
なお、噴射方向Aを変えて(調整して)三次元造形物を製造する工程についての詳細は後述する。
図1及び図2で表されるように、構成材料吐出部1230は、ヘッドベース1100に保持されるヘッドユニット1400それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット1210と供給チューブ1220により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット1210から構成材料吐出部1230に供給される。構成材料供給ユニット1210には、本実施形態に係る形成装置2000によって造形される三次元造形物の積層体500の構成材料が構成材料収容部1210aに収容され、個々の構成材料収容部1210aは、供給チューブ1220によって、個々の構成材料吐出部1230に接続されている。このように、個々の構成材料収容部1210aを備えることにより、ヘッドベース1100から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。
図3及び図4で表されるように、支持層形成用材料吐出部1730は、ヘッドベース1600に保持されるヘッドユニット1900それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット1710と供給チューブ1720により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット1710から支持層形成用材料吐出部1730に供給される。支持層形成用材料供給ユニット1710には、三次元造形物の積層体500を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料が支持層形成用材料収容部1710aに収容され、個々の支持層形成用材料収容部1710aは、供給チューブ1720によって、個々の支持層形成用材料吐出部1730に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部1710aを備えることにより、ヘッドベース1600から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。
構成材料及び支持層形成用材料としては、例えばマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)やクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の単体粉末、もしくはこれらの金属を1つ以上含む合金粉末(マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金)、もしくはこれらから選択される単体粉末、または合金粉末を組み合わせた混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状(あるいはペースト状)の混合材料などにして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。
このように、構成材料及び支持層形成用材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。
このように、構成材料及び支持層形成用材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
溶剤としては、例えば、水;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;テトラアルキルアンモニウムアセテート類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;ピリジン、γ−ピコリン、2,6−ルチジン等のピリジン系溶剤;テトラアルキルアンモニウムアセテート(例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等)等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)或いはその他の熱可塑性樹脂である。また、紫外線の照射により重合する紫外線硬化樹脂をバインダーに用いてもよい。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)或いはその他の熱可塑性樹脂である。また、紫外線の照射により重合する紫外線硬化樹脂をバインダーに用いてもよい。
形成装置2000には、例えば不図示のパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物の造形用データに基づいて、上述したステージ120、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230、並びに、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730を制御する制御部としての制御ユニット400を備えている。そして、制御ユニット400は、ステージ120及び構成材料吐出部1230が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ120及び支持層形成用材料吐出部1730が連携して駆動及び動作するよう制御する。
基台110に移動可能に備えられているステージ120は、制御ユニット400からの制御信号に基づき、ステージコントローラー410においてステージ120の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台110に備える駆動装置111に送られ、図示するX、Y、Z方向にステージ120が移動する。ヘッドユニット1400に備える構成材料吐出部1230では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において構成材料吐出部1230に備える吐出駆動部1230bにおける吐出ノズル1230aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1230aから所定量の構成材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット1900に備える支持層形成用材料吐出部1730では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において支持層形成用材料吐出部1730に備える吐出駆動部1730bにおける吐出ノズル1730aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1730aから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット1900に備える支持層形成用材料吐出部1730では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において支持層形成用材料吐出部1730に備える吐出駆動部1730bにおける吐出ノズル1730aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1730aから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
次に、ヘッドユニット1400についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット1900は、ヘッドユニット1400と同様の構成である。このため、ヘッドユニット1900についての詳細な構成の説明は省略する。
図5及び図6〜図8は、ヘッドベース1100に複数保持されるヘッドユニット1400及び構成材料吐出部1230の保持形態の一例を示し、このうち図5は、図2に示す矢印D方向からのヘッドベース1100の外観図である。
図5及び図6〜図8は、ヘッドベース1100に複数保持されるヘッドユニット1400及び構成材料吐出部1230の保持形態の一例を示し、このうち図5は、図2に示す矢印D方向からのヘッドベース1100の外観図である。
図5に示すように、ヘッドベース1100に複数のヘッドユニット1400が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図6〜図8で表されるように、本実施形態に係る形成装置2000のヘッドベース1100では、図下方より第1列目のヘッドユニット1401、第2列目のヘッドユニット1402、第3列目のヘッドユニット1403、そして第4列目のヘッドユニット1404の、4ユニットが千鳥状(互い違い)に配置されたヘッドユニット1400を備えている。そして、図6で表されるように、ステージ120をヘッドベース1100に対してX方向に移動させながら各ヘッドユニット1400から構成材料を吐出させて構成層構成部50(構成層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。構成層構成部50の形成手順については後述する。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット1401〜1404に備える構成材料吐出部1230は、吐出駆動部1230bを介して構成材料供給ユニット1210に供給チューブ1220で繋がれる構成となっている。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット1401〜1404に備える構成材料吐出部1230は、吐出駆動部1230bを介して構成材料供給ユニット1210に供給チューブ1220で繋がれる構成となっている。
図5に示すように、構成材料吐出部1230は吐出ノズル1230aから、ステージ120上に載置された造形ステージ121の形成面121aに向けて三次元造形物の構成材料である流動体Mが吐出される。なお、図5で表されるように、流動体Mは、吐出ノズル1230aから液滴状で吐出される。
吐出ノズル1230aから液滴状に吐出された流動体Mは、造形ステージ121上に着弾する。ステージ120は移動し、着弾した流動体Mにより構成層構成部50が形成される。この構成層構成部50の集合体が、造形ステージ121の形成面121a上に形成される三次元造形物の積層体500の構成層310(図1参照)として形成される。
次に、構成層構成部50の形成手順について、図6〜図8、図9及び図10を用いて説明する。
図6〜図8は、本実施形態のヘッドユニット1400の配置と、構成層構成部50の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図9及び図10は、構成層構成部50の形成形態を概念的に表す側面図である。
図6〜図8は、本実施形態のヘッドユニット1400の配置と、構成層構成部50の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図9及び図10は、構成層構成部50の形成形態を概念的に表す側面図である。
まず、ステージ120が+X方向に移動すると、複数の吐出ノズル1230aから流動体Mが液滴状に吐出され、造形ステージ121の形成面121aの所定の位置に流動体Mが配置され、構成層構成部50が形成される。
より具体的には、まず、図9で表されるように、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから造形ステージ121の形成面121aの所定の位置に一定の間隔で流動体Mを配置させる。
より具体的には、まず、図9で表されるように、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから造形ステージ121の形成面121aの所定の位置に一定の間隔で流動体Mを配置させる。
次に、図10で表されるように、ステージ120を−X方向に移動させながら、一定の間隔で配置された流動体Mの間を埋めるように新たに流動体Mを配置させる。
ただし、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから造形ステージ121の所定の位置に流動体Mが重なるように(間隔を空けないように)配置させる構成(ステージ120のX方向における往復移動で構成層構成部50を形成する構成ではなく、ステージ120のX方向における片側の移動のみで構成層構成部50を形成する構成)としても良い。
ただし、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから造形ステージ121の所定の位置に流動体Mが重なるように(間隔を空けないように)配置させる構成(ステージ120のX方向における往復移動で構成層構成部50を形成する構成ではなく、ステージ120のX方向における片側の移動のみで構成層構成部50を形成する構成)としても良い。
上記のように構成層構成部50を形成することによって、図6で表されるような、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のX方向における1ライン分(Y方向における1ライン目)の構成層構成部50(構成層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における2ライン目の構成層構成部50’(構成層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをPとすると、P/n(nは自然数)ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。本実施例ではnを3として説明する。
図9及び図10で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図7で表されるような、Y方向における2ライン目の構成層構成部50’(構成層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)が形成される。
図9及び図10で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図7で表されるような、Y方向における2ライン目の構成層構成部50’(構成層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)が形成される。
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における3ライン目の構成層構成部50’’(構成層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、P/3ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。
そして、図9及び図10で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図8で表されるような、Y方向における3ライン目の構成層構成部50’’
(構成層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)が形成され、積層方向における1層分の構成層310を得ることができる。
そして、図9及び図10で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図8で表されるような、Y方向における3ライン目の構成層構成部50’’
(構成層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)が形成され、積層方向における1層分の構成層310を得ることができる。
また、構成材料吐出部1230から吐出される流動体Mを、ヘッドユニット1401、1402、1403、1404のいずれか1ユニット、あるいは2ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置2000を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物を得ることができる。
なお、第1層目の層501において、上述したように構成層310を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料を吐出させて、同様の方法で、支持層300を形成することができる。そして、層501に積層させて層502、503、・・・50nを形成する際にも、同様に、構成層310及び支持層300を形成することができる。
上述の本実施形態に係る形成装置2000が備えるヘッドユニット1400及び1900の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図11及び図12に、その例として、ヘッドベース1100に配置されるヘッドユニット1400の、その他の配置の例を模式図的に示す。
図11は、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400をX軸方向に複数、並列させた形態を示す。図12は、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。
次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて実行する、噴射方向Aを変えて(調整して)三次元造形物を製造する工程の一例について説明する。
図13〜図15は、噴射方向Aが所望の方向からずれていた場合において、噴射方向Aを変えることなく、第1層目の層501(図13)、第2層目の層502(図14)、第3層目の層503(図15)を形成した状態を表している。
また、図16及び図17は、噴射方向Aが所望の方向からずれていた場合において、噴射方向Aを夫々異なる状態に調整して第3層目の層503を形成した状態を表しており、図15に対応する図である。
なお、図13〜図16は、何れも、ステージ120を−X方向に移動させながら、1層分、構成材料吐出部1230(吐出ノズル1230a)から造形ステージ121の所定の位置に流動体Mが間隔を空けないように配置(着弾)させた場合の例である。一方、図17は、ステージ120を+X方向及び−X方向に往復移動させながら、往方向の移動及び復方向の移動各々において1層分ずつ、構成材料吐出部1230から造形ステージ121の所定の位置に流動体Mを配置させた場合の例である。また、図13〜図17は、支持層300を形成することなく構成層310のみを形成する場合の例を表している。
なお、図13〜図16においては、実線の構成材料吐出部1230は−X方向の前方側端部の輪郭部500eを吐出する位置と対応し、破線の構成材料吐出部1230は−X方向の後方側端部の輪郭部500eを吐出する位置と対応している。そして、図17においては、実線の構成材料吐出部1230は実線のステージ120の移動方向を示す矢印と対応し、破線の構成材料吐出部1230は破線のステージ120の移動方向を示す矢印と対応している。
図13〜図15は、噴射方向Aが所望の方向からずれていた場合において、噴射方向Aを変えることなく、第1層目の層501(図13)、第2層目の層502(図14)、第3層目の層503(図15)を形成した状態を表している。
また、図16及び図17は、噴射方向Aが所望の方向からずれていた場合において、噴射方向Aを夫々異なる状態に調整して第3層目の層503を形成した状態を表しており、図15に対応する図である。
なお、図13〜図16は、何れも、ステージ120を−X方向に移動させながら、1層分、構成材料吐出部1230(吐出ノズル1230a)から造形ステージ121の所定の位置に流動体Mが間隔を空けないように配置(着弾)させた場合の例である。一方、図17は、ステージ120を+X方向及び−X方向に往復移動させながら、往方向の移動及び復方向の移動各々において1層分ずつ、構成材料吐出部1230から造形ステージ121の所定の位置に流動体Mを配置させた場合の例である。また、図13〜図17は、支持層300を形成することなく構成層310のみを形成する場合の例を表している。
なお、図13〜図16においては、実線の構成材料吐出部1230は−X方向の前方側端部の輪郭部500eを吐出する位置と対応し、破線の構成材料吐出部1230は−X方向の後方側端部の輪郭部500eを吐出する位置と対応している。そして、図17においては、実線の構成材料吐出部1230は実線のステージ120の移動方向を示す矢印と対応し、破線の構成材料吐出部1230は破線のステージ120の移動方向を示す矢印と対応している。
図13及び図14で表されるように、噴射方向Aが所望の方向からずれていた場合においても、三次元造形物の輪郭部500eにおける構造などによっては、第n層(第1層目の層501)に対する第n+1層(第2層目の層502)が精度よく積層される場合がある。
しかしながら、図15で表されるように、噴射方向Aが所望の方向からずれていた場合、三次元造形物の輪郭部500eにおける構造などによっては、第n層(第2層目の層502)に対して第n+1層(第3層目の層503)が精度よく積層されない場合がある。例えば、図15の構成層構成部50αで表されるように、第n層から第n+1層の構成層構成部50がこぼれ落ちる(第n層から方向A’に移動する)ことがある。
しかしながら、図15で表されるように、噴射方向Aが所望の方向からずれていた場合、三次元造形物の輪郭部500eにおける構造などによっては、第n層(第2層目の層502)に対して第n+1層(第3層目の層503)が精度よく積層されない場合がある。例えば、図15の構成層構成部50αで表されるように、第n層から第n+1層の構成層構成部50がこぼれ落ちる(第n層から方向A’に移動する)ことがある。
そこで、本実施形態に係る形成装置2000は、1層分の構成層310を形成する毎に、カメラ830で構成層構成部50の着弾位置(特に三次元造形物の輪郭部500eにおける構成層構成部50の着弾位置)を測定し、所望の位置からの着弾位置のずれを制御ユニット400で演算し、演算結果(測定結果)に基づいて構成材料吐出部1230(吐出ノズル1230a)の向き(すなわち噴射方向A)を調整している。図16は、噴射方向Aが調整された状態で第3層目の層503が形成された状態を表している。図16で表されるように、本実施形態に係る形成装置2000は、噴射方向Aが所望の方向からずれていても、三次元造形物の輪郭部500eにおける構造などに影響されることなく、第n層に対する第n+1層が精度よく積層できる。
上記のように、本実施形態の形成装置2000は、三次元造形物を製造するための流動体Mを噴射する噴射部としての構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730と、該噴射部から噴射された流動体Mの着弾位置を測定する測定部としてのカメラ830と、カメラ830の測定結果に基づいて流動体Mの噴射方向Aを調整する調整機構としての保持部1400a及び保持部1900a、を備えている。
そして、このように、カメラ830の測定結果に基づいて流動体Mの噴射方向Aを調整するので、該噴射方向Aが所望の方向からずれていても、該噴射方向Aが所望の方向になるように調整することで該ずれを解消することができる。したがって、本実施例の形成装置2000は、三次元造形物の輪郭部500eの製造精度が低下することを抑制することができる構成になっている。
なお、「三次元造形物を製造するための流動体M」とは、本実施形態の形成装置2000のように、三次元造形物の構成材料のほか、三次元造形物を形成する際に該構成材料(三次元造形物)を支持する支持部(支持層300)を形成する支持部形成用材料なども含む意味である。
そして、このように、カメラ830の測定結果に基づいて流動体Mの噴射方向Aを調整するので、該噴射方向Aが所望の方向からずれていても、該噴射方向Aが所望の方向になるように調整することで該ずれを解消することができる。したがって、本実施例の形成装置2000は、三次元造形物の輪郭部500eの製造精度が低下することを抑制することができる構成になっている。
なお、「三次元造形物を製造するための流動体M」とは、本実施形態の形成装置2000のように、三次元造形物の構成材料のほか、三次元造形物を形成する際に該構成材料(三次元造形物)を支持する支持部(支持層300)を形成する支持部形成用材料なども含む意味である。
また、上記のように、本実施形態の形成装置2000は、構成材料吐出部1230(及び支持層形成用材料吐出部1730)をステージ120に対して往復移動させることができる。別の表現をすると、本実施形態の形成装置2000は、噴射部の往復移動機構(ヘッドベース1100、ヘッドベース1600及び駆動装置111など)を備えている。
そして、本実施例の保持部1400a及び保持部1900aは、制御ユニット400の制御により、噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で流動体Mの噴射方向Aを調整可能に構成されている。このため、本実施形態の形成装置2000は、往方向の前方側及び後方側(すなわち復方向の後方側及び前方側)の両方の輪郭部500eにおいて製造精度が低下することを抑制することができる構成になっている。
なお、「噴射部の往復移動」とは、停止したステージ120に対して噴射部が往復移動する構成のほか、停止した噴射部に対してステージ120が往復移動する構成も含む意味であり、噴射部とステージ120との相対的な往復移動を意味する。
そして、本実施例の保持部1400a及び保持部1900aは、制御ユニット400の制御により、噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で流動体Mの噴射方向Aを調整可能に構成されている。このため、本実施形態の形成装置2000は、往方向の前方側及び後方側(すなわち復方向の後方側及び前方側)の両方の輪郭部500eにおいて製造精度が低下することを抑制することができる構成になっている。
なお、「噴射部の往復移動」とは、停止したステージ120に対して噴射部が往復移動する構成のほか、停止した噴射部に対してステージ120が往復移動する構成も含む意味であり、噴射部とステージ120との相対的な往復移動を意味する。
また、上記のように、本実施例の構成材料吐出部1230(及び支持層形成用材料吐出部1730)は、流動体Mとして三次元造形物の構成材料(及び支持層形成用材料)を噴射する。
そして、図17で表されるように、本実施例の保持部1400a(及び保持部1900a)は、三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に、構成材料吐出部1230(及び支持層形成用材料吐出部1730)からの流動体Mの噴射方向Aが該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように調整することができる。すなわち、本実施例の保持部1400a及び保持部1900aは、構成材料吐出部1230(及び支持層形成用材料吐出部1730)の往方向の移動と復方向の移動との各々で、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように調整することができる。
このように、輪郭部500eの内側に向かう方向に流動体Mを噴射することで、着弾した流動体Mが輪郭部500eの外側方向に落下することを抑制でき、輪郭部500eにおいて製造精度が低下することを特に効果的に抑制することができる。
なお、図17で表されるように、本実施形態の形成装置2000は、噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように、流動体Mの噴射方向Aを調整可能である。ここで、三次元造形物の輪郭部500eを形成する構成層構成部50の各々は、噴射部の往復移動における往方向の移動及び復方向の移動に伴う吐出において、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となることが可能なように割り振られる。
さらには、本実施形態の形成装置2000は、噴射部の往復移動における往方向の移動及び復方向の移動の各々の中で、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように、流動体Mの噴射方向Aを調整可能である。
そして、図17で表されるように、本実施例の保持部1400a(及び保持部1900a)は、三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に、構成材料吐出部1230(及び支持層形成用材料吐出部1730)からの流動体Mの噴射方向Aが該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように調整することができる。すなわち、本実施例の保持部1400a及び保持部1900aは、構成材料吐出部1230(及び支持層形成用材料吐出部1730)の往方向の移動と復方向の移動との各々で、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように調整することができる。
このように、輪郭部500eの内側に向かう方向に流動体Mを噴射することで、着弾した流動体Mが輪郭部500eの外側方向に落下することを抑制でき、輪郭部500eにおいて製造精度が低下することを特に効果的に抑制することができる。
なお、図17で表されるように、本実施形態の形成装置2000は、噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように、流動体Mの噴射方向Aを調整可能である。ここで、三次元造形物の輪郭部500eを形成する構成層構成部50の各々は、噴射部の往復移動における往方向の移動及び復方向の移動に伴う吐出において、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となることが可能なように割り振られる。
さらには、本実施形態の形成装置2000は、噴射部の往復移動における往方向の移動及び復方向の移動の各々の中で、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように、流動体Mの噴射方向Aを調整可能である。
また、本実施形態の形成装置2000は、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730からの流動体Mの噴射と、カメラ830による着弾位置の測定と、保持部1400a及び保持部1900aによる流動体Mの噴射方向Aの調整と、を順に繰り返しながら三次元造形物を製造することができる。なお、その際の形成装置2000の全体の制御は、制御部としての制御ユニット400により実行される。
このように、本実施形態の形成装置2000は、流動体Mの噴射と着弾位置の測定と流動体Mの噴射方向Aの調整とを順に繰り返しながら三次元造形物を製造するので、リアルタイムに流動体Mの噴射方向Aを調整しながら特に高精度に三次元造形物を製造できる構成になっている。
このように、本実施形態の形成装置2000は、流動体Mの噴射と着弾位置の測定と流動体Mの噴射方向Aの調整とを順に繰り返しながら三次元造形物を製造するので、リアルタイムに流動体Mの噴射方向Aを調整しながら特に高精度に三次元造形物を製造できる構成になっている。
一方で、本実施形態の制御ユニット400は、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730からの流動体Mの噴射と、カメラ830による着弾位置の測定と、保持部1400a及び保持部1900aによる流動体Mの噴射方向Aの調整と、を実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、三次元造形物を製造するよう制御することもできる。
このように、流動体Mの噴射と着弾位置の測定と流動体Mの噴射方向Aの調整とを実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、三次元造形物を製造することで、噴射方向Aの調整後、高い製造速度で三次元造形物を製造することができる。
このように、流動体Mの噴射と着弾位置の測定と流動体Mの噴射方向Aの調整とを実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、三次元造形物を製造することで、噴射方向Aの調整後、高い製造速度で三次元造形物を製造することができる。
次に、上記形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図18及び19は、各々異なる実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。
ここで、図18及び19は、各々異なる実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。
最初に、図18で表される三次元造形物の製造方法の実施例について説明する。
図18で表されるように、最初に、ステップS110のデータ入力工程において、三次元造形物のデータを取得し本実施例の三次元造形物の製造方法を開始する。
次に、ステップS120の所定層の噴射工程で、ステージ120を移動させながら構成材料吐出部1230から(場合によっては支持層形成用材料吐出部1730からも)流動体Mを吐出させ、所定層(例えば層501)に対応して該所定層の三次元造形物の積層体500を形成する。
次に、ステップS130の着弾位置の測定工程で、カメラ830によりステージ120上の画像を取得(撮影)し、該画像から着弾位置の所定位置からのずれを制御ユニット400において演算する。
次に、ステップS140の噴射方向の調整工程で、ステップS130の着弾位置の測定工程の測定結果に基づいて、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730からの流動体Mの噴射方向Aを調整する。
次に、ステップS150において、ステップS110のデータ入力工程で入力したデータが終了したか否か(該データに基づく三次元造形物の製造が終了したか否か)を判断し、終了していないと判断した場合はステップS120に戻り、終了したと判断した場合は本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
図18で表されるように、最初に、ステップS110のデータ入力工程において、三次元造形物のデータを取得し本実施例の三次元造形物の製造方法を開始する。
次に、ステップS120の所定層の噴射工程で、ステージ120を移動させながら構成材料吐出部1230から(場合によっては支持層形成用材料吐出部1730からも)流動体Mを吐出させ、所定層(例えば層501)に対応して該所定層の三次元造形物の積層体500を形成する。
次に、ステップS130の着弾位置の測定工程で、カメラ830によりステージ120上の画像を取得(撮影)し、該画像から着弾位置の所定位置からのずれを制御ユニット400において演算する。
次に、ステップS140の噴射方向の調整工程で、ステップS130の着弾位置の測定工程の測定結果に基づいて、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730からの流動体Mの噴射方向Aを調整する。
次に、ステップS150において、ステップS110のデータ入力工程で入力したデータが終了したか否か(該データに基づく三次元造形物の製造が終了したか否か)を判断し、終了していないと判断した場合はステップS120に戻り、終了したと判断した場合は本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を製造するための流動体を噴射する噴射工程(ステップS120)と、噴射工程で噴射された流動体Mの着弾位置を測定する測定工程(ステップS130)と、測定工程での測定結果に基づいて流動体Mの噴射方向Aを調整する調整工程(ステップS140)と、を有する。
そして、このように、測定工程での測定結果に基づいて流動体Mの噴射方向Aを調整するので、該噴射方向Aが所望の方向からずれていても、該噴射方向Aが所望の方向になるように調整することで該ずれを解消することができる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の輪郭部500eの製造精度が低下することを抑制することができる。
そして、このように、測定工程での測定結果に基づいて流動体Mの噴射方向Aを調整するので、該噴射方向Aが所望の方向からずれていても、該噴射方向Aが所望の方向になるように調整することで該ずれを解消することができる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の輪郭部500eの製造精度が低下することを抑制することができる。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、上記形成装置2000を用いて行われるため、本実施例の三次元造形物の製造方法における噴射工程では、流動体Mを噴射する構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730を往復移動させつつ該流動体Mを噴射し、調整工程では、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で流動体Mの噴射方向を調整することができる。このため、往方向の前方側及び後方側(すなわち復方向の後方側及び前方側)の両方の輪郭部500eにおいて製造精度が低下することを抑制することができる。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、上記形成装置2000を用いて行われるため、本実施例の三次元造形物の製造方法における噴射工程では、流動体Mとして三次元造形物の構成材料(及び支持層形成用材料)を噴射し、調整工程では、構成材料吐出部1230(及び支持層形成用材料吐出部1730)の往方向の移動と復方向の移動との各々で、流動体Mの噴射方向Aが三次元造形物の輪郭部500eを形成する際に該輪郭部500eの内側に向かう方向となるように調整することができる。このため、輪郭部500eの内側に向かう方向に流動体Mを噴射することで、着弾した流動体Mが輪郭部500eの外側方向に落下することを抑制でき、輪郭部500eにおいて製造精度が低下することを特に効果的に抑制することができる。
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、噴射工程での流動体Mの噴射と、測定工程での着弾位置の測定と、調整工程での流動体の噴射方向の調整と、を順に繰り返しながら三次元造形物を製造する。このため、リアルタイムに流動体Mの噴射方向Aを調整しながら特に高精度に三次元造形物を製造できる。
次に、図19で表される三次元造形物の製造方法の実施例について説明する。
図19で表されるように、最初に、ステップS210のデータ入力工程において、三次元造形物のデータを取得し本実施例の三次元造形物の製造方法を開始する。
次に、ステップS220の噴射工程で、ステージ120を移動させながら構成材料吐出部1230から(場合によっては支持層形成用材料吐出部1730からも)流動体Mを吐出させ、三次元造形物の製造場所と異なる場所で流動体Mの層を形成する。
次に、ステップS230の着弾位置の測定工程で、カメラ830によりステージ120上の画像を取得(撮影)し、該画像から着弾位置の所定位置からのずれを制御ユニット400において演算する。
次に、ステップS240の噴射方向の調整工程で、ステップS130の着弾位置の測定工程の測定結果に基づいて、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730からの流動体Mの噴射方向Aを調整する。
次に、ステップS250の所定層の噴射工程で、ステージ120を移動させながら構成材料吐出部1230から(場合によっては支持層形成用材料吐出部1730からも)流動体Mを吐出させ、所定層(例えば層501)に対応して該所定層の三次元造形物の積層体500を形成する。
次に、ステップS260において、ステップS210のデータ入力工程で入力したデータが終了したか否か(該データに基づく三次元造形物の製造が終了したか否か)を判断し、終了していないと判断した場合はステップS250に戻り、終了したと判断した場合は本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
図19で表されるように、最初に、ステップS210のデータ入力工程において、三次元造形物のデータを取得し本実施例の三次元造形物の製造方法を開始する。
次に、ステップS220の噴射工程で、ステージ120を移動させながら構成材料吐出部1230から(場合によっては支持層形成用材料吐出部1730からも)流動体Mを吐出させ、三次元造形物の製造場所と異なる場所で流動体Mの層を形成する。
次に、ステップS230の着弾位置の測定工程で、カメラ830によりステージ120上の画像を取得(撮影)し、該画像から着弾位置の所定位置からのずれを制御ユニット400において演算する。
次に、ステップS240の噴射方向の調整工程で、ステップS130の着弾位置の測定工程の測定結果に基づいて、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730からの流動体Mの噴射方向Aを調整する。
次に、ステップS250の所定層の噴射工程で、ステージ120を移動させながら構成材料吐出部1230から(場合によっては支持層形成用材料吐出部1730からも)流動体Mを吐出させ、所定層(例えば層501)に対応して該所定層の三次元造形物の積層体500を形成する。
次に、ステップS260において、ステップS210のデータ入力工程で入力したデータが終了したか否か(該データに基づく三次元造形物の製造が終了したか否か)を判断し、終了していないと判断した場合はステップS250に戻り、終了したと判断した場合は本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
本発明の第10の態様の三次元造形物の製造装置は、噴射工程(ステップS220)での流動体Mの噴射と、測定工程(ステップS230)での着弾位置の測定と、調整工程(ステップS240)での流動体Mの噴射方向Aの調整と、を実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、三次元造形物を製造する(ステップS250及びステップS260)。このため、噴射方向Aの調整後における三次元造形物の製造速度を高くすることができる。
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
50、50a、50b、50c、50d、50α…構成層構成部、110…基台、
111…駆動装置(往復移動機構)、120…ステージ、121…造形ステージ、
121a…形成面、130…ヘッドベース支持部、300…支持層、310…構成層、
400…制御ユニット(制御部)、410…ステージコントローラー、
500…三次元造形物の積層体、500e…輪郭部、501、502及び503…層、
730…ヘッドベース支持部、830…カメラ(測定部)、
1100…ヘッドベース(往復移動機構)、1200…構成材料供給装置、
1210…構成材料供給ユニット、1210a…構成材料収容部、
1220…供給チューブ、1230…構成材料吐出部(噴射部)、
1230a…吐出ノズル、1230b…吐出駆動部、1400…ヘッドユニット、
1400a…保持部(調整機構)、
1401、1402、1403、1404…ヘッドユニット、
1500…材料供給コントローラー、1600…ヘッドベース(往復移動機構)、
1700…支持層形成用材料供給装置、1710…支持層形成用材料供給ユニット、
1710a…支持層形成用材料収容部、1720…供給チューブ、
1730…支持層形成用材料吐出部(噴射部)、1730a…吐出ノズル、
1730b…吐出駆動部、1900…ヘッドユニット、
1900a…保持部(調整機構)、2000…形成装置(三次元造形物の製造装置)、
M…流動体
111…駆動装置(往復移動機構)、120…ステージ、121…造形ステージ、
121a…形成面、130…ヘッドベース支持部、300…支持層、310…構成層、
400…制御ユニット(制御部)、410…ステージコントローラー、
500…三次元造形物の積層体、500e…輪郭部、501、502及び503…層、
730…ヘッドベース支持部、830…カメラ(測定部)、
1100…ヘッドベース(往復移動機構)、1200…構成材料供給装置、
1210…構成材料供給ユニット、1210a…構成材料収容部、
1220…供給チューブ、1230…構成材料吐出部(噴射部)、
1230a…吐出ノズル、1230b…吐出駆動部、1400…ヘッドユニット、
1400a…保持部(調整機構)、
1401、1402、1403、1404…ヘッドユニット、
1500…材料供給コントローラー、1600…ヘッドベース(往復移動機構)、
1700…支持層形成用材料供給装置、1710…支持層形成用材料供給ユニット、
1710a…支持層形成用材料収容部、1720…供給チューブ、
1730…支持層形成用材料吐出部(噴射部)、1730a…吐出ノズル、
1730b…吐出駆動部、1900…ヘッドユニット、
1900a…保持部(調整機構)、2000…形成装置(三次元造形物の製造装置)、
M…流動体
Claims (10)
- 三次元造形物を製造するための流動体を噴射する噴射部と、
前記噴射部から噴射された前記流動体の着弾位置を測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記流動体の噴射方向を調整する調整機構と、
を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 - 請求項1に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記噴射部を往復移動させる往復移動機構を備え、
前記調整機構は、前記噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で前記流動体の噴射方向を調整可能であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 - 請求項2に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記噴射部は、前記流動体として前記三次元造形物の構成材料を噴射し、
前記調整機構は、前記噴射部の前記往方向の移動と前記復方向の移動との各々で、前記流動体の噴射方向が前記三次元造形物の輪郭部を形成する際に該輪郭部の内側に向かう方向となるように調整することを特徴とする三次元造形物の製造装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記噴射部からの前記流動体の噴射と、前記測定部による前記着弾位置の測定と、前記調整機構による前記流動体の噴射方向の調整と、を順に繰り返しながら前記三次元造形物を製造するよう制御する制御部を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記噴射部からの前記流動体の噴射と、前記測定部による前記着弾位置の測定と、前記調整機構による前記流動体の噴射方向の調整と、を実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、前記三次元造形物を製造するよう制御する制御部を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 - 三次元造形物を製造するための流動体を噴射する噴射工程と、
前記噴射工程で噴射された前記流動体の着弾位置を測定する測定工程と、
前記測定工程での測定結果に基づいて前記流動体の噴射方向を調整する調整工程と、
を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項6に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記噴射工程では、前記流動体を噴射する噴射部を往復移動させつつ該流動体を噴射し、
前記調整工程では、前記噴射部の往復移動における往方向の移動と復方向の移動との各々で前記流動体の噴射方向を調整することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項7に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記噴射工程では、前記流動体として前記三次元造形物の構成材料を噴射し、
前記調整工程では、前記噴射部の前記往方向の移動と前記復方向の移動との各々で、前記流動体の噴射方向が前記三次元造形物の輪郭部を形成する際に該輪郭部の内側に向かう方向となるように調整することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項6から8のいずれか1項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記噴射工程での前記流動体の噴射と、前記測定工程での前記着弾位置の測定と、前記調整工程での前記流動体の噴射方向の調整と、を順に繰り返しながら前記三次元造形物を製造することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項6から8のいずれか1項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記噴射工程での前記流動体の噴射と、前記測定工程での前記着弾位置の測定と、前記調整工程での前記流動体の噴射方向の調整と、を実行した後に、該実行した場所とは異なる場所に、前記三次元造形物を製造することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
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JP2017033517A JP2018138358A (ja) | 2017-02-24 | 2017-02-24 | 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法 |
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-
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