JP2019034457A - 三次元造形装置および三次元造形方法 - Google Patents
三次元造形装置および三次元造形方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019034457A JP2019034457A JP2017156319A JP2017156319A JP2019034457A JP 2019034457 A JP2019034457 A JP 2019034457A JP 2017156319 A JP2017156319 A JP 2017156319A JP 2017156319 A JP2017156319 A JP 2017156319A JP 2019034457 A JP2019034457 A JP 2019034457A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- modeling
- molten material
- dimensional modeling
- dimensional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
【課題】三次元造形物の造形精度を高めることができる技術を提供する。
【解決手段】三次元造形物を造形する三次元造形装置は、ノズルを有し、前記ノズルから熱可塑性を有する材料を可塑化させた溶融材料を吐出する吐出ユニットと、前記溶融材料によって造形される造形物を支持する造形台と、を備え、前記造形台は、前記ノズルの重力方向上方に配置され、前記吐出ユニットは、前記ノズルから、前記造形台に向かって、重力方向上方に前記溶融材料を吐出する。
【選択図】図1
【解決手段】三次元造形物を造形する三次元造形装置は、ノズルを有し、前記ノズルから熱可塑性を有する材料を可塑化させた溶融材料を吐出する吐出ユニットと、前記溶融材料によって造形される造形物を支持する造形台と、を備え、前記造形台は、前記ノズルの重力方向上方に配置され、前記吐出ユニットは、前記ノズルから、前記造形台に向かって、重力方向上方に前記溶融材料を吐出する。
【選択図】図1
Description
本発明は、三次元造形装置および三次元造形方法に関する。
溶融させた樹脂材料をノズルから吐出して堆積させ、硬化させることによっ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(例えば、下記の特許文献1)。
三次元造形装置では、例えば、中空構造の天面を構成する壁部など、下側が支持されていないような不安定な形状(いわゆるアンダーカット形状)を有する部位を造形する際に、当該部位を支えるサポート材が用いられる場合があった。しかしながら、三次元造形装置においては、より簡易な方法で、そうしたアンダーカット形状を有する部位を造形できることが望まれている。
また、三次元造形装置においては、ノズルから吐出されて堆積された溶融材料が、重力の作用によって流動することによって、溶融材料が下側に偏ってしまい、その造形精度が低下してしまう場合があった。その他に、三次元造形装置においては、ノズルからの溶融材料の吐出が適切に途切れずに、余分な溶融材料が三次元造形物に付着してしまい、その造形精度が低下してしまう場合があった。このように、三次元造形装置においては、三次元造形物の造形精度を高めることについて依然として改良の余地があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
[1]本発明の一形態によれば、三次元造形物を造形する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、ノズルを有し、前記ノズルから熱可塑性を有する材料を可塑化させた溶融材料を吐出する吐出ユニットと;前記溶融材料によって造形される造形物を支持する造形台と;を備える。前記造形台は、前記ノズルの重力方向上方に配置され、前記吐出ユニットは、前記ノズルから、前記造形台に向かって、重力方向上方に前記溶融材料を吐出する。
この形態の三次元造形装置によれば、造形台の下方に配置されたノズルから、上方に溶融材料を吐出しながら造形するため、造形台側からの支持を省略したとしても、アンダーカット形状を造形することができる。よって、アンダーカット形状の造形が容易化される。また、重力の作用によって造形台側へと溶融材料が流動することがないため、溶融材料が造形台側に偏ってしまうことが抑制される。加えて、ノズルからの溶融材料の吐出を停止したときには、重力の作用によって、ノズルの溶融材料を、造形台側の造形物から分離させることができる。よって、ノズルの溶融材料が適切に途切れずに造形物に余分な材料が付着してしまうことが抑制されるため、造形物の造形精度の低下が抑制される。
この形態の三次元造形装置によれば、造形台の下方に配置されたノズルから、上方に溶融材料を吐出しながら造形するため、造形台側からの支持を省略したとしても、アンダーカット形状を造形することができる。よって、アンダーカット形状の造形が容易化される。また、重力の作用によって造形台側へと溶融材料が流動することがないため、溶融材料が造形台側に偏ってしまうことが抑制される。加えて、ノズルからの溶融材料の吐出を停止したときには、重力の作用によって、ノズルの溶融材料を、造形台側の造形物から分離させることができる。よって、ノズルの溶融材料が適切に途切れずに造形物に余分な材料が付着してしまうことが抑制されるため、造形物の造形精度の低下が抑制される。
[2]上記形態の三次元造形装置において、前記ノズルは、前記溶融材料を硬化させる予定部位の上端位置との間に前記ノズルの孔径よりも大きいギャップを形成するように配置されてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズル側からの押圧によって、三次元造形物の形状が崩れてしまうことが抑制される。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズル側からの押圧によって、三次元造形物の形状が崩れてしまうことが抑制される。
[3]上記形態の三次元造形装置において、前記吐出ユニットは、渦状に延びている溝部が設けられているフラットスクリューと、前記フラットスクリューを回転させる駆動モーターと、を有し、前記フラットスクリューを回転させて、前記材料を可塑化させつつ、前記溶融材料を前記溝部を通じて前記ノズルへと導く可塑化部を備えてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、吐出ユニットを小型化することができる。
この形態の三次元造形装置によれば、吐出ユニットを小型化することができる。
[4]上記形態の三次元造形装置において、前記造形台は、前記溶融材料が付着する面に、前記溶融材料の乖離を抑制する凹凸構造を有してよい。
この形態の三次元造形装置によれば、造形台に付着した材料が造形台から落下してしまうことが抑制される。
この形態の三次元造形装置によれば、造形台に付着した材料が造形台から落下してしまうことが抑制される。
[5]上記形態の三次元造形装置は、さらに、前記ノズルから吐出された前記溶融材料を冷却する冷却部を備えてよい。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルから吐出された溶融材料の硬化を促進させることができ、ノズルから吐出された後の溶融材料の流動による造形精度の低下が抑制される。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルから吐出された溶融材料の硬化を促進させることができ、ノズルから吐出された後の溶融材料の流動による造形精度の低下が抑制される。
[6]本発明の他の形態によれば、三次元造形物を造形する三次元造形方法が提供される。この形態の三次元造形方法は、熱可塑性を有する材料を可塑化させた溶融材料をノズルから吐出して、造形台に付着させる吐出工程を備え、前記吐出工程は、前記造形台を、前記ノズルの重力方向上方に配置し、前記ノズルから、前記造形台に向かって、重力方向上方に前記溶融材料を吐出する工程である。
この形態の三次元造形方法によれば、アンダーカット形状の造形が容易化される。また、重力の作用によって溶融材料の堆積量が、造形台側に偏ってしまうことが抑制される。加えて、ノズルからの溶融材料の吐出を停止したときには、重力の作用によって、ノズルの溶融材料を、造形台に堆積された溶融材料から分離させることができ、ノズルからの溶融材料の吐出が途切れないことによる造形精度の低下が抑制される。
この形態の三次元造形方法によれば、アンダーカット形状の造形が容易化される。また、重力の作用によって溶融材料の堆積量が、造形台側に偏ってしまうことが抑制される。加えて、ノズルからの溶融材料の吐出を停止したときには、重力の作用によって、ノズルの溶融材料を、造形台に堆積された溶融材料から分離させることができ、ノズルからの溶融材料の吐出が途切れないことによる造形精度の低下が抑制される。
上述した本発明の各形態の有する複数の構成要素はすべてが必須のものではなく、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、適宜、前記複数の構成要素の一部について、その変更、削除、新たな他の構成要素との差し替え、限定内容の一部削除を行うことが可能である。また、上述の課題の一部又は全部を解決するため、あるいは、本明細書に記載された効果の一部又は全部を達成するために、上述した本発明の一形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部を上述した本発明の他の形態に含まれる技術的特徴の一部又は全部と組み合わせて、本発明の独立した一形態とすることも可能である。
本発明は、三次元造形装置や三次元造形方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、アンダーカット形状の造形方法や、溶融材料の吐出方法、吐出ユニットと造形台の配置構造などの形態で実現することができる。
1.第1実施形態:
図1は、第1実施形態における三次元造形装置100Aの構成を示す概略図である。図1には、三次元造形装置100Aが三次元造形物(以下、単に「造形物」とも呼ぶ。)を造形する際の通常の使用状態にあるときの重力方向(鉛直方向)Gを示す矢印が図示されている。以下では、特に断らない限り、三次元造形装置100Aが通常の使用状態にあるときを基準として説明する。
図1は、第1実施形態における三次元造形装置100Aの構成を示す概略図である。図1には、三次元造形装置100Aが三次元造形物(以下、単に「造形物」とも呼ぶ。)を造形する際の通常の使用状態にあるときの重力方向(鉛直方向)Gを示す矢印が図示されている。以下では、特に断らない限り、三次元造形装置100Aが通常の使用状態にあるときを基準として説明する。
図1には、さらに、互いに直交するX,Y,Z方向を示す矢印が示されている。X方向およびY方向は、水平面に平行な方向であり、Z方向は、重力方向Gとは反対の方向である。重力方向GおよびX,Y,Z方向を示す矢印は、他の参照図においても、図1と対応するように、必要に応じて図示してある。
三次元造形装置100Aは、吐出ユニット110Aと、造形ステージ部200Aと、制御部300と、を備える。三次元造形装置100Aは、制御部300の制御下において、吐出ユニット110Aのノズル61から熱可塑性を有する材料を可塑化させた溶融材料を、造形ステージ部200Aの造形台220上に吐出して硬化させることによって、造形物を造形する。「可塑化」とは、材料に熱が加わり溶融することを意味する。なお、三次元造形装置100Aでは、造形ステージ部200Aが、吐出ユニット110Aの重力方向上側に配置されている。
吐出ユニット110Aは、材料供給部20と、可塑化部30と、ヘッド部60と、を備える。材料供給部20は、ホッパーによって構成されており、下方の排出口が、連通路22を介して、可塑化部30に接続されている。材料供給部20は、可塑化部30に熱可塑性を有する材料を供給する。
材料供給部20に投入される材料としては、例えば、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリアミド樹脂(PA)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、ポリ乳酸樹脂(PLA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)等を使用可能である。これらの材料は、ペレットや粉末等の固体材料の状態で材料供給部20に投入される。また、材料供給部20に投入される熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック等が混入されていてもよい。
可塑化部30は、上記の材料を可塑化させてヘッド部60へと流入させる。可塑化部30は、スクリューケース31と、駆動モーター32と、フラットスクリュー40と、スクリュー対面部50と、を有する。
フラットスクリュー40は、軸線方向(中心軸に沿った方向)の高さが直径よりも小さい略円柱状のスクリューである。フラットスクリュー40は、その軸線方向がZ方向に平行になるように配置され、円周方向に沿って回転する。図1には、フラットスクリュー40の回転軸RXを一点鎖線で図示してある。第1実施形態では、フラットスクリュー40の中心軸とその回転軸RXとは一致する。
フラットスクリュー40は、スクリューケース31内に収納されている。フラットスクリュー40は下面47側が駆動モーター32に連結されており、駆動モーター32が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース31内において回転する。駆動モーター32は、制御部300の制御下において駆動する。
フラットスクリュー40の回転軸RXと交差する面である上面48には、溝部42が形成されている。上述した材料供給部20の連通路22は、フラットスクリュー40の側面から、当該溝部42に接続されている。フラットスクリュー40の具体的な形状については後述する。
フラットスクリュー40の上面48は、スクリュー対面部50の下面52に面しており、フラットスクリュー40の上面48の溝部42と、スクリュー対面部50の下面52との間には空間が形成される。吐出ユニット110Aでは、フラットスクリュー40とスクリュー対面部50との間のこの空間に、材料供給部20から材料が供給される。
スクリュー対面部50には、材料を加熱するためのヒーター58が埋め込まれている。フラットスクリュー40の溝部42に供給された材料は、フラットスクリュー40の回転によって、溝部42内において可塑化されて溶融材料へと転化される。そして、その溶融材料は、溝部42に沿って流動し、フラットスクリュー40の中央部46へと導かれる(詳細は後述)。中央部46に流入した溶融材料は、スクリュー対面部50の中心に設けられた連通孔56を介して、ヘッド部60に供給される。
ヘッド部60は、ノズル61と、流路65と、を有する。ノズル61は先端の吐出口62が重力方向上側に向いている状態で配置されている。ノズル61は、流路65を通じて、スクリュー対面部50の連通孔56に接続されている。流路65は、フラットスクリュー40とノズル61との間の溶融材料の流路である。可塑化部30において可塑化された溶融材料は、連通孔56から流路65へと流れ、ノズル61の吐出口62から、重力方向上側に配置されている造形ステージ部200Aの造形台220に向かって吐出される。
なお、溶融材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル61から射出される。例えば、ABS樹脂は、ガラス転移点が約120℃であり、ノズル61からの射出時には約200℃となる。このように高温の状態で溶融材料を射出するために、ノズル61の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
造形ステージ部200Aは、テーブル210と、造形台220と、移動機構230と、を備える。テーブル210の下側の面に積層されている。造形台220の下面221には、吐出ユニット110Aのノズル61から吐出された溶融材料が付着する。造形台220は、下面221において溶融材料によって造形される造形物を支持する。移動機構230は、テーブル210を移動させることによって、テーブル210に積層されている造形台220をX,Y,Z方向の3軸方向に移動させる。移動機構230は、例えば、3つのモーターの駆動力を利用する3軸ポジショナーによって構成される。造形ステージ部200Aは、制御部300の制御下において、ノズル61と造形台220との相対的な位置関係を変更する。
制御部300は、例えば、CPUなどのプロセッサーと、メインメモリーと、不揮発性メモリーとを含むコンピューターによって実現可能である。制御部300内の不揮発性メモリーには、三次元造形装置100Aを制御するためのコンピュータープログラムが格納されている。制御部300は、三次元造形装置100Aを制御して、造形台220上に造形物を造形する造形処理を実行する。制御部300は、造形処理において、吐出ユニット110Aと造形ステージ部200Aとを制御し、造形データに応じて決定した造形台220上の座標の位置に溶融材料を吐出する。
図2は、フラットスクリュー40の上面48側の構成を示す概略斜視図である。図2には、可塑化部30において回転するときのフラットスクリュー40の回転軸RXの位置が一点鎖線で図示されている。上述したように、スクリュー対面部50(図1)に対向するフラットスクリュー40の上面48には、溝部42が設けられている。以下、上面48を、「溝形成面48」とも呼ぶ。
フラットスクリュー40の溝形成面48の中央部46は、溝部42の一端が接続されている凹部として構成されている。中央部46は、スクリュー対面部50の連通孔56(図1)に対向する。第1実施形態では、中央部46は、回転軸RXと交差する。
フラットスクリュー40の溝部42は、いわゆるスクロール溝を構成する。溝部42は、中央部46から、フラットスクリュー40の外周に向かって弧を描くように渦状に延びている。溝部42は、螺旋状に延びるように構成されているとしてもよい。なお、図2には、3つの溝部42の側壁部を構成し、各溝部42に沿って延びている3つの凸条部43を有するフラットスクリュー40の例が図示されている。フラットスクリュー40に設けられる溝部42や凸条部43の数は、3つには限定されない。フラットスクリュー40には、1つの溝部42のみが設けられていてもよいし、2以上の複数の溝部42が設けられていてもよい。また、溝部42の数に合わせて任意の数の凸条部43が設けられてもよい。
溝部42は、フラットスクリュー40の側面に形成された材料流入口44まで連続している。この材料流入口44は、材料供給部20の連通路22を介して供給された材料を受け入れる部分である。なお、図2には、材料流入口44が3箇所に形成されているフラットスクリュー40の例が図示されている。フラットスクリュー40に設けられる材料流入口44の数は、3箇所に限定されない。フラットスクリュー40には、材料流入口44が1箇所にのみ設けられていてもよいし、2箇所以上の複数の箇所に設けられていてもよい。
フラットスクリュー40が回転すると、材料流入口44から供給された材料が、溝部42内において加熱されながら可塑化されて溶融し、溶融材料に転化される。そして、その溶融材料は、溝部42を通じて、中央部46へと流動する。
図3は、スクリュー対面部50の下面52側を示す概略平面図である。スクリュー対面部50の下面52は、上述したように、フラットスクリュー40の溝形成面48に対向する。以下、この下面52を、「スクリュー対向面52」とも呼ぶ。スクリュー対向面52の中心には、溶融材料をノズル61に供給するための上述した連通孔56が形成されている。
スクリュー対向面52には、連通孔56に接続され、連通孔56から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝54が形成されている。複数の案内溝54は、溶融材料を連通孔56に導く機能を有する。上述したように、スクリュー対面部50には、材料を加熱するためのヒーター58が埋め込まれている(図1)。可塑化部30における材料の可塑化は、ヒーター58による加熱と、フラットスクリュー40の回転と、によって実現される。三次元造形装置100Aでは、可塑化部30においてZ方向の高さが小さいフラットスクリュー40が用いられていることによって、吐出ユニット110Aが小型化されており、三次元造形装置100Aの装置構成全体が小型化されている。
図4は、三次元造形装置100Aの造形処理において、造形台220上に三次元造形物OBが造形されていく様子を示す模式図である。三次元造形装置100Aの造形処理では、溶融材料をノズル61から吐出して、造形台220に付着させる吐出工程が実行される。当該吐出工程では、ノズル61の重力方向上方に配置されている造形台220の下面221に向かって、ノズル61から溶融材料が重力方向上方に吐出される。また、三次元造形装置100Aの造形処理では、溶融材料が硬化した材料層MLを、造形台220の下面221に直接的に付着している最上の材料層MLbを基盤となる層として、重力方向に材料層MLを積み重ねていくことによって、造形台220から垂下する状態で造形物OBが造形される。
三次元造形装置100Aの造形処理では、各材料層MLは、ノズル61から溶融材料を上方に吐出しつつ、造形台220に対するノズル61の位置を水平方向に変位させることによって形成される。この材料層MLの形成工程では、ノズル61から吐出された溶融材料が造形台220からの落下が抑制される程度に硬化すると、その硬化した部位から水平方向に移動した位置において、ノズル61から溶融材料が吐出される。この溶融材料は、先に硬化していた前記の部位に付着して硬化する。
この材料層MLの形成工程によれば、ノズル61から吐出された溶融材料は水平方向に隣接する位置において、先に硬化している部位の材料に支持される。そのため、ノズル61の直上に溶融材料を付着させる支持部位がなくとも、ノズル61から吐出された溶融材料を硬化させることができる。よって、図4において例示されているようなアンダーカット形状を有する部位UCの造形が容易化される。ここで、「アンダーカット形状」とは、当該部位UCのように、造形台220側に空間があることによって、造形台220側からの支持が得られていない形状を意味する。
三次元造形装置100Aによれば、造形処理において、材料層MLをZ方向に積み重ねた壁部を形成する場合に、以下に説明するように、Z方向における材料の偏在が抑制される。ノズル61から吐出され、造形台220、または、造形台220上において既に硬化している材料に付着した溶融材料は、硬化するまでの間に、その一部が重力の作用によって下方へと流動する。そのため、材料層MLは、下端に向かってわずかに細く造形されることになる。ただし、その細く造形された部位には、次に積層される材料層MLを形成するためにノズル61から吐出される溶融材料が付着するため、当該部位の材料が著しく不足してしまうことが抑制される。よって、重力方向とは反対の方向に材料層を積層していく従来の造形方法に比較して、Z方向における材料の偏在を抑制することができる。従って、造形される壁部の壁面をより平滑にすることができる。
三次元造形装置100Aでは、吐出ユニット110Aがノズル61からの溶融材料の吐出を停止させたときに、ノズル61の溶融材料に重力が作用するため、ノズル61の溶融材料は、それまでに造形された造形台220の造形物OBから分離される。よって、ノズル61からの溶融材料の吐出が停止された後に、ノズル61の溶融材料が適切に途切れずに、造形物OBに付着してしまうことが抑制される。従って、そうした余分な材料の付着による造形物OBの造形精度低下が抑制される。
三次元造形装置100Aでは、ノズル61は、ノズル61の先端の吐出口62と、溶融材料を硬化させる予定部位の上端位置OBtとの間に、予め決められたギャップGPが形成されるように配置され、その位置において溶融材料を吐出する。上端位置OBtは、最上の材料層MLbを形成する場合には、造形台220の下面221の位置である。上端位置OBtは、ノズル61の直上に材料層MLが形成されている場合には、当該材料層MLの下端面の位置である。また、アンダーカット形状を有する部位UCの造形中においては、当該部位UCの上端位置である。
ギャップGPの大きさは、ノズル61の吐出口62における孔径Dnよりも大きい。ノズル61の孔径Dnは、ノズル61の走査方向における吐出口62の開口幅の最大値である(詳細は後述)。なお、「ノズル61の走査方向」とは、造形中に造形台220に対してノズル61の位置が相対的に変位する方向である。
ギャップGPの大きさは、孔径Dnの1.1倍以上とすることが望ましい。こうすれば、ノズル61の吐出口62から吐出される溶融材料が、材料層MLの下端に押しつけられない自由な状態で予定部位に堆積される。この結果、ノズル61から吐出された溶融材料の横断面形状が、ノズル61側からの押圧によって潰れてしまうことを抑制でき、三次元造形物OBの面粗さを低減することが可能である。また、ノズル61の周囲にヒーターが設けられた構成においては、ギャップGPを形成することにより、当該ヒーターによる材料の過熱を防止でき、三次元造形物OBに堆積された材料の過熱による変色や劣化が抑制される。
一方、ギャップGPの大きさは、孔径Dnの1.5倍以下とすることが好ましく、1.3倍以下とすることが特に好ましい。これによって、溶融材料が配置される予定部位に対する実際の溶融材料の着地位置の精度の低下や、ノズル61から吐出された溶融材料が付着する材料層MLの下端に対する溶融材料の密着性の低下が抑制される。
図5A〜図5Dを参照して、種々の開口形状を有するノズル61,61a,61b,61cの孔径Dnを説明する。図5A〜図5Dにはそれぞれ、構成の異なるノズル61,61a,61b,61cを先端側からZ方向に沿って見たときの概略図が図示されている。
図5Aには、吐出口62が略正円形状の開口形状を有するノズル61の構成例を図示してある。第1実施形態の三次元造形装置100Aでは、ノズル61の吐出口62は、図5Aに示されている開口形状を有している。上述したように、ノズル61の孔径Dnは、ノズル61の走査方向SDにおける吐出口62の開口幅の最大値である。従って、この構成においては、ノズル61の孔径Dnは、吐出口62の直径とほぼ同じである。
図5Bには、ノズル61の他の構成例として、略長方形形状の開口形状を有する吐出口62aを有するノズル61aの構成が例示されている。ノズル61aは、ノズル61に代えて、第1実施形態の三次元造形装置100Aに適用されてもよい。ノズル61aの走査方向SDは、吐出口62aの短辺に沿った方向である。この構成例において、ノズル61aの孔径Dnは、吐出口62aの短辺の長さとほぼ同じである。
図5Cには、ノズル61の他の構成例として、長方形の各辺が中央に向かって窪むように湾曲している開口形状を有する吐出口62bを有するノズル61bの構成が例示されている。ノズル61bは、ノズル61に代えて、第1実施形態の三次元造形装置100Aに適用されてもよい。ノズル61bの走査方向SDは、吐出口62bの短手方向に沿った方向である。この構成例において、ノズル61bの孔径Dnは、吐出口62bの短辺の両端の角部の間の距離とほぼ同じである。
図5Dには、ノズル61の他の構成例として、複数の開口63が行列状に配列されて構成されている吐出口62cを有するノズル61cの構成が例示されている。ノズル61cは、ノズル61に代えて、第1実施形態の三次元造形装置100Aに適用されてもよい。ノズル61cの走査方向SDは、開口63の配列方向のひとつと同じである。この構成例において、ノズル61cの孔径Dnは、走査方向SDに配列されている開口63の走査方向SDの両端の間隔とほぼ同じである。
以上のように、第1実施形態の三次元造形装置100Aおよび三次元造形装置100Aにおいて実行される三次元造形方法によれば、吐出ユニット110Aのノズル61から上方の造形台220に向かって溶融材料を吐出することによって造形物OBが造形される。これよって、アンダーカット形状の造形が容易化されるとともに、造形物OBの造形精度が高められている。また、第1実施形態の三次元造形装置100Aによれば、フラットスクリュー40を用いていることによって、装置の小型化や造形精度の向上が実現されている。その他に、第1実施形態の三次元造形装置100Aおよびその三次元造形方法によれば、第1実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
2.第2実施形態:
図6は、第2実施形態における三次元造形装置100Bの構成を示す概略図である。第2実施形態の三次元造形装置100Bは、第1実施形態の造形ステージ部200Aの代わりに、第2実施形態の造形ステージ部200Bを備えている点以外は、第1実施形態の三次元造形装置100Aとほぼ同じ構成を有している。第2実施形態の造形ステージ部200Bは、造形台220の下面221に乖離抑制部223を有している点以外は、第1実施形態の造形ステージ部200Aとほぼ同じ構成を有している。
図6は、第2実施形態における三次元造形装置100Bの構成を示す概略図である。第2実施形態の三次元造形装置100Bは、第1実施形態の造形ステージ部200Aの代わりに、第2実施形態の造形ステージ部200Bを備えている点以外は、第1実施形態の三次元造形装置100Aとほぼ同じ構成を有している。第2実施形態の造形ステージ部200Bは、造形台220の下面221に乖離抑制部223を有している点以外は、第1実施形態の造形ステージ部200Aとほぼ同じ構成を有している。
第2実施形態の造形ステージ部200Bが有する乖離抑制部223は、表面に、ノズル61から吐出され、付着した溶融材料の乖離を抑制する凹凸構造を有するシート状の部材によって構成されている。乖離抑制部223を構成するシート状の部材は、例えば、紙や布など、繊維によって表面に凹凸構造が形成されている部材によって構成される。造形台220の下面221には、乖離抑制部223を構成するシート状の部材の外周端部を把持する把持部224が設けられている。把持部224によって、乖離抑制部223は造形台220に着脱可能に保持される。
このように、第2実施形態の三次元造形装置100Bによれば、造形台220が、溶融材料が配置される下面221に、乖離抑制部223として、造形台220に付着した溶融材料の乖離を抑制する凹凸構造を有している。乖離抑制部223の凹凸構造によって、造形台220に対する溶融材料の付着性が高められるため、造形台220から造形中の造形物OBが脱落してしまうことが抑制される。また、第2実施形態の三次元造形装置100Bでは、乖離抑制部223が造形台220から着脱可能に構成されているため、造形が完了した造形物OBの造形台220からの離脱が容易化される。その他に、第2実施形態の三次元造形装置100Bおよび三次元造形装置100Bにおいて実行される三次元造形方法によれば、上記の第1実施形態で説明した種々の作用効果を奏することができる。
3.第3実施形態:
図7は、第3実施形態における三次元造形装置100Cの構成を示す概略図である。第3実施形態の三次元造形装置100Cの構成は、第3実施形態の吐出ユニット110Cが冷却部70を有している点以外は、第1実施形態の三次元造形装置100Aの構成とほぼ同じである。
図7は、第3実施形態における三次元造形装置100Cの構成を示す概略図である。第3実施形態の三次元造形装置100Cの構成は、第3実施形態の吐出ユニット110Cが冷却部70を有している点以外は、第1実施形態の三次元造形装置100Aの構成とほぼ同じである。
冷却部70は、ノズル61から吐出された溶融材料を冷却する。第3実施形態では、冷却部70は、空気の噴き付けによって溶融材料を冷却する。冷却部70は、噴付ノズル71と、送風ユニット72と、配管73と、を有する。噴付ノズル71は、ノズル61の吐出口62を囲み、ノズル61の先端に向かって開口するように設けられている。噴付ノズル71は、配管73を通じて、送風ユニット72に接続されている。送風ユニット72は、例えば、送風ファンによって構成され、噴付ノズル71に空気を送り込む。送風ユニット72から送り込まれた空気は、噴付ノズル71からノズル61の先端部に向かって噴射される。第3実施形態では、噴付ノズル71から噴射される空気は室温でよく、例えば、1〜30℃程度の温度としてよい。
冷却部70は、制御部300の制御下において駆動する。制御部300は、ノズル61から溶融材料を吐出する際には、噴付ノズル71から空気を噴射させて、ノズル61から吐出された溶融材料を冷却する。制御部300は、ノズル61からの溶融材料の吐出を停止する際には、冷却部70による空気の噴射も停止するものとしてよい。
第3実施形態の三次元造形装置100Cによれば、吐出ユニット110Cは、ノズル61から溶融材料を吐出しつつ、その溶融材料を冷却部70によって冷却する。よって、ノズル61から吐出された溶融材料の硬化が促進され、吐出後の溶融材料の落下や流動による造形精度の低下が抑制される。その他に、第3実施形態の三次元造形装置100Cによれば、上記の各実施形態で説明した種々の作用効果を奏することができる。
4.他の実施形態:
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
4−1.他の実施形態1:
上記の各実施形態の三次元造形装置100A,100B,100Cでは、吐出ユニット110A,110Cの全体が造形台220の下方に配置されている。これに対して、吐出ユニット110A,110Cのうちノズル61のみが造形台220の下方に配置されていてもよい。具体的には、可塑化部30が造形台220の下方の領域から離れた位置に配置され、造形台220の下方に配置されているノズル61まで、配管やチューブによって構成された流路65が配設されている構成を有していてもよい。また、三次元造形装置100A,100B,100Cでは、フラットスクリュー40とスクリュー対面部50の上下位置が反転するように可塑化部30が配置されていてもよいし、フラットスクリュー40の回転軸RXが重力方向に交差するように可塑化部30が配置されていてもよい。
上記の各実施形態の三次元造形装置100A,100B,100Cでは、吐出ユニット110A,110Cの全体が造形台220の下方に配置されている。これに対して、吐出ユニット110A,110Cのうちノズル61のみが造形台220の下方に配置されていてもよい。具体的には、可塑化部30が造形台220の下方の領域から離れた位置に配置され、造形台220の下方に配置されているノズル61まで、配管やチューブによって構成された流路65が配設されている構成を有していてもよい。また、三次元造形装置100A,100B,100Cでは、フラットスクリュー40とスクリュー対面部50の上下位置が反転するように可塑化部30が配置されていてもよいし、フラットスクリュー40の回転軸RXが重力方向に交差するように可塑化部30が配置されていてもよい。
4−2.他の実施形態2:
上記の各実施形態において、吐出ユニット110A,110Cは、フラットスクリュー40を有していなくてもよい。吐出ユニット110A,110Cは、例えば、Z方向の長さが直径よりも長いスクリューを回転させてノズル61から溶融材料を押し出す構成を有していてもよい。あるいは、吐出ユニット110A,110Cは、フィラメント状の熱可塑性を有する樹脂材料を熱で溶かしながらノズル61から押し出す構成を有していてもよい。
上記の各実施形態において、吐出ユニット110A,110Cは、フラットスクリュー40を有していなくてもよい。吐出ユニット110A,110Cは、例えば、Z方向の長さが直径よりも長いスクリューを回転させてノズル61から溶融材料を押し出す構成を有していてもよい。あるいは、吐出ユニット110A,110Cは、フィラメント状の熱可塑性を有する樹脂材料を熱で溶かしながらノズル61から押し出す構成を有していてもよい。
4−3.他の実施形態3:
上記の各実施形態において、ノズル61の先端の吐出口62と、溶融材料を硬化させる予定部位の上端位置OBtとの間のギャップGPは、ノズル61の吐出口62における孔径Dnより小さくてもよい。あるいは、ギャップGPは、ノズル61の吐出口62における孔径Dnの1.5倍よりも大きくてもよい。
上記の各実施形態において、ノズル61の先端の吐出口62と、溶融材料を硬化させる予定部位の上端位置OBtとの間のギャップGPは、ノズル61の吐出口62における孔径Dnより小さくてもよい。あるいは、ギャップGPは、ノズル61の吐出口62における孔径Dnの1.5倍よりも大きくてもよい。
4−4.他の実施形態4:
上記の各実施形態において、材料供給部20は、ホッパーによって構成されていなくてもよい。吐出ユニット110A,110Cにおいて材料供給部20は省略されてもよい。
上記の各実施形態において、材料供給部20は、ホッパーによって構成されていなくてもよい。吐出ユニット110A,110Cにおいて材料供給部20は省略されてもよい。
4−5.他の実施形態5:
上記の各実施形態において、三次元造形装置100A〜100Cは、造形台220を三次元的に移動させる移動機構230の代わりに、吐出ユニット110A,110Cのノズル61を三次元的に移動させる移動機構を採用してもよい。或いは、ノズル61と造形台220の一方を1軸又は2軸方向に移動させ、他方を残りの軸方向に移動させる移動機構を採用してもよい。
上記の各実施形態において、三次元造形装置100A〜100Cは、造形台220を三次元的に移動させる移動機構230の代わりに、吐出ユニット110A,110Cのノズル61を三次元的に移動させる移動機構を採用してもよい。或いは、ノズル61と造形台220の一方を1軸又は2軸方向に移動させ、他方を残りの軸方向に移動させる移動機構を採用してもよい。
4−6.他の実施形態6:
上記の第2実施形態において、乖離抑制部223を構成するシート状部材は、紙や布などの繊維によって表面に凹凸構造が形成されている部材以外の部材によって構成されてもよい。当該シート状部材は、表面に微細な凹凸パターンが形成された金属板によって構成されてもよい。また、乖離抑制部223は、シート状部材によって構成されていなくてもよく、乖離抑制部223は、造形台220の下面221に対する表面加工によって形成された微細な凹凸構造によって構成されてもよい。
上記の第2実施形態において、乖離抑制部223を構成するシート状部材は、紙や布などの繊維によって表面に凹凸構造が形成されている部材以外の部材によって構成されてもよい。当該シート状部材は、表面に微細な凹凸パターンが形成された金属板によって構成されてもよい。また、乖離抑制部223は、シート状部材によって構成されていなくてもよく、乖離抑制部223は、造形台220の下面221に対する表面加工によって形成された微細な凹凸構造によって構成されてもよい。
4−7.他の実施形態7:
上記の第3実施形態において、冷却部70は、空気の噴射以外の手段によって、溶融材料を冷却する構成を有していてもよい。冷却部70は、ノズル61から吐出された溶融材料と熱交換が可能な程度に接近して配置された冷媒が流通する冷却管によって、溶融材料を冷却する構成を有していてもよい。冷却部70は、制御部300の制御下で駆動しなくてもよく、ユーザーの手動操作によって駆動されてもよい。
上記の第3実施形態において、冷却部70は、空気の噴射以外の手段によって、溶融材料を冷却する構成を有していてもよい。冷却部70は、ノズル61から吐出された溶融材料と熱交換が可能な程度に接近して配置された冷媒が流通する冷却管によって、溶融材料を冷却する構成を有していてもよい。冷却部70は、制御部300の制御下で駆動しなくてもよく、ユーザーの手動操作によって駆動されてもよい。
4−8.他の実施形態8:
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、回路を含むハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、回路を含むハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
本発明は、上述の実施形態(他の実施形態を含む)や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形態、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ではないと説明されているものに限らず、その技術的特徴が本明細書中に必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
20…材料供給部、22…連通路、30…可塑化部、31…スクリューケース、32…駆動モーター、40…フラットスクリュー、42…溝部、43…凸条部、44…材料流入口、46…中央部、48…溝形成面、50…スクリュー対面部、52…下面(スクリュー対向面)、54…案内溝、56…連通孔、58…ヒーター、60…ヘッド部、61…ノズル、61a…ノズル、61b…ノズル、61c…ノズル、62…吐出口、62a…吐出口、62b…吐出口、62c…吐出口、63…開口、65…流路、70…冷却部、71…噴付ノズル、72…送風ユニット、73…配管、100A…三次元造形装置、100B…三次元造形装置、100C…三次元造形装置、110A…吐出ユニット、110C…吐出ユニット、200A…造形ステージ部、200B…造形ステージ部、210…テーブル、220…造形台、221…下面、223…乖離抑制部、224…把持部、230…移動機構、300…制御部、Dn…孔径、G…重力方向、GP…ギャップ、ML…材料層、MLb…材料層、OB…三次元造形物、OBt…上端位置、RX…回転軸、SD…走査方向、UC…アンダーカット形状を有する部位
Claims (6)
- 三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
ノズルを有し、前記ノズルから熱可塑性を有する材料を可塑化させた溶融材料を吐出する吐出ユニットと、
前記溶融材料によって造形される造形物を支持する造形台と、
を備え、
前記造形台は、前記ノズルの重力方向上方に配置され、
前記吐出ユニットは、前記ノズルから、前記造形台に向かって、重力方向上方に前記溶融材料を吐出する、三次元造形装置。 - 請求項1記載の三次元造形装置であって、
前記ノズルは、前記溶融材料を硬化させる予定部位の上端位置との間に前記ノズルの孔径よりも大きいギャップを形成するように配置される、三次元造形装置。 - 請求項1または請求項2記載の三次元造形装置であって、
前記吐出ユニットは、渦状に延びている溝部が設けられているフラットスクリューと、前記フラットスクリューを回転させる駆動モーターと、を有し、前記フラットスクリューを回転させて、前記材料を可塑化させつつ、前記溶融材料を前記溝部を通じて前記ノズルへと導く可塑化部を備える、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記造形台は、前記溶融材料が付着する面に、前記溶融材料の乖離を抑制する凹凸構造を有する、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、さらに、
前記ノズルから吐出された前記溶融材料を冷却する冷却部を備える、三次元造形装置。 - 三次元造形物を造形する三次元造形方法であって、
熱可塑性を有する材料を可塑化させた溶融材料をノズルから吐出して、造形台に付着させる吐出工程を備え、
前記吐出工程は、前記造形台を、前記ノズルの重力方向上方に配置し、前記ノズルから、前記造形台に向かって、重力方向上方に前記溶融材料を吐出する工程である、三次元造形方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017156319A JP2019034457A (ja) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | 三次元造形装置および三次元造形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017156319A JP2019034457A (ja) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | 三次元造形装置および三次元造形方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019034457A true JP2019034457A (ja) | 2019-03-07 |
Family
ID=65636590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017156319A Pending JP2019034457A (ja) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | 三次元造形装置および三次元造形方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019034457A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114311649A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 精工爱普生株式会社 | 三维造型装置以及三维造型系统 |
-
2017
- 2017-08-14 JP JP2017156319A patent/JP2019034457A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114311649A (zh) * | 2020-09-30 | 2022-04-12 | 精工爱普生株式会社 | 三维造型装置以及三维造型系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3401081B1 (en) | Three-dimensional modeling apparatuses and methods for fabricating three-dimensional objects | |
JP6950335B2 (ja) | 三次元造形装置および三次元造形装置の制御方法 | |
JP6926820B2 (ja) | 三次元造形装置および三次元造形方法 | |
JP7172368B2 (ja) | 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法 | |
US11426933B2 (en) | Molten material supplying apparatus, three-dimensional modeling apparatus, and method for producing composite material | |
CN108000865B (zh) | 三维造型装置以及生产三维造型物品的方法 | |
JP2019142119A (ja) | 三次元造形物の製造方法および造形装置 | |
JP7156022B2 (ja) | 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置 | |
JP2019038157A (ja) | 三次元造形装置 | |
JP7080601B2 (ja) | 三次元造形装置、および三次元造形物の製造方法 | |
JP6984316B2 (ja) | 溶融材料供給装置、三次元造形装置 | |
US20210078257A1 (en) | System and method for additive manufacturing | |
JP6965692B2 (ja) | 溶融材料供給装置、および三次元造形装置 | |
JP2019136990A (ja) | 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置 | |
JP2019034457A (ja) | 三次元造形装置および三次元造形方法 | |
JP2019038166A (ja) | 三次元造形装置および三次元造形方法 | |
JP2017213735A (ja) | 立体造形装置、および立体造形方法 | |
JP2019018491A (ja) | 三次元造形装置及び三次元造形方法 | |
JP7119643B2 (ja) | 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置 | |
JP7332001B2 (ja) | 三次元造形装置および三次元造形装置の制御方法 | |
JP7207505B2 (ja) | 溶融材料供給装置、三次元造形装置、三次元造形物の製造方法 | |
JP7405229B2 (ja) | 溶融材料供給装置、三次元造形装置、三次元造形物の製造方法 | |
JP2019107820A (ja) | 三次元造形装置 | |
JP2023113240A (ja) | 三次元造形装置 | |
JP2022166949A (ja) | 三次元造形装置 |