JP2019048419A

JP2019048419A - 光硬化型立体印刷装置

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Publication number: JP2019048419A
Application number: JP2017173908A
Authority: JP
Inventors: 博 ▲パン▼; Bo Pang
Original assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Current assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: KR20190027695A; US20190070793A1; EP3453520A1; US10639852B2; CN109466059A; JP6781124B2

Abstract

【課題】印刷精度や速度、成功率を効果的に高めることが可能な光硬化型立体印刷装置を提供する。【解決手段】本発明に係る光硬化型立体印刷装置は、透光搬送ベルトを含む伝達機構、排出機構、回収機構、可動ステージ及び硬化用光源を含む。透光搬送ベルトの上方は、排出域、回収域、及び排出域と回収域との間に設置される硬化域が区分けされる。排出機構は、排出域に取り付けられ、排出口が設けられる第１材料枠と、第１材料枠に対応して設置される排出ノズルヘッドとを含む。回収機構は、回収域に取り付けられ、回収口が設けられる第２材料枠と、第２材料枠に対応して設置される回収吸着ヘッドとを含む。第１材料枠及び第２材料枠は、透光搬送ベルトに対して接近または離間可能である。可動ステージは、硬化域に取り付けられる。硬化用光源は、硬化域に対応して設置される。【選択図】図１

Description

本発明は、印刷装置に関し、特に、光硬化型立体印刷装置に関する。

３次元印刷（３Ｄｐｒｉｎｔｉｎｇ）技術では、コンピュータ支援設計（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄｄｅｓｉｇｎ，ＣＡＤ）などのソフトウェアを用いて３次元モデルのデータを生成し、成形用材料を加熱冷却したり光硬化したりすることで、ＸＹ平面において形状が正確な断層を構築し、最後に、Ｚ軸に沿って複数の断層を漸次連続的に堆積することにより、成形用材料を硬化、積層させて所定の立体物を形成する。

また、従来の光硬化（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）型立体印刷装置では、液槽内に収容される液状の成形材に昇降作業台を浸入させ、ＸＹ平面において成形用材料とする液状の成形材に光源モジュールで光を照射し、液状の成形材を光照射によって硬化させ、昇降作業台でＺ軸に沿って一層ずつ移動させる。こうすることで、液状の成形材を硬化、積層させ、昇降作業台において堆積して立体物を形成する。

しかしながら、従来の光硬化型立体印刷装置の欠点としては、積層による立体物の成形中に、硬化された液状の成形材が液槽の底部に粘着し、光源の照射に干渉して後工程の成形結果に影響を与えることである。このため、従来の光硬化型立体印刷技術により、如何にして立体印刷装置の印刷精度や速度、成功率を効果的に高めるかは、本技術領域の開発者に注目されている。

以上に鑑みて、本発明の発明者は、研究と理論の使用とによって、設計が合理的であり、有効に上記の欠点を改善、解決することができる本発明を得た。

従って、本発明は、硬化層が可動ステージを完全に粘着し、回収機構が印刷材を回収することで、従来の硬化層が液槽の底部に粘着して硬化用光源を干渉する問題を解決し、印刷精度や速度、成功率を効果的に高めることが可能な光硬化型立体印刷装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る光硬化型立体印刷装置は、伝達機構と、排出機構と、回収機構と、可動ステージと、硬化用光源と、を含む。前記伝達機構は、透光搬送ベルトを含む。前記透光搬送ベルトの上方は、排出域、回収域、及び前記排出域と前記回収域との間に設置される硬化域に区分けされる。前記排出機構は、前記排出域に取り付けられ、前記透光搬送ベルトに隣接または当接する第１材料枠と、前記第１材料枠に対応して設置される排出ノズルヘッドとを含む。前記第１材料枠の一方側には、排出口が設けられる。前記回収機構は、前記回収域に取り付けられ、前記透光搬送ベルトに隣接または当接する第２材料枠と、前記第２材料枠に対応して設置される回収吸着ヘッドとを含む。前記第２材料枠の一方側には、回収口が設けられる。前記排出口と前記回収口とは対向して設置される。前記透光搬送ベルトは、前記排出口から前記回収口への方向に移動する。前記可動ステージは、前記硬化域に取り付けられ、前記透光搬送ベルトに対して接近または離間可能である。前記硬化用光源は、前記硬化域に対応して設置される。

一実施形態では、第１材料枠の排出口には、可変バルブが取り付けられる。可変バルブは、透光搬送ベルトに対して接近または離間可能である。可変バルブから、ブレードが延在して形成される。これにより、ブレードと透光搬送ベルトとの離間距離を調整することができ、排出口から離れた印刷材の厚さや平坦さをブレードで制御することができる。

本発明に係る光硬化型立体印刷装置によれば、従来の硬化層が液槽の底部に粘着して硬化用光源を干渉する問題を解決し、印刷精度や速度、成功率を効果的に高めることができる。

本発明に係る光硬化型立体印刷装置を示す斜視図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置を示す断面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置を示す部分断面図である。本発明の第１材料枠の底面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第１使用状態を示す断面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第１使用状態を示す上面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第２使用状態を示す断面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第２使用状態を示す上面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第３使用状態を示す断面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第３使用状態を示す上面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第４使用状態を示す断面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第４使用状態を示す上面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第５使用状態を示す断面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第５使用状態を示す上面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の第６使用状態を示す断面図である。本発明に係る光硬化型立体印刷装置の他の実施形態の使用状態を示す図である。

本発明の詳細な説明及び技術内容は、以下に添付した図面を参照することによって、より明確になる。ただし、図面は、参照および説明用に過ぎず、決して本発明を限定するものではないことを理解されたい。

図１〜図１５を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る光硬化型立体印刷装置について詳しく説明する。光硬化型立体印刷装置１０は、主に、伝達機構１、排出機構２、回収機構３、可動ステージ４及び硬化用光源５を含む。

図１、図２、図５〜図１５に示すように、伝達機構１は、透光搬送ベルト１１を含む。透光搬送ベルト１１の上方は、排出域１３、回収域１４、及び排出域１３と回収域１４との間に設置される硬化域１５に区分けされる。

より詳しく説明すると、本実施形態では、透光搬送ベルト１１が透光薄膜１１１であり、伝達機構１が２つのリール装置１２をさらに含み、透光薄膜１１１の両端が２つのリール装置１２にそれぞれ巻装される。この２つのリール装置１２は、自体の回動速度差を制御可能であり、透光薄膜１１１の張力を調整することができる。

図１〜図１５に示すように、排出機構２は、排出域１３に取り付けられ、第１材料枠２１及び排出ノズルヘッド２２を含む。第１材料枠２１は、透光搬送ベルト１１に隣接または当接する。排出ノズルヘッド２２は、第１材料枠２１に対応して設置される。第１材料枠２１の一方側には、排出口２１１が設けられる。なお、排出ノズルヘッド２２は、第１材料枠２１の中央に対応して設置されたり、排出口２１１から離れる内側に対応して設置されたりしてもよいが、これらに限定されない。

詳細には、排出機構２は、可変バルブ２４をさらに含む。可変バルブ２４は、排出口２１１に取り付けられ、透光搬送ベルト１１に対して接近または離間可能である。可変バルブから、ブレード２４１が透光搬送ベルト１１に向かって延在して形成される。

また、排出機構２は、複数の材料管２３をさらに含む。複数の材料管２３は、排出ノズルヘッド２２の上方に設置されるとともに、排出ノズルヘッド２２に連通される。各材料管２３は、色または材料の異なる材料供給管であってもよい。

図１、図２、図５〜図１５に示すように、回収機構３は、回収域１４に取り付けられ、第２材料枠３１及び回収吸着ヘッド３２を含む。第２材料枠３１は、透光搬送ベルト１１に隣接または当接する。回収吸着ヘッド３２は、第２材料枠に対応して設置される。第２材料枠３１の一方側には、回収口３１１が設けられる。排出口２１１と回収口３１１とは、対向して配置される。透光搬送ベルト１１は、排出口２１１から回収口３１１への方向に移動する。排出口２１１の開口幅ａは、回収口３１１の開口幅ｂよりも小さい。なお、回収吸着ヘッド３２は、第２材料枠３１の中央に対応して設置されたり、回収口３１１から離れる内側に対応して設置されたりしてもよいが、これらに限定されない。

また、第１材料枠２１及び第２材料枠３１の形状は、いずれも矩形であり、排出ノズルヘッド２２及び回収吸着ヘッド３２の形状は、いずれも長尺状であるが、これらに限定されない。そして、第１材料枠２１の幅方向に排出ノズルヘッド２２をできる限りに設置し、第２材料枠３１の幅方向に回収吸着ヘッド３２をできる限りに設置することで、印刷材１００を第１材料枠２１に迅速に満たすとともに、印刷材１００を回収吸着ヘッド３２で迅速に吸い込むことができる。

また、回収機構３は、複数の吸込管３３をさらに含む。複数の吸込管３３は、回収吸着ヘッド３２の上方に設置されるとともに、回収吸着ヘッド３２に連通される。各吸込管３３は、回収吸着ヘッド３２の上方に均等に配置されることで、回収吸着ヘッド３２が均等に分配される吸込力を有するようになる。

図１、図２、図５、図７、図９〜図１１、図１３、図１５に示すように、可動ステージ４は、硬化域１５に取り付けられ、透光搬送ベルト１１に対して接近または離間可能である。可動ステージ４は、透光搬送ベルト１１に対向して配置される受け面４１を有する。受け面４１の表面摩擦係数は、透光搬送ベルト１１の表面摩擦係数よりも大きい。

また、図１、図２、図５、図７、図９、図１１、図１３、図１５に示すように、硬化用光源５は、硬化域１５に対応して設置され、透光搬送ベルト１１及び硬化域１５の下方に取り付けられる。なお、硬化用光源５は、印刷材１００に対応して照射することで、印刷材１００に光を照射し、硬化させて硬化層２００を形成する。

図１〜図１５に示すように、本発明に係る光硬化型立体印刷装置１０は、透光搬送ベルト１１を含む伝達機構１を用いる。透光搬送ベルト１１の上方は、排出域１３、回収域１４、及び排出域１３と回収域１４との間に設置される硬化域１５に区分けされる。排出機構２は、排出域１３に取り付けられ、第１材料枠２１及び排出ノズルヘッド２２を含む。第１材料枠２１は、透光搬送ベルト１１に隣接または当接する。排出ノズルヘッド２２は、第１材料枠２１に対応して設置される。第１材料枠２１の一方側には、排出口２１１が設けられる。回収機構３は、回収域１４に取り付けられ、第２材料枠３１及び回収吸着ヘッド３２を含む。第２材料枠３１は、透光搬送ベルト１１に隣接または当接する。回収吸着ヘッド３２は、第２材料枠３１に対応して設置される。第２材料枠３１の一方側には、回収口３１１が設けられる。排出口２１１と回収口３１１とは、対向して配置される。透光搬送ベルト１１は、排出口２１１から回収口３１１への方向に移動する。可動ステージ４は、硬化域１５に取り付けられ、透光搬送ベルト１１に対して接近または離間可能である。硬化用光源５は、硬化域１５に対応して設置される。

図５〜図１５を参照しつつ、本発明に係る光硬化型立体印刷装置１０の使用状態について詳しく説明する。図５及び図６に示すように、第１使用状態では、排出ノズルヘッド２２により第１材料枠２１の内部に印刷材１００を注入し、排出口２１１から回収口３１１への方向に透光搬送ベルト１１を継続的に移動させる。これにより、印刷材１００を第１材料枠２１の内部において適切な面積で配置する。また、図７及び図８に示すように、第２使用状態では、排出口２１１から回収口３１１への方向に透光搬送ベルト１１を継続的に移動させ、適切な面積で配置される印刷材１００が排出口２１１を経由して排出口２１１の開口上縁（ブレード２４１）により薄層状の印刷材１００を形成する。また、図９及び図１０に示すように、第３使用状態では、透光搬送ベルト１１の移動を一時的に停止させ、薄層状の印刷材１００が硬化域１５に溜まり、可動ステージ４を下方へ移動させて印刷材１００に当接させ、硬化用光源５が光照射経路または光照射範囲を調整可能に印刷材１００に照射する。これにより、一部の薄層状の印刷材１００を光照射によって硬化させて所定形状の一層の硬化層２００を形成する。また、図１１及び図１２に示すように、第４使用状態では、受け面４１の表面摩擦係数が透光搬送ベルト１１の表面摩擦係数よりも大きいため、硬化層２００が表面摩擦係数の大きい表面を選んでその表面に粘着し、硬化層２００が受け面４１を選んで受け面４１に粘着する一方、残りの印刷材１００が透光搬送ベルト１１に溜まるようになる。また、図１３及び図１４に示すように、第５使用状態では、排出口２１１から回収口３１１への方向に透光搬送ベルト１１を継続的に再移動させることで、残りの印刷材１００が回収口３１１を経由して第２材料枠３１の内部に浸入する。最後に、残りの印刷材１００を回収吸着ヘッド３２で吸い込んで回収し、一層の印刷ステップを完成する。図１５に示すように、第６使用状態では、上記の一層の印刷ステップを複数回繰り返し実行することで、各層の薄層状の印刷材１００を光照射によって硬化させて各層の硬化層２００を形成する。最後に、各層の硬化層２００を可動ステージ４において積層して所定の立体物を形成する。こうすることで、硬化層２００が可動ステージ４に完全に粘着し、回収機構３が印刷材１００を回収する。その結果、従来の硬化層が液槽の底部に粘着して硬化用光源を干渉する問題を解決し、本発明に係る光硬化型立体印刷装置１０の印刷精度や速度、成功率を効果的に高めることができる。

また、第１材料枠２１の排出口２１１には、可変バルブ２４が取り付けられる。可変バルブ２４から、ブレード２４１が延在して形成される。可変バルブ２４は、透光搬送ベルト１１に対して接近または離間可能である。こうすることで、ブレード２４１と透光搬送ベルト１１との離間距離を調整することができる。なお、薄層状の印刷材１００は、ブレード２４１により必要な厚さや平坦さに形成される。一層の薄層状の印刷材１００は光照射によって硬化することで一層の硬化層を形成するため、ブレード２４１の調整により、一層の硬化層２００の厚さや平坦さを制御することができる。

また、排出口２１１の開口幅ａは、回収口３１１の開口幅ｂよりも小さいことで、残りの印刷材１００を回収口３１１から第２材料枠３１の内部に確実に浸入させることを確保できる。

図１６は、光硬化型立体印刷装置１０の他の実施形態を示す図である。図１６に示す実施形態は、図１〜図１５に示す実施形態とほぼ同様であるが、排出ノズルヘッド２２の設置場所で図１〜図１５に示す実施形態と異なる。

詳細には、図１に示すように、排出ノズルヘッド２２は、第１材料枠２１の排出口２１１から離れる内側に取り付けられることで、排出ノズルヘッド２２から吐出される印刷材１００を第１材料枠２１にできる限りに満たすことができる。一方、図１６に示すように、排出ノズルヘッド２２は、第１材料枠２１の上方の中央に取り付けられることで、排出ノズルヘッド２２から吐出される印刷材１００を、第１材料枠２１に満たすことなく、第１材料枠２１内のみにおいて適切な面積で配置する。

排出ノズルヘッド２２は、第１材料枠２１の中央に対応して設置されたり、第１材料枠２１の排出口２１１から離れる内側に対応して設置されたりしても、印刷材１００を第１材料枠２１に満たすか否かに関わらず、排出口２１１から離れた薄層状の印刷材１００が所定の面積に達すれば、後工程の一層の印刷ステップを行うことができる。

上記をまとめるに、本発明に係る光硬化型立体印刷装置は、同類の製品に見られず、公開使用もされていなく、産業上の利用可能性、新規性および進歩性を備えていることから、発明特許の出願要件を完全に満たすため、ここに特許法に基づき特許を出願するものである。審査官殿には、発明者の権利が保障されるよう、詳査のうえ本件が特許査定されることを願う。

１０光硬化型立体印刷装置
１伝達機構
１１透光搬送ベルト
１１１透光薄膜
１２リール装置
１３排出域
１４回収域
１５硬化域
２排出機構
２１第１材料枠
２１１排出口
２２排出ノズルヘッド
２３材料管
２４可変バルブ
２４１ブレード
３回収機構
３１第２材料枠
３１１回収口
３２回収吸着ヘッド
３３吸込管
４可動ステージ
４１受け面
５硬化用光源
ａ、ｂ開口幅
１００印刷材
２００硬化層

Claims

光硬化型立体印刷装置であって、
透光搬送ベルト（１１）を含み、前記透光搬送ベルト（１１）の上方が排出域（１３）、回収域（１４）、及び前記排出域（１３）と前記回収域（１４）との間に設置される硬化域（１５）に区分けされる伝達機構（１）と、
前記排出域（１３）に取り付けられ、前記透光搬送ベルト（１１）に隣接または当接する第１材料枠（２１）と、前記第１材料枠（２１）に対応して設置される排出ノズルヘッド（２２）とを含み、前記第１材料枠（２１）の一方側に排出口（２１１）が設けられる排出機構（２）と、
前記回収域（１４）に取り付けられ、前記透光搬送ベルト（１１）に隣接または当接する第２材料枠（３１）と、前記第２材料枠（３１）に対応して設置される回収吸着ヘッド（３２）とを含み、前記第２材料枠（３１）の一方側に回収口（３１１）が設けられ、前記排出口（２１１）と前記回収口（３１１）とが対向して設置され、前記透光搬送ベルト（１１）が前記排出口（２１１）から前記回収口（３１１）への方向に移動する回収機構（３）と、
前記硬化域（１５）に取り付けられ、前記透光搬送ベルト（１１）に対して接近または離間可能な可動ステージ（４）と、
前記硬化域（１５）に対応して設置される硬化用光源（５）と、を含むことを特徴とする光硬化型立体印刷装置。
前記可動ステージ（４）は、前記透光搬送ベルト（１１）に対向して配置される受け面（４１）を有し、
前記受け面（４１）は、前記透光搬送ベルト（１１）よりも表面摩擦係数が大きいことを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。
前記排出口（２１１）の開口幅（ａ）は、前記回収口（３１１）の開口幅（ｂ）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。
前記排出機構（２）は、可変バルブ（２４）をさらに含み、
前記可変バルブ（２４）は、前記排出口（２１１）に取り付けられ、前記透光搬送ベルト（１１）に対して接近または離間可能であることを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。
前記可変バルブ（２４）から、ブレード（２４１）が前記透光搬送ベルト（１１）に向かって延在して形成されることを特徴とする請求項４に記載の光硬化型立体印刷装置。
前記透光搬送ベルト（１１）は、透光薄膜（１１１）であり、
前記伝達機構（１）は、２つのリール装置（１２）をさらに含み、
前記透光搬送ベルト（１１）の両端は、２つの前記リール装置（１２）にそれぞれ巻装されることを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。
排出機構（２）は、複数の材料管（２３）をさらに含み、
複数の前記材料管（２３）は、前記排出ノズルヘッド（２２）の上方に設置されるとともに前記排出ノズルヘッド（２２）に連通されることを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。
前記回収機構（３）は、複数の吸込管（３３）をさらに含み、
複数の前記吸込管（３３）は、前記回収吸着ヘッド（３２）の上方に設置されるとともに前記回収吸着ヘッド（３２）に連通されることを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。
前記第１材料枠（２１）及び前記第２材料枠（３１）の形状は、いずれも矩形であり、
前記排出ノズルヘッド（２２）及び前記回収吸着ヘッド（３２）の形状は、いずれも長尺状であることを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。
前記硬化用光源（５）は、前記透光搬送ベルト（１１）及び前記硬化域（１５）の下方に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の光硬化型立体印刷装置。