JP2019151012A - Three-dimensional object manufacturing apparatus, three-dimensional object manufacturing method, and three-dimensional object manufacturing program - Google Patents

Three-dimensional object manufacturing apparatus, three-dimensional object manufacturing method, and three-dimensional object manufacturing program Download PDF

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和史 木村
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Nozomi Tamoto
望 田元
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Hitoshi Iwatsuki
仁 岩附
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Hiroshi Saito
啓 斎藤
紀一 鴨田
Kiichi KAMODA
紀一 鴨田
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Yasuyuki Yamashita
康之 山下
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Takashi Fujita
貴史 藤田
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Abstract

To provide a manufacturing apparatus for a three-dimensional object that can manufacture a three-dimensional object with few unsolidified parts inside.SOLUTION: A manufacturing apparatus for a three-dimensional object has molding means for molding a layered object from molding material, light applying irradiation means for applying light to a surface of the layered object molded by the molding means, and measuring means for measuring an amount of the light applied by the light applying means and reflected from the surface of the layered object.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造プログラムに関する。   The present invention relates to a three-dimensional object manufacturing apparatus, a three-dimensional object manufacturing method, and a three-dimensional object manufacturing program.

粉末積層造形法は、粉末状の材料に対し、レーザなどの電磁照射源による融解やバインダー樹脂による接着で一層ずつ一体化させて層状造形物を造形し、その層状造形物を積層して立体造形物を製造する方法である。   In the powder additive manufacturing method, a layered object is formed by integrating the powdered material layer by layer by melting with an electromagnetic radiation source such as a laser or bonding with a binder resin, and the layered object is stacked to form a three-dimensional object. This is a method for manufacturing a product.

電磁照射源による方法としては、例えば、選択的にレーザ光を粉末材料に照射することにより粉末材料を融解して一体化させ、立体造形物を製造するSLS(Selective Laser Sintering)方式などが知られている。一方、バインダー樹脂による方法としては、例えば、バインダー樹脂を含むインクをインクジェット等の方法により粉末材料に吐出して一体化させ、立体造形物を製造するバインダージェット(Binder Jetting)方式などが知られている。   As a method using an electromagnetic irradiation source, for example, an SLS (Selective Laser Sintering) method in which a powder material is melted and integrated by selectively irradiating the powder material with a laser beam to manufacture a three-dimensional model is known. ing. On the other hand, as a method using a binder resin, for example, there is known a binder jetting method in which an ink containing a binder resin is ejected and integrated with a powder material by a method such as inkjet to produce a three-dimensional model. Yes.

これらの方式において、立体造形物の品質を向上させるために様々な提案がされている。例えば、層状造形物の表面に照射したレーザ光の反射光を検出することで造形台の高さを調整し、造形する立体造形物の歪みを抑制できる三次元積層造形装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In these methods, various proposals have been made to improve the quality of a three-dimensional model. For example, a three-dimensional additive manufacturing apparatus that adjusts the height of a modeling table by detecting reflected light of laser light irradiated on the surface of a layered model and suppresses distortion of a three-dimensional model to be modeled has been proposed ( For example, see Patent Document 1).

本発明は、内部の未固化部分が少ない立体造形物を製造することができる立体造形物の製造装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item which can manufacture the three-dimensional molded item with few unsolidified parts inside.

課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造装置は、造形用材料から層状造形物を造形する造形手段と、前記造形手段により造形された前記層状造形物の表面に光を照射する光照射手段と、前記光照射手段により照射された前記光が前記層状造形物の表面で反射した光量を計測する計測手段と、を有する。   The manufacturing apparatus of the three-dimensional model | molding object of this invention as a means for solving a subject is light on the surface of the said layered modeled object modeled by the modeling means which models a layered modeled object from the modeling material, and the said modeling means Irradiating light irradiating means, and measuring means for measuring the amount of light reflected by the surface of the layered object is irradiated by the light irradiating means.

本発明によれば、内部の未固化部分が少ない立体造形物を製造することができる立体造形物の製造装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item which can manufacture the three-dimensional molded item with few internal non-solidified parts can be provided.

図1は、第1の実施形態における立体造形物の製造装置を示す説明図である。Drawing 1 is an explanatory view showing the manufacturing device of the solid fabrication thing in a 1st embodiment. 図2は、第1の実施形態における立体造形物の製造装置のハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to the first embodiment. 図3は、第1の実施形態における立体造形物の製造装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the three-dimensional structure manufacturing apparatus according to the first embodiment. 図4Aは、レーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係を示す上面図である。FIG. 4A is a top view showing the relationship between the laser light irradiation position and the optical sensor installation position. 図4Bは、図4Aにおいて、位置P1にレーザ光を照射したときの立体角を示す説明図である。FIG. 4B is an explanatory diagram illustrating a solid angle when the laser beam is irradiated to the position P1 in FIG. 4A. 図4Cは、図4Aにおいて、位置P2にレーザ光を照射したときの立体角を示す説明図である。FIG. 4C is an explanatory diagram showing a solid angle when the laser beam is irradiated to the position P2 in FIG. 4A. 図5Aは、レーザ光照射位置から光センサまでの距離に対し、計測される拡散反射光の光量との関係の一例を示すグラフである。FIG. 5A is a graph showing an example of the relationship between the distance from the laser light irradiation position to the optical sensor and the measured amount of diffusely reflected light. 図5Bは、レーザ光照射位置から光センサまでの距離に対し、校正後の拡散反射光の光量との関係の一例を示すグラフである。FIG. 5B is a graph showing an example of the relationship between the distance from the laser light irradiation position to the optical sensor and the amount of diffusely reflected light after calibration. 図6Aは、第1の実施形態における検査時のレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す斜視図である。FIG. 6A is a perspective view illustrating an example of a relationship between a laser beam irradiation position and an optical sensor installation position at the time of inspection in the first embodiment. 図6Bは、図6Aに示したレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す上面図である。6B is a top view illustrating an example of the relationship between the laser light irradiation position and the optical sensor installation position illustrated in FIG. 6A. 図7は、第1の実施形態において未固化部分を判定する方法の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a method for determining an unsolidified portion in the first embodiment. 図8Aは、検査用レーザ光照射方向及び光センサ設置位置の一例を示す説明図である。FIG. 8A is an explanatory diagram illustrating an example of the irradiation direction of the inspection laser beam and the position where the optical sensor is installed. 図8Bは、図8Aに示す位置関係で計測した拡散反射光の光量の計測結果の一例を示すグラフである。FIG. 8B is a graph illustrating an example of a measurement result of the amount of diffusely reflected light measured with the positional relationship illustrated in FIG. 8A. 図9は、第1の実施形態における造形処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the modeling process in the first embodiment. 図10は、第1の実施形態における校正データ取得処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart showing the flow of calibration data acquisition processing in the first embodiment. 図11は、第1の実施形態における一層造形処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the one-layer modeling process in the first embodiment. 図12は、第1の実施形態における表面状態判定処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing the flow of the surface state determination process in the first embodiment. 図13は、第1の実施形態における選択再照射処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the selective re-irradiation process in the first embodiment. 図14Aは、第2の実施形態における検査時のレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す斜視図である。FIG. 14A is a perspective view illustrating an example of a relationship between a laser light irradiation position and an optical sensor installation position at the time of inspection in the second embodiment. 図14Bは、図14Aに示したレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す上面図である。14B is a top view illustrating an example of a relationship between the laser light irradiation position and the optical sensor installation position illustrated in FIG. 14A. 図14Cは、レーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の他の一例を示す上面図である。FIG. 14C is a top view illustrating another example of the relationship between the laser light irradiation position and the optical sensor installation position. 図15は、第2の実施形態において未固化部分を判定する方法の一例を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of a method for determining an unsolidified portion in the second embodiment.

(立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法、及び立体造形物の製造プログラム)
本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造プログラムを読み出して実行することで、本発明の立体造形物の製造方法を実行する装置として動作する。即ち、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法と同様の機能をコンピュータに実行させる本発明の立体造形物の製造プログラムを有する。
つまり、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法を実施することと同義であるので、本発明の立体造形物の製造装置の説明を通じて本発明の立体造形物の製造方法の詳細についても明らかにする。また、本発明の立体造形物の製造プログラムは、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の立体造形物の製造装置として実現させる。このため、本発明の立体造形物の製造装置の説明を通じて本発明の立体造形物の製造プログラムの詳細についても明らかにする。
なお、本発明の立体造形物の製造プログラムは、本発明の立体造形物の製造装置によって実行されることに限定されるものではない。例えば、本発明の立体造形物の製造プログラムは、他のコンピュータ又はサーバによって実行されてもよく、本発明の立体造形物の製造装置、他のコンピュータ、及びサーバのいずれかが協働して実行されてもよい。
(Manufacturing apparatus for three-dimensional structure, manufacturing method for three-dimensional structure, and manufacturing program for three-dimensional structure)
The apparatus for manufacturing a three-dimensional object of the present invention operates as an apparatus for executing the method for manufacturing a three-dimensional object of the present invention by reading and executing the manufacturing program for the three-dimensional object of the present invention. That is, the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention has the three-dimensional object manufacturing program of the present invention that causes a computer to execute the same function as the method of manufacturing the three-dimensional object of the present invention.
In other words, the three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention is synonymous with carrying out the method of manufacturing the three-dimensional object of the present invention, and therefore the three-dimensional object of the present invention is explained through the description of the apparatus for manufacturing the three-dimensional object of the present invention. Details of the manufacturing method will be clarified. Moreover, the manufacturing program of the three-dimensional molded item of this invention is implement | achieved as a manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item of this invention by using the computer etc. as a hardware resource. For this reason, the details of the manufacturing program for the three-dimensional object of the present invention will be clarified through the description of the manufacturing apparatus for the three-dimensional object of the invention.
In addition, the manufacturing program of the three-dimensional modeled object of the present invention is not limited to be executed by the three-dimensional modeled object manufacturing apparatus of the present invention. For example, the three-dimensional structure manufacturing program of the present invention may be executed by another computer or server, and any one of the three-dimensional structure manufacturing apparatus, other computer, and server of the present invention executes in cooperation. May be.

本発明の立体造形物の製造装置は、造形用材料から層状造形物を造形する造形手段と、造形手段により造形された層状造形物の表面に光を照射する光照射手段と、光照射手段により照射された光が層状造形物の表面で反射した光量を計測する計測手段とを有し、更に必要に応じてその他の部又は手段を有する。
本発明の立体造形物の製造装置は、従来技術では立体造形物の歪みを抑制できても、立体造形物の内部が固化したか否かという品質の面での向上がなされていないという知見に基づくものである。
The manufacturing apparatus for a three-dimensional structure of the present invention includes a modeling unit that models a layered model from a modeling material, a light irradiation unit that irradiates light on the surface of the layered model formed by the modeling unit, and a light irradiation unit. Measuring means for measuring the amount of light reflected by the surface of the layered object, and further having other parts or means as necessary.
The manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to the present invention is based on the knowledge that, even if the distortion of the three-dimensional structure can be suppressed in the prior art, the quality of the solid structure is not improved. Is based.

<造形手段>
造形手段は、造形用材料から層状造形物を造形する。
<Modeling means>
The modeling means models a layered model from a modeling material.

造形用材料を一体化させる立体造形物の造形方式としては、例えば、SLS(Selective Laser Sintering)方式、バインダージェット(Binder Jetting)方式などが挙げられる。
SLS方式とは、選択的にレーザ光などのエネルギーを粉末材料に照射することにより粉末材料を融解して一体化させ、立体造形物を製造する方式である。
バインダージェット方式とは、バインダー樹脂を含むインクをインクジェット等の方法により粉末材料に吐出して一体化させ、立体造形物を製造する方式である。
Examples of a modeling method for a three-dimensional model that integrates modeling materials include an SLS (Selective Laser Sintering) method and a binder jet (Binder Jetting) method.
The SLS method is a method of manufacturing a three-dimensional model by melting and integrating the powder material by selectively irradiating the powder material with energy such as laser light.
The binder jet method is a method of manufacturing a three-dimensional structure by discharging ink containing a binder resin onto a powder material by an ink jet method or the like and integrating them.

SLS方式で用いられる造形手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。SLS方式の造形手段としては、例えば、電磁照射源、及び粉末材料を層状に供給できる機構を組み合わせたものなどが挙げられる。
電磁照射源としては、例えば、COレーザ、赤外照射源、マイクロウエーブ発生器、放射加熱器、LED(Light Emitting Diode)ランプなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
There is no restriction | limiting in particular as a modeling means used by a SLS system, According to the objective, it can select suitably. Examples of the SLS modeling means include a combination of an electromagnetic radiation source and a mechanism capable of supplying a powder material in layers.
Examples of the electromagnetic radiation source include a CO 2 laser, an infrared radiation source, a microwave generator, a radiation heater, and an LED (Light Emitting Diode) lamp. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

バインダージェット方式で用いられる造形手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。バインダージェット方式の造形手段としては、例えば、インクジェット方式の吐出ヘッド、及び粉末材料を層状に供給できる機構を組み合わせたものなどが挙げられる。   There is no restriction | limiting in particular as a modeling means used by a binder jet system, According to the objective, it can select suitably. Examples of the binder jet type modeling means include a combination of an inkjet type discharge head and a mechanism capable of supplying a powder material in layers.

<<造形用材料>>
SLS方式で用いられる造形用材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粉末材料などが挙げられる。
SLS方式で用いられる粉末材料は、結晶性熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。
<< Material for modeling >>
There is no restriction | limiting in particular as a modeling material used by a SLS system, According to the objective, it can select suitably, For example, a powder material etc. are mentioned.
The powder material used in the SLS method preferably contains a crystalline thermoplastic resin.

結晶性熱可塑性樹脂とは、熱可塑性を有する結晶性樹脂を意味し、ISO 3146(プラスチック転移温度測定方法、JIS K7121)の測定した場合に、融解ピークを有するものを意味する。
結晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマー(LCP)、ポリアセタール(POM、融点:175℃)、ポリイミド、フッ素樹脂等のポリマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The crystalline thermoplastic resin means a crystalline resin having thermoplasticity, and has a melting peak when measured by ISO 3146 (Plastic Transition Temperature Measurement Method, JIS K7121).
Examples of the crystalline thermoplastic resin include polymers such as polyolefin, polyamide, polyester, polyether, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer (LCP), polyacetal (POM, melting point: 175 ° C.), polyimide, and fluororesin. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP、融点:180℃)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   Examples of the polyolefin include polyethylene and polypropylene (PP, melting point: 180 ° C.). These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

ポリアミドとしては、例えば、ポリアミド410(PA410)、ポリアミド6(PA6)、ポリアミド66(PA66、融点:265℃)、ポリアミド610(PA610)、ポリアミド612(PA612)、ポリアミド11(PA11)、ポリアミド12(PA12);半芳香族性のポリアミド4T(PA4T)、ポリアミドMXD6(PAMXD6)、ポリアミド6T(PA6T)、ポリアミド9T(PA9T、融点:300℃)、ポリアミド10T(PA10T)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   Examples of the polyamide include polyamide 410 (PA410), polyamide 6 (PA6), polyamide 66 (PA66, melting point: 265 ° C.), polyamide 610 (PA610), polyamide 612 (PA612), polyamide 11 (PA11), polyamide 12 ( PA12); semi-aromatic polyamide 4T (PA4T), polyamide MXD6 (PAMXD6), polyamide 6T (PA6T), polyamide 9T (PA9T, melting point: 300 ° C.), polyamide 10T (PA10T) and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリブタジエンテレフタレート(PBT、融点:218℃)、ポリ乳酸(PLA)などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性を付与するため一部テレフタル酸やイソフタル酸が入った芳香族を含むポリエステルが好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   Examples of the polyester include polyethylene terephthalate (PET), polybutadiene terephthalate (PBT, melting point: 218 ° C.), polylactic acid (PLA), and the like. Among these, an aromatic polyester partially containing terephthalic acid or isophthalic acid is preferable in order to impart heat resistance. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

ポリエーテルとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK、融点:343℃)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   Examples of the polyether include polyetheretherketone (PEEK, melting point: 343 ° C.), polyetherketone (PEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyaryletherketone (PAEK), and polyetheretherketoneketone (PEEKK). ), Polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK) and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

粉末材料の融点としては、特に限定されないが、100℃以上が好ましく、150℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることが特に好ましい。なお、融点は、ISO 3146(プラスチック転移温度測定方法、JISK7121)に準拠して、示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定することができる。   Although it does not specifically limit as melting | fusing point of a powder material, 100 degreeC or more is preferable, It is more preferable that it is 150 degreeC or more, It is especially preferable that it is 200 degreeC or more. In addition, melting | fusing point can be measured using differential scanning calorimetry (DSC) based on ISO 3146 (Plastic transition temperature measuring method, JISK7121).

粉末材料の50%累積体積粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5μm以上200μm以下であることが好ましく、寸法安定性の点から、5μm以上100μm以下がより好ましく、5μm以上50μm以下が特に好ましい。   The 50% cumulative volume particle size of the powder material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 5 μm or more and 200 μm or less, and from the viewpoint of dimensional stability, 5 μm or more and 100 μm or less. Is more preferable, and 5 μm or more and 50 μm or less is particularly preferable.

粉末材料の体積平均粒径/個数平均粒径(Mv/Mn)は、造形精度向上やリコート性向上の点から、2.00以下が好ましく、1.50以下がより好ましく、1.20以下が特に好ましい。なお、50%累積体積粒径やMv/Mnは、例えば、粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、microtrac MT3300EXII)を用いて測定することができる。   The volume average particle size / number average particle size (Mv / Mn) of the powder material is preferably 2.00 or less, more preferably 1.50 or less, and more preferably 1.20 or less, from the viewpoint of improvement in modeling accuracy and recoatability. Particularly preferred. The 50% cumulative volume particle size and Mv / Mn can be measured using, for example, a particle size distribution measuring apparatus (Microtrac MT3300EXII, manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.).

粉末材料としては、任意の流動化剤、粒度化剤、強化剤等を含有していてもよい。   As a powder material, arbitrary fluidizing agents, particle size agents, reinforcing agents and the like may be contained.

バインダージェット方式で用いられる造形用材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粉末材料、結合剤などが挙げられる。
バインダージェット方式で用いられる粉末材料としては、水溶性有機材料で被覆された基材を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有することが好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a modeling material used by a binder jet system, According to the objective, it can select suitably, For example, a powder material, a binder, etc. are mentioned.
The powder material used in the binder jet method preferably contains a substrate coated with a water-soluble organic material, and further contains other components as necessary.

基材としては、粉末乃至粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、その材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマー、木材、生体親和材料などが挙げられる。これらの中でも、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。
金属としては、例えば、ステンレス(SUS)鋼、鉄、銅、チタン、銀などが好適に挙げられ、該ステンレス(SUS)鋼としては、例えば、SUS316Lなどが挙げられる。
セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、チタニア(TiO)などが挙げられる。
カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。
ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。
木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。
生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。
これらの材料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The substrate is not particularly limited as long as it has a powder or particle form, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples of the material include metals, ceramics, carbon, polymers, wood, biocompatible materials, and the like. Is mentioned. Among these, metals and ceramics that can be finally sintered are preferable from the viewpoint of obtaining a high-strength three-dimensional model.
As a metal, stainless steel (SUS) steel, iron, copper, titanium, silver etc. are mentioned suitably, for example, As this stainless steel (SUS) steel, SUS316L etc. are mentioned, for example.
Examples of ceramics include metal oxides, and specific examples include silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), and the like.
Examples of carbon include graphite, graphene, carbon nanotube, carbon nanohorn, and fullerene.
Examples of the polymer include known resins that are insoluble in water.
Examples of the wood include wood chips and cellulose.
Examples of the biocompatible material include polylactic acid and calcium phosphate.
These materials may be used alone or in combination of two or more.

基材の平均粒子径としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、0.1μm以上500μm以下が好ましく、5μm以上300μm以下がより好ましく、15μm以上250μm以下が更に好ましい。
平均粒子径が、0.1μm以上500μm以下であると、立体造形物の製造効率に優れ、取扱性やハンドリング性が良好である。平均粒子径が、500μm以下であると、該粉末材料を用いて薄層を形成した際に、該薄層における該粉末材料の充填率が向上し、得られる立体造形物に空隙等が生じ難い。
基材の平均粒子径は、公知の粒径測定装置、例えば、マイクロトラックHRA(日機装株式会社製)、などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。
基材の粒度分布としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。
The average particle size of the substrate is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, it is preferably 0.1 μm to 500 μm, more preferably 5 μm to 300 μm, and further preferably 15 μm to 250 μm. preferable.
When the average particle size is 0.1 μm or more and 500 μm or less, the manufacturing efficiency of the three-dimensional structure is excellent, and the handleability and handling properties are good. When the average particle diameter is 500 μm or less, when a thin layer is formed using the powder material, the filling rate of the powder material in the thin layer is improved, and voids or the like are hardly generated in the resulting three-dimensional structure. .
The average particle size of the substrate can be measured according to a known method using a known particle size measuring device such as Microtrac HRA (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).
There is no restriction | limiting in particular as particle size distribution of a base material, According to the objective, it can select suitably.

水溶性有機材料としては、水に溶解し、架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであれば、換言すれば、水溶性であって前記架橋剤によって架橋可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。   The water-soluble organic material is not particularly limited as long as it is soluble in water and has a property capable of being crosslinked by the action of a crosslinking agent, in other words, as long as it is water-soluble and can be crosslinked by the crosslinking agent. And can be appropriately selected according to the purpose.

粉末材料の平均粒子径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、3μm以上250μm以下が好ましく、3μm以上200μm以下がより好ましく、5μm以上150μm以下が更に好ましく、10μm以上85μm以下が特に好ましい。
平均粒子径が3μm以上であると、粉末材料の流動性が向上し、粉末材料層が形成しやすく積層層表面の平滑性が向上するため、造形物の製造効率の向上、取り扱いやハンドリング性が向上すると共に寸法精度が向上する傾向にある。また、平均粒子径が250μm以下であると、粉末材料粒子同士の空間の大きさが小さくなるため、造形物の空隙率が小さくなり、強度の向上に寄与する。したがって、平均粒子径3μm以上250μm以下が、寸法精度と強度を両立させるのに好ましい範囲となる。
粉末材料の粒度分布としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The average particle size of the powder material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 3 μm or more and 250 μm or less, more preferably 3 μm or more and 200 μm or less, and further preferably 5 μm or more and 150 μm or less. The thickness is particularly preferably 85 μm or less.
When the average particle size is 3 μm or more, the fluidity of the powder material is improved, the powder material layer is easy to form, and the smoothness of the surface of the laminated layer is improved. There is a tendency that the dimensional accuracy is improved with improvement. Further, when the average particle size is 250 μm or less, the size of the space between the powder material particles becomes small, so that the void ratio of the shaped article becomes small, which contributes to the improvement of the strength. Therefore, an average particle diameter of 3 μm or more and 250 μm or less is a preferable range for achieving both dimensional accuracy and strength.
There is no restriction | limiting in particular as particle size distribution of a powder material, According to the objective, it can select suitably.

バインダージェット方式で用いられる結合剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水溶性有機材料と架橋する架橋剤、及び水性媒体を含有するものが挙げられる。
水性媒体としては、例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、などが挙げられる。これらの中でも、水が好ましい。なお、水性媒体としては、水がアルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。
架橋剤としては、水溶性有機材料を架橋可能な性質を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属塩、金属錯体、ジルコニア系架橋剤、チタン系架橋剤、水溶性有機架橋剤、キレート剤などが挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular as binder used by a binder jet system, According to the objective, it can select suitably, For example, what contains the crosslinking agent bridge | crosslinked with a water-soluble organic material, and an aqueous medium is mentioned.
Examples of the aqueous medium include water, alcohols such as ethanol, ethers, ketones, and the like. Among these, water is preferable. In addition, as an aqueous medium, water may contain some components other than water, such as alcohol.
The crosslinking agent is not particularly limited as long as it has a property capable of crosslinking a water-soluble organic material, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, metal salt, metal complex, zirconia-based crosslinking agent, titanium Examples thereof include a system crosslinking agent, a water-soluble organic crosslinking agent, and a chelating agent.

<<層状造形物>>
層状造形物とは、層状にした粉末材料にレーザやバインダーを用いて一層ずつ固化させて造形され、積層することにより立体造形物を製造し得る造形物を意味する。
<< Layered Model >>
The layered shaped article means a shaped article that can be solidified one by one using a laser or binder on a layered powder material, and can be produced by stacking.

<光照射手段>
光照射手段は、造形手段により造形された層状造形物の表面に光を照射する。
光照射手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、LEDランプなどが挙げられるが、部品点数を少なくする観点から、造形手段として用いる電磁照射源などの出力を造形用材料が一体化しない程度に弱めて併用することが好ましい。
<Light irradiation means>
A light irradiation means irradiates light to the surface of the layered modeling thing modeled by the modeling means.
The light irradiation means is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, an LED lamp can be used. From the viewpoint of reducing the number of parts, an output from an electromagnetic irradiation source used as a modeling means or the like. It is preferable to use together with weakening to the extent that the modeling material is not integrated.

<計測手段>
計測手段は、光照射手段により照射された光が層状造形物の表面で反射した光量を計測する。
計測手段としては、例えば、受光素子などが挙げられる。受光素子としては、例えば、フォトダイオードなどが挙げられる。
計測手段は、複数の受光素子を有することが好ましい。これにより、計測手段は、層状造形物の表面の平坦性や層状造形物自体の傾きなどの影響があっても、受光感度が低下することを抑制することができる。例えば、受光素子が2つである場合には、層状造形物の表面と平行となる平面上において受光軸が直交するように2つの受光素子を設置することが好ましい。また、例えば、受光素子が3つである場合には、層状造形物の表面と平行となる平面上において隣接する受光素子の受光軸が120°になるように3つの受光素子を設置することが好ましい。
<Measuring means>
The measuring means measures the amount of light reflected by the surface of the layered object by the light irradiated by the light irradiation means.
Examples of the measuring means include a light receiving element. Examples of the light receiving element include a photodiode.
The measuring means preferably has a plurality of light receiving elements. Thereby, the measurement means can suppress the light receiving sensitivity from being lowered even when there is an influence such as the flatness of the surface of the layered object or the inclination of the layered object itself. For example, when there are two light receiving elements, it is preferable to install the two light receiving elements so that the light receiving axes are orthogonal to each other on a plane parallel to the surface of the layered object. For example, when there are three light receiving elements, the three light receiving elements may be installed so that the light receiving axes of adjacent light receiving elements are 120 ° on a plane parallel to the surface of the layered object. preferable.

計測手段は、層状造形物の表面で反射した正反射光が入射しない位置に配置されていることが好ましい。これにより、計測手段は、強い正反射光を受光しないため、壊れにくくなる。また、計測手段は、層状造形物の表面の未固化部分の粉末材料で拡散反射した拡散反射光を受光することにより、未固化部分を検出することができる。   The measuring means is preferably arranged at a position where the regular reflection light reflected by the surface of the layered structure does not enter. Thereby, since a measurement means does not receive strong regular reflection light, it becomes difficult to break. Moreover, the measurement means can detect the unsolidified portion by receiving diffusely reflected light diffusely reflected by the powder material of the unsolidified portion on the surface of the layered structure.

計測手段は、造形手段により造形用材料を一体化させる前後で光量をそれぞれ計測することが好ましい。計測手段が造形用材料を一体化させる前後で光量をそれぞれ計測すると、後述する判定部が、造形用材料を一体化させる前後における光量の変化に基づいて未固化部分であるか否かの判定を確実に行うことができる。   Preferably, the measuring means measures the light amount before and after the modeling material is integrated by the modeling means. When the measurement means measures the light amount before and after integrating the modeling material, the determination unit described later determines whether or not the portion is an unsolidified portion based on the change in the light amount before and after integrating the modeling material. It can be done reliably.

<その他の部又は手段>
その他の部又は手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、走査手段、校正部、判定部を有することが好ましい。
<Other parts or means>
Other parts or means are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, it is preferable to have a scanning means, a calibration part, and a determination part.

<<走査手段>>
走査手段は、層状造形物の表面に対して照射する光を走査させる。これにより、判定部は、走査手段により光を走査させた範囲において所定の座標毎に、未固化部分か否かの判定を行うことができる。
走査手段としては、例えば、光照射手段から照射される光を受光する角度を制御可能な反射鏡などが挙げられる。SLS方式の場合には、部品点数を少なくする観点から、造形手段としても用いている反射鏡を併用することが好ましい。
<< Scanning means >>
The scanning means scans the light applied to the surface of the layered structure. Thereby, the determination part can determine whether it is an unsolidified part for every predetermined coordinate in the range scanned with the scanning means.
Examples of the scanning unit include a reflecting mirror capable of controlling the angle at which the light irradiated from the light irradiation unit is received. In the case of the SLS method, from the viewpoint of reducing the number of parts, it is preferable to use a reflecting mirror that is also used as a modeling means.

<<校正部>>
校正部は、造形手段により造形用材料を一体化させる前に、造形用材料に対し、走査手段により光を走査させて計測した光量に基づき、計測手段の計測感度を校正することができる。これは、光の照射位置が計測手段から離れるにつれて光量が弱くなるため、前処理として造形用材料が融解しない程度の弱い光を照射して、照射位置に対する光量を計測し、照射位置によらず計測した照射位置が一定になるように校正する。これにより、判定部は、光を走査させた位置に対する光量の計測値の変化によらずに判定を行うことができる。
<< Calibration section >>
The calibration unit can calibrate the measurement sensitivity of the measurement unit based on the light amount measured by scanning the scanning material with light before the modeling material is integrated by the modeling unit. This is because, as the light irradiation position moves away from the measuring means, the light amount becomes weaker, so as a pretreatment, the light for the modeling material is irradiated so as not to melt, and the light amount with respect to the irradiation position is measured. Calibrate so that the measured irradiation position is constant. Thereby, the determination part can perform determination irrespective of the change of the measured value of the light quantity with respect to the position where light is scanned.

<<判定部>>
判定部は、計測手段により計測した光量に基づき、層状造形物の表面の状態の判定を行う。これにより、造形手段は、判定部により未固化部分であると判定した造形用材料を再度一体化させることで、層状造形物の表面に一体化していない箇所がないようにできるため、立体造形物の強度の面で品質を向上させることができる。
<< determination unit >>
The determination unit determines the state of the surface of the layered object based on the amount of light measured by the measuring unit. Thus, the modeling means can re-integrate the modeling material determined to be an unsolidified portion by the determination unit, so that there is no portion that is not integrated on the surface of the layered modeled object. The quality can be improved in terms of strength.

このように、本発明の立体造形物の製造装置は、粉末状の造形用材料から造形した層状造形物の表面に光を照射し、照射した光が層状造形物の表面で反射した光量を計測する。これにより、本発明の立体造形物の製造装置は、層状造形物の表面に粉末状の未固化部分が残っている場合には、未固化部分である粉末材料に照射した光が拡散反射するため、反射した光を計測することで未固化部分を検出できる。そして、本発明の立体造形物の製造装置は、検出した未固化部分を再固化するようにした層状造形物を積層することにより、内部の未固化部分が少ない立体造形物を製造することができる。   Thus, the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure of the present invention irradiates the surface of the layered structure formed from the powdered material for modeling, and measures the amount of light reflected by the surface of the layered structure. To do. Thereby, in the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to the present invention, when the powdered unsolidified portion remains on the surface of the layered structure, the light irradiated to the powder material that is the unsolidified portion is diffusely reflected. The unsolidified portion can be detected by measuring the reflected light. And the manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item of this invention can manufacture the three-dimensional molded item with few internal unsolidified parts by laminating | stacking the layered molded item made to resolidify the detected non-solidified part. .

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明は、これらの実施形態に何ら限定されるものではない。
なお、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these embodiment at all.
In addition, the number, position, shape, and the like of the following constituent members are not limited to the present embodiment, and can be set to a preferable number, position, shape, and the like in carrying out the present invention.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における立体造形物の製造装置を示す説明図である。
図1に示すように、立体造形物の製造装置100は、SLS方式の製造装置であって、電磁照射源1と、反射鏡2と、ヒーター3と、ローラ4と、供給槽5と、レーザ走査スペース6と、光センサ7と、図示しない温湿度センサ8とを有する。なお、電磁照射源1、反射鏡2、ヒーター3、ローラ4、供給槽5、レーザ走査スペース6、及び温湿度センサ8を「造形手段10」と称することがある。
立体造形物の製造装置100は、立体造形物の製造するために、まず、造形用材料としての粉末材料を貯蔵する供給槽5からローラ4を用いて、レーザ走査スペース6に粉末材料を層状にして供給する。次に、立体造形物の製造装置100は、電磁照射源1から出力させた造形用レーザ光を、反射鏡2を用いてレーザ走査スペース6に走査させて照射し、レーザ光の熱により粉末材料を焼結して層状造形物を造形する。次に、立体造形物の製造装置100は、電磁照射源1から出力させた弱い検査用レーザ光を、層状造形物の表面に照射させながら走査させ、層状造形物の表面から拡散反射した光の光量を光センサ7で計測することにより未固化部分を検出する。そして、立体造形物の製造装置100は、層状造形物の表面の未固化部分を再固化し、未固化部分の発生を抑制した層状造形物の積層することにより、内部の未固化部分が少ない立体造形物を製造することができる。
(First embodiment)
Drawing 1 is an explanatory view showing the manufacturing device of the solid fabrication thing in a 1st embodiment.
As shown in FIG. 1, the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 is an SLS manufacturing apparatus, and includes an electromagnetic radiation source 1, a reflecting mirror 2, a heater 3, a roller 4, a supply tank 5, and a laser. It has a scanning space 6, an optical sensor 7, and a temperature / humidity sensor 8 (not shown). The electromagnetic radiation source 1, the reflecting mirror 2, the heater 3, the roller 4, the supply tank 5, the laser scanning space 6, and the temperature / humidity sensor 8 may be referred to as “modeling means 10”.
In order to manufacture a three-dimensional object, the three-dimensional object manufacturing apparatus 100 first forms a layer of the powder material in the laser scanning space 6 using the roller 4 from the supply tank 5 that stores the powder material as a material for modeling. And supply. Next, the manufacturing apparatus 100 of a three-dimensional molded item irradiates the laser beam for modeling output from the electromagnetic irradiation source 1 by using the reflecting mirror 2 to scan the laser scanning space 6, and uses the heat of the laser beam to irradiate the powder material. To form a layered structure. Next, the manufacturing apparatus 100 for a three-dimensional structure performs scanning while irradiating the surface of the layered object with the weak inspection laser light output from the electromagnetic irradiation source 1, and diffused and reflected from the surface of the layered object. An unsolidified portion is detected by measuring the amount of light with the optical sensor 7. And the manufacturing apparatus 100 of a three-dimensional molded item resolidifies the unsolidified part of the surface of a layered modeled object, and laminates the layered modeled object which suppressed the generation | occurrence | production of the non-solidified part, and there are few inside solidified parts. A model can be manufactured.

電磁照射源1は、後述する制御部120の指示によりレーザ光を反射鏡2に照射する。電磁照射源1は、制御部120によりレーザ光の強度を制御され、粉末材料を融解し得る強さの造形用レーザ光と、粉末材料を融解しない強さの校正用レーザ光及び検査用レーザとを照射することができる。
レーザ光の強度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10ワット以上150ワット以下が好ましい。
The electromagnetic irradiation source 1 irradiates the reflecting mirror 2 with laser light according to an instruction from the control unit 120 described later. The electromagnetic irradiation source 1 has a laser beam intensity controlled by the control unit 120 and has a strength capable of melting the powder material, and a calibration laser beam and an inspection laser having a strength that does not melt the powder material. Can be irradiated.
There is no restriction | limiting in particular as an intensity | strength of a laser beam, Although it can select suitably according to the objective, 10 watts or more and 150 watts or less are preferable.

反射鏡2は、制御部120で算出された光学系制御量に基づき、電磁照射源1から照射されたレーザ光をレーザ走査スペース6に走査するように反射角度を制御される。   Based on the optical system control amount calculated by the control unit 120, the reflection mirror 2 is controlled in reflection angle so as to scan the laser scanning space 6 with the laser light emitted from the electromagnetic irradiation source 1.

ヒーター3は、制御部120の指示により、供給槽5及びレーザ走査スペース6の温度を温湿度センサ8で計測した結果に応じて調節する。供給槽5の温度としては、粉末材料の融点より少なくとも10℃以上低いことが好ましい。レーザ走査スペース6における部品床温度としては、粉末材料の融点より5℃以上低温であることが好ましい。   The heater 3 adjusts the temperature of the supply tank 5 and the laser scanning space 6 according to the result of measurement by the temperature / humidity sensor 8 according to an instruction from the control unit 120. The temperature of the supply tank 5 is preferably at least 10 ° C. lower than the melting point of the powder material. The part bed temperature in the laser scanning space 6 is preferably 5 ° C. or more lower than the melting point of the powder material.

ローラ4は、制御部120の指示により、粉末材料を貯蔵する供給槽5からレーザ走査スペース6に供給する。   The roller 4 supplies the laser scanning space 6 from the supply tank 5 that stores the powder material according to an instruction from the control unit 120.

供給槽5は、底部が昇降可能になっており、制御部120の指示により、ローラ4により上面の粉末材料がレーザ走査スペース6に供給されると、次の粉末材料を供給できるように底部が上昇する。   The bottom of the supply tank 5 can be moved up and down. When the powder material on the upper surface is supplied to the laser scanning space 6 by the roller 4 in accordance with an instruction from the control unit 120, the bottom is configured so that the next powder material can be supplied. To rise.

レーザ走査スペース6は、底部が昇降可能になっており、ローラ4により供給された粉末材料がレーザ光により固化されると、次の層状造形物を造形できるように底部が下降する。レーザ走査スペース6に粉末材料が供給されると、次の粉末材料を供給できるように底部が上昇する。   The bottom of the laser scanning space 6 can be moved up and down. When the powder material supplied by the roller 4 is solidified by laser light, the bottom is lowered so that the next layered structure can be formed. When the powder material is supplied to the laser scanning space 6, the bottom is raised so that the next powder material can be supplied.

計測手段としての光センサ7は、本実施形態では1つのフォトダイオードであり、校正用レーザ光あるいは検査用レーザ光を層状造形物の表面に照射させて反射した正反射光が入射しない位置に配置されている。   In this embodiment, the optical sensor 7 as a measuring means is a single photodiode, and is arranged at a position where regular reflection light reflected by irradiating the surface of the layered object with laser light for calibration or inspection is not incident. Has been.

図2は、第1の実施形態における立体造形物の製造装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
図2に示すように、第1の実施形態における立体造形物の製造装置100は、CPU101と、ROM102と、RAM103と、NVRAM104と、ASIC105と、外部I/F106と、HDD107と、I/O108とを有する。
なお、第1の実施形態における立体造形物の製造装置100は、電磁照射源1と、反射鏡2と、ヒーター3と、ローラ4と、供給槽5と、レーザ走査スペース6と、光センサ7と、温湿度センサ8とを有するが、図1の説明と同様であるため説明を省略する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 2, the three-dimensional object manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, an NVRAM 104, an ASIC 105, an external I / F 106, an HDD 107, and an I / O 108. Have
In addition, the manufacturing apparatus 100 of the three-dimensional molded item in 1st Embodiment is the electromagnetic irradiation source 1, the reflective mirror 2, the heater 3, the roller 4, the supply tank 5, the laser scanning space 6, and the optical sensor 7. FIG. The temperature / humidity sensor 8 is similar to the description of FIG.

CPU(Central Processing Unit)101は、プロセッサの一種であり、種々の制御や演算を行う処理装置である。CPU101は、ROM102などが記憶するOS(Operating System)やプログラムを実行することにより、種々の機能を実現する。すなわち、CPU101は、本実施形態では、液体供給エラー検知プログラムを実行することにより、後述する制御部120として機能する。
また、CPU101は、立体造形物の製造装置100全体の動作を制御するために用いられる。なお、本実施形態では、立体造形物の製造装置100全体の動作を制御する装置をCPU101としたが、これに限ることなく、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)などとしてもよい。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
A CPU (Central Processing Unit) 101 is a type of processor and is a processing device that performs various controls and operations. The CPU 101 implements various functions by executing an OS (Operating System) and programs stored in the ROM 102 and the like. That is, in this embodiment, the CPU 101 functions as a control unit 120 described later by executing a liquid supply error detection program.
The CPU 101 is used to control the operation of the entire three-dimensional object manufacturing apparatus 100. In the present embodiment, the apparatus that controls the operation of the entire three-dimensional object manufacturing apparatus 100 is the CPU 101. However, the present invention is not limited to this, and may be, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array). These may be used alone or in combination of two or more.

ROM(Read Only Memory)102は、CPU101により実行される本発明の立体造形物の製造プログラム、その他のBIOS(Basic Input/Output System)等の各種プログラムなどの固定データを格納する。
なお、立体造形物の製造プログラムは、必ずしも最初から立体造形物の製造装置100内に記憶されていなくともよい。立体造形物の製造プログラムは、例えば、インターネットなどを介して立体造形物の製造装置100に通信可能に接続されている他の情報処理装置などに格納させて実行してもよい。また、立体造形物の製造プログラムは、例えば、コンピュータ読取り可能な記録媒体に格納され、立体造形物の製造装置100がこの記録媒体から液体供給エラー検知プログラムを取得して実行してもよい。記録媒体としては、例えば、可搬型記録媒体、半導体メモリ、ハードディスクなどが挙げられる。可搬型記録媒体としては、例えば、CD(Compact Disc)−ROM(Read Only Memory)、USB(Universal Serial Bus)メモリなどが挙げられる。半導体メモリとしては、例えば、フラッシュメモリなどが挙げられる。
A ROM (Read Only Memory) 102 stores fixed data such as a manufacturing program for a three-dimensional structure of the present invention executed by the CPU 101 and various programs such as other BIOS (Basic Input / Output System).
In addition, the manufacturing program of a three-dimensional molded item does not necessarily need to be stored in the manufacturing apparatus 100 for a three-dimensional molded item from the beginning. The three-dimensional structure manufacturing program may be stored and executed in, for example, another information processing apparatus that is communicably connected to the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100 via the Internet or the like. The three-dimensional object manufacturing program may be stored in, for example, a computer-readable recording medium, and the three-dimensional object manufacturing apparatus 100 may acquire and execute a liquid supply error detection program from this recording medium. Examples of the recording medium include a portable recording medium, a semiconductor memory, and a hard disk. Examples of the portable recording medium include a CD (Compact Disc) -ROM (Read Only Memory), a USB (Universal Serial Bus) memory, and the like. An example of the semiconductor memory is a flash memory.

RAM(Random Access Memory)103は、各種プログラムがCPU101により実行される際に展開される作業範囲などとして機能する。RAMとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。RAMとしては、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)などが挙げられる。   A RAM (Random Access Memory) 103 functions as a work range that is developed when various programs are executed by the CPU 101. There is no restriction | limiting in particular as RAM, According to the objective, it can select suitably. Examples of the RAM include DRAM (Dynamic Random Access Memory) and SRAM (Static Random Access Memory).

NVRAM(Non−Volatile RAM)104は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリである。   An NVRAM (Non-Volatile RAM) 104 is a non-volatile memory for holding data while the power of the apparatus is shut off.

ASIC(Application Specific Integrated Circuit)105は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理する。   An ASIC (Application Specific Integrated Circuit) 105 processes image processing for performing various signal processing on image data and other input / output signals for controlling the entire apparatus.

外部I/F(Interface)106は、造形データ作成装置600と通信可能に接続されており、造形データ作成装置600から造形データを受信する。
なお、造形データ作成装置600は、最終形態の造形物(立体造形物)を層状造形物毎にスライスしたスライスデータである造形データ(断面データ)を作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各層状造形物30の内のモデル材301aを形成するデータ(造形領域のデータ)である。
An external I / F (Interface) 106 is connected to the modeling data creation device 600 so as to be communicable, and receives modeling data from the modeling data creation device 600.
The modeling data creation device 600 is a device that creates modeling data (cross-sectional data) that is slice data obtained by slicing a final modeled product (three-dimensional modeled product) for each layered modeled product. Device. The modeling data is data (modeling area data) for forming the model material 301a in each layered model 30 as slice data obtained by slicing the shape of the target three-dimensional model.

HDD(Hard Disk Drive)107は、制御部120の指示により、I/O108が受信したセンサからの各種データなどを蓄積して保存される。また、HDD107には、後述する各種正常動作プロファイルが保存される。なお、HDD107には、本発明の液体供給エラー検知プログラムを格納するようにしてもよい。   An HDD (Hard Disk Drive) 107 stores and stores various data from the sensor received by the I / O 108 according to an instruction from the control unit 120. The HDD 107 stores various normal operation profiles, which will be described later. The HDD 107 may store the liquid supply error detection program of the present invention.

I/O(Input Output)108は、温湿度センサ8及び光センサ7の出力信号を受信する。
温湿度センサ8は、装置の環境条件としての温度及び湿度を計測する。
光センサ7は、校正用レーザ光あるいは検査用レーザ光を照射された層状造形物の表面から拡散反射した拡散反射光の光量を計測する。
An I / O (Input Output) 108 receives output signals from the temperature / humidity sensor 8 and the optical sensor 7.
The temperature / humidity sensor 8 measures temperature and humidity as environmental conditions of the apparatus.
The optical sensor 7 measures the amount of diffusely reflected light diffusely reflected from the surface of the layered object irradiated with the calibration laser light or the inspection laser light.

立体造形物の製造装置100には、必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル500が接続されている。   An operation panel 500 for inputting and displaying necessary information is connected to the three-dimensional structure manufacturing apparatus 100.

図3は、第1の実施形態における立体造形物の製造装置の機能構成を示すブロック図である。
図3に示すように、立体造形物の製造装置100は、通信部110と、制御部120と、記憶部130と、入出力部140とを有する。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a functional configuration of the three-dimensional structure manufacturing apparatus according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 3, the three-dimensional object manufacturing apparatus 100 includes a communication unit 110, a control unit 120, a storage unit 130, and an input / output unit 140.

通信部110は、制御部120の指示に基づき、図2に示した外部I/F106及びI/O108を用いて各種データを受信することができる。   The communication unit 110 can receive various data using the external I / F 106 and the I / O 108 illustrated in FIG. 2 based on an instruction from the control unit 120.

制御部120は、校正部121と、判定部122とを有する。   The control unit 120 includes a calibration unit 121 and a determination unit 122.

<<校正部>>
校正部121は、造形手段10により粉末材料を一体化させる前に、粉末材料に対し、反射鏡2により校正用レーザ光を走査させて光センサ7により計測した光量に基づき、レーザ光の照射位置により変化する光センサ7の計測感度を校正することができる。
<< Calibration section >>
The calibration unit 121 scans the powder material with the laser beam for calibration with the reflecting mirror 2 and integrates the powder material with the modeling means 10, and based on the light quantity measured by the optical sensor 7, the irradiation position of the laser light It is possible to calibrate the measurement sensitivity of the optical sensor 7 that changes due to the above.

図4Aは、レーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係を示す上面図である。
ここでは、図4Aに示すように、位置Oに配置されている図示しない反射鏡2から位置P1にレーザ光を照射する場合と、位置P1から図4A中矢印Aで示す走査方向でレーザ光を照射していき、位置P2にレーザ光を照射する場合を考える。すなわち、光センサ7は、位置P1からの拡散反射光DR1、及び、位置P2からの拡散反射光DR2をそれぞれ計測する場合を考える。
FIG. 4A is a top view showing the relationship between the laser light irradiation position and the optical sensor installation position.
Here, as shown in FIG. 4A, the laser beam is irradiated from the reflecting mirror 2 (not shown) arranged at the position O to the position P1, and the laser beam is emitted from the position P1 in the scanning direction indicated by the arrow A in FIG. 4A. Consider the case of irradiating and irradiating the position P2 with laser light. That is, consider a case where the optical sensor 7 measures the diffuse reflected light DR1 from the position P1 and the diffuse reflected light DR2 from the position P2.

図4Bは、図4Aにおいて、位置P1にレーザ光を照射したときの立体角を示す説明図である。図4Cは、図4Aにおいて、位置P2にレーザ光を照射したときの立体角を示す説明図である。なお、図4B及び図4Cでは、説明のために光センサ7のレンズ7aを誇張して大きく示している。また、光センサ7は、いずれの図でも正反射光R1及びR2を検出しない位置に配置されており、拡散反射光DR1及びDR2を検出する。
図4Bに示すように、位置P1にレーザ光L1を照射する場合には、拡散反射光DR1は、立体角S1の大きさでレンズ7aに入射する。また、図4Cに示すように、位置P2にレーザ光L1を照射する場合には、拡散反射光DR2は、立体角S2の大きさでレンズ7aに入射する。図4Bで示した立体角S1と立体角S2を比較すると、立体角S1より立体角S2のほうが大きいことがわかる。即ち、立体角の大きさは、レーザ照射位置から光センサ7までの距離で変化する。また、立体角が大きいほど計測する拡散反射光の光量が多くなるため、図5Aに示すように、計測される拡散反射光の光量と、レーザ照射位置から光センサ7までの距離とは比例関係となる。校正部121は、この比例関係を打ち消すように校正を行うと、図5Bに示すように、レーザ照射位置から光センサ7までの距離により計測される拡散反射光の光量が変化しないようにできる。
FIG. 4B is an explanatory diagram illustrating a solid angle when the laser beam is irradiated to the position P1 in FIG. 4A. FIG. 4C is an explanatory diagram showing a solid angle when the laser beam is irradiated to the position P2 in FIG. 4A. 4B and 4C, the lens 7a of the optical sensor 7 is shown exaggerated and enlarged for the sake of explanation. Moreover, the optical sensor 7 is arrange | positioned in the position which does not detect regular reflection light R1 and R2 in any figure, and detects diffuse reflection light DR1 and DR2.
As shown in FIG. 4B, when the laser beam L1 is irradiated to the position P1, the diffuse reflected light DR1 is incident on the lens 7a with the size of the solid angle S1. As shown in FIG. 4C, when the laser beam L1 is irradiated to the position P2, the diffuse reflected light DR2 enters the lens 7a with the size of the solid angle S2. When the solid angle S1 and the solid angle S2 shown in FIG. 4B are compared, it can be seen that the solid angle S2 is larger than the solid angle S1. That is, the size of the solid angle changes depending on the distance from the laser irradiation position to the optical sensor 7. Further, since the amount of diffuse reflected light to be measured increases as the solid angle increases, as shown in FIG. 5A, the measured amount of diffuse reflected light and the distance from the laser irradiation position to the optical sensor 7 are proportional to each other. It becomes. When the calibration unit 121 performs calibration so as to cancel this proportional relationship, as shown in FIG. 5B, the amount of diffusely reflected light measured by the distance from the laser irradiation position to the optical sensor 7 can be prevented from changing.

図6Aは、第1の実施形態における検査時のレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す斜視図である。図6Bは、図6Aに示したレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す上面図である。
図6A及び図6Bに示すように、レーザ走査スペース6上における層状造形物の表面の位置P1に反射鏡2から検査用レーザ光L1が照射されると、光センサ7は、正反射光R1を検出しない位置に配置されているため、拡散反射光DR1の光量を計測する。
FIG. 6A is a perspective view illustrating an example of a relationship between a laser beam irradiation position and an optical sensor installation position at the time of inspection in the first embodiment. 6B is a top view illustrating an example of the relationship between the laser light irradiation position and the optical sensor installation position illustrated in FIG. 6A.
As shown in FIGS. 6A and 6B, when the inspection laser light L1 is irradiated from the reflecting mirror 2 to the position P1 on the surface of the layered object on the laser scanning space 6, the optical sensor 7 emits the regular reflected light R1. Since it is arranged at a position where it is not detected, the amount of diffuse reflected light DR1 is measured.

<<判定部>>
判定部122は、光センサ7により計測した光量に基づき、層状造形物の表面の状態の判定を行う。
<< determination unit >>
The determination unit 122 determines the state of the surface of the layered object based on the amount of light measured by the optical sensor 7.

図7は、第1の実施形態において未固化部分を判定する方法の一例を示す説明図である。
図7中上部の破線矢印で示すように層状造形物の表面に検査用レーザ光を走査すると、固化部分Mのほかに未固化部分Nが存在する場合には、図7中下部の光量D1で示すように、固化部分Mでは拡散反射光の光量が低くなり、未固化部分Nでは光量が高くなる。言い換えると、光量D1において、未固化部分Nにおける拡散反射光の光量は、粉末状態の未照射部分における拡散反射光の光量に近づく計測値が得られる。このため、所定の光量を閾値として設定することにより、判定部122は、閾値に基づいて未固化部分を判定することができる。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a method for determining an unsolidified portion in the first embodiment.
When the inspection laser beam is scanned on the surface of the layered object as indicated by the broken line arrow at the top in FIG. 7, if there is an unsolidified portion N in addition to the solidified portion M, the light quantity D1 at the bottom in FIG. As shown, the amount of diffusely reflected light is reduced in the solidified portion M, and the amount of light is increased in the unsolidified portion N. In other words, in the light amount D1, the measured value of the diffuse reflected light amount in the unsolidified portion N is close to the diffuse reflected light amount in the unirradiated portion in the powder state. For this reason, the determination part 122 can determine an unsolidified part based on a threshold value by setting predetermined light quantity as a threshold value.

具体的には、図8A及び表1で示す検査条件において、未融解状態の粉末材料と融解状態の粉末材料とを実際に計測した結果を図8Bに示す。図8Bに示すように、未融解状態の粉末材料は融解状態の粉末材料と比較して20%程度高い拡散反射光出力、即ち拡散反射光の光量D1が得られた。図8Bのような拡散反射光出力の場合には、2.8V程度に閾値を設定することにより、判定部122は、未固化部分を判定することができる。   Specifically, FIG. 8B shows the results of actual measurement of the unmelted powder material and the melted powder material under the inspection conditions shown in FIG. 8A and Table 1. As shown in FIG. 8B, the unmelted powder material obtained a diffuse reflected light output that is about 20% higher than the molten powder material, that is, a diffused light quantity D1. In the case of the diffuse reflected light output as shown in FIG. 8B, the determination unit 122 can determine the unsolidified portion by setting the threshold value to about 2.8V.

なお、図7中下部におけるD2は、光センサ7のレンズの汚れ、あるいは粉末材料の形状などにより計測する光量の絶対値が変化する場合を示している。このような場合に、未固化部分を判定する方法としては、例えば、造形用レーザ光を照射する前後で光量を計測してその差分を求める方法、固化部分の光量を基準とする方法、未照射部分を1とし固化部分の最小値を0とする方法などが挙げられる。   Note that D2 in the lower part of FIG. 7 indicates a case where the absolute value of the light quantity to be measured changes depending on the dirt of the lens of the optical sensor 7 or the shape of the powder material. In such a case, as a method of determining the unsolidified portion, for example, a method of measuring the light amount before and after irradiating the laser beam for modeling and obtaining the difference, a method based on the light amount of the solidified portion, unirradiated Examples include a method in which the portion is 1 and the minimum value of the solidified portion is 0.

記憶部130は、制御部120の指示に基づき、図3に示したHDD107に校正データ131及び検査データ132を記憶する。   The storage unit 130 stores calibration data 131 and inspection data 132 in the HDD 107 illustrated in FIG. 3 based on an instruction from the control unit 120.

入出力部140は、制御部120の指示に基づき、図3に示した操作パネル500により立体造形物の製造装置100に対する各種指示を受け付ける。   The input / output unit 140 accepts various instructions to the manufacturing apparatus 100 for a three-dimensional structure based on the operation panel 500 illustrated in FIG.

図9は、第1の実施形態における造形処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、造形処理の流れを図9に示すフローチャートの図中Sで表すステップにしたがって説明する。   FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the modeling process in the first embodiment. Here, the flow of the modeling process will be described in accordance with steps represented by S in the flowchart shown in FIG.

ステップS101では、校正部121は、校正データ取得処理を実行すると、S102に移行する。なお、校正データ取得処理についての詳細は、図10に示すフローチャートにしたがって後述する。   In step S101, when the calibration unit 121 executes the calibration data acquisition process, the process proceeds to S102. The details of the calibration data acquisition process will be described later according to the flowchart shown in FIG.

ステップS102では、制御部120は、記憶部130から三次元データを読み込むと、S103に移行する。   In step S102, when the control unit 120 reads the three-dimensional data from the storage unit 130, the control unit 120 proceeds to S103.

ステップS103では、制御部120は、S102で読み込んだ三次元データを所定間隔の平行な断面ごとで区切ったスライスデータを算出するスライス処理を実行すると、S104に移行する。   In step S103, when the control unit 120 executes slice processing for calculating slice data obtained by dividing the three-dimensional data read in S102 into parallel sections of a predetermined interval, the process proceeds to S104.

ステップS104では、制御部120は、ローラ4により供給槽5から造形可能領域に粉体材料を供給すると、S105に移行する。   In step S104, when the control unit 120 supplies the powder material from the supply tank 5 to the modelable region by the roller 4, the process proceeds to S105.

ステップS105では、制御部120は、一層造形処理を実行すると、S106に移行する。なお、一層造形処理についての詳細は、図11に示すフローチャートにしたがって後述する。   In step S105, when the control unit 120 executes the one-layer modeling process, the process proceeds to S106. Details of the one-layer modeling process will be described later according to the flowchart shown in FIG.

ステップS106では、制御部120は、立体造形物を製造するにあたり層状造形物の積層が全て終了していないと判定すると、処理をS104に移行する。また、制御部120は、立体造形物を製造するにあたり層状造形物の積層が全て終了したと判定すると、本処理を終了する。   In step S106, when the control unit 120 determines that the stacking of the layered objects has not been completed in manufacturing the three-dimensional object, the process proceeds to S104. Moreover, if the control part 120 determines that all lamination | stacking of the layered modeling thing was complete | finished in manufacturing a three-dimensional molded item, this process will be complete | finished.

図10は、第1の実施形態における校正データ取得処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、S101で実行する校正データ取得処理の流れを図10に示すフローチャートの図中Sで表すステップにしたがって説明する。   FIG. 10 is a flowchart showing the flow of calibration data acquisition processing in the first embodiment. Here, the flow of the calibration data acquisition process executed in S101 will be described according to the steps represented by S in the flowchart shown in FIG.

ステップS201では、校正部121は、電磁照射源1からレーザ光を照射する座標を造形可能領域全面に設定すると、S202に移行する。   In step S201, when the calibration unit 121 sets the coordinates for irradiating the laser beam from the electromagnetic irradiation source 1 to the entire surface of the modelable area, the process proceeds to S202.

ステップS202では、校正部121は、S201で設定した座標にレーザ光を照射するために、反射鏡2の角度を制御する光学系制御量を算出すると、S203に移行する。   In step S202, when the calibration unit 121 calculates an optical system control amount for controlling the angle of the reflecting mirror 2 in order to irradiate the laser beam on the coordinates set in S201, the process proceeds to S203.

ステップS203では、校正部121は、光センサ7を用いて光量の計測を開始すると、S204に移行する。   In step S203, when the calibration unit 121 starts measuring the amount of light using the optical sensor 7, the process proceeds to S204.

ステップS204では、校正部121は、S202で算出した光学系制御量に基づき、反射鏡2の角度を制御して電磁照射源1から照射した校正用レーザ光を走査させ、S201で設定した座標ごとに光センサ7により光量を計測すると、S205に移行する。   In step S204, the calibration unit 121 scans the calibration laser light emitted from the electromagnetic radiation source 1 by controlling the angle of the reflecting mirror 2 based on the optical system control amount calculated in S202, and performs each coordinate set in S201. If the light amount is measured by the optical sensor 7, the process proceeds to S205.

ステップS205では、校正部121は、S204で計測した光量のデータを校正データとして記憶部130に保存すると、本処理を終了する。   In step S <b> 205, the calibration unit 121 stores the light amount data measured in step S <b> 204 in the storage unit 130 as calibration data, and ends this processing.

図11は、第1の実施形態における一層造形処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、S105で実行する一層造形処理の流れを図11に示すフローチャートの図中Sで表すステップにしたがって説明する。   FIG. 11 is a flowchart showing the flow of the one-layer modeling process in the first embodiment. Here, the flow of the one-layer modeling process executed in S105 will be described according to the steps represented by S in the flowchart shown in FIG.

ステップS301では、制御部120は、S103で算出したスライスデータを記憶部130から読み込むと、S302に移行する。   In step S301, when the control unit 120 reads the slice data calculated in step S103 from the storage unit 130, the control unit 120 proceeds to step S302.

ステップS302では、制御部120は、S301で読み込んだスライスデータに基づき、反射鏡2の角度を制御する座標及び光学系制御量を算出すると、S303に移行する。   In step S302, when the control unit 120 calculates the coordinates for controlling the angle of the reflecting mirror 2 and the optical system control amount based on the slice data read in S301, the process proceeds to S303.

ステップS303では、制御部120は、S302で算出した座標及び光学系制御量を保存すると、S304に移行する。   In step S303, when the control unit 120 stores the coordinates and optical system control amount calculated in step S302, the control unit 120 proceeds to step S304.

ステップS304では、制御部120は、S302で算出した座標及び光学系制御量に基づき、反射鏡2の角度を制御して電磁照射源1から照射した造形用レーザ光を走査させ、レーザ走査スペース6の粉体材料を融解すると、S305に移行する。   In step S304, the control unit 120 controls the angle of the reflecting mirror 2 based on the coordinates calculated in step S302 and the optical system control amount to scan the modeling laser beam irradiated from the electromagnetic irradiation source 1, and the laser scanning space 6 When the powder material is melted, the process proceeds to S305.

ステップS305では、制御部120は、電磁照射源1を検査用レーザ光の出力に設定すると、S306に移行する。   In step S305, when the control unit 120 sets the electromagnetic irradiation source 1 to the output of the inspection laser beam, the process proceeds to S306.

ステップS306では、制御部120は、S202で算出した光学系制御量を読み込むと、S307に移行する。   In step S306, when the control unit 120 reads the optical system control amount calculated in step S202, the control unit 120 proceeds to step S307.

ステップS307では、制御部120は、S202で算出した光学系制御量に基づき、反射鏡2の角度を制御して電磁照射源1から照射した検査用レーザ光を走査させ、S201で設定した座標ごとに光センサ7により光量を計測すると、S308に移行する。   In step S307, the control unit 120 scans the inspection laser light emitted from the electromagnetic irradiation source 1 by controlling the angle of the reflecting mirror 2 based on the optical system control amount calculated in S202, and performs each coordinate set in S201. If the light amount is measured by the optical sensor 7, the process proceeds to S308.

ステップS308では、制御部120は、S307で計測した光量のデータを検査データとして記憶部130に保存すると、S309に移行する。   In step S308, when the control unit 120 saves the light amount data measured in step S307 as inspection data in the storage unit 130, the control unit 120 proceeds to step S309.

ステップS309では、判定部122は、表面状態判定処理を実行すると、S310に移行する。なお、表面状態判定処理についての詳細は、図12に示すフローチャートにしたがって後述する。   In step S309, the determination part 122 will transfer to S310, if a surface state determination process is performed. The details of the surface state determination process will be described later according to the flowchart shown in FIG.

ステップS310では、制御部120は、選択再照射処理を実行すると、S311に移行する。なお、選択再照射処理についての詳細は、図13に示すフローチャートにしたがって後述する。   In step S310, when the control unit 120 executes the selective re-irradiation process, the process proceeds to S311. The details of the selective re-irradiation process will be described later according to the flowchart shown in FIG.

ステップS311では、制御部120は、ヒーター3をOFFにして冷却すると、本処理を終了する。   In step S311, the control unit 120 ends the process when the heater 3 is turned off and cooled.

図12は、第1の実施形態における表面状態判定処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、S309で実行する表面状態判定処理の流れを図12に示すフローチャートの図中Sで表すステップにしたがって説明する。   FIG. 12 is a flowchart showing the flow of the surface state determination process in the first embodiment. Here, the flow of the surface state determination process executed in S309 will be described according to the steps represented by S in the flowchart shown in FIG.

ステップS401では、判定部122は、座標(x,y)での校正データを記憶部130から読み込むと、S402に移行する。   In step S401, when the determination unit 122 reads calibration data at the coordinates (x, y) from the storage unit 130, the determination unit 122 proceeds to S402.

ステップS402では、判定部122は、座標(x,y)での検査データを記憶部130から読み込むと、S403に移行する。   In step S402, when the determination unit 122 reads the inspection data at the coordinates (x, y) from the storage unit 130, the determination unit 122 proceeds to S403.

ステップS403では、判定部122は、座標(x,y)での校正データと検査データとを比較すると、S404に移行する。   In step S403, when the determination unit 122 compares the calibration data at the coordinates (x, y) and the inspection data, the process proceeds to S404.

ステップS404では、判定部122は、座標(x,y)での粉体材料が融解していないと判定すると、処理をS405に移行する。また、判定部122は、座標(x,y)での粉体材料が融解していると判定すると、S406に移行する。   In step S404, when the determination unit 122 determines that the powder material at the coordinates (x, y) is not melted, the process proceeds to S405. If the determination unit 122 determines that the powder material at the coordinates (x, y) is melted, the process proceeds to S406.

ステップS405では、判定部122は、座標(x,y)にフラグを立てると、S406に移行する。   In step S405, when the determination unit 122 sets a flag for the coordinates (x, y), the process proceeds to S406.

ステップS406では、判定部122は、全座標での融解判定が終了していないと判定すると、処理をS403に戻す。また、判定部122は、全座標での融解判定が終了していると判定すると、本処理を終了する。   In step S406, if the determination unit 122 determines that the melting determination for all coordinates is not completed, the process returns to S403. Moreover, if the determination part 122 determines with the melting determination in all the coordinates having been complete | finished, this process will be complete | finished.

図13は、第1の実施形態における選択再照射処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、S310で実行する選択再照射処理の流れを図13に示すフローチャートの図中Sで表すステップにしたがって説明する。   FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the selective re-irradiation process in the first embodiment. Here, the flow of the selective re-irradiation process executed in S310 will be described according to the steps represented by S in the flowchart shown in FIG.

ステップS501では、制御部120は、S405でフラグを立てた未融解座標又は2以上の未融解座標群を記憶部130から読み込むと、S502に移行する。   In step S501, when the control unit 120 reads from the storage unit 130 the unmelted coordinates or two or more unmelted coordinate groups for which the flag has been set in step S405, the process proceeds to step S502.

ステップS502では、制御部120は、S501で読み込んだ未融解座標群に造形用レーザ光を照射するために、反射鏡2の角度を制御する光学系制御量を算出すると、S503に移行する。
ステップS503では、制御部120は、S502で算出した光学系制御量に基づき、反射鏡2の角度を制御して電磁照射源1から照射した造形用レーザ光を再照射させ、未融解であると判定した座標の粉体材料を融解すると、本処理を終了する。
In step S502, when the control unit 120 calculates an optical system control amount for controlling the angle of the reflecting mirror 2 in order to irradiate the modeling laser beam read in S501 with the modeling laser light, the process proceeds to S503.
In step S503, based on the optical system control amount calculated in S502, the control unit 120 controls the angle of the reflecting mirror 2 to re-irradiate the modeling laser beam irradiated from the electromagnetic irradiation source 1, and is unmelted. When the powder material at the determined coordinates is melted, the present process is terminated.

このように、第1の実施形態の立体造形物の製造装置100は、事前に照射位置による光量の変化を校正した上で、粉末材料を一体化させて造形した層状造形物の表面に検査用レーザ光を照射し、拡散反射した光量を計測する。これにより、第1の実施形態の立体造形物の製造装置100は、拡散反射した光量に基づき未固化部分か否かを判定し、未固化部分がある場合には未固化部分を再融解させることにより、内部の未固化部分が少ない立体造形物を製造することができる。   Thus, the manufacturing apparatus 100 of the three-dimensional structure according to the first embodiment is used for inspection on the surface of the layered structure that is formed by integrating the powder material after calibrating the change in the amount of light depending on the irradiation position in advance. Laser light is irradiated and the amount of diffusely reflected light is measured. Thereby, the manufacturing apparatus 100 of the three-dimensional molded item of 1st Embodiment determines whether it is an unsolidified part based on the light quantity diffusely reflected, and when there exists an unsolidified part, it remelts an unsolidified part. Therefore, it is possible to manufacture a three-dimensional structure with few unsolidified parts inside.

なお、第1の実施形態における立体造形物の製造装置100が行う各種処理は、立体造形物の製造装置100を形成する制御部を有するコンピュータにより実行される。
コンピュータとしては、記憶、演算、制御などの装置を備えた機器であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
In addition, the various processes which the manufacturing apparatus 100 of the three-dimensional molded item in 1st Embodiment performs are performed by the computer which has a control part which forms the manufacturing apparatus 100 of the three-dimensional molded article.
The computer is not particularly limited as long as it is a device equipped with devices such as storage, calculation, and control, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include a personal computer.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、1つの光センサで拡散反射光の光量を計測し、検出した未固化部分に対し選択再照射処理を行うことについて説明したが、第2の実施形態では、2つの光センサを用いることで受光感度の低下を抑制することができる例について説明する。
以下では、第1の実施形態と異なる点である、2つの光センサを用いる点について説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, it has been described that the amount of diffusely reflected light is measured by one optical sensor, and the selective re-irradiation process is performed on the detected unsolidified portion. In the second embodiment, two light beams are used. An example in which a decrease in light receiving sensitivity can be suppressed by using a sensor will be described.
Below, the point which uses two photosensors which is a different point from 1st Embodiment is demonstrated.

図14Aは、第2の実施形態における検査時のレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す斜視図である。図14Bは、図14Aに示したレーザ光照射位置と光センサ設置位置との関係の一例を示す上面図である。
図14A及び図14Bに示すように、2つの光センサ7A及び7Bは、レーザ走査スペース6の同一の短辺側に、かつ正反射光R1を検出しない位置に配置されている。このため、光センサ7A及び7Bは、レーザ走査スペース6上における層状造形物の表面の位置P1に反射鏡2から検査用レーザ光L1が照射されると、層状造形物の表面からの拡散反射光DR1の光量をそれぞれ計測する。
なお、光センサ7A及び7Bの他の配置例としては、図14Cに示すように、層状造形物の表面と平行となる平面上において受光軸が直交するように光センサ7A及び7Bを設置するようにしてもよい。
FIG. 14A is a perspective view illustrating an example of a relationship between a laser light irradiation position and an optical sensor installation position at the time of inspection in the second embodiment. 14B is a top view illustrating an example of a relationship between the laser light irradiation position and the optical sensor installation position illustrated in FIG. 14A.
As shown in FIGS. 14A and 14B, the two optical sensors 7A and 7B are arranged on the same short side of the laser scanning space 6 and at positions where the regular reflected light R1 is not detected. For this reason, when the laser beam L1 for inspection is irradiated from the reflecting mirror 2 to the position P1 on the surface of the layered object on the laser scanning space 6, the optical sensors 7A and 7B have diffuse reflection light from the surface of the layered object. The amount of light of DR1 is measured.
As another arrangement example of the optical sensors 7A and 7B, as shown in FIG. 14C, the optical sensors 7A and 7B are installed so that the light receiving axes are orthogonal to each other on a plane parallel to the surface of the layered object. It may be.

図15は、第2の実施形態において未固化部分を判定する方法の一例を示す説明図である。
図15中上部に示すように、2つの光センサ7A及び7Bで計測した光量の積を算出し、所定の閾値以上であれば1(未固化部分)、所定の閾値未満であれば0(固化部分)とすることで、高周波及び低周波のノイズが除去され、未固化部分をより明確に検出できる。これにより、判定部122は、2つの光センサ7A及び7Bを用いることで層状造形物の表面の平坦性や層状造形物自体の傾きなどの影響があっても、未固化部分をより確実に判定することができる。
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating an example of a method for determining an unsolidified portion in the second embodiment.
As shown in the upper part of FIG. 15, the product of the light amounts measured by the two optical sensors 7A and 7B is calculated. If the product is greater than or equal to a predetermined threshold value, 1 (unsolidified portion) is obtained. (Part)), high-frequency and low-frequency noise is removed, and an unsolidified part can be detected more clearly. Thereby, the determination part 122 determines an unsolidified part more reliably by using the two optical sensors 7A and 7B even if there is an influence such as the flatness of the surface of the layered object or the inclination of the layered object itself. can do.

このように、第2の実施形態の立体造形物の製造装置100は、2つの光センサ7A及び7Bを用いることにより受光感度の低下を抑制することができる。   Thus, the manufacturing apparatus 100 of the three-dimensional molded item of 2nd Embodiment can suppress the fall of a light reception sensitivity by using the two optical sensors 7A and 7B.

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 造形用材料から層状造形物を造形する造形手段と、
前記造形手段により造形された前記層状造形物の表面に光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により照射された前記光が前記層状造形物の表面で反射した光量を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置である。
<2> 前記計測手段が、前記光が前記層状造形物の表面で反射した正反射光が入射しない位置に配置されている前記<1>に記載の立体造形物の製造装置である。
<3> 前記計測手段により計測した前記光量に基づき、前記層状造形物の表面の状態の判定を行う判定部を更に有する前記<1>から<2>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<4> 前記計測手段が、前記造形手段により前記造形用材料を一体化させる前後で前記光量をそれぞれ計測し、
前記判定部が、前記造形用材料を一体化させる前後における前記光量の変化に基づいて前記判定を行う前記<3>に記載の立体造形物の製造装置である。
<5> 前記造形手段が、前記判定に基づいて前記造形用材料を再度一体化させる前記<3>から<4>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<6> 前記層状造形物の表面に対して照射する前記光を走査させる走査手段を更に有し、
前記判定部が、前記走査手段により前記光を走査させた位置ごとに前記判定を行う前記<3>から<5>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<7> 前記造形手段により前記造形用材料を一体化させる前に、前記造形用材料に対し、前記走査手段により前記光を走査させて計測した前記光量に基づき、前記計測手段の計測感度を校正する校正部を更に有する前記<6>に記載の立体造形物の製造装置である。
<8> 前記計測手段が、複数の受光素子を有する前記<1>から<7>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<9> 造形用材料から層状造形物を造形する造形工程と、
前記造形工程により造形された前記層状造形物の表面に光を照射する光照射工程と、
前記光照射工程により照射された前記光が前記層状造形物の表面で反射した光量を計測する計測工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
<10> 前記計測工程において、前記光が前記層状造形物の表面で反射した正反射光が入射しない位置で前記光量を計測する前記<9>に記載の立体造形物の製造工程である。
<11> 前記計測工程において計測した前記光量に基づき、前記層状造形物の表面の状態の判定を行う判定工程を更に含む前記<9>から<10>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<12> 前記計測工程が、前記造形工程で前記造形用材料を一体化させる前後で前記光量をそれぞれ計測し、
前記判定工程が、前記造形用材料を一体化させる前後における前記光量の変化に基づいて前記判定を行う前記<11>に記載の立体造形物の製造方法である。
<13> 前記造形工程が、前記判定に基づいて前記造形用材料を再度一体化させる前記<11>から<12>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<14> 前記層状造形物の表面に対して照射する前記光を走査させる走査工程を更に含み、
前記判定工程が、前記走査工程により前記光を走査させた位置ごとに前記判定を行う前記<11>から<13>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<15> 造形用材料から層状造形物を造形し、
造形された前記層状造形物の表面に光を照射し、
照射された前記光が前記層状造形物の表面で反射した光量を計測する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形物の製造プログラムである。
<16> 前記光が前記層状造形物の表面で反射した正反射光が入射しない位置で前記光量を計測する前記<15>に記載の立体造形物の製造プログラムである。
<17> 計測した前記光量に基づき、前記層状造形物の表面の状態の判定を更に前記<15>から<16>のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムである。
<18> 前記造形用材料を一体化させる前後で前記光量をそれぞれ計測し、
前記造形用材料を一体化させる前後における前記光量の変化に基づいて前記判定を行う前記<17>に記載の立体造形物の製造プログラムである。
<19> 前記判定に基づいて前記造形用材料を再度一体化させる前記<17>から<18>のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムである。
<20> 前記層状造形物の表面に対して照射する前記光を走査させ、
前記光を走査させた位置ごとに前記判定を行う前記<17>から<19>のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムである。
As an aspect of this invention, it is as follows, for example.
<1> modeling means for modeling a layered model from a modeling material;
A light irradiation means for irradiating light on the surface of the layered structure formed by the modeling means;
Measuring means for measuring the amount of light reflected by the surface of the layered object, the light irradiated by the light irradiation means;
It is the manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item characterized by having.
<2> The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to <1>, wherein the measurement unit is arranged at a position where the regular reflection light reflected by the surface of the layered structure is not incident.
<3> Manufacture of a three-dimensional structure according to any one of <1> to <2>, further including a determination unit configured to determine a surface state of the layered structure based on the light amount measured by the measurement unit. Device.
<4> The measurement unit measures the light amount before and after integrating the modeling material by the modeling unit,
The determination unit is the manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to <3>, wherein the determination is performed based on a change in the light amount before and after the modeling material is integrated.
<5> The 3D model manufacturing apparatus according to any one of <3> to <4>, wherein the modeling unit reintegrates the modeling material based on the determination.
<6> It further has a scanning unit that scans the light applied to the surface of the layered object,
The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of <3> to <5>, wherein the determination unit performs the determination for each position where the light is scanned by the scanning unit.
<7> Before integrating the modeling material by the modeling unit, the measurement sensitivity of the measuring unit is calibrated based on the light amount measured by scanning the light with the scanning unit with respect to the modeling material. It is a manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item as described in said <6> which further has a calibration part to perform.
<8> The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to any one of <1> to <7>, wherein the measuring unit includes a plurality of light receiving elements.
<9> A modeling process of modeling a layered model from a modeling material;
A light irradiation step of irradiating light on the surface of the layered structure formed by the modeling step;
A measurement step of measuring the amount of light reflected by the surface of the layered object, the light irradiated by the light irradiation step;
It is a manufacturing method of the three-dimensional molded item characterized by including.
<10> The manufacturing process for a three-dimensional structure according to <9>, wherein in the measurement process, the light amount is measured at a position where the regular reflection light reflected by the surface of the layered structure does not enter.
<11> The manufacturing of the three-dimensional structure according to any one of <9> to <10>, further including a determination step of determining the state of the surface of the layered structure based on the light amount measured in the measurement step. Is the method.
<12> The measurement step measures the light amount before and after integrating the modeling material in the modeling step,
The said determination process is a manufacturing method of the three-dimensional molded item as described in <11> which performs the said determination based on the change of the said light quantity before and after integrating the said modeling material.
<13> The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of <11> to <12>, wherein the modeling step reintegrates the modeling material based on the determination.
<14> The method further includes a scanning step of scanning the light applied to the surface of the layered object.
The said determination process is a manufacturing method of the three-dimensional molded item in any one of said <11> to <13> which performs the said determination for every position where the said light was scanned by the said scanning process.
<15> A layered object is modeled from the modeling material,
Irradiate light to the surface of the layered modeled object,
Measure the amount of light reflected by the surface of the layered object, the irradiated light,
It is a manufacturing program of the three-dimensional molded item characterized by making a computer perform a process.
<16> The three-dimensional structure manufacturing program according to <15>, wherein the light amount is measured at a position where the regular reflection light reflected by the surface of the layered structure does not enter.
<17> The manufacturing program for a three-dimensional structure according to any one of <15> to <16>, wherein the determination of the surface state of the layered structure is further performed based on the measured light amount.
<18> Measure the light quantity before and after integrating the modeling material,
The manufacturing program for a three-dimensional structure according to <17>, wherein the determination is performed based on a change in the light amount before and after integrating the modeling material.
<19> The manufacturing program for a three-dimensional structure according to any one of <17> to <18>, wherein the modeling materials are integrated again based on the determination.
<20> Scan the light applied to the surface of the layered object,
The manufacturing program for a three-dimensional structure according to any one of <17> to <19>, wherein the determination is performed for each position scanned with the light.

前記<1>から<8>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、前記<9>から<14>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、前記<15>から<20>のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムによると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。   The manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to any one of <1> to <8>, the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of <9> to <14>, and <20> to <20> According to the three-dimensional structure manufacturing program described in any one of the above, the above-described problems can be solved and the object of the present invention can be achieved.

特開2015−157420号公報JP2015-157420A

1 電磁照射源(光照射手段)
2 反射鏡(走査手段)
3 ヒーター
4 ローラ
5 供給槽
6 レーザ走査スペース
7、7A、7B 光センサ(計測手段)
10 造形手段
100 立体造形物の製造装置
120 制御部
121 校正部
122 判定部
1 Electromagnetic irradiation source (light irradiation means)
2 Reflector (scanning means)
3 Heater 4 Roller 5 Supply tank 6 Laser scanning space 7, 7A, 7B Optical sensor (measuring means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Modeling means 100 Manufacturing apparatus of three-dimensional molded item 120 Control part 121 Calibration part 122 Determination part

Claims (10)

造形用材料から層状造形物を造形する造形手段と、
前記造形手段により造形された前記層状造形物の表面に光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段により照射された前記光が前記層状造形物の表面で反射した光量を計測する計測手段と、
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置。
Modeling means for modeling a layered model from a modeling material;
A light irradiation means for irradiating light on the surface of the layered structure formed by the modeling means;
Measuring means for measuring the amount of light reflected by the surface of the layered object, the light irradiated by the light irradiation means;
An apparatus for producing a three-dimensional structure, characterized by comprising:
前記計測手段が、前記光が前記層状造形物の表面で反射した正反射光が入射しない位置に配置されている請求項1に記載の立体造形物の製造装置。   The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item according to claim 1, wherein the measuring unit is arranged at a position where the regular reflection light reflected by the surface of the layered model is not incident. 前記計測手段により計測した前記光量に基づき、前記層状造形物の表面の状態の判定を行う判定部を更に有する請求項1から2のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。   The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item in any one of Claim 1 to 2 which further has a determination part which determines the state of the surface of the said layered molded item based on the said light quantity measured by the said measurement means. 前記計測手段が、前記造形手段により前記造形用材料を一体化させる前後で前記光量をそれぞれ計測し、
前記判定部が、前記造形用材料を一体化させる前後における前記光量の変化に基づいて前記判定を行う請求項3に記載の立体造形物の製造装置。
The measuring means measures the light amount before and after integrating the modeling material by the modeling means,
The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item according to claim 3, wherein the determination unit performs the determination based on a change in the light amount before and after the modeling material is integrated.
前記造形手段が、前記判定に基づいて前記造形用材料を再度一体化させる請求項3から4のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。   The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item in any one of Claim 3 to 4 in which the said modeling means unifies the said modeling material again based on the said determination. 前記層状造形物の表面に対して照射する前記光を走査させる走査手段を更に有し、
前記判定部が、前記走査手段により前記光を走査させた位置ごとに前記判定を行う請求項3から5のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
It further has scanning means for scanning the light to be irradiated onto the surface of the layered structure,
The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item according to any one of claims 3 to 5, wherein the determination unit performs the determination for each position where the light is scanned by the scanning unit.
前記造形手段により前記造形用材料を一体化させる前に、前記造形用材料に対し、前記走査手段により前記光を走査させて計測した前記光量に基づき、前記計測手段の計測感度を校正する校正部を更に有する請求項6に記載の立体造形物の製造装置。   A calibration unit that calibrates the measurement sensitivity of the measurement unit based on the light amount measured by scanning the light with the scanning unit and measuring the modeling material before integrating the modeling material with the modeling unit. The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item of Claim 6 which has further. 前記計測手段が、複数の受光素子を有する請求項1から7のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。   The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item according to any one of claims 1 to 7, wherein the measuring unit includes a plurality of light receiving elements. 造形用材料から層状造形物を造形する造形工程と、
前記造形工程により造形された前記層状造形物の表面に光を照射する光照射工程と、
前記光照射工程により照射された前記光が前記層状造形物の表面で反射した光量を計測する計測工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
A modeling process for modeling a layered model from a modeling material;
A light irradiation step of irradiating light on the surface of the layered structure formed by the modeling step;
A measurement step of measuring the amount of light reflected by the surface of the layered object, the light irradiated by the light irradiation step;
The manufacturing method of the three-dimensional molded item characterized by including.
造形用材料から層状造形物を造形し、
造形された前記層状造形物の表面に光を照射し、
照射された前記光が前記層状造形物の表面で反射した光量を計測する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形物の製造プログラム。
A layered model is modeled from the modeling material,
Irradiate light to the surface of the layered modeled object,
Measure the amount of light reflected by the surface of the layered object, the irradiated light,
A manufacturing program for a three-dimensional structure, which causes a computer to execute processing.
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