JP2019155833A - 三次元造形システム、データ生成装置、データを生成する方法、および、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
1−1.三次元造形システムの概略構成:
図1は、本実施形態における三次元造形システム10の構成を示す概略ブロック図である。三次元造形システム10は、三次元造形装置100を備える。三次元造形システム10は、三次元造形物の形状を表す原データODに基づいて、三次元造形装置100に三次元造形物を造形させる。本実施形態では、原データODは、三次元CAD(Computer−aided design)ソフトウェアで作成された三次元CADデータである。以下では、「三次元造形システム」、「三次元造形装置」、「三次元造形物」、および「三次元CADデータ」をそれぞれ、単に、「造形システム」、「造形装置」、「造形物」、および、「CADデータ」とも呼ぶ。三次元造形装置100の構成については後述する。
1−2−1.三次元造形装置の全体構成:
図2は、造形装置100の構成を示す概略図である。図2には、互いに直交するX,Y,Z方向を示す矢印が示されている。本実施形態では、X方向およびY方向は、水平面に平行な方向であり、Z方向は、重力方向(鉛直方向)とは反対の方向である。X,Y,Z方向を示す矢印は、他の参照図においても、図示の方向が図2と対応するように適宜、図示してある。
図3は、フラットスクリュー40の下面48側の構成を示す概略斜視図である。図3には、造形材料生成部30において回転するときのフラットスクリュー40の回転軸RXの位置が一点鎖線で図示されている。図2を参照して説明したように、スクリュー対面部50に対向するフラットスクリュー40の下面48には、溝部42が設けられている。以下、下面48を、「溝形成面48」とも呼ぶ。
図5は、造形装置100が吐出処理によって造形物を造形していく様子を模式的に示す概略図である。造形装置100では、造形物を造形する際には、制御部101の制御下において、以下の吐出処理が実行される。
造形装置100において用いられる材料について説明する。造形装置100では、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として造形物を造形することができる。ここで、「主材料」とは、造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、造形物において50重量%以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料MMには、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
<熱可塑性樹脂材料の例>
ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリアミド樹脂(PA)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、ポリ乳酸樹脂(PLA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック
<金属材料の例>
マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)やクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の単一の金属、もしくはこれらの金属を1つ以上含む合金
<前記合金の例>
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金
<溶剤の例>
水;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;テトラアルキルアンモニウムアセテート類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;ピリジン、γ−ピコリン、2,6−ルチジン等のピリジン系溶剤;テトラアルキルアンモニウムアセテート(例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等);ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等
<バインダーの例>
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)或いはその他の熱可塑性樹脂。
図6は、造形システム10における制御装置11のパスデータ生成部12が生成するパスデータPDの一例を示す模式図である。パスデータPDに記述されている情報は、図6で図示されている上方から下方に順に読み込まれて解釈される。パスデータPDは、造形装置100が、原データODが表す造形物を造形するためのノズル61の制御内容を指定するパラメーターを含む。ここでの「ノズル61の制御内容」には、造形テーブル210に対するノズル61の移動の制御と、ノズル61からの造形材料MMの吐出の制御と、が含まれる。本実施形態のパスデータPDでは、ノズル61の移動の制御は、パスパラメーターPPによって示される。また、ノズル61からの造形材料MMの吐出の制御は、吐出パラメーターPMによって示される。
図7は、造形データ生成部13において実行されるデータ生成処理のフローを示す説明図である。データ生成処理とは、パスデータPDにおけるパスパラメーターPPによって示されているパスと吐出パラメーターPMとに応じて、開閉機構70を駆動させる開閉コマンドをパスデータPDに追加して、造形データMDを生成する処理である。データ生成処理において、造形データ生成部13は、パスデータPDに記述されているノズル61の制御内容を解析し、開閉機構70の駆動により、ノズル61から造形材料MMが適切に吐出されるように、パスデータPDに開閉コマンドを追加する。
本実施形態の造形システム10によれば、ノズル61の移動とノズル61からの造形材料MMの吐出とが記述されているパスデータPDから、開閉機構70を効率良く駆動させることができる造形装置100に適合した造形データMDが、自動的に簡易に生成される。そのため、例えば、造形装置100が、開閉機構70を有していない構成から開閉機構70を有している構成に改変された場合であっても、その対応が容易化され、効率的である。特に、本実施形態の造形システム10によれば、パスデータPDを、従来公知のFDM方式の3Dプリンター用のソフトウェアを用いて作成できるため、より効率的である。
上記の実施形態中で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
上記の実施形態では、造形データ生成部13は、制御装置11においてプログラムが実行されることによって実現される一機能部として構成されている。これに対して、造形データ生成部13は、造形装置100と接続可能であり、上記実施形態で説明したデータ生成処理と同等の処理を実行する単体の造形データ生成装置として構成されてもよい。
造形システム10において、パスデータ生成部12は、制御装置11とは別のコンピューターによって構成されていてもよく、制御装置11とは別の単体の装置として構成されていてもよい。また、造形システム10は、制御装置11のパスデータ生成部12が省略され、システム外部で生成されたパスデータPDに基づいて、制御装置11の造形データ生成部13において造形データMDを生成する構成が採用されてもよい。
造形データ生成部13のコマンド追加部15が実行するコマンド追加判定処理のフローは、上記の実施形態で説明したものに限定されることはない。例えば、造形材料の種類や性状、ノズル61の構成、ノズル61の移動制御の内容などに応じて、造形材料MMの吐出が適切におこなわれるように、コマンド追加判定処理の判定内容や判定条件は任意に変更されてよい。
パスデータPDは、FDM方式の3Dプリンターで使用されるデータと同じ型のデータでなくてもよく、公知のソフトウェアであるスライサーで作成可能なデータでなくてもよい。パスデータPDには、パスデータPDや吐出パラメーターPM以外のパラメーターやコマンドが含まれていてもよい。
造形装置100は、フラットスクリュー40によって造形材料MMを生成してノズル61から吐出する構成を有するものには限定されない。造形装置100には、例えば、予め準備された造形材料MMを、プランジャーや圧電素子が発生させる圧力によって、ノズル61から吐出する構成を有するものが採用されてもよい。
造形装置100の開閉機構70は、流路65内において造形材料が流れる方向に交差するように移動するシャッターによって構成されてもよい。また、開閉機構70は、ピストンが流路65内に突出して流路65を閉塞するプランジャーによって構成されてもよい。開閉機構70は、上記実施形態で説明したバタフライバルブや、シャッターを用いたシャッター機構、プランジャーのうちの2つ以上の機構を組み合わせて構成されてもよい。
上記実施形態において、材料供給部20は、複数のホッパーを備える構成を有していてもよい。この場合には、各ホッパーからフラットスクリュー40へと異なる材料が供給され、フラットスクリュー40の溝部42内において混合されて、造形材料が生成されてもよい。例えば、上記実施形態で説明した主材料となる粉末材料と、それに添加される溶媒やバインダーなどが別々のホッパーから並行してフラットスクリュー40に供給されてもよい。
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
本発明は、上述の各実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態(aspect)によって実現することができる。例えば、本発明は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各実施形態中の技術的特徴は、本発明の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本発明の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中において必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
この形態の造形システムによれば、開閉機構の駆動制御は想定されていないパスデータに、開閉機構を駆動させるための開閉コマンドが追加された造形データを簡易に生成することができる。こうした造形システムであれば、開閉機構を有していない造形装置で使用できるパスデータを、開閉機構を有している造形装置に適合する造形データへと変換することができ、効率的である。
この形態の造形システムによれば、三次元CADデータなどの原データから造形データが生成され、造形装置に造形物を造形させることができるため、効率的である。
この形態の造形システムによれば、開閉機構の駆動が、パスにおけるノズルの移動速度に応じて適切に実行されるように開閉コマンドが追加された造形データを得ることができる。
この形態の造形システムによれば、開閉機構の駆動が、パスにおけるノズルの移動距離に応じて適切に実行されるように開閉コマンドが追加された造形データを得ることができる。
この形態の造形システムによれば、2つのパスの間での開閉機構の駆動が、2つのパスの間の角度に応じて適切に実行されるように開閉コマンドが追加された造形データを得ることができる。
この形態の製造方法によれば、フラットスクリューの利用によって、造形材料を生成する機構を小型化できる。また、フラットスクリューの利用によって、開閉機構によるノズルからの造形材料の吐出の制御の精度が高められる。
この形態のデータ生成装置によれば、パスデータに開閉機構を駆動させるための開閉コマンドを追加した造形データを簡易に生成することができる。このデータ生成装置を用いれば、開閉機構を有していない造形装置で使用できるパスデータを、開閉機構を有している造形装置に適合する造形データへと変換することができ、効率的である。
この形態の方法によれば、パスデータに開閉機構を駆動させるための開閉コマンドを追加した造形データを簡易に生成することができる。この方法によれば、開閉機構を有していない造形装置のために生成されたパスデータを、開閉機構を有している造形装置のための造形データへと変換することができ、効率的である。
この形態のプログラムによれば、コンピューターによって、パスデータに開閉機構を駆動させるための開閉コマンドを追加した造形データを簡易に生成することができる。このプログラムを用いれば、コンピューターによって、開閉機構を有していない造形装置のために生成されたパスデータを、開閉機構を有している造形装置のための造形データへと変換することができ、効率的である。
Claims (9)
- 三次元造形装置と、制御装置と、を備える三次元造形システムであって、
前記三次元造形装置は、
造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、
前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、
前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、
造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御装置は、前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加することによって前記造形データを生成し、前記造形データを前記三次元造形装置に送信する造形データ生成部を備える、三次元造形システム。 - 請求項1記載の三次元造形システムであって、
前記制御装置は、さらに、三次元造形物の形状を表す原データから、前記パスデータを生成し、前記パスデータを前記造形データ生成部に出力するパスデータ生成部を備える、三次元造形システム。 - 請求項1または請求項2記載の三次元造形システムであって、
前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、前記造形材料を吐出しながら前記ノズルを移動させるときの前記ノズルの移動速度を取得し、前記移動速度を用いて前記開閉コマンドを追加するか否かを決定する、三次元造形システム。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の三次元造形システムであって、
前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、前記パスが表す移動経路における前記ノズルの移動距離を取得し、前記移動距離を用いて前記開閉コマンドを追加するか否かを決定する、三次元造形システム。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の三次元造形システムであって、
前記造形データ生成部は、前記パスデータを解析して、連続する2つの前記パスの間において前記ノズルの移動方向が変わる角度を取得し、前記角度を用いて、2つの前記パスの間に前記開閉コマンドを追加するか否かを決定する、三次元造形システム。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の三次元造形システムであって、
前記三次元造形装置は、さらに、フラットスクリューを有し、回転している前記フラットスクリューに供給された材料の少なくとも一部を溶融させることによって前記造形材料を生成して、前記ノズルに導く造形材料生成部を備える、三次元造形システム。 - 造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に接続可能なデータ生成装置であって、
前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける受付部と、
前記パスデータを解析して前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加することによって、前記造形データを生成する造形データ生成部と、
を備える、データ生成装置。 - 造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルに対する前記ノズルの位置を変更する移動機構と、造形データに従って、前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に入力される前記造形データを生成する方法であって、
前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける工程と、
前記パスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加する工程と、
を備える、方法。 - 造形材料を造形テーブルに向かって吐出するノズルと、前記ノズルに接続されている前記造形材料の流路を開閉する開閉機構と、前記造形テーブルと前記ノズルとの相対位置を変更する移動機構と、造形データに従って前記開閉機構と前記移動機構とを制御する制御部と、を備える三次元造形装置に入力される前記造形データを生成する機能をコンピューターに実現させるためのプログラムであって、
前記造形テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動方向および移動距離を示すパスと、前記造形材料の吐出を示す吐出パラメーターと、を含むパスデータの入力を受け付ける機能と、
前記パスデータを解析して、前記開閉機構を駆動させる開閉コマンドを前記パスデータに追加する機能と、
を備える、プログラム。
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