JP2019155884A - Solid molding method and solid molding system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体造形方法及び立体造形システムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling system.
立体造形の方法として、造形物の立体形状データから複数の層の形状データを生成し、複数の層の形状データに基づいて生成された複数の層を積層する積層造形法(Additive Manufacturing)が利用されている。 As a method of three-dimensional modeling, additive manufacturing is used to generate shape data of a plurality of layers from the three-dimensional shape data of a modeled object and to stack a plurality of layers generated based on the shape data of the plurality of layers. Has been.
特許文献1には、積層造形法で補強穴を設けた3次元造形物を製作し、その補強穴に流動性物質を充填して硬化させることが記載されている。これにより、特許文献1によれば、3次元造形物の内部強度を高めることができるとされている。 Patent Document 1 describes that a three-dimensional structure having reinforcing holes is manufactured by an additive manufacturing method, and the reinforcing holes are filled with a fluid substance and cured. Thereby, according to patent document 1, it is supposed that the internal strength of a three-dimensional structure can be raised.
特許文献1に記載の技術では、3次元造形物が製作されてから3次元造形物中に補強材が形成されるため、3次元造形物を造形している途中(立体造形の途中)で発生する変形を抑制することが困難である。 In the technique described in Patent Document 1, since the reinforcing material is formed in the three-dimensional structure after the three-dimensional structure is manufactured, it is generated while the three-dimensional structure is being formed (in the middle of the three-dimensional structure). It is difficult to suppress the deformation.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、立体造形の途中で発生する変形を抑制できる立体造形方法及び立体造形システムを提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the three-dimensional modeling method and three-dimensional modeling system which can suppress the deformation | transformation which generate | occur | produces in the middle of three-dimensional modeling.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかる立体造形方法は、複数の層を積層融着する工程と、前記複数の層における少なくとも2以上の層に渡る補強材を配置固定する工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a three-dimensional modeling method according to one aspect of the present invention includes a step of laminating and fusing a plurality of layers and at least two or more layers in the plurality of layers. And a step of arranging and fixing the reinforcing material.
本発明の1つの側面によれば、立体造形の途中で発生する変形を抑制できるという効果を奏する。 According to one aspect of the present invention, there is an effect that deformation that occurs during three-dimensional modeling can be suppressed.
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる立体造形システムを詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a three-dimensional modeling system according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る立体造形システムは、積層造形法により立体造形を行うためのシステムである。積層造形法では、造形物の立体形状データから複数の層の形状データを生成し、複数の層の形状データから層単位の造形手順(工作手順)を示す造形データを生成し、造形データに応じて複数の層を積層する。積層造形法は、例えば、電子写真プロセス、熱溶解積層(FFF:Fused Filament Fabrication)法、光造形(Stereolithography)法、粉体焼結(SLS:Selective Laser Sintering)法、材料積層(Material Jetting)法、粉末固着(Binder Jetting)法、シート積層(SL:Sheet Lamination)法、指向性エネルギー堆積(Directed Energy Deposition)法等を含むことができる。
(First embodiment)
The three-dimensional modeling system according to the first embodiment is a system for performing three-dimensional modeling by a layered modeling method. In the layered modeling method, shape data of a plurality of layers is generated from the three-dimensional shape data of the modeled object, modeling data indicating a layer-by-layer modeling procedure (work procedure) is generated from the shape data of the plurality of layers, and according to the modeling data A plurality of layers. The additive manufacturing method includes, for example, an electrophotographic process, a fused melt fabrication (FFF) method, a stereolithography method, a powder sintering (SLS) method, and a material jetting method. , A powder jetting (Binder Jetting) method, a sheet lamination (SL) method, a directed energy deposition (Directed Energy Deposition) method, and the like.
射出成形などで広く用いられている熱可塑性樹脂の造形に対しては、積層造形法ではFFF法、SLS法、SL法が代表的な造形法と捉えることができる。 For the molding of thermoplastic resins widely used in injection molding or the like, the FFF method, the SLS method, and the SL method can be regarded as typical modeling methods in the layered modeling method.
FFF法は、高温のノズルを線状に移動させ、被加工面に紛体を2次元的に埋めていくため、立体造形の処理に時間がかかりやすい。造形後は直ちに造形物を取り出せる。 In the FFF method, a high-temperature nozzle is moved linearly, and the powder is two-dimensionally buried in the surface to be processed. Immediately after modeling, the model can be taken out.
SLS法は、高エネルギーなレーザー光を線状にスキャンさせ、被加工面に紛体を2次元的に埋めていくため、立体造形の処理に時間がかかりやすい。粉の層の中の造形物を冷却することや粉の中からの造形物を取り出すことにも時間がかかりやすい。 In the SLS method, high-energy laser light is scanned linearly, and the powder is two-dimensionally embedded in the surface to be processed. It also takes time to cool the shaped object in the powder layer and to take out the shaped object from the powder.
SL法では、シートで面を形成し、造形形状の輪郭を線状にカットする点では高速だが、シート間の接着剤の塗布あるいはレーザ融着に時間がかかりやすい。造形物の周囲の材料を取り除くのにも時間がかかりやすい。 In the SL method, the surface is formed with a sheet and the contour of the shaped shape is cut into a linear shape. However, it takes time to apply an adhesive between the sheets or to perform laser fusion. It takes time to remove the material around the object.
すなわち、FFF法、SLS法、SL法などの積層造形法では、造形物を得るのに多大な時間がかかる傾向にある。加えて、FFF法、SLS法、SL法などの積層造形法では、いずれの造形方法も、立体造形の途中において、積層間のつながりが弱く、積層方向の強度を得ることが困難である。 That is, in the additive manufacturing methods such as the FFF method, the SLS method, and the SL method, it takes a long time to obtain a modeled object. In addition, in the additive manufacturing methods such as the FFF method, the SLS method, and the SL method, any of the forming methods has a weak connection between the layers in the middle of the three-dimensional modeling, and it is difficult to obtain strength in the stacking direction.
それに対して、積層造形法で補強穴を設けた3次元造形物を製作し、その補強穴に流動性物質を充填して硬化させることが考えられる。この場合、3次元造形物が製作されてから3次元造形物中に補強材が形成されるため、3次元造形物を造形している途中(立体造形の途中)で発生する変形を防止することが困難である。 On the other hand, it is conceivable to manufacture a three-dimensional structure provided with reinforcing holes by the additive manufacturing method, and to fill the reinforcing holes with a fluid substance and harden them. In this case, since the reinforcing material is formed in the three-dimensional structure after the three-dimensional structure is manufactured, the deformation that occurs during the formation of the three-dimensional structure (in the middle of the three-dimensional structure) is prevented. Is difficult.
例えば、FFF法、SLS法、SL法などの積層造形法では、立体造形の途中において、各層ごとに膨張や収縮が発生して反り、収縮などの変形・精度劣化が生じることがある。 For example, in a layered manufacturing method such as the FFF method, the SLS method, and the SL method, expansion and contraction may occur in each layer during the three-dimensional modeling, causing warping and deformation / accuracy deterioration such as contraction.
そこで、本実施形態では、立体造形システムにおいて、複数の層を積層したら2以上の層に跨る補強材を配置し、立体造形の途中における造形物の変形の防止を図る。 Therefore, in the present embodiment, in the three-dimensional modeling system, when a plurality of layers are stacked, a reinforcing material straddling two or more layers is arranged to prevent deformation of the modeled object during the three-dimensional modeling.
具体的には、立体造形システム1は、立体造形を行うシステムであり、立体造形装置100と配置装置200とを有する。
Specifically, the three-dimensional modeling system 1 is a system that performs three-dimensional modeling, and includes a three-
立体造形装置100は、FFF法により立体造形を行う装置であり、例えば、図1に示すように構成される。図1は、立体造形装置100の構成を示す図である。立体造形装置100は、造形ステージ101、フィラメント供給ユニット102、及びノズルユニット103を有する。造形ステージ101は、ステージ101a及びシャフト102aを有し、駆動機構(図示せず)による昇降動作がシャフト102aを通じてステージ101aに伝達され、ステージ101aが昇降され得る。ステージ101a上には、ビルドプレート105が配置される。
The three-
フィラメント供給ユニット102は、フィラメント106をノズルユニット103に対して供給する。フィラメント106は、造形材料の一形態であり、例えば熱可塑性樹脂を原料として固められている。フィラメント106は、例えば、PC(ポリカーボネート)、PA12(ポリアミド12)、PEI(ポリエーテルイミド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PSU(ポリスルホン)、PA66(ポリアミド66)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、LCP(液晶ポリマー)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、POM(ポリアセタール)、PSF(ポリサルホン)、PA6(ポリアミド6)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等を主成分とする材料で形成され得る。
The
フィラメント106は、フィラメント供給ユニット206において巻回されているものから端部が引き出され、ノズルユニット103の導入口103a1へと導かれている。
The end of the
ノズルユニット103は、加熱部103a、ノズル部103b、及び筐体103cを有する。加熱部103a及びノズル部103bは、筐体103cの内部に設けられている。筐体103cは、駆動機構(図示せず)による水平移動動作を受け加熱部103a及びノズル部103bを水平方向に移動可能である。
The nozzle unit 103 includes a
加熱部103aは、ノズルユニット103に導かれたフィラメント106を加熱して溶解しノズル部103bへ供給する。ノズル部103bは、溶解されたフィラメント106を吐出口103b1からビルドプレート105に向けて押し出す。それとともに、筐体103cがノズル部103bを水平方向に移動させる。この動作が繰り返されることで、溶解されたフィラメント106の複数の材料層301〜306がビルプレート105上に積層され、複数の材料層301〜306が積層された積層体300が形成される。
The
このとき、立体造形装置100は、図2(a)に示すように、各材料層301〜306を形成する際に開口パターン301a,302a,302b,303a,303b,304a,304b,305a,305b,306a,306bと凹部パターン306c1,306c2とが形成されるようにする。図2(a)〜図2(c)は、立体造形方法を示す工程断面図である。これにより、補強材107a,107bが挿入可能な空間300a,300bを有する積層体300が形成される。空間300aは、積層体300を積層方向に複数の層に跨って延びた穴であり、開口パターン301a,302a,303a,304a,305aを含む。空間300bは、積層体300を積層方向に複数の層に跨って延びた穴であり、開口パターン302b,303b,304b,305bを含む。
At this time, as shown in FIG. 2A, the three-
図2(b)に示す工程では、積層体300がビルドプレート105に載せられたまま配置装置200へ移送される。配置装置200は、補強材107a,107bを積層体300に配置する装置であり、例えば、図3に示すように構成される。図3(a)は、配置装置200の構成を示す図である。
In the step shown in FIG. 2B, the
配置装置200は、打ち込み機構201及びステージ202を有する。ステージ202上にビルドプレート105とともに積層体300が配置され、打ち込み機構201が補強材107a,107bを積層体300における空間300a,300b内に打ち込む。
The
空間は補強材よりやや小さい、不連続なことで樹脂層との一体化が促進される、短くて細い補強材であれば、空間がなくとも打ち込み可能である。 The space is slightly smaller than the reinforcing material and is discontinuous, so that integration with the resin layer is promoted. If the reinforcing material is short and thin, it can be driven without a space.
図3(b)は打ち込み機構201の構成を示す図である。211は補強材117と一体になったプランジャ、212はプランジャ211に駆動力を与える駆動用電磁ソレノイドであってプランジャ211、電磁ソレノイド2て打ち込み機構201を構成している。
213はプランジャ211の復帰用の圧縮コイルバネである。打ち込み機構201内に熱源を配置し、補強材117の予熱することも可能である。
FIG. 3B is a diagram showing a configuration of the
図3(c)は補強材117の各種形状を示している。樹脂層に一体化して嵌合するためにくさび状、段差、など既知の形状、材料が使用できる。樹脂との接着一体化を促すために微小な表面処理や化学的な処理剤の付与も可能である。 FIG. 3C shows various shapes of the reinforcing material 117. Known shapes and materials such as a wedge shape and a step can be used in order to integrate and fit the resin layer. In order to promote adhesion and integration with the resin, it is possible to apply a minute surface treatment or chemical treatment agent.
これにより、図2(b)に示すように、積層された複数の材料層301〜306が融着されていない状態で複数の層301〜306における少なくとも2以上の層に渡る補強材107a,107bを配置する。補強材107a,107bは、棒状の形状を有することができる。補強材107a,107bは、例えば、鉄、銅、アルミ、ステンレス(磁性、非磁性)、銅鉄合金、フェライトなどの粒子、線、箔などが用いられ得る。これにより、補強材107a,107bで補強された造形物300’が形成される。
Thereby, as shown in FIG. 2B, the reinforcing
あるいは、より高強度を必要とするなら、図2(c)に示す工程を追加選択可能である。積層体300を再度加熱して複数の材料層301〜306を互いに融着させるとともに複数の材料層301〜306を補強材107a,107bと融着させる。これにより、補強材107a,107bで補強されながら一体化された造形物300’が形成される。
Alternatively, if higher strength is required, the step shown in FIG. 2C can be additionally selected. The
以上のように、第1の実施形態では、立体造形システム1において、2以上の材料層に跨る補強材107a,107bを配置し、材料層301〜306を補強させる。これにより、立体造形の途中において、造形物の機械的強度を向上でき、造形物の変形を抑制できる。
As described above, according to the first embodiment, in the three-dimensional modeling system 1, the reinforcing
なお、第1の実施形態では、立体造形システム1における立体造形装置100と配置装置200とが別々の装置として構成される場合について例示しているが、立体造形装置100と配置装置200とは、同様な動きをする部分もあるため、少なくとも一部が共通化された装置として構成されてもよい。例えば、立体造形装置100におけるノズルユニット103と配置装置200における押し込み機構201とを一体化することもできる。
In addition, in 1st Embodiment, although illustrated about the case where the three-dimensional model |
あるいは、積層体300に配置する補強材を図4(b)、図4(c)に示すような横方向の構造も持った補強材107cとしてもよい。補強材107cは、補強材107a,107bに代えて、又は、補強材107a,107bとともに積層体300に打ち込むことができる。図4(a)〜図4(c)は、第1の実施形態の変形例における立体造形方法を示す工程断面図であり、補強材107cを補強材107a,107bとともに積層体300に打ち込む場合について例示している。すなわち、図2(a)に示す工程と同様の工程が行われた後、図4(b)に示す工程では、配置装置200の打ち込み機構201が補強材107cを積層体300における凹部パターン306c1,306c2に位置合わせする。補強材107cは、棒状部107c1、棒状部107c2、及びブリッジ部107c3を有する。棒状部107c1は、空間300aに対応した棒状の形状を有し、その先端が凹部パターン306c1内に配置される。棒状部107c2は、空間300bに対応した棒状の形状を有し、その先端が凹部パターン306c2内に配置される。ブリッジ部107c3は、棒状部107c1の上端と棒状部107c2の上端とを平面方向に延びて連結するように構成され、積層体300の上面に沿った平面方向に配置される。この状態で、打ち込み機構201が補強材107cを積層体300に打ち込む。すなわち、棒状部107c1が凹部パターン306c1から積層方向に積層体300内部まで打ち込まれ、棒状部107c2が凹部パターン306c2から積層方向に積層体300内部まで打ち込まれる。補強材107cは、ステープルの針を用いることができる。ステープルの針は強度、大きさからも適している。この場合、配置装置200としてステープラを用いることができる。
Alternatively, the reinforcing material disposed in the laminate 300 may be a reinforcing
図4(c)に示す工程もより高強度を必要とするなら追加選択可能である。積層体300を再度加熱し複数の材料層301〜306を互いに融着させるとともに複数の材料層301〜306を補強材107cと融着させる。これにより、補強材107cで補強されながら一体化された造形物300’が形成される。
The process shown in FIG. 4C can be additionally selected if higher strength is required. The
このような横方向の構造も持った補強材107cを配置することで、反りを1/10に低減することができた。積層方向の引張強度は、PBT樹脂を例として、補強材なしのFDMでは射出成形の1/2程度で29N/mm2となった。補強材S45Cの針を断面積6%相当で配置した場合、射出成形同等となった。射出成形用にはガラス繊維を補強充填材として含むものがあるが、その強度は96N/mm2となった。補強材S45Cの針を断面積12%相当で配置した場合、射出成形同等となった。
By arranging the reinforcing
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態にかかる立体造形システム1iについて説明する。以下では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the three-
立体造形システム1iは、立体造形装置100(図1参照)に代えて、立体造形装置100iを有する。立体造形装置100iは、SLS法により立体造形を行う装置であり、例えば、図5に示すように構成される。図5は、立体造形装置100iの構成を示す図である。
The three-
立体造形装置100iは、リコート機構111により造形プレート146上に形成された粉体145の薄層147を、レーザービーム113で加熱することにより融着させ、固化した固化層147Hを積層して造形物148を造形する。粉体145は、目的とする造形物148に応じて適宜選択されるべきものであるが、樹脂の場合例えば、PC(ポリカーボネート)、PA12(ポリアミド12)、PEI(ポリエーテルイミド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PSU(ポリスルホン)、PA66(ポリアミド66)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、LCP(液晶ポリマー)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、POM(ポリアセタール)、PSF(ポリサルホン)、PA6(ポリアミド6)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等であり得る。また、粉体145は、結晶性樹脂のみに限らず、結晶性及び非晶性の混合樹脂であってもよい。
The three-
造形プレート146及び造形物148は、真空排気可能な空間を形成する真空容器302内に配置されている。真空容器302内が真空排気された状態でガス供給口302から窒素ガスなどを供給し、造形中は内部を密閉し、造形後は排気装置303から真空容器302内の排気を行う。
The
昇降ステージである造形ステージ141は、薄層147を昇降させる。造形ステージ141の周囲は、高さを固定された側面壁143で囲まれている。昇降装置142は、ボールねじ機構で構成され、側面壁143の内側で造形ステージ141を粉体145の厚み(例えば、0.1mm)などに対応させた任意のピッチで昇降させる。本実施形態では、補強材配置装置200の押し込み機構201が、駆動機構(図示せず)の駆動により図5中の左右方向及び前後方向に移動可能であり、造形物148に上面から補強材107dを押し込み可能な装置構成となっている。
The
図5に示す立体造形システム1iの立体造形装置100i及び配置装置200は、図6(a)〜図6(e)に示すように動作する。図6(a)〜図6(e)は、立体造形方法を示す工程断面図である。
The three-
図6(a)に示す工程(供給工程)では、リコート機構111は、造形ステージ141上のテーブル上面開口部110に粉体145を敷いて薄層147を形成する。図2(a)に示すように、造形ステージ141を有する造形容器Aを挟んで供給ステージ131を有する原料容器Bが設けられている。原料容器Bは粉体が固着しない温度で予熱されている。リコート機構111は、金属ローラ133を回転させつつ、移動部134がガイド135に案内されて移動する。粉体145は、原料容器Bに蓄積されている。供給工程では、図6の(a)に示すように、供給ステージ131が矢印R1方向に移動することにより、原料容器Bの粉体145が造形容器Aの上面よりも高い位置へ盛り上げられる。
In the process (supply process) shown in FIG. 6A, the
図6(b)に示す工程(粉末層工程)では、リコート機構111は、金属ローラ133を矢印R4方向に回転させつつ矢印R2方向に移動して、原料容器Bの粉体145を造形容器Aへ移動させる。リコート機構111は、造形容器Aの上面の粉体145をすり切って、造形容器Aに薄層147を形成する。リコート機構111は、続いて、金属ローラ133を矢印R5方向に回転させつつ矢印R3方向に移動して、造形容器Aの上面に、一定厚さで薄層147を形成する。
In the step shown in FIG. 6B (powder layer step), the
加熱機構120(図5参照)は、造形ステージ141上の粉体145に対してレーザービーム113を照射する。光源121は、炭酸ガスレーザー発振器である。X軸走査機構123は、光源121で発生させたレーザービーム113をガルバノミラー123mで図中左右方向に走査する。Y軸走査機構122は、レーザービーム113をガルバノミラー122mで図中奥行方向に走査する。これにより、造形ステージ141の薄層147における入力データに応じた領域がレーザービーム113のビームスポットにより加熱される。
The heating mechanism 120 (see FIG. 5) irradiates the
図6(c)に示す工程(レーザー加熱工程)では、レーザービーム113は、造形ステージ141の薄層147を加熱し、ほぼ瞬時に溶融して下層の固体組織と一体に固化させることにより、薄層147の所望の領域を固化層147Hに固化させる。その際、補強材107を配置する空間にはビームを照射せず粉のままの微小空間を存在させる。
In the step shown in FIG. 6C (laser heating step), the
図6(d)に示す工程(補強材配置工程)では、配置装置200の押し込み機構201が、図の左右、前後の矢印R8方向に移動し、補強材107dを造形物148における微小空間に押し込み配置する。そして、補強材107dの周辺を溶融させて補強材107を造形物148と一体化させる。例えば、補強材107dを狙ってレーザ照射で加熱しても良いし、小型の補強材107なら全体の加熱冷却工程で造形物148と一体化できる。補強材107dは、棒状の形状を有することができる。補強材107dは、例えば、鉄、銅、アルミ、ステンレス(磁性、非磁性)、銅鉄合金、フェライトなどの粒子、線、箔などが用いられ得る。
In the step shown in FIG. 6D (reinforcing material arranging step), the pushing
図6(e)に示す工程(下降工程)では、固化層147Hの積層を行う毎に、造形ステージ141を矢印R7方向に移動させて、固化層147Hの厚み方向に工程を進める。補強材の配置した高さ方向の厚みが積層ピッチより厚い場合は、図6(a)〜図6(e)の工程を繰り返し行う場合に、図6(d)の工程を所定回数ごとに行うなど図6(d)の繰り返し回数を他の工程(図6(a)〜図6(c)、図6(e)に示す工程)に比べて低減させることができる。
In the step (lowering step) shown in FIG. 6E, each time the solidified
図6(a)〜図6(e)の工程を順次繰り返すことで、図7(a)に示すように補強材107dが造形物148内に位置する状態となる。このような状態で加熱、冷却が行われ、補強材で造形物の変形が抑制された状態で造形される。
By sequentially repeating the steps of FIG. 6A to FIG. 6E, the reinforcing
以上のように、第2の実施形態では、立体造形システム1iにおいて、粉末の複数の薄層147を積層したら補強材107dを配置すべき領域及びその周辺領域を融着させる前に2以上の薄層147に跨る補強材107dを配置し、その後に複数の薄層147をレーザー照射等により融着させる。これにより、立体造形の途中において、造形物の機械的強度を向上でき、造形物の変形を抑制できる。
As described above, in the second embodiment, in the three-
融着は補強材107が導電性なら、造形中、造形後とも、誘導加熱などの選択的加熱も可能である。融着させなくとも嵌合することでも補強効果は発現する。
If the reinforcing
なお、図7(a)に示すような棒状の補強材107dに代えて、図7(b)に示すような横方向の構造も持った補強材107eを造形物148内に配置してもよい。補強材107cは、ステープルの針を用いることができる。ステープルの針は強度、大きさからも適している。このような横方向の構造も持った補強材107cを配置することで、造形物の変形をさらに低減できる。
In addition, instead of the rod-shaped reinforcing
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態にかかる立体造形システム1jについて説明する。以下では、第1の実施形態及び第2の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
(Third embodiment)
Next, a three-dimensional modeling system 1j according to the third embodiment will be described. Below, it demonstrates centering on a different part from 1st Embodiment and 2nd Embodiment.
立体造形システム1jは、立体造形装置100(図1参照)に代えて、立体造形装置100jを有する。立体造形装置100jは、SL法により立体造形を行う。例えば、図8(a)〜図8(c)に示すように立体造形が行われる。図8(a)〜図8(c)は、立体造形方法を示す工程断面図である。
The three-dimensional modeling system 1j has a three-
図8(a)に示す工程では、立体造形装置100jは、配置ヘッド151jでシート411,412を把持してビルドプレート401上に順に積層させる。これにより、シート411、シート412が順に積層された積層体400が形成される。各シート411,412は、長繊維、バインダー樹脂を含んだ織物、編み物、不織布のいずれかとすることができる。各シート411,412は、例えば、FRPのプリプレグ繊維強化シートとすることができる。図8(a)では、各シート411,412が織物である場合が例示されている。
In the process shown in FIG. 8A, the three-
図8(b)に示す工程では、配置装置200の押し込み機構201(図3参照)は、補強材107f,107gを積層体400における隙間に押し込む。積層体400における各シート411,412が織物である場合、多数の隙間が存在するため、補強材107fを容易に積層体400内に押し込むことができる。補強材107fは、棒状の形状を有することができる。補強材107a,107bは、例えば、鉄、銅、アルミ、ステンレス(磁性、非磁性)、銅鉄合金、フェライトなどの粒子、線、箔などが用いられ得る。
In the step shown in FIG. 8B, the pushing mechanism 201 (see FIG. 3) of the
図8(c)に示す工程では、積層体400が加熱され、複数のシート411,412が溶融して一体化された造形物400’が形成される。
In the step shown in FIG. 8C, the laminate 400 is heated, and a plurality of
以上のように、第3の実施形態では、立体造形システム1jにおいて、複数のシート411,412を積層したら融着させる前に2以上のシート411,412に跨る補強材107fを配置し、その後に複数のシート411,412を融着させる。これにより、立体造形の途中における造形物400’の変形を抑制できる。
As described above, in the third embodiment, in the three-dimensional modeling system 1j, when the plurality of
なお、図8(a)に示すような棒状の補強材107fに代えて、又は、棒状の補強材107fとともに、図8(a)に示すような横方向の構造も持った補強材107gを造形物400’内に配置してもよい。補強材107gは、ステープルの針を用いることができる。ステープルの針は強度、大きさからも適している。このような横方向の構造も持った補強材107gを配置することで、造形物の変形をさらに低減できる。
In addition, instead of the rod-shaped reinforcing
あるいは、図9(a)〜図9(c)に示すように、ビルドプレート401に代えて不織布401k上に複数のシート411〜413を順に積層させる場合、長繊維の補強材107hを採用することもできる。図9(a)〜図9(c)は、第3の実施形態の変形例における立体造形方法を示す工程断面図である。長繊維の補強材107hは、図9(a)に示すように、直接的に、各シート411〜413の隙間に押し込まれてもよい。
Alternatively, as shown in FIGS. 9A to 9C, when a plurality of
あるいは、図9(b)に示すように、針421に追従して層間にまたがって補強材107hを挿入し、さらに、図9(c)に示すように、横方向に補強材107hが各シート411〜413間に編み込まれてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 9B, the reinforcing
1,1i,1j 立体造形システム
100,100i,100j 立体造形装置
200 配置装置
1, 1i, 1j
Claims (6)
前記複数の層における少なくとも2以上の層に渡る補強材を配置固定する工程と、
を含むことを特徴とする立体造形方法。 A step of laminating and fusing a plurality of layers;
Arranging and fixing a reinforcing material over at least two or more layers of the plurality of layers;
3D modeling method characterized by including.
前記複数の層における少なくとも2以上の層に渡る補強材を配置固定する配置手段と、
を備えたことを特徴とする立体造形システム。 Laminating means for laminating and fusing a plurality of layers;
An arrangement means for arranging and fixing a reinforcing material over at least two or more layers of the plurality of layers;
3D modeling system characterized by comprising
ことを特徴とする請求項2に記載の立体造形システム。 The three-dimensional modeling system according to claim 2, wherein the arranging means inserts the reinforcing material across the layers by a movement in a traveling direction in a substantially straight line.
ことを特徴とする請求項2に記載の立体造形システム。 The three-dimensional modeling system according to claim 2, wherein the arranging means inserts the reinforcing material across the layers in a shape having a structure substantially parallel to the laminated surface and a structure substantially perpendicular to the laminated surface.
前記配置手段は、針に追従して層間にまたがって前記補強材を挿入する
ことを特徴とする請求項2に記載の立体造形システム。 The reinforcing material is a long fiber,
The three-dimensional modeling system according to claim 2, wherein the placement unit inserts the reinforcing material across the layers following the needle.
前記複数のシートのそれぞれは、長繊維とバインダー樹脂を含んだ織物、編み物、不織布のいずれかである
ことを特徴とする請求項2に記載の立体造形システム。 The stacking means stacks a plurality of sheets as the plurality of layers,
3. The three-dimensional modeling system according to claim 2, wherein each of the plurality of sheets is one of a woven fabric, a knitted fabric, and a nonwoven fabric containing long fibers and a binder resin.
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