JP2019157235A - Three-dimension model object production process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure.
従来から、様々な三次元造形物の製造方法が使用されている。このうち、三次元造形物を構成する構成材料粉末を含む材料を用いて層を形成して三次元造形物を製造する方法がある。
例えば、特許文献1には、構成材料粉末としての磁性金属粉末を磁場中で配向させた状態で積層し、三次元造形物を製造する方法が開示されている。
Conventionally, various methods for producing a three-dimensional structure have been used. Among these, there is a method of manufacturing a three-dimensional structure by forming a layer using a material containing constituent material powder constituting the three-dimensional structure.
For example, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a three-dimensional structure by laminating magnetic metal powders as constituent material powders while being oriented in a magnetic field.
三次元造形物は様々な用途で使用される。そして、三次元造形物の用途によっては、空隙を有する三次元造形物を製造することが望まれる場合がある。本発明者らが鋭意検討した結果、三次元造形物に設けられる空隙の形状などによって、該三次元造形物の特性が異なることが分かった。さらには、三次元造形物に設けられる空隙を所望の方向に配向することにより、三次元造形物の用途の幅を広げることができるうえ、これまで使用されてきた用途においても性能を向上させることができることが分かった。 Three-dimensional structures are used for various purposes. And depending on the use of a three-dimensional structure, it may be desired to manufacture a three-dimensional structure having a gap. As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that the characteristics of the three-dimensional structure differ depending on the shape of the gap provided in the three-dimensional structure. Furthermore, by orienting the gaps provided in the three-dimensional structure in the desired direction, the range of uses of the three-dimensional structure can be expanded, and the performance can be improved even in applications that have been used so far. I found out that
そこで、本発明の目的は、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物を製造することである。 Therefore, an object of the present invention is to manufacture a three-dimensional structure having voids oriented in a desired direction.
上記課題を解決するための本発明の第1の態様の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を構成する構成材料粉末と磁気異方性有機繊維とを含む流動性組成物を用いて層を形成する層形成工程と、前記層に磁場を印加する磁場印加工程と、前記磁気異方性有機繊維を除去して前記層に空隙を形成する空隙形成工程と、前記層を加熱して前記構成材料粉末を焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the first aspect of the present invention for solving the above problem uses a fluid composition containing constituent material powder and magnetic anisotropic organic fibers constituting the three-dimensional structure. A layer forming step of forming a layer, a magnetic field applying step of applying a magnetic field to the layer, a void forming step of removing the magnetic anisotropic organic fiber to form a void in the layer, and heating the layer And a sintering step of sintering the constituent material powder.
本態様によれば、構成材料粉末と磁気異方性有機繊維とを含む流動性組成物を用いて層を形成し、該層に磁場を印加して所望の方向に磁気異方性有機繊維を配向させ、該磁気異方性有機繊維を除去して該層に空隙を形成する。すなわち、使用する磁気異方性有機繊維に応じて所望の方向に磁場を印加して該磁気異方性有機繊維を所望の方向に配向させ、後に該磁気異方性有機繊維を除去して空隙を形成することで、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, a layer is formed using a fluid composition containing constituent material powder and magnetic anisotropic organic fibers, and a magnetic field is applied to the layers to form magnetic anisotropic organic fibers in a desired direction. Orientation is performed to remove the magnetic anisotropic organic fibers to form voids in the layer. That is, a magnetic field is applied in a desired direction according to the magnetic anisotropic organic fiber to be used to orient the magnetic anisotropic organic fiber in a desired direction, and then the magnetic anisotropic organic fiber is removed to form voids. By forming, a three-dimensional structure having voids oriented in a desired direction can be manufactured.
本発明の第2の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1の態様において、前記構成材料粉末は、磁気異方性を有することを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the constituent material powder has magnetic anisotropy.
本態様によれば、空隙を形成する磁気異方性有機繊維だけでなく、構成材料粉末も磁気異方性を有する。このため、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物を製造することができるうえ、三次元造形物の空隙以外の部分の特性も用途に合わせて向上させることが可能になる。 According to this aspect, not only the magnetic anisotropic organic fibers that form voids, but also the constituent material powders have magnetic anisotropy. For this reason, it is possible to manufacture a three-dimensional structure having voids oriented in a desired direction, and it is possible to improve characteristics of portions other than the voids of the three-dimensional structure according to the application.
本発明の第3の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1又は第2の態様において、前記磁場印加工程による前記層の配向状態を固定する配向固定工程を有することを特徴とする。 The method for producing a three-dimensional structure according to the third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, the method includes an orientation fixing step of fixing the orientation state of the layer by the magnetic field application step. .
本態様によれば、磁場印加工程による層の配向状態を固定する配向固定工程を有する。このため、流動性組成物が配向を維持しにくい組成であった場合でも、層の配向状態を維持したまま空隙を形成することができる。 According to this aspect, it has the orientation fixing process which fixes the orientation state of the layer by a magnetic field application process. For this reason, even when the fluid composition has a composition that is difficult to maintain the orientation, the voids can be formed while maintaining the orientation state of the layer.
本発明の第4の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第3のいずれか1項の態様において、少なくとも前記層形成工程と前記磁場印加工程とを繰り返すことで、前記層を積層することにより三次元造形物を製造可能であって、前記磁場印加工程における磁場方向を前記層のうちの一部において変えることを特徴とする。 The method for producing a three-dimensional structure according to the fourth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to third aspects, wherein at least the layer formation step and the magnetic field application step are repeated, so that the layer It is possible to manufacture a three-dimensional structure by laminating layers, and the magnetic field direction in the magnetic field applying step is changed in a part of the layers.
本態様によれば、磁場印加工程における磁場方向を一部の層において変えるので、空隙の形状を精細に制御することができる。このため、三次元造形物の用途の幅を効果的に広げることができるうえ、これまで使用されてきた用途においても性能を効果的に向上させることができる。 According to this aspect, the magnetic field direction in the magnetic field application step is changed in some layers, so that the shape of the gap can be precisely controlled. For this reason, the range of applications of the three-dimensional structure can be effectively expanded, and the performance can be effectively improved even in applications that have been used so far.
本発明の第5の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第4のいずれか1項の態様において、前記層形成工程は、前記層を可撓性フィルム上に形成することを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the fifth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the layer forming step forms the layer on a flexible film. It is characterized by.
一般的に、薄い(例えば1層や2層で構成される)三次元造形物を製造するのは難しい。薄い三次元造形物を損傷させることなく支持部から取り外すことが困難なためである。このため、薄い三次元造形物を製造する場合、一旦、厚い三次元造形物を製造し、該厚い三次元造形物を切削するなどして製造することが多かった。しかしながら、本態様によれば、層形成工程は層を可撓性フィルム上に形成するので、三次元造形物の製造後に可撓性フィルムを変形させつつ(撓ませて)剥すことができ、薄い三次元造形物を損傷させることなく支持部(可撓性フィルム)から取り外すことが容易である。このため、所望の方向に配向された空隙を有する薄い三次元造形物を損傷させることなく容易に製造できる。 Generally, it is difficult to manufacture a thin three-dimensional structure (for example, composed of one layer or two layers). This is because it is difficult to remove the thin three-dimensional structure from the support portion without damaging it. For this reason, when a thin three-dimensional structure is manufactured, a thick three-dimensional structure is manufactured once, and the thick three-dimensional structure is often manufactured by cutting. However, according to this aspect, since the layer forming step forms the layer on the flexible film, the flexible film can be peeled while being deformed (bent) after the three-dimensional structure is manufactured, and is thin. It is easy to remove from the support part (flexible film) without damaging the three-dimensional structure. For this reason, it can manufacture easily, without damaging the thin three-dimensional structure which has the space | gap orientated in the desired direction.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図1〜図4は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、2種類の材料供給部(ヘッドベース)を備えている。このうち、図1及び図2は、一の材料供給部(三次元造形物の構成材料を供給する材料供給部)のみを表した図である。また、図3及び図4は、別の一の材料供給部(三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持層形成用材料を供給する材料供給部)のみを表した図である。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIGS. 1-4 is a schematic block diagram which shows the structure of the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure based on one Embodiment of this invention.
Here, the three-dimensional structure manufacturing apparatus of the present embodiment includes two types of material supply units (head bases). Among these, FIG.1 and FIG.2 is a figure showing only one material supply part (material supply part which supplies the constituent material of a three-dimensional structure). 3 and 4 show another material supply unit (a material supply unit that supplies a material for forming a support layer that forms a support unit that supports the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is formed. ) Only.
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状(例えば、1層分の層で構成される形状)であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。 In addition, “three-dimensional modeling” in the present specification indicates that a so-called three-dimensional model is formed, and is, for example, a flat plate shape, a so-called two-dimensional shape (for example, one layer) Forming a shape having a thickness is also included. Further, “support” means not only the case of supporting from the lower side, but also the case of supporting from the lateral side and, in some cases, the case of supporting from the upper side.
また、本実施例の構成材料は、三次元造形物を構成する構成材料粉末P(図17及び図18参照)と、磁気異方性有機繊維F(図15及び図16参照)と、溶媒と、該溶媒に可溶なバインダーと、を含む三次元造形用ペースト(流動性材料)である。そして、本実施例の支持層形成用材料は、支持層形成用粉末と溶媒と該溶媒に可溶なバインダーとを含む三次元造形用ペースト(流動性材料)である。ただし、構成材料としての三次元造形用ペーストは、構成材料粉末Pと磁気異方性有機繊維Fとを含む流動性材料であれば組成や物性などに限定は無く、支持層形成用材料としての三次元造形用ペーストは、組成や物性などに特に限定は無い。 Moreover, the constituent material of a present Example is the constituent material powder P (refer FIG.17 and FIG.18) which comprises a three-dimensional structure, the magnetic anisotropic organic fiber F (refer FIG.15 and FIG.16), a solvent, And a three-dimensional modeling paste (flowable material) containing a binder soluble in the solvent. The support layer forming material of this example is a three-dimensional modeling paste (flowable material) including a support layer forming powder, a solvent, and a binder soluble in the solvent. However, the three-dimensional modeling paste as the constituent material is not limited in composition and physical properties as long as it is a fluid material containing the constituent material powder P and the magnetic anisotropic organic fiber F, and the support layer forming material The three-dimensional modeling paste is not particularly limited in composition and physical properties.
本実施例の三次元造形物の製造装置2000(以下、形成装置2000という)は、後述するように、構成材料に加えて支持層形成用材料を用いて三次元造形物を形成可能な構成となっている。しかしながら、形成可能な形状などが限定される場合があるが、支持層形成用材料を用いることなく三次元造形物を形成する構成であってもよい。 The three-dimensional structure manufacturing apparatus 2000 (hereinafter, referred to as a forming apparatus 2000) according to the present embodiment has a configuration capable of forming a three-dimensional structure using a support layer forming material in addition to the constituent materials, as will be described later. It has become. However, although the shape etc. which can be formed may be limited, the structure which forms a three-dimensional structure without using a support layer forming material may be sufficient.
図1及び図3に示す形成装置2000は、基台110と、基台110に備える駆動手段としての駆動装置111によって、図示するX,Y,Z方向の移動、あるいはZ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ120を備えている。
そして、図1及び図2で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部1230を備えるヘッドユニット1400を複数保持するヘッドベース1100が保持固定される、ヘッドベース支持部130を備えている。
また、図3及び図4で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部1730を備えるヘッドユニット1900を複数保持するヘッドベース1600が保持固定される、ヘッドベース支持部730と、を備えている。
ここで、ヘッドベース1100と、ヘッドベース1600とは、XY平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部1230と支持層形成用材料吐出部1730とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
The forming
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
As shown in FIGS. 3 and 4, one end is fixed to the
Here, the
The constituent
ステージ120上には、三次元造形物500が形成される過程での層501、502及び503が形成される。三次元造形物500の形成の際(例えば、詳細は後述するが層501、502、503、・・・50nの配向状態を固定する際)には、不図示の加熱部などにより熱エネルギーの照射などを行ってもよい。熱エネルギーの照射などを行う場合、ステージ120の熱からの保護のため、耐熱性を有する試料プレート121を用いて、試料プレート121の上に三次元造形物500を形成してもよい。本実施形態の試料プレート121は頑丈で製造の容易な金属製のものである。しかしながら、試料プレート121としては、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に脱脂や焼結などがされる三次元造形物500の構成材料との反応性も低く、三次元造形物500の変質を防止することができる。
On the
なお、図1及び図3では、説明の便宜上、層501、502及び503の3層を例示したが、所望の三次元造形物500の形状まで(図1及び図3中の層50nまで)積層される。また、例えば1層や2層で構成される薄い三次元造形物500を製造する場合は、試料プレート121の代わりに可撓性フィルムを使用することができる。可撓性フィルムは可撓性が有るので、三次元造形物500を可撓性フィルムから取り外す際に、可撓性フィルムを変形させて(撓ませて)取り外すことができ、三次元造形物500を変形させることなく、簡単に、三次元造形物500を可撓性フィルムから取り外すことができる。
In FIGS. 1 and 3, for convenience of explanation, three
図1及び図3で表されるように、層501、502、503、・・・50nは、各々、支持層形成用材料吐出部1730から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層300と、構成材料吐出部1230から吐出される構成材料で形成される構成層310と、で構成される。
なお、本実施形態の形成装置2000は、三次元造形物500の構成材料のほか支持層形成用材料を用いて層501、502、503、・・・50nと複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であるが、上記のように、支持層形成用材料を用いることなく複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 3, each of the
In addition, the forming
また、図2は、図1に示すヘッドベース1100を示すC部拡大概念図である。図2に示すように、ヘッドベース1100は、複数のヘッドユニット1400が保持されている。詳細は後述するが、1つのヘッドユニット1400は、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230が保持治具1400aに保持されることで構成される。構成材料吐出部1230は、吐出ノズル1230aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1230aから構成材料を吐出させる吐出駆動部1230bと、を備えている。
FIG. 2 is an enlarged conceptual view of a C portion showing the
図4は、図3に示すヘッドベース1600を示すC’部拡大概念図である。図4に示すように、ヘッドベース1600は、複数のヘッドユニット1900が保持されている。ヘッドユニット1900は、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730が保持治具1900aに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部1730は、吐出ノズル1730aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1730aから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部1730bと、を備えている。
FIG. 4 is an enlarged conceptual diagram of a C ′ portion showing the
図1及び図2で表されるように、構成材料吐出部1230は、ヘッドベース1100に保持されるヘッドユニット1400それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット1210と供給チューブ1220により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット1210から構成材料吐出部1230に供給される。構成材料供給ユニット1210には、本実施形態に係る形成装置2000によって造形される三次元造形物500の構成材料が構成材料収容部1210aに収容され、個々の構成材料収容部1210aは、供給チューブ1220によって、個々の構成材料吐出部1230に接続されている。このように、個々の構成材料収容部1210aを備えることにより、ヘッドベース1100から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the constituent
図3及び図4で表されるように、支持層形成用材料吐出部1730は、ヘッドベース1600に保持されるヘッドユニット1900それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット1710と供給チューブ1720により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット1710から支持層形成用材料吐出部1730に供給される。支持層形成用材料供給ユニット1710には、三次元造形物500を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料が支持層形成用材料収容部1710aに収容され、個々の支持層形成用材料収容部1710aは、供給チューブ1720によって、個々の支持層形成用材料吐出部1730に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部1710aを備えることにより、ヘッドベース1600から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。
なお、本実施形態の形成装置2000で使用される構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについての詳細は後述する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the support layer forming
In addition, the detail about each paste for 3D modeling as a constituent material used with the forming
形成装置2000には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物500の造形用データに基づいて、上述したステージ120、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230、並びに、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730を制御する制御手段としての制御ユニット400を備えている。そして、制御ユニット400は、ステージ120及び構成材料吐出部1230が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ120及び支持層形成用材料吐出部1730が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部としての役割を兼ねている。
The forming
基台110に移動可能に備えられているステージ120は、制御ユニット400からの制御信号に基づき、ステージコントローラー410においてステージ120の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台110に備える駆動装置111に送られ、図示するX、Y、Z方向にステージ120が移動する。ヘッドユニット1400に備える構成材料吐出部1230では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において構成材料吐出部1230に備える吐出駆動部1230bにおける吐出ノズル1230aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1230aから所定量の構成材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット1900に備える支持層形成用材料吐出部1730では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において支持層形成用材料吐出部1730に備える吐出駆動部1730bにおける吐出ノズル1730aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1730aから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
The
Similarly, in the support layer forming
また、図1及び図3で表されるように、形成装置2000には、磁場印加部1000が形成されており、層501、502、503、・・・50nに向けて方向D(積層方向)の磁場を印加することが可能な構成になっている。そして、磁場印加部1000も、制御ユニット400による制御で、磁場を印加することが可能な構成になっている。なお、本実施例の形成装置2000(磁場印加部1000)は積層方向に磁場を印加することが可能な構成になっているが、積層方向と交差する方向にも(積層方向に対して傾いた角度で)磁場を印加することが可能な構成となっている。なお、本実施例の磁場印加部1000は、5テスラ以上の磁場を印加可能な超伝導マグネットであるが、所望の磁場を印加可能であれば磁場印加部に特に限定はない。
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the forming
次に、ヘッドユニット1400についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット1900は、ヘッドユニット1400と同様の構成である。このため、ヘッドユニット1900についての詳細な構成の説明は省略する。
図5、並びに、図6〜図8は、ヘッドベース1100に複数保持されるヘッドユニット1400及び構成材料吐出部1230の保持形態の一例を示し、このうち図6〜図8は、図1から図4に示す方向Dからのヘッドベース1100の外観図である。
Next, the
5 and FIGS. 6 to 8 show an example of a holding form of a plurality of
図5に示すように、ヘッドベース1100に複数のヘッドユニット1400が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図6〜図8で表されるように、本実施形態に係る形成装置2000のヘッドベース1100では、図下方より第1列目のヘッドユニット1401、第2列目のヘッドユニット1402、第3列目のヘッドユニット1403、そして第4列目のヘッドユニット1404の、4ユニットが千鳥状(互い違い)に配置されたヘッドユニット1400を備えている。そして、図6で表されるように、ステージ120をヘッドベース1100に対してX方向に移動させながら各ヘッドユニット1400から構成材料を吐出させて構成層構成部50(構成層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。構成層構成部50の形成手順については後述する。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット1401〜1404に備える構成材料吐出部1230は、吐出駆動部1230bを介して構成材料供給ユニット1210に供給チューブ1220で繋がれる構成となっている。
As shown in FIG. 5, a plurality of
Although not shown, the constituent
図5に示すように、構成材料吐出部1230は吐出ノズル1230aから、ステージ120上に載置された試料プレート121上に向けて三次元造形物500の構成材料(ペースト状の流動性材料)である材料Mが吐出される。ヘッドユニット1401では、材料Mが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット1402では、材料Mが連続体状で供給される吐出形態を例示している。材料Mの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では材料Mは液滴状で吐出される形態により説明する。
As shown in FIG. 5, the constituent
吐出ノズル1230aから液滴状に吐出された材料Mは、略重力方向に飛翔し、試料プレート121上に着弾する。ステージ120は移動し、着弾した材料Mにより構成層構成部50が形成される。この構成層構成部50の集合体が、試料プレート121上に形成される三次元造形物500の構成層310(図1参照)として形成される。
The material M discharged in the form of droplets from the
次に、構成層構成部50の形成手順について、図6〜図8、並びに、図9及び図10を用いて説明する。
図6〜図8は、本実施形態のヘッドユニット1400の配置と、構成層構成部50の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図9及び図10は、構成層構成部50の形成形態を概念的に表す側面図である。
Next, a procedure for forming the constituent layer
6 to 8 are plan views conceptually illustrating the relationship between the arrangement of the
まず、ステージ120が+X方向に移動すると、複数の吐出ノズル1230aから材料Mが液滴状に吐出され、試料プレート121の所定の位置に材料Mが配置され、構成層構成部50が形成される。
より具体的には、まず、図9で表されるように、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから試料プレート121の所定の位置に一定の間隔で材料Mを配置させる。
First, when the
More specifically, first, as illustrated in FIG. 9, the material M is arranged at predetermined intervals from the plurality of
次に、図10で表されるように、ステージ120を−X方向に移動させながら、一定の間隔で配置された材料Mの間を埋めるように新たに材料Mを配置させる。
ただし、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから試料プレート121の所定の位置に材料Mが重なるように(間隔を空けないように)配置させる構成(ステージ120のX方向における往復移動で構成層構成部50を形成する構成ではなく、ステージ120のX方向における片側の移動のみで構成層構成部50を形成する構成)としても良い。
Next, as illustrated in FIG. 10, the material M is newly arranged so as to fill the space between the materials M arranged at a constant interval while moving the
However, a configuration in which the material M overlaps a predetermined position of the
上記のように構成層構成部50を形成することによって、図6で表されるような、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のX方向における1ライン分(Y方向における1ライン目)の構成層構成部50(構成層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。
By forming the constituent
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における2ライン目の構成層構成部50’(構成層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをPとすると、P/n(nは自然数)ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。本実施例ではnを3として説明する。
図9及び図10で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図7で表されるような、Y方向における2ライン目の構成層構成部50’(構成層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)が形成される。
Next, in order to form the second layer constituent layer
By performing the same operation as described above as represented in FIG. 9 and FIG. 10, the constituent
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における3ライン目の構成層構成部50’’(構成層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、P/3ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。
そして、図9及び図10で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図8で表されるような、Y方向における3ライン目の構成層構成部50’’(構成層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)が形成され、構成層310を得ることができる。
Next, the third layer constituent layer
Then, by performing the same operation as described above as shown in FIG. 9 and FIG. 10, the constituent layer
また、構成材料吐出部1230から吐出される材料Mを、ヘッドユニット1401、1402、1403、1404のいずれか1ユニット、あるいは2ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置2000を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物500を得ることができる。
Further, the material M discharged from the component
なお、第1層目の層501において、上述したように構成層310を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料を吐出させて、同様の方法で、支持層300を形成することができる。そして、層501に積層させて層502、503、・・・50nを形成する際にも、同様に、構成層310及び支持層300を形成することができる。
In the
上述の本実施形態に係る形成装置2000が備えるヘッドユニット1400及び1900の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図11及び図12に、その例として、ヘッドベース1100に配置されるヘッドユニット1400の、その他の配置の例を模式図的に示す。
The number and arrangement of the
図11は、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400をX軸方向に複数、並列させた形態を示す。図12は、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。
FIG. 11 shows a form in which a plurality of
次に、本実施例の構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについて詳細に説明する。
構成材料の構成材料粉末P及び支持層形成用材料の支持層形成用粉末としては、強磁性や軟磁性を有さない材料が好ましく、例えばマグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)の単体粉末、もしくはこれらの金属を1つ以上含み、強磁性や軟磁性を有さない合金(チタニウム合金、アルミニウム合金、銅合金)などを用いることが可能である。なお単体では強磁性や軟磁性を有する材料であっても、合金としては強磁性や軟磁性を有さない材料、例えばヘマタイト(α−Fe2O3)や非磁性ステンレス(17Cr−17Mn−7.3Ni)などの合金を用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、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を用いることが可能である。その他、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(樹脂)も用いることが可能である。
このように、構成材料粉末P及び支持層形成用粉末は強磁性や軟磁性を有さない材料であればよく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO)などを好ましく使用可能である。
Next, each of the three-dimensional modeling pastes as the constituent material and the support layer forming material of this example will be described in detail.
As the constituent material powder P of the constituent material and the support layer forming powder of the support layer forming material, a material having no ferromagnetism or soft magnetism is preferable. For example, magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti) Copper (Cu) simple powder, or an alloy containing one or more of these metals and not having ferromagnetism or soft magnetism (titanium alloy, aluminum alloy, copper alloy) or the like can be used. In addition, even if it is a material having ferromagnetism or soft magnetism alone, the alloy does not have ferromagnetism or soft magnetism, such as hematite (α-Fe 2 O 3 ) or nonmagnetic stainless steel (17Cr-17Mn-7). .3Ni) and other alloys can be used.
In addition, general-purpose engineering plastics such as polyamide, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, and polyethylene terephthalate can be used. In addition, engineering plastics (resins) such as polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, and polyetheretherketone can also be used.
Thus, the constituent material powder P and the support layer forming powder may be any material that does not have ferromagnetism or soft magnetism, and metals other than the above metals, ceramics, resins, and the like can be used. In addition, titanium dioxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO) and the like can be preferably used.
ただし、詳細は後述するが、構成材料粉末Pは磁気違法性を有する粉末であることが特に好ましい。
例えば、配向方向が磁場に対して平行(結晶軸におけるc軸が平行)な粉末としては、α−Al2O3、α−SiC、TiO2、La9.33Si6O26、Y2O3、CeO2などの粉末を好ましく使用可能である。また、配向方向が磁場に対して垂直な粉末としては、AlN、ZnO、ハイドロキシアパタイト、α−Si3N4、PbTiO3、CaBi4Ti4O15、LiCoO2、などの粉末を好ましく使用可能である。
そして、例えば、蛍光体として三次元造形物500を使用する場合は、YAG蛍光体(Ce:YAG)の形成が可能な、イットリウム(Y)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)などを含む粉末を好ましく使用可能である。
However, although the details will be described later, the constituent material powder P is particularly preferably a powder having magnetic illegality.
For example, α-Al 2 O 3 , α-SiC, TiO 2 , La 9.3 3Si 6 O 26 , Y 2 O may be used as the powder whose orientation direction is parallel to the magnetic field (the c axis in the crystal axis is parallel). 3. Powders such as CeO 2 can be preferably used. As the powder whose orientation direction is perpendicular to the magnetic field, powders such as AlN, ZnO, hydroxyapatite, α-Si 3 N 4 , PbTiO 3 , CaBi 4 Ti 4 O 15 , LiCoO 2 can be preferably used. is there.
For example, when the three-
構成材料の磁気異方性有機繊維Fとしては、配向方向が磁場に対して平行な磁気異方性有機繊維Fとして、全芳香族ポリエステル繊維、カーボンファイバー(カーボンナノファイバー、鉛筆やメカニカルペンシルなどの芯)、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール(PBO)などを好ましく使用可能である。また、配向方向が磁場に対して垂直な磁気異方性有機繊維Fして、セルロースファイバーなどを好ましく使用可能である。 As the magnetic anisotropic organic fiber F of the constituent material, the fully anisotropic polyester fiber, carbon fiber (carbon nanofiber, pencil, mechanical pencil, etc.) are oriented as the magnetic anisotropic organic fiber F whose orientation direction is parallel to the magnetic field. Core), polyparaphenylene benzoxazole (PBO) and the like can be preferably used. In addition, cellulose fibers and the like can be preferably used as the magnetic anisotropic organic fibers F whose orientation direction is perpendicular to the magnetic field.
溶剤としては、例えば、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)等のイオン液体等を用いることが可能であり、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the solvent include water; (poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether; ethyl acetate, n-propyl acetate, acetic acid Acetic acid esters such as iso-propyl, n-butyl acetate and iso-butyl acetate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, ethyl n-butyl ketone, diisopropyl ketone, acetylacetone Ketones such as ethanol; alcohols such as ethanol, propanol, butanol; tetraalkylammonium acetates; dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, etc. Phoxide solvents; pyridine solvents such as pyridine, γ-picoline, 2,6-lutidine, etc .; ionic liquids such as tetraalkylammonium acetate (for example, tetrabutylammonium acetate, etc.) can be used. These can be used alone or in combination of two or more.
バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール(ポバール)や、ポリビニルブチラール、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)或いはその他の熱可塑性樹脂を用いることが可能である。 Examples of the binder include polyvinyl alcohol (Poval), polyvinyl butyral, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, cellulose resin, or other synthetic resins, PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide). Alternatively, other thermoplastic resins can be used.
次に、上記形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図13及び図14は、夫々、三次元造形物の製造方法の一実施例に係るフローチャートである。
また、図15は、磁場を印加していない場合(磁場印加工程を実行しなかった場合)の磁気異方性有機繊維Fの状態を表す概略図である。一方、図16は、磁場を印加した場合(磁場印加工程を実行した場合)の磁気異方性有機繊維Fの状態(配向状態)を表す概略図である。
そして、図17は磁場を印加していない場合の構成材料粉末Pの状態を表す概略図であり、図18は磁場を印加した場合の構成材料粉末Pの状態(配向状態)を表す概略図である。
また、図19は磁場の印加方法例(磁場印加工程の実行例)を表す概略図である。
Next, an example of a manufacturing method of a three-dimensional structure performed using the forming
Here, FIG.13 and FIG.14 is a flowchart which concerns on one Example of the manufacturing method of a three-dimensional structure, respectively.
FIG. 15 is a schematic view showing the state of the magnetic anisotropic organic fiber F when no magnetic field is applied (when the magnetic field application step is not executed). On the other hand, FIG. 16 is a schematic diagram showing a state (orientation state) of the magnetic anisotropic organic fiber F when a magnetic field is applied (when a magnetic field application step is executed).
FIG. 17 is a schematic view showing the state of the constituent material powder P when no magnetic field is applied, and FIG. 18 is a schematic view showing the state (orientation state) of the constituent material powder P when the magnetic field is applied. is there.
FIG. 19 is a schematic diagram showing a magnetic field application method example (execution example of a magnetic field application step).
最初に、図13で表される三次元造形物の製造方法の実施例について説明する。
図13で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップS110で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物500の形状を表すデータを取得する。
Initially, the Example of the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIG. 13 is described.
As shown in FIG. 13, in the three-dimensional structure manufacturing method of the present embodiment, first, in step S <b> 110, data of the three-dimensional structure is acquired. Specifically, for example, data representing the shape of the three-
次に、ステップS120で、制御ユニット400の制御により、層毎のデータを作成(生成)する。詳細には、三次元造形物500の形状を表すデータにおいて、Z方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータを生成する。
Next, in step S120, data for each layer is created (generated) under the control of the
次に、ステップS130の層形成工程で、制御ユニット400の制御により、ステップS120で生成したビットマップデータに基づき、構成材料吐出部1230から流動性材料(構成材料)を吐出して(なお、場合によっては、支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料も吐出して)、ビットマップデータに基づく構成層構成部50(構成層310)を形成する。
Next, in the layer forming process of step S130, the
次に、ステップS140の磁場印加工程で、制御ユニット400の制御により磁場印加部1000を駆動して、構成材料が流動性を有した状態で磁場を印加する。なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、上記形成装置2000を用いるので、層501、502、503、・・・50nに向けて積層方向(方向Dに沿う方向)だけでなく該積層方向と交差する方向にも磁場を印加することが可能である。ここで、ステップS140の磁場印加工程は、ステップS130の層形成工程と同時に実行してもよい。また、本実施例においては、磁気異方性有機繊維Fだけでなく磁気違法性を有する構成材料粉末Pも配向させるので5テスラ以上の磁場を印加可能な磁場印加部1000(超伝導マグネット)を用いて本ステップを実行することとしたが、磁気異方性有機繊維Fだけを配向させる場合は2テスラ程度の磁場を印加可能な磁場印加部1000を用いてもよい。
Next, in the magnetic field application process of step S140, the magnetic
図15はステップS140の実行前の磁気異方性有機繊維Fの状態を模式的に表しており、図16はステップS140の実行後(方向Dの磁場を印加した後)の磁気異方性有機繊維Fの状態を模式的に表している。そして、図17はステップS140の実行前の磁気違法性を有する構成材料粉末Pの状態を模式的に表しており、図18はステップS140の実行後(方向Dの磁場を印加した後)の磁気違法性を有する構成材料粉末Pの状態を模式的に表している。なお、図15及び図16においては、配向方向が磁場に対して平行な磁気異方性有機繊維Fを用いた場合を表している。そして、図17及び図18においては、配向方向が磁場に対して平行な磁気違法性を有する構成材料粉末Pを用いた場合を表している。ただし、配向方向が磁場に対して垂直な磁気違法性を有する構成材料(磁気異方性有機繊維F及び磁気違法性を有する構成材料粉末P)を使用してもよく、構成材料粉末Pとしては磁気違法性を有する構成材料粉末Pを用いなくてもよい。 FIG. 15 schematically shows the state of the magnetic anisotropic organic fiber F before the execution of step S140, and FIG. 16 shows the magnetic anisotropic organic after the execution of step S140 (after applying the magnetic field in the direction D). The state of the fiber F is schematically represented. FIG. 17 schematically shows the state of the constituent material powder P having magnetic illegality before execution of step S140, and FIG. 18 shows the magnetism after execution of step S140 (after applying the magnetic field in the direction D). The state of the constituent material powder P having illegality is schematically shown. 15 and 16 show the case where the magnetic anisotropic organic fiber F whose orientation direction is parallel to the magnetic field is used. 17 and 18 show the case where the constituent material powder P having the magnetic illegality whose orientation direction is parallel to the magnetic field is used. However, a constituent material having magnetic illegality whose orientation direction is perpendicular to the magnetic field (magnetic anisotropic organic fiber F and constituent material powder P having magnetic illegality) may be used. It is not necessary to use the constituent material powder P having magnetic illegality.
ここで、配向方向が磁場に対して平行な構成材料(磁気異方性有機繊維及び磁気違法性を有する構成材料粉末P)を使用する場合は、上記形成装置2000を用いることで、該磁気異方性有機繊維F及び該構成材料粉末Pの配向を揃えることができる。磁気異方性有機繊維F及び構成材料粉末Pは、磁場方向に沿って配向するためである。
一方、配向方向が磁場に対して垂直な構成材料(磁気異方性有機繊維F及び磁気違法性を有する構成材料粉末P)を使用する場合は、上記形成装置2000を用いても該磁気異方性有機繊維F及び該構成材料粉末Pの配向を揃えることができない場合がある。磁場方向に対して垂直な方向に360°ばらついて磁気異方性有機繊維F及び構成材料粉末Pが配向する場合があるためである。このため、磁場印加部1000として、例えば図19で表されるような構成の磁場印加部1000を備える形成装置2000を用いることで、該構成材料の配向を揃えることができる。
Here, in the case of using a constituent material (magnetic anisotropic organic fiber and constituent material powder P having magnetic illegality) whose orientation direction is parallel to the magnetic field, the above-described forming
On the other hand, when the constituent material (the magnetic anisotropic organic fiber F and the constituent material powder P having magnetic illegality) whose orientation direction is perpendicular to the magnetic field is used, the magnetic anisotropy is obtained even if the forming
図19で表される磁場印加部1000は、ステージ120に回転方向Eに回転可能(三次元造形物500の支持面120bと直交する方向を回転軸として回転可能)な回転部120aを備えており、支持面120bと平行である方向Gの磁場を印加することが可能な構成になっている。そして、回転を止めた状態で回転部120aに三次元造形物500の層501、502、503、・・・50nを形成し(ステップS130)、回転部120aを回転方向Eに回転させつつ方向Gの磁場を印加する(ステップS140)ことで、配向方向が磁場に対して垂直な構成材料の配向を揃える(詳細には、回転軸に沿う方向に揃える)ことができる構成になっている。
A magnetic
次に、ステップS160により、制御ユニット400において、ステップS120で生成したビットマップデータに基づく構成層構成部50の形成が終了したか否かを判断する。該構成層構成部50の形成が終了していないと判断した場合はステップS130に戻り、該構成層構成部50の形成が終了したと判断した場合はステップS170に進む。すなわち、制御ユニット400の制御により、ステップS120において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物500の積層物の造形が終了するまで、ステップS130からステップS160までが繰り返される。
Next, in step S160, the
次に、ステップS170の空隙形成工程により、例えば不図示の恒温槽において、上記ステップで形成した三次元造形物500の積層物を加熱して脱脂を実行する。該脱脂に伴い、磁気異方性有機繊維Fは除去(気化)されるので、該磁気異方性有機繊維Fの位置していた部分は空隙となる。
Next, in the void forming process in step S170, for example, in a thermostat (not shown), the laminate of the three-
そして、ステップS180の焼結工程により、例えば不図示の恒温槽において、上記ステップで形成した三次元造形物500の積層物を加熱して構成材料粉末Pを焼結させる。
そして、本ステップS180の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
And by the sintering process of step S180, for example, in the thermostat not shown, the laminate of the three-
And the manufacturing method of the three-dimensional structure of a present Example is complete | finished with completion | finish of this step S180.
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、三次元造形物500として、ディスプレイなどに使用可能なYAG蛍光体を作成するため、以下の組成の構成材料を使用した。ここで、溶媒としては適量の水を用いた。
[構成材料粉末P]
Y2O3:16.9部(56.41%)
Al2O3:12.8部(42.72%)
CeO2:0.26部(0.87%)
なお、元素組成比は、Y:Al:O:Ce=2.97:5:12:0.03である。
これらの紛体の粒径は、何れも0.1μm〜3μm(D50)であった。
[磁気異方性有機繊維F]
全芳香族ポリエステル繊維:径0.5μm〜10μm、繊維長20μm〜150μm
[バインダー]
ポリビニルアルコール:デンカポバールB−05(DENKA製)
[構成材料組成]
構成材料粉末P:磁気異方性有機繊維F:バインダー=50:15.33:80
In the method of manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, a constituent material having the following composition was used as the three-
[Component material powder P]
Y 2 O 3 : 16.9 parts (56.41%)
Al 2 O 3 : 12.8 parts (42.72%)
CeO 2 : 0.26 part (0.87%)
The elemental composition ratio is Y: Al: O: Ce = 2.97: 5: 12: 0.03.
The particle size of these powders was 0.1 μm to 3 μm (D50).
[Magnetic anisotropic organic fiber F]
Totally aromatic polyester fiber: diameter 0.5 μm to 10 μm, fiber length 20 μm to 150 μm
[binder]
Polyvinyl alcohol: DENKA POVAL B-05 (manufactured by DENKA)
[Component material composition]
Constituent material powder P: Magnetic anisotropic organic fiber F: Binder = 50: 15.33: 80
次に、図14で表される三次元造形物の製造方法の実施例について説明する。
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図13で表される三次元造形物の製造方法に対して、ステップS150の配向固定工程を含むこと以外は同様である。このため、ステップS150以外の説明については省略する。
Next, the Example of the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIG. 14 is described.
In addition, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment is the same as the manufacturing method of the three-dimensional structure illustrated in FIG. 13 except that the orientation fixing step of Step S150 is included. For this reason, descriptions other than step S150 are omitted.
図14で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップS140の磁場印加工程後、ステップS150の配向固定工程を実行する。具体的には、形成装置2000における不図示の加熱部により加熱して、三次元造形物500の層501、502、503、・・・50nから溶媒を揮発させた。
As shown in FIG. 14, in the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the orientation fixing step in step S <b> 150 is performed after the magnetic field application step in step S <b> 140. Specifically, the solvent was volatilized from the
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップS150の配向固定工程において、溶媒を揮発させることで三次元造形物500の層501、502、503、・・・50nにおける構成材料の配向を固定させたが、このような方法に限定されない。例えば、構成材料に紫外線硬化樹脂などを含有させ、紫外線を照射することで構成材料の配向を固定させてもよい。
In addition, in the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment, the constituent materials in the
上記のように、図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法は、三次元造形物500を構成する構成材料粉末Pと磁気異方性有機繊維Fとを含む構成材料(流動性組成物)を用いて層501、502、503、・・・50nを形成する層形成工程(ステップS130)と、構成材料が流動性を有した状態で層501、502、503、・・・50nに磁場を印加する磁場印加工程(ステップS140)と、磁気異方性有機繊維Fを除去して層501、502、503、・・・50nに空隙を形成する空隙形成工程(ステップS170)と、層501、502、503、・・・50nを加熱して構成材料粉末Pを焼結する焼結工程(ステップS180)と、を有する。
As described above, the manufacturing method of the three-dimensional structure illustrated in FIG. 13 and FIG. 14 includes a constituent material (flow) including the constituent material powder P and the magnetic anisotropic organic fiber F that constitute the three-
このように、図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法は、構成材料粉末Pと磁気異方性有機繊維Fとを含む流動性組成物を用いて層を形成し、該層に磁場を印加して所望の方向に磁気異方性有機繊維Fを配向させ、該磁気異方性有機繊維Fを除去して該層に空隙を形成する。すなわち、使用する磁気異方性有機繊維Fに応じて所望の方向に磁場を印加して該磁気異方性有機繊維Fを所望の方向に配向させ、後に該磁気異方性有機繊維Fを除去して空隙を形成することで、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物500を製造することができる。
Thus, the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIG.13 and FIG.14 forms a layer using the fluid composition containing the constituent material powder P and the magnetic anisotropic organic fiber F, A magnetic field is applied to the layer to orient the magnetic anisotropic organic fibers F in a desired direction, and the magnetic anisotropic organic fibers F are removed to form voids in the layer. That is, a magnetic field is applied in a desired direction according to the magnetic anisotropic organic fiber F to be used to orient the magnetic anisotropic organic fiber F in a desired direction, and then the magnetic anisotropic organic fiber F is removed. By forming the voids, the three-
ここで、磁気異方性有機繊維Fだけでなく、構成材料粉末Pも磁気異方性を有することが好ましい。空隙を形成する磁気異方性有機繊維Fだけでなく、構成材料粉末Pも磁気異方性を有することで、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物500を製造することができるうえ、三次元造形物500の空隙以外の部分の特性も用途に合わせて向上させることが可能になるためである。
Here, it is preferable that not only the magnetic anisotropic organic fiber F but also the constituent material powder P has magnetic anisotropy. Not only the magnetic anisotropic organic fibers F that form voids but also the constituent material powder P has magnetic anisotropy, so that a three-
また、図14で表される三次元造形物の製造方法のように、磁場印加工程による層の配向状態を固定する配向固定工程を有することで、流動性組成物が配向を維持しにくい組成であった場合(例えば磁場の印加をやめると例えば図15及び図17で表されるように直ぐに流動性組成物の配向が崩れて元の状態に戻りやすい場合)でも、層の配向状態を維持したまま空隙を形成することができる。 Moreover, like the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIG. 14, it has a composition in which the fluid composition is difficult to maintain the orientation by having an orientation fixing step of fixing the orientation state of the layer by the magnetic field application step. Even if there is (for example, when the application of the magnetic field is stopped, the orientation of the fluid composition immediately collapses to return to the original state as shown in FIGS. 15 and 17, for example), the orientation state of the layer is maintained. A void can be formed as it is.
なお、上記のように、本実施形態の形成装置2000は、層501、502、503、・・・50nに向けて積層方向だけでなく該積層方向と交差する方向にも磁場を印加することが可能である。そして、磁場を印加する方向は、層501、502、503、・・・50n毎に替えることができる。
すなわち、図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法は、少なくとも層形成工程と磁場印加工程とを繰り返すことで、層501、502、503、・・・50nを積層することにより三次元造形物500を製造可能であって、磁場印加工程における磁場方向を層501、502、503、・・・50nのうちの一部において変えることができる。
このため、例えば、積層方向に平行な直線の空隙を作成するよりも長い空隙(ジグザグ形状の空隙など)を作成することなどができ、三次元造形物500の用途の幅を効果的に広げることができるうえ、これまで使用されてきた用途においても性能を効果的に向上させることができる。
As described above, the forming
That is, the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIGS. 13 and 14 repeats at least the layer formation step and the magnetic field application step, thereby stacking the
For this reason, for example, it is possible to create a longer gap (such as a zigzag-shaped gap) than to create a straight gap parallel to the stacking direction, and effectively widen the range of uses of the three-
また、上記のように、本実施形態の形成装置2000は、試料プレート121の代わりに可撓性フィルムを使用することができる。
すなわち、図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法は、層形成工程において、層501、502、503、・・・50nを可撓性フィルム上に形成することができる。
一般的に、薄い(例えば1層や2層で構成される)三次元造形物500を製造するのは難しい。薄い三次元造形物500を損傷させることなく支持部(ステージ120や試料プレート121)から取り外すことが困難なためである。このため、薄い三次元造形物500を製造する場合、一旦、厚い三次元造形物500を製造し、該厚い三次元造形物500を切削するなどして製造することが多かった。しかしながら、図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法を実行することで、層形成工程では層501、502、503、・・・50nを可撓性フィルム上に形成するので、三次元造形物500の製造後に可撓性フィルムを変形させつつ(撓ませて)剥すことができ、薄い三次元造形物500を損傷させることなく支持部(可撓性フィルム)から取り外すことが容易である。このため、図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法を実行することで、所望の方向に配向された空隙を有する薄い三次元造形物500を損傷させることなく容易に製造できる。
Further, as described above, the forming
That is, the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIGS. 13 and 14 can form the
In general, it is difficult to manufacture a thin three-dimensional structure 500 (for example, composed of one layer or two layers). This is because it is difficult to remove the thin three-
図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法の実施例においては、イットリウム(Y)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)などを含む粉末を用い、YAG蛍光体を作成したが、YAG蛍光体を使用するディスプレイなどにおいては、薄い三次元造形物が使用される。このように、ディスプレイなどにYAG蛍光体を使用する場合、空隙の向きを一定方向に揃えることで光の乱反射などを抑制でき、高精度なディスプレイとすることができる。図13及び図14で表される三次元造形物の製造方法を実行することにより作成される三次元造形物500(YAG蛍光体)は、空隙の向きを一定方向に揃えることができるので、該YAG蛍光体を使用することで高精度なディスプレイとすることができる。 In the example of the method for manufacturing the three-dimensional structure represented in FIGS. 13 and 14, the YAG phosphor was prepared using powder containing yttrium (Y), aluminum (Al), cerium (Ce), and the like. In a display using a YAG phosphor, a thin three-dimensional structure is used. Thus, when using a YAG phosphor in a display or the like, irregular reflection of light or the like can be suppressed by aligning the direction of the air gap in a certain direction, and a highly accurate display can be obtained. Since the three-dimensional structure 500 (YAG phosphor) created by executing the method for manufacturing the three-dimensional structure shown in FIGS. 13 and 14 can align the direction of the gap in a certain direction, By using a YAG phosphor, a highly accurate display can be obtained.
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the embodiments described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or one of the above-described effects. In order to achieve part or all, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
50、50a、50b、50c、50d…構成層構成部、110…基台、
111…駆動装置、120…ステージ、120a…回転部、120b…支持面、
121…試料プレート、130…ヘッドベース支持部、300…支持層、
310…構成層、400…制御ユニット、410…ステージコントローラー、
500…三次元造形物、501、502、503、・・・50n…層、
730…ヘッドベース支持部、1000…磁場印加部、
1100…ヘッドベース、1200…構成材料供給装置、
1210…構成材料供給ユニット、1210a…構成材料収容部、
1220…供給チューブ、1230…構成材料吐出部、1230a…吐出ノズル、
1230b…吐出駆動部、1400…ヘッドユニット、1400a…保持治具、
1401、1402、1403及び1404…ヘッドユニット、
1500…材料供給コントローラー、1600…ヘッドベース、
1700…支持層形成用材料供給装置、1710…支持層形成用材料供給ユニット、
1710a…支持層形成用材料収容部、1720…供給チューブ、
1730…支持層形成用材料吐出部、1730a…吐出ノズル、
1730b…吐出駆動部、1900…ヘッドユニット、
1900a…保持治具、2000…形成装置(三次元造形物の製造装置)、
F…磁気異方性有機繊維、M…材料、P…構成材料粉末
50, 50 a, 50 b, 50 c, 50 d ... constituent layer constituent part, 110 ... base,
111 ... Drive device, 120 ... Stage, 120a ... Rotating part, 120b ... Support surface,
121 ... Sample plate, 130 ... Head base support, 300 ... Support layer,
310 ... Constituent layer, 400 ... Control unit, 410 ... Stage controller,
500 ... three-dimensional structure, 501, 502, 503, ... 50n ... layer,
730 ... head base support, 1000 ... magnetic field application unit,
1100 ... head base, 1200 ... constituent material supply device,
1210 ... Constituent material supply unit, 1210a ... Constituent material container,
1220 ... Supply tube, 1230 ... Constituent material discharge part, 1230a ... Discharge nozzle,
1230b ... discharge driving unit, 1400 ... head unit, 1400a ... holding jig,
1401, 1402, 1403 and 1404 ... head unit,
1500 ... Material supply controller, 1600 ... Head base,
1700: Support layer forming material supply device, 1710: Support layer forming material supply unit,
1710a: Support layer forming material container, 1720: Supply tube,
1730: Material discharge part for forming a support layer, 1730a: Discharge nozzle,
1730b: Discharge drive unit, 1900: Head unit,
1900a ... holding jig, 2000 ... forming device (manufacturing device for three-dimensional structure),
F: Magnetic anisotropic organic fiber, M: Material, P: Constituent material powder
Claims (5)
前記層に磁場を印加する磁場印加工程と、
前記磁気異方性有機繊維を除去して前記層に空隙を形成する空隙形成工程と、
前記層を加熱して前記構成材料粉末を焼結する焼結工程と、
を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 A layer forming step of forming a layer using a flowable composition comprising a constituent material powder constituting the three-dimensional structure and a magnetic anisotropic organic fiber;
A magnetic field applying step of applying a magnetic field to the layer;
A void forming step of removing the magnetic anisotropic organic fibers to form voids in the layer;
A sintering step of sintering the constituent material powder by heating the layer;
The manufacturing method of the three-dimensional structure characterized by having.
前記構成材料粉末は、磁気異方性を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure described in claim 1,
The method for producing a three-dimensional structure, wherein the constituent material powder has magnetic anisotropy.
前記磁場印加工程による前記層の配向状態を固定する配向固定工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 1 or 2,
A method for producing a three-dimensional structure, comprising: an orientation fixing step of fixing the orientation state of the layer by the magnetic field application step.
少なくとも前記層形成工程と前記磁場印加工程とを繰り返すことで、前記層を積層することにより三次元造形物を製造可能であって、
前記磁場印加工程における磁場方向を前記層のうちの一部において変えることを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 3,
By repeating at least the layer formation step and the magnetic field application step, it is possible to produce a three-dimensional structure by laminating the layers,
A method for producing a three-dimensional structure, wherein a magnetic field direction in the magnetic field application step is changed in a part of the layer.
前記層形成工程は、前記層を可撓性フィルム上に形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 4,
In the layer forming step, the layer is formed on a flexible film.
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