JP2020078922A

JP2020078922A - 攪拌機構を有する３次元印刷装置

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Publication number: JP2020078922A
Application number: JP2019071699A
Authority: JP
Inventors: 家祥汪; Jia-Xiang Wnag; 傳榮宋; Chuan-Rung Sung; 昊仁黄; Hao-Jen Huang
Original assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Current assignee: Kinpo Electronics Inc; XYZ Printing Inc
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2039-04-04
Also published as: JP6788702B2; EP3650202B1; ES2841873T3; EP3650202A1; TW202017756A; US20200147880A1; CN111168991A; TWI674976B

Abstract

【課題】３次元印刷装置の利便性の向上させるための攪拌機構を有する３次元印刷装置を提供する。【解決手段】本発明に係る攪拌機構を有する３次元印刷装置は、タンク１と、成形ステージ２と、光源モジュール３と、回転攪拌構造４とを含む。成形ステージ２は、タンク１の上方に昇降可能に配置される。光源モジュール３は、タンク１の下方に配置される。回転攪拌構造４は、磁気攪拌部材４１と、磁気ターンテーブル４２と、ドライバ４３とを含む。磁気攪拌部材４１は、タンク１の内部に配置される。磁気ターンテーブル４２は、タンク１の下方に配置され、磁気攪拌部材４１と互いに磁気吸引する。ドライバ４３は、磁気ターンテーブル４２を回転及び移動させて、磁気攪拌部材４１をタンク１に対して回転及び移動駆動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、３次元印刷装置の攪拌構造に関し、特に攪拌機構を有する３次元印刷装置に関する。

近年、層ごとの模型構築のための付加製造技術（ａｄｄｉｔｉｖｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）を利用して、３次元（ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，３Ｄ）物理模型を造るための多くの異なる方法が提案されている。例えば、印刷装置の印刷モジュールは、通常、３Ｄモデルのデザインデータによって構築されたＸＹＺ空間座標に基づいて、台座の上方にＸＹ平面に沿って移動することで、構築材料を正しい形状の断面層に形成させる。

光源を用いて構築材料を硬化させて３次元オブジェクトに形成させる技術を例にすると、印刷モジュールは、タンクに収容された液状成形材料に浸漬し、光源モジュールは、ＸＹ平面上に構築材料としての液状成形材料を照射することで、液状成形材料を硬化させ、印刷モジュールの移動ステージ上に積層させる。このように、印刷モジュールの移動ステージをＺ軸方向に沿って層ごとに移動させることにより、液状成形材料を層ごとに硬化させて３次元オブジェクトに積層させることができる。

この場合、液状成形材料に色材の沈殿、材料の過温度や過硬化が生じることを回避するために、通常、タンク内にタンクの内幅に沿って内幅とほぼ同じ長さを有するスクレーパを配置するようにしている。スクレーパは、液状成形材料を攪拌する目的を達成するために、タンクの長さに沿って直線的に往復移動する。

しかしながら、上記の攪拌方法は、タンクを交換する際にスクレーパを取り外する必要がある欠点と、スクレーパがタンクの内幅とほぼ同じ長さを有するため、３次元オブジェクトを印刷する際に攪拌を同時に行うことができない欠点とを有する。

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

本発明の目的は、回転攪拌構造がタンクに対して回転及び移動可能であり、タンクを交換する際に回転攪拌構造を退避させるだけでよく、３次元オブジェクトを印刷する際に攪拌作業を同時に行うことができる攪拌機構を有する３次元印刷装置を提供することである。

本発明に係る攪拌機構を有する３次元印刷装置は、タンクと、前記タンクの上方に昇降可能に配置される成形ステージと、前記タンクの下方に配置される光源モジュールと、回転攪拌構造と、を含み、前記回転攪拌構造は、前記タンクの内部に配置される磁気攪拌部材と、前記タンクの下方に配置され、前記磁気攪拌部材と互いに磁気吸引する磁気ターンテーブルと、前記磁気ターンテーブルを回転及び移動させて、前記磁気攪拌部材を前記タンクに対して回転及び移動駆動させるドライバと、を含む。

本発明に係る攪拌機構を有する３次元印刷装置は、タンクと、前記タンクの上方に昇降可能に配置される成形ステージと、前記タンクの下方に配置される光源モジュールと、回転攪拌構造と、を含み、前記回転攪拌構造は、攪拌部材と、前記攪拌部材に接続され、前記攪拌部材を前記タンクの内部に置くように駆動させて、前記攪拌部材を前記タンクに対して回転及び移動駆動させるドライバと、を含む。

本発明に係る回転攪拌構造は、スクレーパをタンクの長さに沿って直線的に往復移動させる従来技術に比べて、液状成形材料をより均一に回転攪拌することができる。これにより、液状成形材料の色材の沈殿、材料の過温度や過硬化などを防止することができる。

本発明によれば、タンクを交換する際には、回転攪拌構造をタンクから離れる方向に直接移動させることで、タンク交換時にスクレーパを取り外す従来の工程を省略することができる。その結果、タンクの修理や交換の利便性を向上させることができる。

本発明によれば、３次元オブジェクトを印刷する際には、磁気攪拌部材をタンクの周囲に移動させて攪拌作業を行うことで、３次元印刷装置の利便性を向上させることができる。

本発明に係る３次元印刷装置を示す概略斜視図である。本発明に係る回転攪拌構造がタンクに対応して配置された様子を示す概略図である。本発明に係る３次元印刷装置の使用状態を示す概略図である。本発明に係る回転攪拌構造の使用状態を示す概略図である。本発明に係る回転攪拌構造の他の使用状態を示す概略図である。本発明に係る回転攪拌構造の別の使用状態を示す概略図である。本発明に係る磁気攪拌構造を示す概略斜視図である。本発明に係る磁気攪拌構造を示す他の概略斜視図である。本発明に係る磁気攪拌構造を示す概略断面図である。本発明に係る磁気ターンテーブルがドライバに組み付けた状態を示す概略斜視図である。本発明に係る３次元印刷装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。本発明に係る３次元印刷装置の他の実施形態の使用状態を示す概略図である。本発明に係る攪拌構造を示す概略斜視図である。

以下、本発明の目的、実施方式及び効果をより理解するために、具体的な実施形態と添付の図面を組み合わせて本発明に係る技術内容を詳細に説明するが、本発明の特許請求の範囲は限定されない。

図１〜図１０を参照すると、本発明に係る攪拌機構を有する３次元印刷装置１０は、主にタンク１と、成形ステージ２と、光源モジュール３と、回転攪拌構造４とを含む。

図１及び図３に示すように、タンク１は、液状成形材料を収容するためのものである。成形ステージ２は、タンク１の上方に昇降可能に配置され、光源モジュール３は、タンク１の下方に配置され、液状成形材料を照射することにより、液状成形材料を硬化させ、成形ステージ２上に積層させて、３次元オブジェクトを形成する。

図１〜図１０に示すように、回転攪拌構造４は、磁気攪拌部材４１と、磁気ターンテーブル４２と、ドライバ４３とを含む。磁気攪拌部材４１は、タンク１の内部に配置され、攪拌ブロック４１１と、２つの磁気素子４１２と、複数の脚部４１３とを含む。

攪拌ブロック４１１は、互いに対向して配置される頂面４１１１と底面４１１２とを有し、頂面４１１１の両端部には、下向きに開口した２つの嵌合溝４１１３が設けられ、頂面４１１１の中間部には、上方に延びるグリップ４１１４を有し、頂面４１１１のグリップ４１１４と２つの嵌合溝４１１３との間には、下向きに開口した２つの肉抜き凹槽４１１５が設けられる。グリップ４１１４は、ユーザに磁気攪拌部材４１を保持させ、磁気攪拌部材４１を容易にタンク１から取り出したり、タンク１内に入れたりするために用いられる。肉抜き凹槽４１１５は、磁気攪拌部材４１が軽い力で付勢されると円滑に回転できるように、磁気攪拌部材４１を軽量化するためのものである。

また、底面４１１２から傾斜突片４１１６と複数の中空柱４１１７とが延びている。底面４１１２には、対角線Ｌが定義される。傾斜突片４１１６を底面のなるべく広い範囲に配置するために、傾斜突片４１１６を対角線Ｌに沿って配置する。傾斜突片４１１６の両末端部は、２つの円弧状湾曲部４１１８を有する。

さらに、各磁気素子４１２は、各嵌合溝４１１３に嵌着される。各脚部４１３を各中空柱４１１７に挿接することで、磁気素子４１２と脚部４１３とを攪拌ブロック４１１上により安定して組み付けることができる。また、各脚部４１３の末端位置が傾斜突片４１１６の上面よりも高いので、磁気攪拌部材４１は、脚部４１３のみがタンク１に当接することになる。各脚部４１３の材料硬度がタンク１の材料硬度よりも小さいので、脚部４１３がタンク１を擦ったり傷付けたりするのを防止することができる。ここで、本実施形態において、タンク１はガラス製であり、脚部４１３はテフロン製であるが、本発明はこれに限定されない。

磁気ターンテーブル４２は、タンク１の下方に配置され、磁気攪拌部材４１と互いに磁気吸引している。本実施形態において、磁気素子４１２は、磁石などの磁気素子であり、磁気ターンテーブル４２は、鉄系金属、コバルト系金属又はニッケル系金属などの磁性体で構成される。一方、磁気ターンテーブル４２は、磁石などの磁気素子であり、磁気素子４１２は、鉄系金属、コバルト系金属又はニッケル系金属などの磁性体で構成されてもよい。

ドライバ４３は、移動機構４３１と、回転機構４３２とを含む。磁気ターンテーブル４２は、回転機構４３２上に組み付けられ、回転機構４３２に追従して回転し、回転機構４３２は、移動機構４３１上に組み付けられ、移動機構４３１に追従して移動する。これにより、ドライバ４３は、磁気ターンテーブル４２を回転及び移動させて、磁気攪拌部材４１をタンク１に対して回転及び移動駆動させることができる。

したがって、３次元オブジェクトを印刷する際、磁気攪拌部材４１及び回転機構４３２は、光源モジュール３の照射及び印刷領域での成形が磁気攪拌部材４１及び回転機構４３２によって遮蔽されないように、タンク１内の印刷領域から退避する必要がある。しかし、攪拌する際、液状成形材料を均一に攪拌するために、磁気攪拌部材４１をタンク１の中心部に移動させて回転攪拌を行う必要がある。そのため、ドライバ４３は、磁気攪拌部材４１と回転機構４３２をタンク１に対して移動駆動させる必要がある。

図３〜図１０に示すように、本発明の３次元印刷装置１０の使用状態では、磁気攪拌部材４１は、ドライバ４３によってタンク１に対して回転及び移動駆動される。本発明の磁気攪拌部材４１は、スクレーパをタンクの長さに沿って直線的に往復移動させる従来技術に比べて、液状成形材料をより均一に回転攪拌することができる。これにより、液状成形材料の色材の沈殿、材料の過温度や過硬化などを防止することができる。

また、タンク１を交換する際、ユーザは、グリップ４１１４を直接的に把持し、磁気攪拌部材４１をタンク１から取り出すことができる。さらに、タンク交換時にスクレーパを取り外す従来の工程を省略することができる。その結果、タンク１の修理や交換の利便性を向上させることができる。

また、３次元オブジェクトを印刷する際、成形ステージ２及び光源モジュール３は、主にタンク１の中央部に対応して配置されるので、タンク１の周囲がアイドル状態になる。このとき、ドライバ４３及び磁気ターンテーブル４２は、磁気攪拌部材４１をタンク１の周囲に移動させて攪拌作業を行うように駆動することで、３次元印刷装置１０の利便性を向上させることができる。

また、磁気攪拌部材４１の底面４１１２から対角線Ｌに沿って配置された傾斜突片４１１６が延びている。このように、磁気攪拌部材４１が回転すると、傾斜突片４１１６が底面４１１２上になるべく長く配置されるので、より多くの液状成形材料を移動させることができる。さらに、傾斜突片４１１６の末端部は円弧状湾曲部４１１８を有しているので、傾斜突片４１１６の末端部の受ける抵抗が少なくなり、傾斜突片４１１６はより容易に回転することができる。

図１１〜図１３は、本発明に係る３次元印刷装置１０の他の実施形態を示す図である。図１１〜図１３に示す実施形態は、図１〜図１０に示す実施形態とほぼ同じであるが、回転攪拌構造４’が異なる点で図１〜図１０の実施形態と相違している。

以下に示すように、本実施形態の回転攪拌構造４’は、攪拌部材４１’と、ドライバ４３’とを含む。攪拌部材４１’は、攪拌ブロック４１１’を含む。攪拌ブロック４１１’は、底面４１１２’を有し、底面４１１２’から傾斜突片４１１６’が延びている。底面４１１２’に対角線Ｌが定義され、傾斜突片４１１６’が対角線Ｌに沿って設けられる。傾斜突片４１１６’の両末端部は、２つの円弧状湾曲部４１１８’を有する。

ここで、攪拌部材４１’が回転すると、傾斜突片４１１６’が対角線Ｌに沿って配置されるので、より多くの液状成形材料を移動させることができる。また、傾斜突片４１１６’の末端部は、円弧状湾曲部４１１８’を有しているので、傾斜突片４１１６’の末端部の受ける抵抗が少なくなり、傾斜突片４１１６’はより容易に回転することができる。また、攪拌部材４１’は、複数の脚部４１３’をさらに含む。底面４１１２’から複数の中空柱４１１７’が延びている。各脚部４１３’は、各中空柱４１１７’に挿接され、その末端位置が傾斜突片４１１６’の上面よりも高いので、攪拌部材４１’は、脚部４１３’のみがタンク１に当接することになる。各脚部４１３’の材料硬度がタンク１の材料硬度よりも小さいので、脚部４１３’がタンク１を擦ったり傷付けたりするのを防止することができる。ここで、本実施形態において、タンク１はガラス製であり、脚部４１３’はテフロン製であるが、本発明はこれに限定されない。

また、ドライバ４３’は、移動機構４３１’と回転機構４３２’とを含む。攪拌部材４１’は、回転機構４３２’上に直接組み付けられ、回転機構４３２’に追従して回転する。回転機構４３２’は、移動機構４３１’に直接組み付けられ、移動機構４３１’に追従して移動する。ここで、移動機構４３１’は、攪拌部材４１’をＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動可能な３次元アクチュエータである。ドライバ４３’が攪拌部材４１’に接続されると、ドライバ４３’は、攪拌部材４１’をタンク１の内部に置くように駆動させて、攪拌部材４１’をタンク１に対して回転及び移動駆動させることができる。これにより、攪拌部材４１’は、液状成形材料を回転攪拌することができる。タンク１を交換する際、移動機構４３１’は、攪拌部材４１’をタンク１から離れる方向に移動させることができる。一方、３次元オブジェクトを印刷する際、移動機構４３１’は、攪拌部材４１’をタンク１の周囲に移動させて攪拌作業を行うように駆動することができる。これにより、図１〜図１０の実施形態と同じ効果及び作用を達成することができる。

また、３次元オブジェクトを印刷する際、ドライバ４３’の移動機構４３１’は、攪拌部材４１’をタンク１内から外部に移動させて、タンク１に印刷作業を行うためのより広い印刷領域を確保することができる。

上記をまとめるに、本発明に係る攪拌機構を有する３次元印刷装置は、同類の製品に見られず、公開使用もされていなく、産業上の利用可能性、新規性及び進歩性を備えていることから、発明特許の出願要件を完全に満たすため、ここに特許法に基づき特許を出願するものである。審査官殿には、発明者の権利が保障されるよう、詳査のうえ本件が特許査定されることを願う。

１０…３次元印刷装置
１…タンク
２…成形ステージ
３…光源モジュール
４、４’…回転攪拌構造
４１…磁気攪拌部材
４１’…攪拌部材
４１１、４１１’…攪拌ブロック
４１１１…頂面
４１１２、４１１２’…底面
４１１３…嵌合溝
４１１４…グリップ
４１１５…肉抜き凹槽
４１１６、４１１６’…傾斜突片
４１１７、４１１７’…中空柱
４１１８、４１１８’…円弧状湾曲部
４１２…磁気素子
４１３、４１３’…脚部
４２…磁気ターンテーブル
４３、４３’…ドライバ
４３１、４３１’…移動機構
４３２、４３２’…回転機構
Ｌ…対角線

Claims

タンク（１）と、
前記タンク（１）の上方に昇降可能に配置される成形ステージ（２）と、
前記タンク（１）の下方に配置される光源モジュール（３）と、
回転攪拌構造（４）と、を含み、
前記回転攪拌構造（４）は、
前記タンク（１）の内部に配置される磁気攪拌部材（４１）と、
前記タンク（１）の下方に配置され、前記磁気攪拌部材（４１）と互いに磁気吸引する磁気ターンテーブル（４２）と、
前記磁気ターンテーブル（４２）を回転及び移動させて、前記磁気攪拌部材（４１）を前記タンク（１）に対して回転及び移動駆動させるドライバ（４３）と、を含むことを特徴とする攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記磁気攪拌部材（４１）は、頂面（４１１１）を有する攪拌ブロック（４１１）と、２つの磁気素子（４１２）とを含み、
前記頂面（４１１１）の両端部には、下向きに開口した２つの嵌合溝（４１１３）が設けられ、
各前記磁気素子（４１２）は、各前記嵌合溝（４１１３）に嵌着されることを特徴とする請求項１に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記頂面（４１１１）の中間部には、上方に延びるグリップ（４１１４）を有することを特徴とする請求項２に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記頂面（４１１１）の前記グリップ（４１１４）と前記２つの嵌合溝（４１１３）との間には、下向きに開口した２つの肉抜き凹槽（４１１５）が設けられることを特徴とする請求項３に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記攪拌ブロック（４１１）は、底面（４１１２）を有し、当該底面（４１１２）から傾斜突片（４１１６）が延びており、
前記底面（４１１２）に対角線（Ｌ）が定義され、前記傾斜突片（４１１６）が前記対角線（Ｌ）に沿って設けられ、
前記傾斜突片（４１１６）の両末端部は、２つの円弧状湾曲部（４１１８）を有することを特徴とする請求項２に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記磁気攪拌部材（４１）は、複数の脚部（４１３）をさらに含み、
前記底面（４１１２）から複数の中空柱（４１１７）が延びており、
各前記脚部（４１３）は、各前記中空柱（４１１７）に挿接され、その末端位置が前記傾斜突片（４１１６）の上面よりも高く、その材料硬度が前記タンク（１）の材料硬度よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記ドライバ（４３）は、移動機構（４３１）と、回転機構（４３２）と、を含み、
前記磁気ターンテーブル（４２）は、前記回転機構（４３２）に組み付けられ、前記回転機構（４３２）に追従して回転し、
前記回転機構（４３２）は、前記移動機構（４３１）に組み付けられ、前記移動機構（４３１）に追従して移動することを特徴とする請求項１に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
タンク（１）と、
前記タンク（１）の上方に昇降可能に配置される成形ステージ（２）と、
前記タンク（１）の下方に配置される光源モジュール（３）と、
回転攪拌構造（４’）と、を含み、
前記回転攪拌構造（４’）は、
攪拌部材（４１’）と、
前記攪拌部材（４１’）に接続され、前記攪拌部材（４１’）を前記タンク（１）の内部に置くように駆動させて、前記攪拌部材（４１’）を前記タンク（１）に対して回転及び移動駆動させるドライバ（４３’）と、を含むことを特徴とする攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記攪拌部材（４１’）は、攪拌ブロック（４１１’）を含み、
前記攪拌ブロック（４１１’）は、底面（４１１２’）を有し、当該底面（４１１２’）から傾斜突片（４１１６’）が延びており、
前記底面（４１１２’）に対角線（Ｌ）が定義され、前記傾斜突片（４１１６’）が前記対角線（Ｌ）に沿って設けられ、
前記傾斜突片（４１１６’）の両末端部は、２つの円弧状湾曲部（４１１８’）を有することを特徴とする請求項８に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記攪拌部材（４１’）は、複数の脚部（４１３’）をさらに含み、
前記底面（４１１２’）から複数の中空柱（４１１７’）が延びており、
各前記脚部（４１３’）は、各前記中空柱（４１１７’）に挿接され、その末端位置が前記傾斜突片（４１１６’）の上面よりも高く、その材料硬度が前記タンク（１）の材料硬度よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。
前記ドライバ（４３’）は、移動機構（４３１’）と、回転機構（４３２’）と、を含み、
前記攪拌部材（４１’）は、前記回転機構（４３２’）に組み付けられ、前記回転機構（４３２’）に追従して回転し、
前記回転機構（４３２’）は、前記移動機構（４３１’）に組み付けられ、前記移動機構（４３１’）に追従して移動することを特徴とする請求項８に記載の攪拌機構を有する３次元印刷装置。