JP2020100058A - 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態における三次元造形装置100の概略構成を示す説明図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向に沿った矢印が表されている。X方向およびY方向は、水平方向に沿った方向であり、Z方向は、鉛直上向きの方向である。他の図においても、X,Y,Z方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図1におけるX,Y,Z方向と、他の図におけるX,Y,Z方向とは、同じ方向を表している。
<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。
上記第1実施形態では、第1ノズル61のノズル孔の形状と第2ノズル62のノズル孔の形状とは、それぞれ円形である。これに対して、第1ノズル61のノズル孔と第2ノズル62のノズル孔とは、異なる形状であってもよい。
図10〜図12は、第3実施形態におけるノズルユニット60Aの概略構成を示す図である。本実施形態において、ノズルユニット60Aは、鉛直方向に沿って供給流路65が内部に形成された円形の固定部材71Aの外周に回転体70Aが配置されている。固定部材71Aよりも上流側の供給流路65には、流量調節機構73が設けられている。回転体70Aの周囲の一部には、ギア89が形成されており、そのギア89に、回転体70Aを回転させるラックアンドピニオン機構90のラック91が係合する。ピニオンギア92は、図1に示した第2駆動部81を構成するステッピングモーターに取り付けられる。回転体70Aには、その外周の異なる位置に第1ノズル61Aおよび第2ノズル62Aが設けられている。このような構成であっても、回転体70Aの外周の異なる位置に第1ノズル61Aおよび第2ノズル62Aが設けられているので、これらのノズルのうちの未使用ノズルが造形物に干渉することを抑制できる。
図13は、第4実施形態におけるノズルユニット60Bの概略構成を示す図である。図14は、第4実施形態における第1ノズル61Bと第2ノズル62Bのそれぞれのノズル孔の形状を示す図である。図14には、下方側から各ノズルを見た様子を簡易的に示している。本実施形態のノズルユニット60Bは、第3実施形態のノズルユニット60Aと、ノズルの形状が異なる。図13および図14に示すように、本実施形態では、第1ノズル61Bおよび第2ノズル62Bの形状は、それぞれ、回転体70Bの周方向において幅が連続的に変化する形状である。図14に示した例では、第1ノズル61Bおよび第2ノズル62Bとも、第1ノズル61Bから第2ノズル62Bに向かう方向において、幅が漸増しており、第2ノズル62Bの方が第1ノズル61Bよりも、幅が増加する割合が大きい。このようなノズル孔の形状であれば、回転体70Bの回転状態を制御することにより、回転体70Bにおける供給流路65の出口とノズル孔との重なり状態に応じて、各ノズル孔から吐出される造形材料の量を調節することができる。なお、第1ノズル61Bおよび第2ノズル62Bの形状は、両方が図13および図14に示した形状でなくてもよく、一方は、円形や四角形などの他の形状であってもよい。
(E−1)上記実施形態の三次元造形装置100は、吸引部85を備えていなくてもよい。このような構成であっても、流量調節機構73を制御することによって、造形材料の吐出と停止を制御することが可能である。
本開示は、上述の各実施形態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によって実現することができる。例えば、本開示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、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示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。
このような形態によれば、供給流路と第1ノズルとが連通した第1状態では、第2ノズルが第1ノズルよりもテーブルから離れた位置になり、供給流路と第2ノズルとが連通した第2状態では、第1ノズルが第2ノズルよりもテーブルから離れた位置になるので、一方のノズルを使用中に他方の未使用ノズルをテーブルから離れた位置に退避させることができる。そのため、未使用ノズルの造形物への干渉を抑制できる。
このような形態によれば、供給流路と第1ノズルとが連通した第1状態では、第2ノズルが第1ノズルよりもテーブルから離れた位置になり、供給流路と第2ノズルとが連通した第2状態では、第1ノズルが第2ノズルよりもテーブルから離れた位置になるので、一方のノズルを使用中に他方の未使用ノズルをテーブルから離れた位置に退避させることができる。そのため、未使用ノズルの造形物への干渉を抑制できる。
Claims (9)
- 三次元造形装置であって、
材料を溶融させて造形材料とする材料溶融部と、
前記造形材料が流通する供給流路と、
回転軸を中心に回転可能であり、前記供給流路と連通可能な第1ノズルと前記供給流路と連通可能な第2ノズルとを有する回転体と、
前記供給流路に設けられ、前記第1ノズルまたは前記第2ノズルに供給する前記造形材料の流量を調節する流量調節機構と、
前記流量調節機構及び前記回転体を制御して、前記第1ノズルまたは前記第2ノズルから前記造形材料をテーブルに向かって吐出させて三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記回転体の回転を制御して、
前記供給流路と前記第1ノズルとが連通し、かつ、前記供給流路と前記第2ノズルとが遮断された第1状態と、
前記供給流路と前記第2ノズルとが連通し、かつ、前記供給流路と前記第1ノズルとが遮断された第2状態と、
に切り替え、
前記第1状態では、前記第2ノズルが前記第1ノズルよりも前記テーブルから離れた位置にあり、
前記第2状態では、前記第1ノズルが前記第2ノズルよりも前記テーブルから離れた位置にある、
三次元造形装置。 - 請求項1に記載の三次元造形装置であって、
前記回転体は、前記回転体の外周部の一部であって、前記供給流路が前記回転体内に導入される部分に、前記回転体の回転可能範囲を規定する切り欠き部を備え、
前記回転軸に沿った方向において、前記切り欠き部と、前記第1ノズルおよび前記第2ノズルとが離間している、三次元造形装置。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形装置であって、
前記第1ノズルのノズル径は前記第2ノズルのノズル径よりも小さい、三次元造形装置。 - 請求項3に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記三次元造形物の外観領域を形成する場合に、前記回転体の回転状態を前記第1状態に切り替え、前記三次元造形物の内部領域を形成する場合に、前記回転体の回転状態を前記第2状態に切り替える、三次元造形装置。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形装置であって、
前記第1ノズルのノズル孔の形状と前記第2ノズルのノズル孔の形状とが異なる、三次元造形装置。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形装置であって、
前記第1ノズルのノズル孔の形状、および、前記第2ノズルのノズル孔の形状、の少なくとも一方は、前記回転体の周方向において幅が連続的に変化する形状である、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記供給流路において、前記流量調節機構よりも下流側に接続され、前記供給流路中の前記造形材料を吸引する吸引部を備える、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記材料溶融部は、
溝部が形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、
前記フラットスクリューの前記溝形成面に対向する対向面を有し、前記対向面に連通孔が形成され、ヒーターを有するバレルと、を備え、
前記材料溶融部は、前記フラットスクリューの回転と前記ヒーターによる加熱とにより前記材料の少なくとも一部を溶融させて前記造形材料を生成し、前記連通孔から前記供給流路に前記造形材料を流出させる、三次元造形装置。 - 三次元造形物の製造方法であって、
材料溶融部によって材料を溶融させて造形材料とし、
前記造形材料を供給流路に流通させ、
回転軸を中心に回転可能であり前記供給流路と連通可能な第1ノズルと前記供給流路と連通可能な第2ノズルとを有する回転体と、前記供給流路に設けられ、前記第1ノズルまたは前記第2ノズルに供給する前記造形材料の流量を調節する流量調節機構と、を制御して、
前記供給流路と前記第1ノズルとが連通し、かつ、前記供給流路と前記第2ノズルとが遮断された第1状態と、
前記供給流路と前記第2ノズルとが連通し、かつ、前記供給流路と前記第1ノズルとが遮断された第2状態と、
に前記回転体の回転状態を切り替えつつ、前記第1ノズルまたは前記第2ノズルから前記造形材料をテーブルに向かって吐出させて三次元造形物を造形し、
前記第1状態では、前記第2ノズルが前記第1ノズルよりも前記テーブルから離れた位置にあり、
前記第2状態では、前記第1ノズルが前記第2ノズルよりも前記テーブルから離れた位置にある、
製造方法。
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