JP2020116900A - 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置 - Google Patents
三次元造形物の製造方法および三次元造形装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】三次元造形物が意図せずステージから剥離することを抑制する技術を提供する。【解決手段】三次元造形物の製造方法は、穴部が設けられたステージに造形材料を1層または複数層に亘って積層して、ステージに接する第1造形部と、ステージに沿って第1造形部に繋がり、穴部上に貫通孔が設けられたスカート部とを形成する第1造形工程と、第1造形部上に造形材料を1層または複数層に亘って積層して第2造形部を形成する第2造形工程と、穴部および貫通孔に固定部材を挿入して、スカート部をステージに固定するスカート部固定工程と、を有する。【選択図】図14
Description
本開示は、三次元造形物の製造方法および三次元造形装置に関する。
例えば、特許文献1には、金属粉末の層にレーザーを照射して焼結させることによって、複数の焼結層が積層された金属粉末焼結部品を製造する方法が開示されている。この方法では、所望の形状よりも所定寸法だけ大きく焼結層が形成された後、切削加工によって、焼結層の表層および不要部分が除去される。
上述した方法にように、造形後に切削加工を施すことによって、三次元造形物の寸法精度を向上させることができる。ステージ上に載置された三次元造形物に切削加工を施す場合、三次元造形物とステージとの密着力が十分に得られずに、切削時に、三次元造形物がステージから剥がれてしまう可能性がある。この問題は、切削時のみならず、造形時においても三次元造形物の反り等によって生じる可能性がある。そこで、本願は、三次元造形物が意図せずステージから剥離することを抑制する技術を提供する。
本開示の一形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、穴部が設けられたステージに造形材料を1層または複数層に亘って積層して、前記ステージに接する第1造形部と、前記ステージに沿って前記第1造形部に繋がり、前記穴部上に貫通孔が設けられたスカート部とを形成する第1造形工程と、前記第1造形部上に前記造形材料を1層または複数層に亘って積層して第2造形部を形成する第2造形工程と、前記穴部および前記貫通孔に固定部材を挿入して、前記スカート部を前記ステージに固定するスカート部固定工程と、を有する。
A.第1実施形態:
図1は、第1実施形態における三次元造形システム5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、鉛直方向に沿った方向である。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。
図1は、第1実施形態における三次元造形システム5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、鉛直方向に沿った方向である。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。
本実施形態における三次元造形システム5は、三次元造形装置10と、情報処理装置15とを備えている。三次元造形装置10は、吐出ユニット100と、切削ユニット200と、造形ステージ300と、移動機構400と、制御部500とを備えている。三次元造形装置10は、制御部500の制御下で、吐出ユニット100に設けられたノズル61から、造形ステージ300の造形面310に向かって造形材料を吐出させつつ、移動機構400を駆動して、ノズル61と造形ステージ300との相対的な位置を変化させることによって、造形ステージ300上に造形材料を積層する。尚、吐出ユニット100および造形ステージ300の詳細な構成は、図2を用いて後述する。造形ステージ300のことを単にステージと呼ぶこともある。
また、本実施形態における三次元造形装置10は、制御部500の制御下で、切削ユニット200に取り付けられた切削工具210を回転させつつ、移動機構400を駆動して、切削工具210と造形ステージ300との相対的な位置を変化させることによって、造形ステージ300上に積層された造形材料を切削する。三次元造形装置10は、このようにして、所望の形状の三次元造形物OBを作成する。尚、図1には、三次元造形物OBが模式的に表されている。
切削ユニット200は、ヘッド先端の軸に取り付けられた切削工具210を回転させて、造形ステージ300上に積層された造形材料の切削を行う切削装置である。切削工具210として、例えば、フラットエンドミルや、ボールエンドミルを用いることができる。切削ユニット200は、一般的な位置検出センサーによって切削工具210の先端の位置を検出し、検出結果を制御部500に送信する。制御部500は、この検出結果を用いて、後述する移動機構400によって、切削工具210と積層された造形材料との相対的な位置関係を制御して切削を行う。尚、切削ユニット200は、イオナイザー等の除電器を備えてもよい。
移動機構400は、吐出ユニット100および切削ユニット200と、造形ステージ300との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構400は、吐出ユニット100および切削ユニット200に対して、造形ステージ300を移動させる。本実施形態における移動機構400は、3つのモーターの駆動力によって、造形ステージ300をX,Y,Z方向の3軸方向に移動させる3軸ポジショナーによって構成される。各モーターは、制御部500の制御下にて駆動する。尚、移動機構400は、造形ステージ300を移動させる構成ではなく、造形ステージ300を移動させずに、吐出ユニット100および切削ユニット200を移動させる構成であってもよい。移動機構400は、吐出ユニット100および切削ユニット200と、造形ステージ300との両方を移動させる構成であってもよい。
制御部500は、1以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部500は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。尚、制御部500は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
情報処理装置15は、1以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、情報処理装置15は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。情報処理装置15は、データ生成部16を備えている。データ生成部16は、図5から図10を用いて後述するとおり、三次元造形装置10の制御部500が、吐出ユニット100や切削ユニット200や移動機構400を制御するための造形用データおよび切削用データを生成する。
図2は、本実施形態における吐出ユニット100および造形ステージ300の概略構成を示す説明図である。造形ステージ300には、三次元造形物OBを固定するための穴部320が設けられている。本実施形態では、造形ステージ300に2つの穴部320が設けられている。各穴部320は、造形面310に開口部を有する円筒状の穴として形成されている。各穴部320には、雌ねじ部325が形成されている。尚、穴部320の数は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。穴部320は、造形ステージ300を貫通してもよい。
吐出ユニット100は、材料貯留部20と、溶融部30と、吐出部60とを備えている。材料貯留部20には、ペレットや粉末等の状態の材料が投入される。本実施形態における材料は、ペレット状のABS樹脂である。本実施形態における材料貯留部20は、ホッパーによって構成されている。材料貯留部20と溶融部30との間は、材料貯留部20の下方に設けられた供給路22によって接続されている。材料貯留部20に投入された材料は、供給路22を介して、溶融部30に供給される。
溶融部30は、スクリューケース31と、駆動モーター32と、フラットスクリュー40と、バレル50とを備えている。溶融部30は、材料貯留部20から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させて流動性を有するペースト状の造形材料にして、ノズル61に供給する。尚、フラットスクリュー40のことを、単にスクリューと呼ぶこともある。
スクリューケース31は、フラットスクリュー40を収容している。スクリューケース31の上面には、駆動モーター32が固定されている。駆動モーター32の回転軸は、フラットスクリュー40の上面41に接続されている。
フラットスクリュー40は、中心軸RXに沿った方向の高さが直径よりも小さい略円柱形状を有している。フラットスクリュー40は、中心軸RXがZ方向に平行になるように、スクリューケース31内に配置されている。駆動モーター32が発生させるトルクによって、フラットスクリュー40は、スクリューケース31内にて、中心軸RXを中心に回転する。
フラットスクリュー40は、中心軸RXに沿った方向における上面41とは反対側に溝形成面42を有している。溝形成面42には、溝部45が形成されている。フラットスクリュー40の溝形成面42の詳細な形状は、図3を用いて後述する。
バレル50は、フラットスクリュー40の下方に設けられている。バレル50は、フラットスクリュー40の溝形成面42に対向するスクリュー対向面52を有している。バレル50には、フラットスクリュー40の溝部45に対向する位置にヒーター58が内蔵されている。ヒーター58の温度は、制御部500によって制御される。尚、ヒーター58のことを加熱部と呼ぶこともある。
スクリュー対向面52の中心には、連通孔56が設けられている。連通孔56は、ノズル61に連通している。尚、バレル50のスクリュー対向面52の詳細な形状については、図4を用いて後述する。
吐出部60はノズル61を備えている。ノズル61には、ノズル流路65と、ノズル孔62とが設けられている。ノズル流路65は、溶融部30の連通孔56に連通する。ノズル孔62は、ノズル流路65に連通する、ノズル61の先端部分に設けられた開口部である。溶融部30からノズル61に供給された造形材料は、ノズル孔62から吐出される。本実施形態では、ノズル61には、円形のノズル孔62が設けられている。ノズル孔62の径のことをノズル径Dnと呼ぶ。尚、ノズル孔62の形状は、円形に限られず、四角形等であってもよい。
図3は、本実施形態におけるフラットスクリュー40の溝形成面42の構成を示す斜視図である。図3に示したフラットスクリュー40は、技術の理解を容易にするために、図2に示した上下の位置関係を逆向きとした状態で示されている。フラットスクリュー40の溝形成面42には、上述したとおり、溝部45が形成されている。溝部45は、中央部46と、渦状部47と、材料導入部48とを有している。
中央部46は、フラットスクリュー40の中心軸RXの周りに形成された円形の窪みである。中央部46は、バレル50に設けられた連通孔56に対向する。
渦状部47は、中央部46を中心として、溝形成面42の外周に向かって弧を描くように渦状に延びる溝である。渦状部47は、インボリュート曲線状や螺旋状に延びるように構成されてもよい。渦状部47の一端は、中央部46に接続されている。渦状部47の他端は、材料導入部48に接続されている。
材料導入部48は、溝形成面42の外周縁に設けられた渦状部47よりも幅広な溝である。材料導入部48は、フラットスクリュー40の側面43まで連続している。材料導入部48は、供給路22を介して材料貯留部20から供給された材料を、渦状部47に導入する。尚、図3には、フラットスクリュー40の中央部46から外周に向かって、1条の渦状部47および材料導入部48が設けられた形態を表したが、フラットスクリュー40の中央部46から外周に向かって、複数条の渦状部47および材料導入部48が設けられてもよい。
図4は、本実施形態におけるバレル50のスクリュー対向面52の構成を示す上面図である。上述したとおり、スクリュー対向面52の中央には、ノズル61に連通する連通孔56が形成されている。スクリュー対向面52における連通孔56の周りには、複数の案内溝54が形成されている。それぞれの案内溝54は、一端が連通孔56に接続され、連通孔56からスクリュー対向面52の外周に向かって渦状に延びている。それぞれの案内溝54は、造形材料を連通孔56に導く機能を有している。
図5は、本実施形態における造形用データ生成処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、情報処理装置15に対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、情報処理装置15のデータ生成部16によって実行される。本実施形態では、この処理によって、造形用データと切削用データとが生成される。造形用データとは、三次元造形装置10による三次元造形物OBの造形に用いられる、吐出ユニット100および移動機構400を制御するためのデータである。切削用データとは、三次元造形装置10による三次元造形物OBの切削に用いられる、切削ユニット200および移動機構400を制御するためのデータである。
図6は、第1形状データによって表された第1形状SP1の一例を示す説明図である。図5および図6を参照して、まず、ステップS110にて、データ生成部16は、第1形状SP1が表された第1形状データを取得する。第1形状SP1は、三次元CADソフトや、三次元CGソフトを用いて作成された三次元造形物OBを表す形状である。つまり、第1形状SP1は、三次元造形物OBの設計形状である。第1形状データには、例えば、STL形式や、IGES形式や、STEP形式のデータを用いることができる。データ生成部16は、例えば、情報処理装置15にインストールされた三次元CADソフトを用いて情報処理装置15上で作成された第1形状データを取得してもよいし、USBメモリー等の記録媒体を介して第1形状データを取得してもよい。
図7は、第2形状データによって表された第2形状SP2の一例を示す説明図である。図7には、第2形状SP2が実線で表されており、第1形状SP1が二点鎖線で表されている。図5および図7を参照して、ステップS120にて、データ生成部16は、取得した第1形状データを用いて、第2形状SP2が表された第2形状データを生成する。第2形状SP2は、造形材料が硬化に伴って収縮した後において、切削加工のための所定の削り代が確保されるように、第1形状SP1よりも寸法を大きくされた三次元造形物OBを表す形状である。データ生成部16は、例えば、ユーザーによって設定された、造形材料の収縮率や、削り代を設ける位置や、削り代の寸法に従って、第2形状データを生成する。
図5を参照して、ステップS130にて、データ生成部16は、三次元造形物OBを造形ステージ300上に配置する位置および向きを設定する。本実施形態では、データ生成部16は、第2形状SP2で表された三次元造形物OBが造形ステージ300の造形面310上から逸脱しないこと、第2形状SP2で表された三次元造形物OBが造形ステージ300の穴部320に重ならないこと、後述するスカート部930を形成するためのクリアランスが確保されること、という条件を満足するように、三次元造形物OBを造形ステージ300上に配置する位置および向きを設定する。例えば、データ生成部16には、造形ステージ300における造形面310の外形寸法、および、造形ステージ300における穴部320の位置や寸法に関する情報が予め記憶されており、データ生成部16は、この情報を用いて、三次元造形物OBを造形ステージ300上に配置する位置および向きを設定する。
図8は、第3形状データによって表された第3形状SP3の一例を示す説明図である。図8には、参考として、造形ステージ300の造形面310が二点鎖線で表されている。図5および図8を参照して、ステップS140にて、データ生成部16は、第2形状データと、造形ステージ300上に配置される三次元造形物OBの位置および向きに関する情報とを用いて、第3形状SP3が表された第3形状データを生成する。第3形状SP3は、第2形状SP2によって表された三次元造形物OBに、スカート部930が付加された形状である。造形ステージ300に沿ってスカート部930に繋がる三次元造形物OBの部分のことを第1造形部910と呼び、三次元造形物OBにおける第1造形部910を除いた部分のことを第2造形部920と呼ぶ。図8には、第2造形部920およびスカート部930によって隠れた第1造形部910が破線で表されている。本実施形態では、第1造形部910とスカート部930とが、全て同じ厚みで形成されている。尚、第1造形部910の厚みは、スカート部930の厚みと同じでなくてもよい。例えば、第1造形部910の厚みよりも、スカート部930における貫通孔935の周りの部分の厚みの方が、肉厚に形成されてもよいし、スカート部930における貫通孔935の周りの部分の厚みよりも、第1造形部910の厚みの方が、肉厚に形成されてもよい。
スカート部930は、造形ステージ300に沿って第1造形部910に繋がるように設けられている。スカート部930は、造形ステージ300に接し、造形ステージ300の穴部320の外周を囲むように配置されている。スカート部930には、造形ステージ300の穴部320上の位置に、貫通孔935が設けられている。本実施形態では、スカート部930の下面における貫通孔935の開口部の全部が、造形ステージ300の上面における穴部320の開口部に重なっている。尚、スカート部930の下面における貫通孔935の開口部の少なくとも一部が、造形ステージ300の上面における穴部320の開口部に重なっていればよい。
図5を参照して、ステップS150にて、データ生成部16は、第3形状データを用いて、断面データを生成する。断面データは、第3形状SP3を造形ステージ300の造形面310に平行な面で切断した際の、断面形状を表すデータである。データ生成部16は、三次元造形装置10によって造形ステージ300上に積層される造形材料の1層分の厚みに応じた間隔で第3形状SP3を切断して、複数の断面データを生成する。三次元造形装置10によって造形ステージ300上に積層される造形材料の1層分の厚みは、例えば、ユーザーによって設定される。
ステップS160にて、データ生成部16は、三次元造形物OBを造形するための造形パスを生成する。造形パスとは、造形材料を吐出しながら移動するノズル61の、造形ステージ300に対する走査経路である。本実施形態では、データ生成部16は、各断面データを用いて、断面ごとに造形パスを生成する。
図9は、データ生成部16によって生成される造形パスの一例を示す説明図である。図9には、第1造形部910およびスカート部930の1層目を造形するための造形パスPMが矢印で表されている。第1造形部910およびスカート部930の1層目とは、造形ステージ300上に積層される第1造形部910およびスカート部930の最下層のことを意味する。つまり、第1造形部910およびスカート部930の1層目は、第1造形部910およびスカート部930における造形ステージ300に接する層である。
図9に表した例では、第1造形部910およびスカート部930の1層目を造形するための造形パスPMは、第1稜線造形パスPME1と、第2稜線造形パスPME2と、内部造形パスPMIとによって構成されている。データ生成部16は、第1造形部910およびスカート部930の1層目を表す断面データを用いて、第1造形部910およびスカート部930の1層目を造形するための造形パスPMを生成する。データ生成部16は、断面データによって表された断面から、断面の外周縁を表す稜線を検出し、検出した稜線に沿って第1稜線造形パスPME1を設定する。データ生成部16は、断面データによって表された断面から、貫通孔935の輪郭を表す稜線を検出し、検出した稜線に沿って第2稜線造形パスPME2を設定する。データ生成部16は、第1稜線造形パスPME1と第2稜線造形パスPME2とによって囲まれた断面の領域が、造形材料で隙間なく埋まるように、内部造形パスPMIを設定する。本実施形態では、ノズル61は造形ステージ300に対して、第1稜線造形パスPME1、第2稜線造形パスPME2、内部造形パスPMIの順に走査される。本実施形態では、第1造形部910とスカート部930とは、連続した層によって形成される。
図5を参照し、ステップS170にて、データ生成部16は、切削パスを生成する。切削パスとは、積層された造形材料を切削しながら移動する切削工具210の造形ステージ300に対する走査経路である。本実施形態では、データ生成部16は、ステップS120にて設定された削り代を、切削工具210を用いて切削するための切削パスを生成する。
ステップS180にて、データ生成部16は、造形用データおよび切削用データを生成して出力する。造形用データには、上述した造形パスの他に、例えば、ユーザーによって設定された、ノズル61から吐出される造形材料の流量である吐出量や、フラットスクリュー40を回転させる駆動モーター32の回転数や、バレル50のヒーター58の温度等に関する情報が表される。切削用データには、上述した切削パスの他に、例えば、ユーザーによって設定された、切削工具210の回転数や、切削工具210の送り速度等に関する情報が表される。データ生成部16は、例えば、GコードやMコード等によって表された造形用データおよび切削用データを生成して出力する。
図10は、本実施形態における造形用データを模式的に示す説明図である。造形用データは、図10における上方から下方に順に読み込まれて解釈される。図10に表された造形用データには、ノズル61を座標(X,Y,Z)=(200,50,1)に移動させる命令COM1が設定されている。この座標は、造形ステージ300に対するノズル61の相対的な位置を表している。ノズル61を座標(X,Y,Z)=(200,50,1)から、座標(X,Y,Z)=(50,50,1)に移動させるとともに、この区間をノズル61が移動する間に、ノズル61から150単位量の造形材料を吐出させる命令COM2が設定されている。ノズル61を座標(X,Y,Z)=(50,50,1)から、座標(X,Y,Z)=(50,100,1)に移動させるとともに、この区間をノズル61が移動する間に、ノズル61から50単位量の造形材料を吐出させる命令COM3が設定されている。
図11は、本実施形態における三次元造形物OBの製造を実現するための造形処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、三次元造形装置10に設けられた操作パネルや、三次元造形装置10に接続された情報処理装置15に対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、三次元造形装置10の制御部500によって実行される。
まず、ステップS210のデータ取得工程にて、制御部500は、情報処理装置15から、造形用データおよび切削用データを取得する。本実施形態では、制御部500は、有線通信によって、情報処理装置15から造形用データおよび切削用データを取得する。尚、制御部500は、無線通信によって、情報処理装置15から造形用データおよび切削用データを取得してもよいし、USBメモリー等の記録媒体を介して、情報処理装置15から造形用データおよび切削用データを取得してもよい。
次に、ステップS220の材料生成工程にて、制御部500は、フラットスクリュー40の回転、および、バレル50に内蔵されたヒーター58の加熱を制御することによって、材料を溶融させて造形材料を生成する。この制御のことを、材料生成制御とも呼ぶ。材料生成工程にて、材料貯留部20内に貯留された材料が、供給路22を介して、回転しているフラットスクリュー40の側面43から材料導入部48に供給される。材料導入部48内に供給された材料は、フラットスクリュー40の回転によって、渦状部47内へと搬送される。フラットスクリュー40の回転、および、ヒーター58による加熱によって、渦状部47内に搬送された材料の少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料が生成される。生成された造形材料は、渦状部47内を中央部46に向かって搬送されて、連通孔56からノズル61に供給される。尚、造形材料は、後述する第1造形工程や第2造形工程が行われる間、生成され続ける。
図12は、本実施形態における第1造形工程を示す工程図である。図11および図12を参照して、ステップS230の第1造形工程にて、制御部500は、ノズル61から吐出した造形材料を造形ステージ300上に、1層または複数層に亘って積層することによって、三次元造形物OBの第1造形部910、および、造形ステージ300に沿って第1造形部910に繋がるスカート部930を造形する。造形材料を積層するとは、先に配置した造形材料の上に、更に造形材料を配置することを意味する。また、造形材料を積層するとは、螺旋状に連続して造形材料を配置することをも含む意味である。例えば、ノズル61から造形材料を連続して吐出することによって、造形ステージ300上に、螺旋状に連続して造形材料が配置された場合であっても、造形ステージ300に接して配置された造形材料の部分のことを1層目と呼び、1層目の上に配置された造形材料の部分のことを2層目と呼ぶ。本実施形態では、造形ステージ300上に造形材料が10層に亘って積層される。制御部500は、第1造形部910およびスカート部930を造形するための造形用データに従って、吐出ユニット100および移動機構400を制御して、ノズル61から吐出した造形材料を造形ステージ300上に積層する。この制御のことを、第1造形制御とも呼ぶ。本実施形態では、第1造形部910とスカート部930とは、同じ種類の造形材料によって一体に形成される。第1造形部910およびスカート部930は、可塑化した造形材料が造形ステージ300や大気に熱を奪われて硬化するとともに収縮する。尚、第1造形工程中にて、積層された造形材料に切削加工が施されてもよい。
図13は、本実施形態におけるスカート部固定工程を示す工程図である。図11および図13を参照して、ステップS240のスカート部固定工程にて、固定部材によってスカート部930が造形ステージ300に固定される。本実施形態では、固定部材として、雄ねじ部955が形成されたボルト950が用いられる。本実施形態では、ユーザーによって、スカート部930の貫通孔935と、造形ステージ300の穴部320とに、ボルト950が挿入され、ボルト950の雄ねじ部955と、穴部320の雌ねじ部325とが螺合することによって、スカート部930が造形ステージ300に固定される。制御部500は、固定部材によってスカート部930が造形ステージ300に固定されるまでの間、三次元造形物OBの造形を待機させる。ボルト950によってスカート部930が造形ステージ300に固定された後、三次元造形装置10に設けられた操作パネルや、三次元造形装置10に接続された情報処理装置15に対して、所定の再開操作がユーザーによって行われた場合に、制御部500は、後述する第2造形工程を行うことによって、三次元造形物OBの造形を再開させる。尚、第2造形工程に先立ってスカート部固定工程が行われず、第2造形工程と切削工程との間にスカート部固定工程が行われてもよい。
図14は、本実施形態における第2造形工程を示す工程図である。図11および図14を参照して、ステップS250の第2造形工程にて、制御部500は、ノズル61から吐出した造形材料を第1造形部910上に、1層または複数層に亘って積層することによって、三次元造形物OBの第2造形部920を造形する。本実施形態では、第1造形部910上に造形材料が100層に亘って積層される。制御部500は、第2造形部920を造形するための造形用データに従って、吐出ユニット100および移動機構400を制御して、ノズル61から吐出した造形材料を第1造形部910上に積層する。この制御のことを、第2造形制御とも呼ぶ。第2造形部920は、可塑化した造形材料が第1造形部910や大気に熱を奪われて硬化するとともに収縮する。尚、第2造形工程中にて、積層された造形材料に切削加工が施されてもよい。例えば、造形材料を10層に亘って積層する毎に切削加工を施してもよい。
図11を参照して、ステップS260の切削工程にて、制御部500は、切削用データに従って、切削ユニット200および移動機構400を制御することによって、造形ステージ300上に造形された三次元造形物OBの第2造形部920を切削する。この制御のことを、切削制御とも呼ぶ。切削工程によって、造形ステージ300上の三次元造形物OBは、所望の寸法や表面粗さに加工される。尚、切削工程において、三次元造形物OBの第1造形部910および第2造形部920が切削されてもよい。造形処理において、切削工程が行われなくてもよい。
図15は、本実施形態におけるスカート部分離工程を示す工程図である。図11および図15を参照して、ステップS270のスカート部分離工程にて、制御部500は、造形ステージ300上における三次元造形物OBの作成が完了した後に、三次元造形物OBとスカート部930とを切削加工によって分離する。三次元造形物OBの作成が完了した後とは、造形用データに表された造形パスに従って、三次元造形物OBの造形が完了した後、かつ、切削用データに表された切削パスに従って、三次元造形物OBの切削が完了した後のことを意味する。ここでいう三次元造形物OBの切削には、当該スカート部分離工程によってスカート部930を切削することは含まれない。つまり、三次元造形物OBの作成が完了した後とは、三次元造形物OBを造形ステージ300に固定する必要がなくなり、三次元造形物OBを造形ステージ300から分離させてもよいタイミングであるということもできる。
本実施形態では、制御部500は、三次元造形物OBの作成が完了したと判断した場合に、切削用データに従って、切削ユニット200および移動機構400を制御することによって、スカート部930を切削して、三次元造形物OBとスカート部930とを分離させる。この制御のことを、スカート部分離制御とも呼ぶ。制御部500は、造形用データおよび切削用データを用いて、三次元造形物OBの作成が完了したか否かを判断できる。本実施形態では、ボルト950によってスカート部930が造形ステージ300に固定された状態で、第1造形部910とスカート部930とが分離される。尚、ボルト950を取り外して、三次元造形物OBおよびスカート部930を造形ステージ300から分離させた後に、第1造形部910とスカート部930とが分離されてもよい。
以上で説明した本実施形態の三次元造形物OBの製造方法によれば、ボルト950によってスカート部930が造形ステージ300に固定されるので、スカート部930に繋がる三次元造形物OBを造形ステージ300に対して、より強固に固定することができる。そのため、三次元造形物OBが意図せずに造形ステージ300から剥離することを抑制できる。特に、本実施形態では、スカート部930を介して三次元造形物OBの第1造形部910が造形ステージ300に強固に固定された状態で、三次元造形物OBの第2造形部920が造形されるため、第2造形部920が造形される間に、三次元造形物OBが反り等によって造形ステージ300から剥離することを抑制できる。
また、本実施形態では、ボルト950の雄ねじ部955と、穴部320の雌ねじ部325とが螺合することによって、スカート部930が造形ステージ300に固定される。そのため、穴部320に対してボルト950を容易に脱着できるため、三次元造形物OBを造形ステージ300に容易に固定できるとともに、三次元造形物OBを造形ステージ300から容易に取り外すことができる。
また、本実施形態では、スカート部930を介して三次元造形物OBが造形ステージ300に強固に固定された状態で、三次元造形物OBに対して切削加工が施される。そのため、切削中に三次元造形物OBが造形ステージ300から剥離することを抑制しつつ、三次元造形物OBを寸法精度良く仕上げることができる。
また、本実施形態では、造形ステージ300上における三次元造形物OBの作成が完了した後に、切削加工によって三次元造形物OBとスカート部930とが分離される。そのため、不要になったスカート部930を三次元造形物OBから容易に分離できる。
また、本実施形態では、中心軸RXに沿った高さが小さいフラットスクリュー40を用いて材料を溶融させて造形材料にするため、溶融部30を小型化できる。そのため、小型な三次元造形装置10を用いて三次元造形物OBを造形できる。
尚、本実施形態では、ペレット状のABS樹脂の材料が用いられたが、吐出ユニット100において用いられる材料としては、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三次元造形物を造形する材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において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。
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、溶融部30において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは2以上を組み合わせた熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
<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。
<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。
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、溶融部30において、フラットスクリュー40の回転とヒーター58の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された造形材料は、ノズル孔62から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
熱可塑性を有する材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル孔62から射出されることが望ましい。例えば、ABS樹脂は、ガラス転移点が約120℃であり、ノズル孔62からの射出時には約200℃であることが望ましい。このように高温の状態で造形材料を射出するために、ノズル孔62の周囲にはヒーターが設けられてもよい。
吐出ユニット100では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、溶融部30に投入されることが望ましい。
<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。
<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。
<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。
<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。
吐出ユニット100においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、造形ステージ300に配置された造形材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。
材料貯留部20に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、溶融部30において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
材料貯留部20に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される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。
<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。
<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。
その他に、材料貯留部20に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
<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。
<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。
B.他の実施形態:
(B1)上述した実施形態では、スカート部930の貫通孔935は、第1造形工程にて、造形ステージ300の穴部320の外周を囲むように造形材料が積層されることによって形成される。これに対して、スカート部930の貫通孔935は、第1造形工程中において、造形ステージ300の穴部320上に重なって造形材料が積層された後、穴部320上に重なって積層された造形材料に切削加工が施されることによって形成されてもよい。この場合、切削加工によって寸法精度良く貫通孔935を形成できるため、貫通孔935と穴部320との位置ずれや、固定部材の干渉を抑制できる。
(B1)上述した実施形態では、スカート部930の貫通孔935は、第1造形工程にて、造形ステージ300の穴部320の外周を囲むように造形材料が積層されることによって形成される。これに対して、スカート部930の貫通孔935は、第1造形工程中において、造形ステージ300の穴部320上に重なって造形材料が積層された後、穴部320上に重なって積層された造形材料に切削加工が施されることによって形成されてもよい。この場合、切削加工によって寸法精度良く貫通孔935を形成できるため、貫通孔935と穴部320との位置ずれや、固定部材の干渉を抑制できる。
(B2)上述した実施形態では、スカート部固定工程にて、スカート部930を造形ステージ300に固定するための固定部材としてボルト950が用いられている。これに対して、固定部材として、例えば、スナップフィット方式の樹脂クリップや、リベット等が用いられてもよい。この場合、造形ステージ300の穴部320に、雌ねじ部325が形成されていなくてもスカート部930を造形ステージ300に固定できる。
(B3)上述した実施形態では、スカート部固定工程にて、ボルト950を用いてスカート部930を造形ステージ300に固定している。これに対して、スカート部固定工程にて、造形ステージ300の穴部320、および、スカート部930の貫通孔935に、ノズル61から造形材料を吐出することによって、造形材料によって固定部材を形成して、当該固定部材によって、スカート部930を造形ステージ300に固定してもよい。この場合、固定部材を別途用意することなく、スカート部930を造形ステージ300に固定することができる。
(B4)上述した実施形態では、スカート部固定工程にて、ユーザーによって、スカート部930の貫通孔935と、造形ステージ300の穴部320とにボルト950が挿入および螺合される。これに対して、三次元造形装置10は、制御部500の制御下で動作するロボットアームを備え、スカート部固定工程にて、ロボットアームによって、スカート部930の貫通孔935と、造形ステージ300の穴部320とにボルト950が挿入および螺合されてもよい。この場合、三次元造形装置10によって、スカート部固定工程を自動化できる。
(B5)上述した実施形態では、スカート部930と第1造形部910と第2造形部920との造形に用いられる造形材料の種類は同じであり、スカート部分離工程にて、第1造形部910とスカート部930とが、切削加工によって分離される。これに対して、スカート部930の造形に用いられる造形材料の種類は、第1造形部910や第2造形部920の造形に用いられる造形材料の種類とは異なり、スカート部分離工程にて、スカート部930が溶解によって除去されてもよいし、スカート部930が焼却によって除去されてもよい。スカート部930が溶解によって除去される場合には、第1造形部910および第2造形部920には、水や所定の有機溶媒によって溶解しない材料が用いられ、スカート部930には、水や所定の有機溶媒によって溶解する材料が用いられる。スカート部930が焼却によって除去される場合には、スカート部930の造形に用いられる造形材料は、第1造形部910や第2造形部920の造形に用いられる造形材料よりも燃焼しやすい材料が用いられる。これらの場合、スカート部930を除去する際に外力が加わって三次元造形物OBが破損することを抑制できる。また、切削加工ではスカート部930を除去できない複雑な形状であっても、スカート部930を除去することができる。
(B6)上述した実施形態では、第1造形部910は、造形ステージ300に沿ってスカート部930に繋がる、三次元造形物OBの一部が含まれる部分である。これに対して、第1造形部910に三次元造形物OBの一部が含まれなくてもよい。例えば、第1造形部910は、造形中の三次元造形物OBを造形ステージ300上に支持するために造形され、造形ステージ300上における三次元造形物OBの作成が完了した後に、切削加工などによって除去される部分であってもよい。
(B7)図16は、他の形態としての吐出ユニット100bの概略構成を示す説明図である。吐出ユニット100bは、インラインスクリュー140とバレル50bとを有する溶融部30bを備えてもよい。インラインスクリュー140は、中心軸RXに沿った方向の長さが直径よりも大きい略円柱形状を有している。インラインスクリュー140は、中心軸RXがZ方向に平行になるように配置されている。インラインスクリュー140の円柱の側面には、螺旋状の溝部145が設けられている。インラインスクリュー140は、上端部に接続された駆動モーター32によって回転する。バレル50bは、インラインスクリュー140の外周を覆う円筒形状を有している。バレル50bには、円筒の内壁面に、インラインスクリュー140に対向するスクリュー対向面52bが設けられている。バレル50bには、インラインスクリュー140の溝部145に対向する位置に、ヒーター58bが内蔵されている。バレル50bの円筒の底面には、インラインスクリュー140の中心軸RX上に、連通孔56が設けられている。この形態であっても、溶融部30bは、インラインスクリュー140の回転、および、ヒーター58bによる加熱によって、材料貯留部20から溝部145に供給された材料を溶融して造形材料を生成し、連通孔56から送出できる。尚、インラインスクリュー140のことを単にスクリューと呼ぶこともある。ヒーター58bのことを加熱部と呼ぶこともある。
C.他の形態:
本開示は、上述した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で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記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。
本開示は、上述した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で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記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。
(1)本開示の第1の形態によれば、三次元造形物の製造方法が提供される。この三次元造形物の製造方法は、穴部が設けられたステージに造形材料を1層または複数層に亘って積層して、前記ステージに接する第1造形部と、前記ステージに沿って前記第1造形部に繋がり、前記穴部上に貫通孔が設けられたスカート部とを形成する第1造形工程と、前記第1造形部上に前記造形材料を1層または複数層に亘って積層して第2造形部を形成する第2造形工程と、前記穴部および前記貫通孔に固定部材を挿入して、前記スカート部を前記ステージに固定するスカート部固定工程と、を有する。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、固定部材によってスカート部がステージに固定されるので、スカート部に繋がる第1造形部および第2造形部をステージにより強固に固定できる。そのため、第1造形部および第2造形部が意図せずステージから剥離することを抑制できる。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、固定部材によってスカート部がステージに固定されるので、スカート部に繋がる第1造形部および第2造形部をステージにより強固に固定できる。そのため、第1造形部および第2造形部が意図せずステージから剥離することを抑制できる。
(2)上記形態の三次元造形物の製造方法では、前記第1造形工程において、前記スカート部の前記貫通孔は、前記ステージに積層された前記造形材料に切削加工を施すことによって形成されてもよい。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、切削加工によって寸法精度良く貫通孔を形成できるため、貫通孔と穴部との位置ずれや、固定部材の干渉を抑制できる。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、切削加工によって寸法精度良く貫通孔を形成できるため、貫通孔と穴部との位置ずれや、固定部材の干渉を抑制できる。
(3)上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記固定部材は、ねじであり、前記ステージの前記穴部は、ねじ穴であってもよい。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、穴部に対して固定部材を容易に脱着できるため、スカート部をステージに容易に固定できるとともに、スカート部をステージから容易に取り外すことができる。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、穴部に対して固定部材を容易に脱着できるため、スカート部をステージに容易に固定できるとともに、スカート部をステージから容易に取り外すことができる。
(4)上記形態の三次元造形物の製造方法では、前記スカート部固定工程において、前記ステージの前記穴部、および、前記スカート部の前記貫通孔に前記造形材料を吐出することによって前記固定部材を形成して、前記スカート部を前記ステージに固定してもよい。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、固定部材が造形によって形成されるため、固定部材を別途用意することなく、スカート部をステージに固定することができる。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、固定部材が造形によって形成されるため、固定部材を別途用意することなく、スカート部をステージに固定することができる。
(5)上記形態の三次元造形物の製造方法は、前記第1造形部および前記第2造形部が前記スカート部を介して前記ステージに固定された状態で、少なくとも前記第2造形部に切削加工を施す工程を有してもよい。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、三次元造形物がステージに強固に固定された状態で切削加工を行うことができるため、ステージからの剥離を抑制しつつ、第1造形部および第2造形部を寸法精度良く仕上げることができる。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、三次元造形物がステージに強固に固定された状態で切削加工を行うことができるため、ステージからの剥離を抑制しつつ、第1造形部および第2造形部を寸法精度良く仕上げることができる。
(6)上記形態の三次元造形物の製造方法は、前記第1造形部および前記第2造形部の作成が完了した後に、前記第1造形部と前記スカート部とを切削加工によって分離する工程を有してもよい。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、不要になったスカート部を第1造形部および第2造形部から容易に分離できる。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、不要になったスカート部を第1造形部および第2造形部から容易に分離できる。
(7)上記形態の三次元造形物の製造方法において、前記スカート部を形成する前記造形材料の種類は、前記第1造形部を形成する前記造形材料の種類とは異なり、前記第1造形部および前記第2造形部の作成が完了した後に、前記スカート部を溶解または焼却する工程を有してもよい。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、スカート部を除去する際に外力が加わって第1造形部および第2造形部が破損することを抑制できる。
この形態の三次元造形物の製造方法によれば、スカート部を除去する際に外力が加わって第1造形部および第2造形部が破損することを抑制できる。
(8)本開示の第2の形態によれば、三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、前記溶融部から供給された前記造形材料を吐出する吐出部と固定部材が挿入される穴部が設けられ、前記吐出部から吐出された前記造形材料が積層されるステージと、前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、前記吐出部および前記移動機構を制御することによって、前記ステージに三次元造形物を造形する制御部と、を備える。前記制御部は、前記溶融部および前記移動機構を制御することによって、前記ステージに接する第1造形部と、前記ステージに沿って前記第1造形部に繋がり、前記穴部上に貫通孔が設けられたスカート部とを形成する。
この形態の三次元造形装置によれば、穴部がステージに設けられており、穴部上に貫通孔が設けられたスカート部が形成されるため、固定部材によってスカート部をステージに固定できるので、スカート部に繋がる第1造形部および第2造形部が意図せずステージから剥離することを抑制できる。
この形態の三次元造形装置によれば、穴部がステージに設けられており、穴部上に貫通孔が設けられたスカート部が形成されるため、固定部材によってスカート部をステージに固定できるので、スカート部に繋がる第1造形部および第2造形部が意図せずステージから剥離することを抑制できる。
(9)上記形態の三次元造形装置において、前記溶融部は、溝が形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、中央に前記吐出部に連通する連通孔が形成されたスクリュー対向面、および、加熱部を有するバレルと、を備え、前記フラットスクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって前記材料を溶融させて前記造形材料にして、前記連通孔から前記吐出部に前記造形材料を供給してもよい。
この形態の三次元造形装置によれば、フラットスクリューを用いて材料を溶融させて造形材料にするため、溶融部を小型化できる。そのため、三次元造形装置を小型化できる。
この形態の三次元造形装置によれば、フラットスクリューを用いて材料を溶融させて造形材料にするため、溶融部を小型化できる。そのため、三次元造形装置を小型化できる。
本開示は、三次元造形物の製造方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形装置、三次元造形システム、三次元造形装置の制御方法、情報処理装置、データ生成方法等の形態で実現することができる。
5…三次元造形システム、10…三次元造形装置、15…情報処理装置、16…データ生成部、20…材料貯留部、22…供給路、30…溶融部、31…スクリューケース、32…駆動モーター、40…フラットスクリュー、41…上面、42…溝形成面、43…側面、45…溝部、46…中央部、47…渦状部、48…材料導入部、50…バレル、52…スクリュー対向面、54…案内溝、56…連通孔、58…ヒーター、60…吐出部、61…ノズル、62…ノズル孔、65…ノズル流路、100…吐出ユニット、140…インラインスクリュー、145…溝部、200…切削ユニット、210…切削工具、300…造形ステージ、310…造形面、320…穴部、325…雌ねじ部、400…移動機構、500…制御部、910…第1造形部、920…第2造形部、930…スカート部、935…貫通孔、950…ボルト、955…雄ねじ部
Claims (9)
- 三次元造形物の製造方法であって、
穴部が設けられたステージに造形材料を1層または複数層に亘って積層して、前記ステージに接する第1造形部と、前記ステージに沿って前記第1造形部に繋がり、前記穴部上に貫通孔が設けられたスカート部とを形成する第1造形工程と、
前記第1造形部上に前記造形材料を1層または複数層に亘って積層して第2造形部を形成する第2造形工程と、
前記穴部および前記貫通孔に固定部材を挿入して、前記スカート部を前記ステージに固定するスカート部固定工程と、
を有する三次元造形物の製造方法。 - 請求項1に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記第1造形工程において、前記スカート部の前記貫通孔は、前記ステージに積層された前記造形材料に切削加工を施すことによって形成される、三次元造形物の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記固定部材は、ねじであり、
前記ステージの前記穴部は、ねじ穴である、
三次元造形物の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記スカート部固定工程において、前記ステージの前記穴部、および、前記スカート部の前記貫通孔に前記造形材料を吐出することによって前記固定部材を形成して、前記スカート部を前記ステージに固定する、三次元造形物の製造方法。 - 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物の製造方法であって、
前記第1造形部および前記第2造形部が前記スカート部を介して前記ステージに固定された状態で、少なくとも前記第2造形部に切削加工を施す工程を有する、三次元造形物の製造方法。 - 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物の製造方法であって、
前記第1造形部および前記第2造形部の作成が完了した後に、前記第1造形部と前記スカート部とを切削加工によって分離する工程を有する、三次元造形物の製造方法。 - 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物の製造方法であって、
前記スカート部を形成する前記造形材料の種類は、前記第1造形部を形成する前記造形材料の種類とは異なり、
前記第1造形部および前記第2造形部の作成が完了した後に、前記スカート部を溶解または焼却する工程を有する、三次元造形物の製造方法。 - 三次元造形装置であって、
材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、
前記溶融部から供給された前記造形材料を吐出する吐出部と
固定部材が挿入される穴部が設けられ、前記吐出部から吐出された前記造形材料が積層されるステージと、
前記吐出部と前記ステージとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記吐出部および前記移動機構を制御することによって、前記ステージに三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記溶融部および前記移動機構を制御することによって、前記ステージに接する第1造形部と、前記ステージに沿って前記第1造形部に繋がり、前記穴部上に貫通孔が設けられたスカート部とを形成する、三次元造形装置。 - 請求項8に記載の三次元造形装置であって、
前記溶融部は、
溝が形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、前記溝形成面に対向し、中央に前記吐出部に連通する連通孔が形成されたスクリュー対向面、および、加熱部を有するバレルと、を備え、
前記フラットスクリューの回転、および、前記加熱部による加熱によって前記材料を溶融させて前記造形材料にして、前記連通孔から前記吐出部に前記造形材料を供給する、三次元造形装置。
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JP2019011861A JP2020116900A (ja) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113172879A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-07-27 | 扬州市职业大学(扬州市广播电视大学) | 一种应用于熔融沉积式3d打印的裙边生成方法 |
-
2019
- 2019-01-28 JP JP2019011861A patent/JP2020116900A/ja active Pending
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