JP2021146548A - Three-dimensional molding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体造形装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus.
立体造形物(三次元造形物)を造形する装置としては、一般的に、溶融堆積(MEX;Materials Extrusion)、光造形(VPP;Vat Photo Polymerization)、粉体焼結(PBF;Powder Bed Fusion)、材料噴射(MJT;Material Jetting)、結合剤噴射(BJT;Binder Jetting)、シート積層(SHL;Sheet. Lamination)、指向性エネルギー堆積(DED;Directed Energy Deposition)等の技術を利用した積層造形法が知られている。 Devices for forming three-dimensional objects (three-dimensional objects) are generally melt deposition (MEX; Materials Extrusion), stereolithography (VPP; Vat Photo Polymerization), and powder sintering (PBF; Powder Bed Fusion). , Material Jetting (MJT), Binder Jetting (BJT), Sheet Lamination (SHL), Directed Energy Deposition (DED), etc. It has been known.
また、造形物の形成に先立ち、レジストレーションマーカーの高さを測定し、測定結果に基づき造形物の形状を補正する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Further, a technique is disclosed in which the height of a registration marker is measured prior to the formation of a modeled object and the shape of the modeled object is corrected based on the measurement result (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の技術では、造形物の形状精度を確保できない場合がある。 However, the technique of Patent Document 1 may not ensure the shape accuracy of the modeled object.
本発明は、造形物の形状精度を確保することを課題とする。 An object of the present invention is to secure the shape accuracy of a modeled object.
上述した課題を解決するために、少なくとも造形材料を含む材料層を積層方向に積層する造形部と、前記積層方向と交差する交差方向から前記造形部に光を投光する投光部と、前記光の前記積層方向における幅を検出する検出部と、前記幅に基づき前記造形部を制御する制御部と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems, a modeling unit in which at least a material layer containing a modeling material is laminated in a stacking direction, a light projecting unit that projects light onto the modeling unit from an intersecting direction intersecting the stacking direction, and the above. A detection unit that detects the width of light in the stacking direction and a control unit that controls the modeling unit based on the width are provided.
本発明によれば、造形物の形状精度を確保できる。 According to the present invention, the shape accuracy of the modeled object can be ensured.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
実施形態では、少なくとも造形材料を含む材料層を積層方向に積層する。また、積層方向と交差する交差方向から造形部に光を投光し、積層方向における光の幅に基づき造形部を制御する。これにより造形物を正確に造形し、造形物の形状精度を確保する。 In the embodiment, the material layer containing at least the modeling material is laminated in the stacking direction. In addition, light is projected onto the modeling portion from the intersecting direction intersecting the stacking direction, and the modeling portion is controlled based on the width of the light in the stacking direction. As a result, the modeled object is accurately modeled, and the shape accuracy of the modeled object is ensured.
ここで、材料層とは造形材料から形成された1層の薄層をいう。また造形物とは、立体造形物を造形する装置による造形過程にある造形物をいう。造形物は材料層が積層することで造形される。 Here, the material layer means one thin layer formed from the modeling material. Further, the modeled object means a modeled object in the process of modeling by a device for modeling a three-dimensional modeled object. The modeled object is modeled by laminating material layers.
また立体造形物とは造形が完了した複数の材料層が積層された造形物をいう。実施形態では、材料層の場合は「材料層を形成する」といい、造形物の場合は「造形物を造形する」という。 Further, the three-dimensional modeled object is a modeled object in which a plurality of material layers for which modeling has been completed are laminated. In the embodiment, in the case of a material layer, it is referred to as "forming a material layer", and in the case of a modeled object, it is referred to as "creating a modeled object".
なお、以下の各図に示すY方向はビルドプレート101の移動方向を示し、Z方向は材料層の積層方向を示し、X方向はY方向及びZ方向の両方に交差する方向を示す。ここで、X方向は「交差方向」の一例、Z方向は「積層方向」の一例、Y方向は「所定の方向」の一例である。
The Y direction shown in each of the following figures indicates the moving direction of the
[実施形態]
<立体造形装置500の全体構成例>
まず、実施形態に係る立体造形物を造形する装置(以下では立体造形装置500という)について、図1を参照して説明する。図1は、立体造形装置500の全体構成の一例を説明する図である。
[Embodiment]
<Overall configuration example of the three-
First, an apparatus for modeling a three-dimensional object according to an embodiment (hereinafter referred to as a three-dimensional modeling apparatus 500) will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of the three-
図1に示すように、立体造形装置500は、造形部100と、制御部400とを備えている。また造形部100は、ビルドプレート101と、ステージ加熱ヒータ102と、担持体111と、造形ガイド155と、供給手段112と、飛翔用レーザ115と、溶融用レーザ116と、クリーニングブレード117と、回収ケース118とを備えている。造形部100は、入力されるスライスデータに基づき、造形材料を含む材料層をZ方向に積層して造形物200を造形する。
As shown in FIG. 1, the three-
なお、立体造形装置500は、さらに投光部410と、検出部420とを備えているが、図1ではこれらの図示を省略し、図3以降でこれらについて詳述する。
The three-
「支持台」の一例としてのビルドプレート101は、材料層を積層して造形物200を支持する部材である。ビルドプレート101は、矢印Y方向に往復移動可能であり、また矢印Z方向に例えば造形厚み0.05mmピッチで上下動可能である。
The
ステージ加熱ヒータ102は、ビルドプレート101の下側に配置され、ビルドプレート101を造形材料201に合わせた温度に制御する。
The
担持体111は、周回移動する回転部材である無端ベルトから構成されている。具体的には、担持体111は、例えばPETフィルム(東レ製ルミラー)で構成されている。但し、ポリイミドフィルム(東レ製カプトンH)で構成することもできる。
The
担持体111は、ビルドプレート101の上方(+Z方向側)に配置され、ローラ151、152及び造形ガイド155に架け回されている。担持体111は、粒子状の造形材料201を担持し、ビルドプレート101上の造形物200の上方まで造形材料201を移送する。但し、担持体111は無端ベルトに限るものではなく、造形材料201を担持して矢印方向(移送方向)に回転する円筒形のガラス部材などからなる回転ドラムで構成してもよい。
The
造形材料201は、目的とする造形物200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、PA12(ポリアミド12)、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)等である。また、造形材料201は、結晶性樹脂のみに限らず、非晶性樹脂であるPC(ポリカーボネート)やABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、PEI(ポリエーテルイミド)、あるいは結晶性と非晶性の混合樹脂であってもよい。
The
また、造形材料201は、樹脂の他、金属、セラミック、液体などの種々の材料を用いることができる。また、造形材料201は、1pa・s以上の粘度を有する材料であってもよい。
Further, as the
担持体111の周面による造形材料201の担持は、本実施形態では、ファンデルワールス力によって行っている。また、造形材料201の抵抗値が高い場合、静電的な付着力だけでも担持できる。
In this embodiment, the
担持体111の周囲には、担持体111の周面(表面)に造形材料201を供給する供給手段112が配置されている。
Around the
供給手段112はローレットローラ123と、ブレード122とを備えている。またローレットローラ123に対向して表面にゴム層を有する当接ローラ124が配置されている。
The supply means 112 includes a
供給手段112は、ブレード122で造形材料201を摺って擦りながら凝集を解き、ローレットローラ123を介して、担持体111の周面に造形材料201の薄層を形成する。
The supply means 112 disaggregates while rubbing and rubbing the
但し、供給手段112による供給は、ローレットローラ123に限定されるものではなく、メッシュローラを用いる構成や、回転体による接触供給、非接触供給、非接触のメッシュ上からの散布、粉体気流撹拌による流動浸漬等も可能である。
However, the supply by the supply means 112 is not limited to the
また担持体111の内側には、担持体111の周面から造形材料201を飛翔させる手段としての飛翔用レーザ115が配置されている。ここで、「飛翔」とは、造形材料201が非接触で担持体111からビルドプレート101側に移動することを意味し、転写と異なり、非接触で移動できるので、造形材料201のロスを少なくしたり、造形精度を向上させたりすることができる。
Further, inside the
飛翔用レーザ115はパルスレーザで構成され、担持体111の内側から造形材料201に対してパルスレーザ光115aを照射する。この照射位置は造形位置に対応する。またパルスレーザ光115aは、担持体111を支持する造形ガイド155のスリット部155aを通って担持体111に照射できるようになっている。ここで、造形ガイド155は、「案内部」の一例である。
The flying
造形材料201は、パルスレーザ光115aを受けることで、放射圧と呼ばれる力により粉の付着力が開放され、重力により下向きに落下する。US006025110A等に記載されているレーザ転写LIFT(Laser Induced Forward Transfer)は、担持体に密着した箔状、液状の材料をレーザ照射により非接触転写するものであり、局部的に加熱されて材料が気化することにより、担持体111の周面からパルスレーザ光115aの方向に飛翔する。ここで、飛翔用レーザ115は「飛翔させる手段」の一例である。
When the
本実施形態では、後者のメカニズムの寄与を皆無とまで言うことはできないが、前者が中心と考える理由に以下のものがある。 In this embodiment, it cannot be said that the latter mechanism contributes completely, but the reason why the former is considered to be the center is as follows.
1.レーザ光の吸収率が高い黒色粉と透明粉で飛翔開始エネルギーが同等である。 1. 1. The flight start energy is the same for black powder and transparent powder, which have high laser light absorption rates.
2.担持体が透明樹脂フィルムであっても透明粉は飛翔する。 2. Even if the carrier is a transparent resin film, the transparent powder will fly.
3.担持体の透明樹脂フィルムは1000回までの多数回パルスレーザ照射でも劣化しない。 3. 3. The transparent resin film on the carrier does not deteriorate even after multiple pulse laser irradiations up to 1000 times.
担持体111と造形物200との空隙距離は、造形材料201の平均粒径の3〜4倍を目安に維持することが好ましい。これにより、飛翔前後の上下の造形材料同士の接触を避け、飛翔による散逸を避けることができる。
The gap distance between the
飛翔用レーザ115のレーザ光源としては、特に制限はなく、ピコ秒からナノ秒などのパルス発振可能なものが好ましい。固体レーザとしては、YAGレーザ、チタンサファイアレーザなどがある。気体レーザとしては、アルゴンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、炭酸ガスレーザなどがある。半導体レーザも小型で好ましい。ファイバーレーザはそのピークエネルギーの高さと小型化可能な面で本発明を製品化するに当たり最も適した光源である。
The laser light source of the flying
レーザの波長としては、適宜選択することができるが、300nm以上11μm以下が好ましい。特に、造形材料201が樹脂であるとき、2460nm付近はCHとCC結合の複合吸収帯で、カーボン入りのものも含む多様な樹脂で吸収率が80%以上であった。
The wavelength of the laser can be appropriately selected, but is preferably 300 nm or more and 11 μm or less. In particular, when the
また、波長が2300nm〜2500nmは吸収率が65%以上であり、この範囲でも安定的な飛翔及び溶融のエネルギーを付与できる。 Further, when the wavelength is 2300 nm to 2500 nm, the absorption rate is 65% or more, and stable flight and melting energy can be imparted even in this range.
この波長域は通常のガラスの透過率も高いため、基材との組み合わせも容易である。レーザのパルス周波数としては、レーザの走査速度との組み合わせで適宜選択することができる。両者の組み合わせで決まるビーム径の重なりが多いと飛翔後の粉体(造形材料)にもレーザが当たり、粉が散逸しやすい。ビーム径の重なりが2回以上となるとその傾向が顕著であり、1.2〜1.7回は粉の散逸が小さい。 Since the transmittance of ordinary glass is high in this wavelength range, it is easy to combine with a base material. The pulse frequency of the laser can be appropriately selected in combination with the scanning speed of the laser. If there is a lot of overlap in the beam diameter determined by the combination of the two, the laser will hit the powder (modeling material) after flight, and the powder will easily dissipate. The tendency is remarkable when the beam diameters overlap twice or more, and the powder dissipates small when the beam diameters overlap 1.2 to 1.7 times.
また、担持体111の外側には、造形物200の表面を加熱する手段としての溶融用レーザ116が配置されている。溶融用レーザ116は、パルスを積極的に用いる必要はなく、連続波のレーザが適している。ここで、溶融用レーザ116は「エネルギーを付与する手段」の一例である。
Further, on the outside of the
溶融用レーザ116は、ビルドプレート101上で造形される造形物200の表面を加熱して溶融状態にする。エネルギーによって溶融状態になればよく、レーザによる加熱以外にも超音波、対流、ランプ、レーザ、誘導加熱、誘電加熱など適用可能である。また、このときの「表面」とは、造形1回の1層でも良いし、2、3層等の複数層にわたっても良い。また、各層の一部でも良いし、全体でもよい。つまり、最表層の一部が含まれていることが重要である。
The
溶融用レーザ116のレーザ光116aは、図1において、飛翔用レーザ115のパルスレーザ光115aの照射位置(造形材料201の着弾位置)を狙って照射されている。両者の位置は調整可能で、材料種や造形速度などで調整位置を切り替えることも考慮される。
In FIG. 1, the
これにより、溶融用レーザ116のレーザ光116aで溶融状態になった造形物200の表面に、飛翔用レーザ115で飛翔される造形材料201が着弾することで造形物200に付着される。なお、造形材料201の飛翔と造形物200の溶融の開始タイミングの前後関係は特に限定されるものではない。つまり、造形材料201が飛翔する前に、造形物200の表面を溶融させてもよい。または、造形材料201が飛翔した後、造形物200の表面を溶融させ、この溶融させた表面に飛翔した造形材料201が着弾してもよい。
As a result, the
着弾位置のばらつきや過不足は積層間で調整可能で、飛翔用レーザ115は造形の形状と異なることがあり得る。造形の形状を決定するのは溶融用レーザ116である。
Variations in landing position and excess / deficiency can be adjusted between layers, and the flying
また、担持体111の周囲には、造形物200を造形する領域よりも担持体111の回転方向下流側に、担持体111上に残存する造形材料201を除去するクリーニングブレード117を備えている。クリーニングブレード117で掻き落とされた造形材料201は回収ケース118に回収する。
Further, around the
なお、立体造形装置500は、図1の構成に限定されるものではなく、各種変形が可能である。また。造形材料201を飛翔させる角度、パルスレーザ光115aを照射させる角度、及びレーザ光116aを照射する角度は、ビルドプレート101に対して適宜選択することができる。
The three-
[第1実施形態]
次に図2は、図1における造形物200周辺の構成の一例を説明する拡大図である。造形部100の飛翔用レーザ115は、造形ガイド155のスリット部155aを通して、担持体111に担持された造形材料201にパルスレーザ光115aを照射して、造形材料201を−Z方向に飛翔させる。破線で示した矢印201aは、造形材料201の飛翔方向を表している。
[First Embodiment]
Next, FIG. 2 is an enlarged view illustrating an example of the configuration around the modeled
造形部100は、パルスレーザ光115aをX方向に走査して造形材料201を飛翔させながら、ビルドプレート101をY方向に移動させることで造形材料201による2次元の材料層を形成する。この2次元的な材料層はXY平面に形成される。なお、ビルドプレート101は固定し、造形部100を移動させてもよい。
The
形成された材料層に溶融用レーザ116のレーザ光116aをX方向に走査しながら照射して材料層を溶融させ、溶融した材料層の+Z方向側の面に再度材料層を形成して、これらの材料層同士を付着させて積層する。この動作を繰り返すことで、材料層を1層ずつ+Z方向に積層し、造形物200を造形することができる。
The formed material layer is irradiated with the
また、実施形態では、投光部410が造形物200に対してX方向に光の一例としてのプローブ光を照射し、検出部420がプローブ光の幅を検出している。具体的には、造形物200を挟んで投光側とは反対側で受光したプローブ光のZ方向における幅に基づき、造形物200の高さ(Z方向の長さ)を検出できるようにしている。図2において一点鎖線で示したPは、プローブ光を示している。プローブ光Pは、Z方向を長手とする線状のパターン光であり、造形ガイド155とビルドプレート101との間に向けて、X方向に沿って照射される。
Further, in the embodiment, the
<造形物の高さの制御方法>
次に、立体造形装置500における造形物の高さの制御方法について説明する。
<Method of controlling the height of the modeled object>
Next, a method of controlling the height of the modeled object in the three-
Z方向における造形ガイド155と造形物200との間の距離が変動すると、造形材料201が重力方向に対して斜めに飛翔する場合等に、造形材料201の着弾位置が狙いの位置からずれる場合がある。また造形材料201の飛翔距離が長いほど、飛翔する造形材料201が空気抵抗等の影響を受けて造形材料201の着弾位置が狙いの位置からずれやすくなる。
If the distance between the
従って造形物の形状精度を確保するためには、Z方向における造形ガイド155と造形物200との間の距離は、短く且つ一定に維持されることが好ましい。実施形態では、短く且つ一定に維持するために設定する上記の距離を「所定距離」という。所定距離は一例として500±50μmである。
Therefore, in order to ensure the shape accuracy of the modeled object, it is preferable that the distance between the modeled
しかし、所定距離を短く設定した場合にも、造形材料201の粒子径や質量のばらつきによって、形成される材料層の高さ(厚み)に誤差が生じ、造形物200の形状精度が低下する場合がある。
However, even when the predetermined distance is set short, an error occurs in the height (thickness) of the material layer to be formed due to variations in the particle size and mass of the
そのため、本実施形態では、投光部410と検出部420とを用いてZ方向における造形ガイド155と造形物200との間の距離を検出し、造形物200の高さを制御する。
Therefore, in the present embodiment, the
ここで図3は、投光部410と、検出部420の配置の一例を説明する図であり、(a)は造形物200が未形成の状態を示す図、(b)は造形物200を形成中の状態を示す図である。また図3は、造形物200の周辺を+Y方向から見た図である。
Here, FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the arrangement of the
図3に示すように、投光部410は造形部100の−X方向側に配置され、造形部100に向けてプローブ光Pを投光する。投光部410は半導体レーザ等のレーザ光源を備え、Z方向に沿う方向を長手とする線状のレーザ光(パターン光)をプローブ光Pとして投光できる。但し、これに限定されるものではなく、発光ダイオード等の光源を用いてもよいし、線状以外のパターン光を用いることもできる。
As shown in FIG. 3, the
プローブ光Pは、造形ガイド155とビルドプレート101を跨ぐように、Z方向に十分に長いパターン光であることが好ましい。換言すると、プローブ光PのZ方向の長さは、所定距離より長いことが好ましい。
The probe light P is preferably a pattern light that is sufficiently long in the Z direction so as to straddle the
検出部420は、造形部100を挟んで、X方向における投光部410の反対側に配置され、造形ガイド155とビルドプレート101との間を通過したプローブ光Pを受光できるようになっている。
The
検出部420は、Z方向に画素が配列するCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary MOS)、PDA(Photo Diode Array)等のライン受光素子を備えており、造形ガイド155とビルドプレート101との間を通過したプローブ光PのZ方向における幅を、ライン受光素子の画素数に基づき検出する。
The
プローブ光PのZ方向における幅に基づき、造形物200の高さは、以下の(1)式で算出できる。
h=D0+M−D1 ・・・(1)
(1)式において、hは造形物の高さ、D0は造形ガイド155とビルドプレート101とのZ方向における距離、Mはビルドプレート101の下降距離、D1は造形ガイド155と造形物200とのZ方向における距離をそれぞれ示す。
The height of the modeled
h = D 0 + MD 1 ... (1)
In equation (1), h is the height of the modeled object, D 0 is the distance between the modeled
距離D0は、図3(a)の状態で検出部420がプローブ光PのZ方向における幅を検出することで取得される。図3(a)に示す幅421が距離D0に対応する。この距離D0は、立体造形装置500の起動時に自動で取得されるようにしてもよいし、造形を行う毎に取得されるようにしてもよい。
The distance D 0 is acquired when the
また距離D1は、図3(b)の状態で検出部420がプローブ光PのZ方向における幅を検出することで取得される。図3(b)に示す幅422が距離D1に対応する。この距離D1は、材料層を1層形成するたびに取得される。
Further, the distance D 1 is acquired by the
検出部420は、取得された距離D0及びD1に基づいて、(1)式により造形物200の高さhを検出し、高さhと距離D1の検出値を制御部400に出力する。但し、検出部420は、距離D0及びD1の検出値を制御部400に出力し、制御部400が高さhを算出してもよい。
The
<制御部400の構成>
次に、立体造形装置500が備える制御部400について説明する。
<Structure of
Next, the
制御部400は、外部装置から受信した立体データから生成されるスライスデータに基づいて立体造形装置500による造形を制御する。また、制御部400は、検出部420が検出したプローブ光PのZ方向における幅に基づいて造形を制御する制御装置である。
The
(制御部400のハードウェア構成例)
まず、制御部400のハードウェア構成について、図4を参照して説明する。図4は制御部400のハードウェア構成の一例を説明するブロック図である。
(Hardware configuration example of control unit 400)
First, the hardware configuration of the
図4に示すように、制御部400は、コンピュータにより構築され、CPU(Central Processing Unit)501と、ROM(Read Only Memory)502と、RAM(Random Access Memory)503と、HD(Hard Disk)504と、HDD(Hard Disk Drive)コントローラ505とを備えている。またディスプレイ506と、外部機器接続I/F(Interface)508と、ネットワークI/F509と、データバス510と、キーボード511と、ポインティングデバイス512と、DVD−RW(Digital Versatile Disk Rewritable)ドライブ514と、メディアI/F516とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
これらのうち、CPU501は、制御部400全体の動作を制御する。ROM502は、IPL(Initial Program Loader)等のCPU501の駆動に用いられるプログラムを記憶する。RAM503はCPU501のワークエリアとして使用される。
Of these, the
HD504は、プログラム等の各種データを記憶する。またHDDコントローラ505は、CPU501の制御にしたがってHD504に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。ディスプレイ506は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字、又は画像等の各種情報を表示する。
The HD504 stores various data such as programs. Further, the
外部機器接続I/F508は、各種の外部機器を接続するためのインタフェースである。この場合の外部機器は、USB(Universal Serial Bus)メモリやプリンタ等である。ネットワークI/F509は、ネットワークNを利用してデータ通信をするためのインタフェースである。データバス510は、CPU501等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等である。
The external device connection I /
また、キーボード511は、文字、数値、各種指示等の入力のための複数のキーを備えた入力手段の一種である。ポインティングデバイス512は、各種指示の選択や実行、処理対象の選択、カーソルの移動等を行う入力手段の一種である。
Further, the
DVD−RWドライブ514は、着脱可能な記録媒体の一例としてのDVD−RW513に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。なお、DVD−RWに限らず、DVD−R等であっても良い。メディアI/F516は、フラッシュメモリ等の記録メディア515に対するデータの読み出し又は書き込み(記憶)を制御する。
The DVD-
(制御部400の機能構成例)
次に、制御部400の機能構成について、図5を参照して説明する。図5は、制御部400の機能構成の一例を説明するブロック図である。
(Example of functional configuration of control unit 400)
Next, the functional configuration of the
図5に示すように、制御部400は、受信部401と、データ生成部402と、造形制御部403と、投光制御部404と、補正制御部405と、報知部406とを備えている。但し、制御部400はこれら以外の構成を備えてもよい。
As shown in FIG. 5, the
上記に示したもののうち、受信部401の機能は、図4のネットワークI/F509等により実現され、データ生成部402、造形制御部403、投光制御部404及び補正制御部405の機能は、それぞれ図4のCPU501が所定のプログラムを実行すること等により実現される。また報知部406の機能はディスプレイ506等により実現される。
Among those shown above, the functions of the receiving
受信部401は、PC(Personal Computer)等の外部装置から立体データを受信し、データ生成部402に出力する。
The receiving
データ生成部402は、立体データを積層方向にスライスして、立体造形装置500が1層毎に材料層を形成する元となるスライスデータを演算により生成する。
The
造形制御部403は、飛翔制御部41と、溶融制御部42と、移動制御部43とを備え、スライスデータに基づき形成した材料層を積層して造形するための制御を行う。
The
飛翔制御部41は、スライスデータに基づき、飛翔用レーザ115によるパルスレーザ光115aの照射を制御する。この制御には、パルスレーザ光115aの強度制御及びオン/オフ制御等が含まれる。また飛翔制御部41は、パルスレーザ光115aを走査するためのガルバノミラー等の走査部の駆動制御を行うこともできる。
The
溶融制御部42は、スライスデータに基づき、溶融用レーザ116によるレーザ光116aの照射を制御する。この制御には、レーザ光116aの強度制御及びオン/オフ制御等が含まれる。また溶融制御部42は、レーザ光116aを走査するためのガルバノミラー等の走査部の駆動制御を行うこともできる。
The
移動制御部43は、スライスデータに基づき、ビルドプレート101のY方向(図1参照)及びZ方向の移動を制御する。この制御には、ビルドプレート101の移動量、移動方向及び移動速度等の制御が含まれる。
The
投光制御部404は投光部410によるプローブ光Pの投光を制御する。この制御には、プローブ光Pの強度制御及びオン/オフ制御等が含まれる。
The light
補正制御部405は、検出部420による距離D1及び造形物200の高さhの検出値に基づき、造形の制御を行う。制御の一例として造形物200の高さを補正する。この制御には、距離D1の検出値が狙い値より大きいか否かの判定結果に基づいてビルドプレート101を下降させる制御や、高さhの検出値が所定高さ以下であるか否かの判定に基づいて警告を報知させる制御等が含まれる。このほか、高さに基づいて、立体造形装置に含まれる各手段を制御してもよい。
The
報知部406は、検出部420による造形物200の高さhの検出値に基づき、造形異常の通知や警告等を立体造形装置500のオペレータ(以下、単にオペレータという)に対して行う。
The
<立体造形装置500による造形動作例>
次に、立体造形装置500による造形動作について、図6を参照して説明する。図6は、立体造形装置500による造形動作の一例を示すフローチャートである。なお、図6では、受信部401が外部装置から立体データを受信し、データ生成部402が立体データに基づきスライスデータを生成した後の造形動作を示している。
<Example of modeling operation by
Next, the modeling operation by the three-
まず、ステップ61で造形制御部403は、造形物の補正を行うか否かを判定する。この判定は、オペレータが図4のキーボード511等を用いた入力結果に基づいて行われる。
First, in step 61, the
ステップS61で補正しないと判定された場合には(ステップS61、No)、動作はステップS70に移行する。一方、補正すると判定された場合には(ステップS61、Yes)、ステップS62において、造形制御部403は、1層分の材料層を形成する。
If it is determined in step S61 that the correction is not performed (step S61, No), the operation proceeds to step S70. On the other hand, when it is determined to be corrected (step S61, Yes), in step S62, the
続いて、ステップS63において、投光部410はプローブ光Pを投光し、検出部420は、受光したプローブ光PのZ方向の幅に基づき、距離D1と高さhを検出する。検出部420は補正制御部405及び報知部406に検出値を出力する。
Subsequently, in step S63, the
続いて、ステップS64において、補正制御部405は、距離D1の検出値が所定距離より大きいか否かを判定する。
Subsequently, in step S64, the
ステップS64で、大きくないと判定された場合には(ステップS64、No)、ステップS65において、補正制御部405は、造形制御部403を通じてビルドプレート101を所定距離に対する不足分だけ下降させる。これにより、次の材料層の形成では、距離D1を所定距離に維持でき、その結果、材料層1層の高さ(厚み)を正確に管理できる。
If it is determined in step S64 that it is not large (step S64, No), in step S65, the
一方、ステップS64で、大きいと判定された場合には(ステップS64、Yes)、ステップS66に移行する。 On the other hand, if it is determined in step S64 that it is large (step S64, Yes), the process proceeds to step S66.
続いて、ステップS66において、補正制御部405は、高さhの検出値が所定高さ以下であるか否かを判定する。この所定高さは、スライスデータに基づいて特定されるその時点での造形物200の高さである。
Subsequently, in step S66, the
ステップS66で、所定高さ以下ではないと判定された場合には(ステップS66、No)、ステップS67において、補正制御部405は報知部406に造形異常の警告を報知させる。一方、所定高さ以下であると判定された場合には(ステップS66、Yes)、ステップS68に移行する。
If it is determined in step S66 that the height is not equal to or lower than the predetermined height (step S66, No), in step S67, the
なお、ステップS64及び65の動作と、ステップS66及び67の動作は、適宜順番を入れ替えてもよいし、両ステップが並行して行われてもよい。 The order of the operations of steps S64 and 65 and the operations of steps S66 and 67 may be changed as appropriate, or both steps may be performed in parallel.
続いて、ステップS68において、造形制御部403はビルドプレート101を1層分だけ下降させる。
Subsequently, in step S68, the
続いて、ステップS69において、造形制御部403は造形を終了するか否かを判定する。この判定は、データ生成部402より得られたスライスデータの残りがあるかないかで判断する。スライスデータの残りが無い場合には終了する。
Subsequently, in step S69, the
ステップS69で、終了すると判定された場合には(ステップS69、Yes)、造形動作は終了し、終了しないと判定された場合には(ステップS69、No)、ステップS62に戻り、ステップS62以降の動作が再度行われる。 If it is determined in step S69 to end (step S69, Yes), the modeling operation ends, and if it is determined not to end (step S69, No), the process returns to step S62, and steps S62 and subsequent steps are performed. The operation is performed again.
一方、ステップS61で、補正しないと判定された場合には(ステップS61、No)、ステップS70において、造形制御部403は、1層分の材料層を形成する。
On the other hand, if it is determined in step S61 that the correction is not performed (steps S61, No), in step S70, the
続いて、ステップS71において、造形制御部403はビルドプレート101を1層分だけ下降させる。
Subsequently, in step S71, the
続いて、ステップS72において、造形制御部403は造形を終了するか否かを判定する。
Subsequently, in step S72, the
ステップS72で、終了すると判定された場合には(ステップS72、Yes)、造形動作は終了し、終了しないと判定された場合には(ステップS72、No)、ステップS70に戻り、ステップS70以降の動作が再度行われる。 If it is determined in step S72 to end (step S72, Yes), the modeling operation ends, and if it is determined not to end (step S72, No), the process returns to step S70, and steps S70 and subsequent steps are performed. The operation is performed again.
上述したステップS62〜S69は、造形物200の高さhの補正を行う造形動作に対応し、距離D1が一定になるように制御することで、材料層の1層毎の高さ(厚み)を管理しながら造形を行うことができる。ステップS70〜S72は、造形物200の高さhの補正を行わない通常の造形動作に対応する。
Step S62~S69 described above corresponds to the molding operation to correct the height h of the molded
このようにして、立体造形装置500は、造形動作を行うことができる。
In this way, the three-
<立体造形装置500の作用効果>
以上説明したように、本実施形態では、少なくとも造形材料201を含む材料層をZ方向に積層して造形物200を造形する。また造形部100にX方向からプローブ光Pを投光し、造形部100を挟んで投光側とは反対側で受光したプローブ光PのZ方向における幅に基づき造形を制御する。
<Action and effect of the three-
As described above, in the present embodiment, the material layer containing at least the
プローブ光PのZ方向における幅に基づき、ビルドプレート101のZ方向の高さを補正することで、造形ガイド155と造形物200との距離D1を所定距離に維持できる。その結果、材料層1層分の高さを正確に管理して、造形物200を正確に造形でき、造形物200の形状精度を確保することができる。
Based on the width in the Z direction of the probe light P, by correcting the Z-direction height of the
またプローブ光PのZ方向における幅に基づき、造形物200の高さhを検出することで造形異常の発生を検知し、報知部406によりオペレータ等に対して報知できる。これにより、オペレータに造形の停止や調整等を促すことができる。
Further, the occurrence of a modeling abnormality is detected by detecting the height h of the modeled
また、本実施形態では、プローブ光PとしてZ方向に沿う方向を長手とする線状のレーザ光を用いる。これにより、Z方向では造形物200の高さhを検出するために十分な長さを確保し、Y方向には狭い範囲で光を投光できる。
Further, in the present embodiment, as the probe light P, a linear laser light having a longitudinal direction along the Z direction is used. As a result, a sufficient length can be secured in the Z direction to detect the height h of the modeled
Y方向に狭い範囲で投光することで、投光部410の駆動電力を抑制しつつ、検出のために十分な光量を確保できる。また、プローブ光PのY方向の範囲を狭めることで、造形物200の周辺に障害物によってプローブ光Pが遮られることを防ぎ、プローブ光Pが遮られることで生じる検出誤差を回避できる。さらに、指向性の高いレーザ光を用いることで、プローブ光Pの広がりを抑制してより高精度の検出を行うことができる。
By projecting light in a narrow range in the Y direction, it is possible to secure a sufficient amount of light for detection while suppressing the driving power of the projecting
また本実施形態では、プローブ光PとしてZ方向の長さが所定距離より長いパターン光を投光する。この所定距離は、Z方向におけるビルドプレート101と造形ガイド155との間の予め設定された距離である。これにより、所定距離を基準にして造形物200の高さhを検出でき、検出精度を確保できる。但し、これに限定されるものではなく、造形物200の高さhを検出するためのZ方向における幅を確保できれば、プローブ光PのZ方向における長さを所定距離より短くしてもよい。
Further, in the present embodiment, as the probe light P, a pattern light having a length in the Z direction longer than a predetermined distance is projected. This predetermined distance is a preset distance between the
また本実施形態では、投光部410及び検出部420を造形物200の側方に配置する。これにより、造形過程で+Z方向に生じる蒸気やガスに起因する汚れの影響を抑制してプローブ光Pの幅を検出できる。
Further, in the present embodiment, the
また本実施形態では、造形材料201が粉体であり、造形部100が担持された造形材料201を飛翔させて材料層を形成する例を示したが、これに限定されるものではない。造形材料として液体を用い、造形部は液体としての造形材料を吐出して材料層を形成し、これを積層して造形物200を造形することもできる。
Further, in the present embodiment, an example is shown in which the
図7は、液体としての造形材料201'を吐出する造形部100'の構成の一例を説明する図である。造形部100'は、造形部100'と造形物200とのXY平面内での相対位置を変化させながら、造形材料201'を吐出して造形物200上に着弾させ、2次元的な材料層を形成する。そして、材料層にUV光又は赤外光を照射して造形材料201'を固化させることで、材料層同士を付着させる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the configuration of the modeling unit 100'that discharges the modeling material 201'as a liquid. The modeling unit 100'is discharged from the modeling material 201'and landed on the
このような造形部100'で造形を行う装置においても、実施形態を適用し、上述した効果を得ることができる。
The above-described effects can also be obtained by applying the embodiment to an apparatus that performs modeling with such a
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る立体造形装置について説明する。なお、各図面において、同一構成の部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
[Second Embodiment]
Next, the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment will be described. In each drawing, parts having the same configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate.
本実施形態では、X方向に沿って配列する穴列、又はX方向に沿う方向を長手とする長穴の少なくとも一方を用いて造形を行う。また、X方向に沿う方向に第1プローブ光を投光し、X方向及びZ方向の両方に交差する方向に1以上の第2プローブ光を投光する。そして造形部を挟んで投光側とは反対側で受光した第1プローブ光及び第2プローブ光のそれぞれのZ方向における幅に基づき、より高精度に造形を制御する。 In the present embodiment, modeling is performed using at least one of a row of holes arranged along the X direction or an elongated hole having a longitudinal direction along the X direction. Further, the first probe light is projected in the direction along the X direction, and one or more second probe lights are projected in the direction intersecting both the X direction and the Z direction. Then, the modeling is controlled with higher accuracy based on the widths of the first probe light and the second probe light received on the side opposite to the light projecting side across the modeling portion in the Z direction.
図8は、本実施形態に係る立体造形装置500aの造形物200周辺の構成の一例を説明する図であり、造形物200を+Z方向から見た図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration around the modeled
図8に示すように、立体造形装置500aは、造形部100aと、X方向投光部410aと、第1Y方向投光部410bと、第2Y方向投光部410cと、X方向検出部420aと、第1Y方向検出部420bと、第2Y方向検出部420cとを備えている。
As shown in FIG. 8, the three-
また造形部100aは、造形ガイド160を備えている。この造形ガイド160は、X方向に配列した複数のスリット部を備え、X方向に沿う線状の造形材料201の列を飛翔させる。ビルドプレート101をY方向に移動させながら、造形材料201の列を飛翔させることで、XY平面内に2次元の材料層を形成できる。
Further, the
X方向投光部410aは、X方向に沿う方向(スリット部の配列方向)にX方向プローブ光Pxを投光する。X方向検出部420aは、造形部100aを挟んでX方向投光部410aの反対側で受光したX方向プローブ光PxのZ方向における幅を検出する。これにより、複数個の造形物200をX方向に並べて造形する場合にも、造形物200と造形ガイド160との間の最も短い距離(最も狭い隙間)を検出できる。
The X-direction
第1Y方向投光部410bは、X方向に交差する方向であって、ビルドプレート101の+X方向における端部の+Z方向側を通る方向に、第1Y方向プローブ光Py1を投光する。第1Y方向検出部420bは、造形部100aを挟んで第1Y方向投光部410bの反対側で受光した第1Y方向プローブ光Py1のZ方向における幅を検出する。これにより、図8に示すように、ビルドプレート101の+X方向の端部で、ビルドプレート101と造形ガイド160との間の距離D0を検出できる。
The 1Y
第2Y方向投光部410cは、X方向に交差する方向であって、ビルドプレート101の−X方向における端部に設けられたテストサンプル210の+Z方向側を通る方向に、第2Y方向プローブ光Py2を投光する。ここで、テストサンプル210とは、造形物200に並行して造形され、造形物200の高さを監視するために用いられる造形物をいう。
The second Y-direction
第2Y方向検出部420cは、造形部100aを挟んで第2Y方向投光部410cの反対側で受光した第2Y方向プローブ光Py2のZ方向における幅を検出する。これにより、テストサンプル210と造形ガイド160との間の距離D1と、テストサンプル210の高さhを検出できる。なお、第2Y方向プローブ光Py2は、第1Y方向プローブ光Py1と交差している。
The 2Y
ここで造形物200は「第1造形物」の一例であり、テストサンプル210は「第2造形物」の一例である。
Here, the modeled
図9は、立体造形装置500aの造形物200周辺の構成の他の例を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the configuration around the modeled
図9の例では、第1Y方向投光部410bは、X方向に交差する方向であって、ビルドプレート101の+X方向における端部と、造形物200の+Z方向側を通る方向に、第1Y方向プローブ光Py1を投光する。第1Y方向検出部420bは、造形部100aを挟んで第1Y方向投光部410bの反対側で受光した第1Y方向プローブ光Py1のZ方向における幅を検出する。これにより、ビルドプレート101の+X方向における端部で、造形物200と造形ガイド160との間の距離D1を検出できる。
In the example of FIG. 9, the first Y-direction
このように、本実施形態では、造形ガイド160の任意の位置で、造形ガイド160と造形物200との間の距離D1や、造形ガイド160とビルドプレート101との間の距離D0を検出する。これにより、テストサンプル210と造形物200のそれぞれの高さhの検出を別々に行うことができ、検出値に基づき造形をより高精度に制御できる。
As described above, in the present embodiment, the distance D 1 between the modeling guide 160 and the modeled object 200 and the distance D 0 between the
また、X方向投光部410a、第1Y方向投光部410b、第2Y方向投光部410c、X方向検出部420a、第1Y方向検出部420b、及び第2Y方向検出部420cは、造形物200の側方に配置されるため、造形過程で生じる蒸気やガスに起因する汚れの影響を受けずに、プローブ光の幅を検出できる。
Further, the X-direction
ここで、X方向投光部410aは「第1投光部」の一例、X方向検出部420aは「第1検出部」の一例、X方向プローブ光Pxは「第1の光」の一例である。
Here, the X-direction
また、第1Y方向投光部410b及び第2Y方向投光部410cは、それぞれ「第2投光部」の一例、第1Y方向検出部420b及び第2Y方向検出部420cは、それぞれ「第2検出部」の一例、第1Y方向プローブ光Py1及び第2Y方向プローブ光Py2は、それぞれ「第2の光」の一例である。
Further, the 1st Y direction light projecting
なお、本実施形態では、「第2投光部」が2個で、「第2検出部」が2個である例を示したが、これに限定されるものではなく、「第2投光部」は1個以上の任意の数で、「第2検出部」は1個以上の任意の数であってもよい。 In the present embodiment, an example in which the number of the "second light projecting unit" is two and the number of the "second detection unit" is two is shown, but the present invention is not limited to this, and the "second light projecting unit" is not limited to this. The "unit" may be an arbitrary number of one or more, and the "second detection unit" may be an arbitrary number of one or more.
また、造形ガイド160がX方向に配列した複数のスリット部を備える例を示したが、造形ガイド160はX方向を長手とする長穴を備えてもよいし、複数のスリット部と長穴の両方を組み合わせて備えてもよい。
Further, although the example in which the
次に、図10はテストサンプル210の構成の一例を説明する図であり、(a)斜視図、(b)はテストサンプル210の拡大斜視図である。
Next, FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
図10に示すように、テストサンプル210は内部が空洞になっている六角柱である。六角柱の各面(側壁)の厚みは異なるように形成されている。
As shown in FIG. 10, the
テストサンプル210の側壁の最小厚みは、造形物200の最小厚みと等しくなるようにテストサンプル210を造形することが好ましい。このようにすると、造形物200の最小厚みの部分における造形中の異常を、テストサンプル210の同じ厚み部分の造形を監視することで検知できる。
It is preferable to shape the
このテストサンプル210を造形する場合には、第1Y方向プローブ光Py1と第2Y方向プローブ光Py2が同じ面の+Z方向側を通過するように、第1Y方向投光部410b及び第2Y方向投光部410cを配置する。そして、第1Y方向検出部420bと第2Y方向検出部420cは、テストサンプル210の六角柱における同じ厚みの側壁を検出する。
When modeling this
このようにすることで、複雑で薄い側壁のある造形物を造形する場合であってもテストサンプル210の高さhを高精度に検出でき、テストサンプル210の高さhの検出値を用いて造形物200を精度よく補正することができる。なお、テストサンプル210は六角柱ではなく、他の多角柱でもよい。
By doing so, the height h of the
次に、図11は、テストサンプルを含む構成の他の例を説明する図であり、(a)は斜視図であり、(b)はテストサンプルの拡大斜視図である。 Next, FIG. 11 is a diagram for explaining another example of the configuration including the test sample, (a) is a perspective view, and (b) is an enlarged perspective view of the test sample.
テストサンプル220は、内部が空洞になっている円柱である。円柱の外周円に対して内周円を偏心させることで、円柱の側壁の厚みが円周方向に異なるように形成されている。このようなテストサンプル220を用いても、テストサンプル210を用いる場合と同様の効果が得られる。
The
またテストサンプルは、テストサンプルと造形物とを結ぶ線分が、造形ガイド160のスリット部の配列方向に対して平行になるように配置するか、又は造形ガイド160のスリット部の配列方向に対して直交するように配置すると好適である。
Further, the test sample is arranged so that the line segment connecting the test sample and the modeled object is parallel to the arrangement direction of the slit portion of the
図11(a)に示す例では、テストサンプル210は、テストサンプル210と造形物200とを結ぶ線分が、造形ガイド160のスリット部の配列方向に対して平行になるように配置されている。またテストサンプル220は、テストサンプル220と造形物200とを結ぶ線分が、造形ガイド160のスリット部の配列方向に対して直交するように配置されている。
In the example shown in FIG. 11A, the
このようにすると、造形物200とテストサンプル210は、造形材料201を飛翔させるタイミングと、材料層を溶融させるタイミングがほぼ一致するため、造形材料201の飛翔と溶融で異常が生じた場合に、テストサンプル210の高さhの検出値を用いて造形を制御して補正できる。
In this way, since the timing of flying the
また、造形物200とテストサンプル220は、配列する複数のスリット部のうちの同じスリット部を用いて造形されるため、同じスリット部で飛翔異常が生じた場合に、テストサンプル220の高さhの検出値を用いて造形を制御して補正できる。また飛翔異常が発生して造形材料201が供給されずに補正しきれない場合には、警告により造形できないことをオペレータに報知できる。
Further, since the modeled
なお、造形材料として液体を用い、造形部は液体としての造形材料を吐出して材料層を形成し、これを積層して造形物200を造形する場合にも、本実施形態を適用可能である。
The present embodiment can also be applied to a case where a liquid is used as a modeling material, a modeling material as a liquid is discharged to form a material layer, and the material layer is laminated to form a modeled
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係る立体造形装置について説明する。なお、各図面において、同一構成の部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
[Third Embodiment]
Next, the three-dimensional modeling apparatus according to the third embodiment will be described. In each drawing, parts having the same configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate.
本実施形態では、ビルドプレート101のY方向への移動量と、検出部420によるプローブ光PのZ方向における複数の受光位置とに基づいて、造形物200の倒れを検出する。またビルドプレート101のZ方向への移動量と、プローブ光PのZ方向における幅とに基づいて、造形物200の高さをより高精度に検出する。これらを用いて、造形をより高精度に制御する。
In the present embodiment, the collapse of the modeled
図12は、本実施形態に係る立体造形装置500bにおける造形物200周辺の構成の一例を説明する拡大図である。
FIG. 12 is an enlarged view illustrating an example of the configuration around the modeled
図12に示すように、立体造形装置500bは造形部100bを備えている。また造形部100bは、ビルドプレート101のY方向への移動量を検出するY方向エンコーダ110と、ビルドプレート101のZ方向への移動量を検出するZ方向エンコーダ120とを備えている。Y方向エンコーダ110及びZ方向エンコーダ120のそれぞれは、移動量の検出値を制御部400に出力できる。
As shown in FIG. 12, the three-
ここで、図13は倒れ及び高さの検出方法の一例を説明する図であり、(a)は倒れの検出方法を示す図、(b)は高さの検出方法を示す図である。 Here, FIG. 13 is a diagram for explaining an example of a method for detecting a fall and a height, (a) is a diagram showing a method for detecting a fall, and (b) is a diagram showing a method for detecting a height.
図13(a)は、ビルドプレート101が+Y方向に移動し、ビルドプレート101上の造形物200がプローブ光Pを遮る様子を示している。
FIG. 13A shows how the
造形物200上の点S1がプローブ光Pを遮った時刻t1において、検出部420はZ方向でプローブ光Pが遮られた位置を示す位置データz1を制御部400に出力する。その後、ビルドプレート101が+Y方向に移動して、次に造形物200上の点S2がプローブ光Pを遮った時刻t2において、検出部420はZ方向でプローブ光Pが遮られた位置を示す位置データz2を制御部400に出力する。Y方向エンコーダ110は、時刻t1から時刻t2まで間におけるビルドプレート101の移動量dyを制御部400に出力する。
At the time t1 when the point S1 on the modeled
これらのデータを用いて、以下の(2)式を用いて倒れθを算出できる。
θ=tan−1{dy/Δz1}
=tan−1{dy/(z2−z1)} ・・・(2)
なお、造形物200の形状がもともと傾きφで傾いた形状をしている場合は、θ―φとすることで、造形物200の形状の影響を除去し、造形誤差としての倒れを正確に検出できる。ここで、位置データz1及びz2は「複数の受光位置」の一例である。
Using these data, the collapse θ can be calculated using the following equation (2).
θ = tan -1 {dy / Δz1}
= Tan -1 {dy / (z2-z1)} ・ ・ ・ (2)
If the shape of the modeled
また、図13(b)は、ビルドプレート101が+Z方向に移動し、ビルドプレート101上の造形物200がプローブ光Pを遮る様子を示している。
Further, FIG. 13B shows how the
検出部420がプローブ光PのZ方向における幅を検出している時刻t3から時刻t4までの間にビルドプレート101が移動した場合には、検出部420による検出値にビルドプレート101の移動量に伴う誤差が含まれる。
When the
このような場合に、Z方向エンコーダ120は時刻t3から時刻t4までの間にビルドプレート101が移動した移動量dzを制御部400に出力する。検出部420は、時刻t4におけるプローブ光PのZ方向における幅Hを制御部400に出力する。これらのデータを用いて、以下の(3)式を用いて、時刻t3における高さhを算出できる。
h=H−dz ・・・(3)
このようにして、ビルドプレート101の移動量に伴う誤差を除去し、時刻t3における高さhを正確に検出できる。
In such a case, the Z-
h = H−dz ・ ・ ・ (3)
In this way, the error due to the movement amount of the
次に、図14は、立体造形装置500bの備える制御部400bの機能構成の一例を説明するブロック図である。
Next, FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of the functional configuration of the
ここで、立体造形装置500bは、図8で示した構成と同様に、造形部100aと、X方向投光部410aと、第1Y方向投光部410bと、第2Y方向投光部410cと、X方向検出部420aと、第1Y方向検出部420bと、第2Y方向検出部420cとを備えている。
Here, in the three-
立体造形装置500bは、第2Y方向投光部410cと、第2Y方向検出部420cとを用いてテストサンプル210によるプローブ光Pの遮光を利用して倒れθを検出し、X方向投光部410aと、X方向検出部420aとを用いて造形物200の高さhを検出するものとする。
The three-
図14に示すように、制御部400bは、データ補正部407と、倒れ判定部408とを備えている。
As shown in FIG. 14, the
データ補正部407は、Y方向エンコーダ110による移動量データと、第2Y方向検出部420cによるテストサンプル210の距離D1及び高さhに基づき、造形物200が平面に造形できているか判定する。そして、できていない場合には、これらのデータを用いて造形物200における凹部を補正するように、データ生成部402によるスライスデータを補正する。
倒れ判定部408は、Y方向エンコーダ110による移動量データと、第2Y方向検出部420cによるテストサンプル210の距離D1及び高さhに基づき、造形物200に倒れが発生したかどうかを判定し、発生した場合には、報知部406を介してオペレータに倒れ量を報知する。
次に、図15は、立体造形装置500bによる造形動作の一例を示すフローチャートである。なお、図15におけるステップS141〜S148の動作は、図6におけるステップS61〜S68の動作と同様である。また図14におけるステップS157〜S159の動作は、ステップS70〜S72の動作と同様である。そのため、ここでは重複する説明を省略し、図6と異なる部分のみを説明する。
Next, FIG. 15 is a flowchart showing an example of a modeling operation by the three-
ステップS149において、第2Y方向検出部420cは、テストサンプル210の距離D1と、高さhを検出し、データ補正部407及び倒れ判定部408のそれぞれに出力する。
In step S149, the second Y
続いて、ステップS150において、データ補正部407は、Y方向エンコーダ110による移動量データと、第2Y方向検出部420cによるテストサンプル210の距離D1及び高さhに基づき、造形物200が平面に造形できているか判定する。
Subsequently, in step S150, the
ステップS150で、できていないと判定された場合には(ステップS150、No)、ステップS151において、データ補正部407は、造形物200における凹部を補正するように、データ生成部402によるスライスデータを補正する。
If it is determined in step S150 that it has not been completed (step S150, No), in step S151, the
より具体的には、S150で1層分以上の凹部を検知した場合、データ補正部407で凹部のスライスデータを作成する。そしてデータ補正部407で作成されたスライスデータを次の造形に加えるようにして、凹部を補正する。次の造形は補正対象箇所のみの造形を行ってもよいし、補正対象箇所と次の造形層の両方の造形を一度に行ってもよい。
More specifically, when S150 detects a recess of one layer or more, the
一方、ステップS150で、できていると判定された場合には(ステップS150、Yes)、動作はステップS152に移行する。 On the other hand, if it is determined in step S150 that it is completed (step S150, Yes), the operation shifts to step S152.
続いて、ステップS152において、データ補正部407は距離D1の検出値が所定距離より大きいか否かを判定する。
Subsequently, in step S152, the
ステップS152で、大きくないと判定された場合には(ステップS152、No)、ステップS153において、データ補正部407は、次の1層分の材料層の形成を停止する。一方、ステップS152で、大きいと判定された場合には(ステップS152、Yes)、動作はステップS154に移行する。
If it is determined in step S152 that it is not large (step S152, No), in step S153, the
続いて、ステップS154において、倒れ判定部408は、Y方向エンコーダ110による移動量データと、第2Y方向検出部420cによるテストサンプル210の距離D1及び高さhに基づき、造形物200に倒れが発生したかどうかを判定する。
Subsequently, in step S154, the
ステップS154で、発生したと判定された場合には(ステップS154、Yes)、ステップS155において、報知部406は倒れ量をオペレータに報知する。一方、ステップS154で、発生していないと判定された場合には(ステップS154、No)、動作はステップS156に移行する。
If it is determined in step S154 that the occurrence has occurred (step S154, Yes), in step S155, the
続いて、ステップS156において、造形制御部403は造形を終了するか否かを判定する。
Subsequently, in step S156, the
ステップS156で、終了すると判定された場合には(ステップS156、Yes)、造形動作は終了し、終了しないと判定された場合には(ステップS156、No)、ステップS142に戻り、ステップS142以降の動作が再度行われる。 If it is determined in step S156 to end (step S156, Yes), the modeling operation ends, and if it is determined not to end (step S156, No), the process returns to step S142, and steps S142 and subsequent steps are performed. The operation is performed again.
このようにして、立体造形装置500bは造形造作を行うことができる。
In this way, the three-
<立体造形装置500bの作用効果>
以上説明したように、本実施形態では、ビルドプレート101のY方向への移動量と、検出部420によるプローブ光PのZ方向における複数の受光位置とに基づいて、造形物200の倒れを検出する。またビルドプレート101のZ方向への移動量と、プローブ光PのZ方向における幅とに基づいて、造形物200の高さをより高精度に検出する。これらを用いることで、造形をより高精度に制御することができる。
<Action and effect of the three-
As described above, in the present embodiment, the collapse of the modeled
[第4実施形態]
次に、第4実施形態に係る立体造形装置について、図16及び図17を参照して説明する。なお、各図面において、同一構成の部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, the three-dimensional modeling apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 16 and 17. In each drawing, parts having the same configuration are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate.
図16はサポート材の高さを説明する図であり、(a)は比較例に係る余剰造形物230'の高さを示す図、(b)は本実施形態に係る余剰造形物230の高さを示す図である。また図17は溝部130を説明する図であり、(a)は溝部130を示す斜視図、(b)は溝部130に造形された余剰造形物を説明する斜視図である。
16A and 16B are views for explaining the height of the support material, FIG. 16A is a diagram showing the height of the surplus modeled object 230'according to the comparative example, and FIG. 16B is a diagram showing the height of the surplus modeled
ここで、造形材料201で1層毎に造形する造形方法では、造形物200の周囲に造形材料201と同じ材料で作製される造形物200又はテストサンプル210を支えるサポート材、又は粒子造形の場合は溶融用レーザ116で固化していない余剰材料による余剰造形物が生じる。
Here, in the modeling method in which the
サポート材(余剰材料含む。以下同じ)による余剰造形物は、造形材料201と同一材料で造形される。溶融用レーザ116で溶かしていないサポート材は粒子間に隙間ができるため、余剰造形物は一般にテストサンプル210より高くなる。図16(a)に示すように、余剰造形物230'の高さ位置を示す面230a'は、テストサンプル210より高くなっている。この状態では、余剰造形物230'がプローブ光Pを遮って、テストサンプル210の高さhを検出できなくなる場合がある。
The surplus modeled object made of the support material (including the surplus material; the same applies hereinafter) is modeled with the same material as the
そこで、本実施形態ではビルドプレート101のテストサンプル210の周囲に、ビルドプレート101の表面が凹んだ溝部を予め形成しておき、余剰造形物が溝部に嵌るようにして、余剰造形物の高さがテストサンプル210より低くなるようにする。
Therefore, in the present embodiment, a groove portion having a recessed surface of the
図16(b)及び図17(a)に示すように、ビルドプレート101の表面には、凹部である溝部130が予め形成されている。また図16(b)及び図17(a)に示すように、余剰造形物230は溝部130に嵌るようにして造形される。
As shown in FIGS. 16B and 17A, a
余剰造形物230の高さ位置を示す面230aは、テストサンプル210より低くなるため、余剰造形物230がプローブ光Pを遮ることを防ぎ、テストサンプル210の高さhを検出することが可能になる。
Since the
このようにすることで、テストサンプル210の高さhを確実に検出でき、また造形物200の高さh'がテストサンプル210の高さhより高い場合には造形物200周囲に余剰造形物230があると判断し、これを検知できる。
By doing so, the height h of the
造形物200の高さh'がテストサンプル210の高さhより高く、テストサンプル210の周囲に余剰造形物230が検知された場合には、余剰造形物230の上面をローラ等で平準化することで、テストサンプル210と高さを合わせることができる。造形物200の形状が決まっている場合には、テストサンプル210だけでなく、ビルドプレート101における造形物200の周囲にも溝部130を形成しておくと好適である。
When the height h'of the modeled
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments specifically disclosed, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of claims. be.
また、上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(digital signal processor)、FPGA(field programmable gate array)や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。 Further, each function of the embodiment described above can be realized by one or a plurality of processing circuits. Here, the "processing circuit" in the present specification is a processor programmed to execute each function by software such as a processor implemented by an electronic circuit, or a processor designed to execute each function described above. It shall include devices such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit), DSP (digital signal processor), FPGA (field programmable gate array) and conventional circuit modules.
100 造形部
101 ビルドプレート(支持台の一例)
102 ステージ加熱ヒータ
110 Y方向エンコーダ
111 担持体
112 供給手段
115 飛翔用レーザ(飛翔させる手段の一例)
115a パルスレーザ光
116 溶融用レーザ(エネルギーを付与する手段の一例)
116a レーザ光
117 クリーニングブレード
118 回収ケース
120 Z方向エンコーダ
130 溝部
155 造形ガイド(案内部の一例)
155a スリット部
160 造形ガイド(案内部の一例)
200 造形物(第1造形物の一例)
201 造形材料
210 テストサンプル(第2造形物の一例)
230 余剰造形物
400 制御部
401 受信部
402 データ生成部
403 造形制御部
41 飛翔制御部
42 溶融制御部
43 移動制御部
404 投光制御部
405 補正制御部
406 報知部
407 データ補正部
408 倒れ判定部
410 投光部
410a X方向投光部(第1投光部の一例)
410b 第1Y方向投光部(第2投光部の一例)
410c 第2Y方向投光部(第2投光部の一例)
420a X方向検出部(第1検出部の一例)
420b 第1Y方向検出部(第2検出部の一例)
420c 第2Y方向検出部(第2検出部の一例)
420 検出部
421 幅
422 幅
500 立体造形装置
P プローブ光
Px X方向プローブ光(第1の光の一例)
Py1 第1Y方向プローブ光(第2の光の一例)
Py2 第2Y方向プローブ光(第2の光の一例)
θ 倒れ
dy Y方向の移動量
dz Z方向の移動量
100
102 Stage heater 110 Y-
115a
116a Laser light 117
200 modeled object (an example of the first modeled object)
201
230 Surplus modeled
410b 1st Y direction floodlight (an example of the 2nd floodlight)
410c 2nd Y direction floodlight (an example of the 2nd floodlight)
420a X-direction detection unit (an example of the first detection unit)
420b 1st Y direction detection unit (example of 2nd detection unit)
420c 2nd Y direction detection unit (example of 2nd detection unit)
420
Py1 1st Y direction probe light (example of 2nd light)
Py2 2nd Y direction probe light (example of 2nd light)
θ Falling dy Amount of movement in the Y direction dz Amount of movement in the Z direction
Claims (9)
前記積層方向と交差する交差方向から前記造形部に光を投光する投光部と、
前記光の前記積層方向における幅を検出する検出部と、
前記幅に基づき前記造形部を制御する制御部と、を備える
立体造形装置。 A modeling part that laminates at least a material layer containing a modeling material in the stacking direction,
A light projecting unit that projects light onto the modeling unit from an intersecting direction that intersects the stacking direction.
A detection unit that detects the width of the light in the stacking direction, and
A three-dimensional modeling device including a control unit that controls the modeling unit based on the width.
請求項1に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the light is a linear laser beam having a longitudinal direction along the stacking direction.
所定の方向に移動可能な前記材料層が前記積層方向に積層された造形物の支持台と、
前記支持台から所定距離に位置する案内部と、
前記案内部を介して照射された光によって担持体に担持された前記造形材料を前記支持台へ飛翔させる手段と、を備え、
前記光は、前記積層方向の長さが前記所定距離より長いパターン光である
請求項1、又は2に記載の立体造形装置。 The modeling part
A support base of a modeled object in which the material layers movable in a predetermined direction are laminated in the laminating direction,
A guide unit located at a predetermined distance from the support base and
A means for flying the modeling material supported on the carrier by the light emitted through the guide portion to the support base is provided.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the light is pattern light having a length in the stacking direction longer than the predetermined distance.
前記積層方向への前記支持台の移動量と、前記検出部により検出される前記幅と、に基づいて前記造形物の前記積層方向における高さを検出する
請求項3に記載の立体造形装置。 The detection unit
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3, wherein the height of the modeled object in the stacking direction is detected based on the amount of movement of the support base in the stacking direction and the width detected by the detection unit.
前記積層方向及び前記所定の方向への前記支持台の移動量と、前記検出部による前記光の前記積層方向における複数の受光位置と、に基づいて前記造形物の倒れを検出する
請求項3、又は4に記載の立体造形装置。 The detection unit
3. Claim 3, which detects the collapse of the modeled object based on the amount of movement of the support base in the stacking direction and the predetermined direction, and a plurality of light receiving positions of the light in the stacking direction by the detection unit. Or the three-dimensional modeling apparatus according to 4.
前記投光部は、
前記造形部に向けて前記交差方向に第1の光を投光する第1投光部と、
前記造形部に向けて前記積層方向及び前記交差方向の両方に交差する方向に1以上の第2の光を投光する第2投光部と、を含み、
前記検出部は、
前記造形部を挟んで前記交差方向における前記第1投光部の反対側に配置され、前記第1の光の前記積層方向における幅を検出する第1検出部と、
前記造形部を挟んで、前記積層方向及び前記交差方向の両方に交差する方向における前記第2投光部の反対側に配置され、前記第2の光の前記積層方向における幅を検出する第2検出部と、を含む
請求項3乃至5の何れか1項に記載の立体造形装置。 The modeling portion includes at least one of a row of holes arranged along the crossing direction or an elongated hole having a longitudinal direction along the crossing direction.
The light projecting unit
A first light projecting unit that projects a first light toward the modeling unit in the intersecting direction, and a first light projecting unit.
A second light projecting unit that projects one or more second lights in a direction intersecting both the stacking direction and the crossing direction toward the modeling unit is included.
The detection unit
A first detection unit that is arranged on the opposite side of the first light projecting unit in the crossing direction with the modeling unit in between and detects the width of the first light in the stacking direction.
A second light projecting portion is arranged on the opposite side of the second light projecting portion in a direction intersecting both the stacking direction and the intersecting direction with the modeling portion interposed therebetween, and the width of the second light in the stacking direction is detected. The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 3 to 5, which includes a detection unit.
請求項6に記載の立体造形装置。 The second detection unit determines the heights of the first modeled object included in the modeled object in which the material layers are laminated in the stacking direction and the second modeled object different from the first modeled object in the stacking direction. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 6 for detection.
請求項7に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 7, wherein the second modeled object is modeled in parallel with the first modeled object, and is modeled so as to include the same thickness as the minimum thickness of the first modeled object in the crossing direction. ..
請求項7、又は8に記載の立体造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 7, wherein the support base supports the second modeled object at an end portion of the support table, and a groove is formed around the second modeled object.
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