JP2022026567A - 三次元造形装置 - Google Patents

三次元造形装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2022026567A
JP2022026567A JP2020130105A JP2020130105A JP2022026567A JP 2022026567 A JP2022026567 A JP 2022026567A JP 2020130105 A JP2020130105 A JP 2020130105A JP 2020130105 A JP2020130105 A JP 2020130105A JP 2022026567 A JP2022026567 A JP 2022026567A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
head
modeling
flushing operation
liquid containing
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020130105A
Other languages
English (en)
Inventor
彰彦 ▲角▼谷
Akihiko Sumiya
利充 平井
Toshimitsu Hirai
薫 百瀬
Kaoru Momose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2020130105A priority Critical patent/JP2022026567A/ja
Priority to US17/387,712 priority patent/US11826826B2/en
Publication of JP2022026567A publication Critical patent/JP2022026567A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/14—Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/55—Two or more means for feeding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/57—Metering means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B17/00—Details of, or accessories for, apparatus for shaping the material; Auxiliary measures taken in connection with such shaping
    • B28B17/0063—Control arrangements
    • B28B17/0081—Process control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

【課題】粉末層に液体をノズルから吐出して三次元造形物を製造する三次元造形装置において、フラッシング動作を行ってもノズルに混入した粉末が除去できない場合がある。【解決手段】造形テーブル９と、造形テーブル９に粉末層５００を形成する層形成部２及び６と、造形領域Ｐにバインダーを含む液体を第１ノズルＮ１から吐出する第１ヘッド３と、造形領域Ｐに対する境界領域Ｂにセラミック粒子を含む液体を第２ノズルＮ２から吐出する第２ヘッド１３と、造形テーブル９に対する第１ヘッド３及び第２ヘッド１３の移動と、電圧を印加することによる第１ヘッド３及び第２ヘッド１３の駆動と、を制御する制御部１２と、を備え、制御部１２は、第１ヘッド３に第１フラッシング動作を実行させ、第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で第２ヘッド１３に第２フラッシング動作を実行させるよう制御する三次元造形装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形装置に関する。
従来から、様々な種類の三次元造形装置が使用されている。このうち、粉末層を形成し、該粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体をノズルから吐出して三次元造形物を製造する三次元造形装置がある。例えば、特許文献１には、粉末材料で層を形成し、ラインヘッドのノズルから該層に硬化液を吐出して三次元造形物を製造する三次元造形装置が開示されている。
特開２０１９－１０１０号公報
特許文献１に記載される三次元造形装置は、ノズルの硬化液を吐出するフラッシング動作を実行するためのフラッシングステージが形成されている。フラッシング動作によりノズル内の異物が除去される。フラッシング動作は、フラッシング動作の際の制御を簡単にするため、三次元造形物の造形時、すなわち、三次元造形物の造形領域に液体を吐出する際と同様の吐出条件で行われることが一般的である。しかしながら、近年、様々な材料または様々な方法で三次元造形物が製造されるようになっており、様々な粉末や様々な液体が使用されるようになっている。このため、使用される粉末によっては多くの粉末が舞い上がってノズルに混入する場合があるとともに、使用される液体によってはフラッシング動作を行ってもノズルに混入した粉末が効果的に除去できない場合があった。ノズルに混入した粉末が除去できないと、液体の吐出不良などが生じ得る。
上記課題を解決するための本発明の三次元造形装置は、造形テーブルと、前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体を第１ノズルから吐出する第１ヘッドと、前記粉末層における前記造形領域に対する境界領域にセラミック粒子を含む液体を第２ノズルから吐出する第２ヘッドと、前記造形テーブルに対する前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの移動と、電圧を印加することによる前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１ヘッドに第１フラッシング動作を実行させ、前記第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で前記第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行させるよう制御することを特徴とする。
また、上記課題を解決するための本発明の三次元造形装置は、造形テーブルと、前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域に光吸収粒子を含む液体を第１ノズルから吐出する第１ヘッドと、前記粉末層における前記造形領域に対する境界領域にコロイド状インクまたはポリマー系インクを含む液体を第２ノズルから吐出する第２ヘッドと、前記造形テーブルに対する前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの移動と、電圧を印加することによる前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１ヘッドに第１フラッシング動作を実行させ、前記第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で前記第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行させるよう制御することを特徴とする。
一実施例に係る本発明の三次元造形装置を表す概略構成図。 図１の三次元造形装置の液体共有システムを表す概略図。 図１の三次元造形装置のヘッドを表す斜視図。 図１の三次元造形装置のヘッドを表す底面側から見た図５の一点鎖線Ａで切った断面図であって、一部の構成部材を透視して破線で表した図。 図１の三次元造形装置のヘッドを表す図５の一点鎖線Ｂで切った側面断面図。 図１の三次元造形装置を用いて行う三次元造形方法を説明するための概略図。 図１の三次元造形装置を用いて行う三次元造形方法のフローチャート。 図１の三次元造形装置を用いて行う三次元造形方法のフローチャートであって、図３の三次元造形方法とは別の三次元造形方法のフローチャート。
最初に、本発明について概略的に説明する。
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装置は、造形テーブルと、前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体を第１ノズルから吐出する第１ヘッドと、前記粉末層における前記造形領域に対する境界領域にセラミック粒子を含む液体を第２ノズルから吐出する第２ヘッドと、前記造形テーブルに対する前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの移動と、電圧を印加することによる前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１ヘッドに第１フラッシング動作を実行させ、前記第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で前記第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行させるよう制御することを特徴とする。
本態様によれば、粉末層における境界領域にセラミック粒子を含む液体を吐出することで、造形領域に吐出されたバインダーを含む液体が境界領域を超えて流れることを抑制できる。さらに、例え、バインダーを含む液体が境界領域を超えて流れた場合であっても、焼結の際などにおいて境界領域にセラミック粒子が配置されることで該セラミック粒子を簡単かつきれいに除去することができ、高精度の三次元造形物とすることができる。また、バインダーを含む液体を吐出する第１ヘッドとセラミック粒子を含む液体を吐出する第２ヘッドとでは、好ましいフラッシング条件が変わるが、第１ヘッドに対して実行する第１フラッシング動作とは異なるフラッシング条件で第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行することで、第１ヘッド及び第２ヘッドの夫々を好ましいフラッシング条件でフラッシングすることができる。したがって、フラッシング動作を行ってもノズルに混入した粉末が除去できないということを抑制できる。
本発明の第２の態様の三次元造形装置は、前記第２フラッシング動作における前記第２ヘッドへ入力される波形の周波数は、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドへ入力される波形の周波数よりも高いことを特徴とする。
一般的に、ノズルにバインダーを含む液体がある場合よりもノズルにセラミック粒子とバインダーとを含む液体がある場合のほうが、ノズルに混入した粉末を排出することが困難な場合が多い。しかしながら、本態様によれば、第２フラッシング動作における第２ヘッドへ入力される波形の周波数は、第１フラッシング動作における第１ヘッドへ入力される波形の周波数よりも高い。ヘッドへ入力される波形の周波数を高くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本態様によれば、第１ヘッドに粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッドに粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
本発明の第３の態様の三次元造形装置は、前記第１または第２の態様において、前記第２フラッシング動作における前記第２ヘッドへの印加電圧は、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドへの印加電圧よりも高いことを特徴とする。
本態様によれば、第２フラッシング動作における第２ヘッドへの印加電圧は、第１フラッシング動作における第１ヘッドへの印加電圧よりも高い。ヘッドへの印加電圧を高くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本態様によれば、第１ヘッドに粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッドに粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
本発明の第４の態様の三次元造形装置は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記第２フラッシング動作における前記第２ヘッドからの前記セラミック粒子を含む液体の吐出速度は、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドからの前記バインダーを含む液体の吐出速度よりも速いことを特徴とする。
本態様によれば、第２フラッシング動作における第２ヘッドからのセラミック粒子を含む液体の吐出速度は、第１フラッシング動作における第１ヘッドからのバインダーを含む液体の吐出速度よりも速い。ヘッドからの液体の吐出速度を速くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本態様によれば、第１ヘッドに粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッドに粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
本発明の第５の態様の三次元造形装置は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記第２フラッシング動作において前記第２ヘッドから吐出される前記セラミック粒子を含む液体の液滴サイズは、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドから吐出される前記バインダーを含む液体の液滴サイズよりも大きいことを特徴とする。
本態様によれば、第２フラッシング動作において第２ヘッドから吐出されるセラミック粒子を含む液体の液滴サイズは、第１フラッシング動作における第１ヘッドから吐出されるバインダーを含む液体の液滴サイズよりも大きい。ヘッドからの液体の吐出量を多くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本態様によれば、第１ヘッドに粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッドに粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
本発明の第６の態様の三次元造形装置は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記第２ヘッドは、前記第２ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室に前記セラミック粒子を含む液体を供給する供給路と、循環させるために前記圧力室から前記セラミック粒子を含む液体を流入する循環路と、を備えることを特徴とする。
セラミック粒子は重く沈降しやすいが、本態様によれば、第２ヘッドはセラミック粒子を含む液体を循環させるための循環路を備えている。このため、セラミック粒子を含む液体を循環させることでセラミック粒子の沈降を抑制でき、セラミック粒子を含む液体においてセラミック粒子が沈降することに伴う不具合を抑制できる。
本発明の第７の態様の三次元造形装置は、前記第６の態様において、前記制御部は、単位時間当たりに前記循環路に流入する前記セラミック粒子を含む液体の流量をｑ１とし、単位時間当たりに前記第２ノズルから吐出される前記セラミック粒子を含む液体の最大流量をｑ２としたときに、ｑ２／ｑ１が０．０５以上２０以下となるよう制御することを特徴とする。
本態様によれば、循環路に流入するセラミック粒子を含む液体の流量を適正な範囲に制御する。このことで、第２ノズル内の液体にかかる圧力と外気圧との圧力差が大きくなることを抑制できる。該圧力差が大きくなることを抑制することで、第２ノズルに粉末が混入することを抑制できる。
本発明の第８の態様の三次元造形装置は、前記第７の態様において、前記ｑ２／ｑ１は、０．０５であることを特徴とする。
本態様によれば、循環路に流入するセラミック粒子を含む液体の流量を特に好ましい範囲に制御する。このことで、第２ノズル内の液体にかかる圧力と外気圧との圧力差が大きくなることを特に効果的に抑制でき、第２ノズルに粉末が混入することを特に効果的に抑制できる。
本発明の第９の態様の三次元造形装置は、前記第１から第８のいずれか１つの態様において、前記セラミック粒子はアナターゼ型ＴｉＯ２を含むことを特徴とする。
本態様によれば、アナターゼ型ＴｉＯ２を含むセラミック粒子を含む液体を使用する。アナターゼ型ＴｉＯ２の粒子の粒径は、一般的な他のセラミック粒子に比べて小さいため、セラミック粒子の表面活性が高くなり、第２ヘッドに収容される液体においてセラミック粒子が分散しやすくなる。さらに、アナターゼ型ＴｉＯ２の粒子は、ルチル型ＴｉＯ２の粒子に比べて分解しやすいため、造形した三次元造形物から境界領域を容易に取り除くことができる。
本発明の第１０の態様の三次元造形装置は、造形テーブルと、前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、前記粉末層における三次元造形物の造形領域に光吸収粒子を含む液体を第１ノズルから吐出する第１ヘッドと、前記粉末層における前記造形領域に対する境界領域にコロイド状インクまたはポリマー系インクを含む液体を第２ノズルから吐出する第２ヘッドと、前記造形テーブルに対する前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの移動と、電圧を印加することによる前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１ヘッドに第１フラッシング動作を実行させ、前記第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で前記第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行させるよう制御することを特徴とする。
光吸収粒子を含む液体を吐出する第１ヘッドとコロイド状インクまたはポリマー系インクを含む液体を吐出する第２ヘッドとでは、好ましいフラッシング条件が変わるが、第１ヘッドに対して実行する第１フラッシング動作とは異なるフラッシング条件で第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行することで、第１ヘッド及び第２ヘッドの夫々を好ましいフラッシング条件でフラッシングすることができる。したがって、フラッシング動作を行ってもノズルに混入した粉末が除去できないということを抑制できる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
最初に、本発明の三次元造形装置１の一実施例について図１を参照して説明する。ここで、図１及び後述する各図における図中のＸ方向は水平方向であり供給ユニット８の往復移動方向に対応し、このうち、Ｘ１方向は往方向、Ｘ２方向は復方向に対応する。また、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、ローラー６の回転軸の延びる方向に対応する。また、Ｚ方向は鉛直方向であり、層５００の積層方向に対応する。
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。
本実施例の三次元造形装置１は、層５０１、層５０２、層５０３、・・・層５０ｎからなる層５００を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形装置である。そして、図１で表されるように、本実施例の三次元造形装置１は、造形テーブル９を有するテーブルユニット１０と、三次元造形物の造形材料を造形テーブル９に供給する供給ユニット８と、テーブルユニット１０及び供給ユニット８の動作を制御する制御部１２と、を備えている。なお、三次元造形装置１は、パーソナルコンピューターなどの外部装置２０と電気的に接続されており、外部装置２０を介してユーザーからの指示を受け付け可能な構成となっている。
造形テーブル９は、制御部１２の制御によりＺ方向に移動可能な構成となっている。造形テーブル９の造形面９ａをテーブルユニット１０の上面部１０ａに対してＺ方向において所定の距離だけ低い位置に配置し、造形面９ａに供給ユニット８から三次元造形物の造形材料を供給して１層分の層５００を形成する。そして、造形テーブル９の所定の距離分の下方への移動と、供給ユニット８からの三次元造形物の造形材料の供給と、を繰り返すことで積層する。図１は、層５０１、層５０２、層５０３及び層５０４の４層分の層形成を繰り返して、造形面９ａ上に三次元造形物の構造体Ｓを形成した様子を表している。
供給ユニット８は、ガイドバー１１に沿って、Ｘ方向に移動可能な構成となっている。また、供給ユニット８は、金属などの粉末を含む造形材料を造形テーブル９に供給する造形材料供給部２を備えている。
また、供給ユニット８は、造形テーブル９に供給された造形材料を圧縮して均すことが可能なローラー６を備えている。ここで、造形材料供給部２とローラー６とで、造形テーブル９に粉末層である層５００を形成する、層形成部を構成している。なお、供給ユニット８は、ローラー６の代わりに、造形テーブル９に供給された造形材料を均すことが可能なスキージを備えていても構わない。
また、供給ユニット８は、造形材料供給部２から供給された造形材料に含まれる粉末を結着するバインダーを含む液体を、第１ノズルＮ１から三次元造形物の造形領域Ｐに吐出する第１ヘッド３を備えている。ここで、第１ヘッド３から吐出される液体は、バインダーとして紫外線硬化樹脂を含む液体である。ただし、このような液体に限定されず、熱硬化樹脂をバインダーとして含む液体や、バインダーとしての固体の樹脂が揮発性の溶媒に溶解された状態の液体などを使用してもよい。
また、供給ユニット８は、造形領域Ｐに対する境界領域Ｂに対してセラミック粒子を含む液体を、第２ノズルＮ２から吐出する第２ヘッド１３を備えている。ここで、第２ヘッド１３から吐出される液体は、セラミック粒子としてアナターゼ型ＴｉＯ２を含む液体である。ただし、このような液体に限定されず、セラミック粒子としてアナターゼ型ＴｉＯ２以外のセラミック粒子を含む液体を使用してもよい。境界領域Ｂに対してセラミック粒子を含む液体を吐出することで、造形領域Ｐからバインダーが外側にブリードすることを抑制して三次元造形物の構造体Ｓの輪郭をきれいに構成できるとともに、三次元造形物の構造体Ｓを取り出す際に該三次元造形物の構造体Ｓに付着する粉末をきれいに剥離できる。
そして、供給ユニット８は、紫外線硬化樹脂を硬化させることが可能な紫外線を照射する紫外線照射部４を備えている。なお、本実施例の供給ユニット８は、紫外線照射部４を備える構成であるが、使用する液体の種類などに応じて、紫外線照射部４の代わりに熱硬化樹脂を硬化させるため或いは溶媒を揮発させるためのヒーターを備える構成などとしてもよい。
図１で表されるように、本実施例の供給ユニット８は、Ｘ方向において構成部材の形状が非対称となっている。ただし、供給ユニット８は、Ｘ方向において構成部材の形状が対称となる構成であってもよい。供給ユニット８がＸ方向において構成部材の形状が対称となる構成であれば、供給ユニット８をＸ１方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できるとともに、供給ユニット８をＸ２方向に移動させつつ三次元造形物の造形動作を実行できる。
また、図１で表されるように、本実施例の三次元造形装置１は、テーブルユニット１０に液体受け部５が設けられており、液体受け部５と対向する位置で第１ヘッド３及び第２ヘッド１３から液体を吐出させてフラッシング動作を実行可能である。すなわち、液体受け部５と対向する位置がフラッシング位置であり、このため当然、フラッシング位置は三次元造形物の造形領域Ｐとは異なる位置である。なお、液体受け部５で受けた液体は、ポンプ１４を駆動することにより廃液タンク７に向けて流すことができる。
ここで、制御部１２は、フラッシング位置である液体受け部５と対向する位置において第１ヘッド３及び第２ヘッド１３に電圧を印加して、第１ノズルＮ１及び第２ノズルＮ２から液体を吐出するフラッシング動作を実行させる。なお、本実施例の三次元造形装置１は、液体受け部５と対向する位置をフラッシング位置としているが、このような構成に限定されず、例えば、造形面９ａ上の造形領域Ｐとは異なる領域をフラッシング位置としてもよい。
このように、本実施例の三次元造形装置１は、造形テーブル９と、造形テーブル９に粉末層である層５００を形成する層形成部としての造形材料供給部２及びローラー６と、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体を第１ノズルＮ１から吐出する第１ヘッド３と、層５００における造形領域Ｐに対する境界領域Ｂにセラミック粒子を含む液体を第２ノズルＮ２から吐出する第２ヘッド１３と、造形テーブル９に対して第１ヘッド３及び第２ヘッド１３を相対移動させる移動システムとしての供給ユニット８及びテーブルユニット１０と、造形テーブル９に対する第１ヘッド３及び第２ヘッド１３の移動と、電圧を印加することによる第１ヘッド３及び第２ヘッド１３の駆動と、を制御する制御部１２と、を備えている。また、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３に液体を供給する液体供給システム４０を備えている。
本実施例の三次元造形装置１は、層５００における境界領域Ｂにセラミック粒子を含む液体を吐出することで、造形領域Ｐに吐出されたバインダーを含む液体が境界領域Ｂを超えて流れることを抑制できる。さらに、例え、バインダーを含む液体が境界領域Ｂを超えて流れた場合であっても、焼結の際などにおいて境界領域Ｂにセラミック粒子が配置されることで該セラミック粒子を簡単かつきれいに除去することができ、三次元造形物の構造体Ｓの輪郭を高精度にすることができる。
以下に、図２から図５を参照して液体供給システム４０、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３について詳細に説明する。ここで、図２に示す液体供給システム４０は、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３に液体を供給するための供給流路４５ａを含む循環部４１と、循環部４１に液体を補充するための液体補充流路４５ｄを含む補充部４２と、によって構成されている。なお、図２の符号３、並びに、図３及び図４は第１ヘッド３を示す図であるが、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３は、それらの構成及びそれらに繋がる液体供給システムが同様である。このため、以下の第１ヘッド３に対する説明は第２ヘッド１３に読み替えて理解することができる。
最初に、液体供給システム４０について説明する。図２で表されるように、循環部４１は、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）と、加圧制御用液体タンク４３ａと減圧制御用液体タンク４３ｂと、加圧制御用ポンプ４４ａと、減圧制御用ポンプ４４ｂと、流動用ポンプ４４ｃと、電磁弁Ｖ１と、を有する。また、循環部４１は、加圧制御用液体タンク４３ａと第１ヘッド３（第２ヘッド１３）を連結する供給流路４５ａと、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）と減圧制御用液体タンク４３ｂを連結する第１循環流路４５ｂと、加圧制御用液体タンク４３ａと減圧制御用液体タンク４３ｂとを連結する第２循環流路４５ｃと、を有する。ここで、第１循環流路４５ｂには、フィルターＦ２と、第１循環流路４５ｂ中を流れる液体の流量を検出する流量センサー４６と、が設けられている。
加圧制御用液体タンク４３ａ、加圧制御用ポンプ４４ａ、減圧制御用液体タンク４３ｂ、減圧制御用ポンプ４４ｂによって、第１ヘッド３のノズルＮ１（第２ヘッド１３のノズルＮ２）には大気圧から若干負圧が掛かるように差圧制御が行われる。
減圧用タンクである減圧制御用液体タンク４３ｂから加圧用タンクである加圧制御用液体タンク４３ａに液体を流動させる第２循環流路４５ｃには、流動用ポンプ４４ｃと、電磁弁Ｖ１が設置されている。第１ヘッド３（第２ヘッド１３）における液体吐出動作が実行されるとき、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）に液体を供給するときは、電磁弁Ｖ１を開き、流動用ポンプ４４ｃを動作させて、供給流路４５ａ、第１循環流路４５ｂ及び第２循環流路４５ｃにおいて液体を循環させる。
補充部４２は、液体が収容された交換可能な液体カートリッジ４３ｃと、流動用ポンプ４４ｄと、電磁弁Ｖ２と、を有する。また、補充部４２は、加圧制御用液体タンク４３ａと液体カートリッジ４３ｃとを連結する液体補充流路４５ｄを有する。液体カートリッジ４３ｃから加圧制御用液体タンク４３ａに液体を補充するときは、電磁弁Ｖ２を開き、流動用ポンプ４４ｄを動作させて、液体補充流路４５ｄにおいて液体を流させる。ここで、本実施例の三次元造形装置１においては、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３のそれぞれに対して１つずつの同様の構成の液体供給システム４０を備える構成である。
次に、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）の詳細な構成について図３から図５を参照して説明する。なお、図５中の実線の矢印は、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）の内部での液体の流れる方向を表している。
図３に示されるように、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）は、供給流路４５ａ及び第１循環流路４５ｂと接続されている。第１ヘッド３（第２ヘッド１３）の内部に液体を供給する供給流路としての供給流路４５ａ、並びに、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）の内部の液体を一旦外部に排出して循環させる循環流路としての第１循環流路４５ｂは、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）の一部を構成しているとみなすことができる。別の表現をすると、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）は、供給流路４５ａ及び第１循環流路４５ｂを備えている。供給流路４５ａは供給口３３に接続され、第１循環流路４５ｂは排出口３４に接続されている。
第１ヘッド３（第２ヘッド１３）は、図３から図５で表されるように、供給口３３を有する供給液室３１を有し、液体は、供給流路４５ａから供給口３３を介して供給液室３１に送られる。また、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）は、図４及び図５で表されるように、フィルターＦ３を介して供給液室３１と通じる個別供給流路３７を有し、供給液室３１に供給された液体は、個別供給流路３７に送られる。
第１ヘッド３（第２ヘッド１３）は、図３及び図５で表されるように、電圧を印加させることでＺ方向に沿って変形する圧電素子３５を有し、圧電素子３５は、Ｚ方向において振動板Ｄを挟んで圧力室３６と反対側の空間に配置されている。図４及び図５で表されるように、圧力室３６は個別供給流路３７と通じており、液体は個別供給流路３７から圧力室３６に送られる。また、圧力室３６には第１ノズルＮ１（第２ノズルＮ２）が連通しており、圧電素子３５が変形することで圧力室３６の容積が収縮し、圧力室３６中の液体が加圧されることで、第１ノズルＮ１（第２ノズルＮ２）から液体が吐出する。なお、図５における下方が鉛直下方向であり、第１ノズルＮ１（第２ノズルＮ２）からの液体の吐出方向は、重力方向に対応する鉛直下方向である。
なお、上記のように、本実施例の三次元造形装置１は、図２で表される液体供給システム４０を備えており、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）に供給する液体を循環して供給している。このため、圧力室３６に一度送られた液体を循環させるため、圧力室３６は個別供給流路３７に加えて個別循環流路３８にも通じている。個別循環流路３８は、フィルターＦ１を介して、排出口３４を有する循環液室３２と通じている。本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３（第２ヘッド１３）の内部において、供給流路４５ａ、供給液室３１、個別供給流路３７、圧力室３６、個別循環流路３８、循環液室３２、第１循環流路４５ｂ、と液体を流すことで該液体を循環させている。
上記のように、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３は、第１ノズルＮ１及び第２ノズルＮ２に連通する圧力室３６と、圧力室３６にバインダーを含む液体及びセラミック粒子を含む液体を供給する供給路としての供給流路４５ａ、供給液室３１、個別供給流路３７と、循環させるために圧力室３６からバインダーを含む液体及びセラミック粒子を含む液体を流入する循環路としての個別循環流路３８、循環液室３２、第１循環流路４５ｂと、を備えている。ここで、セラミック粒子は重く沈降しやすいが、本実施例の三次元造形装置１においては、上記のように、第２ヘッド１３はセラミック粒子を含む液体を循環させるための循環路を備えている。このため、セラミック粒子を含む液体を循環させることでセラミック粒子の沈降を抑制でき、セラミック粒子を含む液体においてセラミック粒子が沈降することに伴う不具合を抑制できる。
なお、制御部１２は、単位時間当たりに循環路に流入するセラミック粒子を含む液体の流量をｑ１とし、単位時間当たりに第２ノズルＮ２から吐出されるセラミック粒子を含む液体の最大流量をｑ２としたときに、ｑ２／ｑ１が０．０５以上２０以下となるよう制御する。すなわち、本実施例の三次元造形装置１は、循環路に流入するセラミック粒子を含む液体の流量を適正な範囲に制御する。このことで、第２ノズルＮ２内の液体にかかる圧力と外気圧との圧力差が大きくなることを抑制できる。本実施例の三次元造形装置１は、該圧力差が大きくなることを抑制することで、第２ノズルＮ２に層５００を形成する粉末が混入することを抑制できる。
なお、制御部１２は、通常状態においては、前記ｑ２／ｑ１を０．０５とする。すなわち、本実施例の三次元造形装置１は、循環路に流入するセラミック粒子を含む液体の流量を特に好ましい範囲に制御する。このことで、本実施例の三次元造形装置１は、第２ノズルＮ２内の液体にかかる圧力と外気圧との圧力差が大きくなることを特に効果的に抑制でき、第２ノズルＮ２に層５００を形成する粉末が混入することを特に効果的に抑制できる。
次に、本実施例の三次元造形装置１で使用可能な造形材料についての具体例を説明する。造形材料に含有可能な金属粉末としては、例えばマグネシウム（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）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス（ＳＵＳ）、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）の粉末、これらの混合粉末を、用いることが可能である。
また、第１ヘッド３から造形領域Ｐに吐出される液体中に含有されるバインダーとしては、例えば、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－アクリル酸エステル）、ＡＳＡ（アクリロニトリル－スチレン－アクリル酸エステル）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＥＰ（エポキシ）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＳ（ポリスチレン）、パラフィンワックス、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、カルボキシメチルセルロース、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレートなどを好ましく使用可能である。また、例えば、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などを単独で或いは組み合わせて用いることができる。さらには、熱可塑性樹脂や、アクリルなどのような不飽和二重結合のラジカル重合を用いるタイプやエポキシなどのカチオン重合を用いるタイプの紫外線硬化性樹脂を用いることもできる。
また、第２ヘッド１３から境界領域Ｂに吐出される液体中に含有されるセラミックス粉末としては、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などを好ましく使用可能である。このうち、ＴｉＯ２を特に好ましく使用でき、なかでも、アナターゼ型のＴｉＯ２を特に好ましく使用できる。これは、アナターゼ型ＴｉＯ２の粒子の粒径は、一般的な他のセラミック粒子に比べて小さいため、セラミック粒子の表面活性が高くなり、第２ヘッドに収容される液体においてセラミック粒子が分散しやすくなるためである。さらに、アナターゼ型ＴｉＯ２の粒子は、ルチル型ＴｉＯ２の粒子に比べて分解しやすいため、造形した三次元造形物の構造体Ｓから境界領域Ｂを容易に取り除くことができる。
また、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３から吐出される液体中に含有される溶剤としては、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）等のイオン液体等が挙げられ、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。
次に、本実施例の三次元造形装置１を用いて実行可能な三次元造形方法の一例について、図６を参照しつつ、図７及び図８のフローチャートを用いて説明する。図７及び図８のフローチャートで表される本実施例の三次元造形方法は、供給ユニット８や造形テーブル９など三次元造形装置１の各構成部材の制御を制御部１２が行うことにより行われる。なお、図６は、層５００のうちの層５０２を形成する際の一例を表している。
最初に、図７のフローチャートで表される三次元造形方法について説明する。図７で表されるように、最初に、ステップＳ１１０の造形データ入力工程で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、外部装置２０を用いて造形データを三次元造形装置１に入力できる。
次に、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程で、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３について造形前フラッシングを行う。ここで、造形前フラッシングは、フラッシング位置である液体受け部５と対向する位置に第１ヘッド３及び第２ヘッド１３を移動し、該位置で行う。本ステップＳ１２０においては、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３について同時に造形前フラッシングを行うが、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３を順番に造形前フラッシングさせてもよい。なお、本ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程は、省略してもよい。
次に、ステップＳ１６０の層形成工程で、造形材料供給部２から造形材料を造形テーブル９の造形面９ａに供給するとともにローラー６で造形材料を圧縮して均すことで層５００を形成する。図６の一番上の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動して層５０２を形成している状態を表している。
次に、ステップＳ１７０の液体吐出工程で、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体を第１ヘッド３のノズルＮ１から吐出する。図６の上から２番目の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２の造形領域Ｐにバインダーを含む液体を第１ヘッド３のノズルＮ１から吐出している状態を表している。そして、本ステップＳ１７０の液体吐出工程では、続けて、層５００における造形領域Ｐに対する境界領域Ｂにセラミック粒子を含む液体を第２ヘッド１３のノズルＮ２から吐出する。図６の上から３番目の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２の造形領域Ｐにセラミック粒子を含む液体を第２ヘッド１３のノズルＮ２から吐出している状態を表している。
次に、ステップＳ１８０の紫外線照射工程で、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐに向けて紫外線照射部４から紫外線を照射する。図６の上から４番目の状態は、Ｘ１方向に供給ユニット８を移動しつつ層５０２における三次元造形物の造形領域Ｐに向けて紫外線照射部４から紫外線を照射している状態を表している。
次に、ステップＳ１９０のフラッシング工程で、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３のフラッシングを行う。ここで、本ステップにおけるフラッシングは、造形前フラッシング工程と同様、フラッシング位置である液体受け部５と対向する位置に第１ヘッド３及び第２ヘッド１３を移動し、該位置で行う。また、本ステップＳ１２０においても、造形前フラッシング工程と同様、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３について同時に造形前フラッシングを行う。図６の一番下の状態は、液体受け部５と対向する位置に第１ヘッド３及び第２ヘッド１３を移動し、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３から液体受け部５に向けて液体を吐出するフラッシングをしている状態を表している。
ここで、制御部１２は、本ステップのフラッシング工程において、第１ヘッド３に第１フラッシング動作を実行させ、第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で第２ヘッド１３に第２フラッシング動作を実行させる。第１フラッシング動作と第２フラッシング動作とにおける異なるフラッシング条件については後述する。
そして、ステップＳ２１０の造形データ終了有無判断工程で、三次元造形装置１の制御部１２において、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層５００の形成が全て終了したかどうかを判断する。層５００の形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程に戻り、次の層５００を形成する。一方、層５００の形成が全て終了したと判断した場合、ステップＳ２２０の脱脂工程に進む。
ステップＳ２２０の脱脂工程では、バインダーなど、ステップＳ１２０の造形前フラッシング工程からステップＳ２１０の造形データ終了有無判断工程を繰り返すことで製造された構造体Ｓの樹脂成分を、外部装置などを用いて脱脂する。なお、脱脂の方法は、加熱することにより樹脂成分を揮発させる方法や、溶剤中に構造体Ｓを漬けて樹脂成分を溶解させる方法などがあるが、特に限定はない。なお、樹脂製の三次元造形物を製造する場合など、製造する三次元造形物の種類などによっては、本ステップＳ２２０の脱脂工程を省略してもよい。
そして、ステップＳ２３０の焼結工程では、ステップＳ２２０の脱脂工程で脱脂がなされた構造体Ｓを外部装置などを用いて加熱して造形材料を焼結する。なお、ステップＳ２２０の脱脂工程を実行した後においても構造体Ｓのバインダーなどの樹脂成分が残存していた場合でも、本ステップＳ２３０の焼結工程の実行に伴い該樹脂成分は除去される。そして、本ステップＳ２３０の焼結工程の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。なお、ステップＳ２２０の脱脂工程と同様、製造する三次元造形物の種類などによっては、本ステップＳ２３０の焼結工程を省略してもよい。
次に、図８のフローチャートで表される三次元造形方法について説明する。図８のフローチャートで表される三次元造形方法は、ステップＳ１１０からステップＳ１２０、ステップＳ１６０からステップＳ１８０、ステップＳ２１０からステップＳ２３０が、図７のフローチャートで表される三次元造形方法と共通する。このため、これらのステップについての説明は省略する。
図８で表されるように、ステップＳ１２０の終了後、ステップＳ１３０の第１ヘッドフラッシング間隔判断工程で、第１ヘッド３のフラッシング間隔が所定値よりも長くあいたか否かを制御部１２において判断する。本ステップで制御部１２がフラッシング間隔が所定値よりも長くあいたと判断したら、ステップＳ１４０の第１ヘッドフラッシング工程に移行し、第１ヘッド３のフラッシングを実行し、ステップＳ１５０の第１ヘッドフラッシング間隔リセット工程で第１ヘッド３の最後のフラッシング時間を更新して、ステップＳ１６０の層形成工程に移行する。一方、本ステップで制御部１２がフラッシング間隔が所定値よりも長くあいていないと判断したら、第１ヘッド３のフラッシングを実行することなくステップＳ１６０の層形成工程に移行する。なお、ステップＳ１４０の第１ヘッドフラッシング工程では、フラッシング位置である液体受け部５と対向する位置に第１ヘッド３を移動し、該位置で第１ヘッド３のフラッシングを行う。
また、図８で表されるように、ステップＳ１８０の紫外線照射工程後、ステップＳ２００の第２ヘッドフラッシング工程に移行し、第２ヘッド１３のフラッシングを実行する。ステップＳ２００の第２ヘッドフラッシング工程では、ステップＳ１４０の第１ヘッドフラッシング工程と同様、フラッシング位置である液体受け部５と対向する位置に第２ヘッド１３を移動し、該位置で第２ヘッド１３のフラッシングを行う。
ここで、図８のフローチャートで表される三次元造形方法は、ステップＳ１３０の第１ヘッドフラッシング間隔判断工程を実行することで、ステップＳ１４０の第１ヘッドフラッシング工程とステップＳ２００の第２ヘッドフラッシング工程の実行頻度を変更することができる。例えば、供給ユニット８の１回の走査（Ｘ方向における移動）ごとに第２ヘッドフラッシング工程を実行するとともに、供給ユニット８の４回の走査ごとに第１ヘッドフラッシング工程を実行することとすることができる。また、制御部１２は、ステップＳ１４０の第１ヘッドフラッシング工程における第１フラッシング動作と、本ステップの第２ヘッドフラッシング工程とにおける第２フラッシング動作とで、フラッシング条件を異ならせる。第１フラッシング動作と第２フラッシング動作とにおける異なるフラッシング条件については後述する。
ここで、一旦まとめると、本実施例の三次元造形装置１においては、制御部１２は、第１ヘッド３に第１フラッシング動作を実行させ、第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で第２ヘッド１３に第２フラッシング動作を実行させるよう制御する。バインダーを含む液体を吐出する第１ヘッド３とセラミック粒子を含む液体を吐出する第２ヘッド１３とでは、好ましいフラッシング条件が変わるが、本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３に対して実行する第１フラッシング動作とは異なるフラッシング条件で第２ヘッド１３に第２フラッシング動作を実行することで、第１ヘッド３及び第２ヘッド１３の夫々を好ましいフラッシング条件でフラッシングすることができる。したがって、本実施例の三次元造形装置１は、フラッシング動作を行ってもノズルに混入した粉末が除去できないということを抑制できる。
ここで、第１フラッシング動作と第２フラッシング動作とにおける異なるフラッシング条件について説明する。本実施例の三次元造形装置１においては、第２フラッシング動作を第１フラッシング動作よりもヘッド内のインクをより効果的に排出できる条件で行う。一般的に、ノズルにバインダーを含む液体がある場合よりもノズルにセラミック粒子を含む液体がある場合のほうが、ノズルに混入した粉末を排出することが困難な場合が多いためである。
本実施例の三次元造形装置１は、第２フラッシング動作における第２ヘッド１３へ入力される波形の周波数を、第１フラッシング動作における第１ヘッド３へ入力される波形の周波数よりも高くすることができる。ヘッドへ入力される波形の周波数を高くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３に粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッド１３に粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
また、本実施例の三次元造形装置１は、第２フラッシング動作における第２ヘッド１３への印加電圧を、第１フラッシング動作における第１ヘッド３への印加電圧よりも高くすることができる。ヘッドへの印加電圧を高くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３に粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッド１３に粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
また、本実施例の三次元造形装置１は、ヘッドへの印加電圧やヘッドに電圧を印加する際の波形を調整することで、第２フラッシング動作における第２ヘッド１３からのセラミック粒子を含む液体の吐出速度を、第１フラッシング動作における第１ヘッド３からのバインダーを含む液体の吐出速度よりも速くすることができる。ヘッドからの液体の吐出速度を速くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３に粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッド１３に粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
また、本実施例の三次元造形装置１は、ヘッドへの印加電圧やヘッドに電圧を印加する際の波形を調整することで、第２フラッシング動作において第２ヘッド１３から吐出されるセラミック粒子を含む液体の液滴サイズを、第１フラッシング動作における第１ヘッド３から吐出されるバインダーを含む液体の液滴サイズよりも大きくすることができる。ヘッドからの液体の吐出量を多くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３に粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッド１３に粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
また、本実施例の三次元造形装置１は、ヘッドへの印加電圧やヘッドに電圧を印加する際の波形を調整することで、第２フラッシング動作において第２ヘッド１３から吐出されるセラミック粒子を含む液体の液滴数を、第１フラッシング動作における第１ヘッド３から吐出されるバインダーを含む液体の液滴数よりも多くすることができる。ヘッドからの液体の吐出量を多くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３に粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッド１３に粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
また、本実施例の三次元造形装置１において、層５００における三次元造形物の造形領域Ｐにバインダーを含む液体を第１ノズルＮ１から吐出する第１ヘッド３と、層５００における造形領域Ｐに対する境界領域Ｂにセラミック粒子を含む液体を第２ノズルＮ２から吐出する第２ヘッド１３とを備えると記載したが、第１ノズルＮ１から吐出される液体に近赤外吸収粒子または可視光吸収粒子を含み、第２ノズルＮ２から吐出される液体にコロイド状インクまたはポリマー系インクを含んでいても構わない。このような構成の場合、ステップＳ１８０のエネルギー付与工程において、紫外線や、赤外線、または近赤外線などのエネルギーを印加することで、近赤外吸収粒子または可視光吸収粒子が供給された造形材料の部分が、造形材料の融点を超えて加熱されて融着することができる。制御部１２は、本ステップのフラッシング工程において、第１ヘッド３に第１フラッシング動作を実行させ、第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で第２ヘッド１３に第２フラッシング動作を実行させる。本実施例の三次元造形装置１は、第２フラッシング動作における第２ヘッド１３へ入力される波形の周波数を、第１フラッシング動作における第１ヘッド３へ入力される波形の周波数よりも高くすることができる。ヘッドへ入力される波形の周波数を高くするとノズルに混入した粉末を効果的に排出できるようになるため、本実施例の三次元造形装置１は、第１ヘッド３に粉末が混入した場合だけでなく、第２ヘッド１３に粉末が混入した場合も、ノズルに混入した粉末を効果的に排出することができる。
上述した異なるフラッシング条件とは、第１フラッシング動作における第１ヘッド３への印加電圧を、第２フラッシング動作における第２ヘッド１３への印加電圧よりも高くすること、ヘッドへの印加電圧やヘッドに電圧を印加する際の波形を調整することで、第１フラッシング動作における第１ヘッド３からの近赤外吸収粒子または可視光吸収粒子を含む液体の吐出速度を、第２フラッシング動作における第２ヘッド１３からのコロイド状インクまたはポリマー系インクを含む液体の吐出速度よりも速くすること、ヘッドへの印加電圧やヘッドに電圧を印加する際の波形を調整することで、第１フラッシング動作において第１ヘッド３から吐出される近赤外吸収粒子または可視光吸収粒子を含む液体の液滴サイズを、第２フラッシング動作における第２ヘッド１３から吐出されるコロイド状インクまたはポリマー系インクを含む液体の液滴サイズよりも大きくすること、などの条件である。
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。
１…三次元造形装置、２…造形材料供給部（層形成部）、
３…第１ヘッド、４…紫外線照射部、５…液体受け部、６…ローラー（層形成部）、
７…廃液タンク、８…供給ユニット、９…造形テーブル、９ａ…造形面、
１０…テーブルユニット、１０ａ…上面部、１１…ガイドバー、
１２…制御部、１３…第２ヘッド、１４…ポンプ、２０…外部装置、
３１…供給液室（供給路）、３２…循環液室（循環路）、３３…供給口、３４…排出口、
３５…圧電素子、３６…圧力室、３７…個別供給流路（供給路）、
３８…個別循環流路（循環路）、４０…液体供給システム、４１…循環部、
４２…補充部、４３ａ…加圧制御用液体タンク、４３ｂ…減圧制御用液体タンク、
４３ｃ…液体カートリッジ、４４ａ…加圧制御用ポンプ、４４ｂ…減圧制御用ポンプ、
４４ｃ…流動用ポンプ、４４ｄ…流動用ポンプ、４５ａ…供給流路（供給路）、
４５ｂ…第１循環流路（循環路）、４５ｃ…第２循環流路、４５ｄ…液体補充流路、
４６…流量センサー、５００…層（粉末層）、
５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、Ｂ…境界領域、Ｄ…振動板、
Ｆ１…フィルター、Ｆ２…フィルター、Ｆ３…フィルター、Ｎ１…第１ノズル、
Ｎ２…第２ノズル、Ｐ…造形領域、Ｓ…構造体、Ｖ１…電磁弁、Ｖ２…電磁弁

Claims (10)

  1. 造形テーブルと、
    前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、
    前記粉末層における三次元造形物の造形領域にバインダーを含む液体を第１ノズルから吐出する第１ヘッドと、
    前記粉末層における前記造形領域に対する境界領域にセラミック粒子を含む液体を第２ノズルから吐出する第２ヘッドと、
    前記造形テーブルに対する前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの移動と、電圧を印加することによる前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記第１ヘッドに第１フラッシング動作を実行させ、前記第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で前記第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行させるよう制御することを特徴とする三次元造形装置。
  2. 請求項１に記載された三次元造形装置において、
    前記第２フラッシング動作における前記第２ヘッドへ入力される波形の周波数は、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドへ入力される波形の周波数よりも高いことを特徴とする三次元造形装置。
  3. 請求項１または２に記載された三次元造形装置において、
    前記第２フラッシング動作における前記第２ヘッドへの印加電圧は、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドへの印加電圧よりも高いことを特徴とする三次元造形装置。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形装置において、
    前記第２フラッシング動作における前記第２ヘッドからの前記セラミック粒子を含む液体の吐出速度は、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドからの前記バインダーを含む液体の吐出速度よりも速いことを特徴とする三次元造形装置。
  5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形装置において、
    前記第２フラッシング動作において前記第２ヘッドから吐出される前記セラミック粒子を含む液体の液滴サイズは、前記第１フラッシング動作における前記第１ヘッドから吐出される前記バインダーを含む液体の液滴サイズよりも大きいことを特徴とする三次元造形装置。
  6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された三次元造形装置において、
    前記第２ヘッドは、前記第２ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室に前記セラミック粒子を含む液体を供給する供給路と、循環させるために前記圧力室から前記セラミック粒子を含む液体を流入する循環路と、を備えることを特徴とする三次元造形装置。
  7. 請求項６に記載された三次元造形装置において、
    前記制御部は、単位時間当たりに前記循環路に流入する前記セラミック粒子を含む液体の流量をｑ１とし、単位時間当たりに前記第２ノズルから吐出される前記セラミック粒子を含む液体の最大流量をｑ２としたときに、ｑ２／ｑ１が０．０５以上２０以下となるよう制御することを特徴とする三次元造形装置。
  8. 請求項７に記載された三次元造形装置において、
    前記ｑ２／ｑ１は、０．０５であることを特徴とする三次元造形装置。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載された三次元造形装置において、
    前記セラミック粒子はアナターゼ型ＴｉＯ２を含むことを特徴とする三次元造形装置。
  10. 造形テーブルと、
    前記造形テーブルに粉末層を形成する層形成部と、
    前記粉末層における三次元造形物の造形領域に光吸収粒子を含む液体を第１ノズルから吐出する第１ヘッドと、
    前記粉末層における前記造形領域に対する境界領域にコロイド状インクまたはポリマー系インクを含む液体を第２ノズルから吐出する第２ヘッドと、
    前記造形テーブルに対する前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの移動と、電圧を印加することによる前記第１ヘッド及び前記第２ヘッドの駆動と、を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記第１ヘッドに第１フラッシング動作を実行させ、前記第１フラッシング動作と異なるフラッシング条件で前記第２ヘッドに第２フラッシング動作を実行させるよう制御することを特徴とする三次元造形装置。
JP2020130105A 2020-07-31 2020-07-31 三次元造形装置 Pending JP2022026567A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020130105A JP2022026567A (ja) 2020-07-31 2020-07-31 三次元造形装置
US17/387,712 US11826826B2 (en) 2020-07-31 2021-07-28 Three-dimensional shaping apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020130105A JP2022026567A (ja) 2020-07-31 2020-07-31 三次元造形装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022026567A true JP2022026567A (ja) 2022-02-10

Family

ID=80002518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020130105A Pending JP2022026567A (ja) 2020-07-31 2020-07-31 三次元造形装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11826826B2 (ja)
JP (1) JP2022026567A (ja)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6596224B1 (en) * 1996-05-24 2003-07-22 Massachusetts Institute Of Technology Jetting layers of powder and the formation of fine powder beds thereby
JP2006257323A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Osaka Univ 立体形状物の製造方法及び立体形状物
US9718238B2 (en) * 2012-03-04 2017-08-01 Stratasys Ltd. System and method for depositing liquids
DE102013004940A1 (de) * 2012-10-15 2014-04-17 Voxeljet Ag Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen Modellen mit temperiertem Druckkopf
KR102091678B1 (ko) * 2013-11-06 2020-04-24 럿거스, 더 스테이트 유니버시티 오브 뉴저지 적층가공공정에서 저온 고화를 이용하여 다공성 매트릭스로부터 모놀리식 바디의 제조
JP6618688B2 (ja) * 2015-03-03 2019-12-11 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置、製造方法およびコンピュータープログラム
JP6484289B2 (ja) 2017-06-13 2019-03-13 ローランドディー．ジー．株式会社 三次元造形装置
US11260601B2 (en) * 2019-04-16 2022-03-01 Brill, Inc. System for printing binding agents

Also Published As

Publication number Publication date
US11826826B2 (en) 2023-11-28
US20220032378A1 (en) 2022-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108527854B (zh) 膏剂以及三维造型物的制造方法
JP6981558B2 (ja) 三次元造形物の造形ステージ、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法
JP2018103137A (ja) 液体吐出装置、方法およびコンピュータープログラム
KR20170091029A (ko) 삼차원 조형물의 제조 방법
CN107008901B (zh) 三维造型物的制造方法以及三维造型物的制造装置
JP6774020B2 (ja) 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法
CN113968023B (zh) 三维造型装置
JP6751252B2 (ja) 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
JP2022026567A (ja) 三次元造形装置
US20220024138A1 (en) Three-dimensional shaping device
JP2022021960A (ja) 三次元造形装置
JP6862735B2 (ja) 三次元造形装置、製造方法およびコンピュータープログラム
JP7275938B2 (ja) 三次元造形物の製造装置
JP7452246B2 (ja) 三次元造形物の製造装置
JP7310374B2 (ja) 三次元造形物の製造装置
JP2018051964A (ja) 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法
JP7298347B2 (ja) 三次元造形物の製造装置
JP6924380B2 (ja) 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法
JP2021183405A (ja) 三次元造形物の製造装置
JP6950780B2 (ja) 三次元造形物の製造方法
JP2023146055A (ja) 三次元造形物の製造方法、三次元造形装置
JP2020117812A (ja) 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置
JP2018051502A (ja) 液滴吐出装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20210914

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20211108

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230705

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240319

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240416