JP2022063358A - 造形装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明の一実施形態として、熱溶解積層法(FDM)により三次元造形物を造形する三次元造形装置について説明する。なお、本発明は、造形手段により造形するものであれば、熱溶解積層法(FDM)の三次元造形装置に限定されるものではなく、他の造形方法の三次元造形装置にも適用可能である。
続いて、一実施形態における三次元造形装置1の処理および動作について説明する。図5は、一実施形態に係る造形処理を示すフロー図である。
続いて、実施形態の変形例Aについて上記の実施形態と異なる点を説明する。図8は、一実施形態においてタップノズル28により層を加圧する動作を示す模式図である。
続いて、実施形態の変形例Bについて、実施形態の変形例Aと異なる点を説明する。図9は、一実施形態においてタップノズル28により層を加圧する動作を示す模式図である。実施形態の変形例Bでは、上記の付勢手段として、バネ29に代えて電磁マグネット29´を用いる。
続いて、実施形態の変形例Cについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図10は、一実施形態において加熱プレートにより下層を加熱しながら吐出ノズルにより層を形成する動作を示す模式図である。
続いて、実施形態の変形例Dについて、実施形態の変形例Cと異なる点を説明する。図11は、一実施形態において加熱プレートにより下層を加熱しながら吐出ノズルにより層を形成する動作を示す模式図である。
続いて、実施形態の変形例Dについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図12は、一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図である。
比較例では、三次元造形装置1を用いて、タップの動作(ステップS12)を実行せずに、引張試験片を造形する。比較例1では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いる。ヘッドモジュール10の導入部にはφ12のSUS304製の対となるローラを用いた。ヘッドモジュール10の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル18は真鍮で作製し、先端の開口径を0.5mmとした。移送路となる部分はφ2.5mmの空洞となるようにした。冷却ブロック22はSUS304製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は10℃とした。加熱ブロック25も冷却ブロック22と同様にSUS304製とした。加熱ブロック25には、熱源26となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対27を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル18の走査速度を10mm/secとして、図13に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル3は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのZ軸方向の1層厚みは0.25mmとした。
比較例2では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いる。ヘッドモジュール10の導入部にはφ12のSUS304製の対となるローラを用いた。ヘッドモジュール10の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル18は真鍮で作製し、先端の開口径を0.5mmとした。移送路となる部分はφ2.5mmの空洞となるようにした。冷却ブロック22はSUS304製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は10℃とした。加熱ブロック25も冷却ブロック22と同様にSUS304製とした。加熱ブロック25には、熱源26となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対27を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル18の走査速度を50mm/secとして、図13に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル3は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのZ軸方向の1層厚みは0.25mmとした。
実施例1においては、タップモジュール20が、図1に示すように、ヘッドモジュール10に対し正面から見て左側に配置された比較例1と同様の構成の三次元造形装置1を用いて、比較例1と同様の設定(利用する画像データ、温度、走査速度)で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き1層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル28によりタップした。また、造形CAM(Computer Aided Manufacturing)ソフトを用いた制御により、タップノズル28によるタップ深さを0.1mmとした。
実施例2においては、タップモジュール20が、図1に示すように、ヘッドモジュール10に対し正面から見て左側に配置された比較例2と同様の構成の三次元造形装置1を用いて、比較例2と同様の設定(利用する画像データ、温度、走査速度)で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き1層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル28によりタップした。また、造形CAMソフトを用いた制御により、タップノズル28によるタップ深さを0.1mmとした。
実施例3においては、タップモジュール20が、図1に示すように、ヘッドモジュール10に対し正面から見て左側に配置された比較例1と同様の構成の三次元造形装置1を用いて、比較例1と同様の設定(利用する画像データ、温度、走査速度)で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き1層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル28によりタップした。また、造形CAMソフトを用いた制御により、タップノズル28によるタップ深さを0.25mmとした。
実施例4においては、タップモジュール20が、図1に示すように、ヘッドモジュール10に対し正面から見て左側に配置された比較例1と同様の構成の三次元造形装置1を用いて、比較例1と同様の設定(利用する画像データ、温度、走査速度)で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き1層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル28によりタップした。また、造形CAMソフトを用いた制御により、タップノズル28によるタップ深さを0.4mmとした。
上記実施形態の三次元造形装置1(造形装置の一例)は、造形材料としてのフィラメントを用いて造形材料層を形成し、これを積層させて造形物を造形する。三次元造形装置1のタップモジュール20(加圧手段の一例)は、形成された造形材料層(第1の造形材料層の一例)を、加熱および加圧する。三次元造形装置1のヘッドモジュール10(吐出手段の一例)は、加熱および加圧された造形材料層にフィラメントを吐出して、造形材料層(第2の造形材料層の一例)を形成することで、造形材料層を積層させる。上記の加熱および加圧の処理により、造形材料層の層間の接着力が向上するので、造形物の積層方向の強度が向上する。また、この方法によると、加熱および加圧処理した造形材料層に、他の造形材料層が積層されるので、造形物の視認性に優れる。
3 造形テーブル
10 ヘッドモジュール
18 吐出ノズル
20 タップモジュール
28 タップノズル
28´ 加熱プレート
29 バネ
29´ 電磁マグネット
37 クリーニングブラシ
38 ダストボックス
100 制御部
Claims (15)
- 造形材料を用いて造形材料層を形成し、該造形材料層を積層させて造形する造形装置であって、
前記造形材料を用いて形成された造形材料層を加圧する加圧手段と、
加圧された第1の造形材料層に、前記造形材料を吐出して第2の造形材料層を形成することで、前記第1の造形材料層に前記第2の造形材料層を積層させる吐出手段と、
前記加圧手段および前記吐出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記吐出手段によって前記第2の造形材料層が1層形成されるごとに、前記加圧手段が前記第2の造形材料層を加圧することにより、前記第1の造形材料層および前記第2の造形材料層の密着性を向上させるように、前記吐出手段および前記加圧手段を制御する、造形装置。 - 前記加圧手段は、前記造形材料層の断面を変形させるように加圧する、請求項1に記載の造形装置。
- 前記加圧手段は、前記第1の造形材料層および前記第2の造形材料層を融合するように加圧する、請求項1に記載の造形装置。
- 前記制御手段は、造形物表面の形状が平滑になるように前記加圧手段および前記吐出手段を制御する、請求項1乃至3のいずれかに記載の造形装置。
- 造形材料を用いて造形材料層を形成し、該造形材料層を積層させて造形する造形装置であって、
前記造形材料を用いて形成された造形材料層を加熱および加圧する加圧手段と、
加熱および加圧された第1の造形材料層に、前記造形材料を吐出して第2の造形材料層を形成することで、前記第1の造形材料層に前記第2の造形材料層を積層させる吐出手段と、
前記加圧手段および前記吐出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記吐出手段によって前記第2の造形材料層が1層形成されるごとに、前記加圧手段が前記第2の造形材料層を加熱および加圧することにより、前記第1の造形材料層および前記第2の造形材料層を溶融させるように、前記吐出手段および前記加圧手段を制御する、造形装置。 - 前記制御手段は、前記加圧手段が前記第2の造形材料層を加熱および加圧することにより、前記第1の造形材料層を再溶融させ、前記第1の造形材料層および前記第2の造形材料層の境界部が混合するように、前記加圧手段を制御する、請求項5に記載の造形装置。
- 前記制御手段は、前記第2の造形材料層が造形物の最表層である場合、前記加圧手段を動作させないように制御する、請求項5または6に記載の造形装置。
- 造形材料を用いて造形材料層を形成し、該造形材料層を積層させて造形する造形装置であって、
前記造形材料を用いて形成された第1の造形材料層を加熱および加圧する加圧手段と、
前記加熱および加圧された前記第1の造形材料層に、前記造形材料を吐出して第2の造形材料層を形成することで、前記第1の造形材料層に前記第2の造形材料層を積層させる吐出手段と、
前記加圧手段及び前記吐出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記加圧手段が、前記吐出手段の進行方向において先行し、既に形成された第1の造形材料層を加熱および加圧することで前記第1の造形材料層を再溶融させ、
前記吐出手段が、前記再溶融した前記第1の造形材料層に、前記造形材料を吐出して、前記第1の造形材料層に前記第2の造形材料層を積層させるように、前記加圧手段および前記吐出手段を制御する、造形装置。 - 前記加圧手段は、前記第1の造形材料層の表面を粗面化する請求項8に記載の造形装置。
- 前記加圧手段は、前記第2の造形材料層の上端よりも低い位置に配置される請求項8または9に記載の造形装置。
- 前記制御手段は、前記加圧手段を制御することにより、前記第1の造形材料層と前記第2の造形材料層とを、境界部において混合させる、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記加圧手段の加圧面をクリーニングするクリーニング部材を有する請求項1乃至11のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記加圧手段を付勢する付勢手段を有する請求項1乃至12のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記加圧手段は、磁性体によって形成されている、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の造形装置。
- 吐出手段から吐出される造形材料を用いて造形材料層を形成し、制御手段によって前記吐出手段を制御することにより該造形材料層を積層させて造形物を造形する造形装置であって、
前記制御手段は、前記吐出手段が、前記造形材料を用いて形成された第1の造形材料層を加熱および加圧して溶融させるとともに、
前記加熱および加圧されて溶融した前記第1の造形材料層に、前記造形材料を吐出して第2の造形材料層を形成することで、前記第1の造形材料層に前記第2の造形材料層を積層させるように、前記吐出手段を制御する、造形装置。
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