JP2022138437A - 3D printer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3Dプリンタに関する。さらに詳しくは、樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する3Dプリンタに関する。 The present invention relates to 3D printers. More particularly, the present invention relates to a 3D printer that forms a three-dimensional object by heating and melting resin materials and laminating them.
従来、樹脂材料を加熱溶融させて積層する(溶融積層方式又はFDM方式とも称する)3Dプリンタを用いて立体的な造形物を形成する3D印刷が知られている(例えば、特許文献1)。上述した特許文献1の発明に用いられる3Dプリンタは、印刷ヘッドを3次元方向に移動させながら、加熱溶融させたフィラメント(樹脂材料に相当)を印刷ヘッドから吐出することにより、立体的な造形物を形成するものとされている。また、特許文献1に記載の3Dプリンタを含め、溶融積層方式の3Dプリンタは、フィラメントを一対の搬送ローラで挟持し、前記搬送ローラを回転させることにより、前記フィラメントを印刷ヘッド(樹脂吐出部に相当)に供給している。ここで、前記3Dプリンタでは、造形物の造形にあたり、印刷ヘッドの位置座標や印刷ヘッドの移動速度に応じたフィラメントの供給量が設定され、設定されたフィラメントの供給量に従って、フィラメントが印刷ヘッドに供給される。
Conventionally, 3D printing is known in which a three-dimensional modeled object is formed using a 3D printer that heats and melts resin materials and laminates them (also referred to as a fused lamination method or an FDM method) (for example, Patent Document 1). The 3D printer used in the invention of
上述したように、3Dプリンタにおいては、印刷ヘッドの位置座標や印刷ヘッドの移動速度に応じたフィラメントの供給量を設定する必要がある。そのため、フィラメントの供給量を正確に行わなければ、精度良く立体物の造形を行うことができない。従って、上述した特許文献1に記載の3Dプリンタでは、印刷ヘッドの上流側でフィラメントの直径を測定し、測定したデータを樹脂材料の流れの最適化や印刷制御に利用することが行われている。
As described above, in a 3D printer, it is necessary to set the amount of filament supplied according to the positional coordinates of the print head and the moving speed of the print head. Therefore, unless the amount of filament supplied is accurate, a three-dimensional object cannot be modeled with high accuracy. Therefore, in the 3D printer described in
ところで、印刷ヘッドから吐出される樹脂材料の吐出量は、印刷ヘッドの摩耗、溶融した樹脂材料の温度ばらつき等によって、本来予定している吐出量とならない場合がある。しかしながら、特許文献1に記載の3Dプリンタは、印刷ヘッドの上流側においてフィラメントの直径を測定するものであるため、上記ばらつきを回避した制御を行うことができない問題がある。そのため、造形の精度が低下する問題がある。
By the way, the ejection amount of the resin material ejected from the print head may not be the intended ejection amount due to abrasion of the print head, temperature variation of the melted resin material, and the like. However, since the 3D printer described in
そこで、本発明は、樹脂材料の吐出量を正確に制御することにより、精度の良い立体物の造形が可能な3Dプリンタを提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a 3D printer capable of forming a three-dimensional object with high accuracy by accurately controlling the discharge amount of a resin material.
(1)上述した課題を解決すべく提供される3Dプリンタは、樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する3Dプリンタであって、加熱溶融させた前記樹脂材料を吐出する樹脂吐出部と、所定の供給速度で前記樹脂材料を前記樹脂吐出部に向けて供給する樹脂供給部と、前記樹脂吐出部から吐出した前記樹脂材料の吐出幅を計測する計測部と、前記樹脂供給部の樹脂供給速度を制御する制御部と、を備えており、前記制御部は、予め算出された吐出予定の前記樹脂材料の吐出量に基づいて、前記吐出量に相当する吐出幅として算出される算出吐出幅と、前記計測部で計測した計測吐出幅と、の相関関係に基づいて、前記樹脂供給部から供給する前記樹脂材料の供給速度を制御すること、を特徴とするものである。 (1) A 3D printer provided to solve the above-described problems is a 3D printer that forms a three-dimensional model by heating and melting resin materials and laminating them. a resin ejection unit that ejects, a resin supply unit that supplies the resin material toward the resin ejection unit at a predetermined supply speed, a measurement unit that measures the ejection width of the resin material ejected from the resin ejection unit; a control unit for controlling a resin supply speed of the resin supply unit, the control unit controlling a discharge width corresponding to the discharge amount based on the discharge amount of the resin material scheduled to be discharged calculated in advance; and the measured ejection width measured by the measurement unit, the supply speed of the resin material supplied from the resin supply unit is controlled based on the correlation between the calculated ejection width calculated as is.
上述した本発明の3Dプリンタは、樹脂吐出部から吐出した樹脂材料の吐出幅を計測部により計測することで計測吐出幅を取得することができる。また、上述した本発明の3Dプリンタは、予め算出された吐出予定の樹脂材料の吐出量に基づいて、前記吐出量に相当する吐出幅として算出吐出幅を算出することができる。従って、前記算出吐出幅と、前記計測吐出幅とに基づいた相関関係を取得することができる。そのため、前記相関関係に基づいて、樹脂供給部から供給する前記樹脂材料の供給速度を制御することができる。また、実際の樹脂材料の吐出量に基づいた精度の良い樹脂材料の供給制御を行うことができる。これにより、樹脂吐出部(ノズルとも称する)の摩耗や樹脂材料の温度ばらつきも考慮した精度の良い樹脂材料の供給制御を行うことができる。また、造形物の精度の良い造形を行うことができる。 The 3D printer of the present invention described above can acquire the measured ejection width by measuring the ejection width of the resin material ejected from the resin ejection part by the measuring part. Further, the above-described 3D printer of the present invention can calculate a calculated ejection width as an ejection width corresponding to the ejection amount based on the ejection amount of the resin material to be ejected calculated in advance. Therefore, it is possible to obtain a correlation based on the calculated ejection width and the measured ejection width. Therefore, the supply speed of the resin material supplied from the resin supply section can be controlled based on the correlation. Further, it is possible to perform highly accurate resin material supply control based on the actual discharge amount of the resin material. As a result, it is possible to perform highly accurate resin material supply control in consideration of the wear of the resin discharge portion (also referred to as a nozzle) and the temperature variation of the resin material. In addition, it is possible to form a modeled object with high accuracy.
ここで、樹脂材料には、熱溶融性のフィラメントの他、ペレット等、各種の形態のものを用いることができる。また、計測部には、カメラや光センサ等の各種の計測機器を用いることができる。また、制御部は、単一のものだけではなく、複数設けることができる。 Here, as the resin material, in addition to heat-meltable filaments, various forms such as pellets can be used. Various measuring devices such as a camera and an optical sensor can be used for the measuring unit. In addition, the controller can be provided not only with a single controller but also with a plurality of controllers.
(2)上述した本発明の3Dプリンタは、前記制御部が、前記算出吐出幅と前記計測吐出幅との差分が減少するように、前記樹脂材料の供給速度を制御するとよい。 (2) In the above-described 3D printer of the present invention, the controller preferably controls the supply speed of the resin material so that the difference between the calculated ejection width and the measured ejection width is reduced.
かかる構成によれば、算出吐出幅と計測吐出幅との差分を求めるという簡単な演算により、樹脂材料の供給速度を制御することができる。そのため、制御部の負担を軽減することができ、制御の応答性を速めることが期待できる。 According to this configuration, it is possible to control the supply speed of the resin material by a simple calculation of obtaining the difference between the calculated ejection width and the measured ejection width. Therefore, it is possible to reduce the burden on the control section, and it is expected that the response of the control will be increased.
(3)上述した本発明の3Dプリンタは、前記計測部が、前記樹脂吐出部から吐出される前記樹脂材料を撮像可能な撮像部を備えており、前記撮像部で撮像された撮像画像を画像処理することにより、前記吐出幅を算出する画像処理部を備えるとよい。 (3) In the 3D printer of the present invention described above, the measurement unit includes an imaging unit capable of imaging the resin material discharged from the resin discharge unit, and the captured image captured by the imaging unit is an image. It is preferable to provide an image processing unit that calculates the ejection width by processing.
上述した本発明の3Dプリンタは、撮像部で撮像された撮像画像に基づいて、吐出幅を算出できる。従って、樹脂吐出部から離間した位置に撮像部を配置することができるので、樹脂吐出部との干渉を抑制することができる。ここで、撮像部には、赤外線カメラ等の各種のカメラを利用することができる。なお、撮像部は、単数だけではなく複数設けられていてもよい。また、撮像部は、1方向からの撮像だけではなく、複数方向から撮像するものとしてもよい。画像処理部における画像処理は、各種の画像処理手法を用いることができる。また、画像処理部は、制御部と共用されるものや別途の画像処理装置として設けられるものなど、各種の形態のものを利用することができる。 The 3D printer of the present invention described above can calculate the ejection width based on the captured image captured by the imaging unit. Therefore, since the imaging section can be arranged at a position spaced apart from the resin ejection section, interference with the resin ejection section can be suppressed. Here, various cameras such as an infrared camera can be used as the imaging unit. It should be noted that the imaging unit may be provided not only singularly but also plurally. Further, the image capturing unit may capture images not only from one direction but also from a plurality of directions. Various image processing techniques can be used for image processing in the image processing unit. Further, the image processing unit can be of various types, such as one shared with the control unit or provided as a separate image processing device.
(4)上述した本発明の3Dプリンタは、前記撮像部が、前記樹脂吐出部における吐出口の開口面と同じ高さ又は、前記開口面よりも上位に配置されており、前記撮像部による撮像が、前記樹脂吐出部から吐出される前記樹脂材料の上方側から行われるとよい。 (4) In the 3D printer of the present invention described above, the imaging unit is arranged at the same height as the opening surface of the ejection port in the resin ejection unit or above the opening surface, and the imaging unit is preferably performed from above the resin material discharged from the resin discharge portion.
かかる構成によれば、撮像部と樹脂吐出部とが干渉することを抑制することができる。また、撮像部による撮像画像の取得を、樹脂吐出部に遮られることなく、精度良く行うことができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress interference between the imaging section and the resin ejection section. In addition, the captured image can be obtained by the imaging section with high accuracy without being blocked by the resin discharge section.
(5)上述した本発明の3Dプリンタは、前記樹脂供給部が、前記樹脂材料を前記樹脂吐出部に向けて供給するモータを有しており、前記制御部が、前記モータの回転数を制御することにより、前記算出吐出幅と前記計測吐出幅との差分を減少させる制御を行うとよい。 (5) In the 3D printer of the present invention described above, the resin supply unit has a motor that supplies the resin material toward the resin discharge unit, and the control unit controls the rotation speed of the motor. By doing so, control may be performed to reduce the difference between the calculated ejection width and the measured ejection width.
かかる構成によれば、前記モータの回転数の制御により、樹脂材料の供給制御を行うことができる。これにより、容易に精度良く樹脂材料の供給制御を行うことができる。ここで、フィラメントを樹脂材料として用いる場合は、フィラメントを搬送する搬送ローラをモータに接続し、搬送ローラの回転数をモータにより制御すればよい。なお、樹脂材料は、フィラメントによるものだけでなく、ペレット状のものであってもよい。かかる場合は、ペレットを溶融させて押し出すスクリューの回転数をモータにより制御することにより、フィラメントと同様に樹脂材料の供給制御を行うことができる。 According to such a configuration, it is possible to control the supply of the resin material by controlling the rotational speed of the motor. As a result, it is possible to easily and accurately control the supply of the resin material. Here, when a filament is used as the resin material, a transport roller for transporting the filament may be connected to a motor, and the number of rotations of the transport roller may be controlled by the motor. The resin material may be in the form of pellets instead of filaments. In such a case, the supply of the resin material can be controlled in the same manner as the filament by controlling the number of revolutions of the screw that melts and extrudes the pellets by means of a motor.
本発明によれば、樹脂材料の吐出量を正確に制御することにより、精度の良い立体物の造形が可能な3Dプリンタを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the 3D printer which can model a three-dimensional object with good precision can be provided by controlling the discharge amount of a resin material correctly.
まず、本発明に係る3Dプリンタ1の一実施形態について、図1を参照しつつ詳細を説明する。なお、図示において、樹脂吐出部10、樹脂材料2の径、及び造形物2aにおける積層厚み等は、理解が容易なように実際よりも誇張して描いていることに留意されたい。
First, an embodiment of a
3Dプリンタ1は、加熱溶融させた樹脂材料2を吐出する樹脂吐出部10と、吐出された樹脂材料2を支持するテーブル部20と、樹脂材料2を供給する樹脂供給部30と、を備えている。また、3Dプリンタ1は、前記の他、樹脂吐出部10から吐出した樹脂材料2の吐出幅を計測する計測部40と、3Dプリンタ1の各種の制御を行う制御部50等を備えている。
The
樹脂材料2は、加熱により軟化する熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、押し出し可能な材質であればよく、適宜の材質のものを選択することができる。例えば、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合樹脂(ABS樹脂)、ポリカーボネート、ナイロン等を用いることができる。また、熱可塑性樹脂は、適宜、添加剤や着色剤等を混合することができる。また、樹脂材料2は、適宜、被覆剤等で被覆されたものを用いることもできる。本実施形態では、樹脂材料2がフィラメント状に形成されたものを使用する場合を例として説明するが、樹脂材料2は、フィラメント状のものだけではなく、ペレット状のものなど、各種の形態のものを用いることができる。
A thermoplastic resin that softens when heated is used as the
樹脂吐出部10は、内部にヒーター(図示せず)を備えており、供給される樹脂材料2を溶融させることができる。樹脂吐出部10は、先端がノズル状に形成されており、溶融した樹脂材料2を先端から吐出させることができる。ここで、樹脂吐出部10の吐出口11の開口径(ノズル径とも称する)は、例えば、0.2~1mmであり、開口径に応じて、吐出幅を変更することができる。また、樹脂吐出部10は、適宜の駆動源(図示せず)により、水平方向の移動と、上下方向の移動とが可能である。また、樹脂吐出部10は、後述する制御部50による制御により、樹脂材料2を順次積層させることが可能である。
The
テーブル部20は、吐出された樹脂材料2を支持するものであり、例えば、矩形状に形成されている。また、本実施形態では、テーブル部20が機台(図示せず)上に固定されており、樹脂吐出部10の移動によって、造形が行われるものとされている。テーブル部20は、内部にヒーター(図示せず)を備えており、積層される樹脂材料2を加熱することができる。前記ヒーターは、例えば、シート状に形成されたものや、棒状に形成されたものを複数配置したものなど各種のものを用いることが可能である。テーブル部20の温度は、後述する制御部50により、制御が可能である。テーブル部20は、積層された樹脂材料2が溶融しない程度の温度に制御される。なお、テーブル部20は、樹脂吐出部10に対して相対的に移動可能としてもよく、樹脂吐出部10及びテーブル部20のいずれか一方又は双方を造形に応じて移動可能としてもよい。
The
樹脂供給部30は、一対の搬送ローラ32,32と、搬送ローラ32を回転駆動させるためのモータ31等を備えている。搬送ローラ32,32は、フィラメントとして供給される樹脂材料2を挟持することができる。搬送ローラ32,32は、少なくとも一方が、モータ31の回転軸と接続されており、適宜の機構(図示せず)を介して、両搬送ローラ32,32が同期して回転する。これにより、搬送ローラ32,32に挟持された樹脂材料2が、樹脂吐出部10に向けて供給される。
The
モータ31は、後述する制御部50と接続されており、制御部50の指令により、回転数が制御される。モータ31の回転数が制御されることにより、搬送ローラ32,32の回転数が制御される。これにより、所定の供給速度で樹脂材料2を樹脂吐出部10に向けて供給することができる。なお、ペレット状の樹脂材料2を使用する場合は、搬送ローラ32に代えて、スクリューポンプを設け、当該スクリューポンプのスクリューの回転数を制御すればよい。
The
計測部40は、撮像部としてのカメラ41と、画像処理部42と、を有している。カメラ41は、本実施形態では、樹脂吐出部10における吐出口11の開口面よりも上位に配置されている。カメラ41は、例えば、赤外線カメラで構成されており、樹脂吐出部10の吐出口11から吐出される樹脂材料2を上方側から撮像することができる。これにより、計測部40において、吐出された樹脂材料2の撮像画像が取得される。このように、本発明の3Dプリンタ1では、樹脂吐出部10から離間した位置にカメラ41を配置することができるので、樹脂吐出部10との干渉を抑制することができる。また、カメラ41による撮像画像の取得を、樹脂吐出部10に遮られることなく、精度良く行うことができる。
The
カメラ41により撮像された撮像画像は、画像処理部51に送信される。なお、カメラ41は、例えば、樹脂吐出部10における吐出口11の開口面と同じ高さに設けることもできる。かかる場合であっても、上述と同様に吐出口11から吐出される樹脂材料2を上方側から撮像することができる。また、カメラ41は赤外線カメラだけではなく、各種のカメラを採用することができる。例えば、カメラ41には、内視鏡を用いることもできる。
A captured image captured by the
画像処理部42は、マイコン等で構成され、計測部40で取得された撮像画像を演算処理することができる。本実施形態では、画像処理部42が、後述する制御部50に組み込まれている場合を例として説明する。画像処理部42は、適宜の画像処理手法により、斜め上方から撮像した樹脂材料2の撮像画像を画像処理する。これにより、画像処理部42は、吐出口11の開口面に沿った方向に対する樹脂材料2の幅(吐出幅とも称する)を算出することができる。これにより、計測部40は、算出された前記吐出幅を計測吐出幅W1として取得することができる。なお、画像処理部42は、制御部50に組み込まれるものだけではなく、制御部50と独立して設けられていてもよい。
The
制御部50は、マイコン等で形成され、各種の演算処理を行うことができる。制御部50は、適宜、組み込まれたスライス用プログラムにより、樹脂吐出部10等の制御を行うことができる。
The
制御部50は、予め入力された3Dデータに基づいて、樹脂吐出部10における水平方向及び上下方向の移動や移動速度の制御を行うことができる。また、樹脂吐出部10は、前記の他、樹脂吐出部10の加熱温度等の制御を行うことができる。また、制御部50は、樹脂吐出部10の移動制御と共に、樹脂吐出部10から吐出する樹脂材料2の吐出量を制御することができる。これらにより、当該3Dデータに基づいた造形物2a(造形物2aを支持するサポート構造体を含む)を形成することができる。なお、サポート構造体(図示せず)は、例えば、造形物2aが、テーブル部20から離間する宙吊り部やオーバーハング部を有する場合に、これらを支持するために形成すればよい。
The
制御部50は、テーブル部20の制御を行うことができる。制御部50は、テーブル部20に設けられたヒーター(図示せず)を制御して、テーブル部20の温度を調節することができる。また、制御部50は、樹脂吐出部10を加熱する温度や樹脂材料2の吐出量を制御することができる。以下、樹脂材料2の吐出量の制御について詳述する。
The
制御部50は、樹脂吐出部10及びテーブル部20の位置情報や、樹脂吐出部10の加熱温度等に基づいて、吐出予定の樹脂材料2の吐出量を予め算出する。また、制御部50は、算出された前記吐出量に基づいて、前記吐出量に相当する吐出幅として算出吐出幅W2を算出する。制御部50は、算出吐出幅W2と、計測部40で計測した計測吐出幅W1と、の相関関係に基づいて、樹脂供給部30から供給する樹脂材料2の樹脂供給速度を制御する。具体的には、制御部50は、算出吐出幅W2と計測吐出幅W1との差分Dが減少するように、モータ31の回転数を制御する。これにより、搬送ローラ32、32の回転数が制御され、樹脂供給部30から供給される樹脂材料2の樹脂供給速度が制御される。
The
モータ31の回転数の制御の詳細については、後述する制御フローに基づいて説明する。上述した相関関係については、予め実験した結果に基づいて、求めることができる。このように、本発明の3Dプリンタ1は、前記相関関係に基づいて、樹脂供給部30から供給する樹脂材料2の樹脂供給速度を制御することができる。そのため、実際の樹脂材料2の吐出量に基づいた精度の良い樹脂材料2の供給制御を行うことができる。これにより、樹脂吐出部10の摩耗や樹脂材料2の温度ばらつきも考慮した精度の良い樹脂材料2の供給制御を行うことができる。また、造形物2aの精度の良い造形を行うことができる。
Details of the control of the rotation speed of the
なお、フィードバック制御により、逐次、計測吐出幅W1、樹脂吐出部10等の位置情報、温度データ等の各種情報をフィードバックしながら樹脂材料2の樹脂供給速度を制御することもできる。制御部50は、前記の制御に加えて、3Dプリンタ1全体の制御も行うことができる。
By feedback control, the resin supply speed of the
以上が、本発明に係る3Dプリンタ1の構成の一実施形態であり、次に、制御部50による樹脂材料2の供給制御について、図2のフロー図に基づいて説明する。
An embodiment of the configuration of the
≪樹脂材料の供給制御について≫
3Dプリンタ1による造形が開始されると、カメラ41により、樹脂吐出部10の吐出口11から吐出される樹脂材料2の撮像画像の取得が行われる(ステップS1)。
≪Regarding resin material supply control≫
When the
ステップS1において取得された撮像画像は、画像処理される(ステップS2)。続いて、吐出幅が計測され、計測吐出幅W1が取得される(ステップS3)。また、算出吐出幅W2が算出される(ステップS4)。 The captured image acquired in step S1 is subjected to image processing (step S2). Subsequently, the ejection width is measured to obtain the measured ejection width W1 (step S3). Also, a calculated ejection width W2 is calculated (step S4).
計測吐出幅W1が取得され、算出吐出幅W2が算出されると、算出吐出幅W2から計測吐出幅W1が減算され、差分Dが求められる。また、差分Dが、正(+)であるか、負(-)であるかの判定が行われる(ステップS5)。 When the measured ejection width W1 is obtained and the calculated ejection width W2 is calculated, the difference D is obtained by subtracting the measured ejection width W1 from the calculated ejection width W2. Further, it is determined whether the difference D is positive (+) or negative (-) (step S5).
ステップS5において、差分Dが、負(-)である場合は、モータ31の回転数を低下させる制御が行われる(ステップS6)。すなわち、制御部50によって差分Dを減少させる制御が行われる。これにより、搬送ローラ32,32の回転数が低下し、樹脂吐出部10からの樹脂材料2の樹脂供給速度が低下する。ステップS6での処理が完了すると、再び、ステップS1からの処理が繰り返し行われる。なお、造形物2aの造形が完了した場合は、処理を停止させればよい。
If the difference D is negative (-) in step S5, control is performed to reduce the rotational speed of the motor 31 (step S6). That is, the
ステップS5において、差分Dが、正(+)である場合は、モータ31の回転数を増加させる制御が行われる(ステップS7)。すなわち、制御部50によって差分Dを減少させる制御が行われる。これにより、搬送ローラ32,32の回転数が増加し、樹脂吐出部10からの樹脂材料2の樹脂供給速度が増加する。ステップS7での処理が完了すると、再び、ステップS1からの処理が繰り返し行われる。なお、造形物2aの造形が完了した場合は、処理を停止させればよい。
If the difference D is positive (+) in step S5, control is performed to increase the rotation speed of the motor 31 (step S7). That is, the
上述したように、本発明の3Dプリンタ1における制御部50は、算出吐出幅W2と計測吐出幅W1との差分Dを求めるという簡単な演算により、樹脂材料2の樹脂供給速度を制御することができる。そのため、制御部50の負担を軽減することができ、制御の応答性を速めることができる。
As described above, the
以上が、本発明の3Dプリンタ1における樹脂材料2の供給動作のフローであるが、本発明の3Dプリンタ1は、上述した実施形態に限定されるものではなく、各種の変形を行うことができる。
The above is the flow of the supply operation of the
本実施形態では、樹脂材料2がフィラメント状に形成されている場合を例として説明しが、樹脂材料2は、フィラメント状のものだけではなく、例えば、ペレット状のものなど、各種の形態や素材のものを用いることができる。また、造形に用いる3Dプリンタの構成は、上述した実施形態のものに限定されず、各種の3Dプリンタを用いることができる。また、造形物2aの形状や大きさは、上述した実施形態のものに限定されず、各種の形状や大きさのものとすることができる。また、造形物2aの形態に合わせて、適宜のサポート構造体を用いることができる。
In the present embodiment, the case where the
樹脂吐出部10は、上述した実施形態に限定されるものではなく、使用する樹脂材料2の特性に応じて、各種の形状のものを採用することができる。また、樹脂吐出部10を複数備えることも可能である。また、樹脂吐出部10の加熱温度は、樹脂材料2の特性に応じて、各種の温度に制御される。
The
また、本実施形態では、テーブル部20が固定されているが、適宜、上下動や水平動が可能なものとしてもよい。また、本実施形態では、テーブル部20を固定し、樹脂吐出部10を移動させて造形するようにしているが、樹脂吐出部10を固定し、テーブル部20を駆動するものや、樹脂吐出部10とテーブル部20との双方が駆動されるものとしてもよい。また、テーブル部20は、加熱することが好ましいが、加熱されないものとしてもよい。
In addition, although the
また、本実施形態では、樹脂供給部30にモータ31を用いているが、樹脂材料2の供給制御が可能なものであれば、各種の駆動源や機構のものを採用することができる。また、樹脂供給部30は、樹脂材料2の形状や大きさに応じて、各種のものを用いることができる。例えば、樹脂材料2がペレット状のものである場合は、搬送ローラ32に代えて、スクリューポンプを用いればよい。かかる場合は、搬送ローラ32の回転制御に代えて、スクリューポンプのスクリューの回転数を制御すればよい。
In addition, although the
また、本実施形態では、計測部40にカメラ41(撮像部41)を設ける構成としたが、カメラ41に代えて、あるいはカメラ41と共に各種の計測機器を設けることができる。例えば、計測部40に光学的なセンサを用いることも可能である。かかる場合は、センサが、樹脂吐出部10、造形物2a、テーブル部20等と干渉しないように設けるとよい。また、本実施形態では、カメラ41を1機設けているが、カメラ41が複数設けられていてもよい。
Further, in the present embodiment, the camera 41 (imaging unit 41) is provided in the
また、本実施形態では、カメラ41(撮像部41)が、樹脂吐出部10における吐出口11の開口面よりも上位に配置されているものを例示したが、カメラ41を設ける位置は、これに限定されるものではなく、各種の位置に設けることができる。かかる場合は、カメラ41が、樹脂吐出部10、造形物2a、テーブル部20等と干渉しないように設けるとよい。例えば、カメラ41が、樹脂吐出部10における吐出口11の開口面と同じ高さや吐出口11の側方に設けられていてもよい。また、本実施形態では、カメラ41に赤外線カメラを用いているが、カメラ41は、内視鏡など各種のカメラを採用することができる。また、本実施形態では、カメラ41により、直接的に樹脂材料2の撮像画像を取得しているが、撮像画像が間接的に取得されるものとしてもよい。また、撮像部41による撮像は、樹脂材料2の上方側から行うものだけではなく、各種の方向から行うことができる。
In addition, in the present embodiment, the camera 41 (imaging unit 41) is arranged above the opening surface of the
本実施形態では、画像処理部42が、制御部50に組み込まれているものを例示したが、画像処理部42は、各種の位置に設けることができる。例えば、画像処理部42がカメラ41に内蔵されていてもよい。また、制御部50によって画像処理が行われるようにしてもよい。画像処理部42における画像処理は、各種の手法を用いることができる。また、本実施形態では、画像処理により、計測吐出幅W1を求めるようにしているが、画像処理部42を廃して、直接的に計測吐出幅W1を計測することもできる。
In this embodiment, the
本実施形態では、制御部50において、算出吐出幅W2と、計測吐出幅W1と、の相関関係に基づいて、樹脂供給部30から供給する樹脂材料2の樹脂供給速度を制御するようにしているが、本発明に用いる相関関係は、樹脂材料2の特性や樹脂供給部30の形状等に応じて、適宜、変更すればよい。また、制御部50は、単数だけではなく、それぞれの機能毎に複数設けられるものであってもよい。
In this embodiment, the
本実施形態では、制御部50が、算出吐出幅W2と計測吐出幅W1との差分Dが減少するように、樹脂材料2の樹脂供給速度を制御するようにしているが、差分Dによらずに樹脂材料2の樹脂供給速度を制御するようにしてもよい。かかる場合は、算出吐出幅W2と計測吐出幅W1との他の相関関係に基づいて、樹脂材料2の樹脂供給速度を制御すればよい。また、本実施形態では、制御部50が、モータ31の回転数を制御することにより、差分Dを減少させる制御を行うものとしたが、樹脂供給部30にモータ31以外の手段を用いる場合は、それぞれの機構に応じた制御手段を用いて、樹脂材料2の樹脂供給速度を制御すればよい。
In this embodiment, the
以上が、本発明に係る3Dプリンタの各種の実施形態や変形例であるが、本発明は上述した実施形態や変形例において例示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示及び精神から他の実施形態があり得ることは当業者に容易に理解できよう。 Various embodiments and modifications of the 3D printer according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the embodiments and modifications described above, and does not depart from the scope of the claims. One of ordinary skill in the art will readily recognize that other embodiments are possible from the teachings and spirit of the scope.
本発明の3Dプリンタは、各種の溶融積層方式の3Dプリンタに利用することができる。 The 3D printer of the present invention can be used for various fused lamination type 3D printers.
1 :3Dプリンタ
2 :樹脂材料
2a:造形物
10 :樹脂吐出部(ノズル)
11 :吐出口(開口)
20 :テーブル
30 :樹脂供給部
31 :モータ
32 :搬送ローラ
40 :計測部
41 :撮像部
42 :画像処理部
50 :制御部
51 :画像処理部
W1 :計測吐出幅
W2 :算出吐出幅
D :差分
Reference Signs List 1: 3D printer 2:
11: discharge port (opening)
20: Table 30: Resin supply unit 31: Motor 32: Conveying roller 40: Measuring unit 41: Imaging unit 42: Image processing unit 50: Control unit 51: Image processing unit W1: Measured ejection width W2: Calculated ejection width D: Difference
Claims (3)
加熱溶融させた前記樹脂材料を吐出する樹脂吐出部と、
所定の供給速度で前記樹脂材料を前記樹脂吐出部に向けて供給する樹脂供給部と、
前記樹脂吐出部から吐出した前記樹脂材料の吐出幅を計測する計測部と、
前記樹脂供給部の樹脂供給速度を制御する制御部と、を備えており、
前記制御部は、
予め算出された吐出予定の前記樹脂材料の吐出量に基づいて、前記吐出量に相当する吐出幅として算出される算出吐出幅と、前記計測部で計測した計測吐出幅と、の相関関係に基づいて、前記樹脂供給部から供給する前記樹脂材料の供給速度を制御すること、を特徴とする3Dプリンタ。 A 3D printer that forms a three-dimensional model by heating and melting resin materials and laminating them,
a resin discharge unit for discharging the resin material melted by heating;
a resin supply unit that supplies the resin material toward the resin discharge unit at a predetermined supply speed;
a measurement unit for measuring a discharge width of the resin material discharged from the resin discharge unit;
a control unit for controlling the resin supply speed of the resin supply unit,
The control unit
Based on a correlation between a calculated ejection width calculated as an ejection width corresponding to the ejection amount based on the ejection amount of the resin material scheduled to be ejected calculated in advance and the measured ejection width measured by the measurement unit. and controlling the supply speed of the resin material supplied from the resin supply unit.
前記撮像部で撮像された撮像画像を画像処理することにより、前記吐出幅を算出する画像処理部を備えること、を特徴とする請求項1又は2に記載の3Dプリンタ。 The measurement unit includes an imaging unit capable of imaging the resin material discharged from the resin discharge unit,
3. The 3D printer according to claim 1, further comprising an image processing unit that calculates the ejection width by processing an image captured by the imaging unit.
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