JP2023084123A

JP2023084123A - スラリー立体光硬化造形設備

Info

Publication number: JP2023084123A
Application number: JP2022194361A
Authority: JP
Inventors: 汪家昌; Jia-Chang Wang; 游信樺; Shin-Hua You
Original assignee: National Taipei University of Technology
Current assignee: National Taipei University of Technology
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2023-06-16
Also published as: TW202402497A; EP4190536A1; CN116394368A; US20230173752A1

Abstract

【課題】印刷時にサポート構造の印刷が不要で、より薄い厚さのスラリー層を光硬化させて精細な完成品が印刷される造形設備の提供。【解決手段】造形設備であって、機体に材料掻き取りステージが設けられ、該ステージは外側が開放端とされた切り欠きを周囲の一方側に有し、切り欠きには印刷ステージが並接して設けられ、機体にモータ及び投影装置が設けられており、モータによりドクターブレードは、その刃が回転して材料掻き取りステージ及び印刷ステージの表面を掻くように駆動され、前記掻き取りステージに向かって材料を排出するスラリー供給装置が設けられており、ドクターブレードの回転により印刷ステージにスラリーを循環的に塗布して複数層のスラリー層を形成し、投影装置で各層を照射してその一部を硬化させることが可能であり、これを繰り返せばグリーン体のような完成品とされ、製造が迅速且つ精細であるとともに、サポート構造の印刷も不要となる。【選択図】図１

Description

本発明は、３Ｄ印刷設備に関し、特に、スラリー立体光硬化造形設備に関する。

セラミックス、金属又は複合材料を印刷する従来の光硬化３Ｄ印刷設備は、調製されたスラリーを材料槽内に入れてから、スラリーの表面を光源で選択的に照射することにより、材料槽内の昇降可能な印刷ステージ上で複数の構造層を１層ずつ硬化させて、最終的に複数の構造層の積層で完成品が形成されるようにしている。

上記従来の光硬化３Ｄ印刷設備は、セラミックス等の材料の印刷に使用可能であるが、印刷中には、本体の印刷の他に、サポート構造の印刷も必要となり、これらのサポート構造は、多くの場合、熟練者によって設計される必要があるだけでなく、その完成品が非常に慎重に取り除かれる必要もあり、それに、スラリーの表面を均すためのドクターブレードは、材料槽内の比較的高粘度のセラミックススラリーを直線運動で擦り切るものであり、最良でも０．１ミリメートル級の層厚になるまでしか比較的遅い速度で敷けないため、印刷に時間が掛かることに加えて、印刷された完成品も十分に繊細なものにならない。

これに鑑みて、本発明の目的は、ドクターブレードの３６０度連続回転により、平面的な印刷ステージ上に光硬化スラリー層を循環的に形成し、印刷時にサポート構造の印刷が不要となるとともに、より薄い厚さのスラリー層を構造層として光硬化させることで精細な完成品が印刷されるスラリー立体光硬化造形設備を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、機体と、スラリー敷き均し装置と、印刷ステージ変位装置と、投影装置と、スラリー供給装置を含むスラリー立体光硬化造形設備を提供する。前記機体は、材料掻き取りステージを有し、前記材料掻き取りステージは、材料掻き取り面を頂面に有するとともに切り欠きを周囲の一方側に有し、前記切り欠きの外側は、開放端とされて開口を有する。前記スラリー敷き均し装置は、前記機体にモータが設けられ、前記モータに回転軸が連結され、前記回転軸にブレードホルダが結合され、前記ブレードホルダにドクターブレードが設けられ、前記ドクターブレードの縁には、前記材料掻き取り面に近接又は当接する刃が備えられ、前記ドクターブレードが回転する時に前記刃が作用する範囲は、材料掻き取り範囲として定義され、前記切り欠きは、少なくとも一部が前記材料掻き取り範囲内に位置する。前記印刷ステージ変位装置は、前記切り欠きに印刷ステージが設けられ、前記印刷ステージにおける前記材料掻き取り範囲内に位置する縁は、前記切り欠きの縁に並接され、前記印刷ステージは、リニアアクチュエータによって駆動されてリニアに昇降され、前記リニアアクチュエータは、前記機体に設けられている。前記投影装置は、前記機体に設けられてレンズを有し、前記レンズは、前記印刷ステージの方向に向けられている。前記スラリー供給装置は、材料排出口を有し、前記材料排出口は、前記材料掻き取り範囲に向けられている。

本発明の作動時に、前記モータは、前記ドクターブレードを駆動して前記ドクターブレードの初期位置から同一方向に沿って回転させ、前記スラリー供給装置は、前記ドクターブレードが１周回転した度に、スラリーを前記材料排出口から、前記ドクターブレードが前記印刷ステージを通過した後に進行し続ける方向の材料掻き取り面上に送り出して、前記ドクターブレードにより、材料排出口から送り出されたスラリー及び材料掻き取り面上の残留材料を、材料掻き取り範囲内の材料掻き取り面及び印刷ステージの頂面に逐次に敷設する。

スラリーが前記印刷ステージの表面に敷設された度に、スラリー層が１層形成され、次に、前記印刷ステージが一層のスラリー層の厚さに相当する距離だけ降下されて、前記投影装置で前記スラリー層が照射されてその一部が構造層として硬化され、上記のスラリーの敷設、印刷ステージの降下及び投影装置の照射の過程を繰り返せば、逐次に降下された印刷ステージ上に複数の構造層がそれぞれ形成され、複数の構造層が積層されることで、例えばセラミックスに焼成するためのグリーン体のような印刷完成品とされ、洗浄を経てグリーン体が得られた後、グリーン体は、高温焼結炉内に送り込まれてセラミックスに焼成されることが可能である。

上記スラリーは、敷設時に低粘度を有するが、敷き終わった後にその粘度が向上可能であり、このようなスラリーは、スラリーに揮発性溶媒を添加するか、又はスラリーを加熱することで獲得可能である。敷設時の低粘度によれば、高い敷設速度を達成すると同時に、より薄い層厚になるように敷くことができる。敷き終わった層は、溶媒の揮発又はスラリーの冷却によって高粘度とされることが可能であり、このような高粘度のスラリーは、造形中のワークピースをサポート及び保護可能となる。つまり、高い敷設速度によれば、印刷時間を短縮可能であり、より薄い層厚及びスラリーからのサポート及び保護によれば、より繊細な完成品を印刷可能となる。

本発明の効用としては、ドクターブレードが回転するように敷設することで、ドクターブレードの戻り時間が節約され、それに、スラリーの残留材料がドクターブレードに付着するため、ドクターブレードが戻る時にスラリーの残留材料が造形領域に落ちて加工に影響を与えることも回避できる。また、毎回敷設されたスラリーの残留材料は、ドクターブレードが再度回転する時に通過する経路上に位置するため、スラリーの残留材料が再利用されることが可能であり、製造生産上の経済性に優れている。

スラリーは、揮発性溶媒を含むように配合されてもよい。こうすれば、スラリーは、材料供給装置から送り出される時に高い流動性を有することができ、敷設に有利となり、印刷ステージへの１回の敷設が完了した後、溶媒が揮発されることでスラリー層の流動性が低下され、両者の粘度差により、敷設の際、前の層は、高い構造性を維持でき、ドクターブレード上のスラリーによるせん断力で変位ないし損傷されることがない一方で、揮発後のスラリー層は、高い構造性を有し、自然なサポートとなるため、印刷中には、サポート構造を築く必要がない。揮発後のスラリー層は、体積が小さくなるため、高固形分の複合材料のワークピース又はグリーン体となり、グリーン体は、加熱脱脂を経て樹脂及び他の添加剤を焼失させてから焼結されると、高緻密度のワークピースが得られる。

スラリーは、異なる温度で異なる流動性を有するように配合されてもよい。こうすれば、スラリーは、材料供給装置から送り出される時に加熱されると、高い流動性を有し、敷設に有利となり、印刷ステージへの１回の敷設が完了した後、スラリーがステージ上で冷却されることでスラリー層の流動性が低下され、両者の粘度差により、敷設の際、前の層は、高い構造性を維持でき、ドクターブレード上のスラリーによるせん断力で変位ないし損傷されることがない一方で、冷却後のスラリー層は、高い構造性を有し、自然なサポートとなるため、印刷中には、サポート構造を築く必要がない。グリーン体は、加熱脱脂を経て樹脂及び他の添加剤を焼失させてから焼結されると、高緻密度のワークピースが得られる。

図１は、本発明の一好ましい実施例の斜視図である。図２は、図１の機体及びその装置の斜視図である。図３は、図１の機体及びその装置の分解図である。図４は、図１の機体及びその装置の平面図である。図５は、図４の５－５方向の断面図である。図６は、図４の６－６方向の断面図である。図７は、図１の機体及びその装置の正面図である。図８Ａは、図７の８Ａ－８Ａ方向の断面図である。図８Ｂは、図８Ａのドクターブレードを回転させる動作模式図である。図８Ｃは、図８Ａのドクターブレードを回転させる動作模式図である。図９は、本発明の上記の好ましい実施例における印刷ステージを降下させる斜視図である。図１０は、図６の印刷ステージを降下させる動作模式図である。図１１は、本発明の別の好ましい実施例における図６の断面方向に対応する模式図である。

本発明をより明確に説明するために、好ましい実施例を掲示し、図面を参照して以下に詳しく説明する。図１～図６を参照して、本発明の一好ましい実施例に係るスラリー立体光硬化造形設備１００は、機体１０と、前記機体１０にそれぞれ設けられたスラリー敷き均し装置２０、印刷ステージ変位装置３０、投影装置４０と、材料を前記機体１０に供給するスラリー供給装置５０とを含み、スラリーが逐次に敷設されてなるスラリー層を構造層として段階的に光硬化させるとともに積層させて完成品とし、例えばセラミックススラリーでセラミックスのグリーン体を印刷するために使用される。

前記機体１０は、材料掻き取りステージ１２を有し、前記材料掻き取りステージ１２は、材料掻き取り面１２１を頂面に有し、前記材料掻き取りステージ１２の周囲の一方側が前記材料掻き取りステージ１２内に凹んで切り欠き１２２が形成されており、前記切り欠き１２２の外側は、開放端とされるとともに開口１２３を有し、この好ましい実施例において、前記切り欠き１２２は、内側が狭くて外側が広い台形の切り欠きであるが、他の好ましい実施例において、前記切り欠き１２２は、扇形の切り欠き、又は、円弧状の縁とされる切り欠きであってもよい。

前記スラリー敷き均し装置２０は、モータ２２を有し、前記モータ２２は、前記機体１０に設けられ、前記モータ２２には、カップリング２２１を介して回転軸２４が連結され、前記回転軸２４にブレードホルダ２６が結合され、前記ブレードホルダ２６にドクターブレード２８が設けられ、前記ドクターブレード２８は、前記回転軸２４の周囲の一方側に位置し、前記ドクターブレード２８の縁には、刃２８１が備えられ、前記ドクターブレード２８は、軟質材料又は硬質材料製であるとともに、前記刃２８１が前記材料掻き取り面１２１に近接又は当接するものとされてもよい。図５及び図７～図８Ａを併せて参照して、前記ドクターブレード２８が回転する時に前記刃２８１が前記材料掻き取り面１２１に作用する範囲は、材料掻き取り範囲Ａとして定義され、前記切り欠き１２２は、少なくとも一部が前記材料掻き取り範囲Ａ内に位置し、例えば、この好ましい実施例において、前記切り欠き１２２の全ては、前記材料掻き取り範囲Ａ内に位置する。

前記印刷ステージ変位装置３０は、印刷ステージ３２を有し、前記印刷ステージ３２は、前記切り欠き１２２に並接して設けられ、前記印刷ステージ３２における前記材料掻き取り範囲Ａ内に位置する縁は、前記切り欠き１２２の縁に並接され、前記印刷ステージ３２は、リニアアクチュエータ３４によって駆動されて上下方向に沿ってリニアに昇降可能であり、前記リニアアクチュエータ３４は、前記機体１０に設けられ、前記印刷ステージ３２が初期位置にあるとき、前記印刷ステージ３２の頂面が前記材料掻き取り面１２１と揃えられ、前記印刷ステージ３２は、前記リニアアクチュエータ３４によって駆動されて最低位置まで低下されることが可能である。

前記投影装置４０は、前記印刷ステージ３２の方向に向かって照射するレンズ４２を有し、前記投影装置４０として、ＤＬＰ（ＤｉｇｉｔａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）又はＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｄｉｓｐｌａｙ）のプロジェクタ又はレーザ光走査装置が採用されてもよく、前記投影装置４０は、高解像度（ＦＨＤ、４Ｋないし８Ｋ）を有し、印刷対象となるグリーン体の寸法の精度要件を満たすことができ、前記投影装置４０から照射する光源は、紫外光、近紫外光又は可視光とされてもよく、印刷完成品の各層に対応する層パターンを投影又は走査により印刷ステージ３２上に照射する。

図１及び図８Ａを併せて参照して、前記スラリー供給装置５０は、前記材料掻き取り範囲Ａに向かってスラリーを送り出す材料排出口５２を有し、前記材料排出口５２の直下範囲に位置する材料掻き取り面１２１を材料載置領域Ｂとして定義し、前記材料排出口５２から送り出されたスラリーは、前記材料載置領域Ｂの範囲に落下される。光硬化造形で使用されるスラリーは、通常、粉末、バインダー及び溶媒を含み、そのうち、粉末は、ポリマー、セラミックス、金属又は複合材料の粉末であり、粉末の微細度は、ナノメートル、マイクロメートル級であってもよく、バインダーは、光硬化樹脂であり、溶媒は、バインダーを希釈するためのものであり、通常、スラリーの粘度を低減して揮発を早めることができるようにアルコール系溶媒とされるが、バインダーの溶媒として水が使用されてもよく、同時に加熱による補助で揮発を促進すれば、造形エリアの固形分の向上及び高粘度によるサポート性が達成される。敷設後のスラリー層と、スラリー供給装置５０から供給されたスラリーとの間に比較的大きな粘度差がない場合は、スラリー敷き均し装置２０のドクターブレード２８の回転速度を低下させてもよい。こうすれば、せん断力の低減効果を奏することができる。又は、例えば、材料排出口５２の周囲、材料掻き取り面１２１及び印刷ステージ３２等に温度制御装置を設けることで、材料排出口５２及び材料掻き取り面１２１の温度を上昇させてスラリーの粘度を低下させ、印刷ステージ３２の温度を低下させてスラリー層の粘度を上昇させて、スラリーとスラリー層との間に高い粘度差を持たせるようにした場合も、スラリー内には、希釈剤として溶媒を使用する必要がなくなる。

上記の好ましい実施例において、前記切り欠き１２２と前記材料載置領域Ｂとは、前記材料掻き取り範囲Ａにおける反対方向となる両側に位置し、前記ドクターブレード２８は、回転を開始していない初期位置として、前記材料載置領域Ｂと前記印刷ステージ３２との間に位置し、前記ドクターブレード２８は、前記モータ２２によって駆動されて回転を開始すると、前記材料載置領域Ｂの方向に向かって回転を開始し、且つ前記ドクターブレード２８は、回転中に常に同一方向に沿って回転し、前記ドクターブレード２８が１周回転する過程は、印刷層構造サイクルとして定義される。

前記スラリー立体光硬化造形設備１００が作動すると、図１及び図７～図８Ｃに示す好ましい実施例を参照して、前記モータ２２は、前記ドクターブレード２８を駆動して初期位置から同一方向に沿って回転させ、前記スラリー供給装置５０は、前記ドクターブレード２８が１周回転した度に、つまり１回の印刷層構造サイクルの後に、スラリーを前記材料排出口５２から前記材料載置領域Ｂ上に送り出し、次に、前記材料載置領域Ｂを回転しながら通過するドクターブレード２８は、送り出された直後のスラリー及び前方材料掻き取り面１２１上に残った残留材料を、材料掻き取り範囲Ａ内の材料掻き取り面１２１及び印刷ステージ３２の頂面に逐次に敷設し、印刷ステージ３２の頂面に敷設されたスラリーにより、スラリー層が形成される。

前記印刷ステージ３２は、毎回の印刷層構造サイクルにおいて、ドクターブレード２８によってスラリーが敷設されると、１層のスラリー層の厚さに相当する距離だけ降下され、次に、前記投影装置４０から完成品の層パターンで前記スラリー層が照射されてその一部が構造層として硬化される。上記のスラリー供給装置５０によるスラリーの送り出し、ドクターブレード２８によるスラリーの敷設、印刷ステージ３２の降下、及び投影装置４０によるスラリー層へ照射の過程を何度も繰り返せば、図９～図１０を参照して、最低位置まで逐次に降下された印刷ステージ３２上には、複数の構造層を積層してなる精細な印刷完成品が形成され、洗浄を経て印刷完成品が得られる。例えば、印刷完成品は、セラミックスのグリーン体であり、グリーン体は、高温焼結炉内に送り込まれてセラミックス完成品に焼成されることが可能である。

上記の好ましい実施例の具体的な構造を更に説明すると、図１～図６を参照して、前記機体１０は、中空の枠体構造とされるフレーム１４を有し、前記機体１０のフレーム１４にファンホルダ１６が設けられ、前記ファンホルダ１６にファン１６１が結合され、前記ファン１６１によって前記印刷ステージ３２の頂面の方向に向かって送風し続けられることで、前記スラリー供給装置５０から送り出された直後のスラリーは、低い粘度を有して流動性が良いスラリーとされることが可能であるのに対して、ドクターブレード２８によって印刷ステージ３２の頂面に敷設されたスラリーは、その中の溶媒の揮発により、又は風に吹かれることにより、揮発が加速される。又は、図１１に示す別の好ましい実施例において、前記印刷ステージ３２は、例えばアルミ板のような金属ステージとされるとともに、印刷ステージ３２の底側には、前記印刷ステージ３２に接触する温度制御装置３７が設けられており、温度制御装置３７によって前記印刷ステージ３２が加熱されることで、スラリー内の溶媒が揮発されて、スラリーは、乾燥されて粘度が高くて流動性が低いスラリー層とされ、構造層となるように投影装置４０による照射に適するものとなる。別の好ましい実施例における残りの構造及び使用方式の何れも、この好ましい実施例と同じである。上記ファン１６１又は温度制御装置３７を設けることで、前記スラリー供給装置５０から供給されたスラリーの流動性が向上されて、ドクターブレード２８によってスラリーが印刷ステージ３２の頂面に敷設される時に剪切刀による変位の影響を低減でき、ワークピースの寸法の正確性が保される。溶媒揮発後のスラリー層は、体積が減少するため、高い粉末固形分を有する。例えば、印刷物は、高固形分のグリーン体であり、グリーン体は、加熱脱脂を経て樹脂及び他の添加剤を焼失させてから焼結されると、高緻密度で高強度の最終ワークピースが得られる。

この好ましい実施例において、前記リニアアクチュエータ３４は、電動伸縮ロッドであるとともに出力端３４１を頂端に有し、前記出力端３４１に印刷ステージブラケット３６が結合され、前記印刷ステージブラケット３６と前記機体１０のフレーム１４との間にリニアスライドレール３６１が結合され、前記リニアスライドレール３６１は、前記印刷ステージブラケット３６を、前記リニアアクチュエータ３４によって駆動されて安定して昇降動作可能となるように案内するものであり、前記印刷ステージブラケット３６の頂面には、レール３６２が備えられ、前記印刷ステージ３２の底部には、前記レール３６２に合わせたスライド溝３２１が備えられている。前記印刷ステージ３２における前記切り欠き１２２に向く部分は、前記材料掻き取りステージ１２の開口１２３から前記切り欠き１２２に移入可能であり、前記印刷ステージ３２における前記切り欠き１２２に向く部分が前記開口１２３から前記切り欠き１２２への移入中には、前記印刷ステージ３２のスライド溝３２１は、前記レール３６２に沿って進入することで、最終的に、前記印刷ステージ３２が前記印刷ステージブラケット３６上に設けられる。図１１を参照して、上記の別の好ましい実施例において、前記温度制御装置３７は、前記印刷ステージブラケット３６上に設けられた印刷ステージ３２に接触して前記印刷ステージ３２に対する加熱又は冷却の温度制御を行うことができるように、その具体的な位置として、前記印刷ステージブラケット３６の頂部に設けられている。

前記機体１０のフレーム１４は、反対の両側における横梁１４１によって印刷ステージブラケット１４２を形成しており、前記材料掻き取りステージ１２は、前記印刷ステージブラケット１４２に着脱可能に設けられ、前記材料掻き取りステージ１２における前記材料掻き取り範囲Ａの中心に対応する位置には、回転軸通過孔１２４が形成されている。前記スラリー敷き均し装置２０のモータ２２は、前記材料掻き取りステージ１２の下方に位置し、且つ前記回転軸２４は、上向きに前記材料掻き取りステージ１２の回転軸通過孔１２４に回動可能に穿通されている。前記回転軸２４の頂端面に割り溝２４１が備えられ、前記割り溝２４１は、前記回転軸２４の軸心及びその周面の反対の両側を貫通し、前記割り溝２４１の底面に固定ネジ孔２４２が備えられ、前記ブレードホルダ２６は、内端部と、外端部とを有し、前記ブレードホルダ２６の内端部に固定貫通孔２６１が備えられ、前記ブレードホルダ２６の内端部が前記割り溝２４１に挿入され、前記固定貫通孔２６１に合わせて固定部材２１が設けられており、前記固定部材２１は、頭部２１１と、前記頭部２１１に接続されたねじロッド２１２とを有し、前記頭部２１１は、グリップ形状であり、前記ねじロッド２１２は、前記固定貫通孔２６１を通って前記固定ネジ孔２４２にネジ止めされて、前記ブレードホルダ２６の内端部を前記回転軸２４に結合固定している。

ドクターブレード２８によるスラリーの敷設中に、スラリーが材料掻き取りステージ１２の周囲に飛び散らされて残留材料が収集され難くなるか又は周囲の環境が汚されることを回避するために、前記材料掻き取り面１２１における前記材料掻き取り範囲Ａ外に位置する部分には、第一フェンス１８が設けられ、この好ましい実施例において、前記第一フェンス１８は、Ｃ字状のノッチ付きの仕切り板であり、前記第一フェンス１８の異なる両端は、前記開口１２３の反対の両側まで延在し、前記印刷ステージ３２の頂面における前記材料掻き取り範囲Ａ外に位置する部分には、第二フェンス３８が設けられ、前記第二フェンス３８は、前記第一フェンス１８のノッチに合わせた仕切り板であり、第一フェンス１８の両端と第二フェンス３８の両端とが並接されて前記材料掻き取り範囲Ａの周囲を取り囲む円環形とされ、外へのスラリーの飛び散りを回避するために使用される。他の好ましい実施例において、前記第一フェンス１８と前記第二フェンス３８とは、方形、多角形又は他の取り囲み形状となるように取り囲んでもよい。

ドクターブレード２８を洗浄する必要がある場合は、前記固定部材２１を回動させて取り外してから、前記回転軸２４から前記ブレードホルダ２６及び前記ドクターブレード２８を外せば、前記ドクターブレード２８を取り出して洗浄することが可能となる。前記材料掻き取りステージ１２上の残留材料を洗浄して回収する必要がある場合は、前記ブレードホルダ２６及び前記ドクターブレード２８を取り外した後、前記印刷ステージブラケット１４２によって上向きに前記材料掻き取りステージ１２を持ち上げて前記材料掻き取りステージ１２を前記回転軸２４から離脱させ、次に、前記材料掻き取りステージ１２を傾斜させて、それを前記フレーム１４の中空箇所から取り出して洗浄することが可能となる。前記第一フェンス１８及び前記第二フェンス３８によって、外へ飛び散るスラリーが阻止されるため、スラリーの材料は、前記材料掻き取りステージ１２上に残ることになり、前記材料掻き取りステージ１２を洗浄すると、スラリー内の粉末を回収でき、残留材料の回収により、材料の無駄を回避し、製造コストを低減することができる。

前記スラリー供給装置５０は、１つ、いくつか又は複数の攪拌槽５４を有し、この好ましい実施例において、前記スラリー供給装置５０に２つの攪拌槽５４が設けられ、各々の攪拌槽５４に合わせて蠕動ポンプ５６が設けられており、各々の蠕動ポンプ５６にシリカゲル管５６１が穿設され、各シリカゲル管５６１は、一端が各攪拌槽５４に伸入し、他端が前記材料排出口５２に集められており、上記スラリー供給装置５０が２つの攪拌槽５４を有するように設けられることで、異なる攪拌槽５４内の原料を混合してスラリーとして調製し、同一材料排出口５２から送り出すことが可能となる。他の好ましい実施例において、前記スラリー供給装置５０に攪拌槽５４が１つしか設けられていない場合、前記シリカゲル管５６１における前記攪拌槽５４に伸入していない他端は、前記材料排出口５２となれ、この材料排出口５２から前記攪拌槽５４内のスラリーが外に送り出される。

前記印刷ステージ３２は、毎回の印刷層構造サイクルにおいて、ドクターブレード２８によってスラリーが敷設されると、１層のスラリー層の厚さに相当する距離だけ降下されるが、前記印刷ステージ３２の降下時には、前記スラリー層と前記材料掻き取り面１２１の縁におけるスラリーとがくっつくため、前記印刷ステージ３２を降下させる具体的な駆動方式としては、図９及び図１０を併せて参照して、前記リニアアクチュエータ３４によって前記印刷ステージ３２を駆動して１層のスラリー層の厚さ超の距離だけ降下させて、前記リニアアクチュエータ３４の頂面の周囲におけるスラリー層と、前記材料掻き取り面１２１の縁におけるスラリーとを分断させたてから、前記印刷ステージ３２を再度駆動して１層のスラリー層の厚さ分の降下に相当する距離まで上昇させる。

本発明に係るスラリー立体光硬化造形設備１００は、上記の説明のように印刷完成品を段階的に製造するために使用される他に、前記印刷ステージ３２における前記切り欠き１２２に向く部分が前記材料掻き取りステージ１２の開口１２３から前記切り欠き１２２に移入可能であるため、本発明に係るスラリー立体光硬化造形設備１００は、自動化設備と協働して連続的な生産製造が可能である。連続的な生産製造が開始すると、自動化設備（不図示）は、１つの印刷ステージ３２を前記印刷ステージブラケット３６上に載せ、次に、ファン１６１は、オンされて前記印刷ステージ３２の頂面の方向に向かって送風し続け、前記スラリー供給装置５０と協働して複数の印刷層構造サイクル内で順次にスラリーを送り出すとともに、前記スラリー敷き均し装置２０は、複数の印刷層構造サイクルにおけるスラリーの敷設中に、ドクターブレード２８を回転させてスラリーを前記印刷ステージ３２の頂面に敷設し、前記印刷ステージ３２は、ドクターブレード２８によってスラリーが敷設された度に、１層のスラリー層の厚さに相当する距離だけ降下され、次に、前記投影装置４０から印刷完成品の層パターンで前記スラリー層が照射されてスラリー層の一部が構造層として硬化される。

リニアアクチュエータ３４によって前記印刷ステージブラケット３６及び前記印刷ステージ３２が最低位置まで順次に降下されるとともに、前記印刷ステージ３２上の印刷完成品の印刷も完了すると、自動化設備は、前記印刷ステージブラケット３６上から印刷ステージ３２及びその上の印刷完成品、例えばセラミックスのグリーン体を取り出し、その後に洗浄設備まで送って洗浄し、グリーン体を焼成して成形させることが可能となる。その同時に、前記リニアアクチュエータ３４によって前記印刷ステージブラケット３６が初期位置まで上昇されると、前記自動化設備は、新たな１つの印刷ステージ３２を印刷ステージブラケット３６上に載せ、新しいラウンドの完成品印刷手順をスタートさせ、これを何度も繰り返せば、本発明は、製品又はグリーン体の連続的な３Ｄ印刷が可能となり、１つの印刷完成品の印刷後に中断する必要がない。

上述した本発明のスラリー供給装置５０による材料掻き取りステージ１２の材料掻き取り面１２１上へのスラリーの押し出し、リニアアクチュエータ３４の駆動による前記印刷ステージ３２の順次降下、及び投影装置４０によるスラリー層への照射等の手順の動作過程の時間は、それぞれ、円を描くように回転するドクターブレード２８による材料掻き取り面１２１及び印刷ステージ３２へのスラリーの敷設の動作過程の時間と重複し、毎回の印刷層構造サイクルの時間は、ドクターブレード２８が１周回転する時間に相当する。このように、スラリー供給装置５０、リニアアクチュエータ３４及び投影装置４０等の装置の動作は、ドクターブレード２８の回転過程と同時に進行し、互いに待つ必要がなく、生産製造の時間を節約できる。

上述したのは、本発明の好ましい可能な実施例に過ぎず、本発明の明細書及び特許請求の範囲を利用してなされた同等バリエーションは、何れも本発明の特許範囲内に含まれるべきである。

［本発明］
１００：スラリー立体光硬化造形設備
１０：機体
１２：材料掻き取りステージ
１２１：材料掻き取り面
１２２：切り欠き
１２３：開口
１２４：回転軸通過孔
１４：フレーム
１４１：横梁
１４２：印刷ステージブラケット
１６：ファンホルダ
１６１：ファン
１８：第一フェンス
２０：スラリー敷き均し装置
２１：固定部材
２１１：頭部
２１２：ねじロッド
２２：モータ
２２１：カップリング
２４：回転軸
２４１：割り溝
２４２：固定ネジ孔
２６：ブレードホルダ
２６１：固定貫通孔
２８：ドクターブレード
２８１：刃
３０：印刷ステージ変位装置
３２：印刷ステージ
３２１：スライド溝
３４：リニアアクチュエータ
３４１：出力端
３６：印刷ステージブラケット
３６１：リニアスライドレール
３６２：レール
３７：温度制御装置
３８：第二フェンス
４０：投影装置
４２：レンズ
５０：スラリー供給装置
５２：材料排出口
５４：攪拌槽
５６：蠕動ポンプ
５６１：シリカゲル管
Ａ：材料掻き取り範囲
Ｂ：材料載置領域

Claims

スラリー立体光硬化造形設備であって、
材料掻き取りステージを有し、前記材料掻き取りステージは、材料掻き取り面を頂面に有するとともに切り欠きを周囲の一方側に有し、前記切り欠きの外側は、開放端とされて開口を有する機体と、
前記機体にモータが設けられ、前記モータに回転軸が連結され、前記回転軸にブレードホルダが結合され、前記ブレードホルダにドクターブレードが設けられ、前記ドクターブレードの縁には、前記材料掻き取り面に近接又は当接する刃が備えられ、前記ドクターブレードが回転する時に前記刃が作用する範囲は、材料掻き取り範囲として定義され、前記切り欠きは、少なくとも一部が前記材料掻き取り範囲内に位置するスラリー敷き均し装置と、
前記切り欠きに印刷ステージが設けられ、前記印刷ステージにおける前記材料掻き取り範囲内に位置する縁は、前記切り欠きの縁に並接され、前記印刷ステージは、リニアアクチュエータによって駆動されてリニアに昇降され、前記リニアアクチュエータは、前記機体に設けられている印刷ステージ変位装置と、
前記機体に設けられてレンズを有し、前記レンズは、前記印刷ステージの方向に向けられている投影装置と、
材料排出口を有し、前記材料排出口は、前記材料掻き取り範囲に向けられているスラリー供給装置とを含む、スラリー立体光硬化造形設備。
前記回転軸の端面に割り溝が備えられ、前記割り溝は、前記回転軸の軸心を貫通するとともに固定ネジ孔を底面に有し、前記ブレードホルダは、内端部と、外端部とを有し、前記ブレードホルダの内端部に固定貫通孔が備えられ、且つ前記ブレードホルダの内端部が前記割り溝に挿入され、前記固定貫通孔に合わせて固定部材が設けられており、前記固定部材は、頭部と、前記頭部に接続されたねじロッドとを有し、前記ねじロッドは、前記固定貫通孔を通って前記固定ネジ孔にネジ止めされている、請求項１に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記機体は、フレームを有し、前記フレームは、印刷ステージブラケットを有し、前記材料掻き取りステージは、前記印刷ステージブラケットに着脱可能に設けられている、請求項２に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記材料掻き取りステージにおける前記材料掻き取り範囲の中心に対応する位置には、回転軸通過孔が形成され、前記モータは、前記材料掻き取りステージの下方に位置し、且つ前記回転軸は、上向きに前記回転軸通過孔に回動可能に穿通されている、請求項３に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記印刷ステージは、前記開口を介して前記切り欠きに移入又は前記切り欠きから移出可能であり、前記リニアアクチュエータは、出力端を有し、前記出力端に印刷ステージブラケットが結合され、前記印刷ステージは、前記印刷ステージブラケットに着脱可能に設けられている、請求項１に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記印刷ステージブラケットと前記機体との間にリニアスライドレールが結合されている、請求項５に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記機体にファンホルダが設けられ、前記ファンホルダにファンが結合されている、請求項１～６の何れか一項に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記材料掻き取り面における前記材料掻き取り範囲外に位置する部分には、第一フェンスが設けられ、前記印刷ステージ頂面における前記材料掻き取り範囲外に位置する部分には、第二フェンスが設けられ、前記第一フェンスの両端と前記第二フェンスの両端とが並接されて環形とされて前記材料掻き取り範囲の周囲を取り囲んでいる、請求項１～６の何れか一項に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記スラリー供給装置は、１つの攪拌槽を有し、前記攪拌槽に合わせて蠕動ポンプが設けられており、前記蠕動ポンプにシリカゲル管が穿設され、前記シリカゲル管は、一端が前記攪拌槽に伸入し、他端が前記材料排出口を形成している、請求項１～６の何れか一項に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記スラリー供給装置は、いくつかの攪拌槽を有し、各々の攪拌槽に合わせて蠕動ポンプが設けられており、各々の蠕動ポンプにシリカゲル管が穿設され、各シリカゲル管は、一端が各攪拌槽に伸入し、他端が前記材料排出口に集められている、請求項１～６の何れか一項に記載のスラリー立体光硬化造形設備。
前記印刷ステージの底側には、前記印刷ステージに接触する温度制御装置が設けられているとともに、前記材料排出口の周囲には、別の温度制御装置が設けられている、請求項１～６の何れか一項に記載のスラリー立体光硬化造形設備。