JP3090114U - 多泡性造形材料による立体造形装置 - Google Patents

多泡性造形材料による立体造形装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本考案は、多泡状態に混合あるいは発泡してい
る溶融状の造形材料を３次元形状に連続的に吐出増着し
て構造物を得る造形装置において、造形中の迅速な硬化
速度の確保と硬化変形を抑制でき、造形後の硬化物を容
易に剥離することが可能な造形物の固定具である造形床
面を提供する。 【解決手段】多泡状態に混合あるいは発泡している溶融
状の造形材料を装置内の造形領域に連続的に吐出増着さ
せる造形床面において、網目構造あるいは、複数からな
る溝状開削が施工されている構造であり、通気性と透湿
性を備えた薄膜が増設されており、造形材料の接触面積
の減少と通気・透湿を確保して迅速な硬化を促し多泡性
材料による能率的な造形を行うとともに、薄膜により造
形物との剥離を容易にすることを可能としている。

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【考案の属する技術分野】
本発明は、溶融状の造形材料を連続的に吐出増着させながら任意の場所を硬化 させて所望する立体形状を成形する立体造形装置の改良に関するものである。
【０００２】 従来より多泡性造形材料による立体造形装置としては、特願２００１−２６２ ４１２により理解されるようになっている。
【０００３】 従来における溶融状の造形材料と気体を混合させた多泡性の造形材料を、エレ ベーター機構部に配置された造形床面に所望する立体形状の断層平面形状を充填 するように溶出描画を行いながら、１層にあたる平面硬化物層を得、その後エレ ベーターを順次降下させ平面硬化物層を積層させることにより、所望する立体形 状を成す方法が知られている。
【０００４】
【考案が解決しようとする課題】
従来における溶融状の造形材料と気体を混合させた多泡性の造形材料を、エレ ベーター機構部に配置された造形床面に所望する立体形状の断層平面形状を充填 するように溶出描画を行いながら、平面硬化物層を積層して立体造形物を得るの であるが、装置内部に構築された造形物の脱離作業が容易ではなく、造形後の造 形材料を造形床面から清浄に脱離する事を困難にしている。
【０００５】 また従来の装置では、平滑な金属あるいは樹脂製板からなる造形床面に多泡性 の造形材料を吐出増着し硬化物を得るが、空気中の乾湿状態に硬化依存する気硬 性の造形材料では、造形床面に接した接触面と作業雰囲気に開放さている側面と では、硬化速度に差異が生じ、均一な硬化が得られず、硬化精度に阻害を生じる 造形装置としての大きな問題点を有している。
【０００６】 本発明は、従来における上記のような立体造形装置の問題点に鑑み、多泡性の 造形材料を吐出増着する造形床面を着脱可能にし、床面構造を加工することによ り、造形精度の向上と造形物の容易な脱離を行うことが可能な立体造形装置を提 供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多泡性材料による立体造形装置は、上記の目的を達成するための 具体的な手段として、所望する立体物を造形しようとする作業空間に対し３軸方 向以上に移動可能な駆動装置に、多泡状態に混合あるいは発泡している溶融状の 造形材料を造形領域に連続的に吐出増着させる吐出ノズルを備えており、造形材 料を造形領域床面に固着させる着脱自在な造形床面を備えた構造を特徴とする。
【０００８】 造形材料を造形領域床面に固着させる着脱自在な造形床面が網目構造を備えて いることを特徴とする。
【０００９】 造形材料を造形領域床面に固着させる着脱自在な造形床面が複数の溝状開削構 造を備えていることを特徴とする。
【００１０】 造形材料を造形領域床面に固着させる着脱自在な造形床面に着脱可能な薄膜を 備えていることを特徴とする。
【００１１】 造形材料を造形領域床面に固着させる着脱自在な造形床面に通気性と透湿性を 備えた着脱可能な薄膜を備えていることを特徴とする。
【００１２】
【考案の実施の形態】
次に本発明に係る多泡性材料による立体造形装置の構成を、図１に示す正面斜 視図により説明すると、供給ヘッド部１１は、コンピュータユニット３の制御に よって平面方向に自由に移動するＸ−Ｙ軸プロッタ２に載荷せれており、Ｘ−Ｙ 軸プロッタ２の平面運動領域の下方には、着脱自在な造形床面１２を備えたＺ軸 エレベーター１が配置されている。
【００１３】 造形床面１２は、Ｚ軸エレベーター１に対して、螺着あるいはクリップ状の挟 留具などにより着脱自在に固持される構造である。
【００１４】 また造形床面１２は、造形材料の硬化特性や、造形後に造形床面１２から造形 物を脱離の要否などの所望により、選択的に網目構造１３あるいは複数からなる 溝状開削構造１４である造形床面に交換して用いることが可能である。
【００１５】 このとき造形床面を選択する要因である造形材料の硬化特性から、その選択優 位となる条件は、該造形材料が発泡ウレタンなどの造形装置内の作業雰囲気であ る空気中の乾湿状態などの空気成分に依存する気硬性である場合、造形床面上に 吐出した多泡状態の造形材料に対し、全周囲から空気を接触させることが可能な 網目構造である造形床面を選択することが好ましい。
【００１６】 造形材料が気硬性であっても、気体が混合した状態である多泡状態になるとき 、その気体と造形材料の割合や、硬化速度、粘度などから造形床面の構造が網目 構造では疎となり、ノズルから吐出する材料が造形床面上に留置できない場合に おいて、平面状の造形床面より積極的に造形材料に空気を接触させることが可能 な、複数からなる溝状の開削構造を選択することが好ましい。
【００１７】 このとき造形床面に施される溝状開削の寸法は、平面である造形床面にくらべ 造形材料に積極的に空気を接触させる機会が大きくなるよう、造形材料が溝状部 に流入しない程度の幅以下にし、溝状構造の条数は可能な限り多くなるほど好ま しく、溝状は平行条、あるいは交差条いずれも好適に選択できる。
【００１８】 また造形床面に剥離可能な気密性の薄膜あるいは、通気性と透湿性を備えた薄 膜を備えることにより、造形床面と造形後の造形物との脱離性を向上することが できる。
【００１９】 造形床面に剥離可能な薄膜１５を密着させる手段として、造形床面上に配置さ れた薄膜端をクリップ状の挟留具で挟持、あるいは粘着剤により接着、あるいは 造形床面に押さえ板を用いてバネあるいは螺子により固定する。
【００２０】 説明した造形床面上に施す構造は、Ｚ軸エレベーターに対し着脱自在ではない 、エレベーター装置に固定された造形床面であっても、網目構造や複数の溝状開 削構造や、薄利可能な薄膜や通気性と透湿性を備えた剥離可能な薄膜をそれぞれ に備える、あるいはいずれかを選択的に組み合わせて備えることことにより、造 形後の造形物と造形床面との快適な脱離性を得ることができる。
【００２１】 Ｚ軸エレベーター１上に供給ヘッド１１から供給される多泡性材料を用いて所 望する造形形状１０を構築していく。
【００２２】 このとき実施例に示す立体造形装置のＺ軸エレベーター１は、造形当初の段階 では鉛直稼動領域上方に待機されており、供給ヘッド１１からの造形材料の供給 及びＸ−Ｙ軸プロッタ２の描画運動とあいまって造形が進捗するに従い、Ｚ軸エ レベーター１は鉛直稼動領域下方へ移動する。
【００２３】 供給部ヘッド１１には、造形材料供給管６と気体供給管７が連結されており、 平面運動を行うＸ−Ｙ軸プロッタ２及び鉛直運動を行うＺ軸エレベーター１に載 荷されるため、供給ヘッド１１と造形材料供給管６と気体供給管７との連結部分 は自在継手により連結保護された機構を用いる。
【００２４】 供給ヘッド１１には、造形材料供給管６によって圧送されてきた造形材料と気 体供給管７により圧送されてきた気体とを混合させるための材料混合ミキサー部 ８と、それによって生じた多泡性材料を吐出制御する吐出制御開閉弁が吐出端に 配置された吐出ノズル９から構成される。
【００２５】 装置には造形材料を供給するための造形材料貯蔵タンクと材料圧送ポンプ及び 制御開閉弁からなる造形材料供給部４が配置用意されるとともに、コンプレッサ ーポンプ及び圧力計によって監視が可能な圧力気体貯蔵タンクおよび制御開閉弁 からなる気体供給部５が配置される。
【００２６】 気体供給部は、発泡性を有しない、あるいは発泡性を有する造形材料であるが 加補的に多泡状態になるように気体を混合形成する目的で配置される。
【００２７】 発泡ポリウレタンなどに代表される発泡性の液性硬化材料を用いる場合等、気 体供給部５は必ずしも必要ではない条件もあり、また装置構成として本実施例で は供給ヘッド１１内において造形材料と気体を混合し多泡性材料を得たが、結果 的に多泡性の材料で造形することが目的であるので、造形材料供給部４内のいず れかの箇所において造形材料に多泡状態を形成することもその材料或いは装置構 成によって好適かつ選択的に使用することが可能である。
【００２８】 Ｘ−Ｙ軸プロッタ２ならびにＺ軸エレベーター１は、コンピュータユニット３ により制御されるが、このコンピュータユニット３により、所望する３次元形状 に成形を行うための立体形状の座標を演算解析し、供給ヘッド部１１が所望する 形状を描画できるようその走査経路や速度、また走査幅などの属性データの計算 も同時に行なう。
【００２９】 更に、コンピュータユニットとしてＣＡＤを内蔵し、３次元モデルの形状入力 から成形データの演算制御を行なうもの、あるいは３次元モデルの設計は他のコ ンピュータで行なうもの、あるいはＣＴスキャナー、ＭＲＩ、３次元形状測定機 による３次元立体形状の認識を行なう装置とのデータ授受により、該装置の成形 制御を行なうものなど多様な組み合わせが考えられる。
【００３０】 次に本実施例に係る多泡性材料による立体造形装置の材料供給工程を説明する と、造形材料は、造形材料供給部４内に収納されており、最終的に供給ヘッド部 １１から吐出されるまでに、まず材料圧送ポンプによって造形材料供給管６へ圧 送される。
【００３１】 このとき造形材料供給部に配置された材料圧送ポンプ出口にはメンテナンスを 目的に制御開閉弁が配置されることが望ましく、造形材料供給管６へ圧送された 造形材料は供給ヘッド部１１入り口の制御開閉弁を介して材料混合ミキサー部８ へ到達する。
【００３２】 造形材料は材料混合ミキサー部８において、気体供給部５から供せられた混合 用気体が圧入気体経路上の流入速度及び圧力調節弁及を介して混合され、造形材 料に多泡状態を発生せしめ供給ヘッド部１１先端の、所望する造形物を構築する ための駆動操作に相関した制御により動作する吐出制御開閉弁を有する吐出ノズ ル９から造形床面１２上、或いは既に構築しつつある造形途上の所望する造形形 状１０へ吐出増着される。
【００３３】 図１に示した多泡性材料による立体造形装置について、その成形プロセスを説 明すると、前記コンピューターユニット３により所望する立体造形物の積層方向 の各平面形状を演算制御して、得られたデータによりＸ−Ｙ軸プロッタ２によっ て、第１層目の平面形状を走査移動する前記供給ヘッド１１から多泡状態の造形 材料を吐出増着することにより、図３に示すような所望する造形形状の１層分の 厚みである第１層目の造形物層を造形する。
【００３４】 第１層目の造形物層が造形された後は、Ｚ軸エレベーター１を下降させ、供給 ノズル９が吐出増着するために供給ヘッド１１と第１層目の造形物層との間隙が 所望する造形形状の１層分の厚みに等しくなるようにし、第２層目の平面形状を 走査移動する供給ヘッド１１から多泡状態の造形材料を吐出増着させることによ り第２層目の造形物層を形成し、順次以下同様な操作を繰り返すことにより目的 とする所定の立体造形物を造形する。
【００３５】 立体造形物が造形したら、Ｚ軸エレベーター１から造形床面１２を取り外すこ とにより、容易に装置内から造形物を取り出すことができる。
【００３６】 このとき造形物は造形床面１２と接合されているが、造形床面から必要に応じ て脱離して造形床面１２を再利用することができる。
【００３７】
【考案の効果】
以上説明したように、本考案では多泡性の造形材料を造形領域床面に固着させ る着脱自在な造形床面を着脱可能にし、装置内部に構築された造形物の離脱作業 が容易になるとともに、硬化後の造形材料を造形床面から清浄に離脱できること により、造形床面を繰り返し利用することが可能となった。
【００３８】 また、造形床面を網目構造あるいは複数の溝状開削構造を有することにより造形 材料との接触面積が減少し、通気性と透湿性が有効に確保でき、気硬性材料の迅 速な硬化を促進し造形精度を維持するとともに造形物の造形床面からの快適な離 脱を行うことが可能となり造形物自体の破壊や損傷がない安定した造形物を提供 することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案に係る多泡性材料による着脱自在な造形
床面を備えた立体造形装置を実施するための装置の構成
を示す正面斜視図である。
【図２】本考案に係る立体造形装置の造形床面の網目構
造を示す正面斜視図である。
【図３】本考案に係る立体造形装置の造形床面の複数か
らなる溝状構造を示す正面斜視図である
【図４】本考案に係る立体造形装置の造形床面の剥離可
能な薄膜構造を示す正面斜視図である。
【符号の説明】
１：Ｚ軸エレベーター ２：Ｘ−Ｙ軸プロッタ ３：コンピュータユニット ４：造形材料供給部 ５：気体供給部 ６：造形材料供給管 ７：気体供給管 ８：材料混合ミキサー部 ９：吐出ノズル １０：所望する造形形状 １１：供給ヘッド部 １２：造形床面 １３：網目構造 １４：複数からなる溝状開削構造 １５：剥離可能な薄膜

Claims (5)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】所望する立体物を造形しようとする作業空
    間に対し３軸方向以上に移動可能な駆動装置に、多泡状
    態に混合あるいは発泡している溶融状の造形材料を作業
    空間内の造形領域に連続的に吐出増着させる吐出ノズル
    を備えており、造形材料を造形領域床面に固着させる着
    脱自在な造形床面を備えた構造を特徴とする立体造形装
    置。
  2. 【請求項２】造形材料を造形領域床面に固着させる着脱
    自在な造形床面が網目構造を備えていることを特徴とす
    る請求項１の立体造形装置。
  3. 【請求項３】造形材料を造形領域床面に固着させる着脱
    自在な造形床面が複数からなる溝状開削構造を備えてい
    ることを特徴とする請求項１の立体造形装置。
  4. 【請求項４】造形材料を造形領域床面に固着させる着脱
    自在な造形床面に、剥離可能な薄膜を備えていることを
    特徴とする請求項１の立体造形装置。
  5. 【請求項５】造形材料を造形領域床面に固着させる着脱
    自在な造形床面に、通気性と透湿性を備えた剥離可能な
    薄膜を備えていることを特徴とする請求項１の立体造形
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015516316A (ja) * 2012-03-21 2015-06-11 エアバスグループ リミテッド 積層製造用基板
JP2015145327A (ja) * 2014-02-03 2015-08-13 伊藤　幸男 立体造形物の溶融積層造形法と立体造形物の溶融積層造形装置とこの立体造形物
JP2016203597A (ja) * 2015-04-17 2016-12-08 肇 南澤 ３ｄプリンターの造形物定着法
CN108162385A (zh) * 2012-09-05 2018-06-15 阿普雷奇亚制药公司 三维打印系统和设备组件
US11097483B2 (en) 2012-09-05 2021-08-24 Aprecia Pharmaceuticals LLC Three-dimensional printing system and equipment assembly

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