JP4481331B2 - 積層造形装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る積層造形装置1の概略構成を示した斜視図である。図示したように、互いに直交する水平方向軸をX軸及びY軸、上下方向軸をZ軸とする。
粉体の材料は、有機物、無機物、金属酸化物など任意の種類の粒体を一種類または複数種類を組み合わせて使用することが可能である。粉体の材料に特に制限はないが、材料の選択に際しては立体構造物の用途を考慮することが好ましい。例えば、歯科用構造材を製作する場合には、安全性や加工性を考慮して、歯科において広く用いられている実績のある材料を用いることが好ましい。具体的には、ガラス系材料、各種金属酸化物、各種セラミックス材料、各種ポリマー、または以上の材料を組み合わせた組成物などを用いることができる。また、粉体の表層がこれらの材料で覆われていても良い。
液剤は硬化して粉体と一体化して、固結部のバインダーとなる。
ベース12の上方から一定量の液剤を吐出する液剤フィーダ20は、液剤貯留タンクと直接あるいはチューブを介して間接的に接続されている。液剤貯留タンクは液剤フィーダ20と一緒に設置されていても良いし、別に設置されていても良い。液剤貯留タンクが交換可能なカートリッジであっても良い。これにより液剤の種類を変更したり、液剤を補充する際の作業が簡便となる。
液剤は重合することにより粉体とともに固結する。液剤を重合させる方法としては、特に制限はないが、化学重合、光重合、熱重合、紫外線重合、近赤外線重合、遠赤外線重合、超音波重合など工業界において広く普及している任意の方法をひとつ、あるいは複数用いることができる。
積層造形装置は、各種情報を記憶し、演算し、積層造形装置を構成する各要素の動作を制御するために、コンピュータを備える。ハードウェアに関しては、広く普及している一般的なパーソナルコンピュータが使用できる。ソフトウェアに関しては、得ようとする立体構造物の形状を記憶、編集、保持、保存する機能と、異なる材料を使い分けるための演算機能と、形状のデータに基づいて積層造形装置の各要素の制御データを生成する機能と、生成した制御データにしたがって各要素を制御して立体構造物を自動的に製作する機能とを備えることが好ましい。
得られた立体構造物60のベース12に接していた面にはベース12の表面性状が忠実に反映される。ベース12の表面が滑らかであれば、これと接していた面には積層による段差や粉体による微細な凹凸は極めて少ない。但し、必要に応じて更に表面仕上げ処理を行っても良い。また、立体構造物60のベース12に接していた面以外の面に形成された積層による段差や微細な凹凸を解消するために各種表面仕上げ処理を行っても良い。
図4は、本発明の実施の形態2に係る積層造形装置2の概略構成を示した斜視図である。図1と同一の構成要素には同一の符号を付してあり、これらについての詳細な説明を省略する。
図5は、本発明の実施の形態3に係る積層造形装置3の概略構成を示した斜視図である。図1と同一の構成要素には同一の符号を付してあり、これらについての詳細な説明を省略する。
図6は、本発明の実施の形態4に係る積層造形装置4の概略構成を示した斜視図である。図1と同一の構成要素には同一の符号を付してあり、これらについての詳細な説明を省略する。
図9は、本発明の実施の形態5に係る積層造形装置5の概略構成を示した斜視図である。図示したように、互いに直交する水平方向軸をX軸及びY軸、上下方向軸をZ軸とする。
図11は、本発明の実施の形態6に係る積層造形装置6の概略構成を示した斜視図である。図1と同一の構成要素には同一の符号を付してあり、これらについての詳細な説明を省略する。
図14は、本発明の実施の形態7に係る積層造形装置7の概略構成を示した斜視図である。図1と同一の構成要素には同一の符号を付してあり、これらについての詳細な説明を省略する。
図15は、複層スクリーン型粉体フィーダの別の実施形態の概略構成を示した斜視図である。この複層スクリーン型粉体フィーダ(以下、単に「粉体フィーダ」という)220は、粉体貯留槽221と、粉体貯留槽221の下面の開口(図示せず)を塞ぐように設けられた複数(例えば、2〜6枚)のスクリーンとを備える。複数のスクリーンのうちの1つは、帯状のスクリーンの両端が環状に接続されたエンドレススクリーン222であり、他のスクリーンは粉体貯留槽221の下面の開口を塞ぐように粉体貯留槽221に装着固定された静止スクリーンである。これらの複数のスクリーンのそれぞれには、実施の形態6で説明したような、粉体が通過することができる多数の微細な貫通孔(微細孔)が形成されている。
本実施の形態9の積層造形装置は、実施の形態1の積層造形装置1において、粉体フィーダ30に代えて、図20に示す分割板型粉体フィーダ(以下、単に「粉体フィーダ」という)300を備える。
図22は、ベース420上に形成された立体構造物400の一例の断面図である。このような立体構造物400を形成するためには、ベース420の周囲壁に形成された窪み(アンダーカット)421内にも固結部を形成する必要があり、実施の形態1で説明したようにベース12の上方から液剤及び粉体を単に落下させるだけでは形成することができない。このような立体構造物400は、実施の形態1の積層造形装置に、液剤及び粉体の散布時の造形テーブル10の上面の水平面に対する傾斜角度を任意に設定できる傾斜機構を付加することで製作することができる。例えば、造形テーブル10を反転させるアーム40に接続された回転駆動機構に、傾斜機構としての機能を付加しても良い。
図24は、本発明の実施の形態11に係る立体構造物500の一例の側方から見た端面図である。この立体構造物500は、金属部分501と樹脂部分502とからなる部分床義歯などの補綴物である。
粉体として、メチルメタアクリレートとエチルメタアクリレートが重量比1:1である共重合体の球状粒子体(平均粒子径70μm)100重量部と、過酸化ベンゾイル1重量部との混合物を用いた。
液剤として、食用インクにて着色したメチルメタアクリレート単量体90重量部に、エチレングリコールジメタアクリレート単量体10重量部、及びジエタノールパラトルイジン3重量部を配合した組成物を用いた。これをもとに歯肉色に調整した液剤1と、透明色に調整した液剤2とを準備した。
人工歯が嵌入される孔を有する全部床の3次元形状データに、目的とする色調となるように色調データを付け加えて、液剤吐出制御データを作成した。具体的には、外面から深さ約1mmまでの表層が液剤2で作成され、これより内側部分が液剤1で作成されるように、液剤1,2の付与位置データを作成した。
1辺が100mmの正方形の造形テーブル10上に患者の顎堤を複製したベース12を固定した。
図1に示した積層造形装置1を用い、上記の液剤吐出制御データを用いて液剤1,2の付与位置を制御して、図2A〜図3Dに示す工程を行って、患者の口腔内の粘膜面形状を忠実に再現したベース12上に全部床を作成した。液剤の重合には化学重合法を用いた。
得られた全部床をベース12から取り外した。ベース12と接触していた面(粘着面)は、ベース12の面に沿って滑らかに造形されていて積層段差は認められなかった。一方、ベース12に接触していた面以外の面には、僅かな積層段差が認められた。この積層段差を、大栄歯科産業株式会社製の超音波ミニカッターMC−20を用いて解消した。その後、全部床の全面にバフ研磨を施して仕上げた。
Claims (16)
- ベースを保持する保持機構と、前記ベースの上方から所定位置に液剤を付与する液剤付与装置と、前記ベースの上方から粉体を落下させる粉体付与装置と、前記ベース上の未固結な粉体を除去する粉体除去装置とを備え、
前記液剤付与装置により液剤を付与し、次いで、前記粉体付与装置により粉体を付与し、前記液剤と、前記液剤上に付与された前記粉体とを固結させ、次いで、前記液剤と固結されなかった前記粉体を前記粉体除去装置により除去する工程を繰り返し行うことにより、前記ベース上に立体構造物を形成することを特徴とする積層造形装置。 - 前記保持機構が前記ベースが載置されるテーブルである請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記保持機構が前記ベースに挿入される棒状部材である請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記粉体除去装置が前記ベースを回転させる回転機構を備え、前記未固結な粉体を重力により落下させて除去する請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記粉体除去装置がエアを吹き出すエアノズルを備え、前記未固結な粉体を前記エアにより吹き飛ばして除去する請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記粉体除去装置がエアを吸引する吸引ノズルを備え、前記未固結な粉体を前記吸引ノズルに吸引して除去する請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記保持機構を振動させる振動発生装置を更に備える請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記テーブルの水平方向の周囲を囲む升と、前記升内に盛られた前記粉体の高さをならす均し部材と、前記升と前記テーブルとの高さ方向の相対位置を変化させる昇降機構とを更に備える請求項2に記載の積層造形装置。
- 前記保持機構が前記ベースが載置されるテーブルであり、
前記積層造形装置が、前記テーブルの水平方向の周囲を囲む升と、前記升内に盛られた前記粉体の高さをならす均し部材と、前記升と前記テーブルとの高さ方向の相対位置を変化させる昇降機構とを更に備え、
前記粉体付与装置により前記升内に粉体を付与し、次いで、前記均し部材により前記粉体の高さをならし、次いで、前記液剤付与装置により液剤を付与し、次いで、前記昇降機構により前記升に対して前記テーブルを相対的に下降させる工程を繰り返し行うことにより、前記立体構造物上に更に立体構造物を形成する請求項1に記載の積層造形装置。 - 前記ベース又は前記ベース上に形成された前記立体構造物を計測する3次元計測装置を更に備える請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記粉体付与装置の下面に、前記下面に形成された開口を塞ぐように、互いに重ね合わされた複数のスクリーンが設けられており、前記複数のスクリーンのそれぞれには前記粉体が通過することができる複数の孔が形成されており、前記複数のスクリーンのうちの少なくとも1つの他のスクリーンに対する相対的な移動を制御することで前記粉体の落下が制御される請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記複数のスクリーンのうちの1つは、帯状のスクリーンの両端が環状に接続されたエンドレススクリーンである請求項11に記載の積層造形装置。
- 前記粉体付与装置が、傾斜した基板と、前記基板上に配置された複数の分割板とを備え、前記複数の分割板は上下方向に複数の段に分けて配置されており、Nを自然数としたとき、上から第N+1段に含まれる分割板の数は第N段に含まれる分割板の数より多く、各分割板は上方からの粉体流を2つの粉体流に分割する請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記ベースの向きを第1方向及び前記第1方向と異なる第2方向を含む少なくとも2方向に変化させる傾斜機構を更に備え、前記ベースが前記第1方向に向けられた状態及び前記ベースが前記第2方向に向けられた状態のそれぞれにおいて、前記液剤の付与及び前記粉体の落下を行う請求項1に記載の積層造形装置。
- 前記第1方向に向けられた前記ベースに対して前記液剤の付与と前記粉体の落下とを繰り返し行って前記ベース上に前記液剤と前記粉体とが固結してなる第1固結部層を形成した後、前記第2方向に向けられた前記ベースに対して前記液剤の付与と前記粉体の落下とを繰り返し行って前記ベース上に前記液剤と前記粉体とが固結してなる第2固結部層を形成する請求項14に記載の積層造形装置。
- 前記第1方向に向けられた前記ベースに対して前記液剤の付与と前記粉体の落下とを行って前記ベース上に前記液剤と前記粉体とが固結してなる第1固結部層を形成する工程と、前記第2方向に向けられた前記ベースに対して前記液剤の付与と前記粉体の落下とを行って前記ベース上に前記液剤と前記粉体とが固結してなる第2固結部層を形成する工程とを交互に繰り返し行う請求項14に記載の積層造形装置。
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