JP4888257B2 - 3D modeling apparatus and 3D modeling method - Google Patents

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Description

本発明は、三次元物体を造形する技術に関し、詳しくは、硬化液を吐出して粉末材料を結合させることによって、三次元物体を造形する技術に関する。   The present invention relates to a technique for modeling a three-dimensional object, and more particularly, to a technique for modeling a three-dimensional object by discharging a curable liquid and combining powder materials.

粉体を硬化液で固めながら、三次元物体を造形する技術が知られている。この技術では、次のような操作を繰り返すことによって三次元物体を造形する。先ず、粉体を均一な厚さで薄く敷き詰めて粉体層を形成し、この粉体層の所望部分に硬化液を吐出することによって粉体同士を結合させる。この結果、粉体層の中で、硬化液が吐出された部分だけが結合して、薄い板状の部材が形成される。本明細書中では、この薄い板状の部材を「断面部材」と呼ぶことにする。次いで、その粉体層の上に更に粉体層を薄く形成し、所望部分に硬化液を吐出する。その結果、新たに形成された粉体層の硬化液が吐出された部分にも、新たな断面部材が形成される。このような操作を繰り返して、薄い板状の断面部材を一層ずつ積層することによって、三次元物体を造形することができる。   A technique for forming a three-dimensional object while hardening powder with a hardening liquid is known. In this technique, a three-dimensional object is formed by repeating the following operations. First, the powder is thinly spread with a uniform thickness to form a powder layer, and the powder is bonded by discharging a curable liquid to a desired portion of the powder layer. As a result, in the powder layer, only the portion where the curable liquid is discharged is bonded to form a thin plate-like member. In the present specification, this thin plate-like member is referred to as a “cross-sectional member”. Next, a thin powder layer is formed on the powder layer, and the curable liquid is discharged to a desired portion. As a result, a new cross-sectional member is also formed in the portion of the newly formed powder layer where the curable liquid is discharged. By repeating such operations and laminating thin plate-like cross-sectional members one by one, a three-dimensional object can be formed.

このような三次元造形技術は、造形しようとする物体の三次元形状データさえあれば、粉体を結合させて直ちに造形可能であり、造形に先立って金型を作成するなどの必要がないので、迅速にしかも安価に三次元物体を造形することが可能である。また、薄い板状の断面部材を一層ずつ積層して造形するので、例えば内部構造を有する複雑な物体であっても、複数の部品に分けることなく一体の造形物として形成することが可能となる(例えば、特許文献1)。   With such 3D modeling technology, as long as there is 3D shape data of the object to be modeled, it is possible to immediately model by combining powder, and there is no need to create a mold prior to modeling. It is possible to form a three-dimensional object quickly and inexpensively. In addition, since thin plate-like cross-sectional members are layered one by one and shaped, for example, even a complex object having an internal structure can be formed as an integrated shaped object without being divided into a plurality of parts. (For example, patent document 1).

特開2002−307562号公報JP 2002-307562 A

しかし、こうした粉体を結合させて造形した三次元物体は、物体の表面を滑らかに造形することが難しいという問題があった。何故なら、粉体を結合させて造形している関係上、表面には、どうしても粉体に起因した凹凸が発生し、また、表面から粉体の粒子が脱落すると、その部分には粒子1つ分の凹みが発生する。更には、粉体の粒子間に硬化液が染み込んで硬化した後、隣接する粉体の粒子が脱落すると、その部分には硬化した硬化液による突起が発生する。これらの理由が複合的に発生して、三次元物体の表面を滑らかに造形することが困難となっていた。   However, the three-dimensional object formed by combining such powders has a problem that it is difficult to form the surface of the object smoothly. This is because, because the powder is combined and shaped, the surface is inevitably uneven due to the powder, and when the powder particles fall off from the surface, one particle is present in that part. A dent in the minute occurs. Furthermore, after the curable liquid has penetrated between the particles of the powder and cured, when the particles of the adjacent powder drop off, protrusions are generated in the portion due to the cured curable liquid. These reasons occur in a complex manner, making it difficult to form the surface of a three-dimensional object smoothly.

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、粉体を結合させて造形した三次元物体の表面を、滑らかに造形することが可能な三次元造形技術の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is a three-dimensional modeling technique capable of smoothly modeling the surface of a three-dimensional object formed by combining powders. The purpose is to provide.

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の三次元造形装置は次の構成を採用した。すなわち、
粉体を硬化液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形装置であって、
前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶手段と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成手段と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記硬化液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成手段と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記硬化液を供給することで新たな断面部材を形成して、先に形成された断面部材の上に順次積層することによって、前記三次元物体を造形する三次元物体造形手段と
を備え、
前記断面部材形成手段は、
前記断面部材の中で前記三次元物体の表面に相当する部分を、先に形成した断面部材の上に前記硬化液を供給して硬化させることによって形成した後、
前記表面部分以外の部分に前記粉体層を形成し、前記断面データに従って前記硬化液を供給して粉体を結合させることによって、前記断面部材の残余の部分を形成する手段であることを要旨とする。
In order to solve at least a part of the problems described above, the three-dimensional modeling apparatus of the present invention employs the following configuration. That is,
A three-dimensional modeling apparatus for modeling a three-dimensional object by bonding powders together with a curing liquid,
Shape data storage means for storing shape data of the three-dimensional object;
Cross-sectional data generating means for generating cross-sectional data obtained in each layer when the three-dimensional object is cut into layers in a plurality of cross sections;
The powder is spread to a substantially uniform thickness to form a powder layer, and the curable liquid is supplied to the powder layer according to the cross-sectional data, which corresponds to the cross-sectional shape of one layer of the three-dimensional object. Cross-sectional member forming means for forming a cross-sectional member to be
A new powder layer is formed on the powder layer on which the cross-sectional member is formed, and a new cross-sectional member is formed by supplying the curable liquid according to the cross-sectional data to the new powder layer, Three-dimensional object modeling means for modeling the three-dimensional object by sequentially laminating on the cross-sectional member formed in advance,
The cross-section member forming means includes
After forming the portion corresponding to the surface of the three-dimensional object in the cross-sectional member by supplying the curing liquid onto the previously formed cross-sectional member and curing it,
It is a means for forming the remaining portion of the cross-sectional member by forming the powder layer in a portion other than the surface portion, supplying the curable liquid according to the cross-sectional data, and bonding the powder. And

また、上記の三次元造形装置に対応する本発明の三次元造形方法は、
粉体を硬化液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形方法であって、
前記三次元物体の形状データを記憶しておく形状データ記憶工程と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成工程と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記硬化液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成工程と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記硬化液を供給することで新たな断面部材を形成して、先に形成された断面部材の上に順次積層する断面部材積層工程と
を備え、
前記断面部材形成工程は、
前記断面部材の中で前記三次元物体の表面に相当する部分を、先に形成した断面部材の上に前記硬化液を供給して硬化させることによって形成した後、
前記表面部分以外の部分に前記粉体層を形成し、前記断面データに従って前記硬化液を供給して粉体を結合させることによって、前記断面部材の残余の部分を形成する工程であることを要旨とする。
Moreover, the three-dimensional modeling method of the present invention corresponding to the above three-dimensional modeling apparatus,
A three-dimensional modeling method for modeling a three-dimensional object by bonding powders together with a curing liquid,
A shape data storage step for storing shape data of the three-dimensional object;
A cross-section data generation step for generating cross-section data obtained in each layer when the three-dimensional object is cut into layers in a plurality of cross sections;
The powder is spread to a substantially uniform thickness to form a powder layer, and the curable liquid is supplied to the powder layer according to the cross-sectional data, which corresponds to the cross-sectional shape of one layer of the three-dimensional object. A cross-section member forming step for forming a cross-section member to be performed;
A new powder layer is formed on the powder layer on which the cross-sectional member is formed, and a new cross-sectional member is formed by supplying the curable liquid according to the cross-sectional data to the new powder layer, A cross-sectional member laminating step of sequentially laminating on the cross-sectional member formed in advance,
The cross-section member forming step includes
After forming the portion corresponding to the surface of the three-dimensional object in the cross-sectional member by supplying the curing liquid onto the previously formed cross-sectional member and curing it,
It is a step of forming the remaining portion of the cross-sectional member by forming the powder layer on a portion other than the surface portion, supplying the curable liquid according to the cross-sectional data, and bonding the powder. And

かかる本発明の三次元造形装置および三次元造形方法においては、造形しようとする三次元物体の形状データを予め記憶しており、その三次元物体を複数の断面で層状に切断したときの各層での断面データを生成可能となっている。そして、粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成し、その粉体層に対して断面データに従って硬化液を供給する。硬化液が供給されると粉体は互いに結合するので、粉体層に断面データに従って硬化液を供給することにより、粉体層の厚みに相当する厚さを有し且つ三次元物体のある断面での断面形状を有する部材(断面部材)を形成することができる。そこで、断面部材が形成された粉体層の上に、新たな粉体層を形成し、その粉体層に対して、断面データに従って硬化液を供給することで、新たな断面部材を形成するとともに先に形成した断面部材の上に積層する。このような操作を繰り返すことにより、三次元物体を造形することができる。ここで、断面部材を形成するに際しては、次のように二段階の手順を踏んで形成する。先ず、断面データに従って、三次元物体の表面に相当する部分に硬化液を供給して硬化させることにより、断面部材の中で三次元物体の表面に相当する部分を形成する。次いで、表面部分以外の部分に粉体層を形成し、断面データに従って硬化液を供給して粉体を結合させることによって、断面部材の残余の部分を形成して、断面部材を完成させる。このようにして断面部材を完成させながら積層していくことによって三次元物体を造形する。   In the three-dimensional modeling apparatus and the three-dimensional modeling method of the present invention, shape data of a three-dimensional object to be modeled is stored in advance, and each layer when the three-dimensional object is cut into layers in a plurality of cross sections is stored. The cross-sectional data can be generated. Then, the powder is spread to a substantially uniform thickness to form a powder layer, and a hardening liquid is supplied to the powder layer according to the cross-sectional data. When the curable liquid is supplied, the powders are bonded to each other. Therefore, by supplying the curable liquid to the powder layer according to the cross-sectional data, the cross section has a thickness corresponding to the thickness of the powder layer and has a three-dimensional object. A member having a cross-sectional shape at (a cross-sectional member) can be formed. Therefore, a new powder layer is formed on the powder layer on which the cross-section member is formed, and a new cross-section member is formed by supplying a curable liquid to the powder layer according to the cross-section data. At the same time, it is laminated on the previously formed cross-sectional member. By repeating such an operation, a three-dimensional object can be formed. Here, when forming the cross-sectional member, it is formed by following the two-step procedure as follows. First, in accordance with the cross-sectional data, a portion corresponding to the surface of the three-dimensional object is formed in the cross-sectional member by supplying a curing liquid to the portion corresponding to the surface of the three-dimensional object and curing it. Next, a powder layer is formed on a portion other than the surface portion, and the remaining part of the cross-sectional member is formed by supplying the curable liquid according to the cross-sectional data and bonding the powder, thereby completing the cross-sectional member. In this way, a three-dimensional object is formed by laminating while completing the cross-sectional members.

こうして形成した三次元物体の表面は、粉体を用いずに硬化液によって形成されているので、粉体に起因した凹凸が発生することが無く、滑らかな表面を有する三次元物体を造形することが可能となる。   Since the surface of the three-dimensional object formed in this way is formed with a curable liquid without using powder, there is no unevenness caused by the powder, and a three-dimensional object having a smooth surface is formed. Is possible.

また、上記の本発明の三次元造形装置においては、硬化液として、所定波長の電磁波が照射されることによって硬化を開始する硬化液を用いることとして、供給した硬化液を、所定波長の電磁波を照射して硬化させることによって、断面部材を形成しても良い。   Further, in the above three-dimensional modeling apparatus of the present invention, as the curing liquid, a curing liquid that starts curing when irradiated with an electromagnetic wave of a predetermined wavelength is used. The cross-sectional member may be formed by irradiation and curing.

硬化液に電磁波を照射すると、電磁波は硬化液の内部まで容易に達する。このため、所定波長の電磁波を照射して硬化させるタイプの硬化液を用いれば、電磁波を照射することによって、硬化液全体を速やかに硬化させることができる。その結果、三次元物体の表面領域を形成するために供給した硬化液が粉体の間に染み込む前に、電磁波を照射して硬化させることができるので、三次元物体の表面を滑らかに造形することが可能となる。   When the curable liquid is irradiated with electromagnetic waves, the electromagnetic waves easily reach the inside of the curable liquid. For this reason, if the hardening liquid of the type irradiated with the electromagnetic wave of a predetermined wavelength is used, the whole hardening liquid can be hardened rapidly by irradiating electromagnetic waves. As a result, before the curable liquid supplied to form the surface area of the three-dimensional object can penetrate between the powders, it can be cured by irradiation with electromagnetic waves, so that the surface of the three-dimensional object can be shaped smoothly. It becomes possible.

また、上記の本発明の三次元造形装置においては、硬化液として、硬化後は透明になる硬化液を用いることとしても良い。   In the three-dimensional modeling apparatus of the present invention, a curable liquid that becomes transparent after curing may be used as the curable liquid.

このような硬化液を用いて表面部分を形成しておけば、内部の色彩がそのまま表面に反映させることができる。このため、例えば、所望の色の粉体を用いたり、あるいは、粉体を結合させる硬化液に所望の色彩を付けておくなどの方法によって、三次元物体の内部に所望の色彩を付与してやれば、所望の色彩を呈する三次元物体を造形することが可能となる。   If the surface portion is formed using such a curable liquid, the internal color can be directly reflected on the surface. For this reason, for example, if a desired color is given to the inside of a three-dimensional object by using a powder of a desired color, or by adding a desired color to a hardening liquid that binds the powder. It becomes possible to form a three-dimensional object exhibiting a desired color.

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
A.装置構成:
B.本実施例の造形方法:
C.変形例:
C−1.第1の変形例:
C−2.第2の変形例:
C−3.第3の変形例:
Hereinafter, in order to clarify the contents of the present invention described above, examples will be described in the following order.
A. Device configuration:
B. Modeling method of this example:
C. Variations:
C-1. First modification:
C-2. Second modification:
C-3. Third modification:

A.装置構成 :
図1は、本実施例の三次元造形装置100の大まかな構成を示した説明図である。図示されているように、三次元造形装置100は、大きな枠体から構成され内部に三次元物体が造形される造形部10と、造形部10内に粉体による粉体層を形成する粉体層形成部20と、粉体同士を結合させる硬化液を粉体層に供給する硬化液供給部30と、粉体層に供給された硬化液に紫外光を照射して硬化液を硬化させる紫外光照射部50と、三次元造形装置100の全体の動作を制御するために各種の演算処理を行う演算処理部40などから構成されている。
A. Device configuration :
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a rough configuration of the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment. As shown in the figure, the three-dimensional modeling apparatus 100 includes a modeling unit 10 that is configured by a large frame and in which a three-dimensional object is modeled, and a powder that forms a powder layer of powder in the modeling unit 10. The layer forming unit 20, the curable liquid supply unit 30 for supplying a curable liquid for bonding powders to the powder layer, and the ultraviolet for irradiating the curable liquid supplied to the powder layer with ultraviolet light to cure the curable liquid. The light irradiation unit 50 and an arithmetic processing unit 40 that performs various arithmetic processes to control the entire operation of the three-dimensional modeling apparatus 100 are configured.

演算処理部40は、造形しようとする三次元物体の形状データを記憶しておくとともに、三次元物体を複数の断面で層状に切断して、各層での断面データを生成する断面データ生成部42と、得られた断面データに従って造形部10や、粉体層形成部20、硬化液供給部30の動作を制御する制御部44などから構成されている。制御部44は、断面データ生成部42から断面データを受け取ると、粉体層形成部20を駆動して造形部10内に粉体層を形成させ、硬化液供給部30を駆動して硬化液を断面データに従って粉体層に供給しながら、供給した硬化液に向かって紫外光を照射する。すると、紫外光によって硬化液が硬化して粉体同士を結合させることにより、造形部10内には、1層分の断面データに対応する断面形状の薄板状の部材(断面部材)が形成される。こうして1層分の断面部材が形成されたら、底面駆動部16を駆動して底面部14を少しだけ低下させる。次いで、断面データ生成部42から次の断面データを受け取って、断面部材を形成した粉体層の上に新たな粉体層を形成し、その上から硬化液を供給して紫外光を照射することにより、新たな断面部材を形成する。このように制御部44は、断面データ生成部42から各層の断面データを受け取ると、造形部10や、粉体層形成部20、硬化液供給部30、紫外光照射部50を駆動することにより、1層ずつ断面部材を形成して積層していく。   The arithmetic processing unit 40 stores shape data of a three-dimensional object to be modeled, and cuts the three-dimensional object into a plurality of cross sections to generate cross section data in each layer. And a control unit 44 that controls the operation of the modeling unit 10, the powder layer forming unit 20, and the curable liquid supply unit 30 in accordance with the obtained cross-sectional data. When the control unit 44 receives the cross-section data from the cross-section data generation unit 42, the control unit 44 drives the powder layer forming unit 20 to form a powder layer in the modeling unit 10, and drives the curable liquid supply unit 30 to drive the curable liquid. Is supplied to the powder layer according to the cross-sectional data, and ultraviolet light is irradiated toward the supplied curable liquid. Then, the curable liquid is cured by ultraviolet light and the powders are bonded to each other, whereby a thin plate-like member (cross-sectional member) having a cross-sectional shape corresponding to the cross-sectional data for one layer is formed in the modeling portion 10. The When the cross-sectional member for one layer is formed in this way, the bottom surface driving unit 16 is driven to slightly lower the bottom surface unit 14. Next, the next cross-section data is received from the cross-section data generation unit 42, a new powder layer is formed on the powder layer on which the cross-section member is formed, and a curable liquid is supplied from above to irradiate ultraviolet light. Thus, a new cross-sectional member is formed. As described above, when the control unit 44 receives the cross-section data of each layer from the cross-section data generation unit 42, the control unit 44 drives the modeling unit 10, the powder layer forming unit 20, the curable liquid supply unit 30, and the ultraviolet light irradiation unit 50. The cross-sectional members are formed and stacked one by one.

尚、断面データ生成部42は、CPUやROM、RAM、ハードディスクなどが相互にデータをやり取り可能に構成された周知のコンピュータを用いて構成することができる。また、制御部44は、断面データを変換して、造形部10や粉体層形成部20、硬化液供給部30への駆動信号を生成する専用のICチップを用いて構成することができる。もちろん、こうした変換をCPUやROM、RAMなどを用いて実行しても良い。この場合は、断面データ生成部42を構成するコンピュータに制御部44の機能を組み込んで、断面データ生成部42と制御部44とを一体に構成することも可能である。   The cross-section data generation unit 42 can be configured using a known computer in which a CPU, a ROM, a RAM, a hard disk, and the like are configured to exchange data with each other. Further, the control unit 44 can be configured using a dedicated IC chip that converts the cross-sectional data and generates a drive signal to the modeling unit 10, the powder layer forming unit 20, and the curable liquid supply unit 30. Of course, such conversion may be performed using a CPU, ROM, RAM, or the like. In this case, it is also possible to incorporate the function of the control unit 44 into the computer constituting the cross-section data generation unit 42 so that the cross-section data generation unit 42 and the control unit 44 are integrally configured.

造形部10は、上方から見ると矩形形状をした枠体12と、枠体12の底面を形成して上下方向に摺動可能な底面部14と、底面部14を上下方向に摺動させる底面駆動部16等から構成されており、枠体12と底面部14との間に形成された空間に三次元物体が造形される。また、底面駆動部16は制御部44からの制御によって、底面部14を正確に上下方向に移動させることが可能となっている。   The modeling unit 10 includes a frame body 12 that is rectangular when viewed from above, a bottom surface part 14 that forms the bottom surface of the frame body 12 and is slidable in the vertical direction, and a bottom surface that slides the bottom surface part 14 in the vertical direction. The three-dimensional object is formed in a space formed between the frame body 12 and the bottom surface portion 14. Further, the bottom surface driving unit 16 can accurately move the bottom surface portion 14 in the vertical direction under the control of the control unit 44.

粉体層形成部20は、粉体が収納されるホッパー22と、ホッパー22の下部で回転することにより粉体を一定量ずつ供給する粉体供給ローラ24と、粉体供給ローラ24から供給された粉体を一定厚さに伸展させて粉体層を形成する伸展ローラ26などから構成されている。ホッパー22や、粉体供給ローラ24、伸展ローラ26は図1の紙面に直角方向(Y方向)に延びるように形成されており、また粉体層形成部20は全体が、図1の紙面上で左右方向(X方向)に移動可能に構成されている。   The powder layer forming unit 20 is supplied from a hopper 22 in which powder is stored, a powder supply roller 24 that supplies powder by a fixed amount by rotating at a lower portion of the hopper 22, and a powder supply roller 24. The extending roller 26 is configured to extend the powder to a certain thickness to form a powder layer. The hopper 22, the powder supply roller 24, and the extension roller 26 are formed so as to extend in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 (Y direction), and the powder layer forming unit 20 is entirely on the paper surface of FIG. 1. It can be moved in the left-right direction (X direction).

粉体層を形成する際には、先ず初めに、粉体層形成部20を図1の左端に移動させる。このとき、形成する粉体層の厚さに相当する分だけ、底面駆動部16を駆動して底面部14の位置を下方(マイナスのY方向)に下げておく。そして、粉体供給ローラ24を回転させて、伸展ローラ26の前方に粉体を供給しながら、粉体層形成部20を右方向(プラスのX方向)に移動させる。伸展ローラ26は、進行方向に対して逆回転させておく。こうすると、伸展ローラ26は、余分な粉体を進行方向に蹴り出すようにしながら移動することになり、その結果、後方には、均一な厚さを有する粉体層が形成される。このとき、粉体の供給速度は、形成する粉体層の厚さおよび粉体層形成部20の移動速度に応じて、適切な供給速度に制御されている。また、伸展ローラ26の回転速度は、粉体層形成部20の移動速度に応じて適切な回転速度に制御されている。こうすることで、余分な粉体を進行方向に蹴り出して、常に適量分ずつの粉体を伸展させることが可能となり、その結果、粉体を過度に踏み固めてしまうことを回避することが可能となる。   When forming the powder layer, first, the powder layer forming unit 20 is moved to the left end of FIG. At this time, the bottom surface driving unit 16 is driven by an amount corresponding to the thickness of the powder layer to be formed, and the position of the bottom surface unit 14 is lowered downward (minus Y direction). Then, the powder supply roller 24 is rotated to move the powder layer forming unit 20 in the right direction (plus X direction) while supplying the powder in front of the extension roller 26. The extension roller 26 is rotated in the reverse direction with respect to the traveling direction. In this way, the extension roller 26 moves while kicking excess powder in the direction of travel, and as a result, a powder layer having a uniform thickness is formed behind. At this time, the supply speed of the powder is controlled to an appropriate supply speed according to the thickness of the powder layer to be formed and the moving speed of the powder layer forming unit 20. The rotation speed of the extension roller 26 is controlled to an appropriate rotation speed according to the moving speed of the powder layer forming unit 20. In this way, it is possible to kick out excess powder in the direction of travel and always extend the powder by an appropriate amount, and as a result, it is possible to avoid excessively treading the powder. It becomes possible.

硬化液供給部30は、粉体層に向けて硬化液を供給するための供給ヘッドと、硬化液を収容しておく収容部とが搭載されており、硬化液収容部34に収容された硬化液を、硬化液供給ヘッド32から粉体層に向けて供給することが可能となっている。   The curable liquid supply unit 30 includes a supply head for supplying the curable liquid toward the powder layer and a storage unit for storing the curable liquid, and the curing liquid stored in the curable liquid storage unit 34. The liquid can be supplied from the curable liquid supply head 32 toward the powder layer.

ここで、本実施例の硬化液供給ヘッド32には、いわゆるピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドが採用されている。ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドは、微細なノズル穴が設けられた圧力室を液体で満たしておき、ピエゾ素子を用いて圧力室の側壁を撓ませることによって、圧力室の容積減少分に相当する体積の液体を液滴として吐出することが可能である。本実施例の硬化液供給部30では、硬化液収容部34に収容された硬化液を、硬化液供給ヘッド32の圧力室に導いてピエゾ素子を駆動することによって、液滴状の硬化液を吐出することが可能となっている。   Here, as the curable liquid supply head 32 of this embodiment, a so-called piezo drive type droplet discharge head is employed. The piezo drive type droplet discharge head is equivalent to the volume reduction of the pressure chamber by filling the pressure chamber with fine nozzle holes with liquid and bending the side wall of the pressure chamber using a piezo element. It is possible to discharge a volume of liquid as droplets. In the curable liquid supply unit 30 of the present embodiment, the curable liquid stored in the curable liquid storage unit 34 is guided to the pressure chamber of the curable liquid supply head 32 to drive the piezo element, whereby the liquid curable liquid is obtained. It is possible to discharge.

ここで硬化液としては、モノマーと、モノマーが結合したオリゴマーとを主成分とする液体の樹脂材料と、紫外光が照射されると励起状態となってモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる重合開始剤との混合物が用いられている。また、ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドから液滴として吐出可能な程度の低粘度となるように、硬化液のモノマーは比較低分子量のモノマーが選択されており、更に1つのオリゴマーに含まれるモノマーの分子数も数分子程度に調整されている。そして、硬化液は、紫外光を浴びない限りは安定であるため、硬化液収容部34や硬化液供給ヘッド32の内部で硬化することなく、液滴として吐出することができるが、紫外光を浴びて重合開始剤が励起状態になると、モノマーが互いに重合してオリゴマーに成長し、またオリゴマー同士もところどころで重合して、速やかに硬化して固体となる性質を有している。   Here, as the curable liquid, a liquid resin material mainly composed of a monomer and an oligomer to which the monomer is bonded, and a polymerization that activates the monomer or oligomer when it is irradiated with ultraviolet light and starts polymerization. Mixtures with initiators are used. In addition, a monomer having a comparatively low molecular weight is selected as the monomer of the curable liquid so that it can be ejected as droplets from a piezo-driven droplet ejection head, and the monomer contained in one oligomer. The number of molecules is adjusted to about several molecules. Since the curable liquid is stable as long as it is not exposed to ultraviolet light, it can be ejected as droplets without being cured inside the curable liquid container 34 or the curable liquid supply head 32. When the polymerization initiator is brought into an excited state by being bathed, the monomers are polymerized with each other to grow into oligomers, and the oligomers are also polymerized in some places and quickly cured to become a solid.

また、粉体の表面には、硬化液内に含まれているものとは別のタイプの重合開始剤が付着されている。粉体の表面に付着された重合開始剤は、硬化液と接触するとモノマーあるいはオリゴマーに働きかけて重合を開始させる性質を有している。このため、粉体層に硬化液の液滴を供給すると、硬化液が粉体層の内部に浸透するとともに、粉体表面の重合開始剤に接触して硬化し、その結果、硬化液が吐出された部分では、粉体同士が硬化した硬化液によって結合された状態となる。   In addition, a different type of polymerization initiator than that contained in the curable liquid is attached to the surface of the powder. The polymerization initiator attached to the surface of the powder has the property of initiating polymerization by acting on a monomer or oligomer when it comes into contact with the curable liquid. For this reason, when a droplet of the curable liquid is supplied to the powder layer, the curable liquid penetrates into the powder layer and is cured by contact with the polymerization initiator on the powder surface. As a result, the curable liquid is discharged. In the part which was done, it will be in the state couple | bonded by the hardening | curing liquid with which powder was hardened.

また、硬化液供給部30は、制御部44の制御の元で、粉体層形成部20とは独立して、X方向(図1の紙面上で左右方向)およびY方向(図1の紙面に垂直方向)に移動させることが可能となっている。   Further, the curable liquid supply unit 30 is controlled by the control unit 44, independently of the powder layer forming unit 20, in the X direction (left and right direction on the paper surface of FIG. 1) and the Y direction (paper surface of FIG. 1). In the vertical direction).

紫外光照射部50は、Y方向(図1の紙面に垂直方向)に沿って設けられた細長い紫外光照射ランプと、紫外光が下方にのみ照射されるように紫外光照射ランプの三方を囲う紫外光遮蔽部材などから構成されている。紫外光照射部50は、制御部44からの制御によって点灯あるいは消灯するとともに、粉体層形成部20や硬化液供給部30と一緒にX方向(図1の紙面上で左右方向)に移動することによって、粉体層の全面にわたって均一に紫外光を照射することが可能となっている。   The ultraviolet light irradiation unit 50 surrounds the three sides of the elongated ultraviolet light irradiation lamp provided along the Y direction (perpendicular to the paper surface of FIG. 1) and the ultraviolet light irradiation lamp so that the ultraviolet light is irradiated only downward. An ultraviolet light shielding member is used. The ultraviolet light irradiation unit 50 is turned on or off under the control of the control unit 44, and moves in the X direction (left and right direction on the paper surface of FIG. 1) together with the powder layer forming unit 20 and the curable liquid supply unit 30. Thus, it is possible to uniformly irradiate ultraviolet light over the entire surface of the powder layer.

B.本実施例の造形方法 :
以上のような構成を有する本実施例の三次元造形装置100では、造形した三次元物体の表面をできるだけ平滑な表面とするために、次のような方法で造形している。以下、本実施例の三次元物体の造形方法について説明する。
B. Modeling method of this example:
In the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment having the above-described configuration, modeling is performed by the following method in order to make the surface of the modeled three-dimensional object as smooth as possible. Hereinafter, a method for forming a three-dimensional object according to the present embodiment will be described.

図2は、本実施例の三次元造形装置100が三次元物体を造形するために行う三次元造形処理の流れを示すフローチャートである。図示されているように、三次元造形処理を開始すると、先ず初めに、造形しようとする三次元物体の形状データを取得する(ステップS100)。次いで、その三次元物体の形状データから断面データを生成する(ステップS102)。ここで断面データとは、三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる複数のデータである。   FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the three-dimensional modeling process performed by the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment for modeling a three-dimensional object. As shown in the figure, when the three-dimensional modeling process is started, first, the shape data of the three-dimensional object to be modeled is acquired (step S100). Next, cross-sectional data is generated from the shape data of the three-dimensional object (step S102). Here, the cross-sectional data is a plurality of data obtained in each layer when a three-dimensional object is cut into layers in a plurality of cross sections.

図3は、三次元物体から断面データを生成している様子を概念的に示した説明図である。図3(a)には、三次元物体の形状データが概念的に示されている。図示した例では、造形しようとする三次元物体は、中央部が若干絞られた茶筒形状をしており、茶筒形状の上面および下面の中央には丸い大きな窓が形成されている。そして、茶筒形状の内部には、茶筒形状の内部を上下に仕切る仕切り板が設けられている。三次元物体を造形するにあたっては、予め、このような三次元の形状データを断面データ生成部42に記憶させておく。そして、三次元造形処理を開始すると、断面データ生成部42に記憶されている形状データの中から、指定された形状データを読み出した後(図2のステップS100)、読み出した三次元物体を、上面(あるいは下面)に平行な複数の断面で層状に切断することによって、図3(b)に示すような断面データを生成することができる(図2のステップS102)。こうして、断面データ生成部42では、各断面に相当する断面データが生成される。尚、断面を取る間隔は必ずしも等間隔である必要はないが、ここでは等間隔であるものとする。   FIG. 3 is an explanatory diagram conceptually showing a state in which cross-sectional data is generated from a three-dimensional object. FIG. 3A conceptually shows the shape data of the three-dimensional object. In the illustrated example, the three-dimensional object to be modeled has a tea tube shape with a slightly narrowed central portion, and large round windows are formed in the center of the upper and lower surfaces of the tea tube shape. And the partition plate which partitions off the inside of a tea cylinder shape up and down is provided in the inside of a tea cylinder shape. In modeling a three-dimensional object, such three-dimensional shape data is stored in advance in the cross-section data generation unit 42. Then, when the three-dimensional modeling process is started, after the designated shape data is read from the shape data stored in the cross-section data generation unit 42 (step S100 in FIG. 2), the read three-dimensional object is Cross-section data as shown in FIG. 3B can be generated by cutting into a plurality of sections parallel to the upper surface (or lower surface) (step S102 in FIG. 2). In this way, the cross-section data generation unit 42 generates cross-section data corresponding to each cross-section. In addition, although the space | interval which takes a cross section does not necessarily need to be equal intervals, it shall be equal intervals here.

次いで、制御部44は、断面データ生成部42で生成された複数の断面データの中から、一層分の断面データを読み出して(ステップS104)、その断面データを表面領域と内部領域とに分離する(ステップS106)。ここで、表面領域とは、造形しようとする三次元物体の表面となる部分および隣接する領域である。最も単純には、断面データに示される断面の輪郭およびその近傍を表面領域とすることができる。あるいは、図3(a)に示されるように、三次元物体の外表面を構成する部分およびその近傍のみを、表面領域としても良い。更には、三次元造形装置100の操作者が、断面データ生成部42のモニタ画面で確認しながら、三次元物体の表面を指定し、指定された表面を構成する部分およびその近傍を表面領域とすることも可能である。以下では、三次元物体の外表面および外表面から所定距離以内の領域が、表面領域に設定されているものとして説明する。   Next, the control unit 44 reads one layer of cross-section data from the plurality of cross-section data generated by the cross-section data generation unit 42 (step S104), and separates the cross-section data into a surface area and an internal area. (Step S106). Here, the surface region is a portion that is a surface of a three-dimensional object to be modeled and an adjacent region. Most simply, the contour of the cross section shown in the cross section data and its vicinity can be used as the surface area. Alternatively, as shown in FIG. 3A, only the portion constituting the outer surface of the three-dimensional object and its vicinity may be set as the surface region. Furthermore, the operator of the 3D modeling apparatus 100 designates the surface of the 3D object while confirming on the monitor screen of the cross-section data generation unit 42, and the portion constituting the designated surface and the vicinity thereof are defined as the surface region. It is also possible to do. In the following description, it is assumed that the outer surface of the three-dimensional object and a region within a predetermined distance from the outer surface are set as the surface region.

以上のように、一層分の断面データを表面領域と内部領域とに分離したら(ステップS106)、初めに、断面部材の表面領域の部分を形成する(ステップS108)。図4は、断面部材の表面領域の部分を形成する様子を、概念的に示した説明図である。図4(a)には、断面データの一部が拡大して示されている。図示されているように、本実施例の三次元造形装置100では、断面データが、外周面側の表面領域(細かい斜線を付して表示)と、それ以外の内部領域(粗い斜線を付して表示)とに分離されている。そして、本実施例の三次元造形装置100では、これらの領域を一度に形成するのではなく、先ず初めに表面領域の部分だけを形成するのである。   As described above, when the cross-sectional data for one layer is separated into the surface region and the internal region (step S106), first, a portion of the surface region of the cross-sectional member is formed (step S108). FIG. 4 is an explanatory view conceptually showing a state of forming a surface region portion of the cross-sectional member. FIG. 4A shows an enlarged part of the cross-sectional data. As shown in the figure, in the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment, the cross-sectional data includes a surface region on the outer peripheral surface side (displayed with fine oblique lines) and other internal regions (coarse oblique lines). And display). And in the three-dimensional modeling apparatus 100 of a present Example, these areas are not formed at once, but only the surface area part is formed first.

図4(b)には、断面部材の表面領域の部分を形成する様子が概念的に示されている。図示されているように、表面領域の部分は、粉体層を硬化液で固めるのではなく、硬化液を用いて形成する。すなわち、粉体層形成部20をプラスのX方向(紙面上では右方向)に移動させるが、このとき粉体は供給せず、粉体層も形成しない。そして、断面データに従って、硬化液供給ヘッド32から表面領域の部分に硬化液を吐出する。前述したように、硬化液供給ヘッド32には、インクジェットプリンタで用いられているピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドが採用されており、正確な位置に正確な分量だけ硬化液を吐出することが可能である。次いで、紫外光照射部50から紫外光を照射することによって、吐出した硬化液を硬化させる。この時、粉体は供給していないから、伸展ローラ26は空転状態となっている。このようにして硬化液を吐出し、吐出した硬化液に紫外光を照射しながら、粉体層形成部20、硬化液供給部30、および紫外光照射部50をプラスのX方向(紙面上では右方向)に移動させると、その後には、表面領域の部分にだけ、硬化液で形成された断面部材が、断面部材一層分の高さで凸状に形成されることになる。   FIG. 4B conceptually shows the formation of the surface region portion of the cross-sectional member. As shown in the drawing, the surface region portion is not formed by hardening the powder layer with the curable liquid, but is formed using the curable liquid. That is, the powder layer forming unit 20 is moved in the positive X direction (rightward on the paper surface), but at this time, no powder is supplied and no powder layer is formed. Then, according to the cross-sectional data, the curable liquid is discharged from the curable liquid supply head 32 to the surface region. As described above, the curable liquid supply head 32 employs the piezo drive type droplet discharge head used in the ink jet printer, and can discharge the curable liquid in an accurate amount at an accurate position. It is. Next, the discharged curable liquid is cured by irradiating ultraviolet light from the ultraviolet light irradiation unit 50. At this time, since the powder is not supplied, the extension roller 26 is in an idling state. In this way, the curable liquid is discharged, and while the discharged curable liquid is irradiated with ultraviolet light, the powder layer forming unit 20, the curable liquid supply unit 30, and the ultraviolet light irradiating unit 50 are moved in the positive X direction (on the paper surface). When moved in the right direction), thereafter, the cross-sectional member formed of the curable liquid is formed in a convex shape at a height of one cross-sectional member only in the surface region portion.

以上のようにして、断面部材の表面領域を形成したら、粉体層形成部20や、硬化液供給部30、および紫外光照射部50を左端の位置まで戻した後、粉体層を形成しながら硬化液を吐出することによって、断面部材の内部領域を形成する(ステップS110)。   When the surface region of the cross-sectional member is formed as described above, the powder layer forming unit 20, the curable liquid supply unit 30, and the ultraviolet light irradiation unit 50 are returned to the left end position, and then the powder layer is formed. Then, the internal region of the cross-sectional member is formed by discharging the curable liquid (step S110).

図5は、断面部材の内部領域の部分を形成する様子を、概念的に示した説明図である。図5(a)には、断面データの一部が拡大して示されている。また、図5(b)には、断面部材の内部領域の部分を形成する様子が概念的に示されている。図示されているように、内部領域を形成する際には、粉体供給ローラ24を用いて粉体を供給しながら伸展ローラ26を回転させることによって、粉体層を形成しつつ、断面データに従って内部領域の部分に硬化液を吐出することにより、粉体同士を結合させて内部領域の部分を形成する。前述したように、表面領域の部分には、硬化液による断面部材が一層分の高さで既に形成されているから、表面領域の部分に供給された粉体は、回転する伸展ローラ26によって前方に掻き出されるため、表面領域の部分には粉体層は形成されず、その他の部分に粉体層が形成される。こうして形成した粉体層の上から、断面データに従って内部領域の部分に硬化液を吐出する。前述したように、硬化液供給ヘッド32は極めて正確な位置に硬化液を吐出することが可能であり、従って、内部領域の部分だけに硬化液を吐出して粉体を結合させることができる。   FIG. 5 is an explanatory view conceptually showing the state of forming the internal region portion of the cross-sectional member. FIG. 5A shows an enlarged part of the cross-sectional data. Further, FIG. 5B conceptually shows a state of forming an internal region portion of the cross-sectional member. As shown in the drawing, when forming the internal region, the powder roller is supplied using the powder supply roller 24 and the extension roller 26 is rotated to form the powder layer, and in accordance with the cross-sectional data. By discharging the curable liquid to the inner region portion, the powders are bonded to form the inner region portion. As described above, since the cross-sectional member made of the curable liquid is already formed at a height of one layer in the surface region portion, the powder supplied to the surface region portion is moved forward by the rotating extension roller 26. Therefore, the powder layer is not formed in the surface region portion, and the powder layer is formed in the other portion. From above the powder layer thus formed, the curable liquid is discharged to the internal region according to the cross-sectional data. As described above, the curable liquid supply head 32 can discharge the curable liquid to a very accurate position. Therefore, it is possible to discharge the curable liquid only to the inner region and combine the powder.

また、本実施例の三次元造形装置100で用いられている硬化液には、特定の波長の電磁波(ここでは紫外光)が照射されると活性化して、硬化液内のモノマーやオリゴマーに働きかけて重合を開始させる重合開始剤が含まれているが、粉体粒子の表面にも別のタイプの重合開始剤が塗布されている。粉体粒子に塗布されている重合開始剤は、硬化液に触れると活性化して、モノマーやオリゴマーの重合を開始させる性質を有している。このため、粉体層に吐出された硬化液は、粉体の間を染み込んで行くとともに、粉体表面に触れた部分から重合を開始して、最終的には粉体同士を結合させる。   In addition, the curable liquid used in the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment is activated when irradiated with an electromagnetic wave having a specific wavelength (here, ultraviolet light), and acts on monomers and oligomers in the curable liquid. However, another type of polymerization initiator is also applied to the surface of the powder particles. The polymerization initiator applied to the powder particles is activated when it comes into contact with the curable liquid, and has a property of initiating polymerization of monomers and oligomers. For this reason, the curable liquid discharged to the powder layer soaks in between the powders, starts polymerization from the part touching the powder surface, and finally bonds the powders together.

ここで、電磁波による重合と、粉体表面の重合開始剤に触れることによる重合とでは、同じ重合でも、特性に若干の違いがある。すなわち、電磁波による重合では、電磁波に反応する重合開始剤が硬化液に均一に分散しているため、電磁波が照射されるとそれら重合開始剤が一斉に活性化して、重合が極めて短時間で完了する。一方、粉体表面の重合開始剤に接触することで開始される重合では、硬化液が粉体表面に接触している部分で重合が開始され、重合反応が進むにつれて、硬化液の内部(粉体表面に接していない部分)も重合するようになる。このため、硬化液全体としては、重合が完了するまでに比較的時間がかかる傾向にある。また、光による重合では、硬化液全体が同時に重合するので、モノマーやオリゴマーが重合している箇所が多く、そのため、極めて固い反面で脆い部材が形成される。これに対して、粉体表面の重合開始剤によって重合させた場合は、光による重合よりも、まばらな位置で重合するため割れ難く強い部材が形成される。   Here, there is a slight difference in characteristics between the polymerization by electromagnetic waves and the polymerization by touching the polymerization initiator on the powder surface even in the same polymerization. In other words, in polymerization using electromagnetic waves, polymerization initiators that react to electromagnetic waves are uniformly dispersed in the curable liquid. Therefore, when irradiated with electromagnetic waves, the polymerization initiators are activated all at once, and the polymerization is completed in a very short time. To do. On the other hand, in the polymerization started by contacting the polymerization initiator on the powder surface, the polymerization starts at the portion where the curable liquid is in contact with the powder surface, and as the polymerization reaction proceeds, The portion that is not in contact with the body surface) also polymerizes. For this reason, the curable liquid as a whole tends to take a relatively long time to complete the polymerization. Further, in the polymerization by light, since the entire curable liquid is polymerized at the same time, there are many portions where monomers and oligomers are polymerized, so that a brittle member is formed while being extremely hard. On the other hand, when the polymerization is carried out with the polymerization initiator on the powder surface, a strong member that is hard to break is formed because the polymerization is performed at sparse positions rather than polymerization by light.

以上のようにして、断面部材の内部領域を形成したら(ステップS110)、一層分の断面データに対応する断面部材を形成したことになるので、全断面データに対応する断面部材を形成したか否かを判断する(ステップS112)。そして、未だ断面部材を形成していない断面データが残っていると判断された場合は(ステップS112:no)、次の一層分の断面データを読み出した後(ステップS104)、読み出した断面データに対して、上述した一連の処理を行うことにより、その断面データに対応する断面部材を形成する。以上のような処理を繰り返して、全ての断面データに対応する断面部材を形成したと判断されたら(ステップS112:yes)、図2に示した本実施例の三次元造形処理を終了する。このとき、造形部10の中には、複数層の粉体層が積層されており、粉体層を積層する際に硬化液を吐出して形成した断面部材は互いに結合して一体となっている。そこで、造形部10の中から一体となった断面部材を取り出せば、硬化液によって結合されていない粉体は脱落するので、形状データに対応する三次元物体を得ることができる。   When the internal region of the cross-section member is formed as described above (step S110), the cross-section member corresponding to the cross-section data for one layer is formed. Is determined (step S112). And when it is judged that the cross-sectional data which has not yet formed the cross-sectional member still remain (step S112: no), after reading the cross-sectional data for the next layer (step S104), On the other hand, a cross-sectional member corresponding to the cross-sectional data is formed by performing the series of processes described above. When it is determined that the cross-section members corresponding to all the cross-section data have been formed by repeating the above-described process (step S112: yes), the three-dimensional modeling process of the present embodiment shown in FIG. At this time, a plurality of powder layers are laminated in the modeling portion 10, and the cross-sectional members formed by discharging the curable liquid when laminating the powder layers are combined and integrated. Yes. Therefore, if the integrated cross-section member is taken out from the modeling part 10, the powder that is not bonded by the curable liquid is dropped off, so that a three-dimensional object corresponding to the shape data can be obtained.

以上のようにして形成された三次元物体は、表面部分は粉体を用いずに、硬化液を硬化させることによって形成されている。このため、物体の表面に、粉体に起因した凹凸が発生することがなく、滑らかな表面に造形することが可能となる。また、三次元物体の内部は、硬化液を比較的ゆっくりと重合させているので、割れ難く、強い三次元物体を造形することが可能となる。更に、三次元物体の内部は、比較的ゆっくりと重合させているために、重合に伴って発生する歪みを良く制することも可能である。   The three-dimensional object formed as described above is formed by curing the curable liquid on the surface portion without using powder. For this reason, unevenness due to powder does not occur on the surface of the object, and modeling can be performed on a smooth surface. Further, since the inside of the three-dimensional object is polymerized with the curing liquid relatively slowly, it is difficult to break and it is possible to form a strong three-dimensional object. Furthermore, since the inside of the three-dimensional object is polymerized relatively slowly, it is possible to well control the strain generated by the polymerization.

C.変形例 :
上述した本実施例の三次元造形装置100には、種々の変形例が存在している。以下では、これら変形例について簡単に説明する。
C. Modified example:
Various modifications exist in the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment described above. Hereinafter, these modified examples will be briefly described.

C−1.第1の変形例 :
上述した実施例では、断面部材の表面領域を形成する硬化液と、内部領域を形成する硬化液とは、同じ硬化液を用いるものとして説明した。しかし、表面領域を形成するための専用の硬化液と、内部領域を形成するための専用の硬化液とを使用しても良い。このとき、表面領域用の硬化液は、比較的粘度が高い硬化液が望ましく、内部領域用の硬化液は、比較的粘度の低い硬化液が望ましい。硬化液の粘度が高ければ、表面部分に一層分の高さの断面部材の凸状に形成することが容易となる。また、硬化液の粘度が低ければ、粉体層に吐出したときに、粉体の間に万遍なく染み込んで、確実に粉体同士を結合させることが可能となる。
C-1. First modification:
In the above-described embodiments, the curable liquid that forms the surface region of the cross-sectional member and the curable liquid that forms the internal region are described as using the same curable liquid. However, a dedicated curing liquid for forming the surface region and a dedicated curing liquid for forming the internal region may be used. At this time, the curable liquid for the surface region is desirably a curable liquid having a relatively high viscosity, and the curable liquid for the internal region is desirably a curable liquid having a relatively low viscosity. If the viscosity of the curable liquid is high, it becomes easy to form the convex portion of the cross-sectional member having a height of one layer on the surface portion. Further, if the viscosity of the curable liquid is low, when discharged to the powder layer, it can be soaked between the powders and the powders can be reliably bonded to each other.

また、表面領域用の硬化液としては、できるだけ少ない電磁波でも重合を開始するような硬化液を用いることが望ましい。こうすれば、電磁波(ここでは紫外線)を照射するためのエネルギーを節約することが可能になるとともに、電磁波の照射部が大型化することも回避することが可能となる。   Further, as the curable liquid for the surface region, it is desirable to use a curable liquid that initiates polymerization with as little electromagnetic waves as possible. In this way, energy for irradiating electromagnetic waves (here, ultraviolet rays) can be saved, and an increase in the size of the electromagnetic wave irradiation section can be avoided.

更に加えて、表面領域用の硬化液としては、粉体との親和性ができるだけ低い硬化液を用いることが望ましく、内部領域用の硬化液は、親和性のできるだけ高い硬化液を用いることが望ましい。粉体との親和性が低い硬化液であれば(できれば、粉体によってはじかれるような硬化液であれば)、表面領域を形成するために吐出した硬化液が、下側に形成されている粉体層の中に染み出して、物体の表面がザラザラした感じになってしまうことを回避することが可能となる。また、粉体との親和性が高い硬化液は、粉体層に吐出したときに、粉体の間に万遍なく染み込むので、粉体同士を確実に結合させることが可能となる。   In addition, it is desirable to use a curable liquid having a low affinity with the powder as the curable liquid for the surface region, and it is desirable to use a curable liquid having a high affinity as much as possible for the internal region. . If the curable liquid has a low affinity with the powder (preferably if it is a curable liquid repelled by the powder), the curable liquid discharged to form the surface region is formed on the lower side. It can be avoided that the powder surface oozes out and the surface of the object becomes rough. Further, since the curable liquid having high affinity with the powder penetrates uniformly between the powders when discharged to the powder layer, the powders can be reliably bonded to each other.

また、上述したように、表面領域用の硬化液と内部領域用の硬化液とを搭載した場合は、電磁波の照射部(ここでは紫外光照射部50)の直ぐ前側(進行方向側)に、表面領域用の硬化液を吐出する硬化液供給ヘッドを設け、その更に前側に、内部領域用の硬化液を吐出する硬化液供給ヘッドを設けることとしても良い。図6は、それぞれの硬化液を吐出する硬化液供給ヘッドが、このような順序で搭載されている第1の変形例を例示した説明図である。図示するように、紫外光照射部50の前方には、硬化液供給ヘッド32が設けられており、その前方には硬化液供給ヘッド36が設けられている。そして、硬化液供給ヘッド32には硬化液収容部34から硬化液が供給され、この硬化液収容部34には、表面領域用の硬化液が収納されている。また、硬化液供給ヘッド36には硬化液収容部38から硬化液が供給され、この硬化液収容部38には、内部領域用の硬化液が収納されている。表面領域用の硬化液を吐出する硬化液供給ヘッド32と、内部領域用の硬化液を吐出する硬化液供給ヘッド36とを、このような順序で配列しておけば、硬化液供給ヘッド32から表面領域用の硬化液を吐出した直後に、紫外光照射部50を照射して硬化液を硬化させることができる。このため、硬化液が周りに広がる前に硬化させることができるので、硬化液による断面部材を適切な位置に形成することが可能となる。   Further, as described above, when the curable liquid for the surface region and the curable liquid for the internal region are mounted, immediately on the front side (traveling direction side) of the electromagnetic wave irradiation part (here, the ultraviolet light irradiation part 50), A curable liquid supply head that discharges the curable liquid for the surface area may be provided, and a curable liquid supply head that discharges the curable liquid for the internal area may be further provided on the front side thereof. FIG. 6 is an explanatory view illustrating a first modified example in which the curable liquid supply heads for discharging the respective curable liquids are mounted in this order. As shown in the drawing, a curable liquid supply head 32 is provided in front of the ultraviolet light irradiation unit 50, and a curable liquid supply head 36 is provided in front of it. The curable liquid supply head 32 is supplied with a curable liquid from a curable liquid storage portion 34, and the curable liquid storage portion 34 stores a curable liquid for the surface region. Further, the curable liquid supply head 36 is supplied with a curable liquid from a curable liquid storage unit 38, and the curable liquid storage unit 38 stores a curable liquid for the internal region. If the curable liquid supply head 32 for discharging the curable liquid for the surface area and the curable liquid supply head 36 for discharging the curable liquid for the internal area are arranged in this order, the curable liquid supply head 32 Immediately after discharging the curable liquid for the surface region, the curable liquid can be cured by irradiating the ultraviolet light irradiation unit 50. For this reason, since it can harden | cure before a hardening liquid spreads around, it becomes possible to form the cross-sectional member by a hardening liquid in a suitable position.

C−2.第2の変形例 :
以上に説明した実施例では、硬化液供給部30を1回移動させる間に、断面部材の表面領域の部分を形成するものとして説明した。すなわち、硬化液を吐出して紫外光を照射することで、直ちに一層分の高さに相当する断面部材を形成するものとして説明した。しかし、硬化液供給部30を何度も移動させて、1回移動させるたびに少しずつ硬化液を吐出しては紫外光を照射して硬化させる操作を繰り返すことによって、一層分の高さに相当する断面部材を形成するものとしてもよい。こうすれば、三次元物体の表面の部分では、より薄い断面部材を積層するのと同じことになるので、より滑らかな表面に造形することが可能となる。
C-2. Second modification:
In the embodiment described above, it has been described that the surface region portion of the cross-sectional member is formed while the curable liquid supply unit 30 is moved once. That is, it has been described that a cross-sectional member corresponding to a height of one layer is immediately formed by discharging the curable liquid and irradiating with ultraviolet light. However, by moving the curable liquid supply unit 30 many times, each time the curable liquid supply unit 30 is moved once, the curable liquid is ejected little by little and the operation of curing by irradiating with ultraviolet light is repeated, thereby further increasing the height. Corresponding cross-sectional members may be formed. By doing so, the surface portion of the three-dimensional object is the same as stacking the thinner cross-sectional members, so that it is possible to form a smoother surface.

C−3.第3の変形例 :
更には、少なくとも表面領域を形成するための硬化液は、硬化後に透明になる硬化液を用いることとしても良い。こうすれば、粉体の色がそのまま現れた三次元物体を造形することが可能となる。また、粉体を結合させるために用いる硬化液を、色つきの硬化液を用いた場合には、内部領域の色がそのまま表面に現れた三次元物体を得ることができる。更には、粉体を結合するための硬化液として、C(シアン)色や、M(マゼンタ)色、Y(イエロ)色に着色した硬化液をそれぞれ用意しておき、表面領域を形成するための硬化液は、硬化後に透明となる硬化液を用いることとしても良い。こうすれば、粉体を結合させる際に、C(シアン)色、M(マゼンタ)色、Y(イエロ)色の硬化液を適切な割合で供給することで、内部領域に所望の色彩を付与することができ、透明に形成された表面を通して、内部の色彩がそのまま現れた三次元物体を造形することが可能となる。
C-3. Third modification:
Furthermore, as the curable liquid for forming at least the surface region, a curable liquid that becomes transparent after curing may be used. By doing so, it is possible to form a three-dimensional object in which the color of the powder appears as it is. In addition, when a colored curable liquid is used as the curable liquid used for bonding the powder, a three-dimensional object in which the color of the inner region appears on the surface as it is can be obtained. In addition, in order to form a surface region, a curing liquid colored in C (cyan), M (magenta), or Y (yellow) is prepared as a curing liquid for bonding powders. As the curable liquid, a curable liquid that becomes transparent after curing may be used. In this way, when the powders are combined, a desired color is imparted to the internal region by supplying C (cyan), M (magenta), and Y (yellow) curable liquids at appropriate ratios. It is possible to form a three-dimensional object in which the internal color appears as it is through the transparent surface.

以上、本実施例の三次元造形装置100について説明したが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。   Although the three-dimensional modeling apparatus 100 of the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to all the embodiments described above, and can be implemented in various modes without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上述した実施例では、表面領域を形成するための硬化液としては、紫外光によって重合を開始する硬化液を用いた場合について説明した。しかし、空気中の水分(あるいは酸素など)に触れると速やかに重合を開始する硬化液(例えば、瞬間接着剤など)を用いることとしても良い。   For example, in the above-described embodiments, the case where a curable liquid that starts polymerization with ultraviolet light is used as the curable liquid for forming the surface region has been described. However, it is also possible to use a curing liquid (for example, an instantaneous adhesive) that starts polymerization immediately when it comes into contact with moisture (or oxygen, etc.) in the air.

本実施例の三次元造形装置の大まかな構成を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the rough structure of the three-dimensional modeling apparatus of a present Example. 本実施例の三次元造形処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the three-dimensional modeling process of a present Example. 断面データを生成している様子を概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the mode that the cross-section data are produced | generated. 断面部材の表面領域を形成する様子を概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the mode that the surface area of a cross-sectional member was formed. 断面部材の内部領域を形成する様子を概念的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed notionally the mode that the internal region of a cross-sectional member was formed. 表面領域用の硬化液と内部領域用の硬化液とが搭載された第1の変形例の三次元造形装置を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the three-dimensional modeling apparatus of the 1st modification in which the hardening liquid for surface areas and the hardening liquid for internal areas were mounted.

符号の説明Explanation of symbols

10…造形部、 12…枠体、 14…底面部、 16…底面駆動部、
20…粉体層形成部、 22…ホッパー、 24…粉体供給ローラ、
26…伸展ローラ、 28…吸引ポンプ、 30…硬化液供給部、
32…硬化液供給ヘッド、 34…硬化液収容部、 40…演算処理部、
42…断面データ生成部、 44…制御部、 100…三次元造形装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Modeling part, 12 ... Frame, 14 ... Bottom face part, 16 ... Bottom face drive part,
20 ... powder layer forming part, 22 ... hopper, 24 ... powder supply roller,
26 ... Extension roller, 28 ... Suction pump, 30 ... Curing liquid supply unit,
32 ... Curing liquid supply head, 34 ... Curing liquid storage unit, 40 ... Calculation processing unit,
42 ... Cross-section data generation unit, 44 ... Control unit, 100 ... Three-dimensional modeling apparatus

Claims (4)

粉体を硬化液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形装置であって、
前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶手段と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成手段と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記硬化液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成手段と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記硬化液を供給することで新たな断面部材を形成して、先に形成された断面部材の上に順次積層することによって、前記三次元物体を造形する三次元物体造形手段と
を備え、
前記断面部材形成手段は、
前記断面部材の中で前記三次元物体の表面に相当する部分を、先に形成した断面部材の上に前記硬化液を供給して硬化させることによって形成した後、
前記表面部分以外の部分に前記粉体層を形成し、前記断面データに従って前記硬化液を供給して粉体を結合させることによって、前記断面部材の残余の部分を形成する手段である三次元造形装置。
A three-dimensional modeling apparatus for modeling a three-dimensional object by bonding powders together with a curing liquid,
Shape data storage means for storing shape data of the three-dimensional object;
Cross-sectional data generating means for generating cross-sectional data obtained in each layer when the three-dimensional object is cut into layers in a plurality of cross sections;
The powder is spread to a substantially uniform thickness to form a powder layer, and the curable liquid is supplied to the powder layer according to the cross-sectional data, which corresponds to the cross-sectional shape of one layer of the three-dimensional object. Cross-sectional member forming means for forming a cross-sectional member to be
A new powder layer is formed on the powder layer on which the cross-sectional member is formed, and a new cross-sectional member is formed by supplying the curable liquid according to the cross-sectional data to the new powder layer, Three-dimensional object modeling means for modeling the three-dimensional object by sequentially laminating on the cross-sectional member formed in advance,
The cross-section member forming means includes
After forming the portion corresponding to the surface of the three-dimensional object in the cross-sectional member by supplying the curing liquid onto the previously formed cross-sectional member and curing it,
Three-dimensional modeling, which is a means for forming the remaining portion of the cross-sectional member by forming the powder layer in a portion other than the surface portion, supplying the curable liquid according to the cross-sectional data, and bonding the powder apparatus.
請求項1に記載の三次元造形装置であって、
前記硬化液は、所定波長の電磁波が照射されることによって硬化する液体であり、
前記断面部材を形成するために供給された前記硬化液に、前記所定波長の電磁波を照射する電磁波照射手段を備える三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1,
The curable liquid is a liquid that cures when irradiated with electromagnetic waves of a predetermined wavelength,
A three-dimensional modeling apparatus comprising electromagnetic wave irradiation means for irradiating the curable liquid supplied to form the cross-sectional member with an electromagnetic wave having the predetermined wavelength.
前記硬化液は、硬化後は透明になる液体である請求項1に記載の三次元造形装置。   The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the curable liquid is a liquid that becomes transparent after curing. 粉体を硬化液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形方法であって、
前記三次元物体の形状データを記憶しておく形状データ記憶工程と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成工程と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記硬化液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成工程と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記硬化液を供給することで新たな断面部材を形成して、先に形成された断面部材の上に順次積層する断面部材積層工程と
を備え、
前記断面部材形成工程は、
前記断面部材の中で前記三次元物体の表面に相当する部分を、先に形成した断面部材の上に前記硬化液を供給して硬化させることによって形成した後、
前記表面部分以外の部分に前記粉体層を形成し、前記断面データに従って前記硬化液を供給して粉体を結合させることによって、前記断面部材の残余の部分を形成する工程である三次元造形方法。
A three-dimensional modeling method for modeling a three-dimensional object by bonding powders together with a curing liquid,
A shape data storage step for storing shape data of the three-dimensional object;
A cross-section data generation step for generating cross-section data obtained in each layer when the three-dimensional object is cut into layers in a plurality of cross sections;
The powder is spread to a substantially uniform thickness to form a powder layer, and the curable liquid is supplied to the powder layer according to the cross-sectional data, which corresponds to the cross-sectional shape of one layer of the three-dimensional object. A cross-section member forming step for forming a cross-section member to be performed;
A new powder layer is formed on the powder layer on which the cross-sectional member is formed, and a new cross-sectional member is formed by supplying the curable liquid according to the cross-sectional data to the new powder layer, A cross-sectional member laminating step of sequentially laminating on the cross-sectional member formed in advance,
The cross-section member forming step includes
After forming the portion corresponding to the surface of the three-dimensional object in the cross-sectional member by supplying the curing liquid onto the previously formed cross-sectional member and curing it,
Three-dimensional modeling, which is a step of forming the remaining portion of the cross-sectional member by forming the powder layer on a portion other than the surface portion, supplying the curable liquid according to the cross-sectional data, and bonding the powder. Method.
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