JP5088695B2 - 3D modeling method and 3D modeling apparatus - Google Patents

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本発明は、シート材を積層して3次元形状の立体モデルを作成する立体造形方法および立体造形装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus that create a three-dimensional model by stacking sheet materials.

従来、3次元形状の立体モデルを作成する立体造形方法としては、UV硬化樹脂を立体モデルの断面形状にレーザで硬化させて積層モデルの各層を形成する光造形法、粉末材料をレーザで溶着し固化させて積層モデルの各層を形成する粉末焼結法、熱可塑性材料を加熱しノズルから押し出して堆積させることにより積層モデルの各層を形成する溶融物堆積法、紙などのシート材をモデルの断面形状にカットして積層し接着することにより積層モデルを形成するシート積層法、などが提案されている。   Conventionally, as a three-dimensional modeling method for creating a three-dimensional model of a three-dimensional shape, an optical modeling method in which each layer of a laminated model is formed by curing a UV curable resin to a cross-sectional shape of a three-dimensional model, and a powder material is welded by a laser. Powder sintering method that solidifies to form each layer of the laminated model, melt deposition method that forms each layer of the laminated model by heating and extruding the thermoplastic material from the nozzle, and cross-section of the sheet material such as paper A sheet lamination method that forms a lamination model by cutting, laminating, and adhering to a shape has been proposed.

上記の方法のうち、光造形法、粉末焼結法、溶融物堆積法の各方法は、レーザ照射装置や樹脂槽、成形品の表面を洗浄する設備、あるいは溶融樹脂供給設備などを備えた大型で高価な装置が必要であった。また、特殊な材料を用いるために施設内の換気が必要であり、装置荷重や動作時の振動などに対応するために床の補強が必要になる場合もあった。従って、一般的なオフィスに設置するのは困難であった。また、樹脂材料等を硬化させるための時間が長く、造形に時間がかかってしまっていた。これに対し、シート積層法は一般的な材料である紙などを材料とすることができるため、上記各方法よりも簡易かつ小型な装置で実現できる。   Among the above methods, the stereolithography method, the powder sintering method, and the melt deposition method are each a large-scale apparatus equipped with a laser irradiation device, a resin tank, equipment for cleaning the surface of a molded product, or equipment for supplying a molten resin. And expensive equipment was required. In addition, because special materials are used, ventilation in the facility is necessary, and floor reinforcement may be necessary to cope with equipment load and vibration during operation. Therefore, it was difficult to install in a general office. In addition, the time for curing the resin material and the like is long, and it takes time for modeling. On the other hand, since the sheet lamination method can be made of paper, which is a general material, it can be realized with a simpler and smaller apparatus than the above methods.

シート積層法により立体造形を行う装置の例としては、特許文献1に記載されているものがある。特許文献1のシート積層造形装置では、シートロールから引き出した接着剤塗布済みの連続シートをテーブル上の所定位置に搬送して裁断し、裁断後のカットシートを加圧加熱板によってテーブル側に押圧し加熱して下の層と接着する。その後、XYプロッタによって切断用カッターを所望の輪郭形状に沿って動かし、接着済みのカットシートからモデルの断面形状を切り抜くと共に、モデルの輪郭よりも外側にあるシート材の不要部分を格子状に切断する。特許文献1のシート積層造形装置は、このような動作をシート積層数だけ繰り返し、最後にブロック状にカットされたシート材の不要部分を除去することにより、シート積層体を所望の立体形状に成形することができる。
特開2001−301060号公報
An example of an apparatus that performs three-dimensional modeling by a sheet lamination method is described in Patent Document 1. In the sheet additive manufacturing apparatus of Patent Document 1, the adhesive-coated continuous sheet drawn from the sheet roll is conveyed to a predetermined position on the table and cut, and the cut sheet after cutting is pressed to the table side by a pressure heating plate. And heated to adhere to the lower layer. After that, the cutting cutter is moved along the desired contour shape with the XY plotter, and the cross-sectional shape of the model is cut out from the bonded cut sheet, and unnecessary portions of the sheet material outside the contour of the model are cut into a lattice shape. To do. The sheet laminate modeling apparatus of Patent Document 1 repeats such an operation as many as the number of laminated sheets, and finally removes unnecessary portions of the sheet material cut into a block shape, thereby forming the sheet laminate into a desired three-dimensional shape. can do.
JP 2001-301060 A

しかしながら、特許文献1に記載のシート積層法による立体造形装置は、カッティング手段としてカッター刃を用いており、取り扱いに注意を要する。また、カッター刃の向きを変えながら走査する必要があり、精密なカッティングを行うには時間がかかる。また、各層を接着するために予め接着剤を塗布したシート材を準備する必要があり、シート材の不要部分まで接着しているために接着剤の消費量が多いという問題点があった。   However, the three-dimensional modeling apparatus based on the sheet lamination method described in Patent Document 1 uses a cutter blade as a cutting means, and requires care in handling. In addition, it is necessary to scan while changing the direction of the cutter blade, and it takes time to perform precise cutting. Moreover, in order to adhere | attach each layer, it was necessary to prepare the sheet | seat material which apply | coated the adhesive previously, and since the unnecessary part of the sheet | seat material was adhere | attached, there existed a problem that the consumption amount of an adhesive agent was large.

また、特許文献1の立体造形装置では、カラー立体造形を行うためには予めシート材に着色しておくか、造形後に着色工程を行う必要がある。よって、そのための機材等が別途必要になり、カラー立体モデルの作成に時間がかかる。また、造形後に着色を行う方法では、カラー立体モデルの内部への着色が困難であるという問題点があった。   Moreover, in the three-dimensional modeling apparatus of patent document 1, in order to perform color three-dimensional modeling, it is necessary to color a sheet material beforehand or to perform a coloring process after modeling. Therefore, additional equipment is required for this purpose, and it takes time to create a color three-dimensional model. Further, the method of coloring after modeling has a problem that it is difficult to color the interior of the color three-dimensional model.

本発明の課題は、このような点に鑑みて、安全かつ簡素な構成の装置により、短時間で精密な立体モデルを作成することが可能な立体造形方法および立体造形装置を提案することにある。   An object of the present invention is to propose a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus capable of creating a precise three-dimensional model in a short time with an apparatus having a safe and simple configuration in view of such points. .

また、本発明の他の課題は、シート積層法による立体モデルの造形と着色を同一装置内で同時進行で行うことにより、カラー立体モデルを短時間で完成させることができ、且つ、カラー立体モデルの内部への着色や精密な着色が可能な立体造形方法および立体造形装置を提案することにある。   Another object of the present invention is to complete a color three-dimensional model in a short time by performing modeling and coloring of the three-dimensional model by the sheet lamination method simultaneously in the same apparatus, and the color three-dimensional model The object is to propose a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus capable of coloring inside and precise coloring.

上記の課題を解決するために、本発明の立体造形方法は、
シート材を積層して立体モデルを形成する立体造形方法であって、
各層のシート材を積層するときに、
各層のシート材における前記立体モデルの断面の少なくとも一部をその上下の層のシート材と接着すると共に、
各層における前記立体モデルの輪郭線に沿って液滴吐出ヘッドを用いてシート材溶解液を滴下して、前記輪郭線に沿って前記シート材を切断可能にすることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the three-dimensional modeling method of the present invention is:
A three-dimensional modeling method for forming a three-dimensional model by laminating sheet materials,
When laminating the sheet material of each layer,
While adhering at least part of the cross section of the three-dimensional model in the sheet material of each layer with the sheet material of the upper and lower layers,
A sheet material solution is dropped using a droplet discharge head along the contour line of the three-dimensional model in each layer, so that the sheet material can be cut along the contour line.

本発明では、このように、各層のシート材を積層するときに、シート材溶解液を液滴吐出ヘッドから滴下することにより、立体モデルの輪郭線に沿ってシート材を切断可能にしている。これにより、カッター刃などの刃物を用いることなく、安全かつ速やかにカッティング作業を行うことができ、短時間で精密な立体モデルを作成することができる。また、各層のシート材をその上下の層のシート材と全面接着せず、必要な部分だけ接着することができるので、接着剤を節約することができる。   In the present invention, as described above, when the sheet materials of the respective layers are stacked, the sheet material can be cut along the contour line of the three-dimensional model by dropping the sheet material solution from the droplet discharge head. Accordingly, the cutting operation can be performed safely and promptly without using a cutter such as a cutter blade, and a precise three-dimensional model can be created in a short time. In addition, since the sheet material of each layer is not bonded to the entire surface of the sheet material of the upper and lower layers, only necessary portions can be bonded, so that the adhesive can be saved.

本発明において、各層のシート材をその上下の層のシート材と接着するときには、下層側のシート材の上の少なくとも一部に前記シート材溶解液または接着剤を滴下して溶着または接着するか、あるいは、上層側のシート材の少なくとも一部に上から加熱押圧して熱圧着させるとよい。このような接着方法によれば、必要な部分だけを容易に接着することができる。また、シート材溶解液または接着剤を滴下する場合には、シート材に予め接着剤などを塗布しておく必要がない。また、サーマルヘッドなどの熱圧着手段を必要としないので、立体造形に用いる機材を削減でき、小型かつ簡素な構成の装置で立体造形を行うことができる。   In the present invention, when the sheet material of each layer is bonded to the sheet material of the upper and lower layers, the sheet material solution or adhesive is dropped on at least a part of the lower layer sheet material to be welded or bonded. Alternatively, at least a part of the sheet material on the upper layer side may be heated and pressed from above to be thermocompression bonded. According to such a bonding method, only necessary portions can be bonded easily. In addition, when the sheet material solution or adhesive is dropped, it is not necessary to apply an adhesive or the like to the sheet material in advance. Further, since no thermocompression bonding means such as a thermal head is required, the equipment used for the three-dimensional modeling can be reduced, and the three-dimensional modeling can be performed with a small and simple apparatus.

本発明において、着色対象の層のシート材を積層した後、次の層のシート材が積層される前に、前記着色対象の層のシート材の着色部位に前記液滴吐出ヘッドまたは別体の液滴吐出ヘッドを用いて着色用溶液を滴下して、前記着色部位を着色するとよい。このようにすれば、積層体の任意の層への着色を積層時に行うことができるので、別途着色工程を行う必要がない。よって、短時間で、着色済みの立体モデルを作成することができる。また、この方法によれば、積層後の着色が困難な立体モデルの外部表面以外の部分(内部層の部分)の着色も可能になる。また、液滴吐出ヘッドを用いることにより、フルカラーの着色および微細なパターンの着色を行うことが可能になる。更に、カッティングと着色、接着をいずれも液滴吐出ヘッドにより行うことができるので、必要な機材を削減でき、装置の簡素化および小型化が可能となる。   In the present invention, after the sheet material of the layer to be colored is laminated, before the sheet material of the next layer is laminated, the droplet discharge head or the separate member is placed on the colored portion of the sheet material of the layer to be colored. The colored portion may be colored by dropping a coloring solution using a droplet discharge head. In this way, since any layer of the laminate can be colored at the time of lamination, it is not necessary to perform a separate coloring step. Therefore, a colored three-dimensional model can be created in a short time. Further, according to this method, it is possible to color a portion other than the outer surface of the three-dimensional model that is difficult to color after lamination (a portion of the inner layer). Further, by using the droplet discharge head, full color and fine pattern can be colored. Further, since cutting, coloring, and bonding can be performed by the droplet discharge head, necessary equipment can be reduced, and the apparatus can be simplified and downsized.

本発明において、前記輪郭線に沿って滴下される着色用溶液の浸透部分が前記シート材を貫通して形成されるように前記着色用溶液の滴下量を決定するとよい。このようにすると、輪郭線に沿って切断されたシート材の端面部分全体に溶液が浸透するので、立体モデルの表面に、シート材の端面部分が部分的に未着色の状態で現れることがない。   In this invention, it is good to determine the dripping amount of the said solution for coloring so that the osmosis | permeation part of the solution for coloring dripped along the said outline may be formed through the said sheet | seat material. If it does in this way, since a solution osmose | permeates the whole end surface part of the sheet | seat material cut | disconnected along the outline, the end surface part of a sheet | seat material does not appear in an uncolored state on the surface of a three-dimensional model. .

本発明において、前記シート材溶解液の滴下に先行して、前記輪郭線に沿って前記液滴吐出ヘッドまたは別体の液滴吐出ヘッドを用いて前処理液を滴下して浸透させ、前記前処理液が浸透した部分と浸透していない部分との境界部分に前記シート材溶解液を滴下するとよい。輪郭線に沿って先に前処理液を浸透させることにより、当該浸透部分にシート材溶解液が拡散しないようにすることができる。よって、輪郭線に沿ってシャープな切断加工を行うことができ、より精密な立体造形を行うことができる。   In the present invention, prior to the dropping of the sheet material solution, a pretreatment liquid is dropped and permeated using the droplet discharge head or a separate droplet discharge head along the contour line, and the front The sheet material solution may be dropped at a boundary portion between the portion where the treatment liquid has penetrated and the portion where the treatment liquid has not penetrated. By allowing the pretreatment liquid to permeate first along the contour line, the sheet material solution can be prevented from diffusing into the permeation portion. Therefore, a sharp cutting process can be performed along the contour line, and more precise three-dimensional modeling can be performed.

本発明において、全ての層を積層した後に、前記輪郭線に沿って各層のシート材を切断して、前記シート材の不要部分を除去するとよい。このように、最後に一括して不要部分を除去するようにすれば、立体造形に要する時間を短縮することができる。また、本発明ではシート材を必要部分のみ接着しており不要部分までは接着していないので、最後に一括してシート材の不要部分を分断させて引き剥がす作業が容易である。   In this invention, after laminating | stacking all the layers, it is good to cut | disconnect the sheet material of each layer along the said outline, and to remove the unnecessary part of the said sheet material. In this way, if unnecessary parts are removed collectively at the end, the time required for three-dimensional modeling can be shortened. Further, in the present invention, only the necessary part of the sheet material is adhered and not the unnecessary part is adhered, so that the unnecessary part of the sheet material is finally divided and peeled off at the end.

ここで、本発明における前記シート材は水溶性バインダーおよび製紙用繊維材を含有している水溶紙であり、前記シート材溶解液は水である。このように、水溶紙を用いれば、化学薬品などを用いずに、取り扱いが容易で安全な水によってシート材を溶解させることができる。また、水溶性溶液を吐出する印刷用の液滴吐出ヘッドを水の滴下用に兼用することができるので、水溶性溶液による着色と水の滴下による切断加工を同一の液滴吐出ヘッドで行うことができる。   Here, the sheet material in the present invention is water-soluble paper containing a water-soluble binder and a fiber material for papermaking, and the sheet material solution is water. In this way, when water-soluble paper is used, the sheet material can be dissolved with water that is easy to handle and safe without using chemicals. In addition, since the printing droplet discharge head that discharges the water-soluble solution can be used for dripping water, coloring with the water-soluble solution and cutting processing by dripping water are performed with the same droplet discharge head. Can do.

次に、本発明の立体造形装置は、
シート材溶解液を滴下する液滴吐出ヘッドと、
当該液滴吐出ヘッドに対向している滴下位置にシート材を搬送して積層させるシート材搬送機構と、
前記立体モデルの形状データが入力される制御部と、を有し、
当該制御部は、前記形状データに基づいて前記液滴吐出ヘッドおよび前記シート材搬送機構を制御することにより、上述の本発明による立体造形方法によって前記立体モデルを形成することを特徴としている。
Next, the three-dimensional modeling apparatus of the present invention
A droplet discharge head for dropping a sheet material solution;
A sheet material transport mechanism for transporting and stacking the sheet material to a dropping position facing the liquid droplet ejection head;
A control unit to which shape data of the three-dimensional model is input,
The control unit is characterized in that the three-dimensional model is formed by the three-dimensional modeling method according to the present invention described above by controlling the droplet discharge head and the sheet material transport mechanism based on the shape data.

本発明の立体造形装置において、着色用溶液を滴下する液滴吐出ヘッドを有し、当該液滴吐出ヘッドは、前記シート材溶解液を滴下する液滴吐出ヘッドと同一あるいは別体の液滴吐出ヘッドであり、前記制御部には前記立体モデルの着色データが入力され、前記制御部は、当該着色データに基づき、着色対象の層のシート材への着色を、次の層のシート材が積層される前に行うように構成するとよい。このような装置構成により、着色された立体モデルを短時間で作成することができ、積層後の着色が困難な立体モデルの表層以外の部分(内部層の部分)の着色も可能となる。また、液滴吐出ヘッドを用いることにより、微細なパターンの着色を行うことが可能になる。また、カッティングと着色、接着をいずれも液滴吐出ヘッドにより行うことができるので、必要な機材を削減でき、装置の簡素化および小型化が可能となる。   The three-dimensional modeling apparatus of the present invention has a droplet discharge head for dropping a coloring solution, and the droplet discharge head is the same or separate from the droplet discharge head for dropping the sheet material solution. The control unit is supplied with coloring data of the three-dimensional model, and the control unit performs coloring on the sheet material of the layer to be colored based on the coloring data, and the sheet material of the next layer is laminated. It may be configured to be performed before being performed. With such an apparatus configuration, a colored three-dimensional model can be created in a short time, and coloring of portions other than the surface layer (inner layer portion) of the three-dimensional model that is difficult to color after stacking is also possible. Further, by using the droplet discharge head, it is possible to color a fine pattern. In addition, since cutting, coloring, and bonding can be performed by the droplet discharge head, necessary equipment can be reduced, and the apparatus can be simplified and downsized.

本発明によれば、カッターなどの刃物を用いることなく、安全かつ速やかにシート材のカッティング作業を行うことができ、短時間で精密な立体モデルを作成することができる。また、各層のシート材をその上下の層のシート材と全面接着せず、必要な部分だけ接着しているので、接着剤を節約することができる。   According to the present invention, a sheet material can be cut safely and promptly without using a cutter such as a cutter, and a precise three-dimensional model can be created in a short time. Moreover, since the sheet material of each layer is not adhered to the entire upper and lower layer sheet materials, but only necessary portions are adhered, the adhesive can be saved.

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態に係る立体造形装置および立体造形方法について説明する。   Below, with reference to drawings, the three-dimensional model | molding apparatus and three-dimensional model | molding method which concern on embodiment of this invention are demonstrated.

(シート材)
本実施形態の立体造形装置はシート積層法により立体モデルを成形するための装置である。そこで、まず、積層材料となるシート材Sについて説明する。シート材Sは、木材パルプ繊維などの製紙用繊維材に水溶性バインダーを加えて抄紙などの製紙方法によりシート状に成形した特殊紙である。このシート材Sは、水(シート材溶解液)により溶解する水溶紙であり、シート積層法による立体形成に適した厚さおよび強度を有している。
(Sheet material)
The three-dimensional modeling apparatus of this embodiment is an apparatus for forming a three-dimensional model by a sheet lamination method. First, the sheet material S that is a laminated material will be described. The sheet material S is a special paper that is formed into a sheet by a papermaking method such as papermaking by adding a water-soluble binder to a papermaking fiber material such as wood pulp fiber. This sheet material S is water-soluble paper that dissolves with water (sheet material solution), and has a thickness and strength suitable for three-dimensional formation by the sheet lamination method.

より詳しく説明すると、シート材Sは、水が浸透した部分の水溶性バインダーが溶解してパルプ繊維間の水素結合が解消することにより、水が浸透した部分はばらばらになったパルプ繊維だけが残り、脆弱化した状態になる。従って、シート材Sの上から線状に水を滴下することにより線状の水の浸透部分を形成し、当該浸透部分をシート材Sの裏側まで貫通させることにより、この浸透部分を切断線としてシート材を切断可能になる。   More specifically, in the sheet material S, the water-soluble binder in the portion in which water has permeated dissolves and the hydrogen bond between the pulp fibers is dissolved, so that only the pulp fiber in which the water infiltrate is separated remains. , Become vulnerable. Therefore, by dripping water linearly from above the sheet material S, a linear water permeation portion is formed, and by penetrating the permeation portion to the back side of the sheet material S, this permeation portion is used as a cutting line. Sheet material can be cut.

なお、シート材Sとして、水溶性のでんぷんやゼラチン、PVAなどの水溶性樹脂をフィルム状に成形したものを用いても良い。また、溶解温度を適宜設定可能なPVOHなどの水溶性樹脂を用いてもよい。この場合、溶解温度に温度制御した水を滴下することにより、シート材を切断可能にすることができる。   The sheet material S may be formed by forming a water-soluble resin such as water-soluble starch, gelatin, or PVA into a film shape. Moreover, you may use water-soluble resin, such as PVOH which can set dissolution temperature suitably. In this case, the sheet material can be cut by dropping water whose temperature is controlled to the melting temperature.

(立体造形装置)
次に、立体造形装置について説明する。図1は、立体造形装置の概略構成図である。立体造形装置1は、装置フレーム内に設けられた昇降可能な積層台2と、ロール紙状に巻かれたシート材Sを転動可能に保持している給紙部3と、給紙部3から繰り出される一定幅の連続紙状のシート材Sをシート材搬送経路4に沿って送り出し、積層台2の上の積層位置まで搬送する搬送機構5と、搬送機構5によって積層台2の上に位置合わせされたシート材Sを所定長さに切断する切断機構6と、積層台2の上にノズル面を向けて配置された液滴吐出ヘッド7と、液滴吐出ヘッド7を搭載するヘッドキャリッジ8およびその駆動機構9と、これらの各機構を制御する制御部10などを備えている。
(3D modeling equipment)
Next, the three-dimensional modeling apparatus will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional modeling apparatus. The three-dimensional modeling apparatus 1 includes a stackable table 2 provided in an apparatus frame, a sheet feeding unit 3 that holds a sheet material S wound in a roll paper shape in a rollable manner, and a sheet feeding unit 3. A continuous paper-like sheet material S having a constant width fed from the sheet material is fed along the sheet material conveyance path 4 and conveyed to the stacking position on the stacking table 2. A cutting mechanism 6 that cuts the aligned sheet material S to a predetermined length, a droplet discharge head 7 that is disposed on the stacking table 2 with the nozzle surface facing, and a head carriage on which the droplet discharge head 7 is mounted. 8 and its drive mechanism 9, and a control unit 10 for controlling these mechanisms.

また、立体造形装置1は、各種溶液や水、あるいは接着剤などを封入した複数個の液体パックを収容したカートリッジ11を装着するためのカートリッジ装着部12を備えている。カートリッジ11をカートリッジ装着部12に装着すると、カートリッジ装着部12側に設けられた供給針がカートリッジ11内の液体パックの供給口に差込接続される。供給針は液滴吐出ヘッド7から延びる可撓性の供給流路に接続されているので、液滴吐出ヘッド7のノズルに液体パック内の各液体が供給される。   Further, the three-dimensional modeling apparatus 1 includes a cartridge mounting portion 12 for mounting a cartridge 11 containing a plurality of liquid packs in which various solutions, water, adhesives, or the like are sealed. When the cartridge 11 is mounted on the cartridge mounting portion 12, the supply needle provided on the cartridge mounting portion 12 side is inserted and connected to the supply port of the liquid pack in the cartridge 11. Since the supply needle is connected to a flexible supply channel extending from the droplet discharge head 7, each liquid in the liquid pack is supplied to the nozzle of the droplet discharge head 7.

積層台2は、水平な積層面2aを備えており、図示しない昇降機構によって積層面2aを上下動させ、積層面2aの高さを調整可能に構成されている。積層面2aは、作成する立体モデルの平面形状に合わせて切断される矩形等のシート材Sを重ねて積層可能な大きさに形成されており、この積層面2aの上にシート材Sの積層位置が設定されている。   The stacking table 2 includes a horizontal stacking surface 2a, and is configured to be able to adjust the height of the stacking surface 2a by moving the stacking surface 2a up and down by a lifting mechanism (not shown). The laminated surface 2a is formed in such a size that a sheet material S such as a rectangle that is cut in accordance with the planar shape of the three-dimensional model to be created can be laminated, and the sheet material S is laminated on the laminated surface 2a. The position is set.

搬送機構5は、給紙部3から送り出されるシート材Sをシート材搬送経路4上の所定位置で把持する紙送りローラ対を備えており、この紙送りローラ対を紙送りモータによって同期して正逆方向に回転駆動させることにより、シート材搬送経路4に沿って前進方向あるいは後退方向にシート材Sを搬送する。   The transport mechanism 5 includes a pair of paper feed rollers for gripping the sheet material S fed from the paper feed unit 3 at a predetermined position on the sheet material transport path 4, and the paper feed roller pair is synchronized by a paper feed motor. The sheet material S is conveyed in the forward or backward direction along the sheet material conveyance path 4 by being rotationally driven in the forward and reverse directions.

切断機構6は、可動刃および固定刃を備えた鋏式のものである。切断機構6は、搬送機構5により積層面2a上の積層位置に位置合わせされたシート材Sに向かって可動刃を動かし、当該シート材Sを、その先端から所定長さの位置で幅方向に切断する。なお、切断機構6は鋏式のものに限定されず、他の機構を用いても良い。例えば、液滴吐出ヘッド7を後述する駆動機構9により切断機構6による切断位置まで移動可能に構成して、切断位置で水を滴下してシート材Sを切断してもよい。   The cutting mechanism 6 is a scissors type having a movable blade and a fixed blade. The cutting mechanism 6 moves the movable blade toward the sheet material S aligned with the stacking position on the stacking surface 2a by the transport mechanism 5, and moves the sheet material S in the width direction at a position of a predetermined length from the tip. Disconnect. Note that the cutting mechanism 6 is not limited to a saddle type, and other mechanisms may be used. For example, the droplet discharge head 7 may be configured to be movable to a cutting position by the cutting mechanism 6 by a driving mechanism 9 described later, and the sheet material S may be cut by dripping water at the cutting position.

駆動機構9は、液滴吐出ヘッド7を搭載したヘッドキャリッジ8を水平面内で自由に移動させることが可能なXYプロッタ機構を備えている。これにより、積層台2の上で任意の経路に沿って液滴吐出ヘッド7を動かし、液滴吐出ヘッド7のノズルから積層台2上の任意の位置にインクや水溶液、水などの各種液体を滴下することができる。   The drive mechanism 9 includes an XY plotter mechanism that can freely move the head carriage 8 on which the droplet discharge head 7 is mounted within a horizontal plane. As a result, the droplet discharge head 7 is moved along an arbitrary path on the stacking table 2, and various liquids such as ink, aqueous solution, and water are placed at arbitrary positions on the stacking table 2 from the nozzles of the droplet discharging head 7. Can be dripped.

立体造形装置1の制御部10には、ホストコンピュータなどの外部装置13から、作成する立体モデルMの形状データや、その着色部位および着色パターンを示す着色データが入力される。また、シート材Sの厚さや寸法、材質などのデータが入力される。なお、シート材Sの厚さや寸法は、立体造形装置1内のセンサで検出することにより取得してもよい。制御部10は、これらの形状データや着色データ等に基づいてヘッドドライバを介して液滴吐出ヘッド7を駆動制御することにより、形状データや着色データにおいて指示された種類の液体を液滴吐出ヘッド7のノズルから滴下することができる。   The control unit 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1 is input with shape data of the three-dimensional model M to be created and coloring data indicating the colored portion and the coloring pattern from an external device 13 such as a host computer. Further, data such as the thickness, dimensions, and material of the sheet material S is input. Note that the thickness and size of the sheet material S may be acquired by detecting with a sensor in the three-dimensional modeling apparatus 1. The control unit 10 drives and controls the droplet discharge head 7 via a head driver based on the shape data, coloring data, and the like, so that the type of liquid indicated in the shape data and coloring data is supplied to the droplet discharge head. It can be dripped from 7 nozzles.

制御部10は、モータドライバを介して、駆動機構9のX軸モータおよびY軸モータ、搬送機構5の紙送りモータ、あるいは切断機構6のカットモータなどを駆動制御する。また、制御部10は、シート材搬送経路4に沿って、あるいは積層台2に設けられた検出センサ等の出力により、搬送中のシート材Sの先端位置などを把握可能に構成されている。これにより、シート材Sを積層面2a上の積層位置に正確に位置合わせして積層することができる。また、形状データによって指示された寸法に切断機構6でシート材Sを切断し、積層することができる。また、各層のシート材S上の指定された位置に、液滴吐出ヘッド7のノズルを位置合わせすることができる。   The control unit 10 drives and controls the X-axis motor and Y-axis motor of the drive mechanism 9, the paper feed motor of the transport mechanism 5, the cut motor of the cutting mechanism 6, and the like via a motor driver. Further, the control unit 10 is configured to be able to grasp the position of the leading edge of the sheet material S being conveyed along the sheet material conveyance path 4 or by the output of a detection sensor or the like provided on the stacking table 2. Thereby, the sheet material S can be accurately aligned and stacked at the stacking position on the stacking surface 2a. In addition, the sheet material S can be cut and stacked by the cutting mechanism 6 to the dimensions indicated by the shape data. In addition, the nozzles of the droplet discharge head 7 can be aligned with specified positions on the sheet material S of each layer.

また、制御部10は、積層台2の昇降機構の駆動源であるモータをモータドライバを介して駆動制御することにより、積層台2にシート材Sが積層される毎に、積層されたシート材Sの厚さに応じて積層面2aを下降させる。あるいは、シート材Sの積層体の最上面の位置をセンサ等で検出して、最上面の位置を所定の高さに位置合わせするように積層面2aを下降させてもよい。これにより、最上層のシート材Sと液滴吐出ヘッド7のノズルとの距離を一定に保つことができ、最上層に積層されたシート材Sに、液滴吐出ヘッド7によるインク等の滴下を正確に行うことができる。   Further, the control unit 10 drives and controls a motor that is a drive source of the lifting mechanism of the stacking table 2 via a motor driver, so that the stacked sheet material S is stacked each time the sheet material S is stacked on the stacking table 2. The laminated surface 2a is lowered according to the thickness of S. Alternatively, the position of the uppermost surface of the laminate of the sheet material S may be detected by a sensor or the like, and the laminated surface 2a may be lowered so as to align the position of the uppermost surface with a predetermined height. Accordingly, the distance between the uppermost sheet material S and the nozzles of the droplet discharge head 7 can be kept constant, and ink or the like is dropped by the droplet discharge head 7 onto the sheet material S stacked on the uppermost layer. Can be done accurately.

このように、立体造形装置1の制御部10は、積層台2の上で加工工程を行うときは、シート材Sの積層体の各層を加工内容に応じた高さに位置合わせするように積層台2を上下動させることができる。なお、後述するようにシート間の接着を熱圧着により行うために、シート材Sの所望の部分を加熱可能なサーマルヘッド14(図5参照)を追加した構成にしてもよい。   Thus, when performing the processing step on the stacking table 2, the control unit 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1 stacks the layers of the stacked body of the sheet material S so as to align with the height according to the processing content. The table 2 can be moved up and down. As will be described later, a thermal head 14 (see FIG. 5) capable of heating a desired portion of the sheet material S may be added in order to bond the sheets by thermocompression bonding.

(立体造形方法)
次に、上記構成の立体造形装置1による立体造形方法について説明する。図2(a)はシート材の積層体における各層の平面図、図2(b)はシート材の積層体の断面図、図3(a)〜(f)はシート材の積層工程の説明図である。なお、図2(b)では、シート材Sの積層体S0の積層数を簡略化して3層にしている。また、図2(b)に示す輪郭線L1〜L3は、積層体S0の各層の高さにおける立体モデルMの輪郭線である。
(Three-dimensional modeling method)
Next, the three-dimensional modeling method by the three-dimensional modeling apparatus 1 having the above configuration will be described. 2A is a plan view of each layer in the sheet material laminate, FIG. 2B is a cross-sectional view of the sheet material laminate, and FIGS. 3A to 3F are explanatory diagrams of the sheet material lamination process. It is. In FIG. 2B, the number of stacked layers S0 of the sheet material S is simplified to be three layers. Moreover, contour lines L1 to L3 illustrated in FIG. 2B are contour lines of the three-dimensional model M at the height of each layer of the stacked body S0.

まず、外部装置13において、CADプログラム等を用いて立体モデルMの3次元形状データを作成し、立体造形装置1に出力する。また、外部装置13から、造形材料であるシート材Sの厚さtや紙幅などの各種情報を立体造形装置1に出力する。立体造形装置1の制御部10は、外部装置13から入力された3次元形状データから立体モデルMの3次元形状を解析した後、この3次元形状を、シート材Sの厚さtを1層の高さとして高さ方向にスライスして分割する。そして、スライスした各層ごとに、この3次元形状の輪郭線すなわち立体モデルMの輪郭線Lの形状をイメージデータに展開し、バッファに格納する。なお、外部装置13側で立体モデルMを厚さtでスライスした各層における輪郭線Lの形状データを作成して、立体造形装置1に出力してもよい。   First, in the external device 13, three-dimensional shape data of the three-dimensional model M is created using a CAD program or the like, and is output to the three-dimensional modeling device 1. Further, the external device 13 outputs various information such as the thickness t of the sheet material S that is a modeling material and the paper width to the three-dimensional modeling device 1. The control unit 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1 analyzes the three-dimensional shape of the three-dimensional model M from the three-dimensional shape data input from the external device 13, and then converts the thickness t of the sheet material S into one layer. Is divided into slices in the height direction. Then, for each sliced layer, this three-dimensional outline, that is, the shape of the outline L of the three-dimensional model M, is developed into image data and stored in a buffer. In addition, the shape data of the contour line L in each layer obtained by slicing the solid model M with the thickness t on the external device 13 side may be created and output to the solid modeling apparatus 1.

次に、制御部10は、積層台2の積層面2aの上に1層目(最下層)のシート材を積層する。制御部10は、図3(a)に示すように、搬送機構5を制御して給紙部3から繰り出したシート材Sを積層面2a上まで搬送して積層位置に位置合わせした後、切断機構6によって所定の寸法に切断して矩形のカットシートを形成し、積層面2aの上に載置した状態にする。なお、給紙部3に予め定型にカットされたカットシート状のシート材Sをセットしておく場合には、切断工程および切断機構6を省略できる。   Next, the control unit 10 laminates the first (lowermost) sheet material on the lamination surface 2 a of the lamination table 2. As shown in FIG. 3A, the control unit 10 controls the conveyance mechanism 5 to convey the sheet material S fed from the paper feeding unit 3 to the lamination surface 2a and align it at the lamination position, and then cuts the sheet material S. A rectangular cut sheet is formed by cutting to a predetermined size by the mechanism 6 and placed on the laminated surface 2a. Note that when the cut sheet-like sheet material S that has been cut into a fixed shape in advance is set in the paper feeding unit 3, the cutting step and the cutting mechanism 6 can be omitted.

図3(b)に示すように、1層目のシート材S1における立体モデルの輪郭線L1の形状に応じて積層台2上で液滴吐出ヘッド7を水平方向に動かし、液滴吐出ヘッド7の水滴下用のノズルから、輪郭線L1に沿って1層目のシート材S1の上に水を滴下する。これにより、輪郭線L1に沿って水の浸透部分B1を形成する。このとき、水の浸透部分B1がシート材Sを貫通するように各位置における水の滴下量を制御する。   As shown in FIG. 3B, the droplet discharge head 7 is moved in the horizontal direction on the stacking table 2 in accordance with the shape of the contour line L1 of the three-dimensional model in the first sheet material S1. Water is dripped onto the first-layer sheet material S1 along the outline L1 from the water dripping nozzle. Thereby, the penetration part B1 of water is formed along the outline L1. At this time, the dripping amount of water at each position is controlled so that the water penetration portion B1 penetrates the sheet material S.

続いて、制御部10は、図3(c)に示すように、輪郭線L1に囲まれたシート材Sの必要部分S1a(立体モデルMの断面形状の部分)の上の所定位置に、液滴吐出ヘッドの接着剤滴下用のノズルからシート材接着用の接着剤を滴下する。あるいは、接着剤の代わりにごく微量の水を滴下して、滴下位置におけるシート材S1aの表面をわずかに溶解させる。   Subsequently, as shown in FIG. 3C, the control unit 10 places the liquid at a predetermined position on the necessary portion S1a (the cross-sectional portion of the three-dimensional model M) of the sheet material S surrounded by the contour line L1. An adhesive for adhering the sheet material is dropped from an adhesive dropping nozzle of the droplet discharge head. Alternatively, a very small amount of water is dropped instead of the adhesive to slightly dissolve the surface of the sheet material S1a at the dropping position.

1層目の積層作業が完了した後に、制御部10は、積層台2の昇降機構を制御して、積層面2aをシート材Sの厚さtだけ下降させる。次に、制御部10は、1層目のシート材S1の上に、2層目のシート材S2を積層する。すなわち、図3(d)に示すように、1層目のときと同様に搬送機構5を制御してシート材Sを1層目のシート材S1の上に位置合わせした後、切断機構6によって1層目と同一位置でシート材Sを切断する。これにより、1層目と同一形状のカットシートが1層目の上に積層された状態になる。2層目のシート材S2は、1層目のシート材S1の所定位置に滴下された接着剤により、1層目と部分的に接着される。あるいは、シート材S1の溶解部分との溶着により、1層目と部分的に接着される。   After the first layer stacking operation is completed, the control unit 10 controls the lifting mechanism of the stacking table 2 to lower the stacking surface 2a by the thickness t of the sheet material S. Next, the control unit 10 stacks the second-layer sheet material S2 on the first-layer sheet material S1. That is, as shown in FIG. 3D, the sheet feeding mechanism 5 is controlled to align the sheet material S on the first layer sheet material S <b> 1 in the same manner as in the first layer, and then is cut by the cutting mechanism 6. The sheet material S is cut at the same position as the first layer. Thereby, the cut sheet having the same shape as the first layer is laminated on the first layer. The second-layer sheet material S2 is partially bonded to the first layer by an adhesive dropped on a predetermined position of the first-layer sheet material S1. Alternatively, it is partially bonded to the first layer by welding with the melted portion of the sheet material S1.

続いて、図3(e)に示すように、2層目のシート材S2における立体モデルMの輪郭線L2の形状に応じて液滴吐出ヘッド7を移動させ、輪郭線L2に沿って水を滴下して、2層目のシート材S2に輪郭線L2に沿って水の浸透部分B2を形成する。浸透部分B2は、浸透部分B1と同様にシート材S2を貫通するように形成する。その後、図3(f)に示すように、輪郭線L2に囲まれたシート材S2の必要部分S2a上の所定位置に接着剤あるいは微量の水を滴下する。   Subsequently, as shown in FIG. 3 (e), the droplet discharge head 7 is moved according to the shape of the contour line L2 of the three-dimensional model M in the second-layer sheet material S2, and water is supplied along the contour line L2. It dripped and forms the water permeation | transmission part B2 along the outline L2 in the sheet material S2 of the 2nd layer. The penetration portion B2 is formed so as to penetrate the sheet material S2 similarly to the penetration portion B1. Thereafter, as shown in FIG. 3 (f), an adhesive or a small amount of water is dropped onto a predetermined position on the necessary portion S2a of the sheet material S2 surrounded by the contour line L2.

3層目は、2層目の場合と全く同様に積層して2層目の上に接着された後、その上に3層目のシート材S3における立体モデルMの輪郭線L3に沿って水を滴下して、水の浸透部分B3を形成する。3層目がシート材S3の積層体の最上層である場合には、これで積層体の形成を終了するが、さらに多数の層を積層する場合には、接着剤あるいは水を滴下する工程、シート材Sの積層と切断を行う工程、輪郭線Lに沿って水を滴下する工程、の3工程を、積層数だけ繰り返す。   The third layer is laminated in the same manner as the second layer and bonded onto the second layer, and then the water is formed along the contour line L3 of the three-dimensional model M in the third-layer sheet material S3. Is dropped to form a water permeation portion B3. When the third layer is the uppermost layer of the laminate of the sheet material S3, the formation of the laminate is completed with this, but when a larger number of layers are laminated, a step of dripping an adhesive or water, The three steps of stacking and cutting the sheet material S and dropping water along the contour line L are repeated for the number of stacks.

以上の工程により、各層におけるシート材Sがそれぞれ輪郭線Lの位置で切断可能になり、且つ、各層のシート材Sが上下の層のシート材と接着され一体化されているシート材Sの積層体S0が形成される。そこで、この積層体S0を立体造形装置1から取り出した後、不要部分のシート材Sをまとめて引き剥がすなどして除去することにより、積層体S0から立体モデルMの部分だけをくりぬいて、立体モデルMを完成させることができる。このとき、各層のシート材Sの不要部分同士は接着されていないので、容易に除去することができる。よって、凹凸のある輪郭形状の立体モデルを容易に完成させることができる。なお、不要部分がバラバラとなり除去作業に時間を要する場合、不要部分間を接着してある程度の塊として除去できるようにしてもよい。また、水の滴下時にシート材Sの不要部分に適宜水を滴下しておくようにすれば、不要部分のシート材Sを分割でき、除去作業が容易になる。   Through the above-described steps, the sheet material S in each layer can be cut at the position of the contour line L, and the sheet material S in each layer is laminated and integrated with the upper and lower layer sheet materials. A body S0 is formed. Then, after taking out this laminated body S0 from the three-dimensional model | molding apparatus 1, it removes only the part of the three-dimensional model M from the laminated body S0 by removing the sheet | seat material S of an unnecessary part collectively by peeling off, etc. Model M can be completed. At this time, since unnecessary portions of the sheet material S of each layer are not bonded to each other, they can be easily removed. Therefore, it is possible to easily complete a contoured solid model having irregularities. In addition, when an unnecessary part falls apart and time is required for the removal operation, the unnecessary part may be bonded so that it can be removed as a certain mass. Moreover, if water is appropriately dropped onto unnecessary portions of the sheet material S when water is dropped, the unnecessary portion of the sheet material S can be divided, and the removal work becomes easy.

輪郭線Lの位置で切断したシート材Sの端部は鋭利な切断面ではなく、水では溶解しないパルプ繊維などが長く飛び出した部分が毛羽立った状態になることもある。そこで、不要部分のシート材Sを除去した後の立体モデルMの表面にサンドペーパーなどによって磨き処理を施して滑らかにし、その上にコーティング剤を塗って表面補強を行うなどの表面仕上げを行っても良い。このようにすると、立体モデルMの劣化を抑制することができ、耐水性を有する立体モデルMを作成することができる。   The edge part of the sheet material S cut | disconnected in the position of the outline L is not a sharp cut surface, and the part which the pulp fiber etc. which did not melt | dissolve with water protrude | jumped out long may become fluffy. Therefore, the surface of the three-dimensional model M after removing the unnecessary portion of the sheet material S is smoothed by polishing with sandpaper or the like, and surface finishing is performed by applying a coating agent on the surface and reinforcing the surface. Also good. If it does in this way, degradation of solid model M can be controlled and solid model M which has water resistance can be created.

このように、本実施形態では、液滴吐出ヘッド7から水を滴下することにより、各層の高さにおける立体モデルMの輪郭線Lに沿ってシート材Sを切断可能にしている。従って、安全かつ速やかに各層のシート材Sのカッティング作業を行うことができ、短時間で精密な立体モデルMを作成することができる。また、各層のシート材Sをその上下の層のシート材Sと全面接着せず、必要な部分だけ接着しているので、接着剤を節約できる。また、サーマルヘッドなどの熱圧着手段を必要としないので、立体造形に用いる機材を削減でき、装置の構成を簡素化し小型化することができる。   Thus, in this embodiment, the sheet material S can be cut along the contour line L of the three-dimensional model M at the height of each layer by dropping water from the droplet discharge head 7. Accordingly, it is possible to safely and promptly perform the cutting work of the sheet material S of each layer, and it is possible to create a precise three-dimensional model M in a short time. In addition, since the sheet material S of each layer is not bonded to the entire surface of the sheet material S of the upper and lower layers, but only necessary portions are bonded, the adhesive can be saved. Further, since no thermocompression bonding means such as a thermal head is required, the equipment used for three-dimensional modeling can be reduced, and the configuration of the apparatus can be simplified and reduced in size.

(精密加工方法)
水の滴下によるカッティング方法では、水が輪郭線Lの線幅からはみ出した形状に拡散して浸透してしまうと、切断後のシート材Sの縁部分は水が浸透した部分が欠けた形状になってしまう。従って、各層のシート材Sを輪郭線Lの位置で精密に切断するためには、輪郭線Lに囲まれた立体モデルMの断面部分の内側に水の浸透部分がはみ出さないようにする必要がある。以下、このような精密加工方法について説明する。
(Precision processing method)
In the cutting method by dripping water, when water diffuses and penetrates into a shape protruding from the line width of the contour line L, the edge portion of the sheet material S after cutting has a shape in which the portion into which water has penetrated is missing. turn into. Therefore, in order to accurately cut the sheet material S of each layer at the position of the contour line L, it is necessary to prevent the water permeating portion from protruding inside the cross-sectional portion of the three-dimensional model M surrounded by the contour line L. There is. Hereinafter, such a precision processing method will be described.

まず、水の滴下制御による精密加工方法について説明する。浸透部分Bの形状は、制御部10による水の滴下位置と滴下タイミング、および滴下量の制御によってコントロール可能である。具体的には、輪郭線L上の各位置に一度に滴下する水の量をごく微量にして、微量の滴下を所定時間以上の時間間隔で複数回行うように立体造形装置1の各部を制御する。このようにすると、最初に滴下された水は、シート材Sの面方向にはそれほど拡がらない。そして、所定時間経過後(最初の水が浸透した後)に滴下した次の微量の水は、シート材Sの面方向には拡がらず、厚さ方向に浸透してゆく。従って、輪郭線Lの線幅からはみ出さない細い浸透部分Bを形成することができ、切断後のシート材Sの端辺部分をシャープな形状にすることができる。このように、1回に滴下する液滴量と滴下回数、および時間間隔を、シート材Sの材質、厚さなどに応じて適宜設定することにより、浸透部分Bの形状を適宜コントロールして精密なカッティングを行うことができる。   First, the precision processing method by water dripping control is demonstrated. The shape of the permeation portion B can be controlled by controlling the dropping position and dropping timing of the water and the dropping amount by the control unit 10. Specifically, the amount of water dripped at each position on the contour line L is extremely small, and each part of the three-dimensional modeling apparatus 1 is controlled so that a small amount of dripping is performed a plurality of times at a time interval of a predetermined time or more. To do. If it does in this way, the water dripped initially will not spread so much in the surface direction of the sheet material S. And the next trace amount of water dripped after predetermined time progress (after the first water permeates) does not spread in the surface direction of the sheet material S, but permeates in the thickness direction. Therefore, a thin permeation portion B that does not protrude from the line width of the contour line L can be formed, and the edge portion of the sheet material S after cutting can be sharpened. As described above, by appropriately setting the amount of droplets to be dropped at one time, the number of times of dropping, and the time interval according to the material, thickness, and the like of the sheet material S, the shape of the permeation portion B is appropriately controlled to be precise. Cutting can be performed.

次に、水の浸透領域を限定する精密加工方法について説明する。水の滴下位置の近傍にすでにインクなどの他の液体が浸透していると、滴下した水は他の液体が浸透している部分には拡散しにくい。このことを利用して、輪郭線Lに沿って予め他の液体(前処理液)を滴下して浸透させておく前処理を行い、その後に輪郭線L上に水を滴下することにより、水の浸透範囲を限定することができる。   Next, a precision processing method for limiting the water permeation region will be described. If another liquid such as ink has already penetrated in the vicinity of the water dropping position, the dropped water is less likely to diffuse into the portion into which the other liquid has penetrated. Utilizing this, pretreatment is performed in which another liquid (pretreatment liquid) is dropped and permeated in advance along the contour line L, and then water is dropped on the contour line L to The penetration range can be limited.

図4(a)は前処理液および水を滴下したシート材の積層体の各層の平面図、図4(b)は積層体の断面図である。この方法では、液滴吐出ヘッド7のノズルの1つに着色用インク(前処理液)を供給する。そして、各層のシート材Sを積層するときに、輪郭線Lに沿って水を滴下する前に輪郭線Lに沿ってシート材Sに着色用インクを滴下して、シート材Sの裏側まで浸透させる。このとき、着色用インクの滴下位置を、輪郭線Lの真上よりもわずかに内側寄りに設定することにより、着色用インクの浸透部分Cの側端が、ほぼ輪郭線Lの真上となるように着色用インクの滴下位置および滴下量を調整する。そして、着色用インクの浸透後に、着色用インクが浸透した領域(浸透部分C)と浸透していない領域との境界部分に沿って水を滴下する。これにより、着色用インクの浸透部分Cには水が拡散せず、輪郭線Lの外側に広がる細い領域にのみ水が浸透する。よって、水の浸透部分Bの幅を細くすることができ、精密なカッティングを行うことができる。また、同時に着色用インクによって立体モデルMの表面の着色を行うことができる。   FIG. 4A is a plan view of each layer of the laminate of the sheet material onto which the pretreatment liquid and water are dropped, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the laminate. In this method, coloring ink (pretreatment liquid) is supplied to one of the nozzles of the droplet discharge head 7. And when laminating | stacking the sheet material S of each layer, before dripping water along the outline L, the coloring ink is dripped at the sheet material S along the outline L, and it penetrates to the back side of the sheet material S. Let At this time, by setting the dropping position of the coloring ink slightly inward from the position just above the contour line L, the side edge of the permeation portion C of the coloring ink is almost directly above the contour line L. In this manner, the dropping position and the dropping amount of the coloring ink are adjusted. Then, after the coloring ink has permeated, water is dropped along the boundary portion between the region where the coloring ink has permeated (the permeation portion C) and the region where the color ink has not permeated. As a result, water does not diffuse into the permeation portion C of the coloring ink, and water permeates only into a narrow region extending outside the contour line L. Therefore, the width of the water permeation portion B can be narrowed, and precise cutting can be performed. At the same time, the surface of the three-dimensional model M can be colored with the coloring ink.

なお、輪郭線Lを中心とする細い領域のみを残して、その両側にそれぞれインクを滴下して2本の近接した線状の浸透部分を形成し、このインク浸透部分の間に水を滴下すれば、更に細い水の浸透部分を形成することができる。   In addition, leaving only a narrow region centered on the contour line L, ink is dropped on both sides to form two adjacent linear penetrating portions, and water is dropped between the ink penetrating portions. In this case, a finer water permeation portion can be formed.

水の浸透部分を限定するための前処理用の溶液として無色透明溶液あるいは撥水性溶液などを使用することにより、立体モデルMの色をシート材Sの地色のままにしておくことができる。あるいは、他のインクによる着色に影響を与えないようにすることができる。また、撥水性溶液を用いれば、インクの浸透部分への水の拡散をより確実に防止できる。また、前処理用の溶液として熱硬化性溶液を用いると共に、熱硬化性溶液の滴下後にその浸透部分をサーマルヘッドなどにより加熱して熱硬化性溶液をシート材Sに固着させるようにしてもよい。このようにすれば、シート材Sの縁部分をコーティングして切断後も鋭利な形状に保つことができる。よって、更に精密な切断加工を行うことができる。   By using a colorless transparent solution or a water repellent solution as a pretreatment solution for limiting the water permeation portion, the color of the three-dimensional model M can be left as the background color of the sheet material S. Alternatively, it is possible not to affect coloring with other inks. Further, if a water repellent solution is used, it is possible to more reliably prevent water from diffusing into the ink permeation portion. In addition, a thermosetting solution may be used as the pretreatment solution, and the permeation portion may be heated with a thermal head or the like after the thermosetting solution is dropped to fix the thermosetting solution to the sheet material S. . In this way, the edge portion of the sheet material S can be coated and maintained in a sharp shape even after cutting. Therefore, a more precise cutting process can be performed.

なお、熱硬化性溶液の他に、常温硬化型(速乾性)溶液、熱硬化型溶液、紫外線(UV)硬化型溶液、電子線(EB)硬化型溶液でも同様に適応可能である。それぞれを吐出した後、特性に合った硬化処理を施して固着すればよい。   In addition to thermosetting solutions, room temperature curable (quick drying) solutions, thermosetting solutions, ultraviolet (UV) curable solutions, and electron beam (EB) curable solutions are also applicable. After each is discharged, it may be fixed by applying a curing process suitable for the characteristics.

(着色工程を含む立体造形方法)
ここで、上記説明した立体造形方法を、シート材Sを積層し接着してカッティングする造形工程と同時進行で、1つの装置で行う方法について説明する。立体造形装置1のカートリッジ11に着色用インクを封入したインクパックをセットすることにより、液滴吐出ヘッド7のノズルに着色用インクを供給する。これにより、液滴吐出ヘッド7によって各層のシート材Sの所望の部分を着色することが可能になる。
(3D modeling method including coloring process)
Here, a method will be described in which the above-described three-dimensional modeling method is performed by one apparatus simultaneously with a modeling process in which the sheet material S is stacked, bonded, and cut. By setting an ink pack in which coloring ink is sealed in the cartridge 11 of the three-dimensional modeling apparatus 1, the coloring ink is supplied to the nozzles of the droplet discharge head 7. Thereby, it is possible to color a desired portion of the sheet material S of each layer by the droplet discharge head 7.

また、上記実施形態では、液滴吐出ヘッド7からの接着剤あるいは水の滴下により各層のシート材Sをその上下の層のシート材と接着していたが、シート材Sの片面に予め熱によって溶ける接着剤を塗布しておき、各層のシート材Sを積層したときに、輪郭線Lに沿って水を滴下する前にサーマルヘッド14に沿って各層のシート材Sの所望の部分を加熱し、所望の部分のみ接着する方法を用いることもできる。以下、着色工程および熱圧着によるシート材Sの接着工程を含む立体造形方法について説明する。   In the above embodiment, the sheet material S of each layer is bonded to the sheet material of the upper and lower layers by the adhesive or water dripping from the droplet discharge head 7. When a meltable adhesive is applied and the sheet material S of each layer is laminated, a desired portion of the sheet material S of each layer is heated along the thermal head 14 before water is dropped along the contour line L. Alternatively, a method of adhering only a desired portion can be used. Hereinafter, the three-dimensional modeling method including the adhesion process of the sheet material S by the coloring process and thermocompression bonding will be described.

まず、外部装置13において、立体モデルMの3次元形状情報(形状データ)および3次元形状の各位置における着色情報(着色データ)を含むカラー3次元形状データを作成し、立体造形装置1に出力する。制御部10は、外部装置13から入力されたカラー3次元形状データをシート材Sの厚さtを1層の高さとして高さ方向にスライスし、各層ごとに、立体モデルMの輪郭線Lの形状および着色パターンをイメージデータに展開し、バッファに格納する。そして、着色パターンに基づく各層のシート材Sへの着色工程を、各層における水の滴下工程に続いて行う。   First, in the external device 13, color three-dimensional shape data including the three-dimensional shape information (shape data) of the three-dimensional model M and coloring information (coloring data) at each position of the three-dimensional shape is created and output to the three-dimensional modeling device 1. To do. The control unit 10 slices the color three-dimensional shape data input from the external device 13 in the height direction with the thickness t of the sheet material S as the height of one layer, and the contour line L of the three-dimensional model M for each layer. The shape and coloring pattern are expanded into image data and stored in a buffer. And the coloring process to the sheet material S of each layer based on a coloring pattern is performed following the dripping process of the water in each layer.

図5(a)〜(d)は着色工程を含む各層のシート材の積層工程の説明図である。まず、図5(a)に示すように、シート材Sの接着剤が塗布された面を下向きにして積層位置に位置合わせし、切断位置でカットすることによりn層目のシート材Snを積層する。次に、図5(b)に示すように、サーマルヘッド14によって接着部分(例えば、輪郭線Lnに沿った部分)だけを部分的に加熱して、シート材Snを下の層と部分的に接着する。続いて、図5(c)に示すように、輪郭線Lnに沿って液滴吐出ヘッド7の水吐出用のノズルから水を滴下して浸透させる。その後、図5(d)に示すように、液滴吐出ヘッド7の着色用インク吐出用のノズルから着色用インクを滴下して、シート材Snの任意の部分に着色用インクの浸透部分Cを形成する。   FIGS. 5A to 5D are explanatory views of a laminating process of the sheet material of each layer including a coloring process. First, as shown in FIG. 5A, the n-th sheet material Sn is laminated by aligning the sheet material S with the adhesive-coated surface facing downward at the lamination position and cutting at the cutting position. To do. Next, as shown in FIG. 5 (b), only the bonding portion (for example, the portion along the contour line Ln) is partially heated by the thermal head 14, so that the sheet material Sn is partially overlapped with the lower layer. Glue. Subsequently, as shown in FIG. 5C, water is dropped from the nozzle for water discharge of the liquid droplet discharge head 7 along the contour line Ln and penetrated. Thereafter, as shown in FIG. 5 (d), the coloring ink is dropped from the coloring ink discharge nozzles of the droplet discharge head 7, and the permeation portion C of the coloring ink is applied to an arbitrary portion of the sheet material Sn. Form.

シート積層法では、各層のシート材Sの端面によって完成品の立体モデルMの側面が構成される。従って、図5(d)に示すように立体モデルMの側面部の表面になる部分を着色する場合には、着色用インクを各層のシート材Sの輪郭線Lに沿って滴下し、滴下したインクがシート材Sの裏側まで浸透するように滴下量を制御することにより、シート材Sの端面に未着色の部位ができないようにするとよい。   In the sheet lamination method, the side surface of the finished three-dimensional model M is configured by the end surfaces of the sheet material S of each layer. Therefore, as shown in FIG. 5D, when coloring the portion that becomes the surface of the side surface portion of the three-dimensional model M, the coloring ink is dropped along the contour line L of the sheet material S of each layer and dropped. By controlling the amount of dripping so that the ink penetrates to the back side of the sheet material S, it is preferable that an uncolored portion is not formed on the end surface of the sheet material S.

図5(d)の着色工程は、図5(c)の水の滴下工程と同時進行で行っても良く、あるいは水の滴下工程に先行して行っても良い。図5(a)〜(d)のように各層を積層する際にシート材Sを着色することにより、立体モデルMの表面だけでなく、内部まで着色することができる。図6(a)(b)は、内部まで着色した積層体の断面図および各層の平面図である。内部まで着色する場合には、着色用インクが乾いてから次の層を積層するとよい。   The coloring process of FIG. 5 (d) may be performed simultaneously with the water dropping process of FIG. 5 (c), or may be performed prior to the water dropping process. When the layers are laminated as shown in FIGS. 5A to 5D, the sheet material S is colored so that not only the surface of the three-dimensional model M but also the inside can be colored. 6 (a) and 6 (b) are a cross-sectional view and a plan view of each layer of the laminated body colored to the inside. When coloring to the inside, the next layer is preferably laminated after the coloring ink is dried.

以上のようにすれば、液滴吐出ヘッド7を用いてシート材Sの精密なカッティングと精密な着色を積層時に同時進行で行うことができるので、1台の装置で、着色済みの精密な立体モデルを短時間で作成することができる。特に、着色手段として液滴吐出ヘッド7を用いることにより、フルカラーの着色および微細なパターンの着色を行うことが可能となる。また、この方法によれば、積層後の着色が困難な立体モデルMの外部表面以外の部分(内部層の部分)の着色も可能になる。更に、カッティングと着色、接着をいずれも液滴吐出ヘッドにより行うことができるので、必要な機材を削減でき、装置の簡素化および小型化が可能となる。   With the above configuration, since the sheet material S can be precisely cut and accurately colored at the same time by the droplet discharge head 7, it is possible to perform a precise three-dimensional color with a single device. A model can be created in a short time. In particular, by using the droplet discharge head 7 as a coloring means, full color coloring and fine pattern coloring can be performed. Further, according to this method, it is possible to color a portion (inner layer portion) other than the outer surface of the three-dimensional model M that is difficult to be colored after lamination. Further, since cutting, coloring, and bonding can be performed by the droplet discharge head, necessary equipment can be reduced, and the apparatus can be simplified and downsized.

なお、上記各方法では液滴吐出ヘッド7を水の滴下用と接着剤の滴下用に兼用したり、水の滴下用と着色用インクの滴下用に兼用していたが、使用するシート材Sの材質に応じて適正な着色用インクや接着剤、あるいは前処理液などを用い、滴下する液体に応じて液滴吐出ヘッドを別体にしてもよい。   In each of the above methods, the droplet discharge head 7 is used both for dripping water and for dropping an adhesive, or for dripping water and for dropping ink for coloring. Depending on the material, an appropriate coloring ink, adhesive, pretreatment liquid, or the like may be used, and the droplet discharge head may be separated depending on the liquid to be dropped.

(本実施形態の応用)
本実施形態の立体造形装置および立体造形方法は、このように、積層造形加工とその着色を1台の装置で一度に行うことができるので、カラー立体製品の試作品やペーパークラフトなどの作成に便利である。また、材料となる水溶紙に光触媒機能や有害物質吸着機能などを持たせたり、消臭剤、芳香剤などを添加することにより、空気清浄機能や消臭、芳香機能を持つペーパークラフトや立体紙製品を作成できる。
(Application of this embodiment)
Since the three-dimensional modeling apparatus and the three-dimensional modeling method of this embodiment can perform the layered modeling process and its coloring at once with one apparatus, it is convenient for creating a color three-dimensional product prototype or paper craft. It is. Paper crafts and three-dimensional paper products with air purifying, deodorizing, and fragrance functions by adding photocatalytic functions and toxic substance adsorption functions to water-soluble paper, and adding deodorants and fragrances. Can be created.

また、本実施形態の立体造形装置および立体造形方法によれば、でんぷんやゼラチンなどの水で溶ける可食材料をシート材として用い、このシート材を可食溶液などを用いて着色して水で切断することにより、従来は作成できなかった精密な立体食品飾りを、人体に無害で、且つ、廃棄も容易な材料で作成することができる。また、水溶紙を用いることにより、播種用の水に溶ける袋や水に溶ける食器などを、人体に無害で、且つ、廃棄も容易な材料で作成することができる。   In addition, according to the three-dimensional modeling apparatus and the three-dimensional modeling method of the present embodiment, an edible material that is soluble in water such as starch or gelatin is used as a sheet material, and the sheet material is colored with an edible solution or the like and then water. By cutting, a precise three-dimensional food decoration that could not be produced conventionally can be made of a material that is harmless to the human body and that can be easily discarded. Further, by using water-soluble paper, a bag that can be dissolved in water for seeding or tableware that can be dissolved in water can be made of a material that is harmless to the human body and that can be easily discarded.

本発明の実施形態に係る立体造形装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention. シート材の積層体の断面図および各層の平面図である。It is sectional drawing of the laminated body of a sheet material, and a top view of each layer. シート材の積層工程の説明図である。It is explanatory drawing of the lamination process of a sheet material. 前処理液および水を滴下した積層体の各層の平面図および断面図である。It is the top view and sectional drawing of each layer of the laminated body which dripped the pretreatment liquid and water. 着色工程を含むシート材の積層工程の説明図である。It is explanatory drawing of the lamination process of the sheet | seat material containing a coloring process. 内部まで着色した積層体の断面図および各層の平面図である。It is sectional drawing of the laminated body colored to the inside, and a top view of each layer.

符号の説明Explanation of symbols

1…立体造形装置、2…積層台、2a…積層面、3…給紙部、4…シート材搬送経路、5…搬送機構、6…切断機構、7…液滴吐出ヘッド、8…ヘッドキャリッジ、9…駆動機構、10…制御部、11…カートリッジ、12…カートリッジ装着部、13…外部装置、14…サーマルヘッド、B、B1〜B3…浸透部分、C…浸透部分、L、L1〜L3、Ln…輪郭線、M…立体モデル、S、S1〜S3、Sn…シート材、S0…積層体、S1a、S2a…必要部分、t…厚さ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stereolithography apparatus, 2 ... Laminate stand, 2a ... Laminate surface, 3 ... Paper feed part, 4 ... Sheet material conveyance path, 5 ... Conveyance mechanism, 6 ... Cutting mechanism, 7 ... Droplet discharge head, 8 ... Head carriage DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Drive mechanism 10 ... Control part 11 ... Cartridge 12 ... Cartridge mounting part 13 ... External device 14 ... Thermal head B, B1-B3 ... Penetration part, C ... Penetration part, L, L1-L3 , Ln: contour, M: solid model, S, S1 to S3, Sn: sheet material, S0: laminate, S1a, S2a ... necessary part, t ... thickness

Claims (9)

シート材を積層して立体モデルを形成する立体造形方法であって、
各層のシート材を積層するときに、
各層のシート材における前記立体モデルの断面の少なくとも一部をその上下の層のシート材と接着すると共に、
各層における前記立体モデルの輪郭線に沿って液滴吐出ヘッドを用いてシート材溶解液を滴下して、前記輪郭線に沿って前記シート材を切断可能にすることを特徴とする立体造形方法。
A three-dimensional modeling method for forming a three-dimensional model by laminating sheet materials,
When laminating the sheet material of each layer,
While adhering at least part of the cross section of the three-dimensional model in the sheet material of each layer with the sheet material of the upper and lower layers,
A three-dimensional modeling method characterized in that a sheet material solution is dropped along a contour line of the three-dimensional model in each layer using a droplet discharge head so that the sheet material can be cut along the contour line.
請求項1に記載の立体造形方法において、
各層のシート材をその上下の層のシート材と接着するときには、下層側のシート材の上の少なくとも一部に前記シート材溶解液または接着剤を滴下して溶着または接着するか、あるいは、上層側のシート材の少なくとも一部に上から加熱押圧して熱圧着させることを特徴とする立体造形方法。
The three-dimensional modeling method according to claim 1,
When bonding the sheet material of each layer to the sheet material of the upper and lower layers, the sheet material solution or adhesive is dropped on at least a part of the lower layer sheet material to be welded or bonded, or the upper layer A three-dimensional modeling method characterized by heat-pressing at least a part of the sheet material on the side from above by thermocompression.
請求項1または2に記載の立体造形方法において、
着色対象の層のシート材を積層した後、次の層のシート材が積層される前に、前記着色対象の層のシート材の着色部位に前記液滴吐出ヘッドまたは別体の液滴吐出ヘッドを用いて着色用溶液を滴下して、前記着色部位を着色することを特徴とする立体造形方法。
In the three-dimensional modeling method according to claim 1 or 2,
After the sheet material of the layer to be colored is laminated and before the sheet material of the next layer is laminated, the liquid droplet ejection head or a separate liquid droplet ejection head is applied to the colored portion of the sheet material of the layer to be colored. A three-dimensional modeling method characterized in that a coloring solution is dropped by using to color the colored portion.
請求項3に記載の立体造形方法において、
前記輪郭線に沿って滴下される着色用溶液の浸透部分が前記シート材を貫通して形成されるように前記着色用溶液の滴下量を決定することを特徴とする立体造形方法。
In the three-dimensional modeling method according to claim 3,
The three-dimensional modeling method characterized by determining the dripping amount of the coloring solution so that a permeation portion of the coloring solution dripped along the contour line is formed through the sheet material.
請求項1ないし4のいずれかの項に記載の立体造形方法において、
前記シート材溶解液の滴下に先行して、前記輪郭線に沿って前記液滴吐出ヘッドまたは別体の液滴吐出ヘッドを用いて前処理液を滴下して浸透させ、
前記前処理液が浸透した部分と浸透していない部分との境界部分に前記シート材溶解液を滴下することを特徴とする立体造形方法。
In the three-dimensional modeling method according to any one of claims 1 to 4,
Prior to the dropping of the sheet material solution, the pretreatment liquid is dropped and infiltrated using the droplet discharge head or a separate droplet discharge head along the contour line,
The three-dimensional modeling method, wherein the sheet material solution is dropped onto a boundary portion between a portion where the pretreatment liquid has penetrated and a portion where the pretreatment liquid has not penetrated.
請求項1ないし5のいずれかの項に記載の立体造形方法において、
全ての層を積層した後に、前記輪郭線に沿って各層のシート材を切断して、前記シート材の不要部分を除去することを特徴とする立体造形方法。
In the three-dimensional modeling method according to any one of claims 1 to 5,
After all the layers are laminated, the sheet material of each layer is cut along the contour line to remove unnecessary portions of the sheet material.
請求項1ないし6のいずれかの項に記載の立体造形方法において、
前記シート材は水溶性バインダーおよび製紙用繊維材を含有している水溶紙であり、
前記シート材溶解液は水であることを特徴とする立体造形方法。
In the three-dimensional modeling method according to any one of claims 1 to 6,
The sheet material is a water-soluble paper containing a water-soluble binder and a fiber material for papermaking,
The three-dimensional modeling method, wherein the sheet material solution is water.
シート材溶解液を滴下する液滴吐出ヘッドと、
当該液滴吐出ヘッドに対向している滴下位置にシート材を搬送して積層させるシート材搬送機構と、
前記立体モデルの形状データが入力される制御部と、を有し、
当該制御部は、前記形状データに基づいて前記液滴吐出ヘッドおよび前記シート材搬送機構を制御することにより、請求項1ないし7のいずれかの項に記載の立体造形方法によって前記立体モデルを形成することを特徴とする立体造形装置。
A droplet discharge head for dropping a sheet material solution;
A sheet material transport mechanism for transporting and stacking the sheet material to a dropping position facing the liquid droplet ejection head;
A control unit to which shape data of the three-dimensional model is input,
The said control part forms the said solid model by the solid modeling method in any one of Claim 1 thru | or 7 by controlling the said droplet discharge head and the said sheet material conveyance mechanism based on the said shape data. The three-dimensional modeling apparatus characterized by doing.
請求項8に記載の立体造形装置において、
着色用溶液を滴下する液滴吐出ヘッドを有し、
当該液滴吐出ヘッドは、前記シート材溶解液を滴下する液滴吐出ヘッドと同一あるいは別体の液滴吐出ヘッドであり、
前記制御部には前記立体モデルの着色データが入力され、
前記制御部は、当該着色データに基づき、着色対象の層のシート材への着色を、次の層のシート材が積層される前に行うことを特徴とする立体造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 8,
A droplet discharge head for dropping a coloring solution;
The droplet discharge head is the same or separate droplet discharge head as the droplet discharge head for dropping the sheet material solution,
The control unit receives coloring data of the three-dimensional model,
The said control part performs the coloring to the sheet material of the layer of coloring object based on the said coloring data, before the sheet material of the following layer is laminated | stacked, The three-dimensional model | molding apparatus characterized by the above-mentioned.
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