JP6058041B2 - 立体印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラピッドプロトタイピング（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ＲＰ）装置に関し、特に、立体印刷装置に関する。

三次元印刷（３Ｄ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）技術は、ラピッドプロトタイピング技術として、積層造形法（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＡＭ）または積層製造法とも呼ばれている。三次元印刷では、主に、デジタルモデルデータをもとに、モデルパラメータで金属粉末や樹脂等の可塑性材料を用いて順次積層させて物体を形成することにより、任意形状の三次元の立体モデルを製作する。

三次元印刷は、造形技術によって様々な方式がある。三次元印刷の方式の１つとしては、パソコンの画像ソフトウェアプログラムのコマンドに基づいて、材料供給管における材料を均一に押出するとともに順次積層させることで三次元の実体造形物を形成する。しかし、従来の三次元印刷造形工程の多くでは、単一の材料供給管（材料）を用いて物体を設計する。また、一部の三次元印刷造形工程では、異なる材料または異なる色の材料を各自の材料供給管に収容する。印刷材料供給管における材料が切れたり、設計に応じて他の材料供給管に交換したりする場合、使用者は、物体の各部材の造形を作成するために、プリンタ内に手を入れて材料供給管を交換する必要がある。

台湾実用新案第Ｍ４７８６１６号公報 米国特許出願公開第２００５／０２２５００７号公報

しかしながら、三次元印刷造形工程中に、材料供給管の手動交換は使用者にとって非常に不便である。さらに、使用者は、材料を交換する間にプリンタに衝突してけがをしてしまうことがあり、一方、プリンタは、衝突を受けて破壊してしまうこともある。

以上に鑑みて、本発明の発明者は、研究と理論の使用とによって、設計が合理的であり、有効に上記の欠点を改善、解決することができる本発明を得た。
従って、本発明は、材料供給管を自動的に交換することにより、プリンタが衝撃を受けて破壊することを防止できて、使用中の安全性を確保できる立体印刷装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る立体印刷装置は、装置本体と、前カバーと、材料収容棚と、少なくとも１つの材料供給管と、駆動モジュールと、印刷モジュールとを含む。前カバーは、装置本体に可動に装着される。材料収容棚は、前カバーに固定されるとともに、装置本体の内部に向ける内側領域に位置する。材料収容棚は、位置決め板と複数の仕切り手段とを含む。内側領域は、複数の前記仕切り手段によって複数の材料収容部が仕切られる。材料供給管は、一対の羽根部を有する。各仕切り手段には、位置決め溝が対応して設けられる。材料供給管は、前記一対の羽根部が隣り合う仕切り手段の位置決め溝に跨設されることで前記材料収容部内に位置決めされる。駆動モジュールは、装置本体の内部に設置される。印刷モジュールは、装置本体の内部に設置され、かつ前記駆動モジュールの駆動によって移動する。材料供給管は、印刷モジュールの駆動によって材料収容部の外側へ移動して印刷モジュールに配置される。

従来技術に比べて、本発明に係る立体印刷装置では、装置本体の前カバーの内側には、複数の材料供給管を収容可能な材料収容棚が設置され、印刷モジュールが駆動モジュールの駆動によって材料収容棚まで移動し、材料供給管が印刷モジュールの駆動によって材料収容部の外側へ移動して印刷モジュールに配置され、最後に、駆動モジュールの駆動によって印刷モジュールが印刷操作を行う。これにより、本発明に係る立体印刷装置は、材料供給管を手動で交換するという従来の工程を改善して、材料供給管を自動的に交換することで、プリンタの破壊を防止して、使用中の安全性を確保することができる。

本発明に係る立体印刷装置を正面方向から見た透視斜視図である。 本発明に係る立体印刷装置を背面方向から見た透視斜視図である。 本発明に係る立体印刷装置の前カバーが開いた状態を示す外観斜視図である。 本発明に係る立体印刷装置の材料収容棚を前カバーに固定した状態を示す外観斜視図である。 本発明に係る立体印刷装置の材料収容棚を前カバーに固定した状態を示す断面図である。 本発明に係る立体印刷装置の駆動モジュールの動作を説明するための概略図である。 本発明に係る立体印刷装置の印刷モジュールが材料収容棚まで移動した状態を示す概略図である。 本発明に係る立体印刷装置の材料供給管を材料収容棚の外側へ移動させる状態を示す概略図である。 本発明に係る立体印刷装置の印刷モジュールが印刷領域まで移動した状態を示す概略図である。 本発明に係る立体印刷装置の材料供給管が材料収容棚の外側へ移動する状態を示す概略図である。 本発明に係る立体印刷装置の材料収容棚の他の実施形態を示す概略図である。

本発明の詳細な説明及び技術内容は、以下に添付した図面を参照することによって、より明確になる。ただし、図面は、参照および説明用に過ぎず、決して本発明を限定するものではないことを理解されたい。

図１は、本発明に係る立体印刷装置を正面方向から見た透視斜視図である。図２は、本発明に係る立体印刷装置を背面方向から見た透視斜視図である。図３は、本発明に係る立体印刷装置の前カバーが開いた状態を示す外観斜視図である。図１乃至図３に示すように、本発明に係る立体印刷装置１は、装置本体１０、前カバー１２、材料収容棚２０、少なくとも１つの材料供給管２、駆動モジュール３０及び印刷モジュール４０を含んでいる。材料収容棚２０、駆動モジュール３０及び印刷モジュール４０は、いずれも装置本体１０内に設置されている。印刷モジュール４０は、駆動モジュール３０の駆動によって装置本体１０内において三次元方向に移動することができる。

前カバー１２は、装置本体１０に可動に装着されている。駆動モジュール３０は、装置本体１０の内部に設置され、モータ３１やベルト３２等の駆動部材を含んでいる。

図３に示すように、材料収容棚２０は、前カバー１２に固定されるとともに、装置本体１０の内部に向ける内側領域１２０（図４に示す）に位置している。本実施形態において、前カバー１２は、装置本体１０に対して上下開閉可能に装着され、且つ装置本体１０に対して傾斜角をなして開放可能である。装置本体１０は、第１センサ素子１３をさらに含んでいることが注意されたい。前カバー１２が装置本体１０に蓋着されることにより、第１センサ素子１３は作動する。本発明では、第１センサ素子１３が作動することで前カバー１２が開状態になるかを知られることができる。

図４及び図５は、それぞれ、本発明に係る立体印刷装置の材料収容棚を前カバーに固定した状態を示す外観斜視図及び断面図である。本実施形態において、材料収容棚２０は、位置決め板２１及び複数の仕切り手段２２を含んでいる。内側領域１２０は、複数の仕切り手段２２によって複数の材料収容部１２１に仕切られている。各材料収容部１２１には、材料供給管２に押圧可能な第２センサ素子２３が設けられている。第２センサ素子２３を設置することにより、各材料収容部１２１に材料供給管２が配置されているかを材料収容棚２０に知らせることができる。

本発明の一実施形態において、位置決め板２１は、前カバー１２に垂直に立設されている。また、複数の仕切り手段２２は、位置決め板２１の一側縁に等間隔で並列に配設されている。これにより、内側領域１２０は、材料供給管２をそれぞれ収容するための複数の材料収容部１２１に仕切られている。実用中に、位置決め板２１の長さ及び材料収容部１２１の個数は限定されなく、必要に応じて変更可能である。

図４に示すように、材料供給管２は、一対の羽根部３を含んでいる。各仕切り手段２２には、位置決め溝２２０が対応して設けられている。一対の羽根部３が隣り合う仕切り手段２２の位置決め溝２２０に跨設されることにより、材料供給管２は材料収容部１２１内に位置決めされている。また、位置決め板２１は、位置決め部２１１を含んでいる。材料供給管２の周縁面は、位置決め部２１１に当接する。好ましくは、材料供給管２が円筒であり、それに対応して位置決め部２１１が湾曲している。

図６は、本発明に係る立体印刷装置の駆動モジュールの動作を説明するための概略図である。図７は、本発明に係る立体印刷装置の印刷モジュールが材料収容棚まで移動した状態を示す概略図である。図８は、本発明に係る立体印刷装置の材料供給管を材料収容棚の外側へ移動させる状態を示す概略図である。図９は、本発明に係る立体印刷装置の印刷モジュールが印刷領域まで移動した状態を示す概略図である。図６に示すように、印刷モジュール４０は、駆動モジュール３０によって駆動される受け台４１を含んでいる。受け台４１は、材料供給管２を受けるための支持枠４２と、材料供給管２が挿入されるための位置決めリング４３とを含んでいる。また、位置決めリング４３は、支持枠４２の底部に位置している。なお、駆動モジュール３０は、装置本体１０の内部空間においてＸ、Ｙ、Ｚの３方向に印刷モジュール４０を移動させる。

図７乃至図９に示すように、立体印刷装置１では、材料供給管２を交換しようとする場合、駆動モジュール３０は、前カバー１２の方向に向けて印刷モジュール４０を移動させて、印刷モジュール４０を材料収容棚２０に当接する位置に停止させる。本実施形態において、材料供給管２は、一対の羽根部３を含んでいる。また、支持枠４２は、一対の引掛部４４を含んでいる。一対の引掛部４４が一対の羽根部３に係止することにより、材料供給管２は支持枠４２まで移動することができる。

図７に示すように、立体印刷装置１に材料供給管２を交換するときに、まず、印刷モジュール４０は、材料供給管２よりも低い位置に移動する。その後、駆動モジュール３０は、印刷モジュール４０を上へ移動させる。その場合、一対の引掛部４４は材料供給管２の一対の羽根部３にそれぞれ係止されるようになる。図８に示すように、材料供給管２の羽根部３は、一対の引掛部４４に位置決めされ、一方、材料供給管２の材料排出口は、位置決めリング４３を貫通する。これにより、材料供給管２は、印刷モジュール４０の駆動によって材料収容部１２１の外側へ移動して印刷モジュール４０に配置されるようになる。最後、図９に示すように、駆動モジュール３０は、印刷モジュール４０を印刷領域１００に復帰させて、次の印刷操作に用いる。

図１０は、本発明に係る立体印刷装置の材料供給管が材料収容棚の外側へ移動する状態を示す概略図である。本発明の材料収容棚２０は、複数の仕切り手段２２の個数に対応して設置される複数の枢結台２４及び複数の弾性部材２５を含んでいる。各仕切り手段２２は、受承部材２２１と、受承部材２２１に当接する引き部２２２とを含んでいる。引き部２２２は、枢結台２４を介して受承部材２２１に可動に装着されている。弾性部材２５は、例えば、ばね等であって、受承部材２２１と引き部２２２との間に弾接（弾性連接）され、これにより、受承部材２２１と引き部２２２との間が弾性的に当接されている。本実施形態において、弾性部材２５の両端は、受承部材２２１と、引き部２２２に枢結されるための枢結台２４とにそれぞれ連結されている。

また、引き部２２２が受承部材２２１に対して回動する場合、位置決め溝２２０の空間は露出される。そのとき、印刷モジュール４０の引掛部４４は、直接に材料供給管２の羽根部３を同一の水平位置に移動させて、且つ材料供給管２を材料収容部１２１の外側へ移動させる。これにより、材料供給管２が材料収容部１２１の外側へ移動する過程において、引き部２２２は、材料供給管２に衝突して破壊することを防止できる。

図１１は、本発明に係る立体印刷装置の材料収容棚の他の実施形態を示す概略図である。図１１に示すように、立体印刷装置１ａは、装置本体１０ａ、前カバー１２ａ、材料収容棚２０ａ、駆動モジュール３０ａ及び印刷モジュール４０ａを含んでいる。前カバー１２ａは、装置本体１０ａに可動に装着されている。材料収容棚２０ａ、駆動モジュール３０ａ及び材料収容棚２０ａは、いずれも装置本体１０ａの内部に設置されている。

本実施形態は、上記の実施形態と比べて、前カバー１２ａが装置本体１０ａに対して左右開閉可能に装着されることが異なっている。本実施形態では、上記の実施形態と同様に、装置本体１０ａには、第１センサ素子１３ａがさらに設置されている。前カバー１２ａが装置本体１０ａに蓋着されることにより、第１センサ素子１３ａは作動する。このように、第１センサ素子１３ａを設置することにより、前カバー１２ａが装置本体１０ａに確実に蓋着されるかを立体印刷装置１ａに知らせることができて、印刷操作を安全に且つ確実に行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や交換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。

１、１ａ 立体印刷装置
２ 材料供給管
３ 羽根部
１０、１０ａ 装置本体
１００ 印刷領域
１２、１２ａ 前カバー
１２０ 内側領域
１２１ 材料収容部
１３、１３ａ 第１センサ素子
２０、２０ａ 材料収容棚
２１ 位置決め板
２１１ 位置決め部
２２ 仕切り手段
２２０ 位置決め溝
２２１ 受承部材
２２２ 引き部
２３ 第２センサ素子
２４ 枢結台
２５ 弾性部材
３０、３０ａ 駆動モジュール
３１ モータ
３２ ベルト
４０、４０ａ 印刷モジュール
４１ 受け台
４２ 支持枠
４３ 位置決めリング
４４ 引掛部

Claims (11)

1. 立体印刷装置であって、
   装置本体と、前カバーと、材料収容棚と、少なくとも１つの材料供給管と、駆動モジュールと、印刷モジュールと、を含み、
   前記前カバーは、前記装置本体に可動に装着され、
   前記材料収容棚は、位置決め板及び複数の仕切り手段を含み、前記前カバーに固定されるとともに、前記装置本体の内部に向ける内側領域に位置し、
   前記内側領域は、複数の前記仕切り手段によって複数の材料収容部に仕切られ、
   前記材料供給管は、一対の羽根部を有し、
   各前記仕切り手段には、位置決め溝が対応して設けられ、
   前記材料供給管は、前記一対の羽根部が隣り合う前記仕切り手段の前記位置決め溝に跨設されることで、前記材料収容部内に位置決めされ、
   前記駆動モジュールは、前記装置本体の内部に設置され、
   前記印刷モジュールは、前記装置本体の内部に設置され、かつ前記駆動モジュールの駆動によって前記材料収容部まで移動し、
   前記材料供給管は、前記印刷モジュールの駆動によって前記材料収容部の外側へ移動して前記印刷モジュールに配置されることを特徴とする立体印刷装置。
2. 前記位置決め板は、前記前カバーに垂直に立設され、
   複数の前記仕切り手段は、前記位置決め板の一方側に等間隔で並列に配設されることを特徴とする請求項１に記載の立体印刷装置。
3. 前記印刷モジュールは、前記駆動モジュールの駆動によって移動する受け台を含み、
   前記受け台は、前記材料供給管を受けるための支持枠と、前記材料供給管が挿入されるための位置決めリングとを含み、
   前記位置決めリングは、前記支持枠の底部に位置することを特徴とする請求項１に記載の立体印刷装置。
4. 前記支持枠は、一対の引掛部を有し、
   前記材料供給管は、前記一対の引掛部が前記一対の羽根部に係止されることにより、前記支持枠まで移動することを特徴とする請求項３に記載の立体印刷装置。
5. 前記位置決め板は、位置決め部を有し、
   前記材料供給管の周縁面は、前記位置決め部に当接することを特徴とする請求項１に記載の立体印刷装置。
6. 前記材料供給管は、円筒であり、
   前記位置決め部は、前記材料供給管に対応して湾曲することを特徴とする請求項５に記載の立体印刷装置。
7. 前記前カバーは、前記装置本体に対して上下開閉可能に装着され、且つ前記装置本体に対して傾斜角をなして開放可能であることを特徴とする請求項１に記載の立体印刷装置。
8. 前記前カバーは、前記装置本体に対して左右開閉可能に装着されることを特徴とする請求項１に記載の立体印刷装置。
9. 前記装置本体は、前記前カバーが前記装置本体に蓋着されることで作動する第１センサ素子を有することを特徴とする請求項７または８に記載の立体印刷装置。
10. 前記材料収容棚は、複数の前記仕切り手段の個数に対応して設置される複数の枢結台及び複数の弾性部材を含み、
    各前記仕切り手段は、受承部材と、前記受承部材に当接する引き部とを含み、
    前記引き部は、前記枢結台を介して前記受承部材に可動に装着され、
    前記弾性部材は、前記受承部材と前記引き部との間に弾接されることを特徴とする請求項１に記載の立体印刷装置。
11. 各前記材料収容部内には、前記材料供給管に押圧可能な第２センサ素子が設けられることを特徴とする請求項１に記載の立体印刷装置。