JP6486189B2 - 三次元印刷装置および三次元印刷方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態に係る三次元印刷装置について、図1および図2を用いて詳細に説明する。図1は、三次元印刷装置1の全体構成を模式的に示す図である。図2は、三次元印刷装置1の部分構成を模式的に示す図である。
Yバー2は一方向に延在している。Yバー2が延在する方向は三次元印刷装置1の主走査方向であり、図のY方向である。換言すれば、主走査方向とはテーブル7の面方向に平行な一方向である。なお、主走査方向に垂直な方向が副走査方向であり、図のX方向である。Yバー2は、副走査方向に移動可能になっている。
キャリッジ3は、図2に示すように、インクジェットヘッド4A,4Bおよび照射部5A,5B(硬化手段)を有している。キャリッジ3はYバー2に取り付けられており、Yバー2に沿って主走査方向に往復移動をする。これにより、キャリッジ3はテーブル7に対して相対的に移動し、その結果、後述するインクジェットヘッド4A,4Bおよび照射部5A,5Bがテーブル7に対して相対的に移動する。上述したように、Yバー2は副走査方向に移動可能になっている。これにより、キャリッジ3は、Yバー2の移動方向と同方向、すなわち副走査方向にも移動する。
インクジェットヘッド4Aは、テーブル7上にモデル材を吐出するためのモデル材用のインクジェットヘッドであり、インクジェットヘッド4Bは、テーブル7上にサポート材を吐出するためのサポート材用のインクジェットヘッドである。モデル材とは、造形物Mを形成するためのものであり、サポート材とは、造形時に造形物Mを支持する支持体Sを形成するためのものである。一般的に、造形物Mの下方位置の幅よりも上方位置の幅が大きい部分(所謂オーバーハング部分)がある場合、造形物Mの下方位置の周囲に支持体Sを配置することにより、このオーバーハング部分を下方より支持している。
照射部5A,5Bは、インクジェットヘッド4A,4Bより吐出されたモデル材およびサポート材を硬化させる光を照射するためのものである。光としては、インクジェットヘッド4A,4Bから吐出されるモデル材およびサポート材を硬化させるものであればよい。本実施形態では、照射部5A,5Bは紫外線を照射するものである形態として説明する。紫外線を照射する照射部5A,5Bとしては、例えば紫外線発光ダイオード(UVLED)等のLED光源、またはメタルハライドランプを好適に用いることができる。
Zバー6は鉛直方向に延在している。Zバー6が延在する方向は、三次元印刷装置1の主走査方向および副走査方向に直交する方向とも言え、図のZ方向である。すなわち、Zバー6が延在する方向とはテーブル7に垂直な方向である。
テーブル7は、造形物M(および支持体S)が形成される台であり、Zバー6が延在する鉛直方向に対して水平方向に延在している。テーブル7は、Zバー6に取り付けられており、Zバー6に沿って鉛直方向に移動する。これにより、テーブル7の鉛直方向における位置、すなわちテーブル7の高さは変動可能になっている。
制御部8は、目的とする造形物Mを形成するために、Yバー2の移動、キャリッジ3の移動、テーブル7の移動、およびインクジェットヘッド4A,4Bによるモデル材およびサポート材の吐出を制御する。具体的には、制御部8には、三次元CAD(Computer Aided Design)等から得られた造形物Mの三次元座標データから、造形物Mの高さ方向(すなわち、鉛直方向)に一定間隔で切断した複数の断面形状データを生成する。制御部8は、上記の断面形状データを生成する際に、造形時に造形物Mを支持するための支持体Sの断面形状データも生成する。
続いて、本実施形態に係る三次元印刷装置1により造形物Mを形成する三次元印刷方法について説明する。
造形物Mの作成途中の断面図を図3に示す。本実施形態に係る三次元印刷装置1では、支持体Sの最下層(すなわち、テーブル7に接する層)を形成する際、最下層を第1サポート材および第2サポート材によって形成している。具体的には、支持体Sの最下層を、図3に示すように、第1サポート材で形成されている部分10aと、第2サポート材で形成されている部分10bとにより形成している。すなわち、インクジェットヘッド4Bは、第1サポート材を吐出する領域と、第2サポート材を吐出する領域とが独立して存在する吐出パターンで第1サポート材および第2サポート材を吐出して、支持体Sの最下層を形成する。これにより、支持体Sの最下層では、第1サポート材がテーブル7に接着している部分と、第2サポート材がテーブル7に接着している部分とが存在している。
第1サポート材で形成されている部分10aと、第2サポート材で形成されている部分10bとの形成パターン、すなわち第1サポート材と第2サポート材との吐出パターンの例を図4に示す。
本発明の一態様に係る三次元印刷装置1は、造形物Mおよび上記造形物Mを支持するための支持体Sが載置される載置台(テーブル7)と、上記載置台上にモデル材を吐出して、上記造形物Mの各層を形成するモデル材用インクジェットヘッド(インクジェットヘッド4A)と、上記載置台上に、上記載置台に対する接着強度が互いに異なる第1サポート材および第2サポート材をそれぞれ吐出して、上記支持体Sの各層を形成する、第1サポート材用インクジェットヘッド(インクジェットヘッド4B)と、第2サポート材用インクジェットヘッド(インクジェットヘッド4B)と、を備える。
2 Yバー
3 キャリッジ
4A,4B インクジェットヘッド
5A,5B 照射部
6 Zバー
7 テーブル(載置台)
8 制御部
M 造形物
S 支持体
m 硬化物
Claims (6)
- モデル材及びサポート材を硬化させた硬化物を積層して、造形物と当該造形物を支持する支持体とを備える立体物を形成するための三次元印刷装置であって、
造形物および上記支持体が載置される載置台と、
上記載置台上にモデル材を吐出して、上記造形物の各層を形成するモデル材用インクジェットヘッドと、
上記載置台上に、上記載置台に対する接着強度が互いに異なる第1サポート材および第2サポート材をそれぞれ吐出して、上記支持体の各層を形成する、第1サポート材用インクジェットヘッドと、第2サポート材用インクジェットヘッドと、
上記モデル材及び上記サポート材を硬化させる硬化手段と、
上記モデル材用インクジェットヘッド、上記第1サポート材用インクジェットヘッド、及び第2サポート材用インクジェットヘッドの吐出と、上記硬化手段とを制御する制御部と、を備え、
上記第1サポート材及び上記第2サポート材は、光の照射により硬化する光硬化型樹脂であって、材質又は架橋度が異なることで硬化後の上記接着強度が互いに異なるものであり、
上記硬化手段は上記光を照射する光照射手段であり、
上記制御部は、上記支持体の各層の少なくとも最下層において、上記第1サポート材を吐出する領域と上記第2サポート材を吐出する領域とを混在させると共に、上記光照射手段により上記最下層の厚み方向から上記光を照射して上記第1サポート材及び上記第2サポート材を硬化させるものであることを特徴とする三次元印刷装置。 - モデル材及びサポート材を硬化させた硬化物を積層して、造形物と当該造形物を支持する支持体とを備える立体物を形成する三次元印刷方法であって、
載置台上に上記モデル材を吐出して、上記造形物の各層を形成するステップと、
上記載置台上にサポート材を吐出して、上記支持体の各層を形成するステップと、を含み、
上記支持体の各層を形成するステップでは、上記サポート材として、上記載置台に対する接着強度が互いに異なる第1サポート材および第2サポート材を異なる独立した領域にそれぞれ吐出して、上記第1サポート材を吐出する領域と上記第2サポート材を吐出する領域とを混在させ、
上記支持体の少なくとも最下層を、上記第1サポート材および上記第2サポート材で形成し、
上記第1サポート材および上記第2サポート材は、いずれも光が照射されることで重合して硬化する光硬化型樹脂であり、
上記第1サポート材および上記第2サポート材は、材質又は架橋度が異なることで硬化後における上記接着強度が異なるものであり、
上記光を上記最下層の厚み方向から照射することで上記最下層を硬化させることを特徴とする三次元印刷方法。 - 上記第1サポート材を吐出する領域と、上記第2サポート材を吐出する領域とが独立して存在する吐出パターンで上記第1サポート材および上記第2サポート材を吐出して上記支持体の少なくとも上記最下層を形成することを特徴とする請求項2に記載の三次元印刷方法。
- モデル材及びサポート材を硬化させた硬化物を積層して、造形物と当該造形物を支持する支持体とを備える立体物を形成する三次元印刷方法であって、
載置台上に上記モデル材を吐出して、上記造形物の各層を形成するステップと、
上記載置台上に上記サポート材を吐出して、上記造形物を支持するための支持体の各層を形成するステップと、を含み、
上記支持体の各層を形成するステップでは、上記サポート材として、上記載置台に対する接着強度が互いに異なる第1サポート材および第2サポート材を吐出し、
上記支持体の少なくとも最下層を、上記第1サポート材および上記第2サポート材で形成し、
上記第1サポート材を吐出する領域と、上記第2サポート材を吐出する領域とが独立して存在する吐出パターンで上記第1サポート材および上記第2サポート材を吐出して上記支持体の少なくとも上記最下層を形成し、
上記第2サポート材の上記載置台に対する接着強度が上記第1サポート材の上記載置台に対する接着強度よりも低いものであり、
上記吐出パターンは、上記第2サポート材を格子状に吐出し、上記第2サポート材の各格子内に上記第1サポート材を吐出する吐出パターンであることを特徴とする三次元印刷方法。 - 上記支持体の全層、または最下層を含む複数層を、上記吐出パターンで上記第1サポート材および上記第2サポート材を吐出して形成することを特徴とする請求項3又は4に記載の三次元印刷方法。
- 載置台上にモデル材を吐出して、造形物の各層を形成するステップと、
上記載置台上にサポート材を吐出して、当該造形物を支持するための支持体の各層を形成するステップと、を含み、
上記支持体の各層を形成するステップでは、上記サポート材として、上記載置台上に吐出されて硬化された後の硬度、剛性および弾性率のうち少なくとも1つが互いに異なる第1サポート材および第2サポート材を吐出し、
上記支持体の少なくとも最下層を、上記第1サポート材よりも上記硬化された後の硬度、剛性および弾性率のうち少なくとも1つが高い上記第2サポート材によって格子状の層を作成し、上記第2サポート材の各格子内を上記第1サポート材によって埋めて形成することを特徴とする三次元印刷方法。
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