JP6567001B2 - Three-dimensional structure manufacturing method and three-dimensional structure apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂を溶融させて吐出口から吐出させ、積層させることにより三次元造形物を形成する三次元造形物の製造方法ならびに、それに使用される三次元造形装置に関する。より具体的には、熱溶融積層造形法で形成する三次元造形物の形状精度を高く保ちながら、機械的強度を向上する技術に関する。 The present invention relates to a three-dimensional structure manufacturing method for forming a three-dimensional structure by melting and discharging a resin from a discharge port and laminating the same, and a three-dimensional structure forming apparatus used therefor. More specifically, the present invention relates to a technique for improving mechanical strength while maintaining high shape accuracy of a three-dimensional structure formed by a hot melt additive manufacturing method.
近年、いわゆる３Ｄプリンタの開発が盛んに行われており、さまざまな方式が試みられている。例えば、熱溶融積層造形法（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）、光硬化性樹脂を用いた光造形法（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、粉末焼結法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）等の方式が知られている。 In recent years, so-called 3D printers have been actively developed, and various methods have been tried. For example, methods such as a hot melt additive manufacturing method (Fused Deposition Modeling), an optical modeling method using a photocurable resin (Stereolithography), and a powder sintering method (Selective Laser Sintering) are known.
熱溶融積層造形法は、加熱した熱可塑性樹脂を吐出ノズル等から押し出して積層し、立体物を形成する方法で、原理的にシンプルなため、比較的安価で小型の装置で実施できる長所がある。 The hot melt additive manufacturing method is a method of forming a three-dimensional object by extruding a heated thermoplastic resin from a discharge nozzle or the like, and has a merit that it can be implemented with a relatively inexpensive and small apparatus because it is simple in principle. .
例えば、特許文献１には、改質ＡＢＳ材料を溶融させ、押出しヘッドで押出して一層毎に堆積させて三次元造形物を形成する方法が開示されている。
For example,
また、特許文献２には、樹脂材料を使用する熱溶融積層造形法に関連して、１つまたは複数の単位層を形成し終えた後、次の単位層の形成を始める前に、層の表面を研磨し、放電処理をする方法が開示されている。
Further, in
特許文献１の熱溶融積層造形法では、溶融樹脂は、押出しヘッドの開口にならった断面形状をもつ柱状の高粘度流体として押出され、押出された溶融樹脂を、基台に対して相対的に走査することでパターンを形成する。押出された溶融樹脂が、すでに固化した下層の樹脂に接すると、温度が低下して粘度がさらに高まるため、パターンの上面には柱の断面形状を反映して凹凸が発生する場合がある。すると、次の層を積層する際に、凹凸を有する下地層の上に積層することになり、次の層との間に隙間が生じる可能性が高くなる。層と層の間に隙間が生じると、三次元造形物の機械的な強度が十分でなくなる恐れがあった。
In the hot melt additive manufacturing method of
特許文献２の熱溶融積層造形法では、下層を積層した後、表面を研磨して平坦化し、放電処理をしてから次の層を形成する。表面研磨と放電処理を行うことで、下層表面の凹凸を小さくすることができる。しかしながら、研磨を行うことで、一層あたりの厚みが低減してしまうため、三次元造形に要する時間が長くなり、樹脂材料の消費量が増大する。また、研磨することで除去される分の厚みを勘案しないと、三次元造形物の高さ方向の形状精度が低下してしまう。また、研磨や放電処理を行う間に、層の温度が低下してしまうため、次の層との接着性が低下し、三次元造形物の強度が低下してしまう可能性がある。さらに、研磨や放電処理の機構を設けるため、造形装置が大型化してしまう等の問題があった。
In the hot melt additive manufacturing method of
本発明は、熱溶融積層造形法において、積層材の層間に隙間ができるのを抑制でき、形状精度がよく、強度が高い三次元造形物を形成する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method of forming a three-dimensional structure having high shape accuracy and high strength, which can suppress the formation of a gap between layers of a laminated material in a hot melt additive manufacturing method.
本発明は、溶融した熱可塑性樹脂を吐出口から吐出し、基台の上で積層させて三次元造形物を形成する三次元造形物の製造方法において、前記吐出口を前記基台に対して相対的に移動させながら溶融した熱可塑性樹脂を吐出して壁を形成し、前記壁により水平方向が囲まれるが上方向は開放された空間を設ける壁形成工程と、前記空間の上方向から溶融した熱可塑性樹脂を吐出して前記空間に注入する注入工程を備え、前記注入工程において、前記吐出口を有する吐出ノズルの先端面が、前記壁の上面と接触する、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法である。
また、本発明は、溶融した熱可塑性樹脂を吐出口から吐出し、基台の上で積層させて三次元造形物を形成する三次元造形物の製造方法において、前記吐出口を前記基台に対して相対的に移動させながら溶融した熱可塑性樹脂を吐出して壁を形成し、前記壁により水平方向が囲まれるが上方向は開放された空間を設ける壁形成工程と、前記空間の上方向から溶融した熱可塑性樹脂を吐出して前記空間に注入する注入工程を備え、前記壁形成工程は、溶融した熱可塑性樹脂を、１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出して前記壁を形成する工程であり、前記注入工程は、溶融した熱可塑性樹脂を、５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出して前記空間に注入する工程である、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法である。
The present invention relates to a manufacturing method of a three-dimensional structure in which a molten thermoplastic resin is discharged from a discharge port and stacked on a base to form a three-dimensional structure. A wall forming step of forming a wall by discharging molten thermoplastic resin while relatively moving, forming a space surrounded by the wall in the horizontal direction but open upward, and melting from above the space tertiary example Bei the implantation process by ejecting the thermoplastic resin is injected into the space, in the injection process, the distal end surface of the discharge nozzle with the discharge port is in contact with the upper surface of the wall, characterized in that It is a manufacturing method of an original molded article.
Further, the present invention provides a three-dimensional structure manufacturing method in which a molten thermoplastic resin is discharged from a discharge port and laminated on a base to form a three-dimensional structure, and the discharge port is used as the base. A wall forming step of forming a wall by discharging a molten thermoplastic resin while being moved relative to the wall, and providing a space surrounded by the wall in a horizontal direction but opened upward; and an upward direction of the space And a wall injection step for discharging the molten thermoplastic resin from a discharge port with a viscosity of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less. A step of discharging and forming the wall, wherein the injection step is a step of discharging the molten thermoplastic resin from the discharge port with a viscosity of 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less and injecting it into the space. Is It is a manufacturing method of the 3D object, wherein.
また、本発明は、溶融した熱可塑性樹脂を吐出する吐出部と、基台と、前記吐出部と前記基台の相対的位置を変更させる移動手段と、制御部を備え、前記制御部は、前記吐出部を前記基台に対して相対的に移動させながら溶融した熱可塑性樹脂を吐出させて壁を形成し、前記壁の上面と前記吐出部の底面を接触させて、前記壁により水平方向が囲まれた空間に上方向から溶融した熱可塑性樹脂を注入して内実部を形成するように前記移動手段と前記吐出部を制御する、ことを特徴とする三次元造形装置である。
また、本発明は、溶融した熱可塑性樹脂を吐出する吐出部と、基台と、前記吐出部と前記基台の相対的位置を変更させる移動手段と、制御部を備え、前記制御部は、前記吐出部を前記基台に対して相対的に移動させながら、溶融した熱可塑性樹脂を、１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出させて前記壁を形成し、前記壁により水平方向が囲まれた空間に上方向から溶融した熱可塑性樹脂を、５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出して内実部を形成する、ことを特徴とする三次元造形装置である。
Further, the present invention includes a discharge unit that discharges a molten thermoplastic resin, a base, a moving unit that changes a relative position of the discharge unit and the base, and a control unit, and the control unit includes: The wall is formed by discharging the molten thermoplastic resin while moving the discharge portion relative to the base, and the upper surface of the wall and the bottom surface of the discharge portion are brought into contact with each other, and the wall is horizontally oriented. The three-dimensional modeling apparatus is characterized in that the moving means and the discharge part are controlled so as to form a solid part by injecting a thermoplastic resin melted from above into a space surrounded by.
Further, the present invention includes a discharge unit that discharges a molten thermoplastic resin, a base, a moving unit that changes a relative position of the discharge unit and the base, and a control unit, and the control unit includes: While moving the discharge part relative to the base, the molten thermoplastic resin is discharged from the discharge port at a viscosity of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less to form the wall, A thermoplastic resin melted from above in a space surrounded by the wall in the horizontal direction is discharged from the discharge port with a viscosity of 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less to form an internal part. Is a three-dimensional modeling apparatus.
本発明によれば、熱溶融積層造形法において、積層材の層間に隙間ができるのを抑制でき、形状精度がよく、強度が高い三次元造形物を形成することができる。 According to the present invention, in the hot melt additive manufacturing method, it is possible to suppress the formation of a gap between the layers of the laminate material, and it is possible to form a three-dimensional object having high shape accuracy and high strength.
以下、図面を参照して、本発明の三次元造形物の製造方法と三次元造形装置の実施形態について説明する。尚、以下の説明中では、層という用語は、溶融した熱可塑性樹脂を複数回付与することで厚み方向に積み重ねて三次元造形物を形成する場合に、一回の付与で積まれる部分をいう。吐出ヘッドとステージを相対的に走査しながら熱可塑性樹脂を付与して積み重ねる場合には、一回の走査で付与する部分である。三次元造形物の断面観察等で層と層の境界が確認できる場合もあるが、熱可塑性樹脂の均一性が高い場合などには、層と層の境界が明確に検出されない場合もある。 Hereinafter, with reference to drawings, an embodiment of a manufacturing method of a three-dimensional structure and a three-dimensional structure device of the present invention will be described. In the following description, the term “layer” refers to a portion that is stacked in a single application when forming a three-dimensional structure by stacking in the thickness direction by applying a molten thermoplastic resin a plurality of times. . In the case where the thermoplastic resin is applied and stacked while relatively scanning the ejection head and the stage, it is a portion applied by a single scan. In some cases, the boundary between the layers can be confirmed by observing the cross section of the three-dimensional structure, but the boundary between the layers may not be clearly detected when the uniformity of the thermoplastic resin is high.
［第一の実施形態］
本発明の第一の実施形態に係る三次元造形装置の構成と、三次元造形方法を順に説明する。
[First embodiment]
The configuration of the 3D modeling apparatus and the 3D modeling method according to the first embodiment of the present invention will be described in order.
［装置構成］
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる三次元造形装置を模式的に示す斜視図である。
[Device configuration]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment of the present invention.
１は造形材、２は材料導入部、３は加熱供給部、４は吐出ノズル、５は吐出口、６はステージ、７はＸ移動機構、８はＹ移動機構、９はＺ移動機構、１０はリールである。 1 is a modeling material, 2 is a material introduction unit, 3 is a heating supply unit, 4 is a discharge nozzle, 5 is a discharge port, 6 is a stage, 7 is an X movement mechanism, 8 is a Y movement mechanism, 9 is a Z movement mechanism, 10 Is a reel.
造形材１は、三次元造形に用いる原材料である。本実施形態では、熱可塑性樹脂をフィラメントに成形したものを用いるが、ペレットや粉末等の他の形体の材料を用いることもできる。
The
造形材１として用いるフィラメントは、たとえば、断面形状が円形で、直径が１．５〜３．０ｍｍで、長さが１０〜１０００ｍのものが、好適である。造形材１は、リール１０に巻き取られて収納されている。リール１０を回転することにより、造形材１を材料導入部２に供給することができる。
The filament used as the
本実施形態で用いられ得る熱可塑性樹脂は、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、ＰＣ／ＡＢＳポリマーアロイがある。さらには、ＰＬＡ（ポリ乳酸）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、およびこれらを改質した樹脂等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic resin that can be used in the present embodiment include PC (polycarbonate) resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) resin, and PC / ABS polymer alloy. Further examples include PLA (polylactic acid) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, PEI (polyetherimide) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, and resins obtained by modifying these.
加熱供給部３は、造形材１である熱可塑性樹脂を取り込んでから加熱部に送り出し、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上に加熱して溶融し、吐出ノズル４に供給する。加熱供給部３に内蔵されている送り出し機構を図２に示す。
The
図２において、２１と２２はフィラメント状の造形材１を取り込んで加熱部に送り出すためのローラである。造形材１は、ローラ２１とローラ２２に挟持されており、各ローラが図中矢印の方向に回転することにより、リール１０からフィラメントを引込み、加熱部に送り込むことができる。
In FIG. 2,
不図示の加熱部は、取り込み機構から供給される熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる。加熱部は、ヒータを備えており、ヒータの発熱量を制御することで、溶融した樹脂の温度を調整することができる。 A heating unit (not shown) heats and melts the thermoplastic resin supplied from the intake mechanism. The heating unit includes a heater, and the temperature of the molten resin can be adjusted by controlling the amount of heat generated by the heater.
溶融状態となった熱可塑性樹脂は、後続の材料に押出されることにより、吐出部の吐出ノズル４に送り込まれる。吐出ノズル４の先端部まで押し出された熱可塑性樹脂は、吐出口５から吐出する。
The molten thermoplastic resin is fed into the
ローラ２１とローラ２２を回転させたり停止したりすることにより、吐出口５から溶融樹脂を吐出させたり吐出させなかったりすることができる。また、ローラの回転速度を制御することで、加熱部への造形材の供給量を調整することができる。したがって、ローラの回転速度を制御することで、吐出口５からの溶融樹脂の吐出速度、吐出量、吐出圧力を制御することができる。
By rotating or stopping the
ステージ６は、造形される三次元造形物を上面で支持するための基台である。図中、座標軸に示すように、ステージ６の上面は、Ｘ軸とＹ軸で規定されるＸ−Ｙ平面と平行である。またＸ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ方向とする。
The
本実施形態の三次元造形装置では、吐出部が備える吐出ノズル４のステージ６に対する相対的位置を変更させながら熱可塑性樹脂を吐出し、積層してゆくことによって三次元造形物を形成することができる。図１の装置では、ステージ６はＺ移動機構９によりＺ軸に沿って移動可能となっている。また、吐出ノズル４は、Ｘ移動機構７およびＹ移動機構８により、Ｘ−Ｙ面に沿って移動可能となっている。もっとも、吐出ノズル４がステージ６に対してＸＹＺの３方向で相対的に移動できれば良いので、装置構成は必ずしも図１の例に限られない。たとえば、ステージは固定して、吐出ノズルをＸＹＺの３方向に移動可能な構成としても良い。
In the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment, a three-dimensional modeled object can be formed by discharging and laminating thermoplastic resin while changing the relative position of the
尚、本実施形態では、後述するように、内実部を形成する際に、すでに形成した骨格部の上面に吐出ノズルの底面を接触させる場合がある。単に接触させる場合には、Ｚ移動機構９で、ステージ６のＺ方向の位置制御を行う。たとえば、骨格部の積層厚の設計値を参照して、骨格部の上面の位置が、吐出ノズルの底面の位置と一致するようにステージ６のＺ方向の位置を制御すればよい。あるいは、骨格部の上面と吐出ノズルの底面の相対位置を観察可能なデジタルカメラを設け、画像認識にもとづいてステージ６のＺ方向の位置制御を行ってもよい。一方、吐出ノズルの底面が骨格部の上面に対して所定の接触圧力を印加しながら接触するようにしたい場合には、Ｚ移動機構９は、位置制御と力制御の両方を組み合わせた方式で動作させる。たとえば、Ｚ移動機構９に、Ｚ方向にかかる外力を検出可能な力センサを設け、骨格部の上面と吐出ノズルの底面との間に所定の接触圧力が付加されるように、Ｚ移動機構９の駆動部を制御すればよい。
In this embodiment, as will be described later, when forming the solid part, the bottom surface of the discharge nozzle may be brought into contact with the top surface of the already formed skeleton part. When the contact is simply made, the
［制御ブロック］
図３に、本実施形態の三次元造形装置の制御ブロックを簡易的に示す。
[Control block]
In FIG. 3, the control block of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment is simply shown.
制御部３０は、三次元造形装置の各部の動作を制御するための制御回路である。制御部３０は、ＣＰＵ、制御プログラムや制御用数値テーブルを記憶した不揮発性メモリであるＲＯＭ、演算等に使用する揮発性メモリであるＲＡＭ、装置外や装置内各部と通信するためのＩ／Ｏポート、等を備えている。なお、ＲＯＭには、三次元造形装置の基本動作を制御するためのプログラムが記憶されている。
The
コンピュータ３１は、ＣＰＵ、記憶装置および入出力装置を備えた電子計算機で、三次元形状編集ソフトウェアを実行可能である。コンピュータ３１は、造形しようとする三次元モデル情報に基づき、吐出ヘッドで形成するのに適した骨格部モデルと内実部モデルを構築し、順次パターンを形成するための指示を制御部３０に対して発することができる。コンピュータ３１は、三次元造形装置に内蔵されたコンピュータであってもよいし、ネットワーク等を介して三次元造形装置と接続可能な外部コンピュータであってもよい。また、制御部３０とコンピュータ３１の機能を、ひとつのコンピュータに実装し、単一の制御部と見なしてもよい。
The
３３は、三次元造形装置を使用するユーザのための操作パネルである。操作パネル３３は、三次元造形装置の操作者が装置に指示を与えるための入力部と、操作者に情報を表示するための表示部を有している。入力部は、キーボードや操作ボタンを備えている。表示部は、三次元造形装置の動作状況等を表示する表示パネルを備えている。
制御部３０は、操作パネル３３から入力されるユーザの指示に基づき、三次元装置の各部を制御し、三次元造形の各工程を遂行する。具体的には、制御部３０は三次元造形開始の指示を受けると、加熱供給部３に制御信号を送信して、ローラ２１とローラ２２やヒータの駆動を制御し、溶融した熱可塑性樹脂の吐出ノズル４への供給を調整する。制御部３０は、Ｘ移動機構７、Ｙ移動機構８、Ｚ移動機構９を制御して、吐出ノズル４およびステージ６の相対位置を制御し、三次元造形プロセスにおける骨格部と内実部の形成を遂行させる。
The
［三次元造形プロセス］
次に、本実施形態の三次元造形プロセスについて、順を追って説明する。図４は、本実施形態の三次元造形プロセスの工程順を示すフローチャートである。
[Three-dimensional modeling process]
Next, the three-dimensional modeling process of this embodiment will be described in order. FIG. 4 is a flowchart showing the process order of the three-dimensional modeling process of the present embodiment.
まず、工程Ｓ１では、三次元造形モデル情報として三次元形状データを、コンピュータ３１のメモリに格納する。三次元形状データは、コンピュータ３１が作成したものであってもよいし、ＣＡＤや三次元形状計測装置が作成したデータを、ネットワークや記憶媒体を介して入力したものであってもよい。三次元形状データ形式は、ＳＴＥＰ形式、Ｐａｒａｓｏｌｉｄ形式、ＳＴＬ形式などが用いられるが、三次元形状をデジタルデータとして表現できるものであれば、その種類は限定されない。
First, in step S <b> 1, 3D shape data is stored in the memory of the
続く工程Ｓ２乃至Ｓ３では、コンピュータ３１が、内蔵する演算装置と三次元形状編集ソフトウェアを用いて、骨格部モデルと内実部モデルを作成する。
In subsequent steps S2 to S3, the
ここで、骨格部モデルとは、造形する三次元モデルを複数の区画に分割する隔壁構造のモデルである。骨格部モデルは、造形する三次元モデルの外表面となる外殻部を含む。コンピュータ３１は、本実施形態の三次元造形装置で形成可能なパターン幅および一層の厚みを勘案して、骨格部モデルを作成する。
Here, the skeleton part model is a partition wall structure model that divides a three-dimensional model to be formed into a plurality of sections. The skeleton part model includes an outer shell part serving as an outer surface of a three-dimensional model to be formed. The
また、内実部モデルとは、骨格部モデルの隔壁構造で仕切られた区画の内部空間の形状モデルである。すなわち、骨格部モデルと内実部モデルを合わせれば、造形する三次元モデル全体になるわけである。 The solid part model is a shape model of the internal space of the partition partitioned by the partition structure of the skeleton part model. That is, when the skeleton part model and the internal part model are combined, the entire three-dimensional model to be formed is obtained.
ここでは、工程Ｓ１でコンピュータ３１に格納した三次元モデルが、図５（ａ）に示すように、各辺の長さがＬｘ，Ｌｙ，Ｌｚの直方体の三次元モデル１００であった場合を例に説明する。説明の便宜のために、単純な直方体を例示するが、もちろん三次元モデル１００は、これより複雑な形状であっても差し支えない。
Here, as an example, the three-dimensional model stored in the
工程Ｓ２で、コンピュータ３１は、骨格部モデルを作成するが、図５（ｂ）はその一例である骨格部モデル５０の正面図、図５（ｃ）は骨格部モデル５０の平面図である。
In step S <b> 2, the
図５（ｂ）に示すように、骨格部モデル５０は高さ方向、すなわち三次元造形プロセスにおける積層方向に関して、本実施形態の三次元造形装置で形成可能な一層の厚みｔを単位とする層を積み重ねた多層構造を有している。すなわち、図５（ｂ）の例では、高さＬｚの造形モデルに基づいて作成された８層構造よりなる骨格部モデルが示されている。
As shown in FIG. 5B, the
骨格部モデル５０の各層は、図５（ｃ）に示す平面形状を有している。図示の便宜上、骨格部モデルの部分を斜線で示している。骨格部モデルは、三次元モデル１００の４つの側面となる外殻部を含み、三次元モデルを１４個の区画に分割する隔壁構造を成している。外殻部および隔壁の幅ｗは、本実施形態の三次元造形装置で形成可能なライン幅と等しいか、またはその整数倍とするのがよい。
Each layer of the
たとえば、本実施形態の三次元造形装置の吐出部が備える吐出ノズル４が、図７（ａ）の側面図、および図７（ｂ）の下面図で示される形状を有していたとする。図示のように、吐出ノズル４の先端部は、直径Ｂｗの円形の平坦面をなし、その中心に内径Ｄの円形の吐出口５が設けられているとする。この吐出ノズルで形成しえるライン幅は、概ね吐出口の内径Ｄと等しいといえる。もちろん、溶融樹脂の粘度、吐出圧、ノズルの走査速度、等を考慮して、より厳密にライン幅を決定してもよいが、いずれにせよ、骨格部モデルの外殻部および隔壁の幅ｗは、三次元造形装置で形成可能なライン幅と等しいか、その整数倍とするのがよい。
For example, it is assumed that the
次に、工程Ｓ３で、コンピュータ３１は、内実部モデルを作成するが、図６（ａ）はその一例である内実部モデル６０の正面図、図６（ｂ）は内実部モデル６０の平面図である。図示の便宜上、三次元モデル１００の外形を点線で示している。
Next, in step S3, the
図６（ａ）に示すように、内実部モデル６０は高さ方向、すなわち三次元造形プロセスにおける積層方向に関して、本実施形態の三次元造形装置で形成可能な一層の厚みｔの整数倍を単位とする厚さのユニットを積み重ねた構造を有している。図６（ａ）では、高さＬｚの造形モデルをもとに、Ｉｚ＝４×ｔを単位とする２層のユニット構造よりなる内実部モデル６０が示されている。
As shown in FIG. 6A, the
内実部モデル６０の各層は、図６（ｂ）に示す平面形状を有している。平面視における内実部モデル６０は、三次元モデル１００から骨格部モデル５０を除いた部分と等しい。すなわち、内実部モデル６０は、骨格部モデル５０の隔壁構造によりｗの距離隔てられた１４個の独立構造を成している。各構造の平面視におけるサイズは、吐出ノズル４の底面よりも小さく、吐出口５と等しいか、やや大きいのが望ましい。たとえば、平面視におけるＸ方向の長さＩｘおよびＹ方向の長さＩｙ、あるいは平面視における対角線の長さは、いずれもＢｗよりも小さいのが望ましい。また、ＩｘおよびＩｙは、Ｄと等しいか、またはＤよりも大きなほうがよい。これらの寸法関係が望ましい理由については、詳しくは後述するが、骨格部を形成した後に、順に１４個の内実部を形成する際に、吐出ノズルで隔壁に蓋をして、溶融樹脂を確実に充填するためである。
Each layer of the
工程Ｓ４では、コンピュータ３１は、工程Ｓ２で作成した骨格部モデルおよび工程Ｓ３で作成した内実部モデルを参照しながら、三次元造形装置が三次元モデルを造形するために必要な命令セットを作成し、制御部３０に送信する。尚、コンピュータ３１が命令セットを作成しないで、骨格部モデルおよび内実部モデルを制御部３０に送信してもよい。その場合には、制御部３０が、内蔵するＣＰＵを用いて、造形するために必要な命令セットを作成するように、制御プログラムを構成しておけばよい。
In step S4, the
命令セットは、複数層分の骨格部モデルに相当する部分を三次元造形し、その後に内実部モデルに相当する部分を三次元造形するシーケンスを実行するための命令として構成される。 The instruction set is configured as an instruction for three-dimensionally modeling a portion corresponding to the skeleton part model for a plurality of layers and then executing a sequence for three-dimensionally modeling a part corresponding to the internal part model.
たとえば、図５（ｂ），（ｃ）の骨格部モデル、および図６（ａ），（ｂ）の内実部モデルをもとに作成される命令セットは、以下のようなシーケンスを実行する命令セットとして構成される。すなわち、まず吐出ノズル４をステージ６に対して相対走査させて、下から４層分の骨格部モデルを順次形成する。次に、骨格に内接する内実部を１個ずつ順次形成するが、各内実部を形成する際は、４層分の骨格部モデルの厚みＩｚに達するまで，溶融樹脂を連続して充填する。その後、同様にさらに４層分の骨格部モデルを形成してから、内実部を形成し、三次元造形物を完成させる。かかるシーケンスを実行させるための命令セットは、制御部３０のＲＡＭに記憶される。
For example, the instruction set created based on the skeleton part model of FIGS. 5B and 5C and the internal part model of FIGS. 6A and 6B is an instruction that executes the following sequence. Configured as a set. That is, the
次に、工程Ｓ５では、制御部３０は、工程Ｓ４で作成した命令セットに従い装置各部を動作させ、たとえば、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、三次元造形物の骨格部８０を熱可塑性樹脂で形成する。図８に示すのは、図５（ｃ）における幅ｗを、吐出ノズル４を一回走査したときの線幅と等しく設定し、骨格部モデルの４層目までを造形した状態である。
Next, in step S5, the
尚、ここでは、層とは、溶融した熱可塑性樹脂を複数回付与することで厚み方向に積み重ねて三次元造形物を形成する場合に、一回の付与で積まれる部分をいう。吐出ヘッドとステージを相対的に走査しながら熱可塑性樹脂を付与して積み重ねる場合には、一回の走査で付与する部分である。三次元造形物の断面観察等で層と層の境界が確認できる場合もあるが、熱可塑性樹脂の均一性が高い場合などには、層と層の境界が明確に検出されない場合もある。 In addition, here, a layer means the part piled up by one application, when forming the three-dimensional structure by stacking in the thickness direction by applying the molten thermoplastic resin a plurality of times. In the case where the thermoplastic resin is applied and stacked while relatively scanning the ejection head and the stage, it is a portion applied by a single scan. In some cases, the boundary between the layers can be confirmed by observing the cross section of the three-dimensional structure, but the boundary between the layers may not be clearly detected when the uniformity of the thermoplastic resin is high.
制御部３０は、ローラ２１とローラ２２を駆動させて適量の未溶融の熱可塑性樹脂フィラメントを加熱部に供給する。制御部３０は、加熱部に内蔵されたヒータを駆動させ、熱可塑性樹脂フィラメントを加熱して溶融させる。制御部３０は、吐出ノズル４とステージ６を相対的に移動させ、図８（ａ）に示すように、熱可塑性樹脂で骨格部８０を形成する。
The
図８（ａ）に示すように、４層分の骨格部８０のパターンを熱可塑性樹脂で形成したら、制御部３０は、ローラ２１とローラ２２を一旦停止させ、吐出ノズル４からの溶融樹脂の吐出を停止させる。骨格部が形成された段階で、骨格部を構成する隔壁により、水平方向が囲まれるが上方向は開放された空間が複数配置されたことになる。したがって、工程Ｓ５は、隔壁形成工程であるとも言える。
As shown in FIG. 8A, when the pattern of the
次に、工程Ｓ６では、制御部３０は命令セットに従い装置各部を動作させ、たとえば、図９（ａ）の斜視図、図９（ｂ）の部分断面図に示すように、三次元造形物の骨格部８０に内接する内実部９０を、熱可塑性樹脂で形成する。三次元造形物の骨格部の４層分は、すでに工程Ｓ５で形成されているので、それによって水平方向が囲まれた領域に、上方向から熱可塑性樹脂を付与し、内実部を形成する。
Next, in step S6, the
制御部３０は、再びローラ２１とローラ２２を駆動させて適量の未溶融の熱可塑性樹脂フィラメントを加熱部に供給する。制御部３０は、加熱部に内蔵されたヒータを駆動し、熱可塑性樹脂フィラメントを加熱して溶融させる。
The
制御部３０は、吐出ノズル４とステージ６を相対的に移動させ、図９（ｂ）に示すように、骨格部８０により構成された隔壁で囲まれた部分に、上方向から熱可塑性樹脂を充填して内実部９０を形成する。隔壁で囲まれた各区画は、４層分の骨格部に相当する高さがあるが、ひとつの区画を４層分の高さまで充填した後、次の区画を充填する。すなわち、内実部となる複数の区画を、一区画ずつ順番に溶融樹脂で充填してゆくように、吐出ノズル４は走査される。
The
内実部を構成する各区画のサイズは、図６（ｂ）の内実部モデルの平面形状と図７の吐出ヘッド底面形状との関係で説明したように、吐出口５よりも各区画の方が若干大きいか、または等しくなるよう設定される。なおかつ、吐出ヘッドの底面の大きさよりも、各区画の大きさの方が狭くなるように設定されている。このため、図９（ｂ）に示すように、吐出ヘッドを区画と位置合わせすれば、吐出口はひとつの区画のみに、選択的に溶融樹脂を充填することができる。この際には、吐出ヘッドの吐出口周辺の平坦な底面が、骨格部の隔壁の上面と接し、蓋をするような状態となる。この蓋の効果により、溶融樹脂を区画に注入する際、ローラ２１とローラ２２の駆動を適宜制御すれば、所定の注入圧力をかけることが可能になる。
As described in relation to the planar shape of the solid part model in FIG. 6B and the shape of the bottom surface of the ejection head in FIG. It is set to be slightly larger or equal. In addition, the size of each section is set to be narrower than the size of the bottom surface of the ejection head. For this reason, as shown in FIG. 9B, if the ejection head is aligned with the compartment, the ejection port can be selectively filled with the molten resin in only one compartment. At this time, the flat bottom surface around the discharge port of the discharge head is in contact with the upper surface of the partition wall of the skeleton portion, so that the lid is covered. Due to the effect of this lid, a predetermined injection pressure can be applied by appropriately controlling the driving of the
この際、Ｚ移動機構９で吐出ヘッドに対するステージ６の位置を制御することで、吐出ヘッドの底面が骨格部の上面と密着して接し、蓋をするようにすることができる。蓋としての密閉性を向上するために、骨格部の上面と吐出ノズルの底面との間に所定の接触圧力を印加しながら接触させる場合には、Ｚ移動機構９は、位置制御と力制御の両方を組み合わせた方式で動作する。
At this time, by controlling the position of the
そして、骨格部の４層分の高さに相当する容積の溶融樹脂の注入を終了するタイミングにあわせて、ローラ２１とローラ２２の駆動を停止することにより、区画から溶融樹脂が溢れることを防止することができる。一つの区画への溶融樹脂の充填が完了したら、Ｚ移動機構９でステージ６を下げて吐出ヘッドをいったん離間させ、Ｘ移動機構７とＹ移動機構８で吐出ヘッドを次の区画の上方に移動させる。その後、Ｚ移動機構９でステージ６を上昇させて、吐出ヘッドが次の区画の蓋をするように、相対位置を制御する。
And by stopping the injection of the
このように、順番に各区画を吐出ヘッドの底面で蓋をして、適宜の圧力で吐出口から注入してゆくことにより、骨格部と内実部を隙間なく接合させることが可能になる。 In this way, by sequentially covering each section with the bottom surface of the discharge head and injecting it from the discharge port with an appropriate pressure, the skeleton part and the solid part can be joined without a gap.
図１０は、図９（ｂ）の断面図の一部を拡大して示したものである。骨格部８０は、複数の層を積層して形成しているため、その側面は平坦ではなく、図中１０１で示すように凹部が存在する。本実施形態によれば、各区画に吐出ヘッドの底面で蓋をして、適宜の圧力で吐出口から注入することにより、かかる凹部１０１にも確実に溶融樹脂を充填することが可能である。
FIG. 10 is an enlarged view of a part of the cross-sectional view of FIG. Since the
本実施形態では、骨格部に蓋をして適宜の圧力をかけて溶融樹脂で充填するために、特に好適な形状の吐出ヘッドを用いた。図１１は、吐出ヘッドのノズル先端付近の形状を示した斜視図である。図１１は、先端形状を図示する便宜上、通常の使用状態とは、上下を逆にして示している。ノズル先端の吐出口５の周辺は、通常は平坦面であるが、本実施形態においては、エア抜きのための溝１１０が設けられている。この例では、溝１１０は、幅が０．５ｍｍで、深さが０．０１ｍｍの形状を有している。溝の幅や深さは、骨格部の区画に蓋をして溶融樹脂を注入する際に、区画内のエアを効率的に排気できる大きさであることが望ましい。その一方で、溝を通じて樹脂が漏れ出したりしない程度に幅や深さを制限する必要がある。かかる要請が満たされるならば、エア抜きの溝１１０の形状は図１１の例に限られるわけではなく、たとえば吐出口５を中心に複数の溝を放射状に設けるものであってもよい。
In the present embodiment, a discharge head having a particularly suitable shape is used in order to cover the skeleton part and fill it with molten resin under an appropriate pressure. FIG. 11 is a perspective view showing the shape near the nozzle tip of the ejection head. FIG. 11 shows the tip shape upside down from the normal use state for convenience. The periphery of the
工程Ｓ６で内実部に樹脂を充填した後、工程Ｓ７では、三次元造形モデルの全層の形成が完了したかを確認する。 After filling the solid part with resin in step S6, in step S7, it is confirmed whether the formation of all layers of the three-dimensional modeling model is completed.
図５（ａ）の三次元造形モデルの例では、図５（ｂ）のように全体の高さＬＺを、８層に分割する骨格部モデルを構築したが、図９の段階では、まだ４層分の骨格部と内実部しか形成していないので、再び工程Ｓ５に戻ることになる。そして、さらに４層分の骨格部を形成した後、工程Ｓ６で上段の内実部を形成する。 In the example of the three-dimensional modeling model shown in FIG. 5A, a skeleton model that divides the entire height LZ into eight layers as shown in FIG. 5B is constructed, but at the stage of FIG. Since only the skeleton part and the solid part of the layer are formed, the process returns to step S5 again. And after forming the frame | skeleton part for four layers further, the upper solid part is formed in process S6.
そして、工程Ｓ７で三次元造形モデルの全層の形成が完了したことを確認できたら、三次元造形プロセスを終了する。 And if it has confirmed that formation of all the layers of a three-dimensional modeling model was completed at process S7, a three-dimensional modeling process will be ended.
本実施形態によれば、たとえば図９において、各内実部９０は、４層を順次形成するのではなく、一回の充填で一体として形成されるので、層間の境目がなく強固である。しかも、内実部９０は、骨格部８０の凹部１０１にも確実に充填されているため、内実部９０と骨格部８０はアンカー効果を発揮して互いに相手を拘束する。このため、本実施形態により形成した三次元造形物は、従来のように一層ずつ平面パターンを積層して形成した三次元造形物と比較して、はるかに大きな強度を有する構造体であると言える。しかも、あらかじめ骨格部の一部として外殻部を形成してあるため、形状精度は従来の方式と比較して何ら遜色がないと言える。
According to the present embodiment, for example, in FIG. 9, each
［第二の実施形態］
本発明の第二の実施形態に係る三次元造形装置の構成と、三次元造形方法を順に説明する。第一の実施形態が、同一の吐出ヘッドを用いて骨格部と内実部を形成していたのに対して、第二の実施形態では、骨格部と内実部をそれぞれ専用の吐出ヘッドを用いて形成する点が異なる。
[Second Embodiment]
The configuration of the 3D modeling apparatus and the 3D modeling method according to the second embodiment of the present invention will be described in order. In the first embodiment, the skeleton part and the solid part are formed by using the same discharge head, whereas in the second embodiment, the skeleton part and the solid part are respectively used by a dedicated discharge head. The point of formation is different.
［装置構成］
図１２は、本発明の第二の実施形態にかかる三次元造形装置を模式的に示す斜視図である。１は造形材、２は材料導入部、３は加熱供給部、６はステージ、７はＸ移動機構、８はＹ移動機構、９はＺ移動機構、１０はリールである。材料導入部２、加熱供給部３、リール１０が２個ずつ設けられている点を除けば、これらの部分については、第一の実施形態の装置と概ね同じであるため、詳しい説明は省略する。
[Device configuration]
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment of the present invention. 1 is a modeling material, 2 is a material introduction unit, 3 is a heating supply unit, 6 is a stage, 7 is an X movement mechanism, 8 is a Y movement mechanism, 9 is a Z movement mechanism, and 10 is a reel. Except for the fact that each of the
また、１２１は骨格部形成用の吐出ノズル、１２２は骨格部形成用の吐出口、１２３は内実部形成用の吐出ノズル、１２４は内実部形成用の吐出口である。
図７（ａ），（ｂ）を参照して、骨格部形成用と内実部形成用のノズル先端部の形状の違いについて説明する。骨格部形成用の吐出ノズル１２１の先端面の直径Ｂｗは、内実部形成用の吐出ノズル１２３の先端面の直径Ｂｗよりも小さい。また、骨格部形成用の吐出口１２２の内径Ｄは、内実部形成用の吐出口１２４の内径Ｄよりも小さい。このような構成とすることで、骨格部を形成する時には、微細な形状の形成に適したヘッドを用いることができ、高い形状精度で外殻部や隔壁を形成することができる。一方、内実部を形成する時には、底面および吐出口が大きなヘッドを用いることができ、隔壁を覆う蓋のサイズを大きくできるため、内実部を形成するための骨格部の区画サイズを大きくすることができる。すなわち、内実部形成用の吐出ノズル１２３の先端面の直径Ｂｗが大きいため、図６（ｂ）におけるＩｘ，Ｉｙを大きくすることができる。そして、内実部を形成するための一区画の容積が大きくなったとしても、内実部形成用の吐出口１２４の内径Ｄは大きく設定されているため、短時間で溶融樹脂を充填することができる。なお、内実部形成用の吐出ノズル１２３の先端部には、図１１で説明したエア抜きのための溝１１０を形成するのが望ましいが、骨格部形成用の吐出ノズル１２１には溝１１０は設けなくともよい。
With reference to FIG. 7 (a), (b), the difference in the shape of the nozzle front-end | tip part for frame | skeleton part formation and a solid part formation is demonstrated. The diameter Bw of the distal end surface of the
［制御ブロック］
第二の実施形態の装置の制御ブロックは、図３に示した第一の実施形態の制御ブロックと概ね同様である。
[Control block]
The control block of the apparatus of the second embodiment is substantially the same as the control block of the first embodiment shown in FIG.
ただし、施形態においては、骨格部形成用と内実部形成用の専用ノズルを有するため、吐出ノズルの制御系は２系統備えている。また、骨格部形成用と内実部形成用のノズルサイズが異なるため、コンピュータ３１が実行する骨格部モデルと内実部モデルを構築するためのプログラムは、第一の実施形態とは異なるものを採用している。
However, in the embodiment, since there are dedicated nozzles for forming the skeleton part and forming the solid part, there are two discharge nozzle control systems. In addition, since the nozzle size for forming the skeleton part and the nozzle for forming the solid part are different, the program for building the skeleton part model and the solid part model executed by the
［三次元造形プロセス］
第二の実施形態の三次元造形プロセスは、図４のフローチャートで説明した第一の実施形態の三次元造形プロセスと概ね同様である。
[Three-dimensional modeling process]
The three-dimensional modeling process of the second embodiment is substantially the same as the three-dimensional modeling process of the first embodiment described in the flowchart of FIG.
ただし、工程Ｓ２で骨格部モデルを作成する際の隔壁の幅ｗは、骨格部形成用の吐出ノズル１２１によって一走査で形成可能な線幅の整数倍に設定される。
However, the width w of the partition wall when creating the skeleton part model in step S2 is set to an integral multiple of the line width that can be formed in one scan by the
また、内実部モデルを作成する際の区画の大きさＩｘ，Ｉｙは、内実部形成用の吐出ノズル１２３の先端面の直径Ｂｗよりも小さく、内実部形成用の吐出口１２４の内径Ｄと等しいか、やや大きく設定される。内実部形成用ノズルの先端で骨格部を構成する隔壁に蓋をして、溶融樹脂を適宜の圧力で充填するためである。
In addition, the sizes Ix and Iy of the compartment when creating the solid part model are smaller than the diameter Bw of the front end surface of the
また、第一の実施形態では、たとえば図５（ａ）の三次元造形物を形成する際に、造形物の４つの側面は、骨格部モデルに含まれた外殻部として形成したが、底面と上面は骨格部と内実部が混在する面として形成していた。これに対して、第二の実施形態は、工程Ｓ２において、側面だけでなく底面と上面も外殻部として含む骨格部モデルを作成し、工程Ｓ５において底面と上面も骨格部形成用の吐出ノズル１２１によって形成する点で異なる。 In the first embodiment, for example, when forming the three-dimensional structure shown in FIG. 5A, the four side surfaces of the structure are formed as outer shell parts included in the skeleton model. The upper surface was formed as a surface in which the skeleton part and the solid part were mixed. On the other hand, in the second embodiment, a skeleton part model including not only the side surfaces but also the bottom surface and the top surface as outer shell parts is created in step S2, and the bottom and top surfaces of the discharge nozzle for forming the skeleton part are formed in step S5. It differs in that it is formed by 121.
また、工程Ｓ４で作成される造形命令セットは、第二の実施形態においては、２系統の吐出ノズルを適宜使い分ける命令セットとなる。すなわち、骨格部の形成時は骨格部形成用の吐出ノズルを駆動し、内実部の形成時は内実部形成用の吐出ノズルを駆動する命令セットとなる点で、第一の実施形態とは異なる。 In addition, the modeling command set created in step S4 is a command set for properly using the two discharge nozzles in the second embodiment. That is, it differs from the first embodiment in that it is an instruction set that drives the discharge nozzle for forming the skeleton part when forming the skeleton part and drives the discharge nozzle for forming the inner part when forming the inner part. .
工程Ｓ５では、骨格部を骨格部形成用の吐出ノズル１２１によって形成し、工程Ｓ６では、内実部を内実部形成用の吐出ノズル１２３によって形成する。
In step S5, the skeleton is formed by the
工程Ｓ６において、内実部を形成している途中の状態を、図１３（ａ）の斜視図、（ｂ）の一部断面図に示す。 In step S6, a state in the middle of forming the solid part is shown in a perspective view of FIG. 13A and a partial cross-sectional view of FIG.
本実施形態では、底面も骨格部として形成するため、図１３（ｂ）に示すように、ステージ６と接する底面層と、その上の４層分を合わせた５層分の骨格部８０が、吐出口が小さな骨格部形成用の吐出ノズルを用いて形成されている。そして、内実部形成用の吐出ノズル１２３を用いて、４層分の骨格部の隔壁で区画された空間に、順次溶融樹脂を充填させ、内実部９０を形成している。内実部形成用の吐出ノズル１２３の先端面の直径Ｂｗと吐出口１２４の径は、骨格部形成用の吐出ノズル１２１よりも大きいので、実施形態１と比較して大きなサイズの区画に充填できることが、同図から明らかである。
In the present embodiment, since the bottom surface is also formed as a skeleton part, as shown in FIG. 13B, a
以下、第一の実施形態と同様に、三次元造形物を構成する全層の積層が完了するまで、Ｓ５ないしＳ７を繰り返す。ただし、本実施形態では、三次元造形物の上面に相当する最上層は、骨格部に含まれる外殻として、骨格部形成用の吐出ノズル１２１で形成する。
Hereinafter, similarly to the first embodiment, S5 to S7 are repeated until the lamination of all the layers constituting the three-dimensional structure is completed. However, in the present embodiment, the uppermost layer corresponding to the upper surface of the three-dimensional structure is formed by the
本実施形態によれば、たとえば図１３において、内実部９０は、４層を順次形成するのではなく、一回の充填で一体として形成されるので、層間の境目がなく強固である。しかも、内実部９０は、骨格部８０の凹部１０１にも確実に充填されているため、内実部９０と骨格部８０はアンカー効果を発揮して互いに相手を拘束する。このため、本実施形態による三次元造形物は、従来の一層ずつ平面パターンを積層して形成した三次元造形物と比較して、はるかに大きな強度を有する構造体であると言える。しかも、吐出口が小さな吐出ノズルを使って、すべての外面を骨格部の一部として形成してあるため、形状精度も従来の方式と比較して何ら遜色がないと言える。
According to the present embodiment, for example, in FIG. 13, the
さらに、本実施形態によれば、骨格部と内実部をそれぞれ専用の吐出ヘッドを用いて形成する装置構成としたことにより、骨格部と内実部のモデル形状の設計自由度が拡大する。 Furthermore, according to this embodiment, since the skeleton portion and the solid portion are formed using the dedicated discharge head, the degree of freedom in designing the model shapes of the skeleton portion and the solid portion is expanded.
内実部形成用の吐出ヘッドの先端面の面積を大きくすることにより、内実部を形成するための一区画のサイズを大きくしても確実に蓋をすることができる。また、区画サイズが大きくなれば、内実部形成用の吐出口のサイズを大きくできるため、溶融樹脂の流量を大きくすることができ、造形に要する時間を短縮することができる。 By increasing the area of the front end surface of the discharge head for forming the solid part, the lid can be reliably closed even if the size of one section for forming the solid part is increased. Moreover, since the size of the discharge port for forming the solid part can be increased if the partition size is increased, the flow rate of the molten resin can be increased and the time required for modeling can be shortened.
また、加圧充填のためのエア抜き溝は、内実部形成用の吐出ヘッドだけに設ければよく、骨格部形成用の吐出ヘッドには設ける必要がない。このため、骨格部形成用の吐出ヘッドにおいて吐出する溶融樹脂は、エア抜き溝の影響を一切受けないため、三次元造形物の外形の形状精度を高く保つことができる。 Further, the air vent groove for pressurization and filling may be provided only in the discharge head for forming the solid part, and is not required in the discharge head for forming the skeleton part. For this reason, since the molten resin discharged in the discharge head for forming the skeleton part is not affected by the air bleeding groove at all, the shape accuracy of the outer shape of the three-dimensional structure can be kept high.
以上、第一の実施形態と第二の実施形態について説明したが、本発明の実施形態はこれらに限られるものではない。 The first embodiment and the second embodiment have been described above, but the embodiments of the present invention are not limited to these.
たとえば、上記実施形態では、骨格部の幅ｗは、吐出ノズルによって一走査で形成可能な線幅と等しく設定したが、線幅の整数倍とすることが可能である。幅ｗを大きくすれば、隔壁としての強度が増加するうえ、内実部を形成する際に吐出ヘッドで蓋をする際の接触面積を大きくでき密封性が向上するため、内実部を充填する際の溶融樹脂の圧力を大きくすることができる。また、三次元造形物の外表面になる外殻部と、内実部を区切る隔壁の部分とで、互いに幅ｗを異ならせてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the width w of the skeleton portion is set equal to the line width that can be formed in one scan by the discharge nozzle, but can be an integral multiple of the line width. Increasing the width w increases the strength of the partition wall and increases the contact area when the lid is covered with the ejection head when forming the solid part, thus improving the sealing performance. The pressure of the molten resin can be increased. In addition, the width w may be different between the outer shell portion that becomes the outer surface of the three-dimensional structure and the partition wall portion that divides the inner solid portion.
また、第一の実施形態と第二の実施形態を適宜組み合わせることも可能で、たとえば、第一の実施形態の装置を用いて、第二の実施形態のように三次元造形物の底面と上面も含めて骨格部として形成しても構わない。逆に、第二の実施形態の装置を用いて、第一の実施形態のように、三次元造形物の底面と上面は、骨格部と内実部を混在する形態で造形しても構わない。 Also, the first embodiment and the second embodiment can be appropriately combined. For example, using the apparatus of the first embodiment, the bottom surface and the top surface of the three-dimensional structure are formed as in the second embodiment. May also be formed as a skeleton part. Conversely, using the apparatus of the second embodiment, as in the first embodiment, the bottom surface and the top surface of the three-dimensional structure may be modeled in a form in which the skeleton part and the solid part are mixed.
また、隔壁によって規定される内実部となる空間の形態は、上記実施形態では、ＩｘとＩｙを辺とする矩形の底面を有し、高さがＩｚの直方体または立方体の空間としたが、必ずしもこれに限る必要はない。要は、内実部を形成する際に、吐出ヘッドの先端面形状との関係で、溶融樹脂が他の区画にはみ出さないように蓋をできる区画形状にできればよい。造形しようとする三次元造形物の形状によっては、直方体の内実部を規則的に配置するだけでは、幾何学的に構成することが困難な場合もあるので、たとえば三角柱や六角中のような多角柱の形状をした内実部を形成してもよい。 Further, in the above embodiment, the form of the space defined as the solid part defined by the partition wall is a rectangular or cubic space having a rectangular bottom surface with sides Ix and Iy and a height of Iz. It is not necessary to limit to this. In short, when forming the solid part, it is only necessary to have a partition shape that can cover the molten resin so that the molten resin does not protrude into other partitions in relation to the shape of the tip surface of the ejection head. Depending on the shape of the 3D object to be modeled, it may be difficult to geometrically construct it simply by regularly arranging the solid part of the rectangular parallelepiped. You may form the internal part in the shape of a prism.
また、吐出ヘッドの吐出口形状は、上記実施例のように円形に限られるものではなく、たとえば、正方形などの多角形形状を採用することも可能である。 Further, the discharge port shape of the discharge head is not limited to a circle as in the above-described embodiment, and for example, a polygonal shape such as a square can be adopted.
また、第二の実施形態のように、骨格部形成用の吐出ヘッドと、内実部形成用の吐出ヘッドを別体で設ける場合には、ヘッド構造を異なるものにするだけでなく、使用する熱可塑性樹脂を互いに異なるものとしてもよい。たとえば、骨格用と内実部形成用で、異なる色の樹脂を用いてもよく、また、骨格用と内実部形成用で固化した際の弾性係数が異なる樹脂を用いてもよい。 Further, when the discharge head for forming the skeleton part and the discharge head for forming the solid part are provided separately as in the second embodiment, not only the head structure is different but also the heat used. The plastic resins may be different from each other. For example, different colored resins may be used for the skeleton and the solid part formation, or resins having different elastic coefficients when solidified for the skeleton and the solid part formation may be used.
［実施例１］
以下に、具体的に三次元造形物を造形した例として、実施例１乃至実施例４と、参考のための比較例１、比較例２を説明する。
[Example 1]
Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 for reference will be described below as specific examples of modeling a three-dimensional structure.
実施例１乃至実施例４と、比較例１、比較例２は、いずれも円形で開口径が０．５ｍｍの吐出口を備えた吐出ヘッドを用いて、図５（ａ）に示した直方体形状の樹脂部品を作成した。樹脂部品の具体的形状は、ＬＸ＝８０ｍｍ、ＬＹ＝１０ｍｍ、ＬＺ＝２ｍｍ、である。 Example 1 to Example 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are all rectangular parallelepiped shapes shown in FIG. 5A using a discharge head having a circular discharge opening with an opening diameter of 0.5 mm. The resin parts were made. Specific shapes of the resin parts are LX = 80 mm, LY = 10 mm, and LZ = 2 mm.
実施例１乃至実施例４では、骨格部を構成する隔壁の幅ｗを０．５ｍｍ、骨格部の1層の厚さtを０．４ｍｍ、連続して積層する骨格部の総数を５層、内実部の形状はＩｘ、Ｉｙ、Ｉｚの順に０．５ｍｍ、０．５ｍｍ、２．０ｍｍとした。そして、第一の実施形態で説明した三次元造形方法を用いて、樹脂部品を形成した。 In Example 1 to Example 4, the width w of the partition wall constituting the skeleton part is 0.5 mm, the thickness t of one layer of the skeleton part is 0.4 mm, and the total number of skeleton parts to be continuously stacked is five layers. The shape of the solid part was 0.5 mm, 0.5 mm, and 2.0 mm in the order of Ix, Iy, and Iz. And the resin component was formed using the three-dimensional modeling method demonstrated in 1st embodiment.
比較例１と比較例２は、骨格部と内実部を分けたりせずに、特許文献１に記載されたように、下から順に一層ずつ平面パターンを積層して三次元造形物を形成する方法で樹脂部品を作成した。
Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are methods for forming a three-dimensional structure by laminating plane patterns one by one in order from the bottom as described in
実施例１乃至実施例４と、比較例１、比較例２について、樹脂部品を造形した際の造形条件と、曲げ弾性率をまとめて、表１に示す。 Regarding Example 1 to Example 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, the molding conditions and the flexural modulus when resin parts are modeled are shown in Table 1.
表１に示すように、実施例１、実施例３、実施例４、比較例１は、熱可塑性樹脂としてＡＢＳすなわちアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体を用いた。また、実施例２と比較例２は、ＰＣ／ＡＢＳすなわちポリカーボネートとＡＢＳのポリマーアロイを用いた。各材料は、直径が１．７５ｍｍのフィラメントタイプに加工したものを用い、図１の造形装置を使用した。ノズルのヒータ温度は摂氏２３０度に制御し、吐出口の大きさはΦ０．５ｍｍの大きさのものを使用した。 As shown in Table 1, in Example 1, Example 3, Example 4, and Comparative Example 1, ABS, that is, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer was used as the thermoplastic resin. In Example 2 and Comparative Example 2, PC / ABS, that is, a polymer alloy of polycarbonate and ABS was used. Each material used what was processed into the filament type whose diameter is 1.75 mm, and used the modeling apparatus of FIG. The heater temperature of the nozzle was controlled to 230 degrees Celsius, and the discharge port size was 0.5 mm.
実施例１と実施例２は、内実部を形成する際に、ノズル先端が骨格部の隔壁に接触するように位置制御するが、隔壁に対する接触圧力は印加しなかった。また、内実部を形成する際に、溶融樹脂に注入圧力を加圧せずに造形を実施した。 In Example 1 and Example 2, when forming the solid part, the position of the nozzle tip was controlled so as to contact the partition wall of the skeleton, but no contact pressure was applied to the partition wall. Further, when forming the solid part, modeling was performed without applying an injection pressure to the molten resin.
これに対して、実施例３では、隔壁に対するノズル先端の接触圧力と、溶融樹脂の注入圧力とが、共に３ＭＰａになるように制御して造形した。 On the other hand, in Example 3, it shape | molded by controlling so that the contact pressure of the nozzle front-end | tip with respect to a partition and the injection pressure of molten resin might be set to 3 Mpa.
実施例４では、隔壁に対するノズル先端の接触圧力を３ＭＰａ付加し、溶融樹脂の注入圧力を５ＭＰａ付加して造形した。 In Example 4, 3 MPa was applied as the contact pressure of the nozzle tip to the partition wall, and 5 MPa was applied as the molten resin injection pressure.
造形した部材の強度を評価するため、曲げ弾性率の測定を行った。測定は株式会社島津製作所製の卓上形精密万能試験機を用い実施した。 In order to evaluate the strength of the shaped member, the flexural modulus was measured. The measurement was carried out using a desktop precision universal testing machine manufactured by Shimadzu Corporation.
表１に示すように実施例１及至実施例４の樹脂部材は、比較例１と比較例２の樹脂部材と比べて、高い曲げ弾性率が確保されていた。 As shown in Table 1, the resin members of Examples 1 to 4 had a higher flexural modulus than the resin members of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.
また、同じＡＢＳ材料を用いながら、注入圧力を付加しなかった実施例１に比べて、注入圧力を付加した実施例３と実施例４の方が、曲げ弾性率の数値が向上しており、高い構造強度を達成した。これは、注入圧力と接触圧力を付加したことにより、骨格部の凹部の隅々にまで内実部の樹脂が入り込み、構造体としての強度が向上したと考えられる。 Further, compared to Example 1 in which the injection pressure was not applied while using the same ABS material, the values of the flexural modulus were improved in Examples 3 and 4 to which the injection pressure was applied, High structural strength was achieved. This is thought to be due to the addition of the injection pressure and the contact pressure, and the resin in the solid part penetrated into the corners of the concave part of the skeleton part, thereby improving the strength of the structure.
尚、実施例４は、実施例３よりも高い注入圧力を印加したにもかかわらず、実施例３と曲げ弾性率にほとんど差がなかったが、ひとつには、骨格部の凹部に充填するのには、３ＭＰａで、すでに十分であったことが考えられる。ただし、実施例４では、接触圧力よりも注入圧力が上回っていたため、吐出ヘッドと隔壁の接触部から若干の樹脂の流出が発生した可能性もあり、高い注入圧力が実効的に付加されず実施例３の曲げ弾性率と差がなかったとも考えられる。したがって、骨格部の隔壁の幅ｗをより大きくして、隔壁の構造強度を強化した上で、接触圧力を５ＭＰａまで上げれば、蓋としての密閉性が向上し、注入圧力を５ＭＰａにすれば、さらに強度を向上させられる可能性がある。すなわち、蓋としての密閉性を確保するために、接触圧力は、隔壁を変形させない程度に抑制する必要はあるものの、溶融樹脂の漏れを防止するためには、接触圧力は注入圧力以上であることが望ましい。 Although Example 4 had almost no difference in flexural modulus from Example 3 in spite of the application of higher injection pressure than Example 3, one was to fill the recess of the skeleton part. It is conceivable that 3 MPa was already sufficient. However, in Example 4, since the injection pressure was higher than the contact pressure, there was a possibility that some resin flowed out from the contact portion between the ejection head and the partition wall, and the high injection pressure was not effectively applied. It is also considered that there was no difference from the flexural modulus of Example 3. Therefore, if the width w of the partition wall of the skeleton part is increased to enhance the structural strength of the partition wall and the contact pressure is increased to 5 MPa, the sealing performance as a lid is improved, and if the injection pressure is 5 MPa, Furthermore, there is a possibility that the strength can be improved. That is, in order to ensure the sealing performance as a lid, the contact pressure needs to be suppressed to such an extent that the partition wall is not deformed, but in order to prevent the molten resin from leaking, the contact pressure must be higher than the injection pressure. Is desirable.
以上、表１に示したように、比較例に対し、本発明の熱溶融積層造形法を用いて製造された造形物は、高い構造強度を有することが確認された。尚、実施例と比較例の部品の形状は、開口径が同一の吐出ノズルを用いているため、ほぼ同一の形状精度であった。 As described above, as shown in Table 1, it was confirmed that the shaped article manufactured using the hot melt layered manufacturing method of the present invention has high structural strength with respect to the comparative example. Note that the shapes of the parts of the example and the comparative example had almost the same shape accuracy because the discharge nozzles having the same opening diameter were used.
［実施例２］
第二の実施形態で説明した三次元造形方法にもとづいて、樹脂部品を造形した実施例５、実施例６を説明する。
[Example 2]
Example 5 and Example 6 in which resin parts are modeled will be described based on the three-dimensional modeling method described in the second embodiment.
実施例５、実施例６は、図１２に示した三次元造形装置を用いて、図５（ａ）に示した直方体形状の樹脂部品を作成した。樹脂部品の具体的形状は、ＬＸ＝８０ｍｍ、ＬＹ＝１０ｍｍ、ＬＺ＝２ｍｍ、である。 In Example 5 and Example 6, the rectangular parallelepiped-shaped resin component shown in FIG. 5A was created using the three-dimensional modeling apparatus shown in FIG. Specific shapes of the resin parts are LX = 80 mm, LY = 10 mm, and LZ = 2 mm.
実施例５、実施例６では、骨格部を構成する隔壁の幅ｗを０．５ｍｍ、骨格部の1層の厚さtを０．４ｍｍ、連続して積層する骨格部の総数を５層、内実部の形状はＩｘ、Ｉｙ、Ｉｚの順に１．５ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍとした。 In Example 5 and Example 6, the width w of the partition wall constituting the skeleton part is 0.5 mm, the thickness t of one layer of the skeleton part is 0.4 mm, and the total number of the skeleton parts to be continuously stacked is five layers. The shape of the solid part was 1.5 mm, 1.5 mm, and 2.0 mm in the order of Ix, Iy, and Iz.
実施例５、実施例６について、樹脂部品を造形した際の造形条件と、曲げ弾性率をまとめて、表２に示す。 About Example 5 and Example 6, the modeling conditions at the time of modeling a resin component and a bending elastic modulus are put together, and it shows in Table 2.
実施例５、実施例６は、ともに熱可塑性樹脂として、ＡＢＳすなわちアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体を用いた。材料は、直径が１．７５ｍｍのフィラメントタイプに加工したものを用いた。 In both Examples 5 and 6, ABS, that is, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer was used as the thermoplastic resin. The material used was a filament type with a diameter of 1.75 mm.
実施例５、実施例６では、表２における第一のノズルと第二のノズルを、それぞれ骨格部形成用ノズルと内実部形成用ノズルとして用いた。第一のノズルも、第二のノズルも、内蔵するヒータの温度は摂氏２３０度に制御した。 In Example 5 and Example 6, the first nozzle and the second nozzle in Table 2 were used as the skeleton part forming nozzle and the solid part forming nozzle, respectively. The temperature of the heater built in both the first nozzle and the second nozzle was controlled to 230 degrees Celsius.
実施例５では、第一のノズルとして、吐出口がΦ０．５ｍｍの円形のものを使用し、第二のノズルとして、吐出口がΦ１．５ｍｍの円形のものを使用した。 In Example 5, a circular nozzle having a discharge port of Φ0.5 mm was used as the first nozzle, and a circular nozzle having a discharge port of Φ1.5 mm was used as the second nozzle.
実施例６では、第一のノズルとして、吐出口がΦ０．５ｍｍの円形のものを使用し、第二のノズルとして、吐出口が１．５ｍｍ×１．５ｍｍの正方形形状のものを使用した。 In Example 6, a circular nozzle having a discharge port of Φ0.5 mm was used as the first nozzle, and a square nozzle having a discharge port of 1.5 mm × 1.5 mm was used as the second nozzle.
実施例５と実施例６では、内実部を形成する際の吐出ヘッドの骨格部に対する接触圧力と、溶融樹脂の注入圧力として、共に３ＭＰａを付加して造形した。 In Example 5 and Example 6, modeling was performed by adding 3 MPa as the contact pressure to the skeleton part of the ejection head when forming the solid part and the injection pressure of the molten resin.
表２に示すように、実施例５と実施例６の樹脂部品は、同じ樹脂材料を用いて造形した比較例１の樹脂部品と比べて、大きな曲げ弾性率を有しており、高い構造強度を達成していた。 As shown in Table 2, the resin parts of Example 5 and Example 6 have a higher flexural modulus than the resin part of Comparative Example 1 formed using the same resin material, and have high structural strength. Was achieved.
また、実施例５と実施例６では、内実部の一区画のサイズを大きくし、大きな吐出口を備えた吐出ヘッドで区画を充填して内実部を形成したため、実施例１乃至実施例４と比較して、三次元造形に要する時間を短縮することが可能であった。 Further, in Example 5 and Example 6, the size of one section of the solid part was increased, and the solid part was formed by filling the section with a discharge head having a large discharge port. In comparison, it was possible to shorten the time required for three-dimensional modeling.
［第三の実施形態］
本発明の第三の実施形態に係る三次元造形装置の構成と、三次元造形方法を順に説明する。
[Third embodiment]
The configuration of the 3D modeling apparatus and the 3D modeling method according to the third embodiment of the present invention will be described in order.
［装置構成］
図１４は、本発明の第三の実施形態にかかる三次元造形装置を、模式的に示す斜視図である。
[Device configuration]
FIG. 14 is a perspective view schematically showing a three-dimensional modeling apparatus according to the third embodiment of the present invention.
２０１は造形材、２０２は材料導入部、２０３は加熱部、２０４は吐出ノズル、２０５は吐出口、２０６は吐出ヘッド、２０７は温度センサ、２０８は赤外温度センサ、２０９は溶融樹脂、２１０はリール、２１１はステージ、２１２は振動子である。また、２１３はステージ移動装置、２１４は吐出ヘッド移動装置、２１５は制御部、２１６はコンピュータ、２１７は三次元造形物である。
201 is a modeling material, 202 is a material introduction unit, 203 is a heating unit, 204 is a discharge nozzle, 205 is a discharge port, 206 is a discharge head, 207 is a temperature sensor, 208 is an infrared temperature sensor, 209 is a molten resin, 210 is Reel, 211 is a stage, and 212 is a vibrator.
造形材２０１は、三次元造形に用いる原材料である。本実施形態では、熱可塑性樹脂をフィラメントに成形したものを用いるが、ペレットや粉末等の他の形体の材料を用いることもできる。
The
造形材２０１として用いるフィラメントは、たとえば、断面形状が円形で、直径が１．５〜３．０ｍｍで、長さが１０〜１０００ｍのものが、好適である。造形材２０１は、リール２１０に巻き取られて収納されている。リール２１０を図中矢印の方向に回転することにより、造形材２０１を材料導入部２０２に供給することができる。
The filament used as the
また、本実施形態で用いられ得る熱可塑性樹脂は、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、ＰＣ／ＡＢＳポリマーアロイがある。さらには、ＰＬＡ（ポリ乳酸）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、およびこれらを改質した樹脂等が挙げられる。 Examples of the thermoplastic resin that can be used in the present embodiment include PC (polycarbonate) resin, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer) resin, and PC / ABS polymer alloy. Further examples include PLA (polylactic acid) resin, PPS (polyphenylene sulfide) resin, PEI (polyetherimide) resin, PET (polyethylene terephthalate) resin, and resins obtained by modifying these.
吐出ヘッド２０６は、造形材２０１である熱可塑性樹脂を加熱して溶融し、その粘度を制御しつつ柱状の溶融樹脂２０９として吐出させるヘッドである。吐出ヘッド２０６は、材料導入部２０２、加熱部２０３、吐出ノズル２０４、吐出口２０５、温度センサ２０７を含んでいる。
The
材料導入部は、造形材を吐出ヘッドに導入する部分であるが、その構成の一例を図２に示す。図２において、２１と２２はローラである。造形材１は、ローラ２１とローラ２２に挟持されており、各ローラが図中矢印の方向に回転することにより、リール２１０からフィラメントを引込み、加熱部２０３に送り込むことができる。制御部２１５がローラの回転速度を制御することで、加熱部２０３への造形材の供給量を調整することができる。
The material introduction part is a part for introducing the modeling material into the ejection head, and an example of the configuration is shown in FIG. In FIG. 2, 21 and 22 are rollers. The
加熱部２０３は、材料導入部２０２から供給される熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる。加熱部２０３は、不図示のヒータを備えており、ヒータの発熱量を制御することで、溶融した樹脂の温度を調整することができる。後述するように、溶融した樹脂の粘度は温度に依存して変化するため、溶融した樹脂の温度を調整することにより、その粘度を制御することができる。
The
溶融状態となった熱可塑性樹脂は、後続の材料に押出されることにより、吐出ノズル２０４に送り込まれる。吐出ノズル２０４は、所定形状の吐出口２０５と、温度センサ２０７を備えている。溶融状態となった熱可塑性樹脂は、吐出口２０５から溶融樹脂２０９として、図中のＺ方向に対して逆方向に吐出される。
The molten thermoplastic resin is fed into the
なお、吐出口２０５の開口は、たとえば円形にすればよいが、吐出する熱可塑性樹脂の粘度によって開口の大きさや形状を変更できるように、開口形状可変機構を設けるのが望ましい。
The opening of the
吐出口２０５から吐出された溶融樹脂２０９は、柱状の粘性流体として、鉛直方向すなわちステージ２１１の方向に進行する。三次元造形物２１７の第一層目を形成するステップでは、溶融樹脂２０９はステージ２１１の表面に着接するが、第二層目以降を形成する場合には、すでに積層された下層の表面に着接する。どちらの場合であっても、溶融樹脂２０９は、着接した後に温度がガラス転移点（Ｔｇ）以下に降下し、固化する。
The
温度センサ２０７は、吐出する熱可塑性樹脂の温度を計測するためのセンサで、吐出ノズル２０４の内部で、吐出口２０５の近傍に設置されている。
The
また、赤外温度センサ２０８は、吐出された直後の溶融樹脂２０９の温度を非接触で計測するためのセンサで、吐出ノズル２０４の外部で、吐出口２０５の近傍に設置されている。
The
温度センサ２０７および赤外温度センサ２０８は、温度を計測して制御部２１５に伝達するが、後述するように、計測結果は、溶融樹脂２０９の粘度を制御するために参照される。
The
本実施形態では、溶融樹脂２０９の粘度の制御の信頼性を高くするため、温度センサ２０７と赤外温度センサ２０８を用いたが、必ずしも両者が必要であるとは限らず、いずれか一方だけで足りる場合もある。
In the present embodiment, the
ステージ２１１は、三次元造形物を支持するための基台で、振動子２１２が付設されている。振動子２１２は、後述するように、低粘度の溶融樹脂を吐出させて造形する時に、ステージ２１１を振動させるための振動子で、たとえば超音波を発振可能な超音波振動子を用いるが、それ以外のデバイスであってもよい。
The
ステージ移動装置２１３は、ステージ２１１をＸＹＺの３方向に移動させるための機構であり、制御部２１５の制御の下で動作する。
The
吐出ヘッド移動装置２１４は、吐出ヘッド２０６をＸＹＺの３方向に移動させるための機構であり、制御部２１５の制御の下で動作する。
The discharge
尚、三次元造形物を形成する際に、一層を造形するには、吐出ヘッド２０６とステージ２１１は、相対的にＺ方向の距離を一定にして、ＸＹ面内で相対的に走査する動作を行う。また、次の層を形成するには、吐出ヘッド２０６とステージ２１１は、相対的にＺ方向の距離を一層分増加させてから、ＸＹ面内で相対的に走査する動作を行う。例えば、円筒形状の三次元造形物２１７を造形する場合、溶融樹脂２０９を吐出させながら、吐出ヘッド２０６かステージ２１１のいずれか一方にＸＹ平面内での円運動をさせる。そして、積層数が増加するにしたがって、両者のＺ方向の距離が、しだいに大きくなるような運動をさせることになる。
When forming a three-dimensional structure, in order to form one layer, the
本実施形態では、ステージ移動装置２１３と吐出ヘッド移動装置２１４の両方ともＸＹＺの３方向に移動動作可能な機構としたが、上記の動作を行うには必ずしも両方共が３方向に移動動作可能である必要はない。したがって、たとえばステージ移動装置２１３をＸＹの２方向に移動させる機構とし、吐出ヘッド移動装置２１４をＺ方向に移動させる機構としてもよい。あるいは、ＸＹＺの３方向に移動動作可能な機構として、ステージ移動装置２１３か吐出ヘッド移動装置２１４のいずれか一方を設け、他方を設けないようにすることも可能である。
In this embodiment, both the
制御部２１５は、三次元造形装置の各部の動作を制御するための制御回路である。制御部２１５は、ＣＰＵ、制御プログラムや制御用数値テーブルを記憶した不揮発性メモリであるＲＯＭ、演算等に使用する揮発性メモリであるＲＡＭ、装置外や装置内各部と通信するためのＩ／Ｏポート、等を備えている。なお、ＲＯＭには、三次元造形装置の基本動作を制御するためのプログラム、および、各種熱可塑性樹脂についての温度に対する粘度の情報が記憶されている。
The
コンピュータ２１６は、記憶装置、演算装置および入出力装置を備えた電子計算機で、三次元形状編集ソフトウェアを実行可能である。コンピュータ２１６は、造形しようとする三次元モデル情報に基づき、吐出ヘッドで形成するのに適した多層モデルを構築し、各層を順次形成するための指示を制御部２１５に対して発することができる。
The
コンピュータ２１６は、三次元造形装置に内蔵されたコンピュータであってもよいし、ネットワーク等を介して三次元造形装置と接続可能な外部コンピュータであってもよい。
The
［制御ブロック］
図１５に示すのは、装置各部の制御線の接続関係を示す簡易ブロック図である。２０７は温度センサ、２０８は赤外温度センサ、２１３はステージ移動装置、２１４は吐出ヘッド移動装置、２１５は制御部、２１６はコンピュータ、２３１はローラ駆動部、２３２はヒータ駆動部、２３３は振動子駆動部である。
[Control block]
FIG. 15 is a simplified block diagram showing a connection relationship of control lines of each part of the apparatus. 207 is a temperature sensor, 208 is an infrared temperature sensor, 213 is a stage moving device, 214 is an ejection head moving device, 215 is a control unit, 216 is a computer, 231 is a roller driving unit, 232 is a heater driving unit, and 233 is a vibrator. It is a drive part.
温度センサ２０７、赤外温度センサ２０８、ステージ移動装置２１３、吐出ヘッド移動装置２１４、制御部２１５、コンピュータ２１６については、すでに説明した通りである。
The
ローラ駆動部２３１は、吐出ヘッド２０６の材料導入部２に内蔵されたローラ２２１およびローラ２２２を駆動する回路で、制御部２１５からの駆動指令を受信する回路や、ローラ駆動用モータを動かすドライバ回路等を備えている。
The
ヒータ駆動部２３２は、吐出ヘッド２０６の加熱部２０３に内蔵されたヒータを駆動する回路で、ヒータ用電源や、通電制御回路、制御部２１５からの加熱指令を受信する回路等を備えている。
The
振動子駆動部２３３は、ステージ２１１に付設された振動子２１２を駆動する回路で、圧電素子にパルス電圧を供給する発振回路や、制御部２１５からの振動指令を受信する回路等を備えている。
The
［三次元造形プロセス］
次に、本実施形態の三次元造形プロセスについて、順を追って説明する。図１６は、本実施形態の三次元造形プロセスの工程順を示すフローチャートである。
[Three-dimensional modeling process]
Next, the three-dimensional modeling process of this embodiment will be described in order. FIG. 16 is a flowchart showing the process sequence of the three-dimensional modeling process of the present embodiment.
まず、工程Ｓ１１では、造形する三次元モデルの三次元形状データを、コンピュータ２１６に格納する。三次元形状データは、コンピュータ２１６が作成したものであってもよいし、ＣＡＤや三次元形状計測装置が作成したデータを、ネットワークや記憶媒体を介して入力したものであってもよい。三次元形状データ形式は、ＳＴＥＰ形式、Ｐａｒａｓｏｌｉｄ形式、ＳＴＬ形式などが用いられるが、三次元形状をデジタルデータとして表現できるものであれば、その種類は限定されない。
First, in step S <b> 11, 3D shape data of a 3D model to be modeled is stored in the
次に、工程Ｓ１２乃至Ｓ１３では、複数の層を積層して三次元モデルを形成するときに用いる各層の形状データを、三次元形状データに基づいて、コンピュータ２１６が作成する。
Next, in steps S12 to S13, the
工程Ｓ１２では、コンピュータ２１６は、内蔵する演算装置と三次元形状編集ソフトウェアを用いて、本実施形態の三次元造形装置で積層可能な一層の厚みで三次元モデル形状を分割した１次分割モデルを作成する。
In step S12, the
たとえば、図１７（ａ）に示すように、造形しようとする三次元モデルが直方体２５０であった場合、三次元造形装置で積層可能な一層の厚みｔで分割する。説明の便宜のため、ここではＮ個の層に分割したものとし、下から順に２５０−１層、２５０−２層、・・、２５０−Ｎ層と呼ぶことにする。
For example, as shown in FIG. 17A, when the three-dimensional model to be modeled is a
工程Ｓ１３では、コンピュータ２１６は、１次分割モデルの２５０−１層〜２５０−Ｎ層の各層について、三次元造形物の表面を含む部分と、表面を含む部分に内接する領域とに分割した２次分割モデルを作成する。尚、説明の便宜上、三次元造形物の表面を含む部分を外殻部と呼び、表面を構成する部分に内接する領域を内実部と呼ぶ場合もある。
In step S13, the
たとえば、１次分割モデルの２層目である２５０−２層についてみれば、層の中で外周部は三次元モデルの外側表面を構成するが、それ以外の部分は三次元モデルの表面を構成するわけではない。そこで、図１７（ｂ）に示すように、コンピュータ２１６は２５０−２層を２５０−２Ａ層と２５０−２Ｂ層に分割する。
For example, in the case of the 250-2 layer, which is the second layer of the primary division model, the outer peripheral portion of the layer constitutes the outer surface of the three-dimensional model, but the other portions constitute the surface of the three-dimensional model. Not to do. Therefore, as shown in FIG. 17B, the
ここで、２５０−２Ａ層は、三次元モデルの側面つまり外殻部を構成する部分であり、２５０−２層の外周部分である。２５０−２Ａ層の幅ｗは、高粘度の熱可塑性樹脂で描画し得る線幅もしくはその整数倍であり、外殻部の厚さに相当する。また、２５０−２Ｂ層は、三次元モデルの外側表面を含む部分である２５０−２Ａ層を２５０−２層から除外した領域であり、言葉を変えれば、２５０−２Ａ層と接触する領域である内実部である。 Here, the 250-2A layer is a portion constituting the side surface, that is, the outer shell portion of the three-dimensional model, and is an outer peripheral portion of the 250-2 layer. The width w of the 250-2A layer is a line width that can be drawn with a high-viscosity thermoplastic resin or an integer multiple thereof, and corresponds to the thickness of the outer shell. In addition, the 250-2B layer is a region in which the 250-2A layer, which is a portion including the outer surface of the three-dimensional model, is excluded from the 250-2 layer. In other words, the 250-2B layer is a region in contact with the 250-2A layer. The real part.
工程Ｓ１４では、コンピュータ２１６は、工程Ｓ１３で作成した２次分割モデルを参照しながら、三次元造形装置が三次元モデルを造形するために必要な命令セットを作成し、制御部２１５に送信する。尚、コンピュータ２１６が２次分割モデルを制御部２１５に送信し、制御部２１５が造形するために必要な命令セットを作成する構成としてもよい。
In step S <b> 14, the
命令セットは、１層目からＮ層目までを積層する手順を含むが、先に、三次元造形物の表面を構成する部分を粘度の高い熱可塑性樹脂で形成し、その後、表面を構成する部分に内接する領域を粘度の低い熱可塑性樹脂で形成する命令として構成される。たとえば、１次分割モデルの２層目である２５０−２層を形成する命令セットは、まず三次元モデルの外側表面を構成する部分である２５０−２Ａ層を形成し、その後、２５０−２Ａ層と接触する領域である２５０−２Ｂ層を形成するように構成される。 The instruction set includes a procedure for laminating the first layer to the Nth layer, but first, the part constituting the surface of the three-dimensional structure is formed with a high-viscosity thermoplastic resin, and then the surface is constituted. It is configured as an instruction to form a region inscribed in the portion with a thermoplastic resin having a low viscosity. For example, an instruction set that forms 250-2 layer, which is the second layer of the primary division model, first forms 250-2A layer, which is a part constituting the outer surface of the three-dimensional model, and then 250-2A layer. Configured to form a 250-2B layer that is in contact with the substrate.
次に、工程Ｓ１５では、制御部２１５は命令セットに従い装置各部を動作させ、たとえば、図１８（ａ）に示すように、三次元造形物の表面を構成する部分を、粘度の高い熱可塑性樹脂で形成する。
Next, in step S15, the
制御部２１５は、ローラ駆動部２３１を駆動させて適量の未溶融の熱可塑性樹脂フィラメントを加熱部２０３に供給する。制御部２１５は、ヒータ駆動部２３２を駆動させ、熱可塑性樹脂フィラメントを加熱して溶融させる。その際に、温度センサ２０７の計測値を参照し、熱可塑性樹脂の粘度が１１００Ｐａ・Ｓ以上で３０００Ｐａ・Ｓ以下の範囲内に入るように、ヒータ駆動部２３２をフィードバック制御する。制御部２１５は、熱可塑性樹脂の温度に対する粘度の情報をあらかじめ記憶しており、温度センサ２０７の計測値に基づいてヒータ駆動部２３２の駆動をフィードバック制御することにより、熱可塑性樹脂の温度を制御して所望の粘度に調整することが可能である。
The
制御部２１５は、吐出ヘッド２０６とステージ２１１を相対的に移動させ、図１８（ａ）に示すように、１１００Ｐａ・Ｓ以上で３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度を有する熱可塑性樹脂で、外殻部を形成する。熱可塑性樹脂の粘度が高めに設定されているため、吐出ヘッド２０６を相対的に走査してパターンを描画する際に、パターンがだれることは少なく、高い形状精度が確保される。熱可塑性樹脂を吐出口２０５から吐出する間、赤外温度センサ２０８で吐出した直後の熱可塑性樹脂の温度を計測してヒータ駆動にフィードバックすることにより、制御部２１５は、高い精度で粘度の制御を行うことが可能である。
The
図１８（ａ）に示すように、三次元モデルの外側表面を構成する部分について高粘度の熱可塑性樹脂でパターンを形成したら、制御部２１５は、吐出ヘッド２０６からの吐出を一旦停止させる。
As shown in FIG. 18A, when a pattern is formed with a high-viscosity thermoplastic resin on the portion constituting the outer surface of the three-dimensional model, the
次に、工程Ｓ１６では、制御部２１５は命令セットに従い装置各部を動作させ、たとえば、図１９（ａ）に示すように、三次元造形物の表面を構成する部分と接触する領域を、粘度の低い熱可塑性樹脂で形成する。三次元造形物の表面を構成する部分は、すでに工程Ｓ１５で形成されているので、それに囲まれた領域に、５００Ｐａ・Ｓ以上で１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度を有する熱可塑性樹脂を付与し、内実部を形成する。
Next, in step S16, the
制御部２１５は、ローラ駆動部２３１を駆動させて適量の未溶融の熱可塑性樹脂フィラメントを加熱部２０３に供給する。低粘度の熱可塑性樹脂は、高粘度の熱可塑性樹脂に比べて単位時間当たりの吐出量を多くすることが可能なので、工程Ｓ１６の方が工程Ｓ１５よりもフィラメントの供給速度を高くすることが可能である。制御部２１５は、ヒータ駆動部２３２を駆動させ、熱可塑性樹脂フィラメントを加熱して溶融させる。その際に、温度センサ２０７の計測値を参照し、熱可塑性樹脂の粘度が５００Ｐａ・Ｓ以上で１０００Ｐａ・Ｓ以下の範囲内に入るように、ヒータ駆動部２３２をフィードバック制御する。
The
制御部２１５は、吐出ヘッド２０６とステージ２１１を相対的に移動させ、図１９（ａ）に示すように、５００Ｐａ・Ｓ以上で１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度を有する熱可塑性樹脂でパターンを形成する。熱可塑性樹脂の粘度が低めに設定されているため、吐出ヘッド２０６を相対的に走査してパターンを描画する際に、下地に凹凸があったとしても熱可塑性樹脂が入り込みやすく、隙間を生じさせることが極めて少ない。また、粘度が低めに設定されていると、上面の平坦性が高い層が形成されるため、この層の上に更に上層を形成するときに平坦性の高い下地となることができる。このため、層の間の密着性が極めて高く、構造的に強靭な三次元造形物を形成することができる。
The
熱可塑性樹脂を吐出口２０５から吐出する間、赤外温度センサ２０８で吐出した直後の熱可塑性樹脂の温度を計測してヒータ駆動にフィードバックすることにより、制御部２１５は、高い精度で粘度の制御を行うことが可能である。尚、温度センサ２０７および赤外温度センサ２０８のいずれも用いないで、ヒータの電力制御のみで樹脂の粘度を変更することも可能ではあるが、その場合には、投入電力と樹脂粘度の関係をあらかじめ制御部に記憶させておく必要がある。尚、熱可塑性樹脂は、一般には温度が高いほど粘度が低下するので、三次元造形物の表面となる部分を形成する工程における熱可塑性樹脂の温度は、三次元造形物の内実部を形成する工程における熱可塑性樹脂の温度よりも低い。
While the thermoplastic resin is being discharged from the
さらに、本実施形態では、５００Ｐａ・Ｓ以上で１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度を有する熱可塑性樹脂でパターンを形成する際に、ステージ２１１に付設された振動子２１２を駆動する。これにより、ステージを振動させ、熱可塑性樹脂の流動性を向上させ、下地の凹凸への入り込みを促進させている。振動子２１２を過度な振幅で駆動すると、形成中の三次元造形物がステージ２１１から剥離する可能性もあるので、振動子の駆動条件や配置は、適宜調整するのが望ましい。
Further, in the present embodiment, the
図１９（ｂ）に示すように、かかる工程Ｓ１５と工程Ｓ１６により、工程Ｓ１２で作成した１次分割モデルの１層分の三次元造形が完了する。 As shown in FIG. 19 (b), the three-dimensional modeling of one layer of the primary divided model created in step S12 is completed by the steps S15 and S16.
工程Ｓ１７では、制御部２１５は、Ｎ層の１次分割モデルの全層の三次元造形が完了したかを判断し、未完了の場合は工程Ｓ１５と工程Ｓ１６を再度行い、完了したら三次元造形を終了する。
In step S17, the
本実施形態によれば、三次元造形物の表面となる部分を、１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の、高い粘度の熱可塑性樹脂で形成することにより、三次元造形物の外形表面を高い形状精度で造形することが可能である。 According to the present embodiment, the outer surface of the three-dimensional structure is formed by forming the portion to be the surface of the three-dimensional structure with a thermoplastic resin having a high viscosity of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less. Can be shaped with high shape accuracy.
そして、本実施形態によれば、５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の、低い粘度の熱可塑性樹脂で、表面となる部分に内接する領域を形成することにより、下層との間に隙間ができるのを抑制することができる。熱可塑性樹脂の粘度が低めに設定されているため、吐出ヘッド２０６を相対的に走査してパターンを描画する際に、下地に凹凸があったとしても熱可塑性樹脂が入り込みやすく、下層との間に隙間を生じさせることが極めて少ない。また、粘度が低めに設定されていると、上面の平坦性が高い層が形成されるため、この層の上に上層を形成するときに平坦性の高い下地となることができる。このため、層間の密着性が極めて高く、構造的に強靭な三次元造形物を形成することができる。
And according to this embodiment, a gap between the lower layer and the lower layer is formed by forming a region inscribed in the surface portion with a low viscosity thermoplastic resin of 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less. Can be suppressed. Since the viscosity of the thermoplastic resin is set to be low, when the pattern is drawn by relatively scanning the
本実施形態によれば、あらかじめ高い粘度の熱可塑性樹脂で外形表面となる部分を形成した後、それに囲まれた部分を低い粘度の熱可塑性樹脂で形成するため、低い粘度の熱可塑性樹脂がはみ出すことはなく、高い形状精度を達成できる。また、低い粘度の熱可塑性樹脂は、単位時間あたりの吐出量を大きくすることができるので、三次元造形に要する総時間を短縮することができる。 According to the present embodiment, after forming a portion to be an outer surface with a high viscosity thermoplastic resin in advance, a portion surrounded by the portion is formed with a low viscosity thermoplastic resin, so that the low viscosity thermoplastic resin protrudes. In other words, high shape accuracy can be achieved. In addition, since the low viscosity thermoplastic resin can increase the discharge amount per unit time, the total time required for three-dimensional modeling can be shortened.
また、本実施形態によれば、低い粘度の熱可塑性樹脂を付与する際に、ステージを振動させることにより、熱可塑性樹脂の流動性が高まり、三次元造形物の内実部に隙間ができるのを効果的に抑制することができる。 In addition, according to the present embodiment, when applying a low viscosity thermoplastic resin, by vibrating the stage, the fluidity of the thermoplastic resin is increased, and a gap is formed in the solid part of the three-dimensional structure. It can be effectively suppressed.
［第四の実施形態］
本発明の第四の実施形態に係る三次元造形装置の構成と三次元造形方法を順に説明する。
[Fourth embodiment]
The configuration of the 3D modeling apparatus and the 3D modeling method according to the fourth embodiment of the present invention will be described in order.
第三の実施形態の三次元造形装置では、同一の吐出ヘッドを用いて吐出ヘッドの加熱部の温度を変更することで熱可塑性樹脂の粘度を変更し、高い粘度と低い粘度で順次パターンを形成していた。これに対して、第四の実施形態においては、吐出ヘッドを複数設け、ヘッド毎に異なる粘度の熱可塑性樹脂を吐出するように構成している。 In the three-dimensional modeling apparatus of the third embodiment, the viscosity of the thermoplastic resin is changed by changing the temperature of the heating part of the discharge head using the same discharge head, and a pattern is sequentially formed with a high viscosity and a low viscosity. Was. On the other hand, in the fourth embodiment, a plurality of ejection heads are provided, and a thermoplastic resin having a different viscosity is ejected for each head.
［装置構成］
図２０は、本発明の第四の実施形態にかかる三次元造形装置を、模式的に示す斜視図である。
[Device configuration]
FIG. 20 is a perspective view schematically showing a three-dimensional modeling apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
２１１はステージ、２１２は振動子、２１３はステージ移動装置、２１５は制御部、２１６はコンピュータ、２１７は三次元造形物であり、これらについては第三の実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、吐出ヘッド２０６Ａと吐出ヘッド２０６Ｂの、２基の吐出ヘッドが設けられている。２０１Ａと２０１Ｂは、各吐出ヘッドに供給されるフィラメント状の造形材であり、リールは図示が省略されている。吐出ヘッド２０６Ａが備える２０２Ａは材料導入部、２０３Ａは加熱部、２０４Ａは吐出ノズル、２０５Ａは吐出口、２０６Ａは吐出ヘッド、２０７Ａは温度センサである。同様に、吐出ヘッド２０６Ｂが備える２０２Ｂは材料導入部、２０３Ｂは加熱部、２０４Ｂは吐出ノズル、２０５Ｂは吐出口、２０６Ｂは吐出ヘッド、２０７Ｂは温度センサである。
In the present embodiment, two ejection heads, ie,
吐出ヘッド２０６Ａは、高い粘度すなわち１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で熱可塑性樹脂を吐出口から吐出し、三次元造形物の表面を含む外殻部を形成するための吐出ヘッドである。
The
吐出ヘッド２０６Ｂは、低い粘度すなわち５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出し、三次元造形物の内実部を形成するための吐出ヘッドである。
The
吐出ヘッド２０６Ａと吐出ヘッド２０６Ｂは、制御部２１５により互いに独立に制御され、吐出ヘッド移動装置２１４Ａと吐出ヘッド移動装置２１４Ｂにより、互いに独立に移動可能である。
The
［制御ブロック］
第三の実施形態では、図１５に示したように、１基の吐出ヘッドを制御するために、温度センサ２０７、ローラ駆動部２３１、ヒータ駆動部２３２、吐出ヘッド移動装置２１４が制御部２１５と接続されていた。本実施形態においては、図示を省略するが、制御部２１５は、吐出ヘッド２０６Ａと吐出ヘッド２０６Ｂそれぞれが備える温度センサ、ローラ駆動部、ヒータ駆動部、吐出ヘッド移動装置と接続され、吐出ヘッド２０６Ａと吐出ヘッド２０６Ｂを独立に制御する。
[Control block]
In the third embodiment, as shown in FIG. 15, in order to control one ejection head, the
［三次元造形プロセス］
本実施形態においても、図１６のフローチャートにしたがって、三次元造形プロセスを実行する。ただし、第三の実施形態の三次元形成装置においては、工程Ｓ１５と工程Ｓ１６を実行する際に、単一の吐出ヘッドで加熱部２０３の温度を変更することで熱可塑性樹脂の粘度を制御していた。このため、高い粘度と低い粘度を交互に切り替えて外殻部と内実部を交互に形成する際に、粘度の変更と安定化に時間がかかる場合があった。
[Three-dimensional modeling process]
Also in the present embodiment, the three-dimensional modeling process is executed according to the flowchart of FIG. However, in the three-dimensional forming apparatus of the third embodiment, the viscosity of the thermoplastic resin is controlled by changing the temperature of the
これに対して、本実施形態の装置では、吐出ヘッド２０６Ａの加熱部は、高い粘度すなわち１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下になるよう、常に熱可塑性樹脂の温度を制御している。同様に、吐出ヘッド２０６Ｂは、低い粘度すなわち５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下になるよう、常に熱可塑性樹脂の温度を制御している。
On the other hand, in the apparatus of the present embodiment, the temperature of the thermoplastic resin is always controlled so that the heating unit of the
したがって、吐出ヘッド２０６Ａと吐出ヘッド２０６Ｂを備える本実施形態の装置では、外殻部と内実部を交互に形成する際に、吐出ヘッドを切替えて使用することにより、粘度を変更するための待ち時間が不要となり、次々と層を形成することが可能である。
Therefore, in the apparatus according to this embodiment including the
また、本実施形態では、外殻部と内実部を別種の熱可塑性樹脂で形成することも可能であり、たとえば外殻部と内実部を異なる色や光沢を有する材料で形成することも可能である。 In this embodiment, the outer shell portion and the inner solid portion can be formed of different types of thermoplastic resins. For example, the outer shell portion and the inner solid portion can be formed of materials having different colors and glosses. is there.
本実施形態においても第三の実施形態と同様に、三次元造形物の表面となる部分を、１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の高い粘度の熱可塑性樹脂で形成することにより、三次元造形物の外形表面を高い形状精度で造形することが可能である。 In the present embodiment as well, as in the third embodiment, the portion that becomes the surface of the three-dimensional structure is formed of a thermoplastic resin having a high viscosity of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less. It is possible to model the outer shape surface of the original model with high shape accuracy.
そして、本実施形態においても、５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の低い粘度の熱可塑性樹脂で、表面となる部分に内接する領域を形成することにより、下層との間に隙間ができるのを抑制することができる。熱可塑性樹脂の粘度が低めに設定されているため、吐出ヘッド２０６を相対的に走査して内実部を形成する際に、下地に凹凸があったとしても熱可塑性樹脂が入り込みやすく、下層との間に隙間を生じさせることが極めて少ない。また、粘度が低めに設定されていると、上面の平坦性が高い層が形成されるため、この層の上に更に上層を形成するときに平坦性の高い下地となることができる。このため、層間の密着性が極めて高く、構造的に強靭な三次元造形物を形成することができる。
Also in this embodiment, a gap is formed between the lower layer and the lower layer by forming a region inscribed in the surface portion with a low viscosity thermoplastic resin of 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less. Can be suppressed. Since the viscosity of the thermoplastic resin is set to be low, the thermoplastic resin can easily enter even when the underlying portion is uneven when forming the solid portion by relatively scanning the
本実施形態においても、あらかじめ高い粘度の熱可塑性樹脂で外形表面となる部分を形成した後、それに囲まれた部分を低い粘度の熱可塑性樹脂で形成するため、低い粘度の熱可塑性樹脂がはみ出すことはなく、高い形状精度を達成できる。また、低い粘度の熱可塑性樹脂は、単位時間あたりの吐出量を大きくすることができるので、三次元造形に要する総時間を短縮することができる。 Also in the present embodiment, after forming a portion to be an outer surface with a high viscosity thermoplastic resin in advance, a portion surrounded by the portion is formed with a low viscosity thermoplastic resin, so that a low viscosity thermoplastic resin protrudes. No, high shape accuracy can be achieved. In addition, since the low viscosity thermoplastic resin can increase the discharge amount per unit time, the total time required for three-dimensional modeling can be shortened.
また、本実施形態においても、低い粘度の熱可塑性樹脂を付与する際に、ステージを振動させることにより、熱可塑性樹脂の流動性が高まり、三次元造形物の内実部に隙間ができるのを効果的に抑制することができる。 Also in this embodiment, when applying a low viscosity thermoplastic resin, by vibrating the stage, the fluidity of the thermoplastic resin is increased, and a gap is formed in the solid part of the three-dimensional structure. Can be suppressed.
尚、図２０では２基の吐出ヘッドを備えた装置を示したが、装置が備える吐出ヘッドの数はこれに限られたものではなく、より多数の吐出ヘッドを備えた三次元造形装置であってもよい。 Although FIG. 20 shows an apparatus having two ejection heads, the number of ejection heads provided in the apparatus is not limited to this, and it is a three-dimensional modeling apparatus having a larger number of ejection heads. May be.
［第五の実施形態］
第三の実施形態および第四の実施形態では、図１８と図１９で説明したように、１次分割モデルの下層から上層に向かって、各層毎に外殻部を形成し、続いて内実部を形成した。
[Fifth embodiment]
In the third embodiment and the fourth embodiment, as described with reference to FIGS. 18 and 19, the outer shell portion is formed for each layer from the lower layer to the upper layer of the primary division model, and then the inner solid portion. Formed.
これに対して、第五の実施形態は、三次元造形物の表面を含む部分、つまり外殻部を複数層積層してから、表面を含む部分に内接する領域、つまり内実部を形成する点が異なる。 On the other hand, in the fifth embodiment, a part including the surface of the three-dimensional structure, that is, the outer shell part is laminated, and then a region inscribed in the part including the surface, that is, an internal part is formed Is different.
尚、本実施形態においても、三次元造形物の外殻部は１１００Ｐａ・Ｓ以上かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度の熱可塑性樹脂で形成する。また、内実部は５００Ｐａ・Ｓ以上かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度の熱可塑性樹脂で形成する。以下、第三の実施形態および第四の実施形態と比較しながら、違いを説明する。 In this embodiment as well, the outer shell of the three-dimensional structure is formed of a thermoplastic resin having a viscosity of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less. The solid part is formed of a thermoplastic resin having a viscosity of 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less. Hereinafter, the differences will be described while comparing with the third embodiment and the fourth embodiment.
図２１（ａ）は第三の実施形態および第四の実施形態で説明した形成手順を例示する断面図で、図２１（ｂ）は第五の実施形態の形成手順を例示する断面図である。 FIG. 21A is a cross-sectional view illustrating the formation procedure described in the third embodiment and the fourth embodiment, and FIG. 21B is a cross-sectional view illustrating the formation procedure of the fifth embodiment. .
図２１（ａ）では、ステージ２１１上に、１層目の外殻部２５０−１Ａ、１層目の内実部２５０−１Ｂ、２層目の外殻部２５０−２Ａの順に形成が完了しており、２層目の内実部である２５０−２Ｂを吐出ヘッド２０６が形成している状況を示している。すでに説明したように、内実部は外殻部と比較して低粘度の熱可塑性樹脂で形成するため、下地との境界部Ｇに隙間ができるのを抑制できる。また、低粘度の熱可塑性樹脂で形成するため、上面Ｕの平坦性が向上する。振動子１２を用いてステージ２１１を適度な強度で振動させることにより、これらの効果は、強調される。
In FIG. 21A, on the
一方、図２１（ｂ）では、ステージ２１１上に、１層目の外殻部２５０−１Ａ、２層目の外殻部２５０−２Ａの順に形成が完了した後、２層分の内実部を吐出ヘッド２０６が形成している状況を示している。本実施形態においては、内実部の２５０−１Ｂと２５０−２Ｂを別途形成するのではなく、同時に形成するので、２層の間に隙間が生じるようなことはない。本実施形態においても、内実部は外殻部と比較して低粘度の熱可塑性樹脂で形成するため、上面の平坦性が向上する。そして、内実部は、３層目以上も低粘度の熱可塑性樹脂で形成するため、層の境界に隙間ができるのを抑制できる。
On the other hand, in FIG. 21B, after the formation of the outer shell portion 250-1A of the first layer and the outer shell portion 250-2A of the second layer are completed in this order on the
尚、以上に説明した第五の実施形態の形成手順は、図１４に示した単一の吐出ヘッドを備えた装置でも、図２０に示した複数の吐出ヘッドを備えた装置でも、実施することが可能である。ただし、２層分の内実部を短時間に形成するため、低粘度の熱可塑性樹脂を吐出する際の吐出ヘッドの吐出口形状は、高粘度の熱可塑性樹脂を吐出して外殻部を形成する際の吐出口形状と比較して、面積を大きくすることが望ましい。 The formation procedure of the fifth embodiment described above should be carried out by either the apparatus having a single ejection head shown in FIG. 14 or the apparatus having a plurality of ejection heads shown in FIG. Is possible. However, in order to form the solid part for two layers in a short time, the discharge port shape of the discharge head when discharging low viscosity thermoplastic resin is to form the outer shell part by discharging high viscosity thermoplastic resin It is desirable to increase the area as compared with the shape of the discharge port at the time.
尚、図２１（ｂ）の例では、外殻部を２層形成してから、２層分の内実部を一度に形成したが、層数はこの例に限られたものではなく、たとえば外殻部を３層形成してから、内実部を形成してもよい。 In the example of FIG. 21 (b), two layers of the outer shell are formed and then the inner part of two layers is formed at a time. However, the number of layers is not limited to this example. The solid part may be formed after three layers of the shell part are formed.
また、本実施形態においても、低粘度の熱可塑性樹脂で内実部を形成する際に、振動子を用いてステージを適度な強度で振動させることは、有効である。 Also in this embodiment, it is effective to vibrate the stage with an appropriate strength using a vibrator when forming the solid part with a low-viscosity thermoplastic resin.
［第六の実施形態］
三次元造形物の外側表面のうち、高粘度の熱可塑性樹脂で形成するのは、側面だけでもよいが、形状精度を確保する上では、上下の表面も高粘度の熱可塑性樹脂で形成するのが好ましい。
[Sixth embodiment]
Of the outer surface of the three-dimensional structure, only the side surface may be formed with a high-viscosity thermoplastic resin, but in order to ensure shape accuracy, the upper and lower surfaces are also formed with a high-viscosity thermoplastic resin. Is preferred.
第六の実施形態では、三次元造形物の全ての外側表面を、高粘度の熱可塑性樹脂で形成する。 In the sixth embodiment, all outer surfaces of the three-dimensional structure are formed of a high-viscosity thermoplastic resin.
図２２（ａ）に示すのは、三次元造形モデルの一例で、図１６のフローチャートの工程Ｓ１２で、三次元造形モデルを３００−１，３００−２，３００−３，３００−４，３００−５の５つの１次分割モデルに分割する時の分割面を、点線で示している。 FIG. 22A shows an example of a three-dimensional modeling model. In step S12 in the flowchart of FIG. 16, the three-dimensional modeling model is 300-1, 300-2, 300-3, 300-4, 300-. The dividing plane when dividing into five primary division models of 5 is indicated by dotted lines.
そして、図２２（ｂ）は、工程Ｓ１３で形成した８個の２次分割モデルを示している。図中、番号の末尾にＡが付いているのは、三次元造形物の表面を含む部分、すなわち外殻部を構成する層で、１１００Ｐａ・Ｓ以上で３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度の熱可塑性樹脂で形成する部分である。また、番号の末尾にＢが付いているのは、三次元造形物の表面を含む部分に内接する領域、すなわち内実部を構成する層で、５００Ｐａ・Ｓ以上で１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度を有する熱可塑性樹脂で形成する部分である。 FIG. 22B shows eight secondary division models formed in step S13. In the figure, A is attached to the end of the number, which is the portion that includes the surface of the three-dimensional structure, that is, the layer constituting the outer shell, and is a thermoplastic resin having a viscosity of 1100 Pa · S to 3000 Pa · S. It is a part formed by. In addition, B is attached to the end of the number in the region inscribed in the part including the surface of the three-dimensional structure, that is, the layer constituting the solid part, and has a viscosity of 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less. It is a part formed with a thermoplastic resin.
３００−１Ａ，３００−２Ａ，３００−２Ｂ，３００−３Ａ，３００−３Ｂ，３００−４Ａ，３００−４Ｂ，３００−５Ａの順番で、層を積層し、三次元造形物を形成する。 The layers are stacked in the order of 300-1A, 300-2A, 300-2B, 300-3A, 300-3B, 300-4A, 300-4B, and 300-5A to form a three-dimensional structure.
造形は、第三の実施形態で説明した図１４の三次元造形装置でも、第四の実施形態で説明した図２０の三次元造形装置でも、あるいはそれ以外の装置で行っても差し支えない。 The modeling may be performed by the three-dimensional modeling apparatus illustrated in FIG. 14 described in the third embodiment, the three-dimensional modeling apparatus illustrated in FIG. 20 described in the fourth embodiment, or any other apparatus.
本実施形態によれば、三次元造形物の側面だけでなく、底面および上面の一方または両方を１１００Ｐａ・Ｓ以上で３０００Ｐａ・Ｓ以下の、高い粘度の熱可塑性樹脂で形成する。このため、外形形状の精度を高くすることができ、各表面の状態にばらつきが少なく均一な外観とすることができる。 According to this embodiment, not only the side surface of the three-dimensional structure but also one or both of the bottom surface and the top surface is formed of a high-viscosity thermoplastic resin having a viscosity of 1100 Pa · S to 3000 Pa · S. For this reason, the accuracy of the outer shape can be increased, and a uniform appearance can be obtained with little variation in the state of each surface.
［実施例７］
図１４の三次元造形装置を使用して、造形した実施例を説明する。
[Example 7]
An example of modeling using the three-dimensional modeling apparatus of FIG. 14 will be described.
造形材２０１の材料として、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂である、ユーエムジー・エービーエス株式会社製の３００１Ｍを用いた。
As a material of the
前記材料を、不図示の株式会社プラスチック工学研究所製の単軸押出機ＵＴ−２５−ＴＬを用い、スクリュー回転数が５０ｒｐｍ、シリンダ温度が１９３℃、樹脂圧力が７．９ＭＰａにて、円形断面（φ１．７５ｍｍ）、長さ約１００ｍのフィラメントに成形した。 The material is a single screw extruder UT-25-TL manufactured by Plastic Engineering Laboratory Co., Ltd. (not shown), the screw speed is 50 rpm, the cylinder temperature is 193 ° C., the resin pressure is 7.9 MPa, and the circular cross section (Φ1.75 mm) and formed into a filament having a length of about 100 m.
図１４に示すコンピュータ２１６は、日本電気株式会社製のＰＣ−ＭＹ３０ＸＥＺＥ３を用いた。そして、前記コンピュータ上で用いる三次元形状編集ソフトウェアは、ＫＩＳＳｌｉｃｅｒ Ｖｅｒ．１．１．０を、制御ソフトウェアは、ＡＲＤＵＩＮＯ Ｖｅｒ．１．０．６を用いた。
As the
図１４に示す温度センサ２０７には、理化工業株式会社製の高温対応バイヨネット型シース熱電対であるＴ−２１２ＳＨを用いた。
For the
図２３に本実施例で作成する三次元モデル３１０の形状を示す。なお、三次元モデル３１０の形状は、ＪＩＳ Ｋ ７１７１「プラスチック−曲げ特性の求め方」における、「６．１．２ 推奨試験片」に記載の形状（長さ：８０．０±２．０ｍｍ、幅：１０．０±０．２ｍｍ、厚さ：４．０±０．２ｍｍ）と同一である。
FIG. 23 shows the shape of the three-
まず、実施例７においては、使用するＡＢＳ樹脂の温度（℃）と粘度（Ｐａ・Ｓ）の関係を求めた。測定方法は、ＪＩＳ Ｋ ７１９９「プラスチック−キャピラリーレオメータ及びスリットダイレオメータによるプラスチックの流れ特性試験方法」に準拠して行った。なお、測定時のせん断速度は、１００［１／ｓ］とした。測定結果を図２４に示す。 First, in Example 7, the relationship between the temperature (° C.) and the viscosity (Pa · S) of the ABS resin to be used was determined. The measuring method was performed in accordance with JIS K 7199 “Plastic-capillary rheometer and slit flow rheometer plastic flow characteristics test method”. The shear rate at the time of measurement was 100 [1 / s]. The measurement results are shown in FIG.
次に図１４の三次元造形装置を使用して、図２３に示す三次元モデル３１０の造形を行った。外殻部及び内実部を、熱可塑性樹脂の粘度の組み合わせを変えて形成し、三次元造形物の強度を確認した。
Next, the 3D modeling apparatus shown in FIG. 23 was used to model the
外殻部及び内実部を造形する樹脂の粘度は、図２４に示したＡＢＳ樹脂の材料温度（℃）と粘度（Ｐａ・Ｓ）の関係から設定し、温度センサ２０７および赤外温度センサ２０８で溶融樹脂２０９の温度を測定し、加熱部２０３をフィードバック制御した。
The viscosity of the resin that forms the outer shell and the inner solid part is set based on the relationship between the material temperature (° C.) and the viscosity (Pa · S) of the ABS resin shown in FIG. The temperature of the
設定値を表３に示す。 Table 3 shows the set values.
三次元モデル３１０は高さ４．０ｍｍを１６層に分割し、単位層の高さを０．２５ｍｍとした。吐出口２０５の径を調節し、外殻部を造形する際は、押出して積層した樹脂が、高さ０．２５ｍｍ、幅０．５ｍｍとなるように設定した。
In the three-
まず溶融樹脂２０９の粘度が１１００Ｐａ・Ｓになるように加熱部２０３の温度を調節し、８０ｍｍ×１０ｍｍの外殻部を造形した。次に加熱部２０３の温度を上げて、溶融樹脂２０９の粘度が５００Ｐａ・Ｓとなるように調節し、外殻部の内側に内実部を形成した。内実部の形成は、押出した溶融樹脂２０９がつづら折り状に隙間なく造形され、外殻部の枠内を充填させて単位層を形成するよう吐出ヘッドを相対走査した。引き続き、再び溶融樹脂２０９の粘度が１１００Ｐａ・Ｓになるように加熱部２０３の温度を下げて調節し、前記外殻部に重ねて２層目の外殻部を造形した。次に再び加熱部２０３の温度を上げて、溶融樹脂２０９の粘度が５００Ｐａ・Ｓとなるように調節し、外殻部の内側に内実部をつづら折り状に造形し、枠内を充填させ２層目の単位層を形成した。
First, the temperature of the
以下同様にして単位層を１６層目まで積層し、三次元造形物を得た。得られた三次元造形物は、図２３に示す寸法公差を満たしていた。 In the same manner, unit layers were laminated up to the 16th layer to obtain a three-dimensional structure. The obtained three-dimensional structure satisfy | filled the dimensional tolerance shown in FIG.
また、曲げ弾性率の測定は、ＪＩＳ Ｋ ７１７１「プラスチック−曲げ特性の求め方」に準拠し、試験機には、株式会社島津製作所製卓上形精密万能試験機、オートグラフＡＧＳ−Ｘを用いた。 In addition, the flexural modulus was measured in accordance with JIS K 7171 “Plastics-Determination of bending properties”, and a tabletop precision universal testing machine manufactured by Shimadzu Corporation, Autograph AGS-X was used as a testing machine. .
以下同様にして、外殻部を造形する粘度と内実部を造形する粘度を変更しながら三次元造形物を形成し、形状精度と強度が確保される条件を求めた。得られた結果を表４に示す。 Similarly, the three-dimensional structure was formed while changing the viscosity for forming the outer shell part and the viscosity for forming the solid part, and the conditions under which the shape accuracy and strength were ensured were determined. Table 4 shows the obtained results.
表４において、粘度の単位はＰａ・Ｓで、表中の数値は曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また「Ｆ」は、外形形状が乱れて寸法公差を満たしていない、または角部の曲率半径が大きくて寸法公差を満たしていない等の形状不良を示している。 In Table 4, the unit of viscosity is Pa · S, and the numerical value in the table indicates the flexural modulus (GPa). “F” indicates a defective shape such as the outer shape is disturbed and does not satisfy the dimensional tolerance, or the radius of curvature of the corner is large and the dimensional tolerance is not satisfied.
外殻部粘度が１０００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が大きいため外殻部形状が崩れて、寸法公差から外れた。また外殻部粘度が３５００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が小さいため角部形状を正確に造形できず、寸法公差から外れた。 When the outer shell viscosity was 1000 Pa · S, the outer shell shape collapsed due to high fluidity, and deviated from the dimensional tolerance. In addition, when the outer shell viscosity was 3500 Pa · S, the fluidity was small, so that the corner shape could not be accurately formed, and deviated from the dimensional tolerance.
内実部粘度が、５００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲では、曲げ弾性率は１．６９〜１．８７ＧＰａと安定しているが、４００Ｐａ・Ｓでは樹脂温度が高すぎるために樹脂の熱劣化が顕著になり、曲げ弾性率は１．３５ＧＰａ以下に低下した。また内実部粘度が１１００Ｐａ・Ｓでは流動性が低下して隙間が発生し、曲げ弾性率は１．２３ＧＰａ以下に低下した。 When the internal part viscosity is in the range of 500 to 1000 Pa · S, the flexural modulus is stable at 1.69 to 1.87 GPa. However, at 400 Pa · S, the resin temperature is too high, so the thermal degradation of the resin is significant. Thus, the flexural modulus decreased to 1.35 GPa or less. Further, when the solid part viscosity was 1100 Pa · S, the fluidity was lowered and a gap was generated, and the flexural modulus was lowered to 1.23 GPa or less.
以上のように、三次元造形物の外殻部を造形する樹脂材料の押出し時粘度が１１００Ｐａ・Ｓ以上３０００Ｐａ・Ｓ以下で、内実部を造形する樹脂材料の押し出し時粘度が５００Ｐａ・Ｓ以上１０００Ｐａ・Ｓ以下の場合に、好適な結果が得られた。 As described above, the extrusion viscosity of the resin material for modeling the outer shell portion of the three-dimensional structure is 1100 Pa · S to 3000 Pa · S, and the extrusion viscosity of the resin material for modeling the solid portion is 500 Pa · S to 1000 Pa. A favorable result was obtained when S or less.
［実施例８］
図２１（ｂ）を用いて説明した第五の実施形態の実施例を説明する。
実施例７と同じ三次元造形装置を使用し、同じ素材を用いた。使用する樹脂の材料温度（℃）と粘度（Ｐａ・Ｓ）の関係は、表３を使用した。
[Example 8]
An example of the fifth embodiment described with reference to FIG.
The same 3D modeling apparatus as in Example 7 was used and the same material was used. Table 3 was used for the relationship between the material temperature (° C.) and the viscosity (Pa · S) of the resin used.
三次元モデル３１０は高さ４．０ｍｍを１６層に分割し、単位層の高さを０．２５ｍｍとした。吐出口５の径を調節し、外殻部を造形する際は、押し出して積層した樹脂が、高さ０．２５ｍｍ、幅０．５ｍｍとなるように設定した。
In the three-
まず溶融樹脂２０９の粘度が１１００Ｐａ・Ｓになるように加熱部２０３の温度を調節し、８０ｍｍ×１０ｍｍの外殻部を造形した。続けて前記外殻部の上に重ねて２層目の外殻部を造形した。次に加熱部２０３の温度を上げて、溶融樹脂２０９の粘度が５００Ｐａ・Ｓとなるように調節し、２層積んだ外殻部の内側に２層分の内実部を連続して造形した。該内実部の造形は、押出した溶融樹脂２０９がつづら折り状に隙間なく造形され、外殻部の枠内を充填するよう吐出ヘッドを相対走査させた。
First, the temperature of the
引き続き、再び溶融樹脂２０９の粘度が１１００Ｐａ・Ｓになるように加熱部２０３の温度を下げて調節し、前記外殻部に重ねて３層目と４層目の外殻部を造形した。次に再び加熱部２０３の温度を上げて、溶融樹脂２０９の粘度が５００Ｐａ・Ｓとなるように調節し、外殻部の内側に２層分の内実部を連続してつづら折り状に造形し、枠内を充填させた。以下同様にして最上層まで積層し、三次元造形物を得た。得られた三次元造形物は、図２３に示す寸法公差を満たしていた。
Subsequently, the temperature of the
外殻部及び内実部を、熱可塑性樹脂の粘度の組み合わせを変えて形成し、三次元造形物の形状精度と強度を確認した。尚、曲げ弾性率の測定は、実施例７と同様の方法で行った。得られた結果を表５に示す。 The outer shell and the solid part were formed by changing the combination of the viscosity of the thermoplastic resin, and the shape accuracy and strength of the three-dimensional structure were confirmed. The bending elastic modulus was measured by the same method as in Example 7. The results obtained are shown in Table 5.
表５において、粘度の単位はＰａ・Ｓで、表中の数値は曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また「Ｆ」は、外形形状が乱れて寸法公差を満たしていないか、または角部の曲率半径が大きくて寸法公差を満たしていない等の形状不良を示している。 In Table 5, the unit of viscosity is Pa · S, and the numerical value in the table indicates the flexural modulus (GPa). Further, “F” indicates a shape defect such that the outer shape is disturbed and does not satisfy the dimensional tolerance, or the corner has a large curvature radius and does not satisfy the dimensional tolerance.
実施例８も実施例７と同様に、外殻部を造形する樹脂材料の押し出し時粘度が１１００Ｐａ・Ｓ以上３０００Ｐａ・Ｓ以下であり、内実部を造形する樹脂材料の押し出し時粘度が５００Ｐａ・Ｓ以上１０００Ｐａ・Ｓ以下の場合に、好適な結果が得られた。 In Example 8, as in Example 7, the extrusion viscosity of the resin material that forms the outer shell portion is 1100 Pa · S to 3000 Pa · S, and the extrusion viscosity of the resin material that forms the solid portion is 500 Pa · S. A favorable result was obtained when the pressure was 1000 Pa · S or less.
［実施例９］
図２２（ａ）、図２２（ｂ）を用いて説明した第六の実施形態の実施例を説明する。
[Example 9]
An example of the sixth embodiment described with reference to FIGS. 22A and 22B will be described.
実施例７と同じ三次元造形装置を使用し、同じ素材を用いた。使用する樹脂の材料温度（℃）と粘度（Ｐａ・Ｓ）の関係は、表３を使用した。 The same 3D modeling apparatus as in Example 7 was used and the same material was used. Table 3 was used for the relationship between the material temperature (° C.) and the viscosity (Pa · S) of the resin used.
実施例７と同じ三次元モデルを形成したが、実施例７と異なり、第１層目と第１６層目は、粘度が１１００Ｐａ・Ｓになるように加熱部２０３の温度を調節して形成した。２層目から１５層目までは、実施例７と同じ条件で形成した。
The same three-dimensional model as in Example 7 was formed, but unlike Example 7, the first layer and the 16th layer were formed by adjusting the temperature of the
得られた三次元造形物は、図２３に示す寸法公差を満たしていた。また得られた三次元造形物は、どの外表面も同じ表面状態を有し、均一な外観を有していた。 The obtained three-dimensional structure satisfy | filled the dimensional tolerance shown in FIG. Moreover, the obtained three-dimensional structure had the same surface state on every outer surface, and had a uniform appearance.
［実施例１０］
実施例１０は、外殻部内側に内実部をつづら折り状に造形する際に、振動子２１２によりステージ２１１を振動させた点が、実施例７と相違する。振動子２１２の振動条件は、振幅２ｍｍ、周波数２０Ｈｚ及び２４０Ｈｚとした。その他の条件は実施例７と共通である。
[Example 10]
The tenth embodiment is different from the seventh embodiment in that the
周波数２０Ｈｚの場合の結果を表６、周波数２４０Ｈｚの場合の結果を表７に示す。表において、粘度の単位はＰａ・Ｓで、表中の数値は曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また「Ｆ」は、外形形状が乱れて寸法公差を満たしていないか、または角部の曲率半径が大きくて寸法公差を満たしていない等の形状不良を示している。 Table 6 shows the results when the frequency is 20 Hz, and Table 7 shows the results when the frequency is 240 Hz. In the table, the unit of viscosity is Pa · S, and the numerical value in the table indicates the flexural modulus (GPa). Further, “F” indicates a shape defect such that the outer shape is disturbed and does not satisfy the dimensional tolerance, or the corner has a large curvature radius and does not satisfy the dimensional tolerance.
内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が５００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲では、周波数２０Ｈｚの場合及び２４０Ｈｚの場合、ともに実施例７に比べて曲げ弾性率が上昇した。振動によって、樹脂の充填性が向上したと考えられる。しかし内実部粘度が４００Ｐａ・Ｓの場合、樹脂の熱劣化が顕著になるため、効果が見られなかった。また内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が１１００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が低く、振動の効果が見られなかった。 When the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part is in the range of 500 to 1000 Pa · S, the flexural modulus increased in comparison with Example 7 both in the case of the frequency 20 Hz and 240 Hz. It is considered that the resin filling property was improved by the vibration. However, when the solid part viscosity is 400 Pa · S, the thermal deterioration of the resin becomes remarkable, and thus no effect was observed. Further, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part was 1100 Pa · S, the fluidity was low and the effect of vibration was not observed.
周波数が２０Ｈｚ、２４０Ｈｚのとき内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が、５００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲で曲げ弾性率は夫々、１．８３〜１．９０ＧＰａ、１．８４〜１．９５ＧＰａとなり安定していた。特に内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が、９００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲で、曲げ弾性率の顕著な向上が見られた。一方、内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が、４００Ｐａ・Ｓと１１００Ｐａ・Ｓの時は、振動による効果が見られなかった。 When the frequency is 20 Hz and 240 Hz, the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part is in the range of 500 to 1000 Pa · S, and the flexural modulus is 1.83 to 1.90 GPa and 1.84 to 1.95 GPa, respectively. Was. In particular, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part is in the range of 900 to 1000 Pa · S, the flexural modulus was significantly improved. On the other hand, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part was 400 Pa · S and 1100 Pa · S, no effect due to vibration was observed.
［実施例１１］
実施例１０における振動子２１２の振動条件を、振幅を０．５〜６ｍｍの範囲で変更して造形を行った。周波数２０Ｈｚ、外殻部を形成する樹脂の粘度は２０００Ｐａ・Ｓとし、内実部を形成する樹脂の粘度は４００〜１１００Ｐａ・Ｓとした。
[Example 11]
Modeling was performed by changing the vibration conditions of the
得られた結果を表８に示す。表において、粘度の単位はＰａ・Ｓで、表中の数値は曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また「Ｆ」は、外形形状が乱れて寸法公差を満たしていないか、または角部の曲率半径が大きくて寸法公差を満たしていない等の形状不良を示している。また、「Ｓ」は、造形物がステージから剥離したことを示している。 Table 8 shows the obtained results. In the table, the unit of viscosity is Pa · S, and the numerical value in the table indicates the flexural modulus (GPa). Further, “F” indicates a shape defect such that the outer shape is disturbed and does not satisfy the dimensional tolerance, or the corner has a large curvature radius and does not satisfy the dimensional tolerance. Further, “S” indicates that the modeled object is peeled off from the stage.
振幅が０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲において、実施例７に比べて曲げ弾性率が同等または増加しているが、振幅が６ｍｍの時は、造形物がステージ２１１から剥離した。
In the range where the amplitude is 0.5 mm to 5 mm, the flexural modulus is equal to or increased as compared with Example 7, but when the amplitude is 6 mm, the model is peeled off from the
［実施例１２］
実施例１２では、実施例７とは異なる熱可塑性樹脂を用い、図２０の三次元造形装置を使用して三次元造形物を形成した。実施例１２では、熱可塑性樹脂として、ＰＣ／ＡＢＳポリマーアロイであるバイエル社製Ｔ６５を用いた。
[Example 12]
In Example 12, a thermoplastic resin different from that in Example 7 was used, and a three-dimensional structure was formed using the three-dimensional structure forming apparatus in FIG. In Example 12, T65 manufactured by Bayer, which is a PC / ABS polymer alloy, was used as the thermoplastic resin.
前記素材を、不図示の株式会社プラスチック工学研究所製の単軸押出機ＵＴ−２５−ＴＬを用い、スクリュー回転数が５０ｒｐｍ、シリンダ温度が２１２℃、樹脂圧力が５．１ＭＰａにて、円形断面（φ１．７５ｍｍ）、長さ約１００ｍのフィラメントに成形した。 The material is a single-screw extruder UT-25-TL manufactured by Plastic Engineering Laboratory Co., Ltd. (not shown), the screw rotation speed is 50 rpm, the cylinder temperature is 212 ° C., the resin pressure is 5.1 MPa, and the circular cross section (Φ1.75 mm) and formed into a filament having a length of about 100 m.
実施例１２においても、使用するＡＢＳ樹脂の材料温度（℃）と粘度（Ｐａ・Ｓ）の関係を求めた。測定方法は、ＪＩＳ Ｋ ７１９９「プラスチック−キャピラリーレオメータ及びスリットダイレオメータによるプラスチックの流れ特性試験方法」に準拠して取得した。なお、測定時のせん断速度は、１００［１／ｓ］とした。測定結果を図２５に示す。 Also in Example 12, the relationship between the material temperature (° C.) and the viscosity (Pa · S) of the ABS resin used was determined. The measurement method was obtained in accordance with JIS K 7199 “Plastic-capillary rheometer and slit flow rheometer test method for plastic flow characteristics”. The shear rate at the time of measurement was 100 [1 / s]. The measurement results are shown in FIG.
次に図２０の三次元造形装置を使用して、図２３に示す三次元モデル３１０の造形を行った。吐出ヘッド２０６Ａを使用して外殻部を造形し、吐出ヘッド２０６Ｂを使用して内実部を造形した。三次元造形モデルの形状は、実施例７と同様である。
Next, the three-dimensional modeling apparatus shown in FIG. 23 was used to model the three-
外殻部及び内実部を、熱可塑性樹脂の粘度の組み合わせを変えて形成し、三次元造形物の形状精度と強度を確認した。 The outer shell and the solid part were formed by changing the combination of the viscosity of the thermoplastic resin, and the shape accuracy and strength of the three-dimensional structure were confirmed.
外殻部及び内実部を造形する樹脂の粘度は、図２５に示した樹脂ＰＣ／ＡＢＳの材料温度（℃）と粘度（Ｐａ・Ｓ）の関係から設定した。温度センサ２０７Ａ、温度センサ２０７Ｂで各々の吐出ヘッドの溶融樹脂の温度を測定し、加熱部２０３Ａと加熱部２０３Ｂをフィードバック制御した。設定値を表９に示す。
The viscosity of the resin forming the outer shell and the solid part was set from the relationship between the material temperature (° C.) and the viscosity (Pa · S) of the resin PC / ABS shown in FIG. The
三次元モデル３１０は高さ４．０ｍｍを１６層に分割し、単位層の高さを０．２５ｍｍとした。吐出口２０５Ａの径を調節し、外殻部を造形する際は、押し出して積層した樹脂が、高さ０．２５ｍｍ、幅０．５ｍｍとなるように設定した。
In the three-
まず溶融樹脂の粘度が１１００Ｐａ・Ｓになるように加熱部２０３Ａの温度を調節した吐出ヘッド２０６Ａで、８０ｍｍ×１０ｍｍの外殻部を造形した。次に、溶融樹脂の粘度が５００Ｐａ・Ｓとなるように加熱部２０３Ｂの温度を調節した吐出ヘッド２０６Ｂで、外殻部の内側に内実部をつづら折り状に造形し、枠内を充填させ単位層を形成した。
First, an outer shell portion of 80 mm × 10 mm was formed with a
以下同様にして単位層を１６層まで積層し、三次元造形物を得た。得られた三次元造形物は、図２３に示す寸法公差を満たしていた。曲げ弾性率の測定は、実施例７と同様の方法で行った。 Similarly, up to 16 unit layers were laminated to obtain a three-dimensional structure. The obtained three-dimensional structure satisfy | filled the dimensional tolerance shown in FIG. The bending elastic modulus was measured by the same method as in Example 7.
そして、外殻部を造形する粘度と内実部を造形する粘度を変更しながら三次元造形物を形成して、形状精度と強度が確保される条件を求めた。得られた結果を表１０に示す。 Then, the three-dimensional structure was formed while changing the viscosity for modeling the outer shell part and the viscosity for modeling the solid part, and the conditions for ensuring the shape accuracy and strength were obtained. Table 10 shows the obtained results.
表１０において、粘度の単位はＰａ・Ｓで、表中の数値は曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また「Ｆ」は、外形形状が乱れて寸法公差を満たしていない、または角部の曲率半径が大きくて寸法公差を満たしていない等の形状不良を示している。 In Table 10, the unit of viscosity is Pa · S, and the numerical value in the table indicates the flexural modulus (GPa). “F” indicates a defective shape such as the outer shape is disturbed and does not satisfy the dimensional tolerance, or the radius of curvature of the corner is large and the dimensional tolerance is not satisfied.
表１０の結果から、外殻部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が１０００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が大きいため外殻部形状が崩れて、寸法公差から外れた。また外殻部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が３５００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が小さいため角部形状を正確に造形できず、寸法公差から外れた。 From the results shown in Table 10, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the outer shell portion is 1000 Pa · S, the shape of the outer shell portion collapses due to high fluidity, and deviates from the dimensional tolerance. Further, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the outer shell portion was 3500 Pa · S, the shape of the corner portion could not be accurately modeled because the fluidity was small, and it was out of dimensional tolerance.
内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が、５００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲では、曲げ弾性率は２．０６〜２．２５ＧＰａであった。４００Ｐａ・Ｓでは樹脂温度が高すぎるために樹脂の熱劣化が顕著になり、曲げ弾性率は１．６ＧＰａ前後に低下した。また内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が１１００Ｐａ・Ｓでは、流動性が低下して隙間が発生し、曲げ弾性率は１．５ＧＰａ前後に低下した。 When the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part is in the range of 500 to 1000 Pa · S, the flexural modulus was 2.06 to 2.25 GPa. At 400 Pa · S, since the resin temperature was too high, the thermal degradation of the resin became significant, and the flexural modulus decreased to around 1.6 GPa. Further, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part was 1100 Pa · S, the fluidity decreased and a gap was generated, and the flexural modulus decreased to around 1.5 GPa.
［実施例１３］
前記実施例１２の改良事例を、実施例１３として説明する。実施例１３では、外殻部の内側に内実部をつづら折り状に造形する際に、振動子２１２によりステージ２１１を振動させた。振動子２１２の振動条件は、振幅２ｍｍ、周波数２０Ｈｚ及び２４０Ｈｚとした。その他の条件は実施例１２と共通とした。
[Example 13]
An improved example of the twelfth embodiment will be described as a thirteenth embodiment. In Example 13, the
周波数２０Ｈｚの場合の結果を表１１、周波数２４０Ｈｚの場合の結果を表１２に示す。 Table 11 shows the results when the frequency is 20 Hz, and Table 12 shows the results when the frequency is 240 Hz.
表１１および表１２において、数値は曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また「Ｆ」は、外形形状が乱れて寸法公差を満たしていない、または角部の曲率半径が大きくて寸法公差を満たしていない等の形状不良を示している。 In Tables 11 and 12, the numerical values indicate the flexural modulus (GPa). “F” indicates a defective shape such as the outer shape is disturbed and does not satisfy the dimensional tolerance, or the radius of curvature of the corner is large and the dimensional tolerance is not satisfied.
表１１および表１２の結果から、いずれの場合でも外殻部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が１０００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が大きいため外殻部形状が崩れて、寸法公差から外れた。また外殻部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が３５００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が小さいため角部形状を正確に造形できず、寸法公差から外れた。 From the results of Table 11 and Table 12, in any case, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the outer shell portion was 1000 Pa · S, the shape of the outer shell portion collapsed due to the high fluidity, and deviated from the dimensional tolerance. Further, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the outer shell portion was 3500 Pa · S, the shape of the corner portion could not be accurately modeled because the fluidity was small, and it was out of dimensional tolerance.
内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が、５００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲では、振動子２１２の振動が２０Ｈｚの場合は、２．２０〜２．２６ＧＰａであった。振動子２１２の振動が２４０Ｈｚの場合は、２．２０〜２．２７ＧＰａであった。４００Ｐａ・Ｓでは樹脂温度が高すぎるために樹脂の熱劣化が顕著になり、曲げ弾性率は１．６ＧＰａ前後に低下した。また内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が１１００Ｐａ・Ｓでは流動性が低下して隙間が発生し、曲げ弾性率は１．５ＧＰａ前後に低下した。
When the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part was in the range of 500 to 1000 Pa · S, the vibration was 220 to 2.26 GPa when the vibration of the
振動子２１２の振動の周波数が２０Ｈｚ、２４０Ｈｚともに特に内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が、９００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲で曲げ弾性率の顕著な向上が見られた。
A remarkable improvement in the flexural modulus was observed when the vibration frequency of the
一方、内実部を形成する熱可塑性樹脂の粘度が、４００Ｐａ・Ｓと１１００Ｐａ・Ｓの時は、振動による効果が見られなかった。 On the other hand, when the viscosity of the thermoplastic resin forming the solid part was 400 Pa · S and 1100 Pa · S, no effect due to vibration was observed.
［実施例１４］
実施例１４として、図２０の三次元造形装置を用い、吐出ヘッド２０６Ａと吐出ヘッド２０６Ｂに別種の熱可塑性樹脂を供給し、三次元造形を行った例を示す。
[Example 14]
Example 14 shows an example in which three-dimensional modeling is performed by using the three-dimensional modeling apparatus of FIG. 20 and supplying different types of thermoplastic resin to the
造形材２０１Ａには、ＰＣ／ＡＢＳポリマーアロイであるバイエル社製Ｔ６５を、造形材１Ｂには、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂であるユーエムジー・エービーエス株式会社製３００１Ｍを使用して三次元造形を行った。
For the
まず、造形材２０１Ａの粘度が１１００Ｐａ・Ｓになるように、加熱部２０３Ａの温度を調節した吐出ヘッド２０６Ａで、８０ｍｍ×１０ｍｍの外殻部を造形した。次に、造形材２０１Ｂの粘度が５００Ｐａ・Ｓとなるように加熱部２０３Ｂの温度を調節した吐出ヘッド２０６Ｂで、外殻部の内側に内実部をつづら折り状に造形し、枠内を充填させ単位層を形成した。
First, an outer shell portion of 80 mm × 10 mm was modeled by the
引き続き、同様にして単位層を最上層まで積層し、三次元造形物を得た。得られた三次元造形物は、図１６に示す寸法公差を満たしていた。 Subsequently, the unit layer was laminated to the uppermost layer in the same manner to obtain a three-dimensional structure. The obtained three-dimensional structure satisfy | filled the dimensional tolerance shown in FIG.
そして、外殻部を造形する粘度と内実部を造形する粘度を変更しながら三次元造形物を形成して、形状精度と強度が確保される条件を求めた。得られた結果を表１３に示す。 Then, the three-dimensional structure was formed while changing the viscosity for modeling the outer shell part and the viscosity for modeling the solid part, and the conditions for ensuring the shape accuracy and strength were obtained. The obtained results are shown in Table 13.
表１３において、数値は曲げ弾性率（ＧＰａ）を示している。また「Ｆ」は、外形形状が乱れて寸法公差を満たしていない、または角部の曲率半径が大きくて寸法公差を満たしていない等の形状不良を示している。 In Table 13, the numerical value indicates the flexural modulus (GPa). “F” indicates a defective shape such as the outer shape is disturbed and does not satisfy the dimensional tolerance, or the radius of curvature of the corner is large and the dimensional tolerance is not satisfied.
表１３の結果から、いずれの場合でも外殻部粘度が１０００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が大きいため外殻部形状が崩れて、寸法公差から外れた。また外殻部粘度が３５００Ｐａ・Ｓの場合、流動性が小さいため角部形状を正確に造形できず、寸法公差から外れた。 From the results in Table 13, in any case, when the outer shell viscosity was 1000 Pa · S, the outer shell shape collapsed due to high fluidity, and deviated from the dimensional tolerance. In addition, when the outer shell viscosity was 3500 Pa · S, the fluidity was small, so that the corner shape could not be accurately formed, and deviated from the dimensional tolerance.
内実部粘度が、５００〜１０００Ｐａ・Ｓの範囲では、曲げ弾性率は１．８０〜１．９５ＧＰａであった。４００Ｐａ・Ｓでは樹脂温度が高すぎるために樹脂の熱劣化が顕著になり、曲げ弾性率は１．４ＧＰａ前後に低下した。また内実部粘度が１１００Ｐａ・Ｓでは流動性が低下して隙間が発生し、曲げ弾性率は１．３ＧＰａ前後に低下した。 When the internal part viscosity was in the range of 500 to 1000 Pa · S, the flexural modulus was 1.80 to 1.95 GPa. At 400 Pa · S, since the resin temperature was too high, the thermal deterioration of the resin became significant, and the flexural modulus decreased to around 1.4 GPa. Further, when the solid part viscosity was 1100 Pa · S, the fluidity was lowered and a gap was generated, and the flexural modulus was reduced to around 1.3 GPa.
以上の実施例が示すように、三次元造形物の外殻部を形成する樹脂材料の吐出時の粘度が１１００Ｐａ・Ｓ以上３０００Ｐａ・Ｓ以下であり、内実部を形成する樹脂材料の吐出時の粘度が５００Ｐａ・Ｓ以上１０００Ｐａ・Ｓ以下であることが好適である。 As shown in the above examples, the viscosity at the time of discharging the resin material forming the outer shell part of the three-dimensional structure is 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less, and at the time of discharging the resin material forming the solid part The viscosity is preferably 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less.
また、内実部を造形する際に造形ステージを振動させることが望ましい。振動の振幅は、形成する造形物に応じて適切な大きさを設定するのが望ましい。 Further, it is desirable to vibrate the modeling stage when modeling the solid part. As for the amplitude of vibration, it is desirable to set an appropriate magnitude according to a model to be formed.
また、外殻部を複数層形成してから内実部を形成する工程を繰り返しても、同様の結果が得られた。 Moreover, the same result was obtained even if the process of forming the inner solid part after repeating the formation of a plurality of outer shell parts was repeated.
吐出時の粘度が１１００Ｐａ・Ｓ以上３０００Ｐａ・Ｓ以下の熱可塑性樹脂で、三次元造形物の全表面を形成すれば、均一な外観の造形物が得られるという利点がある。 If the entire surface of the three-dimensional structure is formed with a thermoplastic resin having a viscosity during discharge of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less, there is an advantage that a structure with a uniform appearance can be obtained.
また、吐出ヘッドを複数設けて異なる粘度の樹脂を吐出できるようにすれば、粘度を変更するために樹脂の温度を変更する必要が無くなり、単一の吐出ヘッドを用いる場合と比較して、造形に要する時間が短縮された。また、２系統から別々の材料を吐出することにより、外殻部と内実部を異なる材料で形成することが可能である。 In addition, if a plurality of discharge heads are provided so that resins with different viscosities can be discharged, there is no need to change the temperature of the resin in order to change the viscosity, compared to the case where a single discharge head is used. The time required for is shortened. Further, by discharging different materials from the two systems, it is possible to form the outer shell portion and the inner solid portion with different materials.
１・・・造形材／２・・・材料導入部／３・・・加熱供給部／４・・・吐出ノズル／５・・・吐出口／６・・・ステージ／７・・・Ｘ移動機構／８・・・Ｙ移動機構／９・・・Ｚ移動機構／３０・・・制御部／３１・・・コンピュータ／５０・・・骨格部モデル／６０・・・内実部モデル／８０・・・骨格部／９０・・・内実部／１１０・・・エア抜き溝／１２１・・・骨格部形成用の吐出ノズル／１２３・・・内実部形成用の吐出ノズル／２０１・・・造形材／２０２・・・材料導入部／２０３・・・加熱部／２０５・・・吐出口／２０６・・・吐出ヘッド／２０７・・・温度センサ／２０９・・・溶融樹脂／２１１・・・ステージ／２１２・・・振動子／２１３・・・ステージ移動装置／２１４・・・吐出ヘッド移動装置／２１５・・・制御部／２１６・・・コンピュータ／２１７・・・三次元造形物
DESCRIPTION OF
Claims (28)
前記吐出口を前記基台に対して相対的に移動させながら溶融した熱可塑性樹脂を吐出して壁を形成し、前記壁により水平方向が囲まれるが上方向は開放された空間を設ける壁形成工程と、
前記空間の上方向から溶融した熱可塑性樹脂を吐出して前記空間に注入する注入工程を備え、
前記注入工程において、前記吐出口を有する吐出ノズルの先端面が、前記壁の上面と接触する、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for producing a three-dimensional structure, a molten thermoplastic resin is discharged from a discharge port and laminated on a base to form a three-dimensional structure.
A wall is formed by discharging molten thermoplastic resin while moving the discharge port relative to the base, and forming a wall surrounded by the wall in a horizontal direction but open upward. Process,
E Bei injection step of injecting into the space by ejecting thermoplastic resin melted from above of the space,
In the injection step, a tip surface of the discharge nozzle having the discharge port is in contact with the upper surface of the wall.
A method for producing a three-dimensional structure characterized by that.
前記注入工程は、複数の前記空間の各々に順次に溶融した前記熱可塑性樹脂を注入する工程である、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。 The wall forming step is a step of forming the wall so that a plurality of the spaces are arranged,
The injection step is a step of injecting the thermoplastic resin sequentially melted into each of the plurality of spaces.
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形物の製造方法。 In the injection step, a contact pressure is applied between the front end surface of the discharge nozzle and the upper surface of the wall.
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 1 or 2 ,
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 In the injecting step, an injection pressure is applied to the melted thermoplastic resin and discharged, and injected into the space.
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 3 , wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 In the injection step, a molten thermoplastic resin is injected into the space using a discharge nozzle having an air vent structure on the tip surface;
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 4 , wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 In the wall forming step and the injection step, the thermoplastic resin is discharged using different discharge nozzles.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 4 , wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項６に記載の三次元造形物の製造方法。 In the injection step, a discharge nozzle having a larger area of the tip surface and the discharge port than the discharge nozzle used in the wall forming step is used.
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 6 .
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 In the injection step, the thermoplastic resin is discharged from a discharge nozzle having a discharge port having a size equal to or smaller than the space in plan view.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 7 , wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 In the injection step, the thermoplastic resin is discharged from a discharge nozzle having a tip surface having a size larger than the space in plan view.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 8 , wherein the three-dimensional structure is manufactured.
前記三次元モデルに基づいて、コンピュータが骨格部モデルと内実部モデルを作成する工程と、
前記骨格部モデルに基づいて、コンピュータが前記壁形成工程を実行するための命令セットを作成する工程と、
前記内実部モデルに基づいて、コンピュータが前記注入工程を実行するための命令セットを作成する工程を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 Storing a three-dimensional model to be modeled in a storage device;
Based on the three-dimensional model, a computer creates a skeleton part model and an internal part model,
Creating a set of instructions for a computer to perform the wall forming step based on the skeleton model;
Creating a set of instructions for the computer to perform the injection step based on the solid part model;
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the three-dimensional structure is manufactured.
前記吐出口を前記基台に対して相対的に移動させながら溶融した熱可塑性樹脂を吐出して壁を形成し、前記壁により水平方向が囲まれるが上方向は開放された空間を設ける壁形成工程と、
前記空間の上方向から溶融した熱可塑性樹脂を吐出して前記空間に注入する注入工程を備え、
前記壁形成工程は、溶融した熱可塑性樹脂を、１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出して前記壁を形成する工程であり、
前記注入工程は、溶融した熱可塑性樹脂を、５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出して前記空間に注入する工程である、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for producing a three-dimensional structure, a molten thermoplastic resin is discharged from a discharge port and laminated on a base to form a three-dimensional structure.
A wall is formed by discharging molten thermoplastic resin while moving the discharge port relative to the base, and forming a wall surrounded by the wall in a horizontal direction but open upward. Process,
An injection step of discharging the molten thermoplastic resin from above the space and injecting it into the space;
The wall forming step is a step of discharging the molten thermoplastic resin from a discharge port at a viscosity of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less to form the wall,
The injecting step is a step of injecting molten thermoplastic resin into the space by discharging from a discharge port at a viscosity of 500 Pa · S or more and 1000 Pa · S or less.
Method for producing a 3D object you characterized by.
前記注入工程は、前記壁形成工程で形成された部分に内接する領域に前記三次元造形物の内実部を形成する工程である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の三次元造形物の製造方法。 The wall forming step is a step of forming a part constituting the surface of the three-dimensional structure,
The injection step is a step of forming the solid part of the three-dimensional structure in a region inscribed in the portion formed in the wall forming step.
Method for producing a three-dimensionally shaped object according to claim 1 1, wherein the.
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の三次元造形物の製造方法。 The temperature of the thermoplastic resin discharged in the wall forming step is lower than the temperature of the thermoplastic resin discharged in the injection step.
The method for producing a three-dimensional structure according to claim 11 or 12 , wherein:
ことを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 The injection step is a step of laminating a plurality of thermoplastic resins in the wall forming step and then injecting the thermoplastic resin into a region surrounded by the walls of the plurality of layers.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 13, wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 The wall forming step is a step of forming a side surface of the three-dimensional structure.
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 14, wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 The discharge amount per unit time discharged in the injection step is larger than the discharge amount per unit time of the thermoplastic resin discharged in the wall formation step.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 15, wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 The opening shape of the discharge port in the wall forming step is different from the opening shape of the discharge port in the injection step.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 16, wherein the three-dimensional structure is manufactured.
ことを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法。 In the injection step, the base is vibrated.
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 17, wherein the three-dimensional structure is manufactured.
基台と、
前記吐出部と前記基台の相対的位置を変更させる移動手段と、
制御部を備え、
前記制御部は、前記吐出部を前記基台に対して相対的に移動させながら溶融した熱可塑性樹脂を吐出させて壁を形成し、前記壁の上面と前記吐出部の底面を接触させて、前記壁により水平方向が囲まれた空間に上方向から溶融した熱可塑性樹脂を注入して内実部を形成するように前記移動手段と前記吐出部を制御する、
ことを特徴とする三次元造形装置。 A discharge part for discharging the molten thermoplastic resin;
The base,
Moving means for changing the relative positions of the discharge section and the base;
With a control unit,
The control unit forms a wall by discharging the molten thermoplastic resin while moving the discharge unit relative to the base, and contacts the upper surface of the wall and the bottom surface of the discharge unit, Controlling the moving means and the discharge part so as to form a solid part by injecting a thermoplastic resin melted from above into the space surrounded by the wall in the horizontal direction;
A three-dimensional modeling apparatus characterized by this.
ことを特徴とする請求項１９に記載の三次元造形装置。 The controller forms the wall so that a plurality of the spaces surrounded by the walls in the horizontal direction are arranged, and sequentially injects molten thermoplastic resin into each of the plurality of the spaces from above. And controlling the moving means and the discharge unit,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 19 .
前記三次元造形モデル情報に基づき、前記壁の形状を含んだ骨格部モデルおよび前記空間の形状を含んだ内実部モデルを作成するプログラムを実行可能なコンピュータを備える、
ことを特徴とする請求項１９または２０に記載の三次元造形装置。 Storage means for storing three-dimensional modeling model information;
A computer capable of executing a program for creating a skeleton part model including the shape of the wall and a solid part model including the shape of the space based on the three-dimensional modeling model information;
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 19 or 20, wherein:
ことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の三次元造形装置。 The moving means includes a mechanism for adjusting a contact pressure between an upper surface of the wall and a bottom surface of the discharge unit.
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 19 to 21, wherein the three-dimensional modeling apparatus is characterized.
ことを特徴とする請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載の三次元造形装置。 The discharge unit includes a mechanism for adjusting the injection pressure of the molten thermoplastic resin,
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 19 to 21 , wherein the three-dimensional modeling apparatus is characterized.
ことを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の三次元造形装置。 The discharge unit has a discharge nozzle having an air vent structure on a tip surface.
Three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 19 to 2 3, characterized in that.
前記制御部は、前記壁を形成する時に用いる吐出ノズルとは異なる吐出ノズルを用いて前記内実部を形成するように前記移動手段と前記吐出部を制御する、
ことを特徴とする請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の三次元造形装置。 The discharge unit has a plurality of discharge nozzles,
The control unit controls the moving unit and the discharge unit so as to form the solid part using a discharge nozzle different from the discharge nozzle used when forming the wall;
Three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 19 to 2 4, characterized in that.
基台と、
前記吐出部と前記基台の相対的位置を変更させる移動手段と、
制御部を備え、
前記制御部は、前記吐出部を前記基台に対して相対的に移動させながら、溶融した熱可塑性樹脂を、１１００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ３０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出させて前記壁を形成し、
前記壁により水平方向が囲まれた空間に上方向から溶融した熱可塑性樹脂を、５００Ｐａ・Ｓ以上で、かつ１０００Ｐａ・Ｓ以下の粘度で吐出口から吐出して内実部を形成する、
ことを特徴とする三次元造形装置。 A discharge part for discharging the molten thermoplastic resin;
The base,
Moving means for changing the relative positions of the discharge section and the base;
With a control unit,
The control unit causes the molten thermoplastic resin to be discharged from a discharge port at a viscosity of 1100 Pa · S or more and 3000 Pa · S or less while moving the discharge unit relative to the base. Forming a wall,
The thermoplastic resin melted from above to the wall by a space in which the horizontal direction surrounded, at 500 Pa · S or more, and forming the inner solid portion discharge from a discharge port in the following viscosity 1000 Pa · S,
Three-dimensional forming type apparatus you wherein a.
前記制御部は、前記センサの測定結果と、あらかじめ記憶している前記熱可塑性樹脂の粘度と温度の関係に基づいて、前記熱可塑性樹脂の温度を調整して粘度を制御する、
ことを特徴とする請求項２６に記載の三次元造形装置。 A sensor for measuring the temperature of the molten thermoplastic resin;
The control unit controls the viscosity by adjusting the temperature of the thermoplastic resin based on the measurement result of the sensor and the relationship between the viscosity and temperature of the thermoplastic resin stored in advance.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 26 , wherein:
前記吐出部を前記基台に対して相対的に移動させながら溶融した熱可塑性樹脂を吐出させて壁を形成し、前記壁の上面と前記吐出部の底面を接触させて、前記壁により水平方向が囲まれた空間に上方向から溶融した熱可塑性樹脂を注入して内実部を形成するように前記移動手段と前記吐出部を制御する処理を実行させるプログラム。 Said control unit having a three-dimensional forming shaped device of claim 19,
The wall is formed by discharging the molten thermoplastic resin while moving the discharge portion relative to the base, and the upper surface of the wall and the bottom surface of the discharge portion are brought into contact with each other, and the wall is horizontally oriented. A program for executing processing for controlling the moving means and the discharge unit so as to form a solid part by injecting a thermoplastic resin melted from above into a space surrounded by.
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