JP6634170B2 - ３ｄプリンティング装置 - Google Patents

Description

本開示は、３Ｄ三次元プリンティング装置に関する。

技術の進歩に伴い、層毎のモデリングのような付加製造技術を用いて物理的な三次元（３Ｄ）モデルを構築する異なる方法が次々に提案されている。一般的に言えば、付加製造技術は、コンピュータ支援デザイン（ＣＡＤ）等のソフトウェアによって構築された３Ｄモデルのデザインデータを、連続して積層される複数の薄い（疑似２Ｄの）断面層に変換するものである。

現在、複数の薄い断面層を形成可能な方法が複数開発されている。例えば、フォトポリマーは、多くの３Ｄプリンティング装置に用いられる液体の形成材料として採用され、液体の形成材料内に移動プラットフォームが配置され、３Ｄモデルのデザインデータに応じて構築されたＸＹＺ座標において、光源が、ＸＹ座標に沿って移動可能に液体の形成材料に光を照射して液体の形成材料を正確な断面層形状に硬化させるよう駆動される。次に、移動プラットフォームがＺ軸に沿って移動することで、液体の形成材料は、層毎の硬化及び積層状態で、移動プラットフォーム上に３Ｄオブジェクトを形成し得る。

しかしながら、タンクに格納された液体の形成材料のリザーブ及び３Ｄプリンティングプロセスにおけるタンクの回転状態をそれぞれモニタすることが必要であり、前者は、３Ｄプリンティングプロセスにおける液体の形成材料の欠乏を回避するためであり、後者は、回転動作によってタンクの位置を調整することで、形成された３Ｄオブジェクトをタンクからスムーズに取り外す、あるいは、繰り返し領域においてタンクの３Ｄプリンティングによって集中的な損失が容易に生じるという状況を回避するためである。

本開示は、３Ｄプリンティング装置に関するもので、センサを備えたタンク内の液体の形成材料の高さレベルを感知するのみならず、センサを備えたタンクの位置及び原点を識別可能にする。

本開示の一の実施の形態に係る３Ｄプリンティング装置は、本体と、タンクと、原点ターゲットと、センサと、制御モジュールと、を備える。タンクは、前記本体に回転可能に組み立てられ、液体の形成材料が充填される。タンク内の液体の形成材料の高さレベルは、可変範囲内にある。原点ターゲットは、前記タンクに配置され、前記タンクとともに回転する。原点ターゲットの前記タンクに対する高さは、前記液体の形成材料の高さレベルの可変範囲を超える。センサは、前記本体に配置され、前記液体の形成材料上に位置して前記タンク内の前記液体の形成材料の高さレベルを感知する。制御モジュールは、前記タンク及び前記センサに電気的に接続され、前記タンクを駆動して回転させる。前記センサは、前記原点ターゲットの回転経路上に位置し、前記制御モジュールは、前記センサを介して前記原点ターゲットを感知し、前記タンクの回転原点を位置決めする。

以上より、３Ｄプリンティング装置によれば、原点ターゲットは、タンクの上に配置され、それに伴ってタンクとともに回転し、タンクの上の原点ターゲットの高さ位置は、液体の形成材料の高さレベルの可変範囲を超える。なお、センサは、液体の形成材料の上に配置され、原点ターゲットの回転経路上に位置する。このように、センサがタンク内の液体の形成材料の高さレベルを感知するのみならず、センサの下の位置を通過した際に、原点ターゲットを感知できる。従って、制御モジュールは、タンクの原点位置を識別可能であり、タンクに対する更なる回転制御を行うための基準とされる。３Ｄプリンティング装置は、液体の形成材料の高さレベルを感知し、また同一のセンサを用いてタンクを位置決めするといった要求に応えることができる。

添付の図面は、本発明についての更なる理解のために供されるために含まれ、添付の図面は本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する。添付の図面は本発明の実施の形態を図示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するために用いられる。

本開示の実施の形態に係る３Ｄプリンティング装置の概要図である。

図１の３Ｄプリンティング装置の別の状態の概要図である。

図１の３Ｄプリンティング装置の部分的な構成要素の駆動の関連を示す。

３Ｄプリンティング装置の部分的な断面図である。

本開示の別の実施の形態に係るタンクの部分的な概要図である。

図５のタンクの部分的な断面図である。

本発明の例示的な実施の形態の例について、添付の図面に示すとともに、本発明の例示的な実施の形態を詳細に参照しつつ説明する。可能な限り、添付の図面と詳細な説明において同一あるいは類似の部分については同一の参照符号を用いる。

図１は、本開示の実施の形態に係る３Ｄプリンティング装置の概要図である。図２は、図１の３Ｄプリンティング装置の別の状態の概要図である。図３は、図１の３Ｄプリンティング装置の部分的な構成要素の駆動の関連を示す。図４は、３Ｄプリンティング装置の部分的な断面図である。図１から図４を参照すると、本実施の形態において、３Ｄプリンティング装置１００は、例えば、ステレオリソグラフィ装置（ＳＬＡ）であり、本体１１０と、形成プラットフォーム１２０と、タンク１３０と、センサ１４０と、原点ターゲット１５０と、制御モジュール１６０とを備える。なお、３Ｄプリンティング装置１００は、制御モジュール１６０が、タンク１３０の底部に配置された硬化用光源（図示せず）を駆動して硬化用の光を照射することを可能とし、硬化用の光がタンク１３０の透明な底部を通過してタンク１３０内の液体の形成材料２００を照射及び硬化することを可能にする。

特に、本体１１０は、ベース１１２と、ベース１１２に配置されたガントリ１１４とを備え、タンク１３０は、駆動部（図示せず）を介して制御モジュール１６０によって制御され、またタンク１３０は回転可能にベース１１２上に位置する。また、形成プラットフォーム１２０は、上下に移動可能にポータルフレーム１１４に配置され、形成プラットフォーム１２０は駆動部（図示せず）を介して制御モジュール１６０によって制御され、形成プラットフォーム１２０はタンク１３０の内または外に移動可能である。

３Ｄプリンティングプロセスにおいて、制御モジュール１６０は、形成プラットフォーム１２０を制御及び駆動してタンク１３０内に移動させてその内部の液体の形成材料２００と接触させる（あるいは浸す）。次に、制御モジュール１６０は、形成される３Ｄオブジェクトの外形についての関連デジタル情報に応じて、硬化用光源を駆動して硬化用の光を照射させ、特定の位置で液体の形成材料２００に走査照射及び硬化を行ない、形成プラットフォーム１２０とタンク１３０の底部との間に硬化した層を形成し、その後、形成プラットフォーム１２０が固定状態の際に、タンク１３０が回転するよう駆動され、これによってタンク１３０の底部から硬化した層を離間させる。硬化及び離間等の上記の動作を繰り返すことで、形成プラットフォーム１２０上に複数の硬化した層が徐々に積層され、３Ｄオブジェクトが完成する。ここで、上記の説明は関連する３Ｄプリンティング動作の概要の説明であり、説明していない他の内容については、先行技術から知ることができるのでここでは省略する。

図４を再度参照すると、この図は、図１または図２の断面Ｃ１上の３Ｄプリンティング装置１００の部分的な断面図である。上記のように、タンク１３０に格納された液体の形成材料２００のリザーブをモニタリングし、液体の形成材料２００を補充する必要があるか否か判別する基準とするため、本実施の形態においては、タンク１３０と共に回転するよう、タンク１３０に原点ターゲット１５０が配置される。なお、センサ１４０が、支持構造を介して本体１１０のベース１１２上に組み立てられ、タンク１３０内に延伸し、液体の形成材料２００上に位置することで、タンク１３０について位置決め機能を提供し、それによって、適切なプリンティング領域及び位置を判別するため、制御モジュール１６０が３Ｄプリンティングの位置情報を判別できるようにし、さらに、タンク１３０が固定位置で３Ｄプリンティング動作をすることで生じる白色ダメージを回避する。

ここで、センサ１４０は、例えば、タンク１３０内の液体の形成材料２００の高さレベル２１０（あるいはその変化）を感知するための超音波液面メータあるいはレーザ液面メータであり、制御モジュール１６０が、タンク１３０内の液体の形成材料２００のリザーブをモニタできるようにする。また、原点ターゲット１５０は、タンク１３０に配置されたシールド片であり、タンク１３０の壁から液体の形成材料２００の上の位置まで延伸する。このように、原点ターゲット１５０がタンク１３０と共に回転する際、センサ１４０は、原点ターゲット１５０の回転経路上に略位置する。

より重要なことには、タンク１３０に基づいて、タンク１３０内の液体の形成材料２００の高さレベル２１０は、タンク１３０の容積深さによって制限される。つまり、高さＡ１と高さＡ２との間の可変範囲が、タンク１３０の内側底部１３２（最下点）と上部１３１（最上点）との間に存在する（内側底部１３２が高さＡ１を有し、上部１３１が高さＡ２を有し、高さレベル２１０は、高さＡ２以下であり、高さＡ１以上である）。なお、タンク１３０に対する原点ターゲット１５０の高さは、可変範囲を超える。本実施の形態においては、原点ターゲット１５０の高さは、図４に示す高さＡ３であり、つまり、本実施の形態におけるタンク１３０に対する原点ターゲット１５０の高さＡ３は、タンク１３０の最上点より高く、当該最上点は、上部１３１の上記の高さＡ２である。

従って、原点ターゲット１５０がセンサ１４０より下の位置へ回転している間、原点ターゲット１５０の高さが液体の形成材料２００の高さレベル２１０と異なり、明らかに高さレベル２１０の可変範囲外にあるので、原点ターゲット１５０が感知され、それによって制御モジュール１６０はタンク１３０の回転原点を識別及び位置決めする、つまり、原点ターゲット１５０は、回転プロセスにおけるタンク１３０の原点とみなされる。従って、制御モジュール１６０は、３Ｄプリンティングについての位置情報を判別するため、原点ターゲット１５０に基づいたタンク１３０についての位置決め機能を提供可能であり、タンク１３０は、上記の問題の発生を回避するように回転するよう制御され、これによって３Ｄプリント品質を向上し、タンク１３０の耐用年数を延長する。

以上に鑑み、本開示の３Ｄプリンティング装置１００は、単一のセンサ１４０を介してタンク１３０内の液体の形成材料２００の高さレベル２１０を感知し、原点ターゲット１５０を識別することでタンク１３０の原点を位置決めする。

図５は、本開示の別の実施の形態に係るタンクの部分的な概要図である。図６は、図５の断面Ｃ２上のタンクの部分断面図である。図５及び図６を参照すると、本実施の形態においては、タンク３３０は凹部３３３を備え、先の実施の形態におけるセンサ１４０が本実施の形態における凹部３３３の回転経路上に配置される。また、タンク３３０は、凹部３３３の下に位置する外側基板３５０も有する。図６から明らかなように、タンク３３０内の液体の形成材料２００の高さレベル２１０は、また、高さＡ１（内側底部３３２）と高さＡ２（上部３３１）との間の可変範囲を有する。先の実施の形態と異なり、本実施の形態の原点ターゲットは、凹部３３３の下に位置する上記の外側基板３５０であり、高さＡ４を有し、高さＡ４は、高さＡ１未満である。つまり、タンク３３０内の外側基板３５０の高さＡ４は、タンク３３０の最下点より低く、当該最下点は、タンク３３０の内側底部３３２である。

更に、タンク３３０は凹部３３３近傍の部分をさらに備え、この部分は、図５に示す上部３３１である。従って、回転の間に、タンク３３０が上部３３１から凹部３３３へ連続的にセンサ１４０を通過しようとも、あるいは、凹部３３３から上部３３１へ連続的にセンサ１４０を通過しようとも、センサ１４０によって感知される高さの差は、高さＡ２から高さＡ４を引き算することで得られ、これは、凹部３３３での外側基板３５０の存在における液体高さ２１０の可変範囲（高さＡ２−高さＡ１）よりも明らかに大きい。従って、高さの差の急な大きい変化（あるいは降下）を感知することで、制御モジュール１６０は、タンク３３０の原点を位置決めし、つまり、外側基板３５０（原点ターゲットとして見なされる）が凹部３３３の下に位置する。

以上より、本開示の上記の実施の形態においては、３Ｄプリンティング装置によれば、同一のセンサが液体の形成材料の上に配置され、それにより、タンクの回転中に、センサによって液体の形成材料及び原点ターゲットを順に感知することができる。従って、３Ｄプリンティング装置の制御モジュールは、液体の形成材料の高さレベルをモニタすることができ、原点ターゲットの高さが高さレベルの可変範囲と異なる状況、あるいは、原点ターゲットを感知する際に原点ターゲットとタンク近傍の部分との間の高さの差が可変範囲より大きい状況に応じて、タンクの原点ターゲットを位置決めでき、これによって制御モジュールがタンクの回転状態をさらに制御するための基準として使える。

最後に、各上記の実施の形態は、本発明による技術的解決手法を説明するためのみに用いられ、本発明を限定することを意図していない。本発明について各上記の実施の形態を参照して詳細に説明したが、各上記の実施の形態に記載された技術的解決手法については応用が可能であり、また、技術的特徴のいくつかあるいは全てを均等物に置換することができる点、当業者にとって明らかである。これらの応用や置換は、本発明の各実施の形態における技術的解決手法の技術的範囲から、対応する技術的解決手法の本質を逸脱させるものではない。

センサによって識別され位置決めされるように適用されるタンクを備える３Ｄプリンティング装置は、３Ｄプリンティング産業に適用されてよい。

１００ ３Ｄプリンティング装置
１１０ 本体
１１２ ベース
１１４ ガントリ
１２０ 形成プラットフォーム
１３０、３３０ タンク
１３１、３３１ 上部
１３２、３３２ 内側底部
１４０ センサ
１５０ 原点ターゲット
１６０ 制御モジュール
２００ 液体の形成材料
２１０ 高さレベル
３３３ 凹部
３５０ 外側基板
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４ 高さ
Ｃ１、Ｃ２ 断面

Claims (11)

1. 本体と、
   前記本体に回転可能に組み立てられ、液体の形成材料が充填されるように構成されるタンクと、
   前記タンクに配置され、前記タンクとともに回転する原点ターゲットと、
   前記本体に配置され、前記液体の形成材料上に位置して前記タンク内の前記液体の形成材料の高さレベルを感知するセンサと、
   前記タンク及び前記センサに電気的に接続し、前記タンクを駆動して回転させる制御モジュールと、を備え、前記センサは、前記原点ターゲットの回転経路上に位置し、前記制御モジュールは、前記センサを介して前記原点ターゲットを感知し、前記原点ターゲットが前記センサの下の位置を通過した場合に前記タンクの回転原点を位置決めする、ことを特徴とする３Ｄプリンティング装置。
2. 前記タンクに対する前記原点ターゲットの高さが前記タンクの最上点より高い、あるいは、前記タンクに対する前記原点ターゲットの高さが前記タンクの最下点より低い、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
3. 前記タンクの最下点は、前記タンクの内側底部である、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンティング装置。
4. 前記原点ターゲットは、前記タンクの外側ベースである、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンティング装置。
5. 前記タンクは、凹部を有し、前記外側ベースは、前記凹部の下に位置する、ことを特徴とする請求項４に記載の３Ｄプリンティング装置。
6. 前記タンク内の前記液体の形成材料の高さレベルは、可変範囲内にあり、前記タンクに対する前記原点ターゲットの高さは、前記液体の形成材料の高さレベルの前記可変範囲を超える、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
7. 前記タンクは、前記原点ターゲットの前記回転経路上に、前記原点ターゲットに隣接する少なくとも１の部分を有する、ことを特徴とする請求項５に記載の３Ｄプリンティング装置。
8. 前記少なくとも１の部分は、前記タンクの上部である、ことを特徴とする請求項７に記載の３Ｄプリンティング装置。
9. 前記可変範囲は、前記タンクの内側底部の高さ以上であり、前記タンクの上部の高さ以下である、ことを特徴とする請求項６に記載の３Ｄプリンティング装置。
10. 前記原点ターゲットは、前記タンクに配置されたシールド片であり、前記タンクの壁から前記液体の形成材料の上の位置まで延伸する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
11. 前記センサは、超音波液面メータあるいはレーザ液面メータである、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。

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