JP6697517B2 - ３ｄプリンタ - Google Patents

Description

本開示は、３Ｄプリンタに関する。

近年、三次元（３Ｄ）プリンタは、広く様々な分野に適用され、様々な３Ｄプリンティング技術が次々と登場しており、あらゆるものがプリント可能な時代となった。フォトポリマーは、ほとんどの３Ｄプリンタに用いられる液体形成材料であり、光造形装置（ＳＬＡ）、デジタル光処理（ＤＬＰ）、連続液体界面製造（ＣＬＩＰ）等は、全て、液体形成材料であるフォトポリマーをプリンティング材料として用いる。

プルアップ型光造形技術を例にし、プラットフォームが容器の上部から底部へ移動して液体形成材料と接触した後、容器の下の硬化用光源が光を照射し、この光は容器を通過してプラットフォームと容器との間に位置する液体形成材料を形成層へと硬化させ、次に、形成材料がプラットフォームに取り付けられるように容器の底部から剥離され、その後、形成層がプラットフォーム上で層毎に積層されて３Ｄオブジェクトが構築される。

容器にフォトポリマーを注入する既存の方法は、主に、圧力で押す方法であり、液体形成材料は、ガス注入によってフローガイドパイプを通って容器へ流れ込む。しかしながら、当該方法は、プリンティングプロセスの間にノイズを発生するだけでなく、フローガイドパイプが容易に詰まり、フローパスがなめらかでなく、フォトポリマーの劣化によって容易にブロックされてしまう。

本開示は、液体形成材料を容器に注入する効率を向上可能な３Ｄプリンタを提供する。

本開示の一の実施の形態は、機構プラットフォーム、容器及び注入モジュールを備える三次元（３Ｄ）プリンタを提供する。容器及び注入モジュールは、それぞれ、機構プラットフォーム上に配置され、注入モジュールは、容器に液体形成材料を注入するために用いられる。注入モジュールは、ボトル本体と、変形可能な開口部材と、駆動アセンブリと、フローガイド部材とを備える。ボトル本体は、液体形成材料を収容する。変形可能な開口材料は、ボトル本体に接続される。駆動アセンブリは、変形可能な開口部材の傍に配置され、変形可能な開口部材を変形する。フローガイド部材は、変形可能な開口部材と容器との間に接続される。駆動アセンブリは、変形可能な開口部材を開状態に駆動した場合、ボトル本体内の液体形成材料が変形可能な開口部材を介してフローガイド部材へ流れ、フローガイド部材を介して容器に流れる。駆動アセンブリが変形可能な開口部材を閉状態に駆動した場合、ボトル本体内の液体形成材料は、変形可能な開口部材からフローガイド部材へ流れることを停止する。

まとめると、本開示の３Ｄプリンタにおいて、注入モジュールの構成要素は、重力方向に沿って構成され、変形可能な開口部材は、ボトル本体とフローガイド部材との間に構成され、切り込みはゴム部材に形成され、駆動部材を用いてゴム部材を変形するように駆動あるいは駆動しないことで、ボトル本体の液体形成材料が、変形可能な開口部材を介してフローガイド部材へとなめらかに流れ、あるいは、ボトル本体の液体形成材料が、変形可能な開口部材を介してフローガイド部材へと流れることを停止する。従って、液体形成材料は、重力によって流れ、駆動構造を追加で構成する必要がなく、液体形成材料のフロープロセスは、ノイズを生じることなくなめらかである。本開示の上述の、及び他の特徴や利点について理解を容易にするため、添付の図面とともにいくつかの実施の形態について以下に詳細に説明する。

添付の図面は、本開示についての更なる理解のために含まれ、本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は本開示の実施の形態を示し、詳細な説明とともに、本開示の原理を説明する一助となる。

本開示の一の実施の形態に係る３Ｄプリンタの簡略概要図である。

図１の構成要素の一部の電気的接続を示す概要図である。

注入モジュールの概要図である。

本開示の別の実施の形態に係る注入モジュールの概要図である。

本開示の好ましい実施の形態を参照し、添付の図面においてそれらの例を示す。可能な限りにおいて、同一あるいは同様の構成要素について同一の参照番号を図面及び詳細な説明に付す。

図１は、本開示の一の実施の形態に係る三次元（３Ｄ）プリンタの簡略概要図である。図２は、図１の構成要素の一部の電気的接続を示す概要図である。Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標を、構成要素についての説明を容易にするために用いる。図１及び図２を参照し、本実施の形態において、３Ｄプリンタ１００は、例えば、光造形装置であり、機構プラットフォーム１１０と、形成プラットフォーム１２０と、容器１３０と、硬化モジュール１４０と、移動機構１５０と、制御モジュール１６０と、注入モジュール１７０とを備える。図１に示すように、移動機構１５０は、機構プラットフォーム１１０上に配置されたガントリ移動プラットフォームを備え、形成プラットフォーム１２０は、ガントリ移動プラットフォーム上に配置されてガントリ移動プラットフォームによって駆動され、これによってＸ−Ｚ面上での移動を実施する。また、移動機構１５０は、さらに、機構プラットフォーム１１０上に配置される回転機構を備え、容器１３０は回転機構上に配置され、回転軸Ｃ１（回転軸Ｃ１はＺ軸と平行である）を中心に形成プラットフォーム１２０に対して回転するように適用される。移動機構１５０は、既存の移動機構で実施され得るので、詳細な説明を省略する。移動機構１５０は、制御モジュール１６０に電気的に接続されて制御され、それによって上記の駆動動作を実施する。

容器１３０は、液体形成材料（例えば、フォトポリマー）を収容するために用いられ、硬化モジュール１４０は、機構プラットフォーム１１０の下に配置され、制御モジュール１６０に電気的に接続され、形成プラットフォーム１２０が駆動されて容器１３０内の液体形成材料に浸される場合、制御モジュール１６０は、硬化モジュール１４０を駆動して硬化光（例えば、紫外線光）を提供させるが、この光は容器１３０の底部を通過して液体成形材料を硬化させ、液体形成材料が硬化することで形成層が形成され、そして、形成プラットフォーム１２０及び容器１３０の間のプル動作（つまり、形成プラットフォーム１２０が駆動されてＺ軸方向に移動し、容器１３０の底部から離間する）とともに、形成層が容器１３０の底部から剥離されて形成プラットフォーム１２０上に形成層を形成する効果が得られる。このように、上記の手順に従って形成プラットフォーム１２０上に形成層を一層ずつ積層することで、３Ｄオブジェクトがプリントされる。３Ｄオブジェクトを形成する方法と、３Ｄプリンタ１００における対応する構成要素は、光造形装置（ＳＬＡ）の技術から理解可能なので、詳細についてはここでは省略する。

図３は、注入モジュールの概要図である。図１及び図３を参照すると、本実施の形態においては、注入モジュール１７０は、ボトル本体１７１と、変形可能な開口部材１７２と、駆動アセンブリ１７３と、フローガイド部材１７４と、スタンド１７５とを備える。図１に示すように、スタンド１７５は、機構プラットフォーム１１０上に配置され、ボトル本体１７１、フローガイド部材１７４及び駆動アセンブリ１７３は、それぞれ、スタンド１７５に組み付けられる。ボトル本体１７１は、液体形成材料を収容するために用いられ、変形可能な開口部材１７２は、ボトル本体１７１の排出口に接続され、駆動アセンブリ１７３が変形可能な開口部材１７２の傍に配置されて変形可能な開口部材１７２を変形させる。フローガイド部材１７４は、変形可能な開口部材１７２と容器１３０との間に接続される。

変形可能な開口部材１７２は、底部（フローガイド部材１７４に対向する部分）に切り込みを有するゴム部材であり、駆動アセンブリ１７３は、変形可能な開口部材１７２を圧迫して切り込みを広げ、あるいは、駆動アセンブリ１７３は、変形可能な開口部材１７２から離間して切り込みを閉じる。図３に示すように、駆動アセンブリ１７３が変形可能な開口部材１７２を駆動して開状態にした場合、ボトル本体１７１内の液体形成材料は、変形可能な開口部材１７２の切り込みを介してフローガイド部材１７４に流れ、フローガイド部材１７４を介して容器１３０内へと流れる。駆動アセンブリ１７３が変形可能な開口部材１７２を駆動して閉状態にした場合には、ボトル本体１７１内の液体形成材料は、変形可能な開口部材１７２の切り込みからフローガイド部材１７４に流れることを停止する。なお、ゴム部材（変形可能な開口部材１７２）の異なる変形の度合いに応じて切り込みのサイズが変化するので、それに対応して変形可能な開口部材１７２は、開口デザインにより、実際の要求に応じて流量を増やし流速を上げてもよい。

本実施の形態では、駆動アセンブリ１７３は、動力源１７３ａ及び移動部材１７３ｂを備え、動力源１７３ａは、例えば、ソレノイドであり、スタンド１７５に組み付けられ、制御モジュール１６０に電気的に接続される。また、移動部材１７３ｂは、動力源１７３ａに接続されて動力源１７３ａによって駆動され、移動部材１７３ｂは図３に示す双方向の矢印に沿って軸方向に移動するように適用される。変形可能な開口部材１７２は、移動部材１７３ｂの移動経路上に配置され、移動部材１７３ｂによって圧迫され、あるいは緩められて開状態と閉状態との間で状態を変えるように適用される。さらに、図３に示すように、変形可能な開口部材１７２の３つの側面が、スタンド１７５のバッフルプレート１７５ａによって覆われて規制され、変形可能な開口部材１７２の１つの側面のみが、露出して移動部材１７３ｂに対向する。このようにして、動力源１７３ａが移動部材１７３ｂを駆動して変形可能な開口部材１７２に向けて移動させた場合、変形可能な開口部材１７２が圧迫されて切り込みを開き、重力により、ボトル本体１７１内の液体形成材料が変形可能な開口部材１７２を介してフローガイド部材１７４に流れ、フローガイド部材１７４から容器１３０へと流れる。一方、動力源１７３ａが移動部材１７３ｂを駆動して変形可能な開口部材１７２から離間するように移動させた場合には、変形可能な開口部材１７２の弾性回復力が変形可能な開口部材１７２を駆動してその元の状態を回復、つまり、その底部の切り込みが再度閉じる。このようにして、液体形成材料は、変形可能な開口部材１７２を介してボトル本体１７１から流れることを停止する。

以上より、注入モジュール１７０の各構成要素が、それぞれ、重力方向に応じて構成、つまり、ボトル本体１７１、変形可能な開口部材１７２、フローガイド部材１７４及び容器１３０が連なる形で重力方向に構成されているので、液体形成材料は、重力方向に沿ってボトル本体１７１からついには容器１３０へと流れ、液体形成材料を駆動するために追加の関連駆動構造を必要とせず、ノイズの発生が効果的に低減される。

図４は、本開示の別の実施の形態に係る注入モジュールの概要図である。図４を参照すると、図４の注入モジュールは、図３の実施の形態に係る注入モジュールと類似する。つまり、液体形成材料はボトル本体１７１に収容され、変形可能な開口部材１７２が駆動されて変形したか否かに基づいて、液体形成材料は、変形可能な開口部材１７２からフローガイド部材１７４へ流れ、あるいは、変形可能な開口部材１７２からフローガイド部材１７４に流れることを停止することができる。これらの違いは、本実施の形態の駆動アセンブリ１７６が、動力源１７６ａと、移動部材１７６ｃと、スタンド１７５上に配置されたレール１７６ｂとを備え、動力源１７６ａは、例えば、スクリューモータであり、制御モジュール１６０に電気的に接続され、移動部材１７６ｃは、レール１７６ｂに移動可能に結合され、図４に示す双方向の矢印に沿って移動するように適用され、動力源１７６ａのスクリューによって駆動されて前後に移動するように適用される点である。変形可能な開口部材１７２は、移動部材１７６ｃの移動経路上に配置され、移動部材１７６ｃによって圧迫され、あるいは緩められて開状態（切り込みが開かれた状態）と閉状態（切り込みが閉じた状態）との間で状態を変えるように適用され、上述した実施の形態と同様の効果である、液体形成材料の供給及び供給停止を可能にする。

まとめると、本開示の３Ｄプリンタにおいて、注入モジュールの構成要素は、重力方向に沿って構成され、変形可能な開口部材は、ボトル本体とフローガイド部材との間に構成され、切り込みはゴム部材に形成され、駆動部材を用いてゴム部材を変形するように駆動あるいは駆動しないことで、ボトル本体の液体形成材料が、変形可能な開口部材を介してフローガイド部材へとなめらかに流れ、あるいは、ボトル本体の液体形成材料が変形可能な開口部材を介してフローガイド部材へと流れることを停止することができる。このようにして、液体形成材料は、重力によって流れ、駆動構造を追加で構成する必要がなく、液体形成材料のフロープロセスは、ノイズを生じることなくなめらかである。また、開かれている構成要素、例えば、変形可能な開口部材及びフローガイド部材を用いることで、液体形成材料が閉じたパイプラインにおいて硬化してしまう問題を回避できる。従って、駆動アセンブリを用いて変形可能な開口部材を圧迫する、あるいは離間させることで変形可能な部材を開／閉状態にすることにより、液体形成材料は、要求に応じて容器へとなめらかに流れ、これによって３Ｄプリンティングを円滑に行えるようになる。

様々な応用及び変形を、本開示の技術的範囲から逸脱しない限りにおいて本開示の構成に行うことが可能な点、当業者にとって明らかである。以上より、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等の範囲内における本開示の応用及び変形を包含することを意図している。

本発明の開示の特徴は、３Ｄプリンタ及び当該３Ｄプリンタの関連アクセサリ類に適用可能である。

１００ ３Ｄプリンタ
１１０ 機構プラットフォーム
１２０ 形成プラットフォーム
１３０ 容器
１４０ 硬化モジュール
１５０ 移動機構
１６０ 制御モジュール
１７０ 注入モジュール
１７１ ボトル本体
１７２ 変形可能な開口部材
１７３、１７６ 駆動アセンブリ
１７３ａ、１７６ａ 動力源
１７３ｂ、１７６ｃ 移動部材
１７４ フローガイド部材
１７５ スタンド
１７５ａ バッフルプレート
１７６ｂ レール
Ｃ１ 回転軸
Ｘ−Ｙ−Ｚ 直交座標

Claims (6)

1. 機構プラットフォームと、
   前記機構プラットフォーム上に配置される容器と、
   前記機構プラットフォーム上に配置され、前記容器に液体形成材料を注入するように構成された注入モジュールと、を備え、
   前記注入モジュールは、
   前記液体形成材料を収容するボトル本体と、
   前記ボトル本体に接続された変形可能な開口部材と、
   前記変形可能な開口部材の傍に配置されて前記変形可能な開口部材を変形させる駆動アセンブリと、
   前記変形可能な開口部材と前記容器との間に接続されるフローガイド部材と、を備え、
   前記駆動アセンブリが前記変形可能な開口部材を開状態に駆動した場合、前記ボトル本体内の前記液体形成材料が、前記変形可能な開口部材を介してフローガイド部材へ流れ、前記フローガイド部材を介して前記容器に流れ、
   前記駆動アセンブリが前記変形可能な開口部材を閉状態に駆動した場合、前記ボトル本体内の前記液体形成材料は、前記変形可能な開口部材からフローガイド部材へ流れることを停止し、
   前記変形可能な開口部材は、切り込みを有するゴム部材であり、前記駆動アセンブリは前記変形可能な開口部材を圧迫して前記切り込みを開く、または前記駆動アセンブリは前記変形可能な開口部材から離れるように移動して前記切り込みを閉じる、ことを特徴とする３Ｄプリンタ。
2. 前記注入モジュールは、スタンドを備え、前記ボトル本体は前記スタンドに組み付けられ、前記駆動アセンブリは、
   前記スタンドに組み付けられた動力源と、
   前記動力源に接続されて駆動される移動部材と、を備え、
   前記変形可能な開口部材は、前記移動部材の移動経路上に配置され、前記変形可能な開口部材が前記移動部材によって圧迫されているか否かに基づいて、前記開状態と前記閉状態との間で状態を変える、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
3. 前記動力源は、ソレノイドである、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンタ。
4. 前記注入モジュールは、スタンドを備え、前記ボトル本体は前記スタンドに組み付けられ、前記駆動アセンブリは、
   前記スタンドに組み付けられた動力源と、
   前記スタンドのレールに移動可能に結合され、前記動力源に接続されて駆動される移動部材と、を備え、
   前記変形可能な開口部材は、前記移動部材の移動経路上に配置され、前記変形可能な開口部材が前記移動部材によって圧迫されているか否かに基づいて、前記開状態と前記閉状態との間で状態を変える、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
5. 前記動力源は、スクリューモータである、ことを特徴とする請求項４に記載の３Ｄプリンタ。
6. 前記ボトル本体と、前記変形可能な開口部材と、前記フローガイド部材と、前記容器とは、重力方向に沿って連なる形で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
   

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