JP6700958B2 - Modeling apparatus and modeling method - Google Patents

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Description

本発明は、造形装置及び造形方法に関するものである。   The present invention relates to a modeling apparatus and a modeling method.

近年、アディティブマニファクチャリング(AM)、3次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング(RP)等と呼ばれる立体造形技術が注目を集めている(本明細書ではこれらの技術を総称してAM技術と呼ぶ)。AM技術は、立体モデルの3次元形状データをスライスして複数のスライスデータを生成し、スライスデータに基づいて造形材料を層状にステージ上に順次積層して固着することで、三次元物体(立体物)を作製する技術である。
特許文献1では、電子写真方式によって熱可塑性の造形材料からなる像を形成し、この像を加熱し溶融することにより1層の材料層を形成した後、材料層を順次積層して固着することで、立体物を作製する技術が提案されている。
In recent years, three-dimensional modeling technology called additive manufacturing (AM), three-dimensional printer, rapid prototyping (RP), etc. has been attracting attention (in this specification, these technologies are collectively referred to as AM technology). AM technology slices three-dimensional shape data of a three-dimensional model to generate a plurality of slice data, and based on the slice data, sequentially stacks and adheres a modeling material in layers to a three-dimensional object (three-dimensional object). It is a technique for producing a product.
In Patent Document 1, an image made of a thermoplastic modeling material is formed by an electrophotographic method, and the image is heated and melted to form one material layer, and then the material layers are sequentially laminated and fixed. Thus, a technique for producing a three-dimensional object has been proposed.

米国特許出願公開第2013/0186558号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2013/0186558

特許文献1のAM技術においては、作製途中の立体物(以下、中間造形物)に材料層を積層する際、材料層と中間造形物の表面とを造形材料のガラス転移温度(Tg)以上に加熱している。熱可塑性材料は、ガラス転移温度以上の温度になると粘性を生じる。よって、材料層をガラス転移温度以上に加熱することで、材料層と材料層の搬送体との間の付着力を強くすることができる。
しかしながら、材料層と搬送体との間の付着力が強くなると、積層時に、材料層の一部が中間造形物上に積層せずに、搬送体上に残ってしまい、積層不良が発生してしまうことが懸念される。
In the AM technology of Patent Document 1, when a material layer is laminated on a three-dimensional object (hereinafter, an intermediate object) that is being manufactured, the material layer and the surface of the intermediate object are made to have a glass transition temperature (Tg) of the modeling material or higher. It is heating. Thermoplastic materials become viscous at temperatures above the glass transition temperature. Therefore, by heating the material layer to the glass transition temperature or higher, the adhesive force between the material layer and the carrier of the material layer can be strengthened.
However, if the adhesive force between the material layer and the carrier becomes strong, a part of the material layer remains on the carrier instead of being laminated on the intermediate modeling object during lamination, resulting in stacking failure. There is a concern that it will end up.

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、積層不良の発生を低減させ、より精度の高い立体物を作製することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to reduce the occurrence of stacking faults and to manufacture a three-dimensional object with higher accuracy.

本発明の第1態様は、
担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上で積層することによって3次元の立体物を作製する造形装置において、
前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱手段と、
前記ステージ上の立体物の積層面に、前記担持体に担持された前記造形材料を積層する積層手段と、
前記加熱手段および前記積層手段を制御する制御手段と、
を有しており、
前記制御手段が、前記加熱手段により前記積層面を前記造形材料の軟化温度以上に加熱し、前記積層面に前記軟化温度よりも低い温度の前記造形材料を積層するよう制御する
ことを特徴とする造形装置を提供する。
The first aspect of the present invention is
In a modeling apparatus for manufacturing a three-dimensional three-dimensional object by stacking thermoplastic modeling materials carried on a carrier on a stage,
Heating means for heating the laminated surface of the three-dimensional object on the stage,
On the laminating surface of the three-dimensional object on the stage, laminating means for laminating the modeling material carried on the carrier,
Control means for controlling the heating means and the laminating means,
Has
The control means controls the heating means to heat the lamination surface to a softening temperature of the molding material or higher, and to control the lamination surface to stack the molding material at a temperature lower than the softening temperature. A modeling apparatus is provided.

本発明の第2態様は、
担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上に積層することによって3次元の立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により前記造形材料の軟化温度以上に加熱された前記ステージ上の立体物の前記積層面に、前記担持体に担持された、温度が前記軟化温度よりも低い前記造形材料を積層する積層工程と、
を含むことを特徴とする造形方法を提供する。
A second aspect of the present invention is
A modeling method using a modeling apparatus for manufacturing a three-dimensional three-dimensional object by stacking a thermoplastic modeling material carried on a carrier on a stage, the method comprising:
A heating step of heating the laminated surface of the three-dimensional object on the stage,
Lamination for laminating the modeling material, which is carried by the carrier and is lower than the softening temperature, on the laminating surface of the three-dimensional object on the stage heated to the softening temperature of the modeling material or higher by the heating step. Process,
The present invention provides a modeling method including:

本発明によれば、積層不良の発生を低減させ、より精度の高い立体物を作製することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the occurrence of stacking defects and manufacture a three-dimensional object with higher accuracy.

実施形態に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図The figure which shows typically the whole structure of the modeling apparatus which concerns on embodiment. 本実施形態に係る造形装置の造形工程を説明するための図A figure for explaining a modeling process of a modeling device concerning this embodiment. 第2実施形態に係る造形装置を模式的に示す図The figure which shows the modeling apparatus which concerns on 2nd Embodiment typically. 第3実施形態に係る造形装置を模式的に示す図The figure which shows the modeling apparatus which concerns on 3rd Embodiment typically. 第4実施形態に係る造形装置を模式的に示す図The figure which shows the modeling apparatus which concerns on 4th Embodiment typically. 第5実施形態に係る造形装置を模式的に示す図The figure which shows the modeling apparatus which concerns on 5th Embodiment typically. 第6実施形態に係る造形装置を模式的に示す図The figure which shows the modeling apparatus which concerns on 6th Embodiment typically. 第7実施形態に係る造形装置を模式的に示す図The figure which shows the modeling apparatus which concerns on 7th Embodiment typically. 第8実施形態に係る造形装置を模式的に示す図The figure which shows the modeling apparatus which concerns on 8th Embodiment typically. 電子写真プロセスを利用して材料層を配置する画像形成部を示す模式図Schematic diagram showing an image forming unit that arranges material layers using an electrophotographic process

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術(AM技術)、すなわち、造形材料を2次元に配置して層状に積層することによって3次元物体(立体物)を作製する技術を採用した造形装置に関する。
造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的の3次元物体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製途中の構造体を支持するためのサポート体(例えばオーバーハング部を下から支える柱)を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、ABS、PS(ポリスチレン)など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸(PLA)、PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)などを例示できる。
Embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described below with reference to the drawings. However, unless otherwise specified, various control procedures, control parameters, target values, etc., such as the dimensions, materials, shapes, and relative positions of the respective members described in the following embodiments, are not included in the present invention. Is not intended to limit the scope of the above.
The present invention relates to a modeling apparatus that employs additive modeling technology (AM technology), that is, a technology that creates a three-dimensional object (three-dimensional object) by laying modeling materials two-dimensionally and stacking them in layers.
As the molding material, various materials can be selected depending on the use, function, purpose, etc. of the three-dimensional object to be manufactured. In the present specification, a material forming a three-dimensional object for modeling is referred to as a "structural material", and a portion formed of the structural material is referred to as a structure. A material forming a support body (for example, a pillar that supports an overhang portion from below) for supporting a structure that is being manufactured is referred to as a “support material”. Further, when it is not necessary to distinguish between the two, the term "modeling material" is simply used. As the structural material, for example, a thermoplastic resin such as PE (polyethylene), PP (polypropylene), ABS, PS (polystyrene) can be used. Further, as the support material, a material having thermoplasticity and water solubility can be preferably used in order to facilitate the removal from the structure. Examples of the support material include sugar, polylactic acid (PLA), PVA (polyvinyl alcohol), PEG (polyethylene glycol), and the like.

また、本明細書では、造形目的とする立体モデルの3次元形状データを積層方向に沿って複数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライスデータは、必要に応じて、サポート材料のデータなどの情報を付加して生成される。スライスデータに基づき造形材料で形成される層を「材料層」と呼ぶ。この材料層は、1又は複数の画像形成部(像形成手段)で形成された像により構成されるものであり、各画像形成部で形成される像を「材料画像」と呼ぶ。「材料層」は換言すると、用いる造形材料の種類に応じて、1又は複数の材料画像を組み合わせて形成される粒子の層である。
また、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル(つまり造形装置に与えられる3
次元形状データが表す3次元物体)を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形装置で作製された(出力された)3次元物体(立体物)を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。また、造形装置を用いて作製途中の過程にあるステージ上の3次元物体(積層物)を「中間造形物」と呼ぶ。
Further, in the present specification, digital data obtained by slicing the three-dimensional shape data of the three-dimensional model to be molded into a plurality of layers along the stacking direction is referred to as “slice data”. The slice data is generated by adding information such as support material data as necessary. A layer formed of a modeling material based on slice data is called a "material layer". This material layer is composed of an image formed by one or a plurality of image forming sections (image forming means), and the image formed by each image forming section is called a "material image". In other words, the “material layer” is a layer of particles formed by combining one or more material images, depending on the type of modeling material used.
In addition, the three-dimensional model to be produced using the modeling apparatus (that is, the 3D model given to the modeling apparatus)
The three-dimensional object represented by the three-dimensional shape data) is referred to as a "modeling object". A three-dimensional object (three-dimensional object) produced (output) by the modeling apparatus is referred to as a “modeled object”. In the case where the modeled object includes the support body, the part excluding the support body becomes the “structure” that constitutes the modeled object. A three-dimensional object (laminate) on a stage that is in the process of being manufactured by using a modeling apparatus is called an "intermediate model".

[本実施形態の特徴的な構成及び造形方法]
以下に、本発明の実施形態に係る造形装置の特徴的な構成及び造形方法について、造形装置の全体構成とともに説明する。図1は、本実施形態に係る造形装置の全体構成を模式的に示す図である。図2A〜図2Dは、本実施形態に係る造形装置の造形工程を説明するための図である。図2Aは、材料層Mの転写工程、及び、中間造形物Sの加熱工程を示し、図2Bは、材料層Mの搬送工程を示し、図2Cは、材料層Mの積層工程を示し、図2Dは、材料層Mの固着工程を示している。
[Characteristic Configuration and Modeling Method of this Embodiment]
The characteristic configuration of the modeling apparatus and the modeling method according to the embodiment of the present invention will be described below together with the overall configuration of the modeling apparatus. FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a modeling apparatus according to this embodiment. 2A to 2D are views for explaining a modeling process of the modeling apparatus according to the present embodiment. 2A shows a transfer step of the material layer M and a heating step of the intermediate shaped article S, FIG. 2B shows a transfer step of the material layer M, and FIG. 2C shows a stacking step of the material layer M. 2D shows the fixing step of the material layer M.

図1に示すように、造形装置1は、概略、制御ユニットU1、材料層形成ユニットU2、積層ユニットU3を有して構成される。
制御ユニットU1は、造形対象物の3次元形状データから複数層のスライスデータを生成する処理、材料層形成ユニットU2や積層ユニットU3などの造形装置1の各部の制御などを担うユニットである。材料層形成ユニットU2は、電子写真プロセスを利用して造形材料Ma,Mbからなる材料層Mを形成するユニットである。材料層形成ユニットU2が、セットされる造形材料Ma、Mbの種類を自動的に検知して制御ユニットU1に造形材料の情報を送ったり、作業者が直接入力したりして、制御ユニットU1に造形材料の種類を認識させる。積層ユニットU3は、材料層形成ユニットU2で形成された複数層の材料層を順に積層し固着することによって、造形物を作製するユニットである。造形装置1は、材料層形成ユニットU2と積層ユニットU3との最近接距離を変更可能な構成を有しており、本実施形態では、材料層形成ユニットU2は図1において水平方向に移動可能に構成されている。
As shown in FIG. 1, the modeling apparatus 1 roughly includes a control unit U1, a material layer forming unit U2, and a laminating unit U3.
The control unit U1 is a unit responsible for a process of generating slice data of a plurality of layers from three-dimensional shape data of a modeling target, control of each part of the modeling apparatus 1 such as the material layer forming unit U2 and the laminating unit U3. The material layer forming unit U2 is a unit that forms a material layer M made of the modeling materials Ma and Mb using an electrophotographic process. The material layer forming unit U2 automatically detects the types of the modeling materials Ma and Mb to be set and sends the modeling material information to the control unit U1, or the operator directly inputs the information to the control unit U1. Recognize the type of modeling material. The laminating unit U3 is a unit for producing a modeled object by sequentially laminating and fixing a plurality of material layers formed by the material layer forming unit U2. The modeling apparatus 1 has a configuration in which the closest distance between the material layer forming unit U2 and the laminating unit U3 can be changed. In the present embodiment, the material layer forming unit U2 is movable in the horizontal direction in FIG. It is configured.

以下に、材料層形成ユニットU2について具体的に説明する。まず、制御ユニットU1で生成されたスライスデータに基づいて、画像形成部10a,10bにて材料画像が形成される。画像形成部10a,10bにて形成された材料画像は、それぞれ転写装置104a,104bにて中間担持体111に転写され、材料層Mとなる。中間担持体111に材料層Mが形成されると、材料層形成ユニットU2は積層ユニットU3側へと移動し、中間担持体111と第2中間担持体20とが接触する。中間担持体111と第2中間担持体20との間に、不図示の高圧電源により電界が形成されることで、中間担持体111上の材料層Mが第2中間担持体20へと静電的に転写される(図2A)。   The material layer forming unit U2 will be specifically described below. First, based on the slice data generated by the control unit U1, material images are formed in the image forming units 10a and 10b. The material images formed by the image forming units 10a and 10b are transferred to the intermediate carrier 111 by the transfer devices 104a and 104b, respectively, and become the material layer M. When the material layer M is formed on the intermediate carrier 111, the material layer forming unit U2 moves to the stacking unit U3 side, and the intermediate carrier 111 and the second intermediate carrier 20 come into contact with each other. An electric field is formed between the intermediate carrier 111 and the second intermediate carrier 20 by a high-voltage power source (not shown), so that the material layer M on the intermediate carrier 111 is electrostatically transferred to the second intermediate carrier 20. Are transcribed (FIG. 2A).

材料層形成ユニットU2から積層ユニットU3の第2中間担持体20へ転写された材料層Mが、そのまま積層位置Nへと搬送される間、ステージ23上の中間造形物Sは、その積層面Saが目標温度となるまでヒータ22により加熱される(図2A,2B)。本実施形態の特徴として、この目標温度は、各造形材料の軟化温度以上に設定される。造形材料の軟化温度は、制御ユニットU1が認識した造形材料の種類に基づいて設定される。具体的には、制御ユニットU1が、材料種類と軟化温度の関係を示すテーブルを参照して設定するとよい。テーブルは、制御ユニット自身が保有していても良いし、制御ユニット外に保有されていても良い。積層面Saが目標温度に達したかどうかは、あらかじめ測定した積層面Saを目標温度になるまで加熱するまでに必要なヒータ温度と加熱時間の関係に基づいて判断してもよいし、放射温度計で積層面Saをモニタして判断しても良い。また、材料層形成ユニットU2から第2中間担持体20へ材料層Mが転写されると、材料層形成ユニットU2は、積層ユニットU3において発生する熱の影響を受けないように、積層ユニットU3から離れる側へと移動する(図2B)。   While the material layer M transferred from the material layer forming unit U2 to the second intermediate carrier 20 of the laminating unit U3 is conveyed to the laminating position N as it is, the intermediate modeling object S on the stage 23 has its laminating surface Sa Is heated by the heater 22 until the temperature reaches the target temperature (FIGS. 2A and 2B). A feature of this embodiment is that the target temperature is set to be equal to or higher than the softening temperature of each modeling material. The softening temperature of the modeling material is set based on the type of the modeling material recognized by the control unit U1. Specifically, the control unit U1 may set it by referring to a table showing the relationship between the material type and the softening temperature. The table may be held by the control unit itself or may be held outside the control unit. Whether or not the laminated surface Sa has reached the target temperature may be determined based on the relationship between the heater temperature and the heating time required to heat the laminated surface Sa to the target temperature, which has been measured in advance. You may judge by monitoring the laminated surface Sa with a total. Further, when the material layer M is transferred from the material layer forming unit U2 to the second intermediate carrier 20, the material layer forming unit U2 is not affected by the heat generated in the laminating unit U3. Move to the far side (Fig. 2B).

ここで、軟化温度は、材料(造形材料)の粒子の集合体を直径10mm、厚さ1mmの円柱状に加圧成形した成形体のせん断方向の貯蔵弾性率および損失弾性率の温度依存性を、次のようにして測定したときに、貯蔵弾性率が10MPaとなる温度である。それは、角周波数を1Hzとした回転式レオメーターによって2℃/分の割合で昇温させて測定したときである。また、積層位置Nは、材料層Mの積層(中間造形物Sに材料層を積み上げる工程)が行われる位置であり、図1の構成では、第2中間担持体20とステージ23とが材料層M及び中間造形物Sを介して当接する部分が積層位置Nとなる。
第2中間担持体20により担持された材料層Mが、積層位置Nに到達すると、第2中間担持体20上の材料層Mは、中間造形物Sの積層面Saに接触し、中間造形物Sに転写され積層される(図2C)。
Here, the softening temperature is the temperature dependence of the storage elastic modulus and the loss elastic modulus in the shear direction of a molded body obtained by press-molding an aggregate of particles of a material (modeling material) into a cylindrical shape having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm. The temperature at which the storage elastic modulus is 10 MPa when measured as follows. That is when the temperature was measured at a rate of 2° C./min by a rotary rheometer with an angular frequency of 1 Hz. Further, the stacking position N is a position where the stacking of the material layers M (step of stacking the material layers on the intermediate shaped article S) is performed, and in the configuration of FIG. 1, the second intermediate carrier 20 and the stage 23 are formed by the material layers. A portion in contact with M and the intermediate shaped article S is the stacking position N.
When the material layer M carried by the second intermediate carrier 20 reaches the stacking position N, the material layer M on the second intermediate carrier 20 comes into contact with the stacking surface Sa of the intermediate model S, and the intermediate modeled product. It is transferred to S and laminated (FIG. 2C).

このとき、軟化温度以上に加熱された中間造形物Sの積層面Saは粘性を有しているため、材料層Mとの間に強い付着力Mf’が生じる。これに対して、第2中間担持体20及び材料層Mの各温度は軟化温度未満(常温以上)に設定されており、これにより材料層自体には粘性が生じない為、第2中間担持体20と材料層Mとの付着力Mfは比較的低い値となっている。このように、中間造形物Sの積層面Saを軟化温度以上に加熱しておき、第2中間担持体20及び材料層Mの各温度を軟化温度未満とすることで、第2中間担持体20上の材料層Mを、より確実に中間造形物S上に転写させることができる。
なお、材料層Mを軟化温度以上に加熱すると、材料層Mに粘性が生じる為、第2中間担持体20と材料層Mとの付着力Mfが大きくなり、第2中間担持体20上の材料層Mの一部が中間造形物S上に転写されず、第2中間担持体20上に残る積層不良が生じ易くなる。
ステージ23上の中間造形物Sに材料層Mが積層されると、ステージ23がヒータ22の加熱領域となる位置まで移動し、中間造形物Sに積層された材料層Mの部分がヒータ22により溶融され中間造形物Sに固着される(図2D)。
At this time, since the laminated surface Sa of the intermediate shaped article S heated to the softening temperature or higher has a viscosity, a strong adhesive force Mf′ is generated between the laminated surface Sa and the material layer M. On the other hand, the temperatures of the second intermediate carrier 20 and the material layer M are set to be lower than the softening temperature (above room temperature), and the material layer itself does not become viscous. The adhesive force Mf between the material 20 and the material layer M has a relatively low value. In this way, the laminated surface Sa of the intermediate shaped article S is heated to the softening temperature or higher, and the temperatures of the second intermediate carrier 20 and the material layer M are set to lower than the softening temperature. The upper material layer M can be more reliably transferred onto the intermediate shaped article S.
When the material layer M is heated to the softening temperature or higher, the material layer M becomes viscous, so that the adhesive force Mf between the second intermediate carrier 20 and the material layer M becomes large, and the material on the second intermediate carrier 20 becomes large. A part of the layer M is not transferred onto the intermediate molded article S, and a stacking failure that remains on the second intermediate carrier 20 is likely to occur.
When the material layer M is stacked on the intermediate molded article S on the stage 23, the stage 23 moves to a position where the heater 22 becomes a heating region, and the portion of the material layer M stacked on the intermediate molded article S is moved by the heater 22. It is melted and fixed to the intermediate shaped article S (FIG. 2D).

以上のように、本実施形態では、積層面Saの温度が軟化温度以上の中間造形物Sに、温度が軟化温度未満の材料層Mを転写し積層することを特徴とするものである。これにより、第2中間担持体20上に造形材料が残ってしまう積層不良の発生を抑制することができ、より高い精度で造形物を作製することが可能となる。
以下に、本発明を好適に適用できる造形装置の具体例について、第1〜第8実施形態を用いて説明する。第1〜第8実施形態のいずれの形態においても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。なお、上述の実施形態、及び第1〜第8実施形態において、同様の構成部分については同一の符号を付している。
As described above, the present embodiment is characterized in that the material layer M having a temperature lower than the softening temperature is transferred and laminated on the intermediate shaped article S having the temperature of the laminating surface Sa equal to or higher than the softening temperature. As a result, it is possible to suppress the occurrence of stacking failure in which the modeling material remains on the second intermediate carrier 20, and it is possible to manufacture the modeled object with higher accuracy.
Below, the specific example of the modeling apparatus to which this invention can be applied suitably is demonstrated using 1st-8th embodiment. In any of the first to eighth embodiments, the same effects as those described above can be obtained. In addition, the same code|symbol is attached|subjected about the same component in the above-mentioned embodiment and 1st-8th embodiment.

<第1実施形態>
以下に、第1実施形態について説明する。
まず、本実施形態の制御ユニットU1の構成について説明する。
[制御ユニット]
図1に示すように、制御ユニットU1は、その機能として、3次元形状データ入力部U10、スライスデータ計算部U11、材料層形成ユニット制御部U12、積層ユニット制御部U13等を有する。
<First Embodiment>
The first embodiment will be described below.
First, the configuration of the control unit U1 of this embodiment will be described.
[Controller unit]
As shown in FIG. 1, the control unit U1 has, as its functions, a three-dimensional shape data input unit U10, a slice data calculation unit U11, a material layer forming unit control unit U12, a stacking unit control unit U13, and the like.

3次元形状データ入力部U10は、外部装置(例えばパソコンなど)から造形対象物の3次元形状データを受け付ける機能を有する。3次元形状データとしては、3次元CAD、3次元モデラー、3次元スキャナ等で作成・出力されたデータを用いることができる。そのファイル形式は問わないが、例えば、STL(StereoLithography)ファイル形式を好ましく用いることができる。   The three-dimensional shape data input unit U10 has a function of receiving three-dimensional shape data of a modeling target from an external device (for example, a personal computer). As the three-dimensional shape data, data created and output by a three-dimensional CAD, a three-dimensional modeler, a three-dimensional scanner or the like can be used. The file format is not limited, but the STL (StereoLithography) file format can be preferably used, for example.

スライスデータ計算部U11は、3次元形状データで表現された造形対象物を所定のピッチでスライスして各層の断面形状を計算し、その断面形状を基に材料層形成ユニットU2で画像形成に用いるデータ(スライスデータ)を生成する機能を有する。さらに、スライスデータ計算部U11は、3次元形状データ又は上下層の断面形状を解析して、オーバーハング部(宙に浮く部分)の有無を判断し、必要に応じてサポート体の形成に用いられるデータを含むスライスデータを生成する。
本実施例の材料層形成ユニットU2は、複数種類の造形材料を用いた材料層の形成が可能である。そのため、各造形材料からなる材料画像を形成するためのデータを含むスライスデータに対応した材料層を形成することができる。スライスデータのファイル形式としては、例えば、多値の画像データ(各値が造形材料の種類を表す)やマルチプレーンの画像データ(各プレーンが造形材料の種類に対応する)を用いることができる。
The slice data calculation unit U11 slices the modeling object represented by the three-dimensional shape data at a predetermined pitch to calculate the cross-sectional shape of each layer, and based on the cross-sectional shape, the material layer forming unit U2 uses it for image formation. It has a function of generating data (slice data). Further, the slice data calculation unit U11 analyzes the three-dimensional shape data or the cross-sectional shapes of the upper and lower layers to determine the presence or absence of an overhang portion (a portion that floats in the air), and is used to form a support body as necessary. Generate slice data containing the data.
The material layer forming unit U2 of the present embodiment is capable of forming a material layer using a plurality of types of modeling materials. Therefore, it is possible to form the material layer corresponding to the slice data including the data for forming the material image made of each modeling material. As the file format of the slice data, for example, multi-valued image data (each value represents the type of modeling material) or multi-plane image data (each plane corresponds to the type of modeling material) can be used.

材料層形成ユニット制御部U12は、スライスデータ計算部U11で生成されたスライスデータを基に、材料層形成ユニットU2における材料層形成プロセスを制御する機能を有する。後述するが、材料画像を構成する造形材料の粒子が所定の条件を満たす配置になるように現像装置を制御するのも、制御ユニットU1である。また、積層ユニット制御部U13は、積層ユニットU3における積層プロセスを制御する機能を有する。   The material layer forming unit controller U12 has a function of controlling the material layer forming process in the material layer forming unit U2 based on the slice data generated by the slice data calculator U11. As will be described later, the control unit U1 also controls the developing device so that the particles of the modeling material forming the material image are arranged so as to satisfy a predetermined condition. Further, the laminating unit controller U13 has a function of controlling the laminating process in the laminating unit U3.

また、図示しないが、制御ユニットU1は、操作部、表示部、記憶部も備える。操作部は、ユーザからの指示を受け付ける機能を有する。例えば、電源のオン/オフ、装置の各種設定、動作指示などの入力が可能である。表示部は、ユーザへの情報提示を行う機能を有する。例えば、各種設定画面、エラーメッセージ、動作状況などの提示が可能である。記憶部は、3次元形状データ、スライスデータ、各種設定値などを記憶する機能を有する。
制御ユニットU1は、ハードウエア的には、CPU(中央演算処理装置)、メモリ、補助記憶装置(ハードディスク、フラッシュメモリなど)、入力デバイス、表示デバイス、各種I/Fを具備したコンピュータにより構成することができる。上述した各機能部U10〜U13は、補助記憶装置などに格納されたプログラムをCPUが読み込んで実行し、必要なデバイスを制御することで実現されるものである。ただし、上述した機能部のうちの一部又は全部をASICやFPGAなどの回路で構成したり、あるいは、クラウドコンピューティングやグリッドコンピューティングなどの技術を利用して他のコンピュータに実行させてもよい。
Although not shown, the control unit U1 also includes an operation unit, a display unit, and a storage unit. The operation unit has a function of receiving an instruction from the user. For example, it is possible to turn on/off the power supply, various settings of the device, and input of operation instructions. The display unit has a function of presenting information to the user. For example, it is possible to present various setting screens, error messages, operating conditions, and the like. The storage unit has a function of storing three-dimensional shape data, slice data, various set values, and the like.
In terms of hardware, the control unit U1 is configured by a computer including a CPU (central processing unit), memory, auxiliary storage device (hard disk, flash memory, etc.), input device, display device, and various I/Fs. You can Each of the functional units U10 to U13 described above is realized by the CPU reading and executing a program stored in an auxiliary storage device or the like and controlling necessary devices. However, some or all of the above-described functional units may be configured by a circuit such as an ASIC or FPGA, or may be executed by another computer using a technology such as cloud computing or grid computing. ..

[材料層形成ユニット]
次に、材料層形成ユニットU2の構成を説明する。
材料層形成ユニットU2は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料層を形成するユニットである。電子写真プロセスは、次のようにして所望の材料画像を像担持体(感光体)上に形成する手法である。まず、像担持体を一様に帯電し、帯電した像担持体に画像情報に応じた露光を行うことで、画像情報に応じた潜像(静電潜像)を像担持体に形成する。そして、像担持体上の潜像部分に現像剤粒子(造形材粒子)を付着させて、像担持体に現像剤像を形成する。このような一連のプロセスによって、所望の材料画像を像担持体上に形成する。
[Material layer forming unit]
Next, the configuration of the material layer forming unit U2 will be described.
The material layer forming unit U2 is a unit that forms a material layer made of a modeling material using an electrophotographic process. The electrophotographic process is a method of forming a desired material image on an image carrier (photoreceptor) as follows. First, the image carrier is uniformly charged, and the charged image carrier is exposed according to the image information to form a latent image (electrostatic latent image) according to the image information on the image carrier. Then, the developer particles (modeling material particles) are attached to the latent image portion on the image carrier to form a developer image on the image carrier. A desired material image is formed on the image bearing member by such a series of processes.

図1に示すように、材料層形成ユニットU2は、第1画像形成部10a、第2画像形成部10b、転写部11を備えており、材料層形成ユニットU2ごと水平方向に移動可能になっている。
第1画像形成部10aは、造形材料Maを用いて材料画像を形成するための画像形成手段である。第1画像形成部10aは、像担持体100a、像担持体100aを帯電する帯電装置101a、像担持体100aを露光して潜像を形成する露光装置102a、潜像を造形材料Maによって現像し像担持体100a表面に材料画像を形成する現像装置103
aを有する。また第1画像形成部10aは、像担持体100aをクリーニングするクリーニング装置105aを有する。
As shown in FIG. 1, the material layer forming unit U2 includes a first image forming unit 10a, a second image forming unit 10b, and a transfer unit 11, and is movable in the horizontal direction together with the material layer forming unit U2. There is.
The first image forming unit 10a is an image forming unit that forms a material image by using the modeling material Ma. The first image forming unit 10a includes an image carrier 100a, a charging device 101a that charges the image carrier 100a, an exposure device 102a that exposes the image carrier 100a to form a latent image, and develops the latent image with a molding material Ma. Developing device 103 for forming a material image on the surface of the image carrier 100a
a. The first image forming unit 10a also includes a cleaning device 105a that cleans the image carrier 100a.

第2画像形成部10bは、造形材料Mbを用いて材料画像を形成するための画像形成手段である。第2画像形成部10bは第1画像形成部10a同様に、像担持体100b、帯電装置101b、露光装置102b、現像装置103b、クリーニング装置105bを有する。
転写部11は、転写装置104a,104b、中間担持体111、第2クリーニング装置112、画像検知センサ113を備えている。画像形成部10a,10bで形成された材料画像が転写装置104a,104bにより中間担持体111に転写され、材料層が形成される。
The second image forming unit 10b is an image forming unit for forming a material image using the modeling material Mb. The second image forming unit 10b includes an image carrier 100b, a charging device 101b, an exposure device 102b, a developing device 103b, and a cleaning device 105b, like the first image forming unit 10a.
The transfer unit 11 includes transfer devices 104a and 104b, an intermediate carrier 111, a second cleaning device 112, and an image detection sensor 113. The material images formed by the image forming units 10a and 10b are transferred to the intermediate carrier 111 by the transfer devices 104a and 104b, and material layers are formed.

本実施例では、造形材料Maとして、熱可塑性の樹脂等からなる構造材料を用い、造形材料Mbとして、熱可塑性及び水溶性を有するサポート材料を用いる。なお、オーバーハング部が無くサポート体が必要無い断面の場合には、画像形成部10bでの画像形成は行わない。その場合、構造材料の材料画像のみで材料層が形成されることとなる。各造形材料の粒子の直径は5μm以上50μm以下が好ましい。   In the present embodiment, a structural material made of a thermoplastic resin or the like is used as the modeling material Ma, and a thermoplastic and water-soluble support material is used as the modeling material Mb. In the case of a cross section that does not have an overhang portion and does not require a support body, the image forming unit 10b does not perform image formation. In that case, the material layer is formed only by the material image of the structural material. The diameter of the particles of each modeling material is preferably 5 μm or more and 50 μm or less.

これらの画像形成部10a,10bは、中間担持体111の表面に沿って、中間担持体111の搬送方向に並んで配置されている。
なお、図1では、中間担持体111の回転方向(ベルト表面の移動方向)において、構造材料を用いる画像形成部10aを、サポート材料を用いる画像形成部10bよりも上流側に配置したが、画像形成部の配置順はこれに限らず、適宜設定することができる。また、画像形成部の数は2つに限定されるものではなく、1つ又は複数設けられるものであってもよい。すなわち、画像形成部は、造形装置の仕様、用いる造形材料の種類や数に応じて、適切な数に設定することができる。
These image forming units 10a and 10b are arranged along the surface of the intermediate carrier 111 in the transport direction of the intermediate carrier 111.
In FIG. 1, the image forming unit 10a using the structural material is arranged on the upstream side of the image forming unit 10b using the support material in the rotating direction of the intermediate carrier 111 (the moving direction of the belt surface). The arrangement order of the forming portions is not limited to this, and can be set appropriately. Further, the number of image forming units is not limited to two, and one or a plurality of image forming units may be provided. That is, the number of image forming units can be set to an appropriate number according to the specifications of the modeling apparatus and the type and number of modeling materials used.

以下、材料層形成ユニットU2の各部の構成について詳しく説明する。ただし、画像形成部10a,10bに共通する説明の中では、説明の便宜上、各構成部材の符号に添えた添え字a,bを省略し、画像形成部10、像担持体100などと記載する場合もある。
図10は、電子写真プロセスを利用して材料層を配置する画像形成部10の構成を模式的に示す図である。
(像担持体)
像担持体100は、潜像を担持するための部材である。本実施形態では、アルミニウムなどの金属製シリンダの外周面に光導電性を有する感光体層が形成された感光体ドラムが用いられる。感光体としては、有機感光体(OPC)、アモルファスシリコン感光体、セレン感光体などを用いることができ、造形装置の用途や要求性能に応じて感光体の種類を適宜選択すればよい。像担持体100は、不図示の枠体に回転自在に支持されており、材料画像の形成時には不図示の駆動源によって図10において反時計周りに一定速度で回転する。
Hereinafter, the configuration of each part of the material layer forming unit U2 will be described in detail. However, in the description common to the image forming units 10a and 10b, the subscripts a and b added to the reference numerals of the respective constituent members are omitted for convenience of description, and the image forming unit 10 and the image carrier 100 are described. In some cases.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of the image forming unit 10 in which material layers are arranged by using an electrophotographic process.
(Image carrier)
The image carrier 100 is a member for carrying a latent image. In this embodiment, a photoconductor drum in which a photoconductor layer having photoconductivity is formed on the outer peripheral surface of a metal cylinder such as aluminum is used. As the photoconductor, an organic photoconductor (OPC), an amorphous silicon photoconductor, a selenium photoconductor, or the like can be used, and the type of the photoconductor may be appropriately selected depending on the use of the modeling apparatus and the required performance. The image carrier 100 is rotatably supported by a frame (not shown), and is rotated counterclockwise in FIG. 10 at a constant speed by a drive source (not shown) when a material image is formed.

(帯電装置)
帯電装置101は、像担持体100の表面を一様に帯電させるための帯電手段である。本実施例では、コロナ放電による非接触帯電方式を用いるが、帯電ローラを像担持体100の表面に接触させるローラ帯電方式など他の帯電方式を用いても構わない。
(露光装置)
露光装置102は、画像情報(スライスデータ)に従って像担持体100を露光し、像担持体100の表面上に潜像を形成する露光手段である。露光装置102は、例えば、半導体レーザや発光ダイオードなどの光源と、高速回転するポリゴンミラー等を有する走査手段と、結像レンズ等の光学部材とを有して構成される。
(Charging device)
The charging device 101 is a charging unit for uniformly charging the surface of the image carrier 100. In this embodiment, a non-contact charging method using corona discharge is used, but another charging method such as a roller charging method in which a charging roller is brought into contact with the surface of the image carrier 100 may be used.
(Exposure device)
The exposure device 102 is an exposure unit that exposes the image carrier 100 according to image information (slice data) and forms a latent image on the surface of the image carrier 100. The exposure apparatus 102 includes, for example, a light source such as a semiconductor laser or a light emitting diode, a scanning unit having a polygon mirror that rotates at high speed, and an optical member such as an imaging lens.

(現像装置)
現像装置103は、公知の接触1成分現像方式を用い、現像剤として造形材料(ここでは、構造材料又はサポート材料の粒子)を像担持体100に供給することで、潜像を可視化する現像手段である。なお、本明細書では、像担持体100上で現像剤によって可視化された像を材料画像と称している。
現像装置103は、いわゆる現像カートリッジの構造をとり、材料層形成ユニットU2に対し着脱自在に設けられているとよい。これにより、カートリッジの交換により現像剤(構造材料、サポート材料)の補充・変更が容易にできる。また、像担持体100、現像装置103、クリーニング装置105などを一体のカートリッジとし(いわゆるプロセスカートリッジ)、像担持体自体の交換を可能にしてもよい。構造材料やサポート材料の種類、固さ、粒径により像担持体100の摩耗や寿命が特に問題となる場合には、プロセスカートリッジ構成の方が実用性・利便性に優れる。
(Developer)
The developing device 103 uses a well-known contact one-component developing method, and supplies a modeling material (here, particles of a structural material or a support material) as a developer to the image carrier 100 to visualize the latent image. Is. In this specification, the image visualized by the developer on the image carrier 100 is referred to as a material image.
The developing device 103 preferably has a so-called developing cartridge structure and is detachably attached to the material layer forming unit U2. As a result, it is possible to easily replenish and change the developer (structural material, support material) by replacing the cartridge. Further, the image carrier 100, the developing device 103, the cleaning device 105, and the like may be integrated into a cartridge (so-called process cartridge) so that the image carrier itself can be replaced. When the wear and life of the image carrier 100 are particularly problematic due to the type, hardness, and particle size of the structural material and support material, the process cartridge configuration is more practical and convenient.

(クリーニング装置)
クリーニング装置105は、転写されずに像担持体100上に残った造形材料の粒子等を回収し、像担持体100の表面を清浄する手段である。本実施例では、像担持体100に対しカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって粒子を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置115を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
(転写装置)
転写部11に設けられた転写装置104は、像担持体100の周面に形成された材料画像を中間担持体111の表面へ転写させる転写手段である。転写装置104は、中間担持体111を挟んで像担持体100の反対側に配置されており、像担持体100上の材料画像の帯電極性と逆極性の電圧が印加されることで、静電的に材料画像を中間担持体111へと転写させる。像担持体100から中間担持体111への転写を1次転写とも称す。なお、本実施例では、コロナ放電を利用した転写方式を用いるが、ローラ転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を用いても構わない。
(Cleaning device)
The cleaning device 105 is a unit that collects particles of the modeling material that are not transferred and remains on the image carrier 100, and cleans the surface of the image carrier 100. In the present embodiment, the blade type cleaning device 115 in which the particles are scraped off by the cleaning blade that is brought into contact with the image carrier 100 in the counter direction is used, but a brush type or electrostatic adsorption type cleaning device may be used. Good.
(Transfer device)
The transfer device 104 provided in the transfer unit 11 is a transfer unit that transfers the material image formed on the peripheral surface of the image carrier 100 to the surface of the intermediate carrier 111. The transfer device 104 is disposed on the opposite side of the image carrier 100 with the intermediate carrier 111 interposed therebetween, and when a voltage having a polarity opposite to the charging polarity of the material image on the image carrier 100 is applied, electrostatic transfer is performed. The material image is transferred to the intermediate carrier 111. Transfer from the image carrier 100 to the intermediate carrier 111 is also referred to as primary transfer. Although the transfer method using corona discharge is used in this embodiment, a transfer method other than the roller transfer method or the electrostatic transfer method may be used.

(中間担持体)
中間担持体111は、各画像形成部10で形成された材料画像が転写される担持体(搬送体)である。第1画像形成部10aから中間担持体111に構造材料で形成される材料画像が転写された後、それと中間担持体111上の位置を合わせて、第1画像形成部10aよりも下流側の第2画像形成部10bからサポート材料で形成される材料画像が転写される。このことで、中間担持体111の表面上に1枚分(1層分)の材料層が形成される。
中間担持体111は、樹脂、ポリイミド等の材料で形成された無端状のベルト部材であり、図1に示すように、複数のローラ114,115に張架されている。なお、ローラ114,115の他にテンションローラを設け、中間担持体111のテンションを調整できるようにしてもよい。ローラ114,115のうち少なくとも1つは駆動ローラであり、材料層の形成時には不図示の駆動源の駆動力によって中間担持体111を図1,10において時計周りに回転させる。また、ローラ114は、積層ユニットU3の第2中間担持体20との間で2次転写部を形成するローラである。
(Intermediate carrier)
The intermediate carrier 111 is a carrier (conveyer) to which the material image formed in each image forming unit 10 is transferred. After the material image formed of the structural material is transferred from the first image forming unit 10a to the intermediate carrier 111, the position of the material image is aligned with that of the intermediate carrier 111, and the image on the downstream side of the first image forming unit 10a is aligned. The material image formed of the support material is transferred from the two-image forming unit 10b. As a result, one material layer (one layer) is formed on the surface of the intermediate carrier 111.
The intermediate carrier 111 is an endless belt member formed of a material such as resin or polyimide, and is stretched around a plurality of rollers 114 and 115 as shown in FIG. A tension roller may be provided in addition to the rollers 114 and 115 so that the tension of the intermediate carrier 111 can be adjusted. At least one of the rollers 114 and 115 is a driving roller, and when the material layer is formed, the intermediate carrier 111 is rotated clockwise in FIGS. 1 and 10 by the driving force of a driving source (not shown). The roller 114 is a roller that forms a secondary transfer portion with the second intermediate carrier 20 of the stacking unit U3.

(第2クリーニング装置)
第2クリーニング装置112は、中間担持体111の表面に付着した造形材料等をクリーニングする手段である。本実施例では、中間担持体111に対しカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって材料を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
(画像検知センサ)
画像検知センサ113は、中間担持体111の表面に担持された材料層の位置や造形材粒子の濃度を読み取る検知手段である。画像検知センサ113の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層ユニットU3とのタイミング制御、材料層の異常検知等に利用される。なお、材料層の異常とは、材料層が所望の像でない、像が無い、厚みのばらつきや像の位置ずれが許容値を超える等をいう。
材料層の造形材粒子の濃度は、画像検知センサ113が材料層の単位体積当りの投影面積率を検知する機能を備えることによって読み取ることができる。具体的には、画像検知センサ113が、材料層に照明を当てて得られた濃淡画像を画像処理する機能を備えていればよい。
(Second cleaning device)
The second cleaning device 112 is means for cleaning the modeling material and the like attached to the surface of the intermediate carrier 111. In the present embodiment, a blade type cleaning device in which the material is scraped off by a cleaning blade that is in contact with the intermediate carrier 111 in the counter direction is used, but a brush type or electrostatic attraction type cleaning device may be used. ..
(Image detection sensor)
The image detection sensor 113 is a detection unit that reads the position of the material layer carried on the surface of the intermediate carrier 111 and the concentration of the modeling material particles. The detection result of the image detection sensor 113 is used for alignment of material layers, timing control with the laminating unit U3, abnormality detection of material layers, and the like. It should be noted that the abnormality of the material layer means that the material layer is not a desired image, there is no image, variation in thickness, or positional deviation of the image exceeds an allowable value.
The concentration of the modeling material particles in the material layer can be read by the image detection sensor 113 having a function of detecting the projected area ratio per unit volume of the material layer. Specifically, the image detection sensor 113 may have a function of performing image processing on a grayscale image obtained by illuminating the material layer.

[積層ユニット]
次に、積層ユニットU3の構成について説明する。
積層ユニットU3は、材料層形成ユニットU2で形成された材料層を中間担持体111から受け取り、これを順に積層し固着することによって、造形物を形成するユニットである。
図1に示すように、積層ユニットU3は、第2中間担持体20、画像検知センサ21、ヒータ22、ステージ23、冷却装置24、第3クリーニング装置25を備えている。以下、積層ユニットU3の各部の構成について詳しく説明する。
[Lamination unit]
Next, the configuration of the laminated unit U3 will be described.
The stacking unit U3 is a unit that receives the material layers formed by the material layer forming unit U2 from the intermediate carrier 111, and sequentially stacks and fixes the material layers to form a modeled object.
As shown in FIG. 1, the stacking unit U3 includes a second intermediate carrier 20, an image detection sensor 21, a heater 22, a stage 23, a cooling device 24, and a third cleaning device 25. Hereinafter, the configuration of each part of the laminated unit U3 will be described in detail.

(第2中間担持体)
第2中間担持体20は、材料層形成ユニットU2で形成された材料層を中間担持体111から受け取り、その材料層を積層位置Nまで担持搬送する搬送体である。
第2中間担持体20は、樹脂、ポリイミドや、ステンレス等の金属などの材料からなる円筒状のドラム部材(筒状部材)である。第2中間担持体20は、不図示の駆動源の駆動力によって図1において反時計周りに回転する。第2中間担持体20の表面には、材料層との付着力Mfを下げる為に、PTFE、PFAといったフッ素系樹脂を塗布することが望ましい。ここで、PTFEはポリテトラフルオロエチレンであり、PFAはテトラフルオロエチレン パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体である。
(第2画像検知センサ)
第2画像検知センサ21は、第2中間担持体20の表面に担持された材料層の位置や造形材粒子の濃度を検知する検知手段である。第2画像検知センサ21は、第2中間担持体20の回転方向において、中間担持体111と第2中間担持体20との当接位置より下流側、かつ積層位置Nより上流側に設置されている。
第2画像検知センサ21の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置Nへの搬送タイミング制御等に利用される。
(Second intermediate carrier)
The second intermediate carrier 20 is a carrier that receives the material layer formed by the material layer forming unit U2 from the intermediate carrier 111 and carries and carries the material layer to the stacking position N.
The second intermediate carrier 20 is a cylindrical drum member (cylindrical member) made of a material such as resin, polyimide, or metal such as stainless steel. The second intermediate carrier 20 rotates counterclockwise in FIG. 1 by the driving force of a driving source (not shown). It is desirable to coat the surface of the second intermediate carrier 20 with a fluorine resin such as PTFE or PFA in order to reduce the adhesive force Mf with the material layer. Here, PTFE is polytetrafluoroethylene and PFA is a tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer.
(Second image detection sensor)
The second image detection sensor 21 is a detection unit that detects the position of the material layer carried on the surface of the second intermediate carrier 20 and the concentration of the molding material particles. The second image detection sensor 21 is installed downstream of the contact position between the intermediate carrier 111 and the second intermediate carrier 20 and upstream of the stacking position N in the rotation direction of the second intermediate carrier 20. There is.
The detection result of the second image detection sensor 21 is used for alignment of material layers, control of transport timing to the stacking position N, and the like.

(ヒータ)
ヒータ22は、中間造形物S、及び、中間造形物Sの積層面Saに転写された材料層Mの温度を制御する温度制御手段である。ヒータ22としては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータ等を用いることができる。また、ヒータ22の温度は、材料層Mが溶融する温度以上に設定されていることが望ましい。また、ヒータ22と中間造形物Sとの間の距離を調整することで、中間造形物Sの積層面Saの温度を制御することができる。これにより、材料層Mが中間造形物Sに転写した後、ヒータ22を中間造形物Sに近づけることにより、材料層Mを溶融させ中間造形物Sに固着させることができる(図2D)。ここで、ヒータ22とステージ23上の中間造形物Sとの間の距離は、ヒータ22とステージ23のうち、少なくともいずれかを上下方向に移動させることにより調整するとよい。また、本実施形態では、後述のように、ステージ23をヒータ22の加熱領域まで移動させて、中間造形物S、及び、中間造形物Sの積層面Saに転写された材料層Mを加熱するものであるが、これに限るものではない。ステージ23及び/又はヒータ22が、積層が行われる際の位置と、ヒータ22による加熱が行われる際の位置との間を移動可能に配設
されるものであればよい。
(heater)
The heater 22 is a temperature control unit that controls the temperature of the intermediate modeled article S and the material layer M transferred to the laminated surface Sa of the intermediate modeled article S. As the heater 22, for example, a ceramic heater, a halogen heater or the like can be used. Further, it is desirable that the temperature of the heater 22 is set to be equal to or higher than the temperature at which the material layer M melts. In addition, by adjusting the distance between the heater 22 and the intermediate shaped article S, the temperature of the stacking surface Sa of the intermediate shaped article S can be controlled. As a result, after the material layer M is transferred to the intermediate model S, the heater 22 is brought close to the intermediate model S, whereby the material layer M can be melted and fixed to the intermediate model S (FIG. 2D). Here, the distance between the heater 22 and the intermediate molded article S on the stage 23 may be adjusted by moving at least one of the heater 22 and the stage 23 in the vertical direction. Further, in the present embodiment, as described later, the stage 23 is moved to the heating region of the heater 22 to heat the intermediate modeled article S and the material layer M transferred to the laminated surface Sa of the intermediate modeled article S. However, the present invention is not limited to this. It suffices that the stage 23 and/or the heater 22 be arranged so as to be movable between a position when stacking is performed and a position when heating by the heater 22 is performed.

(ステージ)
ステージ23は、材料層Mが積層される平面台である。ステージ23は、不図示のアクチュエータ等の駆動手段によって、図1において上下方向と水平方向(円筒状の第2中間担持体20の外周面のうち図1に示す積層位置Nにおける法線方向と接線方向)に移動可能に構成されている。積層位置Nまで担持搬送された材料層Mをステージ23と第2中間担持体20との間で挟み込むことで、中間造形物Sの積層面Saの粘性により、第2中間担持体20側からステージ23側へと材料層Mを転写させることができる。
(stage)
The stage 23 is a flat base on which the material layers M are stacked. The stage 23 is driven in the vertical direction and the horizontal direction in FIG. 1 by a driving means such as an actuator (not shown) (a normal line and a tangent line at the stacking position N shown in FIG. 1 on the outer peripheral surface of the cylindrical second intermediate carrier 20). Direction). By sandwiching the material layer M carried and conveyed to the stacking position N between the stage 23 and the second intermediate carrier 20, the viscosity of the stacking surface Sa of the intermediate shaped article S causes the stage from the second intermediate carrier 20 side. The material layer M can be transferred to the 23 side.

ステージ23の表面には、溶媒に可溶な材料、又は、温度変化に対応して粘着と非粘着が変化する感温性粘着剤が予め設置されていることが望ましい。本実施形態では、溶媒に可溶な材料として熱可塑性樹脂(熱可塑性材料)Msを配置した例を示している。ステージ23の表面に熱可塑性樹脂Msを設けた場合、この熱可塑性樹脂Msを造形が完了した際に除去することで、ステージ23から造形物をより簡単に取り外すことができる。ここで、熱可塑性樹脂Msは、熱可塑性及び水溶解性を有するサポート材料と同じ材料であることが望ましく、材料層形成ユニットU2によりサポート材料のみの材料層Mを形成し、ステージ23に積層することで作製してもよい。また、1層目の材料層Mは、熱可塑性樹脂Msの上に直接転写することになるため、1層目の材料層Mを積層する際は、熱可塑性樹脂Msの表面を、熱可塑性樹脂Msの軟化温度以上にすることが望ましい。
また、ステージ23の表面に感温性粘着剤を設けた場合には、造形が完了した際に予め設定されたスイッチング温度以下として感温性粘着剤の粘着力を消失させることで、ステージ23から造形物をより簡単に取り外すことができる。感温性粘着剤としては、ニッタ株式会社製の感温性粘着シート インテリマー(登録商標)テープを用いることができる。ここで、本実施形態では、第2中間担持体20、ヒータ22及びステージ23によって、材料層Mを積層する積層手段が構成される。
It is preferable that a solvent-soluble material or a temperature-sensitive adhesive whose adhesiveness and non-adhesiveness change in response to temperature changes is previously installed on the surface of the stage 23. In this embodiment, an example in which a thermoplastic resin (thermoplastic material) Ms is arranged as a solvent-soluble material is shown. When the thermoplastic resin Ms is provided on the surface of the stage 23, the molded article can be removed from the stage 23 more easily by removing the thermoplastic resin Ms when the modeling is completed. Here, the thermoplastic resin Ms is preferably the same material as the support material having thermoplasticity and water solubility, and the material layer forming unit U2 forms the material layer M of only the support material and stacks it on the stage 23. You may produce by that. Further, since the first material layer M is directly transferred onto the thermoplastic resin Ms, when laminating the first material layer M, the surface of the thermoplastic resin Ms is It is desirable to set the softening temperature of Ms or higher.
Further, when the temperature-sensitive adhesive is provided on the surface of the stage 23, when the modeling is completed, the adhesive force of the temperature-sensitive adhesive is eliminated by setting the temperature equal to or lower than the preset switching temperature. The model can be removed more easily. As the temperature-sensitive adhesive, a temperature-sensitive adhesive sheet Intelimer (registered trademark) tape manufactured by Nitta Co., Ltd. can be used. Here, in the present embodiment, the second intermediate carrier 20, the heater 22, and the stage 23 constitute a laminating means for laminating the material layers M.

(冷却装置)
冷却装置24は、第2中間担持体20を冷却するための装置である。第2中間担持体20は、ヒータ22によって加熱された中間造形物Sに対して、材料層Mを介して接触するため、その熱によって表面が昇温しやすい。また、ヒータ22が隣接するように配置されているため、ヒータ22の熱によって昇温しやすい。第2中間担持体20の温度が材料層Mの軟化温度以上になると、積層不良が生じることが懸念される。このため、第2中間担持体20は冷却装置24によって冷却することが望ましい。また、冷却装置24により第2中間担持体20を冷却することで、積層ユニットU3における熱の影響が材料層形成ユニットU2に及ぶことを抑制することができる。
本実施形態では、冷却装置24は、第2中間担持体20の回転方向において積層位置Nよりも下流に設置しているが、これに限るものではない。すなわち、冷却装置24は、第2中間担持体20の温度が材料層Mの軟化温度以上にならないように、第2中間担持体20を冷却できるものであれば、その設置位置は特に限定されるものではない。また、冷却装置24は、コンプレッサやファン等によって空冷する方式が望ましいが、その冷却方式は特に限定されるものでなく、例えば第2中間担持体20内部から冷却水によって水冷する方式でもよい。
なお、ヒータ22の熱が第2中間担持体20に直接加わるのを抑制するため、第2中間担持体20とヒータ22との間に断熱部材を設けるのも好ましい。
(Cooling system)
The cooling device 24 is a device for cooling the second intermediate carrier 20. The second intermediate carrier 20 comes into contact with the intermediate modeled article S heated by the heater 22 through the material layer M, and thus the surface thereof is likely to be heated. Further, since the heaters 22 are arranged so as to be adjacent to each other, the temperature of the heaters 22 is easily raised by the heat of the heaters 22. When the temperature of the second intermediate carrier 20 becomes equal to or higher than the softening temperature of the material layer M, there is a concern that stacking failure may occur. Therefore, it is desirable that the second intermediate carrier 20 be cooled by the cooling device 24. Further, by cooling the second intermediate carrier 20 with the cooling device 24, it is possible to suppress the influence of heat in the stacking unit U3 on the material layer forming unit U2.
In the present embodiment, the cooling device 24 is installed downstream of the stacking position N in the rotation direction of the second intermediate carrier 20, but the invention is not limited to this. That is, the cooling device 24 is not particularly limited in its installation position as long as it can cool the second intermediate carrier 20 so that the temperature of the second intermediate carrier 20 does not exceed the softening temperature of the material layer M. Not a thing. Further, the cooling device 24 is preferably air-cooled by a compressor, a fan or the like, but the cooling system is not particularly limited, and may be, for example, a water-cooled system from inside the second intermediate carrier 20 with cooling water.
In addition, in order to suppress the heat of the heater 22 from being directly applied to the second intermediate carrier 20, it is also preferable to provide a heat insulating member between the second intermediate carrier 20 and the heater 22.

(第3クリーニング装置)
第3クリーニング装置25は、第2中間担持体20に付着したコンタミや、濃度不足等により中間造形物Sに積層されなかった造形材料等を第2中間担持体20上から除去するための装置である。本実施形態の第3クリーニング装置25では、第2中間担持体20に
おける材料層Mを担持搬送する面(担持面)に対してカウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによってコンタミや造形材料を掻き落とすブレード方式を採用する。しかしながら、これに限らず、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。また、図1では、第3クリーニング装置25は、第2中間担持体20の回転方向において冷却装置24よりも下流に設置されているが、これに限らず、積層位置Nよりも下流であれば、冷却装置24よりも上流に設置されるものであってもよい。
(Third cleaning device)
The third cleaning device 25 is a device for removing from the second intermediate carrier 20 contaminants adhering to the second intermediate carrier 20 and modeling materials that have not been stacked on the intermediate modeled article S due to lack of concentration or the like. is there. In the third cleaning device 25 of the present embodiment, the cleaning blade that is in contact with the surface of the second intermediate carrier 20 on which the material layer M is carried and carried (carrying surface) in the counter direction scrapes off contaminants and modeling materials. Uses a blade method. However, the present invention is not limited to this, and a brush type or electrostatic adsorption type cleaning device may be used. Further, in FIG. 1, the third cleaning device 25 is installed downstream of the cooling device 24 in the rotation direction of the second intermediate carrier 20, but not limited to this, as long as it is downstream of the stacking position N. It may be installed upstream of the cooling device 24.

これらのユニットU1〜U3は、互いに異なる筐体に収められていてもよいし、1つの筐体の中に収められていてもよい。ユニットU1〜U3を別筐体にする構成は、造形装置の用途、要求性能、使用したい造形材料、設置スペース等に応じて、また故障時の対応として、ユニットの組み合わせや交換等を容易に行うことができ、装置構成の自由度及び利便性を向上できる利点がある。一方、全てのユニットを1つの筐体内に収める構成は、装置全体の小型化、コストダウンなどの利点がある。   These units U1 to U3 may be housed in different housings or may be housed in a single housing. The configuration in which the units U1 to U3 are provided in separate casings allows easy combination and replacement of the units depending on the application of the modeling apparatus, required performance, modeling material to be used, installation space, etc. Therefore, there is an advantage that the flexibility and convenience of the device configuration can be improved. On the other hand, the configuration in which all the units are housed in one housing has advantages such as downsizing of the entire apparatus and cost reduction.

<第2実施形態>
以下に、第2実施形態について説明する。
図3は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態は、加熱手段としてのヒータ26が、表面に弾性ゴムを有したローラ形状で構成されている。ローラ内部には、不図示のハロゲンヒータ等の加熱部が内蔵されており、図3において反時計回りに回転している点を除いて第1実施形態と同様である。本実施形態では、ヒータ26の回転軸は、回転可能に造形装置本体に支持され、実施形態1同様、ステージ23が図3の水平方向に移動することで、ステージ23上の中間造形物Sがヒータ26により加熱される構成としている。
<Second Embodiment>
The second embodiment will be described below.
FIG. 3 is a diagram schematically showing the modeling apparatus according to the present embodiment.
In the present embodiment, the heater 26 as a heating means is formed in a roller shape having elastic rubber on the surface. A heating unit such as a halogen heater (not shown) is incorporated inside the roller and is the same as the first embodiment except that it rotates counterclockwise in FIG. In the present embodiment, the rotary shaft of the heater 26 is rotatably supported by the modeling apparatus body, and the stage 23 moves in the horizontal direction of FIG. It is configured to be heated by the heater 26.

ヒータ26は、その表面の弾性ゴム層が、中間造形物Sの積層面Saと接触することで、中間造形物Sの積層面Saを軟化温度以上に加熱する。このとき、ヒータ26の弾性ゴム層と、中間造形物Sの積層面Saとが接触した状態を保ちながら、ヒータ26の回転動作と、ステージ23の水平方向への移動動作が行われることで、中間造形物Sの積層面Saが全域にわたって加熱される。
ヒータ26の弾性ゴム層の表面にはフッ素系樹脂が塗布されていることが望ましく、これにより、中間造形物Sの積層面Saとヒータ26の間に生じる付着力を抑えることができる。また、ヒータ26の弾性ゴム層を中間造形物Sの積層面Saに十分接触させ中間造形物Sの積層面Saを加圧することで、中間造形物Sの内部と中間造形物Sの積層面Saとの間に存在する気泡を除去することができる。
The elastic rubber layer on the surface of the heater 26 is brought into contact with the laminating surface Sa of the intermediate shaped article S to heat the laminating surface Sa of the intermediate shaped article S to a softening temperature or higher. At this time, while the elastic rubber layer of the heater 26 and the laminated surface Sa of the intermediate shaped article S are kept in contact with each other, the rotating operation of the heater 26 and the horizontal moving operation of the stage 23 are performed, The laminated surface Sa of the intermediate shaped article S is heated over the entire area.
It is desirable that the surface of the elastic rubber layer of the heater 26 be coated with a fluorine-based resin, so that the adhesive force generated between the laminated surface Sa of the intermediate shaped article S and the heater 26 can be suppressed. Further, the elastic rubber layer of the heater 26 is sufficiently brought into contact with the lamination surface Sa of the intermediate molded article S to press the lamination surface Sa of the intermediate molded article S, so that the inside of the intermediate molded article S and the lamination surface Sa of the intermediate molded article S are Bubbles existing between and can be removed.

<第3実施形態>
以下に、第3実施形態について説明する。
図4は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図4に示すように、加熱手段として、ステージ23を囲うように高温槽27が設置されており、さらに、熱風を発生させて高温槽27内に送る熱風発生機28が設置されている点を除いて第1実施形態と同様である。
<Third Embodiment>
The third embodiment will be described below.
FIG. 4 is a diagram schematically showing the modeling apparatus according to this embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, as a heating means, a high temperature tank 27 is installed so as to surround the stage 23, and a hot air generator 28 that generates hot air and sends it into the high temperature tank 27 is installed. The third embodiment is the same as the first embodiment except that it is described.

熱風発生機28から発生した熱風により高温槽27内を目標温度に保持するように構成することで、中間造形物Sの積層面Saの温度を常に中間造形物Sの軟化温度以上にすることができる。また、高温槽27内を一定温度に保つことで、中間造形物Sの周辺の雰囲気温度を一定に保つことができるので、中間造形物S内の温度ムラを低減することができる。これにより、中間造形物S内の温度ムラに起因して中間造形物Sに歪み(変形)が生じたり、歪みにより中間造形物Sにヒビが生じたりするのを抑制することができる。
また、図4に示すように、高温槽27の上部には開口部27aが設けられており、開口部27aを介して、第2中間担持体20からステージ23へ材料層を転写することができ
る。
また、図4に示す上述の高温槽27を含む加熱部に第1実施形態のヒータ22を加えた構成、すなわち、高温槽27内を移動可能なステージ23上の中間造形物Sの積層面Saをヒータ22で加熱する構成としてもよい。
By configuring the inside of the high-temperature tank 27 at the target temperature by the hot air generated from the hot air generator 28, the temperature of the stacking surface Sa of the intermediate shaped article S can always be equal to or higher than the softening temperature of the intermediate shaped article S. it can. Further, by keeping the inside of the high temperature tank 27 at a constant temperature, the ambient temperature around the intermediate shaped article S can be kept constant, so that the temperature unevenness in the intermediate shaped article S can be reduced. As a result, it is possible to prevent the intermediate molded product S from being distorted (deformed) due to the temperature unevenness in the intermediate molded product S and from being cracked in the intermediate molded product S due to the distortion.
Further, as shown in FIG. 4, an opening 27a is provided in the upper part of the high temperature tank 27, and the material layer can be transferred from the second intermediate carrier 20 to the stage 23 through the opening 27a. ..
In addition, the heater 22 of the first embodiment is added to the heating unit including the above-described high temperature tank 27 shown in FIG. May be heated by the heater 22.

<第4実施形態>
以下に、第4実施形態について説明する。
図5は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、ヒータ22とは別に、中間造形物Sの積層面Saに転写された材料層Mの温度を制御する温度制御手段として第2ヒータ29が配設されている点を除いて第1実施形態と同様である。第2ヒータ29においては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータ等が内蔵されており、また、ステージ23側の表面29aが研磨されている。第2ヒータ29の表面29aは、後述するように、第2ヒータ29がステージ23上の中間造形物Sに接触する際の接触面である。第2ヒータ29の積層面29aは、平均粗さが1μm以下となるように研磨されていることが望ましい。本実施形態では、ヒータ22の温度は、材料層Mの軟化温度以上、かつ、材料層Mが溶融する温度未満であり、第2ヒータ29の温度は、材料層Mが溶融する温度以上に設定されていることが望ましい。
<Fourth Embodiment>
The fourth embodiment will be described below.
FIG. 5 is a diagram schematically showing the modeling apparatus according to this embodiment.
In the present embodiment, apart from the heater 22, the second heater 29 is provided as a temperature control means for controlling the temperature of the material layer M transferred to the laminated surface Sa of the intermediate shaped article S, except that the second heater 29 is provided. It is similar to that of the first embodiment. In the second heater 29, for example, a ceramic heater, a halogen heater, etc. are built in, and the surface 29a on the stage 23 side is polished. The surface 29a of the second heater 29 is a contact surface when the second heater 29 comes into contact with the intermediate shaped article S on the stage 23, as described later. The laminated surface 29a of the second heater 29 is preferably polished so that the average roughness is 1 μm or less. In the present embodiment, the temperature of the heater 22 is equal to or higher than the softening temperature of the material layer M and lower than the temperature at which the material layer M melts, and the temperature of the second heater 29 is set to be equal to or higher than the temperature at which the material layer M melts. It is desirable that

以下に、本実施形態特有の第2ヒータ29で、ステージ23上の中間造形物Sを加熱する工程について説明する。
まず、ステージ23上の中間造形物Sの積層面Saに材料層Mが積層されると、ステージ23は、第2ヒータ29の下方に位置するまで、図5において水平方向右側に移動する。ステージ23が第2ヒータ29の下方に位置した後、第2ヒータ29が降下しステージ23上の材料層Mに接触することで、材料層Mが加熱及び/又は加圧され中間造形物Sに固着される。
材料層Mが中間造形物Sに固着されると、第2ヒータ29の加熱動作が停止され、中間造形物Sの積層面Saの温度が、材料層Mが溶融する温度以下にまで下がった後、第2ヒータ29は上方に移動して、材料層Mが固着された中間造形物Sから離間する。なお、第2ヒータ29の温度を下げるために、第2ヒータ29を冷却する手段が設置されていてもよい。このときの冷却方式としては、空冷方式であっても水冷方式であってもよく、特に限定されるものではない。
The process of heating the intermediate shaped article S on the stage 23 with the second heater 29 peculiar to this embodiment will be described below.
First, when the material layer M is stacked on the stacking surface Sa of the intermediate molded article S on the stage 23, the stage 23 moves to the right in the horizontal direction in FIG. 5 until it is located below the second heater 29. After the stage 23 is positioned below the second heater 29, the second heater 29 descends and comes into contact with the material layer M on the stage 23, so that the material layer M is heated and/or pressurized to form the intermediate modeling object S. Fixed.
When the material layer M is fixed to the intermediate shaped article S, the heating operation of the second heater 29 is stopped, and the temperature of the stacking surface Sa of the intermediate shaped article S drops to a temperature below the temperature at which the material layer M melts. The second heater 29 moves upward and separates from the intermediate modeling object S to which the material layer M is fixed. In addition, in order to lower the temperature of the second heater 29, means for cooling the second heater 29 may be installed. The cooling method at this time may be an air cooling method or a water cooling method, and is not particularly limited.

また、第2ヒータ29の表面29aには、フッ素樹脂等の離型剤が塗布されていることが望ましい。
また、第2ヒータ29のうち、表面29aの裏側の面に、加圧センサが複数箇所に設置されているとよい。これにより、第2ヒータ29がステージ23上の中間造形物Sに積層された材料層Mを加圧する際に、各加圧センサの測定値を積層ユニット制御部U13にフィードバックすることで、材料層M及び中間造形物Sを均一に加圧することができる。これにより、より精度の高い造形物を作製することができる。
Further, it is desirable that the surface 29a of the second heater 29 be coated with a release agent such as fluororesin.
In addition, it is preferable that the pressure sensors be installed at a plurality of positions on the surface of the second heater 29 on the back side of the front surface 29a. Thereby, when the second heater 29 pressurizes the material layer M laminated on the intermediate molded article S on the stage 23, the measurement values of the respective pressure sensors are fed back to the laminating unit control unit U13, so that the material layer The M and the intermediate shaped product S can be uniformly pressed. As a result, it is possible to manufacture a more accurate modeled object.

<第5実施形態>
以下に、第5実施形態について説明する。
図6は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図6に示すように、積層ユニットU3が、第3中間担持体30、予備加熱ヒータ31、冷却装置34、第4クリーニング装置36、画像検知センサ21、ヒータ22、ステージ23を備えている点を除いて第1実施形態と同様である。以下、本実施形態特有の積層ユニットU3の各部の構成について詳しく説明する。
<Fifth Embodiment>
The fifth embodiment will be described below.
FIG. 6 is a diagram schematically showing the modeling apparatus according to the present embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the stacking unit U3 includes the third intermediate carrier 30, the preheating heater 31, the cooling device 34, the fourth cleaning device 36, the image detection sensor 21, the heater 22, and the stage 23. It is similar to the first embodiment except that it is provided. Hereinafter, the configuration of each part of the laminated unit U3 specific to this embodiment will be described in detail.

(第3中間担持体)
第3中間担持体30は、例えばSUS(ステンレス鋼)等の金属や、樹脂、ポリイミド
等の材料で形成された無端状のベルト部材であり、図6に示すように、弾性ローラ32,33と金属ローラ35に張架されている。ここで、弾性ローラ32,33は、ウレタン又はシリコーン製の弾性ゴム層を有する。また、金属ローラ35は、SUS又はアルミ等の金属製のローラである。また、弾性ローラ32,33、及び金属ローラ35のうち少なくとも1つは駆動ローラである。
(Third intermediate carrier)
The third intermediate carrier 30 is an endless belt member formed of a metal such as SUS (stainless steel), a resin, a material such as polyimide, and as shown in FIG. It is stretched around a metal roller 35. Here, the elastic rollers 32 and 33 have an elastic rubber layer made of urethane or silicone. The metal roller 35 is a roller made of metal such as SUS or aluminum. Further, at least one of the elastic rollers 32 and 33 and the metal roller 35 is a drive roller.

弾性ローラ32は、材料層形成ユニットU2のローラ114に対向する位置に配置され、ローラ114との間で2次転写部を形成するローラである。また、図6に示すように、材料層形成ユニットU2で形成された材料層Mが第3中間担持体30へ静電的(電気的)に転写される際、弾性ローラ32には高圧電源37によって電圧が印加される。
また、本実施形態では、弾性ローラ32は回転可能に造形装置本体に支持されており、材料層形成ユニットU2が図8において水平方向に移動可能に構成されている。そして、材料層形成ユニットU2の中間担持体111から積層ユニットU3の第3中間担持体30に材料層Mが転写される際には、材料層形成ユニットU2が積層ユニットU3側へ移動する。このことで、中間担持体111と第3中間担持体30が接触して2次転写部が形成される。
The elastic roller 32 is a roller that is arranged at a position facing the roller 114 of the material layer forming unit U2 and forms a secondary transfer portion with the roller 114. Further, as shown in FIG. 6, when the material layer M formed in the material layer forming unit U2 is electrostatically (electrically) transferred to the third intermediate carrier 30, the high voltage power source 37 is applied to the elastic roller 32. The voltage is applied by.
Further, in this embodiment, the elastic roller 32 is rotatably supported by the main body of the modeling apparatus, and the material layer forming unit U2 is configured to be movable in the horizontal direction in FIG. When the material layer M is transferred from the intermediate carrier 111 of the material layer forming unit U2 to the third intermediate carrier 30 of the laminating unit U3, the material layer forming unit U2 moves to the laminating unit U3 side. As a result, the intermediate carrier 111 and the third intermediate carrier 30 come into contact with each other to form a secondary transfer portion.

(予備加熱ヒータ)
予備加熱ヒータ31は、第3中間担持体30により電気的に担持され搬送される材料層Mを、材料層Mの軟化温度に近づくように予備加熱するために設置されている。図6に示すように、第3中間担持体30上の材料層Mを、材料層Mの軟化温度未満の温度に加熱することで、第3中間担持体30上の材料層Mを中間造形物Sへ転写した後、当該材料層Mをヒータ22で加熱する加熱時間を短縮することができる。
弾性ローラ33は、積層位置Nに位置するステージ23に第3中間担持体30を介して対向するように配置されている。図6に示すように、第3中間担持体30により担持され積層位置Nまで搬送された材料層Mを第3中間担持体30とともに、弾性ローラ33と中間造形物Sとで挟み込むことで、第3中間担持体30上の材料層Mが中間造形物Sへ転写される。
(Preheater heater)
The preheating heater 31 is installed to preheat the material layer M that is electrically supported and conveyed by the third intermediate carrier 30 so as to approach the softening temperature of the material layer M. As shown in FIG. 6, by heating the material layer M on the third intermediate carrier 30 to a temperature lower than the softening temperature of the material layer M, the material layer M on the third intermediate carrier 30 is intermediately shaped. After the transfer to S, the heating time for heating the material layer M by the heater 22 can be shortened.
The elastic roller 33 is arranged so as to face the stage 23 located at the stacking position N via the third intermediate carrier 30. As shown in FIG. 6, by sandwiching the material layer M carried by the third intermediate carrier 30 and conveyed to the stacking position N together with the third intermediate carrier 30 between the elastic roller 33 and the intermediate modeled object S, 3 The material layer M on the intermediate carrier 30 is transferred to the intermediate shaped article S.

弾性ローラ33には、電圧印加手段として高圧電源38が接続されており、弾性ローラ33に電圧を印加できるように構成されている。これにより、材料層Mの転写時に、中間造形物Sの積層面Saの粘性に加えて、静電力を用いることができ、第3中間担持体30上の材料層Mをより容易に、より確実に中間造形物Sへ転写させることができる。
また、中間造形物Sの積層面Saの電位を測定する表面電位計39によって、中間造形物Sの積層面Saの電位を材料層Mの転写前に測定し、測定結果を高圧電源38にフィードバックすることが望ましい。
A high voltage power supply 38 is connected to the elastic roller 33 as a voltage applying means, and is configured to be able to apply a voltage to the elastic roller 33. Accordingly, when transferring the material layer M, in addition to the viscosity of the stacking surface Sa of the intermediate shaped article S, an electrostatic force can be used, and the material layer M on the third intermediate carrier 30 can be more easily and more reliably. Can be transferred to the intermediate shaped article S.
Further, the potential of the laminated surface Sa of the intermediate molded article S is measured by the surface electrometer 39 for measuring the potential of the laminated surface Sa of the intermediate molded article S before the transfer of the material layer M, and the measurement result is fed back to the high voltage power supply 38. It is desirable to do.

(第2冷却装置)
第2冷却装置34は、第1実施形態の冷却装置24と同じ機能を有する冷却装置である。本実施形態では、第2冷却装置34は、第3中間担持体30における、材料層Mを担持搬送する面の裏面に冷風を当てるように配置されている。そのため、第3中間担持体30を空冷する際、第3中間担持体30表面に付着したコンタミや、中間造形物Sへ転写されずに第3中間担持体30上に残った造形材料を吹き飛ばしてしまうことがなく、より強い風力で第3中間担持体30を冷却することができる。
(Second cooling device)
The second cooling device 34 is a cooling device having the same function as the cooling device 24 of the first embodiment. In the present embodiment, the second cooling device 34 is arranged so as to apply cold air to the back surface of the surface of the third intermediate carrier 30 on which the material layer M is carried and conveyed. Therefore, when the third intermediate carrier 30 is air-cooled, the contamination adhering to the surface of the third intermediate carrier 30 and the modeling material remaining on the third intermediate carrier 30 without being transferred to the intermediate modeling object S are blown off. It is possible to cool the third intermediate carrier 30 with stronger wind force.

(第4クリーニング装置)
第4クリーニング装置36は、第3中間担持体30に残った造形材料やコンタミを回収し、第3中間担持体30の表面をクリーニングする手段である。本実施形態の第4クリーニング装置36は、金属ローラ35との間で第3中間担持体30を挟み込むように設置されている。本実施形態では、第4クリーニング装置36に、第3中間担持体30に対しカ
ウンタ方向に当接させたクリーニングブレードによって造形材料の粒子やコンタミ等を掻き落とすブレード方式を採用するが、クリーニング方式はこれに限るものではない。例えばクリーニング方式として、ブラシ方式や静電吸着方式を用いてもよい。
(Fourth cleaning device)
The fourth cleaning device 36 is means for collecting the modeling material and contaminants remaining on the third intermediate carrier 30 and cleaning the surface of the third intermediate carrier 30. The fourth cleaning device 36 of the present embodiment is installed so as to sandwich the third intermediate carrier 30 with the metal roller 35. In the present embodiment, the fourth cleaning device 36 employs a blade system in which particles of the molding material, contaminants, and the like are scraped off by a cleaning blade that is in contact with the third intermediate carrier 30 in the counter direction. It is not limited to this. For example, a brush method or an electrostatic adsorption method may be used as the cleaning method.

<第6実施形態>
以下に、第6実施形態について説明する。
図7は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図7に示すように、弾性ローラ32,33が移動可能に構成され、材料層形成ユニットU2は、造形装置本体に固定されている。また、予備加熱ヒータ31も移動可能に構成され、弾性ローラ32,33が移動する際には、予備加熱ヒータ31は第3中間担持体30から離れた位置に移動する。
<Sixth Embodiment>
The sixth embodiment will be described below.
FIG. 7 is a diagram schematically showing the modeling apparatus according to the present embodiment.
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the elastic rollers 32 and 33 are configured to be movable, and the material layer forming unit U2 is fixed to the modeling apparatus main body. Further, the preheating heater 31 is also configured to be movable, and when the elastic rollers 32 and 33 move, the preheating heater 31 moves to a position away from the third intermediate carrier 30.

中間担持体111から第3中間担持体30へ材料層Mが転写する際は、弾性ローラ32が材料層形成ユニットU2のローラ114側へ移動し、同時に弾性ローラ33が同じ距離だけ移動する。これにより、第3中間担持体30は、中間担持体111から材料層Mが転写される転写位置(図6で点線30aで示す位置)をとり、中間担持体111と接触して2次転写部を形成する。このとき、弾性ローラ33は、弾性ローラ32と金属ローラ35に近づく方向に移動する。
材料層Mが第3中間担持体30に転写されると、弾性ローラ33は、中間造形物Sの積層面Saと第3中間担持体30とが接触可能な位置まで移動する。弾性ローラ33の移動と同時に、弾性ローラ32は弾性ローラ33と金属ローラ35に近づく方向へ、弾性ローラ33が移動した距離だけ移動する。これにより、第3中間担持体30は、中間担持体111から離れた位置をとる。弾性ローラ32,33が移動する間、材料層Mは第3中間担持体30により積層位置Nに向けて搬送されるが、弾性ローラ32,33の移動が完了するまでは、画像検知センサ21による検知領域に到達しないように構成されている。
When the material layer M is transferred from the intermediate carrier 111 to the third intermediate carrier 30, the elastic roller 32 moves to the roller 114 side of the material layer forming unit U2, and at the same time, the elastic roller 33 moves the same distance. As a result, the third intermediate carrier 30 takes the transfer position (the position indicated by the dotted line 30a in FIG. 6) at which the material layer M is transferred from the intermediate carrier 111, comes into contact with the intermediate carrier 111, and is the secondary transfer portion. To form. At this time, the elastic roller 33 moves toward the elastic roller 32 and the metal roller 35.
When the material layer M is transferred to the third intermediate carrier 30, the elastic roller 33 moves to a position where the stacked surface Sa of the intermediate modeled object S and the third intermediate carrier 30 can contact each other. Simultaneously with the movement of the elastic roller 33, the elastic roller 32 moves toward the elastic roller 33 and the metal roller 35 by the distance that the elastic roller 33 has moved. As a result, the third intermediate carrier 30 takes a position apart from the intermediate carrier 111. While the elastic rollers 32 and 33 move, the material layer M is conveyed toward the stacking position N by the third intermediate carrier 30. However, until the movement of the elastic rollers 32 and 33 is completed, the image detection sensor 21 detects the material layer M. It is configured so as not to reach the detection area.

弾性ローラ32,33の移動が完了すると、第3中間担持体30上の材料層Mは、画像検知センサ21による検知領域を通過し、中間造形物Sに転写される。
本実施形態では、第3中間担持体30を張架する3つのローラのうち2つのローラが移動可能に構成されるものであったが、これに限るものではない。すなわち、中間担持体を張架する複数のローラのうち少なくとも1つのローラが移動可能に構成され、ローラの移動により、中間担持体が材料層Mの転写時以外は、材料層形成ユニットU2から離れた位置をとることができる。これにより、材料層形成ユニットU2が、積層ユニットU3において発生する熱の影響を受けないように構成することができる。
When the movement of the elastic rollers 32 and 33 is completed, the material layer M on the third intermediate carrier 30 passes through the detection area of the image detection sensor 21 and is transferred to the intermediate molded article S.
In the present embodiment, two of the three rollers that stretch the third intermediate carrier 30 are configured to be movable, but the present invention is not limited to this. That is, at least one of the plurality of rollers that stretches the intermediate carrier is configured to be movable, and the movement of the roller causes the intermediate carrier to separate from the material layer forming unit U2 except when the material layer M is transferred. Can take different positions. Accordingly, the material layer forming unit U2 can be configured so as not to be affected by the heat generated in the laminating unit U3.

<第7実施形態>
以下に、第7実施形態について説明する。
図8は、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
本実施形態では、図8に示すように、造形装置が、ヒータ22、画像形成部10a,10b、第2ヒータ29、ステージ23を備えている。本実施形態の造形装置は、上述した実施形態のような中間担持体を介さずに、像担持体100a,100bから、ステージ23上の中間造形物Sの積層面Saに材料画像が順に転写され、中間造形物S上で材料層Mが作製されるように構成されている。
<Seventh Embodiment>
The seventh embodiment will be described below.
FIG. 8 is a diagram schematically showing the modeling apparatus according to this embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the modeling apparatus includes the heater 22, the image forming units 10a and 10b, the second heater 29, and the stage 23. In the modeling apparatus of the present embodiment, material images are sequentially transferred from the image carriers 100a and 100b to the stacking surface Sa of the intermediate modeled article S on the stage 23 without the intermediate carrier as in the above-described embodiment. , The material layer M is formed on the intermediate shaped article S.

以下に、本実施形態の造形装置の造形動作について説明する。
まず、ステージ23が、ヒータ22に対向する位置に移動する(図8)。この位置で、ステージ23上の中間造形物Sの積層面Saの温度が、中間造形物Sの軟化温度以上となるように、ヒータ22による加熱が行われる。
中間造形物Sの積層面Saが、中間造形物Sの軟化温度以上に加熱されると、ステージ23が像担持体100aの対向部まで移動され、造形材料Maからなる材料画像が中間造
形物S上に転写される。
The modeling operation of the modeling apparatus of this embodiment will be described below.
First, the stage 23 moves to a position facing the heater 22 (FIG. 8). At this position, heating by the heater 22 is performed so that the temperature of the stacking surface Sa of the intermediate shaped article S on the stage 23 becomes equal to or higher than the softening temperature of the intermediate shaped article S.
When the stacking surface Sa of the intermediate modeling object S is heated to the softening temperature of the intermediate modeling object S or higher, the stage 23 is moved to the facing portion of the image carrier 100a, and the material image made of the modeling material Ma shows the intermediate modeling object S. Transcribed on.

造形材料Maからなる材料画像が転写されると、ステージ23が像担持体100bの対向部まで移動され、造形材料Mbからなる材料画像が中間造形物S上に転写される。
このように造形材料Ma,Mbからなる材料画像が転写されることにより、中間造形物S上に材料層Mが形成される。その後、ステージ23が第2ヒータ29の対向部まで移動し、第2ヒータ29と中間造形物Sとの間で材料層Mが挟み込まれることで、材料層Mは加熱及び/又は加圧され中間造形物S上に固着される。
ここで、像担持体100a,100bは、加熱された中間造形物Sに材料画像を介して接触するため、中間造形物Sの熱が伝わり、昇温してしまうことが懸念される。このため、像担持体100a,100bを冷却するための冷却装置106a,106bが設置されていることが望ましい。冷却装置106は、像担持体100が材料画像を介して中間造形物Sと接触する積層位置よりも像担持体100の回転方向下流で、クリーニング装置105よりも上流に配置されるものであるとよい。また、像担持体100を1つのみの構成としてもよく、1つの像担持体100上で材料画像を形成後、材料画像を転写して中間造形物S上に材料層を形成するように構成してもよい。
When the material image made of the molding material Ma is transferred, the stage 23 is moved to the facing portion of the image carrier 100b, and the material image made of the molding material Mb is transferred onto the intermediate molded article S.
In this way, the material layer M is formed on the intermediate modeling object S by transferring the material image composed of the modeling materials Ma and Mb. After that, the stage 23 moves to the facing portion of the second heater 29, and the material layer M is sandwiched between the second heater 29 and the intermediate modeling object S, so that the material layer M is heated and/or pressurized to be intermediate. It is fixed on the molded article S.
Here, since the image carriers 100a and 100b come into contact with the heated intermediate modeling object S via the material image, there is a concern that the heat of the intermediate modeling object S is transmitted and the temperature rises. Therefore, it is desirable to install cooling devices 106a and 106b for cooling the image carriers 100a and 100b. The cooling device 106 is arranged downstream of the stacking position where the image carrier 100 comes into contact with the intermediate modeling object S via the material image in the rotational direction of the image carrier 100 and upstream of the cleaning device 105. Good. Further, the image carrier 100 may have only one structure, and after the material image is formed on one image carrier 100, the material image is transferred to form the material layer on the intermediate modeling object S. You may.

<第8実施形態>
以下に、第8実施形態について説明する。
図9A〜9Dは、本実施形態に係る造形装置を模式的に示す図である。
図9Aは、造形装置の全体構成を示している。図9Aに示すように、本実施形態の造形装置は、画像形成部10、第4中間担持体40、転写補助部材41、第3ヒータ46、ステージ23を備えている。図9B〜9Dは、第4中間担持体40、転写補助部材41、第3ヒータ46、ステージ23の位置関係について説明するための図である。以下に、本実施形態特有の構成について詳しく説明する。
<Eighth Embodiment>
The eighth embodiment will be described below.
9A to 9D are diagrams schematically showing the modeling apparatus according to the present embodiment.
FIG. 9A shows the overall configuration of the modeling apparatus. As shown in FIG. 9A, the modeling apparatus of this embodiment includes the image forming unit 10, the fourth intermediate carrier 40, the transfer assisting member 41, the third heater 46, and the stage 23. 9B to 9D are diagrams for explaining the positional relationship among the fourth intermediate carrier 40, the transfer assisting member 41, the third heater 46, and the stage 23. The configuration unique to this embodiment will be described in detail below.

(第4中間担持体)
第4中間担持体40には、各画像形成部10で形成された材料画像がそれぞれ転写され材料層Mが形成される。すなわち、上流側の画像形成部10aから造形材料Maの材料画像が転写された後、下流側の画像形成部10bから造形材料Mbの材料画像が転写されることで、第4中間担持体40上に1層の材料層Mが形成される。
第4中間担持体40は、例えば樹脂、ポリイミドなどの材料からなる無端状のベルト部材であり、図9Aに示すように、複数のローラ42,43,44に張架されている。なお、ローラ42,43,44の他にテンションローラを設け、第4中間担持体40のテンションを調整できるように構成してもよい。ローラ42,43,44のうち少なくとも一つは駆動ローラであり、材料層の形成時には不図示のモータの駆動力によって第4中間担持体40を図中反時計周りに回転させる。
(Fourth intermediate carrier)
On the fourth intermediate carrier 40, the material images formed by the image forming units 10 are transferred, and the material layer M is formed. That is, after the material image of the modeling material Ma is transferred from the image forming unit 10 a on the upstream side, and the material image of the modeling material Mb is transferred from the image forming unit 10 b on the downstream side, the fourth intermediate carrier 40 is transferred. One material layer M is formed on the substrate.
The fourth intermediate carrier 40 is an endless belt member made of a material such as resin or polyimide, and is stretched around a plurality of rollers 42, 43, 44 as shown in FIG. 9A. A tension roller may be provided in addition to the rollers 42, 43, and 44 so that the tension of the fourth intermediate carrier 40 can be adjusted. At least one of the rollers 42, 43, and 44 is a driving roller, and the fourth intermediate carrier 40 is rotated counterclockwise in the figure by the driving force of a motor (not shown) when forming the material layer.

(転写補助部材)
転写補助部材41は、SUSやアルミなどの金属からなる平板で構成され、図9A,9Bに示すように、第4中間担持体40を挟んでステージ23に対向するように設置されている。
第4中間担持体40によって中間造形物Sに対向する積層位置Nまで搬送された材料層Mは、転写補助部材41と中間造形物Sとの間で挟み込まれることで、中間造形物S上に転写され積層される。材料層Mが転写される際、第4中間担持体40、及びローラ42,43,44は停止している。なお、転写補助部材41にヒータが内蔵されていてもよく、ヒータの温度は材料層Mの軟化温度以下に設定されている。転写補助部材41における第4中間担持体40側の表面には、ウレタン、シリコーンなどの弾性部材が貼り付けられていることが望ましく、これにより、材料層Mと第4中間担持体40とが接触しやすくなる。
(Transfer auxiliary member)
The transfer assisting member 41 is composed of a flat plate made of a metal such as SUS or aluminum, and is installed so as to face the stage 23 with the fourth intermediate carrier 40 interposed therebetween, as shown in FIGS. 9A and 9B.
The material layer M conveyed to the stacking position N facing the intermediate shaped article S by the fourth intermediate carrier 40 is sandwiched between the transfer assisting member 41 and the intermediate shaped article S, so that the material is transferred onto the intermediate shaped article S. Transferred and laminated. When the material layer M is transferred, the fourth intermediate carrier 40 and the rollers 42, 43, 44 are stopped. A heater may be built in the transfer assisting member 41, and the temperature of the heater is set to be equal to or lower than the softening temperature of the material layer M. It is desirable that an elastic member such as urethane or silicone is attached to the surface of the transfer assisting member 41 on the side of the fourth intermediate carrier 40, so that the material layer M and the fourth intermediate carrier 40 come into contact with each other. Easier to do.

(ヒータ)
第3ヒータ46は、中間造形物S及び中間造形物Sの上に転写され積層された材料層Mの温度を制御する温度制御手段である。第3ヒータ46は、図9Dに示す、第4中間担持体40とステージ23に挟まれた位置である第1位置と、図9B,9Cに示す、第1位置から離間した第2位置との間を移動可能に設置されている。図9Dでは、第1位置に位置する第3ヒータ46を46aで示し、図9B,9Cでは、第2位置に位置する第3ヒータ46を46bで示している。また、本実施形態では、第3ヒータ46は、積層位置Nにおける第4中間担持体40のベルト面において第4中間担持体40の搬送方向に直交する方向に移動可能に構成されている。
(heater)
The third heater 46 is a temperature control unit that controls the temperatures of the intermediate molded article S and the material layer M transferred and laminated on the intermediate molded article S. The third heater 46 has a first position shown in FIG. 9D, which is a position sandwiched between the fourth intermediate carrier 40 and the stage 23, and a second position shown in FIGS. 9B and 9C, which is separated from the first position. It is installed so that it can move between. In FIG. 9D, the third heater 46 located at the first position is indicated by 46a, and in FIGS. 9B and 9C, the third heater 46 located at the second position is indicated by 46b. In addition, in the present embodiment, the third heater 46 is configured to be movable on the belt surface of the fourth intermediate carrier 40 at the stacking position N in a direction orthogonal to the transport direction of the fourth intermediate carrier 40.

材料層Mの積層が行われる際には、図9Dに示す第1位置に位置させた第3ヒータ46で中間造形物Sを加熱し、その後、材料層Mが積層位置Nに到達するまでに、第3ヒータ46を図9B,9Cに示す第2位置に移動させておく。そして、材料層Mが中間造形物Sに転写されると、第3ヒータ46を図9Dに示す第1位置に再び位置させる。そして、材料層Mを中間造形物Sに転写した後に、材料層Mが転写された中間造形物Sと第3ヒータ46を近づけることで、中間造形物Sのうち転写された材料層Mの部分を溶融し、中間造形物Sに固着させる。第3ヒータ46としては、例えば、セラミックヒータ、ハロゲンヒータを用いることができる。第3ヒータ46の温度は、材料層Mが溶融する温度以上に設定されていることが望ましく、第3ヒータ46と中間造形物Sの距離を調整することで、中間造形物Sの積層面Saの温度を制御することができる。   When the material layers M are stacked, the intermediate shaped article S is heated by the third heater 46 located at the first position shown in FIG. 9D, and thereafter, until the material layer M reaches the stacking position N. , The third heater 46 is moved to the second position shown in FIGS. 9B and 9C. Then, when the material layer M is transferred to the intermediate modeling object S, the third heater 46 is again positioned at the first position shown in FIG. 9D. Then, after the material layer M is transferred to the intermediate modeling object S, the intermediate modeling object S to which the material layer M is transferred and the third heater 46 are brought close to each other, so that the part of the material layer M transferred to the intermediate modeling object S. Is melted and fixed to the intermediate molded article S. As the third heater 46, for example, a ceramic heater or a halogen heater can be used. The temperature of the third heater 46 is preferably set to be equal to or higher than the temperature at which the material layer M is melted. By adjusting the distance between the third heater 46 and the intermediate modeled article S, the laminated surface Sa of the intermediate modeled article S is adjusted. The temperature of can be controlled.

(ステージ)
本実施形態では、ステージ23は、不図示のアクチュエータ等の駆動手段によって、材料層Mの積層方向(積層位置Nにおける第4中間担持体40のベルト面に垂直な方向)にのみ移動可能に構成されている。
ステージ23は、材料層Mが積層される前の状態では、下方(積層位置Nから離れる方向)に下げられており、材料層Mが積層される際に、上方に移動される。このときのステージ23の位置は、ステージ23と第3ヒータ46の間の距離が、中間造形物Sの積層面Saの温度に基づいて調整されることで設定される。そして、ステージ23上の中間造形物Sの積層面Saの温度が、中間造形物Sの軟化温度以上になるまで第3ヒータ46による加熱が行われる。材料層Mが積層位置Nに搬送されると、ステージ23が上昇し、材料層Mがステージ23と転写補助部材41とで挟み込まれることで、材料層Mが中間造形物Sに転写される。材料層Mが中間造形物Sに転写されると、ステージ23が下方に移動し、その後、第3ヒータ46が図9Dに示す第1位置に移動することで、第3ヒータ46によって材料層Mが溶融され中間造形物Sに固着される。
(stage)
In the present embodiment, the stage 23 is configured to be movable only in the stacking direction of the material layers M (direction perpendicular to the belt surface of the fourth intermediate carrier 40 at the stacking position N) by a driving unit such as an actuator (not shown). Has been done.
The stage 23 is lowered (in a direction away from the stacking position N) in a state before the material layers M are stacked, and is moved upward when the material layers M are stacked. The position of the stage 23 at this time is set by adjusting the distance between the stage 23 and the third heater 46 based on the temperature of the stacking surface Sa of the intermediate modeling object S. Then, heating by the third heater 46 is performed until the temperature of the laminated surface Sa of the intermediate shaped article S on the stage 23 becomes equal to or higher than the softening temperature of the intermediate shaped article S. When the material layer M is conveyed to the stacking position N, the stage 23 moves up, and the material layer M is sandwiched between the stage 23 and the transfer assisting member 41, so that the material layer M is transferred to the intermediate modeling object S. When the material layer M is transferred to the intermediate modeling object S, the stage 23 moves downward, and then the third heater 46 moves to the first position shown in FIG. 9D, whereby the material layer M is moved by the third heater 46. Is melted and fixed to the intermediate molded article S.

以上説明した各実施形態は、本発明の実施形態の例示を旨とするものであり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、可能な限り組み合わせたり、種々の変更を加えたりすることが可能である。   The embodiments described above are intended to exemplify the embodiments of the present invention, and may be combined and variously modified as much as possible without departing from the scope of the present invention. Is.

1…造形装置、20…第2中間担持体、22…ヒータ、23…ステージ、Ma,Mb…造形材料、S…中間造形物   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Modeling apparatus, 20... Second intermediate carrier, 22... Heater, 23... Stage, Ma, Mb... Modeling material, S... Intermediate modeled article

Claims (19)

担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上で積層することによって3次元の立体物を作製する造形装置において、
前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱手段と、
前記ステージ上の立体物の積層面に、前記担持体に担持された前記造形材料を積層する積層手段と、
前記加熱手段および前記積層手段を制御する制御手段と、
を有しており、
前記制御手段が、前記加熱手段により前記積層面を前記造形材料の軟化温度以上に加熱し、前記積層面に前記軟化温度よりも低い温度の前記造形材料を積層するよう制御する
ことを特徴とする造形装置。
In a modeling apparatus for manufacturing a three-dimensional three-dimensional object by stacking thermoplastic modeling materials carried on a carrier on a stage,
Heating means for heating the laminated surface of the three-dimensional object on the stage,
On the laminating surface of the three-dimensional object on the stage, laminating means for laminating the modeling material carried on the carrier,
Control means for controlling the heating means and the laminating means,
Has
The control means controls the heating means to heat the lamination surface to a softening temperature of the molding material or higher, and to control the lamination surface to stack the molding material at a temperature lower than the softening temperature. Modeling equipment.
前記軟化温度は、前記造形材料の集合体を直径10mm、厚さ1mmの円柱状に加圧成形した成形体のせん断方向の貯蔵弾性率および損失弾性率の温度依存性を、角周波数を1Hzとした回転式レオメーターによって2℃/分の割合で昇温させて測定したときに、前記貯蔵弾性率が10MPaとなる温度である
ことを特徴とする請求項1に記載の造形装置。
As for the softening temperature, the temperature dependence of the storage elastic modulus and the loss elastic modulus in the shear direction of the molded body obtained by pressure molding the aggregate of the molding material into a cylindrical shape having a diameter of 10 mm and a thickness of 1 mm is set to an angular frequency of 1 Hz. The modeling apparatus according to claim 1, wherein the storage elastic modulus is a temperature at which the storage elastic modulus is 10 MPa when the temperature is measured at a rate of 2° C./minute by the rotary rheometer.
前記加熱手段は、前記ステージ上の立体物を加熱するために、前記ステージ上の立体物の周辺の雰囲気温度を目標温度に保持する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の造形装置。
The modeling apparatus according to claim 1, wherein the heating unit holds an ambient temperature around a three-dimensional object on the stage at a target temperature in order to heat the three-dimensional object on the stage.
前記ステージ、及び/又は、前記加熱手段は、前記積層手段による積層が行われる際の位置と、前記ステージ上の立体物が前記加熱手段により加熱される際の位置との間を移動可能に配設されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の造形装置。
The stage and/or the heating means are movably arranged between a position when the lamination is performed by the lamination means and a position when the three-dimensional object on the stage is heated by the heating means. The modeling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the modeling apparatus is provided.
前記ステージ上の立体物の積層面に前記造形材料が積層された後、前記造形材料が積層された前記ステージ上の立体物を加圧する機能、及び/又は、積層された前記造形材料を加熱する機能を有する部材をさらに有する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の造形装置。
After the modeling material is laminated on the laminated surface of the three-dimensional object on the stage, the function of pressing the three-dimensional object on the stage on which the modeling material is laminated and/or the heating of the laminated modeling material The modeling apparatus according to claim 1, further comprising a member having a function.
前記造形材料が積層される前記ステージの表面には、溶媒に可溶な材料で形成された層、又は、温度変化に対応して粘着と非粘着が変化する感温性粘着剤が予め設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の造形装置。   On the surface of the stage on which the modeling material is laminated, a layer formed of a material soluble in a solvent, or a temperature-sensitive adhesive that changes in stickiness and non-stickiness according to temperature change is provided in advance. The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 5, further comprising: 前記溶媒に可溶な材料は熱可塑性材料であり、
前記熱可塑性材料の層に直に前記造形材料が積層される際には、前記制御手段が、前記加熱手段により前記熱可塑性材料の層を前記熱可塑性材料の軟化温度以上に加熱する
ことを特徴とする請求項6に記載の造形装置。
The solvent-soluble material is a thermoplastic material,
When the modeling material is directly laminated on the thermoplastic material layer, the control means heats the thermoplastic material layer by the heating means to a temperature equal to or higher than the softening temperature of the thermoplastic material. The modeling apparatus according to claim 6.
立体モデルのスライスデータに基づき前記造形材料からなる材料層を形成する材料層形成手段を有し、
前記担持体は、前記材料層形成手段により形成された前記材料層を、前記積層手段による積層が行われる位置である積層位置まで搬送する搬送体である
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の造形装置。
A material layer forming means for forming a material layer made of the modeling material based on the slice data of the three-dimensional model,
8. The carrier according to claim 1, wherein the carrier is a carrier that conveys the material layer formed by the material layer forming means to a stacking position where the stacking is performed by the stacking means. The modeling apparatus according to any one of claims.
前記担持体に担持され前記積層位置に向かって搬送される前記材料層の温度が前記軟化温度に近づくように、当該材料層を加熱する予備加熱手段を有する
ことを特徴とする請求項8に記載の造形装置。
9. The preheating means for heating the material layer so that the temperature of the material layer carried by the carrier and conveyed toward the stacking position approaches the softening temperature. Modeling equipment.
前記担持体による前記材料層の搬送方向において、前記積層位置よりも下流に配置され、前記担持体のうち前記材料層を担持する担持面をクリーニングするクリーニング手段を有する
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の造形装置。
9. A cleaning unit, which is arranged downstream of the stacking position in the carrying direction of the material layer by the carrier, and which cleans a carrying surface of the carrier carrying the material layer. Or the modeling apparatus according to 9.
前記担持体による前記材料層の搬送方向において、前記積層位置よりも下流に配置され、前記担持体を冷却する冷却手段を有する
ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の造形装置。
11. The cooling unit, which is arranged downstream of the stacking position in the transport direction of the material layer by the carrier, and cools the carrier, is described in any one of claims 8 to 10. Modeling equipment.
前記担持体は、前記材料層を電気的に担持し、
前記担持体に電圧を印加する電圧印加手段を有し、
前記積層手段は、前記担持体上の前記材料層を前記ステージ上の立体物の前記積層面に積層する際に、前記電圧印加手段により前記担持体に電圧を印加させる
ことを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1項に記載の造形装置。
The carrier electrically carries the material layer,
A voltage applying means for applying a voltage to the carrier,
The laminating means applies a voltage to the carrier by the voltage applying means when laminating the material layer on the carrier on the laminating surface of the three-dimensional object on the stage. The modeling apparatus according to any one of 8 to 11.
前記担持体は、樹脂又は金属からなるベルト部材である
ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載の造形装置。
The modeling apparatus according to claim 8, wherein the carrier is a belt member made of resin or metal.
前記担持体を張架する複数のローラを有し、
前記担持体が、前記材料層形成手段から前記材料層が前記担持体に転写される転写位置、又は、前記転写位置に対して前記材料層形成手段から離れた位置に位置するように、前記複数のローラのうち少なくとも1つが移動可能に配設されている
ことを特徴とする請求項13に記載の造形装置。
A plurality of rollers for stretching the carrier,
The carrier is located at a transfer position where the material layer is transferred from the material layer forming unit to the carrier or at a position distant from the material layer forming unit with respect to the transfer position. 14. The modeling apparatus according to claim 13, wherein at least one of the rollers is movably arranged.
前記担持体は、樹脂又は金属からなる筒状部材である
ことを特徴とする請求項8乃至12のいずれか1項に記載の造形装置。
The modeling apparatus according to claim 8, wherein the carrier is a tubular member made of resin or metal.
立体モデルのスライスデータに基づき前記造形材料からなる像を形成する像形成部を有し、
前記担持体は、前記像形成部において、前記造形材料の像が形成される部材である
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の造形装置。
An image forming unit that forms an image made of the modeling material based on the slice data of the three-dimensional model,
The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the carrier is a member on which an image of the modeling material is formed in the image forming unit.
前記像形成部が複数設けられ、
1層分のスライスデータに基づいて各像形成部でそれぞれ形成された前記造形材料の像が順に前記ステージ上の立体物の前記積層面に積層される
ことを特徴とする請求項16に記載の造形装置。
A plurality of the image forming units are provided,
The image of the modeling material formed in each image forming unit based on the slice data for one layer is sequentially stacked on the stacking surface of the three-dimensional object on the stage. Modeling equipment.
前記担持体に担持された前記造形材料の像が、前記ステージ上の立体物の前記積層面に積層された後、前記担持体のうち前記造形材料の像が担持されていた領域を冷却する冷却手段を有する
ことを特徴とする請求項16又は17に記載の造形装置。
After the image of the modeling material carried on the carrier is stacked on the stacking surface of the three-dimensional object on the stage, cooling is performed to cool the region of the carrier on which the image of the modeling material was carried. The modeling apparatus according to claim 16 or 17, further comprising means.
担持体に担持された熱可塑性の造形材料を、ステージ上に積層することによって3次元の立体物を作製する造形装置による造形方法であって、
前記ステージ上の立体物の積層面を加熱する加熱工程と、
前記加熱工程により前記造形材料の軟化温度以上に加熱された前記ステージ上の立体物の前記積層面に、前記担持体に担持された、温度が前記軟化温度よりも低い前記造形材料を積層する積層工程と、
を含むことを特徴とする造形方法。
A modeling method using a modeling apparatus for manufacturing a three-dimensional three-dimensional object by stacking a thermoplastic modeling material carried on a carrier on a stage, the method comprising:
A heating step of heating the laminated surface of the three-dimensional object on the stage,
Lamination for laminating the modeling material, which is carried by the carrier and is lower than the softening temperature, on the laminating surface of the three-dimensional object on the stage heated to the softening temperature of the modeling material or higher by the heating step. Process,
A molding method comprising:
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