JP6758899B2 - 造形装置 - Google Patents
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Description
[立体造形装置の全体構成]
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る造形装置の全体構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る造形装置1の全体構成を模式的に示す図である。
制御ユニットU1の構成を説明する。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、材料画像形成ユニット制御部U12、積層ユニット制御部U13、中間ユニット制御部U14などを有する。
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、各層のスライスデータに基づいて、造形材料からなる材料層を形成するユニットである。以下、材料層形成ユニットU2として、電子写真プロセスを利用して粒子状の造形材料からなる材料層を形成する例について説明する。
図3(a)は、粒子像形成部10の構成を示す図であり、図3(b)は、現像装置103の詳細構成を示す図である。
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。本実施形態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102は、画像情報(スライス画像データ)に従って像担持体100を露光し、像担持体100の表面上に静電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からなる走査機構と、結像レンズなどの光学部材とを有して構成される。
現像装置103は、現像剤(ここでは、粉末状の構造材料またはサポート材料)を像担持体100に供給することで、静電潜像を可視化する現像手段である(本明細書では、現像剤によって可視化された像を粒子像と称す)。図3(b)に現像装置103の詳細構成を示す。現像装置103は、現像剤を収容する容器1030と、容器1030の内部に設けられる供給ローラ1031と、現像剤を担持し像担持体100へ供給する現像ローラ1032と、現像剤の厚みを規制する規制部材1033とを有する。供給ローラ1031および現像ローラ1032は容器1030に回転自在に支持されており、像形成時には不図示のモーターによって図中の反時計周りに一定速度で回転する。供給ローラ1031によって撹拌し帯電された現像剤粒子が現像ローラ1032に供給され、規制部材1033によって略1粒子分の厚みとなるように層厚が規制された後、現像ローラ1032と像担持体100の対向部において静電潜像の現像が行われる。現像方式としては、露光により電荷を除去した部分に現像剤を付着させる反転現像方式と、露光されなかった部分に現像剤を付着させる正規現像方式とがあるが、いずれの方式を用いてもよい。
転写装置104は、像担持体100上の粒子像を第1の中間担持搬送ベルト11の表面上へと転写させる転写手段である。転写装置104は、第1の中間担持搬送ベルト11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上の粒子像と逆極性の電圧(転写電圧)を印加することで、静電的に粒子像を第1の中間担持搬送ベルト11側へと転写させる。像担持体100から第1の中間担持搬送ベルト11への転写を1次転写とも称す。なお、本実施形態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。
クリーニング装置105は、転写されずに像担持体100上に残った現像剤を回収し、像担持体100の表面を清浄する手段である。本実施形態では、像担持体100に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって現像剤粒子を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置105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。
第1の中間担持搬送ベルト11は、各粒子像形成部10で形成された粒子像が転写される。上流側の粒子像形成部10aから構造材料の粒子像が転写された後、それと位置を合せて、下流側の粒子像形成部10bからサポート材料の粒子像が転写されることで、第1の中間担持搬送ベルト11の表面上に1枚の材料層が形成される。第1の中間担持搬送ベルト11は、形成された材料層を支持して搬送する搬送部材である。
ベルトクリーニング装置12は、第1の中間担持搬送ベルト11の表面に付着した材料をクリーニングする手段である。本実施形態では、第1の中間担持搬送ベルト11に対しカウンター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。
画像検知センサー13は、第1の中間担持搬送ベルト11の表面に支持された材料層を検知手段である。画像検知センサー13の検知結果は、材料層の位置合わせ、後段の積層ユニットU3および中間ユニットU4とのタイミング制御、材料層の異常検知などに利用される。なお、ここでいう材料層の異常とは、材料層が所望の形状でない、材料層が無い、厚みのばらつきが大きい、材料層の位置ずれが大きいなどを指す。
次に、積層ユニットU3の構成を説明する。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、後述する中間ユニットU4の中間バッファローラ40から受け取り、これを順に積層し固着することによって、立体物を形成するユニットである。
第2の中間担持搬送ベルト30は、材料層形成ユニットU2で形成された材料層を、中間ユニットU4を介して受け取り、その材料層を積層位置まで支持して搬送する搬送部材である。積層位置とは、材料層の積層(造形途中の立体物上またはステージ34上への積み上げ)が行われる位置であり、図1の構成では、第2の中間担持搬送ベルト30がヒーター33とステージ34とで挟まれる部分が積層位置に該当する。
3次転写ローラ31は、中間ユニットU4の中間バッファローラ40から、積層ユニットU3の第2の中間担持搬送ベルト30へと、材料層を転写させるための転写手段である。3次転写ローラ31は、中間バッファユニットU4の中間バッファローラ40との間で第2の中間担持搬送ベルト30を挟み込む。これにより、中間バッファローラ40の表面と第2の中間担持搬送ベルト30との間に3次転写ニップを形成し、静電的に材料層を第2の中間担持搬送ベルト30側へと転写させる。
画像検知センサー32は、第2の中間担持搬送ベルト30の表面に支持された材料層を検知する検知手段である。画像検知センサー32の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置への搬送タイミング制御などに利用される。
ヒーター33は、積層位置に搬送された材料層の温度を制御する温度制御手段である。ヒーター33としては、例えば、セラミックヒーター、ハロゲンヒーターなどを用いることができる。また、加熱だけでなく、放熱ないし冷却により材料層の温度を積極的に低下させる構成を設けてもよい。なお、ヒーター33の下面(ベルト側の面)は平面となっており、積層位置を通過する第2の中間担持搬送ベルト30のガイドと、材料層に均等な圧力を加える押圧部材の役割も兼ねている。
ステージ34は、その上面において材料層が順次積層され、立体物が形成される平面台である。ステージ34は、不図示のアクチュエータによって上下方向(積層位置のベルト面に垂直な方向)に移動可能である。積層位置まで支持搬送された材料層をヒーター33との間で挟み込み、加熱、加圧(必要に応じて放熱ないし冷却)を行うことで、第2の中間担持搬送ベルト30側からステージ34側へと材料層を転写させる。1層目の材料層はステージ34の上に直接転写され、2層目以降の材料層はステージ34上の立体物(造形途中のもの)の上に積み上げられていく。このように本実施形態では、ヒーター33とステージ34によって、材料層を積層する積層手段が構成される。
次に、中間ユニットU4の構成を説明する。中間ユニットU4は、材料層形成ユニットU2で形成された材料層を第1の中間担持搬送ベルト11から受け取り、受け取った材料層を後段の積層ユニットU3に受け渡すユニットである。中間ユニットU4は、中間バッファローラ40、クリーニング装置41、除電装置421と、電圧印加手段43と、中間バッファローラ駆動手段(不図示)と、を有する。以下、中間ユニットU4の各部の構成について詳しく説明する。
中間バッファローラ40は、導電性の基層40aの上に樹脂、ポリイミドなどの材料で形成されている誘電体層40bを有するローラである。すなわち、中間バッファローラ40は材料層を支持する表面に誘電体層40bを有している。
中間バッファローラ40は、材料層形成ユニットU2の対向ローラ110との間で第1の中間担持搬送ベルト11を挟み込むことで、中間バッファローラ40の表面と中間担持搬送ベルト11との間に2次転写ニップを形成する。ここでは、基層40aと対向ローラ110とが転写手段となる。そして、電圧印加手段43によって基層40aと対向ローラ110との間、すなわち、転写手段に転写電圧を印加することで、材料層を中間バッファローラ40側へと静電的に転写させる(2次転写)。
中間バッファローラ40は、積層ユニットU3の3次転写ローラ31との間で第2の中間担持搬送ベルト30を挟み込む。これにより、中間バッファローラ40の表面と第2の中間担持搬送ベルト30との間に3次転写ニップを形成する。ここでは、基層40aと3次転写ローラ31とが転写手段となる。そして、電圧印加手段43によって基層40aと3次転写ローラ31、すなわち、転写手段に転写電圧を印加することで、材料層を第2の中間担持搬送ベルト30側へと静電的に転写させる(3次転写)。
クリーニング装置41は、中間バッファローラ40の表面に付着した材料をクリーニングする手段である。クリーニング装置41は、中間バッファローラ40から第2の中間担持搬送ベルト30に材料層を転写した後に、中間バッファローラ40の表面をクリーニングする。なお、クリーニング装置41の構成は特に限定はされず、例えば、ブレード方式、ブラシ方式、静電吸着方式のクリーニング装置を用いることができる。
以上のように、本実施形態に係る造形装置1は、材料層形成ユニットU2の第1の中間担持搬送ベルト11上に形成した材料層を、中間ユニットU4の中間バッファローラ40へと転写する。その後、中間バッファユニットU4の中間バッファローラ40上の材料層を、積層ユニットU3の第2の中間担持搬送ベルト30へと転写する。そして、第2の中間担持搬送ベルト30によって材料層を積層位置まで搬送して、積層を行う。
中間ユニットU4は、中間バッファローラ40の表面の電位を検出する電位検出手段44をさらに有していてもよい。本実施形態では、電位検出手段44は、中間バッファローラ40のクリーニング装置41が当接する位置よりも下流側の位置で中間バッファローラ40の表面の電位を検出するように配置されている。
次に、造形装置1の動作について説明する。ここでは既に制御ユニットU1によるスライスデータの生成処理は完了しているものとして、各層の材料層を形成し、材料層を順次積層するプロセスを、適宜図面を参照して順に説明する。
材料層形成プロセスについて図4のフローチャートを用いて説明する。まず、最上流の粒子像形成部10aの像形成を開始する(S401)。すなわち、制御ユニットU1は、帯電装置101aを制御し、像担持体100aの表面全域を所定の極性でかつ所定の帯電電位でほぼ均一に帯電させる。続いて制御ユニットU1は、帯電した像担持体100aの表面を露光装置102aによって露光する。ここでは、露光によって電荷を除去することにより、露光部と非露光部との間に電位差を形成する。この電位差による像が静電潜像である。一方、制御ユニットU1は、現像装置103aを駆動して、像担持体100a上の潜像に構造材料の粒子を付着させ、構造材料の粒子像を形成する。この粒子像は、転写装置104aによって中間担持搬送ベルト11上へと1次転写される。
積層プロセスについて図5のフローチャートを用いて説明する。なお、積層プロセス開始前には、材料層形成プロセスによって材料層が転写され、材料層を支持している中間バッファローラ40が不図示の駆動装置によって移動し、中間バッファローラ40と第2の中間担持搬送ベルト30とが接触状態となる。
次に、本発明の第2実施形態に係る造形装置2について説明する。造形装置2の装置構成は除電手段以外については上述の造形装置1と同様なので、差分である除電手段についてのみ説明する。
図7は、その他の実施形態に係る造形装置(造形装置3および造形装置4)の構成を模式的に示す図である。
U3 積層ユニット
11 第1の中間担持搬送ベルト(第1の搬送部材)
110 対向ローラ(転写手段)
30 第2の中間担持搬送ベルト
40 中間バッファローラ(第2の搬送部材)
42 除電装置(除電手段)
Claims (10)
- 粒子状の造形材料を配置して粒子画像を形成する粒子画像形成部と、
前記粒子画像を支持して搬送する第1の搬送部材および第2の搬送部材と、
前記第1の搬送部材から前記第2の搬送部材へと前記粒子画像を転写する転写手段と、
を有し、
前記第1の搬送部材および前記第2の搬送部材の少なくとも一方は、前記粒子画像を支持する面が誘電体であり、
前記第2の搬送部材に支持された前記粒子画像を積層することによって立体物を造形する造形装置であって、
前記誘電体を除電する除電手段を有しており、
前記除電手段は、除電する除電領域内に前記粒子画像が支持されていないときに除電を行うことを特徴とする造形装置。 - 前記除電手段は、前記誘電体が前記粒子画像を支持していないときに除電をおこなうことを特徴とする請求項1に記載の造形装置。
- 前記転写手段に転写電圧を印加する電圧印加手段をさらに有し、
前記転写手段が、前記電圧印加手段によって前記転写電圧を印加されることにより、前記第1の搬送部材から前記第2の搬送部材へと前記粒子画像を静電的に転写することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の造形装置。 - 前記除電手段によって除電される前記第1の搬送部材および前記第2の搬送部材の少なくとも一方と当接し、当接する前記第1の搬送部材および前記第2の搬送部材の少なくとも一方の前記粒子画像を支持する面をクリーニングするクリーニング装置をさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記除電手段が、前記誘電体にイオンを照射する手段であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記除電手段が、前記誘電体に接触して除電することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記除電手段が、回転可能に支持され、前記誘電体に当接する導電ゴムローラであって、
前記導電ゴムローラは、放電開始電圧以上の最大値を有する交流電圧を印加されることを特徴とする請求項6に記載の造形装置。 - 前記導電ゴムローラは、少なくとも、前記第1の搬送部材および前記第2の搬送部材の少なくとも一方と前記導電ゴムローラとの間に形成されるニップ部を前記粒子画像が通過する間は、前記粒子画像の帯電電位と同極性であって、放電開始電圧未満の電圧値を有する直流電圧が印加されることを特徴とする請求項7に記載の造形装置。
- 前記導電ゴムローラは、少なくとも、前記第1の搬送部材および前記第2の搬送部材の少なくとも一方と前記導電ゴムローラとの間に形成されるニップ部を前記粒子画像が通過する間は、前記ニップ部を形成する前記第1の搬送部材または前記第2の搬送部材と離間することを特徴とする請求項8に記載の造形装置。
- 前記除電手段によって除電される前記誘電体の表面の電位を検出する電位検出手段をさらに有し、
前記除電手段は、前記電位検出手段により検出された前記電位が許容値以下でない場合に除電を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の造形装置。
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