JP6848574B2 - Laminated modeling equipment and laminated modeling method - Google Patents

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本発明は、層を積層して３次元造形物を造形する積層造形技術に関する。 The present invention relates to a laminated modeling technique for forming a three-dimensional model by laminating layers.

３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データを層分割し、分割した層ごとに層の上に層を積むようにして材料を付加して３次元の造形物を製造する方法は、国際規格でＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇと定義されている。１９８０年代に発明されたこの製造方法は、一般的には３Ｄプリンタ（スリー ディー プリンタ）と呼ばれる。３Ｄプリンタは、３次元ＣＡＤデータがあれば、金型を使わずに複雑な形状を容易に製造できることから、近年、新たなものづくり手法として注目されている。 The method of dividing 3D CAD (Computer Aided Design) data into layers and adding materials so that layers are stacked on top of each divided layer to manufacture a 3D model is defined as Adaptive Manufacturing in the international standard. Has been done. This manufacturing method, which was invented in the 1980s, is generally called a 3D printer (3D printer). In recent years, 3D printers have been attracting attention as a new manufacturing method because they can easily manufacture complicated shapes without using a mold if they have 3D CAD data.

３Ｄプリンタでは、切削による除去的な加工や、型に材料を流し込んで固める成形加工とは異なり、メッシュ形状やポーラス形状をはじめとする、かつては製造が難しかった形状を容易に正確に製造できる。更には、複数の種類の材料を単一部品内に自由に配置させた造形を可能とすることも期待されている。複数の材料を用いた造形により、それぞれの材料の特性を活かした新たな機能を付与した造形物が実現できるからである。 Unlike removal processing by cutting and molding processing in which a material is poured into a mold and hardened, a 3D printer can easily and accurately manufacture shapes that were once difficult to manufacture, such as mesh shapes and porous shapes. Furthermore, it is also expected to enable modeling in which a plurality of types of materials are freely arranged in a single part. This is because, by modeling using a plurality of materials, it is possible to realize a modeled object with a new function that makes the best use of the characteristics of each material.

例えば、導電材料と絶縁材料とを複合させることで、電子回路の機能を有する造形物が実現する。また、硬質な材料と柔軟な材料とを複合させることで、強度と柔軟性の両立した機能を有する造形物が実現する。そして、これらの機能は新規材料の開発をせずとも実現することができる。 For example, by combining a conductive material and an insulating material, a modeled object having the function of an electronic circuit is realized. Further, by combining a hard material and a flexible material, a modeled object having both strength and flexibility can be realized. And these functions can be realized without developing new materials.

ところで、粉末材料の硬化層を積層して３次元造形物を造形する場合、各層の内部には粉末材料であることに起因する隙間が生じ、この隙間によって造形物の強度や精度が低下するという問題が生じていた。この問題を解決するために、特許文献１では、積層された粉末材料をレーザ光が透過する押付板で加圧することによって粉末間の隙間を低減し、その後、押付板を通してレーザ光を照射して硬化層を形成する方法が開示されている。 By the way, when a cured layer of a powder material is laminated to form a three-dimensional modeled object, a gap is generated inside each layer due to the powder material, and the strength and accuracy of the modeled object are lowered by this gap. There was a problem. In order to solve this problem, in Patent Document 1, the laminated powder material is pressed by a pressing plate through which laser light is transmitted to reduce the gap between the powders, and then the laser light is irradiated through the pressing plate. A method of forming a hardened layer is disclosed.

また、特許文献２では、光硬化性樹脂液を硬化し積層して３次元造形物を造る際に、液面に光透過性フィルムを接触させ、その上から光透過性の押付板を当てながらフィルムと押付板を通して光を照射することで平坦な硬化層を形成する。さらに、硬化層を形成した後にフィルムを巻き取って回収する方法が開示されている。 Further, in Patent Document 2, when a photocurable resin liquid is cured and laminated to form a three-dimensional model, a light-transmitting film is brought into contact with the liquid surface, and a light-transmitting pressing plate is applied from above. A flat cured layer is formed by irradiating light through the film and the pressing plate. Further disclosed is a method of winding and recovering a film after forming a cured layer.

特開２０００−３３６４０３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-336403 特開２０００−１５３５５６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-153556

しかしながら、特許文献１や特許文献２の技術は、以下の課題を有している。すなわち、特許文献１では、材料の硬化層と押付板とが接着してしまうことにより、製造工程を中断させたり造形物が破損したりする問題が生じている。また、特許文献２では、光硬化性樹脂液のように光で硬化させる場合は有効であるが、粉末材料のようにレーザ光を照射した高温状態で硬化する場合、フィルムが硬化層に接着して回収できなくなる問題が生じている。 However, the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 have the following problems. That is, in Patent Document 1, there is a problem that the hardened layer of the material and the pressing plate are adhered to each other, which interrupts the manufacturing process or damages the modeled object. Further, in Patent Document 2, it is effective when it is cured by light like a photocurable resin liquid, but when it is cured in a high temperature state irradiated with laser light like a powder material, the film adheres to the cured layer. There is a problem that it cannot be collected.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to combine a cured layer and a pressing plate when a material is cured while being pressed by a pressing plate and laminated to form a three-dimensional model. An object of the present invention is to provide a laminated molding apparatus having improved peelability.

本発明の積層造形装置は、所定の材料を供給する供給部と、前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部と、前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部と、前記材料が硬化した後に前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部と、を有し、前記押付部は前記熱交換による前記押付部と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する。 The laminated modeling apparatus of the present invention has a supply unit that supplies a predetermined material, a modeling unit that forms a three-dimensional model by laminating the material as a cured layer, and presses the material against the material when the material is cured. It has a pressing portion to be pressed and a heat exchange portion that exchanges heat with at least one of the pressing portion and the cured layer after the material is cured, and the pressing portion has the pressing portion and the curing by the heat exchange. The cured layer is separated by the difference in the amount of dimensional change due to the temperature change of the layer.

本発明の積層造形方法は、所定の材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する積層造形方法において、前記材料に押付板を押し付けた状態で前記材料を前記硬化層とし、前記材料が硬化した後に前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換して、前記熱交換による前記押付板と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する。 The laminated modeling method of the present invention is a laminated modeling method in which a predetermined material is formed into a cured layer and laminated to form a three-dimensional model, and the material is used as the cured layer in a state where a pressing plate is pressed against the material. After the material is cured, heat is exchanged between the pressing plate and at least one of the cured layers, and the pressing plate and the cured layer are cured by the difference in the amount of dimensional change due to the temperature change between the pressing plate and the cured layer due to the heat exchange. Separate the layers.

本発明によれば、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a laminated molding apparatus having improved peelability between a cured layer and a pressing plate when a material is cured and laminated while being pressed by a pressing plate to form a three-dimensional modeled object. ..

本発明の第１の実施形態の積層造形装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the laminated modeling apparatus of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the laminated modeling apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の搬送方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the transfer method of the pressing plate of the laminated modeling apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation of the laminated modeling apparatus of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the pressing plate of the laminated modeling apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect of the pressing plate of the laminated modeling apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the laminated modeling apparatus of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の加圧の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of pressurization of the pressing plate of the laminated modeling apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の押付板の圧力調整部を用いた加圧の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of pressurization using the pressure adjusting part of the pressing plate of the laminated modeling apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態の積層造形装置の圧力調整部を用いた際の押付板の冷却の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of cooling of the pressing plate at the time of using the pressure adjusting part of the laminated modeling apparatus of the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の積層造形装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の積層造形装置１は、所定の材料を供給する供給部１１と、前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部１２と、を有する。さらに、前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部１３と、前記材料が硬化した後に前記押付部１３と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部１４と、を有する。さらに、前記押付部１３は前記熱交換による前記押付部１３と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, although the embodiments described below have technically preferable limitations for carrying out the present invention, the scope of the invention is not limited to the following.
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laminated modeling apparatus according to a first embodiment of the present invention. The laminated modeling device 1 of the present embodiment includes a supply unit 11 that supplies a predetermined material, and a modeling unit 12 that forms a three-dimensional modeled object by laminating the material as a cured layer. Further, it has a pressing portion 13 that is pressed against the material when the material is cured, and a heat exchange portion 14 that exchanges heat with at least one of the pressing portion 13 and the cured layer after the material is cured. Further, the pressing portion 13 separates the cured layer by the difference in the amount of dimensional change due to the temperature change between the pressing portion 13 and the cured layer due to the heat exchange.

積層造形装置１によれば、積層された材料に押付部１３である押付板を押し付けた状態で材料を硬化させて硬化層とした後に、押付板や硬化層が熱交換部１４で熱交換される。このときの押付板と硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差により、押付板と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板と硬化層との剥離が促進される。 According to the laminated modeling apparatus 1, after the material is cured to form a cured layer in a state where the pressing plate 13 is pressed against the laminated material, the pressing plate and the cured layer are heat-exchanged by the heat exchange unit 14. To. At this time, due to the difference in the amount of dimensional change due to the temperature change between the pressing plate and the cured layer, the interface between the pressing plate and the cured layer is displaced, so that the pressing plate and the cured layer are separated from each other.

以上のように本実施形態によれば、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することができる。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。本実施形態の積層造形装置２は、所定の材料を供給する供給部２１と、供給された材料を材料層として積層し各材料層を硬化して３次元造形物を造形する造形部２２と、造形前と造形中の材料層に押し付ける押付部２３と、造形後の押付部２３を冷却する冷却部２４とを有する。さらに、材料層に押し付ける押付部２３を予め加熱する加熱部２５を有する。さらに、所定の造形物を造形するために、供給部２１と造形部２２と押付部２３と冷却部２４と加熱部２５を制御し連携させる制御部２６を有する。 As described above, according to the present embodiment, when a material is cured and laminated while being pressed by a pressing plate to form a three-dimensional model, a laminated modeling apparatus having improved peelability between the cured layer and the pressing plate is provided. Can be provided.
(Second embodiment)
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a laminated modeling apparatus according to a second embodiment of the present invention. The laminated modeling device 2 of the present embodiment includes a supply unit 21 for supplying a predetermined material, a modeling unit 22 for laminating the supplied material as a material layer and curing each material layer to form a three-dimensional modeled object. It has a pressing portion 23 that presses against the material layer before and during modeling, and a cooling portion 24 that cools the pressing portion 23 after modeling. Further, it has a heating portion 25 that preheats the pressing portion 23 that is pressed against the material layer. Further, it has a control unit 26 that controls and links the supply unit 21, the modeling unit 22, the pressing unit 23, the cooling unit 24, and the heating unit 25 in order to model a predetermined modeled object.

供給部２１は、チャンバ２１１と供給筒２１２とを有する。チャンバ２１１は、材料を保管する。供給筒２１２は、チャンバ２１１に保管された材料を、造形部２２の後述するステージ２２１の所定の位置に所定の量を供給する。ここで所定の量とは、ステージ２２１上に材料を所定の厚さの材料層として敷き詰めるために必要な量である。 The supply unit 21 has a chamber 211 and a supply cylinder 212. Chamber 211 stores the material. The supply cylinder 212 supplies a predetermined amount of the material stored in the chamber 211 to a predetermined position of the stage 221 described later in the modeling unit 22. Here, the predetermined amount is an amount required to spread the material on the stage 221 as a material layer having a predetermined thickness.

材料は粉体とすることができ、粉体の形状は球形とすることができる。球形状の生成方法としてはアトマイズ法を用いることができるが、これには限定されない。粉体の粒径は５μｍ〜５０μｍなどとすることができるが、これには限定されない。粉体の形状は、また、鱗片状の平板形状（円板形状）とすることができる。平板形状は、アトマイズ法等で製造した球形の粉体を、さらにスタンピング等の方法で鱗片状に平板化することで得られるが、これには限定されない。さらに、材料の形状は球形や平板には限定されず、任意の多面体や楕円体などでもよい。 The material can be powder and the shape of the powder can be spherical. The atomizing method can be used as the method for generating the spherical shape, but the method is not limited to this. The particle size of the powder can be, for example, 5 μm to 50 μm, but is not limited thereto. The shape of the powder can also be a scaly flat plate shape (disk shape). The flat plate shape can be obtained by further flattening a spherical powder produced by an atomizing method or the like into a scaly shape by a method such as stamping, but the flat plate shape is not limited thereto. Further, the shape of the material is not limited to a spherical shape or a flat plate, and may be an arbitrary polyhedron or an ellipsoid.

材料の材質は、プラスチック材料とすることができ、例えば、ナイロン、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトンとすることができる。また、これらの材料にガラスやカーボン等を所定量添加していても良い。また、金属材料とすることもでき、例えば、銅、ステンレス、アルミ、チタンとすることができる。また、セラミックやカーボンとすることもできる。 The material of the material can be a plastic material, for example, nylon, polylactic acid, polyethylene, polystyrene, polyetheretherketone. Further, a predetermined amount of glass, carbon or the like may be added to these materials. It can also be a metal material, for example copper, stainless steel, aluminum or titanium. It can also be ceramic or carbon.

造形部２２は、ステージ２２１とスキージ２２２と硬化部２２３と位置センサ２２４とを有する。 The modeling unit 22 has a stage 221, a squeegee 222, a curing unit 223, and a position sensor 224.

ステージ２２１は、供給部２１から供給された材料を積層して３次元造形物を造形する造形面を備えている。さらに、ステージ２２１は昇降機構を有し、材料の積層に合わせて造形面を昇降することができる。 The stage 221 is provided with a modeling surface for forming a three-dimensional model by laminating the materials supplied from the supply unit 21. Further, the stage 221 has an elevating mechanism, and the modeling surface can be elevated and lowered according to the stacking of materials.

スキージ２２２は、ステージ２２１上に供給された材料を、造形面上に平坦に引き延ばして均一の厚さに敷き詰めた材料層とする。スキージ２２２の形状は、平スキージ、角スキージ、剣スキージ等、目的に合わせた形状とすることができる。また、スキージ２２２をローラとし、ローラを転がすことによって材料を平坦化し均一な厚さに敷き詰めても良い。スキージ２２２の材質は、ゴム、プラスチック、金属等から、目的に合わせて選択することができる。 The squeegee 222 is a material layer in which the material supplied on the stage 221 is spread flat on the molding surface and spread to a uniform thickness. The shape of the squeegee 222 can be a flat squeegee, a square squeegee, a sword squeeze, or the like according to the purpose. Further, the squeegee 222 may be used as a roller, and the material may be flattened and spread to a uniform thickness by rolling the roller. The material of the squeegee 222 can be selected from rubber, plastic, metal and the like according to the purpose.

硬化部２２３は、スキージ２２２により平坦化され均一な厚さに敷き詰められた材料層の所定の領域、すなわち造形物を形成する領域を加熱して硬化層を形成する。硬化層の形成方法としては、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）がＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇの方式として分類している粉末床溶融結合方式（Ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｆｕｓｉｏｎ）を用いることができる。 The cured portion 223 heats a predetermined region of the material layer flattened by the squeegee 222 and spread to a uniform thickness, that is, a region forming a modeled object to form a cured layer. As a method for forming the cured layer, a powder bed fusion method classified by ASTM (American Society for Testing and Materials) as a method of Adaptive Manufacturing can be used.

この方式の場合、硬化部２２３は、後述の押付板２３１を透過して材料層を加熱するレーザ光を照射するレーザ照射機構とすることができる。硬化部２２３は、ステージ２２１上の材料層の所定の領域を所定の時間、レーザ光を照射することにより加熱して硬化層を形成する。レーザとしては、Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇで使用されるファイバーレーザ等を用いることができる。なお、硬化層を除いた材料層の残りの部分は、未硬化な材料であり、回収されたり廃棄されたりすることができる。 In the case of this method, the cured portion 223 can be a laser irradiation mechanism that irradiates a laser beam that passes through the pressing plate 231 described later and heats the material layer. The cured portion 223 heats a predetermined region of the material layer on the stage 221 by irradiating it with a laser beam for a predetermined time to form a cured layer. As the laser, a fiber laser or the like used in Adaptive Manufacturing can be used. The remaining portion of the material layer excluding the cured layer is an uncured material and can be recovered or discarded.

位置センサ２２４は、ステージ２２１上に積層された材料層の表面の高さ方向（積層方向）の位置を測定する。位置センサ２２４は、表面にレーザ光を照射し、その反射光を検出する方法で表面の高さ方向の位置を測定することができる。測定された材料層の表面の位置は、後述の押付板２３１を材料層に押し付ける際の圧力を調整するためや、ステージ２２１の高さを調整するためなどに用いられる。 The position sensor 224 measures the position of the surface of the material layer laminated on the stage 221 in the height direction (lamination direction). The position sensor 224 can measure the position of the surface in the height direction by irradiating the surface with a laser beam and detecting the reflected light. The measured position of the surface of the material layer is used for adjusting the pressure when the pressing plate 231 described later is pressed against the material layer, for adjusting the height of the stage 221 and the like.

押付部２３は、押付板２３１と加圧部２３２と搬送部２３３とを有する。 The pressing portion 23 has a pressing plate 231, a pressurizing portion 232, and a transport portion 233.

押付板２３１は、平板形状を有し、ステージ２２１上に積層された材料層に押し付けられて、材料層を圧縮する。押付板２３１は、材料層が硬化される前（造形前）と硬化中（造形中）に、材料層に押し付けられる。押付板２３１は、材料層の硬化の際にレーザ光を透過することのできる、ガラスなどの透明な材料とすることができる。 The pressing plate 231 has a flat plate shape and is pressed against the material layer laminated on the stage 221 to compress the material layer. The pressing plate 231 is pressed against the material layer before the material layer is cured (before modeling) and during curing (during modeling). The pressing plate 231 can be made of a transparent material such as glass, which can transmit laser light when the material layer is cured.

ガラスの材質としては、造形物の材料であるプラスチックの熱膨張係数との差の大きい材質が好ましく、例えば、熱膨張係数４０×１０−７／℃以下の耐熱ガラスが好ましい。また、造形物の材料がアルミニウムなどの金属を含む場合は、金属の熱膨張係数はプラスチックの熱膨張係数よりも小さいことから、熱膨張係数がさらに小さい７×１０−７／℃以下の耐熱ガラスが好ましい。 As the material of the glass, a material having a large difference from the coefficient of thermal expansion of the plastic which is the material of the modeled object is preferable, and for example, heat- resistant glass having a coefficient of thermal expansion of 40 × 10 -7 / ° C. or less is preferable. Further, when the material of the modeled object contains a metal such as aluminum, the coefficient of thermal expansion of the metal is smaller than the coefficient of thermal expansion of the plastic, so that the coefficient of thermal expansion is even smaller, that is, heat- resistant glass of 7 × 10 -7 / ° C or less. Is preferable.

加圧部２３２は、押付板２３１をステージ２２１の造形面の方向に押し付けるように加圧する。加圧部２３２は、重りや油圧や空気圧などによる荷重によって加圧することができる。押付板２３１における加圧の位置は、硬化部２２３から照射されるレーザ光を遮らない周辺部などとすることができる。加圧部２３２による加圧により、押付板２３１はステージ２２１上に積層された材料層に押し付けられて材料層を圧縮する。 The pressurizing unit 232 pressurizes the pressing plate 231 so as to press it in the direction of the modeling surface of the stage 221. The pressurizing unit 232 can be pressurized by a load such as a weight, oil pressure, or air pressure. The position of pressurization on the pressing plate 231 can be a peripheral portion that does not block the laser beam emitted from the cured portion 223. By the pressurization by the pressurizing unit 232, the pressing plate 231 is pressed against the material layer laminated on the stage 221 to compress the material layer.

搬送部２３３は、押付板２３１を持ち上げてステージ２２１の所定の位置に搬送する。図３は、押付板２３１の搬送方法を説明するための図である。図３のように、搬送部２３３は押付板２３１が平板の場合、真空排気による吸着で押付板２３１を持ち上げて搬送することができる。例えば、押付板２３１の重さが１．２ｋｇで、搬送部２３３に直径３ｃｍの円形の吸着部分が４箇所設けられている場合、排気により大気圧に対して６ｋＰａ程度減圧することによって、押付板２３１を持ち上げて搬送することができる。 The transport unit 233 lifts the pressing plate 231 and transports the pressing plate 231 to a predetermined position on the stage 221. FIG. 3 is a diagram for explaining a method of transporting the pressing plate 231. As shown in FIG. 3, when the pressing plate 231 is a flat plate, the conveying portion 233 can lift and convey the pressing plate 231 by suction by vacuum exhaust. For example, when the pressing plate 231 weighs 1.2 kg and the transport portion 233 is provided with four circular suction portions having a diameter of 3 cm, the pressing plate is decompressed by about 6 kPa with respect to the atmospheric pressure by exhaust gas. The 231 can be lifted and transported.

冷却部２４は、冷却板２４１と冷却槽２４２とを有する。 The cooling unit 24 has a cooling plate 241 and a cooling tank 242.

冷却板２４１は、平板形状を有し、材料層の硬化後の押付板２３１に重ねられて、押付板２３１を冷却する。冷却板２４１は、押付板２３１を効率よく冷却するために、熱伝導率の高いアルミニウムや銅や鉄鋼などの金属とすることが好ましい。また、冷却板２４１は、造形物よりも融点の高い材料で構成される。 The cooling plate 241 has a flat plate shape and is superposed on the pressing plate 231 after the material layer is cured to cool the pressing plate 231. The cooling plate 241 is preferably made of a metal such as aluminum, copper, or steel having high thermal conductivity in order to efficiently cool the pressing plate 231. Further, the cooling plate 241 is made of a material having a melting point higher than that of the modeled object.

冷却板２４１は、押付板２３１を押し付けた状態での材料層の硬化の後、押付板２３１に重ねられることによって、レーザ光による硬化の際に押付板２３１に加わった熱を放熱する。さらにこのとき、硬化層の熱も押付板２３１を介して冷却板２４１に放熱される。これらにより、硬化の際に高温となった押付板２３１と硬化層とが冷却され、各々の熱膨張係数に基づいて収縮する。押付板２３１と硬化層の圧縮量の差により押付板２３１と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板２３１と硬化層との剥離性が向上する。 The cooling plate 241 cures the material layer in a state where the pressing plate 231 is pressed, and then is superposed on the pressing plate 231 to dissipate heat applied to the pressing plate 231 during curing by laser light. Further, at this time, the heat of the cured layer is also dissipated to the cooling plate 241 via the pressing plate 231. As a result, the pressing plate 231 and the cured layer, which have become hot during curing, are cooled and contracted based on their respective coefficients of thermal expansion. Due to the difference in the amount of compression between the pressing plate 231 and the cured layer, the interface between the pressing plate 231 and the cured layer is displaced, so that the peelability between the pressing plate 231 and the cured layer is improved.

硬化の際に高温となった押付板２３１と硬化層とは、そのまま放置しておいたとしても、いずれ室温程度にまで降温する。しかしながら、実際の製造工程で自然冷却による降温を待っていたのでは製造工程を著しく遅延させることになるため、製造コストの面から好ましくない。冷却板２４１で押付板２３１を冷却することによって、押付板２３１と硬化層の降温を促進させて、製造コストを低減することができる。 Even if the pressing plate 231 and the cured layer, which have become hot during curing, are left as they are, the temperature will eventually drop to about room temperature. However, waiting for the temperature to drop due to natural cooling in the actual manufacturing process significantly delays the manufacturing process, which is not preferable from the viewpoint of manufacturing cost. By cooling the pressing plate 231 with the cooling plate 241, the temperature of the pressing plate 231 and the cured layer can be lowered, and the manufacturing cost can be reduced.

冷却板２４１の搬送には、冷却板２４１が押付板２３１と同様に平板形状であることから、押付板２３１の搬送部２３３を兼用することができる。冷却板２４１の搬送に搬送部２３３を兼用することによって、積層造形装置２を低コスト化することができる。また、冷却板２４１の搬送用に、専用の搬送機構を設けてもよい。専用の搬送機構は、搬送部２３３と同じ構造としてもよい。 Since the cooling plate 241 has a flat plate shape like the pressing plate 231 for the transportation of the cooling plate 241, the transport portion 233 of the pressing plate 231 can also be used. By also using the transport unit 233 for transporting the cooling plate 241, the cost of the laminated modeling apparatus 2 can be reduced. Further, a dedicated transport mechanism may be provided for transporting the cooling plate 241. The dedicated transport mechanism may have the same structure as the transport unit 233.

冷却槽２４２は、冷却板２４１を予め冷却する。冷却槽２４２は、冷媒を流した冷却用のプレートを有し、この冷却用のプレートを冷却板２４１に重ねる、もしくは冷却用のプレートで冷却板２４１を挟み込むなどの構成とすることができるが、これには限定されない。冷却槽２４２は、冷蔵庫のような低温室を有し、低温室で冷却板２４１を冷却する構成としてもよい。冷却板２４１は、冷却槽２４２で冷却されてから押付板２３１に重ねられる。 The cooling tank 242 cools the cooling plate 241 in advance. The cooling tank 242 has a cooling plate through which a refrigerant has flowed, and the cooling plate may be overlapped with the cooling plate 241 or the cooling plate 241 may be sandwiched between the cooling plates. It is not limited to this. The cooling tank 242 may have a low temperature chamber such as a refrigerator, and the cooling plate 241 may be cooled in the low temperature chamber. The cooling plate 241 is cooled in the cooling tank 242 and then stacked on the pressing plate 231.

加熱部２５は、押付板２３１をステージ２２１上の材料層に押し付ける前に、予め押付板２３１を材料の融点以下に加熱する。これにより押付板２３１を押し付けた際に、材料層が暖められて効率よく硬化することができる。加熱部２５は、ヒータを有する加熱プレートを押付板２３１に重ねる、もしくは加熱プレートで押付板２３１を挟み込むなどの構成とすることができるが、これには限定されない。加熱部２５は、高温槽のような高温室を有し、高温室で押付板２３１を加熱する構成としてもよい。押付板２３１は、加熱部２５で材料の融点以下に加熱されてからステージ２２１上の材料層に押し付けられる。 The heating unit 25 preheats the pressing plate 231 to a temperature equal to or lower than the melting point of the material before pressing the pressing plate 231 against the material layer on the stage 221. As a result, when the pressing plate 231 is pressed, the material layer is warmed and can be efficiently cured. The heating unit 25 can be configured such that a heating plate having a heater is placed on the pressing plate 231 or the pressing plate 231 is sandwiched between the heating plates, but the present invention is not limited to this. The heating unit 25 may have a high temperature chamber such as a high temperature bath, and the pressing plate 231 may be heated in the high temperature chamber. The pressing plate 231 is heated below the melting point of the material by the heating unit 25 and then pressed against the material layer on the stage 221.

押付板２３１を予め加熱しておかなくても、レーザ光の照射時間を長くすれば材料層の硬化は可能である。しかしながら、レーザ光の照射時間を長くすることによって、製造工程には遅延や消費電力の増大が生じることとなり、製造コストの面から好ましくない。予め押付板２３１を加熱することによって、材料層の硬化を促進させて、製造コストを低減することができる。 Even if the pressing plate 231 is not heated in advance, the material layer can be cured by lengthening the irradiation time of the laser beam. However, increasing the irradiation time of the laser beam causes a delay in the manufacturing process and an increase in power consumption, which is not preferable from the viewpoint of manufacturing cost. By heating the pressing plate 231 in advance, the hardening of the material layer can be promoted and the manufacturing cost can be reduced.

制御部２６は、供給部２１や造形部２２や押付部２３や冷却部２４や加熱部２５に接続し、これらを制御し連携させる機能を有する。すなわち、材料の供給量や供給位置や供給タイミング、ステージ２２１の昇降の量、スキージの動作、レーザ光の照射の位置や時間、押付板２３１の加圧、冷却板２４１の冷却や押付板２３１の加熱などの、造形物の積層造形に関わる制御を行なう。 The control unit 26 has a function of connecting to the supply unit 21, the modeling unit 22, the pressing unit 23, the cooling unit 24, and the heating unit 25, and controlling and linking them. That is, the supply amount, supply position and supply timing of the material, the amount of raising and lowering of the stage 221, the operation of the squeegee, the position and time of laser light irradiation, the pressurization of the pressing plate 231 and the cooling of the cooling plate 241 and the pressing plate 231. Controls related to laminated molding of shaped objects such as heating.

制御部２６は、サーバなどの情報処理装置をプログラムにより動作させて実現することができる。このプログラムによる動作の内で、積層造形に関わる動作は、造形物の３次元ＣＡＤデータに基づいて設定される。すなわち、制御部２６は、３次元ＣＡＤデータに基づいて３次元造形物の造形を制御することができる。 The control unit 26 can be realized by operating an information processing device such as a server by a program. Among the operations by this program, the operations related to the laminated modeling are set based on the three-dimensional CAD data of the modeled object. That is, the control unit 26 can control the modeling of the three-dimensional modeled object based on the three-dimensional CAD data.

図４は、積層造形装置２の動作を説明するための図である。 FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the laminated modeling apparatus 2.

（ａ）では、ステージ２２１上に供給された材料が、スキージ２２２により引き延ばされて最上層の材料層として積層される。最上層の下には硬化層を含む材料層が存在していてもよい。また、位置センサ２２４は、最上層の材料層が形成される下面の位置と、最上層の材料層の表面の位置とを測定する。これにより材料層が所望の厚さを有していることを確認できる。所望の厚さからずれている場合は、スキージ２２２で最上層を除去し、材料層を形成し直すなどの対策が可能である。 In (a), the material supplied on the stage 221 is stretched by the squeegee 222 and laminated as the uppermost material layer. A material layer including a cured layer may be present below the uppermost layer. Further, the position sensor 224 measures the position of the lower surface on which the uppermost material layer is formed and the position of the surface of the uppermost material layer. This makes it possible to confirm that the material layer has a desired thickness. If the thickness deviates from the desired thickness, measures such as removing the uppermost layer with the squeegee 222 and reforming the material layer can be taken.

（ｂ）では、押付板２３１が搬送部２３３により材料層上に搬送される。押付板２３１はステージ２２１上の材料層の全体を覆うものであることが好ましい。またこの時、押付板２３１は、予め加熱部２５によって材料の融点以下の温度に加熱されている。なお、押付板２３１の加熱は、加熱温度や加熱時間を管理することによって行うことができる。 In (b), the pressing plate 231 is conveyed onto the material layer by the conveying portion 233. The pressing plate 231 preferably covers the entire material layer on the stage 221. At this time, the pressing plate 231 is preheated to a temperature equal to or lower than the melting point of the material by the heating unit 25. The pressing plate 231 can be heated by controlling the heating temperature and the heating time.

（ｃ）では、押付板２３１が加圧部２３２によりステージ２２１の方向に加圧される。押付板２３１における加圧の位置は、材料層の硬化の際に、硬化部２２３から照射されるレーザ光を遮らない周辺部などとすることができる。加圧により押付板２３１は、材料層に押し付けられて材料層を圧縮する。加圧の際の圧力は、圧縮された材料層の厚さが所定の厚さになるように、予め設定しておくことができる。また、加圧する時間によっても材料の厚さは変わるため、加圧からその後の硬化の工程までの時間の管理を行う。 In (c), the pressing plate 231 is pressurized in the direction of the stage 221 by the pressurizing unit 232. The position of pressurization on the pressing plate 231 can be a peripheral portion that does not block the laser beam emitted from the cured portion 223 when the material layer is cured. The pressing plate 231 is pressed against the material layer by pressurization to compress the material layer. The pressure at the time of pressurization can be set in advance so that the thickness of the compressed material layer becomes a predetermined thickness. In addition, since the thickness of the material changes depending on the time of pressurization, the time from pressurization to the subsequent curing process is controlled.

またこの時、位置センサ２２４は、圧縮された最上層の材料層の表面の位置を、押付板２３１を介して測定する。これにより、加圧後の材料層が所望の厚さを有していることを確認できる。また、例えば、加圧前の材料層に対して加圧後の材料層の密度を２倍にしたい場合、加圧後の材料層の厚さが加圧前の１／２であれば、密度が２倍となったことを確認することができる。 At this time, the position sensor 224 measures the position of the surface of the compressed uppermost material layer via the pressing plate 231. This makes it possible to confirm that the material layer after pressurization has a desired thickness. Further, for example, when it is desired to double the density of the material layer after pressurization with respect to the material layer before pressurization, if the thickness of the material layer after pressurization is 1/2 that before pressurization, the density is high. Can be confirmed to have doubled.

図５Ａは、積層造形装置２の押付板２３１の効果を説明するための図である。ステージ２２１上の材料がスキージ２２２によって引き延ばされた状態での材料層には（図５Ａの左図）、材料の粒子の密度が低いことから粒子間に多くの隙間が存在する。一方、押付板２３１で圧縮された材料層は（図５Ａの右図）、粒子の密度が増大していることによって粒子間の隙間が減少している。 FIG. 5A is a diagram for explaining the effect of the pressing plate 231 of the laminated modeling apparatus 2. In the material layer in which the material on the stage 221 is stretched by the squeegee 222 (left figure in FIG. 5A), there are many gaps between the particles due to the low density of the particles of the material. On the other hand, in the material layer compressed by the pressing plate 231 (right figure in FIG. 5A), the gap between the particles is reduced due to the increase in the density of the particles.

（ｄ）では、硬化部２２３が押付板２３１を介して、最上層の材料層の所定の位置に所定の時間、レーザ光を照射して材料層を硬化する。 In (d), the curing portion 223 irradiates a predetermined position of the uppermost material layer with a laser beam for a predetermined time via the pressing plate 231 to cure the material layer.

図５Ｂは、積層造形装置２の押付板２３１の効果を説明するための図である。押付板２３１での押し付けのない状態で硬化した硬化層には（図５Ｂの左図）、硬化前の材料層に多く存在した隙間によって、隙間が多く存在する。一方、押付板２３１で圧縮された状態で硬化した硬化層は（図５Ｂの右図）、硬化前の材料層の隙間が減少していることによって、隙間が減少している。 FIG. 5B is a diagram for explaining the effect of the pressing plate 231 of the laminated modeling apparatus 2. In the cured layer cured without being pressed by the pressing plate 231 (left figure in FIG. 5B), many gaps are present due to the many gaps present in the material layer before curing. On the other hand, in the cured layer cured in the state of being compressed by the pressing plate 231 (right figure in FIG. 5B), the gap is reduced because the gap between the material layers before curing is reduced.

（ｅ）では、レーザ光の照射による硬化層の形成が終了した後、冷却板２４１が搬送部２３３により搬送され押付板２３１に重ねられる。冷却板２４１は押付板２３１の全体を覆うものであることが好ましい。またこの時、冷却板２４１は、予め冷却槽２４２によって所定の温度以下に冷却されている。所定の温度とは、この後に押付板２３１を硬化層を含む材料層から分離する際に、押付板２３１と硬化層が剥離する温度とすることができる。また、冷却板２４１が押付板２３１を冷却する時間は、押付板２３１と硬化層が剥離する温度まで冷却される時間とすることができる。 In (e), after the formation of the cured layer by the irradiation of the laser light is completed, the cooling plate 241 is conveyed by the conveying portion 233 and superposed on the pressing plate 231. The cooling plate 241 preferably covers the entire pressing plate 231. At this time, the cooling plate 241 is previously cooled to a predetermined temperature or lower by the cooling tank 242. The predetermined temperature can be a temperature at which the pressing plate 231 and the cured layer are separated from each other when the pressing plate 231 is subsequently separated from the material layer including the cured layer. Further, the time for the cooling plate 241 to cool the pressing plate 231 can be set to the time for cooling to a temperature at which the pressing plate 231 and the cured layer are separated from each other.

押付板２３１は、冷却板２４１が重ねられることによって、硬化の際に加わった熱を冷却板２４１に放熱する。さらにこのとき、硬化層の熱も押付板２３１を介して冷却板２４１に放熱される。これらにより、硬化の際に高温となった押付板２３１と硬化層とが冷却され、各々の熱膨張係数に基づいて収縮する。押付板２３１と硬化層の圧縮量の差により押付板２３１と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板２３１と硬化層との剥離が促進される。 The pressing plate 231 dissipates heat applied during curing to the cooling plate 241 by stacking the cooling plates 241 on top of each other. Further, at this time, the heat of the cured layer is also dissipated to the cooling plate 241 via the pressing plate 231. As a result, the pressing plate 231 and the cured layer, which have become hot during curing, are cooled and contracted based on their respective coefficients of thermal expansion. Due to the difference in the amount of compression between the pressing plate 231 and the cured layer, the interface between the pressing plate 231 and the cured layer is displaced, so that the pressing plate 231 and the cured layer are separated from each other.

（ｆ）では、押付板２３１と冷却板２４１が、搬送部２３３によりステージ２２１上から搬送されて取り除かれる。このとき、押付板２３１の温度をモニタリングし、押付板２３１が所定の温度以下となったことを確認してから搬送してもよい。所定の温度とは、予め確認された、押付板２３１と硬化層が剥離する温度とすることができる。 In (f), the pressing plate 231 and the cooling plate 241 are conveyed from above the stage 221 by the conveying unit 233 and removed. At this time, the temperature of the pressing plate 231 may be monitored and the temperature of the pressing plate 231 may be confirmed to be equal to or lower than the predetermined temperature before the transfer. The predetermined temperature can be a temperature at which the pressing plate 231 and the cured layer are separated from each other, which has been confirmed in advance.

図６は、本実施形態の積層造形装置２の動作を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the laminated modeling apparatus 2 of the present embodiment.

ステップＳ１では、供給部２１がステージ２２１の造形面上に、所定の積層厚さとなる体積の材料を供給する。 In step S1, the supply unit 21 supplies a material having a volume having a predetermined laminated thickness on the modeling surface of the stage 221.

ステップＳ２では、スキージ２２２が、供給された材料を、ステージ２２１の造形面上に均一の厚さで平坦に敷き詰めた材料層として積層する。この工程をスキージングと呼ぶ。 In step S2, the squeegee 222 laminates the supplied material as a material layer spread flatly on the molding surface of the stage 221 with a uniform thickness. This process is called squeezing.

ステップＳ３では、押付板２３１を材料層に押し付け、加圧部２３２で押付板２３１を加圧して、材料層を圧縮する。なお、押付板２３１は予め加熱部２５で所定の温度に加熱されている。 In step S3, the pressing plate 231 is pressed against the material layer, and the pressing plate 231 is pressed by the pressurizing unit 232 to compress the material layer. The pressing plate 231 is preheated to a predetermined temperature by the heating unit 25.

ステップＳ４では、硬化部２２３が押付板２３１を介して材料層の所定の位置に所定の時間だけレーザ光を照射し、材料層を硬化する。 In step S4, the curing portion 223 irradiates a predetermined position of the material layer with a laser beam for a predetermined time through the pressing plate 231 to cure the material layer.

ステップＳ５では、材料層の硬化の後、冷却板２４１を押付板２３１に重ねることによって、押付板２３１とこれに接する硬化層を冷却する。なお、冷却板２４１は予め冷却槽２４２で所定の温度に冷却されている。 In step S5, after the material layer is cured, the pressing plate 231 and the cured layer in contact with the pressing plate 231 are cooled by superimposing the cooling plate 241 on the pressing plate 231. The cooling plate 241 is pre-cooled to a predetermined temperature in the cooling tank 242.

ステップＳ６では、冷却板２４１と押付板２３１をステージ２２１から離す。なお、この後、冷却板２４１は冷却槽２４２で冷却され、押付板２３１は加熱部２５で加熱される。 In step S6, the cooling plate 241 and the pressing plate 231 are separated from the stage 221. After that, the cooling plate 241 is cooled by the cooling tank 242, and the pressing plate 231 is heated by the heating unit 25.

ステップＳ７では、ステージ２２１上に所定の層数が積層されたか否かを確認する。すなわち、造形を完了したか否かを確認する。ステップＳ７がＮＯの場合、次の層を積層させるためにステージ２２１を所定量、例えば層厚分だけ下降させて位置を設定する（ステップＳ８）。ステージ２２１の位置が設定された後、ステップＳ１が繰り返される。 In step S7, it is confirmed whether or not a predetermined number of layers are laminated on the stage 221. That is, it is confirmed whether or not the modeling is completed. When step S7 is NO, the stage 221 is lowered by a predetermined amount, for example, the layer thickness to set the position in order to stack the next layer (step S8). After the position of the stage 221 is set, step S1 is repeated.

所定の層数が積層されて造形物が完成すると（ステップＳ７のＹＥＳ）、終了する。 When a predetermined number of layers are laminated to complete the modeled object (YES in step S7), the process ends.

図７Ａは、加圧部２３２による押付板２３１の加圧の様子を説明するための図である。押付板２３１における加圧の位置は、硬化部２２３から照射されるレーザ光を遮らない周辺部などとすることができる。この時、押付板２３１の面積が大きい、もしくは押付板２３１の厚みを十分に厚くできない場合、押付板２３１の周辺を加圧することにより押付板２３１に反りが生じる場合がある。この場合、造形物の形状の精度の劣化や、冷却板２４１と押付板２３１との熱接触の劣化をもたらすこととなる。冷却板２４１と押付板２３１との熱接触が劣化すると、押付板２３１の冷却が十分に行われなくなり、押付板２３１と硬化部の剥離性が劣化する。 FIG. 7A is a diagram for explaining a state of pressurization of the pressing plate 231 by the pressurizing unit 232. The position of pressurization on the pressing plate 231 can be a peripheral portion that does not block the laser beam emitted from the cured portion 223. At this time, if the area of the pressing plate 231 is large or the thickness of the pressing plate 231 cannot be sufficiently increased, the pressing plate 231 may be warped by pressurizing the periphery of the pressing plate 231. In this case, the accuracy of the shape of the modeled object is deteriorated, and the thermal contact between the cooling plate 241 and the pressing plate 231 is deteriorated. When the thermal contact between the cooling plate 241 and the pressing plate 231 deteriorates, the pressing plate 231 is not sufficiently cooled, and the peelability between the pressing plate 231 and the cured portion deteriorates.

図７Ｂおよび図７Ｃは、以上の加圧による押付板２３１の反りの問題を解決するために、押付板２３１の加圧のための圧力調整部２７を設けることを説明するための図である。圧力調整部２７は、押付板２３１の周辺部で押付板２３１に密着したチャンバ構造であり、コンプレッサ２８により圧縮された高圧空気が注入される。これにより、押付板２３１は、高圧空気により均等に加圧され、反りの発生が抑制される。なお、コンプレッサ２８により圧縮された高圧空気には限定されず、圧力を調整されたアルゴンや空気や窒素などの高圧ガスであればよい。 7B and 7C are diagrams for explaining that a pressure adjusting unit 27 for pressurizing the pressing plate 231 is provided in order to solve the problem of warpage of the pressing plate 231 due to the above pressurization. The pressure adjusting unit 27 has a chamber structure in which the pressure adjusting portion 27 is in close contact with the pressing plate 231 at the peripheral portion of the pressing plate 231, and high-pressure air compressed by the compressor 28 is injected. As a result, the pressing plate 231 is evenly pressurized by the high-pressure air, and the occurrence of warpage is suppressed. The pressure is not limited to the high-pressure air compressed by the compressor 28, and any high-pressure gas such as argon, air, or nitrogen whose pressure has been adjusted may be used.

圧力調整部２７は、その外部に硬化部２２３を設けている場合は、レーザ光の経路にあたる部分を、レーザ光を透過するガラスなどとする。また、図７Ｃに示すように、圧力調整部２７の内部で押付板２３１に冷却板２４１を重ねられるよう、冷却部２４を圧力調整部２７の内部に設ける。この時、冷却部２４の冷却槽２４２はなるべく小さいことが好ましいことから、冷却板２４１に重ねることで冷却板２４１を冷却できる冷却プレートとすることができる。また、冷却板２４１を押付板２３１と冷却プレートとの間で搬送するための搬送部を設けることができる。 When the pressure adjusting unit 27 is provided with the curing unit 223 outside the pressure adjusting unit 27, the portion corresponding to the path of the laser light is made of glass or the like that transmits the laser light. Further, as shown in FIG. 7C, the cooling unit 24 is provided inside the pressure adjusting unit 27 so that the cooling plate 241 can be overlapped with the pressing plate 231 inside the pressure adjusting unit 27. At this time, since the cooling tank 242 of the cooling unit 24 is preferably as small as possible, the cooling plate 241 can be made into a cooling plate that can be cooled by stacking the cooling plate 241 on the cooling plate 241. Further, a transport portion for transporting the cooling plate 241 between the pressing plate 231 and the cooling plate can be provided.

本実施形態の積層造形装置２では、積層造形の効率を高めるために押付板２３１と冷却板２４１とを各々、複数備えることができる。すなわち、一方の押付板２３１をステージ２２１上の材料層に押し付けているときに、他方の押付板２３１を加熱部２５で加熱しておく。一方の押付板２３１での材料層の硬化が終了しステージ２２１から搬送されると、予め加熱しておいた他方の押付板２３１を次の材料層の硬化に使うことができる。また、一方の冷却板２４１で押付板２３１を冷却しているときに、他方の冷却板２４１を冷却槽２４２で冷却しておく。一方の冷却板２４１での押付板２３１の冷却が終了しステージ２２１から搬送されると、予め冷却しておいた他方の冷却板２４１を次の冷却に使うことができる。以上のようにすることで、積層造形の効率を高めることができ、製造コストを低減することができる。 In the laminated modeling apparatus 2 of the present embodiment, a plurality of pressing plates 231 and a plurality of cooling plates 241 can be provided in order to improve the efficiency of laminated modeling. That is, when one pressing plate 231 is pressed against the material layer on the stage 221, the other pressing plate 231 is heated by the heating unit 25. When the curing of the material layer on one pressing plate 231 is completed and the material layer is conveyed from the stage 221, the other pressing plate 231 that has been preheated can be used for curing the next material layer. Further, while the pressing plate 231 is being cooled by one cooling plate 241, the other cooling plate 241 is cooled by the cooling tank 242. When the cooling of the pressing plate 231 by one cooling plate 241 is completed and the pressing plate 231 is conveyed from the stage 221, the other cooling plate 241 that has been cooled in advance can be used for the next cooling. By doing so, the efficiency of laminated modeling can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

本実施形態の積層造形装置２では、一例として、材料にナイロンを用い、押付板２３１に石英ガラスを用いた場合、押付板２３１の加熱の温度をナイロンの融点よりも低い１８０℃程度とすることができる。また、冷却板２４１の冷却温度を８０℃程度とすることができる。このとき、石英ガラスの熱膨張係数が９×１０−６／℃に対し、ナイロンが１００×１０−６／℃であるため、１８０℃から８０℃まで降温させると、１０ｃｍ当たりで石英ガラスが０．０９ｍｍ、ナイロンが１ｍｍ収縮する。この収縮差より造形物と押付板２３１との剥離を生じさせることができる。なお、本実施形態の積層造形装置２では、以上の例には限定されず、材料と押付板２３１の材質な様々な組み合わせが可能である。 In the laminated molding apparatus 2 of the present embodiment, as an example, when nylon is used as the material and quartz glass is used for the pressing plate 231, the heating temperature of the pressing plate 231 is set to about 180 ° C., which is lower than the melting point of nylon. Can be done. Further, the cooling temperature of the cooling plate 241 can be set to about 80 ° C. At this time, the coefficient of thermal expansion of quartz glass is 9 × 10-6 / ° C, whereas that of nylon is 100 × 10-6 / ° C. Therefore, when the temperature is lowered from 180 ° C to 80 ° C, the quartz glass is 0 per 10 cm. .09 mm, nylon shrinks 1 mm. From this shrinkage difference, the modeled object and the pressing plate 231 can be peeled off. The laminated molding apparatus 2 of the present embodiment is not limited to the above examples, and various combinations of the material and the material of the pressing plate 231 are possible.

なお、積層造形装置２では、押付板２３１が未硬化の材料層に接する部分に、未硬化の紛体材料が付着する場合がある。これに対しては、ハケやブラシなどを用いた除去機構を備え、付着した紛体材料を除去することが可能である。 In the laminated modeling apparatus 2, the uncured powder material may adhere to the portion where the pressing plate 231 is in contact with the uncured material layer. To deal with this, a removal mechanism using a brush or a brush is provided, and it is possible to remove the adhered powder material.

以上のように、本実施形態の積層造形装置２では、押付板２３１を冷却板２４１で冷却することで、冷却に伴う押付板２３１と硬化層の収縮量の差で押付板２３１と硬化層の分離を促進する場合について説明したが、これには限定されない。例えば、ステージ２２１に冷媒を流してステージ２２１を冷却することによって硬化層や押付板２３１を冷却して分離を促進してもよい。 As described above, in the laminated modeling apparatus 2 of the present embodiment, by cooling the pressing plate 231 with the cooling plate 241, the pressing plate 231 and the cured layer are separated by the difference in the amount of shrinkage between the pressing plate 231 and the cured layer due to cooling. The case of promoting separation has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the cured layer or the pressing plate 231 may be cooled to promote separation by flowing a refrigerant through the stage 221 to cool the stage 221.

また、３次元造形物の材料を紛体とし、紛体をレーザ光照射による加熱により溶融して硬化層を形成する熱硬化の場合について説明したが、これには限定されない。例えば、材料を紫外線硬化樹脂とし、紫外線照射による紫外線硬化により硬化層を形成してもよい。 Further, the case of thermosetting in which the material of the three-dimensional model is used as a powder and the powder is melted by heating by laser light irradiation to form a cured layer has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the material may be an ultraviolet curable resin, and a cured layer may be formed by ultraviolet curing by ultraviolet irradiation.

また、紫外線硬化のように熱硬化のような材料の温度上昇を伴わない場合、押付板２３１や硬化層を加熱することで、加熱に伴う押付板２３１と硬化層の膨張量の差で押付板２３１と硬化層の分離を促進するようにしてもよい。 In addition, when the temperature of the material does not rise like thermosetting like UV curing, by heating the pressing plate 231 and the cured layer, the pressing plate is different from the expansion amount of the pressing plate 231 and the cured layer due to the heating. The separation of 231 and the cured layer may be promoted.

以上のように、本実施形態の積層造形装置２によれば、ステージ２２１上に積層された材料に押付板２３１を押し付けた状態で材料を硬化させた後に、冷却板２４１などで押付板２３１や硬化層と積極的に熱交換する。これによる押付板２３１と硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で、押付板２３１と硬化層との界面にずれが生じることによって、押付板２３１と硬化層との剥離を促進することができる。 As described above, according to the laminated modeling apparatus 2 of the present embodiment, after the material is cured in a state where the pressing plate 231 is pressed against the material laminated on the stage 221, the pressing plate 231 or the like is used as a cooling plate 241 or the like. Actively exchanges heat with the hardened layer. Due to the difference in the amount of dimensional change due to the temperature change between the pressing plate 231 and the cured layer, the interface between the pressing plate 231 and the cured layer is displaced, so that the peeling between the pressing plate 231 and the cured layer can be promoted. it can.

また、冷却板２４１などで押付板２３１を冷却するなどの熱交換を積極的に行うことにより、製造時間が短縮されて製造コストが低減する。また、押付板２３１を加熱部２５で加熱してから材料層に押し付けることにより、レーザ光による硬化の場合、硬化の時間が短縮されて製造コストが低減する。 Further, by actively performing heat exchange such as cooling the pressing plate 231 with the cooling plate 241 or the like, the manufacturing time is shortened and the manufacturing cost is reduced. Further, by heating the pressing plate 231 with the heating unit 25 and then pressing it against the material layer, in the case of curing by laser light, the curing time is shortened and the manufacturing cost is reduced.

以上のように本実施形態によれば、材料を押付板で加圧しながら硬化し積層して３次元造形物を造形する際に、硬化層と押付板との剥離性を高めた積層造形装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, when a material is cured and laminated while being pressed by a pressing plate to form a three-dimensional model, a laminated modeling apparatus having improved peelability between the cured layer and the pressing plate is provided. Can be provided.

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention.

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
所定の材料を供給する供給部と、
前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部と、
前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部と、
前記材料が硬化した後に前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部と、を有し、
前記押付部は前記熱交換による前記押付部と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する、積層造形装置。
（付記２）
前記熱交換部は前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記押付部は前記冷却による前記押付部と前記硬化層の収縮量の差で前記硬化層を分離する、付記１記載の積層造形装置。
（付記３）
前記熱交換部は少なくとも１つの冷却板を有し、前記冷却板を前記押付部に接触させることによって前記冷却をする、付記２記載の積層造形装置。
（付記４）
前記押付部の熱膨張係数は前記硬化層の熱膨張係数よりも小さい、付記１から３の内の１項記載の積層造形装置。
（付記５）
前記造形部は前記材料にレーザ光を照射して前記硬化層とする、付記１から４の内の１項記載の積層造形装置。
（付記６）
前記押付部は、積層された前記材料に押し付ける少なくとも１つの押付板と、前記押付板を加圧する加圧部と、を有する、付記１から５の内の１項記載の積層造形装置。
（付記７）
前記加圧部は、高圧ガスにより前記押付板を均一に加圧する圧力調整部を有する、付記６記載の積層造形装置。
（付記８）
前記押付板を前記材料に押し付ける際に前記押付板を加熱する加熱部を有する、付記６または７記載の積層造形装置。
（付記９）
前記押付板はガラスを含む、付記６から８の内の１項記載の積層造形装置。
（付記１０）
前記材料は粉末である、付記１から９の内の１項記載の積層造形装置。
（付記１１）
前記造形部は、前記材料の供給を受けるステージと、前記ステージに供給された前記材料を前記ステージに積層するスキージと、積層された前記材料の所定の領域を加熱して硬化する硬化部と、を有する、付記１から１０の内の１項記載の積層造形装置。
（付記１２）
所定の材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する積層造形方法において、
前記材料に押付板を押し付けた状態で前記材料を前記硬化層とし、
前記材料が硬化した後に前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換して、前記熱交換による前記押付板と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、積層造形方法。
（付記１３）
前記熱交換で前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記冷却による前記押付板と前記硬化層の収縮量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、付記１２記載の積層造形方法。
（付記１４）
前記押付板に冷却板を接触させることによって前記冷却をする、付記１２または１３記載の積層造形方法。
（付記１５）
前記押付板の熱膨張係数は前記硬化層の熱膨張係数よりも小さい、付記１２から１４の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１６）
前記材料を熱硬化して前記硬化層とする、付記１２から１５の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１７）
前記材料にレーザ光を照射して前記硬化層とする、付記１２から１６の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１８）
高圧ガスにより前記押付板を均一に加圧する、付記１２から１７の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１９）
前記押付板を前記材料に押し付ける際に前記押付板を加熱する、付記１２から１８の内の１項記載の積層造形方法。
（付記２０）
前記押付板はガラスを含む、付記１２から１９の内の１項記載の積層造形方法。
（付記２１）
前記材料は粉末である、付記１２から２０の内の１項記載の積層造形方法。 In addition, some or all of the above embodiments may be described as in the following appendix, but are not limited to the following.
(Appendix 1)
A supply unit that supplies a predetermined material and
A modeling part that forms a three-dimensional model by laminating the material as a hardened layer,
A pressing portion that is pressed against the material when the material is cured,
It has a pressing portion and a heat exchange portion that exchanges heat with at least one of the cured layers after the material is cured.
The pressing portion is a laminated molding apparatus that separates the cured layer by a difference in the amount of dimensional change due to a temperature change between the pressing portion and the cured layer due to the heat exchange.
(Appendix 2)
The heat exchange section cools at least one of the pressing section and the cured layer.
The laminated molding apparatus according to Appendix 1, wherein the pressing portion separates the cured layer by a difference in the amount of shrinkage between the pressing portion and the cured layer due to the cooling.
(Appendix 3)
The laminated molding apparatus according to Appendix 2, wherein the heat exchange unit has at least one cooling plate and cools the heat by bringing the cooling plate into contact with the pressing portion.
(Appendix 4)
The laminated molding apparatus according to item 1 of Appendix 1 to 3, wherein the coefficient of thermal expansion of the pressing portion is smaller than the coefficient of thermal expansion of the cured layer.
(Appendix 5)
The laminated modeling apparatus according to item 1 of Appendix 1 to 4, wherein the modeling portion irradiates the material with a laser beam to form the cured layer.
(Appendix 6)
The laminated molding apparatus according to item 1 of Appendix 1 to 5, wherein the pressing portion includes at least one pressing plate that presses against the laminated material and a pressing portion that pressurizes the pressing plate.
(Appendix 7)
The laminated molding apparatus according to Appendix 6, wherein the pressurizing portion has a pressure adjusting portion that uniformly pressurizes the pressing plate with a high-pressure gas.
(Appendix 8)
The laminated molding apparatus according to Appendix 6 or 7, further comprising a heating portion that heats the pressing plate when the pressing plate is pressed against the material.
(Appendix 9)
The laminated molding apparatus according to item 1 of Appendix 6 to 8, wherein the pressing plate includes glass.
(Appendix 10)
The laminated modeling apparatus according to item 1 of Appendix 1 to 9, wherein the material is powder.
(Appendix 11)
The modeling portion includes a stage that receives the supply of the material, a squeegee that laminates the material supplied to the stage on the stage, and a cured portion that heats and cures a predetermined region of the laminated material. The laminated modeling apparatus according to item 1 of Appendix 1 to 10.
(Appendix 12)
In a laminated modeling method in which a three-dimensional model is formed by laminating a predetermined material as a cured layer.
With the pressing plate pressed against the material, the material was used as the cured layer.
After the material is cured, heat is exchanged between the pressing plate and at least one of the cured layers, and the pressing plate and the curing are due to the difference in the amount of dimensional change due to the temperature change between the pressing plate and the cured layer due to the heat exchange. Laminated molding method that separates layers.
(Appendix 13)
At least one of the pressing plate and the cured layer is cooled by the heat exchange,
The laminated molding method according to Appendix 12, wherein the pressing plate and the cured layer are separated by the difference in the amount of shrinkage between the pressing plate and the cured layer due to the cooling.
(Appendix 14)
The laminated molding method according to Appendix 12 or 13, wherein the cooling is performed by bringing the cooling plate into contact with the pressing plate.
(Appendix 15)
The laminated molding method according to item 1 of Appendix 12 to 14, wherein the coefficient of thermal expansion of the pressing plate is smaller than the coefficient of thermal expansion of the cured layer.
(Appendix 16)
The laminated molding method according to item 1 of Appendix 12 to 15, wherein the material is thermally cured to form the cured layer.
(Appendix 17)
The laminated molding method according to item 1 of Appendix 12 to 16, wherein the material is irradiated with laser light to form the cured layer.
(Appendix 18)
The laminated molding method according to item 1 of Appendix 12 to 17, wherein the pressing plate is uniformly pressurized with a high-pressure gas.
(Appendix 19)
The laminated molding method according to item 1 of Appendix 12 to 18, wherein the pressing plate is heated when the pressing plate is pressed against the material.
(Appendix 20)
The laminated molding method according to item 1 of Appendix 12 to 19, wherein the pressing plate contains glass.
(Appendix 21)
The laminated molding method according to item 1 of Supplementary notes 12 to 20, wherein the material is powder.

１、２ 積層造形装置
１１、２１ 供給部
１２、２２ 造形部
１３、２３ 押付部
１４ 熱交換部
２４ 冷却部
２５ 加熱部
２６ 制御部
２７ 圧力調整部
２８ コンプレッサ
２１１ チャンバ
２１２ 供給筒
２２１ ステージ
２２２ スキージ
２２３ 硬化部
２２４ 位置センサ
２３１ 押付板
２３２ 加圧部
２３３ 搬送部
２４１ 冷却板
２４２ 冷却槽 1, 2 Laminated modeling equipment 11, 21 Supply unit 12, 22 Modeling unit 13, 23 Pressing unit 14 Heat exchange unit 24 Cooling unit 25 Heating unit 26 Control unit 27 Pressure adjustment unit 28 Compressor 211 Chamber 212 Supply cylinder 221 Stage 222 Squeegee 223 Hardened part 224 Position sensor 231 Pressing plate 232 Pressurizing part 233 Transport part 241 Cooling plate 242 Cooling tank

Claims (10)

所定の材料を供給する供給部と、
前記材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する造形部と、
前記材料が硬化する時に前記材料に押し付けられている押付部と、
前記材料が硬化した後に前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換する熱交換部と、を有し、
前記押付部は前記熱交換による前記押付部と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記硬化層を分離する、積層造形装置。 A supply unit that supplies a predetermined material and
A modeling part that forms a three-dimensional model by laminating the material as a hardened layer,
A pressing portion that is pressed against the material when the material is cured,
It has a pressing portion and a heat exchange portion that exchanges heat with at least one of the cured layers after the material is cured.
The pressing portion is a laminated molding apparatus that separates the cured layer by a difference in the amount of dimensional change due to a temperature change between the pressing portion and the cured layer due to the heat exchange. 前記熱交換部は前記押付部と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記押付部は前記冷却による前記押付部と前記硬化層の収縮量の差で前記硬化層を分離する、請求項１記載の積層造形装置。 The heat exchange section cools at least one of the pressing section and the cured layer.
The laminated modeling apparatus according to claim 1, wherein the pressing portion separates the cured layer by a difference in the amount of shrinkage between the pressing portion and the cured layer due to the cooling. 前記熱交換部は少なくとも１つの冷却板を有し、前記冷却板を前記押付部に接触させることによって前記冷却をする、請求項２記載の積層造形装置。 The laminated molding apparatus according to claim 2, wherein the heat exchange unit has at least one cooling plate, and the cooling plate is brought into contact with the pressing portion to perform the cooling. 前記押付部の熱膨張係数は前記硬化層の熱膨張係数よりも小さい、請求項１から３の内の１項記載の積層造形装置。 The laminated molding apparatus according to claim 1, wherein the coefficient of thermal expansion of the pressing portion is smaller than the coefficient of thermal expansion of the cured layer. 前記造形部は前記材料にレーザ光を照射して前記硬化層とする、請求項１から４の内の１項記載の積層造形装置。 The laminated modeling apparatus according to claim 1, wherein the modeling portion is formed by irradiating the material with a laser beam to form the cured layer. 前記押付部は、積層された前記材料に押し付ける少なくとも１つの押付板と、前記押付板を加圧する加圧部と、を有する、請求項１から５の内の１項記載の積層造形装置。 The laminated molding apparatus according to claim 1, wherein the pressing portion includes at least one pressing plate that presses against the laminated material and a pressing portion that pressurizes the pressing plate. 前記加圧部は、高圧ガスにより前記押付板を均一に加圧する圧力調整部を有する、請求項６記載の積層造形装置。 The laminated modeling apparatus according to claim 6, wherein the pressurizing portion includes a pressure adjusting portion that uniformly pressurizes the pressing plate with a high-pressure gas. 前記押付板を前記材料に押し付ける際に前記押付板を加熱する加熱部を有する、請求項６または７記載の積層造形装置。 The laminated modeling apparatus according to claim 6 or 7, further comprising a heating portion that heats the pressing plate when the pressing plate is pressed against the material. 所定の材料を硬化層にして積層することで３次元造形物を造形する積層造形方法において、
前記材料に押付板を押し付けた状態で前記材料を前記硬化層とし、
前記材料が硬化した後に前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方と熱交換して、前記熱交換による前記押付板と前記硬化層の温度変化に伴う寸法変化量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、積層造形方法。 In a laminated modeling method in which a three-dimensional model is formed by laminating a predetermined material as a cured layer.
With the pressing plate pressed against the material, the material was used as the cured layer.
After the material is cured, heat is exchanged between the pressing plate and at least one of the cured layers, and the pressing plate and the curing are due to the difference in the amount of dimensional change due to the temperature change between the pressing plate and the cured layer due to the heat exchange. Laminated molding method that separates layers. 前記熱交換で前記押付板と前記硬化層の少なくとも一方を冷却し、
前記冷却による前記押付板と前記硬化層の収縮量の差で前記押付板と前記硬化層を分離する、請求項９記載の積層造形方法。 At least one of the pressing plate and the cured layer is cooled by the heat exchange,
The laminated molding method according to claim 9, wherein the pressing plate and the cured layer are separated by a difference in the amount of shrinkage between the pressing plate and the cured layer due to the cooling.
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