JP6868656B2 - Integrated construction and material supply equipment for laminated molding equipment - Google Patents
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Description
背景
積層造形(Additive Manufacturing:AM)、特に3D印刷は、積層プロセスを通じて、3Dモデル又は他の電子データ源からほぼ任意の形状の3次元物体を作成するための技術に関し、この場合、3D物体は、コンピュータ制御下で層毎に生成される。多種多様の積層造形技術が開発され、構築材料、堆積技術、及び3D物体が構築材料から形成される物理的プロセスにおいて異なっている。係る技術は、紫外線光をホトポリマー樹脂へ照射することから、粉末状の半結晶熱可塑性材料を溶融すること、金属粉末の電子ビーム溶融までの範囲にわたる。
Background Additive Manufacturing (AM), especially 3D printing, relates to a technique for creating a 3D object of almost any shape from a 3D model or other electronic data source through a laminating process, in which case the 3D object is , Generated layer by layer under computer control. A wide variety of laminated molding techniques have been developed and differ in construction materials, deposition techniques, and the physical process by which 3D objects are formed from construction materials. Such techniques range from irradiating a photopolymer resin with ultraviolet light to melting a powdered semi-crystalline thermoplastic material to melting an electron beam of a metal powder.
積層造形プロセスは通常、製造されるべき物体の3次元コンピュータモデルから始まる。物体のこのデジタル表現は、コンピュータソフトウェアにより、コンピュータ上で層へとスライスされる。各層は、所望の物体の横断面を表し、場合によっては3Dプリンタとしても知られているかもしれない積層造形機械へ送られ、この場合、各層は、その前に構築された層の上に構築される。このプロセスは、物体が完成するまで連続して繰り返され、それにより物体が層毎に構築される。幾つかの利用可能な技術は直接的に材料を堆積するが、他のものは、追加の層を形成するために上塗りプロセスを使用し、当該追加の層は更に、物体の新たな横断面を形成するために選択的にパターン形成され得る。 The stacking process usually begins with a 3D computer model of the object to be manufactured. This digital representation of the object is sliced into layers on the computer by computer software. Each layer represents a cross section of the desired object and is sent to a stacking machine, which may also be known as a 3D printer, in which case each layer is built on top of the layers previously built. Will be done. This process is repeated continuously until the object is completed, so that the object is constructed layer by layer. Some available techniques deposit material directly, while others use a topcoat process to form an additional layer, which further forms a new cross section of the object. It can be selectively patterned to form.
物体が製造される構築材料は、製造技術に依存して変化する可能性があり、粉末材料、ペースト材料、スラリー材料、又は流体(液体)材料からなることができる。構築材料は通常、供給源コンテナにおいて提供され、そこから当該構築材料は、実際の製造が行われる構築領域または構築区画へ移動させる必要がある。 The construction material from which the object is manufactured can vary depending on the manufacturing technique and can consist of powder material, paste material, slurry material, or fluid (liquid) material. The construction material is usually provided in the source container, from which the construction material needs to be moved to the construction area or section where the actual manufacturing takes place.
本明細書で説明される例は、積層造形装置用の一体型の構築および材料供給システムを提供する。一例において、当該システムは、積層造形を用いて形成されるべき物体を収容するように適合された構築区画、及び当該物体を形成するための構築材料を貯蔵するように適合された貯蔵区画を含む。当該構築区画の体積、及び当該貯蔵区画の体積は、サイズ(大きさ)において可変であり、当該システムは、当該貯蔵区画に以前に割り当てられていた体積の少なくとも一部を当該構築区画へ再割り当てする(逆もまた同じ)ように適合されている。 The examples described herein provide an integrated construction and material supply system for a laminated builder. In one example, the system includes a construction compartment adapted to contain an object to be formed using laminated molding, and a storage compartment adapted to store construction materials to form the object. .. The volume of the construction compartment and the volume of the storage compartment are variable in size, and the system reallocates at least a portion of the volume previously allocated to the storage compartment to the construction compartment. It is adapted to do (and vice versa).
一例という意味での構築区画は、物体が積層造形を用いて形成される任意の空間または領域を意味することができる。構築区画は、閉ざされた空間とすることができるが、代案として構築区画への構築材料の導入および/または製造プロセスにおいて利用され得る放射線源または熱源との構築材料の相互作用を可能にするように、上面において少なくとも部分的に雰囲気に対して開いていてもよい。 Construction compartments in the sense of an example can mean any space or region in which an object is formed using laminated modeling. The construction compartment can be a closed space, but as an alternative to allow the construction material to interact with radiation or heat sources that can be used in the introduction and / or manufacturing process of the construction material into the construction compartment. In addition, the upper surface may be at least partially open to the atmosphere.
貯蔵区画は、当該物体を形成する際に利用される少なくとも1つの構築材料を貯蔵するように適合された開放空間または閉鎖空間を意味することができる。 A storage compartment can mean an open or closed space adapted to store at least one building material used in forming the object.
前記構築区画の体積は、構築材料または余分な材料または製造された物体が全然ない区画の体積を意味すると理解され得る。 The volume of the construction compartment can be understood to mean the volume of the compartment with no construction material or extra material or manufactured objects.
同様に、前記貯蔵区画の体積は、構築材料が全然ない貯蔵区画の体積を意味することができる。 Similarly, the volume of the storage compartment can mean the volume of the storage compartment with no construction material.
前記システムは好適には、前記物体が形成されるにつれて前記構築区画の前記体積を増大させるように適合され得る。 The system may preferably be adapted to increase the volume of the construction compartment as the object is formed.
前記システムは好適には、前記物体が形成されるにつれて前記貯蔵区画の前記体積を低減するように適合され得る。 The system may preferably be adapted to reduce the volume of the storage compartment as the object is formed.
一例に従って、形成されるべき前記物体を収容するように適合された前記構築区画、及び前記物体を形成するための前記構築材料を貯蔵するように適合された前記貯蔵区画は、同じ物理的空間または体積に一体化され、その結果、前記構築区画の体積は、前記貯蔵区画の体積が低減されるにつれて増大されることができ、逆もまた同じである。 According to one example, the construction compartment adapted to contain the object to be formed and the storage compartment adapted to store the construction material for forming the object are in the same physical space or Integrated into volume, as a result, the volume of the construction compartment can be increased as the volume of the storage compartment is reduced, and vice versa.
一例において、前記システムは、前記構築区画および前記貯蔵区画を含む共通区画を含む。 In one example, the system includes a common compartment that includes the construction compartment and the storage compartment.
前記共通区画は、前記貯蔵区画および前記構築区画の双方を収容する共通のハウジングによって画定され得る。 The common compartment may be defined by a common housing that houses both the storage compartment and the construction compartment.
前記システムは、前記貯蔵区画に以前に割り当てられた前記共通区画の部分を、前記構築区画に再割り当てする(逆もまた同じ)ように適合され得る。 The system may be adapted to reassign parts of the common compartment previously allocated to the storage compartment to the construction compartment (and vice versa).
本明細書で説明された例に従って、構築区画および貯蔵区画を一体化することは、短い供給経路の利点を有する。貯蔵区画から構築区画までの構築材料の移動距離が低減されるので、汚染物質による構築材料の劣化の可能性がそれに応じて軽減される。最下位置に構築材料を有することは、機械安定性(より低い重心)の点で好ましく、ユーザが貯蔵区画に構築材料を供給することができることを容易にする。かくして、ユーザの利便性が向上する。 Integrating the construction and storage compartments according to the examples described herein has the advantage of short supply channels. Since the distance traveled by the construction material from the storage compartment to the construction compartment is reduced, the potential for contamination of the construction material by contaminants is reduced accordingly. Having the construction material in the lowest position is preferable in terms of mechanical stability (lower center of gravity) and facilitates the user being able to supply the construction material to the storage compartment. Thus, the convenience of the user is improved.
同時に、改善された一体型の構築および材料供給システムは、より小型の積層造形装置を提供することを可能にする。形成されるべき物体は、製造が進行するにつれて、より多くの空間を必要とし、それに対して構築材料を貯蔵するために必要とされる空間は次第に少なくなる。逆に、構築区画の体積は、完成した物体が積層造形装置から取り出される際に低減され得るが、貯蔵区画の体積は、後続の物体を形成するための新たな構築材料が追加される際に増大され得る。前記貯蔵区画の体積を犠牲にして前記構築区画の体積を増大させること(逆もまた同じ)は、製造が進行するにつれて体積を柔軟に割り当てることを可能にし、ひいては構築区画および貯蔵区画の(結合した)全体積を最小限にし、それによりスペースを節約する。 At the same time, the improved integrated construction and material supply system makes it possible to provide smaller laminated molding equipment. The object to be formed requires more space as production progresses, whereas less space is required to store the building material. Conversely, the volume of the building compartment can be reduced as the finished object is removed from the stacking machine, while the volume of the storage compartment is when new building materials are added to form subsequent objects. Can be increased. Increasing the volume of the construction compartment at the expense of the volume of the storage compartment (and vice versa) allows flexible allocation of volume as production progresses, thus allowing the construction compartment and storage compartment to be (combined). Minimize the total volume, thereby saving space.
形成されるべき前記物体は、積層造形を用いて形成されるのに適している任意の3D物体とすることができる。 The object to be formed can be any 3D object suitable to be formed using laminated molding.
当該システムは更に、前記貯蔵区画を前記構築区画から分離する可動分離要素を含むことができる。 The system can further include a movable separation element that separates the storage compartment from the construction compartment.
前記分離要素は、前記共通区画またはハウジング内に、移動できるように配置され得る。 The separating elements may be arranged so that they can be moved within the common compartment or housing.
構築区画および貯蔵区画および可動分離要素を収容する共通区画を設けることは、製造の進行に従って前記共通区画の前記分離要素の位置を単純に変更することにより、構築区画の体積および貯蔵区画の体積を変更することを可能にする。 Providing a common compartment for accommodating a construction compartment and a storage compartment and a movable separation element can increase the volume of the construction compartment and the volume of the storage compartment by simply changing the position of the separation element in the common compartment as manufacturing progresses. Allows you to change.
前記システムは、前記分離要素を移動させるように適合された駆動ユニットを含むことができる。 The system may include a drive unit adapted to move the separating element.
多くの積層造形装置は、形成されるべき物体を支持するための構築プラットフォームが標準装備になっている。一般に、構築プラットフォームは動かすことができ、構築材料の追加の層が処理されるにつれて構築プラットフォームの位置を変更する駆動機構に接続される。かくして、構築プラットフォームは、前記構築区画を前記貯蔵区画から分離するための分離要素として好都合に機能することができる。 Many laminated builders come standard with a construction platform to support the object to be formed. In general, the construction platform can be moved and connected to a drive mechanism that repositions the construction platform as additional layers of construction material are processed. Thus, the construction platform can conveniently function as a separating element for separating the construction compartment from the storage compartment.
従って、前記分離要素の一例において、前記分離要素は、形成されるべき前記物体を支持するための、又は前記物体の下に及び/又は前記物体の周囲に形成された構築材料の層を支持するための構築プラットフォームを含む。 Thus, in one example of the separating element, the separating element supports a layer of construction material formed to support the object to be formed, or under and / or around the object. Includes a build platform for.
一例において、前記構築区画は、前記貯蔵区画の上に位置することができる。 In one example, the construction compartment can be located above the storage compartment.
例えば、多くの粉末を用いた積層造形システムは、形成されるべき物体に追加の層が追加されるにつれて下方に移動する構築プラットフォームの上に構築区画を有する。これらシステムにおいて、貯蔵区画は有利には、構築プラットフォームの下に位置することができ、その体積は、製造の進行に従って構築プラットフォームが下方に移動するにつれて、減少することができる。 For example, a laminated modeling system with many powders has a construction section on a construction platform that moves downward as additional layers are added to the object to be formed. In these systems, the storage compartment can advantageously be located below the construction platform and its volume can be reduced as the construction platform moves downward as manufacturing progresses.
従って、地表面に近接して構築区画の下に貯蔵区画を設けることは、構築材料の補充も簡素化する。また、低い重心の故に、さらなる安定性を装置に与える。 Therefore, providing a storage compartment under the construction compartment in close proximity to the ground surface also simplifies the replenishment of construction materials. It also provides additional stability to the device due to its low center of gravity.
しかしながら、他の例において、前記構築区画は、前記貯蔵区画の下に位置することができ、又は前記貯蔵区画に隣接して位置することができる。 However, in another example, the construction compartment can be located below or adjacent to the storage compartment.
前記構築区画の体積が増大する速度は、前記貯蔵区画の体積が減少する速度に対応することができ、また逆も同じである。この例の意味での速度は、単位時間あたりの体積変化によって与えられ得る。 The rate at which the volume of the construction compartment increases can correspond to the rate at which the volume of the storage compartment decreases, and vice versa. The velocity in the sense of this example can be given by the volume change per unit time.
前記構築区画の体積および/または前記貯蔵区画の体積は、可変とすることができるが、個々の最大体積は、一定サイズの関係を有することができる。 The volume of the construction compartment and / or the volume of the storage compartment can be variable, but the individual maximum volumes can have a constant size relationship.
一例において、前記貯蔵区画の最大体積は、前記構築区画の最大体積の1.0倍より小さくない。 In one example, the maximum volume of the storage compartment is not less than 1.0 times the maximum volume of the construction compartment.
別の例において、前記貯蔵区画の最大体積は、前記構築区画の最大体積の1.6倍より大きくない。 In another example, the maximum volume of the storage compartment is no greater than 1.6 times the maximum volume of the construction compartment.
一例において、前記貯蔵区画の最大体積は、前記構築区画の最大体積の1.2倍より小さくない。 In one example, the maximum volume of the storage compartment is not less than 1.2 times the maximum volume of the construction compartment.
一例において、前記貯蔵区画の最大体積は、前記構築区画の最大体積の1.5倍より大きくない。 In one example, the maximum volume of the storage compartment is no greater than 1.5 times the maximum volume of the construction compartment.
一例において、一体型の構築および材料供給システムは更に、構築材料を貯蔵区画から構築区画の方へ移送するように適合された移送ユニットを含むことができる。 In one example, the integrated construction and material supply system can further include a transfer unit adapted to transfer the construction material from the storage compartment to the construction compartment.
一例において、前記移送ユニットは、前記共通区画または貯蔵区画または構築区画の側壁に形成された移送チャネルを通じて前記構築材料を移送するように適合される。 In one example, the transfer unit is adapted to transfer the construction material through a transfer channel formed on the side wall of the common compartment or storage compartment or construction compartment.
一例において、移送ユニットは、構築材料の特質および堅さ(粘度、粘性)に依存して、ネジ駆動装置および/またはコンベヤーベルト及び/又はポンプを含むことができる。 In one example, the transfer unit can include a screw drive and / or a conveyor belt and / or a pump, depending on the nature and stiffness (viscosity, viscosity) of the construction material.
一例において、移送ユニットは、前記分離要素を移動させるように適合された前記駆動ユニットに関連して動作するように結合され得る。 In one example, the transfer unit may be coupled to operate in connection with the drive unit adapted to move the separation element.
移送ユニットと駆動ユニットを結合することは、積層造形装置において駆動部品の数を低減することを可能にし、ひいてはより簡素で、より丈夫で、より小型の積層造形装置を提供する。 Combining the transfer unit with the drive unit makes it possible to reduce the number of drive components in the laminate, which in turn provides a simpler, more durable and smaller laminate.
前記移送機構は更に、前記構築区画からの余分な材料を前記貯蔵区画へ移送するように適合され得る。 The transfer mechanism may also be adapted to transfer excess material from the construction compartment to the storage compartment.
好適な例において、一体型の構築および材料供給システムは、3D印刷装置のような積層造形装置に着脱可能に取り付けられるように適合される。 In a preferred example, the integrated construction and material supply system is adapted to be detachably attached to a laminated modeling device such as a 3D printing device.
この例に従って、構築プラットフォーム及び構築区画、及び貯蔵区画を含む材料供給システムを含む一体型ユニットは、製造の前に貯蔵区画が構築材料で満ちている状態で、積層造形装置へ挿入されることができ、且つ製造プロセスが完了した後に完成した3D物体と共に取り外され得る独立ユニットとして提供されることができ、貯蔵区画は、構築された物体のサイズに依存して、空になる又は少なくとも部分的に空になる。これは特に、積層造形装置に構築材料の供給部を備えることの柔軟な方法を提供する。 According to this example, an integrated unit containing a construction platform and a construction compartment, and a material supply system including a storage compartment, may be inserted into a laminated molding machine with the storage compartment filled with construction materials prior to manufacturing. It can be provided as an independent unit that can be removed with the completed 3D object after the manufacturing process is complete, and the storage compartment will be empty or at least partially, depending on the size of the constructed object. Become empty. This in particular provides a flexible way for the laminated builder to include a supply of construction materials.
また、当該改良は、積層造形装置、特に上述の特徴の幾つか又は全てを有するシステムを含む3D印刷装置に関する。 Further, the improvement relates to a laminated modeling apparatus, particularly a 3D printing apparatus including a system having some or all of the above-mentioned features.
当該改良は更に、積層造形のために構築材料を供給する方法に関し、当該方法は、前記構築材料を貯蔵するための貯蔵区画から、積層造形を用いて前記構築材料から物体を形成するための構築区画の方へ構築材料を移送するステップを含む。当該方法は更に、前記貯蔵区画から前記構築区画の方への前記構築材料の前記移送に従って、前記貯蔵区画に以前に割り当てられた体積の少なくとも一部を前記構築区画へ再割り当てするステップを含む。 The improvement further relates to a method of supplying a construction material for laminated modeling, the method being constructed for forming an object from the building material using laminated modeling from a storage compartment for storing the building material. Includes the step of transferring construction material towards the compartment. The method further comprises reallocating at least a portion of the volume previously allocated to the storage compartment to the construction compartment in accordance with the transfer of the construction material from the storage compartment to the construction compartment.
前記貯蔵区画および/または前記構築区画は、上述したような特徴の幾つか又は全てを有する区画(コンパートメント)とすることができる。特に、前記貯蔵区画および/または構築区画は、積層造形装置の区画とすることができる。 The storage compartment and / or the construction compartment can be a compartment having some or all of the features described above. In particular, the storage compartment and / or construction compartment can be a compartment of a laminated modeling device.
必要に応じて、当該方法は更に、前記構築区画において、前記構築材料を用いて前記物体を付加的(積層式)に形成するステップを含むことができる。 If desired, the method can further include the step of additionally (laminating) forming the object with the building material in the building compartment.
前記構築材料は、粉末材料および/またはペースト材料および/またはスラリー材料および/または流体材料からなることができる。 The construction material can consist of a powder material and / or a paste material and / or a slurry material and / or a fluid material.
一例において、当該方法は更に、前記構築区画から前記貯蔵区画を分離する分離要素を移動させるステップを含み、それにより、前記貯蔵区画の前記体積を犠牲にして前記構築区画の前記体積が増大し、又は前記構築区画の前記体積を犠牲にして前記貯蔵区画の前記体積が増大する。 In one example, the method further comprises moving a separating element that separates the storage compartment from the construction compartment, thereby increasing the volume of the construction compartment at the expense of the volume of the storage compartment. Alternatively, the volume of the storage compartment is increased at the expense of the volume of the construction compartment.
前記分離要素を移動させる前記ステップが、前記構築材料を移送する前記ステップに関連して動作するように結合され得る。 The step of moving the separating element may be combined to operate in connection with the step of transferring the building material.
前記方法は、一体型の構築および材料供給システム、又は上述した特徴の幾つか又は全てを有する積層造形装置において実施され得る。 The method can be carried out in an integrated construction and material supply system, or in a laminated modeling device with some or all of the features described above.
当該改良は更に、コンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラム製品に関し、この場合、システム又は上述した特徴の幾つか又は全てを有する積層造形装置に結合されたコンピュータにより読み出される際に、前記コンピュータ可読命令は、前記システム又は積層造形装置においてそれぞれ、上述した特徴の幾つか又は全てを有する方法を実施する。 The improvement further relates to computer program products that include computer-readable instructions, in this case when the computer-readable instructions are read by a computer coupled to a system or a laminated modeling device having some or all of the features described above. A method having some or all of the above-mentioned features is carried out in the system or the laminated molding apparatus, respectively.
例は、図1及び図2a〜図2cに関連して説明される。この例は、選択的レーザ焼結(Selective Laser Sintering:SLS)システムに関し、プラスチック粉末、金属粉末、セラミック粉末またはガラス粉末のような粉末材料を、所望の3次元形状を有する塊へと焼結させるためにパワー源としてレーザを使用する積層造形技術である。しかしながら、当該改良は、そのように制限されず、構築材料が粉末、ペースト、スラリー、又は流体であるか否かに関係無く、及びエネルギー源に関係無く、任意の積層造形技術に一般に適している。 Examples are described in connection with FIGS. 1 and 2a-2c. This example relates to a Selective Laser Sintering (SLS) system in which a powder material such as plastic powder, metal powder, ceramic powder or glass powder is sintered into a mass having the desired three-dimensional shape. This is a layered manufacturing technology that uses a laser as a power source. However, the improvements are not so limited and are generally suitable for any laminated molding technique, regardless of whether the building material is powder, paste, slurry, or fluid, and regardless of energy source. ..
図1は、付加的選択的レーザ焼結(SLS)積層造形装置10の略図である。装置10は、本発明の一例による、一体型の構築および材料供給システム12を含む。図1に示されるように、一体型の構築および材料供給システム12は、側壁14及び底壁16により包囲されたバケット(バケツ)の形状を有する。上面は開放しており、これは、構築プラットフォーム20上に形成される物体(図示せず)に構築材料が付着(塗布)される場所である。側壁14及び底壁16は共通区画18を画定し、その体積は、構築プラットフォーム20の下の貯蔵区画22、及び構築プラットフォーム20の上で側壁14の高さまでの構築区画24へと構築プラットフォーム20により分割される。図1において、構築区画24の上方境界は、破線により示される。
FIG. 1 is a schematic view of an additional selective laser sintering (SLS) laminated
構築プラットフォーム20は、構築バケット12内に移動可能に装着され、共通区画18において上方および下方に構築プラットフォーム20を移動するように適合された駆動ユニット28に、ピストン26を介して接続される。プラットフォーム20が共通区画18において上方および下方に移動する際、貯蔵区画22の体積Vs及び構築区画24の体積Vbは、それに応じて変化する。しかしながら、それらの合計は一定のままであり、共通区画18の体積Vcに等しく、Vs+Vb=Vc=定数。
The
貯蔵区画22は、プラスチック粉末、金属粉末、セラミック粉末またはガラス粉末のような、積層造形プロセス用の構築材料(図1には示されない)を貯蔵するのに役立つ。構築材料は、側壁14へ組み込まれたネジ駆動装置のような移送ユニット30を用いて、貯蔵区画22から構築区画24へ移送される。移送ユニット30は、構築材料をローラユニット32へ移送し、当該ローラユニット32は、構築プラットフォーム20にわたって(又は構築材料の以前に形成された層上へ)構築材料の層を形成する働きをする。加熱ユニット34は、構築区画24において堆積する粉末を予熱するために含められ得る。
The
本例において、焼結は、紫外線レーザ又は炭酸ガスレーザのようなレーザ36、光学レンズ38及びx−y走査ミラー40を含む光学系を用いて達成される。x−y走査ミラー40は、レーザ36から放出されてレンズ38により集束されたレーザビーム42を、構築区画24において堆積された粉末層の表面上の粉末材料の選択された部分上へと方向付ける。レーザビーム42からのエネルギー入力は、粉末材料を溶解し、それにより当該材料が互いに結合して固体構造を形成する。各横断面が走査された後、構築プラットフォーム20が1つの層の厚さだけ下げられて、材料の新たな層が、ローラユニット32を用いて表面上に形成され、当該プロセスは、物体が完成するまで繰り返される。
In this example, sintering is achieved using an optical system that includes a
中央制御装置44は、ピストン26及び構築プラットフォーム20を動かすための駆動ユニット28、構築材料を貯蔵区画22から構築区画24に移送するための移送ユニット30、製造されるべき物体の表面に構築材料を付着(塗布)するためのローラユニット32、加熱ユニット34、レーザ36及び構築プラットフォーム20の選択された部分にレーザ42を方向付けるためのx−y走査ミラー40を制御する。
The
図2a〜図2cは、製造プロセス中の異なる段階における一体型の構築および材料供給システム12を更に詳細に示す。
2a-2c show in more detail the integrated construction and
図2aは、構築プラットフォーム20がその最上位置にある最初の段階にある一体型の構築および材料供給システム12を示す。それ故に、貯蔵区画22の体積Vsは最大である一方で、構築区画24の体積Vbはゼロである。
FIG. 2a shows an integrated construction and
製造が始まると、構築材料が、移送ユニット30を用いて貯蔵区画22の底部からローラユニット32へ移送される。図2a〜図2cに示された構成において、移送機構30は、バケット12の側壁14に設けられた一対のネジ駆動装置30a、30bを含む。ネジ駆動装置30a、30bが回転すると、粉末材料は、側壁14の頂部に到達するまで側壁14を通じて上方に移動し、当該頂部から、ローラユニット32を用いて構築プラットフォーム20にわたって広げられる。
When production begins, the construction material is transferred from the bottom of the
しかしながら、ネジ駆動装置30a、30bは移送機構の単なる一例であり、コンベヤーベルト、ドラグ機構、空気輸送方式システム(高濃度低速輸送または低濃度高速輸送など)のような他の機構も使用され得る。
However, the
移送ユニット30の駆動機構46は、駆動機構48がピストン26及び構築プラットフォーム20を下げる際に、駆動ユニット28の駆動機構48に関連して動作するように又は機械的に結合され得る。これにより、駆動ユニット28を用いて側壁14を通じて構築材料が上方へ自動的に及び同時に供給されることを可能にすることができる。しかしながら、これは、必ずしも1つの連続動作において生じない。例えば、構築プラットフォーム20は下げられることができ、次いで構築材料が貯蔵区画22から外へ移送されることができ、若干遅れて、構築プラットフォーム20が再び下げられ得る。
The
流体構築材料は、回転ベーンポンプを用いて移送され得る。代案として又は追加として、流体は、構築プラットフォーム20が共通区画18において下方に移動する際に、構築プラットフォーム20により働かされる動圧を単に用いて、側壁14のチャネルを通じて移送され得る。この場合、移送ユニット30用の独立した駆動機構は必要とされないかもしれない。
The fluid construction material can be transferred using a rotary vane pump. Alternatively or additionally, the fluid can be transferred through the channels of the
図2bは、構築プラットフォーム20上に形成されるべき物体50の製造の進行に従って、構築プラットフォーム20が共通区画18内へと部分的に下げられた中間の段階にある一体型の構築および材料供給システム12を示す。
FIG. 2b is an integrated construction and material supply system in the middle stage where the
一般に、物体50は、プラットフォーム20上において、固化していない構築材料により取り囲まれているが、これは、説明の明瞭化のために図2bと図2cに示されていない。
Generally, the
図2bの構成において、貯蔵区画の体積Vsは、構築プラットフォーム20がバケット12内で下方に移動したのと同じ程度に減少する一方で、構築区画24の体積Vbは同じ量だけ増加した。
In the configuration of FIG. 2b, the volume V s of the storage compartment, while decreasing to the same extent as building
図2cは、物体50が完成した最終段階にある一体型の構築および材料供給システム12を示す。図2bの構成と比べると、構築プラットフォーム20は、共通区画18内へ更にもっと下げられている。従って、貯蔵区画22の体積Vsは、移送ユニット30を用いて構築区画24へ移送された構築材料の量に従って、更にもっと低減されている。構築区画24の体積は、貯蔵区画22の体積Vsが減ったのと同じ量だけ増加している。
FIG. 2c shows an integrated construction and
構築の最後に、区画22の残された粉末は、今後の構築のために再利用され得る。区画22の余分な粉末は、構築が常に首尾よく完成し且つ最終層において粉末が不足に陥ることを回避することができることを保証するために望ましい。
At the end of construction, the remaining powder in
さて、形成されるべき物体50は、構築区画24に堆積された余分な粉末材料から取り除かれ得る。次いで、プラットフォーム20は、図2aに示された最初の位置まで上昇することができ、新たな物体が形成され得る。
Now, the
図1及び図2a〜図2cの記述から解釈され得るように、一体型の構築および材料供給システム12は、構築材料を貯蔵するための貯蔵区画22、及び同じ物理的空間(即ち、共通区画18)内で物体50を製造するための構築区画24を一体化している。構築プラットフォーム20は、その上の構築区画24から、その下の貯蔵区画22を分離する。従って、貯蔵区画22の体積Vs及び構築区画24の体積Vbの双方は、共通区画18内の構築プラットフォーム20の位置に従って可変であり変化する。構築プラットフォーム20が共通区画18内で下げられるにつれて、貯蔵区画22の体積Vsは、構築区画24の体積Vbが増加するのと同じ量だけ減少する。貯蔵区画22の体積Vs及び構築区画24の体積Vbの合計は、一定のままであり、共通区画18の体積Vc、即ち構築バケット12の体積に等しく、即ちVs+Vb=Vc=定数。従って、構築プロセスの異なる段階(バケット12内の構築プラットフォーム20の異なる位置に対応する)は、共通区画18が貯蔵区画22及び構築区画24へ分割されることに従って、割り当てられる分が単に異なるだけである。
As can be interpreted from the description of FIGS. 1 and 2a-2c, the integrated construction and
貯蔵区画22及び構築区画24を同じ物理的空間へ一体化することは、幾つかの利点を有する。即ち、以下の通りである。
Integrating the
独立した供給コンテナの余分な空間が無駄にならない。従って、積層造形装置10が小型になり小さくなる。
No extra space is wasted in a separate supply container. Therefore, the
同時に、貯蔵区画22から構築区画24へ構築材料を移送するための供給チャネルが、構築区画24に近接しており、それにより構築材料の移動距離が低減され、ひいては構築材料の汚染物質による劣化にさらされることが低減される。
At the same time, the supply channel for transferring the construction material from the
また、本発明による一体化は、材料の貯蔵を簡略化し、印刷の清浄度を向上させる。 The integration according to the invention also simplifies material storage and improves print cleanliness.
一体型の構築および材料供給システム12は、積層造形装置10の固定構成要素とすることができるが、着脱可能な要素としても設計され得る。後者の場合、粉末堆積物が空になった際に、ユーザにより交換され得る独立した消耗品としても提供され得る。着脱可能な要素は、構築材料が満載の状態で持って来られることができ、且つ挿入される際に積層造形装置10と係合することができる一体化された構築プラットフォーム20と共に材料供給部を構成し、そのためピストン26の運動はプリンタにより制御される。
The integrated construction and
好適な実施形態の説明および図面は、単に本発明およびそれが引き起こす多くの利点を例示することに役立つが、何らかの制限を意味するとは理解されるべきではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲から決定されるべきである。 Descriptions and drawings of preferred embodiments serve merely to illustrate the invention and the many benefits it causes, but should not be understood to imply any limitation. The scope of the present invention should be determined from the appended claims.
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。
1.積層造形装置(10)用の一体型の構築および材料供給システム(12)であって、
積層造形を用いて形成されるべき物体(50)を収容するように適合された構築区画(24)と、
前記物体を形成するための構築材料を貯蔵するように適合された貯蔵区画(22)とを含み、
前記構築区画(24)の体積、及び前記貯蔵区画(22)の体積が、サイズにおいて可変であり、
前記システム(12)が、前記貯蔵区画(22)に以前に割り当てられていた体積の少なくとも一部を前記構築区画(24)へ再割り当てする、又は逆もまた同じであるように適合されている、一体型の構築および材料供給システム(12)。
2.前記システム(12)が、前記貯蔵区画(22)を前記構築区画(24)から分離する可動分離要素(20)を含む、上記1に記載のシステム(12)。
3.前記分離要素(20)を移動するように適合された駆動ユニット(28)を更に含む、上記2に記載のシステム(12)。
4.前記分離要素が、形成されるべき前記物体(50)を支持するための構築プラットフォーム(20)を構成する、上記2又は3に記載のシステム(12)。
5.前記構築区画(24)が、前記貯蔵区画(22)の上に位置する、上記1〜4の何れか1つに記載のシステム(12)。
6.前記構築区画(24)の前記体積が増大する速度が、前記貯蔵区画(22)の前記体積が減少する速度と一致する、またその逆も同じである、上記1〜5の何れかに1つ記載のシステム(12)。
7.前記貯蔵区画(22)の最大体積が、前記構築区画(24)の最大体積の1.0倍より小さくなく、及び/又は前記構築区画(24)の最大体積の1.6倍より大きくない、上記1〜6の何れか1つに記載のシステム(12)。
8.前記構築材料を前記貯蔵区画(22)から前記構築区画(24)の方へ移送するように適合された移送ユニット(30)を更に含む、上記1〜7の何れか1つに記載のシステム(12)。
9.前記移送ユニット(30)が、ネジ駆動装置(30a、30b)及び/又はコンベヤーベルト及び/又はポンプを含む、上記8に記載のシステム(12)。
10.上記3に記載された駆動ユニット(28)を更に含み、前記駆動ユニット(28)が前記移送ユニット(30)に関連して動作するように結合されている、上記8又は9に記載のシステム(12)。
11.前記システム(12)が、前記積層造形装置、特に3D印刷装置(10)に着脱可能に取り付けられるように適合されている、上記1〜10の何れか1つに記載のシステム(12)。
12.上記1〜11の何れか1つに記載のシステム(12)を含む積層造形装置、特に3D印刷装置(10)。
13.積層造形のために構築材料を供給する方法であって、
前記構築材料を貯蔵するための貯蔵区画(22)から、積層造形を用いて前記構築材料から物体(50)を形成するための構築区画(24)の方へ前記構築材料を移送し、
前記貯蔵区画(22)から前記構築区画(24)への前記構築材料の前記移送に従って、前記貯蔵区画(22)に以前に割り当てられた体積の少なくとも一部を前記構築区画(24)へ再割り当てすることを含む、方法。
14.前記貯蔵区画(22)を前記構築区画(24)から分離する分離要素(20)を移動させ、それにより前記貯蔵区画(22)に以前に割り当てられた体積の前記一部を前記構築区画(24)へ再割り当てするステップを更に含む、上記13に記載の方法。
15.コンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータ可読命令は、請求項1〜11の何れかに記載されたシステム(12)、又は請求項12に記載された積層造形装置(10)に結合されたコンピュータにより読み出された際に、前記システム(12)又は前記積層造形装置(10)においてそれぞれ、請求項13又は14に記載された方法を実施する、コンピュータプログラム製品。
In the following, an exemplary embodiment consisting of a combination of various constituents of the present invention will be shown.
1. 1. An integrated construction and material supply system (12) for the laminated molding equipment (10).
A construction compartment (24) adapted to accommodate an object (50) to be formed using laminated molding, and
Includes a storage compartment (22) adapted to store construction materials for forming said objects.
The volume of the construction compartment (24) and the volume of the storage compartment (22) are variable in size.
The system (12) is adapted to reallocate at least a portion of the volume previously allocated to the storage compartment (22) to the construction compartment (24) and vice versa. , Integrated construction and material supply system (12).
2. The system (12) according to 1 above, wherein the system (12) includes a movable separation element (20) that separates the storage compartment (22) from the construction compartment (24).
3. 3. 2. The system (12) according to 2 above, further comprising a drive unit (28) adapted to move the separating element (20).
4. The system (12) according to 2 or 3 above, wherein the separating elements constitute a construction platform (20) for supporting the object (50) to be formed.
5. The system (12) according to any one of 1 to 4 above, wherein the construction compartment (24) is located above the storage compartment (22).
6. One of 1 to 5 above, wherein the rate of increase of the volume of the construction compartment (24) coincides with the rate of decrease of the volume of the storage compartment (22) and vice versa. The described system (12).
7. The maximum volume of the storage compartment (22) is not less than 1.0 times the maximum volume of the construction compartment (24) and / or is not greater than 1.6 times the maximum volume of the construction compartment (24). The system (12) according to any one of 1 to 6 above.
8. The system according to any one of 1 to 7 above, further comprising a transfer unit (30) adapted to transfer the construction material from the storage compartment (22) to the construction compartment (24). 12).
9. 8. The system (12) according to 8 above, wherein the transfer unit (30) comprises a screw drive (30a, 30b) and / or a conveyor belt and / or a pump.
10. 8. The system according to 8 or 9 above, further comprising the drive unit (28) described in 3 above, wherein the drive unit (28) is coupled to operate in connection with the transfer unit (30). 12).
11. The system (12) according to any one of 1 to 10 above, wherein the system (12) is adapted to be detachably attached to the laminated modeling apparatus, particularly a 3D printing apparatus (10).
12. A laminated modeling apparatus including the system (12) according to any one of 1 to 11 above, particularly a 3D printing apparatus (10).
13. A method of supplying construction materials for laminated modeling,
The construction material is transferred from the storage compartment (22) for storing the construction material to the construction compartment (24) for forming an object (50) from the construction material using laminated modeling.
According to the transfer of the construction material from the storage compartment (22) to the construction compartment (24), at least a part of the volume previously allocated to the storage compartment (22) is reassigned to the construction compartment (24). Methods, including doing.
14. A separating element (20) that separates the storage compartment (22) from the construction compartment (24) is moved, whereby the portion of the volume previously allocated to the storage compartment (22) is transferred to the construction compartment (24). The method according to 13 above, further comprising the step of reassigning to).
15. A computer program product including a computer-readable instruction, wherein the computer-readable instruction is applied to the system (12) according to any one of claims 1 to 11 or the laminated molding apparatus (10) according to
10 積層造形装置
12 一体型の構築および材料供給システム/構築バケット
14 一体型の構築および材料供給システム12の側壁
16 一体型の構築および材料供給システム12の底壁
18 共通区画
20 構築プラットフォーム
22 貯蔵区画
24 構築区画
26 構築プラットフォーム20のピストン
28 駆動ユニット
30 移送ユニット
30a、30b 移送ユニット30のネジ駆動装置
32 ローラユニット
34 加熱ユニット
36 レーザ
38 光学レンズ
40 x−y走査ミラー
42 レーザビーム
44 中央制御装置
46 移送ユニット30の駆動機構
48 駆動ユニット28の駆動機構
50 形成されるべき物体
10
Claims (15)
側壁および底壁により画定された共通区画と、
前記共通区画内に配置された可動分離要素であって、前記可動分離要素は、前記共通区画を前記可動分離要素の上の構築区画と前記可動分離要素の下の貯蔵区画へ分割し、前記構築区画は、積層造形を用いて形成されるべき物体を収容するように適合され、前記貯蔵区画は、前記物体を形成するための粉末構築材料を貯蔵するように適合されている、可動分離要素と、
前記共通区画の前記側壁に設けられ、前記粉末構築材料を前記貯蔵区画の底部から前記共通区画の側壁を介して、前記粉末構築材料が前記側壁の頂部に到達するまで前記構築区画の方へ移送するように適合された移送ユニットとを含み、
前記構築区画の体積、及び前記貯蔵区画の体積が、サイズにおいて可変であり、
前記システムが、前記貯蔵区画に以前に割り当てられていた体積の少なくとも一部を前記構築区画へ再割り当てする、又は逆もまた同じであるように適合されている、一体型の構築および材料供給システム。 An integrated construction and material supply system for laminated molding equipment.
A common compartment defined by the side walls and bottom wall,
A movable separation element arranged in the common compartment, the movable separation element divides the common compartment into a construction compartment above the movable separation element and a storage compartment below the movable separation element, and the construction The compartment is adapted to contain an object to be formed using laminated molding, and the storage compartment is adapted to store the powder building material for forming the object, with a movable separating element. ,
Provided on the side wall of the common compartment, the powder building material is transferred from the bottom of the storage compartment through the side wall of the common compartment towards the building compartment until the powder building material reaches the top of the side wall. Including transfer units adapted to
The volume of the construction compartment and the volume of the storage compartment are variable in size.
An integrated construction and material supply system in which the system is adapted to reallocate at least a portion of the volume previously allocated to the storage compartment to the construction compartment and vice versa. ..
共通ハウジングの側壁に設けられた移送ユニットにより、前記共通ハウジングに収容された貯蔵区画の底部から、前記共通ハウジングに収容され且つ前記共通ハウジングに配置された可動分離要素により前記貯蔵区画から上下方向に分離された構築区画の方へ粉末構築材料が前記側壁の頂部に達するまで前記側壁を介して粉末構築材料を移送し、前記貯蔵区画が前記粉末構築材料を貯蔵するためのものであり、前記構築区画が積層造形を用いて前記粉末構築材料から物体を形成するためのものであり、
前記貯蔵区画から前記構築区画への前記粉末構築材料の前記移送に従って、前記貯蔵区画に以前に割り当てられた体積の少なくとも一部を前記構築区画へ再割り当てすることを含む、方法。 A method of supplying construction materials for laminated modeling,
By the transfer unit provided in the side wall of the common housing, the vertical direction from the from the bottom of the contained storage compartment in a common housing, wherein the storage compartment by said housed in a common housing and the common housing arranged movable separation elements intended for powdered build material towards the separate building partition to transfer the powder build material through a front SL side wall until it reaches the top of the front SL side wall, said storage compartment storing the powdered build material to The construction section is for forming an object from the powder construction material using laminated molding.
A method comprising reallocating at least a portion of a volume previously allocated to the storage compartment to the construction compartment in accordance with the transfer of the powder construction material from the storage compartment to the construction compartment.
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