JP6926655B2 - 三次元造形装置および三次元物体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1の形態は、三次元物体を製造する三次元造形装置であって、熱可塑性の材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部と、前記溶融材料を吐出するためのノズルを有する吐出部と前記ノズルから吐出された前記溶融材料に向けて、前記溶融材料の温度を低下させるために前記ノズルの周囲から送風を行う第1送風部と、前記ノズルから吐出された前記溶融材料が積層される造形台と、前記吐出部と前記造形台との相対的な位置関係を変更する移動機構を制御する制御部と、を備え、前記第1送風部は、前記ノズルから吐出された材料に向けて送風を行う第1吹出口を前記ノズルの周囲に間隔を空けて複数備え、前記第1吹出口ごとに送風量を調整可能であり、前記制御部は、前記吐出部の前記造形台に対する移動方向に応じて、前記第1吹出口ごとの送風量を制御する、三次元造形装置である。本発明は以下の形態としても実現できる。
図1は、本発明の第1実施形態における三次元造形装置10の概略構成を示す説明図である。三次元造形装置10は、吐出ユニット100と、造形台200と、制御部300とを備える。図1には、互いに垂直な3つの方向X,Y,Zが示されている。X方向とY方向は水平方向であり、+Z方向は鉛直上向きの方向である。他の図においても必要に応じてこれらの方向を図示している。以下では、+Z方向側を「上側」、−Z方向側を「下側」と呼ぶ場合がある。
(1)熱可塑性の材料を可塑化して溶融材料に転化させ、
(2)溶融材料を、吐出部60に設けられたノズル61から吐出させ、
(3)ノズル61から吐出された溶融材料に向けてノズル61の周囲から送風を行い、
(4)吐出部60と造形台200との相対的な位置関係を変更しながら、造形台200にノズル61から吐出された溶融材料を積層する、
という製造方法である。
第1実施形態では、送風ユニット70によって、ノズル61の周囲全体から一律に送風が行われている。これに対して、第2実施形態では、送風ユニットによる送風方向が制御部300によって制御される。
図12は、本発明の第3実施形態における三次元造形装置10bの概略構成を示す説明図である。第3実施形態と他の実施形態とでは、送風ユニットの構成が異なる。
<変形例1>
上記実施形態では、三次元物体を構成する材料(構成材料)に対して送風を行っているが、構成材料を支持するためのサポート材に対して送風を行ってもよい。つまり、本発明は、三次元物体を製造するために用いる材料であれば、構成材料に限らず、サポート材の積層時にも適用可能である。
上記実施形態では、フラットスクリュー40を用いて材料を可塑化しているが、材料を可塑化して吐出可能であれば、吐出ユニット100の構成は、フラットスクリュー40を用いたものに限られない。例えば、材料を予熱器で溶融し、溶融した材料を長尺スクリューの回転を用いて押出ノズルから押し出す構成であってもよい。
上記実施形態では、三次元造形装置10は、吐出ユニット100と造形台200と制御部300とによって構成されている。これに対して、吐出ユニット100のみを狭義の三次元造形装置として捉えることも可能である。
上記実施形態の三次元造形装置10は、吐出ユニット100を1つ備えている。これに対して、三次元造形装置10は、吐出ユニット100を複数備えてもよい。例えば、吐出ユニット100を2つ備えた構成では、一方の吐出ユニット100から、三次元物体OBを支持するためのサポート材を吐出させ、他方の吐出ユニット100から、三次元物体OBの構成材料を吐出させてもよい。また、各吐出ユニット100から異なる色、あるいは、異なる材質の溶融材料を吐出させてもよい。
上記実施形態では、ホッパー20が吐出ユニット100に備えられているが、ホッパー20は、吐出ユニット100の外部に設けられてもよい。また、上記実施形態では、ホッパー20から材料が供給されるものとしたが、フラットスクリュー40に対して材料が供給可能であれば、材料供給手段はホッパー20でなくても構わない。
上記実施形態において、第1送風部71からの送風量は、ノズル61の径に応じて変更してもよい。つまり、ノズル61から吐出される溶融材料の線径に応じて送風量を調整してもよい。例えば、線径が大きいほど、送風量を大きくすることにより、効率的に溶融材料の温度を低下させることができる。また、ノズル61の径(溶融材料の線径)に応じて、送出する空気の温度を調整してもよい。例えば、線径が大きいほど、送出する空気の温度を低くすれば、効率的に溶融材料の温度を低下させることが可能である。また、送風ユニット70から送出するガスは、空気に限らず、例えば、窒素などの不活性ガスであってもよい。ガスの種類は、溶融材料の種類に応じて適宜変更可能である。
上記実施形態において、送風ユニット70からの送風量は、吐出部60の移動速度に応じて変更してもよい。例えば、制御部300は、吐出部60の移動速度が速いほど第1送風部71からの送風量を小さくし、吐出部60の移動速度が遅いほど第1送風部71からの送風量を大きくしてもよい。こうすることで、例えば、三次元物体の角部等を造形するために吐出部60の移動速度が遅くなった場合に送風量を大きくすることができる。この結果、角部を造形する際に、迅速に溶融材料の温度を低下させることができるので、角部の造形精度を高めることができる。
上記実施形態において、制御部300は、造形台200に直接的に接触する溶融材料を吐出する際には、送風ユニット70からの送風を停止させてもよい。このようにすることで、溶融材料が造形台200から剥離することを抑制することができる。
Claims (8)
- 三次元物体を製造する三次元造形装置であって、
熱可塑性の材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部と、
前記溶融材料を吐出するためのノズルを有する吐出部と
前記ノズルから吐出された前記溶融材料に向けて、前記溶融材料の温度を低下させるために前記ノズルの周囲から送風を行う第1送風部と、
前記ノズルから吐出された前記溶融材料が積層される造形台と、
前記吐出部と前記造形台との相対的な位置関係を変更する移動機構を制御する制御部と、
を備え、
前記第1送風部は、前記ノズルから吐出された材料に向けて送風を行う第1吹出口を前記ノズルの周囲に間隔を空けて複数備え、前記第1吹出口ごとに送風量を調整可能であり、
前記制御部は、前記吐出部の前記造形台に対する移動方向に応じて、前記第1吹出口ごとの送風量を制御する、三次元造形装置。 - 請求項1に記載の三次元造形装置であって、更に、
前記第1送風部の周囲から前記造形台側に向かう方向に送風を行う第2送風部を備える、三次元造形装置。 - 請求項2に記載の三次元造形装置であって、
前記第2送風部は、前記造形台側に向けて送風を行う第2吹出口を前記第1送風部の周囲に複数備え、前記第2吹出口ごとに送風量を調整可能であり、
前記制御部は、前記吐出部の前記造形台に対する移動方向に応じて、前記第2吹出口ごとの送風量を制御する、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記可塑化部は、スクリューと加熱部とを含み、
前記スクリューは、前記加熱部に対向する面に、複数のスクロール溝の形成されたスクロール溝形成面を備え、
前記加熱部は、前記スクロール溝形成面に対向するスクリュー対向面を備え、
前記スクリュー対向面には、前記溶融材料を前記吐出部に供給する連通孔が形成されている、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記ノズルから吐出される前記溶融材料の線径に応じて、前記第1送風部からの送風温度を変更する、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記吐出部の移動速度に応じて前記第1送風部からの送風量を変更する、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記造形台に前記溶融材料が直接的に接触する場合、前記第1送風部による送風を停止させる、三次元造形装置。 - 三次元物体の製造方法であって、
熱可塑性の材料を可塑化して溶融材料に転化させ、
前記溶融材料を、吐出部に設けられたノズルから吐出させ、
前記ノズルから吐出された前記溶融材料に向けて、前記溶融材料の温度を低下させるために前記ノズルの周囲に備えられた第1送風部から送風を行い、
前記吐出部と造形台との相対的な位置関係を変更しながら、前記造形台に前記ノズルから吐出された前記溶融材料を積層し、
前記第1送風部は、前記ノズルから吐出された材料に向けて送風を行う第1吹出口を前記ノズルの周囲に間隔を空けて複数備え、前記第1吹出口ごとに送風量を調整可能であり、前記吐出部の前記造形台に対する移動方向に応じて、前記第1吹出口ごとの送風量を調整する、製造方法。
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