JP6931205B2 - Manufacturing method of 3D model - Google Patents

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Description

本発明は、三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional model and an apparatus for manufacturing a three-dimensional model.

従来から、三次元造形物を製造する様々な方法が実施されている。このうち、流動性組成物を使用して三次元造形物を形成する方法が開示されている。
例えば、特許文献1には、流動性組成物としての金属ペーストを用いて層を形成し、三次元造形物の対応領域にレーザーを照射して焼結又は溶融しながら三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。
Conventionally, various methods for manufacturing a three-dimensional model have been implemented. Among these, a method of forming a three-dimensional model using a fluid composition is disclosed.
For example, in Patent Document 1, a layer is formed using a metal paste as a fluid composition, and a three-dimensional model is manufactured while sintering or melting by irradiating a corresponding region of the three-dimensional model with a laser. The manufacturing method is disclosed.

特開2008−184622号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-184622

しかしながら、三次元造形物の対応領域を焼結又は溶融しながら三次元造形物を製造する場合、焼結又は溶融する際の熱により、該三次元造形物の対応領域以外の部分も焼結又は溶融してしまい、三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きい場合があった。すなわち、三次元造形物を製造する従来の製造方法では、製造される三次元造形物の後処理工程を減らすことが十分にできていなかった。 However, when a three-dimensional molded product is manufactured while sintering or melting the corresponding region of the three-dimensional molded product, the heat generated during the sintering or melting causes the portion other than the corresponding region of the three-dimensional molded product to be sintered or melted. It melts, and there are cases where the load of separation work when removing the three-dimensional model and molding work after removal is heavy. That is, the conventional manufacturing method for manufacturing a three-dimensional model has not been able to sufficiently reduce the post-treatment steps of the three-dimensional model to be manufactured.

そこで、本発明の目的は、三次元造形物を形成した後の後処理工程を減らすことである。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the number of post-treatment steps after forming a three-dimensional model.

上記課題を解決するための本発明の第1の態様の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の構成材料粒子を含む流動性組成物と、前記三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成粒子を含む流動性組成物と、を用いて層を形成する層形成工程と、前記構成材料粒子及び前記支持部形成粒子にエネルギーを付与するエネルギー付与工程と、を有し、前記エネルギー付与工程は、前記構成材料粒子及び前記支持部形成粒子の温度が前記構成材料粒子の焼結温度以上且つ前記支持部形成粒子の焼結温度未満の温度となるように、エネルギーを付与することを特徴とする。 The method for producing a three-dimensional model according to the first aspect of the present invention for solving the above problems is a method for forming a fluid composition containing particles of constituent materials of the three-dimensional model and the three-dimensional model. A layer forming step of forming a layer using a fluid composition containing support part forming particles for forming a support part for supporting the three-dimensional model, and energy is applied to the constituent material particles and the support part forming particles. The energy applying step includes an energy applying step in which the temperatures of the constituent material particles and the support portion forming particles are equal to or higher than the sintering temperature of the constituent material particles and lower than the sintering temperature of the supporting portion forming particles. It is characterized in that energy is applied so as to reach the temperature of.

本態様によれば、構成材料粒子及び支持部形成粒子の温度が構成材料粒子の焼結温度以上且つ支持部形成粒子の焼結温度未満の温度となるようにエネルギーを付与する。このため、三次元造形物の構成材料を焼結させつつ支持部の焼結を抑制することができる。このため、三次元造形物の対応領域以外の部分も焼結させてしまうことで三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。したがって、三次元造形物を形成した後の後処理工程を減らすことができる。 According to this aspect, energy is applied so that the temperatures of the constituent material particles and the support portion forming particles are equal to or higher than the sintering temperature of the constituent material particles and lower than the sintering temperature of the supporting portion forming particles. Therefore, it is possible to suppress the sintering of the support portion while sintering the constituent material of the three-dimensional modeled object. Therefore, by sintering the portion other than the corresponding region of the three-dimensional modeled object, it is possible to suppress an increase in the load such as the separation work when removing the three-dimensional modeled object and the molding work after the removal. Therefore, it is possible to reduce the number of post-treatment steps after forming the three-dimensional model.

本発明の第2の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1の態様において、前記層形成工程は、前記構成材料粒子を含む流動性組成物及び前記支持部形成粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出して前記層を形成することを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional model according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the layer forming step is a fluidity composition containing the constituent material particles and the fluidity including the support portion forming particles. The composition is discharged in the form of droplets to form the layer.

本態様によれば、構成材料粒子を含む流動性組成物及び支持部形成粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出して層を形成する。このため、層を形成することにより、簡単に、三次元造形物を形成できる。 According to this aspect, the fluid composition containing the constituent material particles and the fluid composition containing the support portion forming particles are discharged in the form of droplets to form a layer. Therefore, by forming the layer, a three-dimensional model can be easily formed.

本発明の第3の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1又は第2の態様において、前記層形成工程を繰り返す積層工程を有することを特徴とする。 The method for producing a three-dimensional model according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, there is a laminating step in which the layer forming step is repeated.

本態様によれば、層形成工程を繰り返す積層工程を有する。このため、層形成工程を繰り返すことにより、簡単に、三次元造形物を形成できる。 According to this aspect, it has a laminating step of repeating a layer forming step. Therefore, by repeating the layer forming step, a three-dimensional model can be easily formed.

本発明の第4の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第3の態様において、前記エネルギー付与工程は、前記積層工程の終了後に実行されることを特徴とする。 The method for producing a three-dimensional model according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the third aspect, the energy applying step is executed after the completion of the laminating step.

本態様によれば、エネルギー付与工程は積層工程の終了後に実行される。すなわち、三次元造形物の形状を形成してから一度の工程で三次元造形物を焼結できる。 According to this aspect, the energy applying step is executed after the completion of the laminating step. That is, the three-dimensional model can be sintered in one step after the shape of the three-dimensional model is formed.

本発明の第5の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第4のいずれか1つの態様において、前記エネルギー付与工程後に前記三次元造形物をクリーニングするクリーニング工程を有することを特徴とする。 The method for producing a three-dimensional model according to a fifth aspect of the present invention includes, in any one of the first to fourth aspects, a cleaning step of cleaning the three-dimensional model after the energy application step. It is a feature.

本態様によれば、エネルギー付与工程後に前記三次元造形物をクリーニングするクリーニング工程を有する。このため、きれいな三次元造形物を得ることが可能になる。
なお、「クリーニングする」とは、焼結された三次元造形物の周りに付着した支持部形成粒子などの不純物を取り除くことを意味する。
According to this aspect, it has a cleaning step of cleaning the three-dimensional modeled object after the energy applying step. Therefore, it is possible to obtain a beautiful three-dimensional model.
In addition, "cleaning" means removing impurities such as support forming particles adhering around the sintered three-dimensional model.

本発明の第6の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第5のいずれか1つの態様において、前記エネルギー付与工程に先駆けて、前記エネルギー付与工程におけるエネルギーよりも弱いエネルギーを付与するプレエネルギー付与工程と、前記支持部形成粒子を除去する除去工程と、を実行することを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional model according to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, energy weaker than the energy in the energy application step is applied prior to the energy application step. It is characterized in that the pre-energy applying step of applying the energy and the removing step of removing the support portion forming particles are performed.

本態様によれば、エネルギー付与工程に先駆けて、エネルギー付与工程におけるエネルギーよりも弱いエネルギーを付与するプレエネルギー付与工程と、支持部形成粒子を除去する除去工程と、を実行する。このため、エネルギー付与工程前に三次元造形物の形状の確認ができるとともに、エネルギー付与工程前に三次元造形物の形状が変形することを抑制できる。
なお、「プレエネルギー付与工程」とは、例えば、エネルギーを付与工程よりも低い加熱温度で三次元造形物を加熱することなどを意味し、エネルギー付与工程よりも弱い力で構成材料粒子を焼結(仮焼結)させることなどを意味する。
According to this aspect, prior to the energy applying step, a pre-energy applying step of applying energy weaker than the energy in the energy applying step and a removing step of removing the support portion forming particles are executed. Therefore, the shape of the three-dimensional modeled object can be confirmed before the energy application process, and the shape of the three-dimensional modeled object can be suppressed from being deformed before the energy application process.
The "pre-energy applying step" means, for example, heating the three-dimensional modeled object at a heating temperature lower than that of the energy applying step, and sinterings the constituent material particles with a force weaker than that of the energy applying step. It means to (temporarily sinter).

本発明の第7の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第6の態様において、前記エネルギー付与工程は、該エネルギー付与工程におけるエネルギー付与で焼結しない粒子で前記三次元造形物を支持させた状態にして、エネルギーを付与することを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional model according to the seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, the energy application step supports the three-dimensional model with particles that are not sintered by the energy application in the energy application step. It is characterized in that energy is given to the state in which it is made to run.

本態様によれば、エネルギー付与工程は、該エネルギー付与工程におけるエネルギー付与で焼結しない粒子で三次元造形物を支持させた状態にして、エネルギーを付与する。このため、エネルギー付与工程前に三次元造形物の形状が変形することを抑制しつつ、エネルギー付与工程で三次元造形物の形状が変形することを抑制できる。
なお、「エネルギー付与工程におけるエネルギー付与で焼結しない粒子」は、支持部形成粒子と同じ粒子であってもよいが、異なる粒子であってもよく、支持部形成粒子と異なる粒子であった場合、支持部形成粒子よりも焼結温度が高い方が好ましい。
According to this aspect, in the energy application step, energy is applied in a state in which the three-dimensional model is supported by particles that are not sintered by the energy application in the energy application step. Therefore, it is possible to suppress the deformation of the shape of the three-dimensional modeled object before the energy application step, and to suppress the deformation of the shape of the three-dimensional modeled object during the energy application process.
The "particles that are not sintered by the energy application in the energy application step" may be the same particles as the support portion forming particles, but may be different particles, and may be different particles from the support portion forming particles. , It is preferable that the sintering temperature is higher than that of the support portion forming particles.

本発明の第8の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第7のいずれか1つの態様において、前記エネルギー付与工程は、前記構成材料粒子及び前記支持部形成粒子に同一のエネルギーを付与することを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional model according to the eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the energy applying step is the same for the constituent material particles and the support forming particles. It is characterized by giving energy.

本態様によれば、構成材料粒子及び支持部形成粒子に同一のエネルギーを付与する。このため、簡単に、エネルギー付与工程を実行できる。 According to this aspect, the same energy is applied to the constituent material particles and the support forming particles. Therefore, the energy application step can be easily executed.

本発明の第9の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第7のいずれか1つの態様において、前記エネルギー付与工程は、前記構成材料粒子及び前記支持部形成粒子に異なるエネルギーを付与することを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional model according to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the energy applying step has different energies for the constituent material particles and the support forming particles. Is characterized by giving.

本態様によれば、構成材料粒子及び支持部形成粒子に異なるエネルギーを付与する。このため、効果的に、三次元造形物の対応領域以外の部分が過度に焼結してしまうことを防止することで三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。 According to this aspect, different energies are applied to the constituent material particles and the support forming particles. For this reason, by effectively preventing the portion other than the corresponding area of the three-dimensional modeled object from being excessively sintered, separation work when removing the three-dimensional modeled object, molding work after removal, and the like can be performed. It is possible to suppress an increase in load.

本発明の第10の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第9のいずれか1つの態様において、前記構成材料粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であり、前記支持部形成粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であることを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional model according to the tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the constituent material particles are aluminum, titanium, iron, copper, magnesium, stainless steel, and maraging steel. It is a particle containing at least one component of aging steel, and the support forming particle is a particle containing at least one component of silica, alumina, titanium oxide, and zircon oxide.

本態様によれば、構成材料粒子及び支持部材形成粒子へのエネルギー付与工程における焼結状態を高い焼結密度から低い焼結密度、非焼結状態等に容易にコントロールすることができ、三次元造形物の強度を確保しつつ、三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。 According to this aspect, the sintered state in the step of applying energy to the constituent material particles and the supporting member forming particles can be easily controlled from a high sintered density to a low sintered density, a non-sintered state, and the like, and is three-dimensional. While ensuring the strength of the modeled object, it is possible to suppress an increase in load such as separation work when removing the three-dimensional modeled object and molding work after removal.

本発明の第11の態様の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料粒子を含む流動性組成物を吐出する吐出部と、前記三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成粒子を含む流動性組成物を吐出する吐出部と、前記構成材料粒子を含む流動性組成物と前記支持部形成粒子を含む流動性組成物とを用いて層を形成するよう制御する制御部と、前記構成材料粒子及び前記支持部形成粒子にエネルギーを付与するエネルギー付与部と、を有し、エネルギー付与部は、前記構成材料粒子及び前記支持部形成粒子の温度が前記構成材料粒子の焼結温度以上且つ前記支持部形成粒子の焼結温度未満の温度となるように、エネルギーを付与するよう調整されていることを特徴とする。 The three-dimensional model manufacturing apparatus according to the eleventh aspect of the present invention includes a discharge unit that discharges a fluid composition containing particles of constituent materials of the three-dimensional model, and the tertiary when forming the three-dimensional model. A discharge portion that discharges a fluid composition containing support portion-forming particles that form a support portion that supports the original model, a fluid composition that includes the constituent material particles, and a fluid composition that includes the support portion-forming particles. It has a control unit that controls the formation of a layer by using It is characterized in that energy is applied so that the temperature of the support portion forming particles is equal to or higher than the sintering temperature of the constituent material particles and lower than the sintering temperature of the support portion forming particles.

本態様によれば、構成材料粒子及び支持部形成粒子の温度が構成材料粒子の焼結温度以上且つ支持部形成粒子の焼結温度未満の温度となるようにエネルギーを付与する。このため、三次元造形物の構成材料を焼結させつつ支持部の焼結を抑制することができる。このため、三次元造形物の対応領域以外の部分も焼結させてしまうことで三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。したがって、三次元造形物を形成した後の後処理工程を減らすことができる。 According to this aspect, energy is applied so that the temperatures of the constituent material particles and the support portion forming particles are equal to or higher than the sintering temperature of the constituent material particles and lower than the sintering temperature of the supporting portion forming particles. Therefore, it is possible to suppress the sintering of the support portion while sintering the constituent material of the three-dimensional modeled object. Therefore, by sintering the portion other than the corresponding region of the three-dimensional modeled object, it is possible to suppress an increase in the load such as the separation work when removing the three-dimensional modeled object and the molding work after the removal. Therefore, it is possible to reduce the number of post-treatment steps after forming the three-dimensional model.

(a)は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図、(b)は(a)に示すC部の拡大図。(A) is a schematic configuration diagram showing a configuration of a three-dimensional model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, and (b) is an enlarged view of part C shown in (a). (a)は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図、(b)は(a)に示すC’部の拡大図。(A) is a schematic configuration diagram showing the configuration of a three-dimensional model manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention, and (b) is an enlarged view of the C'part shown in (a). 本発明の一の実施形態に係るヘッドベースの図1(b)に示すD方向からの外観図。The external view of the head base according to one embodiment of the present invention from the D direction shown in FIG. 1 (b). 図3に示すE−E’部の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the EE portion shown in FIG. 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、着弾部の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。The plan view which conceptually explains the relationship between the arrangement of the head unit which concerns on one Embodiment of this invention, and the formation form of the landing part. 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、着弾部の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。The plan view which conceptually explains the relationship between the arrangement of the head unit which concerns on one Embodiment of this invention, and the formation form of the landing part. 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、着弾部の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。The plan view which conceptually explains the relationship between the arrangement of the head unit which concerns on one Embodiment of this invention, and the formation form of the landing part. ヘッドベースに配置されるヘッドユニットの、その他の配置の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of other arrangement of the head unit arranged in a head base. 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。The schematic diagram which shows the manufacturing process of the 3D model | object which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。The flowchart of the manufacturing method of the 3D model which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。The schematic diagram which shows the manufacturing process of the 3D model | object which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。The flowchart of the manufacturing method of the 3D model which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造過程を表す概略図。The schematic diagram which shows the manufacturing process of the 3D model | object which concerns on one Example of this invention.

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図1及び図2は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、2種類の材料供給部(ヘッドベース)を備えているが、図1及び図2は、各々、一方の材料供給部のみを表した図であり、他方の材料供給部は省略して表している。また、図1の材料供給部は、三次元造形物の構成材料粒子を含む流動性組成物(構成材料)を供給する材料供給部である。そして、図2の材料供給部は、三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成粒子を含む流動性組成物(支持部形成用材料)を供給する材料供給部である。なお、本実施例の構成材料粒子を含む流動性組成物及び支持部形成粒子を含む流動性組成物は、何れも溶媒とバインダーとを含むものであるが、これらを含まないものを使用してもよい。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚みを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 are schematic configuration diagrams showing a configuration of a three-dimensional model manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Here, the three-dimensional model manufacturing apparatus of the present embodiment includes two types of material supply units (head bases), but FIGS. 1 and 2 each represent only one material supply unit. It is a figure, and the other material supply part is omitted. Further, the material supply unit of FIG. 1 is a material supply unit that supplies a fluid composition (constituent material) containing constituent material particles of a three-dimensional model. Then, the material supply unit of FIG. 2 provides a fluid composition (material for forming a support portion) containing support portion forming particles that form a support portion that supports the three-dimensional model when forming the three-dimensional model. It is a material supply unit to be supplied. In addition, although the fluid composition containing the constituent material particles of this example and the fluid composition containing the support portion forming particles both contain a solvent and a binder, those which do not contain these may be used. ..
In addition, "three-dimensional modeling" in this specification indicates that a so-called three-dimensional model is formed, and for example, even if it is a flat plate shape, a so-called two-dimensional shape, a shape having a thickness is formed. It also includes doing. Further, "supporting" means supporting from the lower side, supporting from the side, and in some cases, supporting from the upper side.

図1及び図2に示す三次元造形物の製造装置2000(以下、形成装置2000という)は、基台110と、基台110に備える駆動手段としての駆動装置111によって、図示するX,Y,Z方向の移動、あるいはZ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ120を備えている。
そして、図1で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部を備えるヘッドユニット1400を複数保持するヘッドベース1100が保持固定される、ヘッドベース支持部130を備えている。
また、図2で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に支持部形成用材料を吐出する支持部形成用材料吐出部を備えるヘッドユニット1400’を複数保持するヘッドベース1100’が保持固定される、ヘッドベース支持部130’を備えている。
ここで、ヘッドベース1100及びヘッドベース1100’は、XY平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部1230及び支持部形成用材料吐出部1230’は、吐出される材料(構成材料及び支持部形成用材料)が異なること以外は同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
The three-dimensional model manufacturing apparatus 2000 (hereinafter referred to as the forming apparatus 2000) shown in FIGS. 1 and 2 includes the base 110 and the X, Y, illustrated by the driving device 111 as the driving means provided in the base 110. The stage 120 is provided so as to be movable in the Z direction or to be driven in the rotation direction about the Z axis.
Then, as shown in FIG. 1, a head base 1100 holding a plurality of head units 1400 having one end fixed to the base 110 and having a constituent material discharging portion for discharging the constituent material to the other end. It includes a head base support 130 that is held and fixed.
Further, as shown in FIG. 2, a head unit 1400'having a support portion forming material discharge portion having one end fixed to the base 110 and discharging the support portion forming material to the other end portion is provided. It is provided with a head base support portion 130'in which a plurality of head bases 1100' are held and fixed.
Here, the head base 1100 and the head base 1100'are provided in parallel on the XY plane.
The constituent material discharge portion 1230 and the support portion forming material discharge portion 1230'have the same configuration except that the discharged materials (constituent material and support portion forming material) are different. However, it is not limited to such a configuration.

ステージ120上には、三次元造形物500が形成される過程での層501、502及び503が形成される。また、ステージ120に対向する領域には、後述する制御ユニット400に接続された加熱部コントローラー1710によって熱エネルギーの照射のオン・オフが制御され、ステージ120全体の領域を加熱可能な加熱部1700が設けられている。
三次元造形物500の形成には、加熱部1700による熱エネルギーの照射(エネルギー付与)がなされるため、ステージ120の熱からの保護のため、耐熱性を有する試料プレート121を用いて、試料プレート121の上に三次元造形物500を形成してもよい。試料プレート121としては、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に焼結される三次元造形物の構成材料との反応性も低く、三次元造形物500の変質を防止することができる。なお、図1(a)及び図2(a)では、説明の便宜上、層501、502及び503の3層を例示したが、所望の三次元造形物500の形状まで(図1(a)及び図2(a)中の層50nまで)積層される。
ここで、層501、502、503、・・・50nは、各々、支持部形成用材料吐出部1230’から吐出される支持部形成用材料で形成される支持層300と、構成材料吐出部1230から吐出される構成材料で形成される構成層310(三次元造形物500の構成領域に対応する層)と、で構成される。また、構成材料吐出部1230から吐出された構成材料と、支持部形成用材料吐出部1230’から吐出された支持部形成用材料とで、1層分の層を形成した後に、該層全体に加熱部1700から熱エネルギーを照射して、層毎に焼結させることができる。さらには、構成層310と支持層300とを複数層形成することで三次元造形物の形状を完成させて、これを形成装置2000とは別体で設けられた恒温槽(加熱部)において焼結させることも可能である。
Layers 501, 502, and 503 are formed on the stage 120 in the process of forming the three-dimensional model 500. Further, in the region facing the stage 120, the heating unit controller 1710 connected to the control unit 400, which will be described later, controls the on / off of the irradiation of heat energy, and the heating unit 1700 capable of heating the entire region of the stage 120 is provided. It is provided.
Since the heating unit 1700 irradiates (energizes) heat energy to form the three-dimensional model 500, a heat-resistant sample plate 121 is used to protect the stage 120 from heat. A three-dimensional model 500 may be formed on the 121. By using, for example, a ceramic plate as the sample plate 121, high heat resistance can be obtained, and the reactivity with the constituent materials of the three-dimensional model to be sintered is low, so that the three-dimensional model 500 can be altered. Can be prevented. In addition, in FIG. 1A and FIG. 2A, for convenience of explanation, three layers 501, 502 and 503 are illustrated, but up to the desired shape of the three-dimensional model 500 (FIGS. 1A and 1A and FIG. (Up to the layer 50n in FIG. 2A) is laminated.
Here, the layers 501, 502, 503, ... 50n are the support layer 300 formed of the support forming material discharged from the support forming material discharge portion 1230'and the constituent material discharging portion 1230, respectively. It is composed of a constituent layer 310 (a layer corresponding to a constituent region of the three-dimensional modeled object 500) formed of the constituent materials discharged from the vehicle. Further, after forming one layer of the constituent material discharged from the constituent material discharging portion 1230 and the supporting portion forming material discharged from the supporting portion forming material discharging portion 1230', the entire layer is covered. Thermal energy can be applied from the heating unit 1700 to sinter each layer. Furthermore, the shape of the three-dimensional model is completed by forming a plurality of layers of the constituent layer 310 and the support layer 300, and this is fired in a constant temperature bath (heating part) provided separately from the forming device 2000. It is also possible to connect.

また、図1(b)は、図1(a)に示すヘッドベース1100を示すC部拡大概念図である。図1(b)に示すように、ヘッドベース1100は、複数のヘッドユニット1400が保持されている。詳細は後述するが、1つのヘッドユニット1400は、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230が保持治具1400aに保持されることで構成される。構成材料吐出部1230は、吐出ノズル1230aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1230aから構成材料を吐出させる吐出駆動部1230bと、を備えている。 Further, FIG. 1B is an enlarged conceptual diagram of part C showing the head base 1100 shown in FIG. 1A. As shown in FIG. 1B, the head base 1100 holds a plurality of head units 1400. Although the details will be described later, one head unit 1400 is configured by holding the component material discharge unit 1230 provided in the component material supply device 1200 by the holding jig 1400a. The component material discharge unit 1230 includes a discharge nozzle 1230a and a discharge drive unit 1230b that discharges the component material from the discharge nozzle 1230a by the material supply controller 1500.

また、図2(b)は、図2(a)に示すヘッドベース1100’を示すC’部拡大概念図である。図2(b)に示すように、ヘッドベース1100’は、複数のヘッドユニット1400’が保持されている。ヘッドユニット1400’は、支持部形成用材料供給装置1200’に備える支持部形成用材料吐出部1230’が保持治具1400a’に保持されることで構成される。支持部形成用材料吐出部1230’は、吐出ノズル1230a’と、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1230a’から支持部形成用材料を吐出させる吐出駆動部1230b’と、を備えている。 Further, FIG. 2B is an enlarged conceptual diagram of a C'part showing the head base 1100'shown in FIG. 2A. As shown in FIG. 2B, the head base 1100'holds a plurality of head units 1400'. The head unit 1400'is configured by holding the support portion forming material discharge portion 1230' provided in the support portion forming material supply device 1200' by the holding jig 1400a'. The support portion forming material discharge unit 1230' includes a discharge nozzle 1230a'and a discharge drive unit 1230b' that discharges the support portion forming material from the discharge nozzle 1230a'by the material supply controller 1500.

加熱部1700は、本実施形態では熱エネルギーとして電磁波を照射するエネルギー照射部により説明する。照射される熱エネルギーに電磁波を用いることにより、ターゲットとなる供給材料に効率よくエネルギーを照射することができ、品質の良い三次元造形物を形成することができる。また、例えば吐出される材料の種類に合わせて、照射エネルギー量(パワー、走査速度)を制御することが容易に行うことができ、所望の品質の三次元造形物を得ることができる。ただし、このような構成に限定されず、他の方法で加熱する構成としてもよい。また、電磁波により焼結されることに限るものではないことは言うまでもない。 In the present embodiment, the heating unit 1700 will be described by an energy irradiation unit that irradiates electromagnetic waves as heat energy. By using electromagnetic waves for the heat energy to be irradiated, it is possible to efficiently irradiate the target supply material with energy, and it is possible to form a high-quality three-dimensional model. Further, for example, the amount of irradiation energy (power, scanning speed) can be easily controlled according to the type of material to be discharged, and a three-dimensional model of desired quality can be obtained. However, the configuration is not limited to such a configuration, and a configuration in which heating may be performed by another method may be used. Needless to say, it is not limited to being sintered by electromagnetic waves.

図1で表されるように、構成材料吐出部1230は、ヘッドベース1100に保持されるヘッドユニット1400それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット1210と供給チューブ1220により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット1210から構成材料吐出部1230に供給される。構成材料供給ユニット1210には、本実施形態に係る形成装置2000によって造形される三次元造形物500の原料を含む材料(金属粒子(構成材料粒子)を含むペースト状の構成材料)が供給材料として構成材料収容部1210aに収容され、個々の構成材料収容部1210aは、供給チューブ1220によって、個々の構成材料吐出部1230に接続されている。このように、個々の構成材料収容部1210aを備えることにより、ヘッドベース1100から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。 As shown in FIG. 1, the constituent material discharge unit 1230 is connected to the constituent material supply unit 1210 and the supply tube 1220, which accommodate the constituent materials corresponding to the head units 1400 held by the head base 1100. .. Then, a predetermined constituent material is supplied from the constituent material supply unit 1210 to the constituent material discharge unit 1230. In the constituent material supply unit 1210, a material (a paste-like constituent material containing metal particles (constituent material particles)) containing a raw material of the three-dimensional model 500 formed by the forming apparatus 2000 according to the present embodiment is used as a supply material. It is housed in the component material accommodating part 1210a, and each component material accommodating part 1210a is connected to each component material discharge part 1230 by a supply tube 1220. As described above, by providing the individual constituent material accommodating portions 1210a, a plurality of different types of materials can be supplied from the head base 1100.

図2で表されるように、支持部形成用材料吐出部1230’は、ヘッドベース1100’に保持されるヘッドユニット1400’それぞれに対応させた支持部形成用材料を収容した支持部形成用材料供給ユニット1210’と供給チューブ1220’により接続されている。そして、所定の支持部形成用材料が支持部形成用材料供給ユニット1210’から支持部形成用材料吐出部1230’に供給される。支持部形成用材料供給ユニット1210’は、三次元造形物500を造形する際の支持部を構成する支持部形成用材料(セラミックス粒子(支持部形成粒子)を含むペースト状の支持部形成用材料)が供給材料として支持部形成用材料収容部1210a’に収容され、個々の支持部形成用材料収容部1210a’は、供給チューブ1220’によって、個々の支持部形成用材料吐出部1230’に接続されている。このように、個々の支持部形成用材料収容部1210a’を備えることにより、ヘッドベース1100’から、複数の異なる種類の支持部形成用材料を供給することができる。 As shown in FIG. 2, the support portion forming material discharge portion 1230'is a support portion forming material containing a support portion forming material corresponding to each of the head units 1400' held by the head base 1100'. It is connected to the supply unit 1210'by the supply tube 1220'. Then, a predetermined support portion forming material is supplied from the support portion forming material supply unit 1210'to the support portion forming material discharge portion 1230'. The support portion forming material supply unit 1210'is a paste-like support portion forming material containing ceramic particles (support portion forming particles) constituting the support portion forming the support portion when modeling the three-dimensional model 500. ) Is housed in the support material accommodating portion 1210a'as a supply material, and the individual support portion forming material accommodating portions 1210a' are connected to the individual support portion forming material discharge portions 1230' by the supply tube 1220'. Has been done. As described above, by providing the individual support portion forming material accommodating portions 1210a', a plurality of different types of support portion forming materials can be supplied from the head base 1100'.

構成材料としては、例えばマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)やクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の単体粉末、もしくはこれらの金属を1つ以上含む合金(マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金)などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状(あるいはペースト状)の混合材料などにして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。
このように、構成材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。
溶剤としては、例えば、水;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;テトラアルキルアンモニウムアセテート類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;ピリジン、γ−ピコリン、2,6−ルチジン等のピリジン系溶剤;テトラアルキルアンモニウムアセテート(例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等)等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)或いはその他の熱可塑性樹脂である。
As the constituent material, for example, a simple powder of magnesium (Mg), iron (Fe), cobalt (Co), chromium (Cr), aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), nickel (Ni), or A slurry containing a mixed powder of an alloy containing one or more of these metals (malaging steel, stainless steel, cobalt chrome molybdenum, titanium alloy, nickel alloy, aluminum alloy, cobalt alloy, cobalt chrome alloy), a solvent, and a binder. It can be used as a mixed material in the form (or paste).
Further, general-purpose engineering plastics such as polyamide, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, and polyethylene terephthalate can be used. In addition, engineering plastics such as polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, and polyetheretherketone can also be used.
As described above, the constituent materials are not particularly limited, and metals other than the above metals, ceramics, resins, and the like can also be used.
Examples of the solvent include water; (poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol monoethyl ether; ethyl acetate, n-propyl acetate, and acetate. Acetate esters such as iso-propyl, n-butyl acetate, iso-butyl acetate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, ethyl-n-butyl ketone, diisopropyl ketone, acetyl acetone Ketones such as; alcohols such as ethanol, propanol and butanol; tetraalkylammonium acetates; sulfoxide solvents such as dimethylsulfoxide and diethylsulfoxide; pyridine solvents such as pyridine, γ-picolin and 2,6-rutidine; tetra Examples thereof include ionic liquids such as alkylammonium acetate (for example, tetrabutylammonium acetate), and one or a combination of two or more selected from these can be used.
Examples of the binder include acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, cellulose resin or other synthetic resin, PLA (polylactic acid), PA (polylactic acid), PPS (polyphenylene sulfide) or other thermoplastic resin.

本実施形態においては、支持部形成用材料は、セラミックスを含有している。該支持部形成用材料としては、例えば金属酸化物、金属アルコキシド、金属などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとしての増粘剤と、に混練して得られるスラリー状(あるいはペースト状)の混合材料などを用いることが可能である。
ただし、支持部形成用材料に特に限定はなく、上記の構成材料の例のような、セラミックス以外の金属や樹脂等も使用可能である。
In the present embodiment, the material for forming the support portion contains ceramics. As the material for forming the support portion, for example, a slurry-like (or paste-like) mixture obtained by kneading a mixed powder of a metal oxide, a metal alkoxide, a metal or the like with a solvent and a thickener as a binder. It is possible to use a material or the like.
However, the material for forming the support portion is not particularly limited, and metals and resins other than ceramics as in the above example of the constituent materials can also be used.

形成装置2000には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物の造形用データに基づいて、上述したステージ120、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230、加熱部1700、並びに、支持部形成用材料供給装置1200’に備える支持部形成用材料吐出部1230’を制御する制御手段としての制御ユニット400を備えている。そして、制御ユニット400には、図示しないが、ステージ120及び構成材料吐出部1230、並びに、ステージ120及び支持部形成用材料供給装置1200’が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部を備えている。 The forming device 2000 includes a component material discharging unit 1230 provided in the above-mentioned stage 120 and the component material supply device 1200 based on modeling data of a three-dimensional modeled object (not shown), for example, output from a data output device such as a personal computer. , The heating unit 1700, and the control unit 400 as a control means for controlling the support unit forming material discharge unit 1230' provided in the support unit forming material supply device 1200' are provided. Although not shown, the control unit 400 includes a stage 120, a component material discharge unit 1230, and a control unit that controls the stage 120 and the support unit forming material supply device 1200'to drive and operate in cooperation with each other. ing.

基台110に移動可能に備えられているステージ120は、制御ユニット400からの制御信号に基づき、ステージコントローラー410においてステージ120の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台110に備える駆動装置111に送られ、図示するX,Y,Z方向にステージ120が移動する。ヘッドユニット1400に備える構成材料吐出部1230では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において構成材料吐出部1230に備える吐出駆動部1230bにおける吐出ノズル1230aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1230aから所定量の構成材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット1400’に備える支持部形成用材料吐出部1230’では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において支持部形成用材料吐出部1230’に備える吐出駆動部1230b’における吐出ノズル1230a’からの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1230a’から所定量の支持部形成用材料が吐出される。
The stage 120 movably provided on the base 110 is a signal that controls the movement start and stop, the movement direction, the movement amount, the movement speed, etc. of the stage 120 in the stage controller 410 based on the control signal from the control unit 400. Is generated and sent to the drive device 111 provided on the base 110, and the stage 120 moves in the X, Y, and Z directions shown in the figure. The component material discharge unit 1230 provided in the head unit 1400 controls the material discharge amount from the discharge nozzle 1230a in the discharge drive unit 1230b provided in the component material discharge unit 1230 in the material supply controller 1500 based on the control signal from the control unit 400. A predetermined amount of the constituent material is discharged from the discharge nozzle 1230a by the generated signal.
Similarly, in the support portion forming material discharge unit 1230' provided in the head unit 1400', the discharge drive unit 1230 b provided in the support portion forming material discharge unit 1230' in the material supply controller 1500 based on the control signal from the control unit 400. A signal for controlling the amount of material discharged from the discharge nozzle 1230a'in' is generated, and a predetermined amount of material for forming a support portion is discharged from the discharge nozzle 1230a' by the generated signal.

また、加熱部1700は、制御ユニット400から制御信号が加熱部コントローラー1710に送られ、加熱部コントローラー1710から、加熱部1700に電磁波を照射させる出力信号が送られる。 Further, in the heating unit 1700, a control signal is sent from the control unit 400 to the heating unit controller 1710, and an output signal for irradiating the heating unit 1700 with an electromagnetic wave is transmitted from the heating unit controller 1710.

次に、ヘッドユニット1400についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット1400’は、構成材料吐出部1230の代わりに支持部形成用材料吐出部1230’が同様の配置で構成されており、ヘッドユニット1400と同様の構成である。このため、ヘッドユニット1400’についての詳細な構成の説明は省略する。
図3及び図4は、ヘッドベース1100に複数保持されるヘッドユニット1400及びヘッドユニット1400に保持される構成材料吐出部1230の保持形態の一例を示し、図3は図1(b)に示す矢印D方向からのヘッドベース1100の外観図、図4は図3に示すE−E’部の概略断面図である。
Next, the head unit 1400 will be described in more detail. The head unit 1400'has the same configuration as the head unit 1400, in which the support portion forming material discharge portion 1230'is configured in the same arrangement instead of the constituent material discharge portion 1230. Therefore, a detailed description of the configuration of the head unit 1400'will be omitted.
3 and 4 show an example of a holding form of the head unit 1400 held by the head base 1100 and the constituent material discharging unit 1230 held by the head unit 1400, and FIG. 3 shows an arrow shown in FIG. 1 (b). The external view of the head base 1100 from the D direction, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the EE portion shown in FIG.

図3に示すように、ヘッドベース1100に複数のヘッドユニット1400が、図示しない固定手段によって保持されている。本実施形態に係る形成装置2000のヘッドベース1100では、図下方より第1列目のヘッドユニット1401及び1402、第2列目のヘッドユニット1403及び1404、第3列目のヘッドユニット1405及び1406、そして第4列目のヘッドユニット1407及び1408の、8ユニットのヘッドユニット1400を備えている。そして、図示しないが、それぞれのヘッドユニット1401〜1408に備える構成材料吐出部1230は、吐出駆動部1230bを介して構成材料供給ユニット1210に供給チューブ1220で繋がれ、保持治具1400aに保持される構成となっている。 As shown in FIG. 3, a plurality of head units 1400 are held on the head base 1100 by fixing means (not shown). In the head base 1100 of the forming apparatus 2000 according to the present embodiment, the head units 1401 and 1402 in the first row, the head units 1403 and 1404 in the second row, and the head units 1405 and 1406 in the third row from the lower part of the drawing. It also includes eight head units 1400 of the fourth row head units 1407 and 1408. Although not shown, the component material discharge unit 1230 provided in each of the head units 1401 to 1408 is connected to the component material supply unit 1210 via the discharge drive unit 1230b by a supply tube 1220 and is held by the holding jig 1400a. It is composed.

図4に示すように、構成材料吐出部1230は吐出ノズル1230aから、ステージ120上に載置された試料プレート121上に向けて三次元造形物の構成材料である材料Mが吐出される。ヘッドユニット1401では、材料Mが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット1402では、材料Mが連続体状で供給される吐出形態を例示している。本実施形態の形成装置2000における材料Mの吐出形態は液滴状である。しかしながら、吐出ノズル1230aが連続体状で構成材料を供給可能なものも使用可能である。 As shown in FIG. 4, the component material discharge unit 1230 discharges the material M, which is a component material of the three-dimensional model, from the discharge nozzle 1230a toward the sample plate 121 placed on the stage 120. The head unit 1401 exemplifies a discharge form in which the material M is discharged in the form of droplets, and the head unit 1402 exemplifies a discharge form in which the material M is supplied in the form of a continuum. The ejection form of the material M in the forming apparatus 2000 of the present embodiment is in the form of droplets. However, a discharge nozzle 1230a having a continuous shape and capable of supplying a constituent material can also be used.

吐出ノズル1230aから液滴状に吐出された材料Mは、略重力方向に飛翔し、試料プレート121上に着弾する。そして、着弾した材料Mは着弾部50を形成する。この着弾部50の集合体が、試料プレート121上に形成される三次元造形物500の構成層310(図1参照)として形成される。 The material M discharged in the form of droplets from the discharge nozzle 1230a flies in the substantially gravitational direction and lands on the sample plate 121. Then, the landed material M forms the landing portion 50. The aggregate of the landing portions 50 is formed as a constituent layer 310 (see FIG. 1) of the three-dimensional model 500 formed on the sample plate 121.

図5、図6及び図7は、ヘッドユニット1400の配置と、着弾部50の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図(図1に示すD方向矢視)である。先ず、図5(a)に示すように試料プレート121上の造形起点q1において、ヘッドユニット1401及び1402の吐出ノズル1230aから材料Mが吐出され、試料プレート121に着弾した材料Mにより、着弾部50a及び50bが形成される。なお、説明の便宜上、平面図であるが着弾部50にはハッチングを施し、試料プレート121の上面に形成される1層目の層501の構成層310を例示して説明する。 5, 6 and 7 are plan views (viewing in the D direction shown in FIG. 1) that conceptually explain the relationship between the arrangement of the head unit 1400 and the formation form of the landing portion 50. First, as shown in FIG. 5A, at the modeling starting point q1 on the sample plate 121, the material M is discharged from the discharge nozzles 1230a of the head units 1401 and 1402, and the material M landed on the sample plate 121 causes the landing portion 50a. And 50b are formed. For convenience of explanation, although it is a plan view, the impacted portion 50 is hatched, and the constituent layer 310 of the first layer 501 formed on the upper surface of the sample plate 121 will be described as an example.

先ず、図5(a)に示すように試料プレート121上の層501の構成層310の造形起点q1において、図示下方の第1列目のヘッドユニット1401及び1402に備える構成材料吐出部1230から、材料Mが吐出される。吐出された材料Mにより、着弾部50a及び50bが形成される。 First, as shown in FIG. 5A, at the modeling starting point q1 of the constituent layer 310 of the layer 501 on the sample plate 121, from the constituent material discharge unit 1230 provided in the head units 1401 and 1402 in the first row below the drawing. Material M is discharged. The landing portions 50a and 50b are formed by the discharged material M.

ヘッドユニット1401及び1402の構成材料吐出部1230からの材料Mの吐出を継続しながら、試料プレート121を、ヘッドベース1100に対して相対的にY(+)方向の、図5(b)に示す造形起点q1が2列目のヘッドユニット1403及び1404に対応する位置まで、移動させる。これによって、着弾部50a及び50bは、造形起点q1から試料プレート121の相対移動後の位置q2まで幅tを保持して延設される。さらに、造形起点q1に対応した2列目のヘッドユニット1403及び1404から材料Mが吐出され、着弾部50c及び50dが形成され始める。 FIG. 5 (b) shows the sample plate 121 in the Y (+) direction relative to the head base 1100 while continuing to discharge the material M from the constituent material discharge portions 1230 of the head units 1401 and 1402. The modeling start point q1 is moved to the position corresponding to the head units 1403 and 1404 in the second row. As a result, the landing portions 50a and 50b are extended while maintaining the width t from the modeling start point q1 to the position q2 after the relative movement of the sample plate 121. Further, the material M is discharged from the head units 1403 and 1404 in the second row corresponding to the modeling starting point q1, and the landing portions 50c and 50d begin to be formed.

図5(b)に示すように着弾部50c及び50dが形成され始め、ヘッドユニット1403及び1404の構成材料吐出部1230からの材料Mの吐出を継続しながら、試料プレート121を、ヘッドベース1100に対して相対的にY(+)方向の、図5(c)に示す造形起点q1が3列目のヘッドユニット1405及び1406に対応する位置まで、移動させる。これによって、着弾部50c及び50dは、造形起点q1から試料プレート121の移動後の位置q2まで幅tを保持して延設される。同時に、着弾部50a及び50bは、造形起点q1から試料プレート121の相対移動後の位置q3まで幅tを保持して延設される。造形起点q1に対応した3列目のヘッドユニット1405及び1406から材料Mが吐出され、着弾部50e及び50fが形成され始める。 As shown in FIG. 5B, the landing portions 50c and 50d begin to be formed, and the sample plate 121 is attached to the head base 1100 while continuing to eject the material M from the constituent material ejection portions 1230 of the head units 1403 and 1404. On the other hand, the modeling starting point q1 shown in FIG. 5C is moved relatively in the Y (+) direction to the position corresponding to the head units 1405 and 1406 in the third row. As a result, the landing portions 50c and 50d are extended while maintaining the width t from the modeling start point q1 to the position q2 after the movement of the sample plate 121. At the same time, the landing portions 50a and 50b are extended while maintaining the width t from the modeling start point q1 to the position q3 after the relative movement of the sample plate 121. The material M is discharged from the head units 1405 and 1406 in the third row corresponding to the modeling starting point q1, and the landing portions 50e and 50f begin to be formed.

図5(c)に示すように着弾部50e及び50fが形成され始め、ヘッドユニット1405及び1406の構成材料吐出部1230からの材料Mの吐出を継続しながら、試料プレート121を、ヘッドベース1100に対して相対的にY(+)方向の、図6(d)に示す造形起点q1が4列目のヘッドユニット1407及び1408に対応する位置まで、移動させる。これによって、着弾部50e及び50fは、造形起点q1から試料プレート121の移動後の位置q2まで幅tを保持して延設される。同時に、着弾部50a及び50bは造形起点q1から試料プレート121の相対移動後の位置q4まで、着弾部50c及び50dは造形起点q1から試料プレート121の相対移動後の位置q3まで、幅tを保持して延設される。造形起点q1に対応した4列目のヘッドユニット1407及び1408から材料Mが吐出され、着弾部50g及び50hが形成され始める。 As shown in FIG. 5C, the landing portions 50e and 50f begin to be formed, and the sample plate 121 is attached to the head base 1100 while continuing to eject the material M from the constituent material ejection portions 1230 of the head units 1405 and 1406. On the other hand, the modeling starting point q1 shown in FIG. 6D is moved relatively in the Y (+) direction to the position corresponding to the head units 1407 and 1408 in the fourth row. As a result, the landing portions 50e and 50f are extended while maintaining the width t from the modeling start point q1 to the position q2 after the movement of the sample plate 121. At the same time, the landing portions 50a and 50b maintain the width t from the modeling start point q1 to the position q4 after the relative movement of the sample plate 121, and the landing portions 50c and 50d from the modeling start point q1 to the position q3 after the relative movement of the sample plate 121. Will be extended. The material M is discharged from the head units 1407 and 1408 in the fourth row corresponding to the modeling starting point q1, and the landing portions 50 g and 50 h begin to be formed.

位置q5を造形終了位置とした場合(以下、位置q5を造形終点q5という)、図6(e)に示すように、試料プレート121を相対的にヘッドユニット1401及び1402が造形終点q5に到達するまで移動させることで、着弾部50g及び50hは延設される。そして、造形終点q5に到達したヘッドユニット1401及び1402では、ヘッドユニット1401及び1402の構成材料吐出部1230からの材料Mの吐出が停止される。さらに、相対的に試料プレート121をY(+)方向に移動させながら、ヘッドユニット1403、1404、1405、1406、1407及び1408が造形終点q5に到達するまで構成材料吐出部1230から材料Mが吐出される。すると、図7に示すように、着弾部50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g及び50hは、幅tを保持して造形起点q1から造形終点q5まで形成される。このようにして、造形起点q1から造形終点q5まで試料プレート121を移動させながら、ヘッドユニット1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407及び1408から順次、材料Mの吐出供給をさせることで、幅T、長さJの、本実施形態の例示では略矩形の着弾部50を形成することができる。そして、着弾部50の集合体として第1層目の層501の構成層310を成形、構成することができる。 When the position q5 is set as the modeling end position (hereinafter, the position q5 is referred to as the modeling end point q5), as shown in FIG. 6 (e), the head units 1401 and 1402 relatively reach the modeling end point q5 of the sample plate 121. By moving to, the landing portions 50g and 50h are extended. Then, at the head units 1401 and 1402 that have reached the modeling end point q5, the discharge of the material M from the constituent material discharge unit 1230 of the head units 1401 and 1402 is stopped. Further, while relatively moving the sample plate 121 in the Y (+) direction, the material M is discharged from the constituent material discharge unit 1230 until the head units 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, and 1408 reach the modeling end point q5. Will be done. Then, as shown in FIG. 7, the landing portions 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f, 50g and 50h are formed from the modeling start point q1 to the modeling end point q5 while maintaining the width t. In this way, while moving the sample plate 121 from the modeling start point q1 to the modeling end point q5, the material M is sequentially discharged and supplied from the head units 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407 and 1408. In the example of this embodiment having a width T and a length J, a substantially rectangular landing portion 50 can be formed. Then, the constituent layer 310 of the first layer 501 can be formed and configured as an aggregate of the landing portions 50.

上述したように、本実施形態に係る形成装置2000は、試料プレート121を備えるステージ120の移動に同期させ、ヘッドユニット1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407及び1408に備える構成材料吐出部1230からの材料Mの吐出供給を選択的に行うことで、試料プレート121上に所望の形状の構成層310を形成することができる。また、上述したように、ステージ120の移動は、本例ではY軸方向に沿った一方向へ移動させるだけで、図7に示す幅T×長さJの領域内で所望の形状の着弾部50、そして着弾部50の集合体としての構成層310を得ることができる。 As described above, the forming apparatus 2000 according to the present embodiment synchronizes with the movement of the stage 120 including the sample plate 121, and discharges the constituent materials provided for the head units 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407, and 1408. By selectively discharging and supplying the material M from the portion 1230, the constituent layer 310 having a desired shape can be formed on the sample plate 121. Further, as described above, in this example, the stage 120 is moved only in one direction along the Y-axis direction, and the landing portion having a desired shape within the region of width T × length J shown in FIG. 50, and the constituent layer 310 as an aggregate of the landing portions 50 can be obtained.

また、構成材料吐出部1230から吐出される材料Mを、ヘッドユニット1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407及び1408のいずれか1ユニット、あるいは2ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置2000を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物を得ることができる。 Further, the material M discharged from the constituent material discharge unit 1230 is a constituent material different from the other head units from any one unit of the head units 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407 and 1408, or two or more units. Can also be discharged and supplied. Therefore, by using the forming apparatus 2000 according to the present embodiment, a three-dimensional model formed from different materials can be obtained.

なお、第1層目の層501において、上述したように構成層310を形成する前或いは後に、支持部形成用材料吐出部1230’から支持部形成用材料を吐出させて、上記と同様の方法で、支持層300を形成することができる。そして、層501に積層させて層502、503、・・・50nを形成する際にも、同様に、構成層310及び支持層300を形成することができる。 In the first layer 501, before or after forming the constituent layer 310 as described above, the material for forming the support portion is discharged from the material discharge portion 1230'for forming the support portion, and the same method as described above is performed. Therefore, the support layer 300 can be formed. Then, when the layers 502, 503, ... 50n are formed by being laminated on the layer 501, the constituent layer 310 and the support layer 300 can be formed in the same manner.

上述の本実施形態に係る形成装置2000が備えるヘッドユニット1400及び1400’の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図8に、その例として、ヘッドベース1100に配置されるヘッドユニット1400の、その他の配置の例を模式図的に示す。 The number and arrangement of the head units 1400 and 1400' provided in the forming apparatus 2000 according to the above-described embodiment is not limited to the above-mentioned number and arrangement. FIG. 8 schematically shows an example of other arrangements of the head unit 1400 arranged on the head base 1100 as an example.

図8(a)は、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400をX軸方向に複数、並列させた形態を示す。図8(b)は、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。 FIG. 8A shows a form in which a plurality of head units 1400 are arranged in parallel on the head base 1100 in the X-axis direction. FIG. 8B shows a form in which the head units 1400 are arranged in a grid pattern on the head base 1100. The number of head units arranged in each case is not limited to the illustrated example.

次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について説明する。
図9は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例を表す概略図である。なお、本例は、形成装置2000が備える加熱部1700を用いて、構成材料吐出部1230及び支持部形成用材料吐出部1230’から構成材料及び支持部形成用材料を吐出させて1層分の層を形成する毎に、該層を加熱して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法の例である。また、本実施例の三次元造形物の製造方法では、焼結された状態の三次元造形物を製造する。
なお、図9には、支持層300及び構成層310の厚みが分かりやすいように、Z方向に複数の補助線が引いてある。
Next, an example of a method for manufacturing a three-dimensional model performed by using the forming apparatus 2000 according to the above-described embodiment will be described.
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a manufacturing process of a three-dimensional modeled object performed by using the forming apparatus 2000. In this example, using the heating unit 1700 provided in the forming apparatus 2000, the constituent material and the supporting portion forming material are discharged from the constituent material discharging portion 1230 and the supporting portion forming material discharging portion 1230'for one layer. This is an example of a method for manufacturing a three-dimensional model, in which the layer is heated each time a layer is formed to produce the three-dimensional model. Further, in the method for manufacturing a three-dimensional model of the present embodiment, a three-dimensional model in a sintered state is manufactured.
In FIG. 9, a plurality of auxiliary lines are drawn in the Z direction so that the thicknesses of the support layer 300 and the constituent layer 310 can be easily understood.

最初に、図9(a)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させ、支持部形成用材料吐出部1230’から支持部形成用材料を吐出させて、第1層目の層501において、構成層310及び支持層300を形成する。ここで、支持層300は、該層における三次元造形物の形成領域(構成層310に対応する領域)以外の領域に形成される。
次に、図9(b)で表されるように、第1層目の層501を加熱部1700により加熱し、該層の構成層310を焼結させるとともに支持層300を仮焼結する。なお、本実施例における加熱部1700の加熱温度は、構成材料に含有される金属粒子(構成材料粒子)が焼結する温度であり、かつ、支持部形成用材料に含有されるセラミックス粒子(支持部形成粒子)が仮焼結する温度に設定してある。
なお、「仮焼結」とは、通常の焼結よりも焼結密度を落とし、弱い力で構成材料粒子を結合させるものであり、原料を焼結させるために、あらかじめ原料に含まれる材料の一部を離脱させること、原料に含まれる材料の一部を酸化させることなどを含むものである。
First, as shown in FIG. 9A, the constituent material is discharged from the constituent material discharging portion 1230, and the supporting portion forming material is discharged from the supporting portion forming material discharging portion 1230', and the first layer is formed. In the eye layer 501, the constituent layer 310 and the support layer 300 are formed. Here, the support layer 300 is formed in a region other than the three-dimensional model formation region (region corresponding to the constituent layer 310) in the layer.
Next, as shown in FIG. 9B, the layer 501 of the first layer is heated by the heating unit 1700 to sinter the constituent layer 310 of the layer and temporarily sinter the support layer 300. The heating temperature of the heating unit 1700 in this embodiment is the temperature at which the metal particles (constituent material particles) contained in the constituent material are sintered, and the ceramic particles (support) contained in the material for forming the supporting portion. The temperature is set so that the part-forming particles) are temporarily sintered.
In addition, "temporary sintering" means that the sintering density is lower than that of normal sintering and the constituent material particles are bonded with a weak force, and in order to sinter the raw material, the material contained in the raw material in advance is used. It includes removing a part of the material and oxidizing a part of the material contained in the raw material.

以下、図9(a)で表される動作と図9(b)で表される動作とを繰り返し、三次元造形物を完成させる。
具体的には、図9(c)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させ、支持部形成用材料吐出部1230’から支持部形成用材料を吐出させて、第2層目の層502において、構成層310及び支持層300を形成する。そして、図9(d)で表されるように、第2層目の層501を加熱部1700により加熱する。
さらに、図9(e)で表されるように第3層目の層502において構成層310及び支持層300を形成し、図9(f)で表されるように第3層目の層501を加熱部1700により加熱し、図9(g)で表されるように第4層目の層502において構成層310及び支持層300を形成し、図9(h)で表されるように第4層目の層501を加熱部1700により加熱して三次元造形物(焼結された状態の構成層310)を完成させる。
Hereinafter, the operation represented by FIG. 9A and the operation represented by FIG. 9B are repeated to complete the three-dimensional modeled object.
Specifically, as shown in FIG. 9C, the constituent material is discharged from the constituent material discharging portion 1230, and the supporting portion forming material is discharged from the supporting portion forming material discharging portion 1230', and the first In the second layer 502, the constituent layer 310 and the support layer 300 are formed. Then, as shown in FIG. 9D, the second layer 501 is heated by the heating unit 1700.
Further, the constituent layer 310 and the support layer 300 are formed in the third layer layer 502 as shown in FIG. 9 (e), and the third layer layer 501 is formed as shown in FIG. 9 (f). Is heated by the heating unit 1700 to form the constituent layer 310 and the support layer 300 in the fourth layer 502 as shown in FIG. 9 (g), and as shown in FIG. 9 (h), the constituent layer 310 and the support layer 300 are formed. The fourth layer 501 is heated by the heating unit 1700 to complete a three-dimensional model (constructible layer 310 in a sintered state).

次に、図9で表される三次元造形物の製造方法の一実施例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図10は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。
Next, an embodiment of the method for manufacturing the three-dimensional model represented by FIG. 9 will be described with reference to a flowchart.
Here, FIG. 10 is a flowchart of a method for manufacturing a three-dimensional model according to the present embodiment.

図10で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップS110で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物の形状を表すデータを取得する。 As shown in FIG. 10, in the method of manufacturing the three-dimensional model of the present embodiment, first, in step S110, the data of the three-dimensional model is acquired. Specifically, for example, data representing the shape of a three-dimensional model is acquired from an application program executed on a personal computer or the like.

次に、ステップS120で、層毎のデータを作成する。詳細には、三次元造形物の形状を表すデータにおいて、Z方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータ(断面データ)を生成する。
この際、生成されるビットマップデータは、三次元造形物の形成領域と三次元造形物の非形成領域とで区別されたデータになっている。
Next, in step S120, data for each layer is created. Specifically, in the data representing the shape of the three-dimensional modeled object, slices are made according to the modeling resolution in the Z direction, and bitmap data (cross-section data) is generated for each cross-section.
At this time, the generated bitmap data is data that is distinguished by the formed region of the three-dimensional modeled object and the non-formed area of the three-dimensional modeled object.

次に、ステップS130で、三次元造形物の形成領域を形成するデータに基づいて構成材料吐出部1230から構成材料を吐出(供給)させ、構成層310を形成する。 Next, in step S130, the constituent material is discharged (supplied) from the constituent material discharge unit 1230 based on the data for forming the formation region of the three-dimensional modeled object, and the constituent layer 310 is formed.

次に、ステップS140で、三次元造形物の非形成領域を形成するデータに基づいて支持部形成用材料吐出部1230’から支持部形成用材料を吐出(供給)させ、ステップS130で構成される構成層310と同じ層に対応する支持層300を形成する。
なお、ステップS130とステップS140の順番は、逆でもよく、また、同時でもよい。
Next, in step S140, the support portion forming material is discharged (supplied) from the support portion forming material discharge portion 1230'based on the data for forming the non-forming region of the three-dimensional modeled object, and is configured in step S130. The support layer 300 corresponding to the same layer as the constituent layer 310 is formed.
The order of steps S130 and S140 may be reversed or may be simultaneous.

次に、ステップS150で、ステップS130で構成される構成層310及びステップS140で構成される支持層300に対応する層に対して、加熱部1700から電磁波を照射(熱エネルギーを付与)させ、該層における構成層310を焼結するとともに支持層300を仮焼結する。
なお、本ステップでは、構成層310を焼結させ支持層300を仮焼結させたが、支持層300を仮焼結させなくてもよい。
Next, in step S150, the layers corresponding to the constituent layer 310 composed of step S130 and the support layer 300 composed of step S140 are irradiated with electromagnetic waves (heat energy is applied) from the heating unit 1700. The constituent layer 310 in the layer is sintered and the support layer 300 is temporarily sintered.
In this step, the constituent layer 310 is sintered and the support layer 300 is temporarily sintered, but the support layer 300 may not be temporarily sintered.

そして、ステップS160により、ステップS120において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物の造形が終了するまで、ステップS130からステップS160までが繰り返される。 Then, in step S160, steps S130 to S160 are repeated until the modeling of the three-dimensional modeled object based on the bitmap data corresponding to each layer generated in step S120 is completed.

そして、三次元造形物の造形が終了すると、ステップS170で、三次元造形物の現像(三次元造形物の形成領域である構成層310に対応する部分から三次元造形物の非形成領域である支持層300に対応する部分を取り除くこと、すなわち、三次元造形物をクリーニングすること)を行い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。 Then, when the modeling of the three-dimensional model is completed, in step S170, the development of the three-dimensional model (the region corresponding to the constituent layer 310, which is the region for forming the three-dimensional model, is the non-formed region of the three-dimensional model. The portion corresponding to the support layer 300 is removed, that is, the three-dimensional model is cleaned), and the method for manufacturing the three-dimensional model of this embodiment is completed.

次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の別の一実施例について説明する。
図11は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例を表す概略図である。なお、本例は、形成装置2000が備える加熱部1700を用いず、形成装置2000とは別体で設けられた不図示の恒温槽(加熱部)において、構成材料吐出部1230及び支持部形成用材料吐出部1230’から構成材料及び支持部形成用材料を吐出させて三次元造形物の形状の形成が終了してから、該三次元造形物の形成物を加熱して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法の例である。また、本実施例の三次元造形物の製造方法では、焼結された状態の三次元造形物を製造する。
なお、図11には、支持層300及び構成層310の厚みが分かりやすいように、Z方向に複数の補助線が引いてある。
Next, another embodiment of the method for manufacturing a three-dimensional model formed by using the forming apparatus 2000 according to the above-described embodiment will be described.
FIG. 11 is a schematic view showing an example of a manufacturing process of a three-dimensional modeled object performed by using the forming apparatus 2000. In this example, the heating unit 1700 provided in the forming apparatus 2000 is not used, and in a constant temperature bath (heating portion) (not shown) provided separately from the forming apparatus 2000, the constituent material discharge portion 1230 and the support portion are formed. After the constituent material and the material for forming the support portion are discharged from the material discharge portion 1230'and the formation of the shape of the three-dimensional model is completed, the formation of the three-dimensional model is heated to manufacture the three-dimensional model. This is an example of a method for manufacturing a three-dimensional model. Further, in the method for manufacturing a three-dimensional model of the present embodiment, a three-dimensional model in a sintered state is manufactured.
In FIG. 11, a plurality of auxiliary lines are drawn in the Z direction so that the thicknesses of the support layer 300 and the constituent layer 310 can be easily understood.

最初に、図11(a)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させ、支持部形成用材料吐出部1230’から支持部形成用材料を吐出させて、第1層目の層501において、構成層310及び支持層300を形成する。ここで、支持層300は、該層における三次元造形物の形成領域(構成層310に対応する領域)以外の領域に形成される。
次に、図11(b)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させ、支持部形成用材料吐出部1230’から支持部形成用材料を吐出させて、第2層目の層502において、構成層310及び支持層300を形成する。
そして、図11(c)及び図11(d)で表されるように、図11(a)及び図11(b)で表される動作を繰り返し、三次元造形物の形状を完成させる。
そして、図11(e)で表されるように、該三次元造形物の形成物を不図示の恒温槽において加熱し、該三次元造形物の形成物の構成層310を焼結させるとともに支持層300を仮焼結させて、三次元造形物(焼結された状態の構成層310)を完成させる。なお、本実施例における該恒温槽における加熱温度は、構成材料に含有される金属粒子(構成材料粒子)が焼結する温度であり、かつ、支持部形成用材料に含有されるセラミックス粒子(支持部形成粒子)が仮焼結する温度に設定してある。
First, as shown in FIG. 11A, the constituent material is discharged from the constituent material discharging portion 1230, and the supporting portion forming material is discharged from the supporting portion forming material discharging portion 1230', and the first layer is formed. In the eye layer 501, the constituent layer 310 and the support layer 300 are formed. Here, the support layer 300 is formed in a region other than the three-dimensional model formation region (region corresponding to the constituent layer 310) in the layer.
Next, as shown in FIG. 11B, the constituent material is discharged from the constituent material discharging portion 1230, the supporting portion forming material is discharged from the supporting portion forming material discharging portion 1230', and the second layer is formed. In the eye layer 502, the constituent layer 310 and the support layer 300 are formed.
Then, as shown in FIGS. 11 (c) and 11 (d), the operations shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b) are repeated to complete the shape of the three-dimensional modeled object.
Then, as shown in FIG. 11 (e), the formed product of the three-dimensional model is heated in a constant temperature bath (not shown), and the constituent layer 310 of the three-dimensional model is sintered and supported. The layer 300 is temporarily sintered to complete a three-dimensional model (constituent layer 310 in a sintered state). The heating temperature in the constant temperature bath in this embodiment is the temperature at which the metal particles (constituent material particles) contained in the constituent material are sintered, and the ceramic particles (support) contained in the material for forming the support portion. The temperature is set so that the part-forming particles) are temporarily sintered.

次に、図11で表される三次元造形物の製造方法の一実施例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図12は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。
なお、図12のステップS110からステップS140までとステップS170は、図9のステップS110からステップS140までとステップS170と同様であるので説明は省略する。
Next, an embodiment of the method for manufacturing the three-dimensional model represented by FIG. 11 will be described with reference to a flowchart.
Here, FIG. 12 is a flowchart of a method for manufacturing a three-dimensional model according to the present embodiment.
Since steps S110 to S140 and step S170 in FIG. 12 are the same as steps S110 to S140 and step S170 in FIG. 9, description thereof will be omitted.

図12で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップS140の終了後、ステップS160に進む。
そして、ステップS160により、ステップS120において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物の形成物の造形が終了するまで、ステップS130からステップS160までが繰り返され、三次元造形物の形成物の造形が終了すると、ステップS165に進む。
ステップS165では、ステップS130からステップS160までが繰り返されて形成された三次元造形物の形成体を、不図示の恒温槽において、構成層310を焼結するとともに支持層300を仮焼結する。なお、本ステップでは、構成層310を焼結させ支持層300を仮焼結させたが、支持層300を仮焼結させなくてもよい。そして、本ステップの終了後、ステップS170を実行し、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
As shown in FIG. 12, in the method for manufacturing a three-dimensional model of the present embodiment, after the end of step S140, the process proceeds to step S160.
Then, in step S160, steps S130 to S160 are repeated until the modeling of the three-dimensional modeled product based on the bitmap data corresponding to each layer generated in step S120 is completed, and the three-dimensional modeled product is repeated. When the molding of the formed product is completed, the process proceeds to step S165.
In step S165, the constituent layer 310 and the support layer 300 are tentatively sintered in a constant temperature bath (not shown) for the formed body of the three-dimensional model formed by repeating steps S130 to S160. In this step, the constituent layer 310 is sintered and the support layer 300 is temporarily sintered, but the support layer 300 may not be temporarily sintered. Then, after the end of this step, step S170 is executed to end the method of manufacturing the three-dimensional modeled object of this embodiment.

上記の2例で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の構成材料粒子を含む流動性組成物(構成材料)と、三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成粒子を含む流動性組成物(支持部形成用材料)と、を用いて層を形成する層形成工程(ステップS130及びステップS140)を有する。そして、構成材料粒子及び支持部形成粒子にエネルギーを付与するエネルギー付与工程(ステップS150及びステップS165)を有する。また、エネルギー付与工程では、構成材料粒子及び支持部形成粒子の温度が構成材料粒子の焼結温度以上且つ支持部形成粒子の焼結温度未満の温度となるように、エネルギーを付与する。
このため、三次元造形物の構成材料を焼結させつつ支持部の焼結を抑制することができ、三次元造形物の対応領域以外の部分も焼結させてしまうことで三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。したがって、三次元造形物を形成した後の後処理工程を減らすことができる。
As represented by the above two examples, the method for manufacturing the three-dimensional model of the present embodiment forms a fluid composition (constituent material) containing the constituent material particles of the three-dimensional model and the three-dimensional model. A layer forming step (step S130 and step) of forming a layer using a fluid composition (material for forming a support portion) containing support portion forming particles that form a support portion that supports the three-dimensional modeled object. S140). Then, it has an energy applying step (step S150 and step S165) of applying energy to the constituent material particles and the support portion forming particles. Further, in the energy application step, energy is applied so that the temperatures of the constituent material particles and the support portion forming particles are equal to or higher than the sintering temperature of the constituent material particles and lower than the sintering temperature of the supporting portion forming particles.
For this reason, it is possible to suppress the sintering of the support portion while sintering the constituent materials of the three-dimensional model, and by sintering the portion other than the corresponding region of the three-dimensional model, the three-dimensional model can be produced. It is possible to suppress an increase in load such as separation work at the time of removal and molding work after removal. Therefore, it is possible to reduce the number of post-treatment steps after forming the three-dimensional model.

別の表現をすると、本実施例の三次元造形物の製造装置(形成装置2000)は、三次元造形物の構成材料粒子を含む流動性組成物(構成材料)を吐出する吐出部(構成材料吐出部1230)と、三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成粒子を含む流動性組成物(支持部形成用材料)を吐出する吐出部(支持部形成用材料吐出部1230’)と、構成材料粒子を含む流動性組成物と支持部形成粒子を含む流動性組成物とを用いて層を形成するよう制御する制御部(制御ユニット400)と、構成材料粒子及び支持部形成粒子にエネルギーを付与するエネルギー付与部(加熱部1700)と、を有している。そして、エネルギー付与部は、構成材料粒子及び支持部形成粒子の温度が構成材料粒子の焼結温度以上且つ支持部形成粒子の焼結温度未満の温度となるように、エネルギーを付与するよう調整されている。
このため、三次元造形物の構成材料を焼結させつつ支持部の焼結を抑制することができ、三次元造形物の対応領域以外の部分も焼結させてしまうことで三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。したがって、三次元造形物を形成した後の後処理工程を減らすことができる。
In other words, the three-dimensional model manufacturing apparatus (forming apparatus 2000) of this embodiment is a discharge unit (constituting material) that discharges a fluid composition (constituting material) containing the constituent material particles of the three-dimensional modeling. Discharge unit 1230) and a discharge unit that discharges a fluid composition (material for forming a support portion) containing support portion forming particles that form a support portion that supports the three-dimensional model when forming the three-dimensional model. A control unit (control unit 400) that controls the formation of a layer by using (support portion forming material discharge portion 1230'), a fluid composition containing constituent material particles, and a fluid composition containing support portion forming particles. ), And an energy imparting portion (heating portion 1700) that imparts energy to the constituent material particles and the support portion forming particles. Then, the energy applying portion is adjusted to apply energy so that the temperatures of the constituent material particles and the support portion forming particles are equal to or higher than the sintering temperature of the constituent material particles and lower than the sintering temperature of the supporting portion forming particles. ing.
For this reason, it is possible to suppress the sintering of the support portion while sintering the constituent materials of the three-dimensional model, and by sintering the portion other than the corresponding region of the three-dimensional model, the three-dimensional model can be produced. It is possible to suppress an increase in load such as separation work at the time of removal and molding work after removal. Therefore, it is possible to reduce the number of post-treatment steps after forming the three-dimensional model.

また、本実施例の三次元造形物の製造方法における層形成工程(ステップS130及びステップS140)は、構成材料粒子を含む流動性組成物及び支持部形成粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出して層を形成する。このため、層を形成するという簡単な方法により、三次元造形物を形成できる。 Further, in the layer forming step (step S130 and step S140) in the method for producing the three-dimensional model of the present embodiment, the fluid composition containing the constituent material particles and the fluid composition containing the support portion forming particles are droplets. Discharge in the state to form a layer. Therefore, a three-dimensional model can be formed by a simple method of forming a layer.

また、本実施例の三次元造形物の製造方法では、層形成工程(ステップS130及びステップS140)を繰り返す積層工程(ステップS130からステップS160)を有する。このため、層形成工程を繰り返すことにより、簡単に、三次元造形物を形成できる。 Further, the method for manufacturing a three-dimensional model of the present embodiment includes a laminating step (step S130 to step S160) in which the layer forming step (step S130 and step S140) is repeated. Therefore, by repeating the layer forming step, a three-dimensional model can be easily formed.

また、図12で表される本実施例の三次元造形物の製造方法におけるエネルギー付与工程(ステップS165)は、積層工程(ステップS130からステップS160)の終了後に実行される。このため、三次元造形物の形状を形成してから一度の工程で三次元造形物を焼結できる。 Further, the energy application step (step S165) in the method for manufacturing the three-dimensional model of the present embodiment shown in FIG. 12 is executed after the completion of the laminating step (steps S130 to S160). Therefore, the three-dimensional model can be sintered in one step after the shape of the three-dimensional model is formed.

また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、エネルギー付与工程(ステップS150及びステップS165)後に三次元造形物をクリーニングするクリーニング工程(ステップS170)を有する。このため、きれいな三次元造形物を得ることが可能になる。
なお、「クリーニングする」とは、焼結された三次元造形物の周りに付着した支持部形成粒子などの不純物を取り除くことを意味する。
Further, the method for manufacturing the three-dimensional modeled object of this embodiment includes a cleaning step (step S170) for cleaning the three-dimensional modeled object after the energy application step (step S150 and step S165). Therefore, it is possible to obtain a beautiful three-dimensional model.
In addition, "cleaning" means removing impurities such as support forming particles adhering around the sintered three-dimensional model.

なお、エネルギー付与工程(ステップS150及びステップS165)に先駆けて、該エネルギー付与工程におけるエネルギーよりも弱いエネルギーを付与するプレエネルギー付与工程と、支持部形成粒子を除去する除去工程と、を実行してもよい。具体的には、図10で表される三次元造形物の製造方法においては、ステップS140とステップS150との間にプレエネルギー付与工程と除去工程とを追加する。そして、図12で表される三次元造形物の製造方法においては、ステップS165に先駆けてプレエネルギー付与工程と除去工程とを実行するよう該プレエネルギー付与工程と該除去工程とを追加する。このようにプレエネルギー付与工程を実行することで、エネルギー付与工程前に三次元造形物の形状の確認ができるとともに、エネルギー付与工程前に三次元造形物の形状が変形してしまうことを抑制できる。
なお、「プレエネルギー付与工程」とは、例えば、エネルギーを付与工程よりも低い加熱温度で三次元造形物を加熱することなどを意味し、エネルギー付与工程よりも弱い力で構成材料粒子を焼結(仮焼結)させることなどを意味する。
ここで、図13は、プレエネルギー付与工程と除去工程とを実行した場合における、三次元造形物の製造過程の一例を表す概略図である。図13(a)は焼結前(エネルギー付与工程前)の三次元造形物500を表している。図13(b)は、図13(a)の状態からプレエネルギー付与工程を実行し、構成層310を仮焼結させた状態(支持層300は焼結も仮焼結もしていない状態)を表している。そして、図13(c)は、図13(b)の状態から除去工程を実行し、三次元造形物500の周囲の支持部形成粒子を除去した状態(三次元造形物の形状の確認が可能な状態)を表している。そして、図13(e)は、例えば不図示の恒温槽などにおいて、図13(c)の状態からエネルギー付与工程を実行し、三次元造形物500を焼結させた状態を表している。
Prior to the energy applying step (step S150 and step S165), a pre-energy applying step of applying energy weaker than the energy in the energy applying step and a removing step of removing the support portion forming particles are executed. May be good. Specifically, in the method for manufacturing a three-dimensional model represented by FIG. 10, a pre-energy applying step and a removing step are added between steps S140 and S150. Then, in the method for manufacturing the three-dimensional model represented by FIG. 12, the pre-energy applying step and the removing step are added so as to execute the pre-energy applying step and the removing step prior to step S165. By executing the pre-energy application step in this way, the shape of the three-dimensional model can be confirmed before the energy application process, and the shape of the three-dimensional model can be suppressed from being deformed before the energy application process. ..
The "pre-energy applying step" means, for example, heating the three-dimensional modeled object at a heating temperature lower than that of the energy applying step, and sinterings the constituent material particles with a force weaker than that of the energy applying step. It means to (temporarily sinter).
Here, FIG. 13 is a schematic view showing an example of a manufacturing process of a three-dimensional modeled object when the pre-energy applying step and the removing step are executed. FIG. 13A shows a three-dimensional model 500 before sintering (before the energy application process). 13 (b) shows a state in which the pre-energy applying step is executed from the state of FIG. 13 (a) and the constituent layer 310 is temporarily sintered (the support layer 300 is neither sintered nor temporarily sintered). Represents. Then, in FIG. 13 (c), the removal step is executed from the state of FIG. 13 (b), and the support portion forming particles around the three-dimensional model 500 are removed (the shape of the three-dimensional model can be confirmed). State). Then, FIG. 13 (e) shows a state in which the energy application step is executed from the state of FIG. 13 (c) and the three-dimensional model 500 is sintered in, for example, a constant temperature bath (not shown).

ここで、さらに、エネルギー付与工程(ステップS150及びステップS165)を、図13(d)で表されるように、該エネルギー付与工程におけるエネルギー付与で焼結しない粒子で三次元造形物を支持させた状態(三次元造形物500を支持層300で支持させた状態)にして、エネルギーを付与させることができる。エネルギー付与工程において、エネルギー付与で焼結しない粒子で三次元造形物を支持させた状態にしてエネルギーを付与することで、エネルギー付与工程前に三次元造形物の形状が変形することを抑制しつつ、エネルギー付与工程で三次元造形物の形状が変形することを抑制できる。
なお、「エネルギー付与工程におけるエネルギー付与で焼結しない粒子」は、支持部形成粒子と同じ粒子であってもよいが、異なる粒子であってもよい。支持部形成粒子と異なる粒子であった場合、支持部形成粒子よりも焼結温度が高い方が好ましい。
Here, further, in the energy application step (step S150 and step S165), as shown in FIG. 13D, the three-dimensional modeled object was supported by particles that were not sintered by the energy application in the energy application step. Energy can be applied in a state (a state in which the three-dimensional model 500 is supported by the support layer 300). In the energy application process, by applying energy in a state where the three-dimensional model object is supported by particles that are not sintered by energy application, the shape of the three-dimensional model object is suppressed from being deformed before the energy application process. , It is possible to suppress deformation of the shape of the three-dimensional modeled object in the energy application process.
The "particles that are not sintered by the energy application in the energy application step" may be the same particles as the support portion forming particles, but may be different particles. When the particles are different from the support-forming particles, it is preferable that the sintering temperature is higher than that of the support-forming particles.

また、本実施例の三次元造形物の製造方法におけるエネルギー付与工程(ステップS150及びステップS165)は、構成材料粒子及び支持部形成粒子に同一のエネルギーを付与する(ステップS150では構成材料粒子及び支持部形成粒子の両方に加熱部1700から電磁波を照射し、ステップS165では構成材料粒子及び支持部形成粒子を不図示の恒温槽で一括して加熱する)。このため、簡単に、エネルギー付与工程を実行できる。 Further, in the energy application step (step S150 and step S165) in the method for manufacturing the three-dimensional model of the present embodiment, the same energy is applied to the constituent material particles and the support portion forming particles (in step S150, the constituent material particles and the support). Both the part-forming particles are irradiated with electromagnetic waves from the heating unit 1700, and in step S165, the constituent material particles and the support portion-forming particles are collectively heated in a constant temperature bath (not shown). Therefore, the energy application step can be easily executed.

ただし、エネルギー付与工程において、構成材料粒子及び支持部形成粒子に異なるエネルギーを付与してもよい。異なるエネルギーを付与することで、効果的に、三次元造形物の対応領域以外の部分が過度に焼結してしまうことを防止することで三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できるためである。 However, in the energy application step, different energy may be applied to the constituent material particles and the support portion forming particles. By applying different energies, it is possible to effectively prevent the parts other than the corresponding area of the 3D model from being excessively sintered, thereby performing separation work when removing the 3D model and after removing it. This is because it is possible to suppress an increase in the load of the molding work and the like.

また、構成材料粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であり、支持部形成粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であることが好ましい。構成材料粒子及び支持部材形成粒子へのエネルギー付与工程における焼結状態を高い焼結密度から低い焼結密度、非焼結状態等に容易にコントロールすることができ、三次元造形物の強度を確保しつつ、三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できるためである。 The constituent material particles are particles containing at least one component of aluminum, titanium, iron, copper, magnesium, stainless steel, and maraging steel, and the support forming particles are silica, alumina, titanium oxide, and zircon oxide. It is preferable that the particles contain at least one of the components. The sintered state in the process of applying energy to the constituent material particles and the supporting member forming particles can be easily controlled from a high sintered density to a low sintered density, a non-sintered state, etc., and the strength of the three-dimensional molded product is ensured. This is because it is possible to suppress an increase in load such as separation work when removing the three-dimensional modeled object and molding work after removal.

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in the examples corresponding to the technical features in each form described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.

50、50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g及び50h着弾部、
110 基台、111 駆動装置、120 ステージ(支持体)、
121 試料プレート、130、130’ ヘッドベース支持部、
300 支持層(支持部)、310 構成層、400 制御ユニット(制御部)、
410 ステージコントローラー、430 レーザーコントローラー、
500 三次元造形物、501、502及び503 層、
1100、1100’ ヘッドベース、
1200 構成材料供給装置、1200’ 支持部形成用材料供給装置、
1210 構成材料供給ユニット、1210’ 支持部形成用材料供給ユニット、
1210a 構成材料収容部、1210a’ 支持部形成用材料収容部、
1220、1220’ 供給チューブ、
1230 構成材料吐出部、1230’ 支持部形成用材料吐出部、
1230a、1230a’ 吐出ノズル、1230b、1230b’ 吐出駆動部、
1400、1400’ ヘッドユニット、
1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407及び1408 ヘッドユニット、
1400a、1400a’ 保持治具、1500 材料供給コントローラー、
1600、1600’ ヘッドベース、1700 加熱部(エネルギー付与部)、
1710 加熱部コントローラー、2000 形成装置(三次元造形物の製造装置)、
L レーザー、M 材料(構成材料)
50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f, 50g and 50h landing parts,
110 bases, 111 drives, 120 stages (supports),
121 sample plate, 130, 130'head base support,
300 support layer (support part), 310 constituent layer, 400 control unit (control part),
410 stage controller, 430 laser controller,
500 three-dimensional model, 501, 502 and 503 layers,
1100, 1100'head base,
1200 component material supply device, 1200'support part forming material supply device,
1210 Constituent material supply unit, 1210'Support unit forming material supply unit,
1210a Constituent material accommodating part, 1210a'Support part forming material accommodating part,
1220, 1220'feed tube,
1230 Constituent material discharge part, 1230'Support part formation material discharge part,
1230a, 12330a'Discharge nozzle, 1230b, 1230b' Discharge drive unit,
1400, 1400'head unit,
1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407 and 1408 head units,
1400a, 1400a'holding jig, 1500 material supply controller,
1600, 1600'head base, 1700 heating part (energy applying part),
1710 Heating unit controller, 2000 forming device (manufacturing device for 3D model),
L laser, M material (constituent material)

Claims (4)

第1のノズル開口からステージに向けて金属粒子及び熱可塑性樹脂を含む構成材料を連続体形状で吐出して構成層を形成する工程と、
第2のノズル開口から前記ステージに向けてセラミック粒子及び熱可塑性樹脂を含む支持部形成材料を連続体形状で吐出して、三次元造形物を形成する際に前記三次元造形物を支持する支持層を形成する工程と、
前記構成層を形成する工程、及び、前記支持層を形成する工程を繰り返す積層工程と、
前記積層工程の終了後に、積層した前記構成層及び前記支持層を焼結炉で一括して同一のエネルギーで加熱するエネルギー付与工程と、を有し、
前記セラミック粒子の焼結温度は、前記金属粒子の焼結温度よりも高く、
前記エネルギー付与工程は、
前記金属粒子の焼結温度以上且つ前記セラミック粒子の焼結温度未満の温度となるように、積層した前記構成層及び前記支持層を加熱する第1のエネルギー付与工程を有し、
前記第1のエネルギー付与工程の前に、前記第1のエネルギー付与工程よりも低い温度で、積層した前記構成層及び前記支持層を加熱して、前記構成材料粒子を仮焼結させる第2のエネルギー付与工程を有し、
前記第1のエネルギー付与工程と前記第2のエネルギー付与工程との間に、前記セラミック粒子を除去する除去工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
A step of forming a constituent layer by ejecting a constituent material containing metal particles and a thermoplastic resin from the first nozzle opening toward the stage in a continuous shape.
A support that supports the three-dimensional model when forming a three-dimensional model by ejecting a support-forming material containing ceramic particles and a thermoplastic resin from the second nozzle opening toward the stage in a continuous shape. The process of forming layers and
A laminating step of repeating the step of forming the constituent layer and the step of forming the support layer, and
After the completion of the laminating step, the laminated layer and the supporting layer are collectively heated in a sintering furnace with the same energy, and the energy applying step is provided.
The sintering temperature of the ceramic particles is higher than the sintering temperature of the metal particles.
The energy application step is
Wherein as metallic particles sintering temperature or higher and a temperature lower than the sintering temperature of the ceramic particles, have a first energy application step of heating the structure layer and the support layer are laminated,
Prior to the first energy application step, the laminated constituent layer and the support layer are heated at a temperature lower than that of the first energy application step to temporarily sinter the constituent material particles. Has an energy application process,
A method for producing a three-dimensional modeled object, which comprises a removing step of removing the ceramic particles between the first energy applying step and the second energy applying step.
請求項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記第1のエネルギー付与工程後に前記三次元造形物をクリーニングするクリーニング工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
In the method for manufacturing a three-dimensional model according to claim 1,
A method for manufacturing a three-dimensional model, which comprises a cleaning step of cleaning the three-dimensional model after the first energy application step.
A method for manufacturing a three-dimensional model, which is characterized in that.
請求項1または2に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記第1のエネルギー付与工程は、前記第1のエネルギー付与工程における加熱温度で焼結しない粒子で前記三次元造形物を支持させた状態にして、加熱することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
In the method for manufacturing a three-dimensional model according to claim 1 or 2.
The first energy applying step is characterized in that the three-dimensional model is heated while the three-dimensional model is supported by particles that are not sintered at the heating temperature in the first energy application step. Production method.
請求項1からのいずれか1項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記金属粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であり、前記セラミック粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
In the method for manufacturing a three-dimensional model according to any one of claims 1 to 3.
The metal particles are particles containing at least one component of aluminum, titanium, iron, copper, magnesium, stainless steel, and maraging steel, and the ceramic particles are at least one of silica, alumina, titanium oxide, and zircon oxide. A method for producing a three-dimensional model, characterized in that it is a particle containing one component.
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