JP6949191B1 - 3D printer - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストを低減しつつ、良好な硬化品質を実現することにより高品質な造形物を製造することができる3Dプリンタを提供する。【解決手段】紫外線の照射により硬化する紫外線硬化材料を用いて造形物を製造する3Dプリンタであって、前記紫外線硬化材料を貯留する材料タンクと、左右方向及び前後方向に移動可能であり、前記材料タンクに貯留された前記紫外線硬化材料を射出可能な射出部と、前記射出部により射出された紫外線硬化材料が載置され、上下方向に移動可能なステージと、左右方向及び前後方向に移動可能であり、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に対して紫外線を照射する紫外線照射部と、前記材料タンク、前記ステージ及び前記射出部及び前記紫外線照射部を内部に収納する筐体と、前記筐体外部から筐体内部への紫外線の侵入を防止する紫外線遮蔽部とを備えている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a 3D printer capable of manufacturing a high-quality model by realizing good curing quality while reducing a manufacturing cost. SOLUTION: This is a 3D printer that manufactures a modeled object using an ultraviolet curable material that is cured by irradiation with ultraviolet rays, and is movable in the left-right direction and the front-back direction with a material tank that stores the ultraviolet-curable material. An injection part capable of injecting the ultraviolet curable material stored in the material tank, a stage on which the ultraviolet curable material injected by the injection part is placed and movable in the vertical direction, and a stage movable in the horizontal direction and the front-back direction. The ultraviolet irradiation unit that irradiates the ultraviolet curing material injected onto the stage with ultraviolet rays, the material tank, the stage, the injection unit, and the housing that houses the ultraviolet irradiation unit, and the above. It is equipped with an ultraviolet shielding part that prevents ultraviolet rays from entering the inside of the housing from the outside of the housing. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、3Dプリンタに係り、特に、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化材料を用いて造形物を製造する3Dプリンタの改良に関する。 The present invention relates to a 3D printer, and more particularly to an improvement of a 3D printer that manufactures a model using an ultraviolet curable material that is cured by irradiation with ultraviolet rays.
従来の熱硬化シリコーンゴムを材料として使用した3Dプリンタにあっては、ハロゲンランプにより熱硬化するように構成されている。
このハロゲンランプは造形物を形成するステージの幅方向全域に亘って熱を供給できる長さ寸法の、一般の蛍光管と同様の細長円筒状ランプにより構成されており、このハロゲンランプはディスペンサー部を前後方向に移動させる前後方向移動部に固定され、ディスペンサーにより射出される造形材料によりステージ上に造形物の形状が形成された後に、前後方向に移動しながら造形材料に対してハロゲン光を照射して硬化させるように構成されている。このように構成された従来のハロゲンランプ式の3Dプリンタには以下のように問題点があった。
A conventional 3D printer using a thermosetting silicone rubber as a material is configured to be thermoset by a halogen lamp.
This halogen lamp is composed of an elongated cylindrical lamp similar to a general fluorescent tube, which has a length dimension that can supply heat over the entire width direction of the stage forming the model, and this halogen lamp has a dispenser part. After the shape of the modeled object is formed on the stage by the modeling material that is fixed to the moving part in the front-rear direction that moves in the front-rear direction and ejected by the dispenser, the modeling material is irradiated with halogen light while moving in the front-rear direction. It is configured to cure. The conventional halogen lamp type 3D printer configured in this way has the following problems.
第一に、ハロゲンランプが大型であることから使用電力も大きく、造形物の製造にあたり消費電力が大きいことから製造コストが嵩むと共に、硬化時には3Dプリンタを構成する筐体内部の温度が上昇するため、作業者の製造作業の妨げになる場合があると共に、安全性も低下する、という問題点を有していた。 First, since the halogen lamp is large, the power consumption is large, and the power consumption for manufacturing the modeled object is large, so the manufacturing cost is high, and the temperature inside the housing constituting the 3D printer rises at the time of curing. There is a problem that the manufacturing work of the worker may be hindered and the safety is lowered.
第二に、上記のように、従来のハロゲンランプ式の3Dプリンタにあっては、ハロゲンランプは前後方向移動部材に固定されており、ディスペンサーにより射出される造形材料によりステージ上に造形物の形状が形成された後に、前後方向に移動しながら造形材料に対してハロゲン光を照射して硬化させるように構成されていることから、ステージ上の造形材料に対してハロゲン光の照射が開始される時点とハロゲン光の照射が完了する時点との間にタイムラグが発生し、その間に造形材料に硬化の程度に差ができてしまい、造形物の硬化品質が良好とならない場合がある、という問題があった。 Secondly, as described above, in the conventional halogen lamp type 3D printer, the halogen lamp is fixed to the moving member in the front-rear direction, and the shape of the modeled object is formed on the stage by the modeling material ejected by the dispenser. Is configured to irradiate the molding material with halogen light and cure it while moving in the front-rear direction, so that the molding material on the stage is irradiated with halogen light. There is a problem that a time lag occurs between the time point and the time point when the irradiation of halogen light is completed, and during that time, the degree of curing of the modeling material is different, and the curing quality of the modeled object may not be good. there were.
第三に、ハロゲンランプは一般の蛍光管と同様の形状に形成されており、ステージ幅方向に平均的にハロゲン光が照射されることから、種々の形状、構造を有する各種造形物の各部に対して充分に加熱することができず、造形物に硬化不足な部分が残存する、という不具合もあった。 Thirdly, the halogen lamp is formed in the same shape as a general fluorescent tube, and since halogen light is irradiated on average in the stage width direction, each part of various shaped objects having various shapes and structures On the other hand, there was also a problem that it could not be sufficiently heated and a portion that was insufficiently cured remained in the modeled object.
第四に、小規模、小型の造形物を製造する場合にも、上記のハロゲンランプにより熱硬化作業をせざるをえないことから、小規模、小型の造形物を製造する場合には、造形物製作に要する熱量以上の熱量が供給されることとなり、大幅に製造コストが嵩む、という問題点があった。 Fourth, even when manufacturing small-scale and small-sized objects, the above-mentioned halogen lamp must be used for thermosetting work. Therefore, when producing small-scale and small-scale objects, modeling is required. There is a problem that the amount of heat required for manufacturing the product is supplied more than the amount of heat required for manufacturing, and the manufacturing cost is significantly increased.
第五に、3Dプリンタにより、小規模で細密な構造の造形物を製造するような場合には、製造過程で微妙な熱硬化作業や成形操作が要求されることもある。
しかしながら、従来の熱硬化シリコーンゴムを用いた3Dプリンタにあっては、上記のようにステージの幅方向全域に亘る大きさ、長さ寸法のハロゲンランプを熱源として使用するものであることから、従来のハロゲンランプを熱源とする3Dプリンタの場合には微妙な熱硬化作業を行うにあたっての操作性が適切ではなく、小規模で細密な構造の造形物を製造する場合には有効に対応することができない、という不具合をも有していた。
Fifth, when a 3D printer is used to manufacture a small-scale model with a fine structure, a delicate thermosetting operation or molding operation may be required in the manufacturing process.
However, the conventional 3D printer using the heat-curable silicone rubber uses a halogen lamp having a size and a length over the entire width direction of the stage as a heat source as described above. In the case of a 3D printer that uses a halogen lamp as a heat source, the operability for performing delicate heat curing work is not appropriate, and it can be effectively handled when manufacturing a small-scale, finely structured model. It also had the problem of not being able to do it.
一方、特許文献1は、紫外線の照射により硬化する材料を用いて造形物を造形する造形装置を開示している。
しかしながら、特許文献1の技術では、筐体外部から内方へ侵入する外光の遮蔽に関し何ら言及がない。従って、外部からの紫外線の影響を排除することができず、高品質な造形物を製造することができない可能性がある。
On the other hand, Patent Document 1 discloses a modeling apparatus for modeling a modeled object using a material that is cured by irradiation with ultraviolet rays.
However, in the technique of Patent Document 1, there is no mention of shielding external light entering from the outside to the inside of the housing. Therefore, the influence of ultraviolet rays from the outside cannot be eliminated, and there is a possibility that a high-quality model cannot be manufactured.
そこで、本発明の課題は、紫外線硬化材料を用い、製造コストを低減しつつ、良好な硬化品質を実現することにより高品質な造形物を製造することができる3Dプリンタを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a 3D printer capable of producing a high-quality model by using an ultraviolet curable material and achieving good curing quality while reducing the manufacturing cost.
上記課題達成のため、請求項1記載の発明にあっては、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化材料を用いて造形物を製造する3Dプリンタであって、前記紫外線硬化材料を貯留する材料タンクと、左右方向及び前後方向に移動可能であり、前記材料タンクに貯留された前記紫外線硬化材料を射出可能な射出部と、前記射出部により射出された紫外線硬化材料が載置され、上下方向に移動可能なステージと、左右方向及び前後方向に移動可能であり、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に対して紫外線を照射する紫外線照射部と、前記材料タンク、前記ステージ及び前記射出部及び前記紫外線照射部を内部に収納する筐体と、前記筐体外部から筐体内部への紫外線の侵入を防止する紫外線遮蔽部とを備え、前記射出部は、前記紫外線硬化材料が注入されるディスペンサー部と、ディスペンサー部の先端部に設けられ、前記紫外線硬化材料を射出するヘッド部とを有し、前記射出部は、前記射出部を左右方向に移動させる左右方向移動部に装着されると共に、前記左右方向移動部は前後方向に移動可能に前後方向移動部に装着されており、前記紫外線照射部は前記ディスペンサー部に固定され、前記紫外線照射部は、前記ステージ上に配置された前記紫外線硬化材料の周囲を囲むことができるように全体リング状に形成され、複数の点光源を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a 3D printer that manufactures a modeled object using an ultraviolet curable material that is cured by irradiation with ultraviolet rays, and is a material tank that stores the ultraviolet curable material. , The injection part that can move in the left-right direction and the front-back direction and can inject the ultraviolet-curable material stored in the material tank, and the ultraviolet-curable material injected by the injection part are placed and move in the vertical direction. A possible stage, an ultraviolet irradiation unit that is movable in the left-right direction and the front-rear direction and irradiates the ultraviolet-curable material injected onto the stage with ultraviolet rays, a material tank, the stage, the injection unit, and the above. A housing for accommodating an ultraviolet irradiation unit inside and an ultraviolet shielding unit for preventing ultraviolet rays from entering the housing from the outside of the housing are provided, and the injection unit is a dispenser unit into which the ultraviolet curing material is injected. And a head portion provided at the tip of the dispenser portion and ejecting the ultraviolet curable material, the ejection portion is attached to a left-right direction moving portion for moving the injection portion in the left-right direction, and the above-mentioned The left-right moving portion is attached to the front-back moving portion so as to be movable in the front-rear direction, the ultraviolet irradiation portion is fixed to the dispenser portion, and the ultraviolet irradiation portion is the ultraviolet curing material arranged on the stage. It is characterized in that it is formed in a ring shape as a whole so as to be able to surround the periphery of the ultraviolet rays, and has a plurality of point light sources.
従って、本発明に係る3Dプリンタにあっては、紫外線遮蔽部により外部から筐体の内部に紫外線が侵入することを防ぐことができる。また、本発明に係る3Dプリンタにあっては、紫外線照射部はディスペンサー部に固定されていることから、ディスペンサー部及びヘッド部の前後方向及び左右方向の動きに追随することができ、かつ、ヘッド部に近接して配置されていることから、ヘッド部から射出された紫外線硬化材料に対して位置的に対応して紫外線を照射する。Therefore, in the 3D printer according to the present invention, it is possible to prevent ultraviolet rays from entering the inside of the housing from the outside by the ultraviolet shielding portion. Further, in the 3D printer according to the present invention, since the ultraviolet irradiation portion is fixed to the dispenser portion, the movement of the dispenser portion and the head portion in the front-rear direction and the left-right direction can be followed, and the head Since it is arranged close to the portion, it irradiates the ultraviolet curable material emitted from the head portion with ultraviolet rays corresponding to the position.
また、本発明に係る3Dプリンタにあっては、複数の点光源が円環状に配置され、全体としてリング状に形成されていることから、造形物に対して周囲から造形物全体に均一に紫外線を照射することができる。Further, in the 3D printer according to the present invention, since a plurality of point light sources are arranged in an annular shape and formed in a ring shape as a whole, ultraviolet rays are uniformly applied from the surroundings to the entire modeled object. Can be irradiated.
請求項2記載の発明にあっては、前記紫外線照射部は点光源を有することを特徴とする。The invention according to claim 2 is characterized in that the ultraviolet irradiation unit has a point light source.
請求項3記載の発明にあっては、前記紫外線照射部は、前記前後左右方向移動部に、前記ディスペンサー部と協働して移動可能に設けられていることを特徴とする。The invention according to claim 3 is characterized in that the ultraviolet irradiation unit is provided in the front-back / left-right direction moving portion so as to be movable in cooperation with the dispenser portion.
請求項4記載の発明にあっては、前記紫外線照射部は、前記ディスペンサー部の側部に、前記ステージ上へ射出された造形物に対して斜め上方から紫外線を照射するように固定されていることを特徴とする。In the invention according to claim 4, the ultraviolet irradiation unit is fixed to the side portion of the dispenser unit so as to irradiate the modeled object ejected onto the stage with ultraviolet rays from diagonally above. It is characterized by that.
請求項5記載の発明にあっては、前記紫外線照射部の下端部は、前記ディスペンサー部の下端部よりも下方に配置されていることを特徴とする。The invention according to claim 5 is characterized in that the lower end portion of the ultraviolet irradiation portion is arranged below the lower end portion of the dispenser portion.
従って、本発明に係る3Dプリンタにあっては、紫外線照射部が前記ディスペンサー部よりも造形物に近接した状態で紫外線を照射する。Therefore, in the 3D printer according to the present invention, the ultraviolet irradiation unit irradiates the ultraviolet rays in a state where the ultraviolet irradiation unit is closer to the modeled object than the dispenser unit.
請求項6記載の発明にあっては、前記紫外線硬化材料は、紫外線硬化シリコーンゴムであることを特徴とする。The invention according to claim 6 is characterized in that the ultraviolet curable material is an ultraviolet curable silicone rubber.
請求項7記載の発明にあっては、前記紫外線遮蔽部は、前記筐体に設けられた窓開口部の透明ガラスの内方に貼設された紫外線遮蔽シートからなることを特徴とする。The invention according to claim 7 is characterized in that the ultraviolet shielding portion comprises an ultraviolet shielding sheet attached to the inside of transparent glass of a window opening provided in the housing.
請求項8記載の発明にあっては、熱エネルギー照射部を加熱部としてさらに有することを特徴とする。The invention according to claim 8 is characterized in that the heat energy irradiation unit is further provided as a heating unit.
請求項1記載の発明にあっては、前記紫外線硬化材料を貯留する材料タンクと、左右方向及び前後方向に移動可能であり前記材料タンクに貯留された前記紫外線硬化材料を射出可能な射出部と、前記射出部により射出された紫外線硬化材料が載置され、上下方向に移動可能なステージと、左右方向及び前後方向に移動可能であり前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に対して紫外線を照射する紫外線照射部と、前記材料タンク、前記ステージ及び前記射出部及び前記紫外線照射部を内部に収納する筐体と、前記筐体外部から筐体内部への紫外線の侵入を防止する紫外線遮蔽部とを備えていることから、紫外線遮蔽部により外部から筐体の内部に紫外線が進入することを防ぐことができるため、外部からの紫外線の影響を排除した状態で、紫外線硬化材料に対して紫外線を照射しつつ造形物を硬化させて所望の形態、構造の造形物を製造することができる。 In the invention according to claim 1, a material tank for storing the ultraviolet-curable material and an injection unit capable of ejecting the ultraviolet-curable material stored in the material tank, which can be moved in the left-right direction and the front-rear direction. , The ultraviolet curable material injected by the injection unit is placed on the stage, which can move in the vertical direction, and the ultraviolet curable material, which can move in the left-right direction and the front-back direction, emits ultraviolet rays to the stage. An ultraviolet irradiation unit to be irradiated, a housing that houses the material tank, the stage, the injection unit, and the ultraviolet irradiation unit, and an ultraviolet shielding unit that prevents ultraviolet rays from entering the housing from the outside of the housing. Since it is possible to prevent ultraviolet rays from entering the inside of the housing from the outside by the ultraviolet shielding part, the ultraviolet rays are applied to the ultraviolet curable material in a state where the influence of ultraviolet rays from the outside is eliminated. It is possible to produce a modeled object having a desired shape and structure by curing the modeled object while irradiating with ultraviolet rays.
その結果、良好な硬化品質を実現することにより高品質な造形物を製造することができる3Dプリンタを提供することができる。
また、紫外線照射部はディスペンサー部に固定されていることから、ディスペンサー部の左右方向及び前後方向の動きに追随することができ、かつ、ヘッド部に近接して配置されていることから、ヘッド部から射出された紫外線硬化材料に対して時間的、位置的に対応して紫外線を照射することができる。
さらに、前記紫外線照射部は、前記ステージ上に配置された前記紫外線硬化材料の周囲を囲むことができるように全体リング状に形成され、複数の点光源を有することから、紫外線硬化材料に対して全周囲から均等に、かつ適切に造形物に紫外線を照射することができるため、造形物に対してより一層な紫外線供給ができる。
As a result, it is possible to provide a 3D printer capable of producing a high-quality model by achieving good curing quality.
Further, since the ultraviolet irradiation part is fixed to the dispenser part, it can follow the movement of the dispenser part in the left-right direction and the front-back direction, and since it is arranged close to the head part, the head part It is possible to irradiate the ultraviolet curable material emitted from the ultraviolet rays in a timely and positional manner.
Further, since the ultraviolet irradiation unit is formed in an overall ring shape so as to surround the ultraviolet curing material arranged on the stage and has a plurality of point light sources, the ultraviolet curing material has a plurality of points. Since it is possible to irradiate the modeled object with ultraviolet rays evenly and appropriately from all around, it is possible to further supply ultraviolet rays to the modeled object.
請求項2記載の発明にあっては、前記紫外線照射部は点光源を有することから、従来のような熱硬化シリコーンゴムを材料として使用した3Dプリンタにおける細長ランプとして形成されていた大型のハロゲンランプの場合よりも小型に形成することが可能となり、作動に消費電力を要しない。In the invention according to claim 2, since the ultraviolet irradiation unit has a point light source, a large halogen lamp formed as an elongated lamp in a conventional 3D printer using heat-curable silicone rubber as a material. It can be formed smaller than in the case of, and does not require power consumption for operation.
即ち、従来のハロゲンランプにあっては、2KWの定格電力が必要であり、この電力を調整することは不可能であった。That is, the conventional halogen lamp requires a rated power of 2 KW, and it is impossible to adjust this power.
しかしながら、本願発明にあっては、点光源からなる紫外線照射部により紫外光を照射するように構成されていることから、使用電力も小規模で済み、造形物の製造にあたり消費電力を低減することが可能となり、造形物製造に関する製造コストを低減することが可能となると共に、収納する筐体を小型化できるため、3Dプリンタ装置全体を小型化することが可能となる。However, in the present invention, since it is configured to irradiate ultraviolet light by an ultraviolet irradiation unit composed of a point light source, the power consumption can be small and the power consumption in manufacturing a modeled object can be reduced. This makes it possible to reduce the manufacturing cost related to the production of the modeled object, and the housing to be stored can be miniaturized, so that the entire 3D printer device can be miniaturized.
また、従来のハロゲンランプは大型であったことから、操作性が良好ではなかった。即ち、ハロゲンランプ本体を作動させた場合には2000℃の一定温度のみで造形物に対して熱照射を行うように構成されており、温度調整が不可能であったことから、熱硬化の程度を調整するためには、ステージを上下方向に移動させてハロゲンランプから造形物を離間させつつ硬化させる必要があり、硬化における調整作業が煩雑であった。Moreover, since the conventional halogen lamp is large, the operability is not good. That is, when the halogen lamp body is operated, it is configured to irradiate the modeled object with heat only at a constant temperature of 2000 ° C., and the temperature cannot be adjusted. Therefore, the degree of thermosetting In order to adjust the temperature, it is necessary to move the stage in the vertical direction to cure the molded object while separating it from the halogen lamp, and the adjustment work in curing is complicated.
また、ハロゲンランプ作動時には、筐体内部が非常に高温になるために、作業者による作業性も良好ではなく、造形作業時の安全性を確保することも必要となっていた。Further, when the halogen lamp is operated, the inside of the housing becomes extremely hot, so that the workability by the operator is not good, and it is also necessary to ensure the safety during the modeling work.
しかしながら、本発明にあっては紫外線照射部により造形物を硬化するように構成されていることから、従来の構成によるハロゲンランプによる硬化時におけるほどの高温度にはならないことから、筐体温度も従来よりも高温に至らず、その結果、作業者も硬化作業時における硬化作業を容易に行うことが可能となる。However, in the present invention, since the modeled object is cured by the ultraviolet irradiation portion, the temperature is not as high as that at the time of curing by the halogen lamp according to the conventional configuration, so that the housing temperature is also high. The temperature does not reach higher than in the past, and as a result, the operator can easily perform the curing operation during the curing operation.
また、本願発明にあっては、紫外線照射部が点光源により構成され、紫外線照射部を小型化できることから、造形物の必要な箇所のみに照射することができるため、従来よりも造形作業を効率的に行うことができる。Further, in the present invention, since the ultraviolet irradiation part is composed of a point light source and the ultraviolet irradiation part can be miniaturized, it is possible to irradiate only the necessary part of the modeled object, so that the modeling work is more efficient than before. Can be done
さらに、従来の大型に形成された管状のハロゲンランプにより硬化する場合には、造形物の加熱部位を特定して加熱することは不可能であり、常に造形物全体を加熱する他はなかったが、本願発明にあっては紫外線照射部が点光源により構成されていることから、照射範囲を小さく形成することができるため、硬化が必要な部位に絞って照射させて硬化させることができ、造形物全体として造形速度を上げ、造形時間を短縮することができる。Furthermore, when curing with a conventional large-sized tubular halogen lamp, it is impossible to specify the heating site of the modeled object and heat it, and there is no choice but to always heat the entire modeled object. In the present invention, since the ultraviolet irradiation portion is composed of a point light source, the irradiation range can be formed to be small, so that it is possible to narrow down the irradiation to a portion requiring curing and cure it. The modeling speed of the entire object can be increased and the modeling time can be shortened.
また、紫外線は指向性があり照射方向を制御しやすいことから、製造過程で微妙な熱硬化作業や成形操作を行うことが可能になる。In addition, since ultraviolet rays have directivity and it is easy to control the irradiation direction, it becomes possible to perform delicate thermosetting work and molding operation in the manufacturing process.
また、小規模、小型の造形物を製造する場合には、小規模造形物に要する熱量に対応した使用電力で済み、従来に比して大幅に製造コストを低減することが可能となる。Further, in the case of manufacturing a small-scale or small-sized modeled object, the power consumption corresponding to the amount of heat required for the small-scale modeled object is sufficient, and the manufacturing cost can be significantly reduced as compared with the conventional case.
請求項3記載の発明にあっては、前記紫外線照射部は、前記前後左右方向移動部に、前記ディスペンサー部と協働して移動可能に設けられていることから、紫外線照射部は、ディスペンサー部の左右方向及び前後方向の動きに追随することができ、かつ、ヘッド部に近接して配置されていることから、ヘッド部から射出された紫外線硬化材料に対して時間的、位置的に対応して紫外線を照射することができる。
その結果、従来のような、ステージ上の造形材料に対してハロゲン光の照射が開始される時点とハロゲン光の照射が完了する時点とでタイムラグが発生し、その間に造形材料に硬化の程度に差ができてしまう、という不具合を解消することが可能となる。
In the invention according to claim 3, since the ultraviolet irradiation unit is provided in the front-back / left-right direction moving portion so as to be movable in cooperation with the dispenser portion, the ultraviolet irradiation portion is a dispenser portion. Since it can follow the movements in the left-right direction and the front-back direction and is arranged close to the head part, it corresponds to the ultraviolet curable material emitted from the head part in terms of time and position. Can be irradiated with ultraviolet rays.
As a result, a time lag occurs between the time when the halogen light irradiation is started and the time when the halogen light irradiation is completed on the modeling material on the stage as in the conventional case, and the degree of curing of the modeling material is increased during that time. It is possible to solve the problem of making a difference.
また、造形物の形状、構造に応じて必要な部位に紫外線を照射して硬化させることが可能になることから、造形物の形状および構造にかかわらず、高品質な造形物を製造することが可能となる。In addition, since it is possible to irradiate the required part with ultraviolet rays to cure it according to the shape and structure of the modeled object, it is possible to manufacture a high-quality modeled object regardless of the shape and structure of the modeled object. It will be possible.
さらに、紫外線を収斂させて照射することもできるため、小規模、小型であって、細密な構造を有する造形物の場合に、微妙な硬貨作業が要求される場合にも対応することが可能となる。Furthermore, since it is possible to irradiate by converging ultraviolet rays, it is possible to deal with the case where delicate coin work is required in the case of a small-scale, small-sized model with a fine structure. Become.
請求項4記載の発明にあっては、前記紫外線照射部は、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料の斜め上方から紫外線を照射することから、造形物に対して斜めに紫外線を照射することができるため、造形物の大きさ、形状、構造に対応した紫外線供給ができる。In the invention according to claim 4, since the ultraviolet irradiation unit irradiates ultraviolet rays from diagonally above the ultraviolet curing material injected onto the stage, the ultraviolet irradiation is obliquely applied to the modeled object. Therefore, it is possible to supply ultraviolet rays according to the size, shape, and structure of the modeled object.
請求項5記載の発明にあっては、前記紫外線照射部の下端部は、前記射出部の下端部よりも下方に配置されていることから、紫外線照射部が射出部よりも造形物に接近するため、造形物の大きさ、形状、構造に応じた紫外線供給ができる。In the invention according to claim 5, since the lower end portion of the ultraviolet irradiation portion is arranged below the lower end portion of the injection portion, the ultraviolet irradiation portion is closer to the modeled object than the emission portion. Therefore, it is possible to supply ultraviolet rays according to the size, shape, and structure of the modeled object.
請求項6記載の発明にあっては、前記紫外線硬化材料は、紫外線硬化シリコーンゴムであることから、熱により硬化させる熱硬化シリコーンゴムを使用しないようにすることができるため、熱硬化シリコーンゴムと比較して、エネルギーの無駄がなくなるだけでなく、筐体内部が低温になるため、作業性が良く、安全性も高い。In the invention according to claim 6, since the ultraviolet curable material is an ultraviolet curable silicone rubber, it is possible to avoid using a heat curable silicone rubber that is cured by heat. In comparison, not only is there no waste of energy, but the temperature inside the housing is low, so workability is good and safety is high.
請求項7記載の発明にあっては、前記紫外線遮蔽部は、前記筐体に設けられた窓開口部の透明ガラスの内方に貼設された紫外線遮蔽シートからなることから、筐体の、外部に対して透明な部位からの紫外線の侵入を防ぎ、筐体外部からの紫外線の影響を排除した状態で、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化材料に対して紫外線を照射しつつ造形物を硬化させて造形物を製造することができる。In the invention according to claim 7, since the ultraviolet shielding portion is made of an ultraviolet shielding sheet attached to the inside of the transparent glass of the window opening provided in the housing, the ultraviolet shielding portion of the housing. Curing the modeled object while irradiating the UV-curing material that cures by UV irradiation while preventing the invasion of UV rays from the transparent part to the outside and eliminating the influence of UV rays from the outside of the housing. It is possible to manufacture a modeled object.
請求項8記載の発明にあっては、熱エネルギー照射部を加熱部としてさらに有することから、熱エネルギー照射部と紫外線照射部とを併用することにより、造形物に応じてより効率的な硬化作業を行うことができ、造形物の硬化スピードを上げて、造形物の硬化時間を低減することができる。In the invention according to claim 8, since the heat energy irradiation unit is further provided as a heating unit, by using the heat energy irradiation unit and the ultraviolet irradiation unit together, more efficient curing work can be performed according to the modeled object. Can be performed, the curing speed of the modeled object can be increased, and the curing time of the modeled object can be reduced.
以下、本発明に係る一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1及び図2に示すように、本実施の形態に係る3Dプリンタ10は、紫外線の照射により硬化する紫外線硬化材料を用いて造形物を製造する3Dプリンタであって、前記紫外線硬化材料を貯留する材料タンク13と、左右方向及び前後方向に移動可能であり、前記材料タンクに貯留された前記紫外線硬化材料を射出可能な射出部15と、射出部15により射出された紫外線硬化材料が載置され、上下方向に移動可能なステージ14と、左右方向及び前後方向に移動可能であり、ステージ14に射出された紫外線硬化材料に対して紫外線を照射する紫外線照射部16と、材料タンク13、ステージ14及び射出部15及び前記紫外線照射部を内部に収納する筐体17とを備えている。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本実施の形態に係る3Dプリンタ10は制御部19を備えている。制御部19は、予め格納された造形物12の形状、構造データ、材料11の材料データ等に基づいて、3Dプリンタ10の各部(各モータ)を制御し、造形物12を製造するように構成されている。
The
より具体的には、本実施の形態に係る図1及び図2に示すように、筐体17の内方上端部には、紫外線硬化材料11が収納された材料タンク13が配設されている。材料タンク13は、固定ホルダ21により筐体17の上端部に固定されている。
材料タンク13の下方には、材料供給チューブ30を介して材料タンク13に連設されて射出部15が配置されている。射出部15は、紫外線硬化材料が注入されるディスペンサー部22と、ディスペンサー部22の下部に設けられ、前記紫外線硬化材料を射出するヘッド部27と、ディスペンサー部22の上部に設けられたモータ部23とを備えている。
本実施の形態にあっては、材料タンク13、材料供給チューブ30、ディスペンサー部22及びヘッド部27は同一垂直軸X上に配設されている。
More specifically, as shown in FIGS. 1 and 2 according to the present embodiment, a
Below the
In the present embodiment, the
射出部15は、移動レールからなる左右方向移動部24に装着され、適宜の駆動部により左右方向移動部24に沿って、筐体17内においてステージ14上を左右方向に移動できるように構成されていると共に、左右方向移動部24は前後方向に移動できる移動レールからなり、筐体17の両側壁部内方に固定された前後方向移動部25に装着され、適宜の駆動部により前後方向に移動可能に形成されている。
The
また、射出部15の下方には、射出部15のヘッド部27から射出された材料により形成される造形物12を載置するステージ14が配置されている。ステージ14の下方には、ステージ14を上下方向に移動可能とさせる上下動軸部37が配置されている。ステージ14は、適宜に配置されたモータの駆動により上下動軸部37により上下方向に移動する。
Further, below the
その結果、射出部15は、筐体17内において左右及び前後方向に移動することが可能であると共に、ステージ14が上下方向に移動することから、射出部15によりステージ上に射出された紫外線硬化材料11に関しては、射出部15が、前後方向、左右方向、相対的に上下方向の3次元方向に移動して造形できるように構成されている。
As a result, the
そして、本実施の形態にあっては、紫外線照射部16がディスペンサー部22に固定されている。
Then, in the present embodiment, the
本実施の形態にあっては、紫外線照射部16は、点光源からなる紫外線照射器28を備えている。図1に示すように、紫外線照射部16は筒状に形成され、先端部には点光源からなる紫外線照射器28が設けられている。
本実施の形態にあっては、紫外線照射器28はUVランプにより形成されているが、LED式の紫外線照射器であってもよく、本実施の形態には限定されない。
本実施の形態にあっては、紫外線照射部16は全体筒状に形成され、適宜のアーム部材29により、上記のようにディスペンサー部22等が筐体17内において垂直軸Xに対して所定角度分、斜めに傾斜して、上端部側が外方へ突出して配設され、ディスペンサー部22の側部において、ディスペンサー部か15らステージ14上へ射出された造形物12に対して斜め上方から紫外線を照射するように配設固定されている。また、紫外線照射器28の下端部は、ヘッド部27の下端部よりも下方に配置されている。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the
また、紫外線照射部16は、点光源からなる紫外線照射器28から照射される紫外光を適宜の構成により、光束を所望の大きさ、幅に収斂することが可能な光束収斂機構(図示せず)を備えている。その結果、本実施の形態にあっては、光束収斂機構を適宜操作することにより、造形物12の全体に紫外線を照射できると共に、必要に応じて造形物12に対してピンポイントで紫外線を照射できるように形状されている。
Further, the
本実施の形態にあっては、紫外線照射部16の下端部である紫外線照射器28の先端31は、ディスペンサー部22の下端部であるヘッド部27の先端部27aよりも下方に配置されている。従って、本実施の形態に係る3Dプリンタ10にあっては、紫外線照射部16がディスペンサー部22よりも造形物12(図1参照)に近づいて配置されるように構成されている。
In the present embodiment, the
そして、本実施の形態にあっては、筐体17のドアのガラス等の透明素材により形成された窓開口部等の、全ての光透過部位に設けられた、紫外線を遮蔽する紫外線遮蔽部18を備えている。
即ち、図2及び図3に示すように、全体縦長直方体状に形成された筐体17の前面側には、フロントドア32が開閉可能に設けられていると共に、両側部には窓開口部33が設けられている。
そして、フロントドア32の開口部34及び窓開口部33のガラス部の内側面部全域に紫外線遮蔽シート35が貼設され、紫外線遮蔽部18を形成し、筐体外部から内方へ紫外線が入らないように構成されている。
Then, in the present embodiment, the ultraviolet shielding portion 18 that shields ultraviolet rays is provided in all the light transmitting portions such as the window opening formed of the transparent material such as the door glass of the
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, a
Then, the
紫外線硬化材料11は紫外線硬化シリコーンゴムである。紫外線硬化材料11に対して紫外線照射部16から紫外線が照射された場合には「紫外線硬化(UV硬化)」の事態が起きる。この「紫外線硬化(UV硬化)」は、紫外線を利用した化学反応(重合反応)による硬化であり、従来における熱硬化シリコーンゴムに対してハロゲン光が照射された場合における「熱硬化」とは異なる。
The UV curable material 11 is a UV curable silicone rubber. When the ultraviolet curable material 11 is irradiated with ultraviolet rays from the
以下、本実施の形態に係る3Dプリンタの作用を説明する。
本実施の形態に係る3Dプリンタ10にあっては、造形材料として紫外線硬化材料11が材料タンク13内に貯留されている。
紫外線硬化材料11が制御部19に格納された造形情報に基づき、ディスペンサー部22からヘッド部27を介してステージ14上に、適宜の形状および構造となるように射出される場合には、制御部19の駆動制御により、ヘッド部27からの材料の射出に追随して点光源からなる紫外線照射器28から紫外線がステージ14上の紫外線硬化材料11に対して照射される。
Hereinafter, the operation of the 3D printer according to the present embodiment will be described.
In the
When the ultraviolet curable material 11 is ejected from the
従って、点光源からなる紫外線照射器28により紫外光を照射するように構成されていることから、硬化時における使用電力も小規模で済み、造形物の製造にあたり消費電力を低減することが可能となり、造形物製造に関する製造コストを低減することが可能となる。
Therefore, since the
また、その結果、収納する筐体17を小型化できるため、3Dプリンタ装置全体を小型化することが可能となる。その結果、本実施の形態に係る3Dプリンタ10の高さ寸法は1m程度であり、重さは50〜100kg程度に形成される。従来のハロゲンランプ式の3Dプリンタは、例えば、重さは350kg、高さ寸法は3m程度であり、大幅な小型化が可能となる。
As a result, the
本実施の形態にあっては紫外線照射器28を有する紫外線照射部16により紫外線硬化材料11を硬化させて造形物を形成するように構成されていることから、従来のハロゲンランプによる硬化時におけるほどの高温度にはならないことから、筐体17の温度も従来よりも高温に至らず、その結果、作業者も硬化作業時における硬化作業を容易に行うことが可能となる。
In the present embodiment, the ultraviolet curing material 11 is cured by the
また、本実施の形態にあっては、紫外線照射器28が点光源により構成されており、紫外線照射部16が全体として小型化されていることから、必要に応じて造形物の必要な箇所のみに照射することができるため、従来よりも造形作業を効率的に行うことができる。
Further, in the present embodiment, since the
さらに、紫外線は指向性があり照射方向を制御しやすいことから、本実施の形態にあっては、紫外線照射器28には適宜の構成の紫外線収斂部が設けられており、必要に応じて紫外線を収斂させて細いビームにすることにより、造形物の微妙な熱硬化作業や成形操作を行うことが可能になる。また、このように小規模、小型の造形物を製造する場合には、小規模造形物に要する熱量に対応した使用電力で済み、従来に比して大幅に製造コストを低減することが可能となる。
Further, since ultraviolet rays have directivity and it is easy to control the irradiation direction, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態にあっては、ディスペンサー部22を形成する垂直軸Xに対して所定角度分、斜めに傾斜して、上端部側が外方へ突出して配設され、ディスペンサー部22の側部において、ディスペンサー部か15らステージ14上へ射出された造形物11に対して斜め上方から紫外線を照射するように配設固定されていると共に、紫外線照射器28の下端部は、ヘッド部27の下端部よりも下方に配置されていることから、ステージ14上の紫外線硬化材料11に対して、より近接した状態で紫外線を照射することができる。
In the present embodiment, the vertical axis X forming the
その結果、本実施の形態に係る3Dプリンタ10にあっては、造形物の大きさ、形状、構造、各部位に応じた、効率の良い、かつ場合によっては微妙な硬化を行うことができる。
As a result, in the
また、本実施の形態にあっては、筐体17のフロントドア32の開口部34及び窓開口部33のガラス部の内側面部全域に紫外線遮蔽シート35が貼設され、紫外線遮蔽部18を形成し、筐体外部から内方へ紫外線が入らないように構成されていることから、筐体外部からの紫外線の筐体17内への侵入を遮蔽することができるため、外部からの紫外線が侵入することより、ステージ14上での紫外線硬化材料11の紫外線による硬化が開始し、紫外線硬化材料11の硬化過程が不均一となるという事態を、有効に防止することが可能となる。
Further, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態にあっては、紫外線照射部16が全体筒状に形成され、先端部に紫外線照射器28が設けられている場合を例に説明したが、本実施の形態に限定されず、造形物の形状および大きさに対応した形状および大きさに形成された複数種類の照射部本体を、ディスペンサー部22等に着脱可能に設けるように構成してもよい。
In the present embodiment, the case where the
即ち、例えば、図4に示すように、ステージ14上に配置された紫外線硬化材料11の周囲を包囲することができるように全体リング状に形成され、複数の点光源を有するように構成してもよい。このように構成した場合には、リング状に形成された紫外線照射部36により、紫外線硬化材料11に対して、より近接した状態で、かつ全方位から均等に造形物12に紫外線を照射することができる。
That is, for example, as shown in FIG. 4, the UV curable material 11 arranged on the
なお、上記実施の形態に記載した構成に関しては、本願発明の範囲内において適宜の変更が可能であり、上記実施の形態の構成には限定されない。 The configuration described in the above embodiment can be appropriately changed within the scope of the present invention, and is not limited to the configuration of the above embodiment.
本発明は3Dプリンタに係ることから、広く産業上の利用可能性を有している。 Since the present invention relates to a 3D printer, it has wide industrial applicability.
10 3Dプリンタ
11 紫外線硬化材料
12 造形物
13 材料タンク
14 ステージ
15 射出部
16 紫外線照射部
17 筐体
18 紫外線遮蔽シート部
19 制御部
20 リング状部
21 固定ホルダ
22 ディスペンサー部
23 モータ
24 左右方向移動部
25 前後方向移動部
26 上下方向軸部
27 ヘッド部
28 紫外線照射器(UVランプ)
29 アーム部材
30 材料供給チューブ
31 紫外線照射器先端
32 フロントドア
33 窓開口部
34 開口部
35 紫外線遮断シート
36 紫外線照射部
37 上下動軸部
38 ヘッド部先端部
10 3D printer 11
29
Claims (8)
前記紫外線硬化材料を貯留する材料タンクと、左右方向及び前後方向に移動可能であり、前記材料タンクに貯留された前記紫外線硬化材料を射出可能な射出部と、前記射出部により射出された紫外線硬化材料が載置され、上下方向に移動可能なステージと、左右方向及び前後方向に移動可能であり、前記ステージに射出された前記紫外線硬化材料に対して紫外線を照射する紫外線照射部と、前記材料タンク、前記ステージ及び前記射出部及び前記紫外線照射部を内部に収納する筐体と、前記筐体外部から筐体内部への紫外線の侵入を防止する紫外線遮蔽部とを備え、A material tank that stores the ultraviolet curable material, an injection unit that can move in the left-right direction and the front-back direction and can eject the ultraviolet curable material stored in the material tank, and an ultraviolet curing unit that is injected by the injection unit. A stage on which a material is placed and which can be moved in the vertical direction, an ultraviolet irradiation unit which is movable in the left-right direction and the front-back direction and irradiates the ultraviolet-curable material injected on the stage with ultraviolet rays, and the material. A housing that houses the tank, the stage, the injection unit, and the ultraviolet irradiation unit, and an ultraviolet shielding unit that prevents ultraviolet rays from entering the housing from the outside of the housing are provided.
前記射出部は、前記紫外線硬化材料が注入されるディスペンサー部と、前記ディスペンサー部の先端部に設けられ、前記紫外線硬化材料を射出するヘッド部とを有し、The injection portion has a dispenser portion into which the ultraviolet curable material is injected, and a head portion provided at the tip of the dispenser portion to inject the ultraviolet curable material.
前記射出部は、前記射出部を左右方向に移動させる左右方向移動部に装着されると共に、前記左右方向移動部は前後方向に移動可能に前後方向移動部に装着されており、The injection portion is attached to a left-right moving portion that moves the injection portion in the left-right direction, and the left-right moving portion is attached to the front-rear moving portion so as to be movable in the front-rear direction.
前記紫外線照射部は前記ディスペンサー部に固定され、The ultraviolet irradiation portion is fixed to the dispenser portion, and the ultraviolet irradiation portion is fixed to the dispenser portion.
前記紫外線照射部は、前記ステージ上に配置された前記紫外線硬化材料の周囲を囲むことができるように全体リング状に形成され、複数の点光源を有することを特徴とする3Dプリンタ。A 3D printer characterized in that the ultraviolet irradiation unit is formed in an overall ring shape so as to surround the ultraviolet curing material arranged on the stage, and has a plurality of point light sources.
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