JP7005426B2 - 造形装置及び造形物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態として、熱溶解積層法(FFF)により三次元造形物を造形する三次元造形装置について説明する。なお、本実施形態における三次元造形装置は、熱溶解積層法(FFF)を用いたものに限定されるものではなく、造形手段により載置台の載置面上に三次元造形物を造形する任意の造形方法を用いたものであってもよい。
図4は、下層を加熱する動作の一例を示す模式図である。以下、一実施形態として、レーザを用いて加熱する方法について説明する。
続いて、一実施形態における三次元造形装置1の処理および動作について説明する。図11は、一実施形態に係る造形処理を示すフロー図である。
続いて、実施形態の変形例Aについて上記の実施形態と異なる点を説明する。図12は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
続いて、実施形態の変形例Bについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図13は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
続いて、実施形態の変形例Cについて、上記の実施形態の変形例Bと異なる点を説明する。図14は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
続いて、実施形態の変形例Dについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図15は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
続いて、実施形態の変形例Eについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。
続いて、実施形態の変形例Fについて、上記の実施形態の変形例Eと異なる点を説明する。
続いて、実施形態の変形例Gについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図21は、一実施形態における造形および表面処理動作を示す模式図である。
比較例では、三次元造形装置1を用いて、再溶融の動作(ステップS12)を実行せずに、引張試験片を造形する。比較例1では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いる。吐出モジュール10の導入部にはφ12のSUS304製の対となるローラを用いた。吐出モジュール10の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル18は真鍮で作製し、先端の開口径を0.5mmとした。移送路となる部分はφ2.5mmの空洞となるようにした。冷却ブロック22はSUS304製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は10℃とした。加熱ブロック25も冷却ブロック22と同様にSUS304製とした。加熱ブロック25には、熱源26となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対27を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル18の走査速度を10mm/secとして、図22に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル3は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのZ軸方向の1層厚みは0.25mmとした。
比較例2では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いる。吐出モジュール10の導入部にはφ12のSUS304製の対となるローラを用いた。吐出モジュール10の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル18は真鍮で作製し、先端の開口径を0.5mmとした。移送路となる部分はφ2.5mmの空洞となるようにした。冷却ブロック22はSUS304製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は10℃とした。加熱ブロック25も冷却ブロック22と同様にSUS304製とした。加熱ブロック25には、熱源26となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対27を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル18の走査速度を50mm/secとして、図22に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル3は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのZ軸方向の1層厚みは0.25mmとした。
実施例1においては、加熱モジュール20が配置された三次元造形装置1を用いて、比較例1と同様の設定(利用する画像データ、温度、走査速度)で造形し引張試験片を造形した。このとき、下層が冷却した後、フィラメントの融点よりも高い温度に再加熱して下層の表面を再溶融させ(ステップS12)、上層を形成する処理を繰り返した。
実施例2においては、加熱モジュール20が配置された三次元造形装置1を用いて、比較例2と同様の設定(利用する画像データ、温度、走査速度)で造形し引張試験片を造形した。このとき、下層が冷却した後、フィラメントの融点よりも高い温度に再加熱して下層の表面を再溶融させ(ステップS12)、上層を形成する処理を繰り返した。
上記実施形態の三次元造形装置1(造形装置の一例)の吐出モジュール10(吐出手段の一例)は、溶融したフィラメント(造形材料の一例)を吐出して、造形材料層を形成する。三次元造形装置1の加熱モジュール20(加熱手段の一例)は、形成された造形材料層を加熱する。吐出モジュール10は、加熱された造形材料層に対し、溶融したフィラメントを吐出することで、造形材料層を積層させて造形する。上記実施形態によると、再溶融し造形材料層(下層)にフィラメントを吐出して造形材料層(上層)を積層させることで、層間の材料が混ざり合うので、造形物における積層方向の強度を向上させることができる。また、上層を積層させる処理により、外形の造形精度に影響を与えることなく、造形することができる。
3 造形テーブル
10 吐出モジュール
18 吐出ノズル
20、20´、20´´ 加熱モジュール
21 レーザ光源
28 加熱プレート
28´ タップノズル
37 クリーニングブラシ
38 ダストボックス
39 側面冷却部
41 アシスト機構
100 制御部
104 温度センサ
RS 回転ステージ
Claims (14)
- 溶融した造形材料を吐出して、造形材料層を形成する吐出手段と、
前記形成された造形材料層を加熱する加熱手段と、
所定位置に対し異なる方向から加熱可能に前記加熱手段を搬送する搬送手段と、を有し、
前記吐出手段は、前記加熱された造形材料層に対し、前記溶融した造形材料を吐出することで造形材料層を積層させる
造形装置。 - 前記加熱手段は、レーザ光を照射する照射装置である請求項1に記載の造形装置。
- 前記加熱手段は、加熱した空気を送風する送風手段である請求項1に記載の造形装置。
- 前記加熱手段は、前記造形材料層に接触して加熱する請求項1に記載の造形装置。
- 溶融した造形材料を吐出して、造形材料層を形成する吐出手段と、
前記形成された造形材料層を加熱する加熱手段と、を有し、
前記吐出手段は、前記加熱された造形材料層に対し、前記溶融した造形材料を吐出することで造形材料層を積層させ、
前記加熱手段は、前記造形材料層に接触して加熱する
造形装置。 - 所定位置に対し異なる方向から加熱可能に前記加熱手段を搬送する搬送手段を有する請求項5に記載の造形装置。
- 前記加熱手段は、前記造形材料層の所定の領域を選択的に加熱する請求項1乃至6のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記造形材料層の温度を測定する測定手段を有し、
前記加熱手段は、前記測定手段によって測定された温度に基づいて、前記造形材料層を加熱する請求項1乃至7のいずれか一項に記載の造形装置。 - 複数の前記加熱手段を有する請求項1乃至8のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記造形材料により形成される造形物の外周部を冷却する冷却手段を有する請求項1乃至9のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記造形材料は、粘度の異なる複数の材料が配置されたフィラメントである請求項1乃至10のいずれか一項に記載の造形装置。
- 前記造形材料層を支持する支持部材を有する請求項1乃至11のいずれか一項に記載の造形装置。
- 溶融した造形材料を吐出して、造形材料層を形成する吐出工程と、
前記形成された造形材料層を、加熱手段によって加熱する加熱工程と、
所定位置に対し異なる方向から加熱可能に前記加熱手段を搬送する搬送工程と、を含み、
前記吐出工程は、前記加熱された造形材料層に対し、前記溶融した造形材料を吐出することで造形材料層を積層させる
造形物の製造方法。 - 溶融した造形材料を吐出して、造形材料層を形成する吐出工程と、
前記形成された造形材料層を、加熱手段によって加熱する加熱工程と、を含み、
前記吐出工程は、前記加熱された造形材料層に対し、前記溶融した造形材料を吐出することで造形材料層を積層させ、
前記加熱工程において前記加熱手段が前記造形材料層に接触して加熱する
造形物の製造方法。
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