JP7019465B2 - 3D laminated modeling method and 3D laminated modeling equipment - Google Patents

3D laminated modeling method and 3D laminated modeling equipment Download PDF

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Description

本発明は、三次元積層造形方法および三次元積層造形装置に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional laminated modeling method and a three-dimensional laminated modeling apparatus.

複雑構造および多品種少量生産に対応するためにFFF(Fused Filament Fabrication)方式の三次元積層造形装置を利用した構造体が提案されている(特許文献1参照)。 A structure using an FFF (Fused Filament Fabrication) type three-dimensional laminated molding device has been proposed in order to cope with a complicated structure and high-mix low-volume production (see Patent Document 1).

三次元積層造形装置は、三次元データを元に一層一層、樹脂や金属などの材料を少しづつ「積層」しながら、立体物を造形する装置である。FFF方式では、主に溶かした非晶質性樹脂を押し出しながら積層する。 The three-dimensional laminated modeling device is a device that forms a three-dimensional object while gradually "laminating" materials such as resin and metal based on three-dimensional data. In the FFF method, the melted amorphous resin is mainly extruded and laminated.

特表2017-502852号公報(図3、表2)Special Table 2017-502852 (Fig. 3, Table 2)

三次元積層造形装置で造った造形物は、積層方向強度が低くなるという課題がある。よって、三次元積層造形装置で造った造形物のみで部品を構成した場合、強度が設計要求値を下回る場合がほとんどであり、航空機部品等への適用が難しい。 The modeled object manufactured by the three-dimensional laminated modeling device has a problem that the strength in the stacking direction is low. Therefore, when a part is composed only of a modeled object manufactured by a three-dimensional laminated modeling device, the strength is often lower than the design required value, and it is difficult to apply it to aircraft parts and the like.

特に、FFF方式では、積層高さ方向の強度が低い。積層高さ方向強度は、1層毎の融着強度である。特許文献1では、結晶性樹脂を用いて三次元積層体を製造しているが、結晶性樹脂は一般に融着性が悪いため、下層と上層が接着しにくい。 In particular, in the FFF method, the strength in the stacking height direction is low. The stacking height direction strength is the fusion strength for each layer. In Patent Document 1, a three-dimensional laminate is manufactured using a crystalline resin, but since the crystalline resin generally has poor fusion property, it is difficult for the lower layer and the upper layer to adhere to each other.

特許文献1では、結晶性樹脂に非晶質性樹脂を混ぜ込むことによって、結晶化度を下げることで、結晶化に伴う成形収縮を低減し、造形物の反りを防止している。 In Patent Document 1, the degree of crystallization is lowered by mixing the amorphous resin with the crystalline resin, thereby reducing the molding shrinkage due to crystallization and preventing the warp of the molded product.

しかしながら、非晶質性樹脂を混ぜることは、結晶性樹脂の利点である高強度・高耐熱性を失わせるとともに、材料選択を著しく限定する。 However, mixing the amorphous resin loses the advantages of the crystalline resin, such as high strength and high heat resistance, and significantly limits the material selection.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、結晶性樹脂の高強度・高耐熱性を併せ持ち、かつ、層間の融着強度を向上させた三次元積層造形物を製造するための装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and produces a three-dimensional laminated model having both high strength and high heat resistance of a crystalline resin and improved fusion strength between layers. It is an object of the present invention to provide a device and a method for the purpose.

上記課題を解決するために、本発明の三次元積層造形方法および三次元積層造形装置は以下の手段を採用する。 In order to solve the above problems, the three-dimensional laminated modeling method and the three-dimensional laminated modeling apparatus of the present invention employ the following means.

本発明は、プラットフォーム上に樹脂層を積層して三次元形状の積層体としての造形物を造形する方法であって、結晶性熱可塑性樹脂を材料とし、前記プラットフォーム上に、加熱溶融させた前記材料を吐出して前記樹脂層を積層させ、前記吐出後、所定時間内に、前記樹脂層を前記材料のガラス転移温度以下まで冷却するとともに、前記樹脂層を積層させる際、下地となる樹脂層のうち、次層の前記材料が吐出される直前の積層直前部分を局所的に再加熱し、前記造形物を前記材料のガラス転移温度より高く、前記材料の融点よりも低い温度でアニールする三次元積層造形方法を提供する。 The present invention is a method of laminating a resin layer on a platform to form a modeled object as a three-dimensional laminated body, wherein the crystalline thermoplastic resin is used as a material and heated and melted on the platform. When the material is discharged and the resin layer is laminated, the resin layer is cooled to a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the material within a predetermined time after the discharge, and the resin layer as a base is used when the resin layer is laminated. Of these, a tertiary layer in which the portion of the next layer immediately before laminating immediately before the material is discharged is locally reheated , and the model is annealed at a temperature higher than the glass transition temperature of the material and lower than the melting point of the material. The original laminated molding method is provided.

また、本発明は、プラットフォームと、結晶性熱可塑性樹脂を溶融可能な加熱部および前記プラットフォーム上に加熱溶融させた前記結晶性熱可塑性樹脂を吐出して樹脂層を積層させる吐出ヘッドを有する樹脂供給部と、前記吐出後、所定時間内に、前記樹脂層をガラス転移温度以下まで冷却する冷却部と、前記樹脂層を積層させる際、下地となる樹脂層のうち、次層の前記結晶性熱可塑性樹脂が吐出される直前の積層直前部分を局所加熱可能な再加熱部と、前記所定時間が2秒以内となるよう前記冷却部による冷却速度を調整する制御部と、を備えた三次元積層造形装置を提供する。 Further, the present invention supplies a resin having a platform, a heating unit capable of melting the crystalline thermoplastic resin, and a discharge head for discharging the crystalline thermoplastic resin heated and melted on the platform and laminating a resin layer. The crystalline heat of the next layer of the underlying resin layer when laminating the resin layer, the cooling unit that cools the resin layer to the glass transition temperature or lower within a predetermined time after the ejection, and the resin layer. Three-dimensional stacking including a reheating section capable of locally heating the portion immediately before stacking immediately before the plastic resin is discharged , and a control section for adjusting the cooling rate by the cooling section so that the predetermined time is within 2 seconds. Provides modeling equipment.

結晶性熱可塑性樹脂は融点以上に加熱することで溶融する。溶融した結晶性熱可塑性樹脂は、プラットフォーム上に吐出され樹脂層となる。結晶性熱可塑性樹脂の結晶化度速度は、結晶化温度で最大となり、ガラス転移温度(Tg)付近で0となる。吐出した材料(樹脂層)を所定時間内にガラス転移温度以下まで冷却すると、結晶化が進行する時間が短いため、結果として結晶化度が低くなり非晶質部分が増える。これにより、分子鎖の絡み合いおよび融着界面への球晶成長を促し、積層された樹脂層間の融着強度を向上させることができる。具体的には、所定時間2秒以内で急冷する。 The crystalline thermoplastic resin melts when heated above the melting point. The melted crystalline thermoplastic resin is discharged onto the platform to form a resin layer. The crystallinity rate of the crystalline thermoplastic resin is maximum at the crystallization temperature and becomes 0 near the glass transition temperature (Tg). When the discharged material (resin layer) is cooled to the glass transition temperature or lower within a predetermined time, the crystallization progresses for a short time, and as a result, the crystallinity decreases and the amorphous portion increases. This makes it possible to promote the entanglement of molecular chains and the growth of spherulites at the fusion interface, and improve the fusion strength between the laminated resin layers. Specifically, it is rapidly cooled within a predetermined time of 2 seconds .

結晶性熱可塑性樹脂は、結晶化度が高いほど弾性率・強度といった機械特性が向上する。積層体を上記温度範囲でアニールすることで、非結晶部分を結晶化させることができる。これにより、物理的・化学的特性の向上、および、内部ひずみ開放による寸法安定性を向上させられる。 The higher the crystallinity of the crystalline thermoplastic resin, the better the mechanical properties such as elastic modulus and strength. The amorphous portion can be crystallized by annealing the laminate in the above temperature range. As a result, the physical and chemical properties can be improved, and the dimensional stability due to the release of internal strain can be improved.

非晶化のために冷却が必要である一方、下地となる樹脂層の温度が低すぎた場合、積層された樹脂層同士は融着できない。上記発明では、樹脂層を積層させる際、前層(下地となる樹脂層)のうち、積層直前部分を局所的に再加熱することで、前層と次層とを融着させることができる。 While cooling is required for amorphization, if the temperature of the underlying resin layer is too low, the laminated resin layers cannot be fused together. In the above invention, when laminating the resin layer, the pre-layer and the next layer can be fused by locally reheating the portion immediately before laminating in the front layer (the resin layer as the base).

本発明によれば、造形中の結晶性熱可塑性樹脂の結晶化度を低く保つようにすることで、結晶性熱可塑性樹脂の高強度・高耐熱性を持ちつつも、樹脂層間の融着強度を向上させた三次元積層造形物を製造することができる。 According to the present invention, by keeping the crystallinity of the crystalline thermoplastic resin during molding low, the crystalline thermoplastic resin has high strength and high heat resistance, and at the same time, the fusion strength between the resin layers is maintained. It is possible to manufacture a three-dimensional laminated model with improved results.

本発明の一実施形態に係る三次元積層造形装置の概略図である。It is a schematic diagram of the three-dimensional laminated modeling apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. アニール処理を説明する図である。It is a figure explaining the annealing process. 冷却速度と造形可否との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cooling rate and the possibility of modeling.

以下に、本発明に係る三次元積層造形装置および三次元積層造形方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the three-dimensional laminated modeling apparatus and the three-dimensional laminated modeling method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態について、図1を用いて説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

三次元積層造形装置1は、チャンバー2、プラットフォーム3、樹脂供給部4、冷却部5、再加熱部6、温度計測部7および制御部8を備えている。 The three-dimensional laminated modeling device 1 includes a chamber 2, a platform 3, a resin supply unit 4, a cooling unit 5, a reheating unit 6, a temperature measurement unit 7, and a control unit 8.

チャンバー2は、造形物(積層体)10およびプラットフォーム3を収容可能な閉鎖型の筐体である。 The chamber 2 is a closed housing that can accommodate the modeled object (laminated body) 10 and the platform 3.

プラットフォーム3は、平坦面3aを有している。平坦面3aは水平に配置されている。プラットフォーム3の平坦面3a上に造形物10が層ごとにプリントされる。 The platform 3 has a flat surface 3a. The flat surface 3a is arranged horizontally. The model 10 is printed layer by layer on the flat surface 3a of the platform 3.

樹脂供給部4は、造形物10の材料を溶融させる加熱部(不図示)と、溶融させた材料をプラットフォーム3上に吐出する(押し出す)吐出ヘッド4aと、を有している。加熱部は、ヒータ等である。 The resin supply unit 4 has a heating unit (not shown) for melting the material of the modeled object 10, and a discharge head 4a for discharging (extruding) the melted material onto the platform 3. The heating unit is a heater or the like.

吐出ヘッド4aは、溶融させた材料を押し出し、プラットフォーム3上に樹脂層(造形物の層)10a、10bを積層させることができる。吐出ヘッド4aは、プラットフォーム3の平坦面3aに並行してx-y平面に移動できるよう構成されている。また、吐出ヘッド4aは、鉛直方向(z軸)に沿って移動できるよう構成されている。 The discharge head 4a can extrude the melted material and laminate the resin layers (layers of the model) 10a and 10b on the platform 3. The discharge head 4a is configured to be movable in the xy plane in parallel with the flat surface 3a of the platform 3. Further, the discharge head 4a is configured to be movable along the vertical direction (z-axis).

代替的な実施形態において、プラットフォーム3がx-y平面および/またはz軸に沿って移動するような構成としてもよい。他の代替的な実施形態において、吐出ヘッド4aおよびプラットフォーム3がそれぞれ互いに対して可動であるような構成であってもよい。吐出ヘッド4aおよび/またはプラットフォーム3を移動させる構成は、既存の移動機構を採用できる。 In an alternative embodiment, the platform 3 may be configured to move along the xy plane and / or the z-axis. In another alternative embodiment, the discharge head 4a and the platform 3 may be configured to be movable with respect to each other. The existing moving mechanism can be adopted for the configuration for moving the discharge head 4a and / or the platform 3.

冷却部5は、送風機等である。図1では、送風機を用いて樹脂層10a、10bに風(W)を当てている。冷却部5は、樹脂層10a、10b、特に樹脂層10aのように新しく積層され凝固が進行している領域を冷却するよう、チャンバー2内に取り付けられている。冷却部5は、必要に応じて複数設置されてもよい。冷却部5は、所望の速度で樹脂層温度を低下させられるよう冷却速度調整部(不図示)を有していることが望ましい。 The cooling unit 5 is a blower or the like. In FIG. 1, a blower is used to blow wind (W) on the resin layers 10a and 10b. The cooling unit 5 is installed in the chamber 2 so as to cool a newly laminated region such as the resin layers 10a and 10b, particularly the resin layer 10a, where solidification is progressing. A plurality of cooling units 5 may be installed as needed. It is desirable that the cooling unit 5 has a cooling rate adjusting unit (not shown) so that the resin layer temperature can be lowered at a desired rate.

再加熱部6は、赤外線加熱(IR)装置またはレーザ加熱装置等である。再加熱部6は、吐出ヘッド4aによって赤外線またはレーザの光路(L)が妨げられないように、チャンバー内に取り付けられている。また、再加熱部6は、吐出ヘッド4aの進路前方で、下地となる樹脂層(前層)のうちの積層直前部分Aのみを局所的に再加熱できる。加熱スポット径が溶融樹脂のストランド直径となるようビーム径を絞ることが望ましい。 The reheating unit 6 is an infrared heating (IR) device, a laser heating device, or the like. The reheating unit 6 is installed in the chamber so that the optical path (L) of the infrared ray or the laser is not obstructed by the discharge head 4a. Further, the reheating unit 6 can locally reheat only the portion A immediately before stacking of the underlying resin layer (front layer) in front of the path of the discharge head 4a. It is desirable to narrow the beam diameter so that the heating spot diameter becomes the strand diameter of the molten resin.

温度計測部7は、赤外線カメラ等の非接触温度計測装置である。 The temperature measuring unit 7 is a non-contact temperature measuring device such as an infrared camera.

制御部8は、三次元積層造形装置の各要素を監視および操作するよう構成された情報処理装置である。制御部8は、三次元データに基づいて吐出ヘッド4a(および/またはプラットフォーム3)の動き、樹脂の押し出し量等を制御する。また、制御部8は、温度計測部7の計測結果に応じて冷却部5による冷却速度を調整する。制御部8は、吐出ヘッドの動作に応じて、再加熱部6による再加熱位置等を制御する。 The control unit 8 is an information processing device configured to monitor and operate each element of the three-dimensional laminated modeling device. The control unit 8 controls the movement of the discharge head 4a (and / or the platform 3), the amount of resin extruded, and the like based on the three-dimensional data. Further, the control unit 8 adjusts the cooling speed by the cooling unit 5 according to the measurement result of the temperature measuring unit 7. The control unit 8 controls the reheating position and the like by the reheating unit 6 according to the operation of the discharge head.

情報処理装置は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等である。 The information processing device is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a computer-readable storage medium, and the like. As an example, a series of processes for realizing various functions are stored in a storage medium or the like in the form of a program, and the CPU reads this program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions are realized. The program is installed in a ROM or other storage medium in advance, is provided in a state of being stored in a computer-readable storage medium, or is distributed via a wired or wireless communication means. Etc. may be applied. The computer-readable storage medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.

次に、三次元積層造形装置1を用いて造形物を製造する方法について説明する。 Next, a method of manufacturing a modeled object by using the three-dimensional laminated modeling apparatus 1 will be described.

造形物の材料としては、結晶性熱可塑性樹脂を用いる。結晶性熱可塑性樹脂は、例えば、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)である。PAEKには、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)等が含まれる。 A crystalline thermoplastic resin is used as the material of the modeled object. The crystalline thermoplastic resin is, for example, polyaryletherketone (PAEK). PAEK includes polyetherketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyetheretherketoneketone (PEEKK) and the like.

樹脂供給部4にフィラメント状の材料を入れ、加熱部で材料を加熱溶融させる。溶融させた材料を吐出ヘッド4aから吐出させ(押し出し)、プラットフォーム3上に樹脂層10a、10bを一層一層積層させる。図1において樹脂層10bは、複数の樹脂層が積層された積層体である。 The filamentary material is put into the resin supply unit 4, and the material is heated and melted in the heating unit. The melted material is discharged (extruded) from the discharge head 4a, and the resin layers 10a and 10b are further laminated on the platform 3. In FIG. 1, the resin layer 10b is a laminated body in which a plurality of resin layers are laminated.

樹脂層10a、10bを積層させている間、冷却部5により樹脂層10a、10bを冷却する。特に、吐出ヘッド4aから押し出された材料(新たに積層される樹脂層10a)を冷却部5により急冷する。「急冷」とは、材料の吐出後、所定時間内に、材料のTg以下まで冷却することを意味する。所定時間は、材料がPEEKの場合、2秒以内である。最適な所定時間は、予備試験の結果に基づき設定され得る。例えば、樹脂層10a、10bの結晶化度が、十分な時間高温保持しアニールを行った場合の結晶化度(PEEKでは約50%)の1/3以下に抑えられる冷却条件を予備試験にて得ておき、該冷却条件を満たすように急冷する。吐出ヘッド4aから押し出された材料が積層前に固まらないよう、吐出前の材料は融点以上の温度を維持する。 While the resin layers 10a and 10b are laminated, the resin layers 10a and 10b are cooled by the cooling unit 5. In particular, the material extruded from the discharge head 4a (the newly laminated resin layer 10a) is rapidly cooled by the cooling unit 5. "Quenching" means cooling the material to Tg or less within a predetermined time after discharging the material. The predetermined time is within 2 seconds when the material is PEEK. The optimum predetermined time can be set based on the results of the preliminary test. For example, in a preliminary test, the cooling conditions under which the crystallinity of the resin layers 10a and 10b can be suppressed to 1/3 or less of the crystallinity (about 50% in PEEK) when the resin layers 10a and 10b are held at a high temperature for a sufficient time and annealed are performed are subjected to a preliminary test. Obtain it and quench it so as to satisfy the cooling conditions. The material before ejection maintains a temperature equal to or higher than the melting point so that the material extruded from the ejection head 4a does not solidify before laminating.

一方、2層目以降(次層)の樹脂層10aを積層させる際、再加熱部により積層直前部分Aを局所的に再加熱する。再加熱は、再加熱した部分上に次層の材料が積層される際に、積層直前部Aの表面温度が式(1)、(2)を満たすよう実施する。
材料(樹脂)の融点温度-積層直前部Aの表面温度<ΔT・・・(1)
ΔT=吐出された直後の材料温度-材料(樹脂)の融点・・・(2)
*吐出された直後の材料温度=吐出ヘッド温度としてもよい。
On the other hand, when laminating the resin layer 10a of the second and subsequent layers (next layer), the portion A immediately before laminating is locally reheated by the reheating portion. The reheating is carried out so that the surface temperature of the portion A immediately before stacking satisfies the formulas (1) and (2) when the material of the next layer is laminated on the reheated portion.
Melting point temperature of material (resin) -Surface temperature of portion A immediately before stacking <ΔT ... (1)
ΔT = Material temperature immediately after discharge-Melting point of material (resin) ... (2)
* The material temperature immediately after discharge = the discharge head temperature may be used.

積層直前部分Aは、次層の材料が吐出される直前の前層(下地となる樹脂層10b)領域である。 The portion A immediately before stacking is a region of the front layer (resin layer 10b serving as a base) immediately before the material of the next layer is discharged.

局所的に再加熱する方法としては、スポットをストランド径まで絞ったIR照射およびレーザ照射が考えられる。 As a method of locally reheating, IR irradiation and laser irradiation in which the spot is narrowed down to the strand diameter can be considered.

冷却速度及び再加熱位置等は、温度計測部により計測した樹脂層10a、10bの温度に基づいて制御するとよい。 The cooling rate, the reheating position, and the like may be controlled based on the temperature of the resin layers 10a and 10b measured by the temperature measuring unit.

樹脂層10a、10bを積層してなる積層体(造形物)10は、アニールすることが望ましい。アニール温度は、材料のTgより高く、材料の融点より低い温度とする。例えば、PEEKのTgはおよそ140℃~150℃、融点はおよそ340℃~350℃である。より具体的には、PEEK450G(Victrex社製)のTgは143℃、融点は343℃である。 It is desirable that the laminated body (modeled object) 10 formed by laminating the resin layers 10a and 10b is annealed. The annealing temperature is higher than the Tg of the material and lower than the melting point of the material. For example, PEEK has a Tg of about 140 ° C to 150 ° C and a melting point of about 340 ° C to 350 ° C. More specifically, PEEK450G (manufactured by Victrex) has a Tg of 143 ° C and a melting point of 343 ° C.

アニールは、三次元積層造形装置のチャンバー内部で行ってもよいし、図2に示すように外部に別途設置されたオーブン11等を用いて支持台12で支持した造形物10(積層体)全体を高温保持するようにしてもよい。アニールは、上記温度範囲とする他は、材料の特性向上等を目的として金属またはプラスチックに施される一般的なアニール処理と同様に実施できる。 Annealing may be performed inside the chamber of the three-dimensional laminated molding apparatus, or as shown in FIG. 2, the entire modeled object 10 (laminated body) supported by the support base 12 using an oven 11 or the like separately installed outside. May be kept at a high temperature. Annealing can be carried out in the same manner as a general annealing treatment applied to a metal or plastic for the purpose of improving the characteristics of a material or the like, except that the temperature range is set as described above.

図3に、冷却速度と造形可否との関係を示す。同図において、横軸は吐出ヘッドから押し出されてからの時間(秒)、縦軸は樹脂温度(℃)である。 FIG. 3 shows the relationship between the cooling rate and the possibility of modeling. In the figure, the horizontal axis is the time (seconds) after being extruded from the discharge head, and the vertical axis is the resin temperature (° C.).

図3の試験条件は、以下の通りである。
材料:PEEK
(Victrex PEEK450G、結晶化温度は300℃前後)
ヘッド温度:400℃
ノズル先端穴径:0.5mm
プラット―フォーム温度:100℃
積層速度:10mm/s
送風機の風速:0m/s~1.86m/s
The test conditions in FIG. 3 are as follows.
Material: PEEK
(Victrex PEEK450G, crystallization temperature is around 300 ° C)
Head temperature: 400 ° C
Nozzle tip hole diameter: 0.5 mm
Platform temperature: 100 ° C
Laminating speed: 10 mm / s
Blower wind speed: 0m / s to 1.86m / s

図3の試験では、送風機を用いて所定の風速で樹脂層に風を当てて空冷した。風速が0.4m/sより遅い冷却(図3の一点鎖線)では、前層の結晶化が進行するため次層の樹脂層と融着せず、造形できなかった。一方、風速0.4m/sで冷却した場合(図3の実線)、造形可能であることが確認された。図3によれば、吐出後、Tg以上に滞在する時間を2秒以内にすることで、前層と次層の樹脂層間を融着させられることがわかる。 In the test of FIG. 3, the resin layer was air-cooled by blowing air at a predetermined wind speed using a blower. When the wind speed was slower than 0.4 m / s (dotted line in FIG. 3), the crystallization of the previous layer proceeded, so that it did not fuse with the resin layer of the next layer and could not be formed. On the other hand, when cooled at a wind speed of 0.4 m / s (solid line in FIG. 3), it was confirmed that modeling was possible. According to FIG. 3, it can be seen that the resin layers of the front layer and the next layer can be fused by keeping the time of staying at Tg or more after ejection within 2 seconds.

1 三次元積層造形装置
2 チャンバー
3 プラットフォーム
3a 平坦面
4 樹脂供給部
4a 吐出ヘッド
5 冷却部
6 再加熱部
7 温度計測部
8 制御部
10 造形物(積層体)
10a、10b 樹脂層
11 オーブン
12 支持台
1 Three-dimensional laminated modeling device 2 Chamber 3 Platform 3a Flat surface 4 Resin supply unit 4a Discharge head 5 Cooling unit 6 Reheating unit 7 Temperature measuring unit 8 Control unit 10 Modeled object (laminated body)
10a, 10b Resin layer 11 Oven 12 Support stand

Claims (2)

プラットフォーム上に樹脂層を積層して三次元形状の積層体としての造形物を造形する方法であって、
結晶性熱可塑性樹脂を材料とし、
前記プラットフォーム上に、加熱溶融させた前記材料を吐出して前記樹脂層を積層させ、
前記吐出後、所定時間内に、前記樹脂層を前記材料のガラス転移温度以下まで冷却するとともに、
前記樹脂層を積層させる際、下地となる樹脂層のうち、次層の前記材料が吐出される直前の積層直前部分を局所的に再加熱し、
前記造形物を前記材料のガラス転移温度より高く、前記材料の融点よりも低い温度でアニールし、
前記所定時間を2秒以内とする三次元積層造形方法。
It is a method of laminating a resin layer on a platform to form a modeled object as a three-dimensional laminated body.
Using crystalline thermoplastic resin as a material
The heat-melted material is discharged onto the platform to laminate the resin layer.
Within a predetermined time after the ejection, the resin layer is cooled to a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the material, and the resin layer is cooled to a temperature equal to or lower than the glass transition temperature of the material.
When laminating the resin layer, the portion of the underlying resin layer immediately before laminating immediately before the material of the next layer is discharged is locally reheated .
The model is annealed at a temperature higher than the glass transition temperature of the material and lower than the melting point of the material.
A three-dimensional laminated modeling method in which the predetermined time is within 2 seconds .
プラットフォームと、
結晶性熱可塑性樹脂を溶融可能な加熱部および前記プラットフォーム上に加熱溶融させた前記結晶性熱可塑性樹脂を吐出して樹脂層を積層させる吐出ヘッドを有する樹脂供給部と、
前記吐出後、所定時間内に、前記樹脂層をガラス転移温度以下まで冷却する冷却部と、
前記樹脂層を積層させる際、下地となる樹脂層のうち、次層の前記結晶性熱可塑性樹脂が吐出される直前の積層直前部分を局所加熱可能な再加熱部と、
前記所定時間が2秒以内となるよう前記冷却部による冷却速度を調整する制御部と、
を備えた三次元積層造形装置。
Platform and
A heating unit capable of melting the crystalline thermoplastic resin, a resin supply unit having a discharge head for discharging the crystalline thermoplastic resin heated and melted on the platform, and laminating a resin layer, and a resin supply unit.
A cooling unit that cools the resin layer to a temperature below the glass transition temperature within a predetermined time after the discharge.
When laminating the resin layer, of the underlying resin layer, a reheating portion capable of locally heating the portion immediately before laminating immediately before the crystalline thermoplastic resin of the next layer is discharged is used.
A control unit that adjusts the cooling rate by the cooling unit so that the predetermined time is within 2 seconds.
3D laminated modeling device equipped with.
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