JP7031388B2 - Modeling method, modeling equipment and program - Google Patents

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Description

本発明は、造形方法、造形装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a modeling method, a modeling device and a program.

入力された立体形状データ(モデルデータ)に基づいて、立体的な造形物を造形する立体造形装置(いわゆる「3Dプリンタ」)が開発されている。 A three-dimensional modeling device (so-called "3D printer") for modeling a three-dimensional model based on the input three-dimensional shape data (model data) has been developed.

立体造形には種々の造形方式があり、例えば、バインダジェッティングと呼ばれる方式が挙げられる。バインダジェッティング方式では、造形ステージ上に形成された粒子の薄層に対して、バインダと呼ばれる液滴を吐出することで、粒子が結合された層状造形物を形成する。その後、層状造形物上にさらに粉末の薄層を形成し、バインダを吐出して、層状造形物を積層する。上記の工程を繰り返すことで、立体的な造形物を造形することができる。 There are various modeling methods for three-dimensional modeling, and for example, a method called binder jetting can be mentioned. In the binder jetting method, a layered model in which particles are bonded is formed by ejecting droplets called a binder onto a thin layer of particles formed on the modeling stage. After that, a thin layer of powder is further formed on the layered model, a binder is discharged, and the layered model is laminated. By repeating the above steps, a three-dimensional model can be modeled.

このような立体造形において、造形物の強度と精度を向上させる技術が提案されている。例えば、特開2017-94714号公報(特許文献1)には、形成されたスラリー材料層に含まれる水分を揮発させる層乾燥工程を含む造形技術が開示されている。 In such three-dimensional modeling, a technique for improving the strength and accuracy of the modeled object has been proposed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-94714 (Patent Document 1) discloses a modeling technique including a layer drying step of volatilizing the water contained in the formed slurry material layer.

しかしながら、特許文献1は、形成された層を乾燥させるものであって、吐出されたバインダを乾燥させるものではなかった。そのため、バインダの状態に応じた制御が充分ではなく、造形物の強度と精度を向上させる、さらなる技術が求められていた。 However, Patent Document 1 dries the formed layer, not the discharged binder. Therefore, the control according to the state of the binder is not sufficient, and further technology for improving the strength and accuracy of the modeled object has been required.

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、立体造形物の強度と造形精度を向上する造形方法、造形装置およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a modeling method, a modeling device, and a program for improving the strength and modeling accuracy of a three-dimensional model.

すなわち、本発明によれば、立体造形物を造形する造形方法であって、
第1の粉末層を形成する第1の形成工程と、
前記第1の粉末層に液滴を吐出することで層状造形物を形成する第2の形成工程と、
前記層状造形物の表面に前記液滴が残留した状態で、前記層状造形物上に第2の粉末層を形成する第3の形成工程と
を含む、造形方法が提供される。
That is, according to the present invention, it is a modeling method for modeling a three-dimensional model.
The first forming step of forming the first powder layer and
A second forming step of forming a layered model by ejecting droplets onto the first powder layer, and a second forming step.
Provided is a modeling method including a third forming step of forming a second powder layer on the layered model with the droplets remaining on the surface of the layered object.

上述したように、本発明によれば、立体造形物の強度と造形精度を向上する造形方法、造形装置およびプログラムが提供される。 As described above, the present invention provides a modeling method, a modeling apparatus and a program for improving the strength and modeling accuracy of a three-dimensional model.

本発明の実施形態における立体造形装置の概略構成を示す上面図。The top view which shows the schematic structure of the three-dimensional modeling apparatus in embodiment of this invention. 本実施形態の造形部を示す側面図。The side view which shows the modeling part of this embodiment. 本実施形態の制御部の構成図。The block diagram of the control part of this embodiment. 本実施形態の立体造形装置に含まれる詳細なソフトウェアブロック図。A detailed software block diagram included in the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment. 一般的なバインダジェッティング方式における一連の立体造形工程を示す図。The figure which shows a series of three-dimensional modeling process in a general binder jetting method. 粉末層内部のバインダの様子を例示する断面図。The cross-sectional view which illustrates the state of the binder inside the powder layer. 第1の実施形態における立体造形装置が実行する処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process which the three-dimensional modeling apparatus performs in 1st Embodiment. 第1の実施形態における造形プロセスを示す図。The figure which shows the modeling process in 1st Embodiment. 第2の実施形態における立体造形装置が実行する処理を示すフローチャート。The flowchart which shows the process which the 3D modeling apparatus performs in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における造形プロセスを示す図。The figure which shows the modeling process in 2nd Embodiment.

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments, but the present invention is not limited to the embodiments described later. In each of the figures referred to below, the same reference numerals are used for common elements, and the description thereof will be omitted as appropriate.

本発明の実施形態における立体造形装置の構成について、図1および図2を以て説明する。図1は、本発明の実施形態における立体造形装置の概略構成を示す上面図であり、図2は、本実施形態の造形部1を示す側面図である。 The configuration of the three-dimensional modeling apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a top view showing a schematic configuration of a three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view showing a modeling unit 1 of the present embodiment.

この立体造形装置は、粉末積層造形装置である。図1に示すように、立体造形装置は造形部1と、造形ユニット5を備える。造形部1は、粉末20が結合された層状の造形物である層状造形物30が形成される。造形ユニット5は、造形部1の層状に敷き詰められた粉末層31にバインダ10を吐出して立体造形物を造形する。なお、バインダ10は、後述するように、各色に着色されたインクであってもよい。 This three-dimensional modeling device is a powder laminated modeling device. As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling apparatus includes a modeling unit 1 and a modeling unit 5. In the modeling portion 1, a layered model 30 which is a layered model to which the powder 20 is bonded is formed. The modeling unit 5 discharges the binder 10 onto the powder layer 31 spread in layers of the modeling unit 1 to model a three-dimensional model. The binder 10 may be an ink colored in each color, as will be described later.

まず、造形部1の詳細について図2(a)、(b)を用いて説明する。ここで、X方向とは図1における左右方向であり、Y方向は図1における上下方向である。Z方向とは、図2(a)における上下方向(図1における表裏方向)である。図2(a)は造形部1をX方向から見た断面図、図2(b)は造形部1の要部をX方向から見た断面図である。 First, the details of the modeling unit 1 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B. Here, the X direction is the left-right direction in FIG. 1, and the Y direction is the up-down direction in FIG. The Z direction is the vertical direction (front and back directions in FIG. 1) in FIG. 2 (a). FIG. 2A is a cross-sectional view of the modeling portion 1 as viewed from the X direction, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the main part of the modeling portion 1 as viewed from the X direction.

図2に示すように、造形部1は、粉末槽11を有する。粉末槽11は、供給槽21と、造形槽22と、余剰粉末受け槽29と、ローラ部材100aと、粉末除去板13を備える。 As shown in FIG. 2, the modeling unit 1 has a powder tank 11. The powder tank 11 includes a supply tank 21, a modeling tank 22, a surplus powder receiving tank 29, a roller member 100a, and a powder removing plate 13.

供給槽21は、造形槽22に供給する粉末20を保持する。供給槽21の底部は供給ステージ23として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっている。
造形槽22は、層状造形物30が積層されて立体造形物が造形される。造形槽22の底部は造形ステージ24として鉛直方向(高さ方向)に昇降自在となっており、造形ステージ24上に層状造形物30が積層された立体造形物が造形される。
The supply tank 21 holds the powder 20 supplied to the modeling tank 22. The bottom of the supply tank 21 can be raised and lowered in the vertical direction (height direction) as the supply stage 23.
In the modeling tank 22, the layered modeling objects 30 are laminated to form a three-dimensional modeling object. The bottom of the modeling tank 22 can be raised and lowered in the vertical direction (height direction) as the modeling stage 24, and a three-dimensional model in which the layered model 30 is laminated on the model stage 24 is modeled.

余剰粉末受け槽29は、粉末層31を形成するときに、後述するローラ部材100によって移送供給される粉末20のうち、粉末層31を形成しないで落下する余剰の粉末20を溜める。余剰粉末受け槽29の底面は、粉末20を吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉末受け槽29が簡単に取り外せるような構成となっている。 The surplus powder receiving tank 29 collects the surplus powder 20 that falls without forming the powder layer 31 among the powders 20 transferred and supplied by the roller member 100 described later when the powder layer 31 is formed. The bottom surface of the surplus powder receiving tank 29 is provided with a mechanism for sucking the powder 20 or is configured so that the surplus powder receiving tank 29 can be easily removed.

供給ステージ23は、モータ27によって矢印Z方向(高さ方向)に昇降され、造形ステージ24は、モータ28によって矢印Z方向に昇降される。 The supply stage 23 is moved up and down in the arrow Z direction (height direction) by the motor 27, and the modeling stage 24 is moved up and down in the arrow Z direction by the motor 28.

ローラ部材100aは粉末層形成部の一例であり、粉末層31を形成する。より具体的には、ローラ部材100aは、供給槽21の供給ステージ23上に供給された粉末20を造形槽22に移送し、粉末20を敷いて粉末層31を形成する。 The roller member 100a is an example of the powder layer forming portion, and forms the powder layer 31. More specifically, the roller member 100a transfers the powder 20 supplied on the supply stage 23 of the supply tank 21 to the modeling tank 22 and spreads the powder 20 to form the powder layer 31.

ローラ部材100は、造形ステージ24のステージ面(粉末20が積載される面)に沿って矢印Y方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構25によって移動される。また、ローラ部材100は、モータ26によって図2(b)の矢印A方向に回転駆動される(即ち、ローラ部材100は回転部材の一例である)。 The roller member 100 is arranged so as to be reciprocating relative to the stage surface in the arrow Y direction along the stage surface (the surface on which the powder 20 is loaded) of the modeling stage 24, and is moved by the reciprocating moving mechanism 25. To. Further, the roller member 100 is rotationally driven by the motor 26 in the direction of arrow A in FIG. 2B (that is, the roller member 100 is an example of the rotating member).

粉末除去板13は、ローラ部材100aの周面に接触して、ローラ部材100に付着した粉末20を除去する。粉末除去板13は、ローラ部材100aの周面に接触した状態で、ローラ部材100aとともに移動する。 The powder removing plate 13 comes into contact with the peripheral surface of the roller member 100a and removes the powder 20 adhering to the roller member 100. The powder removing plate 13 moves together with the roller member 100a in a state of being in contact with the peripheral surface of the roller member 100a.

次に、造形ユニット5の構成について説明する。図2に示すように、造形ユニット5は、液体吐出ユニット50を備えている。液体吐出部である液体吐出ユニット50は、造形ステージ24上の粉末層31にバインダ10を吐出する。液体吐出ユニット50は、キャリッジ51と、キャリッジ51に搭載された2つ(1又は3つ以上でもよい。)の液体吐出ヘッド(以下、単に「ヘッド」という。)52a、52bを備えている。 Next, the configuration of the modeling unit 5 will be described. As shown in FIG. 2, the modeling unit 5 includes a liquid discharge unit 50. The liquid discharge unit 50, which is a liquid discharge unit, discharges the binder 10 to the powder layer 31 on the modeling stage 24. The liquid discharge unit 50 includes a carriage 51 and two (one or three or more) liquid discharge heads (hereinafter, simply referred to as “heads”) 52a and 52b mounted on the carriage 51.

キャリッジ51は、ガイド部材54及び55に移動可能に保持されている。ガイド部材54及び55は、両側の側板70、70に昇降可能に保持されている。 The carriage 51 is movably held by the guide members 54 and 55. The guide members 54 and 55 are held on the side plates 70 and 70 on both sides so as to be able to move up and down.

このキャリッジ51は、後述するX方向走査機構550を構成するX方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印X方向(以下、単に「X方向」という。他のY、Zについても同様とする。)に往復移動される。 The carriage 51 is in the arrow X direction (hereinafter, simply referred to as “X direction”) which is the main scanning direction via the pulley and the belt by the X direction scanning motor constituting the X direction scanning mechanism 550 described later. The same applies to.).

2つのヘッド52a、52b(以下、区別しないときは「ヘッド52」という。)は、バインダ10を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ2列配置されている。一方のヘッド52aの2つのノズル列は、ローラ部材100aによって形成された粉末層31に、シアンインク及びマゼンタインクを吐出する。他方のヘッド52bの2つのノズル列は、ローラ部材100aによって形成された粉末層31に、イエローインク及びブラックインクを吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。 In the two heads 52a and 52b (hereinafter, referred to as "head 52" when not distinguished), two rows of nozzles in which a plurality of nozzles for discharging the binder 10 are arranged are arranged. The two nozzle rows of one head 52a eject cyan ink and magenta ink to the powder layer 31 formed by the roller member 100a. The two nozzle rows of the other head 52b eject yellow ink and black ink to the powder layer 31 formed by the roller member 100a. The head configuration is not limited to this.

これらのシアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ブラックインクの各々を収容した複数のタンク60がタンク装着部56に装着され、供給チューブなどを介してヘッド52a、52bに供給される。 A plurality of tanks 60 containing each of these cyan ink, magenta ink, yellow ink, and black ink are mounted on the tank mounting portion 56, and are supplied to the heads 52a and 52b via a supply tube and the like.

また、液体吐出ユニット50は、ガイド部材54、55とともに矢印Z方向に昇降可能に配置され、後述するZ方向昇降機構551によってZ方向に昇降される。 Further, the liquid discharge unit 50 is arranged so as to be able to move up and down in the Z direction of the arrow together with the guide members 54 and 55, and is moved up and down in the Z direction by the Z direction raising and lowering mechanism 551 described later.

また図1に示すように、造形ユニット5は、メンテナンス機構61を備える。メンテナンス機構61は、X方向の一方側に備えられ、液体吐出ユニット50のヘッド52の維持回復を行う。 Further, as shown in FIG. 1, the modeling unit 5 includes a maintenance mechanism 61. The maintenance mechanism 61 is provided on one side in the X direction and maintains and recovers the head 52 of the liquid discharge unit 50.

メンテナンス機構61は、主にキャップ62とワイパ63で構成される。キャップ62は、ヘッド52のノズル面(ノズルが形成された面)に密着し、ノズルからバインダ10を吸引する。ノズルに詰まった粉末20の排出や高粘度化したバインダ10を排出するためである。 The maintenance mechanism 61 is mainly composed of a cap 62 and a wiper 63. The cap 62 is in close contact with the nozzle surface (the surface on which the nozzle is formed) of the head 52, and sucks the binder 10 from the nozzle. This is to discharge the powder 20 clogged in the nozzle and the binder 10 having a high viscosity.

ワイパ63は、ノズルのメニスカス形成(ノズル内は負圧状態である)のため、ノズル面をワイピング(払拭)する。また、メンテナンス機構61は、バインダ10の吐出が行われない場合に、ヘッド52のノズル面をキャップ62で覆い、粉末20がノズルに混入することやバインダ10が乾燥することを防止する。 The wiper 63 wipes the nozzle surface because the meniscus of the nozzle is formed (the inside of the nozzle is in a negative pressure state). Further, the maintenance mechanism 61 covers the nozzle surface of the head 52 with the cap 62 when the binder 10 is not discharged, and prevents the powder 20 from being mixed into the nozzle and the binder 10 from drying.

さらに、造形ユニット5は、スライダ部72を有する。スライダ部72は、ベース部材7上に配置されたガイド部材71に移動可能に保持されており、造形ユニット5全体がX方向と直交するY方向(副走査方向)に往復移動可能である。 Further, the modeling unit 5 has a slider portion 72. The slider portion 72 is movably held by the guide member 71 arranged on the base member 7, and the entire modeling unit 5 can be reciprocated in the Y direction (sub-scanning direction) orthogonal to the X direction.

この造形ユニット5は、後述するY方向走査機構552によって全体がY方向に往復移動される。 The entire modeling unit 5 is reciprocated in the Y direction by the Y-direction scanning mechanism 552 described later.

ここで、造形部1の詳細について説明する。 Here, the details of the modeling unit 1 will be described.

図2に示すように、粉末槽11は、箱型形状をなし、供給槽21と造形槽22と、余剰粉末受け槽29の3つの上面が開放された槽とを備えている。供給槽21内部には供給ステージ23が、造形槽22内部には造形ステージ24がそれぞれ昇降可能に配置される。 As shown in FIG. 2, the powder tank 11 has a box shape and includes a supply tank 21, a modeling tank 22, and a tank in which the upper surfaces of the surplus powder receiving tank 29 are open. A supply stage 23 is arranged inside the supply tank 21, and a modeling stage 24 is arranged inside the modeling tank 22 so as to be able to move up and down.

供給ステージ23の側面は供給槽21の内側面に接するように配置されている。造形ステージ24の側面は造形槽22の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ23及び造形ステージ24の上面は水平に保たれている。 The side surface of the supply stage 23 is arranged so as to be in contact with the inner side surface of the supply tank 21. The side surface of the modeling stage 24 is arranged so as to be in contact with the inner surface surface of the modeling tank 22. The upper surfaces of these supply stages 23 and the modeling stage 24 are kept horizontal.

造形槽22の隣には余剰粉末受け槽29が設けられている。 A surplus powder receiving tank 29 is provided next to the modeling tank 22.

余剰粉末受け槽29には、粉末層31を形成するときにローラ部材100によって移送供給される粉末20のうちの余剰の粉末20が落下する。余剰粉末受け槽29に落下した余剰の粉末20は供給槽21に粉末20を供給する粉末供給装置554に戻される。 The surplus powder 20 of the powder 20 transferred and supplied by the roller member 100 when the powder layer 31 is formed falls into the surplus powder receiving tank 29. The surplus powder 20 that has fallen into the surplus powder receiving tank 29 is returned to the powder supply device 554 that supplies the powder 20 to the supply tank 21.

供給槽21上には粉末供給装置554が配置される。粉末供給装置554は、造形の初期動作時や供給槽21の粉末量が減少した場合に、粉末供給装置554を構成するタンク内の粉末20を供給槽21に供給する。粉末供給のための粉末搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。 A powder supply device 554 is arranged on the supply tank 21. The powder supply device 554 supplies the powder 20 in the tank constituting the powder supply device 554 to the supply tank 21 during the initial operation of modeling or when the amount of powder in the supply tank 21 decreases. Examples of the powder transport method for powder supply include a screw conveyor method using a screw and an air transport method using air.

粉末供給装置554がY方向に移動するローラ部材100と接触しないように、粉末供給装置554をY方向に移動可能な構成としても良いし、Z方向に退避する構成としても良く、供給槽21に粉末20を供給できる構成であればこれらの構成に限らない。 The powder supply device 554 may be configured to be movable in the Y direction or retracted in the Z direction so that the powder supply device 554 does not come into contact with the roller member 100 that moves in the Y direction. The configuration is not limited to these configurations as long as the powder 20 can be supplied.

また、ローラ部材100は、造形槽22及び供給槽21の内寸(即ち、粉末20が供給される部分又は仕込まれている部分の幅)よりも長い棒状部材であり、往復移動機構25によってステージ面に沿ってY方向(副走査方向)に往復移動される。 Further, the roller member 100 is a rod-shaped member longer than the inner dimensions of the modeling tank 22 and the supply tank 21 (that is, the width of the portion where the powder 20 is supplied or the portion where the powder 20 is charged), and is staged by the reciprocating movement mechanism 25. It is reciprocated in the Y direction (secondary scanning direction) along the surface.

このローラ部材100は、モータ26によって図2(b)の矢印A方向に回転しながら、供給槽21の外側から供給槽21及び造形槽22の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉末20が造形槽22上へと移送供給され、ローラ部材100が造形槽22上を通過しながら粉末層31が形成される。 The roller member 100 moves horizontally by the motor 26 while rotating in the direction of arrow A in FIG. 2B so as to pass above the supply tank 21 and the modeling tank 22 from the outside of the supply tank 21. As a result, the powder 20 is transferred and supplied onto the modeling tank 22, and the powder layer 31 is formed while the roller member 100 passes over the modeling tank 22.

次に、立体造形装置の制御部500について図3を参照して説明する。図3は、本実施形態の制御部500の構成図である。 Next, the control unit 500 of the three-dimensional modeling apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram of the control unit 500 of the present embodiment.

図3に示すように、制御部500は、主制御部500Aを備える。主制御部500Aは、CPU501と、ROM502と、RAM503を備える。 As shown in FIG. 3, the control unit 500 includes a main control unit 500A. The main control unit 500A includes a CPU 501, a ROM 502, and a RAM 503.

CPU501は、立体造形装置全体の制御を司る。ROM502は、CPU501に本実施形態に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納する。RAM503は、造形データ等を一時格納する。 The CPU 501 controls the entire three-dimensional modeling apparatus. The ROM 502 stores a program including a program for causing the CPU 501 to execute the control of the three-dimensional modeling operation including the control according to the present embodiment, and other fixed data. The RAM 503 temporarily stores modeling data and the like.

さらに、制御部500は、不揮発性メモリ(NVRAM)504と、ASIC505と、外部I/F506を備える。 Further, the control unit 500 includes a non-volatile memory (NVRAM) 504, an ASIC 505, and an external I / F 506.

不揮発性メモリ(NVRAM)504は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持する。 The non-volatile memory (NVRAM) 504 retains data even while the power of the device is cut off.

ASIC505は、制御部500は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理する。 In the ASIC 505, the control unit 500 processes image processing for performing various signal processing for image data and other input / output signals for controlling the entire device.

外部I/F506は、外部の造形データ作成装置600から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行う。なお、造形データ作成装置600は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。 The external I / F 506 transmits / receives data and signals used when receiving modeling data from the external modeling data creating device 600. The modeling data creating device 600 is a device that creates modeling data by slicing a modeled object in the final form into each modeling layer, and is composed of an information processing device such as a personal computer.

さらに、制御部500は、I/O507と、ヘッド駆動制御部508を備える。 Further, the control unit 500 includes an I / O 507 and a head drive control unit 508.

I/O507は、各種センサの検知信号を取り込む。ヘッド駆動制御部508は、液体吐出ユニット50の各ヘッド52を駆動制御する。 The I / O 507 captures the detection signals of various sensors. The head drive control unit 508 drives and controls each head 52 of the liquid discharge unit 50.

さらに、制御部500は、各種モータ駆動部510~516を備える。 Further, the control unit 500 includes various motor drive units 510 to 516.

モータ駆動部510は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をX方向(主走査方向)に移動させるX方向走査機構550を構成するモータを駆動する。 The motor drive unit 510 drives a motor constituting the X-direction scanning mechanism 550 that moves the carriage 51 of the liquid discharge unit 50 in the X direction (main scanning direction).

モータ駆動部511は、液体吐出ユニット50のキャリッジ51をZ方向に移動(昇降)させるZ方向昇降機構551を構成するモータを駆動するなお、矢印Z方向への昇降は造形ユニット5全体を昇降させる構成とすることもできる。 The motor drive unit 511 drives a motor constituting a Z-direction elevating mechanism 551 that moves (elevates) the carriage 51 of the liquid discharge unit 50 in the Z direction. It can also be configured.

モータ駆動部512は、造形ユニット5をY方向(副走査方向)に移動させるY方向走査機構552を構成するモータを駆動する。 The motor drive unit 512 drives a motor constituting a Y-direction scanning mechanism 552 that moves the modeling unit 5 in the Y direction (sub-scanning direction).

モータ駆動部513は、供給ステージ23を昇降させるモータ27を駆動する。モータ駆動部514は、造形ステージ24を昇降させるモータ28を駆動する。モータ駆動部515は、ローラ部材100を移動させる往復移動機構25のモータ553を駆動する。モータ駆動部516は、ローラ部材100を回転駆動するモータ26を駆動する。 The motor drive unit 513 drives the motor 27 that raises and lowers the supply stage 23. The motor drive unit 514 drives the motor 28 that raises and lowers the modeling stage 24. The motor drive unit 515 drives the motor 553 of the reciprocating movement mechanism 25 that moves the roller member 100. The motor drive unit 516 drives the motor 26 that rotationally drives the roller member 100.

さらに、制御部500は、供給系駆動部517と、メンテナンス駆動部518を備える。 Further, the control unit 500 includes a supply system drive unit 517 and a maintenance drive unit 518.

供給系駆動部517は、供給槽21に粉末20を供給する粉末供給装置554を駆動する。メンテナンス駆動部518は、液体吐出ユニット50のメンテナンス機構61を駆動する。 The supply system drive unit 517 drives a powder supply device 554 that supplies the powder 20 to the supply tank 21. The maintenance drive unit 518 drives the maintenance mechanism 61 of the liquid discharge unit 50.

さらに、制御部500は、後供給駆動部519と、モータ駆動部520を備える。 Further, the control unit 500 includes a rear supply drive unit 519 and a motor drive unit 520.

後供給駆動部519は、粉末後供給部80から粉末20の供給を行わせる。モータ駆動部520は、制御部500は、後述する粉末回収部90の移送スクリュー97、97を回転駆動するモータ555を駆動する。 The rear supply drive unit 519 supplies the powder 20 from the powder rear supply unit 80. In the motor drive unit 520, the control unit 500 drives the motor 555 that rotationally drives the transfer screws 97 and 97 of the powder recovery unit 90, which will be described later.

さらに、制御部500は、加熱制御部522を備える。加熱制御部522は、粉末層31に吐出されたバインダ10を乾燥させるヒータ101に接続され、ヒータ101が行う加熱動作を制御する。なお、バインダ10を乾燥させる方法は、ヒータ101を用いる方法以外のものであってもよく、例えば、所定時間が経過するまで次工程を待機し、自然乾燥させるといった方法であってもよい。 Further, the control unit 500 includes a heating control unit 522. The heating control unit 522 is connected to a heater 101 that dries the binder 10 discharged to the powder layer 31, and controls the heating operation performed by the heater 101. The method for drying the binder 10 may be a method other than the method using the heater 101, and for example, a method of waiting for the next step until a predetermined time elapses and allowing the binder 10 to dry naturally may be used.

さらに、制御部500のI/O507には、温湿度センサ560が接続される。温湿度センサ560は、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する。 Further, a temperature / humidity sensor 560 is connected to the I / O 507 of the control unit 500. The temperature / humidity sensor 560 detects temperature and humidity as environmental conditions of the device.

また、I/O507に接続されるセンサとして、カメラなどを備えていてもよい。この場合、I/O507は、粉末層31に吐出されたバインダ10の痕跡の有無などを示すデータを検出信号として検知する。なお、バインダ10の痕跡の有無を検出するセンサは、カメラ以外のセンサであってもよい。 Further, a camera or the like may be provided as a sensor connected to the I / O 507. In this case, the I / O 507 detects as a detection signal data indicating the presence or absence of traces of the binder 10 discharged to the powder layer 31. The sensor that detects the presence or absence of traces of the binder 10 may be a sensor other than the camera.

さらに、制御部500には、操作パネル524が接続される。操作パネル524は、必要な情報の入力及び表示を行う。 Further, an operation panel 524 is connected to the control unit 500. The operation panel 524 inputs and displays necessary information.

なお、造形データ作成装置600と立体造形装置(粉末積層造形装置)610によって造形装置が構成される。 The modeling device is configured by the modeling data creating device 600 and the three-dimensional modeling device (powder laminated modeling device) 610.

次に、造形データ作成装置600が行う造形データ作成の一例について説明する。 Next, an example of modeling data creation performed by the modeling data creating device 600 will be described.

まず、所望する立体データ(例えばSTLなどのCADデータ)を積層方向(即ちZ方向)で分断して、複数のスライスデータ12とする。 First, desired three-dimensional data (for example, CAD data such as STL) is divided in the stacking direction (that is, the Z direction) to obtain a plurality of slice data 12.

そして、各スライスデータ12の各X座標と各Y座標に対応した液滴吐出の有無や、液滴の大きさ、液滴の種類、などを決定し、これを造形データとする。 Then, the presence / absence of droplet ejection corresponding to each X coordinate and each Y coordinate of each slice data 12, the size of the droplet, the type of the droplet, and the like are determined, and this is used as modeling data.

なお、上記の造形データの作成方法は一例であり、これに限るものでなく、造形データ作成装置600を別体のパーソナルコンピュータで行うこともできるし、所望する立体データのスライスデータ12への変換を必須とするものではない。 The above-mentioned method for creating modeling data is an example, and the present invention is not limited to this. The modeling data creating device 600 can be performed by a separate personal computer, and the desired three-dimensional data can be converted into slice data 12. Is not mandatory.

以上、本実施形態の立体造形装置の構成について説明した。次に、本実施形態における各ハードウェアによって実行される機能手段について、図4を以て説明する。図4は、本実施形態の立体造形装置に含まれる詳細なソフトウェアブロック図である。 The configuration of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment has been described above. Next, the functional means executed by each hardware in the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a detailed software block diagram included in the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment.

立体造形装置は、造形データ入力部611、造形制御部612、層状造形物状態取得部613、バインダ状態判定部614を含んで構成される。以下に各機能ブロックの詳細について説明する。 The three-dimensional modeling apparatus includes a modeling data input unit 611, a modeling control unit 612, a layered modeled object state acquisition unit 613, and a binder state determination unit 614. The details of each functional block will be described below.

造形データ入力部611は、外部I/F506を介して、造形データ作成装置600から造形データの入力を受け付ける手段である。 The modeling data input unit 611 is a means for receiving input of modeling data from the modeling data creating device 600 via the external I / F 506.

造形制御部612は、入力された造形データに基づいて、造形部1、造形ユニット5などの各種ハードウェアの動作を制御する手段である。立体造形装置は、造形制御部612が制御する各種動作によって、粉末層31を形成し、バインダ10の液滴の吐出でき、立体造形物を造形する。 The modeling control unit 612 is a means for controlling the operation of various hardware such as the modeling unit 1 and the modeling unit 5 based on the input modeling data. The three-dimensional modeling device forms a powder layer 31 by various operations controlled by the modeling control unit 612, can eject droplets of the binder 10, and models a three-dimensional model.

層状造形物状態取得部613は、カメラなどの各種センサ類によって、層状造形物30の表面の状態を取得する手段である。バインダ状態判定部614は、層状造形物状態取得部613が取得した層状造形物30の状態を解析し、層状造形物30の表面のバインダ10の痕跡などの状態を判定する手段である。 The layered modeled object state acquisition unit 613 is a means for acquiring the surface state of the layered modeled object 30 by various sensors such as a camera. The binder state determination unit 614 is a means for analyzing the state of the layered model 30 acquired by the layered object state acquisition unit 613 and determining the state such as traces of the binder 10 on the surface of the layered object 30.

粉末層31に対して吐出されたバインダ10が、層内の粉末20を結合させることで層状造形物30を形成する。このとき、バインダ10は、時間の経過に伴って、乾燥したり、層状造形物30の内部に浸透したりするので、層状造形物30の表面のバインダ10の状態が変化する。バインダ状態判定部614は、層状造形物状態取得部613が取得した層状造形物30の表面の状態の時間的な変化に基づいて、バインダ10の状態を判定する。例えば、層状造形物30の表面の状態の変化が観測された場合には、バインダ状態判定部614は、層状造形物30の表面にバインダ10が残留しているものと判定できる。また、層状造形物30の表面の状態の変化が観測されない場合には、バインダ状態判定部614は、層状造形物30の表面からバインダ10が消失したものと判定できる。 The binder 10 discharged to the powder layer 31 forms the layered model 30 by binding the powder 20 in the layer. At this time, the binder 10 dries or penetrates into the layered model 30 with the passage of time, so that the state of the binder 10 on the surface of the layered model 30 changes. The binder state determination unit 614 determines the state of the binder 10 based on the temporal change of the surface state of the layered model 30 acquired by the layered model state acquisition unit 613. For example, when a change in the state of the surface of the layered model 30 is observed, the binder state determination unit 614 can determine that the binder 10 remains on the surface of the layered model 30. Further, when no change in the state of the surface of the layered model 30 is observed, the binder state determination unit 614 can determine that the binder 10 has disappeared from the surface of the layered model 30.

なお、上述したソフトウェアブロックは、CPU501が本実施形態のプログラムを実行することで、各ハードウェアを機能させることにより、実現される機能手段に相当する。また、各実施形態に示した機能手段は、全部がソフトウェア的に実現されても良いし、その一部または全部を同等の機能を提供するハードウェアとして実装することもできる。 The software block described above corresponds to a functional means realized by the CPU 501 executing the program of the present embodiment to make each hardware function. In addition, all of the functional means shown in each embodiment may be realized by software, or some or all of them may be implemented as hardware that provides equivalent functions.

次に、造形プロセスについて図5を以て説明する。図5は、一般的なバインダジェッティング方式における一連の立体造形工程を示す図である。 Next, the modeling process will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing a series of three-dimensional modeling steps in a general binder jetting method.

図5(a)は、1層の層状造形物30が形成された後に、次層を形成する処理を開始するためのステージ準備工程を示している。図5(a)に示すように、次層造形処理の開始に伴って、造形制御部612は、供給槽21の供給ステージ23をz1方向に上昇させ、造形槽22の造形ステージ24をz2方向に下降させる。造形ステージ24上には、1層目の層状造形物30が造形されていて、当該層状造形物30の表面は、造形槽22の開口端面から、Δtだけ下がった位置にある。ここで、Δtは、積層ピッチに相当し、特に数値を限定するものではないが、数10μm~100μm程度であることが好ましい。 FIG. 5A shows a stage preparation step for starting the process of forming the next layer after the layered model 30 of one layer is formed. As shown in FIG. 5A, with the start of the next layer modeling process, the modeling control unit 612 raises the supply stage 23 of the supply tank 21 in the z1 direction, and raises the modeling stage 24 of the modeling tank 22 in the z2 direction. To descend to. The first layered layered model 30 is modeled on the modeling stage 24, and the surface of the layered model 30 is located at a position lowered by Δt from the open end surface of the modeling tank 22. Here, Δt corresponds to the stacking pitch, and the numerical value is not particularly limited, but it is preferably about several tens of μm to 100 μm.

図5(b)は、粉末20の供給工程を示す図である。図5(a)の状態とした後、図5(b)に示すように、ローラ部材100aは、造形ステージ24のステージ面と平行に移動する。ローラ部材100aは、矢印で示す方向に回転しながら、粉末20を伴ってy2方向に移動する。これによって、粉末20を造形槽22へ供給できる。 FIG. 5B is a diagram showing a supply process of the powder 20. After the state shown in FIG. 5A, the roller member 100a moves in parallel with the stage surface of the modeling stage 24 as shown in FIG. 5B. The roller member 100a moves in the y2 direction with the powder 20 while rotating in the direction indicated by the arrow. As a result, the powder 20 can be supplied to the modeling tank 22.

図5(c)は、粉末層31を形成する粉末層形成工程を示す図である。図5(c)に示すように、ローラ部材100aは、粉末20を1層目の層状造形物30の上部に供給しながら、引き続きy2方向に移動する。ローラ部材100aは、その下部が造形槽22の開口端面に接する高さに配置されて、造形ステージ24のステージ面と平行に移動する。これによって、積層ピッチΔtの厚みを有する粉末層31を形成することができる。また、粉末層形成工程において、粉末層31に使用されなかった余剰の粉末20は、余剰粉末受け槽29に落とされ、溜められてもよい。 FIG. 5C is a diagram showing a powder layer forming step for forming the powder layer 31. As shown in FIG. 5C, the roller member 100a continues to move in the y2 direction while supplying the powder 20 to the upper part of the first layer of the layered model 30. The lower portion of the roller member 100a is arranged at a height in contact with the open end surface of the modeling tank 22, and moves in parallel with the stage surface of the modeling stage 24. As a result, the powder layer 31 having a thickness of the stacking pitch Δt can be formed. Further, in the powder layer forming step, the surplus powder 20 not used in the powder layer 31 may be dropped and stored in the surplus powder receiving tank 29.

図5(d)は、ローラ部材100aの復帰工程を示す図である。粉末層形成工程を完了した後、ローラ部材100aは、y1方向に移動し、初期位置に復帰する。なお、復帰工程におけるローラ部材100aの高さは、粉末層形成工程と同じ高さであってもよい。または、ローラ部材100aの両端にモータを用いた昇降機構や、段差を有するレールを設けることで、ローラ部材100aの高さを粉末層形成工程よりも高くてしてもよい。 FIG. 5D is a diagram showing a return process of the roller member 100a. After completing the powder layer forming step, the roller member 100a moves in the y1 direction and returns to the initial position. The height of the roller member 100a in the return step may be the same as the height in the powder layer forming step. Alternatively, the height of the roller member 100a may be made higher than that in the powder layer forming step by providing an elevating mechanism using a motor or a rail having a step at both ends of the roller member 100a.

図5(e)は、層状造形物形成工程を示す図である。図5(e)に示すように、ヘッド52から粉末層31に対してバインダ10の液滴を吐出することで、層状造形物30を形成する。層状造形物形成工程では、バインダ10を造形データに基づく領域に吐出することで、粉末20を結合させ、所望の形状の層状造形物30を形成する。なお、形成される層状造形物30は、立体造形物の一部分を構成する形状である。 FIG. 5 (e) is a diagram showing a layered model forming process. As shown in FIG. 5 (e), the layered model 30 is formed by ejecting the droplets of the binder 10 from the head 52 onto the powder layer 31. In the layered model forming step, the binder 10 is discharged to the region based on the modeling data to bond the powder 20 to form the layered model 30 having a desired shape. The layered model 30 to be formed has a shape that constitutes a part of the three-dimensional model.

ここで、バインダ10によって層状造形物30の形成する方法について説明する。第1の方法では、バインダ10が接着性を有しており、粉末層31に対して吐出させる。粉末層31の表面に到達したバインダ10が、粉末層31の内部に浸透することで、粉末20同士を接着させることで、結合し、所望の形状の層状造形物30を形成する。また、別の方法では、バインダ10に替えて接着性を有さない液滴を使用し、接着剤を含む粉末20の粉末層31に対して吐出してもよい。この場合、液滴が粉末20の接着剤を溶解させることで、粉末20同士を接着することができる。粉末層31の表面に到達した液滴が、粉末層31の内部に浸透する点については、第1の方法と同様である。 Here, a method of forming the layered model 30 by the binder 10 will be described. In the first method, the binder 10 has adhesiveness and is discharged to the powder layer 31. The binder 10 that has reached the surface of the powder layer 31 permeates the inside of the powder layer 31, and the powders 20 are adhered to each other to be bonded to each other to form a layered model 30 having a desired shape. In another method, a droplet having no adhesiveness may be used instead of the binder 10 and discharged to the powder layer 31 of the powder 20 containing the adhesive. In this case, the droplets dissolve the adhesive of the powder 20 so that the powder 20 can be adhered to each other. The point that the droplets that have reached the surface of the powder layer 31 permeate into the inside of the powder layer 31 is the same as that of the first method.

また、層状造形物形成工程において吐出されたバインダ10は、粉末層31の粉末20を結合させるだけでなく、下層の層状造形物30と、上層の粉末層31の粉末20とを結合させることができる。これによって、各層状造形物30が結合できるので、立体造形物を造形することができる。層状造形物形成工程の後、ステージ準備工程に戻り、最表層を形成するまで、図5の各工程を繰り返す。これによって、層状造形物30が積層した立体造形物を造形することができる。 Further, the binder 10 discharged in the layered shaped object forming step not only binds the powder 20 of the powder layer 31 but also binds the layered shaped object 30 of the lower layer and the powder 20 of the upper powder layer 31. can. As a result, each layered model 30 can be combined, so that a three-dimensional model can be modeled. After the layered model forming step, the process returns to the stage preparation step, and each step of FIG. 5 is repeated until the outermost layer is formed. As a result, it is possible to form a three-dimensional model in which the layered model 30 is laminated.

ここまで、立体造形物を造形する一連の工程について説明した。次に、立体造形工程における造形精度の低下について図6を以て説明する。図6は、粉末層31内部のバインダ10の様子を例示する断面図であり、複数の層状造形物30が積層された様子を示している。 Up to this point, a series of steps for modeling a three-dimensional object have been described. Next, the decrease in modeling accuracy in the three-dimensional modeling process will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the state of the binder 10 inside the powder layer 31, and shows the state in which a plurality of layered shaped objects 30 are laminated.

図6(a)は、層状造形物30が所望の形状で形成され、積層された場合の立体造形物を示している。ここでは、同じ形状の層状造形物30が理想的に積層された場合を例示している。 FIG. 6A shows a three-dimensional model in which the layered model 30 is formed in a desired shape and laminated. Here, the case where the layered shaped objects 30 having the same shape are ideally laminated is illustrated.

図6(b)は、バインダ10が残った状態で上部の層状造形物30が形成された場合の立体造形物を示しており、図中の破線で示す形状は、層状造形物30の所望の形状である。下部の層状造形物30の内部に過剰にバインダ10が存在したまま次々と上層が形成されると、バインダ10が粉末層31に浸透し、所望の形状の領域外に染み出す。バインダ10が所望の形状の領域外に染み出すと、図6(b)に示すように、層状造形物30の形状が所望の形状から乖離し、立体造形物の造形精度および余剰粉末の除去性が低下する。 FIG. 6B shows a three-dimensional model when the upper layered model 30 is formed with the binder 10 remaining, and the shape shown by the broken line in the figure is the desired shape of the layered model 30. It is a shape. When the upper layer is formed one after another with the binder 10 excessively present inside the lower layered model 30, the binder 10 permeates into the powder layer 31 and exudes out of the region having a desired shape. When the binder 10 seeps out of the region of the desired shape, the shape of the layered model 30 deviates from the desired shape as shown in FIG. 6 (b), and the modeling accuracy of the three-dimensional model and the removal property of excess powder Decreases.

ここで、過剰なバインダ10をヒータ101などによって乾燥させる工程を立体造形工程に含めることで、所望の形状の領域外へのバインダ10の染み出しを抑制できる。しかしながら、乾燥工程によって層状造形物30の表面が乾燥することから、下層の層状造形物30と、上層の粉末層31の粉末20との結合が充分ではなくなり、立体造形物の強度が低下する。 Here, by including the step of drying the excess binder 10 with the heater 101 or the like in the three-dimensional modeling step, it is possible to suppress the seepage of the binder 10 out of the region having a desired shape. However, since the surface of the layered model 30 is dried by the drying step, the bond between the layered model 30 in the lower layer and the powder 20 in the powder layer 31 in the upper layer is not sufficient, and the strength of the three-dimensional model is reduced.

したがって、以下に説明する各実施形態では、領域外への染み出しを抑制するように乾燥しつつ、層状造形物30の表面にバインダ10を残して次層の粉末層31を形成する。まず、第1の実施形態について、図7,8を以て説明する。第1の実施形態では、粉末層形成工程の後に、乾燥工程を実施する。 Therefore, in each of the embodiments described below, the powder layer 31 of the next layer is formed by leaving the binder 10 on the surface of the layered model 30 while drying so as to suppress the exudation to the outside of the region. First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. In the first embodiment, the drying step is carried out after the powder layer forming step.

図7は、第1の実施形態における立体造形装置が実行する処理を示すフローチャートである。立体造形装置は、造形データの入力を受けて、ステップS1000から造形処理を開始する。その後、立体造形装置は、ステップS1001において、ステージ準備工程、供給工程、粉末層形成工程を実施し、第1層目の粉末層31を形成する。 FIG. 7 is a flowchart showing a process executed by the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment. The three-dimensional modeling apparatus receives the input of modeling data and starts the modeling process from step S1000. After that, in step S1001, the three-dimensional modeling apparatus carries out a stage preparation step, a supply step, and a powder layer forming step to form the powder layer 31 of the first layer.

ステップS1002では、立体造形装置は、ヘッド52を制御してバインダ10を吐出し、所望の形状の層状造形物30を形成する。 In step S1002, the three-dimensional modeling apparatus controls the head 52 to discharge the binder 10 to form the layered model 30 having a desired shape.

ステップS1003では、ステップS1002で形成された層状造形物30が最表層であるか否かによって処理を分岐する。最表層を形成した場合には(YES)、立体造形物が完成したものとして、ステップS1006に進み、造形処理を終了する。最表層を形成していない場合には(NO)、ステップS1004に進み、次層を形成する処理に移行する。 In step S1003, the process is branched depending on whether or not the layered model 30 formed in step S1002 is the outermost layer. When the outermost layer is formed (YES), it is assumed that the three-dimensional model is completed, the process proceeds to step S1006, and the modeling process is completed. If the outermost layer is not formed (NO), the process proceeds to step S1004, and the process proceeds to the process of forming the next layer.

ステップS1004では、ステージ準備工程、供給工程、粉末層形成工程を経て、次層の粉末層31を形成する。ここで、次層の粉末層31は、下部の層状造形物30の表面にバインダ10が残留した状態で形成される。これによって、残留しているバインダ10は、粉末層31が形成されると同時に、粉末20を接着できる。すなわち、下層の層状造形物30と、上層の形成された粉末層31の粉末20とを結合させることができるので、立体造形物の強度を向上できる。 In step S1004, the powder layer 31 of the next layer is formed through the stage preparation step, the supply step, and the powder layer forming step. Here, the powder layer 31 of the next layer is formed in a state where the binder 10 remains on the surface of the lower layered model 30. As a result, the remaining binder 10 can adhere the powder 20 at the same time as the powder layer 31 is formed. That is, since the layered model 30 in the lower layer and the powder 20 in the powder layer 31 formed in the upper layer can be combined, the strength of the three-dimensional model can be improved.

ここで、バインダ10が残留しているか否かは、層状造形物状態取得部613が、層状造形物30の表面の状態を取得することによって判定されてもよい。例えば、カメラなどによって層状造形物30の画像を取得し、バインダ状態判定部614が、バインダ10の痕跡の有無に基づいて残留状態を判定するといった方法が挙げられる。このようにして、バインダ10が層状造形物30の表面に残留している状態を確認して、ステップS1004で粉末層31を形成することで、下層の層状造形物30と、上層の形成された粉末層31の粉末20とを結合でき、立体造形物の強度を向上できる。 Here, whether or not the binder 10 remains may be determined by the layered modeled object state acquisition unit 613 acquiring the surface state of the layered modeled object 30. For example, there is a method in which an image of the layered model 30 is acquired by a camera or the like, and the binder state determination unit 614 determines the residual state based on the presence or absence of traces of the binder 10. In this way, by confirming the state in which the binder 10 remains on the surface of the layered model 30 and forming the powder layer 31 in step S1004, the lower layered model 30 and the upper layer were formed. It can be combined with the powder 20 of the powder layer 31, and the strength of the three-dimensional model can be improved.

その後、ステップS1005では、残留しているバインダ10を乾燥させる乾燥工程を実施する。乾燥工程を実施することで、次層の層状造形物30を形成するためにバインダ10が吐出されても、バインダ10の量が過剰とならず、所望の形状の領域外への染み出しを抑制できるので、立体造形物の強度を向上できる。なお、乾燥工程は、ヒータ101などによって加熱することで行われてもよいし、所定時間が経過するまで次の処理を待機して自然乾燥することで行われてもよい。 After that, in step S1005, a drying step of drying the remaining binder 10 is carried out. By carrying out the drying step, even if the binder 10 is discharged to form the layered model 30 of the next layer, the amount of the binder 10 does not become excessive, and the exudation of the desired shape to the outside of the region is suppressed. Therefore, the strength of the three-dimensional model can be improved. The drying step may be performed by heating with a heater 101 or the like, or may be performed by waiting for the next treatment until a predetermined time elapses and allowing natural drying.

ステップS1005で乾燥工程を実施した後、ステップS1002に戻り、最表層を形成するまで処理を繰り返す。 After performing the drying step in step S1005, the process returns to step S1002 and the process is repeated until the outermost layer is formed.

上述した処理を行うことで、各層間が結合する強度を向上でき、かつ、所望の形状の領域外へのバインダ10の染み出しを抑制できる。 By performing the above-mentioned treatment, the strength of bonding between the layers can be improved, and the exudation of the binder 10 to the outside of the region having a desired shape can be suppressed.

次に、上述した第1の実施形態における造形プロセスを説明する。図8は、第1の実施形態における造形プロセスを示す図である。図8(a)は、図5(d)に対応する状態であり、粉末層31を形成したローラ部材100aが初期位置に復帰している。このとき、層状造形物30の表面には、バインダ10が残留していることから、層状造形物30と、粉末層31の粉末20とを結合でき、層間の結合を強固にできる。 Next, the modeling process in the first embodiment described above will be described. FIG. 8 is a diagram showing a modeling process in the first embodiment. FIG. 8A is a state corresponding to FIG. 5D, and the roller member 100a forming the powder layer 31 has returned to the initial position. At this time, since the binder 10 remains on the surface of the layered model 30, the layered model 30 and the powder 20 of the powder layer 31 can be bonded, and the bond between the layers can be strengthened.

その後、図8(b)に示すように、ステップS1005に対応する乾燥工程を実施する。ここでは、ヒータ101によって加熱することで、過剰に残留しているバインダ10を乾燥させる例を示している。これによって、バインダ10の染み出しを抑制でき、立体造形物の造形精度を向上できる。 Then, as shown in FIG. 8B, the drying step corresponding to step S1005 is carried out. Here, an example is shown in which the excessive residual binder 10 is dried by heating with the heater 101. As a result, the exudation of the binder 10 can be suppressed, and the modeling accuracy of the three-dimensional model can be improved.

乾燥工程の後、図8(c)に示すように、層状造形物形成工程を実施する。なお、図8(c)は、図5(e)に対応する工程である。 After the drying step, as shown in FIG. 8C, a layered model forming step is carried out. Note that FIG. 8 (c) is a process corresponding to FIG. 5 (e).

ここまで説明したように、第1の実施形態によれば、粉末層形成工程の後に乾燥工程を実施することで、各層間が結合する強度を向上でき、かつ、所望の形状の領域外へのバインダ10の染み出しを抑制できる。したがって、立体造形物の強度と造形精度を向上できる。 As described above, according to the first embodiment, by carrying out the drying step after the powder layer forming step, the strength of bonding between the layers can be improved and the desired shape can be removed from the region. The exudation of the binder 10 can be suppressed. Therefore, the strength and modeling accuracy of the three-dimensional model can be improved.

次に、第2の実施形態について、図9、10を以て説明する。第2の実施形態では、層状造形物形成工程の後に、乾燥工程と再吐出工程とを実施する。 Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In the second embodiment, the layered shaped object forming step is followed by the drying step and the re-discharge step.

図9は、第2の実施形態における立体造形装置が実行する処理を示すフローチャートである。立体造形装置は、造形データの入力を受けて、ステップS2000から造形処理を開始する。立体造形装置は、ステップS2001~S2002で、第1層目の粉末層31を形成し、所望形状の層状造形物30を形成する。なお、ステップS2001~S2002の処理は、ステップS1001~S1002の処理と同様である。 FIG. 9 is a flowchart showing a process executed by the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment. The three-dimensional modeling apparatus receives the input of modeling data and starts the modeling process from step S2000. In the three-dimensional modeling apparatus, in steps S2001 to S2002, the powder layer 31 of the first layer is formed, and the layered model 30 having a desired shape is formed. The processing of steps S2001 to S2002 is the same as the processing of steps S1001 to S1002.

ステップS2003では、ステップS1003と同様に、S2002で形成された層状造形物30が最表層であるか否かによって処理を分岐する。最表層を形成した場合には(YES)、立体造形物が完成したものとしてステップS2007に進み、造形処理を終了する。最表層を形成していない場合には(NO)、ステップS2004に進み、次層を形成する処理に移行する。 In step S2003, similarly to step S1003, the process is branched depending on whether or not the layered model 30 formed in S2002 is the outermost layer. When the outermost layer is formed (YES), the process proceeds to step S2007 assuming that the three-dimensional model is completed, and the modeling process is completed. If the outermost layer is not formed (NO), the process proceeds to step S2004, and the process proceeds to the process of forming the next layer.

ステップS2004では、ステップS2002で吐出されたバインダ10を乾燥させる乾燥工程を実施する。乾燥工程を実施することによって、層状造形物30の表面や内部のバインダ10を乾燥させて取り除くことができる。これによって、バインダ10の量が過剰となることを防止できるので、その後に層状造形物30が積層された場合の造形精度を向上できる。なお、乾燥工程は、ヒータ101などによって加熱することで行われてもよいし、所定時間が経過するまで次の処理を待機して自然乾燥することで行われてもよい。 In step S2004, a drying step of drying the binder 10 discharged in step S2002 is performed. By carrying out the drying step, the binder 10 on the surface and inside of the layered model 30 can be dried and removed. As a result, it is possible to prevent the amount of the binder 10 from becoming excessive, and thus it is possible to improve the modeling accuracy when the layered model 30 is laminated thereafter. The drying step may be performed by heating with a heater 101 or the like, or may be performed by waiting for the next treatment until a predetermined time elapses and allowing natural drying.

バインダ10を乾燥させた後、ステップS2005で、バインダ10を層状造形物30の表面に吐出させる再吐出工程を実施する。再吐出工程は、その後の粉末層形成工程において、粉末20と層状造形物30とを結合させるために実施するものである。したがって、再吐出工程におけるバインダ10の吐出処理と、層状造形物形成工程におけるバインダ10の吐出処理とは、必ずしも同様である必要はない。すなわち、層状造形物形成工程においては粉末層31にバインダ10を充分に浸透させる程度の吐出量を要するところ、再吐出工程においてはそれよりも少ない吐出量であってもよい。例えば、層状造形物形成工程で150pl~250pl程度の吐出量で吐出している場合には、再吐出工程では、10pl~100pl程度の吐出量で吐出すればよい。なお、ここで示した数値は、一例であって、特に実施形態を限定するものではない。 After the binder 10 is dried, in step S2005, a re-discharge step of discharging the binder 10 to the surface of the layered model 30 is performed. The re-discharge step is carried out in order to bond the powder 20 and the layered model 30 in the subsequent powder layer forming step. Therefore, the discharge process of the binder 10 in the re-discharge step and the discharge process of the binder 10 in the layered model forming step do not necessarily have to be the same. That is, in the layered shaped object forming step, a discharge amount sufficient to allow the binder 10 to sufficiently penetrate into the powder layer 31 is required, but in the re-discharge step, the discharge amount may be smaller than that. For example, in the case of discharging with a discharge amount of about 150 pl to 250 pl in the layered model forming step, it may be sufficient to discharge with a discharge amount of about 10 pl to 100 pl in the re-discharge step. It should be noted that the numerical values shown here are examples and do not particularly limit the embodiments.

ステップS2005の後、ステップS2006において立体造形装置は粉末層形成工程を実施する。このとき、ステップS2005で吐出されたバインダ10が、層状造形物30の表面に存在していることから、粉末層31を構成する粉末20と、層状造形物30とが接着する強度を向上できる。 After step S2005, in step S2006, the three-dimensional modeling apparatus carries out a powder layer forming step. At this time, since the binder 10 discharged in step S2005 is present on the surface of the layered shaped object 30, the strength of adhesion between the powder 20 constituting the powder layer 31 and the layered shaped object 30 can be improved.

ステップS2006で粉末層形成工程を実施した後、ステップS2002に戻り、最表層を形成するまで処理を繰り返す。 After performing the powder layer forming step in step S2006, the process returns to step S2002 and the process is repeated until the outermost layer is formed.

上述した処理を行うことで、各層間が結合する強度を向上でき、かつ、所望の形状の領域外へのバインダ10の染み出しを抑制できる。 By performing the above-mentioned treatment, the strength of bonding between the layers can be improved, and the exudation of the binder 10 to the outside of the region having a desired shape can be suppressed.

ところで、上述した再吐出工程において吐出されるバインダ10と、層状造形物形成工程において吐出されるバインダ10とは、同じ解像度で吐出されなくてもよい。すなわち、層状造形物形成工程では立体造形物の造形精度を向上するために高解像度で吐出し、再吐出工程では層状造形物形成工程よりも低い解像度で吐出する構成としてもよい。例えば、再吐出工程では、層間の結合強度を維持できる程度の解像度で吐出することとしてもよい。 By the way, the binder 10 discharged in the above-mentioned re-discharging step and the binder 10 discharged in the layered model forming step may not be discharged at the same resolution. That is, in the layered model forming step, the three-dimensional model may be ejected at a high resolution in order to improve the modeling accuracy, and in the re-discharging step, the three-dimensional object may be ejected at a lower resolution than the layered model forming step. For example, in the re-discharging step, the re-discharging may be performed at a resolution sufficient to maintain the bond strength between the layers.

さらに、再吐出工程において吐出されるバインダ10と、層状造形物形成工程において吐出されるバインダ10とは、異なる物性であってもよく、例えば、粘度の異なるバインダ10を用いてもよい。粘度が高いバインダ10を用いると、層状造形物30の表面から内部に浸透するまでの時間が長くなる。したがって、再吐出工程において、層状造形物形成工程よりも粘度の高いバインダ10を用いることで、層状造形物30の表面にバインダ10を残留させたまま、粉末層31を形成しやすくできる。例えば、層状造形物形成工程では4[mPa・s]の粘度を有するバインダ10を使用し、再吐出工程では8[mPa・s]の粘度を有するバインダ10を使用する。これによって、再吐出工程で吐出されたバインダ10は、層状造形物30の表面に留まりやすくなり、粉末層形成工程において粉末20と接着する強度を向上できる。なお、ここで示した数値は、一例であって、特に実施形態を限定するものではない。 Further, the binder 10 discharged in the re-discharging step and the binder 10 discharged in the layered shaped object forming step may have different physical properties, and for example, binders 10 having different viscosities may be used. When the binder 10 having a high viscosity is used, it takes a long time to penetrate from the surface to the inside of the layered model 30. Therefore, in the re-discharge step, by using the binder 10 having a viscosity higher than that in the layered shaped object forming step, it is possible to easily form the powder layer 31 while leaving the binder 10 on the surface of the layered shaped object 30. For example, a binder 10 having a viscosity of 4 [mPa · s] is used in the layered model forming step, and a binder 10 having a viscosity of 8 [mPa · s] is used in the re-discharge step. As a result, the binder 10 discharged in the re-discharge step can easily stay on the surface of the layered model 30 and can improve the strength of adhesion to the powder 20 in the powder layer forming step. It should be noted that the numerical values shown here are examples and do not particularly limit the embodiments.

次に、上述した第2の実施形態における造形プロセスを説明する。図10は、第2の実施形態における造形プロセスを示す図である。図10(a)は、図5(e)に対応する状態であり、ステップS2002に対応する層状造形物形成工程を実施している。 Next, the modeling process in the second embodiment described above will be described. FIG. 10 is a diagram showing a modeling process in the second embodiment. FIG. 10A is a state corresponding to FIG. 5E, and the layered model formation step corresponding to step S2002 is carried out.

その後、図10(b)に示すように、ステップS2004に対応する乾燥工程を実施する。ここでは、ヒータ101によって加熱することで、過剰に残留しているバインダ10を乾燥させる例を示している。これによって、バインダ10の染み出しを抑制でき、立体造形物の造形精度および余剰粉末の除去性を向上できる。 Then, as shown in FIG. 10B, the drying step corresponding to step S2004 is carried out. Here, an example is shown in which the excessive residual binder 10 is dried by heating with the heater 101. As a result, the exudation of the binder 10 can be suppressed, and the modeling accuracy of the three-dimensional model and the removability of excess powder can be improved.

乾燥工程の後、図10(c)に示すように、ステップS2005に対応する再吐出工程を実施する。再吐出工程では、バインダ10の吐出量を層状造形物形成工程よりも少なくすることで、下層へのバインダ10の染み出しを防止でき、立体造形物の造形精度および余剰粉末の除去性が低下することを防ぐ。 After the drying step, as shown in FIG. 10 (c), the re-discharge step corresponding to step S2005 is carried out. In the re-discharge step, by reducing the discharge amount of the binder 10 as compared with the layered model forming step, it is possible to prevent the binder 10 from seeping into the lower layer, and the modeling accuracy of the three-dimensional model and the removability of excess powder are lowered. Prevent that.

再吐出工程の後、図10(d)に示すように、ステージ準備工程を実施し、以降、供給工程、粉末層形成工程と続く。したがって、再吐出工程によるバインダ10が層状造形物30の表面に存在したままで、以降の工程を行うことができるので、粉末層形成工程の際に、層状造形物30と、粉末層31の粉末20とを結合でき、層間の結合を強固にできる。 After the re-discharge step, as shown in FIG. 10D, a stage preparation step is carried out, followed by a supply step and a powder layer forming step. Therefore, since the binder 10 by the re-discharge step can be performed in the subsequent steps while the binder 10 is present on the surface of the layered shaped object 30, the layered shaped object 30 and the powder of the powder layer 31 can be performed during the powder layer forming step. It can be bonded to 20 and can strengthen the bond between layers.

ここまで説明したように、第2の実施形態によれば、層状造形物形成工程の後に、乾燥工程および再吐出工程を実施した上で粉末層形成工程を実施することで、各層間が結合する強度を向上でき、かつ、所望の形状の領域外へのバインダ10の染み出しを抑制できる。したがって、立体造形物の強度と造形精度を向上できる。 As described above, according to the second embodiment, the layers are bonded by carrying out the powder layer forming step after carrying out the drying step and the re-discharge step after the layered shaped object forming step. The strength can be improved, and the exudation of the binder 10 to the outside of the region having a desired shape can be suppressed. Therefore, the strength and modeling accuracy of the three-dimensional model can be improved.

以上、説明した本発明の実施形態によれば、立体造形物の強度と造形精度を向上する造形方法、造形装置およびプログラムを提供することができる。 According to the embodiment of the present invention described above, it is possible to provide a modeling method, a modeling device, and a program for improving the strength and modeling accuracy of a three-dimensional model.

上述した本発明の実施形態の各機能は、C、C++、C#、Java(登録商標)等で記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、CD-ROM、MO、DVD、フレキシブルディスク、EEPROM、EPROM等の装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。 Each function of the embodiment of the present invention described above can be realized by a device executable program described in C, C ++, C #, Java (registered trademark), etc., and the program of the present embodiment is a hard disk device, a CD-. It can be stored and distributed in a device-readable recording medium such as a ROM, MO, DVD, flexible disk, EEPROM, or EPROM, and can be transmitted via a network in a format that other devices can.

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Although the present invention has been described above with embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and as long as the present invention exerts its actions and effects within the range of embodiments that can be inferred by those skilled in the art. , Is included in the scope of the present invention.

1…造形部、5…造形ユニット、7…ベース部材、10…バインダ、11…粉末槽、12…スライスデータ、13…粉末除去板、20…粉末、21…供給槽、22…造形槽、23…供給ステージ、24…造形ステージ、25…往復移動機構、26~28…モータ、29…余剰粉末受け槽、30…層状造形物、31…粉末層、50…液体吐出ユニット、51…キャリッジ、52…ヘッド、54、55…ガイド部材、56…タンク装着部、60…タンク、61…メンテナンス機構、62…キャップ、63…ワイパ、70…側板、71…ガイド部材、72…スライダ部、80…粉末後供給部、90…粉末回収部、97…移送スクリュー、100…ローラ部材、101…ヒータ、500…制御部、501…CPU、502…ROM、503…RAM、505…ASIC、506…外部I/F、507…I/O、508…ヘッド駆動制御部、510~516…モータ駆動部、517…供給系駆動部、518…メンテナンス駆動部、519…後供給駆動部、520…モータ駆動部、522…加熱制御部、524…操作パネル、550…X方向走査機構、551…Z方向昇降機構、552…Y方向走査機構、553…モータ、554…粉末供給装置、555…モータ、560…温湿度センサ、600…造形データ作成装置、610…粉末積層造形装置、611…造形データ入力部、612…造形制御部、613…層状造形物状態取得部、614…バインダ状態判定部 1 ... Modeling part, 5 ... Modeling unit, 7 ... Base member, 10 ... Binder, 11 ... Powder tank, 12 ... Slice data, 13 ... Powder removal plate, 20 ... Powder, 21 ... Supply tank, 22 ... Modeling tank, 23 ... Supply stage, 24 ... Modeling stage, 25 ... Reciprocating movement mechanism, 26-28 ... Motor, 29 ... Excess powder receiving tank, 30 ... Layered model, 31 ... Powder layer, 50 ... Liquid discharge unit, 51 ... Carriage, 52 ... Head, 54, 55 ... Guide member, 56 ... Tank mounting part, 60 ... Tank, 61 ... Maintenance mechanism, 62 ... Cap, 63 ... Wiper, 70 ... Side plate, 71 ... Guide member, 72 ... Slider part, 80 ... Powder Rear supply unit, 90 ... powder recovery unit, 97 ... transfer screw, 100 ... roller member, 101 ... heater, 500 ... control unit, 501 ... CPU, 502 ... ROM, 503 ... RAM, 505 ... ASIC, 506 ... external I / F, 507 ... I / O, 508 ... Head drive control unit, 510 to 516 ... Motor drive unit, 517 ... Supply system drive unit, 518 ... Maintenance drive unit, 519 ... Rear supply drive unit, 520 ... Motor drive unit, 522 ... heating control unit, 524 ... operation panel, 550 ... X-direction scanning mechanism, 551 ... Z-direction elevating mechanism, 552 ... Y-direction scanning mechanism, 552 ... motor, 554 ... powder supply device, 555 ... motor, 560 ... temperature / humidity sensor , 600 ... Modeling data creation device, 610 ... Powder laminated modeling device, 611 ... Modeling data input unit, 612 ... Modeling control unit, 613 ... Layered modeled object state acquisition unit, 614 ... Binder state determination unit

特開2017-94714号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-94714

Claims (8)

立体造形物を造形する造形方法であって、
第1の粉末層を形成する第1の形成工程と、
前記第1の粉末層に液滴を吐出することで層状造形物を形成する第2の形成工程と、
前記層状造形物の表面における前記液滴の痕跡を取得する取得工程と、
前記取得工程において取得した前記痕跡に基づいて、前記層状造形物の表面に前記液滴が残留しているか否かを判定する判定工程と、
前記層状造形物の表面に前記液滴が残留した状態で、前記層状造形物上に第2の粉末層を形成する第3の形成工程と
前記第2の粉末層と、前記層状造形物とを乾燥させる工程と
を含む、造形方法。
It is a modeling method for modeling a three-dimensional object,
The first forming step of forming the first powder layer and
A second forming step of forming a layered model by ejecting droplets onto the first powder layer, and a second forming step.
The acquisition step of acquiring the trace of the droplet on the surface of the layered model, and
A determination step of determining whether or not the droplets remain on the surface of the layered model based on the traces acquired in the acquisition step.
A third forming step of forming a second powder layer on the layered model with the droplets remaining on the surface of the layered object .
A step of drying the second powder layer and the layered model
Modeling method, including.
前記第2の形成工程と、前記第3の形成工程との間に、
前記層状造形物を乾燥させる乾燥工程と、
前記層状造形物の表面に前記液滴を吐出する吐出工程と
をさらに含む、請求項1に記載の造形方法。
Between the second forming step and the third forming step,
A drying step of drying the layered model and
The modeling method according to claim 1, further comprising a discharge step of discharging the droplets onto the surface of the layered model.
前記吐出工程で吐出される液滴は、前記第2の形成工程で吐出される液滴よりも少量であることを特徴とする、請求項に記載の造形方法。 The modeling method according to claim 2 , wherein the amount of droplets ejected in the ejection step is smaller than that of the droplets ejected in the second forming step. 前記吐出工程で吐出される液滴は、前記第2の形成工程で吐出される液滴よりも粘度が高いことを特徴とする、請求項に記載の造形方法。 The modeling method according to claim 2 , wherein the droplets ejected in the ejection step have a higher viscosity than the droplets ejected in the second forming step. 前記乾燥させる工程は、加熱手段を用いることを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載の造形方法。 The modeling method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the drying step uses a heating means. 前記乾燥させる工程は、自然乾燥によって行われることを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載の造形方法。 The modeling method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the drying step is performed by natural drying. 立体造形物を造形する造形装置であって、
粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記粉末層に液滴を吐出することで層状造形物を形成する吐出手段と、
前記液滴を乾燥させる乾燥手段と、
前記層状造形物の表面における前記液滴の痕跡を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得した前記痕跡に基づいて、前記層状造形物の表面に前記液滴が残留しているか否かを判定する判定手段と
を含み、
前記粉末層形成手段は、前記層状造形物の表面に前記液滴が残留した状態で、前記層状造形物上に第2の粉末層を形成し、前記乾燥手段は、前記第2の粉末層と、前記層状造形物とを乾燥させる、造形装置。
It is a modeling device that models three-dimensional objects.
A powder layer forming means for forming a powder layer and
Discharging means for forming a layered model by ejecting droplets onto the powder layer, and
A drying means for drying the droplets and
An acquisition means for acquiring traces of the droplets on the surface of the layered model, and
A determination means for determining whether or not the droplets remain on the surface of the layered model based on the traces acquired by the acquisition means.
Including
The powder layer forming means forms a second powder layer on the layered model with the droplets remaining on the surface of the layered model, and the drying means is with the second powder layer. , A modeling device that dries the layered model .
立体造形物を造形する造形装置が実行するプログラムであって、前記造形装置を、
粉末層を形成する粉末層形成手段、
前記粉末層に液滴を吐出することで層状造形物を形成する吐出手段、
前記液滴を乾燥させる乾燥手段
前記層状造形物の表面における前記液滴の痕跡を取得する取得手段、および
前記取得手段により取得した前記痕跡に基づいて、前記層状造形物の表面に前記液滴が残留しているか否かを判定する判定手段
として機能させる装置可読なプログラムであり、前記粉末層形成手段は、前記層状造形物の表面に前記液滴が残留した状態で、前記層状造形物上に第2の粉末層を形成し、前記乾燥手段は、前記第2の粉末層と、前記層状造形物とを乾燥させる、プログラム。
A program executed by a modeling device that models a three-dimensional model, and the modeling device
A powder layer forming means for forming a powder layer,
Discharging means for forming a layered model by ejecting droplets onto the powder layer,
Drying means for drying the droplets
An acquisition means for acquiring traces of the droplets on the surface of the layered model, and
A determination means for determining whether or not the droplets remain on the surface of the layered model based on the traces acquired by the acquisition means.
The powder layer forming means forms a second powder layer on the layered model in a state where the droplets remain on the surface of the layered object, and the powder layer forming means is dried. The means is a program for drying the second powder layer and the layered object .
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