JP7080601B2 - 三次元造形装置、および三次元造形物の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第一の実施形態である熱溶融積層造形装置の斜視図である。
次に、吐出口切替部5について、詳しく説明する。本実施形態の装置では、吐出口切替部5は、円形の板状部材14を有している。板状部材14の中心は切替駆動軸6に固着されており、切替駆動軸6が回転すると板状部材14も回転するようになっている。切替駆動軸6は、切替駆動装置7から印加される駆動力により、回転したり所定の角度で停止したりする。
板状部材14中で、開口が存在しない部分をノズル4の先端部と重ねれば、シャッターとして機能するため、熱可塑性樹脂の吐出を停止させることができる。あるいは、図2におけるローラの回転を矢印とは反対方向に回転させることにより、後述するノズル4の先端部から押し出される熱可塑性樹脂の押し出しを停止させることが可能となる。よって、熱可塑性樹脂の押し出しを停止させてから板状部材14を回転させ、開口31a~31hの中からノズルと重なる開口を切り替えることもできる。
以上のように、本実施形態における板状部材は、吐出口となる開口が設けられ、機械的な強度が確保され、熱溶融樹脂が固化しない温度に保温できる部材であればよい。したがって、この部材を板状部材ではなく吐出口部材と呼んでもよい。本実施形態の説明において、この部材を板状部材と呼んだからといって、必ずしも平板である必要はなく、種々の立体的形状の部材を用いることが可能である。
本実施形態の装置では、開口31a~31hの切り替えは、任意のタイミングで変更可能である。三次元造形の制御プログラムに従い、複数の造形物を形成する間や、一つの造形物を形成する工程中での切り替えも可能である。これにより、形状の細かさを部分的に変更した三次元造形物を、容易に製造することが可能となる。
即ち、面積または形状が異なる複数の開口が設けられた部材の複数の開口のうちの一つの開口から熱可塑性樹脂を吐出させる第一の工程と、複数の開口のうちの一つの開口とは別の開口から熱可塑性樹脂を吐出させる第二の工程とにより三次元造形物を製造する。これにより、形状の細かさを部分的に変更した三次元造形物を、容易に製造することが可能となる。また、造形物の外形形状の精度と造形時間の削減を両立した造形も可能となる。また、前記複数の開口が設けられた部材の開口のない部分はシャッターとして機能させることができる。つまり、前記第一の工程と、前記第二の工程の間に、前記複数の開口が設けられた部材の開口のない部分により、前記熱可塑性樹脂の吐出を停止させることができる(停止する工程)。これにより、簡単に確実で正確な吐出口の切り替えを行うことが可能となる。
本実施形態の三次元造形装置は、既に述べたように複数の吐出口を切り替えて使用可能であるが、吐出口を清浄にするためのクリーニング機構13を備えている。吐出口によって使用頻度や休止期間が異なるが、目詰まりを防止し、各吐出口を清浄な状態で使用し、保全するのに有用である。
図7に、本実施形態の制御ブロックを簡易的に示す。
本実施形態においては、三次元造形装置の動作中にクリーニング動作が適時に行われるが、そのシーケンスの例を説明する。
第二の実施形態の三次元造形装置は、第一の実施形態とは吐出口切替部の構造が異なる。
第二の実施形態の吐出口切替部について説明する。図10において、101は板状部材、102はレール、103は駆動ギヤ、104は切替駆動軸、105は切替駆動装置である。
以上のように、本実施形態における板状部材は、吐出口となる開口が設けられ、機械的な強度が確保され、熱溶融樹脂が固化しない温度に保温できる部材であればよい。したがって、この部材を板状部材ではなく吐出口部材と呼んでもよい。本実施形態の説明において、この部材を板状部材と呼んだからといって、必ずしも平板である必要はなく、種々の立体的形状の部材を用いることが可能である。
第一の実施形態と第二の実施形態では、板状部材は、直径が異なる円形開口を各1個ずつ備えていたが、本発明の実施はこれに限られるものではない。
また、第一の実施形態では、三次元造形に用いる原材料として、熱可塑性樹脂をフィラメントに成形したものを用いる例を示したが、ペレットや粉末等の他の形体の材料を用いることもできる。熱可塑性樹脂としてペレットタイプの材料を用いる場合においては、図1に示す熱溶融積層造形装置の、材料導入部2、加熱供給部3、およびノズル4以外の部分は、第一の実施形態と同じ装置、同じ方法を用いることができる。図13は、ペレットタイプの材料を用いる場合において用いる熱溶融積層造形装置の、図1における材料導入部2、加熱供給部3およびノズル4に対応する部分を示す図である。
図13において、132は材料導入部、133は加熱供給部、134はノズルを示す。132からペレットタイプの樹脂材料を供給し、加熱供給部133のスクリュー135で樹脂材料を溶融させる。溶融状態となった熱可塑性樹脂は、スクリュー135の回転により、ノズル134に送り込まれる。ノズル134の先端部まで押し出された熱可塑性樹脂は、吐出口切替部5(図1参照)で選択された吐出口から吐出する。そして、第一の実施形態同様、板状部材を回転させ、開口の中からノズルと重なる開口を切り替える。また、第一の実施形態同様、板状部材中で、開口が存在しない部分をノズル134の先端部と重ねれば、シャッターとして機能するため、熱可塑性樹脂の吐出を停止させることができる。あるいは、スクリュー135をノズル134へ押し出す方向とは逆方向に回転させることにより樹脂の吐出口からの吐出を停止させることができる。吐出口からの吐出を停止させてから板状部材を回転させ、開口の中からノズルと重なる開口を切り替えることもできる。
以上説明した本発明の実施形態においては、吐出する溶融樹脂の断面形状を容易に変更することが可能で、かつ小型な三次元造形装置を提供できる。
Claims (15)
- 熱可塑性樹脂を加熱して溶融させる加熱手段と、
溶融した熱可塑性樹脂の通路となるノズルと、
第1の方向に回転させることにより、溶融した熱可塑性樹脂を前記ノズルの先端部から押し出す回転部と、
前記ノズルの先端面と摺動可能に配され、複数の開口が設けられた部材と、
前記複数の開口のうちの一つの開口を前記ノズルの先端に位置あわせさせる切替手段と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記回転部を前記第1の方向とは逆の回転方向に回転させた後、前記切替手段を駆動させて、前記部材の開口のない部分、または前記ノズルの先端部に位置あわせされた前記複数の開口のうちの前記一つの開口とは別の開口を、前記ノズルの先端部に位置あわせするとともに、
前記別の開口を前記ノズルの先端部に位置あわせした場合には、前記別の開口から熱可塑性樹脂を吐出させるように前記回転部を前記第1の方向に回転させる、
ことを特徴とする三次元造形装置。 - 前記回転部は、ローラまたはスクリューを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。 - 前記複数の開口が設けられた部材の開口のない部分が、前記ノズルの先端に位置あわせされてシャッターとして機能する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の三次元造形装置。 - 前記切替手段は、前記複数の開口が設けられた部材を回転させ、前記複数の開口のうちの一つの開口を前記ノズルの先端に位置合わせする、
ことを特徴とする請求項1乃至3のうちの何れか1項に記載の三次元造形装置。 - 前記切替手段は、前記複数の開口が設けられた部材を直線的に移動させ、前記複数の開口のうちの一つの開口を前記ノズルの先端に位置合わせする、
ことを特徴とする請求項1乃至4のうちの何れか1項に記載の三次元造形装置。 - 前記複数の開口は、互いに面積の異なる開口を含む、
ことを特徴とする請求項1乃至5のうちの何れか1項に記載の三次元造形装置。 - 前記複数の開口は、互いに形状の異なる開口を含む、
ことを特徴とする請求項1乃至6のうちの何れか1項に記載の三次元造形装置。 - 前記複数の開口が設けられた部材を加熱する加熱機構を備える、
ことを特徴とする請求項1乃至7のうちの何れか1項に記載の三次元造形装置。 - 前記複数の開口を清掃するクリーニング機構を有する、
ことを特徴とする請求項1乃至8のうちの何れか1項に記載の三次元造形装置。 - 前記クリーニング機構は、気体の吹き付け手段を含む、
ことを特徴とする請求項9に記載の三次元造形装置。 - 溶融した熱可塑性樹脂の流動を制御可能な回転部を第1の方向に回転させることによりノズルの先端部から溶融した熱可塑性樹脂を押し出し、前記ノズルの先端面と摺動可能に配され複数の開口が設けられた部材の前記複数の開口のうちの一つの開口から熱可塑性樹脂を吐出させる第一の工程と、
前記回転部を前記第1の方向とは逆の回転方向に回転させた後、前記部材の開口のない部分か、または前記ノズルの先端部に位置あわせされた前記複数の開口のうちの前記一つの開口とは別の開口を、前記ノズルの先端部に位置あわせするとともに、前記別の開口を前記ノズルの先端部に位置あわせした場合には、前記別の開口から熱可塑性樹脂を吐出させるように前記回転部を再び前記第1の方向に回転させる第二の工程と、を有する、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 前記回転部は、ローラまたはスクリューを有する、
ことを特徴とする請求項11に記載の三次元造形物の製造方法。 - 前記第一の工程と、前記第二の工程の間に、前記複数の開口が設けられた部材の開口のない部分により、前記熱可塑性樹脂の吐出を停止する工程を有する、
ことを特徴とする請求項11または12に記載の三次元造形物の製造方法。 - 前記複数の開口は、互いに面積の異なる開口を含む、
ことを特徴とする請求項11乃至13のうちの何れか1項に記載の三次元造形物の製造方法。 - 前記複数の開口は、互いに形状の異なる開口を含む、
ことを特徴とする請求項11乃至14のうちの何れか1項に記載の三次元造形物の製造方法。
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