JP7159808B2 - 三次元造形装置および三次元造形装置の制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態における三次元造形装置100の概略構成を示す説明図である。本実施形態における三次元造形装置100は、吐出ユニット200と、造形テーブル300と、移動機構400と、材料供給機構500と、廃棄材料収容部600と、制御部700とを備えている。三次元造形装置100は、制御部700の制御下で、吐出ユニット200に設けられたノズル65から、造形テーブル300に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構400によって、ノズル65と造形テーブル300との相対的な位置を変化させることによって、造形テーブル300上に所望の形状の三次元造形物を造形する。尚、吐出ユニット200の詳細な構成については、図2を用いて後述する。
<熱可塑性樹脂材料の例>
ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリアミド樹脂(PA)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、ポリ乳酸樹脂(PLA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック。
<金属材料の例>
マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)やクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の単一の金属、もしくはこれらの金属を1つ以上含む合金。
<合金の例>
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金。
<溶剤の例>
水;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸iso-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸iso-ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル-n-ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;テトラアルキルアンモニウムアセテート類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;ピリジン、γ-ピコリン、2,6-ルチジン等のピリジン系溶剤;テトラアルキルアンモニウムアセテート(例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等);ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等。
<バインダーの例>
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)或いはその他の熱可塑性樹脂。
図8は、第2実施形態における材料パージ処理の内容を示すフローチャートである。第2実施形態の三次元造形装置100では、材料パージ処理の内容が第1実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図1に示した第1実施形態と同じである。
図9は、第3実施形態の三次元造形装置100cの概略構成を示す説明図である。第3実施形態の三次元造形装置100cは、空気供給機構800を備えていることが第1実施形態と異なる。また、第3実施形態の三次元造形装置100cでは、材料パージ処理の内容が第1実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図1に示した第1実施形態と同じである。
図11は、第4実施形態の三次元造形装置100dの概略構成を示す説明図である。第4実施形態の三次元造形装置100dは、第1吐出ユニット200Aと第2吐出ユニット200Bとを備えていることが第1実施形態と異なる。その他の構成は、特に説明しない限り、図1に示した第1実施形態と同じである。
(E1)上述した各実施形態の三次元造形装置100,100c,100dでは、制御部700は、材料パージ処理において、フラットスクリュー40の回転を停止させるとともに、バレル50のヒーター58の加熱を停止させている。これに対して、制御部700は、材料パージ処理において、フラットスクリュー40の回転、または、バレル50のヒーター58の加熱を停止させなくてもよい。制御部700は、材料パージ処理において、フラットスクリュー40の回転を停止させずに、かつ、バレル50のヒーター58の加熱を停止させなくてもよい。
本開示は、上述した実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルからの造形材料の吐出が停止された後、再開される場合には、造形領域への造形材料の吐出の再開に先立って、溶融部からノズルにかけて残留する造形材料が排出される。そのため、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
この形態の三次元造形装置によれば、造形材料の耐熱性の指標となるガラス転移点が低いほど早期に、残留する造形材料が排出される。そのため、三次元造形物の品質が低下することを、より確実に抑制できる。
この形態の三次元造形装置によれば、材料パージ処理において、溶融部からノズルにかけて残留する造形材料がパージ材に置換される。そのため、溶融部からノズルにかけて造形材料が残留することを抑制できるとともに、溶融部からノズルにかけてパージ材によって洗浄できる。
この形態の三次元造形装置によれば、材料パージ処理において、溶融部に残留する造形材料の排出に先立って、第1流路からノズルにかけて残留する造形材料が空気に置換される。そのため、第1流路からノズルにかけて造形材料が残留することを抑制できるとともに、ノズルの目詰まりが生じることを抑制できる。
この形態の三次元造形装置によれば、スクリューの回転を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。
この形態の三次元造形装置によれば、小型なフラットスクリューによって造形材料を溶融させるため、三次元造形装置を小型化できる。
この形態の三次元造形装置によれば、加熱部による材料の加熱を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルからの造形材料の吐出が停止された後、再開される場合には、スクリューの回転を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。そのため、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
この形態の三次元造形装置によれば、ノズルからの造形材料の吐出が停止された後、再開される場合には、加熱部による材料の加熱を停止させることによって、溶融部における造形材料の変性を抑制できる。そのため、三次元造形物の品質が低下することを抑制できる。
Claims (9)
- 三次元造形装置であって、
材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、
前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第1流路と、
前記第1流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、
前記第1流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、
前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記溶融部は、
溝が形成された溝形成面を有し、回転軸を中心にして回転するフラットスクリューと、
前記回転軸に沿った方向において前記溝形成面に対向するスクリュー対向面を有し、前記第1流路に連通する連通孔が形成されたバレルと、
を備え、
前記溝の深さは、前記溝形成面の中心に向かうほど浅くなり、
前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、
前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出の再開に先立って、
前記吐出量調節機構を制御することによって前記溶融部と前記ノズルとを連通させた状態において、前記フラットスクリューを回転させることによって前記溶融部に残留する前記造形材料を前記ノズルから前記造形領域とは異なる領域に排出させる材料パージ処理を実行する、
三次元造形装置。 - 請求項1に記載の三次元造形装置であって、
前記材料は、熱可塑性樹脂を含み、
前記制御部は、前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、前記熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められた待機期間が経過した場合に、前記材料パージ処理を実行し、
前記待機期間は、第1熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められる場合の長さよりも、前記第1熱可塑性樹脂よりもガラス転移点の低い第2熱可塑性樹脂のガラス転移点に応じて定められる場合の長さの方が短い、三次元造形装置。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形装置であって、
さらに、前記溶融部にパージ材を供給するパージ材供給機構を備え、
前記制御部は、前記材料パージ処理において、前記移動機構と前記パージ材供給機構とを制御することによって、前記溶融部に前記パージ材を供給し、前記パージ材を用いて、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる、三次元造形装置。 - 請求項1または請求項2に記載の三次元造形装置であって、
さらに、前記第1流路における前記吐出量調節機構と前記ノズルとの間に、圧縮空気を供給する空気供給機構を備え、
前記制御部は、前記材料パージ処理において、前記溶融部に残留する前記造形材料の排出に先立って、前記空気供給機構を制御することによって、前記圧縮空気を用いて、前記第1流路に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後であり、かつ、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる前または後に、前記フラットスクリューの回転を停止させる、三次元造形装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の三次元造形装置であって、
前記バレルは、前記材料を加熱する加熱部を備える、三次元造形装置。 - 請求項6に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後であり、かつ、前記溶融部に残留する前記造形材料を前記造形領域とは異なる領域に排出させる前または後に、前記加熱部による加熱を停止させる、三次元造形装置。 - 三次元造形装置であって、
溝を有するスクリューを有し、前記スクリューの回転によって材料の少なくとも一部を溶融させて造形材料とする溶融部と、
前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第1流路と、
前記第1流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、
前記第1流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、
前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、
前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記三次元造形物を造形する期間内において、
前記吐出量調節機構を制御することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出を停止させた後、かつ、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出を再開させる前に、前記スクリューの回転を停止させる、三次元造形装置。 - 三次元造形装置の制御方法であって、
前記三次元造形装置は、
材料を溶融させて造形材料にする溶融部と、
前記溶融部に連通し、前記造形材料が流通する第1流路と、
前記第1流路に連通し、前記造形材料を吐出するノズルと、
前記第1流路に設けられ、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する吐出量調節機構と、
前記ノズルから吐出された前記造形材料が積層される造形テーブルと、
前記ノズルと前記造形テーブルとの相対位置を変化させる移動機構と、
を備え、
前記溶融部は、
溝が形成された溝形成面を有し、回転軸を中心にして回転するフラットスクリューと、
前記回転軸に沿った方向において前記溝形成面に対向するスクリュー対向面を有し、前記第1流路に連通する連通孔が形成されたバレルと、
を備え、
前記溝の深さは、前記溝形成面の中心に向かうほど浅くなり、
前記溶融部と前記吐出量調節機構と前記移動機構とを制御することによって、前記造形テーブルの造形領域に三次元造形物を造形し、
前記三次元造形物を造形する期間内に、前記吐出量調節機構を制御することによって、前記ノズルから前記造形材料の吐出を停止させた後、前記ノズルから前記造形領域への前記造形材料の吐出の再開に先立って、前記吐出量調節機構を制御することによって前記溶融部と前記ノズルとを連通させた状態において、前記フラットスクリューを回転させることによって前記溶融部に残留する前記造形材料を前記ノズルから前記造形領域とは異なる領域に排出させる、三次元造形装置の制御方法。
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