JP7255662B2 - Apparatus for modeling three-dimensional object, method for modeling three-dimensional object - Google Patents

Apparatus for modeling three-dimensional object, method for modeling three-dimensional object Download PDF

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Description

本発明は立体造形物を造形する装置、立体造形物を造形する方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for modeling a three-dimensional object and a method for modeling a three-dimensional object.

立体造形物(三次元造形物)を造形する装置として、立体造形物を形成するモデル材を造形領域に吐出し、造形領域以外の領域に形状支持用のサポート材を吐出して、モデル材及びサポート材を硬化させて、モデル材が硬化したモデル材造形物とサポート材が硬化したサポート造形物とを含む層状造形物(造形層)を造形し、造形層を順次積層し、サポート材造形物を除去してモデル材からなる立体造形物を造形する材料噴射造形方式(マテリアルジェット方式)のものがある。 As an apparatus for modeling a three-dimensional object (three-dimensional object), model materials for forming the three-dimensional object are discharged into the modeling area, and support materials for shape support are discharged into areas other than the modeling area, and the model materials and By curing the support material, a layered object (modeling layer) including the model material modeled object with the model material hardened and the support modeled object with the support material hardened is built, and the modeling layers are stacked one after another to form the support material modeled object. There is a material injection modeling method (material jet method) that removes the model material and forms a three-dimensional object made of model materials.

従来、流動可能な樹脂の余剰分をローラ部で回収し、モデル材を回収するときのローラ部の回転速度とサポート材を回収するときのローラ部の回転速度を異ならせるものがある(特許文献1)。 Conventionally, there is a method in which surplus flowable resin is collected by a roller portion, and the rotational speed of the roller portion when collecting the model material is different from the rotational speed of the roller portion when collecting the support material (Patent Document 1).

特開2013-067121号公報JP 2013-067121 A

ところで、回転部材は、部品精度や取付け精度などによって、回転したときに周面が振れる現象が発生する。そのため、回転部材によってモデル材やサポート材などの表面を平坦化すると、回転部材の振れによる凹凸が造形材の表面に現れる。この造形物表面の凹凸によって造形物の表面精度が低下したり、平坦化を行うときの硬化済の下層の造形層と回転部材が干渉したりするという課題がある。 By the way, a phenomenon that the peripheral surface of the rotary member vibrates when it rotates occurs depending on the accuracy of parts and the accuracy of mounting. Therefore, when the surface of the model material, the support material, or the like is flattened by the rotating member, irregularities appear on the surface of the modeling material due to vibration of the rotating member. There is a problem that the unevenness of the surface of the modeled object lowers the surface accuracy of the modeled object, and that the hardened lower modeled layer and the rotating member interfere with each other when flattening the modeled object.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、回転部材による平坦化で生じる不都合を低減できるようにすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce inconvenience caused by flattening by a rotating member.

上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形物を造形する装置は、
層状造形物を積層する造形ステージと、
前記造形ステージ上の前記層状造形物に造形材を付与する付与手段と、
造形材の表面を平坦化する回転部材と、を備え、
前記回転部材は前記造形ステージに対して相対移動可能であり、
前記回転部材の移動方向における前記回転部材の下端の変位の軌跡を回転位相とするとき、
積層方向に連続する第n層目の前記層状造形物を形成する前記造形材と第n+1層目となる前記層状造形物を形成する前記造形材をそれぞれ平坦化するとき、前記第n層目の平坦化と前記第n+1層目の平坦化の際の、それぞれの前記回転部材の移動方向における前記回転部材の回転位相のずれを制御する手段を備えている
構成とした。
In order to solve the above problems, the apparatus for modeling a three-dimensional object according to the present invention includes:
a modeling stage for stacking layered objects;
a means for applying a modeling material to the layered article on the modeling stage;
a rotating member that flattens the surface of the modeling material ;
The rotating member is movable relative to the modeling stage,
When the trajectory of the displacement of the lower end of the rotating member in the moving direction of the rotating member is defined as the rotation phase,
When flattening the modeling material forming the n-th layered article and the modeling material forming the n+1-th layer of the layered article that are continuous in the stacking direction, the n-th layer It is configured to include means for controlling a rotational phase shift of the rotating member in the moving direction of each of the rotating members during the planarization and the n+1-th layer planarization.

本発明によれば、回転部材による平坦化で生じる不都合を低減できるようになる。 According to the present invention, it is possible to reduce inconvenience caused by flattening by a rotating member.

本発明に係る立体造形物を造形する装置の一例の概略平面説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic plane explanatory drawing of an example of the apparatus which models the three-dimensional molded article which concerns on this invention. 同じく概略側面説明図である。It is similarly schematic side explanatory drawing. 同じく造形ユニット部分の模式的説明図である。FIG. 11 is a schematic explanatory diagram of a molding unit portion of the same; 同じく制御部のブロック説明図である。It is similarly a block explanatory drawing of a control part. 本発明の第1実施形態における平坦化ローラの回転位相の説明に供する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the rotation phase of the flattening roller in the first embodiment of the present invention; 同じく層状造形物の積層状態の説明に供する模式的断面説明図である。It is a schematic cross-sectional explanatory view similarly used for explaining the lamination state of the layered structure. 本発明の第2実施形態における層状造形物の積層状態の説明に供する模式的断面説明図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional explanatory view for explaining the layered state of the layered structure according to the second embodiment of the present invention; 本発明の第3実施形態における平坦化ローラの回転位相の説明に供する説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the rotation phase of the flattening roller in the third embodiment of the present invention; 同じく層状造形物の積層状態の説明に供する模式的断面説明図である。It is a schematic cross-sectional explanatory view similarly used for explaining the lamination state of the layered structure.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る立体造形物を造形する装置の一例の概要について図1ないし図4を参照して説明する。図1は同装置の概略平面説明図、図2は同じく概略側面説明図、図3は同じく造形ユニット部分の模式的説明図である。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. An outline of an example of an apparatus for modeling a three-dimensional object according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. FIG. 1 is a schematic plan view of the apparatus, FIG. 2 is a schematic side view of the same, and FIG. 3 is a schematic view of the molding unit.

この立体造形物を造形する装置(立体造形装置という。)は、材料噴射造形装置であり、層状造形物である造形層10が積層されて立体造形物が造形される造形ステージ11を含む造形部1と、造形ステージ11上に造形層10を順次積層造形する造形ユニット2とを備えている。 An apparatus for modeling a three-dimensional object (referred to as a three-dimensional object forming apparatus) is a material injection molding apparatus, and includes a modeling section including a modeling stage 11 on which modeling layers 10, which are layered objects, are laminated to form a three-dimensional object. 1 and a modeling unit 2 for successively laminating modeling layers 10 on a modeling stage 11 .

造形部1は、造形ステージ11を高さ方向(Z方向)に昇降させる昇降機構部12を備えている。 The modeling unit 1 includes an elevating mechanism 12 that raises and lowers the modeling stage 11 in the height direction (Z direction).

造形ユニット2は、X方向(主走査方向)に往復移動可能に配置されたキャリッジ20を備えている。 The modeling unit 2 includes a carriage 20 arranged to be reciprocally movable in the X direction (main scanning direction).

キャリッジ20には、立体造形物を構成するモデル材201を吐出するモデル材付与手段としての第1ヘッド21と、最終的に除去されるサポート材202を吐出するサポート材付与手段としての第2ヘッド22とをX方向に並べて搭載している。 The carriage 20 has a first head 21 as a model material application means for ejecting the model material 201 that constitutes the three-dimensional object, and a second head as a support material application means for ejecting the support material 202 to be finally removed. 22 are arranged side by side in the X direction.

また、キャリッジ20には、第1ヘッド21及び第2ヘッド22を挟んで両側に、造形層10を平坦化する平坦化手段を構成する回転部材である平坦化ローラ23を配置している。 Further, the carriage 20 is provided with flattening rollers 23 , which are rotating members constituting flattening means for flattening the modeling layer 10 , on both sides of the first head 21 and the second head 22 .

また、キャリッジ20には、平坦化ローラ23を挟んで第1ヘッド21及び第2ヘッド22と反対側に、付与された(吐出された)造形材としてのモデル材201及びサポート材202を硬化させる活性エネルギー線、例えば紫外線を照射する硬化手段としての硬化ユニット24を配置している。 In addition, the carriage 20 hardens the model material 201 and the support material 202 which are provided (discharged) as modeling materials on the side opposite to the first head 21 and the second head 22 with the flattening roller 23 interposed therebetween. A curing unit 24 is provided as curing means for irradiating active energy rays, such as ultraviolet rays.

また、キャリッジ20の主走査方向に沿って側板70、70間に、所定のパターンを形成したエンコーダスケール31を張り渡し、キャリッジ20にはエンコーダスケール31のパターンを読取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ32を設けている。これらのエンコーダスケール31とエンコーダセンサ32によってキャリッジ20の移動を検知するリニアエンコーダ30を構成している。 An encoder scale 31 formed with a predetermined pattern is stretched between the side plates 70 along the main scanning direction of the carriage 20 , and an encoder sensor comprising a transmissive photosensor for reading the pattern of the encoder scale 31 is mounted on the carriage 20 . 32 are provided. The encoder scale 31 and encoder sensor 32 constitute a linear encoder 30 for detecting movement of the carriage 20 .

また、平坦化ローラ23の軸23aにはエンコーダホイール34を取り付け、このエンコーダホイール34に形成したパターンを読取る透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ35を設けている。これらのエンコーダホイール34とエンコーダセンサ35によって平坦化ローラ23の回転量及び回転位置を検出するロータリエンコーダ33を構成している。 An encoder wheel 34 is attached to the shaft 23a of the flattening roller 23, and an encoder sensor 35 made of a transmissive photosensor for reading a pattern formed on the encoder wheel 34 is provided. The encoder wheel 34 and encoder sensor 35 constitute a rotary encoder 33 that detects the rotation amount and rotation position of the flattening roller 23 .

硬化ユニット24としては、紫外線(UV)照射ランプ、電子線照射源等が挙げられる。紫外線照射ランプを使用する場合、発生するオゾンを除去する機構を備えることが好ましい。紫外線照射ランプの種類としては、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ等がある。超高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くした紫外線照射ランプは、短波長領域の照射が可能である。メタルハライドランプは、波長領域が広いため着色物に有効的であり、Pb、Sn、Feなどの金属のハロゲン化物が用いられ、光重合開始剤の吸収スペクトルに合わせてハロゲン化物を選択できる。 Curing unit 24 includes an ultraviolet (UV) irradiation lamp, an electron beam irradiation source, and the like. When using an ultraviolet irradiation lamp, it is preferable to have a mechanism for removing generated ozone. Types of ultraviolet irradiation lamps include high-pressure mercury lamps, ultrahigh-pressure mercury lamps, metal halide lamps, and the like. Ultra-high pressure mercury lamps are point light sources, but UV irradiation lamps, which are combined with an optical system to increase the efficiency of light utilization, can irradiate light in the short wavelength range. Metal halide lamps have a wide wavelength range and are therefore effective for colored objects. Halides of metals such as Pb, Sn and Fe are used, and the halide can be selected according to the absorption spectrum of the photopolymerization initiator.

キャリッジ20は、ガイド部材41及び42に往復移動可能に保持されている。ガイド部材41及び42は、両側の側板70、70に保持されている。そして、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たスライダ部72を有し、造形ユニット2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。 The carriage 20 is held by guide members 41 and 42 so as to be able to reciprocate. The guide members 41 and 42 are held by side plates 70 and 70 on both sides. A slider portion 72 is movably held by a guide member 71 arranged on the base member 7, and the entire molding unit 2 can reciprocate in the Y direction (sub-scanning direction) perpendicular to the X direction. .

また、X方向の一方側には、ヘッド21、22の維持回復を行うメンテナンス機構61が配置されている。 A maintenance mechanism 61 for maintaining and restoring the heads 21 and 22 is arranged on one side in the X direction.

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をヘッド21,22のノズル面(ノズルが形成された面)に密着させ、ノズルからモデル材201、サポート材202を吸引する。その後、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、ノズル面をワイパ63でワイピング(払拭)する。また、メンテナンス機構61は、モデル材201、サポート材202の吐出が行われない場合に、第1ヘッド21及び第2ヘッド22のノズル面をキャップ62で覆って乾燥することを防止する。 A maintenance mechanism 61 is mainly composed of a cap 62 and a wiper 63 . The cap 62 is brought into close contact with the nozzle surfaces (surfaces on which the nozzles are formed) of the heads 21 and 22, and the model material 201 and the support material 202 are sucked from the nozzles. After that, the wiper 63 wipes the nozzle surface to form the meniscus of the nozzle (inside the nozzle is in a negative pressure state). Further, the maintenance mechanism 61 covers the nozzle surfaces of the first head 21 and the second head 22 with a cap 62 to prevent drying when the model material 201 and the support material 202 are not discharged.

この装置では、キャリッジ20を移動させて、造形ステージ11上に、第1ヘッド21から造形領域(立体造形物となる領域)にモデル材201を吐出して付与し、第2ヘッド22からサポート領域(造形領域以外の領域)にサポート材202を吐出して付与する。 In this apparatus, the carriage 20 is moved, and the model material 201 is ejected from the first head 21 onto the modeling area (the area to be the three-dimensional object) on the modeling stage 11, and is applied to the support area from the second head 22. The support material 202 is discharged and applied to (regions other than the modeling region).

そして、硬化ユニット24によって吐出された造形ステージ11上のモデル材201、サポート材202を硬化させて、モデル材造形物201aとサポート材造形物202aで構成される1層の層状造形物である造形層10を形成する。この造形層10を順次積層して立体造形物を造形する。 Then, the curing unit 24 hardens the model material 201 and the support material 202 discharged from the modeling stage 11 to form a single-layered object composed of the model material object 201a and the support material object 202a. A layer 10 is formed. The modeling layers 10 are successively stacked to form a three-dimensional object.

この場合、1層の造形層10を形成するとき、硬化ユニット24で硬化する前に造形ステージ11上のモデル材201、サポート材202を平坦化ローラ23によって平坦化する。あるいは、硬化ユニット24による硬化まで行った造形層10を複数層積層する毎に、平坦化ローラ23によって表層の造形層10の表面を平坦化する。 In this case, when forming one modeling layer 10 , the model material 201 and the support material 202 on the modeling stage 11 are flattened by the flattening roller 23 before being hardened by the hardening unit 24 . Alternatively, each time a plurality of modeling layers 10 that have been cured by the curing unit 24 are laminated, the flattening roller 23 flattens the surface of the surface modeling layer 10 .

なお、この装置では、第1ヘッド21、第2ヘッド22、平坦化ローラ23及び硬化ユニット24を搭載したキャリッジ20が往復移動することで、造形ステージ11に対して回転部材である平坦化ローラ23が相対移動可能な構成としているが、造形ステージ11側をX方向及びY方向に移動させる構成とすることもできる。 In this apparatus, the carriage 20 on which the first head 21, the second head 22, the flattening roller 23, and the curing unit 24 are mounted reciprocates, so that the flattening roller 23, which is a rotating member, moves relative to the modeling stage 11. can be relatively moved, but it is also possible to adopt a configuration in which the modeling stage 11 side is moved in the X direction and the Y direction.

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図4を参照して説明する。図4は同制御部のブロック図である。 Next, an overview of the control unit of the stereolithography apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram of the same control unit.

制御部500は、この装置全体の制御を司るCPU501と、CPU501に本発明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本発明に係る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ROM502と、造形データ等を一時格納するRAM503とを含む主制御部500Aを備えている。 The control unit 500 stores a CPU 501 that controls the entire apparatus, a program including a program according to the present invention for causing the CPU 501 to control the three-dimensional modeling operation including the control according to the present invention, and other fixed data. A main control unit 500A including a ROM 502 and a RAM 503 for temporarily storing modeling data and the like is provided.

制御部500は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)504を備えている。また、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ASIC505を備えている。 The control unit 500 includes a non-volatile memory (NVRAM) 504 for retaining data even while the device is powered off. The control unit 500 also includes an ASIC 505 for processing input/output signals for image processing for performing various signal processing on image data and for controlling the entire apparatus.

制御部500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ためのI/F506を備えている。 The control unit 500 includes an I/F 506 for transmitting and receiving data and signals used when receiving modeling data from an external modeling data creation device 600 .

なお、造形データ作成装置600は、最終形態の造形物(立体造形物)を各造形層毎にスライスしたスライスデータである造形データ(断面データ)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 modeling data creation device 600 is a device that creates modeling data (cross-sectional data), which is slice data obtained by slicing a final model object (three-dimensional object) for each modeling layer. consists of equipment.

制御部500は、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ560などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号等を取り込むためのI/O507を備えている。 The control unit 500 includes an I/O 507 for receiving detection signals from a temperature/humidity sensor 560 for detecting temperature and humidity as the environmental conditions of the apparatus, detection signals from other sensors, and the like.

制御部500は、造形ユニット2の第1ヘッド21を駆動制御するヘッド駆動制御部508と、第2ヘッド22を駆動制御するヘッド駆動制御部509を備えている。 The control unit 500 includes a head drive control unit 508 that drives and controls the first head 21 of the modeling unit 2 and a head drive control unit 509 that drives and controls the second head 22 .

制御部500は、造形ユニット2のキャリッジ20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モータ駆動部510を備えている。制御部500は、造形ユニット2全体を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モータ駆動部511を備えている。 The control unit 500 includes a motor driving unit 510 that drives a motor that constitutes an X-direction scanning mechanism 550 that moves the carriage 20 of the modeling unit 2 in the X direction (main scanning direction). The control unit 500 includes a motor driving unit 511 that drives a motor that constitutes a Y-direction scanning mechanism 552 that moves the entire modeling unit 2 in the Y direction (sub-scanning direction).

制御部500は、造形ステージ11をZ方向に昇降させる昇降機構部12を構成するモータを駆動するモータ駆動部512を備えている。なお、Z方向への昇降は造形ユニット2を昇降させる構成とすることもできる。 The control unit 500 includes a motor driving unit 512 that drives a motor that constitutes the lifting mechanism unit 12 that lifts and lowers the modeling stage 11 in the Z direction. It should be noted that the elevation in the Z direction can also be configured to elevate the modeling unit 2 .

制御部500は、平坦化ローラ23を回転駆動する各モータ123を駆動するモータ駆動部516を備えている。制御部500は、リニアエンコーダ30及びロータリエンコーダ33の各検出信号をI/O507を介して取り込んで、平坦化ローラ23の移動方向における回転位相を制御する。 The control unit 500 includes a motor drive unit 516 that drives each motor 123 that drives the flattening roller 23 to rotate. The control unit 500 receives detection signals from the linear encoder 30 and the rotary encoder 33 via the I/O 507 and controls the rotation phase of the flattening roller 23 in the moving direction.

制御部500は、第1ヘッド21、第2ヘッド22のメンテナンス機構61を駆動するメンテナンス駆動部518を備えている。 The control unit 500 includes a maintenance drive unit 518 that drives the maintenance mechanisms 61 of the first head 21 and the second head 22 .

制御部500は、硬化ユニット24による紫外線照射(硬化)を制御する硬化制御部519を備えている。 The controller 500 includes a curing controller 519 that controls ultraviolet irradiation (curing) by the curing unit 24 .

制御部500には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル522が接続されている。 An operation panel 522 is connected to the control unit 500 for inputting and displaying information necessary for this apparatus.

制御部500は、上述したように、造形データ作成装置600から造形データを受領する。造形データは、目的とする立体造形物の形状をスライスしたスライスデータとしての各造形層10の内のモデル材造形物201aを形成するデータ(造形領域のデータ)である。 The control unit 500 receives modeling data from the modeling data creation device 600 as described above. The modeling data is data (modeling area data) for forming the model material modeled object 201a in each modeling layer 10 as slice data obtained by slicing the shape of the target three-dimensional modeled object.

そして、主制御部500Aは、造形データ(造形領域のデータ)にサポート材202を付与してサポート材造形物202aとするサポート領域のデータを付加したデータを作成し、ヘッド駆動制御部508、509に与える。 Then, the main control unit 500A creates data in which the supporting material 202 is added to the modeling data (data of the modeling area) to form the supporting material modeled object 202a, and the data of the supporting area is added. give to

ヘッド駆動制御部508、509は、それぞれ、第1ヘッド21から液状のモデル材201の液滴を造形領域に吐出させ、第2ヘッド22から液状のサポート材202の液滴をサポート領域に吐出させる。 The head drive control units 508 and 509 respectively cause droplets of the liquid model material 201 to be discharged from the first head 21 to the modeling area, and droplets of the liquid support material 202 to be discharged from the second head 22 to the support area. .

その後、主制御部500Aは、吐出されたモデル材201、サポート材202に対して硬化ユニット24によって紫外線を照射して硬化させ、モデル材造形物201aとサポート材造形物202aで構成される造形層10を形成する。 After that, the main control unit 500A causes the curing unit 24 to irradiate the discharged model material 201 and the support material 202 with ultraviolet rays to cure them, thereby forming a modeling layer composed of the model material modeled object 201a and the support material modeled object 202a. form 10;

そして、前述したように、硬化前の1層毎に、或いは、複数層を造形する毎に平坦化を行いながら、造形層10を順次積層して立体造形物を造形する。 Then, as described above, the three-dimensional object is modeled by successively stacking the modeling layers 10 while flattening each layer before curing or each time a plurality of layers are modeled.

なお、造形データ作成装置600と立体造形装置によって造形装置が構成される。 A modeling apparatus is configured by the modeling data creation apparatus 600 and the three-dimensional modeling apparatus.

次に、本発明の第1実施形態について図5及び図6を参照して説明する。図5は同実施形態における平坦化ローラの回転位相の説明に供する説明図、図6は同じく層状造形物の積層状態の説明に供する模式的断面説明図である。 Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the rotation phase of the flattening roller in the same embodiment, and FIG. 6 is a schematic cross-sectional diagram for similarly explaining the stacked state of the layered structure.

本実施形態においては、積層方向で連続する第n層目のモデル材201の表面を平坦化するときと第n+1層目のモデル材201の表面を平坦化するときとで、平坦化ローラ23の移動方向(主走査方向)における平坦化ローラ23の回転位相が同じになるように制御する。 In this embodiment, when flattening the surface of the n-th layer of model material 201 continuous in the stacking direction and when flattening the surface of the (n+1)-th layer of model material 201, the flattening roller 23 The rotation phase of the flattening roller 23 in the moving direction (main scanning direction) is controlled to be the same.

例えば、制御部500は、リニアエンコーダ30の検出信号に基づいてキャリッジ20の移動開始位置を第n層目と第n+1層目で同じ位置とし、ロータリエンコーダ33の検出信号に基づいて平坦化ローラ23の回転開始位置を第n層目と第n+1層目で同じ位置とする制御を行う。 For example, the control unit 500 sets the movement start position of the carriage 20 to the same position for the n-th layer and the (n+1)-th layer based on the detection signal of the linear encoder 30 , and the flattening roller 23 based on the detection signal of the rotary encoder 33 . is controlled so that the rotation start positions of the n-th layer and the (n+1)-th layer are the same.

これにより、造形ステージ11上の第n層目を形成するモデル材201の表面を平坦化するとき、平坦化ローラ23のローラ下端は図5に実線で図示するように変位する。 As a result, when flattening the surface of the model material 201 forming the n-th layer on the modeling stage 11, the lower end of the flattening roller 23 is displaced as indicated by the solid line in FIG.

そして、第n+1層目を形成するモデル材201の表面を平坦化するとき、キャリッジ20の移動開始位置及び平坦化ローラ23の回転開始位置をそれぞれ第n層目と同じ位置とすることで、平坦化ローラ23のローラ下端は図5に破線で図示するように変位する。 When flattening the surface of the model material 201 forming the (n+1)-th layer, the movement start position of the carriage 20 and the rotation start position of the flattening roller 23 are set to the same positions as those of the n-th layer. The lower end of the flattening roller 23 is displaced as indicated by the dashed line in FIG.

つまり、第n層目を平坦化するときと第n+1層目を平坦化するときとで、平坦化ローラ23の移動方向(主走査方向)における平坦化ローラ23の回転位相は一致することになる。 That is, the rotation phase of the flattening roller 23 in the movement direction (main scanning direction) of the flattening roller 23 is the same when flattening the nth layer and flattening the n+1th layer. .

本実施形態について図6を参照して具体的に説明する。ここでは、造形ステージ11上にモデル材造形物201A、201Bを順次積層する例で説明する。この例では、モデル材造形物201Aが第n層目、モデル材造形物201Bが第n+1層目となる。 This embodiment will be specifically described with reference to FIG. Here, an example in which model material molded objects 201A and 201B are sequentially stacked on the modeling stage 11 will be described. In this example, the model material molded object 201A is the n-th layer, and the model material molded object 201B is the (n+1)th layer.

まず、図6(a)に示すように、造形ステージ11に向けて第n層目となるモデル材201を第1ヘッド21から吐出させる。そして、図6(b)に示すように、平坦化ローラ23で第n層目のモデル材201に接触させて平坦化し、硬化ユニット24で硬化して第n層目のモデル材造形物201Aを形成する。 First, as shown in FIG. 6A, the first head 21 discharges the model material 201 to be the n-th layer toward the modeling stage 11 . Then, as shown in FIG. 6B, the flattening roller 23 contacts the n-th model material 201 to flatten it, and the hardening unit 24 hardens it to form the n-th model material molded object 201A. Form.

ここで、平坦化ローラ23で平坦化するとき、平坦化ローラ23の回転振れなどによって、平坦化ローラ23の移動方向において平坦化ローラ23のローラ下端が変位する。そのため、平坦化された第n層のモデル材造形物201Aの表面には、平坦化ローラ23の下端の変位に倣ったピッチで凹凸が生じる。 Here, when flattening by the flattening roller 23 , the roller lower end of the flattening roller 23 is displaced in the movement direction of the flattening roller 23 due to rotational vibration of the flattening roller 23 . Therefore, unevenness occurs on the flattened surface of the model material model object 201</b>A of the n-th layer at a pitch following the displacement of the lower end of the flattening roller 23 .

次いで、図6(c)に示すように、造形ステージ11に向けて第n層のモデル材造形物201A上に第n+1層目となるモデル材201を第1ヘッド21から吐出させる。そして、図6(d)に示すように、平坦化ローラ23で第n+1層目のモデル材201に接触させて平坦化し、硬化ユニット24で硬化して第n+1層目のモデル材造形物201Bを形成する。 Next, as shown in FIG. 6C, the model material 201 to be the n+1th layer is discharged from the first head 21 toward the modeling stage 11 onto the model material model object 201A of the nth layer. Then, as shown in FIG. 6D, the flattening roller 23 contacts the n+1-th model material 201 to flatten it, and the hardening unit 24 cures the model material 201B to form the n+1-th layer model material model object 201B. Form.

ここで、第n層目のモデル材201を平坦化するときと第n+1層目のモデル材201を平坦化するときとで、平坦化ローラ23の移動方向(主走査方向)における平坦化ローラ23の回転位相が一致するように制御する。 Here, when flattening the n-th layer model material 201 and when flattening the (n+1)-th layer model material 201, the flattening roller 23 in the movement direction (main scanning direction) of the flattening roller 23 are controlled so that their rotational phases are the same.

これにより、平坦化された第n+1層のモデル材造形物201Bの表面には、第n層目のモデル材造形物201Aと同じ位相で平坦化ローラ23の下端の変位に倣った凹凸が生じる。 As a result, the flattened surface of the (n+1)-th model material model object 201B has unevenness following the displacement of the lower end of the flattening roller 23 in the same phase as the n-th layer model material model object 201A.

このように、積層方向で連続する2つの層における平坦化ローラ23の振れなどによって生じる平坦化ローラ23の下端の変位を重ねる構成としている。つまり、硬化後の第n層目のモデル材造形物201Aの表面は、平坦化ローラ23の振れが転写されて回転ピッチに対応する凹凸が生じた状態となるが、第n+1層目のモデル材201を平坦化したときに、平坦化ローラ23の振れに伴う凹凸は下層である第n層目と同じになる。 In this way, the displacement of the lower end of the flattening roller 23 caused by the vibration of the flattening roller 23 in two layers that are continuous in the stacking direction is superimposed. In other words, the surface of the model material modeled object 201A of the nth layer after curing is in a state in which the deflection of the flattening roller 23 is transferred and unevenness corresponding to the rotation pitch is generated. When the surface 201 is flattened, the unevenness due to the vibration of the flattening roller 23 becomes the same as the n-th layer, which is the lower layer.

これにより、第n+1層目のモデル材造形物201Bの平坦化を行うときに、平坦化ローラ23が下層である第n層目の硬化したモデル材造形物201Bと干渉することがなくなり、平坦化で下層が削られたり、異音が発生したりすることが防止される。 As a result, when flattening the (n+1)-th model material model object 201B, the flattening roller 23 does not interfere with the n-th hardened model material model object 201B, which is the lower layer. It is possible to prevent the lower layer from being scraped and the occurrence of abnormal noise.

次に、本発明の第2実施形態について図7を参照して説明する。図7は同実施形態における層状造形物の積層状態の説明に供する模式的断面説明図である。 Next, a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic cross-sectional explanatory view for explaining the layered state of the layered structure in the same embodiment.

ここでは、造形ステージ11上にモデル材造形物201A、201B、201Cを順次積層する例で説明する。この例では、モデル材造形物201Cが最終的な立体造形物の再表面層となる。 Here, an example in which model material objects 201A, 201B, and 201C are sequentially stacked on the modeling stage 11 will be described. In this example, the model material molded object 201C is the final resurface layer of the three-dimensional molded object.

そして、本実施形態では、立体造形物の最表面となる層状造形物であるモデル材造形物201Cについては平坦化ローラ23による平坦化を行わない構成としている。 In this embodiment, the flattening roller 23 does not flatten the model material molded object 201C, which is a layered molded object that is the outermost surface of the three-dimensional molded object.

つまり、図7(a)に示すように、前記第1実施形態と同様にして、造形ステージ11上に、モデル材造形物201A、201Bを順次積層している。このとき、モデル材造形物201A、201Bを形成するときの平坦化では平坦化ローラ23の回転位相を一致させている。 That is, as shown in FIG. 7(a), model material molded objects 201A and 201B are sequentially stacked on the modeling stage 11 in the same manner as in the first embodiment. At this time, the rotational phases of the flattening rollers 23 are made to match in flattening when forming the model material molded objects 201A and 201B.

そして、図7(b)に示すように、モデル材造形物201B上に最終層となるモデル材201を吐出する。その後、モデル材201の平坦化を行うことなく、図7(c)に示すように、硬化ユニット24で硬化して立体造形物の最表面となるモデル材造形物201Cを形成する。 Then, as shown in FIG. 7B, the model material 201 that becomes the final layer is discharged onto the model material modeled object 201B. After that, without flattening the model material 201, as shown in FIG. 7C, the model material molded object 201C is formed by curing in the curing unit 24 to become the outermost surface of the three-dimensional molded object.

これにより、平坦化ローラ23の振れなどによる下層の凹凸を立体造形物の表面を形成する最終層の層状造形物で埋めることができ、立体造形物の造形物品質を向上させることができる。なお、平坦化を行わないで硬化させた場合、最終層の外周部が盛り上がった形状となるが、1~数層分であればその量も少なく、造形品質の低下には至らない。 As a result, the unevenness of the lower layer caused by the vibration of the flattening roller 23 can be filled with the last layer of the layered article forming the surface of the three-dimensional article, and the quality of the three-dimensional article can be improved. In addition, when hardened without flattening, the outer periphery of the final layer becomes a raised shape, but if it is for one to several layers, the amount is small and the molding quality does not deteriorate.

次に、本発明の第3実施形態について図8及び図9を参照して説明する。図8は同実施形態における平坦化ローラの回転位相の説明に供する説明図、図9は同じく層状造形物の積層状態の説明に供する模式的断面説明図である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the rotational phase of the flattening roller in the same embodiment, and FIG. 9 is a schematic cross-sectional diagram for similarly explaining the layered state of the layered structure.

本実施形態においては、積層方向で連続する第n層目のモデル材201の表面を平坦化するときと第n+1層目のモデル材201の表面を平坦化するときとで、平坦化ローラ23の移動方向(主走査方向)における平坦化ローラ23の回転位相が異なるように、つまり、回転位相がずれるように制御する。 In this embodiment, when flattening the surface of the n-th layer of model material 201 continuous in the stacking direction and when flattening the surface of the (n+1)-th layer of model material 201, the flattening roller 23 Control is performed so that the rotation phase of the flattening roller 23 in the moving direction (main scanning direction) is different, that is, the rotation phase is shifted.

例えば、制御部500は、リニアエンコーダ30の検出信号に基づいてキャリッジ20の移動開始位置を第n層目と第n+1層目で同じ位置とし、ロータリエンコーダ33の検出信号に基づいて平坦化ローラ23の回転開始位置を第n層目と第n+1層目で異なる位置とする制御を行う。 For example, the control unit 500 sets the movement start position of the carriage 20 to the same position for the n-th layer and the (n+1)-th layer based on the detection signal of the linear encoder 30 , and the flattening roller 23 based on the detection signal of the rotary encoder 33 . is controlled so that the rotation start positions of the n-th layer and the (n+1)-th layer are different positions.

これにより、造形ステージ11上の第n層目を形成するモデル材201の表面を平坦化するとき、平坦化ローラ23のローラ下端は図8に実線で図示するように変位する。 As a result, when flattening the surface of the model material 201 forming the n-th layer on the modeling stage 11, the lower end of the flattening roller 23 is displaced as indicated by the solid line in FIG.

そして、第n+1層目を形成するモデル材201の表面を平坦化するとき、例えばキャリッジ20の移動開始位置を第n層と同じとし、平坦化ローラ23の回転開始位置を第n層目と異なる位置とすることで、平坦化ローラ23のローラ下端は図8に破線で図示するように変位する。 When flattening the surface of the model material 201 forming the (n+1)th layer, for example, the movement start position of the carriage 20 is the same as that of the nth layer, and the rotation start position of the flattening roller 23 is different from that of the nth layer. By setting the position, the lower end of the flattening roller 23 is displaced as shown by the dashed line in FIG.

つまり、第n層目を平坦化するときと第n+1層目を平坦化するときとで、平坦化ローラ23の移動方向(主走査方向)における平坦化ローラ23の回転位相が異なることになる。ここでは、第n層目を平坦化するときと第n+1層目を平坦化するときとで、180°位相をずらしている。 That is, the rotation phase of the flattening roller 23 in the movement direction (main scanning direction) of the flattening roller 23 differs between when flattening the nth layer and when flattening the (n+1)th layer. Here, the phases are shifted by 180° between when the n-th layer is planarized and when the (n+1)-th layer is planarized.

本実施形態について図9を参照して具体的に説明する。ここでは、造形ステージ11上にモデル材造形物201A、201B、201Cを順次積層する例で説明する。この例では、モデル材造形物201Aが第n-1層目、モデル材造形物201Bが第n層目、モデル材造形物201Cが第n+1層目となる。 This embodiment will be specifically described with reference to FIG. Here, an example in which model material objects 201A, 201B, and 201C are sequentially stacked on the modeling stage 11 will be described. In this example, the model material molded object 201A is the n-1th layer, the model material molded object 201B is the nth layer, and the model material molded object 201C is the n+1th layer.

まず、図9(a)を参照して、造形ステージ11に向けて第n-1層目となるモデル材201を第1ヘッド21から吐出させ、平坦化ローラ23で第n-1層目のモデル材201に接触させて平坦化する。そして、硬化ユニット24で硬化して第n-1層目のモデル材造形物201Aを形成する。 First, referring to FIG. 9A, the model material 201 to be the n-1th layer is discharged from the first head 21 toward the modeling stage 11, and the flattening roller 23 It is brought into contact with the model material 201 and flattened. Then, it is cured by the curing unit 24 to form the (n-1)-th model material model object 201A.

この第n-1層目のモデル材造形物201A上に、第n層目となるモデル材201を第1ヘッド21から吐出させ、平坦化ローラ23で第n層目のモデル材201に接触させて平坦化する。そして、硬化ユニット24で硬化して第n層目のモデル材造形物201Bを形成する。 The model material 201 to be the n-th layer is discharged from the first head 21 onto the n-1th layer model material model object 201A, and the flattening roller 23 is brought into contact with the n-th layer model material 201. to flatten it. Then, it is cured in the curing unit 24 to form the n-th model material model object 201B.

この場合、第1実施形態と同様に、第n-1層目、第n層目をそれぞれ平坦化するとき、第n-1層目及び第n層目で平坦化ローラ23の移動方向(主走査方向)における平坦化ローラ23の回転位相が一致させている。これにより、平坦化された第n層のモデル材造形物201Bの表面には、例えば図7の実線で示すような回転位相で平坦化ローラ23の下端の変位に倣った凹凸が生じる。 In this case, as in the first embodiment, when flattening the (n−1)-th layer and the n-th layer respectively, the moving direction (mainly The rotation phase of the flattening roller 23 in the scanning direction) is matched. As a result, unevenness following the displacement of the lower end of the flattening roller 23 is generated on the flattened surface of the model material model 201B of the n-th layer, for example, in a rotation phase as indicated by the solid line in FIG.

次いで、図9(b)を参照して、第n層目のモデル材造形物201B上に、第n+1層目となるモデル材201を第1ヘッド21から吐出させる。そして、図9(c)に示すように、平坦化ローラ23で第n+1層目のモデル材201に接触させて平坦化し、硬化ユニット24で硬化して第n+1層目のモデル材造形物201Cを形成する。 Next, referring to FIG. 9B, the model material 201 to be the (n+1)th layer is discharged from the first head 21 onto the nth layer model material model object 201B. Then, as shown in FIG. 9C, the flattening roller 23 contacts the model material 201 of the (n+1)th layer to flatten it, and the hardening unit 24 cures the model material 201C of the (n+1)th layer. Form.

この第n+1層目を平坦化するときには、第n層目を平坦化するときに対し、図8に破線で示すように、平坦化ローラ23の移動方向(主走査方向)における平坦化ローラ23の回転位相をずらして平坦化する。 When flattening the (n+1)-th layer, as shown by the dashed line in FIG. Flatten by shifting the rotation phase.

これにより、第n層目の表面に生じる平坦化ローラ23の下端の変位に倣った凹凸に対して、平坦化ローラ23の移動方向において、第n+1層目の表面に生じる平坦化ローラ23の下端の変位に倣った凹凸の位置がずれて生じる。 As a result, the lower end of the flattening roller 23 produced on the surface of the (n+1)-th layer in the moving direction of the flattening roller 23 is shifted against the unevenness following the displacement of the lower end of the flattening roller 23 produced on the surface of the n-th layer. The position of the unevenness following the displacement of is shifted.

したがって、第n+1層目のモデル材造形物201Bの表面の凹凸が小さくなり表面精度が向上する。 Therefore, the unevenness of the surface of the (n+1)-th model material model object 201B is reduced, and the surface precision is improved.

そこで、少なくとも立体造形物の最表面を形成する最終層を第n+1層目としたとき、下層の第n層目を平坦化するときとは平坦化ローラの回転位相を異ならせることで、立体造形物の最表面の表面精度を向上できることになる。 Therefore, when the final layer forming at least the outermost surface of the three-dimensional object is the n+1th layer, the rotation phase of the flattening roller is different from that when flattening the n-th layer of the lower layer, so that the three-dimensional object is formed. The surface accuracy of the outermost surface of the object can be improved.

この場合、第n+1層目では平坦化ローラ23によるモデル材201の削り量(平坦化ローラ23のモデル材201の食い込み量)を、第n層目よりも小さく設定することが好ましい。これにより、第n+1層目を平坦化するときに、平坦化ローラ23が硬化した第n層目のモデル材造形物と干渉することが防止される。 In this case, the amount of scraping of the model material 201 by the flattening roller 23 (the amount of biting into the model material 201 by the flattening roller 23) of the n+1-th layer is preferably set smaller than that of the n-th layer. This prevents the flattening roller 23 from interfering with the hardened n-th model material model object when flattening the n+1-th layer.

また、平坦化ローラ23(回転部材)の回転位相を異ならせる制御、平坦化ローラ23のモデル材201の食い込み量を小さくする制御は、最表面を形成する層状造形物を造形するときだけでなく、最表面の近傍の数層に対して適用することにより、より高品質な表面を得ることができる。 In addition, the control to change the rotation phase of the flattening roller 23 (rotating member) and the control to reduce the biting amount of the flattening roller 23 into the model material 201 are not only used when forming a layered object forming the outermost surface. , a higher quality surface can be obtained by applying to several layers near the outermost surface.

なお、ここでは、第n層目と第n+1層目で平坦化ローラ23の回転位相を180°異ならせる例で説明しているが、180°に限るものではなく、第n層目と第n+1層目で平坦化ローラ23の回転位相をずらすことで、第n+1層目の表面精度を向上することができる。 Here, an example in which the rotation phase of the flattening roller 23 differs by 180° between the n-th layer and the n+1-th layer is described, but the rotation phase is not limited to 180°, and the n-th layer and the n+1-th layer are different. By shifting the rotation phase of the flattening roller 23 in each layer, the surface precision of the (n+1)th layer can be improved.

また、上記実施形態では、層状造形物がモデル材造形物のみで構成される例で説明しているが、図3で説明したように、層状造形物がモデル材及びサポート材で構成される場合にも、本発明は同様に適用することができる。また、上記実施形態では、液体吐出ヘッドを使用して造形液を付与する例で説明しているが、液体吐出ヘッド以外の付与手段、例えば滴下手段などを使用して造形液を付与することもできる。 Further, in the above embodiment, an example in which the layered object is composed only of the model material object is described. However, as described with reference to FIG. Also, the present invention can be applied in the same way. Further, in the above embodiment, an example in which the liquid ejection head is used to apply the modeling liquid is described, but it is also possible to apply the modeling liquid using an applying means other than the liquid ejection head, such as a dripping means. can.

1 造形部
2 造形ユニット
10 造形層(層状造形物)
11 造形ステージ
20 キャリッジ
21 第1ヘッド(モデル材付与手段)
22 第2ヘッド(サポート材付与手段)
23 平坦化ローラ(回転部材)
24 硬化ユニット(硬化手段)
201 モデル材
202 サポート材
201A~201C モデル材造形物
500 制御部
1 Modeling Unit 2 Modeling Unit 10 Modeling Layer (Layered Object)
11 modeling stage 20 carriage 21 first head (model material applying means)
22 second head (supporting material application means)
23 flattening roller (rotating member)
24 curing unit (curing means)
201 model material 202 support material 201A to 201C model material molded object 500 control unit

Claims (6)

層状造形物を積層する造形ステージと、
前記造形ステージ上の前記層状造形物に造形材を付与する付与手段と、
造形材の表面を平坦化する回転部材と、を備え、
前記回転部材は前記造形ステージに対して相対移動可能であり、
前記回転部材の移動方向における前記回転部材の下端の変位の軌跡を回転位相とするとき、
積層方向に連続する第n層目の前記層状造形物を形成する前記造形材と第n+1層目となる前記層状造形物を形成する前記造形材をそれぞれ平坦化するとき、前記第n層目の平坦化と前記第n+1層目の平坦化の際の、それぞれの前記回転部材の移動方向における前記回転部材の回転位相のずれを制御する手段を備えている
ことを特徴とする立体造形物を造形する装置。
a modeling stage for stacking layered objects;
a means for applying a modeling material to the layered article on the modeling stage;
a rotating member that flattens the surface of the modeling material ;
The rotating member is movable relative to the modeling stage,
When the trajectory of the displacement of the lower end of the rotating member in the moving direction of the rotating member is defined as the rotation phase,
When flattening the modeling material forming the n-th layered article and the modeling material forming the n+1-th layer of the layered article that are continuous in the stacking direction, the n-th layer A three-dimensional object characterized by comprising means for controlling a shift in the rotation phase of the rotating member in the moving direction of each of the rotating members at the time of flattening and flattening the (n+1)-th layer. device to
前記第n層目を平坦化するときの回転位相に対して前記第n+1層目を平坦化するときの回転位相を180°ずらす
ことを特徴とする請求項1に記載の立体造形物を造形する装置。
2. The three-dimensional object according to claim 1, wherein the rotation phase when flattening the n+1-th layer is shifted by 180° with respect to the rotation phase when flattening the n-th layer. Device.
前記第n層目と第n+1層目は前記立体造形物の最表面の近傍の層である
ことを特徴とする請求項2に記載の立体造形物を造形する装置。
3. The apparatus for modeling a three-dimensional object according to claim 2, wherein the n-th layer and the n+1-th layer are layers near the outermost surface of the three-dimensional object.
前記第n層目を平坦化するときと前記第n+1層目を平坦化するときとで、前記回転部材の移動方向における前記回転部材の回転位相を一致させる
ことを特徴とする請求項1に記載の立体造形物を造形する装置。
2. The method according to claim 1, wherein the rotation phase of the rotating member in the moving direction of the rotating member is matched between when the n-th layer is planarized and when the n+1-th layer is planarized. A device for modeling three-dimensional objects.
前記立体造形物の最表面となる前記層状造形物を形成するときには、前記回転部材による平坦化を行わない
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の立体造形物を造形する装置。
5. The apparatus for forming a three-dimensional object according to claim 1, wherein flattening by the rotating member is not performed when forming the layered object to be the outermost surface of the three-dimensional object. .
造形ステージ上の層状造形物に造形材を付与し、
造形材の表面を前記造形ステージに対して相対移動可能な回転部材で平坦化し、
前記回転部材の移動方向における前記回転部材の下端の変位の軌跡を回転位相とするとき、
積層方向に連続する第n層目の前記層状造形物を形成する前記造形材と第n+1層目となる前記層状造形物を形成する前記造形材をそれぞれ平坦化するとき、前記第n層目の平坦化と前記第n+1層目の平坦化の際の、それぞれの前記回転部材の移動方向における前記回転部材の回転位相のずれを制御する
ことを特徴とする立体造形物を造形する方法。
Add modeling material to the layered object on the modeling stage,
flattening the surface of the modeling material with a rotating member that is relatively movable with respect to the modeling stage;
When the trajectory of the displacement of the lower end of the rotating member in the moving direction of the rotating member is defined as the rotation phase,
When flattening the modeling material forming the n-th layered article and the modeling material forming the n+1-th layer of the layered article that are continuous in the stacking direction, the n-th layer A method for forming a three-dimensional object, comprising: controlling a rotational phase shift of the rotating member in a moving direction of each of the rotating members during flattening and flattening the (n+1)-th layer.
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