JP7395894B2 - 三次元造形物の製造方法、および、三次元造形装置 - 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10の概略構成を示す説明図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向に沿った矢印が表されている。X方向およびY方向は、水平方向に沿った方向であり、Z方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、X,Y,Z方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図1におけるX,Y,Z方向と、他の図におけるX,Y,Z方向とは、同じ方向を表している。
(Sq×Gp)/Vt>1.0 …(1)
ここで面積Sqは先端面62の面積であり、体積Vtはノズル61の単位移動量ごとにノズル61から吐出される造形材料の体積である。上記の式(1)を満たす場合、先端面62と造形領域との間に形成される略円柱状の空間の体積より、体積Vtが大きい。そのため、ノズル61から吐出された造形材料は、水平方向において先端面62からはみ出さない。すなわち、本実施形態では、ノズル61から吐出された造形材料が先端面62によって押し付けられ、かつ、押し付けられた造形材料が水平方向において先端面62からはみ出さない状態を保ちながら、三次元造形物OBを造形する。なお、面積Sqは先端面62の直径Dtから算出される。また、体積Vtは、例えば、造形材料の高さHtと、吐出口63の開口面積から算出される。吐出口63の開口面積は吐出口63の開口径Dnから算出される。
P=(Dn-Gp)/Dn …(2)
例えば、開口径Dnが1mmであり、距離Gpが0.7mmである場合、潰し量Pは0.3となる。今回、第2潰し量が0.3と0.7の2種類のサンプルを作成した。第1潰し量および第3潰し量は、全てのサンプルで同じ0.3とした。
<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。
<前記合金の例>
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、セルロース系樹脂ある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)あるいはその他の熱可塑性樹脂。
図9は、第2実施形態における吐出ユニット100bの概略構成を示す説明図である。第2実施形態における三次元造形装置10bの、吐出ユニット100b以外の構成については、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。また、吐出ユニット100bの特に説明しない部分についても、第1実施形態の吐出ユニット100と同様の構成である。
(C-1)上記実施形態では、第2潰し量は第1潰し量よりも大きい。これに対して、第2潰し量が第1潰し量と同じであってもよい。また、第2潰し量が第1潰し量よりも小さくてもよい。
本開示は、上述の各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によって実現することができる。例えば、本開示は以下の形態として実現可能である。以下に記載する各形態中の技術的特徴に対応する上記の各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おいて必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
このような形態によれば、溶剤を用いることなく、第1部分を構成する単層同士の密着強度および第1部分と第2部分との密着強度を高め、三次元造形物の積層方向の強度を高めることができる。
(Sq×Gp)/Vt>1.0 …(1)
(Sqは前記先端面の面積であり、Gpは前記先端面と前記造形材料が吐出される領域の上面との距離であり、Vtは前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積である。)
このような形態によれば、造形中にノズルから吐出された造形材料が、水平方向においてノズルの先端面からはみ出すことを抑制できる。そのため、三次元造形物の造形精度を高めることができる。
Claims (9)
- ステージ又は先に形成された層に向けて吐出部から樹脂を含む造形材料を吐出し、吐出された前記造形材料を前記吐出部の先端面で押し付けることにより、三次元造形物の第1部分を形成する第1工程と、
前記第1部分を、前記樹脂のガラス転移温度未満の温度まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された前記第1部分に向けて前記吐出部から前記造形材料を吐出し、吐出された前記造形材料を前記先端面で押し付けて前記三次元造形物の第2部分を形成する第2工程と、を有し、
前記第2工程における前記造形材料を前記先端面で押し付ける度合いは、前記第1工程における前記造形材料を前記先端面で押し付ける度合いよりも大きい、
三次元造形物の製造方法。 - ステージ又は先に形成された層に向けて吐出部から樹脂を含む造形材料を吐出し、吐出された前記造形材料を前記吐出部の先端面で押し付けることにより、三次元造形物の第1部分を形成する第1工程と、
前記第1部分を、前記樹脂のガラス転移温度未満の温度まで加熱する加熱工程と、
前記加熱工程で加熱された前記第1部分に向けて前記吐出部から前記造形材料を吐出し、吐出された前記造形材料を前記先端面で押し付けて前記三次元造形物の第2部分を形成する第2工程と、を有し、
前記加熱工程において、前記吐出部の移動方向の前方に位置し、前記吐出部とともに前記移動方向に移動する加熱部によって前記第1部分を加熱し、
前記第2工程において、前記加熱部の前記移動方向の後方に位置する前記吐出部によって、前記加熱部で加熱した前記第1部分の上に前記第2部分を形成し、
前記加熱工程は、前記加熱部で加熱された前記第1部分の温度を測定する測定工程を有し、前記測定工程で測定された温度に基づいて、前記加熱部の出力を調整し、
前記加熱部は、第1加熱部および第2加熱部を備え、
前記吐出部から近い順に、前記第2加熱部と、前記第1加熱部とが配置され、
前記測定工程において、前記第1加熱部で加熱された前記第1部分の温度を測定し、前記測定工程で測定された温度に基づいて前記第2加熱部の出力を調整し、前記第2加熱部によって前記第1部分を再加熱する、
三次元造形物の製造方法。 - 請求項1に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記加熱工程において、前記吐出部の移動方向の前方に位置し、前記吐出部とともに前記移動方向に移動する加熱部によって前記第1部分を加熱し、
前記第2工程において、前記加熱部の前記移動方向の後方に位置する前記吐出部によって、前記加熱部で加熱した前記第1部分の上に前記第2部分を形成する、三次元造形物の製造方法。 - 請求項3に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記加熱工程は、前記加熱部で加熱された前記第1部分の温度を測定する測定工程を有し、前記測定工程で測定された温度に基づいて、前記加熱部の出力を調整する、三次元造形物の製造方法。 - 請求項4に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記加熱部は、第1加熱部および第2加熱部を備え、
前記吐出部から近い順に、前記第2加熱部と、前記第1加熱部とが配置され、
前記測定工程において、前記第1加熱部で加熱された前記第1部分の温度を測定し、前記測定工程で測定された温度に基づいて前記第2加熱部の出力を調整し、前記第2加熱部によって前記第1部分を再加熱する、三次元造形物の製造方法。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記加熱工程に先立って、前記第1工程で形成された前記第1部分に対して切削を行う切削工程を有する、三次元造形物の製造方法。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
前記加熱工程において、前記第1部分を、前記ガラス転移温度[℃]の80%以上となる温度であって、かつ、前記ガラス転移温度未満の温度まで加熱する、三次元造形物の製造方法。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法であって、
下記式(1)を満たすように前記三次元造形物を造形する、三次元造形物の製造方法。
(Sq×Gp)/Vt>1.0 …(1)
(Sqは前記先端面の面積であり、Gpは前記先端面と前記造形材料が吐出される領域の上面との距離であり、Vtは前記吐出部が単位移動量ごとに吐出する前記造形材料の体積である。) - 樹脂を含む材料を溶融して造形材料とする溶融部と、
前記造形材料をステージに向かって吐出する吐出部と、
前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変化させる駆動部と、
前記ステージ上に吐出された前記造形材料を加熱する加熱部と、
前記溶融部および前記駆動部および前記加熱部を制御することによって、前記ステージ上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、
前記溶融部および前記駆動部を制御することによって、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変化させながら、前記ステージ又は先に形成された層に向けて前記吐出部から前記造形材料を吐出させ、吐出された前記造形材料を前記吐出部の先端面で押し付けて前記三次元造形物の第1部分を形成する第1工程と、
前記溶融部および前記駆動部および前記加熱部を制御することによって、前記吐出部と前記ステージとの相対的な位置を変化させながら、前記第1部分を、前記樹脂のガラス転移温度未満の温度まで加熱する工程と、
前記溶融部および前記駆動部を制御することによって、加熱された前記第1部分に向けて前記吐出部から前記造形材料を吐出させ、吐出された前記造形材料を前記先端面で押しつけて前記三次元造形物の第2部分を形成する第2工程と、を実行し、
前記第2工程における前記造形材料を前記先端面で押し付ける度合いは、前記第1工程における前記造形材料を前記先端面で押し付ける度合いよりも大きい、
三次元造形装置。
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