JP7484006B1 - Method for manufacturing objects - Google Patents
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Abstract
【課題】サポートを容易に除去できる造形物製造方法を提供する。【解決手段】造形物製造方法は、造形工程及び除去工程を備える。造形工程は、造形物となるモデルMと、このモデルMの支持必要部MOを支持するサポートSとを有する粗造形物W1を造形する工程である。また、除去工程は、造形工程後にモデルMとサポートSとを分離することにより、粗造形物W1からサポートSを除去する工程である。そして、造形工程において、サポートSとモデルMの支持必要部MOとの間に所定の隙間20を形成しながら、その支持必要部MOの造形を行う。【選択図】図4[Problem] To provide a method for manufacturing a molded object that allows easy removal of supports. [Solution] The method for manufacturing a molded object includes a molding step and a removal step. The molding step is a step for molding a rough object W1 having a model M to be the molded object and supports S that support the support-requiring portion MO of the model M. The removal step is a step for removing the supports S from the rough object W1 by separating the model M and the supports S after the molding step. Then, in the molding step, the support-requiring portion MO of the model M is molded while forming a predetermined gap 20 between the supports S and the support-requiring portion MO of the model M. [Selected Figure] Figure 4
Description
本発明は、3次元の造形物を製造する造形物製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional object.
近年、3次元の造形物を製造するための造形物製造装置としては、例えば熱溶解積層方式の3Dプリンタが広く知られている(例えば特許文献1参照)。 In recent years, fused deposition modeling 3D printers, for example, have become widely known as modeling devices for producing three-dimensional objects (see, for example, Patent Document 1).
そして、その熱溶解積層方式の3Dプリンタを使用して、所望の形状をなす3次元の造形物を製造する場合、目的の造形物の形状によっては、その造形物となるモデルの支持必要部(オーバーハング部)を支持するサポート(サポート材)が必要となることがある。 When using a fused deposition modeling 3D printer to produce a three-dimensional object of a desired shape, depending on the shape of the desired object, supports (support materials) may be required to support the parts of the model that require support (overhanging parts).
しかしながら、造形時にモデルの支持必要部を支持するサポートは、造形後には不要なものであるから、両者を分離してサポートを除去する必要があるが、その除去が困難であることが多い。 However, the supports that support the parts of the model that need support during printing are no longer necessary after printing, so it is necessary to separate the two and remove the supports, but this removal is often difficult.
そこで、本発明の課題の一つは、サポートを容易に除去できる造形物製造方法を提供することにある。 Therefore, one object of the present invention is to provide a method for manufacturing a molded object that allows supports to be easily removed.
本発明の実施形態に係る造形物製造方法は、造形物製造装置を使用して、3次元の造形物を製造する造形物製造方法であって、前記造形物となるモデルと、このモデルの支持必要部を支持するサポートとを有する粗造形物を造形する造形工程と、前記造形工程後に前記モデルと前記サポートとを分離することにより、前記粗造形物から前記サポートを除去する除去工程とを備え、前記造形工程において、前記サポートと前記モデルの前記支持必要部との間に所定の隙間を形成しながら、その支持必要部の造形を行うものである。 The method for manufacturing a molded object according to an embodiment of the present invention is a method for manufacturing a three-dimensional object using a molded object manufacturing device, and includes a manufacturing process for manufacturing a rough object having a model that will become the molded object and a support that supports a part of the model that requires support, and a removal process for removing the support from the rough object by separating the model and the support after the manufacturing process. In the manufacturing process, the part that requires support is molded while forming a predetermined gap between the support and the part of the model that requires support.
上記造形物製造方法において、造形工程における所定の隙間の寸法をHとし、造形物製造装置におけるノズルの開口直径をφとした場合に、φ/2≦H≦φを満たすものでもよい。 In the above-mentioned object manufacturing method, when the dimension of the predetermined gap in the object manufacturing process is H and the opening diameter of the nozzle in the object manufacturing device is φ, the relationship φ/2≦H≦φ may be satisfied.
上記造形物製造方法において、造形工程における粗造形物のサポートは、筒状部と、前記筒状部から放射状に延在する複数の延在部とを有するものでもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a molded object, the support for the rough molded object in the molding process may have a cylindrical portion and a plurality of extension portions extending radially from the cylindrical portion.
上記造形物製造方法において、造形工程における粗造形物のサポートは、内側筒状部及び外側筒状部と、前記内側筒状部と前記外側筒状部とを連結する連結部とを有するものでもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a molded object, the support for the rough molded object in the molding process may include an inner cylindrical portion, an outer cylindrical portion, and a connecting portion that connects the inner cylindrical portion and the outer cylindrical portion.
上記造形物製造方法において、造形工程における粗造形物のサポートは、筒状部よりも内側に位置する追加筒状部を有するものでもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a molded object, the support for the rough molded object in the molding process may include an additional cylindrical portion located inside the cylindrical portion.
上記造形物製造方法において、筒状部は、閉曲線をなすものでもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a molded object, the cylindrical portion may be a closed curve.
上記造形物製造方法において、造形工程における粗造形物のサポートは、連続関数によって形成されるものである。 In the above-mentioned method for manufacturing a model, the support for the rough model in the modeling process is formed by a continuous function.
上記造形物製造方法において、造形工程における粗造形物のサポートは、板状の螺旋状部を有するものでもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a molded object, the support for the rough molded object in the molding process may have a plate-shaped spiral portion.
上記造形物製造方法において、造形工程における粗造形物のサポートは、筒状部を有するものでもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a molded object, the support for the rough molded object in the molding process may have a cylindrical portion.
上記造形物製造方法において、造形工程における粗造形物のサポートは、底部と、前記底部に立設された複数の筒状部とを有するものでもよい。 In the above-mentioned method for manufacturing a molded object, the support for the rough molded object in the molding process may have a bottom and a number of cylindrical parts standing on the bottom.
上記造形物製造方法において、除去工程において除去されたサポートは、同じ造形物を製造する際に、モデルの支持必要部を支持する支持部材として再利用可能であるものでもよい。 In the above-described method for manufacturing a molded object, the support removed in the removal step may be reusable as a support member for supporting a part of the model that requires support when manufacturing the same molded object.
上記造形物製造方法において、造形物製造装置は、熱溶解積層方式の3Dプリンタであるものでもよい。 In the above-mentioned object manufacturing method, the object manufacturing device may be a fused deposition model 3D printer.
また、本発明の実施形態に係る造形物製造装置は、上記造形物製造方法に使用されるものである。 The object manufacturing device according to the embodiment of the present invention is used in the object manufacturing method described above.
本発明の実施形態によれば、サポートを容易に除去できる。 According to an embodiment of the present invention, the support can be easily removed.
本発明の一の実施形態について図面を参照して説明する。 One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1において、1は造形物製造装置である熱溶解積層方式の3Dプリンタで、この熱溶解積層方式の3Dプリンタ(以下では単に「3Dプリンタ1」という場合がある)は、3D造形データに基づいて、熱で溶解(溶融)した造形材料である樹脂を1層ずつ順次積層して3次元の造形物Wを製造するための造形機である。
In FIG. 1, 1 is a fused deposition modeling 3D printer, which is a modeling device. This fused deposition modeling 3D printer (hereinafter sometimes simply referred to as "
なお、3Dプリンタ1に用いられる造形材料である樹脂は、例えば熱可塑性樹脂(フィラメント等)で、より具体的には、例えばPLA、植物繊維入りPLA、ABS、硝子繊維入りABS、炭素繊維入りABS、PP、硝子繊維入りPP、炭素繊維入りPP、PC、PC・ABS、ASA、TPE、TPU、酢酸セルロース、PA、PETG等である。また、3Dプリンタ1は、例えばシングルノズルヘッド仕様のもので、造形に用いる樹脂は1種類のみでよく、サポート専用の樹脂(水溶性の樹脂等)は不要である。
The resin used as the modeling material in the
3Dプリンタ1は、図1(a)及び(b)に示すように、例えば造形室2を内部に有する箱状の本体3と、造形室2内でX軸方向(水平方向である左右方向)及びZ軸方向(上下方向である高さ方向)に移動可能な造形ヘッド4と、造形室2内でY軸方向(水平方向である前後方向)に移動可能な造形テーブル5とを備えている。
As shown in Figures 1(a) and (b), the
なお、このように造形ヘッド4がX軸方向及びZ軸方向に移動可能でかつ造形テーブル5がY軸方向に移動可能であることから、造形ヘッド4は造形テーブル5に対して相対的に3次元に移動する(後述するが、3Dプリンタ1は、図1に図示した構成には限定されず、造形ヘッド4が造形テーブル5に対して相対的に少なくとも3次元に移動する構成であればよい)。
In addition, since the
また、3Dプリンタ1は、造形ヘッド4を造形室2内でX軸方向及びZ軸方向に移動させる第1駆動部6と、造形テーブル5を造形室2内でY軸方向に移動させる第2駆動部7と、STLデータ等の3D造形データに基づいて両駆動部6,7等を制御する制御部8とを備えている。
The
そして、その制御部8による制御に基づいて、造形ヘッド4が造形テーブル5に対して相対的に3次元に移動しながら、この移動中の造形ヘッド4のノズル11から樹脂(溶解樹脂)が吐出され、この吐出された樹脂が硬化して固まることで、造形テーブル5上に樹脂が積層状態となって所望形状の3次元造形物Wが造形される。
Then, based on the control by the
しかし、目的の造形物Wの形状によっては、後述するように、最終的に目的の造形物WとなるモデルMの支持必要部(オーバーハング部)MOを支持するサポート(サポート材)Sが必要となる場合があり、この場合には、モデルMとサポートSとからなる粗造形物W1が造形される。 However, depending on the shape of the desired object W, as described below, a support (support material) S may be required to support the support-requiring portion (overhang portion) MO of the model M that will ultimately become the desired object W. In this case, a rough object W1 consisting of the model M and the support S is created.
つまり、サポートSを必要とする場合には、モデルMとサポートSとで構成される粗造形物W1を一旦造形した後、その粗造形物W1からサポートSを除去して、目的の造形物Wを得ることになる。 In other words, when supports S are required, a rough object W1 consisting of a model M and supports S is first produced, and then the supports S are removed from the rough object W1 to obtain the desired object W.
ここで、シングルノズルヘッド仕様の熱溶解積層方式の3Dプリンタ1の造形ヘッド4は、例えば溶解樹脂押出方式のもので、当該造形ヘッド4内の加熱手段(図示せず)からの熱で溶解した樹脂を吐出口10から吐出する単一のノズル11を有している。
Here, the
すなわち、図示しないヒータ等の加熱手段で加熱されて溶けた樹脂は、造形ヘッド4内のギア等の押出手段(図示せず)にて押し出されるようにして、造形材料吐出用の1つのノズル11の吐出口10から下方に向かって吐出(排出)される。なお、加熱手段や押出手段は、造形ヘッド4内ではなく造形ヘッド4外に設けてもよい。
That is, the resin that has been heated and melted by a heating means such as a heater (not shown) is extruded by an extrusion means (not shown) such as a gear inside the
そして、その下方に向かって開口した円形状をなす吐出口10の開口直径(ノズル11の開口直径)φは、例えば0.2mm~1.0mmであり、本実施形態では、例えば0.4mmである(φ=0.4mm)。
The opening diameter φ of the
次に、上述した熱溶解積層方式の3Dプリンタ1を使用して、例えば図2に示す3次元の造形物Wを製造する造形物製造方法について説明する。
Next, we will explain a method for manufacturing a three-dimensional object W, for example, as shown in FIG. 2, using the fused deposition
図2に示す造形物Wは、例えばキャップ形状の蓋体で、円筒状部16と、この円筒状部16の上端部内周面に一体に設けられた円板状部17とを備えている。
The object W shown in FIG. 2 is, for example, a cap-shaped lid body, and includes a
そして、造形物(モデルM)Wの一部を構成する円板状部17は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないようにサポートSによる支持が必要な部分である支持必要部MO、すなわち、いわゆるオーバーハング部(モデルMのうち空中に浮く部分)である(図3参照)。
The disk-shaped
また、図3は、図2に示す造形物Wを製造する造形物製造方法(本実施形態に係る製造方法の一例)を概略的に示す図であって、(a)ないし(c)は造形工程の図であり、(d)は除去工程の図である。 Figure 3 is a schematic diagram of a method for manufacturing the object W shown in Figure 2 (one example of a manufacturing method according to this embodiment), in which (a) to (c) are diagrams of the manufacturing process, and (d) is a diagram of the removal process.
第1工程である造形工程は、図3(a)ないし(c)に示すように、造形テーブル5に対して相対的に3次元に移動する造形ヘッド4のノズル11の吐出口10から樹脂(1種類の造形材料からなる溶解樹脂)を吐出しながら造形テーブル5上に積層することにより、最終的に目的の造形物WとなるモデルMと、造形中にそのモデルMの支持必要部MOを下方側から支持するサポートSとを有する3次元の粗造形物W1を造形テーブル5上に造形(形成)する工程である。
The first process, the modeling process, is a process in which resin (dissolved resin made of one type of modeling material) is discharged from the
第2工程である除去工程は、図3(d)に示すように、造形工程後にモデルMとサポートSとを互いに分離することにより、粗造形物W1からサポートSを除去して目的の造形物Wを得る工程である。 The second step, the removal step, is a step in which the model M and the support S are separated from each other after the modeling step, thereby removing the support S from the rough object W1 to obtain the desired object W, as shown in FIG. 3(d).
そして、本実施形態に係る造形物製造方法では、上述した造形工程において、サポートSとモデルMの支持必要部MOとの間に所定の隙間20を一時的に形成しながら(空けながら)、その支持必要部MOの造形を行う。
In the method for manufacturing a molded object according to this embodiment, in the above-mentioned molding process, the support-requiring portion MO of the model M is molded while a
より具体的には、図4(a)に示すように、造形工程の途中で、既に造形されたサポートSの上面21と、造形中のモデルMの支持必要部MOの下面(水平移動中のノズル11の吐出口10から吐出された吐出直後の線状の溶解樹脂の下面)22との間に、高さ方向の所定の隙間(一定の隙間)20を一時的に形成しながら、その支持必要部MOの下面の層(円板状部17である支持必要部MOの下面となる1層分)の造形を行う。
More specifically, as shown in FIG. 4(a), during the modeling process, a predetermined gap (constant gap) 20 in the height direction is temporarily formed between the
また、本実施形態に係る造形物製造方法は、造形工程における所定の隙間20の寸法(隙間高さ寸法)をHとし、熱溶解積層方式の3Dプリンタ1におけるノズル11の開口直径(ノズル径)をφとした場合に、φ/2≦H≦φを満たすものである。
The method for manufacturing a molded object according to this embodiment satisfies φ/2≦H≦φ, where H is the dimension (gap height dimension) of the
それゆえ、本実施形態の如く例えばφが0.4mmである場合、Hは0.2mm~0.4mmの範囲内の寸法である。換言すると、造形工程における所定の隙間20の寸法Hは、造形材料(溶解樹脂)を吐出するノズル11の開口直径φの半分以上でかつ当該開口直径φと同一以下の範囲内の寸法である。
Therefore, for example, when φ is 0.4 mm as in this embodiment, H is a dimension within the range of 0.2 mm to 0.4 mm. In other words, the dimension H of the specified
ここで、造形工程において一時的に形成された隙間20は、図4(b)及び図5に示すように、樹脂が自重で下方に向かって変形する(ダレる)ことから、その樹脂ダレによって略全体が埋まる。なお、図3は樹脂ダレを省略した図である(図12も同様)。
The
つまり、水平方向に移動中のノズル11の吐出口10から吐出された溶解樹脂が吐出と同時に冷えて硬化すれば、ダレは生じないが、当該吐出された溶解樹脂が造形室2内の空気で冷やされて硬化するまで若干の時間を要するため、基本的には図4(b)の如く自重でダレが生じる。
In other words, if the molten resin discharged from the
その結果、水平方向に移動中のノズル11の吐出口10から出た樹脂は、隙間20の分だけ自重でダレてその下面22がサポートSの上面(硬化部分である硬化層の上面)21に接触して、当該上面21にて支持される。
As a result, the resin coming out of the
しかし、当該上面21にて支持された樹脂の接触部分(樹脂ダレの下面)は、硬化して固まっても、サポートSの上面21と強固に一体化(癒着)することがなく、そのため、造形工程後の除去工程におけるサポートSの除去が容易となる。
However, the contact portion of the resin supported by the upper surface 21 (the lower surface of the resin drip) does not firmly become integrated (adhered) with the
つまり、この造形工程においては、造形完了時にモデルMと強固に一体化していない除去容易なサポートSが同一材料でモデルMと一緒に造形される。 In other words, in this modeling process, the support S, which is not firmly integrated with the model M when modeling is completed and is easily removable, is modeled together with the model M using the same material.
また、このようにモデルMとサポートSとを強固に一体化(癒着)させないための所定の隙間20の寸法Hは、ノズル11の開口直径φとの関係において、上述したように、φ/2≦H≦φを満たすことが好ましい。なぜなら、例えばHがφ/2よりも小さい場合には、モデルMとサポートSとが比較的強固に一体化してしまい、他方、例えばHがφよりも大きい場合には、サポートSが意味をなさず、モデルMの支持必要部MOのうち少なくとも一部が崩壊してしまうからである。
Furthermore, it is preferable that the dimension H of the
要するに、φ/2≦H≦φの関係を満たす場合には、モデルMの崩壊を防止しつつ、樹脂ダレを最小限にでき、モデルMとサポートSとが強固に一体化(癒着)しない。 In short, when the relationship φ/2≦H≦φ is satisfied, the collapse of the model M can be prevented while minimizing resin dripping, and the model M and the support S do not become tightly integrated (adhered).
それゆえ、除去工程におけるモデルMとサポートSとの分離が容易であり、例えば図3(d)に示すように、造形テーブル5上において、何ら工具を用いることなく(工具レス)、作業者がモデルMを手で上方へ持ち上げるだけで、造形テーブル5上のサポート(造形テーブル5の上面に直接接触した状態で積層造形されたサポート)Sから、当該モデルMを容易に分離可能である。つまり、モデルMを持ち上げるだけのワンアクションでモデルMからサポートSを極めて簡単に取り外すことができ、粗造形物W1からのサポートSの除去が容易である。 Therefore, the model M and the support S can be easily separated in the removal process. For example, as shown in FIG. 3(d), an operator can simply lift the model M upwards by hand on the modeling table 5 without using any tools (tool-less), and the model M can be easily separated from the support S (the support that is layer-modeled in direct contact with the upper surface of the modeling table 5) on the modeling table 5. In other words, the support S can be extremely easily removed from the model M with a single action of simply lifting the model M, and the support S can be easily removed from the rough model W1.
なお、上記した隙間20のほか、図4や図5にも示されるように、造形工程において、水平方向の所定の隙間(一定の隙間)25がサポートSの外周面(外側筒状部32の外周面)26とモデルMの内周面(円筒状部16の内周面)27との間に全周にわたって形成される。
In addition to the
この隙間25の寸法Dは、例えばノズル11の開口直径φと同一で、例えば0.4mmである。ただし、必ずしもD=φである必要はなく、例えば隙間25の寸法Dは、例えば0.5mmでもよい。
The dimension D of this
また、本実施形態に係る造形物製造方法では、図6及び図7に示すように、造形工程において造形された粗造形物W1のサポートSは、平面視環状、すなわち例えば平面視円環状の筒状部である内側筒状部31と、この内側筒状部31の外側方に当該内側筒状部31と所定距離離間して位置するとともにモデルMの内周面27と近接状に位置し、そのモデルMの内周面27に対応する形状をなす平面視環状、すなわち例えば内側筒状部31の中心点Pを中心とする平面視円環状の外側筒状部32と、内側筒状部31から外側へ放射状に延在するように内側筒状部31の中心点Pを中心として放射状に位置し、内側筒状部31と外側筒状部32とを一体に連結する平面視線状で板状の複数の延在部である連結部(連結板状部)33とを有している。
In the method for manufacturing a molded object according to this embodiment, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the support S of the rough molded object W1 molded in the molding process has an inner
また、このサポートSは、内側筒状部31よりも径小に形成され、内側筒状部31の内側方に位置する平面視環状、すなわち例えば内側筒状部31の中心点Pを中心とする平面視円環状の複数、例えば2つの追加筒状部である径小筒状部36,37を有している。すなわち、このサポートSの平面形状(サポートパターン)は一筆書きには制約されず、中央側の径小筒状部36,37は、内側筒状部31と連結されていない。
The support S has a smaller diameter than the inner
そして、これら径小筒状部36,37、内側筒状部31及び外側筒状部32は、同心状のものであって、いずれも同じ中心点Pを通る上下方向(Z軸方向)に延びる中心軸線Lを中心とする円筒状(上下方向に軸方向を有する上下面開口状の筒形状)に形成されている(図5参照)。
The small diameter
また、上下面開口状で短い円筒状の各筒状部31,32,36,37は、いずれも平面視で閉曲線である単一閉鎖曲線をなすものである(後述する筒状部等も同様)。単一閉鎖曲線(ジョルダン閉曲線)は、自身と交わらない閉じた曲線である。さらに説明すると、起点と終点が一致し、起点から終点に至るまでに自身と接触及び交差しない曲線である。単一閉曲線には、円、楕円が含まれる。また、単一閉曲線には、例えば三角形、四角形等の多角形も含まれるほか、カージオイド(ハート形)等も含まれる。さらに、閉曲線は起点と終点が一致している曲線(例えばレムニスケート等)であり、レムニスケートは領域が3つに分けられてしまうため単一閉曲線ではない。
Each of the short cylindrical
なお、図6に示されるように、周方向に互いに隣り合う両連結部(延在部)33同士がなす角度θは、例えば10°である。なお、角度θは、図示した例ではすべてが等しいが、必ずしもすべてが等しい必要はない。板状の連結部33の厚さ(板厚寸法)tは、ノズル11の開口直径φと同一で、例えば0.4mmである。両径小筒状部36,37間の間隔寸法は、径小筒状部36及び内側筒状部31間の間隔寸法と同一で、例えば0.8mmである。この図示した例では、内側筒状部31の内側方(内周側)に位置する径小筒状部36,37の数は2つであるが、例えば1つ或いは3つ以上でもよい。
As shown in FIG. 6, the angle θ between the two adjacent connecting portions (extension portions) 33 in the circumferential direction is, for example, 10°. Although the angles θ are all equal in the illustrated example, they do not necessarily have to be equal. The thickness (plate thickness dimension) t of the plate-shaped connecting
そして、除去工程において除去された除去後のサポートSは、図8(a)に示すように、除去前と全く同じ形状をしたもので、内側筒状部31と、外側筒状部32と、連結部33と、径小筒状部36,37とを有している。
The support S removed in the removal process has exactly the same shape as before removal, as shown in Figure 8 (a), and has an inner
それゆえ、除去後のサポートSは、当該サポートSをモデルMとともに造形した際の造形物Wと同じ造形物(同一形状の3次元造形物)Wを製造する際に、造形中にモデルMの支持必要部MOを支持する支持部材である置き駒(サポート部材)として再利用可能である。 Therefore, after the support S is removed, it can be reused as a support piece (support member) that supports the part MO of the model M that requires support during modeling when manufacturing a model W (a three-dimensional model of the same shape) that is the same as the model W when the support S is modeled together with the model M.
つまり、図8(a)に示す除去後のサポートSを置き駒として再利用して、図2に示す造形物(モデルM)Wを繰り返して製造(造形)する場合は、図8(b)に示すように、モデルMの支持必要部MOが造形される直前に造形動作を一旦停止して、置き駒(支持必要部MOを支持する土台)としてのサポートSを造形テーブル5上に設置した後、造形動作を再開して、その置き駒上にモデルMの支持必要部MOを造形すればよい。 In other words, when reusing the removed support S shown in FIG. 8(a) as a placement piece to repeatedly manufacture (form) the object (model M) W shown in FIG. 2, as shown in FIG. 8(b), the formation operation is stopped once just before the support-requiring portion MO of the model M is formed, and the support S as a placement piece (a base that supports the support-requiring portion MO) is placed on the formation table 5, and then the formation operation is resumed to form the support-requiring portion MO of the model M on the placement piece.
そして、このようにサポートSを置き駒として再利用することでサポート造形は行わず、モデルMのみを造形するサポート再利用の造形工程においても、上記の造形工程と同様、除去後のサポート(置き駒)SとモデルMの支持必要部MOとの間に所定の隙間20を一時的に形成しながら、その支持必要部MOの造形を行う。
In this way, by reusing the support S as a placement piece, support modeling is not performed, and in the support reuse modeling process in which only the model M is modeled, similar to the modeling process described above, a specified
これにより、この場合もモデルMとサポート(置き駒)Sとが強固に一体化(癒着)せず、そのため、サポートSを置き駒として再利用する場合も、除去工程におけるモデルMとサポート(置き駒)Sとの分離が容易となる。そして、その除去後のサポートSは、何度でも繰り返して使用できる。 As a result, even in this case, the model M and the support (placement piece) S are not firmly integrated (adhered), and therefore, even when the support S is to be reused as a placement piece, the model M and the support (placement piece) S can be easily separated in the removal process. Furthermore, the support S after removal can be used repeatedly any number of times.
そして、上述した本実施形態に係る造形物製造方法によれば、造形物WとなるモデルMと、このモデルMの支持必要部MOを支持するサポートSとを有する粗造形物W1を造形する造形工程と、この造形工程後にモデルMとサポートSとを分離することにより、粗造形物W1からサポートSを除去する除去工程とを備え、造形工程において、サポートSとモデルMの支持必要部MOとの間に僅かな所定の隙間20を形成しながらその支持必要部MOの造形を行うため、除去工程におけるモデルMとサポート(サポート構造)Sとの分離が容易となり、粗造形物W1からサポートSを容易に除去でき、よって、造形物Wの製造性の向上を図ることができる。
The method for manufacturing a model according to the present embodiment described above includes a manufacturing process for manufacturing a rough model W1 having a model M that will become the model W and supports S that support the support-requiring portion MO of the model M, and a removal process for removing the supports S from the rough model W1 by separating the model M and the supports S after the manufacturing process. In the manufacturing process, the support-requiring portion MO of the model M is manufactured while forming a small
しかも、造形物(モデルM)Wの支持必要部MOにサポート痕が残りにくく、造形物Wの品質向上も図ることができる。 In addition, support marks are less likely to remain in the areas MO of the model W that require support, improving the quality of the model W.
また、造形工程における所定の隙間20の寸法をHとし、熱溶解積層方式の3Dプリンタ1におけるノズル11の開口直径をφとした場合に、φ/2≦H≦φを満たすようにすることで、造形工程でのモデルMの崩壊を適切に防止できるばかりでなく、除去工程におけるモデルMとサポートSとの分離が容易となり、粗造形物W1からサポートSを容易かつ適切に除去できる。
Furthermore, if the dimension of the specified
さらに、造形工程における粗造形物W1のサポートSは、平面視円環状をなす円筒状の内側筒状部31と、この内側筒状部31の外側方に位置し、モデルMの円筒面状の内周面に対応する形状である平面視円環状をなす円筒状の外側筒状部32と、内側筒状部31から外側へ放射状に延在して内側筒状部31と外側筒状部32とを連結する平面視線状をなす平板状の複数の連結部(延在部)33とを有するため、除去工程におけるモデルMとサポートSとの分離がより一層容易となり、粗造形物W1からサポートSをより一層容易に除去できる。
Furthermore, the support S of the rough object W1 in the modeling process has a cylindrical inner
また、近年では造形ソフトウェアが進化しており、除去が比較的容易なサポート構造を選択可能な場合もあるが、除去し易い分、造形中にサポートが崩壊し易い等といった問題が生じるが、本実施形態の製造方法では所定形状のサポートSを用いることでそのような問題も生じない。 In addition, in recent years, modeling software has evolved, and it is sometimes possible to select support structures that are relatively easy to remove. However, because they are easy to remove, problems arise such as the supports easily collapsing during modeling. However, in the manufacturing method of this embodiment, such problems do not occur because a support S of a predetermined shape is used.
さらに、本実施形態の製造方法では、造形ソフトウェアや造形機等に制限されることなく、除去工程において容易に除去可能なサポートSを得ることができる。すなわち例えば、サポート生成を造形ソフトウェアに依存せず、モデル形状(モデル材)に応じた所望のサポート形状(サポート材)をモデリングして3D造形データに埋め込むことができるため、熱溶解積層方式の造形機であればどれにでも適用できる。 Furthermore, in the manufacturing method of this embodiment, it is possible to obtain supports S that can be easily removed in the removal process without being limited by modeling software or modeling machines. In other words, for example, support generation does not depend on modeling software, and a desired support shape (support material) corresponding to the model shape (model material) can be modeled and embedded in the 3D modeling data, so it can be applied to any fused deposition modeling machine.
加えて、モデルMとサポートSは同一の造形材料で問題がないため、ノズル数にも制限がなく、シングルヘッド仕様の3Dプリンタ1で何ら問題がない。
In addition, since the model M and support S can be made of the same modeling material, there is no limit to the number of nozzles, and there are no problems with a single-
ここで、図9(a)及び(b)は造形物Wの試作品(φ/2≦H≦φを満たすもの)の写真であり、図10(a)ないし(c)は造形物Wの試作品(φ/2≦H≦φを満たさないもの)の写真である。 Here, Figures 9(a) and (b) are photographs of a prototype of the object W (one that satisfies φ/2≦H≦φ), and Figures 10(a) to (c) are photographs of a prototype of the object W (one that does not satisfy φ/2≦H≦φ).
なお、その造形物(モデルM)Wの蓋体は、直径53mm、高さ10mm、厚さ1.5mmである。また、3Dプリンタ1のノズル径φは0.4mmである。
The lid of the model W has a diameter of 53 mm, a height of 10 mm, and a thickness of 1.5 mm. The nozzle diameter φ of the
そして、図9(a)に示す試作品は、H=0.2mm、D=0.4mmの場合である。この場合には、ほぼ抵抗なく、造形テーブル5上でモデルMを手で持ち上げるだけで、造形テーブル5上のサポートSからモデルMを容易に分離できた。また、モデルMの支持必要部MOには、サポート痕が若干見えるが、凸凹にはなっておらず、造形物Wの品質として問題はなく、積層異常(崩壊)もない。さらに、分離したサポートSは、置き駒として再利用可能である。 The prototype shown in Figure 9(a) has H = 0.2 mm and D = 0.4 mm. In this case, there was almost no resistance, and by simply lifting the model M by hand above the modeling table 5, the model M could be easily separated from the support S on the modeling table 5. Furthermore, although some support marks are visible on the parts MO of the model M that require support, they are not uneven, and there is no problem with the quality of the model W, and there is no stacking abnormality (collapse). Furthermore, the separated support S can be reused as a placement piece.
また、図9(b)に示す試作品は、H=0.4mm、D=0.4mmの場合である。この場合には、全く抵抗なく、造形テーブル5上でモデルMを手で持ち上げるだけで、造形テーブル5上のサポートSからモデルMを容易に分離できた。また、モデルMの支持必要部MOには、若干の樹脂ダレ兆候があるが、造形物Wの品質として問題はなく、積層異常(崩壊)もない。さらに、分離したサポートSは、置き駒として再利用可能である。 The prototype shown in Figure 9(b) has H = 0.4 mm and D = 0.4 mm. In this case, there was absolutely no resistance and the model M could be easily separated from the support S on the modeling table 5 simply by lifting the model M by hand above the modeling table 5. Furthermore, there are some signs of resin dripping in the areas MO of the model M that require support, but this does not pose a problem for the quality of the model W and there are no stacking abnormalities (collapse). Furthermore, the separated support S can be reused as a placement piece.
他方、図10(a)に示す試作品は、H=0.1mm、D=0.4mmの場合である。この場合には、モデルMを手で持ち上げるだけでは分離できず、造形テーブル5上から粗造形物W1を取り外した後、工具であるラジオペンチを用いてモデルMとサポートSとを分離したが、その際に多少の抵抗があった。また、サポートSにはラジオペンチで挟んだ際に変形した痕跡があり、このサポートSは置き駒として再利用できない。 On the other hand, the prototype shown in FIG. 10(a) has H = 0.1 mm and D = 0.4 mm. In this case, the model M could not be separated by simply lifting it by hand, and after removing the rough model W1 from the modeling table 5, the model M and the support S were separated using a pair of needle-nose pliers, but there was some resistance during this process. In addition, there were traces of deformation on the support S when it was held with the needle-nose pliers, and this support S cannot be reused as a placement piece.
また、図10(b)に示す試作品は、H=0.5mm、D=0.4mmの場合である。この場合には、全く抵抗なく、造形テーブル5上でモデルMを手で持ち上げるだけで、造形テーブル5上のサポートSからモデルMを容易に分離できた。しかし、モデルMの支持必要部MOには、部分的に積層異常(崩壊)が生じた。 The prototype shown in Figure 10(b) has H = 0.5 mm and D = 0.4 mm. In this case, there was absolutely no resistance and the model M could be easily separated from the support S on the modeling table 5 simply by lifting the model M by hand above the modeling table 5. However, partial stacking abnormalities (collapse) occurred in the part MO of the model M that required support.
さらに、図10(c)に示す試作品は、サポート無しの場合であるが、この場合には、モデルMの支持必要部MOに積層異常(崩壊)が生じた。 Furthermore, the prototype shown in Figure 10(c) is without support, and in this case, stacking abnormalities (collapse) occurred in the part MO of model M that required support.
よって、これら試作品により、φ/2≦H≦φを満たすことが好ましいことが確認できた。 Therefore, these prototypes confirmed that it is preferable to satisfy φ/2≦H≦φ.
なお、上記実施形態では、図2に示す造形物Wを製造する場合について説明したが、これには限定されず、例えば図11に示す造形物Wも同様の方法で製造でき、この場合もサポートSを容易に除去できる等、同様の作用効果を奏し得る。 In the above embodiment, the case of manufacturing the object W shown in FIG. 2 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the object W shown in FIG. 11 can also be manufactured in a similar manner, and in this case, the support S can also be easily removed, and similar effects can be achieved.
すなわち、この図11に示す造形物Wは、例えば段付きの斜めキャップ形状の蓋体で、下側円筒状部41と、この下側円筒状部41の上端部内周面に一体に設けられ、その下側円筒状部41よりも径小に形成された上側円筒状部42と、この上側円筒状部42の上端部内周面に一体に設けられた傾斜状の円板状部43とを備えている。
That is, the object W shown in FIG. 11 is, for example, a stepped, oblique cap-shaped lid body, and includes a lower
そして、造形物(モデルM)Wの一部を構成する上側円筒状部42及び円板状部43は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないようにサポートSによる支持が必要な支持必要部(オーバーハング部)MOである(図12参照)。
The upper
また、図12は、図11に示す造形物Wを製造する造形物製造方法(本実施形態に係る製造方法の一例)を概略的に示す図であって、(a)ないし(e)は造形工程の図であり、(f)は除去工程の図である。 FIG. 12 is a diagram that shows an outline of a method for manufacturing a molded object W shown in FIG. 11 (one example of a manufacturing method according to this embodiment), in which (a) to (e) are diagrams of the molding process, and (f) is a diagram of the removal process.
そして、上述した図2に示す造形物Wを製造する場合と同様、図12に示す造形工程においても、φ/2≦H≦φを満たすようにして、サポートSとモデルMの支持必要部MOとの間に所定の隙間20を一時的に形成しながら、その支持必要部MOの造形を行う。なお、所定の隙間20は、自重に基づく樹脂ダレによって略全体が埋まる(図13参照)。
As in the case of manufacturing the object W shown in FIG. 2 described above, in the modeling process shown in FIG. 12, the support-requiring portion MO of the model M is modeled while temporarily forming a
また、図12に示す造形工程で積層造形されたサポートSも、上述した図2に示す造形物Wを製造する場合と同様、図13ないし図15に示すように、内側筒状部31と、外側筒状部32と、連結部33と、径小筒状部36,37とを有する。なお、モデルMの内周面27に対応する形状をなす外側筒状部32は、下側円筒状部41に対応する円筒状の下側筒状部分32aと、上側円筒状部42に対応する円筒状の上側筒状部分32bとで構成されている。
The support S produced by additive manufacturing in the manufacturing process shown in FIG. 12 also has an inner
さらに、図15に示す除去後のサポート(置き駒)Sも、図8に示すサポートSと同様、同じ造形物Wを製造する際に、モデルMの支持必要部MOを支持する置き駒として再利用可能である。 Furthermore, the support (placement piece) S after removal shown in FIG. 15 can be reused as a placement piece to support the support-requiring portion MO of the model M when manufacturing the same object W, similar to the support S shown in FIG. 8.
なお、本実施形態に係るサポートSは、図8や図15に示すものには限定されず、例えば図16に示すように、平面視螺旋状(例えばアルキメデスの螺旋状等)をなす板状の螺旋状部(螺旋板状部)51を有するものでもよい。 The support S according to this embodiment is not limited to those shown in Figs. 8 and 15, but may have a plate-shaped spiral portion (spiral plate portion) 51 that is spiral in plan view (e.g., Archimedes' spiral, etc.), as shown in Fig. 16, for example.
すなわち、図16に示すサポートSは、連続した1つの板状の螺旋状部51のみからなるもので、一筆書きが可能な図形からなる断面形状を有したものである。つまり、このサポートSは、曲線をなぞるシームレスなノズル動作(ノズル11の連続的な移動)によって形成されるものである(後述する螺旋状部等も同様)。なお、螺旋状部51の厚さ(板厚寸法)は、ノズル11の開口直径φと同一で、例えば0.4mmである。
That is, the support S shown in FIG. 16 is made up of only one continuous plate-
また、このような螺旋状(渦巻状)をなすサポート(サポートパターン)Sは、例えばアルキメデスの螺旋を応用して設計することが可能なもので、その設計の基本となる連続関数は媒介変数表示で下記になる。 Furthermore, such a spiral (whirlpool) support (support pattern) S can be designed, for example, by applying Archimedes' spiral, and the continuous function that is the basis of its design is expressed as follows in parametric terms.
Xt=t・cos(t)
Yt=t・sin(t)
Xt = t cos(t)
Yt = t sin(t)
そして、図16に示すサポートSでも、図2に示すようなキャップ形状の造形物Wを同様の方法で製造でき、この場合もサポートSを容易に除去できる等、同様の作用効果を奏し得る。 The support S shown in FIG. 16 can also be used to produce a cap-shaped object W as shown in FIG. 2 in a similar manner, and in this case too, the support S can be easily removed, providing similar effects.
加えて、このような螺旋状のサポートパターンは、連続関数による形状作成であるため、サポート設計が短時間で可能となり、また造形時におけるノズル11の動作がスムーズになり、造形時間の短縮化を図ることができる。
In addition, because this type of spiral support pattern is created using a continuous function, support design can be completed in a short time, and the operation of the
なお、本実施形態に係る製造方法によるモデル(製品等の目的物である造形物)Mやサポート(再利用可能な支持部材である置き駒)Sは、上述した形状には限定されず、種々の形状が考えられ、例えば図17ないし図32に示すようなもの等でもよく、いずれの場合もサポートSを容易に除去できる等、同様の作用効果を奏し得る。 The model (a shaped object that is the target of a product or the like) M and the support (a reusable support piece) S produced by the manufacturing method according to this embodiment are not limited to the shapes described above, and various shapes are possible, such as those shown in Figures 17 to 32, and in any case, the same effect can be achieved, such as the support S being easily removable.
まず、図17(a)及び(b)に示すモデルMは、例えば楕円形状をなす蓋体で、楕円形状の円筒状部61と、この円筒状部61の上端部内周面に一体に設けられた楕円形状の円板状部62とを備えている。なお、このような楕円形状をなすモデルMを造形する場合におけるサポートSの設計の基本となる連続関数は、媒介変数表示で下記になる。ただし、下記においてa≠bである。
First, model M shown in Figures 17(a) and (b) is, for example, an elliptical lid, and includes an elliptical
Xt=at・cos(t)
Yt=bt・sin(t)
Xt = at cos(t)
Yt = bt sin(t)
そして、モデルMの一部を構成する円板状部(上板部)62は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図17(c)及び(d)に示すサポートSによる支持が必要な支持必要部MOである。
The disk-shaped portion (upper plate portion) 62 that constitutes part of the model M is a support-required portion MO that requires support by supports S shown in Figures 17(c) and (d) so that it does not collapse under its own weight when modeling (during modeling) using the
この図17(c)及び(d)に示すサポートSは、上記図16に示す真円形状をなす板状の螺旋状部51からなるものとは異なり、楕円形状をなす板状の螺旋状部63からなるものである。
The support S shown in Figures 17(c) and (d) is composed of a plate-shaped
次に、図18(a)及び(b)に示すモデルMは、例えば6角星形状(5角星形状や8角星形状等でもよい)をなす蓋体で、6角星形状の筒状部66と、この筒状部66の上端部内周面に一体に設けられた6角星形状の板状部67とを備えている。
Next, model M shown in Figures 18(a) and (b) is a lid body having, for example, a six-pointed star shape (it can also have a five-pointed star shape or an eight-pointed star shape, etc.), and is equipped with a six-pointed star shaped
そして、このモデルMの一部を構成する板状部(上板部)67は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図18(c)及び(d)に示すサポートSによる支持が必要な支持必要部MOである。
The plate-like portion (upper plate portion) 67 that constitutes part of this model M is a support-required portion MO that requires support by supports S shown in Figures 18(c) and (d) so that it does not collapse under its own weight when modeling (during modeling) using the
この図18(c)及び(d)に示すサポートSは、真円形状をなす板状の螺旋状部68と、この螺旋状部68の外周側に一体に設けられた6角星形状の外周板部69とを有し、この外周板部には3角形状の貫通孔70が上下面に貫通して形成されている。
The support S shown in Figures 18(c) and (d) has a plate-
次に、図19(a)及び(b)に示すモデルMは、例えば3次元的なアルキメデス螺旋形状を利用した構造体である蓋体で、円筒状部71と、この円筒状部71の内周側に一体に設けられ、下方に向かって開口する螺旋状の孔(螺旋孔)72が内側に形成された孔形成部73とを備えている。
Next, model M shown in Figures 19(a) and (b) is a lid body that is a structure that utilizes, for example, a three-dimensional Archimedes spiral shape, and includes a
そして、このモデルMの一部を構成する孔形成部73は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図19(c)及び(d)に示すサポートSによる支持が必要な支持必要部MOである。
The
この図19(c)及び(d)に示すサポートSは、幅寸法(上下方向寸法)が外周側から中心側に向かって徐々に増大するように変化する板状の螺旋状部75からなるものである。この螺旋状部75は、図19(c)からみて明らかなように、平面視で真円形状をなすものであるが、これには限定されず、例えば楕円形状等、他の形状をなすものでもよい。
The support S shown in Figures 19(c) and (d) is made of a plate-
なお、このようなサポート(サポートパターン)Sは、例えばアルキメデスの螺旋を応用して設計することが可能なもので、その設計の基本となる連続関数は媒介変数表示で下記になり、また、その具体的な設計方法は例えば図20に示すとおりである。 Such a support (support pattern) S can be designed, for example, by applying Archimedes' spiral. The continuous function that is the basis of the design is shown below in parametric notation, and the specific design method is, for example, as shown in Figure 20.
Xt=t・cos(t)
Yt=t・sin(t)
Zt=t
Xt = t cos(t)
Yt = t sin(t)
Zt = t
次に、図21(a)及び(b)に示すモデルMは、例えば真円形状をなす蓋体で、図2に示すものと同様、円筒状部76と、この円筒状部81の上端部内周面に一体に設けられた円板状部77とを備えている。
Next, model M shown in Figures 21(a) and (b) is, for example, a circular lid, and like the one shown in Figure 2, has a
そして、このモデルMの一部を構成する円板状部77は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図21(c)及び(d)並びに図22に示すサポートSによる支持が必要な支持必要部MOである。
The disk-shaped
この図21(c)及び(d)並びに図22に示すサポートSは、図6等に示すものと同様、内側筒状部(筒状部)81と、最も外側に位置する外側筒状部82と、内側筒状部81から外側へ放射状に延在して両筒状部81,82を連結する板状の複数の連結部(延在部)83とを有している。
The support S shown in Figs. 21(c) and (d) and Fig. 22, like that shown in Fig. 6 etc., has an inner cylindrical portion (cylindrical portion) 81, an outer
また、このサポートSは、内側筒状部81よりも内側に位置する複数、例えば2つの追加筒状部である径小筒状部86,87を有し、これら筒状部86,87は平面視十字状をなす連結部88を介して内側筒状部81に連結されている。
The support S also has multiple, for example two, small diameter
さらに、このサポートSは、各連結部83と交差するように内側筒状部81と外側筒状部82との間に位置する複数、例えば3つの中間筒状部91,92,93を有している。なお、このサポートSの各筒状部81,82,86,87,91,92,93は、いずれも円筒状であるが、当該筒状部は後述のとおり当該形状に限定されるものではない。
Furthermore, the support S has multiple, for example three, intermediate
次に、図23(a)及び(b)に示すモデルMは、例えば正方形状をなす蓋体で、4角筒状の筒状部96と、この筒状部96の上端部内周面に一体に設けられた正方形状の板状部97とを備えている。
Next, model M shown in Figures 23(a) and (b) is, for example, a square-shaped lid, and includes a rectangular
そして、このモデルMの一部を構成する板状部97は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図23(c)及び(d)並びに図24に示すサポートSによる支持が必要な支持必要部MOである。
The plate-
この図23(c)及び(d)並びに図24に示すサポートSは、図6等に示すものと同様、内側筒状部(筒状部)101と、最も外側に位置する外側筒状部102と、内側筒状部101から外側へ放射状に延在して両筒状部101,102を連結する板状の複数の連結部(延在部)103とを有している。
The support S shown in Figs. 23(c) and (d) and Fig. 24, like that shown in Fig. 6 etc., has an inner cylindrical portion (cylindrical portion) 101, an outer
また、このサポートSは、内側筒状部101よりも内側に位置する複数、すなわち例えば2つの追加筒状部104,105を有している。そして、追加筒状部104は、放射状に位置する複数の連結部108を介して内側筒状部101に連結されている。他方、追加筒状部105は、その追加筒状部104とは連結されておらず、その追加筒状部104の内側に別体として配置されている。
The support S also has multiple, for example two, additional
さらに、このサポートSは、各連結部103と交差するように内側筒状部101と外側筒状部102との間に位置する複数、例えば2つの中間筒状部106,107を有している。なお、このサポートSでは、追加筒状部104,105が3角筒状で、内側筒状部101が円筒状で、外側筒状部102及び中間筒状部106,107が4角筒状であるが、ここでも当該図示した形状には限定されず筒形状であれば任意である。
Furthermore, this support S has multiple, for example two, intermediate
次に、図25(a)及び(b)に示すモデルMは、例えば円形状をなす蓋体で、短い円柱状の柱状部111と、この柱状部111の上端部外周面に一体に設けられた円環状の板状部112とを備えている。
Next, model M shown in Figures 25(a) and (b) is, for example, a circular lid body, and includes a short cylindrical
そして、このモデルMの一部を構成する板状部(鍔部)112は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図25(c)及び(d)並びに図26に示すサポートSによる支持が必要な支持必要部MOである。
The plate-like portion (brim portion) 112 that constitutes part of this model M is a support-required portion MO that requires support by supports S shown in Figures 25(c) and (d) and Figure 26 so that it does not collapse under its own weight when modeling (during modeling) using the
この図25(c)及び(d)並びに図26に示すサポートSは、図6等に示すものと同様、内側筒状部(筒状部)116と、最も外側に位置する外側筒状部117と、内側筒状部116から外側へ放射状に延在して両筒状部116,117を連結する板状の複数の連結部(延在部)118とを有している。
The support S shown in Figs. 25(c) and (d) and Fig. 26, like that shown in Fig. 6 etc., has an inner cylindrical portion (cylindrical portion) 116, an outer
また、このサポートSは、内側筒状部116よりも内側に位置する1つの追加筒状部119を有しているが、この追加筒状部119は、内側筒状部116に連結されておらず、当該内側筒状部116とは別体のものである。そして、この追加筒状部119の内周面は、モデルMの柱状部111の外周面に対応する形状に形成されている。
The support S also has an additional
さらに、このサポートSは、各連結部118と交差するように内側筒状部116と外側筒状部117との間に位置する1つの中間筒状部120を有している。なお、このサポートSでは、各筒状部116,117,119,120はいずれも円筒状である。
Furthermore, this support S has one
次に、図27(a)及び(b)に示すモデルMは、例えば上面開口状の箱形状をなすグリーストラップ本体で、4角形状の有底筒状の筒状部121と、この筒状部121の上端部外周面に一体に設けられた4角環状の板状部(鍔部)122とを備えている。また、筒状部121の底板123には、略十字状の膨出部124が上方に向かって膨出状に形成されており、この膨出部124には取付部材である油水分離部材125の下端部が嵌合により取り付けられる。
Next, model M shown in Figures 27(a) and (b) is a grease trap main body that is, for example, box-shaped with an open top, and includes a rectangular, bottomed, cylindrical
そして、このモデルMの一部を構成する膨出部124及び板状部(鍔部)122は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図27及び図28に示す互いに別体の2つのサポートS(S1,S2)による支持が必要な支持必要部MOである。
The
また、サポートS1は、モデルMの膨出部124に対応する形状をなす板状の底部(土台)126と、この底部126の上面に立設された複数(例えば10以上)の筒状部127とを有している。さらに、サポートS2は、モデルMの板状部(鍔部)122に対応する形状をなす4角環状で板状の底部(土台)128と、この底部128の上面に立設された複数(例えば5以上)の筒状部129とを有している。つまり、各サポートS1,S2は、いずれも筒状部から放射状に延在する放射状の要素(延在部)を有しないサポート形状をなすものである。
Support S1 has a plate-shaped bottom (base) 126 that is shaped to correspond to the
次に、図29(a)及び(b)に示すモデルMは、例えばあざらし等の動物を模した部材(置物、ペット用宅墓等)で、円筒状部131と、この円筒状部131の上端側に一体に設けられたドーム形状の板状部132とを備えている。
Next, model M shown in Figures 29(a) and (b) is a component (ornament, pet grave, etc.) that imitates an animal such as a seal, and has a
そして、このモデルMの一部を構成する板状部132は、3Dプリンタ1による造形時(造形中)に自重で崩壊しないように、図29(c)ないし(e)並びに図30に示すサポートSによる支持が必要な支持必要部MOである。なお、図31には、これらモデルM及びサポートSからなる粗造形物W1を示す。
The plate-
このサポートSは、図6等に示すものと同様、内側筒状部(筒状部)136と、最も外側に位置する外側筒状部137と、内側筒状部136から外側へ放射状に延在して両筒状部136,137を連結する板状の複数の連結部(延在部)138とを有している。
This support S, like that shown in FIG. 6, has an inner cylindrical portion (cylindrical portion) 136, an outer
また、このサポートSは、内側筒状部136よりも内側に位置する追加筒状部139と、この追加筒状部139よりも内側に位置する丸棒状の中心軸部である棒状部(例えば円筒状や角筒状をなす筒状部等でもよい)140とを有している。なお、このサポートSでは、各筒状部136,137,139はいずれも円筒状である。また、このサポートSの上面部の形状は、モデルMの板状部132に対応したドーム形状である。
This support S also has an additional
次に、図32に示すモデルMは、アンダーカット形状のもので、このモデルMの支持必要部MOがサポートSにて支持されて造形される。そして、このような場合も、本実施形態に係る造形物製造方法によれば、造形後に粗造形物W1からサポートSを容易に除去できるが、この除去の際にサポートSの一部を破壊する必要がある。それゆえ、その除去後のサポートSは、上述したものとは異なり、置き駒としての再利用ができない。 Next, model M shown in FIG. 32 has an undercut shape, and the part MO of model M that requires support is supported by supports S when it is molded. Even in such a case, according to the molded object manufacturing method of this embodiment, the supports S can be easily removed from the rough molded object W1 after molding, but this removal requires that part of the supports S be destroyed. Therefore, unlike the support S described above, the removed supports S cannot be reused as placement pieces.
なお、上述した種々の造形物(モデル)を製造(造形)するための造形物製造装置である熱溶解積層方式の3Dプリンタは、例えばノズル径φが10mm以上のペレット式の大型3Dプリンタでもよく、この大型3Dプリンタでは、専用のフィラメント樹脂ではなく、安価に取得可能な一般的なペレット状の熱可塑性樹脂(リサイクルペレット材等でもよい)を造形材料として利用することが可能である。 The fused deposition model 3D printer, which is a modeling device for producing (shaping) the various models described above, may be a large pellet-type 3D printer with a nozzle diameter φ of 10 mm or more, for example. This large 3D printer can use inexpensively obtained general pellet-shaped thermoplastic resin (recycled pellet material, etc.) as the modeling material, rather than a dedicated filament resin.
また、造形物製造装置は、熱溶解積層方式の3Dプリンタには限定されず、例えば光造形方式(DLP方式やSLA方式)の3Dプリンタ等でもよい。 The object manufacturing device is not limited to a fused deposition model 3D printer, but may be, for example, a stereolithography (DLP or SLA) 3D printer.
さらに、造形物製造装置を使用して造形する3次元の造形物は、上述したものには限定されず、例えば筐体、継手、桝等でもよく、造形物の種類、形状や大きさ等は任意である。 Furthermore, the three-dimensional objects produced using the object production device are not limited to those described above, but may be, for example, housings, joints, boxes, etc., and the type, shape, size, etc. of the object are arbitrary.
また、造形物製造装置は、造形材料を吐出するノズルを有する造形ヘッド(吐出手段)がX軸方向及びZ軸方向に移動可能でかつ造形テーブルがY軸方向に移動可能な構成には限定されず、造形ヘッドが造形テーブルに対して相対的に少なくとも3次元に移動可能な構成であればよく、例えば造形ヘッドがX軸方向及びY軸方向に移動可能でかつ造形テーブルがZ軸方向に移動可能な構成や、例えば造形ヘッドがロボットアーム(例えば6軸のロボットのロボットアームが好ましい)の先端部に設けられて、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の3方向を含む任意の方向に移動可能な構成等でもよい。 Furthermore, the object manufacturing device is not limited to a configuration in which a modeling head (discharge means) having a nozzle for discharging modeling material is movable in the X-axis direction and the Z-axis direction and the modeling table is movable in the Y-axis direction, but may be configured so that the modeling head is movable in at least three dimensions relative to the modeling table, for example, a configuration in which the modeling head is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction and the modeling table is movable in the Z-axis direction, or a configuration in which the modeling head is attached to the tip of a robot arm (for example, the robot arm of a six-axis robot is preferable) and can be moved in any direction including the three directions of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.
また、造形工程における所定の隙間の寸法は、自重に基づく樹脂ダレ(造形材料のダレ)が最小限で、かつ、モデルの支持必要部の下面と当該支持必要部を支持するサポートの上面とが互いに強固に一体化(癒着)しない程度のクリアランス(僅かな隙間高さ寸法)であればよい。 The dimensions of the specified gap during the modeling process should be such that resin dripping (dripping of modeling material) due to its own weight is minimized, and the bottom surface of the part of the model that needs support and the top surface of the support that supports the part that needs support are not firmly integrated (adhered) to each other (slight gap height dimension).
さらに、造形工程における粗造形物のサポートは、例えば外側筒状部を有しない構成、追加筒状部を有しない構成、放射状の延在部を有しない構成等でもよい。 Furthermore, the support for the rough object in the molding process may be, for example, a configuration that does not have an outer cylindrical portion, a configuration that does not have an additional cylindrical portion, a configuration that does not have a radial extension portion, etc.
また、サポートの内側筒状部よりも内側に位置する追加筒状部は、内側筒状部と連結した構成(一体の構成)及び連結しない構成(別体の構成)のいずれでもよく、また、その追加筒状部の数や形状等も任意である。 The additional cylindrical portion located inside the inner cylindrical portion of the support may be either connected to the inner cylindrical portion (integral configuration) or not connected to the inner cylindrical portion (separate configuration), and the number and shape of the additional cylindrical portions are also optional.
1 造形物製造装置である熱溶解積層方式の3Dプリンタ
11 ノズル
20 所定の隙間
31,81,101,116,136 筒状部である内側筒状部
32,82,102,117,137 外側筒状部
33,83,103,118,138 延在部である連結部
36,37,86,87,104,105,119,139 追加筒状部
51,63,68,75 螺旋状部
126,128 底部
127,129 筒状部
H 所定の隙間の寸法(隙間高さ寸法)
φ ノズルの開口直径(ノズル径)
W 造形物
W1 粗造形物
M モデル
MO 支持必要部(オーバーハング部)
S サポート
1 Fused deposition modeling 3D printer as a
φ Nozzle opening diameter (nozzle diameter)
W Model W1 Rough model M Model MO Part requiring support (overhanging part)
S Support
Claims (10)
前記造形物となるモデルと、このモデルの支持必要部を支持するサポートとを有する粗造形物を造形する造形工程と、
前記造形工程後に前記モデルと前記サポートとを分離することにより、前記粗造形物から前記サポートを除去する除去工程とを備え、
前記造形工程において、前記サポートの上面に接触する前記モデルの前記支持必要部を造形する際には、既に造形された造形中の前記モデルの上面に造形材料を吐出する時よりも前記ノズルの前記吐出口と前記サポートの上面との距離を所定の隙間だけ余分に形成し、吐出後に硬化する造形材料の自重による変形によって、前記サポートの上面と前記モデルの前記支持必要部の下面とを接触させて造形を行う
ことを特徴とする造形物製造方法。 A method for manufacturing a three-dimensional object using a fused deposition modeling 3D printer having a nozzle that discharges a modeling material melted by heat from a discharge port, comprising:
a modeling step of forming a rough object having a model to be the object and supports for supporting portions of the model that require support;
a removing step of removing the support from the rough object by separating the model and the support after the modeling step,
In the modeling process, when modeling the support-requiring portion of the model that contacts the upper surface of the support, a distance between the discharge port of the nozzle and the upper surface of the support is formed by a predetermined gap larger than when the modeling material is discharged onto the upper surface of the model that has already been modeled, and the upper surface of the support is brought into contact with the lower surface of the support-requiring portion of the model by deformation due to the weight of the modeling material that hardens after being discharged.
A method for manufacturing a shaped object, comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の造形物製造方法。 2. The method for manufacturing a molded object according to claim 1, wherein, when a dimension of the predetermined gap in the molding process is H and an opening diameter of an outlet of a nozzle in a fused deposition modeling 3D printer is φ, φ/2≦H≦φ is satisfied.
筒状部と、
前記筒状部から放射状に延在する複数の延在部とを有する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の造形物製造方法。 The support for the rough model in the modeling process is
A cylindrical portion;
The method for manufacturing a molded object according to claim 1 or 2, further comprising: a plurality of extending portions extending radially from the cylindrical portion.
内側筒状部及び外側筒状部と、
前記内側筒状部と前記外側筒状部とを連結する連結部とを有する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の造形物製造方法。 The support for the rough model in the modeling process is
an inner tubular portion and an outer tubular portion;
The method for manufacturing a molded object according to claim 1 or 2, further comprising a connecting portion that connects the inner cylindrical portion and the outer cylindrical portion.
ことを特徴とする請求項3記載の造形物製造方法。 The method for manufacturing a molded object according to claim 3 , wherein the support for the rough molded object in the molding step has an additional cylindrical portion located inside the cylindrical portion.
ことを特徴とする請求項3記載の造形物製造方法。 The method for manufacturing a molded object according to claim 3 , wherein the cylindrical portion forms a closed curve.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の造形物製造方法。 The method for manufacturing a molded object according to claim 1 or 2, wherein a support for the rough molded object in the molding step has a plate-shaped spiral portion.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の造形物製造方法。 The method for manufacturing a molded object according to claim 1 or 2, wherein a support for the rough molded object in the molding step has a cylindrical portion.
底部と、
前記底部に立設された複数の筒状部とを有する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の造形物製造方法。 The support for the rough model in the modeling process is
The bottom and
The method for manufacturing a shaped object according to claim 1 or 2, further comprising: a plurality of cylindrical portions provided upright on the bottom portion.
ことを特徴とする請求項1又は2記載の造形物製造方法。 3. The method for manufacturing a molded object according to claim 1, wherein the supports removed in the removing step can be reused as support members for supporting portions of the model that require support when the same molded object is manufactured.
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