JPH06210999A - Forming method of three-dimensional shape - Google Patents

Forming method of three-dimensional shape

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JPH06210999A
JPH06210999A JP3724593A JP3724593A JPH06210999A JP H06210999 A JPH06210999 A JP H06210999A JP 3724593 A JP3724593 A JP 3724593A JP 3724593 A JP3724593 A JP 3724593A JP H06210999 A JPH06210999 A JP H06210999A
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Abstract

PURPOSE:To form three-dimensional shape in an epoch-making manner at a low cost by a method wherein ink is discharged selectively onto and solidified on a shaped workpiece set in a shape-forming space which is kept at a temperature of the point of solidification of the ink or below. CONSTITUTION:A three-dimensionally shaped substance is formed by repeating an operation of discharging ink selectively onto and solidifying it on a shaped workpiece set on a support, with a nozzle or the support moved in parallel, in a shape-forming space kept at the temperature of the point of solidification of the ink. Concretely, a device for forming the three-dimensionally shaped substance is held in a heat-insulating structure case 1, the shape-forming space 2 kept at the temperature of the freezing point or below is provided, and a main scanning moving rail 3 which can make the nozzle 5 operate along it is disposed. Besides, subordinate scanning moving rails 4a and 4b along which the main scanning moving rail 3 can operate are fixed on the wall surfaces of the heat-insulating structure case 1 being opposite to each other.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ内部に構築
した3次元モデルやCTスキャナより出力されるボクセ
ルデータにもとずき、試作モデルやマスタモデルに利用
できる立体形状物を造形する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for modeling a three-dimensional object which can be used as a prototype model or a master model based on voxel data output from a three-dimensional model built in a computer or a CT scanner.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の立体形状造形法として光造形法が
ある。これは紫外線硬化樹脂の液面を、液面に沿って自
在にXY移動できる紫外線レーザ装置により、レーザを
選択的に照射して液面表層の樹脂を硬化させ水平スライ
スを形成したあと、スライス厚だけ造形途中物を昇降さ
す、という工程を繰り返すものである。
2. Description of the Related Art A stereolithography method is known as a conventional three-dimensional shaping method. This is because the UV laser device that can move the liquid surface of the UV curable resin freely in XY along the liquid surface selectively irradiates the laser to cure the resin on the surface layer of the liquid surface to form horizontal slices, and then the slice thickness. Only the process of raising and lowering the intermediate molding object is repeated.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記方法は連続自動運
転性という点で刮目すべき成果を示したが、紫外線レー
ザが高価で寿命が短いため装置自体および運転費用が高
コストである、紫外線硬化樹脂が有害で取り扱いにく
い、紫外線硬化樹脂が硬化のさい収縮するので残留応力
が残り精度が出しにくい、断面を肉厚に造形しようとす
れば面積に比例した膨大な時間が必要になる、などの問
題点を有する。
The above-mentioned method has achieved remarkable results in terms of continuous automatic drivability, but the ultraviolet ray laser is expensive and has a short life, so that the apparatus itself and the operating cost are high. The resin is harmful and difficult to handle, the residual stress remains because it is difficult to obtain accuracy because the ultraviolet curing resin shrinks during curing, and a huge amount of time proportional to the area is required when modeling a cross section with a thick wall. I have a problem.

【0004】[0004]

【発明の構成】氷点以下の温度に維持した造形空間にお
いて、支持台に定置した造形途中物に対し、ノズルもし
くは支持台を平行に移動させながら水滴を選択的に吐出
し、付着した水滴を凍結さす作業を繰り返し、造形途中
物と強固に一体化したスライスを形成したあと、支持台
とノズルの間隔をスライス厚だけ開ける、という工程を
繰り返すことにより、造形途中物を成長させていく方法
である。
According to the present invention, in a molding space maintained at a temperature below the freezing point, water droplets are selectively discharged to a molding intermediate object placed on a supporting table while the nozzle or the supporting table is moved in parallel to freeze the adhered water droplets. This is a method of growing a modeling intermediate by repeating the process of repeating the process of forming a slice that is firmly integrated with the modeling intermediate and then opening the distance between the support and the nozzle by the slice thickness. .

【0005】氷は薄肉であっても氷点以下の温度環境で
ハンドリングするかぎり十分な強度があり、しかも水滴
の粘性が低く付着した造形途中物と完全に密着して凍結
するので、内部に気泡のない精度および強度に優れた立
体形状物を作成することができる。
Even if the ice is thin, it has sufficient strength as long as it can be handled in a temperature environment below the freezing point, and since the viscosity of the water droplets is low, it freezes in close contact with the adhering molding intermediate product and freezes inside. It is possible to create a three-dimensional object excellent in accuracy and strength.

【0006】氷点以下の温度の造形空間で稼働するノズ
ルの凍結による目詰まりを防止するためには、ノズルを
ヒーター等で加熱しその周囲を断熱材で覆う構造とし温
水を吐出するようにすればよい。このとき付着した水滴
はその保有する熱容量により、造形途中物の表層を深さ
方向に液体から固体へ傾斜性をもって変化せしめるの
で、結果的に付着した水滴と造形途中物との完全に一体
化した同時的再凍結をもたらすことになり、付着水滴と
造形途中物との結合強度を高めるうえで非常に効果的で
ある。
In order to prevent clogging caused by freezing of a nozzle operating in a molding space having a temperature below the freezing point, it is necessary to heat the nozzle with a heater or the like and cover the periphery with a heat insulating material so that hot water is discharged. Good. At this time, the attached water droplets cause the surface layer of the intermediate molding object to change from liquid to solid in the depth direction with an inclination due to the heat capacity of the water droplets, and as a result, the adhered water droplets and the intermediate molding object are completely integrated. This results in simultaneous refreezing, which is very effective in increasing the bond strength between the adhered water droplets and the molding intermediate.

【0007】造形空間を氷点以下の温度に維持する方法
としては、冷媒の圧縮・揮発サイクルよりなる電気冷蔵
庫方式が好ましいが、簡便にはドライアイスなどの氷点
以下の温度で揮発する冷却物質を該空間内に配置する方
法であってもよい。同時に造形途中物やノズル動作機構
・支持台昇降機構などのメカニカルな装置に霜や氷がこ
びりつかないように、除湿装置・霜取り装置が併設され
ること、および冷却エネルギーを節約するために造形空
間が断熱構造になっている必要があることはいうまでも
ない。造形空間の温度は原理的には氷点以下であればよ
い訳であるが、あまり低いと最初の吐出温度および水滴
粒径にもよるが水滴が造形途中物と密着する前に氷化し
てしまうので好ましくない。これを考慮すると温度は0
〜マイナス30℃程度が適当である。
As a method of maintaining the temperature below the freezing point in the modeling space, an electric refrigerator system comprising a compression / volatilization cycle of a refrigerant is preferable, but simply a cooling substance such as dry ice that volatilizes at a temperature below the freezing point is used. It may be arranged in the space. At the same time, a dehumidifying device and defrosting device are installed side by side to prevent mechanical frost and ice from sticking to mechanical devices such as intermediate molding objects, nozzle operation mechanism and support platform lifting mechanism, and the molding space is saved to save cooling energy. It goes without saying that it must have a heat insulating structure. In principle, the temperature of the molding space should be below the freezing point, but if it is too low, the water droplets will freeze before they come into close contact with the intermediate molding object, depending on the initial discharge temperature and the droplet size. Not preferable. Considering this, the temperature is 0
A temperature of about -30 ° C is suitable.

【0008】本発明が何らの溶解物質・分散物質を含ま
ない水という理想的なインクを用いることからノズルの
目詰まりの問題がなく、ノズルの開口断面積を小さくす
ることに関してインク調製面からの制約はない。なお場
合によれば水滴を直接染料・酸性染料等の水との相溶性
に優れた水溶性染料で着色し、複数のノズルで色を使い
分けることにより、任意の図柄に表面が着色された立体
形状物を容易に作成することができる。
Since the present invention uses the ideal ink of water that does not contain any dissolved or dispersed substance, there is no problem of nozzle clogging and it is possible to reduce the opening cross-sectional area of the nozzle from the aspect of ink preparation. There are no restrictions. In some cases, water drops are colored with water-soluble dyes such as direct dyes and acid dyes, which have excellent compatibility with water, and by using different colors with multiple nozzles, the surface is colored in any pattern. You can easily create things.

【0009】吐出方式に関しては、ノズルあたりの応答
周波数は低いがマルチノズル化により高速化が可能な
点、装置に組み込むとき構造が簡単化できる点からオン
デマンド型が好ましく、ピエゾ駆動方式・バブルジェッ
ト方式等のインクジェットプリンタで通常用いられる任
意の方式が選択可能である。その応答周波数はピエゾ駆
動方式で3,000〜10,000、バブルジェット方
式で40,000〜50,000程度である。
Regarding the discharge method, the on-demand type is preferable because the response frequency per nozzle is low, but the speed can be increased by using multiple nozzles, and the structure can be simplified when incorporated in the apparatus. Any method such as a method usually used in an inkjet printer can be selected. The response frequency is about 3,000 to 10,000 in the piezo drive system, and about 40,000 to 50,000 in the bubble jet system.

【0010】ノズルはインクジェットプリンタにおける
ように平面を主走査・副走査の手順、いわゆるラスタ走
査で掃引していく方式をとるので、造形速度は断面形状
や断面の詰まり具合に関係なくもっぱら掃引面積速度に
依存する。このため光造形法におけるように、肉厚の断
面をもつケースについて、外郭のみ造形し内実は全体を
造形する代わりにハニカム構造のみを造形して外郭を補
強する、というソフトウエア的に負担の大きい工夫をす
る必要がない。
As in the case of an ink jet printer, the nozzle sweeps a plane in a main scanning / sub-scanning procedure, so-called raster scanning. Therefore, the shaping speed is mainly the sweep area velocity regardless of the cross-sectional shape or the cross-section clogging. Depends on. For this reason, as in the case of the optical molding method, in the case of a case having a thick cross section, only the outer shell is molded, and instead of molding the entire solid, only the honeycomb structure is molded to reinforce the outer shell, which is a heavy burden on software. There is no need to devise.

【0011】試みに、一辺0,03mmの方形開口部を
もち応答周波数50,000の32個のノズルを有する
バブルジェット方式プリンタヘッドを用いた、300m
m×300mmの造形平面の場合の掃引面積速度を計算
する。0.96mm(32×0.03mm)の幅で毎秒
1,500mm(0.03mm×50,000)動作可
能なので、300mm主走査方向へ動作するのに0.2
秒(300mm/1,500mm)要し、副走査方向へ
のノズル転換時間が無視できるとすると、副走査方向へ
300mm動作するのに62秒((300mm/0.9
6mm)×0.2)要する。ノズルより吐出された水滴
は体積膨張がないとすれば、平均化されてそのままの形
状・体積で凍結すると仮定することができ、結局300
mm×300mmの造形平面を300mm成長さすのに
620,000秒((300mm/0.03mm)×6
2抄)、すなわち172時間要することになる。
In an experiment, a bubble jet printer head having 32 nozzles having a square opening with a side of 0.03 mm and a response frequency of 50,000 was used.
Calculate the sweep area velocity for a m x 300 mm build plane. Since a width of 0.96 mm (32 x 0.03 mm) can operate at 1,500 mm (0.03 mm x 50,000) per second, it is possible to move 0.2 mm to operate in the main scanning direction of 300 mm.
If the nozzle switching time in the sub-scanning direction is negligible, it takes 62 seconds ((300 mm / 0.9 mm) to operate 300 mm in the sub-scanning direction.
6 mm) × 0.2) required. If there is no volume expansion of the water droplets discharged from the nozzle, it can be assumed that the water droplets are averaged and frozen in the same shape and volume.
620,000 seconds ((300 mm / 0.03 mm) x 6 for growing a 300 mm x 300 mm modeling plane by 300 mm
2 papers), that is, 172 hours.

【0012】この計算手順から分かるように造形速度
は、ノズル口径の3乗に比例し応答周波数の1乗に比例
するので、前記試算において、ノズルの一辺が3倍の
0.09mm、応答周波数が5分の1の10,000の
ピエゾ駆動方式を想定すると、必要時間は31時間(1
72時間×5/(3×3×3))となる。
As can be seen from this calculation procedure, the molding speed is proportional to the cube of the nozzle diameter and proportional to the response frequency to the first power. Therefore, in the above calculation, one side of the nozzle is tripled 0.09 mm, and the response frequency is Assuming a piezo drive system of 1/5 of 10,000, the required time is 31 hours (1
72 hours x 5 / (3 x 3 x 3)).

【0013】光造形法による紫外線硬化樹脂の立体造形
の場合、スライス毎の積層段差は避けられないものとさ
れ、それを小さくするためにボクセルデータ作成時間お
よび設備稼働時間はかかってもスライス厚を薄くするこ
とや、事後研磨作業を行ったりしているが、本発明によ
れば完成した立体形状物をそのままの姿勢で暫時氷点以
上の環境に放置する方法や、より精度よく仕上げるには
90°横に寝かせ氷点以上の環境で暫時水平軸で回転さ
す方法等により、段差凸部のほうが凹部より外気から比
較的多く熱伝導をうけることから溶解速度が早く、段差
凸部から溶解した水が近接する凹部に拡がるので、再凍
結さすことにより簡単に立体形状物表面を滑らかにする
ことができる。より簡便には手で撫でる方法でもよい。
このことを利用すれば粗いボクセルデータであっても積
層段差のないスムーズな表面の立体形状物を容易に作成
することができるので便利である。
In the case of the three-dimensional molding of the ultraviolet curable resin by the stereolithography method, it is considered that the stacking step for each slice is unavoidable, and in order to reduce it, the slice thickness is reduced even though it takes voxel data preparation time and equipment operation time. Although thinning and post-polishing work are performed, according to the present invention, a method of leaving a completed three-dimensional object in the same posture for a while in an environment above the freezing point or 90 ° for more accurate finishing By laying it sideways and rotating it on the horizontal axis for a while in an environment above the freezing point, the convex portion of the step receives relatively more heat from the outside air than the concave portion, so the dissolution speed is faster, and the water dissolved from the convex portion of the step is closer. The surface of the three-dimensional object can be easily smoothed by refreezing. More simply, a method of stroking by hand may be used.
Utilizing this is convenient because it is possible to easily create a three-dimensional object having a smooth surface without stacking steps even with rough voxel data.

【0014】[0014]

【実施例】第1図は本発明を実施するための概念断面図
の1例である。1は装置を収める断熱構造ケース、2は
氷点以下の温度に維持される造形空間、3はノズル5が
それに沿って主走査方向に動作できる主走査移動レー
ル、4aおよび4bは断熱構造ケース1の向かい合う壁
面上部に固定され、主走査移動レール3がそれに沿って
動作できる副走査移動レール、5は水滴を吐出するノズ
ル、6は造形途中物を定置する支持台、7はスライス厚
単位に支持台6を昇降できる支持台昇降軸、8は造形途
中物、9は造形途中物8に付着した水滴である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an example of a conceptual sectional view for carrying out the present invention. Reference numeral 1 is a heat insulating structure case for housing the apparatus, 2 is a modeling space which is maintained at a temperature below freezing point, 3 is a main scanning moving rail along which a nozzle 5 can move in the main scanning direction, 4a and 4b are heat insulating structure case 1 A sub-scanning moving rail fixed to the upper part of the facing wall surface, along which the main-scanning moving rail 3 can move, 5 is a nozzle for ejecting water droplets, 6 is a support for placing a modeling intermediate, and 7 is a support for each slice thickness unit. A support stand elevating shaft capable of ascending and descending 6, an intermediate molding object 8, and a water droplet 9 attached to the intermediate molding object 8.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明により精度・強度に非常に優れる
とともに、装置費用が従来装置に比べ1桁以上低コスト
化が可能で、運転費用がほとんど冷却エネルギー費用の
みの、画期的な立体形状の造形法が可能となる。本発明
による立体形状物は、そのままで試作モデルとしてデザ
イン評価の実用に供することができるとともに、保存・
輸送についても冷却ケースを使用することにより対応で
きる。また必要に応じ、マスタモデルに用いてシリコン
ゴム・石膏・粘土等により雌型を作成し、容易に各種の
金属・樹脂素材に転写して工業生産につなげることがで
きる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the precision and strength are extremely excellent, the equipment cost can be reduced by one digit or more compared with the conventional equipment, and the operating cost is almost only the cooling energy cost. The modeling method of becomes possible. The three-dimensional object according to the present invention can be used as a prototype model as it is for practical use in design evaluation, and can be stored and stored.
Transport can also be handled by using a cooling case. In addition, if necessary, a female mold can be created using silicon rubber, gypsum, clay, etc. for the master model, and easily transferred to various metal / resin materials for industrial production.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を実施するための概念断面図の1例であ
る。
FIG. 1 is an example of a conceptual cross-sectional view for carrying out the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:断熱構造ケース 2:造形空間 3:主走査移動レール 4a:副走査移動レール 4b:副走査移動レール 5:ノズル 6:支持台 7:支持台昇降軸 8:造形途中物 9:水滴 1: Heat insulation structure case 2: Modeling space 3: Main scanning moving rail 4a: Sub scanning moving rail 4b: Sub scanning moving rail 5: Nozzle 6: Support stand 7: Support stand lifting shaft 8: Modeling intermediate product 9: Water droplet

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年1月25日[Submission date] January 25, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【書類名】 明細書[Document name] Statement

【発明の名称】立体形状造形法[Title of Invention] Three-dimensional shape forming method

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はコンピュータ内部に構築
した3次元モデルやCTスキャナより出力されるボクセ
ルデータにもとずき、試作モデルやマスタモデルに利用
できる立体形状物を造形する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for modeling a three-dimensional object which can be used as a prototype model or a master model based on voxel data output from a three-dimensional model built in a computer or a CT scanner.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の立体形状造形法として光造形法が
ある。これは紫外線硬化樹脂の液面を、液面に沿って自
在にXY移動できる紫外線レーザ装置により、レーサを
選択的に照射して液面表層の樹脂を硬化させ水平スライ
スを形成したあと、スライス厚だけ造形途中物を昇降さ
す、という工程を繰り返すものである。
2. Description of the Related Art A stereolithography method is known as a conventional three-dimensional shaping method. This is because the UV laser device that can freely move the liquid surface of the UV curable resin along the liquid surface in the XY direction is used to selectively irradiate the laser to cure the resin on the surface of the liquid surface to form horizontal slices. Only the process of raising and lowering the intermediate molding object is repeated.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前記方法は連続自動運
転性という点で刮目すべき成果を示したが、紫外線レー
ザが高価で寿命が短いため装置自体および運転費用が高
コストである、紫外線硬化樹脂が有害で取り扱いにく
い、紫外線硬化樹脂が硬化のさい収縮するので残留応力
が残り精度が出しにくい、断面を肉厚に造形しようとす
れば面積に比例した膨大な時間が必要になる、などの問
題点を有する。
The above-mentioned method has achieved remarkable results in terms of continuous automatic drivability, but the ultraviolet ray laser is expensive and has a short life, so that the apparatus itself and the operating cost are high. The resin is harmful and difficult to handle, the residual stress remains because it is difficult to obtain accuracy because the ultraviolet curing resin shrinks during curing, and a huge amount of time proportional to the area is required when modeling a cross section with a thick wall. I have a problem.

【0004】[0004]

【発明の構成】インクの凝固点以下の温度に維持した造
形空間において、支持台に定置した造形途中物に対し、
ノズルもしくは支持台を平行に移動させながらインクを
選択的に吐出し、付着したインクを凝固さす作業を繰り
返し、造形途中物と強固に一体化したスライスを形成し
たあと、支持台とノズルの間隔をスライス厚だけ開け
る、という工程を繰り返すことにより、造形途中物を成
長させていく方法である。
According to the present invention, in the modeling space maintained at a temperature below the freezing point of the ink, the intermediate modeling object placed on the support is
The nozzle or support base is moved in parallel while the ink is selectively ejected, and the work of solidifying the adhered ink is repeated to form a slice that is firmly integrated with the intermediate molding object. This is a method of growing a modeling intermediate by repeating the process of opening the slice thickness.

【0005】以下、水を主成分としたインクを前提とし
て説明する。水が凝固すなわち凍結した氷は薄肉であっ
ても氷点以下の温度環境でハンドリングするかぎり十分
な強度があり、しかも水滴の粘性が低く付着した造形途
中物と完全に密着して凍結するので、内部に気泡のない
精度および強度に優れた立体形状物を作成することがで
きる。ちなみに氷の硬度は0℃で1.5、−30℃で3
(方解石)〜4(蛍石)である。
Hereinafter, description will be made on the premise of an ink containing water as a main component. Even if water is solidified, that is frozen, even if it is thin, it has sufficient strength as long as it can be handled in a temperature environment below the freezing point. It is possible to create a three-dimensional object having no bubbles and excellent in accuracy and strength. By the way, the hardness of ice is 1.5 at 0 ℃ and 3 at -30 ℃.
(Calcite) to 4 (fluorite).

【0006】氷点以下の温度の造形空間で稼働するノズ
ルの凍結による目詰まりを防止するためには、ノズルを
ヒーター等で加熱しその周囲を断熱材で覆う構造とし温
水もしくは熱水を吐出するようにすればよい。このとき
付着した水滴はその保有する熱容量により、造形途中物
の表層を深さ方向に液体から固体へ傾斜性をもって変化
せしめるので、結果的に付着した水滴と造形途中物との
完全に一体化した同時的再凍結をもたらすことになり、
付着水滴と造形途中物との結合強度を高めるうえで非常
に効果的である。
In order to prevent clogging due to freezing of a nozzle operating in a molding space having a temperature below the freezing point, the nozzle is heated by a heater or the like, and its surroundings are covered with a heat insulating material so that hot water or hot water is discharged. You can do this. At this time, the attached water droplets cause the surface layer of the intermediate molding object to change from liquid to solid in the depth direction with an inclination due to the heat capacity of the water droplets, and as a result, the adhered water droplets and the intermediate molding object are completely integrated. Will result in simultaneous refreezing,
It is very effective in increasing the bond strength between the adhered water droplets and the intermediate product.

【0007】造形空間を氷点以下の温度に維持する方法
としては、冷媒の圧縮・気化サイクルよりなる電気冷蔵
庫方式が好ましいが、簡便には固体から直接気化し無湿
で物体を冷却でき、単位重量あたりの潜熱が大きいドラ
イアイス(昇華点−78.50℃)を該空間内に配置す
る方法であってもよい。なお冷却エネルギーを節約する
ために造形空間が断熱構造になっている必要があること
はいうまでもない。また必要に応じ造形途中物やノズル
動作機構・支持台昇降機構などのメカニカルな装置に霜
がこびりつかないように除湿装置を設けてもよい。造形
空間の温度は原理的には氷点以下であればよい訳である
が、あまり低いと最初の吐出温度および水滴粒径にもよ
るが水滴が造形途中物と密着する前に氷化してしまうの
で好ましくない。
As a method for maintaining the temperature below the freezing point in the molding space, an electric refrigerator system comprising a refrigerant compression / vaporization cycle is preferable, but it is possible to directly vaporize the solid directly and cool the object without humidity. Alternatively, dry ice (sublimation point −78.50 ° C.) having a large latent heat may be arranged in the space. Needless to say, the modeling space needs to have a heat insulating structure in order to save cooling energy. Further, if necessary, a dehumidifying device may be provided to prevent mechanical frost from sticking to mechanical devices such as a molding intermediate product, a nozzle operating mechanism and a support platform elevating mechanism. In principle, the temperature of the molding space should be below the freezing point, but if it is too low, the water droplets will freeze before they come into close contact with the intermediate molding object, depending on the initial discharge temperature and the droplet size. Not preferable.

【0008】本発明が何らの溶解物質・分散物質を含ま
ない水という理想的なインクを用いることからノズルの
目詰まりの問題がなく、ノズルの開口断面積を小さくす
ることに関してインク調製面からの制約はない。なお場
合によれば水滴を直接染料・酸性染料等の水との相溶性
に優れた染料もしくは顔料分散で着色し、複数のノズル
で色を使い分けることにより、任意の図柄に表面が着色
された立体形状物を容易に作成することができる。
Since the present invention uses the ideal ink of water that does not contain any dissolved or dispersed substance, there is no problem of nozzle clogging and it is possible to reduce the opening cross-sectional area of the nozzle from the aspect of ink preparation. There are no restrictions. In some cases, water droplets are colored with a dye or pigment dispersion that has excellent compatibility with water, such as direct dyes and acid dyes, and by using different colors with multiple nozzles, the surface is colored in any pattern. A shaped object can be easily created.

【0009】吐出方式に関しては、ノズルあたりの応答
周波数は低いがマルチノズル化により高速化が可能な
点、装置に組み込むとき構造が簡単化できる点からオン
デマンド型が好ましく、ピエゾ駆動方式・バプルジェッ
ト方式等のインクジェットプリンタで通常用いられる任
意の方式が選択可能である。ちなみにその応答周波数は
3,000〜10,000である。
Regarding the discharge method, the on-demand type is preferable because the response frequency per nozzle is low, but the speed can be increased by using multiple nozzles, and the structure can be simplified when it is incorporated into the apparatus. Any method such as a method usually used in an inkjet printer can be selected. Incidentally, the response frequency is 3,000 to 10,000.

【0010】ノズルはインクジェットプリンタにおける
ように平面を主走査・副走査の手順、いわゆるラスタ走
査で掃引していく方式をとるので、造形速度は断面形状
や断面の詰まり具合に関係なくもっぱら掃引面積速度に
依存する。このため光造形法におけるように、肉厚の断
面をもつケースについて、外郭のみ造形し内実は全体を
造形する代わりにハニカム構造のみを造形して外郭を補
強する、というソフトウエア的に負担の大きい工夫をす
る必要がない。
As in the case of an ink jet printer, the nozzle sweeps a plane in a main scanning / sub-scanning procedure, so-called raster scanning. Therefore, the shaping speed is mainly the sweep area velocity regardless of the cross-sectional shape or the cross-section clogging. Depends on. For this reason, as in the case of the optical molding method, in the case of a case having a thick cross section, only the outer shell is molded, and instead of molding the entire solid, only the honeycomb structure is molded to reinforce the outer shell, which is a heavy burden on software. There is no need to devise.

【0011】試みに、一辺0,025mmの方形開口部
をもち応答周波数5,000の400個のマルチノズル
を有するバブルジェット方式プリンタヘッドを用いた、
300mm×300mm×300mmの造形空間の場合
の造形速度を計算する。ただしマルチノズルの各ノズル
開口は隙間なくつながっているものと仮定する。10m
m(400×0.025mm)の幅で毎秒125mm
(0.025mm×5,000)動作可能なので、30
0mm主走査方向へ動作するのに2.4秒(300mm
/125mm)要し、副走査方向へのノズル転換時間が
無視できるとすると、副走査方向へ300mm動作する
のに72抄((300mm/10mm)×2.4)要す
る。ノズルより吐出された水滴は体積膨張がないとすれ
ば、平均化されてそのままの形状・体積で凍結すると仮
定することができ、結局300mm×300mmの平面
を300mmの高さ成長さすのに864,000秒
((300mm/0.025mm)×72秒)、すなわ
ち240時間要することになる。上記計算において主走
査方向300mm全幅にわたってマルチノズル化(1
2,000個)可能とすると、その所要時間は0.02
5mmの1ラインが0.0002秒(1/5000)な
ので、副走査方向へ300mm動作するのに2.4秒
((300mm/0.025mm)×0.0002秒)
となり、300mmの高さに成長さすのに28,800
秒((300mm/0.025mm)×2.4秒)、す
なわち前ケースの30分の1の8時間要することにな
る。
In an attempt, a bubble jet printer head having 400 multi-nozzles having a square opening with a side of 0.025 mm and a response frequency of 5,000 was used.
The modeling speed in the case of a modeling space of 300 mm × 300 mm × 300 mm is calculated. However, it is assumed that the nozzle openings of the multi-nozzle are connected without a gap. 10m
125 mm per second with a width of m (400 x 0.025 mm)
(0.025mm x 5,000) Since it can operate, 30
It takes 2.4 seconds (300 mm to move in the 0 mm main scanning direction).
/ 125 mm), and if the nozzle switching time in the sub-scanning direction is negligible, it takes 72 sheets ((300 mm / 10 mm) × 2.4) to operate 300 mm in the sub-scanning direction. If the water droplets ejected from the nozzle have no volume expansion, it can be assumed that they are averaged and frozen in the same shape and volume. Eventually, a plane of 300 mm × 300 mm is grown to a height of 300 mm by 864, 000 seconds ((300 mm / 0.025 mm) × 72 seconds), that is, 240 hours are required. In the above calculation, a multi-nozzle (1
2,000 pieces), the required time is 0.02
One line of 5 mm is 0.0002 seconds (1/5000), so it takes 2.4 seconds to move 300 mm in the sub-scanning direction ((300 mm / 0.025 mm) x 0.0002 seconds).
28,800 to grow to a height of 300 mm
Seconds ((300 mm / 0.025 mm) × 2.4 seconds), that is, 1 / 30th of the previous case, is required for 8 hours.

【0012】上記計算手順から分かるように造形速度
は、ノズル口径の3乗に比例し、応答周波数およびノズ
ル実装個数の1乗に比例するので、前記試算において、
ノズルの一辺が4倍の0.1mmを想定すると、必要時
間は64分の1(1/(4×4×4))となる。
As can be seen from the above calculation procedure, the molding speed is proportional to the cube of the nozzle diameter, and is proportional to the response frequency and the cube of the number of mounted nozzles.
Assuming that one side of the nozzle is four times as large as 0.1 mm, the required time is 1/64 (1 / (4 × 4 × 4)).

【0013】光造形法による紫外線硬化樹脂の立体造形
の場合、スライス毎の積層段差は避けられないものとさ
れ、それを小さくするためにボクセルデータ作成時問お
よび設備稼働時間はかかってもスライス厚を薄くするこ
とや、事後研磨作業を行ったりしているが、本発明によ
れば完成した立体形状物をそのままの姿勢で暫時氷点以
上の環境に放置する方法や、より精度よく仕上げるには
90°横に寝かせ氷点以上の環境で暫時水平軸で回転さ
す方法等により、段差凸部のほうが凹部より外気から比
較的多く熱伝導をうけることから溶解速度が早く、段差
凸部から溶解した水が近接する凹部に拡がるので、再凍
結さすことにより簡単に立体形状物表面を滑らかにする
ことができる。より簡便には手で撫でる方法でもよい。
このことを利用すれば粗いボクセルデータであっても積
層段差のないスムーズな表面の立体形状物を容易に作成
することができるので便利である。
In the case of the three-dimensional molding of the UV curable resin by the stereolithography method, it is inevitable that the stacking step for each slice is unavoidable. However, according to the present invention, a method of leaving a completed three-dimensional object in the posture as it is for a while in an environment above the freezing point, or for more accurate finishing is 90 ° By laying it sideways and rotating it on the horizontal axis for a while in an environment above the freezing point, since the convex portion of the step receives relatively more heat from the outside air than the concave portion, the dissolution speed is faster, and the water dissolved from the convex portion of the step is The surface of the three-dimensional object can be easily smoothed by re-freezing because it spreads in the adjacent concave portion. More simply, a method of stroking by hand may be used.
Utilizing this is convenient because it is possible to easily create a three-dimensional object having a smooth surface without stacking steps even with rough voxel data.

【0014】[0014]

【実施例】第1図は本発明を実施するための概念断面図
の1例である。1は装置を収める断熱構造ケース、2は
氷点以下の温度に維持される造形空間、3はノズル5が
それに沿って主走査方向に動作できる主走査移動レー
ル、4aおよび4bは断熱構造ケース1の向かい合う壁
面上部に固定され、主走査移動レール3がそれに沿って
動作できる副走査移動レール、5は水滴を吐出するノズ
ル、6は造形途中物を定置する支持台、7はスライス厚
単位に支持台6を昇降できる支持台昇降軸、8は造形途
中物、9は造形途中物8に付着した水滴である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an example of a conceptual sectional view for carrying out the present invention. Reference numeral 1 is a heat insulating structure case for housing the apparatus, 2 is a modeling space which is maintained at a temperature below freezing point, 3 is a main scanning moving rail along which a nozzle 5 can move in the main scanning direction, 4a and 4b are heat insulating structure case 1 A sub-scanning moving rail fixed to the upper part of the facing wall surface, along which the main-scanning moving rail 3 can move, 5 is a nozzle for ejecting water droplets, 6 is a support for placing a modeling intermediate, and 7 is a support for each slice thickness unit. A support stand elevating shaft capable of ascending and descending 6, an intermediate molding object 8, and a water droplet 9 attached to the intermediate molding object 8.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明により精度・強度に非常に優れる
とともに、装置費用が従来装置に比べ1桁以上低コスト
化が可能で、運転費用がほとんど冷却エネルギー費用の
みの、画期的な立体形状の造形法が可能となる。本発明
による立体形状物は、そのままで試作モデルとしてデザ
イン評価の実用に供することができるとともに、保存・
輸送についても冷却ケースを使用することにより対応で
きる。また必要に応じ、マスタモデルに用いてシリコン
ゴム・石膏・粘土等により雌型を作成し、容易に各種の
金属・樹Hh素材に転写して工業生産につなげることが
できる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, the precision and strength are extremely excellent, the equipment cost can be reduced by one digit or more compared with the conventional equipment, and the operating cost is almost only the cooling energy cost. The modeling method of becomes possible. The three-dimensional object according to the present invention can be used as a prototype model as it is for practical use in design evaluation, and can be stored and stored.
Transport can also be handled by using a cooling case. In addition, if necessary, a female mold can be created using silicon rubber, gypsum, clay, etc. for the master model, and easily transferred to various metal / wood Hh materials for industrial production.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を実施するための概念断面図の1例であ
る。
FIG. 1 is an example of a conceptual cross-sectional view for carrying out the present invention.

【符号の説明】 1:断熱構造ケース 2:造形空間 3:主走査移動レール 4a:副走査移動レール 4b:副走査移動レール 5:ノズル 6:支持台 7:支持台昇降軸 8:造形途中物 9:水滴[Explanation of reference numerals] 1: Heat insulating structure case 2: Modeling space 3: Main scanning movement rail 4a: Sub scanning movement rail 4b: Sub scanning movement rail 5: Nozzle 6: Support stand 7: Support stand lift shaft 8: Modeling intermediate 9: Water drop

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】氷点以下の温度に維持した造形空間におい
て、支持台に定置した造形途中物に対し、ノズルもしく
は支持台を平行に移動させながら水滴を選択的に吐出
し、付着した水滴を凍結さす作業を繰り返すこと、を特
徴とする立体形状造形法。
1. In a modeling space maintained at a temperature below the freezing point, water droplets are selectively discharged to a molding intermediate object placed on a supporting table while moving a nozzle or the supporting table in parallel, and the adhering water droplets are frozen. A three-dimensional shape forming method characterized by repeating the work of shaving.
【請求項2】水滴が常温以上に加熱された温水であるこ
と、を特徴とする請求項1記載の立体形状造形法。
2. The three-dimensional modeling method according to claim 1, wherein the water droplets are hot water heated to room temperature or higher.
【請求項3】水滴が着色されていること、を特徴とする
請求項1および2記載の立体形状造形法。
3. The three-dimensional shaping method according to claim 1, wherein the water droplets are colored.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102941772A (en) * 2012-11-09 2013-02-27 沈阳建筑大学 Lower-mobility parallel mechanism with constraint chains
JP2015009328A (en) * 2013-06-28 2015-01-19 日本液炭株式会社 Nozzle for dry ice injection, and dry ice injection device

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JP2015009328A (en) * 2013-06-28 2015-01-19 日本液炭株式会社 Nozzle for dry ice injection, and dry ice injection device

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