JPWO2015151834A1 - 3D modeling equipment - Google Patents

3D modeling equipment Download PDF

Info

Publication number
JPWO2015151834A1
JPWO2015151834A1 JP2016511531A JP2016511531A JPWO2015151834A1 JP WO2015151834 A1 JPWO2015151834 A1 JP WO2015151834A1 JP 2016511531 A JP2016511531 A JP 2016511531A JP 2016511531 A JP2016511531 A JP 2016511531A JP WO2015151834 A1 JPWO2015151834 A1 JP WO2015151834A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder material
material layer
supply device
layer
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016511531A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6482006B2 (en
Inventor
利光 岡根
利光 岡根
聡 今村
聡 今村
梶野 智史
智史 梶野
好一 大場
好一 大場
陽介 加藤
陽介 加藤
幸吉 鈴木
幸吉 鈴木
勇哉 大長
勇哉 大長
宮野 英昭
英昭 宮野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CMET Inc
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
CMET Inc
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CMET Inc, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical CMET Inc
Publication of JPWO2015151834A1 publication Critical patent/JPWO2015151834A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6482006B2 publication Critical patent/JP6482006B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10Formation of a green body
    • B22F10/14Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22Driving means
    • B22F12/222Driving means for motion along a direction orthogonal to the plane of a layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22Driving means
    • B22F12/224Driving means for motion along a direction within the plane of a layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22Driving means
    • B22F12/226Driving means for rotary motion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53Nozzles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Abstract

1層の粉体材料層内に複数種類の粉体材料による粉体材料層をそれぞれ適切な位置に併設しながら三次元造形物の造形を行うことができる三次元造形装置を得る。三次元造形装置を、粉体材料層の第1の粉体材料層を形成する第1の粉体材料供給装置と、第2の粉体材料層を形成する第2の粉体材料供給装置とを有し、第2の粉体材料供給装置が、第1の粉体材料供給装置により形成された、第1の粉体材料が結合される前の第1の粉体材料層の一部分を、第1の粉体材料層と同じ層厚で除去する除去装置と、第1の粉体材料層における除去装置により除去された部分に、第1の粉体材料層を形成する第1の粉体材料とは異なる第2の粉体材料を供給して充填することにより第2の粉体材料層を形成する充填装置とを備えた構成とする。A three-dimensional modeling apparatus is obtained that can model a three-dimensional modeled object while arranging powder material layers of a plurality of types of powder materials in appropriate positions in one powder material layer. The three-dimensional modeling apparatus includes a first powder material supply device that forms the first powder material layer of the powder material layer, and a second powder material supply device that forms the second powder material layer. And a second powder material supply device forms a portion of the first powder material layer formed by the first powder material supply device before the first powder material is bonded, A removal device that removes the first powder material layer with the same thickness as the first powder material layer, and a first powder that forms the first powder material layer on a portion of the first powder material layer that has been removed by the removal device A filling device is provided that forms a second powder material layer by supplying and filling a second powder material different from the material.

Description

本発明は、テーブル上に供給された層状の粉体材料に、該粉体材料を接合するバインダ液を吐出して形成した粉体材料層を複数層積層することにより、造形対象となる三次元造形物を造形する三次元造形装置に関するものである。   The present invention provides a three-dimensional object to be formed by laminating a plurality of powder material layers formed by discharging a binder liquid that joins the powder material to a layered powder material supplied on a table. The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus that models a modeled object.

従来から、造形対象となる三次元の造形物を、水平な複数の断面により切断した断面形状を有する層を積層して造形する、いわゆるラピッドプロトタイピングと呼ばれる技術は広く知られている。
このラピッドプロトタイピングとしては、光硬化性樹脂にレーザを照射する光造形や、薄膜状のシートを接着して積層するシート積層造形、熱可塑性樹脂を押し出して積層する方式、粉体材料を赤外線レーザや電子線ビーム、サーマルヘッドなどにより焼結又は溶融する粉末焼結(溶融)造形、粉体材料をバインダ液で接合する粉体による造形等、種々の技術が存在する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique called rapid prototyping, in which a three-dimensional modeled object to be modeled is modeled by stacking layers having a cross-sectional shape cut by a plurality of horizontal cross sections, is widely known.
This rapid prototyping includes laser modeling for photo-curing resin, laser lamination modeling for laminating and laminating thin film sheets, a method for extruding and laminating thermoplastic resin, and infrared laser for powder material There are various techniques such as powder sintering (melting) modeling that is sintered or melted by an electron beam, a thermal head, or the like, and modeling by powder that joins a powder material with a binder liquid.

このうち、粉体による造形は、他の技術に比べて取り扱いが比較的容易であり、また比較的安価に三次元造形物を形成することができるという利点がある。
この粉体のよる造形としては、例えば特許文献1及び特許文献2に示すように、粉体材料を所定の層厚の層状としてテーブルの上面に供給し、その層に対してインクジェットヘッド等によってバインダ液を吐出することにより三次元造形物の層の一部を形成し、その層を順次積層していくことにより三次元造形物を造形することが行われている。
Among these, modeling by powder has advantages that it is relatively easy to handle compared to other techniques and that a three-dimensional model can be formed at a relatively low cost.
As modeling by this powder, for example, as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, a powder material is supplied to the upper surface of the table as a layer of a predetermined layer thickness, and a binder is applied to the layer by an inkjet head or the like. A part of the layer of the three-dimensional structure is formed by discharging a liquid, and the three-dimensional structure is formed by sequentially stacking the layers.

このような粉体による造形を行う三次元造形装置においては、前記テーブルへの粉体材料の供給は粉体材料供給装置(いわゆるリコーター)によって行う一方、テーブル上に供給された粉体材料に対して、バインダ液の吐出する場合はバインダ液供給装置によって行うのが通常である。
このような構成の三次元造形装置によって造形物の造形を行うに際しては、一般に次のような動作が造形物の完成まで繰り返される。
まず、粉体材料供給装置を直線状に移動させて、テーブル上に所定の層厚の粉体材料層を形成した後、前記バインダ液供給装置を移動させる。その後、バインダ液をテーブル上の粉体材料に向けて吐出させることにより、その層において三次元造形物に合わせた形状に粉体材料を結合、硬化させた、該三次元造形物の一部の層部分を含む粉体材料層を形成する。
そして、前記三次元造形物の一部の層部分を含む粉体材料層を1層形成した後、前記粉体材料供給装置を再度移動させて新たな粉体材料を、テーブル上、より具体的には直前に形成された粉体材料層の上に供給して、所定の層厚に一様に拡げ、次の粉体材料層の形成を開始する。
In the three-dimensional modeling apparatus that performs modeling using such powder, the powder material is supplied to the table by a powder material supply apparatus (so-called recoater), while the powder material supplied on the table is supplied to the table. In general, the binder liquid is discharged by a binder liquid supply device.
When modeling a modeled object with the three-dimensional modeling apparatus having such a configuration, the following operations are generally repeated until the modeled object is completed.
First, the powder material supply device is moved linearly to form a powder material layer having a predetermined layer thickness on the table, and then the binder liquid supply device is moved. Then, by discharging the binder liquid toward the powder material on the table, the powder material is bonded and cured in a shape that matches the three-dimensional structure in the layer, and a part of the three-dimensional structure is cured. A powder material layer including a layer portion is formed.
Then, after forming one layer of the powder material layer including a part of the layer portion of the three-dimensional structure, the powder material supply device is moved again so that a new powder material is placed on the table more specifically. Is supplied onto the powder material layer formed immediately before and uniformly spread to a predetermined layer thickness, and the formation of the next powder material layer is started.

特開平6−218712号公報JP-A-6-218712 特表2004−508941号公報Special table 2004-508941 gazette

ところで、近年では、鋳物を形成する鋳型を前記三次元造形装置により形成するという試みがなされている。
ここで、通常の鋳型は、該鋳型内に流し込まれた溶かした金属が冷えて収縮する際に、空洞(ひけ巣)等の内部欠陥が鋳造対象の鋳物中に形成されるのを抑えるため、鋳造対象の鋳物とは別の部分である押湯が形成される部位が設けられている。これは、前記内部欠陥が最後に凝固する金属部分に集中して形成されることを利用して、前記押湯の部分の金属を最後に凝固させ、鋳造対象の鋳物に内部欠陥が可能な限り形成されないようにするためである。
一方で、前記通常の鋳型は、前記押湯の部分の金属を最後に凝固させるため、冷し金と呼ばれる冷却用の部材が設けられていて、この冷し金を鋳型の適切な位置に配置することにより、鋳型内の金属の冷却が進む方向を制御して、前記押湯の部分ができるだけ最後に冷却されるようにしている。
Incidentally, in recent years, attempts have been made to form a mold for forming a casting by using the three-dimensional modeling apparatus.
Here, in order to suppress the formation of internal defects such as cavities (sink nests) in the casting to be cast when the molten metal poured into the mold cools and contracts, A portion where a feeder is formed, which is a part different from the casting to be cast, is provided. This utilizes the fact that the internal defects are concentrated on the metal portion that solidifies last, solidifies the metal of the feeder part last, and as much of the internal defects as possible in the casting to be cast. This is to prevent the formation.
On the other hand, the normal mold is provided with a cooling member called a cooling metal in order to solidify the metal of the feeder part at the end, and this cooling metal is arranged at an appropriate position of the mold. By doing so, the direction in which the metal in the mold is cooled is controlled so that the portion of the feeder is cooled last.

そのため、前記鋳型を前記三次元造形装置により形成する場合には、鋳型内の金属の冷却が進む方向を適切に制御できるようにして、金属が冷えて収縮する際に形成される空洞等の内部欠陥が鋳造対象の鋳物中に形成されないようにすることが必要である。
また、その一方で、前記押湯の部分は、基本的に鋳造対象の鋳物とは全く関係がない余剰部分であるため、金属の使用量を抑えるためにはこの押湯の部分をできるだけ小さくし、鋳造の歩留まりを向上させることが好ましい。そのためにも、前述のように、鋳型内の金属の冷却が進む方向を適切に制御して、前記内部欠陥が従来よりも小さな押湯の部分に集中して形成されるようにすることが肝要である。
Therefore, when the mold is formed by the three-dimensional modeling apparatus, the direction in which the metal in the mold is cooled can be appropriately controlled, and the interior of the cavity or the like formed when the metal cools and contracts It is necessary to ensure that no defects are formed in the casting to be cast.
On the other hand, since the portion of the feeder is basically a surplus portion that has nothing to do with the casting to be cast, the portion of the feeder is made as small as possible in order to reduce the amount of metal used. It is preferable to improve the casting yield. For that purpose, as described above, it is important to appropriately control the direction in which the metal in the mold proceeds to be cooled so that the internal defects are concentrated on the portion of the feeder that is smaller than before. It is.

このような観点から、発明者らが鋭意研究を重ねた結果、前記三次元造形装置により鋳型を形成する場合において、該鋳型内の金属の冷却が進む方向を適切に制御できるようにするためには、前記鋳型を複数種類の粉体材料によって形成して、材料の特性に基づいて該鋳型全体としての冷却性能を制御することにより、鋳型内の金属の冷却による凝固に指向性を持たせることが有効であるとの結論を得た。
そのためには、各種類の粉体材料による粉体材料層を適切な位置に形成することが重要であり、1層の粉体材料層中であっても複数種の粉体材料による粉体材料層を併設しなければならない場合もあることから、そのような造形を行うことができる三次元造形装置が必要となる。
From such a point of view, as a result of repeated researches by the inventors, when forming a mold by the three-dimensional modeling apparatus, in order to appropriately control the direction of cooling of the metal in the mold The mold is formed of a plurality of types of powder materials, and the cooling performance as a whole of the mold is controlled based on the characteristics of the material, thereby giving directivity to solidification by cooling of the metal in the mold. It was concluded that is effective.
For that purpose, it is important to form a powder material layer made of each type of powder material at an appropriate position, and a powder material made up of a plurality of types of powder material even in one powder material layer. Since a layer may have to be provided, a three-dimensional modeling apparatus capable of performing such modeling is required.

本発明の技術的課題は、1層の粉体材料層内に複数種類の粉体材料による粉体材料層をそれぞれ適切な位置に併設しながら三次元造形物の造形を行うことができる三次元造形装置を提供することにある。   The technical problem of the present invention is that a three-dimensional object can be formed while a powder material layer of a plurality of types of powder materials is provided in an appropriate position in one powder material layer. The object is to provide a modeling apparatus.

前記課題を解決するため、本発明の三次元造形装置は、テーブル上に形成された粉体材料層中の粉体材料を、造形対象となる三次元造形物の形状に合わせて結合させる動作を繰り返し、前記粉体材料層を順次積層することにより前記三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、前記三次元造形装置は、前記粉体材料層において第1の粉体材料層を形成する第1の粉体材料供給装置と、前記粉体材料層において第2の粉体材料層を形成する第2の粉体材料供給装置とを有していて、前記第2の粉体材料供給装置は、前記第1の粉体材料供給装置により形成された、前記第1の粉体材料層を形成する第1の粉体材料が結合される前の第1の粉体材料層の一部分を、該第1の粉体材料層と同じ層厚で除去する除去装置と、前記第1の粉体材料層における、前記除去装置により除去された部分に、前記第1の粉体材料層を形成する前記第1の粉体材料とは異なる第2の粉体材料を供給して充填することにより前記第2の粉体材料層を形成する充填装置とを備えていることを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, the three-dimensional modeling apparatus of the present invention has an operation of combining the powder material in the powder material layer formed on the table in accordance with the shape of the three-dimensional modeled object to be modeled. Repeatedly, a three-dimensional modeling apparatus for modeling the three-dimensional structure by sequentially laminating the powder material layers, wherein the three-dimensional modeling apparatus includes a first powder material layer in the powder material layer. A first powder material supply device to be formed; and a second powder material supply device to form a second powder material layer in the powder material layer, and the second powder material supply device. The supply device is a part of the first powder material layer formed by the first powder material supply device before the first powder material forming the first powder material layer is bonded. Remover with the same layer thickness as the first powder material layer, and the first powder material The second powder material different from the first powder material forming the first powder material layer is supplied and filled in the portion removed by the removing device. And a filling device for forming the powder material layer.

本発明においては、前記第2の粉体材料供給装置は、前記三次元造形物が造形されるテーブルの上方側を水平方向に移動自在に形成されていると共に、前記除去装置が前記第1の粉体材料層の一部を除去する向き及び充填装置が前記第2の粉体材料層を形成する向きを変更自在であるものとすることが好ましい。   In the present invention, the second powder material supply device is formed to be movable in the horizontal direction on the upper side of the table on which the three-dimensional structure is formed, and the removal device is the first device. It is preferable that the direction in which a part of the powder material layer is removed and the direction in which the filling device forms the second powder material layer can be changed.

また、本発明においては、前記除去装置は、前記第1の粉体材料層における除去対象の部分の第1の粉体材料を吸引する吸引装置を備えているものとすることができる。   Moreover, in this invention, the said removal apparatus shall be equipped with the suction device which attracts | sucks the 1st powder material of the part of the said 1st powder material layer of the removal object.

本発明においては、前記第2の粉体材料供給装置は、前記除去装置と充填装置との一方又は両方を上下方向に昇降させる昇降機構を備えているものとしてもよい。   In the present invention, the second powder material supply device may include an elevating mechanism that elevates or lowers one or both of the removing device and the filling device.

本発明によれば、第1の粉体材料供給装置とは別に設けられた第2の粉体材料供給装置が、除去装置と充填装置とを備えていて、該除去装置により、先に第1の粉体材料供給装置が形成した第1の粉体材料層の一部分を除去することができる。さらに、前記充填装置が、前記除去装置により除去された部分に、第1の粉体材料層を形成する第1の粉体材料とは異なる第2の粉体材料を供給し充填して第2の粉体材料層を形成することができるため、1層の粉体材料層内に複数種類の粉体材料による粉体材料層をそれぞれ適切な位置に併設することが可能となる。   According to the present invention, the second powder material supply device provided separately from the first powder material supply device includes the removal device and the filling device. A part of the first powder material layer formed by the powder material supply apparatus can be removed. Further, the filling device supplies the second powder material different from the first powder material forming the first powder material layer to the portion removed by the removing device, and fills the second powder material. Therefore, the powder material layers made of a plurality of types of powder materials can be provided at appropriate positions in one powder material layer.

図1は本発明の三次元造形装置の一実施の形態を模式的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the three-dimensional modeling apparatus of the present invention. 図2は本発明の三次元造形装置の一実施の形態において、第1の粉体材料層及び第2の粉体材料層を形成している状態を模式的に示す要部拡大斜視図である。FIG. 2 is a main part enlarged perspective view schematically showing a state in which the first powder material layer and the second powder material layer are formed in one embodiment of the three-dimensional modeling apparatus of the present invention. . 図3は三次元造形装置の一実施の形態において、第1の粉体材料層及び第2の粉体材料層を形成している状態を模式的に示す要部拡大断面図である。FIG. 3 is an essential part enlarged cross-sectional view schematically showing a state in which the first powder material layer and the second powder material layer are formed in the embodiment of the three-dimensional modeling apparatus. 図4は本発明の三次元造形装置の一実施の形態に係る第2の粉体材料供給装置が、平面視において湾曲した第2の粉体材料層を形成している状態を模式的に示す要部平面図である。FIG. 4 schematically shows a state in which the second powder material supply device according to the embodiment of the three-dimensional modeling apparatus of the present invention forms a second powder material layer curved in plan view. It is a principal part top view.

図1〜図4は、本発明に係る三次元造形装置の一実施の形態を示すもので、この実施の形態の三次元造形装置1は、粉体材料からなる粉体材料層2に、該粉体材料を結合させるバインダ液を供給して、該バインダ液が供給された部分の粉体材料を結合させる動作を繰り返しながら、前記粉体材料層2を順次積層することにより三次元造形物を造形するものである。
具体的に、前記三次元造形装置1は、三次元造形物(以下、「造形物」という。)を形成する粉体材料層2が積層される単一のテーブル3と、該テーブル3上に該粉体材料層2の一部である第1の粉体材料層4を形成する第1の粉体材料供給装置5と、前記テーブル3上に供給された粉体材料層2に対して、該粉体材料層2中の粉体材料を結合させる前記バインダ液を吐出するバインダ液供給装置8とをそれぞれ有している。さらに、前記三次元造形装置1は、前記第1の粉体材料供給装置5とは別に、前記テーブル3上に、前記粉体材料層2の一部である第2の粉体材料層6を形成する第2の粉体材料供給装置7を備えている。
図1中の符号10は、三次元造形装置1の筐体である。
1 to 4 show an embodiment of a three-dimensional modeling apparatus according to the present invention. A three-dimensional modeling apparatus 1 according to this embodiment includes a powder material layer 2 made of a powder material, A three-dimensional structure is formed by sequentially laminating the powder material layer 2 while supplying the binder liquid for bonding the powder material and repeating the operation of bonding the powder material of the portion to which the binder liquid is supplied. It is to be shaped.
Specifically, the three-dimensional modeling apparatus 1 includes a single table 3 on which a powder material layer 2 forming a three-dimensional modeled object (hereinafter referred to as “modeled object”) is stacked, and the table 3. For the first powder material supply device 5 that forms the first powder material layer 4 that is a part of the powder material layer 2 and the powder material layer 2 supplied on the table 3, And a binder liquid supply device 8 for discharging the binder liquid for bonding the powder material in the powder material layer 2. Further, the three-dimensional modeling apparatus 1 provides a second powder material layer 6 that is a part of the powder material layer 2 on the table 3 separately from the first powder material supply apparatus 5. A second powder material supply device 7 to be formed is provided.
Reference numeral 10 in FIG. 1 is a housing of the three-dimensional modeling apparatus 1.

なお、造形対象の造形物の一部の層部分が造形された前記第1の粉体材料層4及び第2の粉体材料層6の形成は、図示しない電子計算機に入力された造形対象となる造形物のデータ(例えば、STL(Standard Triangulated Language)ファイル形式のデータまたは、そのSTLファイルに基いて作られたスライス(輪切り)データ))に基づいて制御され、造形物の形状に合わせて粉体材料のテーブル3への供給及びバインダ液の吐出が行われる。   In addition, formation of the said 1st powder material layer 4 and the 2nd powder material layer 6 in which the one part layer part of the modeling object of modeling object was modeled is the modeling object input into the electronic computer which is not shown in figure. Controlled based on the data of the modeled object (for example, data in the STL (Standard Triangulated Language) file format or slice (round slice) data created based on the STL file)) Supply of the body material to the table 3 and discharge of the binder liquid are performed.

前記テーブル3は、複数の粉体材料層2が積層されて前記造形物が造形される平坦且つ水平な上面を有していて、前記粉体材料層2の層厚に応じて、上面が水平な状態を維持したまま鉛直方向に昇降自在となっている。
また、この実施の形態においては、前記テーブル3は、前記第1の粉体材料供給装置5及びバインダ液供給装置8の後述する移動方向と直交する方向(この実施の形態の場合、三次元造形装置1の左右方向)に長い、平面視略矩形状に形成されている。
The table 3 has a flat and horizontal upper surface on which a plurality of powder material layers 2 are stacked to form the modeled object, and the upper surface is horizontal according to the layer thickness of the powder material layer 2. It is possible to move up and down in the vertical direction while maintaining a simple state.
Further, in this embodiment, the table 3 is arranged in a direction orthogonal to a moving direction (to be described later) of the first powder material supply device 5 and the binder liquid supply device 8 (in this embodiment, three-dimensional modeling). It is formed in a substantially rectangular shape in plan view that is long in the left-right direction of the device 1.

さらに、前記テーブル3は、該テーブル3の正面側(三次元造形装置1の前側)及び背面側(三次元造形装置1の後側)、左右両面側の四方を取り囲む平面視矩形枠状に形成された、鉛直方向に延びる筒状部材9内に収容されている。そして、前記テーブル3上に前記粉体材料層2が1層形成されて、その1層の粉体材料層2に対するバインダ液の吐出が終了するたびに、該テーブル3がこの筒状部材9内を降下する構成となっている。
したがって、造形対象となる造形物は、最終的には、この筒状部材9内に、前記バインダ液によって結合されていない粉体材料と共に収容された状態で造形が完了することとなる。
Further, the table 3 is formed in a rectangular frame shape in plan view that surrounds the front side (the front side of the 3D modeling apparatus 1), the back side (the rear side of the 3D modeling apparatus 1), and the left and right both sides of the table 3. The tubular member 9 extending in the vertical direction is housed. Each time the powder material layer 2 is formed on the table 3 and the discharge of the binder liquid to the one powder material layer 2 is completed, the table 3 is moved into the cylindrical member 9. It is the composition which descends.
Therefore, the modeling object to be modeled is finally modeled in a state where it is accommodated in the cylindrical member 9 together with the powder material not bonded by the binder liquid.

なお、前記テーブル3には、該テーブル3を鉛直方向に昇降させる図示しないテーブル用昇降装置が取付けられている。
このテーブル用昇降装置としては、安定的な昇降及び精密な位置制御を行うことができる構成であれば任意の構成を用いることができる。例えば、鉛直方向に延びるねじ軸と、該ねじ軸の回転によりそのねじ軸の外周面を軸線方向に移動するナットを有するボールねじを用いることができる。即ち、前記ねじ軸の上端部を前記テーブル3の下面に連結すると共に、前記ナットを位置不動の基台に固定し、電動モータ等で該ねじ軸を回転させることにより、そのねじ軸を昇降させて前記テーブル3を昇降させる構成とすることができる。
あるいは、鉛直方向にチェーンが移動するチェーンコンベアを設けて、該チェーンコンベアのチェーンの移動によって前記テーブル3を昇降させる構造であってもよい。
さらには、ピストンが鉛直方向に上下動する流体圧シリンダを用いて、該流体圧シリンダのピストンロッドの先端をテーブルの下面に連結し、前記ピストンを移動させることによりテーブル3を昇降させることができる。
また、前記テーブル3の昇降は、ガイドレールによって鉛直方向に案内させた状態で行わせることが好ましく、この場合においては、テーブル3を滑らかに昇降させるため、円柱状や球状の転動子を有するリニアガイドを用いることができる。
The table 3 is provided with a table elevating device (not shown) for elevating the table 3 in the vertical direction.
As this table lifting apparatus, any structure can be used as long as it can perform stable lifting and precise position control. For example, a ball screw having a screw shaft extending in the vertical direction and a nut that moves the outer peripheral surface of the screw shaft in the axial direction by rotation of the screw shaft can be used. That is, the upper end portion of the screw shaft is connected to the lower surface of the table 3, the nut is fixed to a position-immovable base, and the screw shaft is rotated by an electric motor or the like to raise and lower the screw shaft. Thus, the table 3 can be raised and lowered.
Alternatively, a structure may be provided in which a chain conveyor in which the chain moves in the vertical direction is provided, and the table 3 is moved up and down by movement of the chain of the chain conveyor.
Furthermore, using a fluid pressure cylinder in which the piston moves up and down in the vertical direction, the tip of the piston rod of the fluid pressure cylinder is connected to the lower surface of the table, and the table 3 can be moved up and down by moving the piston. .
The table 3 is preferably lifted and lowered in the state of being guided in the vertical direction by a guide rail. In this case, the table 3 has a cylindrical or spherical rolling element to smoothly lift and lower the table 3. A linear guide can be used.

前記バインダ液供給装置8は、三次元造形装置1の前後方向(前記テーブル3上の短手方向と略平行な方向。以下、「Y軸方向」という。)及び左右方向(前記テーブル3上の長手方向と略平行な方向。以下、「X軸方向」という。)に、それぞれ直線的に移動自在となっている。
具体的に、前記バインダ液供給装置8は、前記バインダ液を、テーブル3上に供給された粉体材料に向けて吐出するインクジェットヘッドを備えていて、X軸方向に移動することにより、バインダ吐出用のノズルから、最大で前記テーブル3の長手方向の全長にわたってバインダ液を吐出することができる構成となっている。
The binder liquid supply device 8 includes a front-rear direction (a direction substantially parallel to a short direction on the table 3; hereinafter referred to as “Y-axis direction”) and a left-right direction (on the table 3) of the three-dimensional modeling apparatus 1. In a direction substantially parallel to the longitudinal direction (hereinafter referred to as “X-axis direction”), each of them is linearly movable.
Specifically, the binder liquid supply device 8 includes an ink jet head that discharges the binder liquid toward the powder material supplied onto the table 3 and moves in the X-axis direction. The binder liquid can be discharged from the nozzle for the entire length of the table 3 in the longitudinal direction at the maximum.

なお、前記バインダ液供給装置8には、該バインダ液供給装置8をX軸方向及びY軸方向に移動させるバインダ液供給装置用の移動装置11が取付けられている。
前記移動装置11は、前記テーブル3の長手方向の両端側において該テーブル3を挟むように設けられ、且つX軸方向に水平かつ相互に平行に延びる左右一対のガイドレール12,12と、これらの一対のガイドレール12,12の間に架け渡され、且つこれらの一対のガイドレール12,12上を前記三次元造形装置1の前後方向に移動自在に設けられた、前後方向移動部材13とを備えている。
さらに、この前後方向移動部材13には、該前後方向移動部材13にX軸方向に移動自在に取付けられた左右方向移動部材14を備えていて、この左右方向移動部材14に前記バインダ液供給装置8が取付けられている。
また、この実施の形態においては、前記バインダ液供給装置8は、前記テーブル3よりも、Y軸方向における前記三次元造形装置1の後側(背面側)の位置を原点位置としている。
したがって、前記バインダ液供給装置8は、前記第1の粉体材料供給装置5及び第2の粉体材料供給装置7がテーブル3に向けて粉体材料を供給する際には、基本的に前記原点位置に待機し、第1の粉体材料供給装置5及び第2の粉体材料供給装置7による1層分の粉体材料層2の形成が終了した場合には、Y軸方向における前記三次元造形装置1の前側(正面側)及びX軸方向に移動しながら前記バインダ液を該テーブル3上の粉体材料層2に吐出、供給する。そして、前記バインダ液供給装置8は、その1層の粉体材料層2に対するバインダ液の吐出が終了した場合には、前記原点位置に戻ることとなる。
The binder liquid supply device 8 is provided with a moving device 11 for the binder liquid supply device that moves the binder liquid supply device 8 in the X-axis direction and the Y-axis direction.
The moving device 11 includes a pair of left and right guide rails 12 and 12 that are provided so as to sandwich the table 3 at both ends in the longitudinal direction of the table 3 and extend horizontally and parallel to each other in the X-axis direction. A front-rear direction moving member 13 that is spanned between the pair of guide rails 12 and 12 and is provided on the pair of guide rails 12 and 12 so as to be movable in the front-rear direction of the three-dimensional modeling apparatus 1. I have.
Furthermore, the front-rear direction moving member 13 is provided with a left-right direction moving member 14 attached to the front-rear direction moving member 13 so as to be movable in the X-axis direction. 8 is attached.
In this embodiment, the binder liquid supply device 8 uses the position of the rear side (back side) of the three-dimensional modeling apparatus 1 in the Y-axis direction as the origin position relative to the table 3.
Therefore, when the first powder material supply device 5 and the second powder material supply device 7 supply the powder material toward the table 3, the binder liquid supply device 8 basically When the first powder material supply device 5 and the second powder material supply device 7 complete the formation of the powder material layer 2 for one layer, the third order in the Y-axis direction is waited at the origin position. The binder liquid is discharged and supplied to the powder material layer 2 on the table 3 while moving in the front side (front side) and the X-axis direction of the original modeling apparatus 1. The binder liquid supply device 8 returns to the original position when the discharge of the binder liquid to the one powder material layer 2 is completed.

また、前記バインダ液供給装置8におけるバインダ液の吐出量は、バインダ液の種類や、1回の吐出でどの程度の大きさの粉体材料2を固めるかによって異なるが、本発明においては、1pl〜200plとすることができ、さらに好ましくは10pl〜150pl、より好ましくは30pl〜100plである。
さらに、前記インクジェットヘッド8aにおける吐出機構としては、ピエゾ型やサーマル型等の公知の機構を用いることができる。
The amount of the binder liquid discharged from the binder liquid supply device 8 varies depending on the type of the binder liquid and the size of the powder material 2 to be solidified by one discharge. In the present invention, 1pl ˜200 pl, more preferably 10 pl to 150 pl, more preferably 30 pl to 100 pl.
Furthermore, as a discharge mechanism in the inkjet head 8a, a known mechanism such as a piezo type or a thermal type can be used.

さらに、本発明において使用される前記バインダ液は、粉体材料の種類に応じて自由に変えることが可能であるが、例えば粉体材料が石膏や澱粉の場合には水を主にした液体を用いることができ、また、通常のインクジェットプリンタで使われる種々のバインダ液を使うこともできる。この時、染料や顔料を使用してバインダを染色することもできる。
前記バインダ液として使用するものとしては、例えば、有機エステル、フルフリルアルコール、ポリイソシアネート、あるいはポリイソシアネートと3級アミン類とを混ぜたもの等が挙げられる。また、フルフリルアルコールとホルムアルデヒドとを混ぜたもの、場合によってはこれらのフルフリルアルコールとホルムアルデヒドとに尿素を混ぜたものを用いることができる。
Further, the binder liquid used in the present invention can be freely changed according to the type of the powder material. For example, when the powder material is gypsum or starch, a liquid mainly composed of water is used. It is also possible to use various binder liquids used in ordinary ink jet printers. At this time, the binder can be dyed using a dye or a pigment.
Examples of the binder liquid that can be used include organic esters, furfuryl alcohol, polyisocyanates, and mixtures of polyisocyanates and tertiary amines. Further, a mixture of furfuryl alcohol and formaldehyde, and in some cases, a mixture of these furfuryl alcohol and formaldehyde with urea can be used.

一方、前記第1の粉体材料供給装置5は、一方向(この実施の形態の場合はY軸方向)に直線的に前後進自在に形成されたものである。そして、移動しながら前記第1の粉体材料層4を形成する第1の粉体材料16を所定の供給幅で前記テーブル3に向けて供給自在となっている。
この第1の粉体材料供給装置5は、前記テーブル3上の長手方向(X軸方向)の長さとほぼ同じ幅で前記第1の粉体材料16を供給することが可能となっていて、この第1の粉体材料供給装置5が前記テーブル3上をY軸方向に直線的に1回移動することにより、該テーブル3上のほぼ全面に前記第1の粉体材料16を供給することが可能となっている。
この実施の形態においては、前記第1の粉体材料供給装置5が前進した場合(即ち、三次元造形装置1の後方向に移動した場合)に前記第1の粉体材料16を前記テーブル3に向けて供給する構成となっている。
On the other hand, the first powder material supply device 5 is formed to be linearly movable back and forth in one direction (the Y-axis direction in this embodiment). Then, the first powder material 16 forming the first powder material layer 4 can be freely supplied toward the table 3 with a predetermined supply width while moving.
The first powder material supply device 5 is capable of supplying the first powder material 16 with substantially the same width as the length in the longitudinal direction (X-axis direction) on the table 3. The first powder material supply device 5 linearly moves once on the table 3 in the Y-axis direction to supply the first powder material 16 to almost the entire surface of the table 3. Is possible.
In this embodiment, when the first powder material supply device 5 moves forward (that is, when the three-dimensional modeling device 1 moves backward), the first powder material 16 is transferred to the table 3. It is the structure which supplies toward.

具体的に、前記第1の粉体材料供給装置5は、前記第1の粉体材料16を貯蔵するタンク部(図示せず)と、該タンク部内の第1の粉体材料16を前記テーブル3に向けて排出する排出口21を備えた、前記タンク部21から略鉛直下方向に延びる排出ノズル22とを備えている。
さらに、前記第1の粉体材料供給装置5は、前記排出ノズル22の排出口21から前記テーブル3に向けて排出された第1の粉体材料16により形成された第1の粉体材料層4を、予め定めた層厚に調整し且つその第1の粉体材料層4の上面の平坦にする平坦化部材23を有している。
Specifically, the first powder material supply device 5 includes a tank unit (not shown) for storing the first powder material 16, and the first powder material 16 in the tank unit as the table. 3 and a discharge nozzle 22 that extends substantially vertically downward from the tank portion 21, which includes a discharge port 21 that discharges toward the tank 3.
Further, the first powder material supply device 5 includes a first powder material layer formed by the first powder material 16 discharged from the discharge port 21 of the discharge nozzle 22 toward the table 3. 4 is adjusted to a predetermined layer thickness and has a flattening member 23 for flattening the upper surface of the first powder material layer 4.

なお、前記第1の粉体材料供給装置5は、該第1の粉体材料供給装置5をY軸方向に移動させる、この第1の粉体材料供給装置用の移動装置26が取付けられている。
前記移動装置26は、Y軸方向に相互に平行に延びる左右一対のガイドレール27,27と、これらの一対のガイドレール27,27を前記三次元造形装置1の前後方向に移動自在の移動部材28,28とを有していて、前記第1の粉体材料供給装置5は、その長手方向(X軸方向)の両端部がこの移動部材28,28に固定されている。
この実施の形態においては、前記第1の粉体材料供給装置5は、前記テーブル3よりも、Y軸方向における前記三次元造形装置1の前側(正面側)を原点位置としている。そして、前記第1の粉体材料供給装置5は、前記原点位置から前記テーブル3の短手方向の前記三次元造形装置1の後側(背面側)に移動する際に、1層分の前記第1の粉体材料16の供給を行って前記第1の粉体材料層4を形成し、供給が終了した場合には、後で詳述する前記第2の粉体材料供給装置7が原点位置に移動するのを待って、前記原点位置に移動する。
その後、この第1の粉体材料供給装置5は、前記バインダ液供給装置8によるバインダ液の吐出、供給が終了するまで該原点位置で待機するようになっている。
The first powder material supply device 5 is provided with a moving device 26 for the first powder material supply device, which moves the first powder material supply device 5 in the Y-axis direction. Yes.
The moving device 26 includes a pair of left and right guide rails 27, 27 extending in parallel with each other in the Y-axis direction, and a moving member that can move the pair of guide rails 27, 27 in the front-rear direction of the three-dimensional modeling apparatus 1. The first powder material supply device 5 is fixed to the moving members 28 and 28 at both ends in the longitudinal direction (X-axis direction).
In this embodiment, the first powder material supply device 5 sets the front side (front side) of the three-dimensional modeling apparatus 1 in the Y-axis direction as the origin position relative to the table 3. And when the said 1st powder material supply apparatus 5 moves to the back side (back side) of the said three-dimensional modeling apparatus 1 of the transversal direction of the said table 3 from the said origin position, the said for one layer When the first powder material 16 is supplied to form the first powder material layer 4 and the supply is completed, the second powder material supply device 7, which will be described in detail later, is the origin. Waiting for movement to the position, it moves to the origin position.
After that, the first powder material supply device 5 stands by at the origin position until the binder liquid supply device 8 finishes discharging and supplying the binder liquid.

また、前記第2の粉体材料供給装置7は、前記第1の粉体材料供給装置5により形成された前記第1の粉体材料層4の一部分を除去すると共に、その第1の粉体材料層4を除去した部分に、該第1の粉体材料層4を形成する第1の粉体材料16とは異なる第2の粉体材料30を充填して前記第2の粉体材料層6を形成するものである。   Further, the second powder material supply device 7 removes a part of the first powder material layer 4 formed by the first powder material supply device 5, and the first powder. The portion from which the material layer 4 has been removed is filled with a second powder material 30 that is different from the first powder material 16 that forms the first powder material layer 4 and the second powder material layer. 6 is formed.

ここで、本発明において、前記第1の粉体材料供給装置によりテーブルに供給する第1の粉体材料、及び前記第2の粉体材料供給装置によりテーブルに供給する第2の粉体材料としては、例えば有機樹脂、金属、セラミック、澱粉、ガラス粉末などが挙げられる。
具体的には、ポリスチレン樹脂、ナイロン(ポリアミド)樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル(PMMA(ポリメタクリル酸メチル))樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、ガラスフィラーの入った有機樹脂、カーボンファイバーの入った有機樹脂、微粒状ワックス、鋳物砂、珪酸アルミニウム、石膏、澱粉、石英、Ti6Al4V、AlSi12、AlSi10Mg、コバルトクロム合金、ニッケル合金、ステンレス合金、鉄、鋼等を用いることができる。
ただし、前記第1の粉体材料として用いる粉体材料と第2の粉体材料として用いる粉体材料とは、相互に異なる粉体材料である必要がある。
また、前記第1の粉体材料及び第2の粉体材料の粒径は、第1の粉体材料の場合は第1の粉体材料層の層厚、第2の粉体材料の場合は第2の粉体材料層の層厚より小さければ制限はないが、1μm〜300μm程度とすることができ、さらに好ましくは10μm〜200μm、より好ましくは50〜150μmである。このとき、第1の粉体材料及び第2の粉体材料については、複数の異なる粒径のものを混在させて使用してもよい。例えば、150〜300μmの粉体材料と、10〜50μmの粉体材料とを混在させた状態で用いることができる。なお、前記第1の粉体材料として用いる粉体材料の粒径と第2の粉体材料として用いる粉体材料の粒径とは、相互に同じであってもよいし、異なっていてもよい。
さらに、本発明において、前記第1の粉体材料供給装置が形成する第1の粉体材料層及び第2の粉体材料供給装置が形成する第2の粉体材料層の層厚については、造形対象となる造形物に応じて異なる。その造形物が鋳造や大型のケース備品のような非常に大きなものであればが、0.15〜0.5mm程度とすることができ、さらに好ましくは0.2〜0.4mm、より好ましくは0.25〜0.35mmである。前記造形物が一般的な工業製品であれば、0.05〜0.2mm程度とすることができ、さらに好ましくは0.075〜0.15mm程度とすることができる。小型の工業製品、例えばコネクタ等の小さなものであれば、0,01〜0.1mm程度とすることができ、さらに好ましくは0.025〜0.075mm程度とすることができる。
In the present invention, the first powder material supplied to the table by the first powder material supply device and the second powder material supplied to the table by the second powder material supply device Examples include organic resins, metals, ceramics, starches, and glass powders.
Specifically, polystyrene resin, nylon (polyamide) resin, polycarbonate resin, acrylic (PMMA (polymethyl methacrylate)) resin, PEEK (polyether ether ketone) resin, organic resin containing glass filler, carbon fiber Use organic resin, finely divided wax, foundry sand, aluminum silicate, gypsum, starch, quartz, Ti 6 Al 4 V, AlSi 12 , AlSi 10 Mg, cobalt chromium alloy, nickel alloy, stainless alloy, iron, steel, etc. Can do.
However, the powder material used as the first powder material and the powder material used as the second powder material need to be different from each other.
The particle sizes of the first powder material and the second powder material are the thickness of the first powder material layer in the case of the first powder material, and the particle diameter in the case of the second powder material. There is no limitation as long as it is smaller than the thickness of the second powder material layer, but it can be about 1 μm to 300 μm, more preferably 10 μm to 200 μm, and more preferably 50 to 150 μm. At this time, the first powder material and the second powder material may be used in a mixture of a plurality of different particle sizes. For example, it can be used in a state where a powder material of 150 to 300 μm and a powder material of 10 to 50 μm are mixed. The particle size of the powder material used as the first powder material and the particle size of the powder material used as the second powder material may be the same or different from each other. .
Furthermore, in the present invention, regarding the layer thickness of the first powder material layer formed by the first powder material supply device and the second powder material layer formed by the second powder material supply device, It depends on the modeled object to be modeled. If the shaped object is very large such as casting or large case fixture, it can be about 0.15 to 0.5 mm, more preferably 0.2 to 0.4 mm, more preferably It is 0.25 to 0.35 mm. If the shaped article is a general industrial product, it can be about 0.05 to 0.2 mm, more preferably about 0.075 to 0.15 mm. If it is a small industrial product, for example, a small thing such as a connector, it can be about 0.01 to 0.1 mm, more preferably about 0.025 to 0.075 mm.

そして、前記第2の粉体材料供給装置7は、具体的には、前記第1の粉体材料層4の一部分を除去する除去装置31と、該除去装置31が第1の粉体材料層4を除去した部分に、第2の粉体材料30を供給して充填することにより前記第2の粉体材料層6を形成する充填装置32とを備えている。
この実施の形態においては、前記第2の粉体材料供給装置7における、前記第1の粉体材料層4の除去幅及び第2の粉体材料30の供給幅は、前記第1の粉体材料供給装置5が第1の粉体材料16をテーブル3に向けて供給する供給幅や前記テーブル3の長手方向長さ及び短手方向長さに比べて、小さく設定されている。
The second powder material supply device 7 specifically includes a removal device 31 that removes a part of the first powder material layer 4, and the removal device 31 is a first powder material layer. 4 is provided with a filling device 32 for forming the second powder material layer 6 by supplying and filling the second powder material 30 in the portion from which 4 is removed.
In this embodiment, the removal width of the first powder material layer 4 and the supply width of the second powder material 30 in the second powder material supply device 7 are the same as the first powder. The material supply device 5 is set to be smaller than the supply width for supplying the first powder material 16 toward the table 3 and the length in the longitudinal direction and the length in the short direction of the table 3.

前記除去装置31は、前記第1の粉体材料供給装置5により前記テーブル3上(即ち、第1層形成時は該テーブル3の上面、第2層形成時は該テーブル3上に形成されている一段下層の既設の粉体材料層4の上面)に形成され且つ前記バインダ液供給装置8により前記バインダ液が吐出される前の第1の粉体材料層4の一部分を、該第1の粉体材料層4と同じ層厚で除去可能となっている。
この実施の形態における前記除去装置31は、前記第1の粉体材料層4を該第1の粉体材料層4と同じ層厚で掻き上げる掻き上げ部材36と、該掻き上げ部材36が掻き上げた第1の粉体材料層4の第1の粉体材料16を吸引する吸引装置37とを備えている。
そして、前記第2の粉体材料供給装置7が前進することにより、この除去装置31の前記掻き上げ部材36が第1の粉体材料層4において除去対象となっている部分の第1の粉体材料16を掻き上げると共に、その掻き上げた第1の粉体材料16を前記吸引装置37が吸引する構成となっている。したがって、前記除去装置31が除去した前記第1の粉体材料層の部分は、前記第1の粉体材料16が存在しない空間が形成された状態となる。
The removing device 31 is formed on the table 3 by the first powder material supply device 5 (that is, the upper surface of the table 3 when the first layer is formed, and the table 3 when the second layer is formed). A part of the first powder material layer 4 formed on the upper surface of the existing powder material layer 4 in the lower layer and before the binder liquid is discharged by the binder liquid supply device 8. Removal is possible with the same layer thickness as the powder material layer 4.
The removal device 31 in this embodiment includes a scraping member 36 that scrapes the first powder material layer 4 with the same layer thickness as the first powder material layer 4, and the scraping member 36 scrapes the scraping member 36. And a suction device 37 for sucking the first powder material 16 of the raised first powder material layer 4.
Then, when the second powder material supply device 7 moves forward, the scraping member 36 of the removing device 31 is a portion of the first powder material layer 4 where the first powder is to be removed. The body material 16 is scraped up, and the suction device 37 sucks the scraped first powder material 16. Therefore, the portion of the first powder material layer removed by the removing device 31 is in a state where a space where the first powder material 16 does not exist is formed.

図3に示すように、前記掻き上げ部材36は、先端部36a側(前記第2の粉体材料供給装置7の前進方向)に行くに従って次第に先細る断面略三角形状に形成されたもので、前記第2の粉体材料供給装置7の前進方向と直交する水平方向に延設されている。
なお、この掻き上げ部材36の長手方向の長さは、実質的に、前記除去装置31における前記第1の粉体材料層4の除去幅となり、延いては、前記第2の粉体材料層6の幅(前記第2の粉体材料供給装置7の前進方向と直交する方向の長さ)となる。
さらに、この掻き上げ部材36は、底面側は略水平な平坦面となっていると共に、上面側は先端側に向けて斜め下方向きに傾斜した傾斜面36bとなっている。そして、前記第2の粉体材料供給装置7が、前記掻き上げ部材36の先端部36a方向に進行(即ち前進)した時にのみ、前記先端部36aにおいて、前記第1の粉体材料層4の第1の粉体材料16を前記傾斜面36b側に向けて掻き上げることができるようになっている。
As shown in FIG. 3, the scraping member 36 is formed in a substantially triangular shape with a taper that gradually tapers toward the tip 36 a side (the advance direction of the second powder material supply device 7). The second powder material supply device 7 extends in the horizontal direction orthogonal to the forward direction.
Note that the length of the scraping member 36 in the longitudinal direction is substantially the width of removal of the first powder material layer 4 in the removal device 31, and thus the second powder material layer. 6 (the length in the direction orthogonal to the advancing direction of the second powder material supply device 7).
Further, the scraping member 36 has a substantially horizontal flat surface on the bottom surface side and an inclined surface 36b that is inclined obliquely downward toward the tip side on the top surface side. Only when the second powder material supply device 7 advances (i.e., advances) in the direction of the distal end portion 36 a of the scraping member 36, the first powder material layer 4 is formed at the distal end portion 36 a. The first powder material 16 can be scraped up toward the inclined surface 36b.

また、前記吸引装置37は、前記掻き上げ部材36が掻き上げた第1の粉体材料16を吸引する吸引ノズル38と、吸引力を発生させるコンプレッサー等の圧縮機や真空ポンプなどの各種吸引手段(図示せず)と、前記吸引ノズル38と該吸引手段との間を連通させて、その吸引手段が発生させた吸引力により前記吸引ノズル38が吸引した第1の粉体材料16を搬送する配管39を備えている。
この実施の形態においては、図3に示すように、前記吸引ノズル38は、吸引口38aが前記掻き上げ部材36の先端部36a側を向いた状態で該掻き上げ部材36の前記傾斜面36b上に配設されている。そして、前記吸引ノズル38は、主として、前記掻き上げ部材36の前記傾斜面36b上に載った第1の粉体材料16を吸引することができるようになっている。
したがって、前記除去装置31が除去した前記第1の粉体材料層4の除去部分は、前記吸引装置37が、前記掻き上げ部材36が掻き上げた第1の粉体材料16を吸引したことにより、第1の粉体材料16が存在しない空間が形成された状態となる。
Further, the suction device 37 includes a suction nozzle 38 for sucking the first powder material 16 scraped up by the scraping member 36, and various suction means such as a compressor such as a compressor for generating suction force and a vacuum pump. (Not shown) and the suction nozzle 38 and the suction means are communicated with each other, and the first powder material 16 sucked by the suction nozzle 38 is conveyed by the suction force generated by the suction means. A pipe 39 is provided.
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the suction nozzle 38 is arranged on the inclined surface 36b of the scraping member 36 with the suction port 38a facing the tip end 36a side of the scraping member 36. It is arranged. The suction nozzle 38 can mainly suck the first powder material 16 placed on the inclined surface 36b of the scraping member 36.
Therefore, the removal portion of the first powder material layer 4 removed by the removal device 31 is because the suction device 37 sucks the first powder material 16 that has been scraped up by the scraping member 36. A space in which the first powder material 16 does not exist is formed.

一方、前記充填装置32は、前記第1の粉体材料供給装置5が形成した第1の粉体材料層4において前記除去装置31により第1の粉体材料16が除去された部分に、該第1の粉体材料層4を形成する第1の粉体材料16とは異なる第2の粉体材料30を供給して充填することにより前記第2の粉体材料層6を形成するものである。
この充填装置32は、前記第2の粉体材料30を貯蔵するタンク部と、該タンク部内の第2の粉体材料30を前記テーブル3に向けて、さらに具体的には、前記第1の粉体材料層4において、前記除去装置31により第1の粉体材料16が除去された部分の空間に向けて排出する排出口41を備えた、略鉛直下方向に延びる排出ノズル42とを備えている。
さらに、前記充填装置32は、前記第2の粉体材料30により形成された前記第2の粉体材料層6を、前記第1の粉体材料層4と同じ層厚に調整し且つ該第2の粉体材料層6の上面の平坦にする平坦化部材43を有している。
On the other hand, the filling device 32 has a portion where the first powder material 16 is removed by the removal device 31 in the first powder material layer 4 formed by the first powder material supply device 5. The second powder material layer 6 is formed by supplying and filling a second powder material 30 different from the first powder material 16 forming the first powder material layer 4. is there.
The filling device 32 has a tank section for storing the second powder material 30 and the second powder material 30 in the tank section facing the table 3, more specifically, the first powder material 30. The powder material layer 4 includes a discharge nozzle 42 that extends substantially vertically downward and includes a discharge port 41 that discharges toward the space of the portion where the first powder material 16 has been removed by the removing device 31. ing.
Further, the filling device 32 adjusts the second powder material layer 6 formed of the second powder material 30 to the same layer thickness as the first powder material layer 4 and the first powder material layer 4. 2 has a flattening member 43 for flattening the upper surface of the powder material layer 6.

前記排出ノズル42の排出口41は、前記除去装置31の掻き上げ部材36の長手方向の長さ、即ち、該除去装置31の前記第1の粉体材料層4の除去幅と同じ供給幅で前記第2の粉体材料30を前記テーブル3に向けて(より具体的には、前記除去装置31により第1の粉体材料16が除去された部分の空間に向けて)排出自在となっている。したがって、実質的に、この排出口41からの前記第2の粉体材料30の供給幅が、前記充填装置32における第2の粉体材料30の供給幅となる。
また、前記平坦化部材43は、前記排出ノズル42の排出口41から排出された第2の粉体材料30により形成された第2の粉体材料層6の上面を擦り切るようにして、その層厚を第1の粉体材料層4と同じ大きさにすると共に、該上面を平坦化している。この実施の形態においては、前記排出ノズル42と相互に連結されている。
The discharge port 41 of the discharge nozzle 42 has the same supply width as the length of the scraping member 36 of the removal device 31 in the longitudinal direction, that is, the removal width of the first powder material layer 4 of the removal device 31. The second powder material 30 can be discharged toward the table 3 (more specifically, toward the space where the first powder material 16 has been removed by the removing device 31). Yes. Accordingly, the supply width of the second powder material 30 from the discharge port 41 is substantially the supply width of the second powder material 30 in the filling device 32.
Further, the flattening member 43 scrapes the upper surface of the second powder material layer 6 formed by the second powder material 30 discharged from the discharge port 41 of the discharge nozzle 42, The layer thickness is made the same as that of the first powder material layer 4 and the upper surface is flattened. In this embodiment, the discharge nozzle 42 is interconnected.

ここで、前記第2の粉体材料供給装置7は、前記除去装置31と充填装置32との一方又は両方を上下方向に昇降させる昇降機構45を備えている。
前記第2の粉体材料供給装置7は、この昇降機構45により前記除去装置31や充填装置32の高さを調整が可能となるため、例えば、前記第1の粉体材料層4の層厚に適合するようにこれらの除去装置31及び充填装置32の高さを調整することができる。
また、この第2の粉体材料供給装置7は、前記昇降機構45により、前記第2の粉体材料層6を形成するに際して前記除去装置31によって第1粉体材料層4における除去対象となる部分を除去する場合には、除去開始時には該除去装置31のみを下降させる一方で、充填装置32は前記第1の粉体材料層4に接触しない位置にまで上昇させることができる。さらに、前記除去装置31による前記第1の粉体材料層4の第1の粉体材料16の除去により、該第1の粉体材料層4に該充填装置32が入る空間が形成された場合に、前記第2の粉体材料層6の形成のために該充填装置32を下降させることができる。
その他、前記除去装置31が第1の粉体材料層4における除去対象の部分の除去が完了し、充填装置32による第2の粉体材料30の供給に係る作業のみが残されているときに、該除去装置31のみを上昇させて第1の粉体材料層4と接触しないようにする一方で、前記充填装置32の高さを維持して第2の粉体材料の供給を継続させたりすることもできる。
このように、前記昇降機構45は、前記除去装置31や充填装置32の昇降を自在とするため、前記第2の粉体材料供給装置7全体としての多様な運用が可能となる。
Here, the second powder material supply device 7 includes an elevating mechanism 45 that elevates or lowers one or both of the removing device 31 and the filling device 32 in the vertical direction.
The second powder material supply device 7 can adjust the heights of the removal device 31 and the filling device 32 by the lifting mechanism 45. For example, the thickness of the first powder material layer 4 is as follows. The height of the removing device 31 and the filling device 32 can be adjusted so as to conform to the above.
In addition, the second powder material supply device 7 is to be removed from the first powder material layer 4 by the removal device 31 when the second powder material layer 6 is formed by the lifting mechanism 45. When removing the portion, only the removal device 31 is lowered at the start of removal, while the filling device 32 can be raised to a position where it does not contact the first powder material layer 4. Furthermore, when the removal device 31 removes the first powder material 16 from the first powder material layer 4, a space for the filling device 32 is formed in the first powder material layer 4. In addition, the filling device 32 can be lowered to form the second powder material layer 6.
In addition, when the removal device 31 completes the removal of the portion to be removed from the first powder material layer 4 and only the operation relating to the supply of the second powder material 30 by the filling device 32 is left. Only the removal device 31 is raised so as not to come into contact with the first powder material layer 4, while the height of the filling device 32 is maintained and the supply of the second powder material is continued. You can also
As described above, the lifting mechanism 45 allows the removal device 31 and the filling device 32 to freely move up and down, so that the second powder material supply device 7 as a whole can be operated in various ways.

前記昇降機構45としては、前記除去装置31と前記充填装置32との一方又は両方を上下方向に安定的に昇降させることができ、また精密な位置制御を行うことができる構成であれば任意の構成を用いることができる。
例えば、鉛直方向に延びるねじ軸と、該ねじ軸の回転によりそのねじ軸の外周面を軸線方向に移動するナットとを有するボールねじを用いることができる。即ち、前記ねじ軸の下端部を前記除去装置31に取付け、前記ナットを後述する回転装置52に固定し、電動モータ等で該ねじ軸を回転させることにより、そのねじ軸を昇降させて前記除去装置31を昇降させる構成とすることができる。また、前記充填装置32についても同様の構成のボールねじを用いることにより昇降させることができ、したがって、この充填装置32に用いているボールねじ及び前記除去装置31に用いているボールねじのねじ軸の回転数や回転角度を制御することにより、これらの除去装置31と充填装置32の位置を制御することが可能である。
その他、電動式のスライドテーブル等を用いることができる。
As the elevating mechanism 45, any one can be used as long as one or both of the removing device 31 and the filling device 32 can be stably moved up and down and precise position control can be performed. A configuration can be used.
For example, a ball screw having a screw shaft extending in the vertical direction and a nut that moves the outer peripheral surface of the screw shaft in the axial direction by rotation of the screw shaft can be used. That is, the lower end portion of the screw shaft is attached to the removing device 31, the nut is fixed to a rotating device 52 to be described later, and the screw shaft is rotated by an electric motor or the like, so that the screw shaft is moved up and down to remove the screw shaft. It can be set as the structure which raises / lowers the apparatus 31. FIG. Further, the filling device 32 can also be moved up and down by using a ball screw having the same configuration. Therefore, the ball screw used in the filling device 32 and the screw shaft of the ball screw used in the removal device 31 are used. It is possible to control the positions of the removing device 31 and the filling device 32 by controlling the number of rotations and the rotation angle.
In addition, an electric slide table or the like can be used.

ところで、前記第2の粉体材料供給装置7は、前記テーブル3の上方側を水平方向に移動自在に形成されていると共に、前記除去装置31が前記第1の粉体材料層4の一部を除去する向き及び充填装置32が前記第2の粉体材料層6を形成する向き、即ち第2の粉体材料供給装置7が前進する方向を変更自在となっている。
具体的に、前記第2の粉体材料供給装置7には、該第2の粉体材料供給装置7をX軸方向及びY軸方向に移動させる第2の粉体材料供給装置7用の移動装置51と、第2の粉体材料供給装置7を鉛直方向に延びる軸線まわりに回転させて該第2の粉体材料供給装置7の向き(前進方向)を変更する回転装置52とが取付けられている。
これにより、前記第2の粉体材料供給装置7は、その前進方向を任意の方向に自由に設定することができ、例えば図4に示すような、平面視において任意の軌跡を描くように動くことができるため、前記第2の粉体材料層6の平面視形状を任意の形状に形成することができる。
Meanwhile, the second powder material supply device 7 is formed so as to be movable in the horizontal direction above the table 3, and the removal device 31 is a part of the first powder material layer 4. And the direction in which the filling device 32 forms the second powder material layer 6, that is, the direction in which the second powder material supply device 7 advances can be freely changed.
Specifically, the second powder material supply device 7 includes a movement for the second powder material supply device 7 that moves the second powder material supply device 7 in the X-axis direction and the Y-axis direction. A device 51 and a rotating device 52 that rotates the second powder material supply device 7 around an axis extending in the vertical direction to change the direction (forward direction) of the second powder material supply device 7 are attached. ing.
As a result, the second powder material supply device 7 can freely set its forward direction in an arbitrary direction, and moves to draw an arbitrary locus in plan view as shown in FIG. 4, for example. Therefore, the planar view shape of the second powder material layer 6 can be formed in an arbitrary shape.

前記第2の粉体材料供給装置7用の移動装置51は、Y軸方向に相互に並行に延びる左右一対のガイドレール53,53と、これらの一対のガイドレール53,53の間に架け渡され、且つこれらの一対のガイドレール53,53上をY軸方向に移動自在に設けられた、第2の粉体材料供給装置用の前後方向移動部材54とを備えている。
さらに、この第2の粉体材料供給装置用の前後方向移動部材54は、該前後方向移動部材54にX軸方向に移動自在に取付けられた、第2の粉体材料供給装置用の左右方向移動部材55を備えていて、この左右方向移動部材55に前記第2の粉体材料供給装置7が、前記回転装置52を介して取付けられている。
The moving device 51 for the second powder material supply device 7 spans between a pair of left and right guide rails 53, 53 extending in parallel with each other in the Y-axis direction, and the pair of guide rails 53, 53. And a front-rear direction moving member 54 for a second powder material supply device provided on the pair of guide rails 53, 53 so as to be movable in the Y-axis direction.
Further, the front-rear direction moving member 54 for the second powder material supply device is attached to the front-rear direction movement member 54 so as to be movable in the X-axis direction. A moving member 55 is provided, and the second powder material supply device 7 is attached to the left / right moving member 55 via the rotating device 52.

また、前記回転装置52は、前記第2の粉体材料供給装置7を、前記第2の粉体材料供給装置用の左右方向移動部材55に対して、鉛直方向に延びる軸線まわりに回転させるものであり、前記第2の粉体材料供給装置7と左右方向移動部材55との間に介在させている。
この回転装置52としては、前記第2の粉体材料供給装置7を鉛直方向に延びる軸線まわりに回転させることができ、且つ該第2の粉体材料供給装置7の方向を精密且つ安定的に制御することができれば、任意の構成のものを用いる。例えば、ステッピングモータやサーボモータ等や、これらのモータを用いたロータリーテーブルを用いることができる。
The rotating device 52 rotates the second powder material supply device 7 around an axis extending in the vertical direction with respect to the left and right moving member 55 for the second powder material supply device. It is interposed between the second powder material supply device 7 and the left-right moving member 55.
As the rotating device 52, the second powder material supply device 7 can be rotated around an axis extending in the vertical direction, and the direction of the second powder material supply device 7 can be accurately and stably. If it can be controlled, an arbitrary configuration is used. For example, a stepping motor, a servo motor or the like, or a rotary table using these motors can be used.

また、この実施の形態においては、前記第2の粉体材料供給装置7は、前記第1の粉体材料供給装置5の原点位置よりも、Y軸方向における前記三次元造形装置1の前側(正面側)の位置を原点位置としている。
したがって、前記第2の粉体材料供給装置7は、前記第1の粉体材料供給装置5がテーブル3に向けて第1の粉体材料16を供給する際には、前記原点位置に待機するか、もしくは、該第1の粉体材料供給装置5に一定の距離を保った状態で追随するように前進し、その第1の粉体材料供給装置5が形成した第1の粉体材料層4に対して、除去対象の部分の第1の粉体材料16の除去及び第2の粉体材料30の供給を行って第2の粉体材料層6を形成する。
そして、前記第2の粉体材料供給装置7は、第2の粉体材料層6の形成が終了した場合には、前記第1の粉体材料供給装置5の原点位置への移動の前に、この第2の粉体材料供給装置7の原点位置に戻り、前記バインダ液供給装置8によるバインダ液の吐出、供給が終了するまで該原点位置で待機するようになっている。
なお、造形物を作成する際、平面視略曲線状の第2の粉体材料層6を形成するために回転装置52を用いる際には、前記吸引ノズル38と前記排出ノズル42の排出口41とが同一の軌跡を描かないので、第2の粉体材料層6を形成の始終端を緩和曲線とすることが好ましい。緩和曲線としても同一の曲線を描くわけではないが、前記第2の粉体材料30が重力や第2の粉体材料供給装置7から力を受けて広がる程度にすればよい。また、このような前記吸引ノズル38と前記排出ノズル42の排出口41との軌跡が不一致であることに起因する影響を弱めるため、吸引ノズル38と前記排出口41との位置は、相互にできるだけ近いほうが好ましい。緩和曲線としては、クロソイド曲線、3次曲線、サイン半波長逓減曲線など、曲率を低減させる曲線であればよい。
Further, in this embodiment, the second powder material supply device 7 is located on the front side of the three-dimensional modeling apparatus 1 in the Y-axis direction from the origin position of the first powder material supply device 5 ( The position on the front side) is the origin position.
Therefore, the second powder material supply device 7 stands by at the origin position when the first powder material supply device 5 supplies the first powder material 16 toward the table 3. Or the first powder material layer formed by the first powder material supply device 5 by moving forward so as to follow the first powder material supply device 5 while maintaining a certain distance. 4, the first powder material 16 is removed from the portion to be removed and the second powder material 30 is supplied to form the second powder material layer 6.
Then, when the second powder material supply device 7 has completed the formation of the second powder material layer 6, the second powder material supply device 7 before the movement of the first powder material supply device 5 to the origin position. Returning to the origin position of the second powder material supply apparatus 7, the apparatus waits at the origin position until the binder liquid supply apparatus 8 finishes discharging and supplying the binder liquid.
Note that when the rotating device 52 is used to form the second powder material layer 6 having a substantially curved shape in plan view when creating a modeled object, the suction nozzle 38 and the discharge port 41 of the discharge nozzle 42 are used. Do not draw the same locus, it is preferable that the start and end of the formation of the second powder material layer 6 be a relaxation curve. Although the same curve is not drawn as the relaxation curve, it is sufficient that the second powder material 30 spreads due to gravity or force from the second powder material supply device 7. Further, in order to weaken the influence caused by the mismatch between the locus of the suction nozzle 38 and the discharge port 41 of the discharge nozzle 42, the positions of the suction nozzle 38 and the discharge port 41 can be as much as possible. Closer is preferable. The relaxation curve may be a curve that reduces curvature, such as a clothoid curve, a cubic curve, or a sine half-wavelength decreasing curve.

前記構成を有する三次元造形装置1により前記造形物を形成する場合には、まず第1の粉体材料供給装置5を前進させて、テーブル3上に第1の粉体材料16を供給して第1の粉体材料層4を形成する。
次に、第2の粉体材料供給装置7を、前記第1の粉体材料層4を形成後に、もしくは該第1の粉体材料供給装置5の前進に追随するように前進させる。そして、前記第1の粉体材料供給装置5が形成した、バインダ液供給装置8によりバインダ液が吐出される前の前記第1の粉体材料層4における除去対象の部分の第1の粉体材料16を、除去装置31により除去すると共に、該除去装置31が除去した部分に前記充填装置32によって第2の粉体材料30を供給して充填することにより第2の粉体材料層6を形成する。
これにより、1層の粉体材料層2内に、第1の粉体材料層4と第2の粉体材料層6とが形成されることとなる。
When forming the modeled object with the three-dimensional modeling apparatus 1 having the above-described configuration, the first powder material supply apparatus 5 is first advanced to supply the first powder material 16 onto the table 3. A first powder material layer 4 is formed.
Next, the second powder material supply device 7 is advanced after the first powder material layer 4 is formed or so as to follow the advance of the first powder material supply device 5. Then, the first powder of the portion to be removed in the first powder material layer 4 formed by the first powder material supply device 5 and before the binder liquid is discharged by the binder liquid supply device 8. The material 16 is removed by the removing device 31, and the second powder material layer 6 is filled by supplying the second powder material 30 to the portion removed by the removing device 31 by the filling device 32 and filling it. Form.
As a result, the first powder material layer 4 and the second powder material layer 6 are formed in one powder material layer 2.

その後、前記バインダ液供給装置8を移動させて、第1の粉体材料層4及び第2の粉体材料層6からなる1層の粉体材料層2に対して、造形対象となる造形物の形状に合わせてバインダ液を吐出させ、第1の粉体材料16や第2の粉体材料30を結合させる。
これにより、造形対象となる造形物の一部の層部分と、結合されていない粉体材料とを含む1層の粉体材料層2が形成される。
以降、前記テーブル3を1層分ずつ下降させながら、前記動作を繰り返して粉体材料層2を1層ずつ形成し、順次積層していくことにより、該粉体材料層2中の造形物の一部の層部分が積層され、最終的に造形対象となる造形物が完成することとなる。
Then, the said binder liquid supply apparatus 8 is moved, and the modeling object used as modeling object with respect to the one powder material layer 2 which consists of the 1st powder material layer 4 and the 2nd powder material layer 6 The binder liquid is discharged in accordance with the shape of the first powder material 16 and the second powder material 30 are combined.
Thereby, the one layer powder material layer 2 containing the one part layer part of the modeling object used as modeling object, and the powder material which is not couple | bonded is formed.
Thereafter, while the table 3 is lowered one layer at a time, the above operation is repeated to form the powder material layer 2 one layer at a time, and by sequentially laminating, the shaped object in the powder material layer 2 A part of the layer portions are laminated, and a modeled object to be modeled is finally completed.

このように、前記構成を有する三次元造形装置1によれば、前記第1の粉体材料供給装置5とは別に設けられた前記第2の粉体材料供給装置7が、前記除去装置31と前記充填装置32とを備えていて、これらの除去装置31及び充填装置32により、1層の粉体材料層2内に複数種類の粉体材料による複数の粉体材料層をそれぞれ適切な位置に安定的且つ確実に併設することが可能となる。   Thus, according to the three-dimensional modeling apparatus 1 having the above-described configuration, the second powder material supply apparatus 7 provided separately from the first powder material supply apparatus 5 includes the removal apparatus 31 and the second powder material supply apparatus 7. And a plurality of powder material layers made of a plurality of types of powder materials in one layer of the powder material layer 2 by the removal device 31 and the filling device 32, respectively. It becomes possible to install it stably and reliably.

したがって、例えば、前記三次元造形装置により鋳型を形成する場合においては、各種類の粉体材料による粉体材料層を適切な位置に形成することができるため、それらの粉体材料に起因する機能によって、前記鋳型内の金属の冷却が進む方向を適切に制御でき、該鋳型全体としての冷却性能を制御し、鋳型内の金属の冷却による凝固に指向性を持たせることが可能となる。
これにより、鋳型内の金属が冷えて収縮する際に形成される空洞等の内部欠陥を押湯の部分に集中させることができるため、鋳造対象の鋳物中に形成されることを安定的に抑えることができる。また、鋳型内の金属の冷却による凝固に指向性を持たせることが可能であることから、鋳造対象の鋳物とは全く関係がない押湯の部分についても最低限に抑えることができ、これにより金属の使用量を抑えて鋳造の歩留まりを向上させることができる。
Therefore, for example, in the case where a mold is formed by the three-dimensional modeling apparatus, since a powder material layer of each type of powder material can be formed at an appropriate position, functions resulting from those powder materials Thus, the direction in which the metal in the mold is cooled can be appropriately controlled, the cooling performance of the entire mold can be controlled, and the solidification due to the cooling of the metal in the mold can be given directivity.
As a result, internal defects such as cavities formed when the metal in the mold cools and contracts can be concentrated on the feeder, so that it is stably suppressed from being formed in the casting to be cast. be able to. In addition, since it is possible to give directionality to the solidification by cooling of the metal in the mold, it is possible to minimize the portion of the feeder that has nothing to do with the casting to be cast. The yield of casting can be improved by reducing the amount of metal used.

前記実施の形態においては、前記第2の粉体材料供給装置7が、前記テーブル3の上方側を水平方向に移動自在に形成されていると共に、前記除去装置31が前記第1の粉体材料層4の一部を除去する向き及び充填装置32が前記第2の粉体材料層6を形成する向きを変更自在となっている。しかしながら、前記第2の粉体材料供給装置は、必ずしもこのような構成である必要はなく、例えば、X軸方向及びY軸方向にのみ移動でき、向きを変更しない構成であってもよい。   In the embodiment, the second powder material supply device 7 is formed so as to be movable in the horizontal direction above the table 3, and the removal device 31 is the first powder material. The direction in which a part of the layer 4 is removed and the direction in which the filling device 32 forms the second powder material layer 6 can be changed. However, the second powder material supply device does not necessarily have such a configuration. For example, the second powder material supply device may be configured to move only in the X-axis direction and the Y-axis direction without changing the orientation.

前記実施の形態においては、前記第2の粉体材料供給装置7の除去装置31は、前記第1の粉体材料層4における除去対象の部分の第1の粉体材料16を吸引する吸引装置37を備えている。
しかしながら、前記除去装置は、除去した第1の粉体材料を一時的に保持可能として第2の粉体材料層の形成後に廃棄する等、除去対象の部分の第1の粉体材料を確実に除去することができれば、必ずしも吸引装置を備えている必要はない。
In the embodiment, the removing device 31 of the second powder material supply device 7 sucks the first powder material 16 in the portion to be removed in the first powder material layer 4. 37.
However, the removing device ensures that the removed first powder material can be temporarily held and discarded after the formation of the second powder material layer, and the like. If it can be removed, the suction device is not necessarily provided.

また、前記実施の形態では、前記第2の粉体材料供給装置7の除去装置31は、前記第1の粉体材料層4を該第1の粉体材料層4と同じ層厚で掻き上げる掻き上げ部材36を備えているが、前記第1の粉体材料層4の除去対象の部分を該第1の粉体材料層4と同じ層厚で除去することができれば、この掻き上げ部材は省略することができる。このとき、例えば前記吸引装置を有している場合は、前記第1の粉体材料層における除去対象の部分の第1の粉体材料を、該吸引装置の吸引ノズルの先端部(より具体的には吸引口の開口縁部分)で掻き上げながら吸引、あるいは該吸引装置の吸引力のみで直接的に吸引するようにしてもよい。   In the embodiment, the removal device 31 of the second powder material supply device 7 scrapes the first powder material layer 4 with the same layer thickness as the first powder material layer 4. Although the scraping member 36 is provided, if the portion to be removed of the first powder material layer 4 can be removed with the same layer thickness as the first powder material layer 4, the scraping member is Can be omitted. At this time, for example, when the suction device is provided, the first powder material of the portion to be removed in the first powder material layer is transferred to the tip of the suction nozzle of the suction device (more specifically, Alternatively, suction may be performed while being scraped up at the opening edge portion of the suction port) or directly by only the suction force of the suction device.

前記実施の形態においては、前記第2の粉体材料供給装置7は、前記除去装置31と充填装置32との一方又は両方を上下方向に昇降させる昇降機構45を備えているが、前記除去装置や充填装置の高さを変更する必要がない場合は、第2の粉体材料供給装置は昇降機構を必ずしも備えていなくてもよい。   In the embodiment, the second powder material supply device 7 includes the lifting mechanism 45 that moves up or down one or both of the removal device 31 and the filling device 32 in the vertical direction. In the case where it is not necessary to change the height of the filling device, the second powder material supply device may not necessarily include the lifting mechanism.

さらに、前記実施の形態においては、前記充填装置32は、タンク部内の第2の粉体材料30をテーブル3に向けて排出する排出ノズル42を備えているが、充填装置は、第2の粉体材料を除去装置が第1の粉体材料を除去した部分に確実に供給して充填することができれば、タンク部の底部に排出口を直接設ける等、必ずしも排出ノズルを設ける必要はない。
また、前記実施の形態では、第1の粉体材料供給装置5は、タンク部内の第1の粉体材料16をテーブル3に向けて排出する排出ノズル22を備えているが、第1の粉体材料供給装置は、第1の粉体材料をテーブルに向けて確実に供給することができれば、排出ノズルは必ずしも必要ではない。
Furthermore, in the said embodiment, although the said filling apparatus 32 is provided with the discharge nozzle 42 which discharges | emits the 2nd powder material 30 in a tank part toward the table 3, a filling apparatus is 2nd powder. If the body material can be reliably supplied and filled in the part from which the first powder material has been removed, it is not always necessary to provide a discharge nozzle, such as providing a discharge port directly at the bottom of the tank unit.
Moreover, in the said embodiment, although the 1st powder material supply apparatus 5 is provided with the discharge nozzle 22 which discharges | emits the 1st powder material 16 in a tank part toward the table 3, 1st powder If the body material supply device can reliably supply the first powder material toward the table, the discharge nozzle is not necessarily required.

前記実施の形態においては、前記第2の粉体材料供給装置7は、除去装置31と充填装置32とが一体的に構成されているが、この第2の粉体材料供給装置は、除去装置と充填装置との間にある程度の空間が形成されて相互に離れた状態に配設された構成であってもよい。   In the embodiment, the second powder material supply device 7 is configured by the removal device 31 and the filling device 32 integrally, but the second powder material supply device is a removal device. It may be a configuration in which a certain amount of space is formed between the container and the filling device and arranged in a state separated from each other.

なお、前記実施の形態においては、第1の粉体材料供給装置5からテーブル3上に供給した粉体材料層2に対して、バインダ液供給装置8から吐出したバインダ液によって粉体材料を結合して造形物を形成する、いわゆるインクジェット式の三次元造形装置に係るものであった。
しかしながら、三次元造形装置としては、粉体材料を任意の手段で結合して造形を行うものであれば、例えば粉体材料を赤外線レーザや電子線ビーム、サーマルヘッドなどにより焼結又は溶融する粉末焼結(溶融)造形に係るものであってもよい。このとき、粉体材料として粉体状の金属を用いる場合、溶融した該粉体状の金属を連続的に固体に変えていくため、物性が連続的に変化して粉体状の金属同士の接合が弱くならない。
あるいは、粉体材料供給装置によってテーブル上に粉体材料を供給して、その粉体材料に対して、インクジェットヘッド等によって造形物の形状に合わせて硬化阻害剤を吐出した後、硬化剤や該硬化剤と共に用いる添加剤を粉体材料に吐出することにより、造形物の一部の層を形成する手段を実施するための三次元造形装置であってもよい。
また、本発明の三次元造形装置によって鋳造用の鋳型(砂型)を形成する場合には、前記第1の粉体材料や第2の粉体材料に、砂鉄等の金属の微粒子や、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化亜鉛、黒鉛、その他クロマイト砂やジルコン砂等の高熱伝導人工砂などを混合してもよく、これにより、鋳型の熱伝導率を位置によって変化させて、鋳型に入れる溶けた金属の冷却に指向性を持たせることが可能となる。
In the embodiment, the powder material is bonded to the powder material layer 2 supplied from the first powder material supply device 5 onto the table 3 by the binder liquid discharged from the binder liquid supply device 8. Then, it was related to a so-called ink jet type three-dimensional modeling apparatus that forms a modeled object.
However, as a three-dimensional modeling apparatus, for example, a powder that sinters or melts a powder material with an infrared laser, an electron beam beam, a thermal head, or the like as long as the powder material is combined by any means to perform modeling. It may be related to sintering (melting) modeling. At this time, when powdered metal is used as the powder material, the molten powdered metal is continuously changed to a solid, so that the physical properties change continuously, Bonding does not weaken.
Alternatively, the powder material is supplied onto the table by the powder material supply device, and after the curing inhibitor is discharged to the powder material in accordance with the shape of the modeled object by the inkjet head or the like, the curing agent or the It may be a three-dimensional modeling apparatus for implementing means for forming a part of the modeled object by discharging an additive used together with the curing agent to the powder material.
In addition, when forming a casting mold (sand mold) with the three-dimensional modeling apparatus of the present invention, the first powder material and the second powder material may include fine particles of metal such as iron sand, alumina, Silicon nitride, boron nitride, zinc oxide, graphite, and other artificial heat-conductive sand such as chromite sand and zircon sand may be mixed. It becomes possible to give directivity to the cooling of the metal.

1 三次元造形装置
2 粉体材料層
3 テーブル
4 第1の粉体材料層
5 第1の粉体材料供給装置
6 第2の粉体材料層
7 第2の粉体材料供給装置
16 第1の粉体材料
30 第2の粉体材料
31 除去装置
32 充填装置
37 吸引装置
45 昇降機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 3D modeling apparatus 2 Powder material layer 3 Table 4 1st powder material layer 5 1st powder material supply apparatus 6 2nd powder material layer 7 2nd powder material supply apparatus 16 1st Powder material 30 Second powder material 31 Removal device 32 Filling device 37 Suction device 45 Lifting mechanism

Claims (4)

テーブル上に形成された粉体材料層中の粉体材料を、造形対象となる三次元造形物の形状に合わせて結合させる動作を繰り返し、前記粉体材料層を順次積層することにより前記三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
前記三次元造形装置は、前記粉体材料層において第1の粉体材料層を形成する第1の粉体材料供給装置と、前記粉体材料層において第2の粉体材料層を形成する第2の粉体材料供給装置とを有していて、前記第2の粉体材料供給装置は、
前記第1の粉体材料供給装置により形成された、前記第1の粉体材料層を形成する第1の粉体材料が結合される前の第1の粉体材料層の一部分を、該第1の粉体材料層と同じ層厚で除去する除去装置と、
前記第1の粉体材料層における、前記除去装置により除去された部分に、前記第1の粉体材料層を形成する前記第1の粉体材料とは異なる第2の粉体材料を供給して充填することにより前記第2の粉体材料層を形成する充填装置とを備えている、ことを特徴とする三次元造形装置。
By repeating the operation of combining the powder material in the powder material layer formed on the table in accordance with the shape of the three-dimensional structure to be modeled, the three-dimensional structure is formed by sequentially laminating the powder material layers. A three-dimensional modeling apparatus for modeling a model,
The three-dimensional modeling apparatus includes: a first powder material supply device that forms a first powder material layer in the powder material layer; and a second powder material layer that forms a second powder material layer in the powder material layer. Two powder material supply devices, and the second powder material supply device comprises:
A part of the first powder material layer formed by the first powder material supply device before the first powder material forming the first powder material layer is bonded is added to the first powder material layer. A removal device for removing with the same layer thickness as the powder material layer of 1;
A second powder material different from the first powder material that forms the first powder material layer is supplied to a portion of the first powder material layer that has been removed by the removing device. And a filling device for forming the second powder material layer by filling in a three-dimensional modeling apparatus.
前記第2の粉体材料供給装置は、前記三次元造形物が造形されるテーブルの上方側を水平方向に移動自在に形成されていると共に、前記除去装置が前記第1の粉体材料層の一部を除去する向き及び充填装置が前記第2の粉体材料層を形成する向きを変更自在である、ことを特徴とする請求項1に記載の三次元造形装置。   The second powder material supply device is formed so as to be movable in the horizontal direction on the upper side of the table on which the three-dimensional structure is formed, and the removal device is formed of the first powder material layer. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein a direction in which a part is removed and a direction in which the filling device forms the second powder material layer can be changed. 前記除去装置は、前記第1の粉体材料層における除去対象の部分の第1の粉体材料を吸引する吸引装置を備えている、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の三次元造形装置。   The said removal apparatus is equipped with the suction device which attracts | sucks the 1st powder material of the part of the removal object in the said 1st powder material layer, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. 3D modeling equipment. 前記第2の粉体材料供給装置は、前記除去装置と充填装置との一方又は両方を上下方向に昇降させる昇降機構を備えている、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の三次元造形装置。   The said 2nd powder material supply apparatus is equipped with the raising / lowering mechanism which raises / lowers one or both of the said removal apparatus and a filling apparatus to an up-down direction, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The three-dimensional modeling apparatus described in 1.
JP2016511531A 2014-03-31 2015-03-19 3D modeling equipment Active JP6482006B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014073806 2014-03-31
JP2014073806 2014-03-31
PCT/JP2015/058253 WO2015151834A1 (en) 2014-03-31 2015-03-19 Three-dimensional fabrication apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015151834A1 true JPWO2015151834A1 (en) 2017-04-13
JP6482006B2 JP6482006B2 (en) 2019-03-13

Family

ID=54240165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016511531A Active JP6482006B2 (en) 2014-03-31 2015-03-19 3D modeling equipment

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6482006B2 (en)
WO (1) WO2015151834A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2548340A (en) 2016-03-09 2017-09-20 Digital Metal Ab Manufacturing method and manufacturing apparatus
CN106735197B (en) * 2016-11-10 2019-08-27 湖南华曙高科技有限责任公司 For manufacturing the equipment and its movable type smoke removing device of three-dimension object
US20180186073A1 (en) * 2017-01-03 2018-07-05 General Electric Company Additive manufacturing systems including a particulate dispenser and methods of operating such systems
CN111050954B (en) * 2017-04-26 2023-01-03 曼彻斯特大学 Apparatus and method for additive manufacturing
US20180311769A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Divergent Technologies, Inc. Multi-materials and print parameters for additive manufacturing
US20180311732A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Divergent Technologies, Inc. Support structures in additive manufacturing
FR3070134B1 (en) * 2017-08-18 2019-08-16 S.A.S 3Dceram-Sinto METHOD AND MACHINE FOR MANUFACTURING AT LEAST ONE PIECE OF AT LEAST ONE CERAMIC AND / OR METALLIC MATERIAL BY THE TECHNIQUE OF ADDITIVE PROCESSES
JP6961461B2 (en) * 2017-10-27 2021-11-05 三菱重工業株式会社 Laminated modeling equipment
CN111936299B (en) * 2018-03-30 2023-03-24 Cmet公司 Screed, three-dimensional stack molding device, control method for three-dimensional stack molding device, and control program for three-dimensional stack molding device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0768518A (en) * 1993-08-24 1995-03-14 C C A Kk Molding method for patterned molded form using gas flow controller and the controller used for the form
JP2002307562A (en) * 2001-02-07 2002-10-23 Minolta Co Ltd Three-dimensional shaping device and three-dimensional shaping method
WO2005037529A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-28 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method for manufacturing three-dimensional shaped article and three-dimensional shaped article
JP2007313749A (en) * 2006-05-25 2007-12-06 Murata Mfg Co Ltd Manufacturing method of composite structure
JP2015175013A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 日本電子株式会社 Three-dimension laminate molding apparatus and three-dimension laminate molding method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0768518A (en) * 1993-08-24 1995-03-14 C C A Kk Molding method for patterned molded form using gas flow controller and the controller used for the form
JP2002307562A (en) * 2001-02-07 2002-10-23 Minolta Co Ltd Three-dimensional shaping device and three-dimensional shaping method
WO2005037529A1 (en) * 2003-10-20 2005-04-28 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Method for manufacturing three-dimensional shaped article and three-dimensional shaped article
JP2007313749A (en) * 2006-05-25 2007-12-06 Murata Mfg Co Ltd Manufacturing method of composite structure
JP2015175013A (en) * 2014-03-13 2015-10-05 日本電子株式会社 Three-dimension laminate molding apparatus and three-dimension laminate molding method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6482006B2 (en) 2019-03-13
WO2015151834A1 (en) 2015-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6482006B2 (en) 3D modeling equipment
JP6380948B2 (en) Powder material supply device for 3D modeling equipment
JP6027253B2 (en) Powder bed stabilization method using vacuum for additive manufacturing
JP6614135B2 (en) Powder material supply device for 3D modeling equipment
JP5230264B2 (en) Manufacturing method of three-dimensional shaped object
JP6270353B2 (en) Three-dimensional structure and support forming method
JP6425222B2 (en) Powder material supply device of three-dimensional modeling device
US10661333B2 (en) Casting method using combined 3D printed shell mold and the combined shell mold used in the method
JP5653657B2 (en) Method for producing three-dimensional shaped object, three-dimensional shaped object to be obtained, and method for producing molded product
JP6549435B2 (en) Method of manufacturing powder pressed compact
CN107716855B (en) Forming method for sand mold self-adaptive gradient printing
JP2020519486A (en) Molding method and molding apparatus particularly applicable to metals and/or ceramics
KR102142505B1 (en) Method and machine for manufacturing at least one piece made of at least one ceramic and/or metallic material by the technique of additive manufacturing
KR102145781B1 (en) Manufacturing method of 3D shape sculpture
JP6440139B2 (en) Manufacturing method of three-dimensional structure
WO2015141782A1 (en) Print head unit, three-dimensional additive layer manufacturing device, three-dimensional additive layer manufacturing method, and manufacturing product
JP6836097B2 (en) Manufacturing method of 3D model and manufacturing equipment of 3D model
CN105599106A (en) Micro-jetting bonding forming method of ceramic mould core blank
KR102099574B1 (en) Manufacturing method of 3D shape sculpture and 3D shape sculpture
WO2017022144A1 (en) Method for producing three-dimensionally shaped moulded article, and three-dimensionally shaped moulded article
TWI382916B (en) Rapid prototyping apparatus for object realization using printing and rapid prototyping method
NL2017864B1 (en) System for producing an object by means of additive manufacturing
KR102142507B1 (en) Method and machine for manufacturing pieces made of ceramic or metallic material by the technique of additive manufacturing
JP2019025865A (en) Three-dimensional shaping apparatus
CN107538739A (en) Composite three-dimensional forming machine and its print module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180112

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181207

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190205

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6482006

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250