WO2015194398A1 - 三次元造形装置 - Google Patents

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drive unit
drive
dimensional modeling
modeling apparatus
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村田　力
篤盛 稲田
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株式会社放電精密加工研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus for manufacturing a three-dimensional modeled object by repeatedly forming powder in a layered manner.
  • the object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus with high accuracy and productivity.
  • the three-dimensional modeling apparatus of one embodiment according to the present invention is A support frame; A material supply unit supported by the support frame; A modeling object mounting unit on which a material supported by the support frame and supplied from the material supply unit is mounted; With The shaped article placing part is A table on which the model is placed; A drive unit for driving the table; A measuring unit for measuring the position of the table; A control unit for controlling the drive unit based on the measurement value of the measurement unit; It is characterized by having.
  • the three-dimensional modeling apparatus of one embodiment according to the present invention is An input unit for inputting in advance an instruction movement amount of the table; A storage unit that stores an instruction movement amount input from the input unit; With The control unit moves the table by the indicated movement amount stored in the storage unit.
  • the control unit feeds back a status signal of the driving unit.
  • the drive unit includes a first drive unit and a second drive unit that can be driven independently,
  • the measurement unit has a first measurement unit and a second measurement unit for measuring the position of the slider, respectively.
  • the control unit controls the first driving unit and the second driving unit independently based on each measurement value of the first measurement unit and the second measurement unit.
  • the shaped article placing part is The apparatus further includes a transmission unit having a first transmission unit and a second transmission unit that transmit the driving forces of the first driving unit and the second driving unit to the table, respectively.
  • the first measurement unit and the second measurement unit are respectively disposed corresponding to the support positions of the table, the first transmission unit, and the second transmission unit transmission unit.
  • the drive unit includes the first drive unit, the second drive unit, the third drive unit, and the fourth drive unit that are arranged at positions that form a quadrangle
  • the transmission unit includes a first transmission unit, a second transmission unit, and a third transmission unit that transmit driving forces of the first drive unit, the second drive unit, the third drive unit, and the fourth drive unit to the table. Having a transmission part and a fourth transmission part,
  • the control unit can independently control the first drive unit, the second drive unit, the third drive unit, and the fourth drive unit.
  • the three-dimensional modeling apparatus of one embodiment according to the present invention is A rod that moves with the table; A limit switch that contacts when the rod reaches a predetermined position; Is provided.
  • FIG. 1 shows the three-dimensional modeling apparatus of one Embodiment concerning this invention. It is an enlarged view which shows the modeling mounting part of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment. It is the schematic which shows arrangement
  • FIG. 1 is a diagram showing a three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment includes an energy beam irradiation unit 2 as a material supply unit, a powder supply unit 3 as a material supply unit, and a modeling object placing unit 4.
  • the energy beam irradiation unit 2, the powder supply unit 3, and the modeled article placement unit 4 are supported by the support frame 11. Further, a reference frame 12 as a part of the support frame 11 is formed at an intermediate portion of the support frame 11.
  • the energy beam irradiation unit 2 includes a beam generation unit 21 that generates an energy beam EB, and a beam scanning unit 22 that adjusts the focal position of the energy beam EB irradiated from the beam generation unit 21 and that can perform two-dimensional scanning. And is placed on the support frame 11.
  • the beam operation unit 22 performs two-dimensional scanning, but may perform three-dimensional scanning that can operate the focal position of the beam in the vertical direction.
  • the beam generator 21 is preferably one that generates a laser beam or an electron beam.
  • the beam scanning unit 22 moves an optical element such as a lens to focus the light on a metal powder M on a table, which will be described later, and performs two-dimensional scanning on the table 41.
  • the energy beam irradiation unit 2 may be configured as a laser irradiation unit described in Patent Document 1.
  • the beam scanning unit 22 focuses the electron beam by controlling the electromagnetic field and performs two-dimensional scanning on the table 41.
  • the energy beam irradiation unit 2 may be configured as an apparatus for irradiating and guiding an electron beam described in Patent Document 2.
  • the powder supply unit 3 includes a powder storage unit 31 that temporarily stores the metal powder M, a leveling unit 32 that averages the metal powder M on the table, and an outer frame unit 33.
  • the powder storage unit 31 includes a container held by the support frame 11, has an injection unit 31 a for injecting the metal powder M on the upper side, and a discharge unit 31 b for discharging the metal powder M on the lower side. It is preferable that the discharge part 31b can adjust the discharge amount of the metal powder M.
  • the leveling part 32 is a part that forms a plane having a uniform height as much as possible by moving a member such as a scraper on the table 41 with the metal powder M discharged from the powder storage part 31. In addition, it is preferable that the height which levels the metal powder M can be adjusted.
  • the outer frame portion 33 is supported by the support frame 11 and is installed on the outer periphery of a table 41 described later. Excess metal powder M after the leveling portion 32 is leveled moves to the outer frame portion 33. These metal powders M are preferably circulated by a circulation unit (not shown) that returns to the powder storage unit 31.
  • the powder supply unit 3 may be provided with a circulation unit (not shown) that returns the metal powder M on the table 41 that has not been formed to the powder storage unit 31 after being discharged from the discharge unit 31b.
  • the material supply unit is not limited to the energy beam irradiation unit 2 and the powder supply unit 3 as in the present embodiment.
  • a form in which a solid or a liquid is sprayed and bonded using a metal, a form in which filaments are deposited and welded, a form in which metal powder is welded, or the like may be used.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing a modeling placement portion of the three-dimensional modeling apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the arrangement of the drive transmission unit of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a modeling placement part of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment.
  • the modeling object placing unit 4 includes a table 41, a slider 42, a ball screw 43, a speed reduction unit 44, a table driving unit 45, a magnetic sensor 46, a magnetic scale 47, a rod 48, and a limit switch 49. Have.
  • the table 41 is supported by the slider 42.
  • the upper surface of the table 41 is formed in a flat surface, and the metal powder M shown in FIG. 1 is discharged and placed on the upper surface.
  • the modeled object is preferably formed in a modeled area 41 a that is smaller than the outer shape of the table 41.
  • the slider 42 supports the table 41 on the upper surface. Below, it is supported by the ball screw 43.
  • the ball screw 43 is connected to the drive unit 45 via the speed reduction unit 44.
  • the drive unit 45 includes a servo motor or other actuator, and the ball screw 43 rotates when the drive unit 45 is driven.
  • the table 42 also moves up and down as the slider 42 moves up and down as the ball screw 43 rotates. .
  • the ball screw 43 preferably penetrates the reference frame 12.
  • the ball screw 43, the speed reduction part 44, the drive part 45, the magnetic sensor 46, and the magnetic scale 47 are each arrange
  • the ball screw 43 and the speed reduction part 44 comprise a transmission part.
  • the drive unit 45 and the transmission unit constitute a drive transmission unit.
  • the linear motion mechanism of the drive part 45 and the ball screw 43 may be sufficient without using the deceleration part 44. In the case of the linear motion mechanism, the backlash can be suppressed, so that the control can be performed with higher accuracy.
  • the first ball screw 43a, the second ball screw 43b, the third ball screw 43c, and the fourth ball screw 43d are connected to the slider 42 corresponding to four corners outside the modeling region 41a.
  • the first drive unit 45a, the second drive unit 45b, the third drive unit 45c, and the fourth drive unit 45d are respectively a first reduction unit 44a, a second reduction unit 44b, and a third reduction unit.
  • the first ball screw 43a, the second ball screw 43b, the third ball screw 43c, and the fourth ball screw 43d are connected to each other via the 44c and the fourth reduction portion 44d.
  • a first magnetic sensor 46a, a second magnetic sensor 46b, a third magnetic sensor 46c, and a fourth magnetic sensor 46d are a first ball screw 43a, a second ball screw 43b, a third ball screw 43c, and a second magnetic sensor 46d.
  • the four ball screws 43d are attached to correspond to the support positions.
  • the magnetic sensor 46 is an example of a measurement unit.
  • the measurement unit may be an optical position sensor or an ultrasonic sensor that detects a distance by attaching a light emitting unit to one of the slider 42 or the support frame 11 and a light receiving unit to the other.
  • these sensors are preferably attached corresponding to the support positions of the first ball screw 43a, the second ball screw 43b, the third ball screw 43c, and the fourth ball screw 43d.
  • the rotation angle of the motor may be converted into a stroke amount by a motor encoder (not shown) and the position may be detected in detail using the magnetic sensor 46.
  • the support frame 11 on the side of the slider 42 is provided with a magnetic scale that faces the first magnetic sensor 46a, the second magnetic sensor 46b, the third magnetic sensor 46c, and the fourth magnetic sensor 46d.
  • a first magnetic scale 47a, a second magnetic scale 47b, a third magnetic scale 47c, and a fourth magnetic scale 47d are provided.
  • a rod 48 is attached to at least one of the first ball screw 43a, the second ball screw 43b, the third ball screw 43c, and the fourth ball screw 43d.
  • the rod 48 moves together with the table 41, the slider 42, and the ball screw 43.
  • a limit switch 49 is disposed below the rod 48. Therefore, if the table 41, the slider 42, the ball screw 43, and the rod 48 have a large amount of downward movement or a large amount of upward movement, the limit switch 49 is actuated to notify the danger.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a control system of the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment.
  • the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment includes an input unit 51, a first magnetic sensor 46 a, a second magnetic sensor 46 b, a third magnetic sensor 46 c, a fourth magnetic sensor 46 d, and a storage unit 52.
  • the control unit 50 controls the first drive unit 45a, the second drive unit 45b, the third drive unit 45c, and the fourth drive unit 45d independently of each of the signals input from.
  • the input unit 51 inputs information such as a molding shape, a molding pressure, and a molding speed in advance.
  • the storage unit 52 stores information input from the input unit 51, a modeling process, and the like, and outputs the information to the control unit 50.
  • Each of the first magnetic sensor 46a, the second magnetic sensor 46b, the third magnetic sensor 46c, and the fourth magnetic sensor 46d includes a first magnetic scale 47a, a second magnetic scale 47b, a third magnetic scale 47c, and a second magnetic sensor that face each other. Each displacement or speed is measured from the scale of the 4 magnetic scale 47 d and output to the control unit 50.
  • first drive unit 45a, the second drive unit 45b, the third drive unit 45c, and the fourth drive unit 45d feed back signals such as current, rotation speed, and rotation torque to the control unit 50.
  • 6 to 9 are enlarged views showing the operation of the modeling table portion of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment.
  • each drive unit 45 shown in FIG. 4 is driven, and the table 41 is moved downward as shown in FIG.
  • the instruction movement amount in the table 41 may be input in advance to the input unit 51 shown in FIG. 5 and stored in the storage unit 52.
  • the first drive unit 45a, the second drive unit 45b, and the third drive unit 45a are moved while the table 41 is moved by the indicated movement amount stored in the storage unit 52.
  • From signals such as current, rotation speed, and rotation torque of the drive unit 45c and the fourth drive unit 45d, and the first magnetic sensor 46a, the second magnetic sensor 46b, the third magnetic sensor 46c, and the fourth magnetic sensor 46d The measurement signal is input to the control unit 50.
  • the control unit 50 controls the first driving unit 45a, the second driving unit 45b, the third driving unit 45c, and the fourth driving unit 45d independently from these signals, and controls the table 41 to a predetermined posture. .
  • the table 41 is controlled horizontally.
  • the metal powder M is discharged onto the table 41 from the discharge part 31 b of the powder storage part 31.
  • the metal powder M is uniformly leveled on the table 41 by the leveling unit 32 so that the surface is horizontal.
  • the energy beam irradiation unit 2 shown in FIG. 1 irradiates the energy beam EB, and as shown in FIG. 7, the metal powder M is sintered to form a part of the modeled object M ′.
  • each drive unit 45 shown in FIG. 4 is driven again, and the table 41 is moved downward as shown in FIG.
  • the movement amount of the table 41 may be input in advance to the input unit 51 illustrated in FIG. 5 and stored in the storage unit 52.
  • the first drive unit 45a and the second drive are performed while the table 41 is moved by the indicated movement amount stored in the storage unit 52.
  • Signals of the current, rotation speed, and rotation torque of the unit 45b, the third drive unit 45c, and the fourth drive unit 45d, the first magnetic sensor 46a, the second magnetic sensor 46b, the third magnetic sensor 46c, and the A measurement signal from the 4 magnetic sensor 46 d is input to the control unit 50.
  • the control unit 50 controls the first drive unit 45a, the second drive unit 45b, the third drive unit 45c, and the fourth drive unit 45d independently from these signals to control the table 41 to a predetermined posture.
  • the table 41 is controlled horizontally.
  • the metal powder M is discharged onto the table 41 from the discharge part 31 b of the powder storage part 31.
  • the metal powder M is uniformly leveled on the table 41 by the leveling unit 32 so that the surface is horizontal.
  • the energy beam irradiation unit 2 shown in FIG. 1 irradiates the energy beam EB, and as shown in FIG. 9, the metal powder M is sintered to form a part of the shaped object M ′.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which a modeled object is formed by the three-dimensional modeling apparatus according to the present embodiment.
  • a modeled object M ′ is formed as shown in FIG.
  • the posture of the table 41 can be set in many patterns. It is possible to form many types of shaped objects M ′.
  • first drive unit 45a, the second drive unit 45b, the third drive unit 45c, and the fourth drive unit 45d can be controlled independently to control the table 41 in a predetermined posture, Can be formed with high accuracy.
  • control unit 50 controls the table 41 horizontally by independently controlling the first drive unit 45a, the second drive unit 45b, the third drive unit 45c, and the fourth drive unit 45d, so It becomes possible to form an accurate shaped object M ′.
  • FIG. 11 is a diagram showing a three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an arrangement of a drive transmission unit of a three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • the fifth drive unit 45e, the fifth reduction unit 44e, and the fifth ball screw 43e are arranged below the center of the table 41. And it is preferable to control all the five drive parts 45 independently.
  • the table 41 is supported at the five positions and driven by the five driving units 45, so that the molded object M 'can be formed with higher accuracy.
  • the level of the table 41 can be maintained with higher accuracy, and a model M 'with higher accuracy can be formed. Furthermore, it becomes possible to place a large-sized model with a high weight and a large area.
  • FIG. 13 is a schematic view showing the arrangement of the drive transmission unit of the three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • one first ball screw 43a is provided. And it is preferable to control the one drive part 45 which is not shown in figure.
  • the first ball screw 43a that supports the table 41 is disposed at the position of the center of gravity of the table 41 because the table 41 becomes stable.
  • FIG. 14 is a schematic view showing the arrangement of the drive transmission unit of the three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • At least two first ball screws 43a and second ball screws 43b are provided. And it is preferable to control all the two drive parts 45 which are not shown in figure independently.
  • first ball screw 43a and the second ball screw 43b are arranged so that the straight line connecting the first ball screw 43a and the second ball screw 43b that supports the table 41 includes the center of gravity of the table 41, because the table 41 becomes stable.
  • FIG. 15 is a schematic view showing the arrangement of the drive transmission unit of the three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • the third ball screw 43c is disposed so as to form a triangle with the first ball screw 43a and the second ball screw 43b. It is preferable to control all three drive units 45 (not shown) independently.
  • the table 41 is supported at three positions and driven by the three driving units 45 (not shown), so that the plane is fixed and stabilized, and the number of the ball screw 43, the speed reduction unit 44, and the driving unit 45 is increased. Therefore, it is possible to form the modeled object M ′ at a low cost.
  • first ball screw 43a, the second ball screw 43b, and the third ball screw 43a, the third ball screw 43b, and the third ball screw 43c that support the table 41 include the center of gravity of the table 41 so that the triangle formed by the triangle is formed. It is preferable to arrange the ball screw 43c because the table 41 is stabilized.
  • FIG. 16 is a schematic view showing the structure of the drive transmission unit of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment.
  • the table 41 is moved up and down via the slider 42 by rotating the screw portion 432 of the ball screw 43 by the driving force of the drive portion 45 and moving the nut portion 431 up and down.
  • the nut portion 431 and the table 41 may be directly connected.
  • the nut 431a is accommodated inside, and the outer case 431b is fixed to the slider 42.
  • the nut 431a is rotatable with respect to the case 431b.
  • the screw part 432 is rotatably fixed to the slider 42 at the upper part, is screwed with the nut 431a immediately below the slider 42, and is connected to the speed reducer 44 via a coupling at the lower part. Further, the screw portion 432 passes through a spline nut 433 that is fixed to the reference frame 12.
  • the driving force generated from the driving unit 45 rotates the screw part 432 via the speed reducing unit 44.
  • the screw part 432 rotates
  • the nut 431a of the nut part 431 rotates. Since the nut portion 431 can move up and down along the screw portion 432, when the nut 431a rotates, the slider 42 moves up and down and the table 41 moves up and down.
  • FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a structure of a drive transmission unit of a three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • the screw portion 432 of the ball screw 43 is rotated by the driving force of the drive portion 45 and the nut portion 431 is moved up and down to move the movable frame 411 up and down, and the rod 412 and the slider 42 are moved. Then, the table 41 is moved up and down.
  • the rod 412 and the table 41 may be directly connected.
  • the nut 431a is accommodated inside, and the outer case 431b is attached to the movable frame 411 integrally.
  • the screw part 432 is fixed to the support frame 11 at the upper part, penetrates through the movable frame 411, is screwed with the nut 431a immediately below the movable frame 411, and is connected to the speed reducer 44 through a coupling at the lower part.
  • the driving force generated from the driving unit 45 rotates the screw part 432 via the speed reducing unit 44.
  • the screw part 432 rotates
  • the nut 431a of the nut part 431 rotates. Since the nut portion 431 can move up and down along the screw portion 432, when the nut 431 a rotates, the slider 42 moves up and down via the movable frame 411 and the rod 412, and the table 41 moves up and down.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a structure of a drive transmission unit of a three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • the nut 431 a of the nut portion 431 is rotated by the driving force of the driving portion 45 and the screw portion 432 of the ball screw 43 is moved up and down to move the table 41 up and down via the slider 42.
  • the screw part 432 and the table 41 may be directly connected.
  • the nut portion 431 contains a nut 431a on the inner side, the outer case 431b is fixed to the nut support portion 41b fixed to the reference frame 12, and cannot move up and down.
  • the nut 431a is rotatable with respect to the case 431b.
  • the screw portion 432 is rotatably fixed to the table 41 at the upper portion, and is screwed with the nut 431a at the lower portion. Further, the screw portion 432 passes through a spline nut 433 that is fixed to the reference frame 12.
  • the first pulley 401 is fixed to the output shaft 44a of the deceleration unit 44.
  • a second pulley 402 is fixed to the nut 431a.
  • the first pulley 401 and the second pulley 402 are connected by a connecting belt 401.
  • the second pulley 402 rotates together with the nut 431 a of the nut portion 431 and penetrates the screw portion 432.
  • the driving force generated from the drive unit 45 is output to the first pulley 401 via the output shaft 44a of the speed reduction unit 44.
  • the second pulley 402 rotates through the connecting belt 401.
  • the nut 431a of the nut portion 431 rotates. Since the nut portion 431 cannot move up and down, when the nut 431a rotates, the screw portion 432 moves up and down. Therefore, the table 41 moves up and down.
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating the structure of a drive transmission unit of a three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • the nut 431 a of the nut portion 431 is rotated by the driving force of the drive portion 45, and the nut portion 431 of the ball screw 43 is moved up and down relative to the screw portion 432, thereby moving the movable frame 411 up and down.
  • the table 41 is moved up and down via the rod 412 and the slider 42.
  • the rod 412 and the table 41 may be directly connected.
  • the nut portion 431 has a nut 431a accommodated inside, and an outer case 431b is fixed to a nut support portion 41b fixed to the movable frame 411, and is attached to the movable frame 411 integrally.
  • the drive unit 45 and the speed reduction unit 44 are also integrally attached to the movable frame 411 and move up and down together with the movable frame 411.
  • the screw part 432 is fixed to the support frame 11 at the upper part and is screwed with the nut 431a at the lower part. Further, the screw portion 432 passes through a spline nut 433 fixed to the movable frame 411.
  • the first pulley 401 is fixed to the output shaft 44a of the deceleration unit 44.
  • a second pulley 402 is fixed to the nut 431a.
  • the first pulley 401 and the second pulley 402 are connected by a connecting belt 401.
  • the second pulley 402 rotates together with the nut 431 a of the nut portion 431 and penetrates the screw portion 432.
  • the driving force generated from the drive unit 45 is output to the first pulley 401 via the output shaft 44a of the speed reduction unit 44.
  • the first pulley 401 rotates
  • the second pulley 402 rotates through the connecting belt 401.
  • the nut 431a of the nut portion 431 rotates.
  • the screw portion 432 cannot move up and down, so the nut 431a moves up and down. Therefore, the movable frame 411 moves up and down together with the nut portion 431, and the slider 42 and the table 41 connected by the rod 412 move up and down.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a structure of a drive transmission unit of a three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • a hollow direct drive motor is used as the drive unit 45, the nut 431a is rotated, and the screw part 432 of the ball screw 43 is moved up and down to move the table 41 through the slider 42. Move up and down.
  • the screw part 432 and the table 41 may be directly connected.
  • the driving unit 45 drives the nut 431a with a hollow direct drive motor, and passes the screw part 432 in the center.
  • the nut portion 431 contains a nut 431a inside and is fixed to the reference frame 12 so as not to move up and down.
  • the nut 431a is rotatable with respect to the case 431b.
  • the screw portion 432 is rotatably fixed to the table 41 at the upper portion, and is screwed with the nut 431a at the lower portion.
  • the driving unit 45 When the driving unit 45 generates a driving force, the nut 431a of the nut unit 431 rotates. Since the nut portion 431 cannot move up and down, when the nut 431a rotates, the screw portion 432 moves up and down. Therefore, the table 41 moves up and down.
  • FIG. 21 is a schematic view showing a structure of a drive transmission unit of a three-dimensional modeling apparatus according to another embodiment.
  • a hollow direct drive motor is used as the drive unit 45, the nut 431a is rotated, and the screw part 432 of the ball screw 43 is moved up and down to move the movable frame 411 up and down.
  • the table 41 is moved up and down via 412 and the slider 42.
  • the rod 412 and the table 41 may be directly connected.
  • the driving unit 45 drives the nut 431a with a hollow direct drive motor, and passes the screw part 432 in the center.
  • the nut 431a is accommodated inside, and the outer case 431b is fixed to the movable frame 411.
  • the nut 431a is rotatable with respect to the case 431b.
  • the screw part 432 is fixed to the frame 11 at the upper part and is screwed with the nut 431a at the lower part.
  • the driving unit 45 When the driving unit 45 generates a driving force, the nut 431a of the nut unit 431 rotates. When the nut 431 a rotates, the nut 431 moves up and down along the screw part 432. Therefore, the movable frame 411 moves up and down together with the nut portion 431, and the slider 42 and the table 41 connected by the rod 412 move up and down.
  • control system in the arrangement and structure of the drive transmission unit of the three-dimensional modeling apparatus 1 of another embodiment may be the same as that described in FIG.
  • the support frame 11, the material supply unit 3 supported by the support frame 11, and the material supported by the support frame 11 and supplied from the material supply unit 3 are placed.
  • the modeled object mounting unit 4 includes a table 41 on which the modeled object is mounted, a driving unit 45 that drives the table 41, and a position of the table 41. Since it has the measurement part 46 to perform and the control part 50 which controls the drive part 45 based on the measured value of the measurement part 46, it becomes possible to provide a three-dimensional modeling apparatus with high precision and productivity.
  • the three-dimensional modeling apparatus 1 includes an input unit 51 that inputs an instruction movement amount of the table 41 in advance, and a storage unit 52 that stores an instruction movement amount input from the input unit 41, and includes a control unit 50. Since the table 41 is moved by an amount corresponding to the designated movement amount stored in the storage unit 52, it becomes possible to control it accurately.
  • control unit 50 can feed back the state signal of the driving unit 45, so that it can be controlled with higher accuracy.
  • the drive unit 45 includes a first drive unit 45a and a second drive unit 45b that can be driven independently, and the measurement unit 46 measures a first magnetic sensor 46a and a second magnetic sensor 46b that measure the position of the table 41, respectively.
  • the control unit 50 controls the first driving unit 45a and the second driving unit 45b independently based on the measured values of the first magnetic sensor 46a and the second magnetic sensor 46b. It becomes possible to provide a three-dimensional modeling apparatus with high productivity.
  • the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment includes a transmission unit having a first ball screw 43a and a second ball screw 43b that transmit the driving forces of the first driving unit 45a and the second driving unit 45b to the slider 42, respectively. Since 43 is further provided, the table 41 can be moved smoothly.
  • the first magnetic sensor 46a and the second magnetic sensor 46b are respectively disposed corresponding to the support positions of the table 41, the first ball screw 43a, and the second ball screw 43b. Therefore, it becomes possible to control with higher accuracy.
  • the drive unit 45 includes a first drive unit 45a, a second drive unit 45b, a third drive unit 45c, and a fourth drive unit 45d that are arranged at positions that form a quadrangle.
  • the transmission unit 43 includes a first ball screw 43a and a second ball screw 43b that transmit the driving force of the first driving unit 45a, the second driving unit 45b, the third driving unit 45c, and the fourth driving unit 45d to the table 41.
  • the third ball screw 43c and the fourth ball screw 43d, and the control unit 50 controls the first driving unit 45a, the second driving unit 45b, the third driving unit 45c, and the fourth driving unit 45d independently of each other. Therefore, it is possible to control with higher accuracy.
  • the three-dimensional modeling apparatus 1 includes the rod 48 that moves together with the table 41 and the limit switch 49 that contacts when the rod 48 reaches a predetermined position, so that excessive movement of the table 41 is prevented. It becomes possible to do.
  • SYMBOLS 1 Three-dimensional modeling apparatus 11 ... Support frame 12 ... Reference

Abstract

【課題】　精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供する 【解決手段】　三次元造形装置１では、造形物載置部４は、上面に造形物が載置されるテーブル４１と、テーブル４１を駆動する駆動部４５と、テーブル４１又はスライダ４２の位置を測定する測定部４６，４７と、測定部４６，４７の測定値に基づいて、駆動部４５を制御する制御部５０と、を有することを特徴とする。

Description

三次元造形装置
　本発明は、粉末を繰り返し層状に形成することによって三次元造形物を製造する三次元造形装置に関する。
　従来、金属粉末の粉末層に収束したエネルギービームを照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返し行うことにより、複数の焼結体を重ね合わせてなる三次元造形物を製造する三次元造形装置が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
特開２０１１－１２７１９５号公報 特表２００６－５１１７１０号公報
　本発明は、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することを目的としている。
　本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置は、
　支持フレームと、
　前記支持フレームに支持される材料供給部と、
　前記支持フレームに支持され、前記材料供給部から供給される材料が載置される造形物載置部と、
を備え、
　前記造形物載置部は、
　　上面に前記造形物が載置されるテーブルと、
　　前記テーブルを駆動する駆動部と、
　　前記テーブルの位置を測定する測定部と、
　　前記測定部の測定値に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、
を有する
ことを特徴とする。
　本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置は、
　前記テーブルの指示移動量をあらかじめ入力する入力部と、
　前記入力部から入力された指示移動量を記憶する記憶部と、
を備え、
　前記制御部は、前記記憶部に記憶した指示移動量の分だけ前記テーブルを移動させる。
　本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
　前記制御部は、前記駆動部の状態信号がフィードバックされる。
　前記駆動部は、独立して駆動可能な第１駆動部及び第２駆動部を有し、
　前記測定部は、前記スライダの位置をそれぞれ測定する第１測定部及び第２測定部を有し、
　前記制御部は、前記第１測定部及び前記第２測定部の各測定値に基づいて、前記第１駆動部及び前記第２駆動部をそれぞれ独立して制御する
ことを特徴とする。
　本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
　前記造形物載置部は、
　前記第１駆動部及び前記第２駆動部の各駆動力を前記テーブルにそれぞれ伝達する第１伝達部及び第２伝達部を有する伝達部をさらに備える。
　本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
　前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記テーブルと前記第１伝達部及び前記第２伝達部伝達部の支持位置に対応してそれぞれ配設される。
　本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置では、
　前記駆動部は、四角形を形成する位置に配置される前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部を有し、
　前記伝達部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部の駆動力を前記テーブルに伝達する第１伝達部、第２伝達部、第３伝達部、及び第４伝達部を有し、
　前記制御部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部をそれぞれ独立して制御可能である。
　本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置は、
　前記テーブルと共に移動するロッドと、
　前記ロッドが所定の位置に到達した場合に接触するリミットスイッチと、
を備える。
　本発明によれば、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することが可能となる。
本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置を示す図である。 本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す拡大図である。 本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。 本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す概略斜視図である。 本実施形態の三次元造形装置１の制御システムを示す図である。 本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。 本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。 本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。 本実施形態の三次元造形装置の造形載置部の作動を示す拡大図である。 本実施形態の三次元造形装置によって造形物が形成された状態を示す図である。 本発明にかかる他の実施形態の三次元造形装置を示す図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。 本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。 他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。
　図１は、本発明にかかる一実施形態の三次元造形装置を示す図である。
　本実施形態の三次元造形装置１は、材料供給部としてのエネルギービーム照射部２と、材料供給部としての粉末供給部３と、造形物載置部４と、を備える。エネルギービーム照射部２、粉末供給部３、及び造形物載置部４は、支持フレーム１１に支持される。また、支持フレーム１１の中間部分には、支持フレーム１１の一部としての基準フレーム１２が形成されている。
　エネルギービーム照射部２は、エネルギービームＥＢを発生するビーム発生部２１と、ビーム発生部２１から照射されたエネルギービームＥＢの焦点位置を調整すると共に、２次元走査可能なビーム走査部２２と、を有し、支持フレーム１１上に載置される。なお、本実施形態では、ビーム操作部２２は２次元走査するものであるが、ビームの焦点位置を上下方向にも動作可能な３次元走査するものであってもよい。
　ビーム発生部２１は、レーザ光又は電子ビーム等を発生するものが好ましい。エネルギービームＥＢが光の場合、ビーム走査部２２は、レンズ等の光学素子を移動させて、光を後述するテーブル上の金属粉末Ｍに集光させると共に、テーブル４１上を２次元走査する。一例として、エネルギービーム照射部２は、特許文献１に記載されたレーザ照射ユニットのような構成でよい。また、エネルギービームＥＢが電子ビームの場合、ビーム走査部２２は、電子ビームを電磁場の制御によってフォーカスさせると共に、テーブル４１上を２次元走査する。一例として、エネルギービーム照射部２は、特許文献２に記載された電子線を照射し案内させる装置のような構成でよい。
　粉末供給部３は、金属粉末Ｍを一時的に貯留する粉末貯留部３１と、金属粉末Ｍをテーブル上で均す均し部３２と、外枠部３３と、を有する。
　粉末貯留部３１は、支持フレーム１１に保持される容器からなり、上方に金属粉末Ｍを注入する注入部３１ａを有し、下方に金属粉末Ｍを排出する排出部３１ｂを有する。排出部３１ｂは、金属粉末Ｍの排出量を調整できることが好ましい。
　均し部３２は、粉末貯留部３１から排出された金属粉末Ｍをテーブル４１上でスクレーパ等の部材を移動させることによって可能な限り高さが均等な平面を形成する部分である。なお、金属粉末Ｍを均す高さは調整できることが好ましい。
　外枠部３３は、支持フレーム１１に支持され、後述するテーブル４１の外周に設置される。外枠部３３には、均し部３２が均した後の余分な金属粉末Ｍが移動してくる。これらの金属粉末Ｍは、粉末貯留部３１に戻す図示しない循環部によって循環されることが好ましい。
　なお、粉末供給部３には、排出部３１ｂから排出された後、造形されなかったテーブル４１上の金属粉末Ｍを粉末貯留部３１に戻す図示しない循環部が形成されてもよい。
　材料供給部は、本実施形態のようなエネルギービーム照射部２及び粉末供給部３に限らず、シート又はテープ状の樹脂、紙、又は金属等を接着する形態、液体を硬化させる形態、インクジェットヘッドを用いて固体又は液体を噴射して接着させる形態、フィラメントを堆積して溶接する形態、若しくは、金属粉末を溶接する形態等でもよい。
　図２は、本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す拡大図である。図３は、本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。図４は、本実施形態の三次元造形装置の造形載置部を示す概略斜視図である。
　造形物載置部４は、テーブル４１と、スライダ４２と、ボールねじ４３と、減速部４４と、テーブル駆動部４５と、磁気センサ４６と、磁気スケール４７と、ロッド４８と、リミットスイッチ４９と、を有する。
　テーブル４１は、スライダ４２に支持される。テーブル４１の上面は、平面で形成され、上面に図１に示した金属粉末Ｍが排出され、載置される。造形物は、テーブル４１の外形よりも小さい造形領域４１ａに形成されることが好ましい。
　スライダ４２は、上面でテーブル４１を支持する。下方では、ボールねじ４３に支持される。ボールねじ４３は、減速部４４を介して駆動部４５に連結される。駆動部４５は、サーボモータ又はその他のアクチュエータ等からなり、駆動部４５が駆動することで、ボールねじ４３が回転し、ボールねじ４３の回転によってスライダ４２が上下することで、テーブル４１も上下する。ボールねじ４３は、基準フレーム１２を貫通することが好ましい。
　本実施形態では、ボールねじ４３、減速部４４、駆動部４５、磁気センサ４６、及び磁気スケール４７は、それぞれ４つ配設される。なお、ボールねじ４３及び減速部４４が伝達部を構成する。また、駆動部４５と伝達部で駆動伝達部を構成する。なお、減速部４４を用いず、駆動部４５とボールねじ４３の直動機構でもよい。直動機構の場合、バックラッシュを抑制できるので、より高精度に制御することが可能となる。
　図３に示すように、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄは、造形領域４１ａの外側で４つの角に対応してスライダ４２に連結される。
　図４に示すように、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄは、それぞれ第１減速部４４ａ、第２減速部４４ｂ、第３減速部４４ｃ、及び第４減速部４４ｄを介して第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄに連結される。
　スライダ４２の下方には、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄが、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄの支持位置に対応してそれぞれ取り付けられている。
　なお、磁気センサ４６は、測定部の一例である。測定部としては、この例の他に、スライダ４２又は支持フレーム１１の一方に発光部、他方に受光部を取り付けて距離を検出する光学的位置センサ又は超音波センサ等でもよい。特に、一方を基準フレーム１２、他方をスライダ４２に取り付けることが好ましい。また、これらのセンサは、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄの支持位置に対応してそれぞれ取り付けられることが好ましい。または、図示しないモータエンコーダー等によってモータの回転角度をストローク量に換算し、磁気センサ４６と共に用いて詳細に位置を検出してもよい。
　そして、スライダ４２の側方の支持フレーム１１には、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄに対向して、磁気目盛が付与された第１磁気スケール４７ａ、第２磁気スケール４７ｂ、第３磁気スケール４７ｃ、及び第４磁気スケール４７ｄが配設されている。
　また、少なくとも第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄの１つには、ロッド４８が取り付けられている。ロッド４８は、テーブル４１、スライダ４２、及びボールねじ４３と共に移動する。ロッド４８の下方には、リミットスイッチ４９が配設される。したがって、テーブル４１、スライダ４２、ボールねじ４３、及びロッド４８が下方への移動量が大きい場合或いは上方への移動量が大きいと、リミットスイッチ４９が作動し、危険を知らせることが可能となる。
　次に、本実施形態の三次元造形装置１の制御システムについて説明する。
　図５は、本実施形態の三次元造形装置１の制御システムを示す図である。
　図５に示すように、本実施形態の三次元造形装置１は、入力部５１、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、第４磁気センサ４６ｄ、及び記憶部５２から入力されたそれぞれの信号を制御部５０が第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄを独立制御するものである。
　入力部５１は、成形形状、成形圧力、成形速度等の情報を予め入力する。記憶部５２は、入力部５１から入力された情報及び造形工程等を記憶しており、制御部５０にそれらの情報を出力する。それぞれの第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄは、対向する第１磁気スケール４７ａ、第２磁気スケール４７ｂ、第３磁気スケール４７ｃ、及び第４磁気スケール４７ｄの目盛りからそれぞれの変位又は速度等を測定し、制御部５０に出力する。
　第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄは、電流、回転速度、及び回転トルク等の信号を制御部５０にフィードバックすることが好ましい。
　次に、本実施形態の三次元造形装置１の作動について説明する。
　図６～図９は、本実施形態の三次元造形装置の造形テーブル部の作動を示す拡大図である。
　本実施形態の三次元造形装置１では、まず、図４に示した各駆動部４５を駆動し、図６に示すように、テーブル４１を下方に移動する。テーブル４１の指示移動量は、図５に示した入力部５１にあらかじめ入力し、記憶部５２に記憶しておけばよい。
　ここで、本実施形態の三次元造形装置１では、記憶部５２に記憶した指示移動量の分だけテーブル４１を移動させている間に、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄの電流、回転速度、及び回転トルク等の信号、並びに、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄからの測定信号が制御部５０に入力される。
　制御部５０は、これらの信号から第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立して制御し、テーブル４１を所定の姿勢に制御する。なお、本実施形態では、テーブル４１を水平に制御する。
　続いて、粉末貯留部３１の排出部３１ｂから金属粉末Ｍをテーブル４１上に排出する。次に、均し部３２によって金属粉末Ｍをテーブル４１上で表面が水平になるように均等に均す。続いて、図１に示したエネルギービーム照射部２がエネルギービームＥＢを照射し、図７に示すように、金属粉末Ｍを焼結し、造形物Ｍ’の一部を形成する。
　次に、再び図４に示した各駆動部４５を駆動し、図８に示すように、テーブル４１を下方に移動する。テーブル４１の移動量は、図５に示した入力部５１にあらかじめ入力し、記憶部５２に記憶しておけばよい。
　ここで、先ほどと同様に、本実施形態の三次元造形装置１では、記憶部５２に記憶した指示移動量の分だけテーブル４１を移動させている間に、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄの電流、回転速度、及び回転トルク等の信号、並びに、第１磁気センサ４６ａ、第２磁気センサ４６ｂ、第３磁気センサ４６ｃ、及び第４磁気センサ４６ｄからの測定信号が制御部５０に入力される。
　制御部５０は、これらの信号から第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に制御して、テーブル４１を所定の姿勢に制御する。なお、本実施形態では、テーブル４１を水平に制御する。
　続いて、粉末貯留部３１の排出部３１ｂから金属粉末Ｍをテーブル４１上に排出する。次に、均し部３２によって金属粉末Ｍをテーブル４１上で表面が水平になるように均等に均す。続いて、図１に示したエネルギービーム照射部２がエネルギービームＥＢを照射し、図９に示すように、金属粉末Ｍを焼結し、造形物Ｍ’の一部を形成する。
　図１０は、本実施形態の三次元造形装置によって造形物が形成された状態を示す図である。
　本実施形態の三次元造形装置を図６～図９に示したように作動させることで、図１０に示すように、造形物Ｍ’が形成される。
　このように、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に配設したので、テーブル４１の姿勢を多くのパターンに設定することができ、多種類の造形物Ｍ’を形成することが可能となる。
　また、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に制御して、テーブル４１を所定の姿勢に制御することが可能なので、他種類の造形物Ｍ’を高精度に形成することが可能となる。
　さらに、制御部５０は、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立に制御して、テーブル４１を水平に制御するので、より高精度の造形物Ｍ’を形成することが可能となる。
　図１１は、本発明にかかる他の実施形態の三次元造形装置を示す図である。図１２は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。
　図１１及び図１２に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、テーブル４１の中央の下方に第５駆動部４５ｅ、第５減速部４４ｅ、及び第５ボールネジ４３ｅを配設する。そして、５つの各駆動部４５をすべて独立して制御することが好ましい。
　このようにテーブル４１を５つの位置で支持し、５つの駆動部４５で駆動することで、さらに高精度に造形物Ｍ’を形成することが可能となる。また、テーブル４１の水平度をより高精度に維持することができ、より高精度の造形物Ｍ’を形成することが可能となる。さらに、高重量、大面積の大型造形物を載置することが可能となる。
　図１３は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。
　図１３に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、１つの第１ボールネジ４３ａを配設する。そして、図示しない１つの駆動部４５を制御することが好ましい。
　このように、テーブル４１を１つの位置で支持し、図示しない１つの駆動部４５で駆動することで、ボールねじ４３、減速部４４、及び駆動部４５の数を減らすことができ、低コストで造形物Ｍ’を形成することが可能となる。
　なお、テーブル４１を支持する第１ボールネジ４３ａをテーブル４１の重心位置に配置すると、テーブル４１が安定するので好ましい。
　図１４は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。
　図１４に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、少なくとも２つの第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂを配設する。そして、図示しない２つの各駆動部４５をすべて独立して制御することが好ましい。
　このように、テーブル４１を２つの位置で支持し、図示しない２つの駆動部４５で駆動することで、ボールねじ４３、減速部４４、及び駆動部４５の数を減らすことができ、低コストで造形物Ｍ’を形成することが可能となる。
　なお、テーブル４１を支持する第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂを結ぶ直線がテーブル４１の重心を含むように、第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂを配置すると、テーブル４１が安定するので好ましい。
　図１５は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の配置を示す概略図である。
　図１５に示す三次元造形装置１の他の実施形態では、第１ボールネジ４３ａ及び第２ボールネジ４３ｂと三角形を形成するように、第３ボールネジ４３ｃを配設する。そして、図示しない３つの各駆動部４５をすべて独立して制御することが好ましい。
　このように、テーブル４１を３つの位置で支持し、図示しない３つの駆動部４５で駆動することで、平面が確定し安定すると共に、ボールねじ４３、減速部４４、及び駆動部４５の数を減らすことができ、低コストで造形物Ｍ’を形成することが可能となる。
　なお、テーブル４１を支持する第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、及び第３ボールネジ４３ｃで形成される三角形がテーブル４１の重心を含むように、第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、及び第３ボールネジ４３ｃを配置すると、テーブル４１が安定するので好ましい。
　図１６は、本実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。
　図１６に示す本実施形態では、駆動部４５の駆動力によってボールねじ４３のねじ部４３２を回転させ、ナット部４３１を上下動させることで、スライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ナット部４３１とテーブル４１を直接連結してもよい。
　ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、スライダ４２に外側のケース４３１ｂが固定される。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でスライダ４２に回転可能に固定され、スライダ４２の直下でナット４３１ａと螺合し、下方でカップリングを介して減速器４４に連結される。また、ねじ部４３２は、基準フレーム１２に固定されるスプラインナット４３３を貫通する。
　駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４を介してねじ部４３２を回転させる。ねじ部４３２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、ねじ部４３２に沿って上下動可能なので、ナット４３１ａが回転すると、スライダ４２が上下動し、テーブル４１が上下動する。
　図１７は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。
　図１７に示す実施形態では、駆動部４５の駆動力によってボールねじ４３のねじ部４３２を回転させ、ナット部４３１を上下動させることで、可動フレーム４１１を上下動させ、ロッド４１２及びスライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ロッド４１２とテーブル４１を直接連結してもよい。
　ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、外側のケース４３１ｂが可動フレーム４１１に一体に取り付けられる。ねじ部４３２は、上方で支持フレーム１１に固定され、可動フレーム４１１を貫通し、可動フレーム４１１直下でナット４３１ａと螺合し、下方でカップリングを介して減速器４４に連結される。
　駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４を介してねじ部４３２を回転させる。ねじ部４３２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、ねじ部４３２に沿って上下動可能なので、ナット４３１ａが回転すると、可動フレーム４１１及びロッド４１２を介してスライダ４２が上下動し、テーブル４１が上下動する。
　図１８は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。
　図１８に示す実施形態では、駆動部４５の駆動力によってナット部４３１のナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のねじ部４３２を上下動させることで、スライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ねじ部４３２とテーブル４１を直接連結してもよい。
　ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、基準フレーム１２に固定されたナット支持部４１ｂに外側のケース４３１ｂが固定され、上下動不能である。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でテーブル４１に回転可能に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。また、ねじ部４３２は、基準フレーム１２に固定されるスプラインナット４３３を貫通する。
　減速部４４の出力軸４４ａには、第１プーリ４０１が固定される。ナット４３１ａには、第２プーリ４０２が固定される。第１プーリ４０１と第２プーリ４０２は、連結ベルト４０１で連結される。第２プーリ４０２は、ナット部４３１のナット４３１ａと共に回転し、ねじ部４３２を貫通させる。
　駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４の出力軸４４ａを介して第１プーリ４０１に出力される。第１プーリ４０１が回転すると、連結ベルト４０１を介して第２プーリ４０２が回転する。第２プーリ４０２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、上下動不能なので、ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２が上下動する。したがって、テーブル４１が上下動する。
　図１９は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。
　図１９に示す実施形態では、駆動部４５の駆動力によってナット部４３１のナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のナット部４３１をねじ部４３２に対して上下動させることで、可動フレーム４１１を上下動させ、ロッド４１２及びスライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ロッド４１２とテーブル４１を直接連結してもよい。
　ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、可動フレーム４１１に固定されたナット支持部４１ｂに外側のケース４３１ｂが固定され、可動フレーム４１１に一体に取り付けられる。また、駆動部４５及び減速部４４も可動フレーム４１１に一体に取り付けられ、可動フレーム４１１と共に上下動する。
　ねじ部４３２は、上方で支持フレーム１１に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。また、ねじ部４３２は、可動フレーム４１１に固定されるスプラインナット４３３を貫通する。
　減速部４４の出力軸４４ａには、第１プーリ４０１が固定される。ナット４３１ａには、第２プーリ４０２が固定される。第１プーリ４０１と第２プーリ４０２は、連結ベルト４０１で連結される。第２プーリ４０２は、ナット部４３１のナット４３１ａと共に回転し、ねじ部４３２を貫通させる。
　駆動部４５から発生された駆動力は、減速部４４の出力軸４４ａを介して第１プーリ４０１に出力される。第１プーリ４０１が回転すると、連結ベルト４０１を介して第２プーリ４０２が回転する。第２プーリ４０２が回転すると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２が上下動不能なので、ナット４３１ａが上下動する。したがって、ナット部４３１と共に可動フレーム４１１が上下動し、ロッド４１２で連結されたスライダ４２及びテーブル４１が上下動する。
　図２０は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。
　図２０に示す実施形態では、駆動部４５として中空のダイレクトドライブモータを用いて、ナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のねじ部４３２を上下動させることで、スライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ねじ部４３２とテーブル４１を直接連結してもよい。
　駆動部４５は、中空のダイレクトドライブモータでナット４３１ａを駆動させ、中心にねじ部４３２を貫通させる。
　ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、基準フレーム１２に対して上下動不能に固定される。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でテーブル４１に回転可能に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。
　駆動部４５が駆動力を発生させると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、上下動不能なので、ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２が上下動する。したがって、テーブル４１が上下動する。
　図２１は、他の実施形態の三次元造形装置の駆動伝達部の構造を示す概略図である。
　図２１に示す実施形態では、駆動部４５として中空のダイレクトドライブモータを用いて、ナット４３１ａを回転させ、ボールねじ４３のねじ部４３２を上下動させることで、可動フレーム４１１を上下動させ、ロッド４１２及びスライダ４２を介して、テーブル４１を上下動させる。なお、ロッド４１２とテーブル４１を直接連結してもよい。
　駆動部４５は、中空のダイレクトドライブモータでナット４３１ａを駆動させ、中心にねじ部４３２を貫通させる。
　ナット部４３１は、内側にナット４３１ａが収容され、外側のケース４３１ｂが可動フレーム４１１に対して固定される。ナット４３１ａは、ケース４３１ｂに対して回転可能である。ねじ部４３２は、上方でフレーム１１に固定され、下方でナット４３１ａと螺合する。
　駆動部４５が駆動力を発生させると、ナット部４３１のナット４３１ａが回転する。ナット部４３１は、ナット４３１ａが回転すると、ねじ部４３２に沿ってナット４３１ａが上下動する。したがって、ナット部４３１と共に可動フレーム４１１が上下動し、ロッド４１２で連結されたスライダ４２及びテーブル４１が上下動する。
　ここで、他の実施形態の三次元造形装置１の駆動伝達部の配置及び構造における制御システムは、図５で説明したものと同様でよい。
　本実施形態の三次元造形装置１によれば、支持フレーム１１と、支持フレーム１１に支持される材料供給部３と、支持フレーム１１に支持され、材料供給部３から供給される材料が載置される造形物載置部４と、を備え、造形物載置部４は、上面に造形物が載置されるテーブル４１と、テーブル４１を駆動する駆動部４５と、テーブル４１の位置を測定する測定部４６と、測定部４６の測定値に基づいて、駆動部４５を制御する制御部５０と、を有するので、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することが可能となる。
　本実施形態の三次元造形装置１は、テーブル４１の指示移動量をあらかじめ入力する入力部５１と、入力部４１から入力された指示移動量を記憶する記憶部５２と、を備え、制御部５０は、記憶部５２に記憶した指示移動量の分だけテーブル４１を移動させるので、的確に制御することが可能となる。
　本実施形態の三次元造形装置１では、制御部５０は、駆動部４５の状態信号がフィードバックされるので、より高精度に制御することが可能となる。
　駆動部４５は、独立して駆動可能な第１駆動部４５ａ及び第２駆動部４５ｂを有し、測定部４６は、テーブル４１の位置をそれぞれ測定する第１磁気センサ４６ａ及び第２磁気センサ４６ｂを有し、制御部５０は、第１磁気センサ４６ａ及び第２磁気センサ４６ｂの各測定値に基づいて、第１駆動部４５ａ及び第２駆動部４５ｂをそれぞれ独立して制御するので、精度及び生産性の高い三次元造形装置を提供することが可能となる。
　また、本実施形態の三次元造形装置１は、第１駆動部４５ａ及び第２駆動部４５ｂの各駆動力をスライダ４２にそれぞれ伝達する第１ボールねじ４３ａ及び第２ボールねじ４３ｂを有する伝達部４３をさらに備えるので、テーブル４１を円滑に移動させることが可能となる。
　本実施形態の三次元造形装置１では、第１磁気センサ４６ａ及び第２磁気センサ４６ｂは、テーブル４１と第１ボールねじ４３ａ及び第２ボールねじ４３ｂの支持位置に対応してそれぞれ配設されるので、より高精度に制御することが可能となる。
　本実施形態の三次元造形装置１では、駆動部４５は、四角形を形成する位置に配置される第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄを有し、伝達部４３は、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄの駆動力をテーブル４１に伝達する第１ボールネジ４３ａ、第２ボールネジ４３ｂ、第３ボールネジ４３ｃ、及び第４ボールネジ４３ｄを有し、制御部５０は、第１駆動部４５ａ、第２駆動部４５ｂ、第３駆動部４５ｃ、及び第４駆動部４５ｄをそれぞれ独立して制御可能であるので、より高精度に制御することが可能となる。
　本実施形態の三次元造形装置１は、テーブル４１と共に移動するロッド４８と、ロッド４８が所定の位置に到達した場合に接触するリミットスイッチ４９と、を備えるので、テーブル４１の過度な移動を防止することが可能となる。
　なお、本発明は、この実施形態によって限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えてもよい。
１…三次元造形装置
１１…支持フレーム
１２…基準フレーム（支持フレーム）
２…エネルギービーム照射部（材料供給部）
２１…ビーム発生部
２２…ビーム走査部
３…粉末供給部（材料供給部）
３１…粉末貯留部
３２…均し部
３３…外枠部
４…造形物載置部
４１…テーブル
４２…スライダ
４３…ボールねじ（伝達部）
４４…減速部（伝達部）
４５…駆動部
４６…磁気センサ（測定部）
４７…磁気スケール（測定部）
４８…ロッド
４９…リミットスイッチ
５０…制御部
５１…入力部
５２…記憶部

Claims (8)

  1. 　支持フレームと、
    　前記支持フレームに支持される材料供給部と、
    　前記支持フレームに支持され、前記材料供給部から供給される材料が載置される造形物載置部と、
    を備え、
    　前記造形物載置部は、
    　　上面に前記造形物が載置されるテーブルと、
    　　前記テーブルを駆動する駆動部と、
    　　前記テーブルの位置を測定する測定部と、
    　　前記測定部の測定値に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、
    を有する
    ことを特徴とする三次元造形装置。
  2. 　前記テーブルの指示移動量をあらかじめ入力する入力部と、
    　前記入力部から入力された指示移動量を記憶する記憶部と、
    を備え、
    　前記制御部は、前記記憶部に記憶した指示移動量の分だけ前記テーブルを移動させる
    請求項１に記載の三次元造形装置。
  3. 　前記制御部は、前記駆動部の状態信号がフィードバックされる
    請求項１又は２に記載の三次元造形装置。
  4. 　前記駆動部は、独立して駆動可能な第１駆動部及び第２駆動部を有し、
    　前記測定部は、前記テーブルの位置をそれぞれ測定する第１測定部及び第２測定部を有し、
    　前記制御部は、前記第１測定部及び前記第２測定部の各測定値に基づいて、前記第１駆動部及び前記第２駆動部をそれぞれ独立して制御する
    請求項１乃至３のいずれか１つに記載の三次元造形装置。
  5. 　前記造形物載置部は、
    　前記第１駆動部及び前記第２駆動部の各駆動力を前記テーブルにそれぞれ伝達する第１伝達部及び第２伝達部を有する伝達部をさらに備える
    請求項４に記載の三次元造形装置。
  6. 　前記第１測定部及び前記第２測定部は、前記テーブルと前記第１伝達部及び前記第２伝達部の支持位置に対応してそれぞれ配設される
    請求項５に記載の三次元造形装置。
  7. 　前記駆動部は、四角形を形成する位置に配置される前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部を有し、
    　前記伝達部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部の駆動力を前記テーブルに伝達する第１伝達部、第２伝達部、第３伝達部、及び第４伝達部を有し、
    　前記制御部は、前記第１駆動部、前記第２駆動部、前記第３駆動部、及び前記第４駆動部をそれぞれ独立して制御可能である
    請求項６に記載の三次元造形装置。
  8. 　前記テーブルと共に移動するロッドと、
    　前記ロッドが所定の位置に到達した場合に接触するリミットスイッチと、
    を備える請求項１乃至７のいずれか１つに記載の三次元造形装置。
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