WO2016158835A1 - 三次元造形装置、及びその制御方法 - Google Patents

三次元造形装置、及びその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2016158835A1
WO2016158835A1 PCT/JP2016/059853 JP2016059853W WO2016158835A1 WO 2016158835 A1 WO2016158835 A1 WO 2016158835A1 JP 2016059853 W JP2016059853 W JP 2016059853W WO 2016158835 A1 WO2016158835 A1 WO 2016158835A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
roller
modeling material
modeling
filament
contact
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/059853
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆司 當間
Original Assignee
武藤工業株式会社
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 武藤工業株式会社 filed Critical 武藤工業株式会社
Publication of WO2016158835A1 publication Critical patent/WO2016158835A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B29C67/00Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
    • 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • 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
    • 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
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a control method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a three-dimensional modeling apparatus that manufactures a model based on three-dimensional design data.
  • various methods such as an optical modeling method, a powder sintering method, an ink jet method, and a molten resin extrusion modeling method have been proposed and commercialized.
  • a modeling head for discharging the molten resin that is the material of the modeled object is mounted on the three-dimensional movement mechanism, and the modeling head is moved in the three-dimensional direction.
  • the molded resin is obtained by laminating the molten resin while discharging the molten resin.
  • the resin material is supplied by a string-like resin material called a filament.
  • a filament a string-like resin material
  • An object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus and a control method thereof that can improve the workability of filament replacement work.
  • a three-dimensional modeling apparatus controls a modeling head that melts and discharges a modeling material for forming a modeled object, a modeling material feeding apparatus that sends the modeling material to the modeling head, and a modeling material feeding apparatus. And a control unit.
  • the modeling material feeder includes a first roller that contacts the modeling material, a motor that applies driving force to the first roller, and a second roller that contacts the modeling material at a position facing the first roller with the modeling material interposed therebetween. And a first detector that is disposed upstream of the first roller and the second roller and detects the end of the supply of the modeling material.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating details of the structure of a control unit 300.
  • FIG. 3 is a block diagram showing details of the configuration of a filament feeding device 28 and a control unit 300.
  • FIG. It is a flowchart which shows operation
  • a modification is shown.
  • a modification is shown.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a 3D printer 100 used in the first embodiment.
  • the 3D printer 100 includes a frame 11, an XY stage 12, a modeling stage 13, a lifting table 14, and a guide shaft 15.
  • a computer 200 is connected to the 3D printer 100 as a control device for controlling the 3D printer 100.
  • a control unit 300 for controlling various mechanisms in the 3D printer 100 is also connected to the 3D printer 100.
  • the frame 11 has, for example, a rectangular parallelepiped shape and includes a frame made of a metal material such as aluminum.
  • the frame 11 has, for example, a rectangular parallelepiped shape and includes a frame made of a metal material such as aluminum.
  • four guide shafts 15 are formed at four corners of the frame 11 so as to extend in the Z direction in FIG. 1, that is, in a direction perpendicular to the plane of the modeling stage 10.
  • the guide shaft 15 is a linear member that defines a direction in which the elevating table 14 is moved in the vertical direction as will be described later.
  • the number of guide shafts 15 is not limited to four, and is set to a number that can stably maintain and move the lifting table 14.
  • the modeling stage 13 is a table on which the model S is placed, and is a table on which a thermoplastic resin discharged from a modeling head described later is deposited.
  • the lifting table 14 penetrates the guide shaft 15 at its four corners, and is configured to be movable along the longitudinal direction (Z direction) of the guide shaft 15. .
  • the elevating table 14 includes rollers 34 and 35 that are in contact with the guide shaft 15.
  • the rollers 34 and 35 are rotatably installed at arm portions 33 formed at two corners of the lifting table 14.
  • the rollers 34 and 35 rotate while being in contact with the guide shaft 15 so that the elevating table 14 can smoothly move in the Z direction. Further, as shown in FIG.
  • the elevating table 14 transmits a driving force of the motor Mz by a power transmission mechanism including a timing belt, a wire, a pulley, and the like, so that a predetermined interval (for example, 0.1 mm pitch) in the vertical direction.
  • a predetermined interval for example, 0.1 mm pitch
  • the motor Mz for example, a servo motor or a stepping motor is suitable.
  • the actual position of the lifting table 14 in the height direction is measured continuously or intermittently in real time using a position sensor (not shown), and the position accuracy of the lifting table 14 is improved by appropriately correcting the position. May be. The same applies to the modeling head 25 described later.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of the XY stage 12.
  • the XY stage 12 includes a frame body 21, an X guide rail 22, a Y guide rail 23, a reel 24, a modeling head 25, and a modeling head holder H. Both ends of the X guide rail 22 are fitted into the Y guide rail 23 and are held slidable in the Y direction.
  • the reel 24 is fixed to the modeling head holder H, and moves in the XY directions following the movement of the modeling head 25 held by the modeling head holder H.
  • the thermoplastic resin used as the material of the shaped object S is a string-like resin (filament 38) having a diameter of about 3 to 1.75 mm, and is usually held in a state of being wound around the reel 24.
  • the molding head 25 is fed into the modeling head 25 by a motor (extruder) provided on the modeling head 25.
  • the reel 24 may be fixed to the frame body 21 or the like without being fixed to the modeling head holder H so that the movement of the modeling head 25 is not followed.
  • a guide for example, a tube, a ring guide, etc.
  • the filament 38 is made of, for example, ABS resin, polypropylene resin, nylon resin, polycarbonate resin, or the like.
  • two or more modeling heads can be mounted on one XY stage 12.
  • it can also comprise so that several types of filaments can be discharged by one modeling head.
  • the filament 38 is fed into the modeling head 25 from the reel 24 through the tube Tb.
  • the modeling head 25 is held by a modeling head holder H and is configured to be movable along the X and Y guide rails 22 and 23 together with the reel 24.
  • a filament feeding device for feeding the filament 38 downward in the Z direction is disposed in the modeling head 25.
  • a filament feeding apparatus can also be made into the modeling head 25 and a different body, below, the filament feeding apparatus is demonstrated as what is incorporated in the modeling head 25.
  • motors Mx and My for moving the modeling head 25 relative to the XY table 12 are also provided on the XY stage 12.
  • the motors Mx and My for example, a servo motor or a stepping motor is suitable.
  • control unit 300 includes a CPU 301, a current switch 304, a motor driver 306, input / output interfaces 307 and 308, a ROM 311, a RAM 312, and a hard disk drive 313.
  • the CPU 301 receives various signals from the computer 200 via the input / output interface 307 and controls the entire control unit 300.
  • the current switch 304 is a switch circuit for switching the amount of current flowing through the heater 26. When the switching state of the current switch 304 is switched based on the detection signal of the temperature sensor 27 or the like, the current flowing through the heater 26 is increased or decreased, and thereby the temperature of the modeling head 25 is controlled.
  • the motor driver 306 generates drive signals for controlling the motors Mx, My, and Mz according to the control signal from the CPU 301.
  • the ROM 311 stores a computer program for filament feed control (described later) and filament end detection. By reading and executing this computer program, filament feed control and end detection described later are executed.
  • the RAM 312 is used to temporarily hold various data during execution of the program.
  • the hard disk drive 313 is an example of a storage medium for storing a computer program and various data necessary for the operation of the computer program.
  • the filament feeding device 28 is mounted on the modeling head 25.
  • the filament feeding device 28 may be formed integrally with the modeling head 25 or may be placed on the XY table 12 independently of the modeling head 25.
  • the filament feeding device 28 controls the feeding of the filament 38 to the modeling head 25 by driving a built-in motor in accordance with a control signal from the control unit 300.
  • the filament feeding device 28 of the present embodiment includes a driving roller 281, a driven roller 282, and a motor 283.
  • the drive roller 281 is disposed so as to contact the filament 38 on the outer periphery thereof, and is driven by the motor 283 to feed the filament 38 into the modeling head 25.
  • the driven roller 282 is provided so as to abut against the filament 38 at a position opposed to the drive roller 281 with the filament 38 interposed therebetween and to bias the filament 38 toward the drive roller 281.
  • the driven roller 282 does not have an independent drive source.
  • the driven roller 282 follows the rotation of the drive roller 281 and is attached to the filament 38. It is configured to rotate passively by the frictional force generated by the force. As a result, the driven roller 282 rotates in a direction opposite to the rotation direction of the driving roller 281.
  • a filament contact 284 is provided on the upstream side of the driving roller 281 and the driven roller 282, that is, at a position between the reel 24 and the driving roller 281 or the driven roller 282.
  • the filament contactor 284 is configured to be rotatable about a rotation shaft 284a, and is configured to be rotatable in the longitudinal direction (arrow A direction) of the filament 38 by a biasing force of a spring (not shown) or its own weight. Has been.
  • a small roller 284 b is provided at one end of the filament contact 284, and the small roller 284 b comes into contact with the filament 38.
  • the other end of the filament contact 284 is provided with a protrusion 284c.
  • a touch sensor 285 (first detection unit) is provided in the vicinity of the protrusion 284c. The touch sensor 285 is provided at a position where the protrusion 284c is pushed in and the state is reversed when the filament contactor 284 rotates in the direction of arrow A due to the end of the filament 38. For this reason, the touch sensor 285 functions as a detection unit that detects that the filament 38 has ended.
  • the detection signal is transmitted via the interface 308.
  • the CPU 301 transmits a stop signal to the driver 318, stops the rotation of the motor 283 in the forward direction, and then starts the rotation of the motor 283 in the reverse direction. Thereby, the discharge operation of the filament 38 is automatically started.
  • the driven roller 282 is provided so as to be rotatable about a rotation shaft 286a provided at one end of the urging portion 286.
  • the urging portion 286 is provided so as to be rotatable about the rotation shaft 286b, and is urged toward the filament 38 by a spring mechanism (not shown) in the direction of arrow C in FIG. For this reason, the driven roller 282 moves in the direction of arrow C in FIG. 5 when the filament 38 is lost.
  • the urging portion 286 has a protruding portion 286c at the lower end thereof.
  • a touch sensor 287 (second detection unit) is provided in the vicinity of the tip of the projection 286c.
  • the touch sensor 287 is a sensor for detecting that the discharge of the filament 38 is completed when the driving roller 281 and the driven roller 282 are rotated in reverse to discharge the filament 38.
  • the urging portion 286 rotates in the direction of arrow C when the filament 38 is lost (when discharge is completed)
  • the projection 286c is pushed into the touch sensor 287, the state is reversed, and the urging portion 286 rotates (the filament End of discharge) is detected.
  • a detection signal of the touch sensor 287 is input to the CPU 301 via the interface 308. In response to this detection signal, the CPU 301 transmits a stop signal to the driver 318 to stop the reverse rotation operation described above.
  • the motor 283 of the filament feeding device 28 rotates in the forward direction and feeds the filament 38 into the modeling head 25 (step S11 in FIG. 6).
  • the filament 38 fed into the modeling head 25 is melted by the heat of the heater 26, is discharged from the discharge port of the modeling head 25, and is used for modeling a modeled object.
  • the output signal of the touch sensor 285 is constantly monitored, and it is monitored whether or not this output signal is “1” (ON) (step S12). If the output signal does not become “1”, the modeling operation is continued and the motor 283 continues to rotate in the forward direction, whereas if the output signal of the touch sensor 285 becomes “1” during the modeling operation, the modeling operation is continued.
  • the operation is interrupted, and the operation proceeds to a filament discharging operation for discharging the filament 38 from the inside of the modeling head 25 (Y in step S12).
  • the CPU 301 transmits a stop signal to the driver 318 to stop the forward rotation of the motor 283.
  • the modeling operation is interrupted.
  • the position (XYZ coordinates) of the modeling head 25 at the time when the modeling operation is interrupted is stored in the RAM 312 or the like.
  • the CPU 301 transmits a signal for instructing reverse rotation to the driver 318, and starts reverse rotation operation (step S13).
  • the filament 38 is discharged upward from the modeling head 25.
  • the touch sensor 287 is turned on (Y in step S14).
  • the CPU 301 outputs a stop signal to stop the reverse rotation operation of the motor 283 (step S15).
  • the filament discharging operation is completed.
  • the end of the supply of the filament 38 is detected by the touch sensor 285, the motor 283 is switched from the forward rotation to the reverse rotation, and the filament discharging operation is automatically performed. Be started. Further, the touch sensor 287 detects the end of the discharge operation of the filament 38, and thereby the reverse rotation of the motor 283 is stopped. That is, according to the first embodiment, since the end of the filament 38 is detected and the start and end of the discharge operation are automatically performed, the replacement operation of the filament 38 can be easily performed. Can be improved.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the procedure when the reel 24 including the new filament 38 is mounted.
  • the discharge operation of the filament 38 is completed in step S15 and the motor 283 is stopped, the mounting operation of the reel 24 including the new filament 38 can be started.
  • the user removes the used reel 24 from the 3D modeling apparatus 100, and then attaches a new reel 24 to the same position (step S16).
  • the filament 38 is pulled out from the reel 24 and introduced into the filament feeding device 28. At this time, the filament 38 is passed so that the small roller 284 b of the filament contactor 284 contacts the side surface of the filament 38. Accordingly, when the filament contactor 284 rotates in the direction opposite to the arrow A direction, the touch sensor 285 is turned off (step S17).
  • the filament 38 is caused to enter between the driving roller 281 and the driven roller 282. This turns off the touch sensor 287 (step S18).
  • the output signals of the touch sensors 285 and 287 are both “0”.
  • the CPU 301 permits the resumption of the modeling operation.
  • a display such as “click on the resume icon” is displayed on a display (not shown) of the computer 200 to notify the user that the modeling operation can be resumed.
  • the user can restart the modeling operation of the three-dimensional modeling apparatus by clicking the resume icon displayed on the display and instructing the restart (S20).
  • the information on the interruption position of the modeling operation stored in step S13 can be read from the RAM 312 and the modeling operation can be restarted from the position.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the user's work can be guided using the output signals of the touch sensors 285 and 287, and the filament mounting operation is further performed. Can be performed smoothly.
  • FIG. 8 shows an example in which the configuration of the filament contact portion 284 is changed.
  • the filament contact portion 284 'shown in FIG. 8 is held rotatably about a rotation shaft 284a', and a ring-shaped member 284d is provided at one end thereof. Further, the other end of the filament contact portion 284 'is held by a spring 288 having one end as a fixed end.
  • the filament 38 is disposed so as to pass through the ring-shaped member 284d. While the filament 38 remains, the filament contact portion 284 'is supported by the filament 38 and is maintained in a substantially horizontal state.
  • the filament contact portion 284 ′ has the fact that the left end ring-shaped member 284 d is rotated by the force of the spring 288 and the right end turns on the touch sensor 285, thereby eliminating the filament 38. Detected.
  • FIG. 9 shows an optical configuration of a detection unit that detects the absence of the filament 38.
  • 9 includes an LED light source 2851, condenser lenses 2852, 2853, and 2854, and a light receiving element 2855.
  • Light emitted from the LED light source 2851 is condensed and diffused by the condenser lenses 2852 and 2853, and the filament 38 is disposed, for example, behind the condenser lens 2853.
  • Light from the condensing lens 2853 is condensed again by the condensing lens 2854 and enters the light receiving element 2855.
  • FIGS. 5 and 8 show the mechanical detection method by the contact method
  • FIG. 9 shows the optical detection method.
  • electrostatic capacitance type detection using a change in electrostatic capacitance depending on the presence or absence of a filament can also be used.
  • the driving roller 281 and the driven roller 282 are in the shape of a perfect circle in the drawing.
  • the shape is not limited to this, and a roller having a shape other than a perfect circle is possible as long as it can be accurately conveyed or can be precisely driven. Can be used.
  • These rollers are expressed by point contact with the filament, but may be another member (belt or the like) that is in line contact or surface contact.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

 この三次元造形装置は、造形物を形成するための造形材料を溶融して吐出する造形ヘッドと、造形ヘッドに前記造形材料を送り込む造形材料送り装置と、造形材料送り装置を制御する制御部とを備える。造形材料送り装置は、造形材料に当接する第1ローラと、第1ローラに駆動力を与えるモータと、第1ローラと造形材料を挟んで対向する位置において前記造形材料と当接する第2ローラと、第1ローラ及び第2ローラよりも上流側に配置され造形材料の供給の終了を検知する第1検知部とを備える。

Description

三次元造形装置、及びその制御方法
 本発明は、三次元造形装置、及びその制御方法に関する。
 三次元設計データに基づいて造形物を製造する三次元造形装置が、例えば特許文献1により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、溶融樹脂押し出し造形法など、様々な方式が提案され、製品化されている。
 一例として、溶融樹脂押し出し造形法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる溶融樹脂を吐出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて溶融樹脂を吐出しつつ溶融樹脂を積層させて造形物を得る。
 このような樹脂溶融方式の三次元造形装置においては、樹脂材料がフィラメントと呼ばれる紐状の樹脂材料により供給される。しかし、フィラメントが無くなった場合において、その交換作業が煩雑であるという問題があった。
特開2002-307562号公報
 本発明は、フィラメントの交換作業の作業性を改善することができる三次元造形装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
 本発明に係る三次元造形装置は、造形物を形成するための造形材料を溶融して吐出する造形ヘッドと、造形ヘッドに前記造形材料を送り込む造形材料送り装置と、造形材料送り装置を制御する制御部とを備える。
 造形材料送り装置は、造形材料に当接する第1ローラと、第1ローラに駆動力を与えるモータと、第1ローラと造形材料を挟んで対向する位置において前記造形材料と当接する第2ローラと、第1ローラ及び第2ローラよりも上流側に配置され造形材料の供給の終了を検知する第1検知部とを備える。
第1の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す斜視図である。 第1の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す正面図である。 XYステージ12の構成を示す斜視図である。 制御部300の構造の詳細を説明するブロック図である。 フィラメント送り装置28及び制御部300の構成の詳細を示すブロック図である。 第1の実施の形態に係る三次元造形装置の動作を示すフローチャートである。 第1の実施の形態に係る三次元造形装置の動作を示すフローチャートである。 変形例を示す。 変形例を示す。
 次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
(全体構成)
 図1は、第1の実施の形態で用いる3Dプリンタ100の概略構成を示す斜視図である。3Dプリンタ100は、フレーム11と、XYステージ12と、造形ステージ13と、昇降テーブル14と、ガイドシャフト15とを備えている。
 この3Dプリンタ100を制御する制御装置としてコンピュータ200が、この3Dプリンタ100に接続されている。また、3Dプリンタ100中の各種機構を制御するための制御部300も、この3Dプリンタ100に接続されている。
(フレーム11)
 フレーム11は、図1に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム11の4つの角部に、例えば4本のガイドシャフト15が、図1のZ方向、すなわち造形ステージ10の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト15は、後述するように昇降テーブル14を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト15の本数は4本には限られず、昇降テーブル14を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。
(造形ステージ13)
 造形ステージ13は、造形物Sが載置される台であり、後述する造形ヘッドから吐出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。
(昇降テーブル14)
 昇降テーブル14は、図1及び図2に示すように、その4つの角部においてガイドシャフト15を貫通させており、ガイドシャフト15の長手方向(Z方向)に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル14は、ガイドシャフト15と接触するローラ34,35を備えている。ローラ34,35は昇降テーブル14の2つの角部に形成されたアーム部33において回動可能に設置されている。このローラ34,35がガイドシャフト15上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル14はZ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル14は、図2に示すように、モータMzの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔(例えば0.1mmピッチ)で移動する。モータMzは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。なお、実際の昇降テーブル14の高さ方向の位置を連続的又は間欠的にリアルタイムで、図示しない位置センサを用いて測定し、適宜補正をかけることによって、昇降テーブル14の位置精度を高めるようにしてもよい。後述する造形ヘッド25についても同様である。
(XYステージ12)
 XYステージ12は、この昇降テーブル14の上面に載置されている。図3は、このXYステージ12の概略構成を示す斜視図である。XYステージ12は、枠体21と、Xガイドレール22と、Yガイドレール23と、リール24と、造形ヘッド25と、造形ヘッドホルダHを備えている。Xガイドレール22は、その両端がYガイドレール23に嵌め込まれ、Y方向に摺動自在に保持されている。リール24は、造形ヘッドホルダHに固定されており、造形ヘッドホルダHによって保持された造形ヘッド25の動きに追従してXY方向を移動する。造形物Sの材料となる熱可塑性樹脂は、径が3~1.75mm程度の紐状の樹脂(フィラメント38)であり、通常リール24に捲かれた状態で保持されているが、造形時には後述する造形ヘッド25に設けられたモータ(エクストルーダ)によって造形ヘッド25内に送り込まれる。
 なお、リール24を造形ヘッドホルダHに固定せずに枠体21等に固定し、造形ヘッド25の動きに追従させない構成とすることもできる。また、フィラメント38を露出した状態で造形ヘッド25内に送り込まれる構成としたが、ガイド(例えば、チューブ、リングガイド等)を介在させて造形ヘッド25内に送り込むようにしても良い。フィラメント38は、例えばABS樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネイト樹脂などからなる。
 なお、図1~図3では、単一の造形ヘッド25のみを用意されているが、2個以上の造形ヘッドを1つのXYステージ12に搭載させることもできる。また、1つの造形ヘッドにより複数種類のフィラメントを吐出可能に構成することもできる。
 フィラメント38は、リール24からチューブTbを介して造形ヘッド25内に送り込まれる。造形ヘッド25は、造形ヘッドホルダHにより保持され、リール24と共にX,Yのガイドレール22,23に沿って移動可能に構成されている。また、図2及び図3では図示を省略するが、造形ヘッド25内には、フィラメント38をZ方向下方へ送り込むためのフィラメント送り装置が配置される。なお、フィラメント送り装置は、造形ヘッド25と別体とすることもできるが、以下ではフィラメント送り装置は造形ヘッド25内に内蔵されているものとして説明を行う。
 なお、図2及び図3では図示を省略するが、造形ヘッド25をXYテーブル12に対し移動させるためのモータMx、Myも、このXYステージ12上に設けられている。モータMx、Myは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。
(制御部300)
 次に、図4のブロック図を参照して制御部300の構造の詳細について説明する。制御部300は、一例として、CPU301、電流スイッチ304、モータドライバ306、入出力インタフェース307、308、ROM311、RAM312、及びハードディスクドライブ313を含んでいる。
 CPU301は、コンピュータ200から入出力インタフェース307を介して各種信号を受信して、制御部300の全体の制御を行う。
 電流スイッチ304は、ヒータ26に流れる電流量を切換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ304のスイッチング状態が温度センサ27の検知信号等に基づき切り替わることにより、ヒータ26に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド25の温度が制御される。また、モータドライバ306は、CPU301からの制御信号に従い、モータMx、My、Mzを制御するための駆動信号を発生させる。
 ROM311は、後述するフィラメント送り制御、及びフィラメントの終了検知のためのコンピュータプログラムを格納している。このコンピュータプログラムが読み出されて実行されることにより、後述するフィラメント送り制御及び終了検知が実行される。RAM312は、このプログラム実行中の各種データを一時的に保持するために用いられる。また、ハードディスクドライブ313は、コンピュータプログラムの格納、及びコンピュータプログラムの動作に必要な各種データを格納するための記憶媒体の一例である。
 造形ヘッド25には、フィラメント送り装置28が搭載されている。このフィラメント送り装置28は、造形ヘッド25と一体に形成されていてもよいし、又は造形ヘッド25とは独立にXYテーブル12上に載置されていてもよい。フィラメント送り装置28は、制御部300からの制御信号に従い、内蔵するモータを駆動してフィラメント38の造形ヘッド25に対する送り制御を実行する。
 本実施の形態のフィラメント送り装置28は、図5に示すように、駆動ローラ281と、従動ローラ282、及びモータ283を備えている。駆動ローラ281は、その外周においてフィラメント38と当接するよう配置されると共に、モータ283により駆動され、フィラメント38を造形ヘッド25へと送り込む。
 一方、従動ローラ282は、駆動ローラ281とともにフィラメント38を挟んで対向する位置において、フィラメント38と当接し、フィラメント38を駆動ローラ281に付勢するように設けられる。そして、この従動ローラ282は、独立の駆動源を有しておらず、駆動ローラ281の駆動によりフィラメント38が移動した場合に、駆動ローラ281の回転に追従して、フィラメント38との間の付勢によって発生する摩擦力によって受動的に回転する構成とされている。この結果、従動ローラ282は駆動ローラ281の回転方向とは逆の方向に回転する。
 また、駆動ローラ281と従動ローラ282の上流側、すなわちリール24と駆動ローラ281又は従動ローラ282との間の位置には、フィラメント接触子284が設けられている。このフィラメント接触子284は、回転軸284aを中心に回動可能に構成され、図示しないバネの付勢力、又はそれ自体の自重により、フィラメント38の長手方向(矢印A方向)に回動可能に構成されている。
 また、フィラメント接触子284の一端には小ローラ284bが設けられており、この小ローラ284bがフィラメント38と当接する。一方、フィラメント接触子284の他端には突起部284cが設けられている。この突起部284cの近傍には、タッチセンサ285(第1検知部)が設けられている。タッチセンサ285は、フィラメント接触子284がフィラメント38の終了により矢印A方向に回転した場合において、突起部284cが押し込まれ、状態が反転する位置に設けられている。このため、タッチセンサ285は、フィラメント38が終了したことを検知する検知部として機能する。フィラメント38を用いた造形物の造形動作において、駆動ローラ281が図5の矢印B方向に回転している場合において、タッチセンサ285がフィラメント38の終了を検知すると、その検知信号はインタフェース308を介してCPU301に送られる。CPU301は、この検知信号を受けてドライバ318に停止信号を送信し、モータ283の順方向への回転を停止させた後、モータ283の逆方向への回転を開始させる。これにより、フィラメント38の排出動作が自動的に開始される。
 また、従動ローラ282は、付勢部286の一端に設けられた回転軸286aを中心に回動可能に設けられている。この付勢部286は、回転軸286bを中心として回動可能に設けられており、図5の矢印Cの方向に図示しないバネ機構により、フィラメント38側に付勢されている。このため、従動ローラ282は、フィラメント38が無くなると、図5中の矢印C方向に移動する。
 また、付勢部286は、その下端において突起部286cを有している。この突起部286cの先端の近傍には、タッチセンサ287(第2検知部)が設けられている。このタッチセンサ287は、フィラメント38の排出のため駆動ローラ281及び従動ローラ282を逆回転させる場合に、フィラメント38の排出が完了したことを検知するためのセンサである。フィラメント38が無くなって(排出が終了して)付勢部286が矢印C方向に回転すると、突起部286cがタッチセンサ287に押し込まれ、状態が反転して、付勢部286の回転(フィラメントの排出終了)が検知される。このタッチセンサ287の検出信号は、インタフェース308を介してCPU301に入力される。CPU301は、この検出信号を受けてドライバ318に停止信号を送信し、上述の逆回転動作を停止させる。
 次に、図6のフローチャートを参照して、第1の実施の形態の動作を説明する。ここでは、造形動作が開始された後、フィラメント38の供給の終了が検知され、フィラメント38を外部に排出する動作が開始され、終了するまでの手順を説明する。
 まず、造形物の造形のための造形動作が開始されると、フィラメント送り装置28のモータ283が順方向に回転し、フィラメント38を造形ヘッド25の内部へと送り込む(図6のステップS11)。造形ヘッド25の内部へと送り込まれたフィラメント38は、ヒータ26の熱により溶解し、造形ヘッド25の吐出口から吐出され、造形物の造形に用いられる。
 造形動作においては、タッチセンサ285の出力信号が常時監視され、この出力信号が”1”(ON)となっていないか否かが監視される(ステップS12)。出力信号が”1””とならなければ、造形動作は継続され、モータ283は順方向回転を継続する。一方、造形動作の途中において、タッチセンサ285の出力信号が”1”になると、造形動作は中断され、フィラメント38を造形ヘッド25の内部から排出するフィラメント排出動作に移行する(ステップS12のY)。
 タッチセンサ285の出力信号が”1”となったのを受けて、CPU301は、ドライバ318に向けて停止信号を送信し、モータ283の順方向回転を停止させる。これにより造形動作は中断される。このとき、造形動作が中断された時点での造形ヘッド25の位置(XYZ座標)は、RAM312等に記憶される。続いて、CPU301は逆回転を指令する信号をドライバ318に向けて送信し、逆回転動作を開始させる(ステップS13)。
 モータ283の逆回転が開始されると、フィラメント38は造形ヘッド25から上方向に向けて排出される。フィラメント38が上方向に搬送され、フィラメント38の下端が駆動ローラ281と従動ローラ282を通過し、両ローラの間のフィラメント38が無くなると、タッチセンサ287がONとなる(ステップS14のY)。このタッチセンサ287の出力信号が”1”となったのを受けて、CPU301は停止信号を出力し、モータ283の逆回転動作を停止させる(ステップS15)。以上により、フィラメント排出動作が終了する。
 このように、この第1の実施の形態によれば、タッチセンサ285によりフィラメント38の供給の終了が検知されてモータ283が順方向回転から逆方向回転に切り替えられ、フィラメント排出動作が自動的に開始される。また、タッチセンサ287により、フィラメント38の排出動作の終了が検知され、これによりモータ283の逆方向回転が停止される。すなわち、この第1の実施の形態によれば、フィラメント38の終了検知、及び排出動作の開始及び終了が自動的に行われるので、フィラメント38の交換作業を容易に行うことができ、その作業性を向上させることができる。
[第2の実施の形態]
 次に、本発明の第2の実施の形態を、図7を参照して説明する。この第2の実施の三次元造形装置の基本構成(図1~図5)は、第1の実施の形態と同一であるので、以下では重複する説明は省略する。また、造形動作中断後のフィラメント排出動作(図5)の手順も第1の実施の形態のそれと同様である。ただし、この第2の実施の形態では、フィラメント排出動作の終了後、新しいフィラメント38を含むリール24を搭載する場合における動作が第1の実施の形態に追加されている。
 図7は、その新しいフィラメント38を含むリール24を搭載する場合の手順を説明するフローチャートである。ステップS15においてフィラメント38の排出動作が終了し、モータ283が停止されると、新しいフィラメント38を含むリール24の搭載動作を開始することが可能になる。ユーザは、使用済みのリール24を三次元造形装置100から除去した後、新しいリール24を同じ位置に取り付ける(ステップS16)。
 そして、そのリール24からフィラメント38を引き出して、フィラメント送り装置28の内部へと導入する。このとき、フィラメント接触子284の小ローラ284bがフィラメント38の側面に接するよう、フィラメント38を通す。これにより、フィラメント接触子284が矢印A方向とは逆方向に回転すると、タッチセンサ285はOFF状態となる(ステップS17)。
 更に、フィラメント38を駆動ローラ281と従動ローラ282の間に進入させる。これによりタッチセンサ287をOFF状態にする(ステップS18)。
 このようにしてフィラメント38を造形ヘッド25内にセットし、タッチセンサ285、287が両方ともOFF状態となると(ステップS19)、タッチセンサ285、287の出力信号はいずれも”0”となる。CPU301は、この2つの出力信号がいずれも”0”になったことを受けて、造形動作の再開を許可する。一例としては、コンピュータ200の図示しないディスプレイに「再開アイコンをクリックして下さい」などの表示を行わせ、造形動作が再開可能となったことをユーザに知らせる。ユーザは、ディスプレイ上に表示された再開アイコンをクリックして再開を指示することにより(S20)、三次元造形装置の造形動作を再開させることができる。このとき、ステップS13で記憶された、造形動作の中断位置の情報をRAM312から読み出して、当該位置から造形動作を再開させることができる。
 この第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。加えて、この第2の実施の形態によれば、フィラメント38を再度搭載させる動作において、タッチセンサ285及び287の出力信号を用いてユーザの作業を誘導することができ、より一層フィラメントの搭載動作を円滑に行わせることが可能になる。
(変形例)
 以上の実施の形態はあくまでも本発明を実施する場合の一例であって、その趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な改変、追加、置換、削除等が可能である。例えば、フィラメント38の供給の終了を検知する検知部の構成は、図5に示した構成に限定されるものではなく、例えば図8~図9に示したような構成に置き換えることが可能である。
 図8は、フィラメント接触部284の構成に変更を加えた例を示している。この図8に示されるフィラメント接触部284’は、回転軸284a’を中心に回転可能に保持されており、その一端にはリング状部材284dが備えられている。また、フィラメント接触部284’の他端は、一端を固定端とされたバネ288により保持されている。このリング状部材284dを通るように、フィラメント38が配置される。フィラメント38が残存している間は、フィラメント接触部284’はフィラメント38により支持され、ほぼ水平状態に保たれている。しかし、フィラメント38が無くなると、フィラメント接触部284’は、バネ288の力で左端のリング状部材284dが回動し、右端がタッチセンサ285をONにすることで、フィラメント38が無くなったことが検出される。
 図9は、フィラメント38が無くなったことを検出する検知部を、光学的に構成したものである。この図9の検知部は、LED光源2851、集光レンズ2852、2853、2854、及び受光素子2855を備えている。LED光源2851から発せられた光は、集光レンズ2852及び2853により集光・拡散され、フィラメント38は、例えば集光レンズ2853の後方に配置される。集光レンズ2853からの光は再度集光レンズ2854で再び集光され、受光素子2855に入射する。
 この構成において、フィラメント38が無くなると、集光レンズ2853からの光がフィラメント38によって遮光されなくなり、受光素子2855の受光量が増える。この受光量の変化を検出することにより、フィラメント38の有無を検出することができる。
 以上、図5、及び図8では接触式による機械的な検出方法、図9では光学的な検出方法を示してきた。この他、図示しないが、フィラメント有無による静電容量の変化を用いた静電容量式検出も用いることができる。
 以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、駆動ローラ281と、従動ローラ282は図面上、真円の形状としたがこれに限るものではなく、精密に搬送が可能、または精密に従動が可能であれば真円以外の形状のローラを用いることができる。またこれらローラはフィラメントに対して点接触で表現したが、線接触や面接触となる別の部材(ベルト等)であってもよい。
100・・・3Dプリンタ、 200・・・コンピュータ、 300・・・制御部、 11・・・フレーム、 12・・・XYステージ、 13・・・造形ステージ、 14・・・昇降テーブル、 15・・・ガイドシャフト、21・・・枠体、 22・・・Xガイドレール、 23・・・Yガイドレール、 24・・フィラメントホルダ、 25・・・造形ヘッド、 26・・・ヒータ、 27・・・温度センサ、 28・・・フィラメント送り装置、 34、35・・・ローラ、 38・・・フィラメント、 281・・・駆動ローラ、 282・・・従動ローラ、 283・・・モータ、 284・・・フィラメント接触子、 285,287・・・タッチセンサ、 286・・・付勢部、 288・・・バネ、 301・・・CPU、 304・・・電流スイッチ、 306・・・モータドライバ、 307,308・・・インタフェース、 311・・・ROM、 312・・・RAM、 313・・・ハードディスクドライブ、 318・・・ドライバ。

Claims (15)

  1.  造形物を形成するための造形材料を溶融して吐出する造形ヘッドと、
     前記造形ヘッドに前記造形材料を送り込む造形材料送り装置と、
     前記造形材料送り装置を制御する制御部と
     を備え、
     前記造形材料送り装置は、
     前記造形材料に当接する第1ローラと、
     前記第1ローラに駆動力を与えるモータと、
     前記第1ローラと前記造形材料を挟んで対向する位置において前記造形材料と当接する第2ローラと、
     前記第1ローラ及び前記第2ローラよりも上流側に配置され前記造形材料の供給の終了を検知する第1検知部と
     を備えたことを特徴とする三次元造形装置。
  2.  前記制御部は、前記第1検知部の検知結果に従い、前記モータの回転を正回転から逆回転に変化させて前記造形材料の排出動作を開始させる、請求項1記載の三次元造形装置。
  3.  前記排出動作の終了を検知する第2検知部を更に備え、
     前記制御部は、前記第2検知部の検知結果に従い、前記モータの逆回転の動作を停止させる、請求項2記載の三次元造形装置。
  4.  前記制御部は、前記第1検知部、及び前記第2検知部の両方が前記造形材料の存在を検知している場合に、造形動作の再開を許可する、請求項3記載の三次元造形装置。
  5.  前記造形材料と前記第1検知部との間に、前記造形材料と当接する造形材料接触子をさらに備える、請求項1記載の三次元造形装置。
  6.  前記造形材料接触子は、
     前記造形材料接触子の回転軸となる第1回転軸と、
     前記造形材料と当接する第3ローラとを備え、
     前記第3ローラが前記造形材料と当接しなくなった場合に前記造形材料接触子が前記第1回転軸を中心に傾くことで、前記第1検知部に前記造形材料の供給の終了を検知させる、請求項5記載の三次元造形装置。
  7.  前記造形材料接触子は、
     一端に前記造形材料を通すリング状部材を備え、他端にバネを備える、請求項5記載の三次元造形装置。
  8.  前記第1検知部は、
     光源と、
     前記光源からの光を前記造形材料を介して受光する受光素子とを備え、
     前記受光素子の受光量の変化により、前記造形材料の供給の終了を光学的に検知する、請求項1記載の三次元造形装置。
  9.  前記第2ローラ及び前記第2検知部の間に付勢部をさらに備える、請求項2記載の三次元造形装置。
  10.  前記付勢部は、
     前記付勢部の回転軸となる第2回転軸と、
     前記第2ローラの回転軸となる第3回転軸とを備え、
     前記第2ローラと前記造形材料が当接しなくなった場合に、前記付勢部が前記第2回転軸を中心に傾くことで、前記第2検知部に前記排出動作の終了を検知させる、請求項9記載の三次元造形装置。
  11.  三次元造形装置に送り込まれる造形材料に当接する第1ローラに、駆動信号に従った駆動力をモータに与え、
     前記第1ローラよりも上流側において前記造形材料の供給の終了を検知し、
     前記造形材料の供給の終了が検知されたら、前記モータの順方向への回転を停止させ逆方向に回転させる
     ことを特徴とする、三次元造形装置の制御方法。
  12.  前記逆方向への前記モータの回転の開始後、前記第1ローラの回転に追従して回転する第2ローラと、前記第1ローラとの間の位置にある前記造形材料の有無を検知し、その検知の結果に従い前記モータを停止させる、請求項11記載の制御方法。
  13.  前記第1ローラよりも上流側において前記造形材料と当接する第3ローラを有する造形材料接触子が、前記第3ローラと前記造形材料とが当接しなくなった場合に傾くことで、前記造形材料の供給の終了が検知される、請求項11記載の制御方法。
  14.  前記第1ローラの上流側及び前記第1ローラと前記第2ローラとの間に前記造形材料が存在することが検知された場合に、造形動作を開始する、請求項12記載の制御方法。
  15.  前記第2ローラの回転軸を有する付勢部の傾きにより、前記第1ローラと前記第2ローラとの間の前記造形材料の存在の有無を検知する、請求項12記載の制御方法。
PCT/JP2016/059853 2015-03-31 2016-03-28 三次元造形装置、及びその制御方法 WO2016158835A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-072058 2015-03-31
JP2015072058 2015-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016158835A1 true WO2016158835A1 (ja) 2016-10-06

Family

ID=57006073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/059853 WO2016158835A1 (ja) 2015-03-31 2016-03-28 三次元造形装置、及びその制御方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016158835A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3592533A4 (en) * 2017-03-05 2020-10-07 D. Swarovski KG CONTINUOUS FILAMENT FEED FOR ADDITIVE MANUFACTURING

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002500966A (ja) * 1998-01-26 2002-01-15 ストラタシス・インコーポレイテッド フィラメント供給スプールモニタリングを備えたラピッドプロトタイプシステム
JP2009500194A (ja) * 2005-07-01 2009-01-08 ストラタシス・インコーポレイテッド 制御される原材料を用いたラピッドプロトタイピングシステム
JP2012509777A (ja) * 2008-10-17 2012-04-26 ストラタシス,インコーポレイテッド デジタル製造システム用の支持材
JP2013506581A (ja) * 2009-09-30 2013-02-28 ストラタシス,インコーポレイテッド 押し出し式デジタル製造システムにて使用する局所的表面パターンを有する消耗材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002500966A (ja) * 1998-01-26 2002-01-15 ストラタシス・インコーポレイテッド フィラメント供給スプールモニタリングを備えたラピッドプロトタイプシステム
JP2009500194A (ja) * 2005-07-01 2009-01-08 ストラタシス・インコーポレイテッド 制御される原材料を用いたラピッドプロトタイピングシステム
JP2012509777A (ja) * 2008-10-17 2012-04-26 ストラタシス,インコーポレイテッド デジタル製造システム用の支持材
JP2013506581A (ja) * 2009-09-30 2013-02-28 ストラタシス,インコーポレイテッド 押し出し式デジタル製造システムにて使用する局所的表面パターンを有する消耗材料

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3592533A4 (en) * 2017-03-05 2020-10-07 D. Swarovski KG CONTINUOUS FILAMENT FEED FOR ADDITIVE MANUFACTURING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2013522082A (ja) 印刷装置及び印刷方法
US20130110464A1 (en) Mounting apparatus, component depletion determination method, and program
JP7266353B2 (ja) プリンタのフィラメント送り監視
JP2015510841A (ja) ばね巻きによって螺旋ばねを製造するための方法および装置
JP7527117B2 (ja) 給送装置、記録装置及び給送装置の制御方法
KR20150101287A (ko) 3d 프린트의 헤드갭 자동 측정장치 및 그 측정방법
WO2016158835A1 (ja) 三次元造形装置、及びその制御方法
US9415548B2 (en) Feeding apparatus for forming 3D object
US12070906B2 (en) Three-dimensional shaping device and method for manufacturing three-dimensional shaped object
JP2018158511A (ja) 印刷装置及び印刷方法
US9802429B2 (en) Media conveyance device, printer, and control method of a media conveyance device
JP2012154679A (ja) 欠陥マーキング装置
US20180354279A1 (en) Printing apparatus, printing method and non-transitory recording medium storing printing program
JP2010260681A (ja) タッチロール又はニアロールの移動制御方法及びウェブ巻取装置
EP4007690B1 (en) Controlled retraction of filament
EP3409486A1 (en) Printing apparatus, printing method and printing program
JPWO2019171419A1 (ja) スクリーン印刷機
JP2016190426A (ja) 三次元造形装置、及びその制御方法
TW201143902A (en) Paste applying device and paste applying method
JP2005118971A (ja) ワイヤ放電加工機およびワイヤ放電加工機の加工基準位置決定方法
JP6796189B2 (ja) 部品供給装置及びこれを備えた部品実装機
EP3409489A1 (en) Printing apparatus, printing method and printing program
EP3409488A1 (en) Bracket and printing apparatus
JP7193023B2 (ja) 印刷システム
JP2016088077A (ja) インクリボン走行部の構造

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16772716

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16772716

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP