WO2019187111A1

WO2019187111A1 - ３次元積層造形装置および３次元積層造形装置の製造方法

Info

Publication number: WO2019187111A1
Application number: PCT/JP2018/013886
Authority: WO
Inventors: 宮野　英昭; 好一大場; 幸吉鈴木; 光範諏訪
Original assignee: シーメット株式会社; 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-10-03
Also published as: CN111971163A; EP3778194A1; JP6979655B2; EP3778194A4; JPWO2019187111A1

Abstract

３次元積層造形装置の全体構成を小型化すること。造形台を収容するケースと、造形台を支持するため造形台に連結され水平方向に延設された少なくとも２つのアームと、アームを上下動させる移動部と、を備えた３次元造形装置であって、ケースは、上下動するアームを挿入するため、ケースの側面に設けられ、縦方向に伸びたスリットと、スリットからの粉体の漏れを防止するため、上端と下端とを固定され縦方向に伸びたテープ状シール部材と、スリットを通してケース内に挿入されたアーム端部の位置において、前記テープ状シール部材が内側に凸状に膨らむように、テープ状シール部材を巻回させる巻回部材と、を備えた。

Description

３次元積層造形装置および３次元積層造形装置の製造方法

　本発明は、３次元積層造形装置および３次元積層造形装置の製造方法に関する。

　上記技術分野において、特許文献１には、造形台の下面に連結された昇降機構により造形台を昇降させる技術が開示されている。

特開２０１７－１７０６４４号公報

　しかしながら、上記文献に記載の技術では、造形台の下方に昇降機構が設けられているので、３次元積層造形装置の全体構成を小型化することができなかった。

　本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置は、
　造形台を収容するケースと、
　造形台を支持するため造形台に連結され水平方向に延設された少なくとも２つのアームと、
　前記アームを上下動させる移動部と、
　を備えた３次元積層造形装置であって、
　前記ケースは、
　上下動する前記アームを挿入するため、前記ケースの側面に設けられ、縦方向に伸びたスリットと、
　前記スリットからの粉体の漏れを防止するため、上端と下端とを固定され縦方向に伸びたテープ状シール部材と、
　前記スリットを通して前記ケース内に挿入されたアーム端部の位置において、前記テープ状シール部材が内側に凸状に膨らむように、前記テープ状シール部材を巻回させる巻回部材と、
　を備えた。

　上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置の製造方法は、
　造形台を収容するケースと、
　造形台を支持するため造形台に連結され水平方向に延設された少なくとも２つのアームと、
　前記アームを上下動させる移動部と、
　を備えた３次元積層造形装置の製造方法であって、
　前記ケースに、
　上下動する前記アームを挿入するため、前記ケースの側面に設けられ、縦方向に伸びたスリットを設けるステップと、
　前記スリットからの粉体の漏れを防止するため、上端と下端とを固定され縦方向に伸びたテープ状シール部材を設けるステップと、
　前記スリットを通して前記ケース内に挿入されたアーム端部の位置において、前記テープ状シール部材が内側に凸状にふくらむように、前記テープ状シール部材を巻回させる巻回部材を設けるステップと、
　を含む。

　本発明によれば、３次元積層造形装置の全体構成を小型化することができる。

本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を説明するための正面図である。本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の有するスリットを説明するための斜視図である。本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を説明するための正面図である。本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の有するスリットを説明するための斜視図である。本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置のアーム部分を説明するための部分拡大斜視図である。本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置のアーム部分を説明するための部分拡大側面図である。本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置のアームとテープ状シール部材との関係を説明する上面模式図である。本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置のアームとテープ状シール部材との関係を説明する側面模式図である。本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の有する梁を説明する上面模式図である。

　以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

　［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態としての３次元積層造形装置１００について、図１を用いて説明する。３次元積層造形装置１００は、３次元積層造形物を造形する装置である。

　図１に示すように、３次元積層造形装置１００は、ケース１０１、アーム１０２、移動部１０３、スリット１１４、テープ状シール部材１１２および巻回部材１１３を含む。ケース１０１は、造形台１１１を収容する。少なくとも２つのアーム１０２は、造形台１１１を支持するため造形台１１１に連結され水平方向に延設されている。移動部１０３は、アーム１０２を上下動させる。

　ケース１０１は、上下動するアーム１０２を挿入するため、ケース１０１の側面に設けられ、縦方向に伸びたスリット１１４を備える。ケース１０１は、スリット１１４からの粉体の漏れを防止するため、上端と下端とを固定され縦方向に伸びたテープ状シール部材１１２を備える。ケース１０１は、スリット１１４を通してケース１０１内に挿入されたアーム端部の位置において、テープ状シール部材１１２が内側に凸状にふくらむように、テープ状シール部材１１２を巻回させる巻回部材１１３を備える。

　本実施形態によれば、３次元積層造形装置の全体構成を小型化することができる。

　［第２実施形態］
　次に本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置について、図２乃至図６を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を説明するための図である。３次元積層造形装置２００は、ケース２０１、アーム２０２および駆動部２０３を有する。なお、図２においては、３次元積層造形装置２００の説明に不要な部材は適宜省略している。

　ケース２０１は、造形タンクとも呼ばれ、造形台２１１、梁２２１、支持部材２２２およびアーム２０２の先端部分などが収容されている。ケース２０１内において、３次元積層造形物の材料が、造形台２１１上にリコートされ、リコートされた材料をスキージングして１層分の材料層をフラットにする。そして、ケース２０１内でフラットにされた材料層にバインダーを塗布したり、光線を照射したりして、１層分の材料層を固める。１層分の材料層の固化が完了したら、造形台２１１を１層分の材料層の厚みの分だけ下降させて、次の材料層の加工を行う。このような作業を複数の材料層に対して繰り返すことにより、ケース２０１内の造形台２１１上に所望の３次元積層造形物を造形することができる。

　なお、ケース２０１の大きさ（幅×奥行×高さ（深さ））は、約１，８００ｍｍ×１，０００ｍｍ×７５０ｍｍである。そして、例えば、造形台２１１（ケース２０１）の下に昇降機構を設置する場合、ケース２０１の高さ７５０ｍｍ分、造形台２１１を昇降（上下動）させるには、昇降機構は、少なくとも７５０ｍｍの高さが必要となる。そうすると、装置の高さは少なく見積もっても１，５００ｍｍ以上の高さが必要となり、装置全体が大型化してしまう。平均的な身長のユーザからすると、脚立などを利用しないとケース２０１の中を覗いて点検することや、ケース２０１内で作業することなどもできず、そのため、作業効率が低下する。

　アーム２０２は、ケース２０１のケース壁２１２を貫通するように設けられている。また、アーム２０２は、ケース２０１の両側に対向するように設けられている。アーム２０２のケース２０１内の端部（アーム２０２の内側の端部）には、梁２２１が連結されており、梁２２１の上側には、支持部材２２２が設けられている。また、支持部材２２２は、梁２２１と造形台２１１の底面との間に設けられており、支持部材２２２を介して梁２２１と造形台２１１とが接続（連結）されている。支持部材２２２は、造形台２１１の底面側から造形台２１１を支えている。このように、支持部材２２２を介して梁２２１と造形台２１１とが連結されることにより、アーム２０２と造形台２１１とが、間接的に連結される。なお、アーム２０２は、ケース２０１の四隅に設けられている。

　駆動部２０３は、アーム２０２の外側の端部、すなわち、ケース壁２１２の外側に出ている部分を上下動させる。そして、アーム２０２は、アーム２０２の外側の端部とアーム２０２の内側の端部とが、繋がっているので、アーム２０２の外側の端部が上下動すれば、アーム２０２の外側の端部の動きに合わせて、アーム２０２の内側の端部も上下動する。駆動部２０３は、ボールねじとリニアガイドとを含んでおり、これらにより、アーム２０２の外側の端部を上下動させる。なお、駆動部２０３が、アーム２０２の外側の端部を上下動させる機構は、これには限定されない。

　そして、アーム２０２の内側の端部は、梁２２１と連結され、さらに、その先の支持部材２２２は造形台２１１（の底面）に連結されているので、アーム２０２の外側の端部が上下動すれば、アーム２０２の内側の端部および梁２２１も上下動し、これらの動きに合わせて造形台２１１も上下動する。つまり、アーム２０２、駆動部２０３、梁２２１および支持部材２２２は、造形台２１１を昇降させる昇降機構となる。

　図３は、本実施形態に係る３次元積層造形装置２００の有するスリット２０４を説明するための斜視図である。ケース２０１の側面のケース壁２１２には、縦方向に伸びたスリット２０４が設けられている。アーム２０２は、スリット２０４を通して、ケース２０１内（ケース内）に挿入される。アーム２０２は、スリット２０４を貫通するように配置される。アーム２０２は、縦長形状のスリット２０４により形成された空間を上下方向に移動する。なお、図３では、ケース２０１の四隅のうちの１つについて説明をしたが、同様のスリット２０４が他の３つの隅にも設けられている。つまり、スリット２０４は、ケース２０１の四隅に設けられている。そして、図３においては、アーム２０２の図示は省略しているが、４つのスリット２０４の１つ１つにアーム２０２が貫通するように取り付けられるので、アーム２０２も四隅に設けられる。

　図４Ａは、本実施形態に係る３次元積層造形装置のアーム部分を説明するための部分拡大斜視図である。図４Ｂは、本実施形態に係る３次元積層造形装置のアーム部分を説明するための部分拡大側面図である。なお、図４Ａおよび図４Ｂにおいては、巻回部材２０６の構成を見易くするために、ハウジング２０７の側面部分の表示を省略している。

　スリット２０４には、テープ状シール部材２０５が貼り付けられており、スリット２０４は、テープ状シール部材２０５により塞がれている。テープ状シール部材２０５は、例えば、上端と下端とがケース２０１に固定されることにより、ケース２０１に貼り付けられる。テープ状シール部材２０５によりスリット２０４を塞ぐことにより、ケース２０１内から３次元積層造形物の材料がケース２０１の外部へ漏れ出ることを防止している。テープ状シール部材２０５は、ステンレス製の部材であるが、耐食性のある他の金属やアルミニウム、銅などであってもよい。また、テープ状シール部材２０５の厚みは、約０．１５ｍｍであり、薄くて平たい部材である。なお、テープ状シール部材の厚みは、これには限定されない。

　ただし、アーム２０２はスリット２０４を貫通するようにケース２０１内に挿入され、上下動するので、アーム２０２とテープ状シール部材２０５とが干渉し、アーム２０２の上下動が阻害されてしまう。そこで、アーム２０２のケース２０１内の端部の周囲に、テープ状シール部材２０５を巻回させる巻回部材２０６が設けられる。巻回部材２０６に巻回されたテープ状シール部材２０５は、ケース２０１内に挿入されたアーム２０２の端部の位置において、ケース２０１の内側に凸状に膨らむように巻回部材２０６に巻回される。

　巻回部材２０６は、アーム２０２端部の周囲に設けられる。つまり、ケース２０１のケース壁２１２を挟んでケース２０１の内側をアーム２０２の前側、ケース２０１の外側をアーム２０２の後側とすると、巻回部材２０６は、アーム２０２の前側の端部の周囲に設けられている。アーム２０２は、上下動するので、アーム２０２の上下動とともにアーム端部も上下動し、アーム端部の上下動とともに巻回部材２０６も上下動する。

　巻回部材２０６は、４つのローラ２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６２ｄを有する。巻回部材２０６は、テープ状シール部材２０５の外側に配置されたローラ２６１ａおよびテープ状シール部材２０５の外側に配置されたローラ２６１ｂを有する。さらに巻回部材２０６は、テープ状シール部材２０５の内側に配置されたローラ２６１ｃおよびテープ状シール部材２０５の内側に配置されたローラ２６１ｄを有する。外側に配置されたローラ２６１ａ，２６１ｂは、外側からテープ状シール部材２０５を押している。内側に配置されたローラ２６１ｃ，２６１ｄは、内側からテープ状シール部材２０５を支えている（押している）。

　つまり、巻回部材２０６は、テープ状シール部材２０５の外側（ケース２０１の内側）に２つのローラ２６１ａ，２６１ｂと、テープ状シール部材２０５の内側（ケース壁２１２側）に２つのローラ２６１ｃ，２６１ｄとを有している。そして、４つのローラ２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６２ｄは、台形の頂点に対応する位置に配置されており、４つのローラ２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６２ｄの各々を線で結ぶと、台形形状となる。なお、ローラ２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６２ｄの配置位置は、ここに示した位置には限定されない。

　ハウジング２０７は、巻回部材２０６を収容する。巻回部材２０６は、ハウジング２０７の内部に完全に収容されているので、３次元積層造形物の材料が、ローラ２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６２ｄに付着するなどして、ローラ２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６２ｄの動きが阻害されることがない。つまり、ハウジング２０７は、巻回部材２０６のカバーの役目をはたす。このように、ハウジング２０７により、巻回部材２０６はカバーされるので、ローラ２６１ａ，２６１ｂ，２６１ｃ，２６２ｄに付着するゴミなどの量を減らせるので、清掃回数が減り、さらに、メンテナンスに要する手間も減る。

　図５Ａは、本実施形態に係る３次元積層造形装置のアームとテープ状シール部材との関係を説明する上面模式図である。テープ状シール部材２０５の幅は、スリット２０４の幅よりも広くなっている。したがって、スリット２０４は、隙間なくテープ状シール部材２０５により覆われ、ケース２０１内部からケース２０１外部への３次元積層造形物の材料の流出を防止できる。

　テープ状シール部材２０５は、アーム２０２が通過する位置において、ケース２０１のケース壁２１２の内壁から離れ、ケース２０１の内側へ向かってケース壁２１２から浮いた状態となる。つまり、テープ状シール部材２０５は、ケース２０１内に挿入されたアーム２０２の端部（前側の端部）の位置において、ケース２０１の内側へ凸状に膨らむように巻回部材２０６により巻回される。つまり、アーム２０２が通過する際には、テープ状シール部材２０５を持ち上げ（めくり上げ）、持ち上げてできた隙間をアーム２０２が通過するようになっている。アーム２０２の上下動に合わせて、テープ状シール部材２０５の膨らみも上下動する。この場合、テープ状シール部材２０５は、スリット２０４を塞ぐことができないが、アーム２０２のハウジング２０７によりスリット２０４が塞がれるので、ケース２０１内の密閉性は保たれる。なお、図５Ａでは、図が煩雑となるのを避けるため、ハウジング２０７とケース壁２１２との間に隙間ができているが、実際には、ハウジング２０７とケース壁２１２とは密着している。

　図５Ｂは、本実施形態に係る３次元積層造形装置のアームとテープ状シール部材との関係を説明する側面模式図である。なお、図５Ｂでは、図が煩雑になるのを避けるため、ハウジング２０７は図示していない。造形台２１１とケース２０１のケース壁２１２の内壁とを密着させるために、造形台２１１には、造形台２１１のケース壁２１２側の端部の側面に密着部材５０１を設けてもよい。密着部材５０１は、例えば、フェルトなどの柔らかい部材であればいずれの部材であってもよい。

　図６は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の有する梁を説明する上面模式図である。梁６０１は、アーム２０２がケース２０１のスリット２０４に挿入される方向に平行な方向の横方向の梁２２１と、横方向に垂直な方向の縦方向の梁６１１とを有している。梁６０１は、２本の横方向の梁２２１の間に４本の縦方向の梁６１１が架け渡された形状となっている。

　なお、梁６０１に用いられる、横方向の梁２２１および縦方向の梁６１１の数は、ここに示した数には限定されない。また、梁６０１は、横方向の梁２２１と縦方向の梁６１１とを格子状に組んだ形状であってもよい。

　梁６０１は、アーム２０２と連結されている。また、造形台２１１は、支持部材２２２を介して梁６０１の上に載せられている。そして、アーム２０２の上下動に合わせて梁６０１が上下動するので、造形台２１１も上下動する。

　本実施形態によれば、造形台の昇降機構をケースの側面側に配置したので、３次元積層造形装置の全体構成を小型化することができる。また、昇降機構をケースの側面に配置したので、装置の高さが低くなり、ユーザによる作業の効率が上昇する。

　［他の実施形態］
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

Claims

　造形台を収容するケースと、
　造形台を支持するため造形台に連結され水平方向に延設された少なくとも２つのアームと、
　前記アームを上下動させる移動部と、
　を備えた３次元積層造形装置であって、
　前記ケースは、
　上下動する前記アームを挿入するため、前記ケースの側面に設けられ、縦方向に伸びたスリットと、
　前記スリットからの粉体の漏れを防止するため、上端と下端とを固定され縦方向に伸びたテープ状シール部材と、
　前記スリットを通して前記ケース内に挿入されたアーム端部の位置において、前記テープ状シール部材が内側に凸状に膨らむように、前記テープ状シール部材を巻回させる巻回部材と、
　を備えた３次元積層造形装置。
　前記巻回部材は、前記アーム端部の周囲に設けられ、前記アーム端部とともに上下動する請求項１に記載の３次元積層造形装置。
　前記巻回部材は、前記テープ状シール部材の内側に設けられた２本のローラと、前記テープ状シール部材の外側に設けられた２本のローラと、を含む請求項１または２に記載の３次元積層造形装置。
　前記巻回部材を収容するハウジングをさらに備えた請求項１、２または３に記載の３次元積層造形装置。
　前記アームの外側の端部を上下動させる駆動部をさらに備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
　前記スリットは、前記ケースの四隅に設けられており、
　前記アームは、前記ケースの四隅に設けられている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
　造形台を収容するケースと、
　造形台を支持するため造形台に連結され水平方向に延設された少なくとも２つのアームと、
　前記アームを上下動させる移動部と、
　を備えた３次元積層造形装置の製造方法であって、
　前記ケースに、
　上下動する前記アームを挿入するため、前記ケースの側面に設けられ、縦方向に伸びたスリットを設けるステップと、
　前記スリットからの粉体の漏れを防止するため、上端と下端とを固定され縦方向に伸びたテープ状シール部材を設けるステップと、
　前記スリットを通して前記ケース内に挿入されたアーム端部の位置において、前記テープ状シール部材が内側に凸状にふくらむように、前記テープ状シール部材を巻回させる巻回部材を設けるステップと、
　を含む３次元積層造形装置の製造方法。