WO2023238436A1 - 三次元造形装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a three-dimensional printing device.
- the three-dimensional modeling apparatus includes a supply tank that supplies powder material and a modeling tank that models a three-dimensional object.
- the powder material supplied from the supply tank is spread over the modeling tank to form a powder material layer.
- a hardening liquid is discharged onto this powder material layer to form a hardened layer having a desired cross-sectional shape.
- the cured layers are laminated and a three-dimensional structure is formed.
- the three-dimensional structure formed in this way is buried in the excess powder material that remains uncured in the modeling tank.
- the three-dimensional structure is removed by removing excess powder material. Thereafter, excess powder material is collected from the modeling tank into the supply tank using a scoop or the like.
- the present invention has been made in view of these points, and its purpose is to reduce the burden and increase the efficiency of the work of recovering powder material from a modeling tank to a supply tank after the completion of modeling a three-dimensional object. .
- the three-dimensional printing apparatus is a three-dimensional printing apparatus that uses powder materials to form three-dimensional objects.
- the three-dimensional modeling apparatus is arranged in the modeling tank, and includes a supply tank for supplying the powder material, a modeling tank having a modeling space in which the powder material is stored and the three-dimensional structure is modeled, and a supply tank for supplying the powder material.
- the powder material supplied from the supply tank is spread over the modeling tank to form a powder material layer.
- a hardening liquid is discharged onto the powder material layer to form a hardening layer. By repeating this operation, the cured layers are laminated to form a three-dimensional structure.
- the powder material remaining without being hardened rises together with the modeling table. Since the powder material is at a relatively high position after the modeling table is raised, it can be easily returned to the supply tank by pushing it to one side in the horizontal direction with a shovel or the like, for example. There is no need to lift a shovel or the like from inside the modeling tank. Therefore, it is possible to reduce the burden and increase the efficiency of the work of collecting the powder material into the supply tank. Note that there is a concern that the powder material may spill from the modeling tank when the powder material rises together with the modeling table.
- the modeling tank is provided with a first screen that extends above the position above the modeling table.
- the first screen prevents powder material from spilling out of the modeling tank. Therefore, the powder material can be easily collected into the supply tank without spilling.
- the burden of collecting excess powder material from the modeling tank to the supply tank after the completion of modeling the three-dimensional object is reduced, and the efficiency of the work is improved.
- cross-sectional shape refers to the shape when the three-dimensional structure 92 is sliced in a predetermined direction (for example, horizontal direction) to a predetermined thickness (typically, several tens to 100 ⁇ m, for example, 100 ⁇ m). Refers to the shape of the cross section.
- the predetermined thickness may or may not be a constant thickness.
- the vertical direction Z corresponds to the stacking direction of the hardened layer 91 in three-dimensional modeling.
- cement includes Portland cement, alumina cement, magnesia cement, phosphate cement, blast furnace cement, silica cement, fly ash cement, and the like.
- the powder material is a sinterable material that changes into a dense sintered body with a relative density of 90% or more by firing at approximately 500°C or higher, typically 700 to 2000°C, for example 1000 to 1500°C. It's okay.
- the powder material 90 may be composed of any one of the above-mentioned materials, or may be composed of a combination of two or more kinds.
- the powder material 90 may be composed of only the above-described components, or may contain other components in addition to the above-described components.
- the above-mentioned components may be used as the first component, and a material that promotes or assists binding between the particles constituting the first component may be included as the second component.
- the powder material 90 may be, for example, a mixed powder containing the above-described inorganic material and a water-soluble binder resin.
- a water-soluble binder resin is a polymer compound that has solubility in water and exhibits binding properties and adhesive properties when it contains water.
- the first lifting device 25 is a device that moves the modeling table 24 up and down in the vertical direction Z.
- the first lifting device 25 is provided in the housing 10.
- the configuration of the first lifting device 25 is not particularly limited.
- the first lifting device 25 includes, for example, a first support member 26, a first motor (not shown), and a ball screw (not shown).
- the first support member 26 is connected to the lower surface of the modeling table 24.
- the first support member 26 supports the modeling table 24 from below.
- the first support member 26 extends in the vertical direction Z.
- the first support member 26 is connected to the first motor via a ball screw. By driving the first motor, the ball screw rotates, and the first support member 26 moves in the vertical direction Z. Thereby, the modeling table 24 moves in the vertical direction Z.
- the first lifting device 25 is electrically connected to and controlled by the control device 88 .
- the second lifting device 35 is a device that moves the supply table 34 up and down in the vertical direction Z.
- the configuration of the second lifting device 35 is not particularly limited.
- the second lifting device 35 has the same configuration as the first lifting device 25.
- the second lifting device 35 is operated and controlled in the same manner as the first lifting device 25.
- the vertical portions 80B of the left and right first screens 80 are arranged flush with the left wall 20L and right wall 20R of the modeling tank 20, respectively.
- the vertical portions 81B of the left and right second screens 81 are arranged flush with the left wall 30L and right wall 30R of the supply tank 30, respectively.
- the vertical portions 82B of the left and right third screens 82 are arranged flush with the left wall 40L and right wall 40R of the collection tank 40, respectively.
- the materials of the first screen 80, second screen 81, and third screen 82 are not particularly limited, and may be metal materials, resin materials, or the like.
- the modeling table 24, the supply table 34, and the recovery table 44 are raised, forces in the left and right directions are applied to the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82, respectively, due to the weight of the powder material 90.
- the first screen 80, second screen 81, and third screen 82 have sufficient strength against this force.
- the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are desirably made of a material to which the powder material 90 does not easily adhere, in order to reduce the influence on the collection work of the powder material 90.
- magnets 84 are attached to the surfaces of the horizontal portions 80A, 81A, and 82A of the first screen 80, second screen 81, and third screen 82 that contact the mounting portion 10B of the housing 10. It is being The first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are fixed to the housing 10 with magnets 84, and can be attached and removed. When the head unit 60 reciprocates in the longitudinal direction , the second screen 81, and the third screen 82 impede the reciprocating movement of the support member 70. Therefore, the three-dimensional structure 92 is formed with the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 removed.
- first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are separate bodies, but two of them may be integrated and the other one may be separate. Further, the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 may be integrated. Moreover, one or more of the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 may be formed by combining a plurality of screens.
- the configuration of the three-dimensional printing apparatus 100 has been described above. Next, the operation of the three-dimensional printing apparatus 100 will be explained.
- the modeling table 24 is lowered and the supply table 34 is raised by a predetermined thickness of the cross-sectional shape of the three-dimensional structure 92.
- the support member 70 is moved forward.
- the spreading member 50 conveys the powder material 90 on the supply table 34 to the modeling tank 20, spreads the powder material 90 in the modeling space 20A, and forms a powder material layer. Excess powder material 90 in the modeling tank 20 is pushed by the spreading member 50 and collected into the collection tank 40.
- a hardening liquid is discharged from the line head 62 onto the powder material layer, thereby forming a hardening layer 91 and modeling a desired cross-sectional shape. By repeating this operation, a three-dimensional object 92 is formed.
- the modeling table 24 is lowered from the first opening 20T of the modeling tank. At this time, the modeling space 20A is filled with powder material 90. In this state, the operator attaches the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 to the left and right mounting portions 10B of the housing 10.
- the operator When the operator completes modeling the three-dimensional structure 92, the operator lowers the supply table 34 and raises the modeling table 24 and collection table 44 (see FIG. 2).
- the modeling table 24 rises, the three-dimensional structure 92 and excess powder material 90 on the modeling table 24 rise. At this time, there is a concern that the excess powder material 90 may spill from the modeling tank 20.
- the first screen 80 prevents the powder material 90 from spilling from the modeling tank 20.
- the collection table 44 is raised, the excess powder material 90 on the collection table 44 is raised. At this time, there is a concern that the excess powder material 90 may spill from the collection tank 40.
- the third screen 82 prevents the powder material 90 from spilling from the collection tank 40.
- the operator takes out the three-dimensional structure 92. As a result, excess powder material 90 is left on the modeling table 24. Additionally, surplus powder material 90 is left on the collection table 44 as well.
- the operator collects the remaining powder material 90 on the modeling table 24 and the collection table 44 by pushing it into the supply tank 30 by hand or with a shovel or the like. Since the surplus powder material 90 is at a position equal to or higher than the first opening 20T of the modeling tank 20 and the third opening 40T of the collection tank 40, the operator simply moves a shovel or the like horizontally.
- the powder material 90 can then be collected into the supply tank 30.
- the powder material 90 can be collected into the supply tank 30 without lifting a scoop or the like from inside the modeling tank 20 and the collection tank 40.
- the first screen 80 extends upward from the first opening 20T of the modeling tank 20. Therefore, when collecting the powder material 90, the powder material 90 on the modeling table 24 can be raised to a higher position without spilling it. Therefore, the burden of the work of collecting the powder material 90 can be further reduced, and efficiency can be improved.
- the third screen 82 extends upward from the third opening 40T of the collection tank 40. Therefore, when collecting the powder material 90, the powder material 90 on the collection table 44 can be raised to a higher position without spilling it. Therefore, the burden of the work of collecting the powder material 90 can be further reduced, and efficiency can be improved.
- the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 each have a removable structure. Therefore, when modeling the three-dimensional structure 92, the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 can be removed. Furthermore, when collecting the powder material 90 after the three-dimensional structure 92 has been formed, the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are attached. As a result, an adverse effect on the three-dimensional structure 92 can be avoided, and when the powder material 90 is collected, the collection work can be performed with high efficiency.
- the modeling table 24 is raised after the modeling of the three-dimensional model 92 is completed, so that the three-dimensional model 92 cannot be raised to a relatively high position. I can do it. Therefore, the operator can remove excess powder material around the three-dimensional structure 92 without having to bend deeply. Moreover, the work of lifting the three-dimensional model 92 from the modeling tank 20 is no longer necessary. Therefore, it is possible to further reduce the burden and increase the efficiency of the work of taking out the three-dimensional structure 92.
- the powder material when the powder material is not collected from the collection tank 40, the powder material may be collected from the modeling tank 20 to the supply tank 30 by attaching the first screen 80 and the second screen 81.
- the work of attaching the third screen 82 can be omitted, and the work can be made more efficient.
- the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are separate, the size of each screen becomes smaller and the weight is reduced, so that handling can be facilitated.
- each of the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 does not necessarily have to be a single member.
- the first screen 80, the second screen 81, or the third screen 82 may be formed by combining a plurality of members.
- the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 are fixed to the attachment part 10B with the magnet 84, but the method of fixing is to use something other than the magnet 84.
- the horizontal portions 80A, 81A, 82A of the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 and the mounting portion 10B may be fixed with bolts.
- the fixing mechanism may not be provided.
- the first screen 80, the second screen 81, and the third screen 82 may be installed by simply being placed on the mounting portion 10B.
- the three-dimensional structure 92 is taken out after the modeling table 24 is raised.
- the three-dimensional structure 92 may be taken out from the modeling tank 20, and then the modeling table 24 may be raised.
- Modeling tank 24 Modeling table 25
- First lifting device 30 Supply tank 80
- First screen 81 Second screen 82
- Third screen 84 Magnet 90 Powder material 91 Hardened layer 92
- Three-dimensional model 100 Three-dimensional model
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Abstract
造形槽から供給槽に粉末材料を回収する作業の負担軽減および高効率化を図る。三次元造形装置100は、三次元造形物92を造形する造形槽20と、造形テーブル24と、粉末材料90を供給する供給槽30と、造形槽20に設けられ、造形テーブル24の上位置よりも上方に延びる第1衝立80と、を備えている。三次元造形物92の造形完了後に造形テーブル24が上昇すると、粉末材料90は、こぼれ落ちることが第1衝立80により防止されながら、比較的高い位置まで上昇する。作業者は、粉末材料90を水平方向の一方向に押しやることにより、供給槽30に容易に戻すことができる。造形槽20の中からスコップ等を持ち上げる作業が不要になる。
Description
本発明は、三次元造形装置に関する。
従来から、粉末材料を使用する三次元造形装置が知られている(例えば、特許文献1および2参照)。三次元造形装置は、粉末材料を供給する供給槽と、三次元造形物を造形する造形槽とを備える。供給槽から供給された粉末材料は、造形槽に敷き詰められ、粉末材料層が形成される。この粉末材料層に硬化液が吐出され、所望の断面形状を有する硬化層が形成される。この動作が複数回繰り返されることで、硬化層が積層され、三次元造形物が形成される。このようにして形成された三次元造形物は、造形槽内において、硬化されずに残った余剰の粉末材料の中に埋まっている。三次元造形物は、余剰の粉末材料を除去することで、取り出される。その後、余剰の粉末材料は、スコップ等を用いて造形槽から供給槽に回収される。
しかしながら、ユーザがスコップ等を用いて粉末材料を供給槽に回収する作業は、造形槽の中からスコップ等を持ち上げる作業を伴い、作業者にとって負担が大きく、効率が悪い。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、三次元造形物の造形完了後に造形槽から供給槽に粉末材料を回収する作業の負担軽減および高効率化を図ることである。
本発明にかかる三次元造形装置は、粉末材料を使用し、三次元造形物を造形する三次元造形装置である。前記三次元造形装置は、前記粉末材料を供給する供給槽と、前記粉末材料が収容されかつ前記三次元造形物が造形される造形空間を有する造形槽と、前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、前記造形槽に配置され、前記造形テーブルを上昇および下降させる昇降装置と、前記造形槽に設けられ、前記造形槽に対して水平方向に延びかつ前記造形テーブルの上位置よりも上方に延びる第1衝立と、を備えている。前記供給槽から供給された前記粉末材料は、前記造形槽に敷き詰められ、粉末材料層が形成される。前記粉末材料層に硬化液が吐出されることで、硬化層を形成する。この動作が繰り返されることで、前記硬化層が積層され三次元造形物が形成される。
本発明の三次元造形装置によると、三次元造形物の造形が完了した後、造形テーブルを昇降装置にて上昇させると、硬化されずに残った粉末材料は造形テーブルと共に上昇する。造形テーブルの上昇後、粉末材料は比較的高い位置にあるため、例えばスコップ等で水平方向の一方側に押しやることにより、供給槽に容易に戻すことができる。造形槽の中からスコップ等を持ち上げる作業は不要となる。したがって、粉末材料を供給槽に回収する作業の負担軽減および高効率化を図ることができる。なお、粉末材料が造形テーブルと共に上昇した際に、粉末材料が造形槽からこぼれることが懸念される。しかし、本発明の三次元造形装置によると、造形槽には造形テーブルの上位置よりも上方に延びる第1衝立が設けられている。粉末材料が造形槽からこぼれることは、第1衝立によって防がれる。よって、粉末材料をこぼすことなく供給槽に容易に回収することができる。
本発明によれば、三次元造形物の造形完了後に造形槽から供給槽へ余剰の粉末材料を回収する作業の負担が軽減され、作業の効率が向上する。
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。
図1は、本実施形態に係る三次元造形装置100の斜視図である。図2は、本実施形態に係る三次元造形装置100の鉛直断面図である。図3は本実施形態に係る三次元造形装置100の平面図である。以下の説明では便宜上、三次元造形装置100の方向を下記のように定義することとする。図面中の符号Fは前方を示し、符号Rrは後方を示す。前方から三次元造形装置100を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置100の左、右、上、下となる。図面中の符号L、R、U、Dは、それぞれ左、右、上、下を意味する。符号X、Y、Zは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示す。詳細は後述するが、上下方向Zは三次元造形における硬化層91(図2参照)の積層方向に一致する。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置100の設置態様を何ら限定するものではない。
図1、2に示すように、三次元造形装置100は、粉末材料90を硬化液で固めて硬化層91を形成し、これを上下方向Zに順次一体的に積層することによって三次元造形物92を造形する装置である。本実施形態では、三次元造形装置100において、所望の三次元造形物92の断面形状を示す断面画像に基づいて、粉末材料90に硬化液を吐出し、粉末材料90を硬化させて、断面画像に沿った硬化層91を形成する。そして、硬化層91を順次積層することで、所望の三次元造形物92を造形する。
なお、本明細書において「断面形状」とは、三次元造形物92を所定の方向(例えば水平方向)に所定の厚み(典型的には、数10~100μm、例えば100μm)でスライスしたときの断面の形状をいう。所定の厚みは、一定の厚みであってもよく、一定の厚みでなくてもよい。ここでは上下方向Zが、三次元造形における硬化層91の積層方向に一致する。
粉末材料90については、特に限定されない。粉末材料90の種類は、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカ、ムライト、石膏、半水石膏(α型焼石膏、β型焼石膏)、ガラス、砂、砂利、セメント、モルタル、コンクリート、アパタイト等の無機材料、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金(例えばステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金)等の金属材料、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等の水溶性の樹脂材料、プラスチック、食塩等であってもよい。なお、上記「セメント」は、ポルトランドセメント、アルミナセメント、マグネシアセメント、リン酸セメント、高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント等を包含する。粉末材料は、概ね500℃以上、典型的には700~2000℃、例えば1000~1500℃での焼成によって、相対密度90%以上の緻密な焼結体へと変化する焼結性の材料であってもよい。粉末材料90は、上記いずれか1種の材料から構成されていてもよいし、2種以上が組み合わされて構成されていてもよい。
粉末材料90は、上記した成分のみで構成されていてもよいし、上記した成分に加えて他の成分を含んでいてもよい。例えば、上記した成分を第1成分として、第1成分を構成する粒子間の同士の結着を促進あるいは補助するような材料を第2成分として含んでいてもよい。粉末材料90は、例えば、上記した無機材料と水溶性のバインダ樹脂とを含む混合粉体であってもよい。水溶性のバインダ樹脂は、水に対する溶解性を有し、水分を含んだときに結着性や粘着性を示す高分子化合物である。水溶性のバインダ樹脂としては、例えば、水溶性ポリビニルアルコール系樹脂、水溶性ポリビニルピロリドン系樹脂、水溶性アクリル系樹脂、水溶性ウレタン系樹脂、水溶性ポリアミド、澱粉、セルロース、セルロース誘導体、ワックス等が挙げられる。
硬化液は、粉末材料90を構成する粒子同士を固着させることが可能な液体(粘性体を含む。)であればよく、特に限定されない。硬化液は、例えば、水、ワックス、バインダ樹脂、澱粉等を含む液体等であってもよい。
図2に示すように、三次元造形装置100は、筐体10と、造形槽20と、供給槽30と、回収槽40と、造形テーブル24と、供給テーブル34と、回収テーブル44と、第1昇降装置25と、第2昇降装置35と、第3昇降装置45と、敷詰め部材50と、ヘッドユニット60と、支持部材70と、第1衝立80と、第2衝立81と、第3衝立82と、制御装置88と、を備えている。第1衝立80、第2衝立81および第3衝立82は、本実施形態では別体となっているが、それらのうちの2つまたは全部は一体になっていてもよい。例えば、第1衝立80、第2衝立81および第3衝立82は単一の部品となっていてもよい。
図1、2、3に示すように、筐体10は、三次元造形装置100の外装体である。筐体10は、前後方向Xの長さが左右方向Yの長さよりも長い形状を有する。筐体10には、前方から後方に向かって順に、回収槽40、造形槽20、供給槽30が設けられている。供給槽30は造形槽20に対して水平方向の一方側(ここでは後側)に配置されている。回収槽40は造形槽20に対して水平方向の他方側(ここでは前側)に配置されている。図1に示すように、筐体10は、造形槽20、供給槽30および回収槽40の周囲に位置する上面10Aを有している。上面10Aは平坦な面である。図3に示すように、上面10Aのうち、造形槽20、供給槽30、回収槽40の左側および右側に、第1衝立80、第2衝立81、第3衝立82が配置される取付部10Bが設けられている。取付部10Bは、磁性体によって形成されている。ここでは、取付部10Bは、鉄等の金属で形成されている。支持部材70は筐体10に支持されている。支持部材70は、ヘッドユニット60を支持している。
図2、3に示すように、造形槽20は、筐体10に設けられている。造形槽20は、上方に開口する第1開口部20Tを有する槽である。造形槽20は、前壁20F、後壁20Rr、左壁20L、右壁20Rを有する。造形槽20は、内部に造形空間20Aを有する。造形空間20Aには、供給槽30から供給される粉末材料90が収容される。造形空間20Aにおいて、後述するラインヘッド62(図2参照)から粉末材料90に硬化液が吐出され、三次元造形物92が造形される。造形槽20には、造形された三次元造形物92が収容される。
図2に示すように、造形テーブル24は、造形槽20の内部に配置されている。造形槽20の前壁20Fと後壁20Rrと左壁20Lと右壁20Rと造形テーブル24の上面とに囲まれた空間が造形空間20Aである。造形テーブル24の形状は、例えば、平面視において矩形状である。造形テーブル24は、水平に配置されている。造形テーブル24には、粉末材料90が載置される。硬化層91の形成時には、造形テーブル24の上に粉末材料90が積層される。三次元造形物92は、造形テーブル24の上に造形される。造形テーブル24は、第1昇降装置25と接続されている。造形テーブル24は、典型的には造形槽20の内部を、造形槽20の前壁20F、後壁20Rr、左壁20L、および右壁20Rに沿って上下方向Zに昇降移動可能に構成されている。造形テーブル24は、第1昇降装置25により、昇降移動可能な範囲の上端位置である上位置24Tと、昇降移動可能な範囲の下端位置である下位置24Uと、の間を移動する。
図2に示すように、第1昇降装置25は、造形テーブル24を上下方向Zに昇降移動させる装置である。第1昇降装置25は、筐体10に設けられている。第1昇降装置25の構成は、特に限定されない。第1昇降装置25は、例えば、第1支持部材26と、第1モータ(図示せず)と、ボールねじ(図示せず)とを備えている。第1支持部材26は、造形テーブル24の下面に接続されている。第1支持部材26は、造形テーブル24を下方から支持している。第1支持部材26は、上下方向Zに延びている。第1支持部材26は、ボールねじを介して第1モータに接続されている。第1モータを駆動させることによりボールねじが回転し、第1支持部材26は上下方向Zに移動する。これにより、造形テーブル24は、上下方向Zに移動する。第1昇降装置25は、制御装置88と電気的に接続されており、制御装置88によって制御される。
図2、3に示すように、供給槽30は、筐体10に設けられている。供給槽30は、上方に開口する第2開口部30Tを有する槽であり、前壁30F、後壁30Rr、左壁30L、右壁30Rを有する。供給槽30は、内部に貯留空間30Aを有する。供給槽30は、造形槽20に供給する粉末材料90を貯留する。
図2に示すように、供給テーブル34は、供給槽30の内部に配置されている。供給槽30の前壁30Fと後壁30Rrと左壁30Lと右壁30Rと供給テーブル34の上面とに囲まれた空間が貯留空間30Aである。供給テーブル34の形状は、例えば、平面視において矩形状である。供給テーブル34は、水平に配置されている。供給テーブル34には、粉末材料90が載置される。供給テーブル34は、第2昇降装置35と接続されている。供給テーブル34は、典型的には供給槽30の内部を、供給槽30の前壁30Fと後壁30Rrと左壁30Lと右壁30Rに沿って上下方向Zに昇降移動可能に構成されている。供給テーブル34は、第2昇降装置35により、昇降移動可能な範囲の上端位置である上位置34Tと、昇降移動可能な範囲の下端位置である下位置34Uと、の間を移動する。
図2に示すように、第2昇降装置35は、供給テーブル34を上下方向Zに昇降移動させる装置である。第2昇降装置35の構成は特に限定されない。ここでは、第2昇降装置35は第1昇降装置25と同様の構成を有している。第2昇降装置35は、第1昇降装置25と同様に動作、制御される。
図2、3に示すように、回収槽40は、筐体10に設けられている。回収槽40は、上方に開口する第3開口部40Tを有する槽であり、前壁40F、後壁40Rr、左壁40L、右壁40Rを有する。回収槽40は、内部に粉末材料90を回収する回収空間40Aを有する。回収槽40は、供給槽30から造形槽20に供給された余剰の(言い換えれば、造形空間20Aに収容されずに余った)粉末材料90を回収する。
図2に示すように、回収テーブル44は、回収槽40の内部に配置されている。回収槽40の前壁40Fと後壁40Rrと左壁40Lと右壁40Rと回収テーブル44の上面とに囲まれた空間が、回収空間40Aである。回収テーブル44の形状は、例えば、平面視において矩形状である。回収テーブル44は、水平に配置されているある。回収テーブル44には、粉末材料90が載置される。回収テーブル44は、第3昇降装置45と接続されている。回収テーブル44は、典型的には回収槽40の内部を、回収槽40の前壁40Fと後壁40Rrと左壁40Lと右壁40Rに沿って上下方向Zに昇降移動可能に構成されている。回収テーブル44は、第3昇降装置45により、昇降移動可能な範囲の上端位置である上位置44Tと、昇降移動可能な範囲の下端位置である下位置44Uと、の間を移動する。
図2に示すように、第3昇降装置45は、回収テーブル44を上下方向Zに昇降移動させる装置である。第3昇降装置45の構成は特に限定されない。ここでは、第3昇降装置45は、第1昇降装置25と同様の構成を有している。第3昇降装置45は、第1昇降装置25と同様に動作、制御される。
図2、3に示すように、三次元造形装置100は、粉末材料90に硬化液を吐出するヘッドユニット60と、ヘッドユニット60を支持する支持部材70と、支持部材70を移動させる移動機構72と、を備えている。移動機構72は、支持部材70を筐体10に対して前後方向Xに相対的に移動させる機構である。
図3に示すように、移動機構72は、筐体10に設けられ、支持部材70の前後方向Xへの移動をガイドするガイドレール12と、ガイドレール12の側方に配置されたプーリ73と、プーリ73を連結する連結ロッド74と、プーリ73に巻き付けられたベルト75と、連結ロッド74を回転させる第2モータ(図示せず)と、を備えている。第2モータは、制御装置88と電気的に接続されており、制御装置88により制御される。第2モータが駆動すると、連結ロッド74が回転し、ベルト75が走行する。これにより、支持部材70がガイドレール12に沿って前後方向Xに運動する。なお、図3以外の図では、プーリ73、連結ロッド74、およびベルト75の図示は省略している。
図2に示すように、本実施形態では、ヘッドユニット60は前後方向Xに並ぶ3つのラインヘッド62を備えている。ラインヘッド62は、造形空間20Aに収容された粉末材料90に硬化液を吐出する装置である。ラインヘッド62は、吐出ヘッドの一例である。ラインヘッド62は、硬化液を吐出する複数のノズル(図示せず)を有する。複数のノズルは、左右方向Yに直線状に並んでいる。ラインヘッド62における硬化液の吐出方式は特に制限されず、例えばインクジェット方式である。ラインヘッド62は、造形槽20よりも上方に位置するように筐体10に配置されている。ラインヘッド62は、制御装置88に電気的に接続されている。ラインヘッド62のノズルからの硬化液の吐出は、制御装置88によって制御される。
図2に示すように、敷詰め部材50は、筐体10の上方に配置されている。敷詰め部材50は、ヘッドユニット60に支持されている。敷詰め部材50は、長尺の円筒形状を有している。敷詰め部材50は、回転可能に構成され、回転軸線が左右方向Yと平行になるように配置されている。図3に示すように、敷詰め部材50の左右方向Yの長さL1は、供給槽30の左右方向Yの長さL2より長い。三次元造形物92の造形の際には、三次元造形物92の断面形状の所定の厚みの分だけ、造形テーブル24が下降しかつ供給テーブル34が上昇する。敷詰め部材50は、移動機構72により前方に移動することで、供給テーブル34に載置された所定の厚みの粉末材料90を造形槽20に搬送する。また、敷詰め部材50は、造形槽20に搬送された粉末材料90の表面を平らに均して均一な粉末材料層を形成する。このようにして、造形空間20Aに粉末材料90が敷き詰められる。
図1、2、3に示すように第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、筐体10の左右の取付部10Bにそれぞれ配置されている。図4に示すように、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82はそれぞれ、取付部10Bに固定される水平部80A、81A、82Aと、水平部80A、81A、82Aに対して上方向に垂直に延びる垂直部80B、81B、82Bと、を有している。第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82はそれぞれ、L字の形状となっている。図1に示すように、左および右の第1衝立80の垂直部80Bは、それぞれ造形槽20の左壁20Lおよび右壁20Rに対して面一に配置されている。左および右の第2衝立81の垂直部81Bは、それぞれ供給槽30の左壁30Lおよび右壁30Rに対して面一に配置されている。左および右の第3衝立82の垂直部82Bは、それぞれ回収槽40の左壁40Lおよび右壁40Rに対して面一に配置されている。
図2に示すように、第1衝立80の垂直部80Bは、造形テーブル24の上位置24Tよりも上方および造形槽20の第1開口部20Tよりも上方に延びている。これにより、第1衝立80は、造形テーブル24を上昇させたときに粉末材料90が造形槽20からこぼれ落ちることを防ぐ。第2衝立81の垂直部81Bは、供給テーブル34の上位置34Tよりも上方および供給槽30の第2開口部30Tよりも上方に延びている。これにより、第2衝立81は、供給テーブル34を上昇させたときに粉末材料90が供給槽30からこぼれ落ちることを防ぐ。第3衝立82の垂直部82Bは、回収テーブル44の上位置44Tよりも上方および回収槽40の第3開口部40Tよりも上方に延びている。これにより、第3衝立82は、回収テーブル44を上昇させたときに粉末材料90が回収槽40からこぼれ落ちることを防ぐ。図3に示すように、第1衝立80の前後方向の長さ80Wは、造形槽20の前後方向の長さ20Wよりも長い。第2衝立81の前後方向の長さ81Wは、供給槽30の前後方向の長さ30Wよりも長い。第3衝立82の前後方向の長さ82Wは、回収槽40の前後方向の長さ40Wよりも長い。
第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82の材料は特に制限されず、金属材料、樹脂材料などであってもよい。造形テーブル24、供給テーブル34、および回収テーブル44が上昇した際に粉末材料90の重量により第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82に左右方向の力がそれぞれ加わる。この力に対して、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、十分な強度を有していることが望ましい。また、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、粉末材料90の回収作業への影響を小さくするために、粉末材料90が付着しにくい材料であることが望ましい。
図4に示すように、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82の水平部80A、81A、82Aのうち、筐体10の取付部10Bと接する面には、磁石84が取り付けられている。第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、筐体10に対し、磁石84で固定されており、取付けおよび取外しが可能となっている。ヘッドユニット60が前後方向Xに往復運動し、硬化層91を形成するとき、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82が筐体10に取り付けられていると、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、支持部材70の往復運動を妨げてしまう。よって、三次元造形物92の造形は、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82を取り外した状態で行われる。このように第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82を取り外しておくことで、三次元造形物92の造形への悪影響が回避される。三次元造形物92の造形が完了した後、粉末材料90を回収するときには、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82が取り付けられる。
なお、本実施形態では、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は別体となっているが、それらのうちの2つが一体化され、他の1つが別体でもよい。また、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、一体化されていてもよい。また、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82の1つまたは2つ以上は、複数の衝立を組み合わせて形成されていてもよい。
以上、三次元造形装置100の構成について説明した。次に、三次元造形装置100の動作について説明する。
三次元造形物92を造形するには、まず三次元造形物92の断面形状の所定の厚みの分だけ、造形テーブル24を下降させかつ供給テーブル34を上昇させておく。この状態で、支持部材70を前方に移動させる。このとき、敷詰め部材50は、供給テーブル34上の粉末材料90を造形槽20に搬送し、造形空間20Aに粉末材料90を敷詰め、粉末材料層を形成する。造形槽20の余剰の粉末材料90は、敷詰め部材50に押され、回収槽40に回収される。支持部材70が前後方向Xに移動するとき、ラインヘッド62から硬化液が粉末材料層に吐出されることで、硬化層91が形成され、所望の断面形状が造形される。この動作を繰り返すことで、三次元造形物92を造形する。
図5に示すように、三次元造形物92の造形が完了したとき、造形テーブル24は、造形槽の第1開口部20Tより下降している。このとき造形空間20Aは粉末材料90で満たされている。この状態で、作業者は、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82を、筐体10の左右の取付部10Bに取り付ける。
作業者は三次元造形物92の造形が完了すると、供給テーブル34を下降させ、造形テーブル24および回収テーブル44を上昇させる(図2参照)。造形テーブル24が上昇すると、造形テーブル24上の三次元造形物92および余剰の粉末材料90は上昇する。このとき、余剰の粉末材料90が造形槽20からこぼれおちることが懸念される。しかし、本実施形態によれば、第1衝立80により、粉末材料90が造形槽20からこぼれ落ちることは防がれる。また、回収テーブル44が上昇すると、回収テーブル44上の余剰の粉末材料90は上昇する。このとき余剰の粉末材料90が回収槽40からこぼれおちることが懸念される。しかし、本実施形態によれば、第3衝立82により、粉末材料90が回収槽40からこぼれ落ちることは防がれる。次に、作業者は、三次元造形物92を取り出す。その結果、造形テーブル24の上には余剰の粉末材料90が残される。また、回収テーブル44の上にも余剰の粉末材料90が残される。作業者は、造形テーブル24上および回収テーブル44上の残った粉末材料90を、手またはスコップ等により供給槽30に押しやることで回収する。余剰の粉末材料90は造形槽20の第1開口部20Tおよび回収槽40の第3開口部40Tと同等の位置またはそれよりも高い位置にあるので、作業者はスコップ等を水平に移動させるだけで、粉末材料90を供給槽30に回収することができる。スコップ等を造形槽20の内部および回収槽40の内部から持ち上げなくても、供給槽30に粉末材料90を回収することができる。
本実施形態の三次元造形装置100によれば、三次元造形物92の造形が完了した後、第1衝立80、第2衝立81、第3衝立82を取り付けるので、余剰の粉末材料90をこぼさずに比較的高い位置まで上昇させることができる。そのため、例えばスコップ等で水平方向の一方側に押しやることにより、粉末材料90を供給槽30に容易に戻すことができる。造形槽20の中からスコップ等を持ち上げる作業は不要となる。したがって、粉末材料90を供給槽30に回収する作業の負担軽減および高効率化を図ることができる。
本実施形態に係る三次元造形装置100によれば、第1衝立80は、造形槽20の第1開口部20Tよりも上方に延びている。そのため、粉末材料90の回収に際して、造形テーブル24上の粉末材料90をこぼすことなく、より高い位置まで上昇させることができる。したがって、粉末材料90を回収する作業の負担をより軽減することができ、より高効率化することができる。
本実施形態に係る三次元造形装置100によれば、第2衝立81は、供給槽30の第2開口部30Tよりも上方に延びている。そのため、粉末材料90の回収に際して、供給槽30の第2開口部30Tよりも高い位置に粉末材料90が堆積しても、粉末材料90が供給槽30からこぼれ落ちることが防がれる。したがって、粉末材料90を回収する作業を高効率化することができる。
本実施形態に係る三次元造形装置100によれば、第3衝立82は、回収槽40の第3開口部40Tよりも上方に延びている。そのため、粉末材料90の回収に際して、回収テーブル44上の粉末材料90をこぼすことなく、より高い位置まで上昇させることができる。したがって、粉末材料90を回収する作業の負担をより軽減することができ、より高効率化することができる。
本実施形態に係る三次元造形装置100によれば、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、それぞれ着脱可能な構造である。そのため、三次元造形物92の造形の際には、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82を取り外しておくことができる。また、三次元造形物92の造形が完了した後、粉末材料90を回収する際には、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82が取り付けられる。このことにより、三次元造形物92の造形への悪影響が回避され、粉末材料90の回収の際には、回収作業を高効率化することができる。
従来技術では、三次元造形物を造形した後、周りの余剰の粉末材料を取り除いて、造形槽20の内部から三次元造形物を取り出す必要があった。作業者は、深くかがんだ姿勢でこのような作業を行う必要があった。しかし、本実施形態に係る三次元造形装置100によれば、三次元造形物92の造形が完了した後、造形テーブル24を上昇させるので、三次元造形物92を比較的高い位置まで上昇させることができる。そのため、作業者は、深くかがんだ姿勢をとらなくても、三次元造形物92の周囲の余剰の粉末材料を取り除くことができる。また、造形槽20の中から三次元造形物92を持ち上げる作業は不要となる。したがって、三次元造形物92を取り出す作業の更なる負担軽減および高効率化を図ることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他にも種々の形態で実施可能である。
上述した実施形態では、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は別体となっているが、それらのうち、2つが一体化され、他の1つが別体でもよい。また、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、一体化されていてもよい。衝立が一体となっていることで、それぞれの衝立の間に隙間がなくなるため、隙間から粉末材料90がこぼれ落ちることが防がれる。また、衝立が一体となっていることで、一回の動作で複数の衝立を同時に取り付けることができる。衝立の取付作業の回数が減るので、取付作業の容易化および高効率化を図ることができる。一方、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82が別体の場合、粉末材料90がこぼれ落ちることが懸念される箇所にのみ衝立を取り付けることができる。例えば、回収槽40から粉末材料を回収しない場合、第1衝立80および第2衝立81を取り付けることにより、造形槽20から供給槽30に粉末材料を回収するようにしてもよい。この場合、第3衝立82の取付作業を省略することができ、作業の高効率化を図ることができる。また、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82が別体の場合、1個当たりの衝立のサイズが小さくなり、軽量化されるため、取り扱いの容易化を図ることができる。なお、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82の各々は、必ずしも単一の部材でなくてもよい。第1衝立80、第2衝立81、または第3衝立82は、複数の部材を組み合わせて形成されていてもよい。
上述した実施形態では、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、磁石84にて取付部10Bに固定されているが、固定の方法は、磁石84以外のものを用いてもよい。例えば、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82のそれぞれの水平部80A、81A、82Aと、取付部10Bと、をボルトで固定してもよい。また、第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82が、粉末材料90回収時にかかる左右方向の力によっても動かないほどの重量を有する場合、固定機構は無くてもよい。第1衝立80、第2衝立81、および第3衝立82は、単に取付部10Bに載せられることにより設置されていてもよい。
上述した実施形態では、三次元造形物92の造形が完了した後、造形テーブル24を上昇させてから三次元造形物92を取り出すこととした。しかし、造形テーブル24を上昇させる前に、三次元造形物92を造形槽20から取り出し、その後に造形テーブル24を上昇させてもよい。
20 造形槽
24 造形テーブル
25 第1昇降装置
30 供給槽
80 第1衝立
81 第2衝立
82 第3衝立
84 磁石
90 粉末材料
91 硬化層
92 三次元造形物
100 三次元造形装置
24 造形テーブル
25 第1昇降装置
30 供給槽
80 第1衝立
81 第2衝立
82 第3衝立
84 磁石
90 粉末材料
91 硬化層
92 三次元造形物
100 三次元造形装置
Claims (14)
- 粉末材料を硬化させて硬化層を形成し、これを順次積層することによって三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
前記三次元造形物が造形される造形槽と、
前記造形槽に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、
前記造形槽に配置され、前記造形テーブルを上位置と下位置との間で上昇および下降させる昇降装置と、
前記造形槽に対して水平方向の一方側に位置し、前記粉末材料を貯留すると共に、前記造形槽に前記粉末材料を供給する供給槽と、
前記造形槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記造形テーブルの前記上位置よりも上方に延びる第1衝立と、を備える三次元造形装置。 - 前記造形槽は、上方に開口する第1開口部を有し、
前記第1衝立は、前記第1開口部よりも上方に延びている、
請求項1に記載の三次元造形装置。 - 前記供給槽は、上方に開口する第2開口部を有し、
前記供給槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第2開口部よりも上方に延びる第2衝立を備える請求項1または2に記載の三次元造形装置。 - 前記第1衝立および前記第2衝立が一体となった、請求項3に記載の三次元造形装置。
- 前記造形槽に対して前記水平方向の他方側に位置し、前記造形槽から前記粉末材料を回収する回収槽を備え、
前記回収槽は、上方に開口する第3開口部を有し、
前記回収槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第3開口部よりも上方に延びる第3衝立を備える請求項1または2に記載の三次元造形装置。 - 前記第1衝立および前記第3衝立が一体となった、請求項5に記載の三次元造形装置。
- 前記供給槽は、上方に開口する第2開口部を有し、
前記供給槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第2開口部よりも上方に延びる第2衝立と
前記造形槽に対して前記水平方向の他方側に位置し、前記造形槽から前記粉末材料を回収する回収槽と、を備え
前記回収槽は、上方に開口する第3開口部を有し、
前記回収槽に設けられ、前記水平方向に延びかつ前記第3開口部よりも上方に延びる第3衝立を備える
請求項1または2に記載の三次元造形装置。 - 前記第1衝立、前記第2衝立および前記第3衝立が一体となった、請求項7に記載の三次元造形装置。
- 前記第1衝立は、前記造形槽に着脱可能に取り付けられている、請求項1に記載の三次元造形装置。
- 前記第1衝立および前記造形槽の一方は磁石を有し、他方は前記磁石と吸着する磁性体を有している、請求項9に記載の三次元造形装置。
- 前記第2衝立は、前記供給槽に着脱可能に取り付けられている、請求項3に記載の三次元造形装置。
- 前記第2衝立および前記供給槽の一方は磁石を有し、他方は前記磁石と吸着する磁性体を有している、請求項11に記載の三次元造形装置。
- 前記第3衝立は、前記回収槽に着脱可能に取り付けられている、請求項5に記載の三次元造形装置。
- 前記第3衝立および前記回収槽の一方は磁石を有し、他方は前記磁石と吸着する磁性体を有している、請求項13に記載の三次元造形装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022-093200 | 2022-06-08 | ||
JP2022093200 | 2022-06-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023238436A1 true WO2023238436A1 (ja) | 2023-12-14 |
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ID=89117899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2023/003547 WO2023238436A1 (ja) | 2022-06-08 | 2023-02-03 | 三次元造形装置 |
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WO (1) | WO2023238436A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008037024A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Aspect Inc | 粉末焼結積層造形装置及び粉末焼結積層造形方法 |
JP2015182303A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | ブラザー工業株式会社 | 立体造形装置 |
JP2019093629A (ja) * | 2017-11-22 | 2019-06-20 | ローランドディー.ジー.株式会社 | 三次元造形装置 |
-
2023
- 2023-02-03 WO PCT/JP2023/003547 patent/WO2023238436A1/ja unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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