JP2007261002A - 発泡樹脂を用いた造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車設計のクレイモデル制作等に用いられる大型模型を簡易かつ迅速に造形できるシステムを提供する。
【解決手段】２種の原液イソシアネートとポリオールを指定した比率で混合させ，自動計量混合吐出機により吐出量を制御しながら，造形対象物の形状データに基づき，３次元ロボットモジュールの吐出口の移動速度を制御すると共に，生成された発泡ポリウレタンにより実寸大にて対象物の造形を簡易かつ迅速に行うことが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は発泡樹脂を用いた造形装置に関する。

近年の開発・設計期間縮小の流れで，実物大試作品も短期製作が求められるようになった。従来の造形技術では3D-CAD，クレイモデル，光造形法などの積層造形法が存在しているが，これらの造形技術では高精度に仕上げる技術があるが，大型化が困難で時間とコストがかかってしまう難点がある。

例えば，自動車の設計において実寸大のクレイモデルを用いてデザインを検討している。クレイモデルの製作には相当な時間・コストがかかり，製作者の熟練も要する。また，モデルは重いため移動が困難であるなどの欠点がある。
特開２００４−１７６３２公報 特開２００６−５１８２１公報

上述のように製品の開発や室内レイアウトなどにおいて，設計した図面から実物同様のモデルを作ることや立体看板や大型装飾用品などを作ることは必要である。しかし，速く安く簡単に発泡樹脂を用いた大型造形装置と自動造形システムはまだないという問題がある。

本発明は,上記の問題点を解決すべき課題としている。実寸大模型を簡易かつ迅速に造形して可視表示させることが可能であり、特に大型製品の造形に適した造形ディスプレイシステムを提供することを目的とする。

本発明の装置は、2種の樹脂原液を指定した比率で混合させ，吐出量を制御しながら，造形対象物の形状データに基づき，3次元ロボットモジュールを移動制御すると共に，生成された発泡ポリウレタンにより実寸大にて対象物の造形を簡易かつ迅速に行なわれることを特徴とする。

本発明では，発泡ポリウレタンは2つの原液イソシアネートとポリオールを混合することによって，体積が数倍から数十倍に発泡しながら生成される。発泡ウレタンの特徴は下記のようになり，大型造形に適している点がある。
・少量の原料からでも，発泡により大きな体積が得られる。
・発泡にかかる時間が非常に短い。
・密度が小さく，大型になっても軽量である。

本発明では，発泡ポリウレタンにより立体造形を行うため，2つ原液の自動計量混合吐出機と3軸移動ロボットモジュールを構築し，制御方式を同期させ，制御信号を通信させることで，両装置の統合によって大型造形システムを開発した。

自動計量混合吐出機では2種類原液の流量などのパラメーターを設定し，原液を指定した比率で混合させ，吐出量を制御しながら吐出を行う。そこで，吐出された混合液は水平な吐出面上で発泡した後，表面から内部へ徐々に硬化する。発泡ポリウレタンの形状（幅や高さ）は時間当たりの流量と吐出口の移動速度で決定される。

3軸ロボットモジュールはコンピュータとコントローラの指令により吐出口の位置と速度を制御し，造形対象物の形状データに基づいてX,Y,Z軸を移動する。X-Y軸の連動によって，スムーズに2次元の任意形状が造形できる。

本発明では平面での造形や平面をパーツとして組み合わせた造形，及び積層による立体造形法を考案した。更に，連続積層造形において層と層の間にシート挿入法を用いたことにより高速かつ簡易な立体造形を実現した。

以下、本発明を具体化した実施例を、図面を参照しつつ説明する。

本発明では図１に示したように，原液A１イソシアネートと原液B２ポリオールの2種の原液を指定した比率で混合させ，吐出量を制御しながら立体造形を行った。発泡ポリウレタン１aは2原液を混合することによって，体積が数倍から数十倍に発泡しながら生成される。発泡ウレタンの特徴は下記のようになり，大型造形に適している点がある。
・少量の原料からでも，発泡により大きな体積が得られる。
・発泡にかかる時間が非常に短い。
・密度が小さく，大型になっても軽量である。

本発明では図２に示したように，発泡ポリウレタンにより立体造形を行うため，2つ原液の自動計量混合吐出機３と3軸移動ロボットモジュール９を構築し，制御方式を同期させ，制御信号を通信させることで，両装置の統合によって大型造形システムを開発した。

2原料を混合・吐出させるための自動計量混合吐出機（図２）に示したように以下の部分で構成される。
（１）原液タンク１と２：加圧されていた原液Aイソシアネートと原液Bポリオールを入れておくタンク。
（２）ギアポンプ４：自動計量用のギアポンプ。モーターにつながれ，その回転速度で流量が決まる。
（３）3WAYバルブ５：原液の流れを停止・循環・吐出と切り替える。
（４）ミキサー６：円筒表面に突起が付いたものをモーターで高速に回転させ，バルブから吐出された2液を混合する。吐出命令を与えるとミキサー内で混合された液体が吐出口７から吐出面８に吐出される。

自動計量混合吐出機３では2種類原液の流量などのパラメーターを設定し，原液を指定した比率で混合させ，吐出量を制御しながら吐出を行う。そこで，吐出された混合液は水平な吐出面８上で発泡した後，表面から内部へ徐々に硬化する。発泡ポリウレタン１aの形状（図３）（幅や高さ）は時間当たりの流量と吐出口７の移動速度で決定される（図４）。

3軸ロボットモジュール９はコンピュータ14とコントローラ13の指令により吐出口7の位置と速度を制御し，造形対象物の形状データに基づいてX軸10,Y軸11,Z軸12を移動する。X-Y軸の連動によって，スムーズに2次元の任意形状を造形することができる。

本発明では，生成された発泡ポリウレタン１aを用いて，平面立体の造形（図５）や曲面立体の造形（図６），平面をパーツとして組み合わせた造形（図７），及び積層による立体造形法（図８）を考案し，実施例を行った。

更に本発明では，連続積層造形において層と層の間にシート挿入法（図９）を用いることにより高速かつ簡易な立体造形を実現した（図１０）。

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明の造形システムは工業設計，レイアウト確認，立体看板，大型装飾用品等に利用可能である。

原料及び発泡ポリウレタンの生成法 大型造形システム構成図 棒状ウレタンの形状 移動速度と棒状ウレタン形状の関係 積層による平面立体造形原理 積層による曲面立体造形原理 立体造形例(いす) 立体造形例(靴) 挿紙法積層立体造形の原理 立体造形例(アヒル)

符号の説明

１…原液A
２…原液B
１a…発泡ポリウレタン
３…2原液自動計量混合吐出機
４…ギアポンプ
５…ミキサー
６…3WAYバルブ
７…吐出口
８…吐出面
９…3軸ロボットモジュール
10…X軸
11…Y軸
12…Z軸
13…コントローラ
14…コンピュータ

Claims (6)

1. イソシアネートとポリオールを所定の比率で混合させ，吐出量を制御しながら，生成された発泡ポリウレタンによる大型モデルの平面造形と立体造形を行うことを特徴とする造形装置。
2. 請求項１記載の造形装置で、イソシアネートとポリオールを所定の比率で混合・吐出させるための自動計量混合吐出機を備えていることを特徴とする請求項１記載の造形装置。
3. 吐出口の位置と速度を制御するための3軸ロボットモジュールシステムを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の造形装置。
4. 吐出された混合液は水平な吐出面上で発泡した後，表面から内部へ徐々に硬化し，生成された発泡ポリウレタンの形状（幅や高さ）は時間当たりの流量と吐出口の移動速度で制御することを特徴とする請求項１乃至３記載の造形装置。
5. 平面での2次元造形や2次元形状パーツとして組み合わせた3次元立体造形，及び積層による立体造形を行うことを特徴とする請求項１乃至４の造形装置。
6. 積層による立体造形において造形層の間にシートを挿入することにより，連続立体造形を行うことを特徴とする請求項１乃至５の造形装置。