JP2016005869A - 三次元造形装置、及び三次元造形装置の校正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージ13と、造形ステージ13に対し略垂直方向に延びるガイドシャフト15を備えたフレーム11と、ガイドシャフト15に沿って垂直方向に移動可能な昇降テーブル14と、昇降テーブル14に対し垂直方向と交差する第1方向及び第2方向に沿って移動可能に構成された造形ヘッド25と、光センサ17と、光センサ17の方向に光を射出するレーザ光源16とを備える。光センサ17又は光源16のいずれか一方は、昇降テーブル14の移動に合わせて移動可能に取り付けられる。
【選択図】図1
Description
しかし、従来の同種の三次元造形装置では、造形ヘッドを三次元方向に移動させるための機構により規定される造形空間座標系が、元データである三次元設計データを規定する座標系の間でズレを生じることがある。また、このような2つの座標系の間のズレは、時間の経過と共に変化することがある。従来の三次元造形装置では、この種のズレを考慮されていなかったため、元データに忠実な造形が困難であるという問題があった。
まず、図1〜図7を参照して、第1の実施の形態に係る三次元造形装置を説明する。
枠体31は、図4に示すように、閉矩形ループ状の形状を有しその内部は、XYテーブル12の動作のために空洞とされている。枠体31の上面には、例えば4本の高さ調整ピン32が形成されており、それぞれ個別にその上面の高さ位置が調節可能に構成されている。この4本の高さ調整ピン32の高さが調節されることにより、この上面に載置されるXYテーブル12が造形ステージ13に対し平行となる方向に調節される。
なお、レーザ光源16A〜16Dは、常時光を発する常時駆動としても良いが、パルス駆動として所定の周波数で光を発するようにしてもよい。パルス駆動は、消費電力が低減できると共に、外乱ノイズを抑圧できるため好適である。
レーザ光源16A〜16Dからのレーザ光は、直進性に優れているが、昇降テーブル14の位置が上下することにより、そのビームスポット径は微妙に変化する。このため、ビームスポットの重心位置が検出されることにより、ビームスポット径の変化に拘わらず、昇降テーブル14の位置を正確に把握することが可能になる。又、ビームの拡がりを測定する事で造形ステージ13と昇降テーブル14の平行度も確認する事が可能である。
以上説明したように、この第1の実施の形態の三次元造形装置によれば、3Dプリンタ100の造形空間の歪みを反映した空間校正データDSCBを製品出荷前又は初期設定時に予め取得すると共に、造形動作の前の段階でも、その造形動作時における造形空間の歪みを反映した造形前補正データDICも取得し、これらデータに基づきスライスデータを補正することができる。これにより3Dプリンタ100の歪みに拘わらず造形物をマスタ3Dデータに忠実に造形することができる。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る三次元造形装置を、図10及び図11を参照して説明する。三次元造形装置中の3Dプリンタ100の構造は第1の実施の形態(図1〜図4)と略同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、第2の実施の形態では、コンピュータ200の構造、及び動作が第1の実施の形態と異なっている。具体的に、第2の実施の形態に係る三次元造形装置は、造形動作の開始前において造形前補正データDICを取得した後、造形動作の途中においても造形空間座標のデータを光センサ17A〜Dを用いて取得し、これにより造形動作の途中において逐次補正を実行する。この点が第1の実施の形態と異なっている。
なお、造形動作中の変化が所定値よりも大きいことが補正データから判断された場合には、造形シーケンサ102に補正データを送るのではなく、スライサ101に補正データを送り、スライスデータを再修正することも可能である。あるいは、それに代えて又はそれに加えて、造形を中止するか否かの判断を行うことも可能である。中止の判断は、コンピュータ200自体において行うこともできるし、オペレータが手動で行うこともできる。
次に、本発明の第3の実施の形態に係る三次元造形装置を、図12を参照して説明する。三次元造形装置中の3Dプリンタ100の構造は第1の実施の形態(図1〜図4)と略同一であるので、詳細な説明は省略する。ただし、第3の実施の形態では、コンピュータ200の構造、及び動作が第1の実施の形態と異なっている。
また、造形空間及び基準空間を規定する座標系は、直交座標系を用いる代りに、極座標系を用いてもよい。
Claims (8)
- 造形物が載置される造形ステージと、
前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、
前記昇降部に搭載された造形ヘッドと、
光センサと、
前記光センサの方向に光を射出する光源と
を備え、
前記光センサ又は前記光源のいずれか一方は、前記昇降部の移動に合わせて移動可能に搭載される一方、他方は前記造形ステージとの関係で固定的に配置される
ことを特徴とする三次元造形装置。 - 前記昇降部及び前記造形ヘッドを駆動するドライバと、
三次元形状データをスライスデータに変換するスライサと、
前記スライスデータに基づき前記ドライバを駆動させるための駆動データを生成する造形シーケンサと、
前記光センサの出力信号に従い、前記造形ステージ上の造形空間を示す造形空間座標系を演算し、この造形空間座標系に関するデータに基づいて前記スライスデータを補正する補正部と
を更に備えたことを特徴とする、請求項1記載の三次元造形装置。 - 前記補正部は、
前記三次元造形装置の製品出荷前設定時又は使用開始前の初期設定時において前記昇降部を移動させて得られた前記光センサの出力信号に基づいて、前記造形空間座標系と基準座標系との間の差異を示す空間校正データを演算し、更に、前記造形物を開始する前の造形前設定動作において前記昇降部を移動させて得られた前記光センサの出力信号に基づいて、前記空間校正データを補正するための造形前補正データを演算し、前記空間校正データ及び前記造形前補正データに基づいて前記スライスデータを補正する、請求項2記載の三次元造形装置。 - 前記造形物の造形中において前記光センサからの出力信号に基づいて逐次補正信号を生成する逐次補正処理部を更に備え、
前記造形シーケンサは、前記逐次補正信号に基づいて前記駆動データを修正する、請求項2又は3記載の三次元造形装置。 - 前記光センサは、前記光源からの光ビームにより形成されたビームスポットの重心位置を検出することが可能に構成された、請求項1記載の三次元造形装置。
- 前記光センサは、前記光源からの光ビームにより形成されたビームスポットの重心位置を検出することが可能に構成され、
前記補正部は、前記重心位置の変動に基づき前記造形空間座標系を演算する、請求項2乃至4のいずれかに記載の三次元造形装置。 - 前記造形ステージに対し略垂直方向に延びるガイドシャフトを更に備え、、
前記昇降部は、前記ガイドシャフトに沿って前記垂直方向に移動可能に構成され、
前記造形ヘッドは、前記昇降テーブルに対し前記垂直方向と交差する第1方向及び第2方向に沿って移動可能に構成された
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の三次元造形装置。 - 造形物が載置される造形ステージと、前記造形ステージに対し少なくとも垂直方向に移動可能な昇降部と、前記昇降部に搭載された造形ヘッドとを備えた三次元造形装置の校正方法において、
前記昇降部から光を射出する工程と、
前記光を所定の位置に配置された光センサにおいて受光する工程と、
前記昇降部を上下方向に移動させる工程と、
前記光センサにおける前記光の受光状態の変化を測定する工程と、
前記受光状態の変化に基づいて、前記造形ステージ上の造形空間を示す造形空間座標系を演算する工程と
を備えたことを特徴とする、三次元造形装置の校正方法。
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