JP2017071841A - Method for manufacturing three-dimensional molded object and manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステージ上に吐出された流動性組成物に対してエネルギービームを照射して固化させることによって三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法及び製造装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional structure manufacturing method and a manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional structure by irradiating an energy beam onto a fluid composition discharged onto a stage and solidifying it.
金属粒子ペーストを使用して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が、下記の特許文献１や特許文献２に開示されている。
これらの特許文献１、２には、金属粒子ペーストを用いて一つの層を形成し、レーザー照射により上記金属粒子ペースト中に含まれる金属粒子を焼結又は溶融すること、形成した層の上に複数回、層を積み重ねて行くことによって三次元造形物を製造することが記載されている。
A method for manufacturing a three-dimensional structure using a metal particle paste to manufacture a three-dimensional structure is disclosed in
In these
特許文献１では金属ペーストを広範囲にわたって薄く敷くことによって材料層を形成しており、金属ペーストに含まれる材料の比率と、金属粉末の平均粒径と、材料層の厚みと、材料層中に金属線により形成された金網を設けた点等を特徴としている。
In
一方、特許文献２では、造形材料として金属粉末材料を使用し、展延ローラーによって１００μｍ程度の薄層に展延させることによって単位造形層を形成しており、当該単位造形層の形成に際してレーザー光の照射を、照射量レベルの少ない第１の照射量レベルで行う高精度処理と、第１の照射量のレベルよりも多い第２の照射量レベルで行う高強度処理と、の２段階に分けて行うことを特徴としている。
On the other hand, in
上記特許文献１、２に記載された従来の三次元造形物の製造方法では、層状に供給される材料層の一部だけがレーザー光のビーム照射によって固化されて造形物となるが、レーザーが照射されない領域は除去されるだけの無駄の領域であった。また、層状に敷かれた材料層にレーザー光のビームを照射した場合、前記ビームの境界近傍において不完全な固化が発生し、三次元造形物の寸法精度を向上しにくいという問題があった。
In the conventional method for manufacturing a three-dimensional structure described in
本発明の目的は、材料の無駄を低減でき、また三次元造形物を精度良く製造することができるようにすることにある。 An object of the present invention is to reduce waste of materials and to manufacture a three-dimensional structure with high accuracy.
上記課題を解決するために、本発明に係る第１の態様の三次元造形物の製造方法は、粒子を含む流動性組成物を吐出部から吐出させて層形成領域に吐出物を位置させ、吐出位置を移動させて吐出物ラインを形成する吐出物ライン形成工程と、前記吐出物ラインを隣接する方向に複数形成して一つの層を形成する層形成工程と、前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程と、造形物に対応する位置の前記吐出物にエネルギービームを照射して固化する固化工程と、を有し、前記固化工程は前記エネルギービームのビーム径が前記吐出物ラインの幅より大の状態で行う、ことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the first aspect of the present invention causes the flowable composition containing particles to be discharged from the discharge portion to position the discharge in the layer formation region. A discharge line forming step of forming a discharge line by moving a discharge position, a layer formation step of forming a plurality of discharge lines in adjacent directions to form a single layer, and the layer formation step in the stacking direction And a solidification step of solidifying the discharge object at a position corresponding to the modeled object by irradiating with an energy beam, wherein the solidification process has a beam diameter of the energy beam of the width of the discharge object line. It is characterized by being performed in a larger state.
ここで、「吐出物ライン」とは、流動性組成物が連続的に吐出されることによって一つの方向に沿って連続した状態のラインが形成される場合と、流動性組成物が間欠的に吐出されることによって一つの方向に沿って液滴が並んだ状態のラインが形成される場合と、の両方が含まれる。
また、「吐出物ラインを隣接する方向に複数形成」とは、複数本の吐出物ラインが隣り合って並列的に配置されて形成されている場合と、１本の吐出物ラインが折り返されて隣接するように直列的に配置されて形成されている場合との両方が含まれる。
Here, the term “discharged product line” refers to the case where a continuous line is formed along one direction by continuously discharging the flowable composition, and the flowable composition is intermittently formed. Both cases where a line in which droplets are arranged along one direction are formed by being discharged are included.
In addition, “a plurality of discharge lines are formed in adjacent directions” means that a plurality of discharge lines are formed adjacent to each other in parallel and a single discharge line is folded. The case where both are arranged in series so as to be adjacent to each other is included.
本態様によれば、従来のように流動性組成物を原料に使用してステージ上の層形成領域に押し出した後、薄く引き伸ばすための押圧部材を押し当てて薄い層を形成していた方法とは異なり、流動性組成物を吐出部から層形成領域に吐出する吐出物によって各層を形成する。従って、各層における前記吐出部からの吐出量を、造形物の対応する体積量に合わせて制御することによって調整することができ、以って無駄な吐出を低減できる。
また、層形成領域に吐出された吐出物の固化手段としてエネルギービームを使用するので、ビーム径の調整を行うことによって前記吐出物の吐出状態に応じたエネルギービームの照射が可能になる。これにより、造形物の寸法精度が向上する。また、必要な個所のみの狭い範囲にエネルギービームを照射できるので、エネルギーの利用効率が向上する。
According to this aspect, a conventional method is used in which a fluid composition is used as a raw material and extruded to a layer formation region on a stage, and then a thin member is formed by pressing a pressing member for thin stretching. In contrast, each layer is formed by a discharge material that discharges the fluid composition from the discharge portion to the layer formation region. Therefore, the discharge amount from the discharge part in each layer can be adjusted by controlling in accordance with the corresponding volume amount of the modeled object, thereby reducing wasteful discharge.
Further, since the energy beam is used as a solidifying means for the discharged material discharged to the layer formation region, the energy beam can be irradiated according to the discharged state of the discharged material by adjusting the beam diameter. Thereby, the dimensional accuracy of a molded article improves. In addition, since the energy beam can be irradiated to a narrow range of only the necessary portions, the energy use efficiency is improved.
そして、本態様では固化工程において、エネルギービームのビーム径を吐出物ラインの幅より大きく設定した状態で該エネルギービームの照射を行うようにしたので、従来のように層状に敷かれた材料層にレーザー光のビームを照射した場合には前記ビームの境界近傍において不完全な固化が発生する虞があるが、本態様によればこの虞を低減して三次元造形物の寸法精度を向上することができる。 In this aspect, in the solidification step, the energy beam is irradiated in a state where the beam diameter of the energy beam is set to be larger than the width of the discharge line, so that the material layer laid in layers as in the past is applied. When a laser beam is irradiated, incomplete solidification may occur in the vicinity of the boundary of the beam. According to this aspect, this risk is reduced and the dimensional accuracy of the three-dimensional structure is improved. Can do.
本発明に係る第２の態様の三次元造形物の製造方法は、第１の態様において、前記固化工程は前記吐出物ラインの形成毎に行うことを特徴とする。
ここで、「吐出物ラインの形成毎」とは、一本の吐出物ラインが形成された後に固化工程を実行する場合と、１本の吐出物ラインが形成途中の段階で、既に形成された吐出物ラインの部位に対して固化工程を同時並行的に実行する場合の両方が含まれる。
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the solidification step is performed every time the discharge line is formed.
Here, “every discharge product line is formed” means that the solidification process is performed after one discharge product line is formed, and one discharge product line is already formed in the middle of formation. This includes both cases where the solidification process is executed simultaneously on the portion of the discharge line.
本態様によれば、一本の吐出物ラインが形成される毎に吐出物の固化が実行されるので、当該固化により形成される造形物の寸法精度が向上する。また、前記吐出部の移動方向の後方位置に該吐出部を追従する形でエネルギービームを配置することが可能になるから、同一の移動手段によって吐出部とエネルギービームのビーム照射部を同時に移動させることができ、装置の構造の簡素化や装置の小型化を図ることが可能になる。 According to this aspect, since the discharge material is solidified each time one discharge material line is formed, the dimensional accuracy of the shaped object formed by the solidification is improved. In addition, since the energy beam can be arranged to follow the discharge unit at a position behind the discharge unit in the moving direction, the discharge unit and the energy beam irradiation unit are simultaneously moved by the same moving means. Therefore, the structure of the device can be simplified and the device can be downsized.
本発明に係る第３の態様の三次元造形物の製造方法は、第１の態様又は第２の態様において、前記層形成工程は前記吐出物ラインが隣同士で重なるように行うことを特徴とする。
ここで、「隣同士で重なる」とは、前記隣接する二本の吐出物ラインの一部が重なっている状態と、二本の吐出物ラインが接している状態との両方が含まれる。
本態様によれば、吐出物ラインの境界での吐出物の厚みのバラツキが抑えられるので、均一な厚みの層の形成が可能になる。
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the third aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect or the second aspect, the layer forming step is performed such that the discharge lines overlap each other. To do.
Here, “overlapping next to each other” includes both a state in which a part of the two adjacent discharge product lines overlaps and a state in which the two discharge product lines are in contact with each other.
According to this aspect, since the variation in the thickness of the discharged material at the boundary of the discharged material line is suppressed, a layer having a uniform thickness can be formed.
本発明に係る第４の態様の三次元造形物の製造方法は、第１の態様又は第２の態様において、前記層形成工程は、前記吐出物ラインが隣同士で離間するように行い、続く前記エネルギービームの照射によって隣同士が重なって固化することを特徴とする。
本態様によれば、流動性組成物の吐出物は、エネルギービームの照射により、照射前よりも幅方向に拡がる傾向のものがある場合を考慮したものである。これにより、前記拡がりによって前記「隣同士で離間」した部分が埋まり、以って各層にエネルギービームを照射して固化させた状態の層の厚みのバラツキを低減することができる。また、吐出物の吐出量の無駄を低減することができる。
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the fourth aspect of the present invention is the first aspect or the second aspect, wherein the layer forming step is performed such that the discharge line is separated from each other, and continues. Adjacent to each other and solidified by irradiation with the energy beam.
According to this aspect, the discharge of the fluid composition takes into consideration the case where there is a tendency to expand in the width direction as compared with before irradiation by irradiation of the energy beam. Thereby, the said "space | interval" part is filled up by the said expansion, Therefore The variation in the thickness of the layer of the state which irradiated and solidified the energy beam to each layer can be reduced. In addition, waste of the discharge amount of the discharged material can be reduced.
本発明に係る第５の態様の三次元造形物の製造方法は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様において、前記吐出物ラインの形成は前記層形成領域が予め昇温された状態で行うことを特徴とする。
本態様によれば、エネルギービームの照射前の段階で前記昇温された熱によって吐出物の乾燥が進む。この乾燥が進んだ状態でエネルギービームが照射されるので、固化後の層の厚みのバラツキを低減でき、また固化のためのエネルギーの利用効率を向上できる。
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the fifth aspect of the present invention is the method according to any one of the first aspect to the fourth aspect, in which the layer formation region is preliminarily heated in the formation of the discharge line. It is characterized by being performed in the state where
According to this aspect, drying of the ejected matter proceeds by the heated temperature before the irradiation with the energy beam. Since the energy beam is irradiated in the state where the drying has progressed, the variation in the thickness of the layer after solidification can be reduced, and the utilization efficiency of energy for solidification can be improved.
本発明に係る第６の態様の三次元造形物の製造方法は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つの態様において、前記積層工程は前記造形物となる対応する位置以外は前記エネルギービームを照射しないことでサポート層を作ることを特徴とする。
本態様によれば、サポート層が最終的に三次元造形物となる対応する位置に存する吐出物に作用する重力を下方から支える支持部材として機能するので、当該位置の吐出物の自重による変形を防止して三次元造形物の寸法精度の向上に寄与することができる。
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the sixth aspect of the present invention is the method according to any one of the first aspect to the fifth aspect, except that the stacking step is a position other than the corresponding position where the structure is to be formed. The support layer is formed by not irradiating the energy beam.
According to this aspect, since the support layer functions as a support member that supports the gravity acting on the discharged material existing at the corresponding position, which finally becomes the three-dimensional structure, from below, the deformation due to the weight of the discharged material at the position can be performed. It can prevent and contribute to the improvement of the dimensional accuracy of a three-dimensional structure.
本発明の係る第７の態様の三次元造形物の製造方法は、第１の態様から第６の態様のいずれか一つの態様において、前記流動性組成物は、金属粒子とバインダーと溶媒又は分散媒との組成物である。そして、前記金属粒子は、マグネシウム、鉄、銅、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン或いはニッケル又はこれらのうち少なくとも１種の金属を含む合金の粒状或いは粉末状の粒子もしくはこれらの混合粒子である。
前記バインダーは、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂である。
前記溶媒又は分散媒は、蒸留水、純水、ＲＯ（Reverse
Osmosis）水のいずれか一つを含む各種水、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンのいずれか一つを含むアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングリコールモノフェニルエーテル（フェニルセロソルブ）のいずれか一つを含むエーテル類（セルソロブ類）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチルのいずれか一つを含むエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノンのいずれか一つを含むケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタンのいずれか一つを含む脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンのいずれか一つを含む環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼンのいずれか一つを含む長鎖アルキル基及びベンゼン環を有する芳香族炭火水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１、２−ジクロロエタンのいずれか一つを含むハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドンのいずれか一つを含む芳香族複素環類、アセトニトクル、プロピオニトリル、アクリロニトリルのいずれか一つを含むニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドのいずれか一つを含むアミド類、カルボン酸塩又はその他の各種油類のいずれか一つであることを特徴とする。
本態様によれば、前記流動性組成物として上記原料を用いることにより、三次元造形物を精度良く製造することができる。
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the seventh aspect of the present invention is the method according to any one of the first aspect to the sixth aspect, wherein the flowable composition comprises metal particles, a binder, a solvent, or a dispersion. It is a composition with a medium. The metal particles are magnesium, iron, copper, cobalt, chromium, aluminum, titanium, nickel, or alloy particles including at least one metal among them, powder particles, or mixed particles thereof.
The binder is acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, cellulosic resin or other synthetic resin, PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide) or other thermoplastic resin.
The solvent or dispersion medium is distilled water, pure water, RO (Reverse
Osmosis) Water containing any one of water, methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, octanol, ethylene glycol, diethylene glycol, alcohols containing any one of glycerin, ethylene glycol monomethyl Ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethers containing any one of ethylene glycol monophenyl ether (phenyl cellosolve) (Celsorobes), methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl formate Esters containing any one of the following: ketones containing any one of acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isopropyl ketone, cyclohexanone, pentane, Aliphatic hydrocarbons containing any one of xane and octane, cyclic hydrocarbons containing any one of cyclohexane and methylcyclohexane, benzene, toluene, xylene, hexylbenzene, hebutylbenzene, octylbenzene, nonyl Aromatic hydrocarbons having a long-chain alkyl group and any one of benzene, decylbenzene, undecylbenzene, dodecylbenzene, tridecylbenzene, tetradecylbenzene and a benzene ring, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, Halogenated hydrocarbons containing any one of 1,2-dichloroethane, aromatic heterocycles containing any one of pyridine, pyrazine, furan, pyrrole, thiophene, and methylpyrrolidone, acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile Any one of No nitriles, N, N-dimethylformamide, N, N-amides containing one of dimethyl acetamide, characterized in that it is a one of a carboxylate, or a variety of other oils.
According to this aspect, a three-dimensional structure can be accurately manufactured by using the raw material as the fluid composition.
本発明に係る第８の態様の三次元造形物の製造装置は、ステージと、前記ステージに粒子を含む流動性組成物を吐出する吐出部と、エネルギービームを照射するビーム照射部と、前記ステージ、前記吐出部及び前記ビーム照射部の相対位置を三次元に移動させることが可能な駆動部と、前記吐出部、前記ビーム照射部及び前記駆動部の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記流動性組成物を前記吐出部から吐出させて前記ステージに吐出物を位置させ、前記吐出位置を移動させて吐出物ラインを形成し、前記吐出物ラインを隣接する方向に複数形成して一つの層を形成し、前記層の形成を積層方向に繰り返し、造形物に対応する位置の前記吐出物に前記エネルギービームを照射して固化し、前記固化工程は前記エネルギービームのビーム径が前記吐出物ラインの幅より大の状態で行う制御モードを備えていることを特徴とする。
本態様によれば、前記第１の態様と同様の作用、効果を奏することができる。
An apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to an eighth aspect of the present invention includes a stage, a discharge unit that discharges a fluid composition containing particles on the stage, a beam irradiation unit that irradiates an energy beam, and the stage. A drive unit capable of moving the relative positions of the discharge unit and the beam irradiation unit in three dimensions, and a control unit for controlling operations of the discharge unit, the beam irradiation unit, and the drive unit, The control unit discharges the fluid composition from the discharge unit, positions the discharge on the stage, moves the discharge position to form a discharge line, and includes a plurality of discharge lines in adjacent directions. Forming one layer, repeating the formation of the layer in the stacking direction, irradiating the ejected material at a position corresponding to the modeled object with the energy beam, and solidifying the energy beam; Characterized in that it comprises a control mode in which the beam diameter is carried out at atmospheric condition than the width of the discharged product line.
According to this aspect, the same operation and effect as the first aspect can be achieved.
以下に、本発明の実施形態に係る三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
尚、以下の説明では、最初に実施形態１に係る三次元造形物の製造装置を例にとって、本発明の三次元造形物の製造装置の全体構成の概略について説明する。次に、該実施形態１に係る三次元造形物の製造装置の本発明の特徴的構成となる要部の具体的構成について説明する。
続いて、前記実施形態１に係る三次元造形物の製造装置を使用することによって実行される本発明の実施形態２に係る三次元造形物の製造方法を三次元造形物の製造過程と併せて具体的に説明した後、前記実施形態２と一部の内容を異ならせた実施形態３に係る三次元造形物の製造方法を前記実施形態２との差異に絞って具体的に説明する。
更に、前記実施形態１と一部の構成を異ならせた実施形態４に係る三次元造形物の製造装置を前記実施形態１との差異を中心に具体的に説明し、最後に部分的構成を異ならせた本発明の三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置の他の実施形態について言及する。
Hereinafter, a method for manufacturing a three-dimensional structure and a manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the following description, an overview of the overall configuration of the three-dimensional structure manufacturing apparatus of the present invention will be described first by taking the three-dimensional structure manufacturing apparatus according to
Then, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the second embodiment of the present invention, which is executed by using the three-dimensional structure manufacturing apparatus according to the first embodiment, together with the manufacturing process of the three-dimensional structure. After the specific description, a method for manufacturing a three-dimensional structure according to the third embodiment, which is partially different from the second embodiment, will be specifically described focusing on the difference from the second embodiment.
Furthermore, the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to the fourth embodiment, which is partially different from the first embodiment, will be specifically described mainly with respect to the difference from the first embodiment, and finally the partial configuration will be described. Reference will be made to another embodiment of the three-dimensional structure manufacturing method and the three-dimensional structure manufacturing apparatus according to the present invention.
◆◆◆実施形態１（図１〜図５参照）◆◆◆
（１）三次元造形物の製造装置の全体構成の概略
図示のように本実施形態に係る三次元造形物の製造装置１Ａは、ステージ３上に吐出された流動性組成物Ａ０に対してエネルギービームＥを照射して固化させることによって一つの層Ｄを形成し、以下同一の操作を積層方向Ｚに所定回数、繰り返すことによって三次元造形物Ｍ１を製造する装置である。図１は４層目を形成している状態を表している。
具体的には、原料となる粒子を含む流動性組成物Ａ０が吐出されるステージ３と、流動性組成物Ａ０を吐出する吐出部である吐出ヘッド５と、吐出された吐出物Ａ１に対してエネルギービームＥを照射するビーム照射部７と、ステージ３と吐出ヘッド５とビーム照射部７との相対位置を三次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動させる駆動部９と、前記吐出ヘッド５とビーム照射部７と駆動部９の各種動作を制御する制御部１１と、を備えることによって本実施形態に係る三次元造形物の製造装置１Ａは基本的に構成されている。
◆◆◆ Embodiment 1 (See FIGS. 1 to 5)
(1) Outline of overall configuration of manufacturing apparatus for three-dimensional structure As shown in the drawing, the
Specifically, with respect to the
ステージ３は、流動性組成物Ａ０が吐出される層形成領域１３を有する一例として平板状の部材であり、駆動部９の構成要素である昇降駆動装置１５によって積層方向Ｚに三次元造形物Ｍ１の形成に必要な所定ストローク移動できるように構成されている。
吐出ヘッド５は、原料供給ユニット１７から供給チューブ１９を介して供給される流動性組成物Ａ０を前述した層形成領域１３に向けて吐出するノズルを備えた部材であり、駆動部９の構成要素である第１駆動装置２１によって一例として幅方向となる第１の方向Ｘに三次元造形物Ｍ１の形成に必要な所定ストローク移動できるように構成されている。
The
The
ビーム照射部７は、前述したようにエネルギービームＥを層形成領域１３に吐出された吐出物Ａ１に向けて照射する装置であり、前記吐出ヘッド５と同様、第１駆動装置２１によって第１の方向Ｘに所定ストローク移動できるように構成されている。
尚、図示の実施形態では、第１駆動装置２１として支持フレーム２３上に配置した第２の方向Ｙ（図２）に延びる２本の第２ガイドレール２５上を走行する走行フレーム２７と、該走行フレーム２７に対して第１の方向Ｘに延びるように設けられる第１ガイドレール２９と、該第１ガイドレール２９に沿って第１の方向Ｘに往復移動する第１スライドブロック３１と、該第１スライドブロック３１に駆動力を付与する第１アクチュエーター３３と、を備えて構成されている。そして、前記吐出ヘッド５とビーム照射部７は、前記第１スライドブロック３１を一体に備える往復可能なキャリッジ３２に対して取り付けられている。
As described above, the
In the illustrated embodiment, the traveling
また、前記走行フレーム２７は、駆動部９の構成要素である第２駆動装置３５によって一例として前後方向となる第２の方向Ｙに三次元造形物Ｍ１の形成に必要な所定ストローク移動できるように構成されている。
尚、図示の実施形態では、第２駆動装置３５として、支持フレーム２３上に配置された２本の第２ガイドレール２５と、該第２ガイドレール２５に沿って第２の方向Ｙに往復移動する走行フレーム２７に対して設けられる第２スライドブロック３７と、該第２スライドブロック３７に駆動力を付与する第２アクチュエーター３９と、を備えて構成されている。
Further, the
In the illustrated embodiment, as the
また、制御部１１は、流動性組成物Ａ０を吐出ヘッド５から吐出させてステージ３上の層形成領域１３に吐出物Ａ１を位置させ、流動性組成物Ａ０の吐出位置を第１の方向Ｘに移動させて吐出物ラインＬ（図５）を形成し、該吐出物ラインＬを第１の方向Ｘと交差する第２の方向Ｙに隣接して複数形成して一つの層Ｄを形成し、形成された一つの層Ｄのうち、最終的に三次元造形物Ｍ１の一部となる対応する位置の吐出物Ａ１に対してエネルギービームＥを照射して固化し、前記層Ｄの形成と吐出物Ａ１の固化とを積層方向Ｚに所定回数、繰り返して所定形状の三次元造形物Ｍ１を得る制御モード４１を備えている。
Further, the
（２）三次元造形物の製造装置の要部の具体的構成（図４及び図５参照）
本実施形態に係る三次元造形物の製造装置１Ａでは、原料となる粒子を含む流動性組成物Ａ０として、金属粒子とバインダーと溶媒又は分散媒との組成物が一例として適用できる。
金属粒子としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（ＡＩ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）や、これらのうち少なくとも１種の金属を含む合金（例えば、マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル基調合金、アルミニウム合金等）などの単体、もしくはこれらを混合した粒状ないし粉末状の粒子が使用できる。
(2) Specific configuration of main part of manufacturing apparatus for three-dimensional structure (see FIGS. 4 and 5)
In the
Examples of the metal particles include magnesium (Mg), iron (Fe), copper (Cu), cobalt (Co), chromium (Cr), aluminum (AI), titanium (Ti), nickel (Ni), and among these A simple substance such as an alloy containing at least one metal (for example, maraging steel, stainless steel, cobalt chromium molybdenum, titanium alloy, nickel-based alloy, aluminum alloy, etc.), or a granular or powder particle obtained by mixing them can be used. .
溶媒又は分散媒としては、例えば、蒸留水、純水、ＲＯ水等の各種水の他、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）等のエーテル類（セロソルブ類）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン等の長鎖アルキル基及びベンゼン環を有する芳香族炭火水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドンのいずれか一つを含む芳香族複素環類、アセトニトクル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類、カルボン酸塩又はその他の各種油類等が挙げられる。 Examples of the solvent or dispersion medium include various waters such as distilled water, pure water, and RO water, as well as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, octanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, and the like. Alcohols, ethers such as ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve) (cellosolves), esters such as methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl formate, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isopropyl ketone , Ketones such as cyclohexanone, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and octane, cyclic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane, benzene, toluene, xylene, hexylbenzene and hebutylbenzene Aromatic hydrocarbons with long-chain alkyl groups and benzene rings such as zen, octylbenzene, nonylbenzene, decylbenzene, undecylbenzene, dodecylbenzene, tridecylbenzene, tetradecylbenzene, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride , Halogenated hydrocarbons such as 1,2-dichloroethane, aromatic heterocycles containing any one of pyridine, pyrazine, furan, pyrrole, thiophene, and methylpyrrolidone, nitriles such as acetononitrile, propionitrile, acrylonitrile, etc. Amides such as N, N-dimethylamide and N, N-dimethylacetamide, carboxylates or other various oils.
バインダーとしては、前述した溶媒又は分散媒に可溶であれば、限定されない。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂、合成樹脂等を用いることができる。また、例えば、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
また、可溶状態でなく、上述したアクリル樹脂などの樹脂の微小な粒子の状態で、前述した溶媒又は分散媒中に分散させるようにしてもよい。
The binder is not limited as long as it is soluble in the aforementioned solvent or dispersion medium. For example, an acrylic resin, an epoxy resin, a silicone resin, a cellulose resin, a synthetic resin, or the like can be used. Further, for example, thermoplastic resins such as PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide) can be used.
Moreover, you may make it disperse | distribute in the solvent or dispersion medium mentioned above not in a soluble state but in the state of the fine particle | grains of resin, such as an acrylic resin mentioned above.
また、前述したビーム照射部７としては、レーザー照射装置が一例として適用でき、前述した制御部１１から送信される制御信号に基づいてレーザー発振器４３から所定出力のレーザーが発振され、ビーム照射部７からエネルギービームＥとなってステージ３上の層形成領域１３に向けて照射される。
尚、本実施形態で使用されるレーザーとしては特に限定はないが、ファイバーレーザー、或いは炭酸ガスレーザーが波長が長く金属の吸収効率が高い利点を有することから好適なレーザーとして使用できる。
Further, as the
The laser used in the present embodiment is not particularly limited, but a fiber laser or a carbon dioxide gas laser can be used as a suitable laser because it has an advantage of a long wavelength and high metal absorption efficiency.
そして、本実施形態に係る三次元造形物の製造装置１Ａにおいては、制御モード４１は、ステージ３上の層形成領域１３に吐出された吐出物Ａ１を固化するに際してエネルギービームＥのビーム径Ｇ（図６）を吐出物ラインＬの幅Ｗよりも大きくした状態でエネルギービームＥを照射する個別制御モードとしての吐出物ライン形成・固化モード４５を備えている。
この他に、制御モード４１は、吐出ヘッド５から吐出される流動性組成物Ａ０の吐出量や吐出タイミング等を制御する原料吐出モード４７、エネルギービームＥの照射量や照射タイミング等を制御するビーム照射モード４９、第１駆動装置２１、第２駆動装置３５及び昇降駆動装置１５の駆動を制御して吐出ヘッド５とビーム照射部７のステージ３に対する相対位置等を制御する位置制御モード５１を個別制御モードとして更に備えている。
In the three-dimensional
In addition, the
◆◆◆実施形態２（図６〜図８及び図４参照）◆◆◆
実施形態２に係る三次元造形物の製造方法は、前述した実施形態１に係る三次元造形物の製造装置１Ａを使用することによって実行される製造方法である。
具体的には、吐出物ライン形成工程Ｐ１と、層形成工程Ｐ２と固化工程Ｐ３と、積層工程Ｐ４と、を有することによって本実施形態に係る三次元造形物の製造方法は基本的に構成されている。以下、三次元造形物Ｍ１の製造過程と併せてこれらの工程の内容を具体的に説明する。
◆◆◆ Embodiment 2 (see FIGS. 6 to 8 and 4) ◆◆◆
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the second embodiment is a manufacturing method executed by using the three-dimensional
Specifically, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment is basically configured by including the discharge line forming step P1, the layer forming step P2, the solidifying step P3, and the stacking step P4. ing. Hereinafter, the contents of these steps will be specifically described together with the manufacturing process of the three-dimensional structure M1.
（１）吐出物ライン形成工程（図６（Ａ）、図７（Ａ）及び図８（Ａ）参照）
吐出物ライン形成工程Ｐ１は、粒子を含む流動性組成物Ａ０を吐出部５から吐出させて層形成領域１３に吐出物Ａ１を位置させ、流動性組成物Ａ０の吐出位置を第１の方向Ｘに移動させて吐出物ラインＬを形成する工程である。
即ち、昇降駆動装置１５を駆動してステージ３の高さが最初に形成する第１の層Ｄ１（図４）の形成位置になるようにステージ３を積層方向Ｚに移動させる。次に、第２駆動装置３５を駆動して吐出ヘッド５とビーム照射部７の第２方向Ｙの位置を三次元造形物Ｍ１の製造を開始する原点位置に移動させ、同じく第１駆動装置２１を駆動して吐出ヘッド５とビーム照射部７の第１の方向Ｘの位置を三次元造形物Ｍ１の製造を開始する原点位置に移動させる。
(1) Discharge product line forming step (see FIG. 6A, FIG. 7A and FIG. 8A)
In the ejected material line forming step P1, the fluid composition A0 containing particles is ejected from the
That is, the
次に、第１の方向Ｘにおける前記原点位置からキャリッジ３２が移動する方向の前方に吐出ヘッド５、後方にビーム照射部７がそれぞれ位置するようにして吐出ヘッド５から流動性組成物Ａ０を所定の吐出量と吐出タイミングで吐出して行き、１本目の吐出物ラインＬ１を形成する。
また、当該吐出物ラインＬの形成に先立って層形成領域１３を予め昇温しておくことが好ましい。層形成領域１３を予め昇温しておいた場合には、エネルギービームの照射前の段階で前記昇温された熱によって吐出物Ａ１の乾燥が進む。この乾燥が進んだ状態でエネルギービームが照射されるので、固化後の層の厚みのバラツキを低減でき、また固化のためのエネルギーの利用効率を向上できる。また、吐出部５から吐出された流動性組成物Ａ０が低い温度の層形成領域１３に接触することによって生ずる流動性の低下や半固化状態になる等の性状の変化を低減させることができる。
Next, the flowable composition A0 is predetermined from the
Prior to the formation of the discharge line L, it is preferable to raise the temperature of the
（２）層形成工程（図６（Ｄ）、図７（Ｄ）、図８（Ｂ）参照）
層形成工程Ｐ２は、前記吐出物ラインＬを第１の方向Ｘと交差する第２の方向Ｙに隣接して複数形成して一つの層Ｄを形成する工程である。
即ち、図６に表したように、１本目の吐出物ラインＬ１を形成した後キャリッジ３２を初期位置に戻し、第２駆動装置３５を駆動して吐出ヘッド５とビーム照射部７を所定ピッチ、第２の方向Ｙに移動させる。次いで第１駆動装置２１を駆動して、キャリッジ３２を１本目の吐出物ラインＬ１を形成した時と同じ方向に移動させながら吐出ヘッド５から流動性組成物Ａ０を吐出させて２本目の吐出物ラインＬ２を形成する。尚、本実施形態では、形成する吐出ラインＬ１、Ｌ２の一部が隣同士で重なるように前記所定ピッチの移動量Ｓを設定している。
尚、図８に表したように、２本目の吐出物ラインＬ２は、キャリッジ３２を初期位置に戻さないで、１本目の吐出物ラインＬ１を形成した後の復路で形成してもよい。この場合はキャリッジ３２を反転させる等によって吐出ヘッド５を復路の移動方向を先行移動させ、その後をビーム照射部７を移動させる。
以下、同様の動作を必要な回数、繰り返して第１の層Ｄ１を形成する。
(2) Layer formation step (see FIG. 6D, FIG. 7D, FIG. 8B)
The layer forming step P2 is a step of forming a single layer D by forming a plurality of the ejected material lines L adjacent to the second direction Y intersecting the first direction X.
That is, as shown in FIG. 6, after the first discharge line L1 is formed, the
Note that, as shown in FIG. 8, the second discharge line L2 may be formed in the return path after the first discharge line L1 is formed without returning the
Thereafter, the same operation is repeated as many times as necessary to form the first layer D1.
（３）固化工程（図６（Ｂ）（Ｃ）（Ｅ）（Ｆ）、図７（Ｂ）（Ｃ）（Ｅ）（Ｆ）、図８参照）
固化工程Ｐ３は、形成された一つの層Ｄのうち、最終的に三次元造形物Ｍ１の一部となる対応する位置の吐出物Ａ１に対してエネルギービームＥを照射して固化する工程である。
そして、本実施形態では前記固化工程Ｐ３は、エネルギービームＥのビーム径Ｇを吐出物ラインＬの幅Ｗより大きく設定した状態で行われる。
(3) Solidification step (see FIGS. 6B, 6C, 6E, 7F, 7B, 7C, 8E, and 8)
The solidification process P3 is a process of solidifying the discharged material A1 at the corresponding position, which finally becomes a part of the three-dimensional structure M1 in the formed layer D, by solidifying it with the energy beam E. .
In the present embodiment, the solidification step P3 is performed in a state where the beam diameter G of the energy beam E is set larger than the width W of the discharge line L.
また、本実施形態では、固化工程Ｐ３は、吐出物ラインＬの形成毎に行うように設定されている。具体的には、図６（Ｂ）に表すように、１本の吐出物ラインＬの形成が終了した後、ビーム照射部７を該吐出物ラインＬの始端位置に移動させて図６（Ｃ）に表すように吐出物ラインＬの終端に向けて移動させるようにしている。
また、図８に表すように、吐出ヘッド５の動きにビーム照射部７の動きを追従させて、１本の吐出物ラインＬの形成途中の段階で形成済みの吐出物ラインＬに対してエネルギービームＥの照射を同時並行的に行うことも可能である。
そして、図７（Ｂ）（Ｃ）等に表すようにステージ３上に吐出された吐出物Ａ１に対してエネルギービームＥが照射されると、吐出物Ａ１は溶融状態になって、エネルギービームＥのビーム径Ｇによって規定される幅寸法の中間造形物Ｍ０になる。
In the present embodiment, the solidification process P3 is set to be performed every time the discharge line L is formed. Specifically, as shown in FIG. 6B, after the formation of one discharge product line L is completed, the
Further, as shown in FIG. 8, the movement of the
7B and 7C, when the energy beam E is applied to the discharge A1 discharged onto the
（４）積層工程（図４参照）
積層工程Ｐ４は、前記層形成工程Ｐ２と前記固化工程Ｐ３を積層方向Ｚに所定回数、繰り返して所定形状の三次元造形物Ｍ１を得る工程である。
即ち、第１の層Ｄ１が形成、固化されたら、前述した昇降駆動装置１５を駆動して第１の層Ｄ１の厚さ分、ステージ３を下方に移動させて第２の層Ｄ２の形成、固化を行う。以下、同様の操作を繰り返して必要な数の層Ｄの形成、固化が行われると、複数の層Ｄが積み重なって接合された三次元造形物Ｍ０の骨格が現われ、バリ取り等の表面仕上処理を行って製品としての三次元造形物Ｍ０が得られる。
(4) Lamination process (see Fig. 4)
The stacking step P4 is a step of obtaining the three-dimensional structure M1 having a predetermined shape by repeating the layer forming step P2 and the solidifying step P3 in the stacking direction Z a predetermined number of times.
That is, when the first layer D1 is formed and solidified, the above-described
また、各層Ｄの形成に当たり、最終的に三次元造形物Ｍ１となる対応する位置以外の部位の吐出物Ａ１に対してはエネルギービームＥを照射しない。
そして、積層工程Ｐ４において、エネルギービームＥが照射されなかった部位の吐出物Ａ１を積層方向Ｚに積み重ねて行くことによって、形成途中の中間造形物Ｍ０や完成した三次元造形物Ｍ１の姿勢を保持するサポート層５３（図４）が形成される。
Further, in forming each layer D, the energy beam E is not irradiated to the discharged material A1 at a portion other than the corresponding position that finally becomes the three-dimensional structure M1.
Then, in the stacking process P4, the postures of the intermediate model M0 being formed and the completed three-dimensional model M1 are maintained by stacking the discharge objects A1 of the portion not irradiated with the energy beam E in the stacking direction Z. A support layer 53 (FIG. 4) is formed.
そして、このようにして構成される実施形態１に係る三次元造形物の製造装置１Ａと本実施形態に係る三次元造形物の製造方法によれば、材料の無駄を低減でき、また三次元造形物を精度良く製造することができる。
And according to the
◆◆◆実施形態３（図９参照）◆◆◆
実施形態３に係る三次元造形物の製造方法は、層形成工程Ｐ２と固化工程Ｐ３の内容が前記実施形態２に係る三次元造形物の製造方法と幾分相違しており、吐出物ライン形成工程Ｐ１と積層工程Ｐ４の内容については、前記実施形態２に係る三次元造形物の製造方法と同様である。
従って、ここでは図９を用いて、前記実施形態２と相違する層形成工程Ｐ２と固化工程Ｐ３について、実施形態２との相違点を中心に説明する。
◆◆◆ Embodiment 3 (see FIG. 9) ◆◆◆
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the third embodiment is somewhat different from the method of manufacturing the three-dimensional structure according to the second embodiment in the contents of the layer formation step P2 and the solidification step P3, and the discharge line formation is performed. About the content of the process P1 and the lamination | stacking process P4, it is the same as that of the manufacturing method of the three-dimensional structure based on the said
Therefore, here, the layer formation process P2 and the solidification process P3, which are different from those of the second embodiment, will be described with reference to FIG. 9, focusing on the differences from the second embodiment.
（１）層形成工程（図９（Ａ）（Ｂ）参照）
層形成工程Ｐ２は、本実施形態では吐出物ラインＬが隣同士で離間するように行う。
即ち、吐出ヘッド５とビーム照射部７を第２駆動装置３５を使用して、第２の方向Ｙに移動させる移動量Ｓを吐出物ラインＬの幅Ｗよりも大きくなるように設定する。
(1) Layer formation step (see FIGS. 9A and 9B)
In the present embodiment, the layer forming process P2 is performed such that the discharge product lines L are separated from each other.
That is, the movement amount S for moving the
（２）固化工程（図９（Ｂ）（Ｃ）参照）
固化工程Ｐ３は、本実施形態ではエネルギービームＥの照射によって隣同士の吐出物ラインＬが重なって固化するように構成されている。
即ち、エネルギービームＥのビーム径Ｇを吐出物ラインＬの幅Ｗよりも大きくすることによって、エネルギービームＥの照射を受けた吐出物ラインＬは溶融し、第１の方向Ｘに前記幅Ｗを拡大する。そして、この拡大分によって離間状態で配置されている吐出物ラインＬ１、Ｌ２間の隙間を埋めて両者を重ね合わせた状態で固化する。
(2) Solidification step (see FIGS. 9B and 9C)
In the present embodiment, the solidification step P3 is configured such that the adjacent ejected material lines L are overlapped and solidified by irradiation of the energy beam E.
That is, by making the beam diameter G of the energy beam E larger than the width W of the discharge line L, the discharge line L irradiated with the energy beam E is melted, and the width W is increased in the first direction X. Expanding. And it solidifies in the state which filled up the clearance gap between the discharge material lines L1 and L2 arrange | positioned in a separated state by this enlarged part, and overlapped both.
そして、このようにして構成される本実施形態に係る三次元造形物の製造方法によっても、前述した実施形態２に係る三次元造形物の製造方法と同様の作用、効果が発揮される。また、本実施形態にあっては、流動性組成物Ａ０の吐出物Ａ１は、エネルギービームの照射により、照射前よりも幅方向に拡がる傾向のものがある場合を考慮したものである。これにより、前記拡がりによって前記「隣同士で離間」した部分が埋まり、以って各層にエネルギービームを照射して固化させた状態の層の厚みのバラツキを低減することができる。また、吐出物の吐出量の無駄を低減することができる。
And the effect | action and effect similar to the manufacturing method of the three-dimensional structure which concerns on
◆◆◆実施形態４（図１０参照）◆◆◆
実施形態４に係る三次元造形物の製造装置１Ｄは、前述した実施形態１に係る三次元造形物の製造装置１Ａにおける第１駆動装置２１と第２駆動装置３５の機能を産業用ロボット５５に担わせたものである。従って、産業用ロボット５５以外の構成については実施形態１と同様であるので、ここでの詳細な説明は省略し、産業用ロボット５５を使用して行う吐出ヘッド５とビーム照射部７の第１の方向Ｘと第２の方向Ｙへの移動動作を中心に説明する。
◆◆◆ Embodiment 4 (see FIG. 10) ◆◆◆
The three-dimensional
本実施形態では、一例として双腕多関節式の産業用ロボット５５を使用しており、吐出ヘッド５とビーム照射部７をそれぞれ別々のロボットアーム５７、５９によって支持し、吐出ヘッド５とビーム照射部７をそれぞれ独立して三次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動できるようにしている。
従って、前述した実施形態１における第１駆動装置２１と第２駆動装置３５がそれぞれ第１の方向Ｘと第２の方向Ｙのみに吐出ヘッド５とビーム照射部７を移動させていたのと相違し、一つの層Ｄ内に積層方向Ｚの起伏があるような複雑な形状の層Ｄの形成にも対応できる構成になっている。
In this embodiment, a double-armed articulated
Therefore, the difference is that the
そして、このようにして構成される本実施形態に係る三次元造形物の製造装置１Ｄによっても、前述した実施形態１に係る三次元造形物の製造装置１Ａと同様の作用、効果が発揮される。また、本実施形態にあっては、形成できる三次元造形物Ｍ１の大きさがロボットアーム５７、５９のアーム長によって規制されるため前記実施形態１よりも一般に小さくなるが、三次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動できるロボットアーム５７、５９の特性によって前記実施形態１よりも複雑な形状の三次元造形物Ｍ１を形成することが可能になる。
The three-dimensional
［他の実施形態］
本発明に係る三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置１は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。
[Other Embodiments]
The manufacturing method of the three-dimensional structure and the
例えば、本発明に係る態様の三次元造形物の製造装置１における駆動部９は、吐出部５とビーム照射部７を三次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動できる産業用ロボット５５のみによって構成して、前述した実施形態において採用したステージ３を積層方向Ｚに昇降移動させる昇降駆動装置１５を省略することが可能である。また、産業用ロボット５５としては、双腕型のロボットアーム５７、５９を備える双腕多関節式のロボットに限らず、単一のロボットアームによって吐出部５とビーム照射部７を一体に移動させるもの、直交座標系或いは直交座標系に円筒座標系を組み合わせた方式の二次元方向Ｘ、Ｙ或いは三次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動できるもの等、種々のタイプの産業用ロボット５５が使用可能である。
For example, the
また、原料となる粒子を含む流動性組成物Ａ０としては、前述した実施形態のように金属粒子を主成分とするものに限らず合成樹脂粒子を主成分とするものであってもよい。 In addition, the fluid composition A0 containing the raw material particles is not limited to those containing metal particles as the main component as in the above-described embodiment, and may be those containing synthetic resin particles as the main component.
また、前記実施形態２で採用した隣接する吐出物ラインＬを重ねた構成と前記実施形態３で採用した隣接する吐出物ラインＬを離間させる構成を一つの層Ｄの形成の中で混在させ、組み合わせた形で使用することが可能である。この場合には、吐出物ラインＬを重ねた部分の厚みが吐出物ラインＬを離間させた部分の厚みよりも幾分厚くなるから起伏や凹凸のある層Ｄの形成が可能になる。 Further, the configuration in which the adjacent discharge product lines L employed in the second embodiment are overlapped and the configuration in which the adjacent discharge product lines L employed in the third embodiment are separated are mixed in the formation of one layer D. It can be used in combination. In this case, since the thickness of the portion where the discharge line L is overlapped is somewhat thicker than the thickness of the portion where the discharge line L is separated, the layer D having undulations and irregularities can be formed.
また、吐出ヘッド５とビーム照射部７の移動方向は、必ずしも直線方向に限られない。例えば、円筒座標系を有する産業用ロボット５５を駆動部９として使用した場合には、第１の方向Ｘを円周方向とし、第２の方向を半径方向とすることで同心円状の吐出物ラインＬを複数形成して層Ｄを形成することも可能である。
Further, the moving direction of the
１…三次元造形物の製造装置、３…ステージ、５…吐出ヘッド（吐出部）、
７…ビーム照射部、９…駆動部、１１…制御部、１３…層形成領域、１５…昇降駆動装置、
１７…原料供給ユニット、１９…供給チューブ、２１…第１駆動装置、
２３…支持フレーム、２５…第２ガイドレール、２７…走行フレーム、
２９…第１ガイドレール、３１…第１スライドブロック、３２…キャリッジ、
３３…第１アクチュエーター、３５…第２駆動装置、３７…第２スライドブロック、
３９…第２アクチュエーター、４１…制御モード、４３…レーザー発振器、
４５…吐出物ライン形成・固化モード、４７…原料吐出モード、４９…ビーム照射モード、
５１…位置制御モード、５３…サポート層、５５…産業用ロボット、
５７…ロボットアーム、５９…ロボットアーム、
Ｐ１…吐出物ライン形成工程、Ｐ２…層形成工程、
Ｐ３…固化工程、Ｐ４…積層工程、Ａ０…流動性組成物、Ａ１…吐出物、Ｄ…層、
Ｌ…吐出物ライン、Ｅ…エネルギービーム、Ｍ０…中間造形物、Ｍ１…三次元造形物、
Ｇ…ビーム径、Ｗ…幅、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向、Ｚ…積層方向、Ｓ…移動量
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
17 ... Raw material supply unit, 19 ... Supply tube, 21 ... First drive unit,
23 ... support frame, 25 ... second guide rail, 27 ... running frame,
29 ... 1st guide rail, 31 ... 1st slide block, 32 ... Carriage,
33 ... 1st actuator, 35 ... 2nd drive device, 37 ... 2nd slide block,
39 ... second actuator, 41 ... control mode, 43 ... laser oscillator,
45 ... discharge line formation / solidification mode, 47 ... raw material discharge mode, 49 ... beam irradiation mode,
51 ... Position control mode, 53 ... Support layer, 55 ... Industrial robot,
57 ... Robot arm, 59 ... Robot arm,
P1 ... ejected material line forming step, P2 ... layer forming step,
P3 ... Solidification step, P4 ... Lamination step, A0 ... Fluid composition, A1 ... Discharged matter, D ... Layer,
L ... ejected material line, E ... energy beam, M0 ... intermediate shaped object, M1 ... three-dimensional shaped object,
G ... beam diameter, W ... width, X ... first direction, Y ... second direction, Z ... stacking direction, S ... movement amount
Claims (8)
前記吐出物ラインを隣接する方向に複数形成して一つの層を形成する層形成工程と、
前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程と、
造形物に対応する位置の前記吐出物にエネルギービームを照射して固化する固化工程と、を有し、
前記固化工程は前記エネルギービームのビーム径が前記吐出物ラインの幅より大の状態で行う、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 A discharge line forming step of discharging a fluid composition containing particles from a discharge unit to position a discharge in a layer formation region and moving a discharge position to form a discharge line;
A layer forming step of forming a single layer by forming a plurality of the discharge lines in adjacent directions;
A laminating step for repeating the layer forming step in the laminating direction;
Solidifying by irradiating the discharged material at a position corresponding to the modeled object with an energy beam and solidifying,
The solidification step is performed in a state where the beam diameter of the energy beam is larger than the width of the discharge object line.
前記固化工程は前記吐出物ラインの形成毎に行う、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 1,
The method for producing a three-dimensional structure, wherein the solidification step is performed every time the discharge line is formed.
前記層形成工程は前記吐出物ラインが隣同士で重なるように行う、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 1 or 2,
The method for producing a three-dimensional structure is characterized in that the layer forming step is performed such that the discharge object lines overlap each other.
前記層形成工程は前記吐出物ラインが隣同士で離間するように行い、
続く前記エネルギービームの照射によって隣同士が重なって固化する、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 1 or 2,
The layer forming step is performed such that the discharge product lines are separated from each other,
A method for producing a three-dimensional structure, characterized in that the adjacent beams are overlapped and solidified by the subsequent irradiation of the energy beam.
前記吐出物ラインの形成は前記層形成領域が予め昇温された状態で行う、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 4,
The method for producing a three-dimensional structure is characterized in that the discharge line is formed in a state where the layer formation region has been heated in advance.
前記積層工程は前記造形物となる対応する位置以外は前記エネルギービームを照射しないことでサポート層を作る、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 5,
The method of manufacturing a three-dimensional structure is characterized in that the layering step forms a support layer by irradiating the energy beam except for a corresponding position that becomes the structure.
前記流動性組成物は、金属粒子とバインダーと溶媒又は分散媒との組成物であり、
前記金属粒子は、マグネシウム、鉄、銅、コバルト、クロム、アルミニウム、チタン或いはニッケル又はこれらのうち少なくとも１種の金属を含む合金の粒状或いは粉末状の粒子もしくはこれらの混合粒子であり、
前記バインダーは、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂であり、
前記溶媒又は分散媒は、蒸留水、純水、ＲＯ（Reverse
Osmosis）水のいずれか一つを含む各種水、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンのいずれか一つを含むアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）、エチレングリコールモノエチルエーテル（エチルセロソルブ）、エチレングリコールモノフェニルエーテル（フェニルセロソルブ）のいずれか一つを含むエーテル類（セルソロブ類）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチルのいずれか一つを含むエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノンのいずれか一つを含むケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタンのいずれか一つを含む脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンのいずれか一つを含む環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼンのいずれか一つを含む長鎖アルキル基及びベンゼン環を有する芳香族炭火水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１、２−ジクロロエタンのいずれか一つを含むハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドンのいずれか一つを含む芳香族複素環類、アセトニトクル、プロピオニトリル、アクリロニトリルのいずれか一つを含むニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドのいずれか一つを含むアミド類、カルボン酸塩又はその他の各種油類のいずれか一つである、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 6,
The flowable composition is a composition of metal particles, a binder, and a solvent or dispersion medium,
The metal particles are magnesium, iron, copper, cobalt, chromium, aluminum, titanium, nickel, or granular or powder particles of an alloy containing at least one of these metals, or mixed particles thereof.
The binder is an acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, cellulose resin or other synthetic resin, PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide) or other thermoplastic resin,
The solvent or dispersion medium is distilled water, pure water, RO (Reverse
Osmosis) Water containing any one of water, methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, octanol, ethylene glycol, diethylene glycol, alcohols containing any one of glycerin, ethylene glycol monomethyl Ether (methyl cellosolve), ethylene glycol monoethyl ether (ethyl cellosolve), ethers containing any one of ethylene glycol monophenyl ether (phenyl cellosolve) (Celsorobes), methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl formate Esters containing any one of the following: ketones containing any one of acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isopropyl ketone, cyclohexanone, pentane, Aliphatic hydrocarbons containing any one of xane and octane, cyclic hydrocarbons containing any one of cyclohexane and methylcyclohexane, benzene, toluene, xylene, hexylbenzene, hebutylbenzene, octylbenzene, nonyl Aromatic hydrocarbons having a long-chain alkyl group and any one of benzene, decylbenzene, undecylbenzene, dodecylbenzene, tridecylbenzene, tetradecylbenzene and a benzene ring, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, Halogenated hydrocarbons containing any one of 1,2-dichloroethane, aromatic heterocycles containing any one of pyridine, pyrazine, furan, pyrrole, thiophene, and methylpyrrolidone, acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile Any one of A tertiary, characterized in that it is any one of nitriles, N, N-dimethylformamide, amides containing any one of N, N-dimethylacetamide, carboxylates or other various oils Manufacturing method of original model.
前記ステージに粒子を含む流動性組成物を吐出する吐出部と、
エネルギービームを照射するビーム照射部と、
前記ステージ、前記吐出部及び前記ビーム照射部の相対位置を三次元に移動させることが可能な駆動部と、
前記吐出部、前記ビーム照射部及び前記駆動部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記流動性組成物を前記吐出部から吐出させて前記ステージに吐出物を位置させ、前記吐出位置を移動させて吐出物ラインを形成し、
前記吐出物ラインを隣接する方向に複数形成して一つの層を形成し、
前記層の形成を積層方向に繰り返し、
造形物に対応する位置の前記吐出物に前記エネルギービームを照射して固化し、
前記固化工程は前記エネルギービームのビーム径が前記吐出物ラインの幅より大の状態で行う制御モードを備えている、ことを特徴とする三次元造形物の製造装置。 Stage,
A discharge section for discharging a fluid composition containing particles on the stage;
A beam irradiation unit for irradiating an energy beam;
A drive unit capable of moving the relative position of the stage, the discharge unit and the beam irradiation unit in three dimensions;
A controller that controls operations of the ejection unit, the beam irradiation unit, and the drive unit,
The controller is
Discharging the fluid composition from the discharge unit to position the discharge on the stage, moving the discharge position to form a discharge line;
Forming a plurality of the discharge lines in adjacent directions to form one layer;
Repeat the formation of the layer in the stacking direction,
Irradiate the energy beam to the ejected material at a position corresponding to the modeled object and solidify,
The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the solidifying step includes a control mode in which a beam diameter of the energy beam is larger than a width of the discharge object line.
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