JP2017154500A - Method for producing three-dimensional object - Google Patents

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俊之 生駒
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凌平 浜野
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鉄 梅田
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紀史 東
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a three-dimensional object improved in strength by using a 3D printer.SOLUTION: A maximum strength direction D that achieves the maximum compression strength of a three-dimensional object S to be produced is set in a maximum strength direction setting step (S101). Any axis direction of an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis direction having the smallest pitch is selected in an axis direction selection step (S102). In a first binding material supply step (S104) and a second binding material supply step (S106), a powder material PM is solidified by supplying a binding material B to the powder material PM by the printer head 11 of a 3D printer 10 so that the axis direction selected in the axis direction selection step (S102) and the maximum strength direction D set in the maximum strength direction setting step (S101) match with each other, and a three-dimensional object S is produced. The three-dimensional object S improved in strength can be produced using the 3D printer 10 because the maximum strength direction D and the axis direction having the smallest pitch match with each other.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、立体物を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a three-dimensional object.

従来、立体物を製造する技術として、３Ｄプリンタを用いた積層造形により立体物を製造する方法が知られている。積層造形とは、製造する立体物の３ＤＣＡＤ（3-dimensional computer-aided design）の３次元データに基づいて、当該立体物の材料を層状に重ねて製造する方法である。   Conventionally, a method of manufacturing a three-dimensional object by additive manufacturing using a 3D printer is known as a technique for manufacturing the three-dimensional object. The additive manufacturing is a method for manufacturing a three-dimensional material in a layered manner based on three-dimensional data of 3D CAD (3-dimensional computer-aided design) of the three-dimensional object to be manufactured.

例えば、特許文献１には、平面に沿って配置された粉末材料に対し、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、任意の位置に結合材を供給することにより粉末材料を固化させる方法が開示されている。特許文献１の方法では、固化させられた粉末材料に重ねて粉末材料を配置し、配置された粉末材料に対し、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、任意の位置に結合材を供給することにより粉末材料を固化させる。特許文献１の方法では、粉末材料の供給、結合材の供給及び粉末材料の固化を繰り返すことにより立体物が製造される。   For example, Patent Document 1 discloses a method of solidifying a powder material by supplying a binding material to an arbitrary position by a printer head of a 3D printer with respect to the powder material arranged along a plane. In the method of Patent Document 1, a powder material is placed on a solidified powder material, and a powder material is supplied to the placed powder material by supplying a binder to an arbitrary position by a printer head of a 3D printer. Solidify. In the method of Patent Document 1, a three-dimensional object is manufactured by repeatedly supplying a powder material, supplying a binder, and solidifying the powder material.

特開２０１５−６６８７２号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-66872

ところで、上記のような技術で製造された立体物の強度を向上させるためには、結合材の量を増加させることや、より接着力のある結合材を用いることが考えられる。しかし、上記のような技術では、一般的に微小なノズルを複数有する３Ｄプリンタのプリンタヘッドから結合材を供給するため、結合材の粘度や濃度に制限がある。そのため、必ずしも、好適な量や組成の結合材を用いることができない場合がある。したがって、結合材の量や組成を選択する以外の方法により、３Ｄプリンタを用いて、強度を向上させた立体物を製造する方法が望まれている。   By the way, in order to improve the strength of the three-dimensional object manufactured by the technique as described above, it is conceivable to increase the amount of the binder or to use a binder having a higher adhesive strength. However, in the technique as described above, since the binding material is generally supplied from the printer head of a 3D printer having a plurality of minute nozzles, the viscosity and concentration of the binding material are limited. For this reason, a binder having a suitable amount and composition may not always be used. Therefore, there is a demand for a method of manufacturing a three-dimensional object with improved strength using a 3D printer by a method other than selecting the amount and composition of the binder.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、３Ｄプリンタを用いて、強度を向上させた立体物を製造する方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the method of manufacturing the solid object which improved the intensity | strength using 3D printer.

本発明は、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な第１平面に沿って配置された粉末材料に対し、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に結合材を供給することにより粉末材料を固化させ、固化させられた粉末材料に重ねて、第１平面からＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に沿って離隔し且つ第１平面に平行な第２平面に沿って追加の粉末材料を配置し、第２平面に沿って配置された追加の粉末材料に対し、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に結合材を供給することにより追加の粉末材料を固化させて立体物を製造する方法であって、製造される立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向を設定する最大強度方向設定工程と、Ｘ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｘ軸方向位置及び第２Ｘ軸方向位置のそれぞれにプリンタヘッドが結合材を供給可能な第１Ｘ軸方向位置と第２Ｘ軸方向位置との最小距離であるＸ軸方向のピッチ、Ｙ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｙ軸方向位置及び第２Ｙ軸方向位置のそれぞれにプリンタヘッドが結合材を供給可能な第１Ｙ軸方向位置と第２Ｙ軸方向位置との最小距離であるＹ軸方向のピッチ、及び、Ｚ軸方向に沿って互いに離隔した第１平面と第２平面との距離であるＺ軸方向のピッチのいずれかの中で、最も小さいピッチを有する軸方向を選択する軸方向選択工程と、第１平面に沿って粉末材料を配置する第１材料配置工程と、プリンタヘッドにより、第１材料配置工程で第１平面に沿って配置された粉末材料に結合材を供給することにより、第１平面に沿って配置された粉末材料を固化させる第１結合材供給工程と、第１結合材供給工程により固化させられた粉末材料に重ねて、第２平面に沿って追加の粉末材料を配置する第２材料配置工程と、プリンタヘッドにより、第２材料配置工程で第２平面に沿って配置された追加の粉末材料に結合材を供給することにより、第２平面に沿って配置された追加の粉末材料を固化させる第２結合材供給工程とを含み、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向とが一致して立体物が製造されるように、第１結合材供給工程及び第２結合材供給工程を行う、方法である。   According to the present invention, a powder material arranged along a first plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other can be placed at any position in the X-axis direction and the Y-axis direction by a printer head of a 3D printer. The powder material is solidified by supplying the binder, and is superposed on the solidified powder material, separated from the first plane along the Z-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction, and on the first plane. Arrangement of additional powder material along the second parallel plane, and the additional powder material arranged along the second plane by the 3D printer's printer head at any position in the X and Y axis directions A method for producing a three-dimensional object by solidifying an additional powder material by supplying a binder to a maximum strength direction setting step for setting a maximum strength direction in which the compressive strength in the produced three-dimensional object is maximized; In the X-axis direction Thus, the pitch in the X-axis direction which is the minimum distance between the first X-axis position and the second X-axis position where the printer head can supply the binding material to each of the first X-axis position and the second X-axis position separated from each other. , The minimum distance between the first Y-axis position and the second Y-axis position where the printer head can supply the binding material to each of the first Y-axis position and the second Y-axis position that are separated from each other along the Y-axis direction. Select the axial direction having the smallest pitch among the pitch in the Y-axis direction and the pitch in the Z-axis direction that is the distance between the first plane and the second plane that are separated from each other along the Z-axis direction. The axial direction selecting step, the first material arranging step of arranging the powder material along the first plane, and the printer head using the printer head to apply the binder to the powder material arranged along the first plane in the first material arranging step. To supply A first binder supply step for solidifying the powder material arranged along the first plane, and an additional powder along the second plane, superimposed on the powder material solidified by the first binder supply step A second material placement step for placing the material, and a printer head for placement along the second plane by supplying a binder to the additional powder material placed along the second plane in the second material placement step A second binder supply step for solidifying the added additional powder material, and the axial direction selected in the axial direction selection step matches the maximum strength direction set in the maximum strength direction setting step to form a three-dimensional object The first bonding material supply step and the second bonding material supply step are performed such that the first bonding material supply step and the second bonding material supply step are performed.

この構成によれば、最大強度方向設定工程により、製造される立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向が設定される。軸方向選択行程で、最も小さいピッチを有する軸方向が選択される。第１結合材供給行程及び第２結合材供給工程では、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向とが一致して立体物が製造されるように、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、粉末材料に結合材を供給することにより、粉末材料が固化させられる。これにより、最大強度方向と最も小さいピッチを有する軸方向とが一致するため、３Ｄプリンタを用いて、強度を向上させた立体物を製造することができる。   According to this configuration, the maximum strength direction that maximizes the compressive strength of the three-dimensional object to be manufactured is set by the maximum strength direction setting step. In the axial selection process, the axial direction having the smallest pitch is selected. In the first bonding material supply step and the second bonding material supply step, the three-dimensional object is manufactured by matching the axial direction selected in the axial direction selection step with the maximum strength direction set in the maximum strength direction setting step. As described above, the powder material is solidified by supplying the binder to the powder material by the printer head of the 3D printer. Thereby, since the maximum intensity direction and the axial direction having the smallest pitch coincide with each other, it is possible to manufacture a three-dimensional object with improved strength using a 3D printer.

また、本発明は、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な第１平面におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に液体材料を供給して液体材料を固化させ、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、固化させられた液体材料に重ねて、第１平面からＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に沿って離隔し且つ第１平面に平行な第２平面におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に追加の液体材料を供給して追加の液体材料を固化させて立体物を製造する方法であって、製造される立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向を設定する最大強度方向設定工程と、Ｘ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｘ軸方向位置及び第２Ｘ軸方向位置のそれぞれからプリンタヘッドが液体材料を供給可能な第１Ｘ軸方向位置と第２Ｘ軸方向位置との最小距離であるＸ軸方向のピッチ、Ｙ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｙ軸方向位置及び第２Ｙ軸方向位置のそれぞれからプリンタヘッドが液体材料材を供給可能な第１Ｙ軸方向位置と第２Ｙ軸方向位置との最小距離であるＹ軸方向のピッチ、及び、Ｚ軸方向に沿って互いに離隔した第１平面と第２平面との距離であるＺ軸方向のピッチのいずれかの中で、最も小さいピッチを有する軸方向を選択する軸方向選択工程と、プリンタヘッドにより、第１平面に液体材料を供給し、第１平面に供給された液体材料を固化させる第１液体材料供給工程と、第１液体材料供給工程により固化させられた液体材料に重ねて、プリンタヘッドにより、第２平面に追加の液体材料を供給し、第２平面に供給された追加の液体材料を固化させる第２液体材料供給工程とを含み、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向とが一致して立体物が製造されるように、第１液体材料供給工程及び第２液体材料供給工程を行う、方法である。   The present invention also provides a liquid material by supplying a liquid material to an arbitrary position in the X axis direction and the Y axis direction on a first plane parallel to the X axis direction and the Y axis direction orthogonal to each other by a printer head of a 3D printer. And solidified by the printer head of the 3D printer, separated from the first plane along the Z-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction, and parallel to the first plane. A method of manufacturing a three-dimensional object by supplying an additional liquid material to an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction on the second plane to solidify the additional liquid material, the compressive strength of the three-dimensional object to be manufactured The printer head can supply the liquid material from the maximum intensity direction setting step for setting the maximum intensity direction in which the maximum is obtained and the first X-axis direction position and the second X-axis direction position that are separated from each other along the X-axis direction. The printer head moves from the X-axis direction pitch, which is the minimum distance between the first X-axis direction position and the second X-axis direction position, and the first Y-axis direction position and the second Y-axis direction position separated from each other along the Y-axis direction. The pitch in the Y-axis direction that is the minimum distance between the first Y-axis direction position and the second Y-axis direction position that can supply the liquid material material, and the first plane and the second plane that are separated from each other along the Z-axis direction. The liquid material is supplied to the first plane and supplied to the first plane by the axial direction selecting step for selecting the axial direction having the smallest pitch among any of the pitches in the Z-axis direction, which is the distance, and the printer head. A first liquid material supply step for solidifying the liquid material, and an additional liquid material is supplied to the second plane by the printer head over the liquid material solidified by the first liquid material supply step; Supplied to the plane A second liquid material supply step for solidifying the additional liquid material, and the three-dimensional object is formed by matching the axial direction selected in the axial direction selection step with the maximum strength direction set in the maximum strength direction setting step. A method of performing a first liquid material supply step and a second liquid material supply step as manufactured.

この構成によれば、最大強度方向設定工程により、製造される立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向が設定される。軸方向選択行程で、最も小さいピッチを有する軸方向が選択される。第１液体材料供給行程及び第２液体材料供給工程では、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向とが一致して立体物が製造されるように、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、液体材料を供給することにより、液体材料が固化させられる。これにより、最大強度方向と最も小さいピッチを有する軸方向とが一致するため、３Ｄプリンタを用いて、強度を向上させた立体物を製造することができる。   According to this configuration, the maximum strength direction that maximizes the compressive strength of the three-dimensional object to be manufactured is set by the maximum strength direction setting step. In the axial selection process, the axial direction having the smallest pitch is selected. In the first liquid material supply step and the second liquid material supply step, the three-dimensional object is manufactured by matching the axial direction selected in the axial direction selection step with the maximum strength direction set in the maximum strength direction setting step. As described above, the liquid material is solidified by supplying the liquid material by the printer head of the 3D printer. Thereby, since the maximum intensity direction and the axial direction having the smallest pitch coincide with each other, it is possible to manufacture a three-dimensional object with improved strength using a 3D printer.

本発明の立体物を製造する方法によれば、３Ｄプリンタを用いて、強度を向上させた立体物を製造することができる。   According to the method for manufacturing a three-dimensional object of the present invention, a three-dimensional object with improved strength can be manufactured using a 3D printer.

第１実施形態で使用される３Ｄプリンタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 3D printer used in 1st Embodiment. 第１実施形態の立体物を製造する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of manufacturing the solid object of 1st Embodiment. 最大強度方向設定工程で設定された立体物における最大強度方向の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the maximum intensity direction in the solid thing set at the maximum intensity direction setting process. 図１の３ＤプリンタのプリンタヘッドにおけるＸ軸方向のピッチ及びＹ軸方向のピッチを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a pitch in an X-axis direction and a pitch in a Y-axis direction in the printer head of the 3D printer in FIG. 1. 図１の３ＤプリンタにおけるＺ軸方向のピッチを示す図である。It is a figure which shows the pitch of the Z-axis direction in the 3D printer of FIG. Ｘ軸方向と最大強度方向とが一致するように製造された立体物、Ｙ軸方向と最大強度方向とが一致するように製造された立体物、及びＺ軸方向と最大強度方向とが一致するように製造された立体物を示す図である。A three-dimensional object manufactured so that the X-axis direction and the maximum intensity direction match, a three-dimensional object manufactured so that the Y-axis direction and the maximum intensity direction match, and the Z-axis direction and the maximum intensity direction match. It is a figure which shows the solid thing manufactured as mentioned above. （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）及び（Ｇ）は、第１実施形態の立体物を製造する方法を示す図である。(A), (B), (C), (D), (E), (F) and (G) are diagrams showing a method for producing a three-dimensional object according to the first embodiment. 第２実施形態で使用される３Ｄプリンタを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the 3D printer used by 2nd Embodiment. 第２実施形態の立体物を製造する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of manufacturing the solid object of 2nd Embodiment. 図８の３ＤプリンタにおけるＺ軸方向のピッチを示す図である。It is a figure which shows the pitch of the Z-axis direction in the 3D printer of FIG. （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）は、第２実施形態の立体物を製造する方法を示す図である。(A), (B), (C) and (D) are figures which show the method of manufacturing the solid object of 2nd Embodiment. 実施例１において、Ｘ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の造形誤差、Ｙ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の造形誤差、及びＺ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の造形誤差を示すグラフである。In Example 1, the modeling error of the three-dimensional object manufactured so that the X-axis direction and the direction in which the force is applied matches, the three-dimensional object manufactured so that the Y-axis direction and the direction in which the force is applied match. It is a graph which shows a modeling error and a modeling error of a solid thing manufactured so that a Z-axis direction and a direction where force may be applied may correspond. 実施例１において、Ｘ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の圧縮強度及び密度、Ｙ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の圧縮強度及び密度、及びＺ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の圧縮強度及び密度を示すグラフである。In Example 1, the three-dimensional object manufactured such that the X-axis direction and the direction in which the force is applied match the compressive strength and density of the three-dimensional object, and the Y-axis direction and the direction in which the force is applied. It is a graph which shows the compressive strength and density of a solid thing manufactured so that the compressive strength and density of a thing, and the Z-axis direction and the direction where force may be applied may correspond. 実施例１において、Ｘ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の応力及び歪み、Ｙ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の応力及び歪み、及びＺ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の応力及び歪みを示すグラフである。In Example 1, the three-dimensional object manufactured so that the X-axis direction and the direction in which the force is applied match the stress and distortion of the three-dimensional object, and the Y-axis direction and the direction in which the force is applied match. It is a graph which shows the stress and distortion of a solid thing manufactured so that the Z-axis direction and the direction where a force may be applied may correspond, and the stress and distortion of a solid object. 実施例２において、Ｘ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の圧縮強度及び密度、Ｙ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の圧縮強度及び密度、及びＺ軸方向と力が加えられる方向とが一致するように製造された立体物の圧縮強度及び密度を示すグラフである。In Example 2, the compression strength and density of a three-dimensional object manufactured so that the X-axis direction and the direction in which the force is applied match, and the three-dimensional object manufactured so that the Y-axis direction and the direction in which the force is applied match. It is a graph which shows the compressive strength and density of a solid thing manufactured so that the compressive strength and density of a thing, and the Z-axis direction and the direction where force may be applied may correspond. 実施例１及び実施例２における粉末材料、結合材、立体物、圧縮強度及び最大応力をまとめた表である。It is the table | surface which put together the powder material in Example 1 and Example 2, a binder, a solid thing, compressive strength, and maximum stress.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る立体物を製造する方法について詳細に説明する。   Hereinafter, a method for producing a three-dimensional object according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

［第１実施形態］
まず、本実施形態で用いられる３Ｄプリンタについて説明する。図１に示される３Ｄプリンタ１０は、結合材噴射法（バインダジェット法、Binder Jetting）により、立体物を製造する。図１及び以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、３次元空間の直交座標系における互いに直交する軸方向である。３Ｄプリンタ１０は、プリンタヘッド１１、ガイドレール１２、ステージ１３、粉末材料供給基盤１４及びリコータ１５を備えている。プリンタヘッド１１は、ステージ１３側に供給された粉末材料ＰＭを固化させるための結合材を供給する。ガイドレール１２は、プリンタヘッド１１を支持し、ステージ１３上のＸ軸方向及びＹ軸方向の平面においてプリンタヘッド１１を移動させる。 [First Embodiment]
First, the 3D printer used in this embodiment will be described. The 3D printer 10 shown in FIG. 1 manufactures a three-dimensional object by a binder injection method (binder jetting). In FIG. 1 and the following description, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are axial directions that are orthogonal to each other in an orthogonal coordinate system in a three-dimensional space. The 3D printer 10 includes a printer head 11, a guide rail 12, a stage 13, a powder material supply base 14, and a recoater 15. The printer head 11 supplies a binding material for solidifying the powder material PM supplied to the stage 13 side. The guide rail 12 supports the printer head 11 and moves the printer head 11 on a plane in the X axis direction and the Y axis direction on the stage 13.

ステージ１３は、立体物を製造するために、粉末材料供給基盤１４からリコータ１５により供給された粉末材料ＰＭを支持する。粉末材料供給基盤１４は、ステージ１３上に供給される粉末材料ＰＭを支持する。リコータ１５は、粉末材料供給基盤１４上で支持された粉末材料ＰＭをステージ１３に供給する。   The stage 13 supports the powder material PM supplied from the powder material supply base 14 by the recoater 15 in order to manufacture a three-dimensional object. The powder material supply base 14 supports the powder material PM supplied on the stage 13. The recoater 15 supplies the powder material PM supported on the powder material supply base 14 to the stage 13.

互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行なステージ１３上の平面に沿って配置された粉末材料ＰＭに対し、３Ｄプリンタ１０のプリンタヘッド１１により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に結合材を供給することにより、３Ｄプリンタ１０は粉末材料ＰＭを固化させる。   Arbitrary positions in the X axis direction and the Y axis direction by the printer head 11 of the 3D printer 10 with respect to the powder material PM arranged along the plane on the stage 13 parallel to the X axis direction and the Y axis direction orthogonal to each other. By supplying the binder to the 3D printer 10, the powder material PM is solidified.

次に、３Ｄプリンタ１０のステージ１３が任意のピッチだけＺ軸方向に沿って下降させられ、固化させられた粉末材料ＰＭに重ねて、粉末材料供給基盤１４からリコータ１５により、固化させられた粉末材料ＰＭの表面からＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に沿って離隔し且つ固化させられた粉末材料ＰＭの表面に平行な次の平面に沿って、３Ｄプリンタ１０は追加の粉末材料ＰＭを配置する。   Next, the stage 13 of the 3D printer 10 is lowered along the Z-axis direction by an arbitrary pitch, and is superposed on the solidified powder material PM, and solidified by the recoater 15 from the powder material supply base 14. Along the next plane parallel to the surface of the solidified powder material PM spaced apart from the surface of the material PM along the Z-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction, the 3D printer 10 adds additional powder. Material PM is arranged.

平面に沿って配置された粉末材料ＰＭに対し、３Ｄプリンタ１０のプリンタヘッド１１により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に結合材を供給することにより、３Ｄプリンタ１０は粉末材料ＰＭを固化させる。以上のように、ステージ１３上において、粉末材料ＰＭの供給、結合材の供給及び粉末材料の固化を繰り返すことにより、３Ｄプリンタ１０は立体物を製造する。   The 3D printer 10 supplies the powder material PM to any position in the X-axis direction and the Y-axis direction by the printer head 11 of the 3D printer 10 with respect to the powder material PM arranged along the plane. Solidify. As described above, the 3D printer 10 manufactures a three-dimensional object by repeating the supply of the powder material PM, the supply of the binder, and the solidification of the powder material on the stage 13.

粉末材料ＰＭとしては、例えば、石膏を適用することができる。粉末材料ＰＭが石膏の場合は、結合材としては、例えば、水を適用することができる。また、粉末材料ＰＭとしては、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を適用することができる。粉末材料ＰＭが酸化アルミニウムの場合は、結合材としては、ポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol, PVA)、ポリアリルアミン（polyallylamine, PAA）、ポリジアリルアミン（poly-di-allylamin, PAS）及びデキストラン(dextran)等と、エタノール又は水等の溶媒とから構成される液を適用することができる。 For example, gypsum can be applied as the powder material PM. When the powder material PM is gypsum, for example, water can be applied as the binder. Further, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be applied as the powder material PM. When the powder material PM is aluminum oxide, examples of the binder include polyvinyl alcohol (PVA), polyallylamine (PAA), polydiallylamine (PAS), dextran, and the like. A liquid composed of a solvent such as ethanol or water can be applied.

以下、本実施形態の立体物を製造する方法について説明する。図２に示すように、最大強度方向設定工程では、製造される立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向が設定される（Ｓ１０１）。図３に示すように、例えば、細長い円柱状の立体物Ｓが製造される場合には、円柱の底面に垂直であり、側面に平行な最大強度方向Ｄを設定することができる。   Hereinafter, a method for producing the three-dimensional object of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 2, in the maximum strength direction setting step, the maximum strength direction that maximizes the compressive strength of the three-dimensional object to be manufactured is set (S101). As shown in FIG. 3, for example, when an elongated cylindrical solid object S is manufactured, a maximum intensity direction D that is perpendicular to the bottom surface of the cylinder and parallel to the side surface can be set.

図２に示すように、軸方向選択工程では、３Ｄプリンタ１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のピッチのいずれかの中で、最も小さいピッチを有する軸方向が選択される（Ｓ１０２）。   As shown in FIG. 2, in the axial direction selection step, the axial direction having the smallest pitch among the pitches in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction of the 3D printer 10 is selected (S102). ).

図４に示すように、３Ｄプリンタ１０のプリンタヘッド１１のステージ１３に対向する面には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿って複数のノズル１１ｎが配列されている。Ｘ軸方向のピッチｐｘとは、Ｘ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｘ軸方向位置ｘ１及び第２Ｘ軸方向位置ｘ２のそれぞれにプリンタヘッド１１が結合材を供給可能な第１Ｘ軸方向位置ｘ１と第２Ｘ軸方向位置ｘ２との最小距離であり、プリンタヘッド１１のＸ軸方向に沿って互いに隣接するノズル１１ｎの間の距離である。 As illustrated in FIG. 4, a plurality of nozzles 11 n are arranged on the surface of the 3D printer 10 that faces the stage 13 of the printer head 11 along the X-axis direction and the Y-axis direction. The pitch px in the X-axis direction, the 1X axis the 1X axis direction position x 1 and the printer head 11 in each of the 2X axis direction position x 2 is capable of supplying binder are separated from each other along the X-axis direction position x 1 and the minimum distance between the first 2X axial position x 2, along the X-axis direction of the printer head 11 is the distance between adjacent nozzles 11n each other.

Ｙ軸方向のピッチｐｙとは、Ｙ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｙ軸方向位置ｙ１及び第２Ｙ軸方向位置ｙ２のそれぞれにプリンタヘッド１１が結合材を供給可能な第１Ｙ軸方向位置ｙ１と第２Ｙ軸方向位置ｙ２との最小距離であり、プリンタヘッド１１のｙ軸方向に沿って互いに隣接するノズル１１ｎの間の距離である。Ｘ軸方向のピッチｐｘ及びＹ軸方向のピッチｐｙは、プリンタヘッド１１のノズル１１ｎの配列によって決定される。 The pitch py in the Y-axis direction is the first Y-axis direction in which the printer head 11 can supply the binding material to each of the first Y-axis direction position y 1 and the second Y-axis direction position y 2 that are separated from each other along the Y-axis direction. the minimum distance of the position y 1 and the second 2Y axis direction position y 2, along the y-axis direction of the printer head 11 is the distance between the nozzles 11n adjacent to each other. The pitch px in the X-axis direction and the pitch py in the Y-axis direction are determined by the arrangement of the nozzles 11n of the printer head 11.

図５に示すように、ステージ１３上の平面に沿って配置された粉末材料ＰＭが結合材を供給されて固化させられた後に、ステージ１３はＺ軸方向に沿って任意のピッチｐｚだけ下降させられる。固化させられた粉末材料ＰＭに重ねて、粉末材料供給基盤１４からリコータ１５により、固化させられた粉末材料ＰＭの表面からＺ軸方向に沿って離隔し且つ固化させられた粉末材料ＰＭの表面に平行な次の平面に沿って、追加の粉末材料ＰＭが配置される。次の平面に沿って配置された追加の粉末材料ＰＭにプリンタヘッド１１から結合材が供給され、追加の粉末材料ＰＭが固化させられる。このように、Ｚ軸方向のピッチｐｚとは、３Ｄプリンタ１０が粉末材料ＰＭを配置し且つ固化させるためのＺ軸方向に沿って互いに隣接しつつ離隔した２つの平面の間の距離である。Ｚ軸方向のピッチｐｚは、３Ｄプリンタ１０のステージ１３の動作の精度、３Ｄプリンタ１０のステージ１３の動作の設定、粉末材料ＰＭの粒径、及び結合材の材質によって決定される。   As shown in FIG. 5, after the powder material PM arranged along the plane on the stage 13 is supplied with a binder and solidified, the stage 13 is lowered by an arbitrary pitch pz along the Z-axis direction. It is done. Overlaid on the solidified powder material PM, the powder material supply base 14 separates the surface of the solidified powder material PM from the surface of the solidified powder material PM along the Z-axis direction and solidifies on the surface of the solidified powder material PM. An additional powder material PM is placed along the next parallel plane. The bonding material is supplied from the printer head 11 to the additional powder material PM arranged along the next plane, and the additional powder material PM is solidified. Thus, the pitch pz in the Z-axis direction is a distance between two planes that are adjacent to each other along the Z-axis direction for the 3D printer 10 to arrange and solidify the powder material PM. The pitch pz in the Z-axis direction is determined by the accuracy of the operation of the stage 13 of the 3D printer 10, the setting of the operation of the stage 13 of the 3D printer 10, the particle size of the powder material PM, and the material of the binder.

図６に示すように、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致するように製造される円柱状の立体物Ｓｘは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に平行な平面において、Ｘ軸方向に同じ長さの辺を有し、Ｙ軸方向に異なる長さの辺を有する長方形の層が、Ｚ軸方向に積層されることにより製造される。Ｙ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致するように製造される円柱状の立体物Ｓｙは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に平行な平面において、Ｘ軸方向に異なる長さの辺を有し、Ｙ軸方向に同じ長さの辺を有する長方形の層が、Ｚ軸方向に積層されることにより製造される。Ｙ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致するように製造される円柱状の立体物Ｓｚは、Ｘ軸方向とＹ軸方向に平行な平面において、同じ直径を有する円形の層が、Ｚ軸方向に積層されることにより製造される。   As shown in FIG. 6, the cylindrical three-dimensional object Sx manufactured so that the X-axis direction and the maximum intensity direction D coincide with each other is the same in the X-axis direction on a plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction. A rectangular layer having length sides and different length sides in the Y-axis direction is manufactured by laminating in the Z-axis direction. The cylindrical three-dimensional object Sy manufactured so that the Y-axis direction and the maximum intensity direction D coincide with each other has sides with different lengths in the X-axis direction on a plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction. A rectangular layer having sides of the same length in the Y-axis direction is manufactured by being stacked in the Z-axis direction. The cylindrical three-dimensional object Sz manufactured so that the Y-axis direction and the maximum intensity direction D coincide with each other has a circular layer having the same diameter in a plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction. It is manufactured by being laminated.

以下の例では、３Ｄプリンタ１０において、Ｘ軸方向のピッチｐｘ、Ｙ軸方向のピッチｐｙ及びＺ軸方向のピッチｐｚのいずれかの中で、Ｘ軸方向のピッチｐｘが最も小さく、軸方向選択工程でＸ軸方向が選択されたと仮定し、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致するように円柱状の立体物Ｓｘを製造する場合を想定する。   In the following example, in the 3D printer 10, the pitch px in the X axis direction is the smallest among the pitch px in the X axis direction, the pitch py in the Y axis direction, and the pitch pz in the Z axis direction. It is assumed that the X-axis direction is selected in the process, and a case where the cylindrical solid object Sx is manufactured so that the X-axis direction and the maximum intensity direction D coincide with each other is assumed.

図２に示すように、第１材料配置工程では、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な第１平面に沿って粉末材料ＰＭが配置される（Ｓ１０３）。図７（Ａ）に示すように、粉末材料供給基盤１４上には粉末材料ＰＭが積載されている。図７（Ｂ）に示すように、リコータ１５が粉末材料供給基盤１４上の粉末材料ＰＭをステージ１３の側に押し出すことにより、ステージ１３上において、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な第１平面Ｐ１に沿って一層分の粉末材料ＰＭが配置される。   As shown in FIG. 2, in the first material arrangement step, the powder material PM is arranged along a first plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other (S103). As shown in FIG. 7A, the powder material PM is loaded on the powder material supply base 14. As shown in FIG. 7B, the recoater 15 pushes the powder material PM on the powder material supply base 14 toward the stage 13, so that it is parallel to the X axis direction and the Y axis direction orthogonal to each other on the stage 13. One layer of the powder material PM is arranged along the first plane P1.

図２及び図７（Ｃ）に示すように、第１結合材供給工程では、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向Ｄとが一致して立体物Ｓが製造されるように、プリンタヘッド１１により、第１材料配置工程で第１平面Ｐ１に沿って配置された粉末材料ＰＭのＸ軸方向及び前記Ｙ軸方向の任意の位置に結合材Ｂを供給することにより、第１平面Ｐ１に沿って配置された粉末材料ＰＭが固化させられる（Ｓ１０４）。この例では、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致して円柱状の立体物Ｓｘが製造されるように、粉末材料ＰＭに結合材Ｂが供給される。   As shown in FIGS. 2 and 7C, in the first binder supply process, the axial direction selected in the axial direction selection process and the maximum strength direction D set in the maximum strength direction setting process match. In order to manufacture the three-dimensional object S, the printer head 11 is coupled to any position in the X-axis direction and the Y-axis direction of the powder material PM arranged along the first plane P1 in the first material arranging step. By supplying the material B, the powder material PM arranged along the first plane P1 is solidified (S104). In this example, the binder B is supplied to the powder material PM so that the X-axis direction and the maximum intensity direction D coincide with each other so that a cylindrical solid object Sx is manufactured.

図２に示すように、第２材料配置工程では、第１結合材供給工程により固化させられた粉末材料ＰＭに重ねて、第１平面Ｐ１からＸ軸方向及び前記Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に沿ってＺ軸方向のピッチｐｚだけ離隔し且つ第１平面Ｐ１に平行な第２平面に沿って追加の粉末材料ＰＭが配置される（Ｓ１０５）。図７（Ｄ）に示すように、ステージ１３がピッチｐｚだけＺ軸方向に沿って下降させられる。図７（Ｅ）に示すように、リコータ１５が粉末材料供給基盤１４上の粉末材料ＰＭをステージ１３の側に押し出すことにより、ステージ１３上において、第１平面Ｐ１からＸ軸方向及び前記Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に沿ってＺ軸方向のピッチｐｚだけ離隔し且つ第１平面Ｐ１に平行な第２平面Ｐに沿って一層分の追加の粉末材料ＰＭが配置される。   As shown in FIG. 2, in the second material arranging step, the Z axis perpendicular to the X axis direction and the Y axis direction from the first plane P <b> 1 is superimposed on the powder material PM solidified by the first binder supply step. The additional powder material PM is arranged along the second plane that is spaced apart by the pitch pz in the Z-axis direction along the direction and parallel to the first plane P1 (S105). As shown in FIG. 7D, the stage 13 is lowered along the Z-axis direction by the pitch pz. As shown in FIG. 7E, the recoater 15 pushes the powder material PM on the powder material supply base 14 toward the stage 13, so that the X axis direction and the Y axis from the first plane P 1 on the stage 13. A layer of additional powder material PM is disposed along a second plane P that is spaced apart by a pitch pz in the Z-axis direction along the Z-axis direction orthogonal to the direction and parallel to the first plane P1.

図２及び図７（Ｆ）に示すように、第２結合材供給工程では、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向Ｄとが一致して立体物Ｓが製造されるように、プリンタヘッド１１により、第２材料配置工程で第２平面Ｐ２に沿って配置された追加の粉末材料ＰＭに結合材Ｂを供給することにより、第２平面Ｐ２に沿って配置された追加の粉末材料ＰＭが固化させられる（Ｓ１０６）。この例では、上述したように、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致して円柱状の立体物Ｓｘが製造されるように、粉末材料ＰＭに結合材Ｂが供給される。   As shown in FIG. 2 and FIG. 7 (F), in the second binding material supply step, the axial direction selected in the axial direction selection step matches the maximum strength direction D set in the maximum strength direction setting step. By supplying the binder B to the additional powder material PM arranged along the second plane P2 in the second material arranging step by the printer head 11 so that the three-dimensional object S is manufactured in the second plane, The additional powder material PM arranged along P2 is solidified (S106). In this example, as described above, the binder B is supplied to the powder material PM so that the columnar three-dimensional object Sx is manufactured with the X-axis direction and the maximum intensity direction D coincident.

図２に示すように、３Ｄプリンタ１０により、変数ｋとして３＝ｋが設定される（Ｓ１０７）。３Ｄプリンタ１０により、立体物Ｓｘを製造するために粉末材料ＰＭを固化させた層を積層する回数ｎよりも、変数ｋが大きいか否かが判定される（Ｓ１０８）。上述した第２材料配置工程と同様の第ｋ材料配置工程と（Ｓ１０９）、上述した第２結合材供給工程と同様の第ｋ結合材供給工程とが行われる（Ｓ１１０）。第ｋ結合材供給工程が終了すると、変数ｋに１が加算され（Ｓ１１１）、再度、回数ｎよりも、変数ｋが大きいか否かが判定される（Ｓ１０８）。変数ｋが回数ｎを超えるまで、上述した第２材料配置工程と同様の第ｋ材料配置工程と、上述した第２結合材供給工程と同様の第ｋ結合材供給工程とが繰り返される（Ｓ１０８，Ｓ１０９，Ｓ１１０，Ｓ１１１）。図２及び図７（Ｇ）に示すように、第ｎ材料配置工程と第ｎ結合材供給工程が行われ、変数ｋが回数ｎを超えると、３Ｄプリンタ１０は処理を終了し、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致した円柱状の立体物Ｓｘが製造される（Ｓ１０８）。   As shown in FIG. 2, 3 = k is set as the variable k by the 3D printer 10 (S107). It is determined by the 3D printer 10 whether or not the variable k is larger than the number n of times of stacking the layers obtained by solidifying the powder material PM in order to manufacture the three-dimensional object Sx (S108). A k-th material arrangement step similar to the second material arrangement step described above (S109) and a k-th binder supply step similar to the second binder supply step described above are performed (S110). When the k-th binder supply process ends, 1 is added to the variable k (S111), and it is determined again whether the variable k is larger than the number of times n (S108). Until the variable k exceeds the number n, the k-th material placement step similar to the second material placement step described above and the k-th binder supply step similar to the second binder supply step described above are repeated (S108, S109, S110, S111). As shown in FIG. 2 and FIG. 7G, when the n-th material arrangement step and the n-th binder supply step are performed and the variable k exceeds the number n, the 3D printer 10 ends the process and the X-axis direction And a cylindrical solid object Sx in which the maximum intensity direction D coincides with each other (S108).

結合材噴射法において、粉末材料ＰＭに酸化アルミニウム等の無機材料を適用する場合には、無機材料の焼結に高温が必要である。このため、無機粉末の粉末材料ＰＭを結合材Ｂで所望の形状に固めたグリーン体とし、グリーン体を改めて電気炉等で焼結させる手法が多く用いられている。３Ｄプリンタ１０は、無機粉末の粉末材料ＰＭを結合材Ｂで固めたグリーン体を製造するために使用される。この場合、グリーン体を３Ｄプリンタ１０から取りだし、焼結のために焼結炉に配置する必要があるが、一般的にグリーン体は焼結体よりも強度が低く、その取扱いには注意が必要である。そのため、３Ｄプリンタ１０により製造された立体物Ｓのグリーン体の強度は高いことが求められる。   In the binder injection method, when an inorganic material such as aluminum oxide is applied to the powder material PM, a high temperature is required for sintering the inorganic material. For this reason, a method is often used in which a powdery material PM of inorganic powder is made into a green body solidified to a desired shape with the binder B, and the green body is again sintered in an electric furnace or the like. The 3D printer 10 is used to manufacture a green body in which an inorganic powder material PM is hardened with a binder B. In this case, it is necessary to take out the green body from the 3D printer 10 and place it in a sintering furnace for sintering. However, the green body is generally lower in strength than the sintered body, and care must be taken when handling it. It is. Therefore, the strength of the green body of the three-dimensional object S manufactured by the 3D printer 10 is required to be high.

なお、粉末材料ＰＭに無機材料を適用する場合において、粉末材料ＰＭに石膏を適用する場合には、結合材Ｂは水であり、石膏の水硬性によって粉末材料ＰＭは固化するため、焼成の必要はない。しかし、固化後の石膏の強度は必ずしも十分ではなく、この場合も製造される立体物の強度が高い方が望ましい。   In addition, in the case of applying an inorganic material to the powder material PM, when applying gypsum to the powder material PM, the binder B is water, and the powder material PM is solidified due to the hydraulic property of the gypsum, and therefore needs to be fired. There is no. However, the strength of gypsum after solidification is not always sufficient, and in this case as well, it is desirable that the strength of the three-dimensional object to be produced is high.

そこで、本実施形態では、結合材噴射法において、３Ｄプリンタ１０のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の異方性を考慮しつつ、立体物Ｓを製造する。３Ｄプリンタ１０により製造された立体物Ｓは、固化させられた粉末材料ＰＭの層がＺ軸方向に積み重なった構造になっている。そのため、３Ｄプリンタ１０により製造された立体物Ｓは、Ｚ軸方向において最も強い圧縮強度を有することが予想される。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に力が加えられた場合には、固化させられた粉末材料ＰＭの層が積層された面に沿って力が加えられるため、そこから、亀裂又は破砕が発生することが予想される。   Therefore, in the present embodiment, the three-dimensional object S is manufactured in consideration of the anisotropy in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction of the 3D printer 10 in the binder injection method. The three-dimensional object S manufactured by the 3D printer 10 has a structure in which solidified powder material PM layers are stacked in the Z-axis direction. Therefore, the three-dimensional object S manufactured by the 3D printer 10 is expected to have the strongest compressive strength in the Z-axis direction. When a force is applied in the X-axis direction and the Y-axis direction, the force is applied along the surface on which the layer of the solidified powder material PM is laminated. Is expected.

しかしながら、３Ｄプリンタ１０のプリンタヘッド１１のノズル１１ｎの配置は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に必ずしも等方的ではない。これはノズル１１ｎの物理的なサイズの制限や、３Ｄプリンタ１０の設計等によるものである。このため、Ｘ軸方向のピッチｐｘとＹ軸方向のピッチｐｙとが異なることがある。また、Ｚ軸方向においても、積層される粉末材料の厚み等により、Ｚ軸方向のピッチｐｚと、Ｘ軸方向のピッチｐｘ又はＹ軸方向のピッチｐｙとが異なることがある。   However, the arrangement of the nozzles 11n of the printer head 11 of the 3D printer 10 is not necessarily isotropic in the X-axis direction and the Y-axis direction. This is due to the limitation of the physical size of the nozzle 11n, the design of the 3D printer 10, and the like. For this reason, the pitch px in the X-axis direction may differ from the pitch py in the Y-axis direction. Also in the Z-axis direction, the pitch pz in the Z-axis direction and the pitch px in the X-axis direction or the pitch py in the Y-axis direction may differ depending on the thickness of the powder material to be laminated.

３Ｄプリンタ１０においては、緻密且つ高強度の立体物を製造するため、結合材Ｂはノズル１１ｎから滴下された位置だけではなく、その周辺まで浸み込み、隣接したノズル１１ｎのすき間の部分も固化するように設計されている。例えば、プリンタヘッド１１の全てのノズル１１ｎから結合材Ｂを滴下した場合、結合材Ｂの浸み込みにより全ての粉末材料ＰＭが均一に固化するように設計されている。しかしながら、そのような条件においても、ピッチｐｘ，ｐｙ，ｐｚに起因するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の異方性が、立体物の強度に影響することを発明者は見出し、本実施形態の方法を提案した。   In the 3D printer 10, in order to produce a dense and high-strength three-dimensional object, the bonding material B penetrates not only to the position where it is dropped from the nozzle 11n, but also to the periphery thereof, and the gap between adjacent nozzles 11n is solidified. Designed to be. For example, when the binder B is dropped from all the nozzles 11n of the printer head 11, all the powder materials PM are designed to be uniformly solidified by the penetration of the binder B. However, the inventors have found that even under such conditions, the anisotropy in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction due to the pitches px, py, and pz affects the strength of the three-dimensional object. The method of the embodiment was proposed.

発明者は、立体物Ｓのハンドリング時に破壊、破損の原因となることが多い圧縮破壊を減らすため、軸方向の異方性との相関を調査した。その結果、固化した層が積層するＺ軸方向が圧縮に強いという予想を覆し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれかの中で、ピッチｐｘ，ｐｙ，ｐｚが最も小さい軸方向が、圧縮強度が高いという結果を得て本実施形態の方法に至った。   The inventor investigated the correlation with the anisotropy in the axial direction in order to reduce the compression fracture that often causes breakage and breakage during the handling of the three-dimensional object S. As a result, it reverses the expectation that the Z-axis direction in which the solidified layer is stacked is strong against compression, and the axial direction with the smallest pitch px, py, pz among any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. However, the result of the high compressive strength was obtained and the method of this embodiment was reached.

本実施形態によれば、最大強度方向設定工程（Ｓ１０１）により、製造される立体物Ｓにおける圧縮強度が最大となる最大強度方向Ｄが設定される。軸方向選択行程（Ｓ１０２）で、最も小さいピッチを有するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれかの軸方向が選択される。第１結合材供給行程（Ｓ１０４）及び第２結合材供給行程（Ｓ１０６）では、軸方向選択工程（Ｓ１０２）で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程（Ｓ１０１）で設定された最大強度方向Ｄとが一致して立体物Ｓが製造されるように、３Ｄプリンタ１０のプリンタヘッド１１により、粉末材料ＰＭに結合材Ｂを供給することにより、粉末材料ＰＭが固化させられる。これにより、最大強度方向Ｄと最も小さいピッチを有する軸方向とが一致するため、３Ｄプリンタ１０を用いて、強度を向上させた立体物Ｓを製造することができる。   According to the present embodiment, the maximum strength direction D that maximizes the compressive strength in the three-dimensional object S to be manufactured is set by the maximum strength direction setting step (S101). In the axial direction selection step (S102), any one of the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction having the smallest pitch is selected. In the first binding material supply step (S104) and the second binding material supply step (S106), the axial direction selected in the axial direction selection step (S102) and the maximum strength set in the maximum strength direction setting step (S101). The powder material PM is solidified by supplying the binder B to the powder material PM by the printer head 11 of the 3D printer 10 so that the three-dimensional object S is manufactured in alignment with the direction D. Thereby, since the maximum intensity direction D and the axial direction having the smallest pitch coincide with each other, the three-dimensional object S with improved strength can be manufactured using the 3D printer 10.

［第２実施形態］
まず、本実施形態で用いられる３Ｄプリンタについて説明する。図８に示される３Ｄプリンタ２０は、材料噴射法（インクジェット法、マテリアルジェット法、material jetting）により、立体物を製造する。図８及び以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、３次元空間の直交座標系における互いに直交する軸方向である。３Ｄプリンタ２０は、プリンタヘッド２１、ガイドレール２２及びステージ２３を備えている。プリンタヘッド２１は、ステージ２３側に液体材料を供給する。プリンタヘッド２１は、ステージ２３側に供給された液体材料を固化させるための紫外線、レーザ等を照射するための光源を備えていてもよい。ガイドレール２２は、プリンタヘッド２１を支持し、ステージ２３上のＸ軸方向及びＹ軸方向の平面においてプリンタヘッド２１を移動させる。ステージ２３は、立体物Ｓを製造するために、プリンタヘッド２１から供給され、固化した液体材料を支持する。 [Second Embodiment]
First, the 3D printer used in this embodiment will be described. The 3D printer 20 shown in FIG. 8 manufactures a three-dimensional object by a material jetting method (inkjet method, material jetting, material jetting). In FIG. 8 and the following description, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are axial directions orthogonal to each other in the orthogonal coordinate system of the three-dimensional space. The 3D printer 20 includes a printer head 21, a guide rail 22, and a stage 23. The printer head 21 supplies a liquid material to the stage 23 side. The printer head 21 may include a light source for irradiating ultraviolet light, laser, or the like for solidifying the liquid material supplied to the stage 23 side. The guide rail 22 supports the printer head 21 and moves the printer head 21 on the plane in the X axis direction and the Y axis direction on the stage 23. In order to manufacture the three-dimensional object S, the stage 23 supports the liquid material supplied from the printer head 21 and solidified.

３Ｄプリンタ２０のプリンタヘッド２１により、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行なステージ２３上の平面におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に液体材料を供給することにより、３Ｄプリンタ２０は液体材料を固化させる。プリンタヘッド２１は、ステージ２３上に液体材料を供給しつつ、紫外線、レーザ等を照射して、液体材料を固化させてもよい。   By supplying a liquid material to an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction on a plane on the stage 23 parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other by the printer head 21 of the 3D printer 20, the 3D printer 20 solidifies the liquid material. The printer head 21 may solidify the liquid material by supplying the liquid material onto the stage 23 and irradiating ultraviolet rays, a laser, or the like.

次に、３Ｄプリンタ２０のステージ２３が任意のピッチだけＺ軸方向に沿って下降させられ、３Ｄプリンタ２０のプリンタヘッド２１により、固化させられた液体材料に重ねて、固化させられた液体材料Ｌの表面からＸ軸方向及びＹ軸方向に直交するＺ軸方向に沿って離隔し且つ固化させられた液体材料Ｌの表面に平行な次の平面におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に追加の液体材料を供給することにより、３Ｄプリンタ２０は追加の液体材料を固化させる。以上のように、ステージ２３上において、液体材料の供給及び液体材料の固化を繰り返すことにより、３Ｄプリンタ２０は立体物を製造する。   Next, the stage 23 of the 3D printer 20 is lowered along the Z-axis direction by an arbitrary pitch, and the solidified liquid material L is superimposed on the solidified liquid material by the printer head 21 of the 3D printer 20. At an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction on the next plane separated from the surface of the liquid crystal along the Z-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction and parallel to the surface of the solidified liquid material L By supplying the additional liquid material, the 3D printer 20 solidifies the additional liquid material. As described above, the 3D printer 20 manufactures a three-dimensional object by repeatedly supplying the liquid material and solidifying the liquid material on the stage 23.

液体材料としては、例えば、プリンタヘッド２１からステージ２３側に供給されてから短時間で硬化する樹脂等を適用することができる。また、液体材料としては、例えば、紫外線やレーザ等により硬化する光硬化性樹脂を適用することができる。   As the liquid material, for example, a resin that is cured in a short time after being supplied from the printer head 21 to the stage 23 can be used. In addition, as the liquid material, for example, a photocurable resin that is cured by ultraviolet rays, a laser, or the like can be used.

以下、本実施形態の立体物を製造する方法について説明する。図９に示すように、最大強度方向設定工程では、上記第１実施形態の最大強度方向設定工程と同様に、製造される立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向が設定される（Ｓ２０１）。軸方向選択工程では、上記第１実施形態の軸方向選択工程と同様に、３Ｄプリンタ２０のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のピッチのいずれかの中で、最も小さいピッチを有する軸方向が選択される（Ｓ２０２）。   Hereinafter, a method for producing the three-dimensional object of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 9, in the maximum strength direction setting step, as in the maximum strength direction setting step of the first embodiment, the maximum strength direction that maximizes the compressive strength in the three-dimensional object to be manufactured is set (S201). ). In the axial direction selection step, as in the axial direction selection step of the first embodiment, the axis having the smallest pitch among the pitches in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction of the 3D printer 20. A direction is selected (S202).

３Ｄプリンタ２０において、Ｘ軸方向のピッチｐｘ及びＹ軸方向のピッチｐｙは、上記第１実施形態の３Ｄプリンタ１０と同様である。したがって、Ｘ軸方向のピッチｐｘ及びＹ軸方向のピッチｐｙは、プリンタヘッド２１のノズルの配列によって決定される。   In the 3D printer 20, the pitch px in the X-axis direction and the pitch py in the Y-axis direction are the same as those in the 3D printer 10 of the first embodiment. Therefore, the pitch px in the X-axis direction and the pitch py in the Y-axis direction are determined by the nozzle arrangement of the printer head 21.

図１０に示すように、ステージ２３上の平面に沿って液体材料が供給されて固化させられた後に、ステージ２３はＺ軸方向に沿って任意のピッチｐｚだけ下降させられる。固化させられた液体材料に重ねて、次の平面に沿ってプリンタヘッド２１から追加の液体材料が供給され、追加の液体材料が固化させられる。このように、Ｚ軸方向のピッチｐｚとは、３Ｄプリンタ２０が液体材料を供給し且つ固化させるためのＺ軸方向に沿って互いに隣接しつつ離隔した２つの平面の間の距離である。Ｚ軸方向のピッチｐｚは、３Ｄプリンタ２０のステージ２３の動作の精度、３Ｄプリンタ２０のステージ２３の動作の設定、液体材料の材質によって決定される。   As shown in FIG. 10, after the liquid material is supplied and solidified along the plane on the stage 23, the stage 23 is lowered by an arbitrary pitch pz along the Z-axis direction. Over the solidified liquid material, additional liquid material is supplied from the printer head 21 along the next plane, and the additional liquid material is solidified. Thus, the pitch pz in the Z-axis direction is a distance between two planes that are adjacent to each other along the Z-axis direction for the 3D printer 20 to supply and solidify the liquid material. The pitch pz in the Z-axis direction is determined by the accuracy of the operation of the stage 23 of the 3D printer 20 and the setting of the operation of the stage 23 of the 3D printer 20 and the material of the liquid material.

以下の例では、３Ｄプリンタ２０において、Ｘ軸方向のピッチｐｘ、Ｙ軸方向のピッチｐｙ及びＺ軸方向のピッチｐｚのいずれかの中で、Ｘ軸方向のピッチｐｘが最も小さく、軸方向選択工程でＸ軸方向が選択されたと仮定し、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致するように円柱状の立体物Ｓｘを製造する場合を想定する。   In the following example, in the 3D printer 20, the pitch px in the X axis direction is the smallest among the pitch px in the X axis direction, the pitch py in the Y axis direction, and the pitch pz in the Z axis direction. It is assumed that the X-axis direction is selected in the process, and a case where the cylindrical solid object Sx is manufactured so that the X-axis direction and the maximum intensity direction D coincide with each other is assumed.

図９及び図１１（Ａ）に示すように、第１液体材料供給工程では、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向Ｄとが一致して立体物Ｓが製造されるように、プリンタヘッド２１により、第１平面Ｐ１のＸ軸方向及びＹ軸方向の任意の位置に液体材料Ｌを供給することにより、第１平面Ｐ１に供給された液体材料Ｌが固化させられる（Ｓ１０３）。この例では、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致して円柱状の立体物Ｓｘが製造されるように、液体材料Ｌが供給される。   As shown in FIGS. 9 and 11A, in the first liquid material supply step, the axial direction selected in the axial direction selection step matches the maximum strength direction D set in the maximum strength direction setting step. The liquid material L is supplied to the first plane P1 by supplying the liquid material L to an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction of the first plane P1 by the printer head 21 so that the three-dimensional object S is manufactured. The liquid material L is solidified (S103). In this example, the liquid material L is supplied so that the X-axis direction and the maximum intensity direction D coincide with each other so that a cylindrical solid object Sx is manufactured.

図１１（Ｂ）に示すように、ステージ２３がピッチｐｚだけＺ軸方向に沿って下降させられる。図９及び図１１（Ｃ）に示すように、第２液体材料供給工程では、軸方向選択工程で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程で設定された最大強度方向Ｄとが一致して立体物Ｓが製造されるように、第１液体材料供給工程により固化させられた液体材料Ｌに重ねて、プリンタヘッド２１により、第２平面Ｐ２に追加の液体材料Ｌを供給することにより、第２平面Ｐ２に供給された追加の液体材料Ｌが固化させられる（Ｓ２０４）。この例では、上述したように、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致して円柱状の立体物Ｓｘが製造されるように、液体材料Ｌが供給される。   As shown in FIG. 11B, the stage 23 is lowered along the Z-axis direction by the pitch pz. As shown in FIGS. 9 and 11C, in the second liquid material supply step, the axial direction selected in the axial direction selection step matches the maximum strength direction D set in the maximum strength direction setting step. In order to manufacture the three-dimensional object S, the additional liquid material L is supplied to the second plane P2 by the printer head 21 over the liquid material L solidified by the first liquid material supply process. The additional liquid material L supplied to the second plane P2 is solidified (S204). In this example, as described above, the liquid material L is supplied so that the columnar three-dimensional object Sx is manufactured by matching the X-axis direction and the maximum intensity direction D.

図９に示すように、３Ｄプリンタ２０により、変数ｋとして３＝ｋが設定される（Ｓ２０５）。３Ｄプリンタ２０により、立体物Ｓｘを製造するために液体材料Ｌを固化させた層を積層する回数ｎよりも、変数ｋが大きいか否かが判定される（Ｓ２０６）。上述した第２液体材料供給工程と同様の第ｋ液体材料供給が行われる（Ｓ２０７）。第ｋ液体材料供給工程が終了すると、変数ｋに１が加算され（Ｓ２０８）、再度、回数ｎよりも、変数ｋが大きいか否かが判定される（Ｓ２０６）。変数ｋが回数ｎを超えるまで、上述した第２液体材料供給工程と同様の第ｋ液体材料供給工程が繰り返される（Ｓ２０６，Ｓ２０７，Ｓ２０８）。図９及び図１１（Ｄ）に示すように、第ｎ液体材料供給工程が行われ、変数ｋが回数ｎを超えると、３Ｄプリンタ２０は処理を終了し、Ｘ軸方向と最大強度方向Ｄとが一致した円柱状の立体物Ｓｘが製造される（Ｓ２０６）。   As shown in FIG. 9, the 3D printer 20 sets 3 = k as the variable k (S205). The 3D printer 20 determines whether or not the variable k is larger than the number n of times of stacking the layers obtained by solidifying the liquid material L in order to manufacture the three-dimensional object Sx (S206). The same k-th liquid material supply as that in the second liquid material supply process described above is performed (S207). When the k-th liquid material supply process is completed, 1 is added to the variable k (S208), and it is determined again whether the variable k is larger than the number of times n (S206). The k-th liquid material supply process similar to the second liquid material supply process described above is repeated until the variable k exceeds the number n (S206, S207, S208). As shown in FIGS. 9 and 11D, when the n-th liquid material supply step is performed and the variable k exceeds the number n, the 3D printer 20 ends the process, and the X-axis direction and the maximum intensity direction D A cylindrical three-dimensional object Sx with the same is manufactured (S206).

本実施形態によれば、最大強度方向設定工程（Ｓ２０１）により、製造される立体物Ｓにおける圧縮強度が最大となる最大強度方向Ｄが設定される。軸方向選択行程（Ｓ２０２）で、最も小さいピッチを有するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれかの軸方向が選択される。第１液体材料供給行程（Ｓ２０３）及び第２液体材料供給行程（Ｓ２０４）では、軸方向選択工程（Ｓ２０２）で選択された軸方向と、最大強度方向設定工程（Ｓ２０１）で設定された最大強度方向Ｄとが一致して立体物Ｓが製造されるように、３Ｄプリンタ２０のプリンタヘッド２１により、液体材料Ｌを供給することにより、液体材料Ｌが固化させられる。これにより、最大強度方向Ｄと最も小さいピッチを有する軸方向とが一致するため、３Ｄプリンタ２０を用いて、強度を向上させた立体物を製造することができる。   According to the present embodiment, the maximum strength direction D that maximizes the compressive strength of the three-dimensional object S to be manufactured is set by the maximum strength direction setting step (S201). In the axial direction selection process (S202), any one of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction having the smallest pitch is selected. In the first liquid material supply step (S203) and the second liquid material supply step (S204), the axial direction selected in the axial direction selection step (S202) and the maximum strength set in the maximum strength direction setting step (S201). The liquid material L is solidified by supplying the liquid material L by the printer head 21 of the 3D printer 20 so that the three-dimensional object S is manufactured in alignment with the direction D. Thereby, since the maximum intensity direction D and the axial direction having the smallest pitch coincide, a three-dimensional object with improved strength can be manufactured using the 3D printer 20.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。例えば、上述した粉末材料ＰＭ、結合材Ｂ及び液体材料Ｌは、適宜、変更されてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment. For example, the powder material PM, the binder B, and the liquid material L described above may be changed as appropriate.

以下、本発明を実験例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実験例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples, but the present invention is not limited to these experimental examples.

（実施例１）
図１に示すような３Ｄプリンタ１０を用いて、３ＤプリンタのＸ軸方向のピッチｐｘは５６．４［μｍ］であり、Ｙ軸方向のピッチｐｙは８４．７［μｍ］であり、Ｚ軸方向のピッチｐｚは１００［μｍ］である。図１６に示すように、粉末材料ＰＭは石膏であり、結合材Ｂは水である。製造される立体物Ｓは、底面の直径が５［ｍｍ］であり、高さが１０［ｍｍ］の円柱状である。 Example 1
Using the 3D printer 10 as shown in FIG. 1, the pitch px in the X-axis direction of the 3D printer is 56.4 [μm], the pitch py in the Y-axis direction is 84.7 [μm], and the Z-axis The direction pitch pz is 100 [μm]. As shown in FIG. 16, the powder material PM is gypsum, and the binder B is water. The three-dimensional object S to be manufactured has a columnar shape with a bottom diameter of 5 [mm] and a height of 10 [mm].

図６に示すように、Ｘ軸方向と立体物Ｓの円柱形状の底面に垂直な方向とが一致するように製造された立体物Ｓｘ、Ｙ軸方向と立体物Ｓの円柱形状の底面に垂直な方向とが一致するように製造された立体物Ｓｙ、及びＺ軸方向と立体物Ｓの円柱形状の底面に垂直な方向とが一致するように製造された立体物Ｓｚが製造された。   As shown in FIG. 6, the three-dimensional object Sx manufactured so that the X-axis direction and the direction perpendicular to the cylindrical bottom surface of the three-dimensional object S coincide, and the Y-axis direction is perpendicular to the cylindrical bottom surface of the three-dimensional object S. The three-dimensional object Sy manufactured so that the direction of the three-dimensional object coincides, and the three-dimensional object Sz manufactured such that the Z-axis direction matches the direction perpendicular to the cylindrical bottom surface of the three-dimensional object S.

なお、３Ｄプリンタ１０のプリンタヘッド１１は、Ｘ軸方向の１回の走査でＹ軸方向に５０［ｍｍ］程度に亘って成形できるため、Ｙ軸方向に分割することなく、１回の走査でＹ軸方向にも必要な寸法の成形が可能であった。立体物Ｓｘ及び立体物Ｓｙの製造においては、Ｚ軸方向に５０回の積層が行われた。立体物Ｓｚの製造においては、Ｚ軸方向に１００回の積層が行われた。   The printer head 11 of the 3D printer 10 can be molded over about 50 [mm] in the Y-axis direction by a single scan in the X-axis direction. Molding with the required dimensions was also possible in the Y-axis direction. In the manufacture of the three-dimensional object Sx and the three-dimensional object Sy, stacking was performed 50 times in the Z-axis direction. In the manufacture of the three-dimensional object Sz, the stacking was performed 100 times in the Z-axis direction.

製造された立体物Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚについて造形誤差が測定された。図１２に示すように、立体物Ｓｘ及び立体物Ｓｚについては、造形誤差が＋０．０８［ｍｍ］程度であった。立体物Ｓｙについては、造形誤差が−０．２３［ｍｍ］程度であった。製造された立体物Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚについて密度が測定された。図１３に菱形プロットで示すように、立体物Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚの密度については、互いにほとんど差異がなかった。   Modeling errors were measured for the manufactured three-dimensional objects Sx, Sy, Sz. As shown in FIG. 12, the modeling error was about +0.08 [mm] for the three-dimensional object Sx and the three-dimensional object Sz. For the three-dimensional object Sy, the modeling error was about -0.23 [mm]. Density was measured for the manufactured three-dimensional objects Sx, Sy, and Sz. As shown by the rhombus plot in FIG. 13, the density of the three-dimensional objects Sx, Sy, Sz was hardly different from each other.

製造された立体物Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚについて、円柱形状の底面に垂直な方向に力を加えることにより、圧縮破壊試験が行われた。図１３に棒グラフで示し、図１６に表で示すように、立体物ＳｘのＸ軸方向の圧縮強度は８［ＭＰａ］であり、立体物ＳｙのＹ軸方向の圧縮強度は６［ＭＰａ］であり、立体物ＳｚのＺ軸方向の圧縮強度は６［ＭＰａ］であった。圧縮破壊試験の結果において、立体物Ｓｘは、円柱形状のいずれかの底面付近が圧壊した。立体物Ｓｙ，Ｓｚは、円柱形状の底面に垂直な方向に沿った亀裂が底面まで進展して破壊した。   A compression fracture test was performed on the manufactured three-dimensional objects Sx, Sy, and Sz by applying a force in a direction perpendicular to the cylindrical bottom surface. As shown in a bar graph in FIG. 13 and in a table in FIG. 16, the compressive strength in the X-axis direction of the three-dimensional object Sx is 8 [MPa], and the compressive strength in the Y-axis direction of the three-dimensional object Sy is 6 [MPa]. In addition, the compressive strength in the Z-axis direction of the three-dimensional object Sz was 6 [MPa]. As a result of the compression fracture test, the three-dimensional object Sx collapsed near one of the bottom surfaces of the columnar shape. In the three-dimensional objects Sy and Sz, cracks along the direction perpendicular to the bottom surface of the cylindrical shape propagated to the bottom surface and were destroyed.

図１４及び図１６に示すように、圧縮破壊試験において、立体物Ｓｘの最大応力は７．６４６［ＭＰａ］であり、立体物Ｓｙの最大応力は５．６４５［ＭＰａ］であり、立体物Ｓｚの最大応力は５．９８３［ＭＰａ］であった。   As shown in FIGS. 14 and 16, in the compression fracture test, the maximum stress of the three-dimensional object Sx is 7.646 [MPa], the maximum stress of the three-dimensional object Sy is 5.645 [MPa], and the three-dimensional object Sz The maximum stress of 5.983 [MPa].

立体物ＳｘはＸ軸方向に平行な層が積層して製造され、立体物ＳｙはＹ軸方向に平行な層が積層して製造される。一方、立体物ＳｚはＺ軸方向に垂直な層が積層して製造される。このため、立体物Ｓｚは、圧縮による破壊の起点が生じ難く、最も高強度になると予想された。しかし、実際は、立体物Ｓｘの圧縮強度が最も大きかった。これは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれかの中で、最もピッチの小さい軸方向が最も圧縮強度が強くなることを示している。   The three-dimensional object Sx is manufactured by stacking layers parallel to the X-axis direction, and the three-dimensional object Sy is manufactured by stacking layers parallel to the Y-axis direction. On the other hand, the three-dimensional object Sz is manufactured by laminating layers perpendicular to the Z-axis direction. For this reason, the three-dimensional object Sz is less likely to cause breakage due to compression, and is expected to have the highest strength. However, actually, the compression strength of the three-dimensional object Sx was the highest. This indicates that the compressive strength is strongest in the axial direction with the smallest pitch among any of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

（実施例２）
実施例１の方法において、粉末材料ＰＭをアルミナ粉末とし、結合材Ｂをポリジアリルアミンとして、立体物Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを製造した。製造された立体物Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚは、底面の直径が５［ｍｍ］であり、高さが１０［ｍｍ］の円柱状である。図１５及び図１６に示すように、立体物ＳｘのＸ軸方向の圧縮強度は４．４［ｋＰａ］であり、立体物ＳｙのＹ軸方向の圧縮強度は４．２［ｋＰａ］であり、立体物ＳｚのＺ軸方向の圧縮強度は４．０［ＭＰａ］であった。また、図１６に示すように、立体物Ｓｘの最大応力は４．８８６［ｋＰａ］であり、立体物Ｓｙの最大応力は４．１８８［ｋＰａ］であり、立体物Ｓｚの最大応力は４．４３９［ｋＰａ］であった。 (Example 2)
In the method of Example 1, three-dimensional objects Sx, Sy, and Sz were produced using the powder material PM as alumina powder and the binder B as polydiallylamine. The manufactured three-dimensional object Sx, Sy, Sz has a cylindrical shape with a bottom diameter of 5 [mm] and a height of 10 [mm]. As shown in FIGS. 15 and 16, the compressive strength in the X-axis direction of the three-dimensional object Sx is 4.4 [kPa], and the compressive strength in the Y-axis direction of the three-dimensional object Sy is 4.2 [kPa]. The compressive strength in the Z-axis direction of the three-dimensional object Sz was 4.0 [MPa]. Further, as shown in FIG. 16, the maximum stress of the three-dimensional object Sx is 4.886 [kPa], the maximum stress of the three-dimensional object Sy is 4.188 [kPa], and the maximum stress of the three-dimensional object Sz is 4. 439 [kPa].

１０…３Ｄプリンタ、１１…プリンタヘッド、１１ｎ…ノズル、１２…ガイドレール、１３…ステージ、１４…粉末材料供給基盤、１５…リコータ、２０…３Ｄプリンタ、２１…プリンタヘッド、２２…ガイドレール、２３…ステージ、ＰＭ…粉末材料、Ｓ，Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ…立体物、Ｄ…最大強度方向、ｐｘ，ｐｙ，ｐｚ…ピッチ、ｘ１…第１Ｘ軸方向位置、ｘ２…第２Ｘ軸方向位置、ｙ１…第１Ｙ軸方向位置、ｙ２…第２Ｙ軸方向位置、Ｐ１…第１平面、Ｐ２…第２平面、Ｂ…結合材、Ｌ…液体材料。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 3D printer, 11 ... Printer head, 11n ... Nozzle, 12 ... Guide rail, 13 ... Stage, 14 ... Powder material supply base, 15 ... Recoater, 20 ... 3D printer, 21 ... Printer head, 22 ... Guide rail, 23 ... stage, PM ... powdered material, S, Sx, Sy, Sz ... three-dimensional object, D ... maximum intensity direction, px, py, pz ... pitch, x 1 ... first 1X axial position, x 2 ... first 2X axial position , Y 1 ... first Y-axis direction position, y 2 ... second Y-axis direction position, P 1 ... first plane, P 2 ... second plane, B ... binding material, L ... liquid material.

Claims (2)

互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な第１平面に沿って配置された粉末材料に対し、３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の任意の位置に結合材を供給することにより前記粉末材料を固化させ、
固化させられた前記粉末材料に重ねて、前記第１平面から前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に沿って離隔し且つ前記第１平面に平行な第２平面に沿って追加の粉末材料を配置し、
前記第２平面に沿って配置された前記追加の粉末材料に対し、前記３Ｄプリンタの前記プリンタヘッドにより、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の任意の位置に結合材を供給することにより前記追加の粉末材料を固化させて立体物を製造する方法であって、
製造される前記立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向を設定する最大強度方向設定工程と、
前記Ｘ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｘ軸方向位置及び第２Ｘ軸方向位置のそれぞれに前記プリンタヘッドが前記結合材を供給可能な前記第１Ｘ軸方向位置と前記第２Ｘ軸方向位置との最小距離である前記Ｘ軸方向のピッチ、前記Ｙ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｙ軸方向位置及び第２Ｙ軸方向位置のそれぞれに前記プリンタヘッドが前記結合材を供給可能な前記第１Ｙ軸方向位置と前記第２Ｙ軸方向位置との最小距離である前記Ｙ軸方向のピッチ、及び、前記Ｚ軸方向に沿って互いに離隔した前記第１平面と前記第２平面との距離である前記Ｚ軸方向のピッチのいずれかの中で、最も小さいピッチを有する軸方向を選択する軸方向選択工程と、
前記第１平面に沿って前記粉末材料を配置する第１材料配置工程と、
前記プリンタヘッドにより、前記第１材料配置工程で前記第１平面に沿って配置された前記粉末材料に前記結合材を供給することにより、前記第１平面に沿って配置された前記粉末材料を固化させる第１結合材供給工程と、
前記第１結合材供給工程により固化させられた前記粉末材料に重ねて、前記第２平面に沿って前記追加の粉末材料を配置する第２材料配置工程と、
前記プリンタヘッドにより、前記第２材料配置工程で前記第２平面に沿って配置された前記追加の粉末材料に前記結合材を供給することにより、前記第２平面に沿って配置された前記追加の粉末材料を固化させる第２結合材供給工程と、を含み、
前記軸方向選択工程で選択された軸方向と、前記最大強度方向設定工程で設定された前記最大強度方向とが一致して前記立体物が製造されるように、前記第１結合材供給工程及び前記第２結合材供給工程を行う、
前記方法。 With respect to the powder material arranged along the first plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other, the binding material is placed at an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction by the printer head of the 3D printer Solidifying the powder material by supplying
Over the solidified powder material, separated from the first plane along the Z-axis direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction, and along a second plane parallel to the first plane. Place additional powder material,
The additional powder material arranged along the second plane is supplied by supplying a binding material to an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction by the printer head of the 3D printer. A method of producing a three-dimensional object by solidifying the powder material of
A maximum strength direction setting step of setting a maximum strength direction in which the compression strength in the three-dimensional object to be manufactured is maximized;
A first X-axis direction position and a second X-axis direction position at which the printer head can supply the binding material to each of a first X-axis direction position and a second X-axis direction position spaced apart from each other along the X-axis direction. The first Y-axis in which the printer head can supply the binding material to the pitch in the X-axis direction, which is the minimum distance, and the first Y-axis direction position and the second Y-axis direction position separated from each other along the Y-axis direction. The pitch in the Y-axis direction that is the minimum distance between the direction position and the second Y-axis direction position, and the Z that is the distance between the first plane and the second plane that are separated from each other along the Z-axis direction. An axial selection step of selecting an axial direction having the smallest pitch among any of the axial pitches;
A first material arranging step of arranging the powder material along the first plane;
The printer material solidifies the powder material arranged along the first plane by supplying the binder to the powder material arranged along the first plane in the first material arrangement step. A first binder supply step to be performed;
A second material placement step of placing the additional powder material along the second plane, overlaid on the powder material solidified by the first binder supply step;
The additional head disposed along the second plane is supplied by the printer head to the additional powder material disposed along the second plane in the second material placing step. A second binder supply step for solidifying the powder material,
The first binder supply step and the first binding material supply step so that the axial direction selected in the axial direction selection step and the maximum strength direction set in the maximum strength direction setting step coincide with each other to produce the three-dimensional object. Performing the second binder supply step;
Said method. ３Ｄプリンタのプリンタヘッドにより、互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な第１平面における前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の任意の位置に液体材料を供給して前記液体材料を固化させ、前記３Ｄプリンタの前記プリンタヘッドにより、固化させられた前記液体材料に重ねて、前記第１平面から前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に沿って離隔し且つ前記第１平面に平行な第２平面における前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向の任意の位置に追加の液体材料を供給して前記追加の液体材料を固化させて立体物を製造する方法であって、
製造される前記立体物における圧縮強度が最大となる最大強度方向を設定する最大強度方向設定工程と、
前記Ｘ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｘ軸方向位置及び第２Ｘ軸方向位置のそれぞれから前記プリンタヘッドが前記液体材料を供給可能な前記第１Ｘ軸方向位置と前記第２Ｘ軸方向位置との最小距離である前記Ｘ軸方向のピッチ、前記Ｙ軸方向に沿って互いに離隔した第１Ｙ軸方向位置及び第２Ｙ軸方向位置のそれぞれから前記プリンタヘッドが前記液体材料を供給可能な前記第１Ｙ軸方向位置と前記第２Ｙ軸方向位置との最小距離である前記Ｙ軸方向のピッチ、及び、前記Ｚ軸方向に沿って互いに離隔した前記第１平面と前記第２平面との距離である前記Ｚ軸方向のピッチのいずれかの中で、最も小さいピッチを有する軸方向を選択する軸方向選択工程と、
前記プリンタヘッドにより、前記第１平面に前記液体材料を供給し、前記第１平面に供給された前記液体材料を固化させる第１液体材料供給工程と、
前記第１液体材料供給工程により固化させられた前記液体材料に重ねて、前記プリンタヘッドにより、前記第２平面に前記追加の液体材料を供給し、前記第２平面に供給された前記追加の液体材料を固化させる第２液体材料供給工程と、を含み、
前記軸方向選択工程で選択された軸方向と、前記最大強度方向設定工程で設定された前記最大強度方向とが一致して前記立体物が製造されるように、前記第１液体材料供給工程及び前記第２液体材料供給工程を行う、
前記方法。 The liquid material is supplied to an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction on the first plane parallel to the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to each other by the printer head of the 3D printer to solidify the liquid material. The first and second liquid layers solidified by the printer head of the 3D printer are separated from the first plane along the X-axis direction and the Z-axis direction perpendicular to the Y-axis direction and the first A method for producing a three-dimensional object by supplying an additional liquid material to an arbitrary position in the X-axis direction and the Y-axis direction on a second plane parallel to a plane to solidify the additional liquid material,
A maximum strength direction setting step of setting a maximum strength direction in which the compression strength in the three-dimensional object to be manufactured is maximized;
The first X-axis direction position and the second X-axis direction position at which the printer head can supply the liquid material from each of the first X-axis direction position and the second X-axis direction position separated from each other along the X-axis direction. The first Y-axis to which the printer head can supply the liquid material from the pitch in the X-axis direction, which is the minimum distance, and the first Y-axis direction position and the second Y-axis direction position separated from each other along the Y-axis direction. The pitch in the Y-axis direction that is the minimum distance between the direction position and the second Y-axis direction position, and the Z that is the distance between the first plane and the second plane that are separated from each other along the Z-axis direction. An axial selection step of selecting an axial direction having the smallest pitch among any of the axial pitches;
A first liquid material supply step of supplying the liquid material to the first plane by the printer head and solidifying the liquid material supplied to the first plane;
The additional liquid material supplied to the second plane is supplied to the second plane by the printer head over the liquid material solidified in the first liquid material supply step. A second liquid material supply step for solidifying the material,
The first liquid material supply step and the solid material are manufactured such that the axial direction selected in the axial direction selection step and the maximum strength direction set in the maximum strength direction setting step coincide with each other. Performing the second liquid material supply step;
Said method.
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