JP2018016005A - 造形装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 材料層を積層して立体物を作製する造形装置であって、前記材料層を形成する層形成部と、前記材料層を積層面の上に積層する積層部と、を備えており、前記積層部が、前記材料層が積層されるステージと、前記ステージとの間で前記材料層を挟んで加圧する対向部材と、弾性部材と、を備えており、前記弾性部材が、前記ステージまたは前記対向部材に設けられており、前記ステージまたは前記対向部材が、前記弾性部材を介して前記材料層を加圧することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
前記積層部が、前記材料層が積層されるステージと、前記ステージとの間で前記材料層を挟んで加圧する対向部材と、弾性部材と、を備えており、
前記弾性部材が、前記ステージまたは前記対向部材に設置されており、
前記ステージまたは前記対向部材が、前記弾性部材を介して前記材料層を加圧することを特徴とする。
[造形装置の全体構成]
第1実施形態に係る造形装置を備える造形システムの構成を、具体例を挙げて説明する。本実施形態では、粒子状の造形材料を2次元に配置した材料層を積層することによって立体物を作製する方式を用いているが、液状の造形材料を用いて形成した材料層を積層して立体物を作製する方式であってもよい。
制御部U1の構成を説明する。制御部U1は、3次元モデルデータ入力部U10、データ生成部U11、層形成制御部U12、積層制御部U13を有している。
層形成部U2は、電子写真プロセスを利用して造形材料からなる材料画像を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を付着させて現像剤像を形成するという一連のプロセスによって、所望の像を形成する手法である。
像担持体100は、静電潜像を担持するための部材である。ここでは、アルミニウムなどの金属製シリンダーの外周面に光導電性を有する感光体層が形成された感光体ドラムが用いられる。感光体としては、有機感光体(OPC)、アモルファスシリコン感光体、セレン感光体などを用いることができ、立体造形装置の用途や要求性能に応じて感光体の種類を適宜選択すればよい。像担持体100は、不図示の枠体に回転自在に支持されており、像形成時には不図示のモーターによって図中の時計周りに一定速度で回転する。
帯電装置101は、像担持体100の表面を一様に帯電させるための帯電手段である。本実施形態ではコロナ放電による非接触帯電方式を用いるが、帯電ローラーを像担持体100の表面に接触させるローラー帯電方式など他の帯電方式を用いても構わない。
露光装置102は、画像情報(スライスデータ)に従って像担持体100を露光し、像担持体100の表面上に静電潜像を形成する露光手段である。露光装置102は、例えば、半導体レーザや発光ダイオードなどの光源と、高速回転するポリゴンミラーからなる走査機構と、結像レンズなどの光学部材とを有して構成される。
現像装置103は、現像剤(ここでは、構造材料又はサポート材料の粒子)を像担持体100に供給することで、静電潜像を可視化する現像手段である(本明細書では、現像剤によって可視化された像を材料画像と称す)。現像装置103は、2次元のプリンタに用いられる現像装置と同様の構成を採用することができる。
転写装置104は、像担持体100上の材料画像を第1の搬送ベルト11の表面上へと転写させる転写手段である。転写装置104は、第1の搬送ベルト11を挟んで像担持体100の反対側に配置されており、像担持体100上の材料画像と逆極性の電圧を印加することで、静電的に材料画像を搬送ベルト11側へと転写させる。像担持体100から第1の搬送ベルト11への転写を1次転写とも称す。図4の造形装置ではコロナ放電を利用した転写方式を用いているが、ローラー転写方式や、静電転写方式以外の転写方式を採用することもできる。
クリーニング装置105は、転写されずに像担持体100上に残った現像剤粒子を回収し、像担持体100の表面を清浄する手段である。図4では、像担持体100に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって現像剤粒子を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置105が採用されているが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
第1の搬送ベルト11は、各材料画像形成部10で形成された材料画像が転写される担持体である。まず、第1の搬送ベルト11の搬送方向において上流側の材料画像形成部10aから構造材料の材料画像が転写される。その後、先に第1の搬送ベルト11に転写された材料画像に対する配置を考慮して、下流側の材料画像形成部10bからサポート材料の材料画像を転写することで、第1の搬送ベルト11の表面上に1枚の材料層が形成される。
ベルトクリーニング装置12は、第1の搬送ベルト11の表面に付着した材料をクリーニングする手段である。本実施形態では、第1の搬送ベルト11に対しカウンター方向に当接させたクリーニングブレードによって材料を掻き落とすブレード方式のクリーニング装置を採用するが、ブラシ方式や静電吸着方式のクリーニング装置を用いてもよい。
画像検知センサー13は、第1の搬送ベルト11の表面に担持された材料画像を読み取る検知手段である。画像検知センサー13の検知結果は、材料画像の位置合わせ、後段の積層部U3とのタイミング制御、材料画像の異常検知(所望の像でない、像が無い、厚みのばらつきが大きい、像の位置ずれが大きいなど)などに利用される。
次に、積層部U3の構成を説明する。積層部U3は、層形成部U2で形成された材料層を第1の持搬送ベルト11から受け取り、これを順に積層し固着することによって、立体物を作製するユニットである。
第2の搬送ベルト30は、材料層を第1の搬送ベルト11から受け取り、その材料層を積層位置まで担持搬送する。積層位置とは、材料層の積層(積層面への積み上げ)が行われる位置であり、図4の構成では、第2の搬送ベルト30が対向部材33と弾性部材35およびステージ34とで挟まれる部分が積層位置に該当する。
2次転写ローラー31は、第1の搬送ベルト11から第2の搬送ベルト30へと、材料層を転写させるための転写手段である。2次転写ローラー31は、層形成部U2の対向ローラー110との間で第1の搬送ベルト11及び第2の搬送ベルト30を挟み込むことで、両者のベルト間に2次転写ニップを形成する。そして、不図示の電源により2次転写ローラー31に材料画像とは逆極性のバイアスを印加することで、材料層を第2の搬送ベルト30へと転写させることができる。
画像検知センサー32は、第2の搬送ベルト30の表面に担持された材料層を読み取る検知手段である。画像検知センサー32の検知結果は、材料層の位置合わせ、積層位置への搬送タイミング制御などに利用される。
対向部材33は、積層位置に搬送された材料層にステージ34または造形物を押し当て圧力を加えるための押圧部材である。対向部材33は、第2の搬送ベルト30を挟んでステージ34と対向する位置に配置され、ステージ34に対向する押圧面は平面となっている。ただし、対向部材33の押圧面は必ずしも平面である必要はなく、例えば、第2の搬送ベルト30の搬送方向に対して垂直な回転軸を有するローラー形状の部材を採用することができる。対向部材33がローラー形状を有する場合、回転軸と積層面とが平行でなければ、押圧面が平面の対向部材33と同様の課題が生じる。
ステージ34は、材料層が積層され立体物が作製される平面台である。ステージ34は、不図示のアクチュエータによって、材料層の積層方向に移動可能となっている。積層位置まで担持搬送された材料層を、第2の搬送ベルトごと弾性部材35と積層面との間で挟み込み、加熱および加圧を行うことで、材料層を第2の搬送ベルト30からステージ34へと転写させる。1層目の材料層はステージ34の上に直接転写され、2層目以降の材料層はステージ34上の作製中の立体物の上に積み上げられていく。ステージ34の上か作製中の立体物の上かにかからず、材料層が積層される面と積層面と称する。
本実施形態では、弾性部材35は対向部材33の加圧面(ステージの積層面と対向する面)側に配置されている。このような構成によれば、図2で説明したように、造形中の立体物と材料層と第2の搬送ベルトとを重ねた状態で、これらを対向部材33の弾性部材35が設けられた面に押し当てて加圧される。すると、造形物の積層面と対向部材33の加圧面とが平行でない場合でも、弾性部材35の収縮作用によってステージ34と対向部材33の全面が接触するため、材料画像領域の全域が加圧され、積層固着に必要な熱が十分に伝わるようになる。その結果、積層不良の発生を抑制することが可能となる。
次に、上記構成を有する造形装置を用いて立体物を作製する際の造形動作について説明する。ここでは、既に3次元モデルのスライスデータが取得されたものとして説明する。図5は、本実施形態の造形装置の動作シーケンスを示すフローチャートである。
本実施形態に係る立体造形装置の積層位置における構成の概略を図6に示す。本実施形態は、弾性部材35を、ステージ34の積層面表面に配置している点で第1実施形態と異なる他は、第1の実施形態と同様である。
造形完了後の立体物をステージ34から取り外しやすくするため、ステージの積層面側に取り外し容易な造形プレートを設けてから造形する方法がある。
10a、10b 材料画像形成部
11 第1の搬送ベルト
20 搬送体(搬送ベルト)
U3 積層部
30 第2の搬送ベルト
33 対向部材
34 ステージ
35 弾性部材
36 材料層
37 立体物
Claims (13)
- 3次元モデルのスライスデータに基づいて形成した材料層を積層して立体物を作製する造形装置であって、
前記材料層を形成する層形成部と、
前記材料層を積層面の上に積層する積層部と、
を備えており、
前記積層部が、前記材料層が積層されるステージと、
前記ステージとの間で前記材料層を挟んで加圧する対向部材と、
弾性部材と、
を備えており、
前記弾性部材が、前記ステージまたは前記対向部材に設けられており、
前記ステージまたは前記対向部材が、前記弾性部材を介して前記材料層を加圧することを特徴とする造形装置。 - 前記弾性部材が、シート状であることを特徴とする請求項1に記載の造形装置。
- 前記弾性部材が、JISK6253準拠のタイプDデュロメータで60以下の部材であることを特徴とする請求項1または2に記載の造形装置。
- 前記弾性部材が、JISK6253準拠のタイプAデュロメータで90以下の部材であることを特徴とする請求項3に記載の造形装置。
- 前記弾性部材が、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、および、これらのゴムスポンジの中から選択される材料で構成されていることを特徴とする請求項3に記載の造形装置。
- 前記弾性部材の前記積層面に垂直な方向における厚みが、0.1mm以上2mm以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の造形装置。
- 前記弾性部材が、前記対向部材の前記ステージに対向する面に設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の造形装置。
- 前記弾性部材が、前記ステージの前記対向部材に対向する面に設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の造形装置。
- 前記ステージが、前記対向部材に対向する面に造形プレートを設置するための構造を有していることを特徴とする1から8のいずれか1項に記載の造形装置。
- 前記造形プレートと前記ステージとの間に前記弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項9に記載の造形装置。
- 前記造形プレートが、前記対向部材に対向する面に前記弾性部材を備えていることを特徴とする請求項8に記載の造形装置。
- 前記対向部材が、温度制御が可能な加熱手段を備えることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の造形装置。
- さらに、前記材料層を前記層形成部から前記積層部へ搬送する搬送体を備えており、前記搬送体が金属を含むことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の造形装置。
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