JP2023113245A - Method of manufacturing three-dimensional molded article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure.
従来から、様々な三次元造形物が製造されている。例えば、特許文献1には、3次元コードを有する三次元造形物が開示されている。3次元コードを有する三次元造形物においては、緻密な表面形状を有する。
Conventionally, various three-dimensional structures have been manufactured. For example,
一般的に、特許文献1の3次元コードを有する三次元造形物のような緻密な表面形状を有する三次元造形物を製造する場合、例えばノズルからの造形材料の吐出幅を細く絞りつつ供給するなど、造形速度を低下させて製造する。しかしながら、造形速度を低下させることなく緻密な表面形状を有する三次元造形物を製造することが望まれている。
Generally, when manufacturing a three-dimensional structure having a fine surface shape such as a three-dimensional structure having a three-dimensional code in
上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造方法は、ステージと、前記ステージ上に造形材料を供給する供給手段と、前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させる移動手段と、を備える三次元造形装置における三次元造形物の製造方法であって、前記三次元造形物の完成品の表面形状に対応する凹凸が設けられた凹凸面を有する転写シートを前記ステージ上に配置する配置工程と、前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させつつ前記凹凸面上に前記供給手段から前記造形材料を供給することで前記三次元造形物を構成する造形層のうちの転写層を形成する転写層形成工程と、前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させつつ前記転写層上に前記供給手段から前記造形材料を供給することで前記造形層を前記転写層上に積層する積層工程と、を有し、前記転写層形成工程では、前記供給手段から供給される前記造形材料の供給幅が前記凹凸の幅よりも広くなるように前記転写層を形成することを特徴とする。 A method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention for solving the above problems includes a stage, supply means for supplying modeling material onto the stage, and moving means for relatively moving the stage and the supply means. and a method for manufacturing a three-dimensional modeled object in a three-dimensional modeled object, wherein a transfer sheet having an uneven surface provided with unevenness corresponding to a surface shape of a finished product of the three-dimensional modeled object is placed on the stage. and an arranging step of arranging and supplying the modeling material from the supply means onto the uneven surface while relatively moving the stage and the supply means. a transfer layer forming step of forming a transfer layer; and supplying the modeling material from the supply means onto the transfer layer while relatively moving the stage and the supply means, thereby forming the modeling layer on the transfer layer. and, in the transfer layer forming step, the transfer layer is formed such that the supply width of the modeling material supplied from the supply means is wider than the width of the unevenness. Characterized by
最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第1の態様の三次元造形物の製造方法は、ステージと、前記ステージ上に造形材料を供給する供給手段と、前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させる移動手段と、を備える三次元造形装置における三次元造形物の製造方法であって、前記三次元造形物の完成品の表面形状に対応する凹凸が設けられた凹凸面を有する転写シートを前記ステージ上に配置する配置工程と、前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させつつ前記凹凸面上に前記供給手段から前記造形材料を供給することで前記三次元造形物を構成する造形層のうちの転写層を形成する転写層形成工程と、前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させつつ前記転写層上に前記供給手段から前記造形材料を供給することで前記造形層を前記転写層上に積層する積層工程と、を有し、前記転写層形成工程では、前記供給手段から供給される前記造形材料の供給幅が前記凹凸の幅よりも広くなるように前記転写層を形成することを特徴とする。
First, the present invention will be generally described.
A method for manufacturing a three-dimensional structure according to a first aspect of the present invention for solving the above problems includes a stage, a supply means for supplying a modeling material onto the stage, and the stage and the supply means arranged relative to each other. A transfer sheet having an uneven surface provided with unevenness corresponding to the surface shape of a finished product of the three-dimensional model. on the stage, and supplying the modeling material from the supply means onto the uneven surface while relatively moving the stage and the supply means to configure the three-dimensional structure. a transfer layer forming step of forming a transfer layer of the modeling layer; and supplying the modeling material from the supply means onto the transfer layer while relatively moving the stage and the supply means to form the modeling layer. on the transfer layer, and in the transfer layer forming step, the transfer layer is formed such that the supply width of the modeling material supplied from the supply means is wider than the width of the unevenness. characterized by forming
本態様によれば、転写シートに設けられた造形材料の供給幅よりも狭い緻密な凹凸を利用して、三次元造形物の完成品の表面形状に対応する凹凸を形成することができる。このため、緻密な表面形状を有する三次元造形物を製造することができるとともに、造形材料の供給幅は該凹凸の幅よりも広いので造形速度を低下させることも抑制することができる。 According to this aspect, it is possible to form the unevenness corresponding to the surface shape of the finished product of the three-dimensional structure by using the minute unevenness narrower than the supply width of the modeling material provided on the transfer sheet. Therefore, it is possible to manufacture a three-dimensional modeled object having a precise surface shape, and since the supply width of the modeling material is wider than the width of the irregularities, it is possible to suppress a reduction in the modeling speed.
本発明の第2の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1の態様において、前記転写層形成工程における前記転写層の平均厚みは、前記積層工程における前記造形層の平均厚みよりも薄いことを特徴とする。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the average thickness of the transfer layer in the transfer layer forming step is greater than the average thickness of the modeling layer in the lamination step. It is characterized by being thin.
本態様によれば、転写層形成工程における転写層の平均厚みは、積層工程における造形層の平均厚みよりも薄い。すなわち、例えば、転写層とそれ以外の造形層とが、同じ供給量で、同じステージと供給手段との相対移動速度で形成される場合、転写層形成工程において造形材料を押し付けるように供給することができ、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状を有する三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the average thickness of the transfer layer in the transfer layer forming step is thinner than the average thickness of the modeling layer in the lamination step. That is, for example, when the transfer layer and other modeling layers are formed at the same supply amount and at the same relative movement speed between the stage and the supply means, the modeling material is supplied so as to be pressed in the transfer layer forming step. It is possible to form a transfer layer without creating unnecessary gaps or voids. Therefore, it is possible to manufacture a three-dimensional model having a suitably dense surface shape.
本発明の第3の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第2の態様において、前記転写層形成工程における前記転写層の平均厚みは、前記凹凸の最大高さ粗さよりも厚いことを特徴とする。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the third aspect of the present invention, in the second aspect, the average thickness of the transfer layer in the transfer layer forming step is thicker than the maximum height roughness of the unevenness. Characterized by
本態様によれば、転写層形成工程における転写層の平均厚みは、凹凸の最大高さ粗さよりも厚い。このため、供給手段と転写シートとの衝突を抑制できるとともに、転写層形成工程における1層分の転写層に転写シートに設けられた凹凸を好適に転写することができる。 According to this aspect, the average thickness of the transfer layer in the transfer layer forming step is greater than the maximum height roughness of the unevenness. Therefore, collision between the supply unit and the transfer sheet can be suppressed, and the unevenness provided on the transfer sheet can be suitably transferred to one transfer layer in the transfer layer forming step.
本発明の第4の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第3のいずれか1つの態様において、前記転写層形成工程における前記造形層の積層方向から見た単位面積当たりの前記造形材料の供給量は、前記積層工程における前記積層方向から見た単位面積当たりの前記造形材料の供給量よりも多いことを特徴とする。 A method for manufacturing a three-dimensional structure according to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, is characterized in that, in the transfer layer forming step, A supply amount of the modeling material is characterized by being larger than a supply amount of the modeling material per unit area seen from the lamination direction in the lamination step.
本態様によれば、転写層形成工程における積層方向から見た単位面積当たりの造形材料の供給量は、積層工程における積層方向から見た単位面積当たりの造形材料の供給量よりも多い。すなわち、例えば、転写層とそれ以外の造形層とが、同じ厚みで、同じステージと供給手段との相対移動速度で形成される場合、転写層形成工程において造形材料を押し付けるように供給することができ、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状を有する三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the supply amount of the modeling material per unit area seen in the stacking direction in the transfer layer forming process is larger than the supply amount of the modeling material per unit area seen in the stacking direction in the stacking process. That is, for example, when the transfer layer and the other modeling layers are formed with the same thickness and at the same relative movement speed between the stage and the supply means, the modeling material can be supplied so as to be pressed in the transfer layer forming step. The transfer layer can be formed without creating unnecessary gaps or voids. Therefore, it is possible to manufacture a three-dimensional model having a suitably dense surface shape.
本発明の第5の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第4のいずれか1つの態様において、前記転写層形成工程における前記ステージと前記供給手段との相対移動速度の平均値は、前記積層工程における前記ステージと前記供給手段との相対移動速度の平均値よりも遅いことを特徴とする。 A method for manufacturing a three-dimensional structure according to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, is an average relative movement speed between the stage and the supply means in the transfer layer forming step The value is characterized by being slower than the average value of the relative movement speed between the stage and the supply means in the stacking step.
本態様によれば、転写層形成工程におけるステージと供給手段との相対移動速度の平均値は、積層工程におけるステージと供給手段との相対移動速度の平均値よりも遅い。すなわち、例えば、転写層とそれ以外の造形層とが、同じ供給量で、同じ厚みで形成される場合、転写層形成工程において造形材料を押し付けるように供給することができ、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状を有する三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the average value of the relative movement speed between the stage and the supply means in the transfer layer forming process is slower than the average value of the relative movement speed between the stage and the supply means in the lamination process. That is, for example, when the transfer layer and the other modeling layers are formed with the same supply amount and the same thickness, the modeling material can be supplied so as to be pressed in the transfer layer forming process, and unnecessary gaps and voids are formed. It is possible to form a transfer layer without causing such problems. Therefore, it is possible to manufacture a three-dimensional model having a suitably dense surface shape.
本発明の第6の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第5のいずれか1つの態様において、前記三次元造形装置は、前記造形材料を加熱する加熱手段を備え、前記供給手段から供給する前記造形材料を加熱して前記ステージ上に供給可能であり、前記転写層形成工程における前記造形材料の加熱温度は、前記積層工程における前記造形材料の加熱温度よりも高いことを特徴とする。 A method for manufacturing a three-dimensional structure according to a sixth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the three-dimensional modeling apparatus includes heating means for heating the modeling material, and the The modeling material supplied from the supply means can be heated and supplied onto the stage, and the heating temperature of the modeling material in the transfer layer forming step is higher than the heating temperature of the modeling material in the layering step. Characterized by
本態様によれば、供給手段から供給する造形材料を加熱してステージ上に供給可能であり、転写層形成工程における造形材料の加熱温度は、積層工程における前記造形材料の加熱温度よりも高い。造形材料の加熱温度が高いほど造形材料の粘性を低下させることができるので、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状を有する三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the modeling material supplied from the supply means can be heated and supplied onto the stage, and the heating temperature of the modeling material in the transfer layer forming process is higher than the heating temperature of the modeling material in the layering process. As the heating temperature of the modeling material is higher, the viscosity of the modeling material can be reduced, so that the transfer layer can be formed without generating unnecessary gaps or voids. Therefore, it is possible to manufacture a three-dimensional model having a suitably dense surface shape.
本発明の第7の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第6のいずれか1つの態様において、転写ローラーを用いて前記凹凸面に前記凹凸を形成する凹凸形成工程を有することを特徴とする。 A method for manufacturing a three-dimensional structure according to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, comprises an unevenness forming step of forming the unevenness on the uneven surface using a transfer roller. It is characterized by
本態様によれば、転写ローラーを用いて凹凸面に凹凸を形成する凹凸形成工程を有する。転写ローラーを用いて凹凸を形成することで、転写シートを簡単かつ低コストで形成することができる。 According to this aspect, it has an unevenness forming step of forming unevenness on the uneven surface using a transfer roller. By forming unevenness using a transfer roller, a transfer sheet can be formed easily and at low cost.
本発明の第8の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第7のいずれか1つの態様において、前記転写シートは、前記凹凸面に、前記凹凸が形成される凹凸形成領域と、前記凹凸が形成されない凹凸非形成領域と、があることを特徴とする。 The method for manufacturing a three-dimensional structure according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to seventh aspects, the transfer sheet includes an uneven-formed region in which the unevenness is formed on the uneven surface. and an irregularity non-formation region in which the irregularities are not formed.
本態様によれば、転写シートは凹凸面に凹凸形成領域と凹凸非形成領域とがある。このため、完成品の表面形状として凹凸形成領域と凹凸非形成領域とを有する三次元造形物を製造する場合に、凹凸形成領域と凹凸非形成領域とに段差が生じることを抑制することができる。 According to this aspect, the uneven surface of the transfer sheet has an area with unevenness and an area without unevenness. Therefore, when manufacturing a three-dimensional structure having an unevenness-formed region and an unevenness-free region as the surface shape of a finished product, it is possible to suppress the occurrence of a step between the unevenness-formed region and the unevenness-free region. .
本発明の第9の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第8のいずれか1つの態様において、前記転写シートは、前記凹凸面に、前記転写層形成工程における前記転写層の形成開始位置を表す位置決め形状を有することを特徴とする。 A ninth aspect of the present invention is a method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of the first to eighth aspects, wherein the transfer sheet is formed on the uneven surface in the transfer layer forming step. It is characterized by having a positioning shape representing the formation start position of the .
本態様によれば、転写シートは、凹凸面に、転写層形成工程における転写層の形成開始位置を表す位置決め形状を有する。このため、三次元造形物の所望の位置とは異なる位置に凹凸を形成してしまうことなどを抑制することができる。 According to this aspect, the transfer sheet has, on the uneven surface, a positioning shape representing the formation start position of the transfer layer in the transfer layer forming step. Therefore, it is possible to prevent unevenness from being formed at a position different from the desired position of the three-dimensional structure.
本発明の第10の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第9のいずれか1つの態様において、前記転写シートは、前記造形層よりも曲げ剛性が低いことを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is a method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of the first to ninth aspects, wherein the transfer sheet has a bending rigidity lower than that of the modeling layer. .
本態様によれば、転写シートは造形層よりも曲げ剛性が低い。このため、三次元造形物の積層が終わり、転写シートを造形層から取り外す際に、造形層を破損させることなく転写シートを造形層から容易に取り外すことができる。 According to this aspect, the transfer sheet has lower bending rigidity than the modeling layer. Therefore, when the transfer sheet is removed from the modeling layer after the stacking of the three-dimensional structure is completed, the transfer sheet can be easily removed from the modeling layer without damaging the modeling layer.
<三次元造形装置>
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。最初に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形装置100の全体構成について図1から図4を参照して説明する。ただし、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形装置は本実施例の構成に限定されない。例えば、FDM(Fused Deposition Modeling)方式を採用する三次元造形装置などを用いることができる。なお、以下の図はいずれも概略図であり、一部構成部材を省略または簡略化して表している。また、各図中のX軸方向は水平方向であり、Y軸方向は水平方向であるとともにX軸方向と直交する方向であり、Z軸方向は鉛直方向である。
<Three-dimensional modeling device>
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, the overall configuration of a three-
三次元造形装置100は、三次元造形装置100を制御する制御部101と、三次元造形物の基台となる造形用のステージ210と、ステージ210上に造形材料を供給する供給手段110と、ステージ210と供給手段110とを相対的に移動させる移動手段230と、を備えている。なお、本実施例の三次元造形装置100は、備えていないが、ステージ210上に造形される三次元造形物を支持する支持層形成用材料を供給する供給手段を備えていてもよい。
The three-
供給手段110は、制御部101の制御下において、固体状態の材料を溶融させてペースト状にした造形材料をステージ210上に吐出する。供給手段110は、ステージ210上に造形材料を供給する供給手段であって、造形材料に転化される前の原材料MRの供給源である材料供給部20と、原材料MRを造形材料へと転化させる造形材料生成部30と、造形材料を吐出する吐出部60と、を備える。
Under the control of the
材料供給部20は、造形材料生成部30に、造形材料を生成するための原材料MRを供給する。材料供給部20は、例えば、原材料MRを収容するホッパーによって構成される。材料供給部20は、下方に排出口を有している。当該排出口は、連通路22を介して、造形材料生成部30に接続されている。原材料MRは、ペレットや粉末等の形態で材料供給部20に投入される。本実施形態では、ペレット状のABS樹脂の材料が用いられる。ただし、原材料MRに特に限定は無い。
The
造形材料生成部30は、材料供給部20から供給された原材料MRを溶融させて流動性を発現させたペースト状の造形材料を生成し、吐出部60へと導く。造形材料生成部30は、スクリューケース31と、モーター32と、フラットスクリュー40と、バレル50と、を有する。
The modeling
図2は、フラットスクリュー40の下面48側の概略構成を示す斜視図である。図2に示したフラットスクリュー40は、技術の理解を容易にするため、図1に示した上面47と下面48との位置関係を、鉛直方向において逆向きとした状態で示されている。図3は、バレル50の上面であるスクリュー対向面52側を示す概略平面図である。フラットスクリュー40は、その中心軸に沿った方向である軸線方向における高さが直径よりも小さい略円柱状を有する。フラットスクリュー40は、その回転中心となる回転軸RXがZ軸方向に平行になるように配置される。
FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the
フラットスクリュー40は、スクリューケース31内に収納されている。フラットスクリュー40の上面47側はモーター32に連結されており、フラットスクリュー40は、モーター32が発生させる回転駆動力によって、スクリューケース31内で回転する。モーター32は、制御部101の制御下において駆動する。
The
フラットスクリュー40の、回転軸RXと交差する面である下面48には、溝部42が形成されている。上述した材料供給部20の連通路22は、フラットスクリュー40の側面から、当該溝部42に連通する。図2に示すように、本実施形態では、溝部42は、凸状部43によって隔てられて3本分形成されている。なお、溝部42の数は、3本に限られず、1本でもよいし、2本以上であってもよい。
A
フラットスクリュー40の下面48はバレル50のスクリュー対向面52に面しており、フラットスクリュー40の下面48の溝部42とバレル50のスクリュー対向面52との間には空間が形成される。供給手段110は、フラットスクリュー40とバレル50との間のこの空間に、材料供給部20から材料流入口44へと原材料MRを供給する。
The
バレル50には、回転しているフラットスクリュー40の溝部42内に供給された原材料MRを加熱するためのヒーター58が埋め込まれている。スクリュー対向面52には、連通孔56に接続され、連通孔56から外周に向かって渦状に延びている複数の案内溝54が形成されている。フラットスクリュー40の溝部42内に供給された原材料MRは、溝部42内において溶融されながら、フラットスクリュー40の回転によって溝部42に沿って流動し、造形材料としてフラットスクリュー40の中央部46へと導かれる。中央部46に流入した流動性を発現しているペースト状の造形材料は、図3に示したバレル50の中心に設けられた連通孔56を介して吐出部60に供給される。なお、造形材料では、造形材料を構成する全ての種類の物質が溶融していなくてもよい。造形材料は、造形材料を構成する物質のうちの少なくとも一部の種類の物質が溶融することによって、全体として流動性を有する状態に転化されていればよい。
A
吐出部60は、造形材料を吐出するノズル61と、フラットスクリュー40とノズル61との間に設けられた造形材料の流路65と、を有する。ノズル61は、流路65を通じて、バレル50の連通孔56に接続されている。なお、バレル50も吐出部60の構成部材であるとみなすことができる。ノズル61は、造形材料生成部30において生成された造形材料を、先端の吐出口62からステージ210に向かって吐出する。
The
ステージ210は、ノズル61の吐出口62に対向する位置に配置されている。本実施形態では、ノズル61の吐出口62に対向するステージ210の面211は、水平方向に配置される。三次元造形装置100は、造形処理において、吐出部60からステージ210の面211に向けて造形材料を吐出させて造形層を積層することによって三次元造形物を造形する。
The
移動手段230は、ステージ210と供給手段110との相対位置を変化させる。本実施形態では、供給手段110の吐出部60に形成されたノズル61の位置が固定されており、移動手段230は、ステージ210を移動させる。移動手段230は、3つのモーターMの駆動力によって、ステージ210をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の3つの軸方向に移動させる3軸ポジショナーによって構成される。移動手段230は、制御部101の制御下において、ノズル61とステージ210との相対的な位置関係を変更する。本明細書において、特に断らない限り、ノズル61の移動とは、ノズル61をステージ210に対して相対的に移動させることを意味する。
The moving means 230 changes the relative positions of the
なお、移動手段230によってステージ210を移動させる構成の代わりに、ステージ210の位置が固定された状態で、移動手段230がステージ210に対してノズル61を移動させる構成が採用されてもよい。また、移動手段230によってステージ210をZ軸方向に移動させ、ノズル61をX軸方向及びY軸方向に移動させる構成や、移動手段230によってステージ210をX軸方向及びY軸方向に移動させ、ノズル61をZ軸方向に移動させる構成が採用されてもよい。これらの構成であっても、ノズル61とステージ210との相対的な位置関係が変更可能である。
Instead of moving the
制御部101は、三次元造形装置100全体の動作を制御する制御装置である。制御部101は、1つ、または、複数のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成される。制御部101は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、種々の機能を発揮する。制御部101は、コンピューターによって構成される代わりに、各機能の少なくとも一部を実現するための複数の回路を組み合わせた構成により実現されてもよい。
The
図4は、三次元造形装置100において三次元造形物が造形されていく様子を模式的に示す概略図である。三次元造形装置100では、上述したように、造形材料生成部30において、回転しているフラットスクリュー40の溝部42に供給された固体状態の原材料MRが溶融されて造形材料MMが生成される。制御部101は、ステージ210の面211とノズル61との距離を保持したまま、ステージ210の面211に沿った方向に、ステージ210に対するノズル61の位置を変えながら、ノズル61から造形材料MMを吐出させる。ノズル61から吐出された造形材料MMは、ノズル61の移動方向に連続して堆積されていく。こうしたノズル61による走査によって、ノズル61の走査経路に沿って線状に延びる造形部位である線状部位LPが造形される。
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing how a three-dimensional modeled object is modeled by the three-
制御部101は、上記のノズル61による走査を繰り返して造形層MLを形成する。制御部101は、1つの造形層MLを形成した後、ステージ210に対するノズル61の位置を、Z軸方向に移動させる。そして、これまでに形成された造形層MLの上に、さらに造形層MLを積み重ねて積層することによって三次元造形物を造形していく。
The
ここで、図4では、ステージ210の面211上に、転写シートSを配置し、転写シートS上に造形層MLを積層している状態を表している。なお、図4で表されるように、造形層MLのうち、転写シートS上に配置される造形層は転写層ML1を表し、転写層ML1上に配置される造形層は造形層ML2を表している。すなわち、転写層ML1と造形層ML2とは、同じ造形材料MMの造形層MLである。このように、本実施例の三次元造形装置100は、ステージ210上に転写シートSを配置し、その上に造形層MLを積層することが可能な構成となっている。そこで、以下に、ステージ210上に転写シートSを配置してその上に造形層MLを積層する三次元造形物の製造方法について説明する。
Here, FIG. 4 shows a state in which the transfer sheet S is arranged on the
<三次元造形物の製造方法>
ここで、図5は、上記三次元造形装置100を用いて実行可能な三次元造形物の製造方法のフローチャートである。また、図6から図9は、図5のフローチャートで表される三次元造形物の製造方法における三次元造形物の製造段階を模式的に示す概略図である。なお、本実施例の三次元造形物の製造方法は、制御部101が供給手段や移動手段を制御することにより実行される。
<Method for manufacturing a three-dimensional object>
Here, FIG. 5 is a flow chart of a method for manufacturing a three-dimensional structure that can be executed using the three-dimensional
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、図5で表されるように、最初に、ステップS110の配置工程において、ユーザーによって転写シートSをステージ210上に配置する。詳細には、図6で表されるように、三次元造形物Oの完成品の表面形状OFに対応する凹凸Uが設けられた凹凸面UFを有する転写シートSを、ユーザーがステージ210の面211上に配置する。転写シートSの凹凸面UFは、転写シートSの面211と対向する面に対して反対側の面である。
In the method of manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, first, the transfer sheet S is arranged on the
次に、ステップS120の転写層形成工程において、転写シートSの凹凸面UF側に吐出部60から造形材料MMを吐出して転写層ML1を形成する。詳細には、ステージ210と供給手段110とを相対的に移動させつつ凹凸面UF上に供給手段110の吐出部60から造形材料MMを供給することで三次元造形物Oを構成する造形層MLのうちの転写層ML1を形成する。図7は、転写シートSの凹凸面UF上に転写層ML1を形成した状態を表している。ここで、ステップS120の転写層形成工程では、吐出部60とから供給される造形材料MMの供給幅が凹凸Uの幅よりも広くなるように転写層ML1を形成する。
Next, in the transfer layer forming step of step S120, the molding material MM is discharged from the
ここで「凹凸Uの幅」とは、凹または凸の幅である。具体的には、Ra算術平均粗さの中心線と転写シートSの凹凸面UFとの交点の間隔である。したがって、「造形材料MMの供給幅が凹凸Uの幅よりも広くなるように転写層ML1を形成する」とは、「積層方向から見た平面視で、例えばX軸方向に沿って供給手段110とステージ210とを相対移動させる場合のY軸方向の長さに対応する造形材料MMの供給幅が、Ra算術平均粗さの中心線と転写シートSの凹凸面UFとの交点の間隔の最小値よりも、広くなるようにする」とみなすことができる。これにより、ユーザーから要求される凹凸Uの幅が、吐出部60とから供給される造形材料MMの供給幅の最小値に比べて狭い場合であっても、造形体の表面に凹凸Uを形成することができる。
Here, "the width of the unevenness U" is the width of the concave or convex. Specifically, it is the interval between the intersections of the center line of the Ra arithmetic mean roughness and the uneven surface UF of the transfer sheet S. FIG. Therefore, "forming the transfer layer ML1 so that the supply width of the modeling material MM is wider than the width of the unevenness U" means "in a plan view seen from the stacking direction, for example, along the X-axis direction, the supply means 110 The supply width of the modeling material MM corresponding to the length in the Y-axis direction when the
なお、凹凸面UFにおいて、隣り合う凸部間の距離または隣り合う凹部間の距離は、吐出部60とから供給される造形材料MMの供給幅の最小値に比べて広くてもよい。これにより、ユーザーの要求に合わせて凹凸面UFの凹凸の間隔を自由に設定することができる。
In the concave-convex surface UF, the distance between adjacent convex portions or the distance between adjacent concave portions may be wider than the minimum supply width of the molding material MM supplied from the
次に、ステップS130の積層工程において、転写層ML1上に造形層ML2を積層する。詳細には、ステージ210と供給手段110とを相対的に移動させつつ転写層ML1上に吐出部60から造形材料MMを供給することで造形層ML2を転写層ML1上に積層する。図8は、転写層ML1上に造形層ML2を積層した状態を表している。ここで、ステップS130の積層工程においても、ステップS120の転写層形成工程と同様、吐出部60から供給される造形材料MMの供給幅が凹凸Uの幅よりも広くなるように造形層ML2を形成する。
Next, in the stacking step of step S130, the modeling layer ML2 is stacked on the transfer layer ML1. Specifically, the modeling layer ML2 is stacked on the transfer layer ML1 by supplying the modeling material MM from the
次に、ステップS140の三次元造形物Oのステージ210からの取り外し工程において、三次元造形物Oの積層体および造形シートSをステージ210から取り外し、ステップS150の三次元造形物Oからの転写シートSの取り外し工程において、三次元造形物Oの積層体から転写シートSを取り外すことで、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。ここで、図9は、ステップS140の実行後にステップS150を実行している状態を表している。
Next, in the step of removing the three-dimensional structure O from the
なお、図10に示すようにステージ210に固定された転写シートSとの界面から三次元造形物Oを取り外してもよい。
Note that the three-dimensional structure O may be removed from the interface with the transfer sheet S fixed to the
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップS120の転写層形成工程において供給手段110の吐出部60から供給される造形材料MMの供給幅が凹凸Uの幅よりも広くなるように転写層ML1を形成するので、転写シートSに設けられた造形材料MMの供給幅よりも狭い緻密な凹凸Uを利用して、三次元造形物Oの完成品の表面形状OFに対応する凹凸Uを形成することができる。このため、緻密な表面形状OFを有する三次元造形物Oを製造することができるとともに、造形材料MMの供給幅は該凹凸Uの幅よりも広いので造形速度を低下させることも抑制することができる。また、本実施例の三次元造形物の製造方法のように造形層MLを積層して三次元造形物Oを造形する方法の場合、表面形状OFに積層に伴って生じるノイズとしての積層模様が生じやすいが、本実施例の三次元造形物の製造方法はこのような積層模様が生じることを抑制することもできる。積層模様が生じることを抑制することで、コーティング処理や研磨処理や切削処理など、後加工処理を省略することが可能になる。なお、「幅」とは、ステージと供給手段との相対移動方向(X軸方向及びY軸方向)と交差する方向であって造形層MLの積層方向(Z軸方向)とも交差する方向の長さを意味する。
As described above, in the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the supply width of the modeling material MM supplied from the
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、制御部101の制御により、ステップS120の転写層形成工程における転写層ML1の平均厚みT1を、ステップS130の積層工程における造形層ML2の平均厚みT2よりも薄くなるようにすることができる。このように、転写層形成工程における転写層ML1の平均厚みT1が積層工程における造形層ML2の平均厚みT2よりも薄い場合、すなわち、例えば、転写層ML1とそれ以外の造形層MLとが、同じ供給量で、同じステージ210と供給手段110との相対移動速度で形成される場合、転写層形成工程において造形材料MMを押し付けるように供給することができ、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層ML1を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状OFを有する三次元造形物Oを製造することができる。なお、「厚み」とは、積層方向の長さ(高さ)を意味する。
Further, in the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、制御部101の制御により、ステップS120の転写層形成工程における転写層ML1の平均厚みT1を、凹凸Uの最大高さ粗さよりも厚くすることができる。このように、転写層形成工程における転写層ML1の平均厚みT1を凹凸Uの最大高さ粗さよりも厚くすることで、供給手段110の吐出部60と転写シートSとの衝突を抑制できるとともに、転写層形成工程における1層分の転写層ML1に転写シートSに設けられた凹凸Uを好適に転写することができる。ただし、このような方法に限定されず、転写シートSに設けられた一部の高さの高い凸部など一部の凹凸Uを積層工程における造形層ML2にも転写する方法としてもよい。なお、「凹凸Uの最大高さ粗さ」とは、最も高い凸部と最も低い凹部との積層方向の長さ(高さ)に対応する。
In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、制御部101の制御により、ステップS120の転写層形成工程における積層方向から見た単位面積当たりの造形材料の供給量を、ステップS130の積層工程における積層方向から見た単位面積当たりの造形材料の供給量よりも多くすることができる。このような制御をすることで、例えば、転写層ML1とそれ以外の造形層ML2とが、同じ厚みで、同じステージ210と供給手段110との相対移動速度で形成される場合、ステップS120の転写層形成工程において造形材料MMを押し付けるように供給することができ、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層ML1を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状OFを有する三次元造形物Oを製造することができる。
In addition, in the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、制御部101の制御により、ステップS120の転写層形成工程におけるステージ210と供給手段110との相対移動速度の平均値を、ステップS130の積層工程におけるステージ210と供給手段110との相対移動速度の平均値よりも遅くすることができる。このような制御をすることで、例えば、転写層ML1とそれ以外の造形層ML2とが、同じ供給量で、同じ厚みで形成される場合、ステップS120の転写層形成工程において造形材料MMを押し付けるように供給することができ、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層ML1を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状OFを有する三次元造形物Oを製造することができる。
Further, in the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the
なお、上記のように、三次元造形装置100は、造形材料MMを加熱する加熱手段としてのヒーター58を備えており、供給手段110から供給する造形材料MMを加熱してステージ210上に供給可能である。ここで、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、制御部101の制御により、ステップS120の転写層形成工程における造形材料MMの加熱温度を、ステップS130の積層工程における造形材料MMの加熱温度よりも高くすることができる。造形材料MMの加熱温度が高いほど造形材料MMの粘性を低下させることができるので、このような制御をすることで、不要な隙間や空隙などを生じさせることなく転写層ML1を形成することができる。したがって、好適に緻密な表面形状OFを有する三次元造形物Oを製造することができる。
As described above, the three-
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、転写ローラーを用いて凹凸面UFに凹凸Uを形成する凹凸形成工程をステップS110の配置工程に先立って実行することができる。転写ローラーを用いて凹凸Uを形成することで、転写シートSを簡単かつ低コストで形成することができる。なお、転写ローラーを用いて凹凸Uを形成する代わりに、例えば、インクジェット方式で凹凸Uを形成する方法や三次元造形装置100自体を使用して凹凸Uを形成する方法を採用することも可能である。
In addition, in the manufacturing method of the three-dimensional structure of the present embodiment, the unevenness forming step of forming the unevenness U on the uneven surface UF using the transfer roller can be performed prior to the arranging step of step S110. By forming the unevenness U using the transfer roller, the transfer sheet S can be formed easily and at low cost. Instead of forming the unevenness U using a transfer roller, for example, a method of forming the unevenness U by an inkjet method or a method of forming the unevenness U using the three-
また、図6で表されるように、転写シートSは、凹凸面UFに、凹凸Uが形成される凹凸形成領域S1だけでなく、凹凸Uが形成されない凹凸非形成領域S2を備えていてもよい。転写シートSの凹凸面UFに凹凸形成領域S1と凹凸非形成領域S2とがあることで、完成品の表面形状OFとして凹凸形成領域S1と凹凸非形成領域S2とを有する三次元造形物Oを製造する場合に、凹凸形成領域S1と凹凸非形成領域S2とに段差が生じることを抑制することができる。なお、凹凸面UFに凹凸形成領域S1のみを有する転写シートSを用い、凹凸Uの無いステージ210の面211を利用して凹凸非形成領域を形成してもよいが、この場合は、転写シートSの厚みに対応する段差が三次元造形物Oの完成品に生じる。
Further, as shown in FIG. 6, the transfer sheet S may include not only the unevenness forming region S1 in which the unevenness U is formed, but also the unevenness non-forming region S2 in which the unevenness U is not formed on the uneven surface UF. good. Since the uneven surface UF of the transfer sheet S has the uneven surface UF, the three-dimensional structure O having the uneven surface S1 and the uneven surface S2 as the surface shape OF of the finished product. When manufacturing, it is possible to suppress the occurrence of a step between the irregularity formed region S1 and the irregularity non-formed region S2. It is also possible to use the transfer sheet S having only the unevenness forming area S1 on the uneven surface UF and form the unevenness non-forming area using the
また、転写シートSの凹凸面UFに、ステップS120の転写層形成工程における転写層ML1の形成開始位置を表す位置決め形状を設けていてもよい。このように、位置決め形状を設けることで、三次元造形物Oの所望の位置とは異なる位置に凹凸Uを形成してしまうことなどを抑制することができる。なお、位置決め形状の具体的な構成については特に限定は無いが、例えば、ほかの領域とは異なる色の部分とすることや、三次元造形物Oの表面形状OFの一部としてそのまま使える立体部分を位置決め形状とすることなどができる。 Further, the uneven surface UF of the transfer sheet S may be provided with a positioning shape representing the formation start position of the transfer layer ML1 in the transfer layer forming step of step S120. In this way, by providing the positioning shape, it is possible to suppress the unevenness U from being formed at a position different from the desired position of the three-dimensional structure O. The specific configuration of the positioning shape is not particularly limited. can be used as a positioning shape.
また、図6の下段の左側の図のように、転写シートSは、造形層MLよりも曲げ剛性が低いものを使用してもよい。転写シートSとして造形層MLよりも曲げ剛性が低いものを使用することで、三次元造形物Oの積層が終わり、転写シートSを造形層MLから取り外す際に、造形層MLを破損させることなく転写シートSを造形層MLから容易に取り外すことができる。 Also, as shown in the lower left diagram of FIG. 6, the transfer sheet S may have a lower flexural rigidity than the modeling layer ML. By using a transfer sheet S having a bending rigidity lower than that of the modeling layer ML, the modeling layer ML is not damaged when the transfer sheet S is removed from the modeling layer ML after completing the stacking of the three-dimensional structure O. The transfer sheet S can be easily removed from the modeling layer ML.
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various configurations without departing from the spirit of the present invention. The technical features in the examples corresponding to the technical features in each form described in the outline of the invention are used to solve some or all of the above problems, or to achieve some or all of the above effects. They can be interchanged and combined as appropriate to achieve all. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
20…材料供給部、22…連通路、30…造形材料生成部、31…スクリューケース、32…モーター、40…フラットスクリュー、42…溝部、43…凸状部、44…材料流入口、46…中央部、47…上面、48…下面、50…バレル、52…スクリュー対向面、54…案内溝、56…連通孔、58…ヒーター(加熱手段)、60…吐出部、61…ノズル、62…吐出口、65…流路、100…三次元造形装置、101…制御部、110…供給手段、210…ステージ、211…面、230…移動手段、M…モーター、ML…造形層、ML1…転写層(造形層)、ML2…造形層、MM…造形材料、MR…原材料、LP…線状部位、O…三次元造形物、OF…表面形状、RX…回転軸、S…転写シート、U…凹凸、UF…凹凸面
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記三次元造形物の完成品の表面形状に対応する凹凸が設けられた凹凸面を有する転写シートを前記ステージ上に配置する配置工程と、
前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させつつ前記凹凸面上に前記供給手段から前記造形材料を供給することで前記三次元造形物を構成する造形層のうちの転写層を形成する転写層形成工程と、
前記ステージと前記供給手段とを相対的に移動させつつ前記転写層上に前記供給手段から前記造形材料を供給することで前記造形層を前記転写層上に積層する積層工程と、
を有し、
前記転写層形成工程では、前記供給手段から供給される前記造形材料の供給幅が前記凹凸の幅よりも広くなるように前記転写層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 A method for manufacturing a three-dimensional modeled object in a three-dimensional modeling apparatus, comprising: a stage; supply means for supplying a modeling material onto the stage; and moving means for relatively moving the stage and the supply means. ,
An arrangement step of arranging a transfer sheet having an uneven surface provided with unevenness corresponding to the surface shape of the finished product of the three-dimensional structure on the stage;
Transfer for forming a transfer layer of modeling layers constituting the three-dimensional model by supplying the modeling material from the supply means onto the uneven surface while relatively moving the stage and the supply means. a layer forming step;
a stacking step of stacking the modeling layer on the transfer layer by supplying the modeling material from the supply means onto the transfer layer while relatively moving the stage and the supply means;
has
A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein in the transfer layer forming step, the transfer layer is formed such that a supply width of the modeling material supplied from the supply means is wider than a width of the unevenness.
前記転写層形成工程における前記転写層の平均厚みは、前記積層工程における前記造形層の平均厚みよりも薄いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing the three-dimensional structure according to claim 1,
A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein an average thickness of the transfer layer in the transfer layer forming step is thinner than an average thickness of the modeling layer in the laminating step.
前記転写層形成工程における前記転写層の平均厚みは、前記凹凸の最大高さ粗さよりも厚いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing the three-dimensional structure according to claim 2,
A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein an average thickness of the transfer layer in the transfer layer forming step is thicker than a maximum height roughness of the unevenness.
前記転写層形成工程における前記造形層の積層方向から見た単位面積当たりの前記造形材料の供給量は、前記積層工程における前記積層方向から見た単位面積当たりの前記造形材料の供給量よりも多いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 3,
The supply amount of the modeling material per unit area viewed from the stacking direction of the modeling layers in the transfer layer forming step is larger than the supply amount of the modeling material per unit area viewed from the stacking direction in the stacking step. A method for manufacturing a three-dimensional structure, characterized by:
前記転写層形成工程における前記ステージと前記供給手段との相対移動速度の平均値は、前記積層工程における前記ステージと前記供給手段との相対移動速度の平均値よりも遅いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 4,
An average value of relative movement speeds between the stage and the supply means in the transfer layer forming step is slower than an average value of relative movement speeds between the stage and the supply means in the lamination step. A method of manufacturing a modeled object.
前記三次元造形装置は、前記造形材料を加熱する加熱手段を備え、前記供給手段から供給する前記造形材料を加熱して前記ステージ上に供給可能であり、
前記転写層形成工程における前記造形材料の加熱温度は、前記積層工程における前記造形材料の加熱温度よりも高いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 5,
The three-dimensional modeling apparatus includes heating means for heating the modeling material, and can heat the modeling material supplied from the supply means and supply it onto the stage,
A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the heating temperature of the modeling material in the transfer layer forming step is higher than the heating temperature of the modeling material in the layering step.
転写ローラーを用いて前記凹凸面に前記凹凸を形成する凹凸形成工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 6,
A method for manufacturing a three-dimensional structure, comprising a step of forming the unevenness on the uneven surface using a transfer roller.
前記転写シートは、前記凹凸面に、前記凹凸が形成される凹凸形成領域と、前記凹凸が形成されない凹凸非形成領域と、があることを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 7,
A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the transfer sheet has, on the uneven surface, an uneven-formed area in which the unevenness is formed and an uneven-unformed area in which the unevenness is not formed.
前記転写シートは、前記凹凸面に、前記転写層形成工程における前記転写層の形成開始位置を表す位置決め形状を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 8,
A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the transfer sheet has, on the uneven surface, a positioning shape representing a formation start position of the transfer layer in the transfer layer forming step.
前記転写シートは、前記造形層よりも曲げ剛性が低いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 9,
A method for manufacturing a three-dimensional structure, wherein the transfer sheet has a bending rigidity lower than that of the modeling layer.
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