JP3699359B2

JP3699359B2 - 線形熱切断システムを用いた可変積層高速造形方法及び高速造形装置

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Publication number: JP3699359B2
Application number: JP2001072938A
Authority: JP
Inventors: ドンヨルヤン; ドンギュアン; ボスンシン; サンホリー
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: KR100362737B1; DE10112629B4; US6627030B2; DE10112629A1; JP2001301044A; US20010040003A1; KR20010094830A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速造形装置に関し、特に、発泡性樹脂、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂などの材料を様々な幅及び厚さで供給した後、４自由度を有する線形熱切断システムを用いて可変幅、可変傾斜及び可変長さに切断し、接着及び積層して３次元形状の製品を製作する可変積層高速造形装置に関するものである。
また、本発明は試作品やモルドを製作する既存の高速造形方法に対して表面寸法精度を向上させることにより後処理工程（特に、デキュービング（Decubing)）をほとんど不要とさせ、所要時間を画期的に向上させた高速造形方法に関するものである。
本発明は建築モデルの製作、造形物の製作、試作品の形状／設計／機能検討（例：航空機タービンブレード、遠心圧縮機のインペラー、ハンディーホン等）、キャラクター商品の製作（例：ピカチュー人形、ドリー人形等）及びロストフォーム（Lost Foam）鋳造のコアなど、様々な産業分野で活用され得る。特に、本発明は、３軸または５軸切削加工による製作が不可能な複雑な３次元形状を短時間内に迅速に製作するのに使用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速造形方法は、液体状態の材料をレーザー光線を照射して硬化させ、３次元形状を造形する硬化法と、粒状、或は層状からなった固体素材を所望の形態に接合させて作る方法など、大きく二つに分けることができる。
【０００３】
ここで、高速造形方法とは、紙、ワックス、ＡＢＳ及びプラスチックなど種々の非金属、金属材料を使用して３次元ＣＡＤデータから直接的に３次元形状の試作品またはモルドを造形する方法を称するものであり、最近は金属粉末及び金属ワイヤー（wire）の材料を使用するなど多様な方法が開発されているのが実情である。
【０００４】
まず、上記の硬化法のうちの一つである光造形（stereolithography, SLA; 3D Systems社）方法は、液体状態の光硬化性樹脂すなわち感光性樹脂に選択的にレーザービームを照射して凝固させる方式であって、一層ずつ続けて積層していく方式である。このような光造形方法はレーザービームを局所的に照射する方法（3D Systems社−SLA, Quadrax社, Sony社, Dupont社など）と、紫外線ランプを用いて一度に一層ずつを照射する方法（Cubital社−SGC, Light Sculpting社など）などの二つの方式がある。
【０００５】
しかし、このような光造形方法は作業工程中、凝固された光硬化性樹脂が硬化時に収縮し、これにより捩じれ現象が発生するという短所がある。また、突出部がある製品を製作する場合には、このような突出部を形成するために使用される光硬化性樹脂が下方に落ちないように支持する支持台が必要であるという短所がある。なお、樹脂が材料として使用されるため、強度が劣って機能性材料としての利用が難しいという短所もある。
【０００６】
そして、粉末材料を用いて形状を造形する方法には、選択的レーザー焼結造形（selective laser sintering, SLS; DTM社）方法と、３次元プリンティング（three dimension printing; Solingen社, Z Corp.など−MIT開発）方法などがある。
【０００７】
このような、選択的レーザー焼結造形方法はプラスチック類の粉末材料を塗布し、レーザービームを照射して粉末を結合する方式により製品を製作する。また、このような選択的レーザー焼結造形方法はプラスチックを表面にコーティングした鉄粉末を用いて金属製品やモルドを製作するのに使用されることもある。
【０００８】
しかしながら、このようにプラスチックを表面にコーティングした鉄粉末を用いて金属製品やモルドを製作する場合には、表面にコーティングされたプラスチックを除去し、鉄粉末などを互いに結合できるように焼結しなければならない。また、鉄粉末などの間に形成された空隙を埋めることができるように銅溶浸をするなど、後処理が必要となる。ところが、このような選択的レーザー焼結造形方法は後処理過程で熱変形による収縮が起こるため、寸法精度を合わせるのが難しいという短所がある。
【０００９】
そして、３次元プリンティング方法は、塗布された粉末に液体状態の結合剤を選択的に振りまいて製品を作る。即ち、このような３次元プリンティング方法を用いることにより、セラミックス粉末からインベストメント鋳造用セラミックスシェルを直接作ったり、澱粉成分を基本とする粉末材料を使用して製品を製作することもできる。しかし、このような３次元プリンティング方法は製品の密度及び強度の増加のために後処理が必須的であるので、熱変形による収縮が発生するという短所がある。
【００１０】
また、紙積層造形（laminated object manufacturing, LOM; Helisys社）方法は、薄い薄板形状の紙を加熱されたローラを使用して接着し、レーザーで切断する過程を繰り返して製品を製作する。しかしながら、このような紙積層方法は材料として紙を使用するため、運転費が安いという長所はあるが、製品の製作後、製品を取り出すのに長い時間が所要されるという短所がある。
【００１１】
例えば、球形状の製品を製作する場合において、紙を順次的に積層及び切断する過程を通じて球形状の製品が製作されると、球形状製品以外の残留紙部分が製作された球形状製品の周りを囲んでおり、このような残留紙部分から球形状製品を取り出すのに長い時間が所要される。また、現在、プラスチック薄板材料が開発されてプラスチック製品を製作することもできるが、紙の場合と同じように製品を取り出す工程が難しいという短所がある。
【００１２】
なお、熱溶解積層（fused deposition modeling, FDM; Stratasys社）方法は、フィラメント（filament）形態のプラスチック類の材料を押出し金型と類似した形態の加熱されたノズル間に通過させ、溶融状態にして接着する方式により製品を製作する。しかし、このような熱溶解積層方法はフィラメント形態の材料を使用するため、表面が粗いという短所がある。
【００１３】
下記では金属のような機能性材料の製品やモルドを直接製作する高速造形方法について説明する。
【００１４】
最近、商用化されたＬＥＮＳ（Laser Engineered Net Shaping; Optomec社−Sandia National Lab.開発）方法は、レーザービームを用いて金属基底（substrate）を局部的に加熱して小さい溶湯プール（melt pool）を作り、ガスを用いてここに金属粉末を落とす方式により製品を製作する。
【００１５】
しかし、このようなＬＥＮＳ方法は金属を完全に溶かして製品を製作するため、凝固時に変形が激しく、寸法精度が劣るという短所がある。また、このようなＬＥＮＳ方法は溶融物を用いた製品の製作方法であるため、突出部や片持ち形態を有した製品を製作するのが不可能であるという短所がある。
【００１６】
そして、ＳＤＭ（Shape Deposition Manufacturing; Stanford大学、 Carnegie Mellon大学）方法は金属溶着（deposition）とＣＮＣ（コンピュータ数値制御）機械加工を結合した方法である。このようなＳＤＭ方法は、先に金属を溶着した後、多軸ＣＮＣミリングを用いて所望する厚さと境界形状を有するように加工し、同じ層の残りの部分は他の金属材料で埋めた後、さらにＣＮＣ加工をして一層を完成する。このように一層が完成した後には、残留応力を除去するためにショットピーニング作業をする。このような一連の過程を遂行することにより所望する製品を製作することになる。
しかし、このようなＳＤＭ方法はいろんな過程を反復的に遂行しなければならないため、製品を製作するのに長い時間が所要されるという短所がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は前述したような従来の技術の問題点を解決するために案出されたものであって、発泡性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの材料を様々な厚さの板材ストリップ（Strip）形態で連続的に供給した後、この板材ストリップを４自由度線形熱切断システムでＣＡＤデータから要求される幅、傾斜及び長さに自由に切断し、接着及び積層することにより造形時間と精度を画期的に向上させ、材料の損失もやはり顕著に減少させることができる高速造形方法及び高速造形装置を提供することにその目的がある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明によれば、建築モデル、造形物、キャラクター商品、試作品、及びロストフォーム鋳造コアを製作する高速造形方法において、切断が可能な板材ストリップ形状の材料を移送しながら、前記板材ストリップの下面に接着剤を塗布する段階と、製作物の３次元ＣＡＤデータに従って線形熱源を用いて、移送される板材ストリップを可変幅、可変傾斜及び可変長さに切断する段階と、切断された板材ストリップを３次元製作物の各位置に位置するように移動テーブルに積層する段階と、順次的に積層されて接着される切断された板材ストリップによって３次元製作物が完成したか否かを判断する段階とを含む可変積層高速造形方法が提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、前記線形熱源によって切断され、残留する残余材料を切断した後、貯蔵する段階をさらに含む可変積層高速造形方法が提供される。
そして、本発明によれば、前記線形熱源は、熱線、レーザー、プラズマ、熱ビーム、高温ガス（heat gas）のうちのいずれかであることが望ましい。
なお、本発明によれば、前記板材ストリップは、発泡性樹脂、熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂から形成されることが望ましい。
【００２０】
さらにまた、上記の目的を達成するための本発明によれば、建築モデル、造形物、キャラクター商品、試作品、及びロストフォーム鋳造コアを製作する高速造形方法において、切断が可能な板材ストリップ（strip）形状の材料を貯蔵する貯蔵手段と、前記貯蔵手段に貯蔵された板材ストリップを水平移送させる移送手段と、移送される板材ストリップの下面に接着剤を塗布する塗布手段と、製作物の３次元ＣＡＤデータに従って線形熱源を用い、移送された板材ストリップを可変幅、可変傾斜及び可変長さに切断する切断手段と、前記切断手段によって切断される板材ストリップをその垂直方向で固定して垂直方向へ移動させる固定手段と、切断された板材ストリップが３次元製作物の各位置に積層されるように３次元的に移動する移動手段とを含む可変積層高速造形装置が提供される。
【００２１】
また、本発明によれば、前記線形熱源によって切断され、残留する残余材料を切断して貯蔵する切断貯蔵手段をさらに含む可変積層高速造形装置が提供される。
そして、本発明によれば、下面に接着剤が塗布された残余材料が前記移送手段を通る時に、前記移送手段に付かないように残余材料の下面に付着される薄い紙を提供する供給ローラを含む可変積層高速造形装置が提供される。
【００２２】
なお、本発明によれば、前記切断手段は並進運動及び回転運動が可能な４自由度線形熱切断機であることが望ましい。
さらにまた、本発明によれば、前記移動手段に順次的に積層される板材ストリップの上面を押して下層の板材ストリップと密着接合させ得るようにする接着補助装置を含む可変積層高速造形装置を提供する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明による線形熱切断システムを用いた可変積層高速造形方法及び高速造形装置の好ましい実施例を詳細に説明する。
図面において、図１は本発明の一実施例による線形熱切断システムを用いた可変積層高速造形方法の全体的な概略図であり、図２は本発明の線形熱切断システムを用いた可変積層高速造形装置の全体的な概略図である。そして、図３乃至図６は図２に図示されている高速造形装置の材料貯蔵ロール及び材料貯蔵ロールの支持部の概略図であり、図７乃至図１０は図２に図示されている高速造形装置の熱線切断機の概略図であり、図１１は図２に図示されている高速造形装置の熱線切断機の制御システムの構成図である。また、図１２及び図１３は図２に図示されている高速造形装置の切断製品固定装置の概略図及びその制御システムの構成図であり、図１４は図２に図示された高速造形装置のＸＹＺ移動テーブルの制御システムの構成図である。そして、図１５及び図１６は図２に図示されている高速造形装置の接着剤付着装置の概略図であり、図１７は図２に図示されている高速造形装置の接着補助装置の概略図である。また、図１８は図２に図示されている高速造形装置の残余材料除去及び貯蔵装置の概略図であり、図１９は本発明により単位形状片の積層時に結合を効果的に遂行するために上面と下面に傾斜を付与する方法に関する概略図である。
【００２４】
図２に示すように、本発明の高速造形装置は発泡性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などの板材ストリップ形態の材料を巻いて保管する材料貯蔵ロール１２を含む。このような材料貯蔵ロール１２は貯蔵ロール支持部１１によって上下移動も可能に支持されている。このように配置された材料貯蔵ロール１２に巻かれた材料は移送される材料の高さを平衡に維持する調節ローラ１３を通過し、前方移送装置１５及び後方移送装置１４によって連続または断続的に供給される。
【００２５】
後方移送装置１４の側面には接着剤付着装置２３が設けられているが、このような接着剤付着装置２３は後方移送装置１４によって供給される板材ストリップの下部面の全体に接着ローラ２４で接着剤を連続的に塗布する。そうすると、移送される板材ストリップの下部面の全体に接着剤が均等に塗布される。
【００２６】
また、前方移送装置１５と後方移送装置１４との間には移送される板材ストリップを切断する熱線切断機１６が設けられている。このような熱線切断機１６はＸ、Ｙ、θ_x、θ_y方向に移動及び調節され得るように構成されたものであり、高温の熱線１７を用いて供給された板材ストリップ形態の材料をＣＡＤデータと同一の形状を有した単位形状片に切断する。このような熱線切断機１６による単位形状片の切断の際、ＣＡＤデータによって可変幅、可変側面傾斜及び可変長さが工程中に制御される。
【００２７】
なお、熱線切断機１６によって板材ストリップが切断される場合、このような板材ストリップを固定する切断製品固定装置１８が、移送される板材ストリップの上部面に設けられる。即ち、板材ストリップが熱線切断機１６によって切断されるとき、切断製品固定装置１８の切断製品吸引器１９が垂直に移動して切断中である単位形状片を固定し、単位形状片が最終的に切断される瞬間、左右に揺れないように固定する。そして、単位形状片が完全に生成されたら、切断製品吸引器１９が追加的な垂直方向移動を行い、移送される板材ストリップの下部面に位置するＸＹＺ移動テーブル２１上に単位形状片を位置させる。このとき、切断された単位形状片はＣＡＤデータの定められた３次元座標に沿ってＸＹＺ移動テーブル２１上に位置する。
【００２８】
また、ＸＹＺ移動テーブル２１は、切断製品吸引器１９により垂直移動された単位形状片が目的物のＣＡＤデータと一致する３次元空間上に位置できるように、造形の際に、移動テーブル２１の同一層内でＸＹ位置を移動させ、層間移動として材料の厚さだけＺ軸移動させて３次元座標に位置させる。
【００２９】
そして、ＸＹＺ移動テーブル２１の側面には接着補助装置２２が設けられている。このような接着補助装置２２は切断製品吸引器１９によってＸＹＺ移動テーブル２１上に位置した単位形状片の上面を加圧し、接着剤付着装置２３により底面に塗布された接着剤として下層に位置する単位形状片と良く接着され得るようにする。
【００３０】
また、前方移送装置１５の前方には熱線切断機１６によって一定形態に切断されて残った残余材料、即ち、下面に接着剤が付いている残余材料が前方移送装置１５を通る時に、接着剤が前方移送装置１５に付かないように薄い紙を連続的に供給するアイドルローラ２０が設けられている。
【００３１】
なお、前方移送装置１５の後方には熱線切断機１６によって単位形状片に切断されたもの以外の残余板材ストリップを切断する残余材料切断機２５が設けられている。この時、残余板材ストリップは前方移送装置１５と残余材料切断機２５との間に位置する移動ガイド２６に沿って移動する。
【００３２】
そして、残余材料切断機２５の後方には切断された材料を残余材料除去機２７に沿って移動させた後、貯蔵する残余材料貯蔵装置２８が設けられている。
【００３３】
下記には前述したように構成された本発明の可変積層高速造形装置を用いた高速造形方法を図１及び図２を参照して詳細に説明する。
【００３４】
製作しようとする製品に対するＣＡＤデータ（*.DTL, *.IGES, *.dxf等）が入力されると、制御装置により全体的に制御する。即ち、制御装置が材料貯蔵ロール１２に巻かれている板材ストリップの移送速度を後方移送装置１４及び前方移送装置１５を用いて制御する（材料供給部）。移送された板材ストリップは熱線切断機１６によって切断され、切断された単位形状片は切断製品固定装置１８によってＸＹＺ移送テーブル２１へ移送される（トリミング部）。即ち、制御装置が板材ストリップの切断速度Ｖｓ、切断温度Ｔ及び切断形状情報などを制御する。ここで、切断形状情報とは、切断する板材ストリップの厚さ方向の中間部位のポイントデータｘ，ｙ，ｚ、切断角θ₁，θ₂及びマスタ／スラブ情報を意味し、マスタ／スラブ情報は切断形状によって熱線切断機１６の２個の熱線１７のうちいずれをマスタまたはスラブに決めるかを決定するものである（形状情報部）。
【００３５】
また、ＸＹＺ移送テーブル２１へ移送される単位形状片は制御装置の接着部位情報に従って原点が設定された移送テーブル２１に沿って順次的に積層及び接着される（積層／接着部）。そして、残余材料は残余材料切断機２５によって切断され、残余材料貯蔵装置２８に貯蔵される（残余材料切断／貯蔵部）。
上記のような一連の順序に従って所望する形状が製作される時まで進行される。
【００３６】
下記には前述したように構成された本発明の可変積層高速造形装置の作動関係及び高速造形方法をさらに具体的に説明する。
【００３７】
まず、板材ストリップ形態の発泡性樹脂、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を図３乃至図６に図示されているように構成された材料貯蔵ロール支持部１１によって支持される材料貯蔵ロール１２から調節ローラ１３へ移動させて板材ストリップに欠陥（小皺、曲がりなど）が発生しないようにした後、このような板材ストリップを後方移送装置１４及び前方移送装置１５を用いて連続及び断続的に移送させる。このとき、移送速度と移送長さなどは図１の制御装置によって決定される。
【００３８】
このような板材ストリップが後方移送装置１４を通る瞬間、図１５及び図１６に図示されているように移送される板材ストリップの下部面に位置する接着付着装置２３の接着ローラ２４により板材ストリップの下部面に接着剤が均等に塗布される。
【００３９】
このように下部面に接着剤が均等に塗布された板材ストリップは熱線切断機１６によって単位形状片に切断される。この時、熱線切断機１６の切断速度Ｖｓ、切断温度Ｔ及び切断形状情報などは制御装置によって制御される。
【００４０】
このような熱線切断機１６は板材ストリップを切断するために２台が設けられるが、図７乃至図１０に図示されているように、両端部にワイヤーカトリッジがそれぞれ設けられ、このようなカトリッジにより熱線１７が連結されている。そして、このような熱線切断機１６は４自由度を有する並進運動及び回転運動が可能なように構成されたものであって、ｘ軸及びｙ軸方向に並進運動し、θ_x、θ_yに回転運動できるように構成されている。即ち、熱線切断機１６は両端部に位置する熱線１７が所望する形状を自由に切断できるように構成されている。
【００４１】
このように構成された熱線切断機１６を使用して単位形状片を切断するためには、図１１に図示された制御システムによって熱線切断機１６が作動されなければならない。即ち、熱線切断機の制御システムは図５のＳ／Ｗ部のように単位形状片の上面と下面に対する形状情報(STLファイル）を用いて中間断面に対する位置座標Ｘ、Ｙと側面傾斜θ_x、θ_yとを演算し、この結果を用いて形状複雑度を演算する。ここで、演算された形状複雑度からマスタ／スラブ及び熱線切断機の移動経路を設定し、熱線切断機１６の移送速度Ｖ_cut、材料の移送速度Ｖ_Fを演算した後、熱線１７の移送速度と材料の移送速度との相対速度Ｖ_cut−Ｖ_Fを演算する。この相対速度を経験的に得られた熱線１７の温度対相対速度の関係から相対速度に該当する熱線温度Ｔ_hを求める。この結果をすべて図１１のＨ／Ｗ部の各制御システムの入力値に入れて熱線切断機１６を作動させる。
【００４２】
そして、単位形状片切断時に、単位形状片のＸ方向の上面と下面は図１９のように傾斜θ₁、θ₂を与えて切断し、接着時に単位形状片の席を取ることが容易であるばかりでなく、接着能力を向上させることができるようにした。
【００４３】
この原理に従って熱線切断機１６により単位形状片が切断される工程中に切断製品固定装置１８の切断製品吸引器１９が垂直方向に移動し、Ｘ方向に１／２以上切断された単位形状片の既に切断された面を吸引して支持する。そして、単位形状片の切断完了後、単位形状片をＸＹＺ移動テーブル２１上の定められた位置に定着させる。このような切断製品固定装置１８の垂直移動と単位形状固定のためには、図１３に図示された制御システムによって切断製品固定装置１８が作動されなければならない。
【００４４】
即ち、切断製品固定装置１８の制御システムは図１２及び図１３に図示されているように、Ｓ／Ｗ部で単位形状片の上面ＣＡＤデータを獲得し上面の輪郭を演算した後、この輪郭内に位置した切断製品吸引器１９を選択する。そうした後、選択された切断製品吸引器１９などの単位形状片の固定順序を演算する。そして、材料の厚さ、装備の３次元配置などを考慮して切断製品吸引器１９の垂直移動距離を演算する。この結果をすべて図７のＨ／Ｗ部の各制御システムに入力値に入れて切断製品固定装置１８及び切断製品吸引器１９を作動させる。
【００４５】
このように切断された単位形状片はＸＹＺ移動テーブル２１上に積層されるが、この時には図１４のような制御システムによって作動されなければならない。即ち、ＸＹＺ移動テーブル２１の制御システムは図１４のように、Ｓ／Ｗ部で単位形状片の下面ＣＡＤデータを取り入れて各単位形状片の下面の中心座標Ｘ_C、Ｙ_Cを演算した後、この点をＸＹ移動テーブル上の座標に変換し、各単位形状片の下面の中心座標Ｘ_CT、Ｙ_CTを演算する。また、ＣＡＤデータから積層方向Ｘ_dirまたはＹ_dir、供給材料の厚さｔ及び装備の３次元配置Ｐ_tzなどを考慮してＸＹＺ移動テーブル２１の移動距離を演算する。このように座標変換を通じて単位形状片の下面の中心座標を演算するのは、積層座標が一致しないことにより発生する積層エラーを未然に予防するためである。この結果をすべて図１４のＸＹ移動テーブルの制御システムに入力値に入れてＸＹＺ移動テーブル２１を作動させる。
【００４６】
このようにＸＹＺ移動テーブル２１上に単位形状片が積層されたら、単位形状片の下面と前層の上面とが良く接着されるように図１７のように構成された接着補助装置２２を付加して単位形状片の上面を少しずつ押してくれる。これにより、所望する製品の形状が順次形成される。
【００４７】
そして、供給された板材ストリップのうち、単位形状片に切断された領域を除外した残余材料などは前方移送装置１５によって図１８のような残余材料切断機２５において切断され、残余材料貯蔵装置２８に貯蔵される。即ち、残余材料が移動ガイド２６を通過するとき、残余材料切断機２５が垂直運動をして残余材料を切断し、このように切断された残余材料は残余材料除去器２７によって導かれて残余材料貯蔵装置２８に貯蔵される。
【００４８】
本発明は上記のような一連の過程を順次的に繰り返すことにより、所望する製品の形状を作るものである。
前述した実施例では、熱線を用いて板材ストリップを切断するように構成したが、レーザー、プラズマ、熱ビーム、高温ガス（heat gas）などのような線形熱源を使用して板材ストリップを切断することもできる。
【００４９】
前述したような過程を通じて造形される本発明の可変積層高速造形方法は従来の紙積層ＬＯＭ方法と熱溶解積層ＦＤＭ方法に比べて次のような相異点がある。第１に、発泡性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び線形熱切断システムとして切断可能なあらゆる材料に対して適用可能である。
【００５０】
第２に、造形幅及び造形長さを造形中に制御することができ、複雑な形状をただ一度で造形可能である。
第３に、造形面の傾斜を工程中に制御することができ、最終製品の外観の幾何学的な精度を画期的に向上させることができる。
【００５１】
第４に、板材ストリップの厚さをいろいろと供給することによって造形時間が既存の任意の工程と比較できないくらいに早い。
第５に、領域分割によって単位形状片などを組合わせることにより一層を形成した後、次の層の積層にも同じような方法を繰り返して３次元形状を生成することにより、残余材料処理（Decubing）がほとんど要求されず、ＬＯＭ方法に比べて材料損失率が顕著に減ることになる。
【表１】

【００５２】
【発明の効果】
上述したしたように、本発明の可変積層高速造形装置はいろんな厚さと幅を有した板材ストリップを供給し、連続又は不連続モードで４自由度線形熱切断システムとして幅、傾斜、長さを変化させながら切断し、このように切断された単位形状片の組合せで３次元形状を造形するので、生産速度が画期的に向上される。
【００５３】
また、本発明の可変積層高速造形装置は４自由度線形熱切断システムとして幅、長さ、側面傾斜を調節して供給された板材ストリップを切断するので、最終製品の外観の精度を大幅向上させることができる。
なお、本発明の可変積層高速造形装置は一層をいろんな単位形状片の組合せで構成するので、材料に対する損失を画期的に減少させることができ、残余材料の除去作業を遂行する必要がなく、追加的な後処理工程がほとんど所要されない。
【００５４】
さらにまた、本発明の可変積層高速造形装置は発泡性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び熱線切断機システムとして切断可能なあらゆる材料を使用して建築モデルの製作、造形物の製作、試作品の形状／設計／機能検討、キャラクター商品の製作及びロストフォーム鋳造のコアなど、いろんな産業分野において活用することができる。
【００５５】
以上から、本発明の線形熱切断システムを用いた可変積層高速造形方法及び高速造形装置に対する技術事項を添付図面と共に叙述したが、これは本発明の最も好ましい実施例を例示的に説明したものであり、本発明を限定するものではない。
また、本技術分野の通常の知識を持つ者であれば誰でも、本発明の技術思想の範疇を離脱しない範囲内において変形及び模倣が可能であることは明白な事実である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による線形熱切断システムを用いた可変積層高速造形方法の全体的な概略図である。
【図２】本発明の線形熱切断システムを用いた可変積層高速造形装置の全体的な概略図である。
【図３】図２に図示されている高速造形装置の材料貯蔵ロールの概略図である。
【図４】図３の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図５】図２の材料貯蔵ロール支持部の概略図である。
【図６】図５の部分Ｂの詳細斜視図である。
【図７】図２に図示されている高速造形装置の熱線切断機の概略図である。
【図８】図２に図示されている高速造形装置の熱線切断機の概略図である。
【図９】図８の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図１０】図８の線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。
【図１１】図２に図示されている高速造形装置の熱線切断機の制御システムの構成図である。
【図１２】図２に図示されている高速造形装置の切断製品固定装置の概略図である。
【図１３】図２に図示されている高速造形装置の切断製品固定装置の制御システムの構成図である。
【図１４】図２に図示されている高速造形装置のＸＹＺ移動テーブルの制御システムの構成図である。
【図１５】図２に図示されている高速造形装置の接着剤付着装置の概略図である。
【図１６】図２に図示されている高速造形装置の接着剤付着装置の概略図である。
【図１７】図２に図示されている高速造形装置の接着補助装置の概略図である。
【図１８】図２に図示されている高速造形装置の残余材料の除去及び貯蔵装置の概略図である。
【図１９】本発明で単位形状片の積層の際、結合を効果的に行うように上面と下面に傾斜を付与する方法に関する概略図である。
【符号の説明】
１１…貯蔵ロール支持部
１２…材料貯蔵ロール
１３…調節ローラ
１４…後方移送装置
１５…前方移送装置
１６…熱線切断機
１７…熱線
１８…切断製品固定装置
１９…切断製品吸引器
２０…アイドルローラ
２１…ＸＹＺ移動テーブル
２２…接着補助装置
２３…接着剤付着装置
２４…接着ローラ
２５…残余材料切断機
２６…移動ガイド
２７…残余材料除去器
２８…残余材料貯蔵装置

Claims

建築モデル、造形物、キャラクター商品、試作品、及びロストフォーム鋳造コアを製作する高速造形方法において、
切断が可能な板材ストリップ形状の材料を移送しながら、前記板材ストリップの下面に接着剤を塗布する段階と、Ｘ軸及びＹ軸方向へ並進運動し、θ _x 及びθ _y 方向に回転運動する４軸制御線形熱源を用いて、移送される前記板材ストリップを３次元製作物のＣＡＤデータに従った単位形状片に切断する段階と、切断された前記単位形状片を３次元製作物の各位置に位置するように移動テーブルに積層して接着する段階と、順次的に積層されて接着される、切断された前記単位形状片によって形成された３次元製作物が完成したか否かを判断する段階とを含むことを特徴とする可変積層高速造形方法。
前記線形熱源によって切断され、残留する残余材料を切断した後、貯蔵する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の可変積層高速造形方法。
前記線形熱源は、熱線、レーザー、プラズマ、熱ビーム、高温ガスのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の可変積層高速造形方法。
前記板材ストリップは、発泡性樹脂、熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂から形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の可変積層高速造形方法。
建築モデル、造形物、キャラクター商品、試作品、及びロストフォーム鋳造コアを製作する高速造形装置において、
切断が可能な板材ストリップ形状の材料を貯蔵する貯蔵手段と、前記貯蔵手段に貯蔵された前記板材ストリップを水平移送させる移送手段と、移送される前記板材ストリップの下面に接着剤を塗布する塗布手段と、Ｘ軸及びＹ軸方向へ並進運動し、θ _x 及びθ _y 方向に回転運動する４軸制御線形熱源を用いて、移送された前記板材ストリップを３次元製作物のＣＡＤデータに従った単位形状片に切断する切断手段と、前記切断手段によって切断された前記単位形状片をその垂直方向で固定して垂直方向へ移動させる固定手段と、切断された前記単位形状片が３次元製作物の各位置に積層されるように３次元的に移動する移動手段とを含むことを特徴とする可変積層高速造形装置。
前記線形熱源によって切断され、残留する残余材料を切断して貯蔵する切断貯蔵手段をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の可変積層高速造形装置。
下面に接着剤が塗布された前記残余材料が前記移送手段を通る時に、前記移送手段に付かないように前記残余材料の下面に付着される薄い紙を提供する供給ローラを含むことを特徴とする請求項６に記載の可変積層高速造形装置。
前記移動手段に順次的に積層される前記単位形状片の上面を押して下層の前記単位形状片と密着接合させ得るようにする接着補助装置を含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の可変積層高速造形装置。