JP6601025B2 - 3D modeling method, 3D modeling device, 3D modeling data creation method, program - Google Patents
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本発明は立体造形方法、立体造形装置、立体造形のデータ作成方法、プログラムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling method, a three-dimensional modeling apparatus, a three-dimensional modeling data creation method, and a program.
立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば粉体（粉末ともいう）積層造形法で造形するものが知られている。これは、例えば、造形ステージに平坦化された金属又は非金属の粉体層を形成し、形成された粉体層に対して造形液の液滴をヘッドから吐出して、粉体が結合された薄層の造形層を形成し、この造形層上に粉体層を形成して再度造形層を形成する工程を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。 As a three-dimensional modeling apparatus (three-dimensional modeling apparatus) for modeling a three-dimensional modeled object (three-dimensional modeled object), for example, a model formed by a powder (also referred to as powder) additive manufacturing method is known. For example, a flat metal or non-metal powder layer is formed on a modeling stage, and droplets of a modeling liquid are ejected from the head onto the formed powder layer, so that the powder is bonded. A thin modeling layer is formed, a powder layer is formed on the modeling layer, and the process of forming the modeling layer is repeated again, and the modeling layer is stacked to model a three-dimensional model.
従来、粉体材料の無駄な消費を低減するために、目的とする立体造形物（三次元造形物）の本体だけでなく、枠体も三次元造形物の一部として造形ボックス内に形成するものが知られている（特許文献１）。 Conventionally, in order to reduce wasteful consumption of the powder material, not only the main body of the target three-dimensional model (three-dimensional model) but also the frame is formed as a part of the three-dimensional model in the modeling box. One is known (Patent Document 1).
ところで、粉体の薄層である粉体層に造形液の液滴を吐出して固化させて造形層を形成して造形するとき、立体造形物から水分がある程度蒸発するまでは、立体造形物の強度が低い状態になり、薄肉部分が破損し易くなる。 By the way, when forming a modeling layer by forming a modeling layer by discharging droplets of modeling liquid onto a powder layer, which is a thin layer of powder, until the water is evaporated to some extent from the three-dimensional modeled object, the three-dimensional modeled object This results in a low strength, and the thin-walled portion is easily damaged.
そのため、立体造形物の形状を保持したまま造形装置から取出すためには、立体造形物の水分が蒸発して所要の強度が得られるまで待たなければならないという課題がある。 Therefore, in order to take out from the modeling apparatus while maintaining the shape of the three-dimensional modeled object, there is a problem that it is necessary to wait until the moisture of the three-dimensional modeled object evaporates and the required strength is obtained.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、造形完了後立体造形物を速やかに取り出しせるようにすることを目的とする。 This invention is made | formed in view of said subject, and it aims at enabling it to take out a three-dimensional molded item rapidly after modeling completion.
上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形方法は、
粉体に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体が結合された造形層を形成し、前記造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形方法であって、
前記立体造形物の下方に、プレート状又はトレイ状の造形物を造形し、
前記プレート状又はトレイ状の造形物を造形するときの解像度は前記立体造形物を造形するときの解像度よりも低くする
構成とした。
In order to solve the above problems, the three-dimensional modeling method according to the present invention is:
It is a three-dimensional modeling method for discharging a droplet of a modeling liquid to a powder to form a modeling layer in which the powder is bonded, and sequentially stacking the modeling layers to form a three-dimensional modeling object.
A plate-shaped or tray-shaped model is formed below the three-dimensional model ,
The resolution when modeling the plate-shaped or tray-shaped model is set to be lower than the resolution when modeling the three-dimensional model .
本発明によれば、造形完了後立体造形物を速やかに取り出せるようになる。 According to the present invention, the three-dimensional model can be quickly taken out after the modeling is completed.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る立体造形装置を構成する粉体積層造形装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同粉体積層造形装置の要部斜視説明図、図２は同じく造形部の断面説明図である。なお、図２は１層の造形層が形成された上に１層の粉体層が形成された状態で示している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An example of the powder additive manufacturing apparatus constituting the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view of a main part of the powder additive manufacturing apparatus, and FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the modeling part. FIG. 2 shows a state in which one modeling layer is formed and one powder layer is formed.
この粉体積層造形装置は、粉体が結合された造形層が形成される造形部１と、造形部１に造形液の液滴を吐出して立体造形物を造形する造形ユニット５とを備えている。
This powder additive manufacturing apparatus includes a modeling unit 1 in which a modeling layer to which powder is combined is formed, and a
造形部１は、粉体槽１１と、平坦化手段としての回転体である平坦化ローラ（リコータローラとも称される）１２などを備えている。
The modeling unit 1 includes a
粉体槽１１は、粉体２０が供給されて、造形物が造形される造形槽２２を有している。造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に造形物が造形される。
The
なお、粉体槽１１は、造形槽２２とともに、造形層に粉体２０を供給する供給槽を有する二槽構成とすることもでき、この場合には粉体供給装置から供給槽に粉体が供給される。
The
平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿う方向にステージ面に対して相対的に往復移動可能であり、造形槽２２に供給された粉体２０を平坦化して粉体層３１を形成する。
The
造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層に造形液を吐出する液体吐出ヘッドで構成される吐出ヘッドユニット５１を備えている。なお、造形ユニット５には、吐出ヘッドユニット５１をクリーニングするヘッドクリーニング機構なども備えている。
The
なお、ヘッドクリーニング機構（装置）は、主にキャップとワイパで構成される。キャップをヘッド下方のノズル面に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイピング（払拭）する。また、ヘッドクリーニング機構は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面を覆い、粉体がノズルに混入することや造形液が乾燥することを防止する。 The head cleaning mechanism (device) is mainly composed of a cap and a wiper. The cap is brought into close contact with the nozzle surface below the head, and the modeling liquid is sucked from the nozzle. This is for discharging the powder clogged in the nozzle and discharging the modeling liquid having a high viscosity. Thereafter, the nozzle surface is wiped (wiped) for forming a meniscus of the nozzle (the inside of the nozzle is in a negative pressure state). Further, the head cleaning mechanism covers the nozzle surface of the head when the modeling liquid is not discharged, and prevents powder from being mixed into the nozzle and drying of the modeling liquid.
造形ユニット５は、矢印Ｙ方向に往復移動可能である。
The
吐出ヘッドユニット５１は、ガイド部材５４、５５で矢印Ｘ方向に往復移動可能に支持される。
The
吐出ヘッドユニット５１は、矢印Ｚ方向に昇降可能に支持されている。
The
この吐出ヘッドユニット５１には、シアン造形液を吐出するヘッド、マゼンタ造形液を吐出するヘッド、イエロー造形液を吐出するヘッド、ブラック造形液を吐出するヘッド、及びクリア造形液を吐出するヘッドを備える。
The
次に、立体造形装置について図３を参照して説明する。図３は造形データ作成装置とともに粉体積層造形装置の制御部を示すブロック図である。 Next, the three-dimensional modeling apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a control unit of the powder additive manufacturing apparatus together with the modeling data creating apparatus.
立体造形装置は、造形データ作成装置６００と、上述した粉体積層造形装置６０１で構成される。
The three-dimensional modeling apparatus includes the modeling
粉体積層造形装置６０１の制御部５００は、この粉体積層造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ（印刷データ）等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。
The
制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。
The
制御部５００は、造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、本発明に係るプログラムを含むパーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
The
制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。
The
制御部５００は、吐出ヘッドユニット５１の各ヘッドを駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。
The
制御部５００は、吐出ヘッドユニット５１を矢印Ｘ方向に移動させるＸ方向走査モータ５５０を駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５を矢印Ｙ方向に移動させるＹ方向走査モータ５５１を駆動するモータ駆動部５１１を備えている。
The
制御部５００は、吐出ヘッドユニット５１を矢印Ｚ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降モータ５５２を駆動するモータ駆動部５１２を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。
The
制御部５００は、造形ステージ２４を昇降させるモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。
The
制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させるモータ５５４を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ５５５を駆動する５１６を備えている。
The
制御部５００は、造形槽２２に粉体２０を供給する粉体供給装置５５６を駆動する供給系駆動部５１７と、吐出ヘッドユニット５１をクリーニング（メンテナンス、維持回復）するクリーニング装置５５７を駆動するクリーニング駆動部５１８を備えている。
The
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０からの検知信号などが入力される。
A detection signal from a temperature /
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
An
次に、造形の流れについて図４も参照して説明する。図４は造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。 Next, the flow of modeling will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view of a modeling part for explaining the modeling flow.
図４（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に供給された粉体２０に吐出ヘッドユニット５１のヘッド５１ａから造形液１０の液滴を吐出して造形層３０を形成する。
As shown in FIG. 4A, the
その後、この造形層３０上に次の造形層３０を形成するために造形槽２２の造形ステージ２４を１層分の厚み分だけ矢印Ｚ２方向に下降させる。
Then, in order to form the
次いで、図４（ｂ）に示すように、造形槽２２に粉体供給装置５５６から粉体２０を供給する。そして、平坦化ローラ１２を回転しながら造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面に沿って移動させ、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さになる粉体層３１を形成する（平坦化）。
Next, as shown in FIG. 4B, the
そして、吐出ヘッドユニット５１のヘッド５１ａから造形液１０の液滴を吐出して次の造形層３０を形成する。なお、吐出ヘッドユニット５１を矢印Ｘ方向に移動走査して１スキャン分の滴吐出を行い、次いで吐出ヘッドユニット５１を矢印Ｙ１方向に１スキャン分移動させて、矢印Ｘ方向に移動走査して１スキャン分の滴吐出を行う。
Then, the
このように、粉体層３１の形成と造形液１０の吐出による粉体２０の固化とを繰り返して造形層３０を順次積層して立体造形物を造形する。
As described above, the formation of the
次に、本発明で使用している立体造形用粉末材料（粉体）及び造形液について説明する。 Next, the three-dimensional modeling powder material (powder) and modeling liquid used in the present invention will be described.
立体造形用粉末材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ〜５００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能な水溶性有機材料とを有してなる。 The powder material for three-dimensional modeling has a base material, and a water-soluble organic material that covers the base material with an average thickness of 5 nm to 500 nm and can be dissolved and cross-linked by the action of a crosslinking agent-containing water as a modeling liquid. .
この立体造形用粉末材料においては、基材を被覆する水溶性有機材料が、架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能であるため、水溶性有機材料に架橋剤含有水が付与されると、水溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有水に含まれる架橋剤の作用により架橋する。 In this three-dimensional modeling powder material, since the water-soluble organic material covering the base material can be dissolved and cross-linked by the action of the cross-linking agent-containing water, when the cross-linking agent-containing water is given to the water-soluble organic material, The water-soluble organic material dissolves and is crosslinked by the action of the crosslinking agent contained in the crosslinking agent-containing water.
これにより、上記立体造形用粉末材料を用いて薄層（粉体層）を形成し、粉体層に架橋剤含有水を造形液１０として吐出することで、粉体層においては、溶解した水溶性有機材料が架橋する結果、粉体層が結合硬化して造形層３０が形成される。
Thus, a thin layer (powder layer) is formed using the powder material for three-dimensional modeling, and a water-soluble solution is dissolved in the powder layer by discharging the crosslinking agent-containing water as the
このとき、基材を被覆する水溶性有機材料の被覆量が平均厚みで５ｎｍ〜５００ｎｍであるため、水溶性有機材料が溶解したときに基材の周囲に必要最小量だけ存在し、これが架橋して三次元ネットワークを形成するため、粉体層の硬化は寸法精度良く、かつ、良好な強度をもって行われる。 At this time, since the coating amount of the water-soluble organic material covering the substrate is 5 nm to 500 nm in average thickness, when the water-soluble organic material is dissolved, it exists in the necessary minimum amount around the substrate, and this is crosslinked. In order to form a three-dimensional network, the powder layer is cured with good dimensional accuracy and good strength.
この操作を繰り返すことにより、簡便かつ効率的に、焼結等の前に型崩れが生ずることなく、寸法精度良く複雑な立体造形物を形成することができる。 By repeating this operation, it is possible to easily and efficiently form a complicated three-dimensional object with high dimensional accuracy without causing deformation before sintering or the like.
このようにして得られた立体造形物は、良好な硬度を有するため、手で持ったり、エアーブロー処理をして余分な立体造形用粉末材料の除去等を行っても、型崩れが生ずることがなく、その後に焼結等を簡便に行うことができる。 Since the three-dimensional structure obtained in this way has good hardness, it can lose its shape even if it is held by hand or air blow processed to remove excess three-dimensional structure powder material. After that, sintering or the like can be easily performed.
そして、上記のようにして形成された立体造形物においては、基材が密に（高充填率で）存在し、水溶性有機材料は基材どうしの周囲に極僅かだけ存在するため、その後に焼結等して成形体（立体造形物）を得たとき、得られた成形体に不要な空隙等は存在せず、外観の美麗な成形体（立体造形物）が得られる。 In the three-dimensional model formed as described above, the base material exists densely (with a high filling rate), and the water-soluble organic material is present only slightly around the base material. When a molded body (three-dimensional molded article) is obtained by sintering or the like, unnecessary voids or the like do not exist in the obtained molded article, and a molded article (three-dimensional molded article) having a beautiful appearance is obtained.
−基材−
基材としては、粉末ないし粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマー、木材、生体親和材料、などが挙げられるが、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。
-Base material-
The substrate is not particularly limited as long as it has a powder or particle form, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples of the material include metals, ceramics, carbon, polymers, wood, biocompatible materials, and the like. Ceramics and the like are preferable.
金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀などが好適に挙げられ、該ステンレス（ＳＵＳ）鋼としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどが挙げられる。 As a metal, stainless steel (SUS) steel, iron, copper, titanium, silver etc. are mentioned suitably, for example, As this stainless steel (SUS) steel, SUS316L etc. are mentioned, for example.
セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）などが挙げられる。 Examples of ceramics include metal oxides, and specific examples include silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), titania (TiO 2 ), and the like.
カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。 Examples of carbon include graphite, graphene, carbon nanotube, carbon nanohorn, and fullerene.
ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。 Examples of the polymer include known resins that are insoluble in water.
木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。 Examples of the wood include wood chips and cellulose.
生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。 Examples of the biocompatible material include polylactic acid and calcium phosphate.
これらの材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。 These materials may be used alone or in combination of two or more.
なお、本発明においては、基材として、これらの材料で形成された市販品の粒子ないし粉末を使用することができる。市販品としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊鋼製、ＰＳＳ３１６Ｌ）、ＳｉＯ２（トクヤマ製、エクセリカＳＥ−１５）、ＡｌＯ２（大明化学工業製、タイミクロンＴＭ−５Ｄ）、ＺｒＯ２（東ソー製、ＴＺ−Ｂ５３）などが挙げられる。 In the present invention, commercially available particles or powders formed from these materials can be used as the substrate. Examples of commercially available products include SUS316L (manufactured by Sanyo Special Steel, PSS316L), SiO 2 (manufactured by Tokuyama, Excelica SE-15), AlO 2 (manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., Tymicron TM-5D), ZrO 2 (manufactured by Tosoh Corporation, TZ-B53).
また、基材としては、水溶性有機材料との親和性を高める目的等で、公知の表面（改質）処理がされていてもよい。 The substrate may be subjected to a known surface (modification) treatment for the purpose of increasing the affinity with the water-soluble organic material.
−水溶性有機材料−
水溶性有機材料としては、水に溶解し、架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであれば、換言すれば、水溶性であって架橋剤によって架橋可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Water-soluble organic materials-
The water-soluble organic material is not particularly limited as long as it is soluble in water and has a property capable of being crosslinked by the action of a crosslinking agent, in other words, as long as it is water-soluble and can be crosslinked by a crosslinking agent. Can be appropriately selected according to the purpose.
ここでは、水溶性有機材料の水溶性は、例えば、３０℃の水１００ｇに水溶性有機材料を１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。 Here, the water-solubility of the water-soluble organic material means that 90% by mass or more of the water-soluble organic material dissolves when 1 g of the water-soluble organic material is mixed with 100 g of water at 30 ° C. and stirred.
また、水溶性有機材料としては、その４質量％（ｗ／ｗ％）水溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下であるものが好ましく、１〜３５Ｐａ・ｓであるものがより好ましく、５〜３０ｍＰａ・ｓであるものが特に好ましい。 Moreover, as a water-soluble organic material, the thing in which the viscosity in 20 degreeC of the 4 mass% (w / w%) aqueous solution is 40 mPa * s or less is preferable, and what is 1-35 Pa * s is more preferable, 5 Those having a viscosity of ˜30 mPa · s are particularly preferable.
水溶性有機材料の粘度が、４０ｍＰａ・ｓを超えると、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の強度が充分でないことがあり、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生ずることがある。また、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の寸法精度が充分でないことがある。 When the viscosity of the water-soluble organic material exceeds 40 mPa · s, a cured product (three-dimensional modeled object, three-dimensional modeled object, three-dimensional modeled powder material (powder layer) formed by adding water containing a crosslinking agent to the three-dimensional modeled powder material. The strength of the cured product for sintering) may not be sufficient, and problems such as deformation of the shape may occur during subsequent processing such as sintering or handling. In addition, the dimensional accuracy of the cured product (stereolithic product, cured product for sintering) by the powder material (powder layer) for the three-dimensional model formed by adding the crosslinking agent-containing water to the three-dimensional model powder material is not sufficient. There is.
水溶性有機材料の粘度は、例えば、ＪＩＳＫ７１１７に準拠して測定することができる。 The viscosity of the water-soluble organic material can be measured according to, for example, JISK7117.
−架橋剤含有水−
造形液である架橋剤含有水としては、水性媒体中に架橋剤を含有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なお、架橋剤含有水は、水性媒体、架橋剤のほか、必要に応じて適宜選択したその他の成分を含有していてもよい。
-Crosslinker-containing water-
The crosslinking agent-containing water that is a modeling liquid is not particularly limited as long as it contains a crosslinking agent in an aqueous medium, and can be appropriately selected depending on the purpose. In addition, the crosslinking agent-containing water may contain other components appropriately selected as necessary in addition to the aqueous medium and the crosslinking agent.
その他の成分としては、架橋剤含有水を付与する手段の種類、使用頻度や量などの諸条件を考慮して適宜選択することができる。例えば、液体吐出法によって架橋剤含有水を付与する場合には、液体吐出ヘッドのノズルへの目詰り等の影響を考慮して選択することができる。 The other components can be appropriately selected in consideration of various conditions such as the type of means for applying the crosslinking agent-containing water, the usage frequency, and the amount. For example, when the crosslinking agent-containing water is applied by the liquid discharge method, the selection can be made in consideration of the influence of clogging on the nozzle of the liquid discharge head.
水性媒体としては、例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、などが挙げられるが、水が好ましい。なお、水性媒体は、水がアルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。 Examples of the aqueous medium include water, alcohol such as ethanol, ether, ketone, and the like, and water is preferable. The aqueous medium may contain a small amount of components other than water such as alcohol.
上述した立体造形物用粉末材料及び造形液としての架橋剤含有水を使用することで、粉体（基材）を接着させるためのバインダーを液体吐出ヘッドから吐出する構成に比べて、ノズルの目詰まりが少なく、ヘッドの耐久性が向上する。 Compared with the configuration in which the binder for adhering the powder (base material) is discharged from the liquid discharge head by using the above-described powder material for a three-dimensional structure and water containing a crosslinking agent as a modeling liquid, the nozzle eye There is less clogging and the durability of the head is improved.
ただし、上述したように架橋剤含有水を使用することで、立体造形物が所要の強度を持つまでには造形後の水分蒸発が必要になることで、本発明を適用しなければ、造形後取り出し可能状態になるまで待機する必要がある。 However, by using the crosslinking agent-containing water as described above, it is necessary to evaporate moisture after modeling until the three-dimensional model has the required strength. It is necessary to wait until it becomes ready for removal.
次に、本発明の第１実施形態について図５ないし図７を参照して説明する。図５は同実施形態の説明に供する立体造形物の一例の斜視説明図、図６は造形完了後の造形槽の断面説明図、図７は同じく立体造形物及び支持造形物を上方から見た状態の平面説明図である。 Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective explanatory view of an example of a three-dimensional structure to be used for description of the embodiment, FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of a modeling tank after completion of modeling, and FIG. 7 is a similar view of the three-dimensional structure and the support structure from above. It is a plane explanatory view of a state.
本実施形態では、立体造形物１００を造形する前に、立体造形物１００の下方に、プレート状の造形物（以下、「支持造形物」という。）１０１を造形する。支持造形物１０１は、立体造形物１００とともに取り出すことが可能で、立体造形物１００と分離可能である。なお、支持造形物１０１の形状は、トレイ状とすることもできる。
In this embodiment, before modeling the three-
このとき、立体造形物１００と支持造形物１０１との間には未固化の粉体２０（粉体層３１）を介在させる。
At this time, the unsolidified powder 20 (powder layer 31) is interposed between the three-
これにより、支持造形物１０１を立体造形物１００とともに取り出した後、支持造形物１０１は立体造形物１００と容易に分離することができる。
Thereby, after taking out the
このとき、支持造形物１０１は、図７に示すように、立体造形物１００を支持造形物１０１上に投影したときに、立体造形物１００の最外形状と同じ形状としている。
At this time, as shown in FIG. 7, the
これにより、立体造形物１００の最外形状の造形層のデータと同じデータを支持造形物１０１の造形データとして使用することができるようになる。
Thereby, the same data as the data of the modeling layer of the outermost shape of the three-
このような造形を行う場合、造形データ作成装置６００側において、粉体が結合された造形層を順次積層して形成する立体造形物１００の各造形層３０のデータを作成するとき、立体造形物１００の各造形層３０のデータとは別に、立体造形物１００の下方に、立体造形物１００とともに取り出され、立体造形物１００と分離されるプレート状又はトレイ状の支持造形物１０１を形成する造形データを作成する。
When performing such modeling, on the modeling
このような造形データの作成は、例えば、粉体が結合された造形層を順次積層して形成する立体造形物の各造形層のデータを作成する立体造形のデータ作成処理をコンピュータに行わせるプログラムによって、立体造形物の各造形層のデータとは別に、立体造形物の下方に、立体造形物とともに取り出され、立体造形物と分離されるプレート状又はトレイ状の支持造形物を形成する造形データを作成する処理をコンピュータに行わせることで実現できる。 The creation of such modeling data is, for example, a program that causes a computer to perform data creation processing of 3D modeling that creates data of each modeling layer of a 3D model formed by sequentially laminating modeling layers combined with powder. In addition to the data of each modeling layer of the three-dimensional model, the modeling data that forms a plate-shaped or tray-shaped support model that is taken out together with the three-dimensional model and separated from the three-dimensional model This can be realized by causing the computer to perform the process of creating the.
そして、造形データ作成装置６００側で作成した支持造形物を形成するデータを含む造形データを粉体積層造形装置６０１側に送ることで、図６に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に、立体造形物１００が造形される前に支持造形物１０１が造形され、その後、未固化の粉体２０（粉体層３１）を介して、立体造形物１００が造形される。
Then, by sending modeling data including data for forming the support model created on the modeling
次に、本実施形態の作用について図８及び図９も参照して説明する。図８は造形槽を造形物取り出し状態にした断面説明図、図９は造形物を取り出した状態の正面図及び側面図である。 Next, the effect | action of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.8 and FIG.9. FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view showing the modeling tank in a state where the modeling tank is taken out, and FIG. 9 is a front view and a side view of the state where the modeling thing is taken out.
造形終了後、立体造形物１００を取り出すときには、図８に示すように、支持造形物１０１の下部から取り出し可能になる位置まで、造形ステージ２４を上昇させ、余剰部分の粉体２０を除去する。
When the three-
その後、造形槽２２から支持造形物１０１より上方部分を取出すことで、図９に示すように、立体造形物１００が粉体２０を介して支持造形物１０１で支えられた形態のもの（これを「取り出し造形物１０３」という。）を取出すことができる。
Thereafter, by removing the upper part from the
このとき、支持造形物１０１によって未固化の粉体２０を介して立体造形物１００全体がＺ方向で支えられている。したがって、立体造形物１００の薄肉部１００ａ、１００ｂの部分が粉体２０を介して支持造形物１０１によって支えられることになる。
At this time, the entire three-
したがって、立体造形物１００の造形後の水分蒸発が不十分であっても、取り出し造形物１０３としては損壊しない状態となる。
Therefore, even if moisture evaporation after modeling of the three-
これにより、立体造形物１００を、造形完了後、造形槽２２から速やかに取り出せるようになる。
As a result, the three-
そこで、取り出し造形物１０３の状態で形状を保持したまま、乾燥炉に投入して、乾燥等の後処理を施すことができる。
Therefore, it can be put into a drying furnace while maintaining the shape in the state of the removed
このように、立体造形物１００が支持造形物１０１で粉体２０を介して支えられた形態の取り出し造形物１０３として取り出して乾燥を行うことで、粉体の無駄な消費も低減できる。
Thus, wasteful consumption of powder can also be reduced by taking out and drying the three-
つまり、立体造形物１００の水分蒸発が不十分なまま乾燥工程を行うために造形槽２２ごと乾燥炉に投入する場合、立体造形物１００以外の箇所の粉体２０を大量に同時に乾燥させることになり、再利用が困難となって粉体の廃棄量が増大する。
That is, when putting together the
これに対して、本実施形態の取り出し造形物１０３の形態で取り出して乾燥できることで、立体造形物１００以外の箇所の粉体２０の量が少なく、廃棄量が低減する。
On the other hand, since it can take out and dry with the form of the taking-out
また、取り出し造形物１０３は、立体造形物１００と支持造形物１０１との間に未固化の粉体２０が介在することで、乾燥終了後の離形性（分離性）が向上する。
Moreover, the unmolded
次に、本発明の第２実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は同実施形態の説明に供する造形完了後の造形槽の断面説明図、図１１は同じく立体造形物及び支持造形物を上方から見た状態の平面説明図である。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a cross-sectional explanatory view of the modeling tank after the completion of modeling for the description of the embodiment, and FIG. 11 is a plan explanatory diagram of the three-dimensional modeled object and the support modeled object as viewed from above.
本実施形態では、立体造形物１００を造形する前に、立体造形物１００の下方に、未固化の粉体２０（粉体層３１）を介在して、プレート状の造形物である支持造形物１０１を造形する。支持造形物１０１は、立体造形物１００とともに取り出すことが可能で、立体造形物１００と分離可能である。
In the present embodiment, before modeling the three-
このとき、支持造形物１０１は、図１１に示すように、立体造形物１００を支持造形物１０１上に投影したときに、立体造形物１００の最外形状よりも大きな形状としている。
At this time, as shown in FIG. 11, the
このような造形を行う場合、造形データ作成装置６００側において、立体造形物１００と別に、支持造形物１０１を形成する造形データを作成すること、この造形データの作成処理はプログラムによってコンピュータに行わせることで実現できることは、前記第１実施形態と同様である。
When performing such modeling, the modeling
次に、本実施形態の作用について図１２及び図１３も参照して説明する。図１２は造形槽を造形物取り出し状態にした断面説明図、図１３は造形物を取り出した状態の正面図及び側面図である。 Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a cross-sectional explanatory view showing the modeling tank in a state where the modeling tank is taken out, and FIG. 13 is a front view and a side view of the state where the modeling thing is taken out.
本実施形態においても、造形終了後、立体造形物１００を取り出すときには、図１２に示すように、支持造形物１０１の下部から取り出し可能になる位置まで、造形ステージ２４を上昇させ、余剰部分の粉体２０を除去する。
Also in the present embodiment, when the three-
その後、造形槽２２から支持造形物１０１より上方部分を取出すことで、図１３に示すように、立体造形物１００が粉体２０を介して支持造形物１０１で支えられた形態の取り出し造形物１０３を取出すことができる。
Thereafter, by removing the upper part from the
このとき、支持造形物１０１は、立体造形物１００の最外形状よりも大きな形状であるので、より確実に立体造形物１００を支持造形物１０１で支えることができる。
At this time, since the
なお、その他の作用効果は前記第１実施形態と同様である。 Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
次に、本発明の第３実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は同実施形態の説明に供する造形完了後の造形槽の断面説明図、図１５は同じく造形物を取り出した状態の正面図である。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a cross-sectional explanatory view of a modeling tank after completion of modeling for explaining the embodiment, and FIG. 15 is a front view of a state where a modeled object is similarly taken out.
前記第１、第２実施形態においては、立体造形物１００はＸ−Ｙ方向の断面積がＺ方向で上方に向かって縮小する配置としているのに対し、本実施形態では、立体造形物１００はＸ−Ｙ方向の断面積がＺ方向で上方に向かって拡大する配置としている。
In the first and second embodiments, the three-
このようにしても前記第１、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 Even if it does in this way, the effect similar to the said 1st, 2nd embodiment can be acquired.
次に、本発明の第４実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態の説明に供する造形完了後の造形槽の断面説明図である。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a cross-sectional explanatory view of a modeling tank after completion of modeling for the description of the embodiment.
本実施形態では、支持造形物１０１を造形するときの造形条件ａを、立体造形物１００を造形するときの造形条件ｂと異ならせている。
In this embodiment, the modeling condition a when modeling the
例えば、支持造形物１０１は高精度な造形を必要としないため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の解像度（造形条件ａ）を、立体造形物１００を造形するときの解像度（造形条件ｂ）よりも低くしている。
For example, since the
これにより、トータルの造形時間を短縮することができる。 Thereby, total modeling time can be shortened.
また、例えば、粉体に水溶性有機材料を被覆し、造形液に架橋剤含有水を用いて造形する場合、支持造形物１０１の造形時には液滴として接着剤を使用し（造形条件ａ）、立体造形物１００の造形にのみ架橋剤含有水を使用する（造形条件ｂ）。つまり、液滴の種類を異ならせる。 In addition, for example, when a powder is coated with a water-soluble organic material and a modeling liquid is modeled using a crosslinking agent-containing water, an adhesive is used as a droplet when modeling the support model 101 (modeling condition a), Crosslinking agent-containing water is used only for modeling the three-dimensional model 100 (modeling condition b). That is, the type of droplets is varied.
これにより、最終的に破棄する支持造形物１０１は液滴吐出後すぐに強度を発生させることができ、取り出し造形物１０３の安定性を向上させることができ、立体造形物１００は乾燥後に次工程（脱脂・焼結等）に移ることが可能となる。
As a result, the
次に、本発明の第５実施形態について図１７を参照して説明する。図１７は同実施形態の説明に供する造形槽の断面説明図である。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a cross-sectional explanatory view of a modeling tank for explaining the embodiment.
本実施形態では、粉体に水溶性有機材料を被覆し、造形液に架橋剤含有水を用いて支持造形物１０１を造形後、乾燥手段１１０によって、支持造形物１０１の水分を蒸発させる。その後、立体造形物１００の造形を行う。なお、乾燥手段１１０としては例えばヒータを使用できる。
In the present embodiment, the water-soluble organic material is coated on the powder, and after the
すなわち、支持造形物１０１は薄板形状であることから、短時間の加熱で水分蒸発させて強度を高めることが可能である。
That is, since the
このようにすれば、複数種類の液滴を用いることなく、トータルの造形時間に大きな影響を与えずに、取り出し造形物１０３の安定性を向上させることができる。
In this way, the stability of the extracted
次に、本発明の第６実施形態について図１８ないし図２０を参照して説明する。図１８は同実施形態の説明に供する支持造形物の斜視説明図、図１９は同じく造形完了後の造形槽の断面説明図、図２０は同じく造形物を取り出した状態の説明図である。 Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 18 is a perspective explanatory view of a support model to be used for the description of the embodiment, FIG. 19 is a cross-sectional explanatory diagram of the modeling tank after modeling is completed, and FIG. 20 is an explanatory diagram of a state in which the model is similarly extracted.
本実施形態では、図１９に示すように、立体造形物１００を造形する前に、立体造形物１００の下方に、トレイ状の造形物である支持造形物１０１を造形する。支持造形物１０１は、立体造形物１００とともに取り出すことが可能で、立体造形物１００と分離可能である。
In this embodiment, as shown in FIG. 19, before modeling the three-
この支持造形物１０１は、図１８に示すように、プレート部１０１ａの外縁部から立上るリブないし立ち壁部１０１ｂが形成されている。
As shown in FIG. 18, the
この支持造形物１０１にあっては、図２０に示すように、造形槽２２から立体造形物１００を取り出すとき及び取り出した後の状態では、立ち壁部１０１ｂも粉体２０を介して立体造形物１００を支持することになる。
In the
１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１１ 粉体層
１２ 平坦化ローラ（平坦化手段、回転体）
２０ 粉体
２２ 造形槽
２４ 造形ステージ
３０ 造形層
３１ 粉体層
５１ 吐出ヘッドユニット
１００ 立体造形物
１０１ 支持造形物
６００ 造形データ作成装置
６０１ 粉体積層造形装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記立体造形物の下方に、プレート状又はトレイ状の造形物を造形し、
前記プレート状又はトレイ状の造形物を造形するときの解像度は前記立体造形物を造形するときの解像度よりも低くする
ことを特徴とする立体造形方法。 It is a three-dimensional modeling method for discharging a droplet of a modeling liquid to a powder to form a modeling layer in which the powder is bonded, and sequentially stacking the modeling layers to form a three-dimensional modeling object.
A plate-shaped or tray-shaped model is formed below the three-dimensional model ,
The three-dimensional modeling method characterized in that the resolution when modeling the plate-shaped or tray-shaped model is lower than the resolution when modeling the three-dimensional model.
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形方法。 The three-dimensional modeling method according to claim 1, wherein unsolidified powder is interposed between the three-dimensional model and the plate-shaped or tray-shaped model.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形方法。 The plate-shaped or tray-shaped object has the same shape as the outermost shape of the three-dimensional object when the three-dimensional object is projected onto the plate- or tray-shaped object. The three-dimensional modeling method according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形方法。 The plate-shaped or tray-shaped object is a shape larger than the outermost shape of the three-dimensional object when the three-dimensional object is projected onto the plate- or tray-shaped object. The three-dimensional modeling method according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の立体造形方法。 Claims 1, characterized in that varied with the type of the droplets to use a type of the droplets into a shaped of the three-dimensional object to be used for shaping the front Symbol plate or tray-shaped molded object either 4 stereolithography method according to any.
前記立ち壁部は、上方の前記立体造形物側に向かって立ち上がっている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の立体造形方法。 The plate-shaped or tray-shaped object includes a standing wall portion that rises from an outer edge portion,
The three-dimensional modeling method according to any one of claims 1 to 5, wherein the standing wall portion stands up toward the upper three-dimensional modeled object .
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形方法。 7. The plate-shaped or tray-shaped object is dried after forming the plate-shaped or tray-shaped object before forming the modeling layer of the three-dimensional object. The three-dimensional modeling method according to any one of the above.
前記積層造形装置で積層する前記立体造形物の各造形層のデータを作成するデータ作成装置と、を備える立体造形装置であって、
前記立体造形物の下方に、プレート状又はトレイ状の造形物を形成し、
前記プレート状又はトレイ状の造形物を造形するときの解像度は前記立体造形物を造形するときの解像度よりも低くする
ことを立体造形装置。 A powder additive manufacturing apparatus for discharging a droplet of a modeling liquid to a powder to form a modeling layer in which the powder is combined, and sequentially stacking the modeling layers to form a three-dimensional modeled object,
A three-dimensional modeling apparatus comprising: a data creation apparatus that creates data of each modeling layer of the three-dimensional modeled object to be stacked by the layered modeling apparatus;
A plate-shaped or tray-shaped molded object is formed below the three-dimensional modeled object ,
It is a three-dimensional modeling apparatus that the resolution when modeling the plate-shaped or tray-shaped modeling object is lower than the resolution when modeling the three-dimensional modeling object.
前記立体造形物の前記各造形層の造形データとは別に、前記立体造形物の下方に、プレート状又はトレイ状の造形物を造形する造形データを作成し、
前記プレート状又はトレイ状の造形物を造形するときの解像度を、前記立体造形物を造形するときの解像度よりも低くした、前記プレート状又はトレイ状の造形物を造形する造形データを作成する
ことを特徴とする立体造形のデータ作成方法。 By ejecting droplets of the shaped solution the powder to form a shaped layer in which the powder is bound, said creating modeling data of each shaped layer of three-dimensional object to be formed by sequentially stacking the shaping layer A method for creating three-dimensional modeling data,
Separately from the modeling data of each modeling layer of the three-dimensional modeled object, create modeling data for modeling a plate-shaped or tray-shaped modeled object below the three-dimensional modeled object ,
Create modeling data for modeling the plate-shaped or tray-shaped object, in which the resolution when modeling the plate-shaped or tray-shaped object is lower than the resolution when modeling the three-dimensional object A method for creating three-dimensional modeling data.
前記立体造形物の前記各造形層の造形データとは別に、前記立体造形物の下方に、プレート状又はトレイ状の造形物を造形する造形データを作成するとき、
前記プレート状又はトレイ状の造形物を造形するときの解像度を、前記立体造形物を造形するときの解像度よりも低くした、前記プレート状又はトレイ状の造形物を造形する造形データを作成する処理をコンピュータに行わせる
ことを特徴とするプログラム。 By ejecting droplets of the shaped solution the powder to form a shaped layer in which the powder is bound, said creating modeling data of each shaped layer of three-dimensional object to be formed by sequentially stacking the shaping layer A program for causing a computer to perform data creation processing,
Separately from the modeling data of each modeling layer of the three-dimensional model, when creating modeling data for modeling a plate-shaped or tray-shaped model below the three-dimensional model ,
A process of creating modeling data for modeling the plate-shaped or tray-shaped object, in which the resolution when modeling the plate-shaped or tray-shaped object is lower than the resolution when modeling the three-dimensional object. A program characterized by causing a computer to execute.
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