JP6876915B2 - 造形装置 - Google Patents
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発明を実施するための形態(実施形態)について、第1実施形態及び第1実施形態の変形例(第1〜第3変形例)並びに第2実施形態及び第2実施形態の変形例(第4〜第8変形例)を例示して説明する。なお、以下の説明では、図中の±Z方向を装置高さ方向(Z方向を上側、−Z方向を下側)、±X方向を装置幅方向(X方向を一端側、−X方向を他端側)、±Z方向及び±X方向に交差する方向(±Y方向)を装置奥行き方向(Y方向を奥側、−Y方向を手前側)とする。
以下、第1実施形態の造形装置10について図面を参照しつつ説明する。まず、本実施形態の造形装置10の構成について説明する。次いで、本実施形態の造形装置10を用いた造形物Mの造形方法について説明する。次いで、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態の造形装置10は、後述する第1液滴D1及び第2液滴D2を台BDに向けて吐出し、第1液滴D1及び第2液滴D2が硬化されて成る層LRを重ねて立体物VMを形成する機能を有する。第1液滴D1及び第2液滴D2の技術的意味については後述するが、以下の説明において、第1液滴D1と第2液滴D2とを特に区別する必要がない場合、第1液滴D1及び第2液滴D2を液滴Dとする。
台BDは、図1及び図2に示されるように、装置幅方向及び装置奥行き方向に沿う上面が形成された板とされている。そして、台BDの上面には、立体物VMが造形されるようになっている。
移動装置MAは、台BDと第2照射装置34とを、吐出手段20に対して装置幅方向に往復移動させる機能を有する。すなわち、移動装置MAは、台BDを第2照射装置34とともに吐出手段20に対して相対的に往復移動させる機能を有する。また、移動装置MAは、第2照射装置34とは独立して、台BDを装置高さ方向に沿って移動させる機能を有する。
吐出手段20は、図1及び図2に示されるように、第1吐出部22と、第2吐出部24と、を備えている。吐出手段20は、吐出手段20に対して相対移動する台BDに向けて、第1吐出部22により液滴Dを吐出させ、第2吐出部24により液滴Dを吐出させる機能を有する。ここで、第1吐出部22及び第2吐出部24は、それぞれ吐出部の他の一例である。なお、第1吐出部22及び第2吐出部24は、タイミングによっては、相対移動する台BDに対向するようになっている。
第1吐出部22は、第1ヘッド22Aと、第2ヘッド22Bと、を備えている。第1ヘッド22Aはモデル材で構成される液滴Dを吐出する機能を有し、第2ヘッド22Bはサポート材で構成される液滴Dを吐出する機能を有する。本実施形態のモデル材及びサポート材は、光硬化性を有する樹脂(本実施形態では、一例として紫外線硬化性の樹脂)を含んで構成されている。そして、本実施形態のモデル材及びサポート材で構成される液滴Dは、光(一例として紫外線)が照射されると、層LRを構成する程度に硬化されるようになっている。
第2吐出部24は、第1ヘッド22Aと、第2ヘッド22Bと、を備えている。そして、第2吐出部24を構成する第1ヘッド22A及び第2ヘッド22Bは、第1吐出部22の場合と同様、それぞれ、モデル材で構成される液滴D及びサポート材で構成される液滴Dを吐出するように構成されている。
第1照射装置32は、吐出手段20により吐出され台BDに着弾した液滴Dに光(一例として紫外線)を照射して、液滴Dを硬化させる機能を有する。第1照射装置32は、図1及び図2に示されるように、長尺とされており、その長手方向を装置奥行き方向に沿わせた状態で、装置幅方向における第1吐出部22と第2吐出部24との間に配置されている。ここで、図2における第1照射装置32内の破線で囲まれた領域は、第1照射装置32における光の出射領域を示している。
第2照射装置34は、台BDとともに吐出手段20に対して装置幅方向に相対的に往復移動して、台BDの相対移動方向の切換時に、台BDとともに第1吐出部22及び第2吐出部24の一方に対する台BDの対向領域から相対移動した液滴Dに光(一例として紫外線)を照射させる機能を有する。
複数のシャッター40は、第2照射装置34から台BDに着弾した液滴Dに向けて照射された後に第1吐出部22又は第2吐出部24の複数のノズルNに向けて反射する光の光量を低減させる機能を有する。
制御部50は、外部装置からのデータを受け取って、上記データに含まれる立体物VMのデータを、立体物VMを高さ方向に垂直な断面で定められた厚みでスライスした各層LRを形成するための層データに変換する機能を有する。また、制御部50は、外部装置から受け取ったデータに応じて、吐出手段20、第1照射装置32、第2照射装置34及び移動装置MAを制御する機能を有する。その結果、制御部50は、吐出手段20、第1照射装置32、第2照射装置34及び移動装置MAに、立体物VMのデータに応じて液滴Dが硬化されて成る層が重ねられた立体物VMを形成させるようになっている。なお、制御部50の具体的な機能については、造形物Mの造形方法の説明の中で説明する。
次に、本実施形態の造形装置10を用いた造形物Mの造形方法について図面を参照しつつ説明する。
まず、制御部50が外部装置からのデータを受け取ると、制御部50は、上記データに含まれる立体物VMのデータを、立体物VMを高さ方向に垂直な断面で定められた厚みでスライスした各層LRを形成するための層データに変換する。
次いで、制御部50は、変換した層データのうち1層目の層データに応じて、吐出手段20、第1照射装置32、第2照射装置34及び移動装置MAを用いて、1層目の層LR1を形成させる。具体的には、制御部50は、(ホームポジションとされる)位置P1に位置している台BDを正方向に移動させながら、位置P2で第1吐出部22に第1液滴D1を吐出させる(図3A、図3B及び図4参照)。次いで、制御部50は、台BDの正方向への移動に伴い、第1照射装置32を作動させて、位置P3で第1液滴D1に光を照射させる(図3B及び図4参照)。その結果、台BDに着弾した第1液滴D1は、光に照射されて硬化される。次いで、制御部50は、台BDの正方向への移動に伴い、第1液滴D1間に、位置P4で第2吐出部24により第2液滴D2を吐出させる。次いで、制御部50は、移動装置MAにより台BDが正方向に移動して位置P5に到達すると、台BDとともに移動した第2照射装置34を作動させて、第2液滴D2に光を照射させる(図3C参照)。その結果、第2液滴D2は、光に照射されて硬化される。また、第2照射装置34からの光は、第1液滴D1にも照射される。なお、図4のタイミングチャートにおけるTは時間を表す。そして、図4のタイミングチャートでは、台BDの正は正方向に移動している状態、逆は逆方向に移動している状態を示し、第1吐出部22及び第2吐出部24並びに第1照射装置32及び第2照射装置34のHはそれぞれ作動している状態、Lは作動していない状態を示す。台BDは、造形動作が開始して時間t3が経過すると位置P5に到達し、時間t3から時間t4の期間中に位置P5に位置した状態で第2照射装置34から光が照射される。
2層目以降の層LRの形成は、前述の1層目の層LR1の形成の動作を、台BDの移動方向を反転させて繰り返し行う(図3A〜図3E参照)。そして、制御部50が層データに応じて制御部50以外の各構成要素にすべての層LRを重ねて形成させると、制御部50は、台BDを位置P1に移動させて、本実施形態の造形装置10を用いた立体物VMの造形方法が終了となる。なお、造形装置10を用いた立体物VMの造形方法の終了後、作業者により造形装置10から立体物VMが取り外されると、作業者により立体物VMから硬化したサポート材が取り除かれて、造形物Mが造形される。
次に、本実施形態の効果(第1及び第2の効果)について図面を参照しつつ説明する。
第1の効果は、第2照射装置34が台BDとともに往復移動することの効果である。第1の効果については、本実施形態の造形装置10を以下に説明する第1比較形態の造形装置10A(図5参照)と比較して説明する。以下の説明において、第1比較形態の造形装置10Aに本実施形態の造形装置10で用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
第2の効果は、シャッター40を備えていることの効果である。第2の効果については、本実施形態の造形装置10を第1比較形態の造形装置10A(図5参照)と比較して説明する。
次に、第1変形例の造形装置10Bについて図6を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Bに第1実施形態の造形装置10で用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10B(図6参照)は、第1実施形態の造形装置10(図1参照)と異なり、第1照射装置32を備えていない。また、本変形例の造形装置10Bは、装置幅方向(台BDの相対移動方向)における中央側の2つのシャッター40同士が対向する範囲、かつ、装置高さ方向における吐出手段20と第2照射装置34との間に、遮光板60が配置されている。すなわち、遮光板60は、吐出手段20を挟んで、台BDの反対側に配置されている。ここで、遮光板60は、遮蔽部材の一例である。なお、遮光板60は、その中央に貫通孔62が形成されている。そして、遮光板60は、装置高さ方向(第1吐出部22又は第2吐出部24と、台BDとが対向する方向)から見ると、第1吐出部22及び第2吐出部24の全範囲に重なっている。また、貫通孔62は、遮光板60における第1吐出部22及び第2吐出部24が重なる範囲以外の範囲に形成されている。本変形例の造形装置10Bは、上記の点以外、第1実施形態の造形装置10と同様の構成とされている。また、本変形例の造形物Mの造形方法は、造形動作時において第2照射装置34が常に光を照射する点以外、第1実施形態の造形物Mの造形方法と同様とされている。
仮に遮光板60がないとすれば、第2照射装置34により第1吐出部22及び第2吐出部24を挟んで台BDの反対側から光を照射する場合に、第2照射装置34から照射される光が第1吐出部22及び第2吐出部24の上面(又は、第1吐出部22及び第2吐出部24の上側に配置されている配線等)に反射されて台BDに到達する虞がある。
次に、第2変形例の造形装置10Cについて図7を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Cに第1実施形態の造形装置10及び第1変形例の造形装置10Bで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10C(図7参照)は、第1変形例の造形装置10B(図6参照)のすべての構成要素を備えている。また、本変形例の造形装置10Cは、第1変形例の造形装置10Bが備えていないレンズLSを備えている。ここで、レンズLSは、収束体の一例である。なお、レンズLSは、凸レンズとされており、遮光板60に形成されている貫通孔62に嵌め込まれている。そして、レンズLSは、第2照射装置34が照射した光を台BDに着弾した液滴D、すなわち、台BD側で収束させるようになっている。本変形例は、上記の点以外、第1変形例と同様とされている。また、本変形例の造形物Mの造形方法では、各構成要素が第1変形例の場合と同様に動作して、造形物Mを造形する。
本変形例の造形装置10Cによれば、第2照射装置34が照射した光を台BD側で収束させることができる。第2変形例のその他の効果は、第1実施形態及び第1変形例の場合と同様である。
次に、第3変形例の造形装置10Dについて図8を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Dに第1実施形態の造形装置10、第1変形例の造形装置10B及び第2変形例の造形装置10Cで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10Dは、第1吐出部22及び第2吐出部24をそれぞれ構成する第1ヘッド22Aと第2ヘッド22Bとが、装置幅方向において離れて配置されている。そして、第1吐出部22と第2吐出部24との間であって、装置高さ方向から見てレンズLSよりも外側、及び、第1吐出部22及び第2吐出部24をそれぞれ構成する第1ヘッド22Aと第2ヘッド22Bとの間には、それぞれ一対のシャッター40が備えられている。また、本変形例の造形装置10Dは、第1及び第2変形例の遮光板60を変形させた遮光板60Aを備えている。遮光板60Aは、第1吐出部22における第1ヘッド22Aと第2ヘッド22Bとの隙間の上側と、第2吐出部24における第1ヘッド22Aと第2ヘッド22Bとの隙間の上側とに、それぞれ貫通孔64が形成されており、かつ、各貫通孔64には、第2照射装置34が照射した光を台BDに着弾した液滴D、すなわち、台BD側で収束させるレンズLS2が嵌め込まれている。ここで、遮光板60Aは、遮光部材の一例である。また、レンズLS2は、収束体の一例である。本変形例は、上記の点以外、第2変形例と同様とされている。また、本変形例の造形物Mの造形方法では、各構成要素が第1及び第2変形例の場合と同様に動作して、造形物Mを造形する。
本変形例の造形装置10Dによれば、第2照射装置34が照射した光をレンズLS2を通過させて台BD側で収束させることができる。また、本変形例の造形装置10Dによれば、各シャッター40が第2照射装置34から照射された後に液滴Dにより反射して複数のノズルNに向かう光の光量を低減させることができる。第3変形例のその他の効果は、第1実施形態、第1及び第2変形例の場合と同様である。
次に、第2実施形態の造形装置10Eについて図9及び図10を参照しつつ説明する。以下の説明において、本実施形態の造形装置10Eに第1実施形態の造形装置10及びその変形例の造形装置10B、10C、10Dで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本実施形態の造形装置10E(図9及び図10参照)は、第1実施形態の造形装置10(図1参照)の第1照射装置32を備えていない。また、本実施形態の造形装置10E(図9及び図10参照)は、第1実施形態の造形装置10(図1参照)の第2照射装置34に換えて、第2照射装置34Eを備えている。ここで、第2照射装置34Eは、照射部の一例である。本実施形態は、上記の点以外、第1実施形態と同様とされている。
本実施形態の造形装置10Eは、第1実施形態の造形装置10(図1参照)と異なり、移動装置MAが台BDのみを移動させればよい。そのため、本実施形態の造形装置10Eは、移動装置MAが台BDと第2照射装置34とを別個に移動させる場合に比べて、構造を簡単にできる。本実施形態のその他の効果は、第1実施形態及び第1変形例の場合と同様である。
次に、第4変形例の造形装置10Fについて図11を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Fに第1実施形態の造形装置10及び第2実施形態の造形装置10Eで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10F(図11参照)は、第2実施形態の造形装置10E(図10参照)の第2照射装置34Eに換えて、第2照射装置34Fを備えている。ここで、第2照射装置34Fは、照射部の一例である。本変形例は、上記の点以外、第2実施形態と同様とされている。
本変形例の効果は、第1実施形態、第1変形例及び第2実施形態の場合と同様である。
次に、第5変形例の造形装置10Gについて図12を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Gに第1実施形態の造形装置10、第2実施形態の造形装置10E及び第4変形例の造形装置10Fで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10G(図12参照)は、第4変形例の造形装置10F(図11参照)の第2照射装置34Fに換えて、第2照射装置34Gを備えている。ここで、第2照射装置34Gは、照射部の一例である。本変形例は、上記の点以外、第4変形例と同様とされている。
本変形例の効果は、第1実施形態、第1変形例、第2実施形態及び第4変形例の場合と同様である。
次に、第6変形例の造形装置10Hについて図13を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Hに第1実施形態の造形装置10、第2実施形態の造形装置10E及び第4変形例の造形装置10Fで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10H(図13参照)は、第2実施形態の造形装置10E(図10参照)の第2照射装置34Eに換えて、第2照射装置34Hを備えている。ここで、第2照射装置34Hは、照射部の一例である。本変形例は、上記の点以外、第2実施形態と同様とされている。
本変形例の効果は、第1実施形態、第1変形例及び第2実施形態の場合と同様である。
次に、第7変形例の造形装置10Iについて図14を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Iに第1実施形態の造形装置10、第2実施形態の造形装置10E、第4変形例の造形装置10F及び第6変形例の造形装置10Hで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10I(図14参照)は、第2実施形態の造形装置10E(図10参照)の第2照射装置34Eに換えて、第2照射装置34Iを備えている。ここで、第2照射装置34Iは、照射部の一例である。本変形例は、上記の点以外、第2実施形態と同様とされている。
本変形例の効果は、第1実施形態、第1変形例及び第2実施形態の場合と同様である。
次に、第8変形例の造形装置10Jについて図15を参照しつつ説明する。以下の説明において、本変形例の造形装置10Jに第1実施形態の造形装置10、第2実施形態の造形装置10E、第4変形例の造形装置10F及び第6変形例の造形装置10Hで用いた部品等と同じ部品等を用いる場合、図示しなくても、その部品等の符号をそのまま用いて行う。
本変形例の造形装置10J(図15参照)は、第2実施形態の造形装置10E(図10参照)の第2照射装置34Eに換えて、第2照射装置34Jを備えている。ここで、第2照射装置34Jは、照射部の一例である。本変形例は、上記の点以外、第2実施形態と同様とされている。
本変形例の効果は、第1実施形態、第1変形例及び第2実施形態の場合と同様である。
20 吐出手段(吐出部の一例)
22 第1吐出部(吐出部の一例)
24 第2吐出部(吐出部の一例)
34 第2照射装置(照射部の一例)
34E1 光源(出射部の一例)
34E2 ミラー(変更部の一例)
40 シャッター(低減壁の一例)
50 制御部
60 遮光板(遮蔽部材の一例)
62 貫通孔
LS レンズ(収束体の一例)
BD 台
D 液滴
LR 層
M 造形物
VM 立体物
Claims (6)
- 台と、
前記台に対向し、前記台に向けて光硬化性を有する液滴を吐出する吐出部と、
前記吐出部により吐出されて前記台に着弾した液滴に光を照射して前記液滴を硬化させる照射部と、
前記台を前記照射部とともに前記吐出部に対して相対的に往復移動させる移動部と、
前記吐出部、前記照射部及び前記移動部を制御して、前記台を前記吐出部に対し相対移動させながら前記吐出部により液滴を吐出させて前記台に前記液滴を着弾させ、前記台の相対移動方向の切換時に前記台とともに前記吐出部に対する対向領域から相対移動した前記液滴に前記照射部により光を照射させ、前記液滴が硬化されて成る層が重ねられた立体物を形成させる制御部と、
を備えた造形装置。 - 前記吐出部には、前記液滴を吐出させるための吐出口が形成されており、
前記吐出部に対して前記照射部が光を照射させる側に配置され、前記液滴に照射された後に前記吐出口に向けて反射する光の光量を低減させる低減壁、
を備えた請求項1に記載の造形装置。 - 前記照射部は、前記台と前記吐出部との対向方向において、前記吐出部を挟んで前記台の反対側に配置されており、
前記対向方向における前記吐出部と前記照射部との間であって少なくとも前記対向方向から見て前記吐出部と重なる範囲に配置され、前記照射部が照射する光の通過を遮る遮蔽部材、
を備えた請求項1又は2に記載の造形装置。 - 前記吐出部は、複数個とされ、前記台の相対移動方向に離れて並べられており、
前記遮蔽部材は、前記相対移動方向における一端の前記吐出部から他端の前記吐出部に亘って繋がっており、前記重なる範囲以外の範囲に貫通孔が形成されている、
請求項3に記載の造形装置。 - 前記貫通孔には、前記照射部が照射した光を前記台側で収束させる収束体が嵌め込まれている、
請求項4に記載の造形装置。 - 台と、
前記台に対向し、前記台に向けて光硬化性を有する液滴を吐出する吐出部と、
光を出射する出射部と、前記出射部が出射した光の進行方向を変更する変更部とを有し、前記出射部が出射した光の前記進行方向を前記変更部により変更させて、前記吐出部により吐出されて前記台に着弾した液滴に光を照射して前記液滴を硬化させる照射部と、
前記台を前記出射部とともに前記吐出部に対して相対的に往復移動させる移動部と、
前記吐出部、前記出射部及び前記移動部を制御して、前記台を前記吐出部に対し相対移動させながら前記吐出部により液滴を吐出させて前記台に前記液滴を着弾させ、前記台の相対移動方向の切換時に前記台とともに前記吐出部に対する対向領域から相対移動した前記液滴に前記照射部により光を照射させ、前記液滴が硬化されて成る層が重ねられた立体物を形成させる制御部と、
を備えた造形装置。
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