JP6880492B2 - 三次元造形装置、三次元造形物の製造方法及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明における第1の実施形態に係る三次元造形装置の一例の概要について、図1ないし図4を参照して説明する。
図1は同三次元造形装置の概略平面説明図、図2は同じく概略側面説明図、図3は同じく造形部の断面説明図である。なお、図3は造形時の状態で示している。また、図4は同じく具体的構成の要部斜視説明図である。
図5は同制御部のブロック図である。
制御部500は、本実施形態の三次元造形装置全体の制御を司るCPU501と、CPU501に三次元造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するROM502と、造形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。
余剰粉体受け機構80は、主に、図2及び図3に示すように、粉体保持テーブル81と、粉体保持テーブル81の底面から下方へ延びる支持シャフト82と、支持シャフト82に取り付けられたスライド部材83とから構成される。
図6(a)〜(e)は、往復移動する平坦化ローラ12の往路時における粉体層の形成動作(往路の平坦化処理)を説明するための説明図である。
まず、図6(a)に示すように、造形槽22の造形ステージ24上に、1又は複数層の層状構造物30が形成されているものとする。このとき、余剰粉体受け機構80の粉体保持テーブル81の保持面(上面)の高さは、前回の粉体層31の上面(最上層の層状構造物30の上面)の高さに一致している。
上述したようにプレ粉体層31’を形成する往路の平坦化処理が終了したら、続いて、図7(a)に示すように、供給槽21の供給ステージ23をZ2方向に移動量z3分だけ下降させ、造形槽22の造形ステージ24をZ1方向に移動量z4分だけ上昇させる。これにより、上述した往路での平坦化処理により造形槽22の造形ステージ24上に形成されたプレ粉体層31’の上層部分の粉体20が造形槽22の上面レベルから上方に盛り上がった状態になる。このときの造形ステージ24の移動量z4は、前回形成した下方の粉体層31の上面と平坦化ローラ12の最下部との間隔が粉体層31の目標厚みΔt1となるように設定される。
(態様A)
平坦化ローラ12等の平坦化部材を移動させることで、供給槽21に貯留された粉体20を造形槽22へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層31の粉体を所要形状に結合して層状構造物30を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、前記平坦化部材の移動経路を戻るように平坦化ローラ12等の粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体20’の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行することを特徴とする。
一般に、造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成して三次元造形物を造形する場合、高い粉体密度で均一化された粉体層を形成することが望まれる。このとき、供給槽から造形槽へ移送供給される粉体の量が不十分であると、造形槽の平坦化部材移動方向下流側で粉体の量が不足して、造形槽の全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせることができず、粉体層を高い粉体密度で均一化させることができない。そのため、造形槽を通過するまで平坦化部材により移送される粉体(余剰粉体)が残るように平坦化処理を実行することは、高い粉体密度で均一化された粉体層を形成するために重要となる。
この場合、造形槽を通過するまで移送された余剰粉体を回収するために、従来のように、余剰粉体を貯留しておく余剰粉体受け槽を設けると、大型の余剰粉体受け槽が必要となり、装置の大型化を招く。特に、平坦化処理時に余剰粉体が多く残るようにすればするほど、高い粉体密度で均一化された粉体層を形成するのに有利であり、この場合、より大きな余剰粉体受け槽が必要となる。
また、仮に、余剰粉体を余剰粉体受け槽内に一時的に回収し、その余剰粉体を粉体ポンプにより供給槽へ戻すような構成を採用すれば、余剰粉体受け槽それ自体を小型化することは可能である。しかしながら、この構成を実現するためには、余剰粉体受け槽から供給槽まで粉体ポンプを配置するための大きなスペース(余剰粉体の移送経路)が必要となり、装置全体としては大型化を招く。
本態様においては、平坦化部材により造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を、その平坦化部材の移動経路を戻るように移動する粉体戻し部材によって供給槽に戻すことができる。これによれば、平坦化処理時における平坦化部材の移動経路を使って余剰粉体を供給槽へ戻すことができるので、余剰粉体を供給槽へ戻すために新たな移送経路を必要とせず、装置の小型化を実現できる。
前記態様Aにおいて、前記余剰粉体戻し処理時には、前記粉体戻し部材の最下部を前記平坦化処理時に平坦化された前記造形槽の粉体面以下となる高さに維持しながら、該粉体戻し部材を移動させることを特徴とする。
これによれば、余剰粉体を、実質的に造形槽の粉体層の形成に用いることなく、供給槽21へ戻すことができる。
前記態様A又はBにおいて、前記余剰粉体を一時的に保持する粉体保持テーブル81等の粉体保持部材を有し、前記余剰粉体戻し処理では、前記粉体保持部材に保持された余剰粉体の少なくとも一部を、前記粉体戻し部材により前記供給槽に戻すことを特徴とする。
これによれば、平坦化部材により造形槽を通過するまで移送された余剰粉体を一時的に保持しておくことができ、平坦化処理から余剰粉体戻し処理への移行が容易になる。
前記態様Cにおいて、前記平坦化処理時に、前記平坦化部材の最下部よりも低い位置に、前記余剰粉体が載せられる前記粉体保持部材の保持面を移動させ、前記余剰粉体戻し処理時に前記粉体戻し部材の最下部と略同位置に前記保持面を移動させるモータ28、モータ駆動部514等の保持面駆動手段を有することを特徴とする。
これによれば、造形槽と粉体保持部材との間の余剰粉体の受け渡しを適切に行うことができる。
前記態様Dにおいて、前記造形槽内の粉体を載せる造形ステージ24を上下動させるモータ28、モータ駆動部514等の造形ステージ駆動手段を有し、前記保持面駆動手段は、前記造形ステージ駆動手段の駆動力を用いて前記保持面を移動させることを特徴とする。
これによれば、保持面駆動手段を造形ステージ駆動手段とは別個の駆動手段で構成するよりも、より簡易な構成を実現でき、装置の小型化に有利となる。
前記態様Eにおいて、前記平坦化処理時に、前記粉体層の目標厚みΔtよりも厚く平坦化されたプレ粉体層31’を形成し、前記余剰粉体戻し処理時に、前記粉体戻し部材を移動させることで、前記余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻すとともに、前記造形槽の粉体を平坦化して目標厚みΔtの前記粉体層31を形成し、前記保持面駆動手段は、前記造形ステージ駆動手段が前記余剰粉体戻し処理時に前記造形ステージを前記平坦化処理時よりも高い位置へ移動させる動作に連動して、前記保持面を移動させることを特徴とする。
これによれば、保持面駆動手段として造形ステージ駆動手段を用いる構成において、適切な連動を実現できる。
前記態様A〜Eのいずれかの態様において、前記平坦化処理時に、前記粉体層の目標厚みΔtよりも厚く平坦化されたプレ粉体層31’を形成し、前記余剰粉体戻し処理時に、前記粉体戻し部材を移動させることで、前記余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻すとともに、前記造形槽の粉体を平坦化して目標厚みΔtの前記粉体層31を形成することを特徴とする。
これによれば、より均一な高い粉体密度の粉体層31を形成するのに有利である。
前記態様A〜Gのいずれかの態様において、前記平坦化部材及び前記粉体戻し部材として、同じ部材を用いることを特徴とする。
これによれば、平坦化部材と粉体戻し部材とを別個の部材で構成する場合よりも、より簡易な構成を実現でき、装置の小型化に有利となる。
前記態様A〜Hのいずれかの態様において、前記平坦化部材及び前記粉体戻し部材の少なくとも一方は、平坦化ローラ12等の回転部材であり、該回転部材の下面側が該回転部材の移動方向と同方向に表面移動する向きに回転駆動されることを特徴とする。
これによれば、回転部材の周面と粉体との間の摩擦力が常に動摩擦力となり、粉体層の表面の平滑性を高めることができる。
平坦化部材を移動させることで、供給槽に貯留された粉体を造形槽へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、前記平坦化部材の移動経路を戻るように粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行することを特徴とする。
これによれば、小型の三次元造形装置により高い粉体密度で均一化された粉体層を形成して造形精度の高い三次元造形物を製造することができる。
平坦化部材を移動させることで、供給槽に貯留された粉体を造形槽へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置を制御する制御手段として、該三次元造形装置のコンピュータを機能させるためのプログラムであって、前記制御手段は、前記平坦化部材の移動経路を戻るように粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行することを特徴とする。
これによれば、小型の三次元造形装置により高い粉体密度で均一化された粉体層を形成して造形精度の高い三次元造形物を製造することができる。
なお、このプログラムは、CD−ROM等の記録媒体に記録された状態で配布したり、入手したりすることができる。また、このプログラムを乗せ、所定の送信装置により送信された信号を、公衆電話回線や専用線、その他の通信網等の伝送媒体を介して配信したり、受信したりすることでも、配布、入手が可能である。この配信の際、伝送媒体中には、コンピュータプログラムの少なくとも一部が伝送されていればよい。すなわち、コンピュータプログラムを構成するすべてのデータが、一時に伝送媒体上に存在している必要はない。このプログラムを乗せた信号とは、コンピュータプログラムを含む所定の搬送波に具現化されたコンピュータデータ信号である。また、所定の送信装置からコンピュータプログラムを送信する送信方法には、プログラムを構成するデータを連続的に送信する場合も、断続的に送信する場合も含まれる。
5 造形ユニット
10 造形液
11 粉体槽
12 平坦化ローラ
20 粉体
20’ 余剰粉体
21 供給槽
22 造形槽
23 供給ステージ
24a ステージラック
24b ストッパ
24 造形ステージ
30 層状構造物
31 粉体層
31’ プレ粉体層
50 液体吐出ユニット
52 ヘッド
80 余剰粉体受け機構
81 粉体保持テーブル
82 支持シャフト
83 スライド部材
500 制御部
600 造形データ作成装置
Claims (11)
- 平坦化部材を移動させることで、供給槽に貯留された粉体を造形槽へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
前記平坦化部材の移動経路を戻るように粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行し、
前記余剰粉体戻し処理時には、前記粉体戻し部材の最下部を前記平坦化処理時に平坦化された前記造形槽の粉体面以下となる高さに維持しながら、該粉体戻し部材を移動させることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1に記載の三次元造形装置において、
前記余剰粉体を一時的に保持する粉体保持部材と、
前記平坦化処理時に、前記平坦化部材の最下部よりも低い位置に、前記余剰粉体が載せられる前記粉体保持部材の保持面を移動させ、前記余剰粉体戻し処理時に前記粉体戻し部材の最下部と略同位置に前記保持面を移動させる保持面駆動手段とを有し、
前記余剰粉体戻し処理では、前記粉体保持部材に保持された余剰粉体の少なくとも一部を、前記粉体戻し部材により前記供給槽に戻すことを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項2に記載の三次元造形装置において、
前記造形槽内の粉体を載せる造形ステージを上下動させる造形ステージ駆動手段を有し、
前記保持面駆動手段は、前記造形ステージ駆動手段の駆動力を用いて前記保持面を移動させることを特徴とする三次元造形装置。 - 平坦化部材を移動させることで、供給槽に貯留された粉体を造形槽へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
前記平坦化部材の移動経路を戻るように粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行し、
前記余剰粉体を一時的に保持する粉体保持部材と、
前記造形槽内の粉体を載せる造形ステージを上下動させる造形ステージ駆動手段と、
前記平坦化処理時に、前記造形ステージ駆動手段の駆動力を用いて、前記平坦化部材の最下部よりも低い位置に、前記余剰粉体が載せられる前記粉体保持部材の保持面を移動させ、前記余剰粉体戻し処理時に前記粉体戻し部材の最下部と略同位置に前記保持面を移動させる保持面駆動手段とを有し、
前記余剰粉体戻し処理では、前記粉体保持部材に保持された余剰粉体の少なくとも一部を、前記粉体戻し部材により前記供給槽に戻すことを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項3又は4に記載の三次元造形装置において、
前記平坦化処理時に、前記粉体層の目標厚みよりも厚く平坦化されたプレ粉体層を形成し、
前記余剰粉体戻し処理時に、前記粉体戻し部材を移動させることで、前記余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻すとともに、前記造形槽の粉体を平坦化して目標厚みの前記粉体層を形成し、
前記保持面駆動手段は、前記造形ステージ駆動手段が前記余剰粉体戻し処理時に前記造形ステージを前記平坦化処理時よりも高い位置へ移動させる動作に連動して、前記保持面を移動させることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記平坦化処理時に、前記粉体層の目標厚みよりも厚く平坦化されたプレ粉体層を形成し、
前記余剰粉体戻し処理時に、前記粉体戻し部材を移動させることで、前記余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻すとともに、前記造形槽の粉体を平坦化して目標厚みの前記粉体層を形成することを特徴とする三次元造形装置。 - 平坦化部材を移動させることで、供給槽に貯留された粉体を造形槽へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
前記平坦化部材の移動経路を戻るように粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行し、
前記平坦化処理時に、前記粉体層の目標厚みよりも厚く平坦化されたプレ粉体層を形成し、
前記余剰粉体戻し処理時に、前記粉体戻し部材を移動させることで、前記余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻すとともに、前記造形槽の粉体を平坦化して目標厚みの前記粉体層を形成することを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記平坦化部材及び前記粉体戻し部材として、同じ部材を用いることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記平坦化部材及び前記粉体戻し部材の少なくとも一方は、回転部材であり、該回転部材の下面側が該回転部材の移動方向と同方向に表面移動する向きに回転駆動されることを特徴とする三次元造形装置。 - 平坦化部材を移動させることで、供給槽に貯留された粉体を造形槽へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形物の製造方法であって、
前記平坦化部材の移動経路を戻るように粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行し、
前記余剰粉体戻し処理時には、前記粉体戻し部材の最下部を前記平坦化処理時に平坦化された前記造形槽の粉体面以下となる高さに維持しながら、該粉体戻し部材を移動させることを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 平坦化部材を移動させることで、供給槽に貯留された粉体を造形槽へ移送して供給するとともに、該造形槽の粉体を平坦化する平坦化処理を実行し、該造形槽に形成された粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成するという動作を繰り返し行って、該層状構造物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形装置を制御する制御手段として、該三次元造形装置のコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
前記制御手段は、前記平坦化部材の移動経路を戻るように粉体戻し部材を移動させることにより、該平坦化部材により前記造形槽を通過するまで移送された余剰粉体の少なくとも一部を前記供給槽に戻す余剰粉体戻し処理を実行し、
前記余剰粉体戻し処理時には、前記粉体戻し部材の最下部を前記平坦化処理時に平坦化された前記造形槽の粉体面以下となる高さに維持しながら、該粉体戻し部材を移動させることを特徴とするプログラム。
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