JP7160582B2 - 3D printer - Google Patents

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Description

本発明は、三次元造形装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus.

従来から、特許文献1に開示されているように、粉末材料にバインダを吐出し、粉末材料を硬化させることによって所望の三次元造形物を造形する粉末積層法が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, there has been known a powder layering method for forming a desired three-dimensional model by discharging a binder onto a powder material and curing the powder material.

特許文献1に開示された三次元造形装置は、粉末が収容される造形部と、造形部に供給される粉末が収納される粉末供給部と、造形部より上方に配置されたインクジェットヘッドとを備えている。インクジェットヘッドは、造形部に収容された粉末に水性インクを吐出する。即ち、インクジェットヘッドは、造形部に収容された粉末のうち三次元造形物の断面形状に対応する部分に水性インクを吐出する。造形部に収容された粉末のうち水性インクが吐出された部分は硬化し、断面形状に対応した硬化層が形成される。そして、硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物が造形される。 The three-dimensional modeling apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a modeling section that stores powder, a powder supply section that stores powder to be supplied to the modeling section, and an inkjet head that is arranged above the modeling section. I have. The inkjet head ejects water-based ink onto the powder accommodated in the modeling section. That is, the inkjet head ejects water-based ink onto a portion of the powder accommodated in the modeling unit that corresponds to the cross-sectional shape of the three-dimensional modeled object. A portion of the powder accommodated in the modeling unit onto which the water-based ink is discharged is cured to form a cured layer corresponding to the cross-sectional shape. A desired three-dimensional modeled object is formed by successively laminating the cured layers.

特許第5400042号公報Japanese Patent No. 5400042

多くの場合、三次元造形装置では、乾燥によって硬化する硬化液が使用されている。しかしながら、乾燥によって硬化する硬化液を使用する場合は、造形完了後に造形槽内の粉末材料の中から三次元造形物を取り出すまでに、ある程度硬化液の乾燥を待つ必要があった。そして、そのことにより生産性の低下を招くことがあった。 In many cases, a three-dimensional modeling apparatus uses a curable liquid that hardens when dried. However, when using a curable liquid that hardens when dried, it is necessary to wait for the curable liquid to dry to some extent before taking out the three-dimensional modeled object from the powder material in the modeling tank after the completion of modeling. And, as a result, the productivity may be lowered.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、三次元造形物を短時間で硬化させることができる三次元造形装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a three-dimensional modeling apparatus capable of curing a three-dimensional modeled object in a short period of time.

ここに開示する三次元造形装置は、造形槽と、前記造形槽内に粉末材料を供給する材料供給装置と、前記造形槽内の前記粉末材料に対して、硬化ガスによって硬化する硬化液を吐出する吐出ヘッドと、前記造形槽内に前記硬化ガスを送出する送出装置と、前記硬化ガスを排出する排出経路とを備える。前記造形槽は、前記粉末材料が通過不能かつ前記硬化ガスが通過可能な通気部を備えている。前記排出経路は、前記通気部を介して前記造形槽の内部と連通している。 The three-dimensional modeling apparatus disclosed herein includes a modeling tank, a material supply device that supplies a powder material into the modeling tank, and a curing liquid that hardens the powder material in the modeling tank with a curing gas. an ejection head for discharging the hardening gas, a delivery device for delivering the hardening gas into the modeling tank, and a discharge path for discharging the hardening gas. The modeling bath has a vent through which the powder material cannot pass but the hardening gas can pass. The discharge path communicates with the interior of the modeling tank through the vent.

上記三次元造形装置によれば、送出装置から送出された硬化ガスは、造形槽の通気部を通って排出経路に流れる。造形槽内に流れる硬化ガスによって、造形槽内の三次元造形物を短時間で硬化させることができる。 According to the three-dimensional modeling apparatus described above, the hardening gas delivered from the delivery device flows through the ventilation section of the modeling tank to the discharge path. The three-dimensional object in the modeling tank can be cured in a short time by the curing gas flowing in the modeling tank.

三次元造形装置を模式的に示した断面図である。It is a sectional view showing a three-dimensional modeling device typically. 三次元造形装置を模式的に示した平面図である。1 is a plan view schematically showing a three-dimensional modeling apparatus; FIG. 送出装置と排出装置を取り付けた状態の三次元造形装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the three-dimensional modeling apparatus in the state which attached the delivery device and the discharge device.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。 A three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described herein are, of course, not intended to specifically limit the present invention. Further, members and portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are appropriately omitted or simplified.

図1は、一実施形態に係る三次元造形装置10を模式的に示した断面図である。図2は、三次元造形装置10の平面図である。図1は、図2のI-I断面である。図面中の符号Fは、前方を示し、符号Rrは、後方を示している。ここでは、符号Fの方向から三次元造形装置10を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置10の左、右、上、下である。図面中の符号L、R、U、Dは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。符号X、Y、Zは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。左右方向Yは、三次元造形装置10の主走査方向である。前後方向Xは、三次元造形装置10の副走査方向である。また、上下方向Zは、三次元造形における積層方向である。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置10の設置態様を何ら限定するものではない。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a three-dimensional modeling apparatus 10 according to one embodiment. FIG. 2 is a plan view of the three-dimensional modeling apparatus 10. FIG. FIG. 1 is a section taken along the line II of FIG. Reference character F in the drawings indicates the front, and reference character Rr indicates the rear. Here, the left, right, top, and bottom when viewing the three-dimensional modeling apparatus 10 from the direction of reference numeral F are the left, right, top, and bottom of the three-dimensional modeling apparatus 10, respectively. Symbols L, R, U, and D in the drawings mean left, right, up, and down, respectively. Symbols X, Y, and Z indicate the front-back direction, the left-right direction, and the up-down direction, respectively. The horizontal direction Y is the main scanning direction of the 3D modeling apparatus 10 . The front-rear direction X is the sub-scanning direction of the three-dimensional modeling apparatus 10 . Also, the vertical direction Z is the stacking direction in three-dimensional modeling. However, these directions are merely directions determined for convenience of explanation, and do not limit the installation mode of the three-dimensional modeling apparatus 10 at all.

図1に示すように、三次元造形装置10は、本体11と、敷詰ローラ30と、造形槽ユニット40と、ヘッドユニット60と、副走査方向移動機構20と、主走査方向移動機構70と、制御装置100とを備えている。造形槽ユニット40は、供給槽41と、余剰粉末収容槽44と、造形槽50とを搭載している。 As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling apparatus 10 includes a main body 11, a laying roller 30, a modeling tank unit 40, a head unit 60, a sub-scanning direction moving mechanism 20, and a main scanning direction moving mechanism 70. , and the control device 100 . The modeling tank unit 40 includes a supply tank 41 , a surplus powder storage tank 44 , and a modeling tank 50 .

また、図3は、送出装置80と排出装置90を取り付けた状態の三次元造形装置10を示す模式図である。送出装置80は、三次元造形装置10の一部であるが、造形槽50に着脱可能に構成されている。排出装置90も、三次元造形装置10の一部であるが、本体11に着脱可能に構成されている。 Also, FIG. 3 is a schematic diagram showing the three-dimensional modeling apparatus 10 with the delivery device 80 and the ejection device 90 attached. The delivery device 80 is a part of the three-dimensional modeling apparatus 10, but is configured to be attachable to and detachable from the modeling tank 50. As shown in FIG. The ejection device 90 is also a part of the three-dimensional modeling apparatus 10, but is configured to be attachable to and detachable from the main body 11. As shown in FIG.

図2に示すように、本体11は、副走査方向Xに長い形状を有する三次元造形装置10の外装体である。本体11は、上方に向けて開口する箱型形状に形成されている。本体11は、副走査方向移動機構20と、造形槽ユニット40と、制御装置100とを収容する。また、図1に示されるように、本体11は、敷詰ローラ30と主走査方向移動機構70とを支持する支持台でもある。 As shown in FIG. 2, the main body 11 is an exterior body of the three-dimensional modeling apparatus 10 having a shape elongated in the sub-scanning direction X. As shown in FIG. The main body 11 is formed in a box shape opening upward. The main body 11 houses the sub-scanning direction moving mechanism 20 , the modeling tank unit 40 and the control device 100 . Further, as shown in FIG. 1, the main body 11 also serves as a support base for supporting the spread roller 30 and the main scanning direction moving mechanism 70 .

図1に示すように、造形槽ユニット40は、本体11に収容されている。造形槽ユニット40の上面40aは平坦であって、この上面40aから凹むように造形槽50と供給槽41と余剰粉末収容槽44とが独立に並んで設けられている。 As shown in FIG. 1 , the modeling bath unit 40 is accommodated in the main body 11 . The upper surface 40a of the modeling tank unit 40 is flat, and the modeling tank 50, the supply tank 41, and the surplus powder storage tank 44 are arranged independently so as to be recessed from the upper surface 40a.

図1に示すように、造形槽50は、造形槽ユニット40に設けられている。造形槽50は、その内部で三次元造形物200が造形される槽である。造形槽50は、開口50aを有している。粉末材料Pは、開口50aから造形槽50内に供給される。また、完成した三次元造形物200は、開口50aから取り出される。造形槽50は、筒状部51と、造形テーブル52と、テーブル昇降機構53とを備えている。 As shown in FIG. 1 , the modeling bath 50 is provided in the modeling bath unit 40 . The modeling bath 50 is a bath in which the three-dimensional modeled object 200 is modeled. The modeling bath 50 has an opening 50a. The powder material P is supplied into the modeling tank 50 from the opening 50a. Also, the completed three-dimensional structure 200 is taken out from the opening 50a. The modeling tank 50 includes a tubular portion 51 , a modeling table 52 , and a table lifting mechanism 53 .

筒状部51は、上下方向に延びた筒状の部材である。造形槽50の開口50aは、筒状部51の上端に設けられている。図2に示すように、開口50aは、平面視において矩形の形状を有している。ただし、開口50aは、平面視において矩形である必要は必ずしもない。 The tubular portion 51 is a tubular member extending in the vertical direction. An opening 50 a of the modeling bath 50 is provided at the upper end of the tubular portion 51 . As shown in FIG. 2, the opening 50a has a rectangular shape in plan view. However, the opening 50a does not necessarily have to be rectangular in plan view.

造形テーブル52は、筒状部51に挿入されている。図2に示すように、造形テーブル52は、平面視において、開口50aと同じ形をしている。造形テーブル52は、その上に粉末材料Pが供給され、造形が行われる部材である。図1に示すように、造形テーブル52は、平板上の形状を有している。造形テーブル52は、略水平に筒状部51に挿入されている。造形テーブル52は、筒状部51の内部において上下方向に摺動可能である。 A modeling table 52 is inserted into the cylindrical portion 51 . As shown in FIG. 2, the modeling table 52 has the same shape as the opening 50a in plan view. The modeling table 52 is a member on which the powder material P is supplied and modeling is performed. As shown in FIG. 1, the modeling table 52 has a flat plate shape. The modeling table 52 is inserted into the tubular portion 51 substantially horizontally. The modeling table 52 is vertically slidable inside the tubular portion 51 .

図1に示すように、造形テーブル52には、通気部52aが設けられている。通気部52aは、粉末材料Pが通過不能で、かつ、後述する硬化ガスが通過可能に構成されている。通気部52aは、粉体が通過できず、気体が通過できる材料によって構成されている。通気部52aには、種々の公知の材料が使用できる。通気部52aは、例えば、多孔質の材料によって構成されている。多孔質の材料は、粉体は通過できないが、気体は通過可能な微細な孔を有している。粉末材料Pは、通気部52aを通過しないため、通気部52a上にも載置されている。 As shown in FIG. 1, the molding table 52 is provided with a vent 52a. The ventilation part 52a is configured so that the powder material P cannot pass therethrough and a hardening gas, which will be described later, can pass therethrough. The ventilation part 52a is made of a material that is impermeable to powder but permeable to gas. Various known materials can be used for the ventilation portion 52a. The ventilation part 52a is made of, for example, a porous material. A porous material has fine pores through which gas can pass but not powder. Since the powder material P does not pass through the ventilation part 52a, it is also placed on the ventilation part 52a.

テーブル昇降機構53は、造形テーブル52を下方から支持している。テーブル昇降機構53は、造形テーブル52を上下方向に移動させる。テーブル昇降機構53の構成は特に限定されないが、例えば、図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。造形テーブル52は、テーブル昇降機構53のサーボモータが駆動することによって上下方向に移動する。テーブル昇降機構53は、制御装置100と電気的に接続されており、制御装置100によって制御されている。 A table lifting mechanism 53 supports the modeling table 52 from below. The table lifting mechanism 53 moves the modeling table 52 in the vertical direction. Although the configuration of the table lifting mechanism 53 is not particularly limited, it includes, for example, a servomotor and a ball screw (not shown). The modeling table 52 is vertically moved by being driven by a servomotor of a table lifting mechanism 53 . The table lifting mechanism 53 is electrically connected to the control device 100 and controlled by the control device 100 .

テーブル昇降機構53は、造形テーブル52の下部空間50bに設けられている。下部空間50bは、テーブル昇降機構53を配置する空間であると同時に、通気部52aを通過した硬化ガスが流入してくる空間でもある。下部空間50bは、後述する排出経路E1(図3参照)の一部を構成している。 The table lifting mechanism 53 is provided in the lower space 50b of the modeling table 52. As shown in FIG. The lower space 50b is not only a space in which the table lifting mechanism 53 is arranged, but also a space into which hardening gas that has passed through the ventilation part 52a flows. The lower space 50b constitutes a part of the later-described discharge path E1 (see FIG. 3).

造形槽50の開口50aの周囲は、アタッチメント取付部54となっている。アタッチメント取付部54は、送出装置80のアタッチメント83(後述)が取り付けられる部位である。ここでは、アタッチメント取付部54は、特に造形されたものではなく、アタッチメント83が置かれる平坦な場所である。ただし、アタッチメント取付部の構成は特に限定されず、例えば、アタッチメント83が嵌る溝を備えていてもよい。 An attachment mounting portion 54 is provided around the opening 50a of the modeling bath 50 . The attachment attachment portion 54 is a portion to which an attachment 83 (described later) of the delivery device 80 is attached. Here, the attachment mount 54 is not particularly shaped, but is a flat area on which the attachment 83 rests. However, the configuration of the attachment mounting portion is not particularly limited, and for example, it may have a groove in which the attachment 83 fits.

供給槽41には、造形槽50に供給される前の粉末材料Pが貯留されている。図2に示されるように、供給槽41の形状は、平面視において矩形状である。ただし、供給槽41の平面形状は矩形に限定されるわけではない。供給槽41の内部には、平面視において供給槽41と同じ形の底部材42が収納されている。供給槽41は、造形槽50の後方に配置されている。供給槽41は、主走査方向Yに関して造形槽50と揃った位置に配置されている。図2に示すように、平面視において、造形槽50の主走査方向Yの長さは、供給槽41の主走査方向Yの長さと同じである。しかしながら、供給槽41の主走査方向Yの長さは、造形槽50の主走査方向Yの長さより長くてもよい。 The powder material P before being supplied to the modeling tank 50 is stored in the supply tank 41 . As shown in FIG. 2, the shape of the supply tank 41 is rectangular in plan view. However, the planar shape of the supply tank 41 is not limited to a rectangle. A bottom member 42 having the same shape as the supply tank 41 in plan view is accommodated inside the supply tank 41 . The supply tank 41 is arranged behind the modeling tank 50 . The supply tank 41 is arranged at a position aligned with the modeling tank 50 in the main scanning direction Y. As shown in FIG. As shown in FIG. 2 , the length of the modeling tank 50 in the main scanning direction Y is the same as the length of the supply tank 41 in the main scanning direction Y in plan view. However, the length of the supply tank 41 in the main scanning direction Y may be longer than the length of the modeling tank 50 in the main scanning direction Y.

底部材42は、供給槽41内部において、上下方向Zに移動可能に構成されている。底部材42の下部には、供給槽昇降機構43が連結されている。供給槽昇降機構43は、底部材42を上下方向Zに移動させる機構である。供給槽昇降機構43の構成は、特に限定されないが、例えば、テーブル昇降機構53と同様に、サーボモータとボールねじなどを備えている。供給槽昇降機構43のサーボモータが駆動することで、底部材42は上下方向Zに移動する。供給槽昇降機構43は、制御装置100と電気的に接続されており、制御装置100によって制御されている。 The bottom member 42 is configured to be movable in the vertical direction Z inside the supply tank 41 . A supply tank lifting mechanism 43 is connected to the lower portion of the bottom member 42 . The supply tank lifting mechanism 43 is a mechanism for moving the bottom member 42 in the vertical direction Z. As shown in FIG. Although the configuration of the supply tank lifting mechanism 43 is not particularly limited, it includes, for example, a servomotor and a ball screw, like the table lifting mechanism 53 . The bottom member 42 moves in the vertical direction Z by driving the servo motor of the supply tank lifting mechanism 43 . The supply tank lifting mechanism 43 is electrically connected to the control device 100 and controlled by the control device 100 .

余剰粉末収容槽44は、粉末材料Pが敷詰ローラ30によって造形槽50に敷き詰められた際に、造形槽50に収容しきれなかった粉末材料Pを回収する槽である。余剰粉末収容槽44は、造形槽50の前方に配置されている。余剰粉末収容槽44は、主走査方向Yに関して造形槽50と揃った位置に配置されている。図2に示すように、平面視において、造形槽50の主走査方向Yの長さと、余剰粉末収容槽44の主走査方向Yの長さとは同じである。しかしながら、余剰粉末収容槽44の主走査方向Yの長さは、造形槽50の主走査方向Yの長さより長くてもよい。 The surplus powder storage tank 44 is a tank that collects the powder material P that cannot be completely stored in the modeling tank 50 when the powder material P is spread in the modeling tank 50 by the spread roller 30 . The surplus powder storage tank 44 is arranged in front of the modeling tank 50 . The surplus powder storage tank 44 is arranged at a position aligned with the modeling tank 50 in the main scanning direction Y. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, in plan view, the length of the modeling tank 50 in the main scanning direction Y is the same as the length of the excess powder storage tank 44 in the main scanning direction Y. As shown in FIG. However, the length of the excess powder storage tank 44 in the main scanning direction Y may be longer than the length of the modeling tank 50 in the main scanning direction Y.

粉末材料Pは、例えば、珪砂(石英粒を中心とする粉末)である。珪砂は、例えば、鋳物の型などに利用される材料である。ただし、粉末材料Pの組成や形態等は特に制限されるわけではなく、樹脂材料、金属材料および無機材料等の各種の材料から構成された粉体を使用することができる。粉末材料Pは、例えば、アルミナ、チタニア、ジルコニア等のセラミック材料や、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金(典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金)、半水石膏(α型焼石膏、β型焼石膏)、アパタイト、食塩、プラスチック等であってもよい。これらはいずれか1種の材料から構成されていてもよいし、2種以上が組み合わされていてもよい。 The powder material P is, for example, silica sand (powder mainly composed of quartz grains). Silica sand is a material that is used, for example, in casting molds. However, the composition, form, and the like of the powder material P are not particularly limited, and powders composed of various materials such as resin materials, metal materials, and inorganic materials can be used. The powder material P is, for example, ceramic materials such as alumina, titania, zirconia, iron, aluminum, titanium and alloys thereof (typically stainless steel, titanium alloy, aluminum alloy), hemihydrate gypsum (α-type calcined gypsum , β-type calcined gypsum), apatite, salt, plastic, and the like. These may be composed of any one type of material, or two or more types may be combined.

図1に示すように、副走査方向移動機構20は、ヘッドユニット60、敷詰ローラ30に対して造形槽ユニット40を副走査方向Xに移動させる機構である。本実施形態では、副走査方向移動機構20は、一対のガイドレール21と、フィードモータ22とを備えている。 As shown in FIG. 1 , the sub-scanning direction moving mechanism 20 is a mechanism for moving the modeling tank unit 40 in the sub-scanning direction X with respect to the head unit 60 and the laying roller 30 . In this embodiment, the sub-scanning direction moving mechanism 20 has a pair of guide rails 21 and a feed motor 22 .

図1に示すように、ガイドレール21は、造形槽ユニット40の副走査方向Xへの移動をガイドする。ガイドレール21は、本体11内に設けられている。ガイドレール21は、副走査方向Xに延びている。造形槽ユニット40は、ガイドレール21に摺動可能に係合している。ただし、ガイドレール21の設置位置および数は特に限定されない。フィードモータ22は、例えば、ボールねじ等を介して造形槽ユニット40に接続されている。フィードモータ22は、制御装置100に電気的に接続されている。フィードモータ22が回転駆動することによって、造形槽ユニット40は、ガイドレール21上を副走査方向Xに移動される。 As shown in FIG. 1, the guide rail 21 guides the movement of the modeling tank unit 40 in the sub-scanning direction X. As shown in FIG. The guide rail 21 is provided inside the main body 11 . The guide rail 21 extends in the sub-scanning direction X. As shown in FIG. The modeling bath unit 40 is slidably engaged with the guide rails 21 . However, the installation position and the number of guide rails 21 are not particularly limited. The feed motor 22 is connected to the modeling tank unit 40 via, for example, a ball screw. Feed motor 22 is electrically connected to control device 100 . The modeling tank unit 40 is moved in the sub-scanning direction X on the guide rail 21 by rotationally driving the feed motor 22 .

敷詰ローラ30は、供給槽41に貯留されている粉末材料Pを造形槽50に敷き詰める部材である。敷詰ローラ30は、粉末材料Pの表面を平らにならして粉末層を形成する。敷詰ローラ30は、本体11の上方に配置されている。敷詰ローラ30は、ヘッドユニット60より前方に配置されている。敷詰ローラ30は、長尺の円筒形状を有している。敷詰ローラ30は、円筒軸が主走査方向Yに沿うように配置されている。敷詰ローラ30は、主走査方向Yの長さが造形槽50よりも長い。敷詰ローラ30の下端は、造形槽ユニット40の上面40aとの間に所定のクリアランス(間隙)が形成されるように、造形槽ユニット40の僅かに上方に設置されている。敷詰ローラ30は、本体11の上面11aに設けられた一対の支持部材31に回転可能に支持されている。敷詰ローラ30は、例えば接続されたモータなどによって回転するように構成されていてもよい。この敷詰ローラ30と、副走査方向移動機構20と、供給槽41に係る各部材(供給槽41、底部材42、供給槽昇降機構43)とは、造形槽50に粉末材料Pを供給する材料供給装置を構成している。 The spreading roller 30 is a member that spreads the powder material P stored in the supply tank 41 in the modeling tank 50 . The spreading roller 30 flattens the surface of the powder material P to form a powder layer. The laying roller 30 is arranged above the main body 11 . The laying roller 30 is arranged in front of the head unit 60 . The laying roller 30 has an elongated cylindrical shape. The laying roller 30 is arranged such that the cylindrical axis extends along the main scanning direction Y. As shown in FIG. The laying roller 30 is longer in the main scanning direction Y than the modeling tank 50 . The lower end of the spreading roller 30 is installed slightly above the modeling tank unit 40 so that a predetermined clearance (gap) is formed between it and the upper surface 40 a of the modeling tank unit 40 . The laying roller 30 is rotatably supported by a pair of support members 31 provided on the upper surface 11 a of the main body 11 . The laying roller 30 may be configured to rotate, for example, by a connected motor. The covering roller 30 , the sub-scanning direction moving mechanism 20 , and the members related to the supply tank 41 (the supply tank 41 , the bottom member 42 , and the supply tank lifting mechanism 43 ) supply the powder material P to the modeling tank 50 . It constitutes a material supply device.

図2に示すように、ヘッドユニット60は、キャリッジ61と、キャリッジ61に搭載された複数の吐出ヘッド62とを備えている。複数の吐出ヘッド62は、キャリッジ61の下面に配置されている。吐出ヘッド62は、造形槽50内の粉末材料Pに対して、硬化液を吐出する。図2に示すように、複数の吐出ヘッド62は、主走査方向Yに並んでいる。吐出ヘッド62は、硬化液を吐出する複数のノズル63を有している。複数のノズル63は、副走査方向Xに直線状に並んでいる。吐出ヘッド62における硬化液の吐出機構は特に制限されず、例えばインクジェット方式などが好適に利用できる。吐出ヘッド62は、制御装置100に電気的に接続されている。吐出ヘッド62のノズル63からの硬化液の吐出は、制御装置100によって制御される。 As shown in FIG. 2, the head unit 60 has a carriage 61 and a plurality of ejection heads 62 mounted on the carriage 61 . A plurality of ejection heads 62 are arranged on the lower surface of the carriage 61 . The ejection head 62 ejects the curing liquid onto the powder material P in the modeling tank 50 . As shown in FIG. 2, the plurality of ejection heads 62 are arranged in the main scanning direction Y. As shown in FIG. The ejection head 62 has a plurality of nozzles 63 for ejecting the curable liquid. The plurality of nozzles 63 are arranged linearly in the sub-scanning direction X. As shown in FIG. The ejection mechanism of the curable liquid in the ejection head 62 is not particularly limited, and for example, an inkjet method can be preferably used. The ejection head 62 is electrically connected to the control device 100 . The ejection of the curable liquid from the nozzles 63 of the ejection head 62 is controlled by the control device 100 .

本実施形態では、硬化液は、珪酸ソーダ(珪酸ナトリウム)を含んでいる。ここでは、硬化液は、珪酸ソーダの水溶液(水ガラス)を中心とする液である。硬化液には、吐出ヘッド62から吐出できるように表面張力を調整する界面活性剤などが添加されていてもよい。硬化液は、後述する硬化ガスによって硬化する。 In this embodiment, the curable liquid contains sodium silicate (sodium silicate). Here, the curable liquid is a liquid mainly composed of an aqueous solution of sodium silicate (water glass). A surfactant or the like may be added to the curable liquid to adjust the surface tension so that it can be ejected from the ejection head 62 . The curable liquid is cured by a curing gas, which will be described later.

主走査方向移動機構70は、キャリッジ61を主走査方向Yに移動させる機構である。図2に示されるように、主走査方向移動機構70は、ガイドレール71を備えている。ガイドレール71は、主走査方向Yに延びている。ガイドレール71には、キャリッジ61が摺動自在に係合している。キャリッジ61には、例えば、無端状のベルトとプーリなどを介してキャリッジモータ72が接続されている。キャリッジモータ72が駆動することによって、キャリッジ61は、ガイドレール71に沿って主走査方向Yに移動する。キャリッジモータ72は、制御装置100と電気的に接続されている。キャリッジモータ72は、制御装置100によって制御される。キャリッジ61が主走査方向Yに移動することによって、複数の吐出ヘッド62も主走査方向Yに移動する。 The main scanning direction moving mechanism 70 is a mechanism for moving the carriage 61 in the main scanning direction Y. As shown in FIG. As shown in FIG. 2 , the main scanning direction moving mechanism 70 has guide rails 71 . The guide rail 71 extends in the main scanning direction Y. As shown in FIG. The carriage 61 is slidably engaged with the guide rail 71 . A carriage motor 72 is connected to the carriage 61 via, for example, an endless belt and pulleys. The carriage 61 moves in the main scanning direction Y along the guide rail 71 by driving the carriage motor 72 . Carriage motor 72 is electrically connected to control device 100 . Carriage motor 72 is controlled by control device 100 . As the carriage 61 moves in the main scanning direction Y, the ejection heads 62 also move in the main scanning direction Y. As shown in FIG.

送出装置80は、造形槽50内に硬化ガスを送出する。硬化ガスは、硬化液を硬化させるガスである。図3に示すように、送出装置80は、ガスボンベ81と、送出管82と、アタッチメント83とを備えている。 The delivery device 80 delivers hardening gas into the modeling bath 50 . The hardening gas is a gas that hardens the hardening liquid. As shown in FIG. 3, the delivery device 80 includes a gas cylinder 81, a delivery pipe 82, and an attachment 83. As shown in FIG.

ガスボンベ81は、硬化ガスを貯留している。ガスボンベ81には、公知の種々のガス用容器を利用することができる。ガスボンベ81には、送出管82の一端が接続されている。送出管82は、例えば、硬化ガスを流すホースである。送出管82の他端には、アタッチメント83が接続されている。硬化ガスは、送出管82を通って、ガスボンベ81からアタッチメント83に送られる。 The gas cylinder 81 stores hardening gas. Various known gas containers can be used as the gas cylinder 81 . One end of a delivery pipe 82 is connected to the gas cylinder 81 . The delivery pipe 82 is, for example, a hose through which hardening gas flows. An attachment 83 is connected to the other end of the delivery tube 82 . Curing gas is delivered from gas cylinder 81 to attachment 83 through delivery tube 82 .

硬化ガスは、ここでは、二酸化炭素ガスである。本実施形態では、硬化液は珪酸ソーダを中心とする液であり、二酸化炭素と接触することにより硬化する。 The hardening gas here is carbon dioxide gas. In this embodiment, the curable liquid is a liquid mainly composed of sodium silicate and is cured by contact with carbon dioxide.

アタッチメント83は、送出装置80と造形槽50とを接続する。アタッチメント83は、造形槽50に着脱可能に構成されている。アタッチメント83は、一端が開放された蓋状の形状を有している。図3に示すように、造形槽50に装着される姿勢では、アタッチメント83は、天板83aと、天板83aから下方に伸びる側板83bとを備えている。天板83aに対向する面は開放されている。アタッチメント83は、造形槽50の開口50aを覆うように造形槽50に装着される。アタッチメント83は、平面視において、造形槽50のアタッチメント取付部54(図2参照)に対応する形状を有している。側板83bの下端には、例えば、気密用のゴム等が貼付されていてもよい。天板83aには、送出管82の、ガスボンベ81に接続されているのとは逆側の端部が接続されている。 The attachment 83 connects the delivery device 80 and the modeling bath 50 . The attachment 83 is detachably attached to the modeling bath 50 . The attachment 83 has a lid-like shape with one end open. As shown in FIG. 3, the attachment 83 has a top plate 83a and a side plate 83b extending downward from the top plate 83a in the posture mounted in the modeling tank 50. As shown in FIG. The surface facing the top plate 83a is open. The attachment 83 is attached to the modeling bath 50 so as to cover the opening 50a of the modeling bath 50 . The attachment 83 has a shape corresponding to the attachment mounting portion 54 (see FIG. 2) of the modeling tank 50 in plan view. For example, an airtight rubber or the like may be attached to the lower end of the side plate 83b. The end of the delivery pipe 82 opposite to the one connected to the gas cylinder 81 is connected to the top plate 83a.

アタッチメント83は、造形槽50のアタッチメント取付部54上に載置されることによって造形槽50に装着される。アタッチメント83は、自重によって、側板83bの下端をアタッチメント取付部54に密着させる。アタッチメント83が造形槽50に装着された状態で、アタッチメント83の内部空間は、おおむね外部と遮断された密閉空間83cを構成する。ただし、密閉空間83cと外部との遮断は、厳密なものである必要はない。また、かかるアタッチメント83の構成は一例に過ぎず、アタッチメント83は、他の形状を備え、他の方法で造形槽50に装着されてもよい。 The attachment 83 is mounted on the modeling bath 50 by being placed on the attachment mounting portion 54 of the modeling bath 50 . The attachment 83 brings the lower end of the side plate 83b into close contact with the attachment mounting portion 54 by its own weight. In a state where the attachment 83 is attached to the modeling tank 50, the internal space of the attachment 83 constitutes a closed space 83c that is generally isolated from the outside. However, it is not necessary to strictly isolate the closed space 83c from the outside. Also, the configuration of the attachment 83 is merely an example, and the attachment 83 may have other shapes and be attached to the modeling bath 50 by other methods.

送出装置80は、さらに、減圧弁84と、送出側流量計85と、送出側バルブ86とを備えている。図3に示すように、ガスボンベ81と送出管82との接続部には、減圧弁84が設けられている。また、送出管82の途中には、送出側流量計85と、送出側バルブ86とが設けられている。 The delivery device 80 further includes a pressure reducing valve 84 , a delivery side flow meter 85 and a delivery side valve 86 . As shown in FIG. 3 , a pressure reducing valve 84 is provided at the connecting portion between the gas cylinder 81 and the delivery pipe 82 . A delivery side flowmeter 85 and a delivery side valve 86 are provided in the middle of the delivery pipe 82 .

減圧弁84は、ガスボンベ81内の硬化ガスの圧力を所望の圧力まで減圧している。減圧弁84は、例えば、ユーザーの操作によって放出側の圧力を調整できるように構成されている。 A pressure reducing valve 84 reduces the pressure of the hardening gas in the gas cylinder 81 to a desired pressure. The pressure reducing valve 84 is configured, for example, so that the pressure on the discharge side can be adjusted by the user's operation.

送出側流量計85は、硬化ガスの送出量を測定する。送出側流量計85は、ユーザーが送出側バルブ86で硬化ガスの送出量を調整する際に、硬化ガスの送出量を目視するインジケータを備えている。送出側流量計85の構成は、特に限定されない。例えば、送出側流量計85は、測定した硬化ガスの流量を電気信号として出力する機構を備えていてもよい。出力は、制御装置100等に取り込まれ、制御や監視に利用されてもよい。 A delivery-side flow meter 85 measures the delivery rate of hardening gas. The feed-side flow meter 85 has an indicator for visually checking the hardening gas delivery rate when the user adjusts the hardening gas delivery rate with the delivery-side valve 86 . The configuration of the delivery side flow meter 85 is not particularly limited. For example, the delivery-side flow meter 85 may have a mechanism for outputting the measured hardening gas flow rate as an electrical signal. The output may be taken into the control device 100 or the like and used for control and monitoring.

送出側バルブ86は、硬化ガスの送出量を調整可能に構成されている。ユーザーは、送出側流量計85のインジケータを見ながら硬化ガスの送出量を調整する。送出側バルブ86の構成は特に限定されない。送出側バルブ86には、公知の種々の流量調整バルブが使用できる。 The delivery side valve 86 is configured to be able to adjust the delivery amount of hardening gas. The user adjusts the amount of hardening gas to be delivered while watching the indicator of the delivery side flow meter 85 . The configuration of the delivery side valve 86 is not particularly limited. Various known flow control valves can be used for the delivery side valve 86 .

排出装置90は、本体11に着脱可能に構成されている。ただし、排出装置90は、本体11に着脱不能に接続されていてもよい。排出装置90は、送出装置80から造形槽50に送出された硬化ガスを排出する装置である。排出装置90は、排出管91と、吸引ポンプ92とを備えている。 The ejection device 90 is configured to be detachable from the main body 11 . However, the ejection device 90 may be non-detachably connected to the main body 11 . The discharging device 90 is a device for discharging the hardening gas sent from the sending device 80 to the modeling tank 50 . The discharge device 90 includes a discharge pipe 91 and a suction pump 92 .

排出管91は、例えば、ガスが内部を流れるホースである。排出管91は、一端が本体11に接続されている。排出管91と本体11との接続部11bは、造形槽50の下部空間50bと連通している。接続部11bと下部空間50bとは、例えば、造形槽ユニット40が最も前方に位置しているときに、下部空間50bに設けられた開口50b1を介して連通される。しかし、接続部11bと下部空間50bとの連通方法は特に限定されない。造形槽50の下部空間50bから接続部11bを経由して排出管91に至る経路、および排出管91は、硬化ガスを排出する排出経路E1を構成している。排出経路E1は、造形槽50の通気部52aを介して、造形槽50の内部と連通している。 The exhaust pipe 91 is, for example, a hose through which gas flows. One end of the discharge pipe 91 is connected to the main body 11 . A connecting portion 11 b between the discharge pipe 91 and the main body 11 communicates with the lower space 50 b of the modeling tank 50 . The connection portion 11b and the lower space 50b communicate with each other through an opening 50b1 provided in the lower space 50b, for example, when the modeling tank unit 40 is positioned at the frontmost position. However, the communication method between the connecting portion 11b and the lower space 50b is not particularly limited. A path from the lower space 50b of the modeling bath 50 to the discharge pipe 91 via the connecting portion 11b and the discharge pipe 91 form a discharge route E1 for discharging the hardening gas. The discharge path E<b>1 communicates with the inside of the modeling tank 50 via the ventilation part 52 a of the modeling tank 50 .

吸引ポンプ92は、排出管91に接続されている。吸引ポンプ92は、硬化ガスを吸引する装置である。吸引ポンプ92は、例えば、真空ポンプである。送出装置80から硬化ガスが送出され、吸引ポンプ92が硬化ガスを吸引することにより、造形槽50内を通る硬化ガスの流れが発生する。 A suction pump 92 is connected to the discharge pipe 91 . The suction pump 92 is a device for sucking hardening gas. The suction pump 92 is, for example, a vacuum pump. The hardening gas is delivered from the delivery device 80 and sucked by the suction pump 92 to generate a hardening gas flow through the modeling bath 50 .

排出装置90は、さらに、排出側流量計93と、排出側バルブ94とを備えている。図3に示すように、排出側流量計93および排出側バルブ94は、排出管91の途中に設けられている。 The discharge device 90 further includes a discharge-side flow meter 93 and a discharge-side valve 94 . As shown in FIG. 3 , the discharge-side flowmeter 93 and the discharge-side valve 94 are provided in the middle of the discharge pipe 91 .

排出側流量計93は、硬化ガスの排出量を測定する。排出側流量計93は、ユーザーが排出側バルブ94で硬化ガスの排出量を調整する際に、硬化ガスの排出量を目視するインジケータを備えている。送出側流量計85と同様、排出側流量計93の構成も、特に限定されない。 A discharge-side flow meter 93 measures the amount of hardening gas discharged. The discharge-side flow meter 93 has an indicator for visually checking the discharge amount of the curing gas when the user adjusts the discharge-side valve 94 to adjust the discharge amount of the curing gas. As with the delivery-side flowmeter 85, the configuration of the discharge-side flowmeter 93 is not particularly limited.

排出側バルブ94は、硬化ガスの排出量を調整可能に構成されている。ユーザーは、排出側流量計93のインジケータを見ながら硬化ガスの排出量を調整する。 The discharge side valve 94 is configured to be able to adjust the discharge amount of the hardening gas. The user adjusts the hardening gas discharge amount while watching the indicator of the discharge side flow meter 93 .

本実施形態では、アタッチメント83や下部空間50bの隙間からの流出などによって、硬化ガスの送出量と排出量とが必ずしも一致しない場合を想定して、送出装置80と排出装置90の両者に流量計と流量調整バルブを設けている。しかし、硬化ガスの送出量と排出量がおおむね一致すると考えられる場合には、送出側と排出側の一方にだけ、流量計と流量調整バルブを設けてもよい。 In this embodiment, assuming that the hardening gas delivery amount and the discharge amount do not always match due to outflow from the attachment 83 or the gap in the lower space 50b, flow meters are provided in both the delivery device 80 and the discharge device 90. and a flow control valve. However, if it is considered that the delivery amount and the discharge amount of the hardening gas are roughly the same, the flow meter and the flow control valve may be provided only on one of the delivery side and the discharge side.

図1に示すように、本体11の前面には、操作パネル110が設けられている。操作パネル110には、機器状態を表示する表示部と、ユーザーによって操作される入力キー等が設けられている。操作パネル110は、三次元造形装置10の各種の動作を制御する制御装置100と接続されている。制御装置100は、フィードモータ22、テーブル昇降機構53、供給槽昇降機構43、吐出ヘッド62、およびキャリッジモータ72とそれぞれ電気的に接続されており、それらを制御している。本実施形態では、制御装置100は、送出装置80および排出装置90に接続されていないが、送出装置80および排出装置90に接続され、それらの動作を制御してもよい。 As shown in FIG. 1, an operation panel 110 is provided on the front surface of the main body 11 . The operation panel 110 is provided with a display section for displaying the device status, input keys operated by the user, and the like. The operation panel 110 is connected to a control device 100 that controls various operations of the 3D modeling apparatus 10 . The control device 100 is electrically connected to the feed motor 22, the table lifting mechanism 53, the supply tank lifting mechanism 43, the ejection head 62, and the carriage motor 72, and controls them. In this embodiment, the controller 100 is not connected to the delivery device 80 and the ejection device 90, but may be connected to the delivery device 80 and the ejection device 90 to control their operation.

制御装置100の構成は特に限定されない。制御装置100は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器から造形データ等を受信するインターフェイス(I/F)と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置(CPU:central processing unit)と、CPUが実行するプログラムを格納したROM(read only memory)と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるRAM(random access memory)と、上記プログラムや各種データを格納するメモリ等の記憶装置とを備えている。なお、制御装置100は必ずしも三次元造形装置10の内部に設けられている必要はなく、例えば、三次元造形装置10の外部に設置され、有線または無線を介して三次元造形装置10と通信可能に接続されたコンピュータ等であってもよい。 The configuration of the control device 100 is not particularly limited. The control device 100 is, for example, a microcomputer. The hardware configuration of the microcomputer is not particularly limited. processing unit), ROM (read only memory) that stores programs executed by the CPU, RAM (random access memory) that is used as a working area for developing programs, and memory that stores the above programs and various data and a storage device. Note that the control device 100 does not necessarily have to be provided inside the three-dimensional modeling apparatus 10. For example, the control device 100 is installed outside the three-dimensional modeling apparatus 10 and can communicate with the three-dimensional modeling apparatus 10 via a wired or wireless connection. It may be a computer or the like connected to.

以下では、三次元造形物200の造形プロセスについて簡単に説明した後、三次元造形物200の硬化プロセスについて説明する。ただし、以下に説明する各プロセスは、それぞれ1つの好適な例に過ぎず、各プロセスはそれに限定されるわけではない。 In the following, the molding process of the three-dimensional structure 200 will be briefly described, and then the curing process of the three-dimensional structure 200 will be described. However, each process described below is only one preferred example, and each process is not limited thereto.

三次元造形物200の造形プロセスにおいては、造形槽50内への粉末材料Pの供給、吐出液の吐出による未硬化層210の形成、造形テーブル52の下降が繰り返される。未硬化層210は、硬化液の粘着力または表面張力によって結合しているものの、まだ硬化液が硬化していない層である。三次元造形物200は、未硬化層210が上下方向に多数積層されて形成される。複数の未硬化層210は、それぞれ、その高さにおける三次元造形物200の断面形状に対応している。 In the modeling process of the three-dimensional modeled object 200, the supply of the powder material P into the modeling tank 50, the formation of the uncured layer 210 by the ejection of the ejection liquid, and the descent of the modeling table 52 are repeated. The uncured layer 210 is a layer that is bonded by the adhesive force or surface tension of the curable liquid, but the curable liquid has not yet cured. A three-dimensional structure 200 is formed by stacking a large number of uncured layers 210 in the vertical direction. Each of the plurality of uncured layers 210 corresponds to the cross-sectional shape of the three-dimensional structure 200 at that height.

三次元造形物200の造形プロセスでは、1つの未硬化層210の形成が終了すると、制御装置100はテーブル昇降機構53を制御して次の未硬化層210の厚み分だけ造形テーブル52を下降させる。造形テーブル52が下降される距離は、例えば、0.1mm程度である。同時に、制御装置100は、供給槽昇降機構43を制御して、供給槽41に挿入された底部材42を上昇させる。底部材42の上昇により、供給槽41上には粉末材料Pが溢れる。この溢れた粉末材料Pは、敷詰ローラ30により造形槽50の方に押しやられ、一部が造形テーブル52上に敷き詰められる。このとき、造形槽ユニット40は、副走査方向移動機構20によって、後方に移動される。そのため、敷詰ローラ30は、造形槽ユニット40に対して相対的に前方に移動される。敷き詰められなかった残りの粉末材料Pは、余剰粉末収容槽44に収容される。こうして未硬化層210の上に新たな粉末層が形成される。その後に、制御装置100は、フィードモータ22、吐出ヘッド62、およびキャリッジモータ72を制御して造形槽50上の所定の場所に硬化液を吐出させ、新たな未硬化層210を形成する。 In the modeling process of the three-dimensional structure 200, when the formation of one uncured layer 210 is completed, the control device 100 controls the table lifting mechanism 53 to lower the modeling table 52 by the thickness of the next uncured layer 210. . The distance by which the modeling table 52 is lowered is, for example, about 0.1 mm. At the same time, the control device 100 controls the supply tank lifting mechanism 43 to lift the bottom member 42 inserted in the supply tank 41 . As the bottom member 42 rises, the powder material P overflows onto the supply tank 41 . The overflowing powder material P is pushed toward the modeling tank 50 by the spreading roller 30 and partially spread on the modeling table 52 . At this time, the modeling tank unit 40 is moved backward by the sub-scanning direction moving mechanism 20 . Therefore, the laying roller 30 is moved forward relative to the modeling tank unit 40 . The rest of the powder material P that has not been spread is stored in the surplus powder storage tank 44 . A new powder layer is thus formed on the uncured layer 210 . After that, the control device 100 controls the feed motor 22 , the ejection head 62 and the carriage motor 72 to eject the curable liquid to a predetermined location on the modeling bath 50 to form a new uncured layer 210 .

上記プロセスを繰り返し、三次元造形装置10は三次元造形物200の造形を完了する。このとき、まだ硬化液は硬化していない。そこで、三次元造形物200は、周囲の粉末材料Pにサポートされつつ、硬化液の粘着力または表面張力によって形状を保っている状態である。 By repeating the above process, the three-dimensional modeling apparatus 10 completes modeling of the three-dimensional modeled object 200 . At this time, the curable liquid is not yet cured. Therefore, the three-dimensional structure 200 is in a state of being supported by the surrounding powder material P and maintaining its shape by the adhesive force or surface tension of the curable liquid.

従来の三次元造形装置では、硬化液には、乾燥によって硬化するものが使用されていた。硬化液は、例えば、水、ワックス、バインダ等を含んでいた。あるいは、粉末材料が副材として水溶性樹脂を有している場合には、硬化液として、水溶性樹脂を溶解可能な液体、例えば水を用いることもできた。水溶性樹脂としては、例えば、澱粉、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等が知られている。しかしながら、上記したような乾燥によって硬化する硬化液を使用する場合は、造形完了後に造形槽50内の粉末材料Pの中から三次元造形物200を掘り出す(以下、デパウダとも称する。)までに、ある程度硬化液の乾燥を待つ必要があった。また、デパウダ可能な程度に硬化しても、完全硬化していない場合には、三次元造形物200を損壊しないよう慎重にデパウダする必要があった。 In a conventional three-dimensional modeling apparatus, a curable liquid that hardens when dried has been used. Curing liquids included, for example, water, waxes, binders, and the like. Alternatively, when the powder material has a water-soluble resin as a secondary material, a liquid capable of dissolving the water-soluble resin, such as water, could be used as the curing liquid. Examples of known water-soluble resins include starch, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), water-soluble acrylic resins, water-soluble urethane resins, and water-soluble polyamides. However, when using a curable liquid that hardens by drying as described above, before the three-dimensional modeled object 200 is excavated from the powder material P in the modeling tank 50 after completion of modeling (hereinafter also referred to as depowder), It was necessary to wait for the curing liquid to dry to some extent. Further, even if the material is hardened to a degree that can be depowdered, if it is not completely hardened, it is necessary to depowder carefully so as not to damage the three-dimensional structure 200 .

また、粉末材料に硬化剤を混入させる場合には、粉末材料に硬化剤を混入する手間が生じ、さらに、多い場合には造形の度に粉末材料を再攪拌する必要があった。 Moreover, mixing the hardening agent into the powder material requires time and effort to mix the hardening agent into the powder material, and furthermore, in the case of a large amount, the powder material needs to be re-stirred every time the molding is performed.

本実施形態に係る三次元造形装置10は、かかる点に鑑み、硬化液を短時間で硬化させることができるように構成されている。本実施形態では、硬化ガスによって短時間で硬化する硬化液を使用し、三次元造形装置10は、造形後の三次元造形物200を硬化ガスに晒すことができるように構成されている。 In view of this point, the three-dimensional modeling apparatus 10 according to the present embodiment is configured so that the curable liquid can be cured in a short period of time. In this embodiment, a curing liquid that is cured in a short time by a curing gas is used, and the three-dimensional modeling apparatus 10 is configured to expose the three-dimensional structure 200 after modeling to the curing gas.

以下に、硬化ガスによる未硬化層210の硬化プロセスについて説明する。本実施形態では、三次元造形物200の造形が終了すると、ユーザーは、送出装置80のアタッチメント83を造形槽50に装着する。また、ユーザーは、排出装置90の排出管91を本体11の接続部11bに接続する。 The curing process of the uncured layer 210 by the curing gas will be described below. In this embodiment, the user attaches the attachment 83 of the delivery device 80 to the modeling tank 50 after completing the modeling of the three-dimensional modeled object 200 . Also, the user connects the discharge pipe 91 of the discharge device 90 to the connection portion 11 b of the main body 11 .

続いて、ユーザーは、排出装置90の吸引ポンプ92を作動させ、排出側バルブ94を開く。これにより、排出経路E1が構成される。送出装置80の側では、送出側バルブ86が開かれ、造形槽50に硬化ガスが供給される。ユーザーは、送出側バルブ86および排出側バルブ94の一方または両方の開度を調整して、所望の量の硬化ガスを流す。 Subsequently, the user operates the suction pump 92 of the discharge device 90 and opens the discharge side valve 94 . Thus, the discharge route E1 is constructed. On the side of the delivery device 80 , the delivery side valve 86 is opened to supply hardening gas to the modeling tank 50 . The user adjusts the opening of one or both of the delivery valve 86 and the outlet valve 94 to allow the desired amount of hardening gas to flow.

ガスボンベ81から流出した硬化ガスは、送出管82を通って、密閉空間83cに流入する。硬化ガスは、密閉空間83cから、造形槽50内の粉末材料Pの隙間に流入する。ここで、造形槽50の底部をなす造形テーブル52の一部は、通気部52aとなっている。通気部52aは、粉末材料Pを載置可能であるが、硬化ガスを通過させる。そこで、硬化ガスは、通気部52aを通過して、造形槽50の下部空間50bに流入する。下部空間50bに流入した硬化ガスは、吸引ポンプ92に吸引され、排出装置90の方に向かって流れてゆく。このように、送出装置80、造形槽50、および排出装置90により、硬化ガスの流れが作り出される。 The hardened gas flowing out of the gas cylinder 81 passes through the delivery pipe 82 and flows into the sealed space 83c. The hardening gas flows into the gaps between the powder materials P in the modeling tank 50 from the sealed space 83c. Here, a part of the modeling table 52 forming the bottom of the modeling tank 50 serves as a ventilation section 52a. The ventilation part 52a allows the powder material P to be placed thereon and allows the hardening gas to pass therethrough. Therefore, the hardening gas flows into the lower space 50b of the modeling tank 50 through the ventilation part 52a. The hardening gas that has flowed into the lower space 50b is sucked by the suction pump 92 and flows toward the discharge device 90. As shown in FIG. Thus, the delivery device 80, the modeling vat 50, and the discharge device 90 create a flow of curing gas.

かかる構成により、造形槽50内では、硬化ガスは、上方から下方に向かって流れる。この流れによって、三次元造形物200は、確実に硬化ガスに晒される。また、硬化ガスによる粉末材料Pの巻き上げも抑えることができる。 With such a configuration, the hardening gas flows downward in the modeling bath 50 . This flow ensures that the three-dimensional structure 200 is exposed to the hardening gas. In addition, it is possible to prevent the powder material P from being rolled up by the hardening gas.

本実施形態では、硬化ガスに晒された硬化液は、極めて短時間で硬化する。ここでは、硬化液は、珪酸ソーダの水溶液(水ガラス)を中心とする液であり、硬化ガスは二酸化炭素ガスである。珪酸ソーダは、二酸化炭素と接触すると極めて短時間で硬化する。そこで、三次元造形物200の硬化も、硬化ガスの投入後すぐに終了する。この時点で、三次元造形物200は、完全硬化している。そのため、デパウダに特別の慎重さは要求されない。 In this embodiment, the curable liquid exposed to the curing gas cures in an extremely short time. Here, the hardening liquid is a liquid mainly containing an aqueous solution of sodium silicate (water glass), and the hardening gas is carbon dioxide gas. Sodium silicate hardens very quickly on contact with carbon dioxide. Therefore, the curing of the three-dimensional structure 200 also ends immediately after the curing gas is supplied. At this point, the three-dimensional structure 200 is completely cured. Therefore, no special precautions are required for depowdering.

このように、本実施形態に係る三次元造形装置10は、硬化液を硬化させる硬化ガスを造形槽50内に送出する送出装置80と、硬化ガスを排出する排出経路E1とを備えている。排出経路E1は、粉末材料Pが通過不能かつ硬化ガスが通過可能な通気部52aを介して造形槽50の内部と連通している。かかる構成によれば、三次元造形物200を造形槽50内部に収容したまま短時間で硬化させることができる。よって、三次元造形物200を製作する際の生産性を向上させることができる。また、デパウダ時の手間や三次元造形物200を破損するリスクを低減することができる。このような通気部52aの材料としては、多孔質の材料を好適に利用することができる。 As described above, the three-dimensional modeling apparatus 10 according to this embodiment includes the delivery device 80 that delivers the hardening gas for hardening the hardening liquid into the modeling tank 50, and the discharge path E1 that discharges the hardening gas. The discharge path E1 communicates with the interior of the modeling tank 50 via a ventilation section 52a through which the powder material P cannot pass but the hardening gas can pass. According to such a configuration, the three-dimensional modeled object 200 can be hardened in a short time while being housed inside the modeling tank 50 . Therefore, it is possible to improve productivity when manufacturing the three-dimensional structure 200 . In addition, it is possible to reduce the trouble of depowdering and the risk of damaging the three-dimensional structure 200 . A porous material can be suitably used as the material of the ventilation part 52a.

また、粉末材料Pには硬化剤を添加する必要がないため、硬化剤を混入する工程や、使用前に再攪拌する工程が不要である。 Further, since it is not necessary to add a curing agent to the powder material P, a step of mixing the curing agent and a step of re-stirring before use are unnecessary.

さらに、本実施形態では、送出装置80は、造形槽50に着脱可能なアタッチメント83を備え、アタッチメント83は、開口50aを覆うように造形槽50に装着される。このアタッチメント83により、硬化ガスの供給側に一定の密閉性が確保され、硬化ガスを効率よく造形槽50内に送出することができる。 Furthermore, in this embodiment, the delivery device 80 includes an attachment 83 that can be attached to and detached from the modeling tank 50, and the attachment 83 is attached to the modeling tank 50 so as to cover the opening 50a. The attachment 83 ensures a certain level of airtightness on the supply side of the hardening gas, so that the hardening gas can be efficiently delivered into the modeling bath 50 .

さらに、本実施形態では、造形槽50は、上下方向に延びる筒状部51と、筒状部51に挿入された造形テーブル52とを備えており、開口50aは、筒状部51の上端に設けられている。通気部52aは造形テーブル52に設けられている。三次元造形物200の造形は、造形テーブル52上で行われる。かかる構成によれば、造形槽50内において上方から下方に向かって流れる硬化ガスの流れを作ることができる。そこで、三次元造形物200は、確実に硬化ガスに晒され、また、硬化ガスによる粉末材料Pの巻き上げも抑えることができる。 Furthermore, in this embodiment, the modeling tank 50 includes a vertically extending cylindrical portion 51 and a modeling table 52 inserted into the cylindrical portion 51. The opening 50a is formed at the upper end of the cylindrical portion 51. is provided. The ventilation part 52 a is provided on the modeling table 52 . Modeling of the three-dimensional modeled object 200 is performed on the modeling table 52 . With such a configuration, it is possible to create a hardening gas flow that flows downward in the modeling tank 50 . Therefore, the three-dimensional structure 200 is reliably exposed to the hardening gas, and it is possible to prevent the powder material P from being rolled up by the hardening gas.

本実施形態では、送出装置80および排出経路E1に、それぞれ送出側流量計85および排出側流量計93を備えている。送出側流量計85および排出側流量計93により、それぞれ、造形槽50に供給する硬化ガスの流量と、造形槽50から出てゆく硬化ガスの流量を知ることができる。さらに、本実施形態では、送出装置80および排出経路E1に、それぞれ送出側バルブ86および排出側バルブ94を備えている。送出側バルブ86および排出側バルブ94により、それぞれ、造形槽50に供給する硬化ガスの流量と、造形槽50から出てゆく硬化ガスの流量を所望の流量に調整することができる。 In this embodiment, the delivery device 80 and the discharge path E1 are provided with a delivery side flowmeter 85 and a discharge side flowmeter 93, respectively. The flow rate of the hardening gas supplied to the modeling bath 50 and the flow rate of the hardening gas leaving the modeling bath 50 can be known from the delivery side flow meter 85 and the discharge side flow meter 93, respectively. Furthermore, in this embodiment, the delivery device 80 and the discharge path E1 are provided with a delivery side valve 86 and a discharge side valve 94, respectively. By the delivery side valve 86 and the discharge side valve 94, the flow rate of the hardening gas supplied to the modeling bath 50 and the flow rate of the hardening gas leaving the modeling bath 50 can be adjusted to desired flow rates, respectively.

なお、本実施形態では、硬化液には珪酸ソーダが含まれていたが、例えば、アルカリフェノール樹脂が含まれていてもよい。アルカリフェノール樹脂も、二酸化炭素との接触により短時間で硬化する。また、硬化ガスも二酸化炭素ガスである必要は必ずしもない。硬化ガスと硬化液の組み合わせは、接触によって硬化液が短時間で硬化する組み合わせであれば、他の組み合わせであってもよい。硬化ガスと硬化液は、その限りにおいて、特に限定されない。 In this embodiment, the curable liquid contains sodium silicate, but may contain, for example, an alkali phenol resin. Alkaline phenolic resins also cure in a short time upon contact with carbon dioxide. Also, the hardening gas does not necessarily have to be carbon dioxide gas. The combination of the curable gas and the curable liquid may be any other combination as long as the curable liquid is cured in a short time upon contact. Curing gas and curing liquid are not particularly limited as long as they are used.

以上、本発明の好適な実施形態について説明した。しかし、上記した実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the above-described embodiments are merely examples, and the present invention can be implemented in various other forms.

例えば、上記した実施形態では、例えば、アタッチメント83の装着や硬化ガスの供給開始、停止などの作業は、ユーザーが行っていた。しかし、これらの作業は、三次元造形装置10が自動で行ってもよい。三次元造形装置10は、そのための構成をさらに備えていてもよい。 For example, in the above-described embodiment, the user performs operations such as attaching the attachment 83 and starting and stopping the supply of the hardening gas. However, these operations may be automatically performed by the three-dimensional modeling apparatus 10 . The three-dimensional modeling apparatus 10 may further include a configuration for that purpose.

また、上記した実施形態では、送出装置と排出装置とに、それぞれ流量計および流量調節バルブが設けられていた。しかし、それら流量計および流量調節バルブは必ずしも全て必要ではなく、一部または全部が省略されてもよい。 Further, in the above-described embodiments, the delivery device and the discharge device were each provided with a flow meter and a flow control valve. However, not all of these flowmeters and flow control valves are necessarily required, and some or all of them may be omitted.

上記した実施形態では、材料供給装置は、敷詰ローラ30と、副走査方向移動機構20と、供給槽41に係る各部材(供給槽41、底部材42、供給槽昇降機構43)とによって構成されていたが、材料供給装置の構成はそのようなものに限られない。例えば、材料供給装置は、上方から粉末材料Pを落下させて供給するような部材を備えていてもよい。粉末材料Pをならして粉末層を形成する部材は、敷詰ローラ30でなくともよく、例えば、スキージなどでもよい。また、上記した実施形態では、造形槽50と敷詰ローラ30との相対移動は、造形槽ユニット40の移動によってなされたが、それに限定されない。例えば、造形槽ユニット40は本体11に固定され、造形槽ユニット40に対して敷詰ローラ30が副走査方向Xに移動される構成であってもよい。その他、本発明に係る移動は全て相対的なものであって、どの部材が実際に移動されるかは任意に選択されてよい。 In the above-described embodiment, the material supply device is composed of the spread roller 30, the sub-scanning direction moving mechanism 20, and the members related to the supply tank 41 (the supply tank 41, the bottom member 42, and the supply tank lifting mechanism 43). However, the configuration of the material supply device is not limited to such. For example, the material supply device may include a member that supplies the powder material P by dropping it from above. A member for leveling the powder material P to form a powder layer may not be the spreading roller 30, and may be, for example, a squeegee. Further, in the above-described embodiment, the relative movement between the modeling tank 50 and the spread roller 30 is achieved by the movement of the modeling tank unit 40, but it is not limited to this. For example, the modeling tank unit 40 may be fixed to the main body 11 and the covering roller 30 may be moved in the sub-scanning direction X with respect to the modeling tank unit 40 . In addition, all movements according to the present invention are relative, and which member is actually moved may be chosen arbitrarily.

10 三次元造形装置
50 造形槽
50a 開口
51 筒状部
52 造形テーブル
52a 通気部
62 吐出ヘッド
80 送出装置
83 アタッチメント
85 送出側流量計
86 送出側バルブ
90 排出装置
92 吸引ポンプ
93 排出側流量計
94 排出側バルブ
200 三次元造形物
E1 排出経路
P 粉末材料
10 Three-dimensional modeling apparatus 50 Modeling tank 50a Opening 51 Cylindrical part 52 Modeling table 52a Ventilation part 62 Ejection head 80 Delivery device 83 Attachment 85 Delivery side flow meter 86 Delivery side valve 90 Ejection device 92 Suction pump 93 Ejection side flow meter 94 Ejection Side valve 200 Three-dimensional model E1 Ejection path P Powder material

Claims (12)

造形槽と、
前記造形槽を収容する外装体と、
前記造形槽内に粉末材料を供給する材料供給装置と、
前記造形槽内の前記粉末材料に対して、硬化ガスによって硬化する硬化液を吐出する吐出ヘッドと、
前記造形槽内に前記硬化ガスを送出する送出装置と、
前記硬化ガスを排出する排出経路と、
を備え、
前記造形槽は、
上下方向に延びる筒状部と、
通気部を備え、前記筒状部に挿入された造形テーブルと、
を備え、
前記材料供給装置は、前記造形テーブル上に前記粉末材料を供給し、
前記通気部は、前記粉末材料が通過不能かつ前記硬化ガスが通過可能であって、前記粉末材料が載置され、かつ、前記送出装置によって前記硬化ガスが前記造形槽内に送出されると、前記硬化ガスを前記造形槽内から排出するように構成され、
前記造形テーブルは、前記筒状部の上部空間と下部空間とを区画しており、
前記筒状部は、前記下部空間に開口するようにあけられた孔を有し、
前記排出経路は、
前記下部空間と、
前記外装体に接続される排出管と、を含み、
前記外装体の前記排出管との接続部は、前記筒状部の前記孔を介して前記下部空間と連通し、さらに、前記通気部を介して前記造形槽の内部と連通している、
三次元造形装置。
a molding tank;
an exterior body that accommodates the modeling tank;
a material supply device that supplies powder material into the modeling tank;
a discharge head that discharges a hardening liquid that is hardened by a hardening gas to the powder material in the modeling tank;
a delivery device for delivering the hardening gas into the modeling tank;
a discharge path for discharging the hardening gas;
with
The modeling tank is
a cylindrical portion extending in the vertical direction;
a molding table having a ventilation part and inserted into the cylindrical part;
with
The material supply device supplies the powder material onto the modeling table,
The air passage is impermeable to the powder material and permeable to the hardening gas, and when the powder material is placed and the hardening gas is delivered into the modeling tank by the delivery device, configured to discharge the hardening gas from within the modeling tank;
The modeling table partitions an upper space and a lower space of the cylindrical portion,
The tubular portion has a hole opened to the lower space,
The discharge route is
the lower space;
a discharge pipe connected to the exterior body,
A connection portion of the exterior body with the discharge pipe communicates with the lower space through the hole of the cylindrical portion, and further communicates with the interior of the modeling tank through the ventilation portion.
Three-dimensional modeling device.
前記通気部は、多孔質の材料で形成されている、
請求項1に記載の三次元造形装置。
The ventilation part is made of a porous material,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1.
前記造形槽は、開口を有し、
前記送出装置は、前記造形槽に着脱可能なアタッチメントを備え、
前記アタッチメントは、前記開口を覆うように前記造形槽に装着される、
請求項1または2に記載の三次元造形装置。
The modeling bath has an opening,
The delivery device includes an attachment detachable from the modeling tank,
The attachment is attached to the modeling tank so as to cover the opening.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 or 2.
前記吐出ヘッドの下方と、前記吐出ヘッドの下方から退避した位置とに前記造形槽を移動させる移動装置をさらに備え、
前記開口は、前記筒状部の上端に設けられ、
前記アタッチメントは、前記造形槽が前記吐出ヘッドの下方から退避した位置に位置しているときに前記開口に着脱可能なように構成され、
前記接続部は、前記造形槽が前記吐出ヘッドの下方から退避した位置に位置しているときに前記下部空間と連通する
請求項に記載の三次元造形装置。
further comprising a moving device for moving the modeling tank to a position below the ejection head and a position retracted from below the ejection head;
The opening is provided at the upper end of the tubular portion,
The attachment is configured to be attachable to and detachable from the opening when the modeling tank is located at a position retracted from below the ejection head,
The connecting portion communicates with the lower space when the modeling tank is located at a position retracted from below the discharge head.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3 .
前記排出管は、前記外装体に着脱可能に構成されている、The discharge pipe is configured to be detachable from the exterior body,
請求項1~4のいずれか一つに記載の三次元造形装置。A three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記排出経路に接続され、前記硬化ガスを吸引する吸引ポンプを備えている、
請求項1~5のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
A suction pump connected to the discharge path and sucking the hardening gas is provided.
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記送出装置は、前記硬化ガスの送出量を測定可能な流量計を備えている、
請求項1~6のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
The delivery device comprises a flow meter capable of measuring the delivery rate of the hardening gas.
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1-6.
前記送出装置は、前記硬化ガスの送出量を調整可能なバルブを備えている、
請求項7に記載の三次元造形装置。
The delivery device includes a valve capable of adjusting the delivery amount of the hardening gas.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 7.
前記排出経路は、前記硬化ガスの排出量を測定可能な流量計を備えている、
請求項1~8のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
The discharge path is equipped with a flow meter capable of measuring the discharge amount of the hardening gas.
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1-8.
前記排出経路は、前記硬化ガスの排出量を調整可能なバルブを備えている、
請求項9に記載の三次元造形装置。
The discharge path includes a valve capable of adjusting the discharge amount of the hardening gas.
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 9.
前記硬化液は、珪酸ソーダを含み、
前記硬化ガスは、二酸化炭素を含んでいる、
請求項1~10のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
The curable liquid contains sodium silicate,
the curing gas comprises carbon dioxide;
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1-10.
前記硬化液は、アルカリフェノール樹脂を含み、
前記硬化ガスは、二酸化炭素を含んでいる、
請求項1~10のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
The curable liquid contains an alkali phenol resin,
the curing gas comprises carbon dioxide;
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1-10.
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