JP7291259B2

JP7291259B2 - modeling equipment

Info

Publication number: JP7291259B2
Application number: JP2022027936A
Authority: JP
Inventors: 剛志荒生; 陽一伊東; 篤高井; 大祐青木
Original assignee: エス．ラボ株式会社
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2022-02-25
Publication date: 2023-06-14
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: JP2022063358A

Description

本発明は、造形装置に関する。 The present invention relates to a molding apparatus.

金型などを用いずに造形物を多品種少量生産するための装置として、３Ｄプリンタが普及しつつある。熱溶解積層法（以下、FDM(Fused Deposition Modeling)またはFFF(Fused Filament Fabrication)と略す）を用いる３Ｄプリンタは、近年低価格化が進んでおり、コンシューマ向けにも浸透している。三次元造形物の積層方向における強度の低下を防止するために、層の表面を粗面化して積層する技術が知られている。 3D printers are becoming popular as devices for high-mix low-volume production of molded objects without using molds or the like. 3D printers using the Fused Deposition Modeling (hereinafter abbreviated as FDM (Fused Deposition Modeling) or FFF (Fused Filament Fabrication)) have been getting cheaper in recent years and have become popular among consumers. In order to prevent the strength of the three-dimensional structure from decreasing in the stacking direction, a technique of roughening the surface of the layers and stacking them is known.

特許文献１には、造形ステージに向けて造形材料を吐出することによって、造形材料層を形成する吐出部と、吐出部により形成された造形材料層の表面を平滑化する平滑化部と、平滑化部により平滑化された造形材料層の少なくとも表面の硬化を進める硬化処理を行う硬化部と、硬化部の硬化処理により硬化の進んだ造形材料層の表面を粗面化する粗面化部とを備える三次元造形装置が開示されている。特許文献１によると、粗面化された造形材料層（Ｎ層目）の表面上に、次の造形材料層（Ｎ＋１層目）が形成されるため、造形材料層（Ｎ層目）と造形材料層（Ｎ＋１層目）との間における接触面積の増加や、造形材料層（Ｎ層目）の表面に造形材料層（Ｎ＋１層目）を構成する造形材料が入り込むアンカー効果により、造形材料層間の密着力が向上するとしている。 Patent Literature 1 discloses a discharge section that forms a modeling material layer by discharging a modeling material toward a modeling stage, a smoothing section that smoothes the surface of the modeling material layer formed by the discharge section, and a smoothing section. a hardening unit that performs a hardening process to advance hardening of at least the surface of the modeling material layer smoothed by the hardening unit; A three-dimensional modeling apparatus is disclosed. According to Patent Document 1, since the next modeling material layer (N+1th layer) is formed on the roughened surface of the modeling material layer (Nth layer), the modeling material layer (Nth layer) and the modeling material layer (Nth layer) are formed. Due to the increase in the contact area with the material layer (N+1th layer) and the anchor effect of the modeling material that makes up the modeling material layer (N+1th layer) entering the surface of the modeling material layer (Nth layer), It is said that the adhesion of

しかし、造形材料層間の接着性を向上させるため、造形材料層の表面を粗面化した場合には、造形物の視認性が低下するという課題がある。 However, when the surface of the modeling material layer is roughened in order to improve the adhesiveness between the modeling material layers, there is a problem that the visibility of the modeled object is lowered.

請求項１に係る発明の造形装置は、造形材料を用いて造形材料層を形成し、該造形材料層を積層させて造形する造形装置であって、前記造形材料を用いて形成された第１の造形材料層を加熱および加圧する加圧手段と、前記加熱および加圧された前記第１の造形材料層に、前記造形材料を吐出して第２の造形材料層を形成することで、前記第１の造形材料層に前記第２の造形材料層を積層させる吐出手段と、を備える。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a modeling apparatus that forms a modeling material layer using a modeling material and laminates the modeling material layers to form a model, wherein the first model is formed using the modeling material. and a pressurizing means for heating and pressurizing the modeling material layer of and discharging the modeling material to the heated and pressurized first modeling material layer to form a second modeling material layer, and a discharging means for laminating the second modeling material layer on the first modeling material layer.

本発明によると、造形材料層間の接着性を向上させつつ、造形物の視認性の低下を防ぐことができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to prevent the deterioration of the visibility of a model, improving the adhesiveness between modeling material layers.

一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the three-dimensional fabrication device concerning one embodiment. 図１の三次元造形装置におけるヘッドモジュールの断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the head module in the three-dimensional modeling apparatus of FIG. 図１の三次元造形装置におけるタップモジュールの断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the tap module in the three-dimensional modeling apparatus of FIG. 一実施形態に係る三次元造形装置のハードウェア構成図である。1 is a hardware configuration diagram of a three-dimensional modeling apparatus according to one embodiment; FIG. 一実施形態に係る造形処理を示すフロー図である。It is a flow figure showing modeling processing concerning one embodiment. 一実施形態におけるタップノズルの動作を模式的に説明する図である。It is a figure explaining typically operation|movement of the tap nozzle in one Embodiment. 一実施形態において最表層を形成する動作を模式的に説明する図である。It is a figure explaining typically operation|movement which forms an outermost layer in one Embodiment. 一実施形態においてタップノズルにより層を加圧する動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation|movement which pressurizes a layer with a tap nozzle in one Embodiment.

一実施形態においてタップノズルにより層を加圧する動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation|movement which pressurizes a layer with a tap nozzle in one Embodiment. 一実施形態において加熱プレートにより下層を加熱しながら吐出ノズルにより層を形成する動作を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an operation of forming a layer with a discharge nozzle while heating a lower layer with a heating plate in one embodiment. 一実施形態において加熱プレートにより下層を加熱しながら吐出ノズルにより層を形成する動作を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an operation of forming a layer with a discharge nozzle while heating a lower layer with a heating plate in one embodiment. 一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the composition of the three-dimensional fabrication device concerning one embodiment. 実施例および比較例における造形物の形状を示す。3 shows the shape of a modeled object in an example and a comparative example.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

＜＜＜全体構成＞＞＞
以下、本発明の一実施形態として、熱溶解積層法（ＦＤＭ）により三次元造形物を造形する三次元造形装置について説明する。なお、本発明は、造形手段により造形するものであれば、熱溶解積層法（ＦＤＭ）の三次元造形装置に限定されるものではなく、他の造形方法の三次元造形装置にも適用可能である。 <<<Overall Configuration>>>
As an embodiment of the present invention, a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object by fused deposition modeling (FDM) will be described below. It should be noted that the present invention is not limited to a three-dimensional modeling apparatus that employs a fused deposition modeling method (FDM) as long as it is modeled by a modeling means, and can also be applied to three-dimensional modeling apparatuses that employ other modeling methods. be.

図１は、一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図である。図２は、図１の三次元造形装置におけるヘッドモジュールの断面を示す模式図である。図３は、図１の三次元造形装置におけるタップモジュールの断面を示す模式図である。三次元造形装置１は、射出成形では金型が複雑になる、あるいは、成形できないような三次元造形物を造形することができる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a three-dimensional modeling apparatus according to one embodiment. 2 is a schematic diagram showing a cross section of a head module in the three-dimensional modeling apparatus of FIG. 1. FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross section of a tap module in the three-dimensional modeling apparatus of FIG. 1. FIG. The three-dimensional modeling apparatus 1 can form three-dimensional objects that require complicated molds or that cannot be molded by injection molding.

図１において、三次元造形装置１における筐体２の内部は、三次元造形物Ｍを造形するための処理空間となっている。筐体２の内部には載置台としての造形テーブル３が設けられており、造形テーブル３上に三次元造形物Ｍが造形される。 In FIG. 1, the inside of the housing 2 in the three-dimensional modeling apparatus 1 serves as a processing space for modeling the three-dimensional model M. As shown in FIG. A modeling table 3 as a mounting table is provided inside the housing 2 , and a three-dimensional modeled object M is modeled on the modeling table 3 .

造形には、熱可塑性樹脂をマトリックスとした樹脂組成物からなる長尺のフィラメントＦが用いられる。フィラメントＦは、細長いワイヤー形状の固体材料であり、巻き回された状態で三次元造形装置１における筐体２の外部のリール４にセットされている。リール４は、フィラメントＦの駆動手段であるエクストルーダ１１の回転に引っ張られることで、大きく抵抗力を働かせることなく自転する。 A long filament F made of a resin composition having a thermoplastic resin as a matrix is used for modeling. The filament F is an elongated wire-shaped solid material, and is set on a reel 4 outside the housing 2 of the three-dimensional modeling apparatus 1 in a wound state. The reel 4 is pulled by the rotation of the extruder 11, which is the driving means for the filament F, and rotates without exerting a large resistance force.

筐体２の内部の造形テーブル３の上方には、造形材料吐出部材としてのヘッドモジュール１０（造形ヘッド）が設けられている。フィラメントＦは、エクストルーダ１１によって引っ張られることで、三次元造形装置１のヘッドモジュール１０へ供給される。 A head module 10 (modeling head) as a modeling material discharge member is provided above the modeling table 3 inside the housing 2 . The filament F is pulled by the extruder 11 and supplied to the head module 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1 .

図２に示すように、ヘッドモジュール１０は、冷却ブロック１２、加熱ブロック１５、吐出ノズル１８、および他の部品によってモジュール化されている。加熱ブロック１５は、ヒータなどの熱源１６と、温度制御するための熱電対１７と、を有し、移送路を介して、ヘッドモジュール１０に供給されたフィラメントＦを加熱溶融させて、溶融状態あるいは半溶融状態のフィラメントＦＭを吐出ノズル１８に供給する。 As shown in FIG. 2, the head module 10 is modularized with a cooling block 12, a heating block 15, a discharge nozzle 18, and other parts. The heating block 15 has a heat source 16 such as a heater and a thermocouple 17 for temperature control, and heats and melts the filament F supplied to the head module 10 via the transfer path to bring it into a molten state or A semi-molten filament FM is supplied to the ejection nozzle 18 .

冷却ブロック１２は、加熱ブロック１５の上部に設けられる。冷却ブロック１２は、冷却源１３を有し、フィラメントを冷却する。これにより、冷却ブロック１２は、溶融したフィラメントＦＭのヘッドモジュール１０内の上部への逆流、フィラメントを押し出す抵抗の増大、あるいは、フィラメントの固化による移送路内での詰まりを防ぐ。加熱ブロック１５と冷却ブロック１２との間には、フィラメントガイド１４が設けられている。 The cooling block 12 is provided above the heating block 15 . A cooling block 12 has a cooling source 13 to cool the filaments. Thereby, the cooling block 12 prevents backflow of the molten filament FM to the upper part of the head module 10, increase in resistance to extruding the filament, or clogging in the transfer path due to solidification of the filament. A filament guide 14 is provided between the heating block 15 and the cooling block 12 .

図１及び図２に示すように、ヘッドモジュール１０の下端部に、造形材料であるフィラメントＦを吐出する吐出ノズル１８が設けられている。吐出ノズル１８は、加熱ブロック１５から供給された溶融状態あるいは半溶融のフィラメントＦＭを造形テーブル３上に線状に押し出すようにして吐出する。吐出されたフィラメントＦＭは、冷却固化されて所定の形状の層が形成される。さらに、吐出ノズル１８は、形成した層に、溶融状態あるいは半溶融状態のフィラメントＦＭを、線状に押し出すようにして吐出する操作を繰り返すことで、新たな層を積み上げて積層させる。これにより、三次元造形物が得られる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the lower end of the head module 10 is provided with a discharge nozzle 18 for discharging a filament F as a modeling material. The discharge nozzle 18 discharges the molten or semi-molten filament FM supplied from the heating block 15 so as to linearly extrude it onto the modeling table 3 . The ejected filament FM is cooled and solidified to form a layer having a predetermined shape. Further, the discharge nozzle 18 repeats the operation of linearly extruding filaments FM in a molten state or a semi-molten state onto the formed layer, thereby stacking and laminating a new layer. Thereby, a three-dimensional structure is obtained.

本実施形態では、ヘッドモジュール１０に２つの吐出ノズルが設けられている。第一の吐出ノズルは、三次元造形物を構成するモデル材のフィラメントを溶融して吐出し、第二の吐出ノズルは、サポート材のフィラメントを溶融して吐出する。なお、図１において、第一の吐出ノズルの奥側に第二の吐出ノズルが配置されている。なお、吐出ノズルの数は２個に限らず任意である。 In this embodiment, the head module 10 is provided with two ejection nozzles. The first discharge nozzle melts and discharges the filaments of the model material forming the three-dimensional model, and the second discharge nozzle melts and discharges the filaments of the support material. In addition, in FIG. 1, the second ejection nozzle is arranged behind the first ejection nozzle. Note that the number of ejection nozzles is not limited to two and is arbitrary.

第二の吐出ノズルから吐出されるサポート材は、通常、三次元造形物を構成するモデル材のフィラメントとは異なる材料である。サポート材により形成されるサポート部は、最終的にはモデル材により形成されるモデル部から除去される。サポート材のフィラメントおよびモデル材のフィラメントは、それぞれ、加熱ブロック１５にて溶融され、それぞれの吐出ノズル１８から押し出されるように吐出されて、層状に順次積層される。 The support material discharged from the second discharge nozzle is usually a material different from the filaments of the model material that constitutes the three-dimensional model. The support part formed by the support material is finally removed from the model part formed by the model material. The filaments of the support material and the filaments of the model material are each melted in the heating block 15 and ejected from the respective ejection nozzles 18 so as to be extruded and sequentially stacked in layers.

タップモジュール２０は、造形された三次元造形物Ｍを、加熱および加圧するタップノズル２８と、タップノズル２８を加熱する加熱ブロック２５と、加熱ブロック２５からの熱伝導を防ぐための冷却ブロック２２と、を備える。タップノズル２８は、モータ等の動力により、三次元造形物Ｍを垂直上方から繰り返しタップするタップ動作により、上記の加熱および加圧処理を実行する。加熱ブロック２５は、ヒータなどの熱源２６と、タップノズルの温度を制御するための熱電対２７と、を有する。冷却ブロック２２は、冷却源２３を有する。加熱ブロック２５と冷却ブロック２２との間には、ガイド２４が設けられている。 The tap module 20 includes a tap nozzle 28 that heats and pressurizes the molded three-dimensional model M, a heating block 25 that heats the tap nozzle 28, and a cooling block 22 that prevents heat conduction from the heating block 25. , provided. The tap nozzle 28 performs the above-described heating and pressurizing processes by tapping the three-dimensional structure M repeatedly from vertically above with the power of a motor or the like. A heating block 25 has a heat source 26, such as a heater, and a thermocouple 27 for controlling the temperature of the tap nozzle. The cooling block 22 has a cooling source 23 . A guide 24 is provided between the heating block 25 and the cooling block 22 .

ヘッドモジュール１０およびタップモジュール２０は、装置左右方向（図１中の左右方向＝Ｘ軸方向）に延びるＸ軸駆動軸３１（Ｘ軸方向）に対し、連結部材を介して、スライド移動可能に保持されている。ヘッドモジュール１０は、Ｘ軸駆動モータ３２の駆動力により、装置左右方向（Ｘ軸方向）へ移動することができる。ヘッドモジュール１０は、加熱ブロック２５によって加熱されて高温になる。同様に、タップモジュール２０は、加熱ブロック１５によって加熱されて高温になる。その熱がＸ軸駆動モータ３２に伝わるのを低減するため、フィラメントガイド１４等を含めた移送路またはガイド２４を低熱伝導性のものとするのが好ましい。 The head module 10 and the tap module 20 are slidably held via connecting members with respect to an X-axis drive shaft 31 (X-axis direction) extending in the left-right direction of the apparatus (left-right direction in FIG. 1=X-axis direction). It is The head module 10 can be moved in the left-right direction (X-axis direction) of the device by the driving force of the X-axis drive motor 32 . The head module 10 is heated by the heating block 25 to a high temperature. Similarly, tap module 20 is heated by heating block 15 to a high temperature. To reduce the transfer of that heat to the X-axis drive motor 32, the transport path or guides 24, including filament guides 14 and the like, are preferably of low thermal conductivity.

Ｘ軸駆動モータ３２は、装置前後方向（図１中の奥行方向＝Ｙ軸方向）に延びるＹ軸駆動軸（Ｙ軸方向）に沿ってスライド移動可能に保持されている。Ｘ軸駆動軸３１およびＸ軸駆動モータ３２がＹ軸駆動モータ３３の駆動力によってＹ軸方向に沿って移動することにより、ヘッドモジュール１０およびタップモジュール２０はＹ軸方向に移動する。 The X-axis drive motor 32 is held slidably along a Y-axis drive shaft (Y-axis direction) extending in the device front-rear direction (depth direction in FIG. 1=Y-axis direction). When the X-axis drive shaft 31 and the X-axis drive motor 32 are moved along the Y-axis direction by the driving force of the Y-axis drive motor 33, the head module 10 and the tap module 20 are moved in the Y-axis direction.

一方、造形テーブル３は、Ｚ軸駆動軸３４、及び、ガイド軸３５に通され、装置上下方向（図１中の上下方向＝Ｚ軸方向）に延びるＺ軸駆動軸３４に沿って移動可能に保持されている。造形テーブル３は、Ｚ軸駆動モータ３６の駆動力により、装置上下方向（Ｚ軸方向）へ移動する。造形テーブル３には、積載された造形物を加熱するための加熱部が設けられていてもよい。 On the other hand, the modeling table 3 is passed through a Z-axis driving shaft 34 and a guide shaft 35, and is movable along the Z-axis driving shaft 34 extending in the vertical direction of the apparatus (vertical direction in FIG. 1=Z-axis direction). held. The modeling table 3 is moved in the vertical direction (Z-axis direction) of the apparatus by the driving force of the Z-axis drive motor 36 . The modeling table 3 may be provided with a heating unit for heating the stacked modeled object.

フィラメントの溶融吐出を経時で続けると、吐出ノズル１８周辺部およびタップノズル２８の加圧面が溶融した樹脂で汚れることがある。これに対して、三次元造形装置１に設けられたクリーニングブラシ３７により、吐出ノズル１８周辺部およびタップノズル２８の加圧面に対し定期的にクリーニング動作を行うことで、吐出ノズル１８の先端およびタップノズル２８の加圧面に樹脂が固着することを防ぐことができる。好ましくは、クリーニング動作は、固着防止の観点から、樹脂の温度が下がりきらないうちに実行されることが好ましい。この場合、クリーニングブラシ３７は、耐熱性樹脂などの耐熱性部材からなることが好ましい。クリーニング動作時に生じる研磨粉については、三次元造形装置１に設けられたダストボックス３８に集積させて、定期的に捨ててもよいし、あるいは吸引路を設けて、外部へ排出させてもよい。 If the filament is melted and discharged over time, the periphery of the discharge nozzle 18 and the pressurizing surface of the tap nozzle 28 may be stained with molten resin. On the other hand, a cleaning brush 37 provided in the three-dimensional modeling apparatus 1 periodically cleans the periphery of the ejection nozzle 18 and the pressure surface of the tap nozzle 28, thereby cleaning the tip of the ejection nozzle 18 and the tap. It is possible to prevent the resin from sticking to the pressure surface of the nozzle 28 . Preferably, the cleaning operation is performed before the temperature of the resin is completely lowered from the viewpoint of sticking prevention. In this case, the cleaning brush 37 is preferably made of a heat-resistant member such as heat-resistant resin. Polishing powder generated during the cleaning operation may be collected in a dust box 38 provided in the three-dimensional modeling apparatus 1 and discarded periodically, or may be discharged to the outside by providing a suction path.

図４は、一実施形態に係る三次元造形装置のハードウェア構成図である。三次元造形装置１は、ＣＰＵ(CentralProcessingUnit)あるいは回路などによって構築される制御部１００を有する。制御部１００は、図４に示すように各部と電気的に接続されている。 FIG. 4 is a hardware configuration diagram of a three-dimensional modeling apparatus according to one embodiment. The three-dimensional modeling apparatus 1 has a control section 100 constructed by a CPU (Central Processing Unit) or a circuit. The control unit 100 is electrically connected to each unit as shown in FIG.

三次元造形装置１には、ヘッドモジュール１０のＸ軸方向位置を検知するＸ軸座標検知機構が設けられている。Ｘ軸座標検知機構の検知結果は、制御部１００に送られる。制御部１００は、その検知結果に基づいてＸ軸駆動モータ３２の駆動を制御して、ヘッドモジュール１０およびタップモジュール２０を目標のＸ軸方向位置へ移動させる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 is provided with an X-axis coordinate detection mechanism that detects the position of the head module 10 in the X-axis direction. A detection result of the X-axis coordinate detection mechanism is sent to the control unit 100 . The control unit 100 controls the drive of the X-axis drive motor 32 based on the detection result to move the head module 10 and the tap module 20 to the target positions in the X-axis direction.

三次元造形装置１には、ヘッドモジュール１０のＹ軸方向位置を検知するＹ軸座標検知機構が設けられている。Ｙ軸座標検知機構の検知結果は、制御部１００に送られる。制御部１００は、その検知結果に基づいてＹ軸駆動モータ３３の駆動を制御して、ヘッドモジュール１０およびタップモジュール２０を目標のＹ軸方向位置へ移動させる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 is provided with a Y-axis coordinate detection mechanism that detects the position of the head module 10 in the Y-axis direction. A detection result of the Y-axis coordinate detection mechanism is sent to the control unit 100 . The control unit 100 controls the driving of the Y-axis drive motor 33 based on the detection result to move the head module 10 and the tap module 20 to the target Y-axis direction positions.

三次元造形装置１には、造形テーブル３のＺ軸方向位置を検知するＺ軸座標検知機構が設けられている。Ｚ軸座標検知機構の検知結果は、制御部１００に送られる。制御部１００は、その検知結果に基づいてＺ軸駆動モータ３６の駆動を制御して、造形テーブル３を目標のＺ軸方向位置へ移動させる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 is provided with a Z-axis coordinate detection mechanism that detects the Z-axis direction position of the modeling table 3 . A detection result of the Z-axis coordinate detection mechanism is sent to the control unit 100 . The control unit 100 controls the drive of the Z-axis drive motor 36 based on the detection result to move the modeling table 3 to the target position in the Z-axis direction.

制御部１００は、このようにしてヘッドモジュール１０、タップモジュール２０、および造形テーブル３の移動制御を行うことにより、ヘッドモジュール１０、タップモジュール２０、および造形テーブル３の相対的な三次元位置を、目標の三次元位置に移動させる。 By controlling the movements of the head module 10, the tap module 20, and the modeling table 3 in this manner, the control unit 100 determines the relative three-dimensional positions of the head module 10, the tap module 20, and the modeling table 3 by Move to the target 3D position.

さらに、制御部１００は、エクストルーダ１１、吐出ノズル１８、タップノズル２８、およびクリーニングブラシ３７の各駆動部に制御信号を送信することで、これらの駆動を制御する。 Further, the control unit 100 controls the driving of the extruder 11, the discharge nozzle 18, the tap nozzle 28, and the cleaning brush 37 by transmitting control signals to the respective driving units.

＜＜処理および動作＞＞
続いて、一実施形態における三次元造形装置１の処理および動作について説明する。図５は、一実施形態に係る造形処理を示すフロー図である。 <<Processing and Operation>>
Next, processing and operations of the three-dimensional modeling apparatus 1 according to one embodiment will be described. FIG. 5 is a flow diagram showing modeling processing according to one embodiment.

三次元造形装置１の制御部１００は、立体モデルのデータの入力を受け付ける。立体モデルのデータは、立体モデルを所定間隔でスライスしたときの層ごとの画像データによって構築される。 The control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 receives input of data of a three-dimensional model. The stereo model data is constructed from image data for each layer obtained by slicing the stereo model at predetermined intervals.

三次元造形装置１の制御部１００は、Ｘ軸駆動モータ３２またはＹ軸駆動モータ３３を駆動してヘッドモジュール１０をＸ軸またはＹ軸方向に移動させる。ヘッドモジュール１０が移動している間に、制御部１００は、入力された立体モデルのデータのうち、造形が完了していない最下層の画像データに基づいて、吐出ノズル１８から造形テーブル３へ溶融状態または半溶融状態のフィラメントＦＭを吐出させる。これにより、三次元造形装置１は、造形テーブル３上に画像データに基づいた形状の層を形成する（ステップＳ１１）。 The control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 drives the X-axis drive motor 32 or the Y-axis drive motor 33 to move the head module 10 in the X-axis or Y-axis direction. While the head module 10 is moving, the control unit 100 melts from the discharge nozzle 18 to the modeling table 3 based on the image data of the lowest layer for which modeling is not completed among the input data of the three-dimensional model. The filament FM in a state or semi-molten state is discharged. As a result, the three-dimensional modeling apparatus 1 forms a layer having a shape based on the image data on the modeling table 3 (step S11).

三次元造形装置１の制御部１００は、ヘッドモジュール１０がＸ軸またはＹ軸方向に移動している間に、タップノズル２８を駆動して、形成した層の表面をタップさせる（ステップＳ１２）。タップさせる領域は特に限定されないが、上記の画像データが示す画像の領域における任意の画素の領域が例示される。なお、任意の画素の領域とは、画像データが示す画像のうち外周部が除かれた領域であってもよい。 The control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 drives the tap nozzle 28 to tap the surface of the formed layer while the head module 10 is moving in the X-axis or Y-axis direction (step S12). The area to be tapped is not particularly limited, but an arbitrary pixel area in the image area indicated by the above image data is exemplified. Note that the arbitrary pixel area may be an area of the image represented by the image data, from which the outer peripheral portion is removed.

ステップＳ１２において、タップノズル２８の温度は、吐出材料の溶融温度以上に制御される。この状態で、タップノズル２８を、層の表面の垂直上方から押し当てることで、押し当てた層だけでなく、この層より下の層に対しても、熱と圧力を加える。これにより、押し当てた層だけでなく、下の層が溶解して、層の境界部が混合するので、層間の界面の密着力が向上する。 In step S12, the temperature of the tap nozzle 28 is controlled to be equal to or higher than the melting temperature of the material to be discharged. In this state, by pressing the tap nozzle 28 vertically above the surface of the layer, heat and pressure are applied not only to the pressed layer but also to the layers below this layer. As a result, not only the pressed layer but also the layer below is dissolved, and the interface between the layers is mixed, so that the adhesion at the interface between the layers is improved.

三次元造形装置１の制御部１００は、ステップＳ１１で形成された層が、最表層の一つ下の層であるか判断する（ステップＳ１３）。最表層とは、造形処理において、さらに別の層が積層されない層、すなわち、立体モデルのデータのうち、積層方向（Ｚ軸）の座標が最も大きい画像データに基づいて形成される層を示す。ステップＳ１３でＮＯと判断された場合、三次元造形装置１の制御部１００は、最表層の一つ下の層が形成されるまで、層形成の処理（ステップＳ１１）とタップの処理（ステップＳ１２）と、を繰り返す。これにより、一層形成されるごとに、形成された層の表面がタップされる。 The control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 determines whether the layer formed in step S11 is the layer immediately below the outermost layer (step S13). The outermost layer indicates a layer on which another layer is not laminated in the modeling process, that is, a layer formed based on the image data having the largest coordinate in the lamination direction (Z-axis) among the three-dimensional model data. If NO is determined in step S13, the control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 performs the layer forming process (step S11) and the tapping process (step S12) until the layer immediately below the outermost layer is formed. ) and repeat. This taps the surface of the layer as it is formed.

図６は、一実施形態におけるタップノズルの動作を模式的に説明する図である。一実施形態によると、図５に示すように、フィラメントを吐出後、造形物の所定の箇所に、タップ動作を行うことで、タップされた層とその下層、下層と更にその下層との層間の密着性が向上し、造形物の積層間強度が向上する。 FIG. 6 is a diagram schematically explaining the operation of the tap nozzle in one embodiment. According to one embodiment, as shown in FIG. 5, after the filament is ejected, tapping is performed on a predetermined location of the modeled object, so that the layers between the tapped layer and its lower layer, and between the lower layer and its further lower layer are tapped. Adhesion is improved, and the strength between layers of the modeled product is improved.

ステップＳ１３でＹＥＳと判断された場合、三次元造形装置１の制御部１００は、ヘッドモジュール１０がＸ軸またはＹ軸方向に移動している間に、立体モデルのデータのうち最表層の画像データを用いて、吐出ノズル１８から造形テーブル３へ溶融状態または半溶融状態のフィラメントＦＭを吐出させる（ステップＳ１４）。これにより、造形物に対し最表層の画像データに基づいた形状の層が積層される。 If it is determined YES in step S13, the control unit 100 of the 3D modeling apparatus 1 controls the image data of the outermost layer among the data of the 3D model while the head module 10 is moving in the X-axis or Y-axis direction. is used to eject the molten or semi-molten filament FM from the ejection nozzle 18 onto the modeling table 3 (step S14). As a result, a layer having a shape based on the image data of the outermost layer is laminated on the modeled object.

最表層の形成が完了した後、三次元造形装置１は、最表層に対するタップ動作を実行せずに処理を終了する。図７は、一実施形態において最表層を形成する動作を模式的に説明する図である。一実施形態によると、図７に示すように、最表層から一つ下の層のタップ動作後、ヘッドモジュール１０は、図７の白抜き矢印方向に移動しながら、タップ動作によって凹んだ部分を、最表層により埋めるように、フィラメントＦＭを吐出する。この動作により、三次元造形物Ｍの表面の形状が平滑になり、視認性が向上する。 After the formation of the outermost layer is completed, the 3D modeling apparatus 1 ends the process without executing the tap operation on the outermost layer. FIG. 7 is a diagram schematically explaining the operation of forming the outermost layer in one embodiment. According to one embodiment, as shown in FIG. 7, after tapping the layer one layer below the outermost layer, the head module 10 moves in the direction of the white arrow in FIG. , the filament FM is discharged so as to be filled with the outermost layer. By this operation, the shape of the surface of the three-dimensional structure M is smoothed, and the visibility is improved.

＜＜＜実施形態の変形例Ａ＞＞＞
続いて、実施形態の変形例Ａについて上記の実施形態と異なる点を説明する。図８は、一実施形態においてタップノズル２８により層を加圧する動作を示す模式図である。 <<<Modification A of Embodiment>>>
Next, the points of modification A of the embodiment that differ from the above-described embodiment will be described. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the operation of pressing a layer with a tap nozzle 28 in one embodiment.

実施形態の変形例Ａにおいて、タップノズル２８における加圧面の反対方向側、すなわちタップノズル２８の垂直上方には、タップノズル２８を図８の白抜き矢印方向に付勢する（勢いを付けること）バネ２９が設けられている。バネ２９は、タップノズル２８を付勢することができる弾性材料、装置、または機構等の任意の付勢手段に置き換え可能である。実施形態の変形例Ａによると、タップ動作において、図８に示すように、タップノズル２８をバネ２９で垂直上方より付勢する事で、造形物を確実に加圧することができるので、造形物において、表層と下層、下層と更にその下層との層間の密着性が向上し、造形物の積層間強度が向上する。 In the modified example A of the embodiment, the tap nozzle 28 is biased in the direction of the white arrow in FIG. A spring 29 is provided. Spring 29 can be replaced by any biasing means such as a resilient material, device or mechanism capable of biasing tap nozzle 28 . According to the modified example A of the embodiment, as shown in FIG. 8, in the tapping operation, the tap nozzle 28 is urged vertically upward by the spring 29, so that the molded object can be reliably pressurized. In the above, the interlayer adhesion between the surface layer and the lower layer and between the lower layer and the lower layer is improved, and the inter-layer strength of the modeled object is improved.

＜＜＜実施形態の変形例Ｂ＞＞＞
続いて、実施形態の変形例Ｂについて、実施形態の変形例Ａと異なる点を説明する。図９は、一実施形態においてタップノズル２８により層を加圧する動作を示す模式図である。実施形態の変形例Ｂでは、上記の付勢手段として、バネ２９に代えて電磁マグネット２９´を用いる。 <<<Modification B of Embodiment>>>
Next, the points of modification B of the embodiment that differ from modification A of the embodiment will be described. FIG. 9 is a schematic diagram illustrating the operation of pressing a layer with a tap nozzle 28 in one embodiment. In the modified example B of the embodiment, an electromagnet 29' is used instead of the spring 29 as the biasing means.

実施形態の変形例Ｂでは、タップノズル２８は磁性体であり、制御部１００は、電磁マグネット２９´のオンオフを切り替えることにより、タップノズル２８を、図９に示す白抜き矢印方向に往復移動させる。タップ時には、タップノズル２８の垂直上方に配置された電磁マグネット２９´をオフにする。磁力から解放されたタップノズル２８は、自重で下方に落ちる事で、造形物を確実に加圧する。これにより、造形物において、表層と下層、下層と更にその下層の密着性が向上し、造形物の積層間強度が向上する。 In the modified example B of the embodiment, the tap nozzle 28 is a magnetic material, and the controller 100 switches the electromagnet 29' on and off to reciprocate the tap nozzle 28 in the direction of the white arrow shown in FIG. . During tapping, an electromagnet 29' arranged vertically above the tap nozzle 28 is turned off. Released from the magnetic force, the tap nozzle 28 falls downward under its own weight, thereby reliably pressurizing the modeled object. As a result, the adhesiveness between the surface layer and the lower layer, and between the lower layer and the lower layer in the modeled article is improved, and the interlaminar strength of the modeled article is improved.

＜＜＜実施形態の変形例Ｃ＞＞＞
続いて、実施形態の変形例Ｃについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図１０は、一実施形態において加熱プレートにより下層を加熱しながら吐出ノズルにより層を形成する動作を示す模式図である。 <<<Modification C of Embodiment>>>
Next, regarding modification example C of the embodiment, points different from the above-described embodiment will be described. FIG. 10 is a schematic diagram showing an operation of forming a layer with a discharge nozzle while heating a lower layer with a heating plate in one embodiment.

実施形態の変形例Ｃでは、上記の実施形態におけるタップノズル２８は、加熱プレート２８´に置き換えられる。図１０において、加熱プレート２８´の下端は、吐出ノズル１８の下端よりも、１層分低くなるように配置されている。これにより、ヘッドモジュール１０およびタップモジュール２０を、図１０に示す白抜き矢印方向に走査しながら、フィラメントを吐出するときに、加熱プレート２８´は、造形中の層の一つ下の層を再加熱する。これにより、造形中の層と、一つ下の層との温度差が小さくなり、造形中の層と、一つ下の層とが混ざり合うので、造形物の積層間強度が向上する。なお、加熱した層を冷却する方法としては、雰囲気温度を設定する方法、所定の時間放置する方法、もしくは、ＦＡＮなどを利用する方法などが例示される。 In embodiment variant C, the tap nozzle 28 in the above embodiment is replaced by a heating plate 28'. In FIG. 10, the lower end of the heating plate 28' is arranged to be lower than the lower end of the discharge nozzle 18 by one layer. As a result, when the head module 10 and the tap module 20 are scanned in the direction of the white arrow shown in FIG. heat up. As a result, the temperature difference between the layer being formed and the layer immediately below becomes small, and the layer being formed and the layer immediately below are mixed with each other, so that the interlaminar strength of the formed object is improved. Examples of the method for cooling the heated layer include a method of setting the ambient temperature, a method of leaving the layer to stand for a predetermined period of time, a method of using a fan, and the like.

実施形態の変形例Ｃによると、層の表面に加熱プレート２８´を物理的に押し当てて凸凹にしてから、次の層を積層させることで、吐出した材料と下の層の材料とが良く混ざることで、界面の密着力が向上する。また、実施形態の変形例Ｃによると、造形物の外形を崩さずに、選択的に層間を再溶融させ、硬化前に次の吐出を行うことで、界面の密着力を向上させることができる。 According to the modification C of the embodiment, the surface of the layer is roughened by physically pressing the heating plate 28' against it, and then the next layer is laminated, so that the dispensed material and the material of the lower layer are well mixed. By mixing, the adhesion of the interface is improved. Further, according to the modified example C of the embodiment, it is possible to improve the adhesion at the interface by selectively remelting the layers without destroying the outer shape of the modeled object and performing the next ejection before curing. .

＜＜＜実施形態の変形例Ｄ＞＞＞
続いて、実施形態の変形例Ｄについて、実施形態の変形例Ｃと異なる点を説明する。図１１は、一実施形態において加熱プレートにより下層を加熱しながら吐出ノズルにより層を形成する動作を示す模式図である。 <<<Modification D of Embodiment>>>
Next, the points of modification D of the embodiment that differ from modification C of the embodiment will be described. FIG. 11 is a schematic diagram showing an operation of forming a layer by a discharge nozzle while heating a lower layer by a heating plate in one embodiment.

図１１において、加熱プレート２８´の下端は、吐出ノズル１８による層の形成位置よりも低くなるように配置されている。吐出ノズル１８による造形位置とは、吐出したフィラメントの着地位置であり、造形する一つ下の層の上端である。これにより、ヘッドモジュール１０およびタップモジュール２０を、図１１に示す白抜き矢印方向に走査しながら、走査しながら、フィラメントを吐出することで、加熱プレート２８´は、造形中の層の一つ下の層を加圧し、再加熱する。加熱プレート２８´は、意図的に、下の層に干渉する位置Ｉに配置されているので、下層を確実に加圧しながら加熱させることができる。これにより、造形している層と、一つ下の層との温度差が小さくなり、造形している層と、一つ下の層とが混ざり合うので、造形物の積層間強度が向上する。 In FIG. 11, the lower end of the heating plate 28' is arranged so as to be lower than the position where the layer is formed by the ejection nozzles 18. In FIG. The modeling position by the ejection nozzle 18 is the landing position of the ejected filament, which is the upper end of the layer one layer below to be modeled. As a result, the head module 10 and the tap module 20 are scanned in the direction of the white arrow shown in FIG. The layers are pressed and reheated. Since the heating plate 28' is intentionally arranged at the position I that interferes with the lower layer, the lower layer can be heated while being reliably pressurized. As a result, the temperature difference between the layer being modeled and the layer one below is reduced, and the layer being modeled and the layer one below are mixed, so the interlaminar strength of the model is improved. .

＜＜＜実施形態の変形例Ｅ＞＞＞
続いて、実施形態の変形例Ｄについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図１２は、一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図である。 <<<Modification E of Embodiment>>>
Next, regarding modification D of the embodiment, points different from the above-described embodiment will be described. FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of a three-dimensional modeling apparatus according to one embodiment.

図１２の三次元造形装置１には、タップモジュール２０が設けられておらず、吐出ノズル１８が吐出の機能に加え、タップモジュール２０の機能を備える。吐出ノズル１８により造形物を加圧する場合は、吐出ノズル１８自体をＺ軸方向に移動させず、造形するレイヤの設定を変更して、造形テーブル３を、Ｚ軸方向に移動させる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 of FIG. 12 is not provided with the tap module 20, and the ejection nozzle 18 has the function of the tap module 20 in addition to the ejection function. When pressurizing the modeled object with the ejection nozzle 18, the ejection nozzle 18 itself is not moved in the Z-axis direction, but the setting of the layer to be modeled is changed, and the modeling table 3 is moved in the Z-axis direction.

具体的には、制御部１００は、Ｚ軸駆動モータ３６の駆動を制御することで、吐出ノズル１８をＸ軸またはＹ軸方向に移動させながら、造形テーブル３をＺ軸駆動軸３４方向に移動することで、三次元造形物Ｍと吐出ノズル１８との高さ方向（Ｚ軸方向）の相対的な距離を変更してタップ動作を行う。 Specifically, the control unit 100 controls the drive of the Z-axis drive motor 36 to move the modeling table 3 in the direction of the Z-axis drive shaft 34 while moving the discharge nozzle 18 in the X-axis or Y-axis direction. By doing so, the tap operation is performed by changing the relative distance in the height direction (Z-axis direction) between the three-dimensional structure M and the ejection nozzle 18 .

このとき、タップ動作によって発生した吐出ノズル１８の汚れは、クリーニングブラシ３７によるクリーニング動作により除去される。実施形態の変形例Ｅによると、三次元造形装置１の構成部品を低減することが可能であり、コストダウンまたは装置のサイズダウンの点で有効である。また、タップモジュール２０が設けられていない、既存の装置においても、ハード構成を変更することなく、本実施形態の処理を実行可能である。 At this time, the dirt on the discharge nozzle 18 generated by the tapping action is removed by the cleaning action of the cleaning brush 37 . According to Modification E of the embodiment, it is possible to reduce the number of constituent parts of the three-dimensional modeling apparatus 1, which is effective in terms of cost reduction or apparatus size reduction. In addition, the processing of this embodiment can be executed without changing the hardware configuration even in an existing device in which the tap module 20 is not provided.

以下、実施例および比較例では、三次元造形装置１により、タップノズル２８の表面からの押し込み量（タップ深さ）を変えて、造形物を作製し、造形物の最大引張強度を測定する。なお、造形物の最大引張強度の測定に際してはオートグラフＡＧＳ－５ｋＮＸ（島津製作所製）を用いた。 Hereinafter, in the examples and comparative examples, the three-dimensional modeling apparatus 1 is used to change the pressing amount (tap depth) from the surface of the tap nozzle 28 to fabricate a model, and measure the maximum tensile strength of the model. An Autograph AGS-5kNX (manufactured by Shimadzu Corporation) was used to measure the maximum tensile strength of the shaped article.

図１３は、実施例および比較例における造形物の形状を示す。造形物は、ASTMD 638-02 a Type-Vに準拠している。三次元造形装置１により、造形テーブル３に対して造形材料を垂直上方Ｓに積層し、図１３に示すような、長辺方向に層が積層されてなる引張試験片を造形した。オートグラフに、引張試験片における積層下面と積層上面をチャックして200mm/minで方向Ｔ１，Ｔ２に引っ張ることで、造形物の最大引張強度プロファイルを得た。 FIG. 13 shows the shapes of the shaped objects in the example and the comparative example. The model conforms to ASTMD 638-02 a Type-V. By the three-dimensional modeling apparatus 1, the modeling material was laminated vertically upward S on the modeling table 3, and a tensile test piece formed by laminating layers in the long side direction as shown in FIG. 13 was modeled. The maximum tensile strength profile of the molded product was obtained by chucking the laminated lower surface and the laminated upper surface of the tensile test piece on an autograph and pulling in directions T1 and T2 at 200 mm/min.

（比較例１）
比較例では、三次元造形装置１を用いて、タップの動作（ステップＳ１２）を実行せずに、引張試験片を造形する。比較例１では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いる。ヘッドモジュール１０の導入部にはφ１２のＳＵＳ３０４製の対となるローラを用いた。ヘッドモジュール１０の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル１８は真鍮で作製し、先端の開口径を0.5mmとした。移送路となる部分はφ2.5mmの空洞となるようにした。冷却ブロック２２はＳＵＳ３０４製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は10℃とした。加熱ブロック２５も冷却ブロック２２と同様にＳＵＳ３０４製とした。加熱ブロック２５には、熱源２６となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対２７を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル１８の走査速度を10mm/secとして、図１３に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル３は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのＺ軸方向の１層厚みは0.25mmとした。 (Comparative example 1)
In the comparative example, the three-dimensional shaping apparatus 1 is used to shape a tensile test piece without executing the tap operation (step S12). In Comparative Example 1, a resin that melts with heat is used as the filament that is the modeling material. At the introduction portion of the head module 10, a pair of rollers made of SUS304 and having a diameter of φ12 were used. The dimensions and shape of the transfer path of the head module 10 are rod-shaped with a circular cross section. The discharge nozzle 18 at the tip was made of brass and had an opening diameter of 0.5 mm. A cavity of φ2.5 mm was used for the transfer path. The cooling block 22 was made of SUS304, passed through a water cooling pipe, and connected to a chiller. The set temperature of the chiller was 10°C. The heating block 25 was also made of SUS304 like the cooling block 22 . A cartridge heater serving as a heat source 26 was passed through the heating block 25, and a thermocouple 27 was arranged on the symmetrical side of the filament to control the temperature. The set temperature of the cartridge heater was higher than the melting temperature of the resin. A tensile test piece as shown in FIG. 13 was shaped by setting the scanning speed of the ejection nozzle 18 at the time of shaping to 10 mm/sec. In addition, the molding table 3 was set to a temperature range in which the material to be discharged can adhere to the table. The thickness of one layer in the Z-axis direction was set to 0.25 mm as the resolution in the lamination direction of the modeled object.

（比較例２）
比較例２では、造形材料であるフィラメントとして、熱で溶解する樹脂を用いる。ヘッドモジュール１０の導入部にはφ１２のＳＵＳ３０４製の対となるローラを用いた。ヘッドモジュール１０の移送路の寸法形状は断面が円の棒状とする。先端の吐出ノズル１８は真鍮で作製し、先端の開口径を0.5mmとした。移送路となる部分はφ2.5mmの空洞となるようにした。冷却ブロック２２はＳＵＳ３０４製とし、水冷管を通しておき、チラーに接続した。チラーの設定温度は10℃とした。加熱ブロック２５も冷却ブロック２２と同様にＳＵＳ３０４製とした。加熱ブロック２５には、熱源２６となるカートリッジヒータを通しておき、フィラメントと対称となる側に熱電対２７を配置し、温度制御を行った。カートリッジヒータの設定温度は樹脂の溶融温度以上とした。造形時の吐出ノズル１８の走査速度を50mm/secとして、図１３に示すような引張試験片を造形した。加えて、造形テーブル３は、テーブルに吐出材料が固着できる温度範囲に設定した。造形物の積層方向の解像度としてのＺ軸方向の１層厚みは0.25mmとした。 (Comparative example 2)
In Comparative Example 2, a resin that melts with heat is used as the filament that is the modeling material. At the introduction portion of the head module 10, a pair of rollers made of SUS304 and having a diameter of φ12 were used. The dimensions and shape of the transfer path of the head module 10 are rod-shaped with a circular cross section. The discharge nozzle 18 at the tip was made of brass and had an opening diameter of 0.5 mm. A cavity of φ2.5 mm was used for the transfer path. The cooling block 22 was made of SUS304, passed through a water cooling pipe, and connected to a chiller. The set temperature of the chiller was 10°C. The heating block 25 was also made of SUS304 like the cooling block 22 . A cartridge heater serving as a heat source 26 was passed through the heating block 25, and a thermocouple 27 was arranged on the symmetrical side of the filament to control the temperature. The set temperature of the cartridge heater was higher than the melting temperature of the resin. A tensile test piece as shown in FIG. 13 was shaped by setting the scanning speed of the discharge nozzle 18 during shaping to 50 mm/sec. In addition, the molding table 3 was set to a temperature range in which the material to be discharged can adhere to the table. The thickness of one layer in the Z-axis direction was set to 0.25 mm as the resolution in the lamination direction of the modeled object.

（実施例１）
実施例１においては、タップモジュール２０が、図１に示すように、ヘッドモジュール１０に対し正面から見て左側に配置された比較例１と同様の構成の三次元造形装置１を用いて、比較例１と同様の設定（利用する画像データ、温度、走査速度）で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き１層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル２８によりタップした。また、造形ＣＡＭ(Computer Aided Manufacturing)ソフトを用いた制御により、タップノズル２８によるタップ深さを0.1ｍｍとした。 (Example 1)
In Example 1, as shown in FIG. 1, the tap module 20 is arranged on the left side of the head module 10 when viewed from the front, using the three-dimensional modeling apparatus 1 having the same configuration as in Comparative Example 1. A tensile test piece was formed by modeling with the same settings as in Example 1 (image data used, temperature, scanning speed). A predetermined location in the center of the formed layer was tapped with a tap nozzle 28 for each layer except after the formation of the outermost layer. Further, the tap depth of the tap nozzle 28 was set to 0.1 mm by control using modeling CAM (Computer Aided Manufacturing) software.

（実施例２）
実施例２においては、タップモジュール２０が、図１に示すように、ヘッドモジュール１０に対し正面から見て左側に配置された比較例２と同様の構成の三次元造形装置１を用いて、比較例２と同様の設定（利用する画像データ、温度、走査速度）で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き１層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル２８によりタップした。また、造形ＣＡＭソフトを用いた制御により、タップノズル２８によるタップ深さを0.1ｍｍとした。 (Example 2)
In Example 2, as shown in FIG. 1, the tap module 20 is arranged on the left side of the head module 10 when viewed from the front, using the three-dimensional modeling apparatus 1 having the same configuration as in Comparative Example 2. A tensile test piece was formed by modeling with the same settings as in Example 2 (image data used, temperature, scanning speed). A predetermined location in the center of the formed layer was tapped with a tap nozzle 28 for each layer except after the formation of the outermost layer. Further, the tap depth of the tap nozzle 28 was set to 0.1 mm by control using modeling CAM software.

（実施例３）
実施例３においては、タップモジュール２０が、図１に示すように、ヘッドモジュール１０に対し正面から見て左側に配置された比較例１と同様の構成の三次元造形装置１を用いて、比較例１と同様の設定（利用する画像データ、温度、走査速度）で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き１層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル２８によりタップした。また、造形ＣＡＭソフトを用いた制御により、タップノズル２８によるタップ深さを0.25ｍｍとした。 (Example 3)
In Example 3, as shown in FIG. 1, the tap module 20 was arranged on the left side of the head module 10 when viewed from the front, using the three-dimensional modeling apparatus 1 having the same configuration as in Comparative Example 1. A tensile test piece was formed by modeling with the same settings as in Example 1 (image data used, temperature, scanning speed). A predetermined location in the center of the formed layer was tapped with a tap nozzle 28 for each layer except after the formation of the outermost layer. Further, the tap depth of the tap nozzle 28 was set to 0.25 mm by control using modeling CAM software.

（実施例４）
実施例４においては、タップモジュール２０が、図１に示すように、ヘッドモジュール１０に対し正面から見て左側に配置された比較例１と同様の構成の三次元造形装置１を用いて、比較例１と同様の設定（利用する画像データ、温度、走査速度）で造形し引張試験片を造形した。最表層の造形後を除き１層造形ごとに、形成した層の中心の所定の箇所を、タップノズル２８によりタップした。また、造形ＣＡＭソフトを用いた制御により、タップノズル２８によるタップ深さを0.4ｍｍとした。 (Example 4)
In Example 4, as shown in FIG. 1, the tap module 20 was arranged on the left side of the head module 10 when viewed from the front, using the three-dimensional modeling apparatus 1 having the same configuration as in Comparative Example 1. A tensile test piece was formed by modeling with the same settings as in Example 1 (image data used, temperature, scanning speed). A predetermined location in the center of the formed layer was tapped with a tap nozzle 28 for each layer except after the formation of the outermost layer. Further, the tap depth of the tap nozzle 28 was set to 0.4 mm by control using modeling CAM software.

実施例１～４の何れにおいても比較例１，２を上回る最大引張強度を得ることができた。以上のことから、上記実施形態の構成の三次元造形装置１により、３次元造形物の積層方向の強度を高めることが可能となる。 A maximum tensile strength exceeding that of Comparative Examples 1 and 2 could be obtained in any of Examples 1 to 4. As described above, the strength of the three-dimensional modeled object in the stacking direction can be increased by the three-dimensional modeled object 1 having the configuration of the above-described embodiment.

＜＜実施形態の主な効果＞＞
上記実施形態の三次元造形装置１（造形装置の一例）は、造形材料としてのフィラメントを用いて造形材料層を形成し、これを積層させて造形物を造形する。三次元造形装置１のタップモジュール２０（加圧手段の一例）は、形成された造形材料層（第１の造形材料層の一例）を、加熱および加圧する。三次元造形装置１のヘッドモジュール１０（吐出手段の一例）は、加熱および加圧された造形材料層にフィラメントを吐出して、造形材料層（第２の造形材料層の一例）を形成することで、造形材料層を積層させる。上記の加熱および加圧の処理により、造形材料層の層間の接着力が向上するので、造形物の積層方向の強度が向上する。また、この方法によると、加熱および加圧処理した造形材料層に、他の造形材料層が積層されるので、造形物の視認性に優れる。 <<main effects of the embodiment>>
The three-dimensional modeling apparatus 1 (an example of the modeling apparatus) of the above-described embodiment forms modeling material layers using filaments as modeling materials, and laminates the layers to form a modeled object. The tap module 20 (an example of a pressurizing unit) of the three-dimensional modeling apparatus 1 heats and presses the formed modeling material layer (an example of the first modeling material layer). The head module 10 (an example of the ejection means) of the three-dimensional modeling apparatus 1 ejects the filament to the heating and pressurized modeling material layer to form the modeling material layer (an example of the second modeling material layer). , to laminate the modeling material layers. The above-described heating and pressurizing process improves the adhesion between the layers of the modeling material, thereby improving the strength of the modeled object in the stacking direction. Moreover, according to this method, another modeling material layer is laminated on the heating and pressure-treated modeling material layer, so that the visibility of the modeled object is excellent.

三次元造形装置１のタップモジュール２０は、下層（第１の造形材料層の一例）に積層する上層（第２の造形材料層の一例）を加熱および加圧することで、下層および上層を溶融させる。これにより、下層と上層の接着性が向上する。 The tap module 20 of the three-dimensional modeling apparatus 1 heats and presses an upper layer (an example of a second modeling material layer) laminated on a lower layer (an example of a first modeling material layer) to melt the lower layer and the upper layer. . This improves the adhesion between the lower layer and the upper layer.

実施形態の変形例Ｃによると、三次元造形装置１のタップモジュール２０の加熱プレート２８´は、下層を加熱および加圧することで下層を溶融させる。三次元造形装置１のヘッドモジュール１０は、溶融した下層にフィラメントを吐出して、下層に上層を積層させる。これにより、下層と上層の接着性が向上する。 According to the modified example C of the embodiment, the heating plate 28' of the tap module 20 of the three-dimensional modeling apparatus 1 melts the lower layer by heating and pressurizing the lower layer. The head module 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1 discharges the filament to the melted lower layer to stack the upper layer on the lower layer. This improves the adhesion between the lower layer and the upper layer.

実施形態の変形例Ｃによると、加熱プレート２８´を下層に物理的に押し当てて加圧することで、下層の表面を粗面化する。これにより、上層を形成するときに、下層と上層の接触面積が大きくなるので、下層と上層の接着性が向上する。 According to the modification C of the embodiment, the surface of the lower layer is roughened by physically pressing the heating plate 28' against the lower layer and applying pressure. As a result, when the upper layer is formed, the contact area between the lower layer and the upper layer is increased, so that the adhesion between the lower layer and the upper layer is improved.

実施形態の変形例Ｃによると、加熱プレート２８´は、下層の上端よりも低い位置に配置される。このように、加熱プレート２８´を、意図的に下の層に干渉する位置に配置することで、下層を確実に加圧しながら加熱させることができる。 According to embodiment variant C, the heating plate 28' is positioned lower than the upper edge of the lower layer. In this way, by intentionally arranging the heating plate 28' at a position interfering with the lower layer, the lower layer can be reliably heated while being pressurized.

三次元造形装置１は、上記の加熱および加圧により上層と下層とを溶融させ、これらの境界部において混合させる。これにより、下層と上層の接着性が向上する。 The three-dimensional modeling apparatus 1 melts the upper layer and the lower layer by the heating and pressurization described above, and mixes them at their boundary. This improves the adhesion between the lower layer and the upper layer.

三次元造形装置１は、タップノズル２８の加圧面をクリーニングするクリーニングブラシ３７（クリーニング部材の一例）を有する。この三次元造形装置１によると、タップ動作によりタップノズル２８の加圧面に付着したフィラメントの一部が、クリーニングブラシ３７により除去される。これにより、造形時の信頼性が向上する。 The three-dimensional modeling apparatus 1 has a cleaning brush 37 (an example of a cleaning member) that cleans the pressure surface of the tap nozzle 28 . According to the three-dimensional modeling apparatus 1, the cleaning brush 37 removes part of the filament attached to the pressure surface of the tap nozzle 28 by tapping. This improves the reliability during molding.

実施形態の変形例Ａにおいて、タップノズル２８における加圧面の反対方向側には、タップノズル２８を付勢するバネ２９が設けられている。実施形態の変形例Ａによると、タップ時に、タップノズル２８をバネ２９で垂直上方より付勢する事で、造形物を確実に加圧することができる。これにより、造形物において、表層と下層、下層と更にその下層との層間の密着性が向上し、造形物の積層間強度が向上する。 In the modified example A of the embodiment, a spring 29 that biases the tap nozzle 28 is provided on the opposite side of the pressurizing surface of the tap nozzle 28 . According to the modified example A of the embodiment, when tapping, the tap nozzle 28 is urged vertically upward by the spring 29, so that the molded article can be reliably pressed. This improves the adhesion between the surface layer and the lower layer and between the lower layer and the further lower layer in the modeled object, thereby improving the interlaminar strength of the modeled object.

実施形態の変形例Ｅにおいて、三次元造形装置１のヘッドモジュール１０は、造形材料を用いて形成された第１の造形材料層を加熱および加圧し、加熱および加圧された前記第１の造形材料層に、造形材料を吐出して第２の造形材料層を形成することで、第１の造形材料層に前記第２の造形材料層を積層させる。実施形態の変形例Ｅによると、三次元造形装置１の構成部品を低減することが可能であり、コストダウンまたは装置のサイズダウンの点で有効である。 In Modification E of the embodiment, the head module 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1 heats and presses a first modeling material layer formed using a modeling material, and the heated and pressurized first modeling The second modeling material layer is laminated on the first modeling material layer by discharging the modeling material onto the material layer to form the second modeling material layer. According to Modification E of the embodiment, it is possible to reduce the number of constituent parts of the three-dimensional modeling apparatus 1, which is effective in terms of cost reduction or apparatus size reduction.

１三次元造形装置
３造形テーブル
１０ヘッドモジュール
１８吐出ノズル
２０タップモジュール
２８タップノズル
２８´ 加熱プレート
２９バネ
２９´ 電磁マグネット
３７クリーニングブラシ
３８ダストボックス
１００制御部 1 three-dimensional modeling apparatus 3 modeling table 10 head module 18 discharge nozzle 20 tap module 28 tap nozzle 28' heating plate 29 spring 29' electromagnetic magnet 37 cleaning brush 38 dust box 100 control unit

特開２０１５－７４１６４号公報JP 2015-74164 A

Claims

溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて造形材料層を形成し、該造形材料層を積層させて造形する造形装置であって、
前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて形成された造形材料層を走査しながら加圧する加圧手段と、
加圧された第１の造形材料層上に、前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を、前記第１の造形材料層に沿って走査しながら吐出して第２の造形材料層を形成することで、前記第１の造形材料層に前記第２の造形材料層を積層させる吐出手段と、
前記加圧手段および前記吐出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記吐出手段によって前記第２の造形材料層が１層形成されるごとに、前記加圧手段が走査しながら前記第２の造形材料層を加圧することにより、前記第１の造形材料層および前記第２の造形材料層の密着性を向上させるように、前記吐出手段および前記加圧手段を制御する、造形装置。 A modeling apparatus that forms a modeling material layer using a modeling material in a molten or semi-molten state and laminates the modeling material layers to form a model,
a pressing means for scanning and pressurizing the modeling material layer formed using the molten or semi-molten modeling material;
The molten or semi-molten modeling material is ejected onto the pressurized first modeling material layer while scanning along the first modeling material layer to form a second modeling material layer. a discharge means for laminating the second modeling material layer on the first modeling material layer;
and a control means for controlling the pressurizing means and the discharging means,
The control means presses the second modeling material layer while the pressurizing means scans each time one layer of the second modeling material layer is formed by the discharge means, whereby the first A modeling apparatus that controls the discharging means and the pressurizing means so as to improve adhesion between the modeling material layer and the second modeling material layer.

前記加圧手段は、前記造形材料層の断面を変形させるように加圧する、請求項１に記載の造形装置。 2. The modeling apparatus according to claim 1, wherein said pressurizing means pressurizes so as to deform a cross section of said modeling material layer.

前記加圧手段は、前記第１の造形材料層および前記第２の造形材料層を融合するように加圧する、請求項１または２に記載の造形装置。 3. The modeling apparatus according to claim 1, wherein said pressurizing means applies pressure so as to fuse said first modeling material layer and said second modeling material layer.

前記制御手段は、造形物表面の形状が平滑になるように前記加圧手段および前記吐出手段を制御する、請求項１乃至３のいずれかに記載の造形装置。 4. The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein said control means controls said pressure means and said discharge means so that the shape of the surface of a modeled object becomes smooth.

溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて造形材料層を形成し、該造形材料層を積層させて造形する造形装置であって、
前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて形成された造形材料層を走査しながら加熱および加圧する加圧手段と、
加熱および加圧された第１の造形材料層に、前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を前記第１の造形材料層に沿って走査しながら吐出して第２の造形材料層を形成することで、前記第１の造形材料層に前記第２の造形材料層を積層させる吐出手段と、
前記加圧手段および前記吐出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記吐出手段によって前記第２の造形材料層が１層形成されるごとに、前記加圧手段が走査しながら前記第２の造形材料層を加熱および加圧することにより、前記第１の造形材料層および前記第２の造形材料層を溶融させるように、前記吐出手段および前記加圧手段を制御する、造形装置。 A modeling apparatus that forms a modeling material layer using a modeling material in a molten or semi-molten state and laminates the modeling material layers to form a model,
a pressurizing means for heating and pressurizing while scanning the modeling material layer formed using the molten or semi-molten modeling material;
The molten or semi-molten modeling material is discharged onto the heated and pressurized first modeling material layer while scanning along the first modeling material layer to form a second modeling material layer. a discharge means for laminating the second modeling material layer on the first modeling material layer;
and a control means for controlling the pressurizing means and the discharging means,
The control means heats and pressurizes the second modeling material layer while the pressure means scans each time one layer of the second modeling material layer is formed by the discharging means, thereby controlling the second modeling material layer. A modeling apparatus that controls the discharging means and the pressurizing means so as to melt one modeling material layer and the second modeling material layer.

前記制御手段は、前記加圧手段が前記第２の造形材料層を加熱および加圧することにより、前記第１の造形材料層を再溶融させ、前記第１の造形材料層および前記第２の造形材料層の境界部が混合するように、前記加圧手段を制御する、請求項５に記載の造形装置。 The control means causes the pressurizing means to heat and pressurize the second modeling material layer to remelt the first modeling material layer, thereby forming the first modeling material layer and the second modeling material layer. 6. The modeling apparatus according to claim 5, wherein said pressurizing means is controlled so that boundary portions of material layers are mixed.

前記制御手段は、前記第２の造形材料層が造形物の最表層である場合、前記加圧手段を動作させないように制御する、請求項５または６に記載の造形装置。 7. The modeling apparatus according to claim 5, wherein said control means controls said pressure means not to operate when said second modeling material layer is the outermost layer of a modeled object.

溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて造形材料層を形成し、該造形材料層を積層させて造形する造形装置であって、
前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて形成された第１の造形材料層を走査しながら加熱および加圧する加圧手段と、
前記加熱および加圧された前記第１の造形材料層に、前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を、前記第１の造形材料層に沿って走査しながら吐出して第２の造形材料層を形成することで、前記第１の造形材料層に前記第２の造形材料層を積層させる吐出手段と、
前記加圧手段及び前記吐出手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記加圧手段が、前記吐出手段の進行方向において先行し、既に形成された前記第１の造形材料層を加熱および加圧することで前記第１の造形材料層を再溶融させ、
前記吐出手段が、前記再溶融した前記第１の造形材料層に、前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を吐出して、前記第１の造形材料層に前記第２の造形材料層を積層させるように、前記加圧手段および前記吐出手段を制御する、造形装置。 A modeling apparatus that forms a modeling material layer using a modeling material in a molten or semi-molten state and laminates the modeling material layers to form a model,
a pressurizing means for heating and pressurizing while scanning the first modeling material layer formed using the molten or semi-molten modeling material;
The molten or semi-molten modeling material is discharged onto the heated and pressurized first modeling material layer while scanning along the first modeling material layer to form a second modeling material layer. a discharge means for laminating the second modeling material layer on the first modeling material layer by forming a
and a control means for controlling the pressurizing means and the discharge means,
In the control means, the pressure means precedes in the advancing direction of the discharge means and heats and presses the already formed first modeling material layer to re-melt the first modeling material layer. ,
The discharging means discharges the molten or semi-molten modeling material onto the re-melted first modeling material layer, and laminates the second modeling material layer on the first modeling material layer. A modeling apparatus that controls the pressurizing means and the discharging means so as to

前記加圧手段は、前記第１の造形材料層の表面を粗面化する請求項８に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to claim 8, wherein the pressing means roughens the surface of the first modeling material layer.

前記加圧手段は、前記第２の造形材料層の上端よりも低い位置に配置される請求項８または９に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to claim 8 or 9, wherein the pressurizing means is arranged at a position lower than the upper end of the second modeling material layer.

前記制御手段は、前記加圧手段を制御することにより、前記第１の造形材料層と前記第２の造形材料層とを、境界部において混合させる、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の造形装置。 11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the control means mixes the first modeling material layer and the second modeling material layer at a boundary portion by controlling the pressurizing means. The modeling apparatus described.

前記加圧手段の加圧面をクリーニングするクリーニング部材を有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 11, further comprising a cleaning member that cleans the pressurizing surface of the pressurizing means.

前記加圧手段を付勢する付勢手段を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の造形装置。 13. The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 12, further comprising an urging means for urging the pressurizing means.

前記加圧手段は、磁性体によって形成されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the pressurizing means is made of a magnetic material.

吐出手段から吐出される溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて造形材料層を形成し、制御手段によって前記吐出手段を制御することにより該造形材料層を走査しながら積層させて造形物を造形する造形装置であって、
前記制御手段は、前記吐出手段が、前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を用いて形成された第１の造形材料層を走査しながら加熱および加圧して溶融させるとともに、
前記加熱および加圧されて溶融した前記第１の造形材料層に沿って、前記溶融状態または半溶融状態の造形材料を吐出して第２の造形材料層を形成することで、前記第１の造形材料層上に前記第２の造形材料層を積層させるように、前記吐出手段を制御する、造形装置。 A modeling material layer is formed using a molten or semi-molten modeling material discharged from a discharging means, and the discharging means is controlled by a control means to stack and scan the modeling material layers to form a modeled object. A molding device for molding,
The control means causes the discharge means to heat and pressurize the first modeling material layer formed using the molten or semi-molten modeling material while scanning the first modeling material layer, and melts the first modeling material layer.
By discharging the molten or semi-molten modeling material along the first modeling material layer melted by heating and pressurization to form a second modeling material layer, the first modeling material layer is formed. A modeling apparatus that controls the discharge means so as to laminate the second modeling material layer on the modeling material layer.

前記溶融状態または半溶融状態の造形材料は、溶融状態または半溶融状態のフィラメントである、請求項１乃至１５のいずれかに記載の造形装置。 16. The modeling apparatus of any one of claims 1 to 15, wherein the molten or semi-molten modeling material is a molten or semi-molten filament.