JP7308240B2 - 3dプリンタ - Google Patents
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よって、3D印刷の速度に向上の余地がある。
又、複数の素材の3D印刷による、複数の材料から成る印刷対象物(製品)の造形に手間がかかる。
又、本発明の別の主な目的は、複数の素材の3D印刷による、複数の材料から成る製品の造形がより容易である3Dプリンタを提供することである。
請求項2に記載の発明は、上記発明において、前記ヘッドはヘッド孔を有しており、進行した前記ノズルは、前記ヘッド孔から突出することを特徴とするものである。
請求項3に記載の発明は、上記発明において、複数の前記チューブ、複数の前記ノズル、及び前記ヘッドのセットであるヘッドセットが、複数設けられており、各前記ヘッドセットが、互いに異なるロボットアームに設けられることを特徴とするものである。
請求項4に記載の発明は、上記発明において、前記ノズルは、前記素材を通すノズル孔を有しており、前記ノズル孔の最大寸法は、1000nm以下であることを特徴とするものである。
又、本発明の別の主な効果は、複数の素材の3D印刷による、複数の材料から成る製品の造形がより容易である3Dプリンタが提供されることである。
3Dプリンタ1は、ハウジング2と、昇降テーブル4と、タンク6と、複数のヘッドセット7と、複数のロボットアーム8と、制御部としての制御装置9を有する。
図2は、3Dプリンタ1(タンク6及び制御装置9を除く)の模式的な天井付近横断面図である。
ハウジング2は、天井2F、及び複数(4つ)の壁2Wを有する。
尚、ハウジング2は、フレーム状等であっても良い。
昇降部4Eは、各支持部4Bに、水平な状態で昇降可能に支持される。
尚、昇降部4Eは、水平以外の姿勢を保持可能とされ、姿勢変化可能とされても良い。
タンク6は、ハウジング2外に設けられる。尚、タンク6は、ハウジング2内に設けられても良い。
各ヘッドセット7は、互いに異なるロボットアーム8毎に搭載される。
図3は、ヘッド7H及びその隣接部の模式的な中央縦断面図である。
尚、チューブ7Tは、1つの素材に対し2本以上設けられても良い。素材毎にチューブ7Tの本数が変えられても良い。又、チューブ7Tは、9本以下であっても良いし、11本以上であっても良い。
各ノズル7Nは、対応するチューブ7Tを介した押し引きにより、進退可能である。かようなチューブ7Tを介した押し引きは、チューブ7Tをアクチュエータで押すことにより行える。進行したノズル7Nの先端部は、ヘッド孔7Eから突出し、素材を噴射する位置となる。退行したノズル7Nは、ヘッド孔7Eに没入し、素材を噴射する位置から退く。ヘッド孔7Eからは、1つのノズル7Nが突出し、他のノズル7Nはヘッド孔7Eに没入する。ヘッド孔7Eから突出するノズル7Nは、切替可能である。何れか1つのノズル7Nがアクチュエータの押し出しにより進出する場合、既に進出している1つのノズル7Nは、アクチュエータを用いた引き込みにより退行し、ヘッド孔7Eに没入する。又、各ノズル7Nは、対応するチューブ7Tを通過した素材を受け入れる。ヘッド孔7Eから突出したノズル7Nは、素材を、ノズル孔7Jから噴射する。ノズル孔7Jは、素材を通す。素材の噴射は、ピストン及びポンプの少なくとも一方により行える。
尚、ノズル7Nの進退は、ノズル7Nの押し引きに変えて、あるいはノズル7Nの押し引きと共に、ヘッド7Hの移動(回転移動及び姿勢変化を含む)により行われても良い。進行したノズル7Nは、先端部のみヘッド孔7Eから突出するものに限られず、全体的にヘッド孔7Eから突出しても良いし、ヘッド孔7Eから突出せず、ヘッド孔7E内における、他のノズル7Nよりヘッド孔7Eに最も近い位置(ヘッド孔7Eを通じて素材を噴射する位置)に進行しても良い。更に、何れか1つのノズル7Nがヘッド孔7Eから突出せず、複数のノズル7Nがヘッド孔7Eから突出しても良いし、一部又は全部のノズル7Nがヘッド7Hの先端部において並べられていても良い。各ノズル7Nがヘッド孔7Eから常に出ており、素材を噴射するノズル7Nが他のノズル7Nに対して進行しても良い。各ノズル7Nからの素材の吐出は、素材の噴射に代えて、あるいは素材の噴射と共に、素材の滴下等とされても良い。一部のノズル7Nにおいて素材が噴射され、他のノズル7Nにおいて素材が滴下されても良い。
ヘッドセット7付きのロボットアーム8の他の一部(8台)は、それぞれハウジング2の内側面から内方へ延びる状態で設けられる。これらのロボットアーム8は、各側面毎に2台ずつ、側面への接続部(基端部)が水平に並ぶ状態で配置される。これらのロボットアーム8の基端部は、上方からみて、これらのロボットアーム8が設置される側面に最も近い天井2Fからの3台のロボットアーム8における各基端部の間に配置される。尚、側面に設けられるロボットアーム8の台数は、7台以下(0台を含む)であっても良いし、9台以上であっても良い。又、各側面におけるロボットアーム8の配置は、他のものであっても良い。
制御装置9は、昇降テーブル4に接続され、昇降部4Eの上下方向の位置を制御する。
又、制御装置9は、各ヘッドセット7に接続され、ヘッド孔7Eから突出するノズル7Nの選択状態、及び各ノズル7Nからの素材の噴射状態を制御する。
更に、制御装置9は、各ロボットアーム8に接続され、ロボットアーム8の各関節8Jの状態(ヘッド7Hの位置及び向き)を制御する。
尚、制御装置9(記憶手段)は、昇降部遷移情報、アーム遷移情報及びノズル遷移情報のみを記憶し、3Dデータを記憶していなくても良い。昇降部遷移情報、アーム遷移情報及びノズル遷移情報の少なくとも何れかの3Dデータからの演算は、制御装置9以外(例えば外部のコンピュータ)で行われても良い。又、昇降テーブル4が省略され、昇降部遷移情報が省略されても良い。
まず、制御装置9は、昇降部4Eを初期位置(ここでは最上位置)とする。又、制御装置9は、各ロボットアーム8によりヘッド7Hを初期位置とすると共に、ヘッド孔7Eから突出するノズル7Nの種類を初期のものとする。尚、初期状態では、制御装置9は、各ノズル7Nからの素材の噴射を停止(オフ)させている。
ノズル7Nのヘッド孔7Eからの突出により、素材の種類が変わってもヘッド7Hにおけるノズル孔7Jの位置が不変となることから、制御装置9によるロボットアーム8を介したヘッド7Hの位置決め制御は容易である。
アーム遷移情報は、当該第1層を17のエリアに分け、エリア毎に異なるロボットアーム8を当てて作成されている。よって、各ロボットアーム8は、第1層のうちの対応するエリアを、座標に対応して適宜切り替えられるノズル7Nに係る素材の噴射により形成する。各ヘッドセット7及び各ロボットアーム8によるエリア内の製品部分の形成は、適宜併行される。
同様に、制御装置9は、更に解像度分だけ昇降部4Eを下げ、第k+1層を、第k層上に、各ロボットアーム8に同時形成させ、製品完成まで繰り返す。
尚、制御装置9は、製品形状(3Dデータ)に応じ、一部又は全部の層の形成において一部のヘッドセット7及び一部のロボットアーム8の少なくとも何れかを作動させなくても良い。又、制御装置9は、所定の昇降部4Eの位置で複数層(例えば10層)形成させ、その複数層の形成後、その複数層の分(例えば解像度の10倍)、昇降部4Eを下降させても良い。当該複数層の層数は、段階毎に相違しても良い。制御装置9は、昇降部4Eを一旦上昇させても良い。解像度は、上下方向と水平方向(前後左右方向)とで異なっていても良い。解像度は、前後方向と左右方向とで異なっていても良い。各ヘッド7Hの向きは、ヘッド孔7E(ノズル孔7J)が下側となる向きに限られず、ヘッド孔7E(ノズル孔7J)が左側あるいは右側となる向き等であっても良い。即ち、素材は、上方からの噴射に限定されず、側方等からの噴射がなされても良い。素材の一部又は全部は、UV(紫外線)等の電磁波により固化しあるいは固化が促進されるものであっても良い。この場合、3Dプリンタ1は、噴射された素材(固化前の素材)に電磁波を照射するランプを備えていても良い。ランプは、電磁波により固化する素材の噴射時のみに電磁波を照射しても良いし、素材の種類にかかわらず噴射時にのみに電磁波を照射しても良いし、製品の形成中に常時電磁波を照射しても良い。
製品の形成時、素材毎に設けられるノズル7Nの群から素材を実際に噴射するノズル7Nが選択され、ノズル7N(噴射する素材の種類)が切替可能であることから、3Dプリンタ1は、4Dプリンタと捉え得る。
又、3Dプリンタ1では、ノズル孔7Jの直径が1000nm以下であることから、ナノオーダーの解像度において精緻に製品が形成されることから、3Dプリンタ1は、ナノ3Dプリンタと捉え得る。
更に、これらの点を組み合わせれば、3Dプリンタ1は、4Dナノプリンタと捉え得る。
又、ヘッド7Hはヘッド孔7Eを有しており、進行したノズル7Nは、ヘッド孔7Eから突出する。よって、複数の材料から成る製品の造形のための位置制御が、より容易となる。
更に、複数のチューブ7T、複数のノズル7N、及びヘッド7Hのセットであるヘッドセット7が、複数設けられており、各ヘッドセット7が、互いに異なるロボットアーム8に設けられる。よって、3D印刷の速度が向上した3Dプリンタが提供される。
加えて、ノズル7Nは、素材を通すノズル孔7Jを有しており、ノズル孔7Jの最大寸法は、1000nm以下である。よって、素子付き回路基板等の高い精度が要求される製品が作製可能となり、又極小電子部品等の小さい製品が作製可能となる。
Claims (4)
- 互いに異なる素材を供給する複数のチューブと、
各前記チューブの先端部に設けられており前記素材を吐出可能なノズルと、
各前記ノズルが進退可能に入るヘッドと、
一部の前記ノズルであって他のノズルに対して進行する前記ノズルを切り替えて、進行した前記ノズルから前記素材を吐出させる制御部と、
を備えている
ことを特徴とする3Dプリンタ。 - 前記ヘッドはヘッド孔を有しており、
進行した前記ノズルは、前記ヘッド孔から突出する
ことを特徴とする請求項1に記載の3Dプリンタ。 - 複数の前記チューブ、複数の前記ノズル、及び前記ヘッドのセットであるヘッドセットが、複数設けられており、
各前記ヘッドセットが、互いに異なるロボットアームに設けられる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の3Dプリンタ。 - 前記ノズルは、前記素材を通すノズル孔を有しており、
前記ノズル孔の最大寸法は、1000nm以下である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れかに記載の3Dプリンタ。
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