JPH1034752A - 三次元造形方法およびそれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 サポート材を使用することなく複雑な形状の
造形物の造形ができ、さらに、高さ補正や平面加工等を
することなく各造形層を均一な厚みの平面層に形成でき
るようにすることにより、造形作業が簡単で、精度のよ
い造形物を得ることのできる三次元造形方法およびそれ
に用いる装置を提供することである。 【構成】 この発明は、上面が非粘着面になった仮テー
ブルと、この仮テーブルの上方に配設され下面が粘着面
になった造形テーブルと、液状の造形剤を仮テーブル上
面に供給するノズルを備えた装置を用い、仮テーブル上
に供給された造形剤層を造形テーブルの下面に当接させ
た状態で硬化させ造形テーブル側に接着させるようにな
っている。したがって、造形物の各層は上層側から下層
側に向かって積層されるようになり、造形物を支えるた
めのサポート材が不要になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、所定形状の造形
剤層を積層していくことにより、任意の三次元造形物を
形成する三次元造形方法およびそれに用いる装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、造形用の材料を複数の層状に
積層して造形を行う三次元造形装置として、種々の装置
がある。このような三次元造形装置の中に、特公平５−
１１７５１号公報に開示されているようなものがある。
この装置は、素材供給部から供給される素材を加熱熔解
部で熔解しノズルから吐出するようになった素材供給加
工軸を備えており、この素材供給加工軸を基準面に対し
て、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動しながら加熱熔解された素材
を供給することにより、造形を行うようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装置を用いた造形方法では、図９に示すように、造形し
ようとする造形物１が、上部側が外側に広がったオーバ
ーハングの角度が急な形状のものである場合や複雑な形
状である場合、サポート材２を用いて、造形物１が傾か
ないように支えたり、台部３の上面を段部に形成して安
定な状態が保てるようにする必要があり、これによって
造形作業が煩雑になるという問題がある。

【０００４】このサポート材２は、造形物１の形状が複
雑になればなるほど、多数が必要となり、作業が極めて
煩雑になる。また、造形物１の形状が、例えば、コップ
をひっくり返したような内部側に天井部があるようなも
のである場合や、天井部が平面状になった中空部を持つ
ものである場合等は、サポート材２の使用ができないた
め造形そのものができなくなり、造形可能な造形物１の
形状に制限があるという問題も有している。

【０００５】さらに、この方法では、各造形層の高さを
均一にしながら素材を供給することが難しく、精度のよ
い造形を行うためには造形中に高さを測定し順次高さ補
正をしながら各造形層を積層していくことが必要になっ
てくる。また、各造形層の上下面を精度よく平面状にす
ることも困難で精度のよい造形物を得ることが難しいと
いう問題も有している。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、サポート材を使用することなくどのように複
雑な形状の造形物の造形もでき、さらに、高さ補正や平
面加工等をすることなく各造形層を均一な厚みの平面状
に形成することができ、その結果、造形作業が簡単にな
り、かつ精度のよい造形物を得ることのできる三次元造
形方法およびそれに用いる装置の提供をその目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の発明者は、上記の問題点を克服するに
は、従来のように、各造形層を下方から上方に向けて積
層していくよりも、上方から下方に向けて積層していく
造形方法がより効果的であることに着目した。そして鋭
意工夫を重ねた結果、この発明を完成した。

【０００８】この発明では、三次元造形装置が、上面が
非粘着面になった仮テーブルと、この仮テーブルの上方
に配設され下面が粘着面になった造形テーブルと、液状
の造形剤を仮テーブル上面に供給するノズルを備えてい
る。そして、上記造形テーブルが仮テーブルに対して相
対的に上下移動可能になっており、上記ノズルが仮テー
ブル上で仮テーブルに対して相対的に前後左右に移動可
能になっている。

【０００９】上記装置を用いて造形を行う際には、ま
ず、仮テーブルの上面に、ノズルで造形剤を所定形状の
層状に供給し、ついで、造形テーブルを仮テーブル側に
下降させてその下面に造形剤層を当接させる。その状態
で、造形剤層を硬化させて造形テーブルの下面に接着さ
せたのち、造形テーブルを上昇させることにより硬化し
た造形剤層を造形テーブルとともに上昇させる。

【００１０】そして、再度、仮テーブルの上面に造形剤
を供給し、造形テーブル下面に接着した硬化造形剤層を
仮テーブル上面の未硬化造形剤層に当接させ、その状態
で未硬化造形剤層を硬化させ上下の両造形剤層を接着さ
せたのち、造形テーブルを上昇させるといったことを繰
り返すことにより所定形状の三次元造形物を造形する。

【００１１】

【発明の実施の形態】すなわち、この発明は、従来例の
ように、ノズルから吐出される素材をサポート材や上面
が段部になった台部で支えながら積層していくといった
ものでなく、一旦仮テーブル上に供給された造形剤層
を、硬化する際に、仮テーブルの上側に配設された造形
テーブルの下面に接着させるようになっている。

【００１２】そして、次の層を形成する造形剤を、同様
にして、仮テーブルの上面に供給したのち、仮テーブル
の上面側に造形テーブルを下降させて、仮テーブル上の
未硬化造形剤層と造形テーブル下面に接着した硬化造形
剤層を当接させる。その状態で、未硬化造形剤層を硬化
させて造形テーブル側の硬化造形剤層に一体的に接着さ
せるといったことを繰り返すことにより、造形物の上層
側から下層側に向かって造形を行うようになっている。

【００１３】したがって、各造形剤層は硬化して一定の
形に定まったのち造形テーブルとともに上昇するように
なり、造形中に造形物を支えるためのサポート材の使用
や台部を段状にする必要がなくなる。また、造形物の形
状が、オーバーハングの角度の急なものであったり、内
部側に天井部や中空部を持つようなものであっても何等
支障なく造形することができるようになる。その結果、
作業が簡単になり、かつ、複雑な形状の造形物が造形で
きるようになる等、造形できる造形物の形状の自由度が
広がるようになる。

【００１４】また、造形剤層が硬化する際、造形剤層の
下面は仮テーブルの上面に接し、上面は造形テーブルの
下面に接しているため、仮テーブルと造形テーブルの停
止位置の間隔を一定にしておくことにより、各造形剤層
は均一な厚みの平面状の層に形成されるようになる。こ
れによって、造形の際に高さ補正を行う必要がなくな
り、かつ精度のよい造形物が得られるようになる。

【００１５】この場合、仮テーブルの上面は非粘着面に
するとともに、造形テーブルの下面は粘着面にして、液
状の造形剤層をこの両テーブルで挟んだ状態で硬化させ
たとき、硬化した造形剤層がその自重で落下しようとす
る力よりも大きな接着力を持って造形テーブルに接着す
ることが必要である。

【００１６】また、同様に、未硬化造形剤層を、仮テー
ブルと硬化造形剤層で挟んだ状態で硬化させたとき、造
形剤層どうしがより強く接着するような造形剤を選択し
て用いることが必要である。つぎに、実施例にもとづい
て、この発明をさらにを詳しく説明する。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 図１は、この発明の一実施例による三次元造形装置１０
を示している。図において、１１は、図示における左右
方向に移動可能に配設されたアルミ製の仮テーブルであ
る。この仮テーブル１１は、上面がフッ素コーティング
が施されて非粘着性になっており、また、上下に貫通す
る小孔１２が所定間隔を保って多数穿設されている。

【００１８】１３は、仮テーブル１１の上方に配設され
た吐出ヘッドであり、ホース１４を介して送られてくる
ゲル状瞬間接着剤（アルファー技研社製 アルテコジェ
ル）からなる造形剤を、下端部に突出しているノズル１
５から仮テーブル１１の上面に吐出するようになってい
る。この吐出ヘッド１３は、前後左右に移動でき、仮テ
ーブル１１の上面に吐出する造形剤を任意の形状の層に
することができるようになっている。

【００１９】また、１６，１７はそれぞれ三次元造形装
置１０の略中央部下部側に上下に配設された一対のクリ
ーニング用ローラである。このローラ１６，１７は仮テ
ーブル１１が図示の右側から左側に向かって移動する際
には、互いの間隔を狭めてそれぞれ仮テーブル１１の上
面，下面に圧接し仮テーブル１１上下面の付着物を除去
するようになっており、それ以外のときは、互いの間隔
を広くした状態に保たれてるようになっている。

【００２０】１８は、ローラ１６，１７の右側に配設さ
れた硬化促進剤噴霧装置であり、上面が開放された薄い
箱形に形成されている。この硬化促進剤噴霧装置１８
は、仮テーブル１１が図示の右側に移動してきた際に、
その下面に密着状態で接触し、連結されたホース１９を
介して送られてくる硬化促進剤（アルファー技研社製ス
プレープライマー）を小孔１２を通して仮テーブル１１
の上面側に吐出するようになっている。

【００２１】２０は、下面が粘着性になったアクリル板
からなる造形テーブルであり、硬化促進剤噴霧装置１８
の上方に上下移動可能な状態で配設されている。なお、
上記造形テーブル２０における下面の粘着性を得るため
には、特に粗面加工等を施す必要はなく、一般に市販さ
れているアクリル板をそのまま使用したものでよい。

【００２２】この構成において、造形物を造形する際に
は、まず、仮テーブル１１を、図２のように吐出ヘッド
１３の下側に位置させ、その状態で、吐出ヘッド１３を
前後左右に移動させながら、ノズル１５から造形剤を吐
出させることにより、仮テーブル１１の上面に所定の形
状の造形剤層２１を形成する。

【００２３】ついで、図３に示すように、仮テーブル１
１を硬化促進剤噴霧装置１８の上面に移動させるととも
に、造形テーブル２０を下方に下降させて、その下面を
仮テーブル１１上の造形剤層２１の上面に当接させる。
その状態で、硬化促進剤噴霧装置１８から硬化促進剤を
噴霧させ造形剤層２１を硬化させる。

【００２４】そして、図４に示すように、造形テーブル
２０を上昇させると、硬化した造形剤層２１は造形テー
ブル２０の下面に接着した状態で仮テーブル１１から剥
離し、造形テーブル２０とともに上昇する。

【００２５】つぎに、図５に示すように、仮テーブル１
１を左側の元の位置の方に移動させると、ローラ１６が
降下するとともに、ローラ１７が上昇して、それぞれ仮
テーブル１１の上面，下面に圧接するようになる。この
結果、仮テーブル１１に付着する硬化促進剤はきれいに
除去される。また、たとえ、仮テーブル１１の上面に造
形剤が残留していても硬化促進剤とともに除去される。

【００２６】そして、再度、仮テーブル１１の上面に造
形剤を供給して、新たな造形剤層を形成し、上記のよう
な操作を繰り返すことにより、図６に示すような、造形
物２２が造形テーブル２０の下面に積層形成される。し
たがって、この造形物２２を造形テーブル２０から取り
外すことにより、造形作業が終了する。なお、上記一連
の操作は、予め準備されたプログラムに基づくコンピュ
ーター制御によって行われる。

【００２７】このように、上記実施例では、造形剤層を
造形物２２の上部側から下部側に向けて形成していくた
め、従来例のようなサポート材等を使用することなく、
複雑な形状等、種々の形状の造形物２２を得ることがで
きる。また、未硬化の造形剤層を、仮テーブル１１と造
形テーブル２０または仮テーブル１１と硬化造形剤層で
挟んだ状態で硬化させるため、各造形剤層が均一の厚み
で、かつ正確な平面状に形成される。

【００２８】この結果、精度のよい造形物が得られるよ
うになる。さらに、造形剤は硬化促進剤を噴霧されるま
で硬化しないため、仮テーブル１１と造形テーブル２０
とによって適正な状態に整形される前に歪んだ状態等で
硬化したりすることがない。

【００２９】また、仮テーブル１１は、硬化促進剤噴霧
装置１８側から吐出ヘッド１３側に移動する度にローラ
１６，１７によって、その表面をクリーニングされるた
め、仮テーブル１１に造形剤を吐出した直後から、仮テ
ーブル１１上の造形剤層２１を造形テーブル２０に密着
させるまでの間に造形剤層２１が硬化することが防止さ
れ、また、造形物２２内に不純物等が混入することも防
止される。

【００３０】実施例２ 図７に示した三次元造形装置２５では、仮テーブル２６
が、実施例１の仮テーブル１１と同様、上面にフッ素コ
ーティングが施されたアルミ製の板状体で構成され、そ
の内部における上部側に加熱用のヒーター２７が埋設さ
れそのヒーター２７の下側に冷却用の水管２８が埋設さ
れている。

【００３１】そして、仮テーブル２６の上方には、外部
から供給されるワイヤー状のＡＢＳ樹脂からなる造形剤
２９を加熱熔解したのち、下端部に突出しているノズル
３０から仮テーブル２６の上面に吐出する加熱ヘッド３
１が前後左右に移動可能に配設されている。

【００３２】３２は実施例１における造形テーブル２０
と同様のアクリル板からなる造形テーブルである。な
お、この造形テーブル３２は、造形テーブル２０と同様
上下に移動でき、上記仮テーブル２６は仮テーブル１１
と同様左右に移動可能になっている。

【００３３】そして、造形の際には、まず、ヒーター２
７をオンにして仮テーブル２６の上面を加熱保持した状
態で、加熱ヘッド３１から溶融造形剤を仮テーブル２６
上に吐出させる。ついで、仮テーブル２６を造形テーブ
ル３２の下方に移動させるとともに、造形テーブル３２
を降下させてその下面を造形剤層の上面に当接させる。

【００３４】つぎに、ヒーター２７をオフにして加熱を
止め、同時にホース３３を介して水管２８内に冷却水を
流し込んで仮テーブル２６の上面および造形剤層を冷却
する。その結果、造形剤層は硬化し造形テーブル３２の
下面に接着するようになる。

【００３５】そして、造形テーブル３２を上昇させると
ともに、仮テーブル２６を加熱ヘッド３１の下方に移動
させ、再度、仮テーブル２６上に造形剤層を形成すると
いった上記と同様の操作を繰り返すことにより、上記実
施例１によって得られた造形物２２と同様の造形物が得
られる。

【００３６】実施例３ 図８に示した三次元造形装置３５では、左右に移動可能
な仮テーブル３６が、上面にフッ素コーティングが施さ
れたガラス製の板状体で構成されている。そして、仮テ
ーブル３６の上方には、実施例１の吐出ヘッド１３と同
様の吐出ヘッド３７がノズル３８を下方に突出させた状
態で前後左右に移動可能に配設されている。

【００３７】３９は、図示における右側下方に配設され
た紫外線照射ランプであり、その照射口を上方に向けて
いる。そして、この紫外線照射ランプ３９の上方にアク
リル板からなる造形テーブル４０が上下移動可能に配設
されている。

【００３８】この場合、造形剤としては、紫外線硬化樹
脂が用いられる。したがって、この三次元造形装置３５
は、周囲が紫外線を遮蔽する遮蔽材（図示せず）で囲わ
れて造形剤が不用意に硬化しないようにされている。

【００３９】造形の際には、まず、吐出ヘッド３７から
造形剤を仮テーブル３６上に吐出させる。ついで、仮テ
ーブル３６を造形テーブル４０の下方に移動させるとと
もに、造形テーブル４０を降下させてその下面を造形剤
層の上面に当接させる。つぎに、紫外線照射ランプ３９
をオンにして仮テーブル３６を通して紫外線を造形層に
照射する。その結果、造形剤層は硬化し造形テーブル４
０の下面に接着するようになる。

【００４０】そして、造形テーブル４０を上昇させると
ともに、仮テーブル３６を吐出ヘッド３７の下方に移動
させ、再度、仮テーブル３６上に造形剤層を形成すると
いった上記と同様の操作を繰り返すことにより、造形物
が得られる。

【００４１】なお、上記実施例２および３の三次元造形
装置２５，３５においては、仮テーブル２６，３６の表
面をクリーニングするためのローラが設けられてない
が、このような三次元造形装置２５，３５にもローラを
配設することが好ましい。ただし、この場合には仮テー
ブル２６，３６の上面をクリーニングするローラだけで
よく、下面側にはローラは不要である。これによって、
不純物の除去ができ、より質のよい造形物が得られるよ
うになる。

【００４２】また、上記実施例１ないし３においては、
仮テーブル１１，２６，３６が左右に移動し、造形テー
ブル２０，３２，４０が上下に移動するようになってい
るが、この発明はこれに限定するものではなく、仮テー
ブルまたは造形テーブルの一方を固定するとともに、他
方を上下移動可能にし、仮テーブルと造形テーブルの間
隔が開いた時に、吐出ヘッドまたは加熱ヘッドが仮テー
ブルの上面側に移動しそこで前後左右に移動しながら造
形剤を供給するようにしてもよい。

【００４３】また、他の方法であっても、要は、仮テー
ブルに対して、造形テーブルが相対的に上下移動可能に
なり、ノズルが相対的に前後左右に移動できるようにな
っているものであればよい。さらに、造形剤の種類も前
述のものに限らず、同様の材質をもち同様の使用ができ
るものであれば含むものとする。

【００４４】

【発明の効果】この発明は、以上のように、上面が非粘
着面になった仮テーブルの上方に、下面が粘着面になっ
た造形テーブルを配設し、仮テーブルの上面に供給され
た液状の造形剤を仮テーブルと造形テーブルで挟んだ状
態で硬化するようになっている。したがって、硬化した
造形剤層は造形テーブルの下面側に順次積層されていく
ようになる。この結果、造形中に造形物を支えるサポー
トや台部を段状にする必要がなくなる。

【００４５】また、造形物の形状が、オバーハングの角
度の急なものであったり、内部側に中空部を持つような
ものであっても造形することができるようになる。さら
に、未硬化の造形剤層は、仮テーブルの上面と造形テー
ブルの下面に接した状態で硬化されるため、形成される
各造形剤層は均一な厚みの平面状の層に形成されるよう
になる。これによって、造形の際に高さ補正を行う必要
がなくなり、かつ精度のよい造形物が得られるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による三次元造形装置を示
す構成図である。

【図２】仮テーブル上に造形剤を供給する状態を示す三
次元造形装置の構成図である。

【図３】造形剤層を硬化する状態を示す三次元造形装置
の構成図である。

【図４】硬化した造形剤層が造形テーブルに密着した状
態を示す三次元造形装置の構成正面図である。

【図５】仮テーブルをクリーニングする状態を示す三次
元造形装置の構成図である。

【図６】造形物が造形された状態を示す三次元造形装置
の構成図である。

【図７】実施例２による三次元造形装置を示す構成図で
ある。

【図８】実施例３による三次元造形装置を示す構成図で
ある。

【図９】従来例による造形方法を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１０，２５，３５ 三次元造形装置 １１，２６，３６ 仮テーブル １２ 小孔 １３，３７ 吐出ヘッド １５，３０，３８ ノズル １８ 硬化促進剤供給部 ２０，３２，４０ 造形テーブル ２１ 造形剤層 ２２ 造形物 ２７ ヒーター ２８ 水管 ２９ 造形剤 ３１ 加熱ヘッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面が非粘着面になった仮テーブルの上
   方に、下面が粘着面になった造形テーブルを仮テーブル
   に対して相対的に上下移動可能に配設するとともに、液
   状の造形剤を供給するノズルを上記仮テーブル上で仮テ
   ーブルに対して相対的に前後左右に移動可能に配設した
   装置を用い、上記仮テーブルの上面に、上記ノズルで造
   形剤を所定形状の層状に供給したのち、この造形剤層に
   上記造形テーブルの下面を当接させ、その状態で、造形
   剤層を硬化させて造形テーブルの下面に接着させたの
   ち、上記造形テーブルを硬化造形剤層とともに上昇さ
   せ、さらに、上記仮テーブルの上面に、造形剤を所定形
   状の層状に供給し、この造形剤層に上記造形テーブル下
   面に接着した硬化造形剤層を当接させ、その状態で、下
   層の造形剤層を硬化させ上下の両造形剤層を接着させた
   のち、上記造形テーブルを両硬化造形剤層とともに上昇
   させるといったことを繰り返すことにより、造形テーブ
   ルの下面側に順次造形剤層を積層して所定形状の三次元
   造形物を造形することを特徴とする三次元造形方法。
2. 【請求項２】 上下に貫通する複数の小孔が所定間隔で
   穿設され上面が非粘着面になった仮テーブルと、この仮
   テーブルの上面に対して相対的に前後左右に移動しその
   下端部に設けられたノズルからゲル状の接着剤からなる
   造形剤を上記仮テーブル上面に供給する造形剤供給部
   と、上記仮テーブルに対して相対的に上下移動し下面が
   粘着面になって上記仮テーブル上に供給された造形剤層
   がこれに当接した状態で硬化すると接着する造形テーブ
   ルと、上記仮テーブルの下側から上側に小孔を介して造
   形剤硬化促進剤を供給する硬化促進剤供給部を備えたこ
   とを特徴とする三次元造形装置。
3. 【請求項３】 上面が非粘着面になりその上面側を加熱
   する加熱部と冷却する冷却部が設けられた仮テーブル
   と、この仮テーブルの上面に対して相対的に前後左右に
   移動しその下端部に設けられたノズルから熱可塑性樹脂
   からなる造形剤を加熱状態で上記仮テーブル上面に供給
   する造形剤供給部と、上記仮テーブルに対して相対的に
   上下移動し下面が粘着面になって上記仮テーブル上に供
   給された造形剤層がこれに当接した状態で冷却硬化する
   と接着する造形テーブルを備えたことを特徴とする三次
   元造形装置。
4. 【請求項４】 上面が非粘着面になった透明な材質から
   なる仮テーブルと、この仮テーブルの上面に対して相対
   的に前後左右に移動しその下端部に設けられたノズルか
   ら紫外線硬化樹脂からなる造形剤を上記仮テーブル上面
   に供給する造形剤供給部と、上記仮テーブルに対して相
   対的に上下移動し下面が粘着面になって上記仮テーブル
   上に供給された造形剤層がこれに当接した状態で硬化す
   ると接着する造形テーブルと、上記仮テーブルの下側か
   ら上側に向けて紫外線を照射する紫外線照射部を備えた
   ことを特徴とする三次元造形装置。