JP7347030B2 - Three-dimensional object manufacturing device and three-dimensional object manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、立体造形物の製造装置、及び立体造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for manufacturing a three-dimensional structure and a method for manufacturing a three-dimensional structure.
インクジェット方式による三次元造形方式として、光硬化性樹脂をインクジェットヘッドから吐出するMaterial Jet方式(MJ方式)、薄い層状の粉面上の造形領域に架橋剤となるインクをインクジェットヘッドから吐出するBinder Jet方式(BJ方式)、薄い層状の粉面上の造形領域に放射線吸収剤を含んだインクをインクジェットヘッドから吐出し、放射エネルギーを加えて粉体を溶融・凝固させるHigh Speed Sintering方式(HSS方式)などが既に知られている。 Three-dimensional modeling methods using the inkjet method include the Material Jet method (MJ method), in which a photocurable resin is ejected from an inkjet head, and the Binder Jet method, in which an ink serving as a crosslinking agent is ejected from an inkjet head onto a modeling area on a thin layered powder surface. (BJ method), High Speed Sintering method (HSS method) in which ink containing a radiation absorber is ejected from an inkjet head onto the modeling area on a thin layer of powder, and radiant energy is applied to melt and solidify the powder. etc. are already known.
インクジェット方式では、ヘッドの各ノズルから吐出された液滴が霧状のミストとなって空気中を浮遊し、そのミストがノズル面に付着するとノズル面の汚れとなり、液滴の吐出量の低下、及び液滴が吐出されないことなどの吐出不良が発生することがある。あるいは、吐出頻度が低いノズルの場合、ノズル内の液滴が増粘することで、吐出不良が発生する場合もある。三次元造形中にこのような吐出不良が生じた場合、強度不足などの造形品質不良が生じる。また、この品質不良を解消するための方法として、ノズル列方向(副走査方向)にヘッドをシフトさせる方法が開示されているが、シフトさせるピッチと同じピッチで吐出不良が発生した場合には、品質不良は解消できない。また分割吐出させる方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)が、造形速度を著しく低下させるという問題があった。 In the inkjet method, droplets ejected from each nozzle of the head become a mist that floats in the air, and when that mist adheres to the nozzle surface, it becomes dirty, reducing the amount of droplets ejected, and Also, ejection failure such as droplets not being ejected may occur. Alternatively, in the case of a nozzle that ejects infrequently, droplets within the nozzle may thicken, resulting in ejection failure. If such ejection failure occurs during three-dimensional modeling, printing quality defects such as insufficient strength will occur. In addition, as a method to eliminate this quality defect, a method of shifting the head in the nozzle row direction (sub-scanning direction) has been disclosed, but if an ejection defect occurs at the same pitch as the pitch to be shifted, Quality defects cannot be resolved. Further, a method of discharging in parts has been disclosed (see, for example, Patent Document 1), but there is a problem in that the printing speed is significantly reduced.
本発明は、造形速度の低下を抑えつつ、吐出不良が生じた場合でも造形品質の低下を抑えることができる立体造形物の製造装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus for a three-dimensional object that can suppress a decline in modeling quality even when an ejection failure occurs while suppressing a decline in modeling speed.
上記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造装置は、
インクを用いて形成した造形層を積層して立体造形物を製造する立体造形物の製造装置であって、
前記インクを吐出するノズルが副走査方向に複数並んで配列されているノズル列を有するヘッドと、
前記ノズル列に直交する方向である主走査方向に前記ヘッドを移動させる主走査移動手段と、
前記副走査方向に前記ヘッドを移動させる副走査移動手段と、
前記造形層を支持する支持体と、
前記ヘッドを前記支持体の上方を移動させて前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが前記造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際に、n番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の中心点の軌跡を線(線n)で表し、前記n番目の造形層又はその前駆体層の上に積層されたn+1番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の前記中心点の移動の軌跡を線(線n+1)で表したとき、前記線nと前記線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、前記ヘッドの移動を制御するヘッド移動制御手段と、
を有することを特徴とする。
The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present invention as a means for solving the above problems includes:
A three-dimensional object manufacturing device that manufactures a three-dimensional object by laminating modeling layers formed using ink,
a head having a nozzle row in which a plurality of nozzles for ejecting the ink are arranged side by side in the sub-scanning direction;
main scanning moving means for moving the head in a main scanning direction that is a direction perpendicular to the nozzle row;
sub-scanning moving means for moving the head in the sub-scanning direction;
a support that supports the modeling layer;
When the head is moved above the support and the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the n-th modeling layer or a line (line n) represents the locus of the center point of the nozzle row when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the precursor layer; The nozzle array when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle array toward the n+1-th modeling layer or its precursor layer laminated on the modeling layer or its precursor layer. head movement control means for controlling the movement of the head so that when the locus of movement of the center point of the head is represented by a line (line n+1), the line n and the line n+1 do not overlap and are not parallel; ,
It is characterized by having the following.
本発明によると、造形速度の低下を抑えつつ、吐出不良が生じた場合でも造形品質の低下を抑えることができる立体造形物の製造装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a manufacturing apparatus for a three-dimensional object that can suppress a decrease in modeling quality even when a discharge failure occurs while suppressing a decrease in modeling speed.
(立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法)
本発明の立体造形物(3次元造形物)の製造装置は、インクを用いて形成した造形層を積層して立体造形物を製造する立体造形物の製造装置である。
本発明の立体造形物の製造方法は、インクを用いて形成した造形層を積層して立体造形物を製造する立体造形物の製造方法である。
前記立体造形物の製造装置は、ヘッドと、主走査移動手段と、副走査移動手段と、支持体と、ヘッド移動制御手段とを少なくとも有し、更に必要に応じて、粉末層形成手段、放射エネルギー付与手段などのその他の手段を有する。
前記立体造形物の製造方法は、ヘッドと、主走査移動手段と、副走査移動手段と、支持体とを少なくとも用い、更に必要に応じて、その他の手段を用いる。
前記立体造形物の製造方法は、例えば、粉末層形成工程と、放射エネルギー付与工程などの工程を含む。
(Three-dimensional object manufacturing device, three-dimensional object manufacturing method)
The manufacturing device for a three-dimensional molded object (three-dimensional molded object) of the present invention is a three-dimensional molded object manufacturing device that manufactures a three-dimensional molded object by laminating modeling layers formed using ink.
The method for manufacturing a three-dimensional object of the present invention is a method for manufacturing a three-dimensional object, in which a three-dimensional object is manufactured by laminating modeling layers formed using ink.
The apparatus for manufacturing a three-dimensional object has at least a head, a main scanning movement means, a sub-scanning movement means, a support, and a head movement control means, and further includes a powder layer forming means, a radiation It has other means such as energy imparting means.
The method for manufacturing a three-dimensional object uses at least a head, a main scanning moving means, a sub scanning moving means, and a support, and further uses other means as necessary.
The method for manufacturing the three-dimensional structure includes, for example, a powder layer forming step and a radiant energy applying step.
前記ヘッド移動制御手段は、前記ヘッドを前記支持体の上方を移動させて前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが前記造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際に、n番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の中心点の軌跡を線(線n)で表し、前記n番目の造形層又はその前駆体層の上に積層されたn+1番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の前記中心点の移動の軌跡を線(線n+1)で表したとき、前記線nと前記線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、前記ヘッドの移動を制御する。 The head movement control means moves the head above the support to eject the ink from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle array toward the modeling layer or its precursor layer. A line (line n) represents the locus of the center point of the nozzle row when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the n-th modeling layer or its precursor layer. The ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the n+1-th building layer or its precursor layer laminated on the n-th building layer or its precursor layer. When the trajectory of the movement of the center point of the nozzle row is represented by a line (line n+1), the movement of the head is controlled so that the line n and the line n+1 do not overlap or are parallel Control.
そして、例えば、ヘッド移動制御手段によるヘッドの移動の制御が繰り返され、造形層が積層されて立体造形物が製造される。 Then, for example, the movement of the head is repeatedly controlled by the head movement control means, the modeling layers are stacked, and a three-dimensional object is manufactured.
本発明の立体造形装置の製造装置、及び製造方法が適用される立体造形の方式としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Material Jet方式(MJ方式)、Binder Jet方式(BJ方式)、High Speed Sintering方式(HSS方式)などが挙げられる。 There are no particular restrictions on the method of three-dimensional modeling to which the manufacturing device and method of manufacturing a three-dimensional modeling device of the present invention are applied, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, Material Jet method (MJ method), Examples include the Binder Jet method (BJ method) and the High Speed Sintering method (HSS method).
本発明の立体造形装置の製造装置、及び製造方法におけるインクの吐出は、いわゆるインクジェット方式である。 The ink ejection in the manufacturing apparatus and manufacturing method of the three-dimensional modeling apparatus of the present invention is a so-called inkjet method.
ここで、ヘッドを支持体の上方を移動させてノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際の造形層又はその前駆体層、n番目の造形層又はその前駆体層、及びn+1番目の造形層又はその前駆体層が、ともに造形層の場合、立体造形の方式は、例えば、Material Jet方式(MJ方式)であり、モデル材及びサポート材からなる造形層の上に、モデル材及びサポート材を形成するためのインクが吐出される。
一方、ヘッドを支持体の上方を移動させてノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際の造形層又はその前駆体層、n番目の造形層又はその前駆体層、及びn+1番目の造形層又はその前駆体層が、ともに造形層の前駆体層の場合は、立体造形の方式は、例えば、Binder Jet方式(BJ方式)又はHigh Speed Sintering方式であり、粉末を含有する粉末層である前駆体層の上に、架橋剤を含有するインク又は放射エネルギー吸収剤を含有するインクが吐出される。
Here, the building layer or its precursor layer when the head is moved above the support and ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the building layer or its precursor layer, n When the th modeling layer or its precursor layer and the n+1th modeling layer or its precursor layer are both modeling layers, the three-dimensional modeling method is, for example, the Material Jet method (MJ method), and the model material and Ink for forming the model material and the support material is ejected onto the modeling layer made of the support material.
On the other hand, when the head is moved above the support and ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the n-th When the modeling layer or its precursor layer and the n+1-th modeling layer or its precursor layer are both precursor layers of the modeling layer, the three-dimensional modeling method is, for example, the Binder Jet method (BJ method) or the High This is a speed sintering method, and an ink containing a crosslinking agent or an ink containing a radiant energy absorber is ejected onto a precursor layer that is a powder layer containing powder.
<ヘッド>
ヘッドは、インクを吐出するノズルが副走査方向に複数並んで配列されているノズル列を有する。
ヘッドは、ノズルからインクを吐出する。
ヘッドにおいて、ノズルの形状、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ノズルは、ヘッドを構成する面に形成された貫通孔であってもよい。
<Head>
The head has a nozzle row in which a plurality of nozzles for ejecting ink are arranged side by side in the sub-scanning direction.
The head ejects ink from nozzles.
In the head, the shape and structure of the nozzle are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the nozzle may be a through hole formed in a surface constituting the head.
ノズルにおける吐出口(例えば、ヘッドを構成する面に形成された貫通孔)の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ノズル列におけるノズルの数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
ヘッドにおいて、ノズル列は、1列であってもよいし、複数列であってもよい。
There is no particular restriction on the size of the ejection opening (for example, a through hole formed in a surface constituting the head) in the nozzle, and it can be appropriately selected depending on the purpose.
The number of nozzles in the nozzle row is not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose.
In the head, the number of nozzle rows may be one row or multiple rows.
ヘッドとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、圧電素子(ピエゾ素子)型ヘッド、熱膨張(サーマル)型ヘッドなどが挙げられる。 The head is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and includes, for example, a piezoelectric element head, a thermal expansion head, and the like.
Material Jet方式(MJ方式)の場合、例えば、前記ヘッドが、2つのノズル列を有し、1のノズル列のノズルからモデル材としてのインクを吐出させ、他のノズル列のノズルからサポート材としてのインクを吐出させる。 In the case of the Material Jet method (MJ method), for example, the head has two nozzle rows, and ink is ejected as a model material from the nozzles of one nozzle row, and ink is ejected as a support material from the nozzles of the other nozzle row. of ink is ejected.
<主走査移動手段>
主走査移動手段としては、ノズル列に直交する方向である主走査方向に前記ヘッドを移動させる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、モータ、1軸アクチュエータなどが挙げられる。
ヘッドの主走査方向への移動は、通常、往復移動である。
<Main scanning movement means>
The main scanning moving means is not particularly limited as long as it moves the head in the main scanning direction, which is a direction perpendicular to the nozzle array, and can be selected as appropriate depending on the purpose. Examples include shaft actuators.
The movement of the head in the main scanning direction is usually a reciprocating movement.
<副走査手段>
副走査手段は、副走査方向にヘッドを移動させる手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、モータ、1軸アクチュエータなどが挙げられる。
<Sub-scanning means>
The sub-scanning means is not particularly limited as long as it is a means for moving the head in the sub-scanning direction, and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include a motor, a single-axis actuator, and the like.
<支持体>
支持体としては、造形層又はその前駆体層を支持することができれば、その大きさ、形状、構造、材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、特開2000-328106号公報の図1に記載の装置におけるベースプレート、などが挙げられる。
支持体の表面、即ち、造形層を載置する載置面としては、例えば、平滑面であってもよいし、粗面であってもよく、また、平面であってもよいし、曲面であってもよい。
<Support>
As long as the support can support the modeling layer or its precursor layer, its size, shape, structure, and material are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include the base plate in the device shown in FIG. 1 of Japanese Patent No. 328106.
The surface of the support, that is, the mounting surface on which the modeling layer is placed, may be, for example, a smooth surface, a rough surface, a flat surface, or a curved surface. There may be.
<ヘッド移動制御手段>
ヘッド移動制御手段は、ヘッドを支持体の上方を移動させてノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際に、n番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出されるときのノズル列の中心点の軌跡を線(線n)で表し、n番目の造形層又はその前駆体層の上に積層されたn+1番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出されるときのノズル列の中心点の移動の軌跡を線(線n+1)で表したとき、線nと線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、ヘッドの移動を制御する。ここで、nは正の整数である。
ノズルの吐出不良が発生した場合、後述する図6及び図8に示すように、不吐出のスジが発生し、スジの位置で決着力が不足し、得られる立体造形物が強度不足になる。
一方、本発明では、ヘッド移動制御手段によりヘッドの移動を上記のように制御することで、ノズルの吐出不良が発生した場合でも、後述する図9A及び図10に示すように、2層の同じ列に不吐出のスジが生じることがない。さらには、不吐出のスジが交差する場合でも、その交差する点以外は不吐出が造形層の厚み方向に連続する部分が無くなる。そのため、得られる立体造形物の強度不足を防ぐことができる。
さらに、造形速度に関しては、主走査方向のみの走査よりも造形速度は若干低下するものの、特開2017-105141号公報に記載の発明のように分割吐出させる場合と比べて造形速度は早く、造形速度が低下することを抑えることができる。
<Head movement control means>
The head movement control means moves the head above the support to eject ink from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the building layer or its precursor layer. Or, the locus of the center point of the nozzle row when ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the precursor layer is represented by a line (line n), and the trajectory of the center point of the nozzle row is represented by a line (line n), and A line represents the locus of movement of the center point of the nozzle row when ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the n+1-th modeling layer laminated on the body layer or its precursor layer. When represented by (line n+1), the movement of the head is controlled so that line n and line n+1 do not overlap and are not parallel. Here, n is a positive integer.
When a discharge failure occurs in the nozzle, as shown in FIGS. 6 and 8, which will be described later, streaks due to the discharge failure occur, the fixing force is insufficient at the position of the streaks, and the resulting three-dimensional object lacks strength.
On the other hand, in the present invention, by controlling the movement of the head as described above by the head movement control means, even if a nozzle discharge failure occurs, the same two-layer There will be no streaks due to non-ejection in the column. Furthermore, even if the lines of non-ejection intersect, there is no part where the non-ejection continues in the thickness direction of the modeling layer other than the point where the lines intersect. Therefore, insufficient strength of the obtained three-dimensional structure can be prevented.
Furthermore, regarding the printing speed, although the printing speed is slightly lower than scanning only in the main scanning direction, the printing speed is faster than the case of dividing discharge as in the invention described in JP 2017-105141A, and It is possible to prevent the speed from decreasing.
線nと線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、ヘッドの移動を制御する際の、ヘッド移動手段によるヘッドの移動は、主走査移動手段、及び副走査移動手段を用いて行われる。 The movement of the head by the head movement means when controlling the movement of the head so that line n and line n+1 do not overlap and are not parallel is performed using a main scanning movement means and a sub-scanning movement means. .
ヘッド移動制御手段は、線nと線n+1とが交差するようにヘッドを移動させてもよい。 The head movement control means may move the head so that line n and line n+1 intersect.
ヘッド移動制御手段は、主走査方向を軸として線nを180°反転させた際に、反転させた線nと、線n+1とが平行となるように、ヘッドの移動を制御してもよい。その場合、後述する図11及び図12に示すように、線nと線n+1とが交差するようにヘッドが移動される。
線nと線n+1との交差角としては、特に制限はなく、インクを吐出する範囲などに応じて、適宜選択することができるが、造形速度の低下をより抑えることができる点で、線nと主走査方向との交差角度A(鋭角)と、線n+1と主走査方向との交差角度B(鋭角)との和(A+B)が90°以下であることが好ましく、60°以下であることがより好ましい。なお、前記和(A+B)の下限値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、0°超であってもよいし、10°以上であってもよいし、30°以上であってもよい。
The head movement control means may control the movement of the head so that when the line n is reversed by 180 degrees about the main scanning direction, the reversed line n and the line n+1 become parallel. In that case, as shown in FIGS. 11 and 12, which will be described later, the head is moved so that line n and line n+1 intersect.
There is no particular limit to the intersection angle between line n and line n+1, and it can be selected as appropriate depending on the range in which ink is to be ejected. The sum (A+B) of the intersection angle A (acute angle) between the line n+1 and the main scanning direction and the intersection angle B (acute angle) between the line n+1 and the main scanning direction is preferably 90° or less, and preferably 60° or less. is more preferable. The lower limit of the sum (A+B) is not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose, for example, it may be greater than 0°, it may be greater than 10°, or it may be greater than 10°. , 30° or more.
ヘッド移動制御手段は、n番目の造形層又はその前駆体層の2m層(mは正の整数)上に積層された造形層又はその前駆体層をn+2m番目の造形層又はその前駆体層とし、n+1番目の造形層又はその前駆体層の2m層(mは正の整数)上に積層された造形層又はその前駆体層をn+1+2m番目の造形層又はその前駆体層とし、n+2m番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出されるときのノズル列の中心点の移動の軌跡を線(線n+2m)とし、n+1+2m番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出されるときのノズル列の中心点の移動の軌跡を線(線n+1+2m)としたとき、線nと線n+2mとが重なり、かつ線n+1と線n+1+2mとが重なっていることが好ましい。この場合、インクを吐出する際のヘッドの移動パターンは、実質的に2パターンのみとなり、ヘッドの移動の制御が容易でありつつ、造形品質の低下を抑えることができる。
ここで、n番目の造形層又はその前駆体層の1層上に積層された造形層又はその前駆体層は、n+1番目の造形層又はその前駆体層である。
The head movement control means sets the building layer or its precursor layer laminated on the 2m layer (m is a positive integer) of the nth building layer or its precursor layer as the n+2mth building layer or its precursor layer. , the modeling layer or its precursor layer laminated on the n+1th modeling layer or its precursor layer (m is a positive integer) is the n+1+2mth modeling layer or its precursor layer, and the n+2mth modeling layer or its precursor layer is the n+1+2mth modeling layer or its precursor layer. The locus of movement of the center point of the nozzle row when ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the layer or its precursor layer is defined as a line (line n+2m), and the n+1+2mth built layer or When the locus of movement of the center point of the nozzle row when ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the precursor layer is a line (line n+1+2m), line n and line n+2m It is preferable that the lines n+1 and n+1+2m overlap, and that the lines n+1 and n+1+2m overlap. In this case, there are essentially only two movement patterns of the head when ejecting ink, and while the movement of the head can be easily controlled, deterioration in printing quality can be suppressed.
Here, the modeling layer or its precursor layer laminated on one layer of the n-th modeling layer or its precursor layer is the n+1-th modeling layer or its precursor layer.
線nを描くときのヘッドの移動の方向と、線n+1を描くときのヘッドの移動の方向とは、主走査方向において、同じ方向であってもよいし、対向方向であってもよい。
更に、線nを描くときのヘッドの移動の方向と、線n+2mを描くときのヘッドの移動の方向とは、主走査方向において、同じ方向であってもよいし、対向方向であってもよい。
更に、線n+1を描くときのヘッドの移動の方向と、線n+1+2mを描くときのヘッドの移動の方向とは、主走査方向において、同じ方向であってもよいし、対向方向であってもよい。
The direction of movement of the head when drawing line n and the direction of movement of the head when drawing line n+1 may be the same direction or opposite directions in the main scanning direction.
Further, the direction of movement of the head when drawing line n and the direction of movement of the head when drawing line n+2m may be the same direction or opposite directions in the main scanning direction. .
Furthermore, the direction of movement of the head when drawing line n+1 and the direction of movement of the head when drawing line n+1+2m may be the same direction or opposite directions in the main scanning direction. .
ヘッド移動制御手段は、主走査方向を軸として線nを180°反転させた際に、反転させた線nと、線n+1とが平行となるように、ヘッドの移動を制御する際、n番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出された後に、インクを吐出させずに、ヘッドを主走査方向に移動させて支持体の上方を通過させ、その後、n+1番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出させ、更にその後、インクを吐出させずに、ヘッドを主走査方向に移動させて支持体の上方を通過させてもよい。この場合、線nを描くときのヘッドの移動の方向と、線n+1を描くときのヘッドの移動の方向とは、主走査方向において、同じ方向である。ヘッドの移動の軌跡は、後述する図11のようになる。
そうすることで、n番目の造形層の主走査方向のインク吐出開始位置と、n+1番目の造形層の主走査方向のインク吐出開始位置が同じになるので、主走査方向の造形精度を容易に高めることができる。
The head movement control means controls the movement of the head so that when the line n is reversed by 180 degrees with the main scanning direction as an axis, the reversed line n and the line n+1 are parallel to each other. After ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the head is moved in the main scanning direction to scan above the support without ejecting ink. After that, ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the n+1-th modeling layer or its precursor layer, and after that, the head is moved in the main scanning direction without ejecting ink. It may be moved to pass over the support. In this case, the direction of movement of the head when drawing line n and the direction of movement of the head when drawing line n+1 are the same direction in the main scanning direction. The trajectory of the movement of the head is as shown in FIG. 11, which will be described later.
By doing so, the ink discharge start position in the main scanning direction of the n-th building layer and the ink discharge start position in the main scanning direction of the n+1th building layer will be the same, making it easy to improve the modeling accuracy in the main scanning direction. can be increased.
ヘッド移動制御手段は、主走査方向を軸として線nを180°反転させた際に、反転させた線nと、線n+1とが平行となるように、ヘッドの移動を制御する際、n番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出された後に、インクを吐出させずに、ヘッドを副走査方向に移動させ、その後、n+1番目の造形層又はその前駆体層に向かってノズル列の複数のノズルの少なくともいずれかからインクが吐出させ、更にその後、インクを吐出させずに、ヘッドを副走査方向に移動させてもよい。この場合、線nを描くときのヘッドの移動の方向と、線n+1を描くときのヘッドの移動の方向とは、主走査方向において、対向方向である。この場合、ヘッドの移動の軌跡は、後述する図12のようになる。
そうすることで、インクを吐出させずにヘッドの移動させる距離が短いので、造形時間を高める(短くする)ことができる。
The head movement control means controls the movement of the head so that when the line n is reversed by 180 degrees with the main scanning direction as an axis, the reversed line n and the line n+1 are parallel to each other. After ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the head is moved in the sub-scanning direction without ejecting ink, and then the (n+1)th Ink may be ejected from at least one of the plurality of nozzles in the nozzle array toward the modeling layer or its precursor layer, and then the head may be moved in the sub-scanning direction without ejecting ink. In this case, the direction of movement of the head when drawing line n and the direction of movement of the head when drawing line n+1 are opposite directions in the main scanning direction. In this case, the locus of movement of the head is as shown in FIG. 12, which will be described later.
By doing so, the distance that the head moves without ejecting ink is short, so the modeling time can be increased (shortened).
<インク>
インクとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、放射エネルギー吸収剤を含有することが好ましい。
インクは、通常、常温において液状であることから、液体成分を含有することが好ましい。
インクは、着色成分を含有してもよいし、含有していなくてもよい。
インクは、言い換えれば、造形用液体である。
<Ink>
The ink is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but preferably contains a radiant energy absorber.
Since the ink is usually liquid at room temperature, it preferably contains a liquid component.
The ink may or may not contain a coloring component.
In other words, ink is a modeling liquid.
<<放射エネルギー吸収剤>>
放射エネルギー吸収剤としては、放射エネルギーを吸収するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
放射エネルギー吸収剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
市販品としては、例えば、カーボンブラックを含むインク型配合物であるCM997A(ヒューレット・パッカード社製)などが挙げられる。また、KHP、骨炭、黒鉛、炭素繊維、白亜又は干渉顔料を有することもできる。さらに、赤外線吸収体、近赤外線吸収体、可視光吸収体、UV光吸収体などを含むことができる。例えば、可視光促進剤を含むインクの例としては、Hewlett-Packard Companyから市販されているCM993A及びCE042A(いずれもヒューレット・パッカード社製)として知られるインクのような、染料ベースの有色インク及び顔料ベースの有色インクが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
<<Radiant energy absorber>>
The radiant energy absorber is not particularly limited as long as it absorbs radiant energy, and can be appropriately selected depending on the purpose.
As the radiant energy absorber, a suitably synthesized one may be used, or a commercially available product may be used.
Commercially available products include, for example, CM997A (manufactured by Hewlett-Packard), which is an ink-type formulation containing carbon black. It can also have KHP, bone char, graphite, carbon fibers, chalk or interference pigments. Furthermore, it can include an infrared absorber, a near-infrared absorber, a visible light absorber, a UV light absorber, and the like. For example, examples of inks containing visible light enhancers include dye-based colored inks and pigments, such as the inks known as CM993A and CE042A (both Hewlett-Packard Company) commercially available from Hewlett-Packard Company. Examples include base colored inks.
These may be used alone or in combination of two or more.
液体成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、水や水溶性溶剤が好適に用いられ、特に水が主成分として用いられる。 The liquid component is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but water and water-soluble solvents are preferably used, and in particular, water is used as the main component.
インク全体に占める水の割合としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、40質量%以上85質量%以下が好ましく、50質量%以上80質量%以下がより好ましい。インク全体に占める水の割合が好ましい範囲であると、放射エネルギー吸収剤付与手段がインクジェットヘッドであれば、待機時にノズルが乾燥することを抑制し、液詰まりやノズル抜けの発生を低減することができる。 The proportion of water in the entire ink is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 40% by mass or more and 85% by mass or less, more preferably 50% by mass or more and 80% by mass or less. When the ratio of water to the total ink is within a preferable range, if the radiant energy absorbing agent applying means is an inkjet head, drying of the nozzle during standby can be suppressed, and the occurrence of liquid clogging and nozzle omission can be reduced. can.
水溶性溶剤は、特にインクジェットノズルを用いてインクを吐出させる際、水分保持力や吐出安定性を高める上で有効である。水分保持力や吐出安定性が低下すると、ノズルが乾燥して吐出が不安定になったり、液詰まりが発生したりするため、立体造形物の強度や寸法精度が低下する場合がある。この点、水溶性溶剤は、水よりも粘度や沸点が高いものが多く、これらは特にインクの湿潤剤や乾燥防止剤、粘度調整剤としても機能させることができ、有効である。 Water-soluble solvents are effective in improving water retention and ejection stability, especially when ink is ejected using an inkjet nozzle. If the water retention ability or ejection stability decreases, the nozzle may become dry and ejection becomes unstable, or liquid clogging may occur, which may reduce the strength and dimensional accuracy of the three-dimensional structure. In this regard, many water-soluble solvents have a higher viscosity and boiling point than water, and these are particularly effective as they can function as wetting agents, anti-drying agents, and viscosity modifiers for ink.
水溶性溶剤としては、水溶性を示す液体材料であれば、特に制限されるものではなく、適宜変更することができ、例えば、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール、エーテル、ケトンなどが挙げられる。具体的には、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2-ブタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、2-ペンタンジオール、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1,3-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、2,3-ブタンジオール、2,4-ペンタンジオール、2,5-ヘキサンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2-ピロリドン、2-メチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ヘキサンジオール、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチルピロリジノン、β-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、β-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクタム、エチレングリコール、エチレングリコール-n-ブチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、エチレングリコールモノ-2-エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、ジエチレングリコール、ジエチレングリコール-n-ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジグリセリン、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールn-プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジグリコール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコール-n-プロピルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、プロピルプロピレンジグリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコール-n-ブチルエーテル、プロピレングリコール-t-ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。 The water-soluble solvent is not particularly limited as long as it is a water-soluble liquid material, and can be changed as appropriate. Examples include alcohols such as ethanol, propanol, and butanol, ethers, and ketones. Specifically, 1,2,6-hexanetriol, 1,2-butanediol, 1,2-hexanediol, 2-pentanediol, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-butane Diol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2,2-dimethyl-1,3-propanediol, 2,3-butanediol, 2,4-pentanediol, 2,5-hexanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 2-pyrrolidone, 2-methyl-1,3-propanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol , 3-methyl-1,3-butanediol, 3-methyl-1,3-hexanediol, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methylpyrrolidinone, β-butoxy-N,N-dimethylpropionamide, β- Methoxy-N,N-dimethylpropionamide, γ-butyrolactone, ε-caprolactam, ethylene glycol, ethylene glycol-n-butyl ether, ethylene glycol-n-propyl ether, ethylene glycol phenyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, Ethylene glycol monoethyl ether, glycerin, diethylene glycol, diethylene glycol-n-hexyl ether, diethylene glycol methyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diglycerin, dipropylene glycol, dipropylene glycol n-propyl ether, Propylene glycol monomethyl ether, dimethyl sulfoxide, sulfolane, thiodiglycol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, triethylene glycol ethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol methyl ether, tripropylene glycol, Propylene glycol-n-propyl ether, tripropylene glycol methyl ether, trimethylolethane, trimethylolpropane, propylpropylene diglycol, propylene glycol, propylene glycol-n-butyl ether, propylene glycol-t-butyl ether, propylene glycol phenyl ether, propylene Examples include glycol monoethyl ether, hexylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, and the like.
インク全体に対する水溶性溶剤の割合としては、特に制限されるものではなく、適宜変更することができるが、5質量%以上60質量%以下が好ましく、10質量%以上50質量%以下がより好ましく、15質量%以上40質量%以下が更に好ましい。インク全体に対する水溶性溶剤の割合が5質量%以上であると、インクの水分保持力を良好にすることができ、待機時にヘッド内部のインクが乾燥して吐出不良となることを抑制することができる。また、事前に行うチェック時と実際の吐出時の吐出量が異なることを防ぎ、所望の強度や形状を有する立体造形物が得られやすくなる。インク全体に対する水溶性溶剤の割合が60質量%以下であると、インクの粘度が高くなり過ぎず、吐出安定性を向上させることができる。また、粉体の樹脂粒子の溶解性が低下することを抑制できるため、立体造形物の強度が低下しにくくすることができる。また、立体造形物の乾燥時間が長くなりすぎず、製造効率の低下や立体造形物の変形を抑制することができる。 The proportion of the water-soluble solvent to the entire ink is not particularly limited and can be changed as appropriate, but is preferably 5% by mass or more and 60% by mass or less, more preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less, It is more preferably 15% by mass or more and 40% by mass or less. When the ratio of the water-soluble solvent to the entire ink is 5% by mass or more, the water retention ability of the ink can be improved, and it is possible to prevent the ink inside the head from drying during standby and causing ejection failure. can. Further, it is possible to prevent the discharge amount from being different during the check performed in advance and during the actual discharge, and it becomes easier to obtain a three-dimensional molded object having the desired strength and shape. When the proportion of the water-soluble solvent to the entire ink is 60% by mass or less, the viscosity of the ink does not become too high and the ejection stability can be improved. Further, since it is possible to suppress the solubility of the powder resin particles from decreasing, it is possible to prevent the strength of the three-dimensional structure from decreasing. Moreover, the drying time of the three-dimensional structure is not too long, and it is possible to suppress a decrease in manufacturing efficiency and deformation of the three-dimensional structure.
インクのその他の成分としては、例えば、湿潤剤、乾燥防止剤、粘度調整剤、界面活性剤、浸透剤、架橋剤、消泡剤、pH調整剤、防腐剤、防黴剤、着色剤、保存剤、安定化剤など、従来公知の材料を制限なく添加することができる。 Other components of the ink include, for example, wetting agents, anti-drying agents, viscosity modifiers, surfactants, penetrants, crosslinking agents, antifoaming agents, pH adjusters, preservatives, anti-mold agents, colorants, and preservatives. Conventionally known materials such as agents and stabilizers can be added without restriction.
[インクの調製方法]
インクの調製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水や水溶性溶剤などの液体成分に、放射エネルギー吸収剤、及び必要に応じてその他の成分を添加し、混合撹拌する方法が挙げられる。
[Ink preparation method]
The method for preparing the ink is not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose. For example, a radiant energy absorber and other components may be added to a liquid component such as water or a water-soluble solvent. An example is a method of adding, mixing and stirring.
<粉末層形成手段及び粉末層形成工程>
粉末層形成手段としては、支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前駆体層を形成する手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、立体造形用粉末材料を供給する機構と、供給された立体造形用粉末材料を均しながら粉末層を形成する機構との組合せなどが挙げられる。
粉末層形成工程としては、支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前駆体層を形成する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粉末層形成手段により行うことができる。
<Powder layer forming means and powder layer forming process>
The powder layer forming means is not particularly limited as long as it forms a precursor layer, which is a powder layer made of a three-dimensional modeling powder material, on the support, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, a combination of a mechanism for supplying powder material for three-dimensional modeling and a mechanism for forming a powder layer while leveling the supplied powder material for three-dimensional modeling may be used.
The powder layer forming step is not particularly limited as long as it is a step of forming a precursor layer, which is a powder layer made of a powder material for three-dimensional modeling, on the support, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, it can be performed by a powder layer forming means.
立体造形物の製造装置においては、インクが、放射エネルギー吸収剤を含有し、支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前駆体層を形成する粉末層形成手段と、インクが付与された前駆体層に放射エネルギーを付与する放射エネルギー付与手段と、を有することが好ましい。
立体造形物の製造方法においては、インクが、放射エネルギー吸収剤を含有し、支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前駆体層を形成する粉末層形成工程と、インクが付与された前駆体層に放射エネルギーを付与する放射エネルギー付与工程と、を有することが好ましい。
In an apparatus for producing a three-dimensional object, the ink contains a radiant energy absorber and includes a powder layer forming means for forming a precursor layer, which is a powder layer made of a powder material for three-dimensional modeling, on a support; It is preferable to have a radiant energy applying means for applying radiant energy to the applied precursor layer.
The method for producing a three-dimensional object includes a powder layer forming step in which the ink contains a radiant energy absorber and forms a precursor layer, which is a powder layer made of a powder material for three-dimensional modeling, on a support; It is preferable to have a radiant energy applying step of applying radiant energy to the applied precursor layer.
立体造形物の製造装置においては、放射エネルギー付与手段による前駆体層への放射エネルギーの付与が、ヘッドが前駆体の上方を通過した後に行われるように構成されていることが好ましい。
立体造形物の製造方法においては、放射エネルギー付与工程による前駆体層への放射エネルギーの付与が、ヘッドが前駆体の上方を通過した後に行われることが好ましい。
In the apparatus for manufacturing a three-dimensional object, it is preferable that the radiant energy applying means applies radiant energy to the precursor layer after the head passes over the precursor.
In the method for manufacturing a three-dimensional object, it is preferable that the radiant energy is applied to the precursor layer in the radiant energy applying step after the head passes over the precursor.
<<立体造形用粉末材料>> <<Powder material for three-dimensional modeling>>
立体造形用粉末材料は、例えば、樹脂粒子を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
立体造形用粉末材料は、粉末乃至粒子の形態を有する。
The powder material for three-dimensional modeling contains, for example, resin particles, and further contains other components as necessary.
The powder material for three-dimensional modeling has a powder or particle form.
-樹脂粒子-
樹脂粒子とは、樹脂成分を含む粒子を意味する。なお、以下では、樹脂粒子を「樹脂粉末」又は「樹脂粉体」と称することがある。樹脂粒子は、樹脂成分の他に、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。
樹脂成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
-Resin particles-
Resin particles mean particles containing a resin component. Note that, hereinafter, the resin particles may be referred to as "resin powder" or "resin powder." In addition to the resin component, the resin particles may contain other components as necessary.
The resin component is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but a thermoplastic resin is preferred.
熱可塑性樹脂とは、熱を加えると可塑化し、溶融する樹脂を意味する。
熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、液晶樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂としては、融解開始温度と、冷却時の再結晶温度の差が大きな樹脂が好ましい。
なお、結晶性樹脂とは、ISO3146(プラスチック転移温度測定方法、JIS K7121)に準拠した測定において、融点ピークが検出される樹脂である。
Thermoplastic resin means a resin that plasticizes and melts when heated.
The thermoplastic resin is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and examples thereof include crystalline resins, amorphous resins, liquid crystal resins, and the like. As the thermoplastic resin, a crystalline resin is preferable. Further, as the thermoplastic resin, a resin having a large difference between the melting start temperature and the recrystallization temperature during cooling is preferable.
Note that the crystalline resin is a resin whose melting point peak is detected in a measurement based on ISO3146 (plastic transition temperature measurement method, JIS K7121).
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール(POM:Polyoxymethylene)、ポリイミド、フッ素樹脂などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of the thermoplastic resin include polyolefin, polyamide, polyester, polyether, polyphenylene sulfide, polyacetal (POM: polyoxymethylene), polyimide, and fluororesin. These may be used alone or in combination of two or more.
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などが挙げられる。 Examples of the polyolefin include polyethylene (PE) and polypropylene (PP).
ポリアミドとしては、例えば、ポリアミド410(PA410)、ポリアミド6(PA6)、ポリアミド66(PA66)、ポリアミド610(PA610)、ポリアミド612(PA612)、ポリアミド11(PA11)、及びポリアミド12(PA12);並びにポリアミド4T(PA4T)、ポリアミドMXD6(PAMXD6)、ポリアミド6T(PA6T)、ポリアミド9T(PA9T)、及びポリアミド10T(PA10T)などの半芳香族性のポリアミドが挙げられる。 Examples of the polyamide include polyamide 410 (PA410), polyamide 6 (PA6), polyamide 66 (PA66), polyamide 610 (PA610), polyamide 612 (PA612), polyamide 11 (PA11), and polyamide 12 (PA12); Semi-aromatic polyamides such as polyamide 4T (PA4T), polyamide MXD6 (PAMXD6), polyamide 6T (PA6T), polyamide 9T (PA9T), and polyamide 10T (PA10T) are mentioned.
ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブタジエンテレフタレート(PBT)、ポリ乳酸(PLA)などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性を付与する点で、テレフタル酸やイソフタル酸を一部に含む芳香族を有するものが好ましい。 Examples of polyester include polyethylene terephthalate (PET), polybutadiene terephthalate (PBT), and polylactic acid (PLA). Among these, those having an aromatic group partially containing terephthalic acid or isophthalic acid are preferred from the viewpoint of imparting heat resistance.
ポリエーテルとしては、例えば、ポリアリールケトン、ポリエーテルスルフォンなどが挙げられる。
ポリアリールケトンとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK、融点:340℃)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)などが挙げられる。
Examples of polyethers include polyarylketones and polyethersulfones.
Examples of the polyarylketone include polyetheretherketone (PEEK, melting point: 340°C), polyetherketone (PEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyaryletherketone (PAEK), polyetheretherketoneketone ( PEEKK), polyetherketoneetherketoneketone (PEKEKK), and the like.
熱可塑性樹脂としては、例えば、PA9Tのように2つの融点ピークを有するものでもよい。2つの融点ピークを有する熱可塑性樹脂は、高温側の融点ピーク以上の温度になると完全に溶融する。 The thermoplastic resin may have two melting point peaks, such as PA9T, for example. A thermoplastic resin having two melting point peaks completely melts at a temperature equal to or higher than the melting point peak on the high temperature side.
また、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリテトラフルオロエチレンなどは、「スーパーエンジニアリングプラスチック」と称されている。 Furthermore, polyphthalamide, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer, polysulfone, polyetherimide, polyamideimide, polyetheretherketone, polytetrafluoroethylene, and the like are called "super engineering plastics."
非結晶性樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、AS樹脂、ABS樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドなどが挙げられる。 Examples of the amorphous resin include polyvinyl chloride, polystyrene, AS resin, ABS resin, methacrylic resin, polycarbonate, polyphenylene ether, polyarylate, polysulfone, polyether sulfone, polyetherimide, polyamideimide, and the like.
熱可塑性樹脂としては、スーパーエンジニアリングプラスチックから選択される少なくとも1種であることが好ましい。熱可塑性樹脂がスーパーエンジニアリングプラスチックであると、造形する立体造形物の引張強度、耐熱性、耐薬品性、及び難燃性を向上することができ、立体造形物を工業用途にも使用可能になる点で有利である。 The thermoplastic resin is preferably at least one selected from super engineering plastics. When the thermoplastic resin is a super engineering plastic, the tensile strength, heat resistance, chemical resistance, and flame retardance of the three-dimensional object to be formed can be improved, and the three-dimensional object can also be used for industrial purposes. It is advantageous in this respect.
-その他の成分-
その他の成分としては、フィラー等の各種充填剤を含有していてもよく、これにより、強度や耐熱性、各種耐性を高めたり、新しい機能を持たせたり、コストを下げたりといったことが可能になる。
充填剤としては、特に制限はなく、抗菌材の機能を損なわなければ目的に応じて適宜選択することができ、例えば、流動化剤、フィラー、レベリング剤、などが挙げられる。
立体造形用粉末材料が、流動化剤を含むと立体造形用粉末材料による層等を容易にかつ効率よく形成し得る点で好ましく、フィラーを含むと得られる立体造形物の強度が著しく増加し、レベリング剤を含むと立体造形用粉末材料の濡れ性が向上してインクの使用量を減量できる等の工程上優位になる点で好ましい。
流動化剤としては、シリカや酸化チタン等の無機微粒子を採用することもできるが、有機微粒子であることが更に好適である。
有機微粒子としては、汎用性樹脂やエンジニアリングプラスチック等の公知の樹脂材料が利用でき、アクリル樹脂、メラミン樹脂、ビニル樹脂、アミド樹脂等の微粒子などが挙げられる。
有機微粒子の体積平均粒径は、10nm以上2,000nm以下であることが好ましく、10nm以上1,000nm以下であることがより好ましい。この体積平均粒径の範囲よりも小さい場合は、粒子同士のVan der Waals力による凝集が無視できずハンドリングや微粉吸引等の労働安全性面で取り扱いが厳しく、また大きい場合は所望の流動化効果が得られないという問題が生ずるためである。
-Other ingredients-
Other ingredients may include fillers and other fillers, which can increase strength, heat resistance, and various resistances, provide new functions, and reduce costs. Become.
The filler is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose as long as it does not impair the function of the antibacterial material, and includes, for example, a fluidizing agent, a filler, a leveling agent, and the like.
When the powder material for three-dimensional modeling contains a fluidizing agent, it is preferable because a layer etc. of the powder material for three-dimensional modeling can be easily and efficiently formed, and when it contains a filler, the strength of the obtained three-dimensional model increases significantly, Inclusion of a leveling agent is preferable because it improves the wettability of the powder material for three-dimensional modeling and is advantageous in terms of the process, such as reducing the amount of ink used.
Although inorganic fine particles such as silica and titanium oxide can be used as the fluidizing agent, organic fine particles are more preferable.
As the organic fine particles, known resin materials such as general-purpose resins and engineering plastics can be used, and examples thereof include fine particles of acrylic resin, melamine resin, vinyl resin, amide resin, and the like.
The volume average particle diameter of the organic fine particles is preferably 10 nm or more and 2,000 nm or less, more preferably 10 nm or more and 1,000 nm or less. If the volume average particle size is smaller than this range, agglomeration due to Van der Waals force between particles cannot be ignored, making handling difficult in terms of labor safety such as handling and fine powder suction, and if larger, the desired fluidization effect may not be achieved. This is because a problem arises in that it is not possible to obtain .
--立体造形用粉末材料の作製方法--
立体造形用粉末材料の作製方法としては、公知のバッチ式あるいは連続式の混練機である各種ミキサーやニーダーが使用できる。具体的には、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製)、スーパーミキサー(川田製作所製)、Qミキサー(日本コークス工業株式会社製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン株式会社製)、メカノミル(岡田精工社製)等の混合機、また微少量の粉末調製時にはターブラーミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)、オスターブレンダー(大阪ケミカル株式会社製)、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所製)などの装置も利用することができる。
--- Method for producing powder material for three-dimensional modeling --
As a method for producing the powder material for three-dimensional modeling, various mixers and kneaders that are known batch-type or continuous-type kneading machines can be used. Specifically, the Henschel Mixer (manufactured by Nippon Coke Industry Co., Ltd.), Super Mixer (manufactured by Kawada Manufacturing Co., Ltd.), Q Mixer (manufactured by Nippon Coke Industry Co., Ltd.), Mechano Fusion System (manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.), Mechano Mill (manufactured by Okada Seiko Co., Ltd.) (manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.), and when preparing small amounts of powder, equipment such as the Turbuler mixer (manufactured by Shinmaru Enterprises), Oster blender (manufactured by Osaka Chemical Co., Ltd.), and hybridization system (manufactured by Nara Kikai Seisakusho) are also used. can do.
--立体造形用粉末材料の物性等--
立体造形用粉末材料としては、その体積平均粒径(一次粒径)は1μm以上100μm以下が好ましく、10μm以上80μm以下がより好ましい。この範囲よりも小さい場合は粒子同士のVan der Waals力が無視できずに凝集し易くなり、ハンドリングや微粉吸引等操作性や労働安全性面で取り扱いが厳しくなる。またこれ以上に大きい場合は粒子同士が細密充填しても粒子間の空隙が大きいため密度や強度低下あるいは造形精度の低下が大きな問題となるためである。
立体造形用粉末材料の特性としては、その安息角を測定した場合において、60度以下が好ましく、50度以下がより好ましく、40度以下が更に好ましい。
安息角が、60度以下であると、立体造形用粉末材料を支持体上の所望の場所に効率よく安定に配置させることができる。
なお、安息角は、例えば、粉末特性測定装置(パウダテスタPT-N型、ホソカワミクロン株式会社製)などを用いて測定することができる。
--Physical properties of powder materials for three-dimensional modeling --
The volume average particle size (primary particle size) of the powder material for three-dimensional modeling is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 10 μm or more and 80 μm or less. If the particles are smaller than this range, the Van der Waals force between the particles cannot be ignored and they tend to aggregate, making handling difficult in terms of handling, fine powder suction, etc., and occupational safety. If the size is larger than this, even if the particles are closely packed together, the voids between the particles will be large, resulting in a serious problem of a decrease in density, strength, or modeling accuracy.
As for the characteristics of the powder material for three-dimensional modeling, when its angle of repose is measured, it is preferably 60 degrees or less, more preferably 50 degrees or less, and even more preferably 40 degrees or less.
When the angle of repose is 60 degrees or less, the powder material for three-dimensional modeling can be efficiently and stably arranged at a desired location on the support.
Note that the angle of repose can be measured using, for example, a powder property measuring device (Powder Tester PT-N type, manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.).
<<粉末層の形成>>
立体造形用粉末材料を支持体上に配置させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、薄層に配置させる方法としては、特許第3607300号公報に記載の選択的レーザー焼結方法に用いられる、公知のカウンター回転機構(カウンターローラー)などを用いる方法、立体造形用粉末材料をブラシ、ローラ、ブレード等の部材を用いて薄層に拡げる方法、立体造形用粉末の表面に押圧部材を用いて押圧して薄層に拡げる方法、公知の粉末積層装置を用いる方法、などが好適に挙げられる。
<<Formation of powder layer>>
There are no particular restrictions on the method for disposing the powder material for three-dimensional modeling on the support, and it can be selected as appropriate depending on the purpose. A method using a known counter rotation mechanism (counter roller) used in the selective laser sintering method described, a method of spreading powder material for three-dimensional modeling into a thin layer using members such as brushes, rollers, blades, etc. Preferred methods include a method of pressing the surface of the modeling powder using a pressing member to spread it into a thin layer, and a method of using a known powder layering device.
カウンター回転機構(カウンターローラー)、ブラシ乃至ブレード、押圧部材などを用いて、支持体上に立体造形用粉末材料を薄層に載置させるには、例えば、以下のようにして行うことができる。
即ち、外枠(「型」、「中空シリンダー」、「筒状構造体」などと称されることもある)内に、外枠の内壁に摺動しながら昇降可能に配置された支持体上に立体造形用粉末材料を、カウンター回転機構(カウンターローラー)、ブラシ、ローラ又はブレード、押圧部材などを用いて載置させる。このとき、支持体として、外枠内を昇降可能なものを用いる場合には、支持体を外枠の上端開口部よりも少しだけ下方の位置に配し、即ち、粉末層の厚み分だけ下方に位置させておき、支持体上に立体造形用粉末材料を載置させる。以上により、立体造形用粉末材料を支持体上に薄層に載置させることができる。
The powder material for three-dimensional modeling can be placed in a thin layer on the support using a counter rotation mechanism (counter roller), a brush or a blade, a pressing member, etc., for example, as follows.
That is, on a support disposed within an outer frame (sometimes referred to as a "mold", "hollow cylinder", "cylindrical structure", etc.) so that it can rise and fall while sliding on the inner wall of the outer frame. A powder material for three-dimensional modeling is placed on the material using a counter rotation mechanism (counter roller), a brush, a roller or a blade, a pressing member, etc. At this time, when using a support that can be moved up and down within the outer frame, the support is placed at a position slightly below the upper end opening of the outer frame, that is, downward by the thickness of the powder layer. The powder material for three-dimensional modeling is placed on the support. As described above, the powder material for three-dimensional modeling can be placed in a thin layer on the support.
また、立体造形用粉末材料を支持体上に薄層に載置させるには、公知の粉末積層装置を用いて自動的にかつ簡便に行うこともできる。粉末積層装置は、一般に、立体造形用粉末材料を積層するためのリコーターと、立体造形用粉末材料を支持体上に供給するための可動式供給槽と、立体造形用粉末材料を薄層に載置し、積層するための可動式造形槽とを備える。粉末積層装置においては、供給槽を上昇させるか、造形槽を下降させるか、又はその両方によって、常に供給槽の表面は造形槽の表面よりもわずかに上昇させることができ、供給槽側からリコーターを用いて立体造形用粉末材料を薄層に配置させることができ、リコーターを繰り返し移動させることにより、薄層の立体造形用粉末材料を積層させることができる。 Further, the powder material for three-dimensional modeling can be placed in a thin layer on the support body automatically and easily using a known powder layering device. A powder layering device generally includes a recoater for layering powder material for three-dimensional modeling, a movable supply tank for supplying the powder material for three-dimensional modeling onto a support, and a thin layer of powder material for three-dimensional modeling. It is equipped with a movable modeling tank for placing and stacking. In powder layering equipment, the surface of the supply tank can always be raised slightly above the surface of the build tank by raising the supply tank, lowering the build tank, or both, and the recoater is removed from the supply tank side. The powder material for three-dimensional modeling can be arranged in a thin layer using the method, and the thin layers of the powder material for three-dimensional modeling can be stacked by repeatedly moving the recoater.
粉末層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、一層当たりの平均厚みでは、1μm以上500μm以下が好ましく、10μm以上200μm以下がより好ましい。
厚みが、1μm以上であると、立体造形用粉末材料にインクを付与して形成した立体造形用粉末材料(層)による固化物(立体造形物)の強度が充分であり、その後の焼結等の処理乃至取扱い時に型崩れ等の問題が生ずることがない、500μm以下であると、立体造形用粉末材料にインクを付与して形成した立体造形用粉末材料(層)による固化物(立体造形物)の寸法精度が担保できる。
なお、平均厚みは、特に制限はなく、公知の方法に従って測定することができる。
The thickness of the powder layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but for example, the average thickness per layer is preferably 1 μm or more and 500 μm or less, more preferably 10 μm or more and 200 μm or less.
When the thickness is 1 μm or more, the strength of the solidified product (three-dimensional model) of the three-dimensional model powder material (layer) formed by applying ink to the three-dimensional model powder material is sufficient, and the subsequent sintering etc. If the thickness is 500 μm or less, there will be no problems such as deformation during processing or handling. ) dimensional accuracy can be guaranteed.
Note that the average thickness is not particularly limited and can be measured according to a known method.
粉末層形成手段が粉末層を形成する際には、立体造形用粉末材料の温度が予め所望の温度になるように、立体造形用粉末材料を予熱しておくことが好ましい。これにより、固化手段により立体造形用粉末材料の融点まで昇温させるための放射エネルギー線の照射を低減することができるとともに、放射エネルギー線の照射時間を短縮することができる。 When the powder layer forming means forms the powder layer, it is preferable to preheat the powder material for three-dimensional modeling so that the temperature of the powder material for three-dimensional modeling becomes a desired temperature. Thereby, it is possible to reduce the irradiation of the radiant energy rays for raising the temperature of the powder material for three-dimensional modeling to the melting point by the solidifying means, and it is also possible to shorten the irradiation time of the radiant energy rays.
予熱温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、立体造形用粉末材料に含まれる樹脂粒子の再結晶化温度と溶融温度の間の温度であることが好ましい。予熱温度が樹脂粒子の再結晶化温度と溶融温度の間の温度であることにより、粉体層を形成する際の粉体の流動性を保ちつつ、造形した立体造形物における反りなどの発生を抑制することができる。 The preheating temperature is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but it is preferably a temperature between the recrystallization temperature and the melting temperature of the resin particles contained in the powder material for three-dimensional modeling. By setting the preheating temperature to a temperature between the recrystallization temperature and the melting temperature of the resin particles, it is possible to maintain the fluidity of the powder when forming the powder layer and prevent the occurrence of warping in the three-dimensional model. Can be suppressed.
立体造形用粉末材料を予熱する手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、赤外線ヒーターで上側から加熱する、接触式のヒーターで造形槽自体を加熱する、などの方法が可能である。 The means for preheating the powder material for three-dimensional modeling is not particularly limited and can be selected as appropriate depending on the purpose. For example, heating from above with an infrared heater, heating the modeling tank itself with a contact heater, The following methods are possible.
<放射エネルギー付与手段及び放射エネルギー付与工程>
放射エネルギー付与手段としては、インクが付与された前駆体層に放射エネルギーを付与する手段であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、赤外線照射手段、光照射手段、マイクロ波照射手段などが挙げられる。
放射エネルギー付与工程としては、インクが付与された前駆体層に放射エネルギーを付与する工程であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、放射エネルギー付与手段により行うことができる。
放射エネルギーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、赤外線、光や電波等の電磁波などが挙げられる。
放射エネルギーの強さとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
<Radiant energy application means and radiant energy application process>
The means for applying radiant energy is not particularly limited as long as it applies radiant energy to the precursor layer to which ink has been applied, and can be appropriately selected depending on the purpose.For example, infrared irradiation means, light irradiation means, microwave irradiation means, etc.
The radiant energy applying step is not particularly limited as long as it is a step of applying radiant energy to the precursor layer to which the ink has been applied, and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, it is carried out by a radiant energy applying means. be able to.
The radiant energy is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and includes, for example, infrared rays, electromagnetic waves such as light and radio waves.
The intensity of the radiant energy is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
<その他の工程及びその他の手段>
その他の工程としては、例えば、焼結工程などが挙げられる。
その他の手段としては、例えば、焼結手段などが挙げられる。
<Other processes and other means>
Other processes include, for example, a sintering process.
Other means include, for example, sintering means.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第1実施形態に係る装置の一例の概要について図1及び図2を参照して説明する。図1は同装置の概略平面説明図、図2は同じく造形部の断面説明図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. An overview of an example of a device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic plan view of the apparatus, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the molded part.
この3次元造形物を造形する装置(3次元造形装置という。)は、粉体(立体造形用粉末材料)を積層する造形部1と、造形部1の層状に敷き詰められた粉体層31に造形用液体10(インク)を吐出する造形ユニット5とを備えている。 The device for modeling this three-dimensional object (referred to as the three-dimensional modeling device) has a modeling section 1 that laminates powder (powder material for three-dimensional modeling), and a powder layer 31 that is laid out in layers in the modeling section 1. A modeling unit 5 that discharges a modeling liquid 10 (ink) is provided.
造形部1は、粉体槽11と、平坦化部材(リコータ)である回転体としての平坦化ローラ12などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材(ブレード)とすることもできる。 The modeling section 1 includes a powder tank 11, a flattening roller 12 as a rotating body that is a flattening member (recoater), and the like. Note that the flattening member may be, for example, a plate-like member (blade) instead of the rotating body.
粉体槽11は、粉体20を供給する供給槽21と、造形層30が積層されて立体造形物が造形される造形槽22とを有している。造形前に供給槽21に粉体を供給する。供給槽21の底部は供給ステージ23として鉛直方向(Z方向)に昇降自在となっている。同様に、造形槽22の底部は造形ステージ24として鉛直方向(Z方向)に昇降自在となっている。造形ステージ24上に造形層30が積層された立体造形物が造形される。 The powder tank 11 includes a supply tank 21 that supplies the powder 20 and a modeling tank 22 in which the modeling layers 30 are stacked to form a three-dimensional object. Powder is supplied to the supply tank 21 before modeling. The bottom of the supply tank 21 serves as a supply stage 23 and is movable up and down in the vertical direction (Z direction). Similarly, the bottom of the modeling tank 22 serves as a modeling stage 24 that can be raised and lowered in the vertical direction (Z direction). A three-dimensional object is formed by stacking the modeling layers 30 on the modeling stage 24.
供給ステージ23と造形ステージ24は、モータによってZ方向に昇降される。 The supply stage 23 and the modeling stage 24 are moved up and down in the Z direction by a motor.
平坦化ローラ12は、供給槽21の供給ステージ23上に供給された粉体20を造形槽22に供給し、平坦化部材である平坦化ローラ12によって均して平坦化して、粉体層31を形成する。
この平坦化ローラ12は、造形ステージ24のステージ面(粉体20が積載される面)に沿って矢印X方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構によって移動される。また、平坦化ローラ12は、モータによって回転駆動される。
The flattening roller 12 supplies the powder 20 supplied onto the supply stage 23 of the supply tank 21 to the modeling tank 22, and flattens it by the flattening roller 12, which is a flattening member, to form a powder layer 31. form.
The flattening roller 12 is arranged so as to be movable back and forth relative to the stage surface in the direction of arrow X along the stage surface (the surface on which the powder 20 is loaded) of the modeling stage 24, and is operated by a reciprocating mechanism. will be moved. Further, the flattening roller 12 is rotationally driven by a motor.
一方、造形ユニット5は、造形ステージ24上の粉体層31に造形用液体10を吐出するヘッドユニット50とキャリッジ51を備えている。 On the other hand, the modeling unit 5 includes a head unit 50 that discharges the modeling liquid 10 onto the powder layer 31 on the modeling stage 24 and a carriage 51 .
キャリッジ51は、ガイド部材54に移動可能に保持されている。
このキャリッジ51は、後述するY方向走査モータ551によってプーリ及びベルトから構成される副走査移動機構を介して副走査方向であるY方向に往復移動される。
The carriage 51 is movably held by a guide member 54.
The carriage 51 is reciprocated in the Y direction, which is the sub-scanning direction, by a Y-direction scanning motor 551, which will be described later, via a sub-scanning movement mechanism composed of a pulley and a belt.
ヘッドユニット50は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ複数列配置されている。ヘッドユニット50のノズル列は、造形用液体(インク)を吐出する。ヘッドユニット50のノズル列は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなど色がついた造形用液体(放射エネルギー吸収剤を含む造形用液体)をそれぞれ吐出することもできる。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。 In the head unit 50, a plurality of nozzle rows each having a plurality of nozzles that eject liquid are arranged. The nozzle array of the head unit 50 discharges modeling liquid (ink). The nozzle rows of the head unit 50 can also discharge colored modeling liquids (modeling liquids containing a radiant energy absorber) in colors such as cyan, magenta, yellow, and black. Note that the head configuration is not limited to this.
造形ユニット5は、ガイド部材71に移動可能に保持されたスライダ部72を有し、造形ユニット5全体がX方向(主走査方向)に往復移動可能である。この造形ユニット5は、後述するモータを含む走査機構によって全体がX方向に往復移動される。 The modeling unit 5 has a slider section 72 movably held by a guide member 71, and the entire modeling unit 5 can reciprocate in the X direction (main scanning direction). The entire modeling unit 5 is reciprocated in the X direction by a scanning mechanism including a motor, which will be described later.
ここで、造形部1の詳細について説明する。
粉体槽11は、箱型形状をなし、上面が開放された2つの槽(供給槽21及び造形槽22)を備えている。供給槽21内部には供給ステージ23が、造形槽22内部には造形ステージ24がそれぞれ昇降可能に配置される。
Here, details of the modeling section 1 will be explained.
The powder tank 11 is box-shaped and includes two tanks (a supply tank 21 and a modeling tank 22) with open tops. A supply stage 23 is disposed inside the supply tank 21, and a modeling stage 24 is disposed inside the modeling tank 22 so as to be movable up and down.
供給ステージ23の側面は供給槽21の内側面に接するように配置されている。造形ステージ24の側面は造形槽22の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ23及び造形ステージ24の上面は水平に保たれている。 The side surface of the supply stage 23 is arranged so as to be in contact with the inner surface of the supply tank 21. The side surface of the modeling stage 24 is arranged so as to be in contact with the inner surface of the modeling tank 22. The upper surfaces of the supply stage 23 and the modeling stage 24 are kept horizontal.
平坦化ローラ12は、供給槽21から粉体20を造形槽22へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である粉体層31を形成する。
この平坦化ローラ12は、造形槽22及び供給槽21の内寸(即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅)よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってX方向(主走査方向)に往復移動される。
供給ステージ23を所定の距離だけ上昇し、造形ステージ24を所定の距離だけ下降し、平坦化ローラ12をモータによって回転させながら、供給槽21の外側から供給槽21及び造形槽22の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体20が造形槽22上へと移送供給され、平坦化ローラ12が造形槽22上を通過しながら粉体20を平坦化することで粉体層31が形成される。
The flattening roller 12 transfers and supplies the powder 20 from the supply tank 21 to the modeling tank 22, flattens the surface by leveling it, and forms a powder layer 31 which is layered powder with a predetermined thickness. .
This flattening roller 12 is a rod-shaped member that is longer than the inner dimensions of the modeling tank 22 and the supply tank 21 (i.e., the width of the part where powder is provided or charged), and is moved by a reciprocating mechanism to flatten the stage surface. It is moved back and forth in the X direction (main scanning direction) along.
The supply stage 23 is raised by a predetermined distance, the modeling stage 24 is lowered by a predetermined distance, and while the flattening roller 12 is being rotated by the motor, it passes over the supply tank 21 and the modeling tank 22 from outside the supply tank 21. Move horizontally. Thereby, the powder 20 is transferred and supplied onto the modeling tank 22, and the powder layer 31 is formed by flattening the powder 20 while the flattening roller 12 passes over the modeling tank 22.
本実施形態では、造形部1の粉体槽11が供給槽21と造形槽22の2つの槽を有する構成としているが、造形槽22のみとして、造形槽22に粉体供給装置から粉体を供給して、平坦化手段で平坦化する構成とすることもできる。 In this embodiment, the powder tank 11 of the modeling section 1 has two tanks, the supply tank 21 and the modeling tank 22. It is also possible to provide a structure in which the material is supplied and flattened by a flattening means.
次に、上記3次元造形装置の制御部の概要について図3を参照して説明する。図3は3次元造形装置制御部のブロック図である。
制御部500は、この立体造形装置全体の制御を司るCPU501と、CPU501に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するROM502と、造形データ等を一時格納するRAM503とを含む主制御部500Aを備えている。
制御部500は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)504を備えている。また、制御部500は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC505を備えている。
制御部500は、外部の造形データ作成装置600から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うための外部I/F506を備えている。なお、造形データ作成装置600は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
制御部500は、各種センサの検知信号を取り込むためのI/O507を備えている。
制御部500は、ヘッドユニット50を駆動制御するヘッド駆動制御部508を備えている。
制御部500は、ヘッドユニット50のキャリッジ51をY方向(副走査方向)に移動させるY方向走査機構552を構成するモータを駆動するモータ駆動部512と、造形ユニット5をX方向(主走査方向)に移動させるX方向走査機構550を構成するモータを駆動するモータ駆動部510を備えている。
制御部500は、ヘッドユニット50のキャリッジ51をZ方向に移動(昇降)させるZ方向昇降機構を構成するモータを駆動するモータ駆動部を備えていてもよい。なお、Z方向への昇降は造形ユニット5全体を昇降させる構成とすることもできる。
制御部500は、供給ステージ23を昇降させるモータ27を駆動するモータ駆動部513と、造形ステージ24を昇降させるモータ28を駆動するモータ駆動部514を備えている。
制御部500は、平坦化ローラ12を移動させる往復移動機構のモータ553を駆動するモータ駆動部515と、平坦化ローラ12を回転駆動するモータ26を駆動する516を備えている。
制御部500のI/O507には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ560などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
制御部500には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル522が接続されている。
なお、造形データ作成装置600と3次元造形装置(粉体積層造形装置)601によって造形装置が構成される。
インクの吐出は、例えば、造形データ作成手段によって作成された造形データに基づいて、制御部500によって制御され、ヘッドユニット52によって実行される。
ヘッド移動制御手段は、例えば、制御部500の一部を構成する。
ヘッド移動制御手段によるヘッドの移動の制御は、ROMに記録されている予め決められていたヘッドの移動のパターンのデータにしたがって行われてもよい。
また、ヘッド移動制御手段によるヘッドの移動の制御は、制御部500においてリアルタイムで作成されたヘッドの移動のパターンのデータにしたがって行われてもよい。また、造形データ作成手段が、造形データとともに、ヘッドの移動のパターンのデータを作成し、それらの造形データ及び移動のパターンのデータをRAMに一時格納し、RAMに格納された移動のパターンのデータに従って行われてもよい。
Next, an overview of the control section of the three-dimensional modeling apparatus will be described with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a block diagram of the three-dimensional modeling apparatus control section.
The control unit 500 includes a CPU 501 that controls the entire three-dimensional modeling apparatus, a ROM 502 that stores programs including programs for causing the CPU 501 to execute control of three-dimensional modeling operations including control related to the present invention, and other fixed data. , and a RAM 503 that temporarily stores modeling data and the like.
The control unit 500 includes a non-volatile memory (NVRAM) 504 for retaining data even when the power of the device is cut off. Further, the control unit 500 includes an ASIC 505 that processes image processing that performs various signal processing on image data, and other input/output signals for controlling the entire apparatus.
The control unit 500 includes an external I/F 506 for transmitting and receiving data and signals used when receiving modeling data from an external modeling data creation device 600. Note that the modeling data creation device 600 is a device that creates modeling data by slicing the final form of the molded object into each modeling layer, and is configured with an information processing device such as a personal computer.
The control unit 500 includes an I/O 507 for receiving detection signals from various sensors.
The control section 500 includes a head drive control section 508 that drives and controls the head unit 50.
The control unit 500 includes a motor drive unit 512 that drives a motor that constitutes a Y-direction scanning mechanism 552 that moves the carriage 51 of the head unit 50 in the Y direction (sub-scanning direction), and a motor drive unit 512 that drives the motor that configures the Y-direction scanning mechanism 552 that moves the carriage 51 of the head unit 50 in the ) is provided with a motor drive section 510 that drives a motor constituting an X-direction scanning mechanism 550 that moves the X-direction scanning mechanism 550 to
The control unit 500 may include a motor drive unit that drives a motor that constitutes a Z-direction lifting mechanism that moves (raises and lowers) the carriage 51 of the head unit 50 in the Z-direction. Note that the entire modeling unit 5 may be moved up and down in the Z direction.
The control unit 500 includes a motor drive unit 513 that drives the motor 27 that moves the supply stage 23 up and down, and a motor drive unit 514 that drives the motor 28 that moves the modeling stage 24 up and down.
The control unit 500 includes a motor drive unit 515 that drives a motor 553 of a reciprocating mechanism that moves the flattening roller 12, and a motor drive unit 516 that drives a motor 26 that rotationally drives the flattening roller 12.
The I/O 507 of the control unit 500 receives a detection signal from a temperature/humidity sensor 560 that detects temperature and humidity as environmental conditions of the device, and detection signals from other sensors.
An operation panel 522 is connected to the control unit 500 for inputting and displaying information necessary for this device.
Note that a modeling device is configured by the modeling data creation device 600 and the three-dimensional modeling device (powder layered modeling device) 601.
Ink ejection is controlled by the control section 500 and executed by the head unit 52, for example, based on the modeling data created by the modeling data creation means.
The head movement control means constitutes a part of the control section 500, for example.
Control of head movement by the head movement control means may be performed according to data of a predetermined head movement pattern recorded in a ROM.
Further, the head movement control unit may control the movement of the head according to data of a pattern of head movement created in real time by the control unit 500. Further, the modeling data creation means creates head movement pattern data together with the printing data, temporarily stores the printing data and movement pattern data in the RAM, and stores the movement pattern data stored in the RAM. It may be carried out according to the following.
次に、立体造形物の製造(造形)の流れについて図4Aから図4Eを参照して説明する。図4Aから図4Eは立体造形物の造形の流れを説明する模式図である。 Next, the flow of manufacturing (modeling) a three-dimensional object will be described with reference to FIGS. 4A to 4E. FIGS. 4A to 4E are schematic diagrams illustrating the flow of modeling a three-dimensional object.
造形槽22の造形ステージ24上に、1層目の造形層30が形成されている状態から説明する。
この造形層30の上に次の造形層30を形成するときには、図4Aに示すように、供給槽21の供給ステージ23をZ1方向に上昇させ、造形槽22の造形ステージ24をZ2方向に下降させる。
このとき、造形槽22の上面(粉体層表面)と平坦化ローラ12の下部(下方接線部)との間隔がΔtとなるように造形ステージ24の下降距離を設定する。この間隔Δtが次に形成する粉体層31の厚さに相当する。間隔Δtは、数十~100μm程度であることが好ましい。
A description will be given starting from the state in which the first modeling layer 30 is formed on the modeling stage 24 of the modeling tank 22.
When forming the next modeling layer 30 on this modeling layer 30, as shown in FIG. 4A, the supply stage 23 of the supply tank 21 is raised in the Z1 direction, and the modeling stage 24 of the modeling tank 22 is lowered in the Z2 direction. let
At this time, the descending distance of the modeling stage 24 is set so that the distance between the upper surface (powder layer surface) of the modeling tank 22 and the lower part (lower tangent part) of the flattening roller 12 is Δt. This interval Δt corresponds to the thickness of the powder layer 31 to be formed next. The interval Δt is preferably about several tens to 100 μm.
次いで、図4Bに示すように、供給槽21の上面レベルよりも上方に位置する粉体20を、平坦化ローラ12を順方向(矢印方向)に回転しながらX2方向(造形槽22側)に移動することで、粉体20を造形槽22へと移送供給する(粉体供給)。 Next, as shown in FIG. 4B, the powder 20 located above the upper surface level of the supply tank 21 is moved in the X2 direction (toward the modeling tank 22 side) while rotating the flattening roller 12 in the forward direction (arrow direction). By moving, the powder 20 is transferred and supplied to the modeling tank 22 (powder supply).
さらに、図4Cに示すように、平坦化ローラ12を造形槽22の造形ステージ24のステージ面と平行に移動させ、図4Dに示すように、造形ステージ24の造形層30上で所定の厚さΔtになる粉体層31を形成する(平坦化)。粉体層31を形成後、平坦化ローラ12は、図4Dに示すように、X1方向に移動されて初期位置に戻される。
ここで、平坦化ローラ12は、造形槽22及び供給槽21の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ12で粉体20を造形槽22の上へと搬送させつつ、造形槽22上又は既に形成された造形層30の上に均一厚さΔtの粉体層31を形成できる。
Furthermore, as shown in FIG. 4C, the flattening roller 12 is moved parallel to the stage surface of the modeling stage 24 of the modeling tank 22, and as shown in FIG. A powder layer 31 having a temperature of Δt is formed (flattening). After forming the powder layer 31, the flattening roller 12 is moved in the X1 direction and returned to the initial position, as shown in FIG. 4D.
Here, the flattening roller 12 can be moved while maintaining a constant distance from the upper surface level of the modeling tank 22 and the supply tank 21. By being able to keep the movement constant, the powder 20 is conveyed onto the modeling tank 22 by the flattening roller 12, and the powder with a uniform thickness Δt is placed on the modeling tank 22 or on the already formed modeling layer 30. Layer 31 can be formed.
その後、図4Eに示すように、ヘッドユニット50から造形用液体10の液滴を吐出する。この時造形用液体10の液滴を吐出するポイントは、造形データ作成装置600により最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データに基づいたポイントである。 Thereafter, as shown in FIG. 4E, droplets of the modeling liquid 10 are ejected from the head unit 50. At this time, the points at which the droplets of the modeling liquid 10 are ejected are points based on the modeling data obtained by slicing the final form of the modeled object into each modeling layer by the modeling data creation device 600.
次いで、上述した粉体供給・平坦化よる粉体層31を形成する工程、ヘッドユニット50による造形用液体吐出工程を繰り返して新たな造形層30を形成する。このとき、新たな造形層30とその下層の造形層30とは一体化して3次元形状造形物の一部を構成する。
以後、粉体の供給・平坦化よる粉体層31を形成する工程、ヘッドユニット50による造形用液体吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、3次元形状造形物を完成させる。
Next, a new modeling layer 30 is formed by repeating the process of forming the powder layer 31 by supplying and flattening the powder described above and the process of discharging the modeling liquid by the head unit 50. At this time, the new modeling layer 30 and the underlying modeling layer 30 are integrated to constitute a part of the three-dimensional shaped object.
Thereafter, the step of forming the powder layer 31 by supplying and flattening the powder and the step of discharging the modeling liquid by the head unit 50 are repeated as many times as necessary to complete the three-dimensional shaped object.
なお、造形用液体にはバインダー成分を含むことが可能である。または、粉体に造形用液体を塗布することで凝集(固化)するようなバインダー成分をコーティングすることも可能である。
また、造形用液体は放射エネルギー吸収剤を含むことができる。そして、ヘッドユニット50の左右どちらか片方又は両方には放射エネルギー源を備えることができる。あるいはヘッドとは独立した固定した位置に放射エネルギー源を設置することもできる。
Note that the modeling liquid can contain a binder component. Alternatively, it is also possible to coat the powder with a binder component that aggregates (solidifies) by applying a modeling liquid to the powder.
The modeling liquid can also include a radiant energy absorber. A radiant energy source can be provided on either the left or right side of the head unit 50 or both. Alternatively, the radiant energy source can be located at a fixed location independent of the head.
図5を用いて、ヘッドユニットによる造形の様子を説明する。
図5に示すように、造形槽22の粉(立体造形用粉末材料)面上をヘッドユニット50がX方向(主走査方向)にスキャンしながらノズル55から造形用液体の液滴を滴下する。その上に粉をリコートし更にヘッドユニット50がX方向にスキャンしながらノズル55から造形用液体の液滴を滴下し、これを繰り返しながら造形する。
The state of modeling by the head unit will be explained using FIG. 5.
As shown in FIG. 5, droplets of the modeling liquid are dropped from the nozzle 55 while the head unit 50 scans the powder (three-dimensional modeling powder material) surface of the modeling tank 22 in the X direction (main scanning direction). Powder is recoated thereon, and droplets of the modeling liquid are dropped from the nozzle 55 while the head unit 50 scans in the X direction, and this is repeated to create the model.
図6を用いて、吐出不良による課題を説明する。
図6に示すように、ヘッドユニット50に吐出不良ノズル56があった場合、X方向に不吐出のスジが発生する。この状態で造形を続けると、スジの位置で決着力が不足し強度不足になる。
Problems caused by ejection failure will be explained using FIG. 6.
As shown in FIG. 6, if there is a defective ejection nozzle 56 in the head unit 50, a line of ejection failure occurs in the X direction. If modeling is continued in this state, the fixing force will be insufficient at the line position, resulting in insufficient strength.
図7A及び図7Bを用いて、吐出不良による品質不良を解消しようとする一例を説明する。
図7Aに示すように、ヘッドユニット50がAの位置でX方向にスキャンしながらノズル55から造形用液体の液滴をn番目の造形層の前駆体に向けて滴下する。その上に粉をリコートし、n+1番目の造形層の前駆体を形成する。ヘッドユニット50をBの位置(Y方向:副走査方向)にシフトする。次にヘッドユニット50がBの位置でX方向にスキャンしながらノズル55から造形用液体の液滴をn+1番目の造形層の前駆体に向けて滴下する。この時ヘッドユニット50にて印刷するパターンは、ヘッドユニット50をY方向にシフトした距離と同じ距離だけ、且つ逆方向にシフトしたパターンを適用する。これにより、不吐出のスジがZ軸方向(造形層の厚み方向)に連続することが無くなり、強度を確保することができる場合がある。
この時のノズル列の中心点の軌跡を、図7Bを用いて説明する。ヘッドユニット50がAの位置でX方向にスキャンしながらノズルから造形用液体の液滴をn番目の造形層の前駆体に向けて滴下する際の、ノズル列の中心点Cnの軌跡を線で表すと線Lnとなる。一方、ヘッドユニット50がBの位置でX方向にスキャンしながらノズルから造形用液体の液滴をn+1番目の造形層の前駆体に向けて滴下する際の、ノズル列の中心点Cn+1の軌跡を線で表すと線Ln+1となる。ここで、線Lnと線Ln+1とは重なっていないものの、平行となっている。
この従来技術の場合、吐出不良ノズルが複数個あり、さらにはY方向のシフト距離と同じ間隔で不吐出ノズルが存在する場合(図8)、結果的にZ軸方向に不吐出のスジが連続することになり、強度不足が発生する。この課題は、発生頻度は低いものの不具合としては極めて大きく、製品の信頼性を大きく下げる事となりうる。
An example of trying to eliminate quality defects due to ejection defects will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
As shown in FIG. 7A, while the head unit 50 scans in the X direction at the position A, droplets of the modeling liquid are dropped from the nozzle 55 toward the precursor of the n-th modeling layer. Powder is recoated thereon to form a precursor for the n+1th modeling layer. Shift the head unit 50 to position B (Y direction: sub-scanning direction). Next, while scanning in the X direction at position B, the head unit 50 drops droplets of the modeling liquid from the nozzle 55 toward the precursor of the n+1th modeling layer. At this time, the pattern printed by the head unit 50 is a pattern shifted in the opposite direction by the same distance as the distance by which the head unit 50 is shifted in the Y direction. As a result, streaks of non-ejection are no longer continuous in the Z-axis direction (thickness direction of the shaped layer), and strength may be ensured.
The locus of the center point of the nozzle row at this time will be explained using FIG. 7B. A line represents the locus of the center point Cn of the nozzle row when the head unit 50 is scanning in the X direction at position A and dropping droplets of the modeling liquid from the nozzles toward the precursor of the n-th modeling layer. If expressed as , it becomes line Ln . On the other hand, the trajectory of the center point C n+ 1 of the nozzle row when the head unit 50 drops droplets of the modeling liquid from the nozzles toward the precursor of the n+1th modeling layer while scanning in the X direction at the position B. When expressed by a line, it becomes line L n+1 . Here, although the line L n and the line L n+1 do not overlap, they are parallel to each other.
In the case of this conventional technology, if there are multiple defective nozzles ejecting, and furthermore, there are non-ejecting nozzles at the same interval as the shift distance in the Y direction (Fig. 8), the result is a continuous line of ejecting defects in the Z-axis direction. This results in insufficient strength. Although this problem occurs infrequently, it is a very serious problem and can greatly reduce the reliability of the product.
本発明の一実施形態について図9A及び図9Bを用いて説明する。
図9Aに示すように、造形槽22の粉(立体造形用粉末材料)面上を、Aの位置からヘッドユニット50がX方向(図面の上方向)にスキャンしながら、且つY方向(左方向)に移動しながらノズル55から造形用液体の液滴をn番目の造形層の前駆体に向けて滴下する。その上に粉をリコートし、n+1番目の造形層の前駆体を形成する。更にBの位置からヘッドユニット50がX方向(図面の上方向)にスキャンしながら、且つY方向(右方向)に移動しながらノズル55から造形用液体の液滴をn+1番目の造形層の前駆体に向けて滴下する。この時、Bの位置からヘッドユニット50にて印刷するパターンは、Aの位置からヘッドユニット50がY方向に移動した距離と同じ距離だけ、且つ逆方向にシフトしたパターンを適用する。そして、これを繰り返しながら造形する。
これにより、不吐出のスジが交差する点以外はZ軸方向に連続する部分が無くなり、強度を確保することができる。
この時のノズル列の中心点の軌跡を、図9Bを用いて説明する。Aの位置からヘッドユニット50がX方向(図面の上方向)にスキャンしながら、且つY方向(左方向)に移動しながらノズルから造形用液体の液滴をn番目の造形層の前駆体に向けて滴下する際の、ノズル列の中心点Cnの軌跡を線で表すと線Lnとなる。一方、Bの位置からヘッドユニット50がX方向(図面の上方向)にスキャンしながら、且つY方向(右方向)に移動しながらノズルから造形用液体の液滴をn+1番目の造形層の前駆体に向けて滴下する際の、ノズル列の中心点Cn+1の軌跡を線で表すと線Ln+1となる。ここで、線Lnと線Ln+1とは、重なっておらず、かつ平行でもない。
An embodiment of the present invention will be described using FIGS. 9A and 9B.
As shown in FIG. 9A, the head unit 50 scans the powder (three-dimensional modeling powder material) surface of the modeling tank 22 from the position A in the X direction (upward in the drawing) and in the Y direction (leftward direction). ), droplets of the modeling liquid are dropped from the nozzle 55 toward the precursor of the n-th modeling layer. Powder is recoated thereon to form a precursor for the n+1th modeling layer. Furthermore, while the head unit 50 scans in the X direction (upward in the drawing) and moves in the Y direction (rightward) from position B, droplets of the modeling liquid are sent from the nozzle 55 as a precursor to the n+1th modeling layer. Drip towards the body. At this time, the pattern to be printed by the head unit 50 from the position B is a pattern shifted in the opposite direction by the same distance as the distance the head unit 50 has moved from the position A in the Y direction. Then, repeat this process to create the model.
As a result, there is no continuous portion in the Z-axis direction other than the points where the non-ejection lines intersect, and strength can be ensured.
The locus of the center point of the nozzle row at this time will be explained using FIG. 9B. From position A, the head unit 50 scans in the X direction (upward in the drawing) and moves in the Y direction (leftward), applying droplets of the modeling liquid from the nozzle to the precursor of the n-th modeling layer. If the locus of the center point C n of the nozzle row when the liquid is dropped toward the direction is expressed by a line, it becomes line L n . On the other hand, from position B, the head unit 50 scans in the X direction (upward in the drawing) and moves in the Y direction (rightward), spraying droplets of the modeling liquid from the nozzle as a precursor of the n+1th modeling layer. When the locus of the center point C n+1 of the nozzle array when dripping toward the body is expressed by a line, it becomes line L n+1 . Here, the line L n and the line L n+1 do not overlap and are not parallel.
更に図10を用いて吐出不良ノズルが複数個あり、さらにはY方向のシフト距離と同じ間隔で不吐出ノズルが存在する場合を説明する。図10は、吐出不良ノズルが2か所あり、且つヘッドユニット50のシフト距離と同じ間隔で存在した場合を示している。この場合に図9A及び図9Bを用いて説明した造形方法を用いた場合、それぞれのスジが交差する4点がZ方向に連続するものの、その4点以外はZ軸方向に連続する部分が無くなることになる。これにより、吐出不良ノズルが複数個ある場合でも、強度の低下を最小限に抑えることができる。 Furthermore, with reference to FIG. 10, a case will be described in which there are a plurality of ejection failure nozzles, and furthermore, there are ejection failure nozzles at the same interval as the shift distance in the Y direction. FIG. 10 shows a case where there are two defective ejection nozzles and they are present at the same interval as the shift distance of the head unit 50. In this case, if the modeling method explained using FIGS. 9A and 9B is used, the four points where the respective lines intersect are continuous in the Z direction, but there is no continuous part in the Z axis direction other than those four points. It turns out. Thereby, even if there are a plurality of defective ejection nozzles, the decrease in strength can be minimized.
本実施例では、薄い層状の粉面上の造形領域にインクジェットヘッドで造形用液体を吐出する方式(BJ方式やHSS方式)を例として示しているが、MJ方式等にも適用できる。つまり、粉のリコートの代わりに、造形物のZ方向操作を実施することになる。 In this embodiment, a method (BJ method or HSS method) in which a printing liquid is ejected from an inkjet head onto a molding area on a thin layered powder surface is shown as an example, but it can also be applied to an MJ method or the like. In other words, instead of recoating the powder, the object is manipulated in the Z direction.
図11は、ヘッドユニットの動作方向の一例を説明する模式的説明図である。
Cの方向にヘッドユニット50を移動させながら、造形用液体を吐出する。Dの方向(X方向)にヘッドユニット50を戻す。粉をリコートする。E方向にヘッドユニット50を移動させながら、造形用液体を吐出する。Fの方向(X方向)にヘッドユニット50を戻す。粉をリコートする。
いわゆる横8の字を描くようにヘッドユニット50を操作することで、3次元造形を実現できる。
FIG. 11 is a schematic explanatory diagram illustrating an example of the operating direction of the head unit.
While moving the head unit 50 in the direction C, the modeling liquid is discharged. Return the head unit 50 in the direction D (X direction). Recoat the powder. The modeling liquid is discharged while moving the head unit 50 in the E direction. Return the head unit 50 in the F direction (X direction). Recoat the powder.
Three-dimensional modeling can be achieved by operating the head unit 50 so as to draw a so-called horizontal figure eight.
図12は、ヘッドユニットの動作方向の一例を説明する模式的説明図である。
Cの方向にヘッドユニット50を移動させながら、造形用液体を吐出する。Dの方向(Y方向)にヘッドユニット50を戻す。粉をリコートする。E方向にヘッドユニット50を移動させながら、造形用液体を吐出する。Fの方向(Y方向)にヘッドユニット50を戻す。粉をリコートする。
いわゆる横縦8の字を描くようにヘッドユニット50を操作することで、3次元造形を実現できる。
FIG. 12 is a schematic explanatory diagram illustrating an example of the operating direction of the head unit.
While moving the head unit 50 in the direction C, the modeling liquid is discharged. Return the head unit 50 in the direction D (Y direction). Recoat the powder. The modeling liquid is discharged while moving the head unit 50 in the E direction. Return the head unit 50 in the F direction (Y direction). Recoat the powder.
Three-dimensional modeling can be achieved by operating the head unit 50 so as to draw a so-called figure eight horizontally and vertically.
1実施形態では、図11及び図12のC又はE方向へのスキャン中、ヘッドユニット50にて印刷するパターンは、図3の造形データ作成装置600にてあらかじめY方向にシフトするように作成されたパターンを適用することで、3次元造形を実現できる。 In one embodiment, the pattern to be printed by the head unit 50 during scanning in the C or E direction in FIGS. 11 and 12 is created in advance by the modeling data creation device 600 in FIG. 3 so as to be shifted in the Y direction. 3D modeling can be achieved by applying the pattern.
1実施形態では、図11及び図12のC又はE方向へのスキャン中、ヘッドユニット50にて印刷するパターンは、図3のヘッド駆動制御部508にてリアルタイムでY方向にシフトするように作成されたパターンを適用することで、3次元造形を実現できる。 In one embodiment, the pattern printed by the head unit 50 during scanning in the C or E direction in FIGS. 11 and 12 is created so as to be shifted in the Y direction in real time by the head drive control unit 508 in FIG. By applying the created patterns, three-dimensional modeling can be realized.
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> インクを用いて形成した造形層を積層して立体造形物を製造する立体造形物の製造装置であって、
前記インクを吐出するノズルが副走査方向に複数並んで配列されているノズル列を有するヘッドと、
前記ノズル列に直交する方向である主走査方向に前記ヘッドを移動させる主走査移動手段と、
前記副走査方向に前記ヘッドを移動させる副走査移動手段と、
前記造形層を支持する支持体と、
前記ヘッドを前記支持体の上方を移動させて前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが前記造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際に、n番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の中心点の軌跡を線(線n)で表し、前記n番目の造形層又はその前駆体層の上に積層されたn+1番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の前記中心点の移動の軌跡を線(線n+1)で表したとき、前記線nと前記線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、前記ヘッドの移動を制御するヘッド移動制御手段と、
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置。
<2> 前記主走査方向を軸として前記線nを180°反転させた際に、反転させた前記線nと、前記線n+1とが平行となるように、前記ヘッド移動制御手段が、前記ヘッドの移動を制御する前記<1>に記載の立体造形装置の製造装置である。
<3> 前記ヘッド移動制御手段による前記ヘッドの移動の制御が繰り返され、前記造形層が積層されて前記立体造形物を製造する、前記<1>から<2>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<4> 前記インクが、放射エネルギー吸収剤を含有し、
前記支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前記前駆体層を形成する粉末層形成手段と、
前記インクが付与された前記前駆体層に放射エネルギーを付与する放射エネルギー付与手段と、を有する、
前記<1>から<3>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<5> 前記放射エネルギー付与手段による前記前駆体層への放射エネルギーの付与が、前記ヘッドが前記前駆体の上方を通過した後に行われるように構成されている前記<4>に記載の立体造形物の製造装置である。
<6> インクを用いて形成した造形層を積層して立体造形物を製造する立体造形物の製造方法であって、
前記インクを吐出するノズルが副走査方向に複数並んで配列されているノズル列を有するヘッドと、
前記ノズル列に直交する方向である主走査方向に前記ヘッドを移動させる主走査移動手段と、
前記副走査方向に前記ヘッドを移動させる副走査移動手段と、
前記造形層を支持する支持体と、
を用い、
前記ヘッドを前記支持体の上方を移動させて前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが前記造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際に、n番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の中心点の軌跡を線(線n)で表し、前記n番目の造形層又はその前駆体層の上に積層されたn+1番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の前記中心点の移動の軌跡を線(線n+1)で表したとき、前記線nと前記線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、前記ヘッドの移動を制御すること、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
<7> 前記主走査方向を軸として前記線nを180°反転させた際に、反転させた前記線nと、前記線n+1とが平行となるように、前記ヘッドの移動を制御する前記<6>に記載の立体造形装置の製造方法である。
<8> 前記ヘッドの移動の制御が繰り返され、前記造形層が積層されて前記立体造形物を製造する、前記<6>から<7>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<9> 前記インクが、放射エネルギー吸収剤を含有し、
前記支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前記前駆体層を形成する粉末層形成工程と、
前記インクが付与された前記前駆体層に放射エネルギーを付与する放射エネルギー付与工程と、を有する、
前記<6>から<8>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<10> 前記放射エネルギー付与工程による前記前駆体層への放射エネルギーの付与が、前記ヘッドが前記前駆体の上方を通過した後に行われる前記<9>に記載の立体造形物の製造方法である。
Aspects of the present invention are, for example, as follows.
<1> A three-dimensional object manufacturing device that manufactures a three-dimensional object by laminating modeling layers formed using ink,
a head having a nozzle row in which a plurality of nozzles for ejecting the ink are arranged side by side in the sub-scanning direction;
main scanning moving means for moving the head in a main scanning direction that is a direction perpendicular to the nozzle row;
sub-scanning moving means for moving the head in the sub-scanning direction;
a support that supports the modeling layer;
When the head is moved above the support and the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the n-th modeling layer or a line (line n) represents the locus of the center point of the nozzle row when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the precursor layer; The nozzle array when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle array toward the n+1-th modeling layer or its precursor layer laminated on the modeling layer or its precursor layer. head movement control means for controlling the movement of the head so that when the locus of movement of the center point of the head is represented by a line (line n+1), the line n and the line n+1 do not overlap and are not parallel; ,
An apparatus for manufacturing a three-dimensional object, characterized by having the following.
<2> The head movement control means controls the head so that when the line n is reversed by 180 degrees with the main scanning direction as an axis, the reversed line n and the line n+1 are parallel to each other. The manufacturing apparatus for the three-dimensional modeling apparatus described in <1> above controls the movement of the three-dimensional modeling apparatus.
<3> The three-dimensional molding according to any one of <1> to <2>, wherein the head movement control means repeatedly controls the movement of the head, and the three-dimensional molded object is manufactured by laminating the three-dimensional molding layers. It is a device for manufacturing things.
<4> The ink contains a radiant energy absorber,
Powder layer forming means for forming the precursor layer, which is a powder layer made of a powder material for three-dimensional modeling, on the support;
radiant energy applying means for applying radiant energy to the precursor layer to which the ink is applied;
The apparatus for producing a three-dimensional structure according to any one of <1> to <3> above.
<5> The three-dimensional modeling according to <4>, wherein the application of radiant energy to the precursor layer by the radiant energy application means is performed after the head passes above the precursor. It is a device for manufacturing things.
<6> A method for manufacturing a three-dimensional object, which manufactures a three-dimensional object by laminating modeling layers formed using ink,
a head having a nozzle row in which a plurality of nozzles for ejecting the ink are arranged side by side in the sub-scanning direction;
main scanning moving means for moving the head in a main scanning direction that is a direction perpendicular to the nozzle row;
sub-scanning moving means for moving the head in the sub-scanning direction;
a support that supports the modeling layer;
using
When the head is moved above the support and the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the n-th modeling layer or a line (line n) represents the locus of the center point of the nozzle row when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the precursor layer; The nozzle array when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle array toward the n+1-th modeling layer or its precursor layer laminated on the modeling layer or its precursor layer. Controlling the movement of the head so that when the locus of movement of the center point of is represented by a line (line n+1), the line n and the line n+1 do not overlap and are not parallel;
A method for manufacturing a three-dimensional object, characterized by comprising:
<7> Controlling the movement of the head so that when the line n is reversed by 180 degrees with the main scanning direction as an axis, the reversed line n and the line n+1 are parallel to each other. 6> is a method for manufacturing a three-dimensional modeling apparatus.
<8> The method for manufacturing a three-dimensional object according to any one of <6> to <7>, wherein the three-dimensional object is manufactured by repeatedly controlling the movement of the head and stacking the three-dimensional object. .
<9> The ink contains a radiant energy absorber,
a powder layer forming step of forming the precursor layer, which is a powder layer made of a powder material for three-dimensional modeling, on the support;
a step of applying radiant energy to the precursor layer to which the ink is applied;
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of <6> to <8> above.
<10> The method for producing a three-dimensional structure according to <9>, wherein the application of radiant energy to the precursor layer in the radiant energy application step is performed after the head passes above the precursor. .
前記<1>から<5>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、前記<6>から<10>に記載の立体造形物の製造方法よると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。 According to the apparatus for manufacturing a three-dimensional object according to any one of <1> to <5> and the method for manufacturing a three-dimensional object according to <6> to <10>, the various problems in the conventional art are solved, The above object of the present invention can be achieved.
1 造形部
5 造形ユニット
10 造形用液体
11 粉体槽
12 平坦化ローラ
20 粉体
21 供給槽
22 造形槽
23 供給ステージ
24 造形ステージ
26 モータ
27 モータ
28 モータ
30 造形層
31 粉体層
50 ヘッドユニット
51 キャリッジ
52 ヘッドユニット
54 ガイド部材
55 ノズル
56 吐出不良ノズル
71 ガイド部材
72 スライダ部
500 制御部
500A 主制御部
504 不揮発性メモリ(NVRAM)
508 ヘッド駆動制御部
510 モータ駆動部
512 モータ駆動部
513 モータ駆動部
514 モータ駆動部
515 モータ駆動部
522 操作パネル
550 X方向走査機構
551 Y方向走査モータ
552 Y方向走査機構
553 モータ
560 温湿度センサ
600 造形データ作成装置
1 Modeling section 5 Modeling unit 10 Modeling liquid 11 Powder tank 12 Flattening roller 20 Powder 21 Supply tank 22 Modeling tank 23 Supply stage 24 Modeling stage 26 Motor 27 Motor 28 Motor 30 Modeling layer 31 Powder layer 50 Head unit 51 Carriage 52 Head unit 54 Guide member 55 Nozzle 56 Defective ejection nozzle 71 Guide member 72 Slider section 500 Control section 500A Main control section 504 Non-volatile memory (NVRAM)
508 Head drive control section 510 Motor drive section 512 Motor drive section 513 Motor drive section 514 Motor drive section 515 Motor drive section 522 Operation panel 550 X direction scanning mechanism 551 Y direction scanning motor 552 Y direction scanning mechanism 553 Motor 560 Temperature/humidity sensor 600 Printing data creation device
Claims (10)
前記インクを吐出するノズルが副走査方向に複数並んで配列されているノズル列を有するヘッドと、
前記ノズル列に直交する方向である主走査方向に前記ヘッドを移動させる主走査移動手段と、
前記主走査移動手段と同時に駆動し、前記副走査方向に前記ヘッドを移動させる副走査移動手段と、
前記造形層を支持する支持体と、
前記ヘッドを前記支持体の上方を移動させて前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが前記造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際に、n番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の中心点の軌跡を線(線n)で表し、前記n番目の造形層又はその前駆体層の上に積層されたn+1番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の前記中心点の移動の軌跡を線(線n+1)で表したとき、前記線nと前記線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、前記ヘッドの移動を制御するヘッド移動制御手段と、
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置。 A three-dimensional object manufacturing device that manufactures a three-dimensional object by laminating modeling layers formed using ink,
a head having a nozzle row in which a plurality of nozzles for ejecting the ink are arranged side by side in the sub-scanning direction;
main scanning moving means for moving the head in a main scanning direction that is a direction perpendicular to the nozzle row;
sub-scanning moving means that is driven simultaneously with the main-scanning moving means and moves the head in the sub-scanning direction;
a support that supports the modeling layer;
When the head is moved above the support and the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the n-th modeling layer or a line (line n) represents the locus of the center point of the nozzle row when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the precursor layer; The nozzle array when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle array toward the n+1-th modeling layer or its precursor layer laminated on the modeling layer or its precursor layer. head movement control means for controlling the movement of the head so that when the locus of movement of the center point of the head is represented by a line (line n+1), the line n and the line n+1 do not overlap and are not parallel; ,
An apparatus for manufacturing a three-dimensional object, characterized by having the following.
前記支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前記前駆体層を形成する粉末層形成手段と、
前記インクが付与された前記前駆体層に放射エネルギーを付与する放射エネルギー付与手段と、を有する、
請求項1から3のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。 the ink contains a radiant energy absorber;
Powder layer forming means for forming the precursor layer, which is a powder layer made of a powder material for three-dimensional modeling, on the support;
radiant energy applying means for applying radiant energy to the precursor layer to which the ink is applied;
An apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 1 to 3.
前記インクを吐出するノズルが副走査方向に複数並んで配列されているノズル列を有するヘッドと、
前記ノズル列に直交する方向である主走査方向に前記ヘッドを移動させる主走査移動手段と、
前記主走査移動手段と同時に駆動し、前記副走査方向に前記ヘッドを移動させる副走査移動手段と、
前記造形層を支持する支持体と、
を用い、
前記ヘッドを前記支持体の上方を移動させて前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが前記造形層又はその前駆体層に向かって吐出される際に、n番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の中心点の軌跡を線(線n)で表し、前記n番目の造形層又はその前駆体層の上に積層されたn+1番目の造形層又はその前駆体層に向かって前記ノズル列の前記複数のノズルの少なくともいずれかから前記インクが吐出されるときの前記ノズル列の前記中心点の移動の軌跡を線(線n+1)で表したとき、前記線nと前記線n+1とが重ならずかつ平行ではないように、前記ヘッドの移動を制御すること、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。 A method for manufacturing a three-dimensional object, the method comprising manufacturing a three-dimensional object by laminating modeling layers formed using ink,
a head having a nozzle row in which a plurality of nozzles for ejecting the ink are arranged side by side in the sub-scanning direction;
main scanning moving means for moving the head in a main scanning direction that is a direction perpendicular to the nozzle row;
sub-scanning moving means that is driven simultaneously with the main-scanning moving means and moves the head in the sub-scanning direction;
a support that supports the modeling layer;
using
When the head is moved above the support and the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the modeling layer or its precursor layer, the n-th modeling layer or a line (line n) represents the locus of the center point of the nozzle row when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle row toward the precursor layer; The nozzle array when the ink is ejected from at least one of the plurality of nozzles of the nozzle array toward the n+1-th modeling layer or its precursor layer laminated on the modeling layer or its precursor layer. Controlling the movement of the head so that when the locus of movement of the center point of is represented by a line (line n+1), the line n and the line n+1 do not overlap and are not parallel;
A method for producing a three-dimensional object, comprising:
前記支持体上に、立体造形用粉末材料からなる粉末層である前記前駆体層を形成する粉末層形成工程と、
前記インクが付与された前記前駆体層に放射エネルギーを付与する放射エネルギー付与工程と、を有する、
請求項6から8のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。 the ink contains a radiant energy absorber;
a powder layer forming step of forming the precursor layer, which is a powder layer made of a powder material for three-dimensional modeling, on the support;
a step of applying radiant energy to the precursor layer to which the ink is applied;
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to any one of claims 6 to 8.
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