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JP7528586B2 - 3D modeling apparatus and 3D modeling method - Google Patents
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JP7528586B2 - 3D modeling apparatus and 3D modeling method - Google Patents

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Description

本発明は、立体造形装置、及び立体造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling device and a three-dimensional modeling method.

近年、様々な分野で立体造形物の造形が活用されている。 In recent years, the creation of three-dimensional objects has been utilized in a variety of fields.

例えば、特許文献1には、造形材による造形層を平坦化する平坦化部材の前進方向側にある余剰造形材を吸引し、再利用する構成が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which excess molding material on the forward direction side of a flattening member that flattens a modeling layer made of molding material is sucked up and reused.

しかしながら、特許文献1の構成では、余剰造形材の吸引手段が必要なため装置が複雑化する場合がある。 However, the configuration of Patent Document 1 requires a means for sucking out excess molding material, which can make the device complicated.

本発明は、簡便な手段で余剰造形材を再利用しながら造形することを目的とする。 The present invention aims to create shapes while reusing excess molding materials using simple means.

上述した課題を解決するために、造形台上に立体造形物を造形する立体造形装置であって、粉体状の造形材を飛翔させて前記造形台上の第1領域に着弾させる飛翔部と、前記第1領域内の第2領域にある前記造形材を加熱する加熱部と、前記第2領域にある前記造形材を支持する支持体を、余剰造形材により前記第2領域の周囲に形成する支持体形成部と、を有し、前記支持体形成部は、前記第1領域を決定する領域決定部と、前記第2領域にある前記余剰造形材を前記第2領域の周囲に移動させる移動部と、を有し、前記移動部は、前記第2領域にある前記余剰造形材を所定方向に移動させ、前記領域決定部は、前記所定方向に応じて前記第1領域を決定する
In order to solve the above-mentioned problems, a three-dimensional modeling device that forms a three-dimensional object on a modeling table has a flying unit that shoots powder-like modeling material and causes it to land on a first region on the modeling table, a heating unit that heats the modeling material in a second region within the first region, and a support formation unit that forms a support for the modeling material in the second region around the second region using surplus modeling material, wherein the support formation unit has a region determination unit that determines the first region, and a moving unit that moves the surplus modeling material in the second region around the second region, wherein the moving unit moves the surplus modeling material in the second region in a predetermined direction, and the region determination unit determines the first region in accordance with the predetermined direction .

本発明によれば、簡便な手段で余剰造形材を再利用しながら造形できる。 The present invention allows for easy modeling while reusing excess modeling material.

第1実施形態に係る立体造形装置の全体構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a three-dimensional object forming apparatus according to a first embodiment. 制御部の機能構成例を示す図である。FIG. 4 illustrates an example of a functional configuration of a control unit. 第1実施形態に係る立体造形装置の全体動作例を示すフロー図である。FIG. 4 is a flowchart showing an example of an overall operation of the three-dimensional object forming apparatus according to the first embodiment. 平坦化機構の動作例を示す図であり、(a)は平坦化ローラの動作例を示す図、(b)は平坦化ブレードの動作例を示す図である。5A and 5B are diagrams showing an example of the operation of a flattening mechanism, in which FIG. 5A shows an example of the operation of a flattening roller, and FIG. 5B shows an example of the operation of a flattening blade. 第1及び第2領域例の図であり、(a)は第1領域の図、(b)は(a)のA-A矢視断面図、(c)は第2領域の図、(d)は(c)のB-B矢視断面図である。1A and 1B are diagrams of examples of the first and second regions, where (a) is a diagram of the first region, (b) is a cross-sectional view taken along the line A-A in (a), (c) is a diagram of the second region, and (d) is a cross-sectional view taken along the line B-B in (c). 第1実施形態に係る立体造形装置による造形動作例を示す図であり、(a)乃至(f)は一連の動作を示す図である。5A to 5F are diagrams illustrating an example of a modeling operation by the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment, in which FIG. 安息角を説明する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the angle of repose. 第1領域の各種決定例の図であり、(a)は第1例の図、(b)は(a)のC-C矢視断面図、(c)は第2例の図、(d)は(c)のD-D矢視断面図、(e)は第3例の図、(f)は(e)のE-E矢視断面図である。1A and 1B are diagrams of various examples of determining the first region, where (a) is a diagram of the first example, (b) is a cross-sectional view taken along the line CC of (a), (c) is a diagram of the second example, (d) is a cross-sectional view taken along the line D-D of (c), (e) is a diagram of the third example, and (f) is a cross-sectional view taken along the line E-E of (e). 第1領域の第4決定例の図である。FIG. 13 is a diagram of a fourth determination example of the first region. 第2実施形態に係る立体造形装置の全体構成例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of a three-dimensional object forming apparatus according to a second embodiment. 平坦化ローラの動作例を示す図であり、(a)は第1例の図、(b)は第2例の図である。5A and 5B are diagrams showing examples of the operation of the flattening roller, in which FIG. 5A is a diagram of a first example, and FIG. 5B is a diagram of a second example. 平坦化ローラの周辺構成例を示す図である。5A and 5B are diagrams illustrating an example of a peripheral configuration of a flattening roller. 第2実施形態に係る立体造形装置の動作例を示すフロー図である。FIG. 11 is a flowchart showing an example of the operation of the three-dimensional object forming apparatus according to the second embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、各図面において、同一の構成部には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための立体造形装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in each drawing, the same components are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted as appropriate. Furthermore, the embodiment shown below is an example of a three-dimensional modeling device for embodying the technical concept of the present invention, and the present invention is not limited to the embodiment shown below.

以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。 The dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described below are intended to be illustrative and not to limit the scope of the present invention unless otherwise specified. In addition, the sizes and positional relationships of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.

実施形態に係る立体造形装置は、造形台上に立体造形物を造形する立体造形装置である。 The three-dimensional modeling apparatus according to the embodiment is a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional object on a modeling table.

実施形態では、造形材を飛翔させて造形台上の第1領域に着弾させ、第1領域内の第2領域にある造形材を加熱し、第2領域にある造形材を支持する支持体を、余剰造形材により第2領域の周囲に形成する。造形層表面の平坦化で生じた余剰造形材を造形層表面の平坦化と同時に(並行して)支持体として再利用することで、簡便な手段で余剰造形材を再利用しながら造形可能にする。ここで、余剰造形材とは、造形材のうち、立体造形物を構成する造形物としては使用されない造形材をいう。 In this embodiment, the modeling material is ejected and lands on a first region on the modeling table, the modeling material in a second region within the first region is heated, and a support for supporting the modeling material in the second region is formed around the second region using surplus modeling material. The surplus modeling material generated by planarizing the modeling layer surface is reused as a support simultaneously (in parallel) with the planarization of the modeling layer surface, making it possible to model while reusing the surplus modeling material using a simple method. Here, surplus modeling material refers to modeling material that is not used as a model that constitutes a three-dimensional object.

なお、実施形態では、造形過程にある造形物を単に造形物とし、造形が終了した造形物を立体造形物として区別して表記する。 In the embodiment, a structure that is in the process of being modeled is simply referred to as a modeled object, and a structure that has been completed is referred to as a three-dimensional object to distinguish between the two.

[第1実施形態]
まず、第1実施形態に係る立体造形装置100ついて説明する。
[First embodiment]
First, a three-dimensional object forming apparatus 100 according to the first embodiment will be described.

<立体造形装置100の全体構成例>
図1を参照して、立体造形装置100の全体構成を説明する。図1は立体造形装置100の全体構成の一例を説明する図である。
<Overall configuration example of 3D object formation apparatus 100>
The overall configuration of a three-dimensional object forming apparatus 100 will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of the three-dimensional object forming apparatus 100.

図1に示すように、立体造形装置100は、担持体ベルト111と、造形材供給ユニット112と、平坦化ローラ113と、飛翔用レーザ115と、溶融用レーザ116と、クリーニングブレード117と、回収ケース118とを有する。また造形ステージ301と、ヒータ302と、制御部400とを有する。 As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling device 100 has a carrier belt 111, a modeling material supply unit 112, a flattening roller 113, a flying laser 115, a melting laser 116, a cleaning blade 117, and a collection case 118. It also has a modeling stage 301, a heater 302, and a control unit 400.

立体造形装置100は、担持体ベルト111に担持された粉体状の造形材201を、飛翔用レーザ115による飛翔用レーザ光115aの照射により飛翔させて造形物200上に着弾させて造形層を形成する。その後、造形層を加熱して、溶融、固化することで造形を行う。 The three-dimensional modeling device 100 shoots the powdered modeling material 201 carried by the carrier belt 111 by irradiating it with the flying laser light 115a from the flying laser 115, causing it to land on the model 200 and form a modeling layer. The modeling layer is then heated, melted, and solidified to perform the modeling.

造形ステージ301は、立体造形物が造形される造形台の一例である。造形ステージ301は、y軸方向に往復移動可能であり、またz軸方向に例えば造形厚み0.1mmピッチで昇降可能である。造形ステージ301の下方(z軸負方向側)にはヒータ302が設けられ、造形ステージ301は造形材201に合わせて温度制御可能に構成されている。 The modeling stage 301 is an example of a modeling table on which a three-dimensional object is modeled. The modeling stage 301 can move back and forth in the y-axis direction, and can also move up and down in the z-axis direction in increments of, for example, 0.1 mm for the modeling thickness. A heater 302 is provided below the modeling stage 301 (on the negative z-axis side), and the modeling stage 301 is configured to be temperature controllable in accordance with the modeling material 201.

担持体ベルト111は、造形材201を担持して周回走行可能な無端のベルト状部材である。担持体ベルト111は、造形ステージ301の上方(z軸正方向側)に配置され、支持ローラ133,134,135に架け回されて支持されている。 The carrier belt 111 is an endless belt-like member capable of rotating while carrying the molding material 201. The carrier belt 111 is disposed above the molding stage 301 (on the positive z-axis side) and is supported by being wound around support rollers 133, 134, and 135.

支持ローラ133,134,135のうちの少なくとも1つは、モータ等の駆動源に接続された駆動ローラである。駆動ローラの回転に伴い、担持体ベルト111は矢印で示す走行方向110に沿って周回走行する。支持ローラ133,134,135のうちの駆動ローラ以外の支持ローラは従動ローラであり、担持体ベルト111の回転に伴って従動回転する。 At least one of the support rollers 133, 134, and 135 is a drive roller connected to a drive source such as a motor. As the drive roller rotates, the carrier belt 111 runs in a circular motion along the running direction 110 indicated by the arrow. The support rollers 133, 134, and 135 other than the drive roller are driven rollers, and rotate in response to the rotation of the carrier belt 111.

担持体ベルト111は、例えばPET(Poly Ethylene Terephthalate)フィルムで構成できるが、これに限定されるものではなく、ポリイミドフィルム等の樹脂やガラスフィルムで構成することもできる。 The carrier belt 111 can be made of, for example, a PET (Poly Ethylene Terephthalate) film, but is not limited to this and can also be made of a resin such as a polyimide film or a glass film.

担持体ベルト111による造形材201の担持は、本実施形態では主にファンデルワールス力によって行っている。また造形材201の抵抗値が高い場合、静電的な付着力だけでも担持できる。 In this embodiment, the support belt 111 supports the modeling material 201 mainly by van der Waals forces. If the resistance of the modeling material 201 is high, it can be supported by electrostatic adhesion alone.

造形材供給ユニット112は、担持ローラ121と、供給ローラ122と、規制ブレード123とを有し、造形材供給ユニット112内に貯留された造形材201を担持体ベルト111に供給する。造形材供給ユニット112は、担持体ベルト111の周囲に配置されている。 The forming material supply unit 112 has a carrier roller 121, a supply roller 122, and a regulating blade 123, and supplies the forming material 201 stored in the forming material supply unit 112 to the carrier belt 111. The forming material supply unit 112 is arranged around the carrier belt 111.

供給ローラ122は、造形材供給ユニット112内に貯留された造形材201を担持ローラ121に供給するローラである。担持ローラ121は、造形材201を周面に担持して担持体ベルト111に受け渡すローラである。規制ブレード123は、担持ローラ121の周面に担持された造形材201を擦って造形材201の凝集を解くことで、担持ローラ121の周面に造形材201の薄層を形成する。 The supply roller 122 is a roller that supplies the modeling material 201 stored in the modeling material supply unit 112 to the carrying roller 121. The carrying roller 121 is a roller that carries the modeling material 201 on its circumferential surface and transfers it to the carrier belt 111. The regulating blade 123 rubs the modeling material 201 carried on the circumferential surface of the carrying roller 121 to break up the agglomerations of the modeling material 201, thereby forming a thin layer of the modeling material 201 on the circumferential surface of the carrying roller 121.

造形材供給ユニット112は、担持ローラ121の周面の造形材201を担持体ベルト111に当接することで、担持体ベルト111に造形材201を供給できる。 The forming material supply unit 112 can supply the forming material 201 to the carrier belt 111 by contacting the forming material 201 on the peripheral surface of the carrier roller 121 with the carrier belt 111.

造形材201は、目的とする立体造形物に応じて適宜選択されるべきものであるが、樹脂の場合、例えば、非晶性樹脂であるPC(ポリカーボネート)やABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、PEI(ポリエーテルイミド)、結晶性樹脂であるPA12(ポリアミド12)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PSU(ポリスルホン)、PA66(ポリアミド66)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、LCP(液晶ポリマー)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、POM(ポリアセタール)、PSF(ポリサルホン)、PA6(ポリアミド6)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)等である。 The molding material 201 should be appropriately selected depending on the desired three-dimensional object. In the case of resin, examples include amorphous resins such as PC (polycarbonate), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), and PEI (polyetherimide), and crystalline resins such as PA12 (polyamide 12), PBT (polybutylene terephthalate), PSU (polysulfone), PA66 (polyamide 66), PET (polyethylene terephthalate), LCP (liquid crystal polymer), PEEK (polyether ether ketone), POM (polyacetal), PSF (polysulfone), PA6 (polyamide 6), and PPS (polyphenylene sulfide).

また造形材201は、樹脂の他、金属、セラミック、液体等の種々の材料を用いることもできる。 In addition to resin, the molding material 201 can be made of various materials such as metal, ceramic, and liquid.

飛翔用レーザ115は、担持体ベルト111の内側に配置され、担持体ベルト111に内側からパルス状の飛翔用レーザ光115aを照射することで、担持体ベルト111に担持された造形材201を飛翔させて造形ステージ301上の第1領域に着弾させる飛翔部の一例である。ここで、第1領域は、飛翔させた造形材201を着弾させる領域であり、予め定められた領域である。 The flying laser 115 is an example of a flying unit that is disposed inside the carrier belt 111 and irradiates the carrier belt 111 from the inside with a pulsed flying laser light 115a, causing the modeling material 201 carried by the carrier belt 111 to fly and land on a first area on the modeling stage 301. Here, the first area is an area where the flying modeling material 201 is to land, and is a predetermined area.

また図1では図示を省略するが、飛翔用レーザ115は、ガルバノミラー等の光走査部を有する。光走査部は、飛翔用レーザ光115aを反射するミラーの角度を変化させることで飛翔用レーザ光115aをx軸方向に走査する。飛翔用レーザ115は、光走査部により飛翔用レーザ光115aの照射位置を変化させながら、x軸方向における所定の位置に選択的に飛翔用レーザ光115aを照射できる。 Although not shown in FIG. 1, the flight laser 115 has an optical scanning unit such as a galvanometer mirror. The optical scanning unit scans the flight laser light 115a in the x-axis direction by changing the angle of the mirror that reflects the flight laser light 115a. The flight laser 115 can selectively irradiate the flight laser light 115a to a predetermined position in the x-axis direction while changing the irradiation position of the flight laser light 115a using the optical scanning unit.

造形材201は、飛翔用レーザ光115aを照射されることで、造形材201の付着力が開放され、下向き(z軸負方向)に落下する。従来知られている文献(レーザーパルスによる単一高分子微粒子の飛跳現象 福本ら 1997)ではレーザにより局所的に膨張し重心が瞬間的に移動することで飛翔するメカニズムが推定されている。 When the modeling material 201 is irradiated with the flying laser light 115a, the adhesive force of the modeling material 201 is released and the modeling material falls downward (negative direction of the z-axis). A previously known document (Flying phenomenon of single polymeric microparticles caused by laser pulses, Fukumoto et al. 1997) presumes that the flying mechanism occurs when the laser causes local expansion and the center of gravity moves instantaneously.

またUS006025110A等に記載されているレーザ転写LIFT(Laser Induced Forward Transfer)は、担持体に密着した箔状、液状の材料をレーザ照射により非接触転写するものである。局部的に加熱されて材料が気化することにより、担持体ベルト111の表面から飛翔用レーザ光115aの照射方向に沿って飛翔する。 Laser transfer LIFT (Laser Induced Forward Transfer) described in US006025110A etc. is a method of non-contact transfer of foil-like or liquid material adhered to a carrier by laser irradiation. The material is locally heated and vaporized, and flies from the surface of the carrier belt 111 along the irradiation direction of the flying laser light 115a.

パルスレーザ光は、瞬間的に高いエネルギーを付与でき、またCW(Continuous Wave)レーザ光と異なり、全体を加熱溶融させることなく飛翔させることができるため、造形材201を飛翔させるレーザ光として好適である。 Pulse laser light can impart high energy instantaneously, and unlike CW (Continuous Wave) laser light, it can be made to fly without heating and melting the entire material, making it suitable as a laser light for flying the modeling material 201.

飛翔用レーザ115のレーザ光源としては、特に制限はなく、ピコ秒からマイクロ秒等のパルス発振可能なものを適用可能である。固体レーザとしては、YAGレーザ、チタンサファイアレーザ等がある。気体レーザとしては、アルゴンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、炭酸ガスレーザ等がある。半導体レーザも小型で好ましい。レーザの波長としては、適宜選択することができるが、300nm以上11μm以下が好ましい。 There are no particular limitations on the laser light source for the flight laser 115, and any laser capable of pulse oscillation from picoseconds to microseconds can be used. Solid-state lasers include YAG lasers and titanium sapphire lasers. Gas lasers include argon lasers, helium neon lasers, and carbon dioxide lasers. Semiconductor lasers are also preferable because they are small in size. The wavelength of the laser can be selected as appropriate, but is preferably 300 nm or more and 11 μm or less.

飛翔用レーザ光115aにより飛翔された造形材201により、造形ステージ301又は造形物200上には、造形材201が堆積した造形層が形成される。 The modeling material 201 is sent flying by the flying laser light 115a, and a modeling layer is formed on the modeling stage 301 or the model 200 by accumulating the modeling material 201.

平坦化ローラ113は、第2領域にある造形材201により形成される造形層の表面(z軸正方向側の面)を平坦化する平坦化機構の一例である。平坦化ローラ113は、造形ステージ301の上方に配置されている。 The flattening roller 113 is an example of a flattening mechanism that flattens the surface (the surface on the positive z-axis direction side) of the modeling layer formed by the modeling material 201 in the second region. The flattening roller 113 is disposed above the modeling stage 301.

造形物200の表面は、飛翔用レーザ光115aによって飛翔された造形材201が堆積し、造形層を形成した状態であるが、飛翔のバラつき等の影響で造形層の表面に凹凸ができて平坦にならない場合がある。平坦化ローラ113により所定の高さ以上の余剰造形材を圧接して移動させることで、造形層の表面を摺り切り、平坦化できる。平坦化ローラ113は所定の位置に固定されており、造形ステージ301のy軸正方向への移動に伴って、余剰造形材は平坦化ローラ113に圧接されてy軸負方向側に相対移動する。 The surface of the model 200 is in a state where the modeling material 201 flown by the flying laser light 115a has accumulated to form a modeling layer, but due to variations in flight, etc., the surface of the modeling layer may become uneven and not flat. The flattening roller 113 presses and moves excess modeling material above a predetermined height, scraping off the surface of the modeling layer to make it flat. The flattening roller 113 is fixed at a predetermined position, and as the modeling stage 301 moves in the positive y-axis direction, the excess modeling material is pressed against the flattening roller 113 and moves relatively in the negative y-axis direction.

平坦化ローラ113は、第2領域にある造形材201を支持する支持体を、余剰造形材により第2領域の周囲に形成する支持体形成部114に含まれる。また平坦化ローラ113は、第2領域にある余剰造形材を第2領域の周囲に移動させる移動部の一例である。平坦化ローラ113は、第2領域にある造形材201により形成される造形層の表面の余剰造形材を、第2領域の周囲に移動させることができる。 The flattening roller 113 is included in a support forming section 114 that forms a support for supporting the molding material 201 in the second region around the second region using excess molding material. The flattening roller 113 is also an example of a moving section that moves the excess molding material in the second region around the second region. The flattening roller 113 can move the excess molding material on the surface of the molding layer formed by the molding material 201 in the second region around the second region.

溶融用レーザ116は、第1領域内の第2領域にある造形材を加熱する加熱部の一例である。溶融用レーザ116は、パルス光を積極的に用いる必要はなく、連続波のレーザが適している。溶融用レーザ116は、造形ステージ301上で造形される造形物200の表面を加熱して溶融状態にする。1つ又は複数のエネルギーを付与する手段のエネルギーによって溶融状態になればよく、レーザによる加熱以外にも対流、ランプ、誘導加熱、誘電加熱など適用可能である。 The melting laser 116 is an example of a heating unit that heats the modeling material in the second region within the first region. The melting laser 116 does not need to actively use pulsed light, and a continuous wave laser is suitable. The melting laser 116 heats the surface of the model 200 being modeled on the modeling stage 301 to create a molten state. It is sufficient that the surface is brought into a molten state by the energy of one or more energy imparting means, and in addition to heating by laser, convection, lamp, induction heating, dielectric heating, etc. can also be applied.

造形物200の表面は、1層の造形層ごとの造形物200の表面であってもよいし、2層又は3層等の複数の造形層ごとの造形物200の表面であってもよい。また、各層の一部でもよいし全体でもよい。つまり、最表層の一部が含まれていることが重要である。 The surface of the molded object 200 may be the surface of the molded object 200 for each modeling layer, or the surface of the molded object 200 for each of multiple modeling layers, such as two or three layers. Also, it may be a part of each layer or the entirety. In other words, it is important that a part of the outermost layer is included.

溶融用レーザ116による溶融用レーザ光116aと、飛翔用レーザ115の飛翔用レーザ光115aの照射位置は調整可能で、材料種や造形速度等で調整位置を切り替えることもできる。両者の距離が離れていると造形時間が長くなるため、距離は近いことが望ましい。 The irradiation positions of the melting laser light 116a from the melting laser 116 and the flying laser light 115a from the flying laser 115 can be adjusted, and the adjustment positions can be switched depending on the material type, modeling speed, etc. If the distance between the two is large, the modeling time will be long, so it is desirable for the distance to be close.

クリーニングブレード117は、担持体ベルト111の周囲で、造形物200を造形する領域よりも担持体ベルト111の走行方向下流側に配置され、担持体ベルト111上に残存する造形材201を除去する。クリーニングブレード117で掻き落とされた造形材201は回収ケース118で回収される。 The cleaning blade 117 is disposed around the carrier belt 111 downstream in the running direction of the carrier belt 111 from the area where the model 200 is formed, and removes the modeling material 201 remaining on the carrier belt 111. The modeling material 201 scraped off by the cleaning blade 117 is collected in a collection case 118.

制御部400は、電気回路により構成され、図2で次述する各種機能を実現する。なお、機能の一部をソフトウェア(CPU;Central Processing Unit)によって実現し、また複数の回路又は複数のソフトウェアによって実現することもできる。また、制御部400の配置位置に特段の制限はなく、適宜選択可能である。 The control unit 400 is configured with electric circuits and realizes various functions described below in FIG. 2. Some of the functions can be realized by software (CPU; Central Processing Unit), and can also be realized by multiple circuits or multiple pieces of software. There are no particular restrictions on the placement location of the control unit 400, and it can be selected as appropriate.

<制御部400の機能構成例>
次に、図2を参照して、制御部400の機能構成について説明する。図2は、制御部400の機能構成の一例を説明するブロック図である。なお、図2では、説明を分かりやすくするために制御部400の機能構成における主要な要素のみを示している。図2に示すように、制御部400は、領域決定部401と、ステージ制御部402と、レーザ制御部403とを有する。
<Example of functional configuration of control unit 400>
Next, the functional configuration of the control unit 400 will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a block diagram for explaining an example of the functional configuration of the control unit 400. Note that Fig. 2 shows only the main elements in the functional configuration of the control unit 400 for ease of understanding. As shown in Fig. 2, the control unit 400 has a region determination unit 401, a stage control unit 402, and a laser control unit 403.

ここで、飛翔用レーザ光115aにより飛翔される造形材201は、造形ステージ301上又は造形物200上に着弾するが、着弾位置がばらつく場合がある。そのため、この着弾ばらつきを加味して造形材201の着弾領域に対応する第1領域を決定することが好ましい。 Here, the modeling material 201 that is jetted by the jetting laser light 115a lands on the modeling stage 301 or on the modeled object 200, but the landing position may vary. Therefore, it is preferable to determine the first area that corresponds to the landing area of the modeling material 201 taking this landing variation into account.

要求造形精度より着弾ばらつきが小さい場合は、溶融用レーザ116による加熱領域である第2領域と第1領域を同じ領域にしてもよい。しかし、要求造形精度より着弾ばらつきが大きい場合、着弾ばらつきの影響を小さくするため、第1領域を第2領域より大きくすることが好ましい。 When the landing variation is smaller than the required modeling accuracy, the second region, which is the region heated by the melting laser 116, and the first region may be the same region. However, when the landing variation is larger than the required modeling accuracy, it is preferable to make the first region larger than the second region in order to reduce the effect of the landing variation.

一方、第1領域を第2領域より大きくすると、第2領域の周囲に、立体造形物を構成する造形物としては使用されない余剰造形材が生じる。実施形態では、このような第2領域の周囲にある余剰造形材を、造形物200における造形材201を支持する支持体として再利用する。 On the other hand, if the first region is made larger than the second region, surplus modeling material is generated around the second region that is not used as a part of the three-dimensional object. In the embodiment, this surplus modeling material around the second region is reused as a support for supporting the modeling material 201 in the object 200.

例えば、支持体がない場合には、造形物200上に新たに堆積する造形材201は、造形物200の端部等で落下して狙いの位置から移動しやすくなる。支持体は、造形材201を支持することで、このような造形材201の落下を防止する。また、造形物200がオーバーハング部(はみ出し部)を含む場合には、支持体はオーバーハング部を支える機能も有する。 For example, without a support, the forming material 201 newly deposited on the object 200 tends to fall off the edge of the object 200 and move from the target position. The support prevents the forming material 201 from falling by supporting the forming material 201. In addition, if the object 200 includes an overhanging portion (protruding portion), the support also has the function of supporting the overhanging portion.

また実施形態では、平坦化ローラ113(図1参照)により第2領域の周囲に移動される余剰造形材も支持体として再利用する。この際に、平坦化ローラ113による余剰造形材の移動は、第2領域の周囲にある四方の周囲領域のうちの1つの周囲領域に向けて行われるため、該周囲領域のみ余剰造形材の量が多くなる場合がある。 In the embodiment, the excess modeling material moved to the periphery of the second region by the flattening roller 113 (see FIG. 1) is also reused as a support. At this time, the flattening roller 113 moves the excess modeling material toward one of the four surrounding regions around the second region, so there may be a large amount of excess modeling material only in that surrounding region.

そのため、実施形態では、第2領域の四方の周囲領域のうち、余剰造形材を移動させる周囲領域は、他の三方の領域と比較して予め面積を小さくし、余剰造形材の量が少なくなるようにする。これにより、平坦化ローラ113によって余剰造形材が移動された際に、第2領域の四方の周囲領域における余剰造形材の量を均等にできる。 Therefore, in the embodiment, the area of the surrounding area on all four sides of the second region to which the excess molding material is moved is made smaller in advance compared to the other three surrounding areas, so that the amount of excess molding material is reduced. This makes it possible to equalize the amount of excess molding material in the surrounding areas on all four sides of the second region when the excess molding material is moved by the flattening roller 113.

領域決定部401は、以上のように、要求造形精度、支持体として機能させるために必要な余剰造形材の量、及び平坦化ローラ113による余剰造形材の移動方向に基づいて第1領域を決定する。そして、決定した第1領域の情報をステージ制御部402及びレーザ制御部403に提供する。 As described above, the area determination unit 401 determines the first area based on the required modeling accuracy, the amount of excess modeling material required to function as a support, and the direction in which the excess modeling material is moved by the flattening roller 113. Then, information on the determined first area is provided to the stage control unit 402 and the laser control unit 403.

ここで、領域決定部401は、支持体形成部114(図1参照)に含まれ、第1領域を決定する領域決定部に対応する。換言すると、本実施形態では、支持体形成部114は、平坦化ローラ113と、領域決定部401とを含んで構成されている。 Here, the region determination unit 401 corresponds to the region determination unit included in the support formation unit 114 (see FIG. 1) that determines the first region. In other words, in this embodiment, the support formation unit 114 is configured to include the flattening roller 113 and the region determination unit 401.

ステージ制御部402は、第1領域の情報に基づき、造形ステージ301を制御し、レーザ制御部403は、飛翔用レーザ115による飛翔用レーザ光115aの照射を制御する。これにより、造形材201を飛翔させて第1領域に造形材201を着弾させることができる。 The stage control unit 402 controls the modeling stage 301 based on the information of the first region, and the laser control unit 403 controls the irradiation of the flight laser light 115a by the flight laser 115. This makes it possible to fly the modeling material 201 and land the modeling material 201 in the first region.

<立体造形装置100の動作例>
次に、立体造形装置100の動作について説明する。
<Operation Example of 3D Modeling Apparatus 100>
Next, the operation of the three-dimensional object forming apparatus 100 will be described.

(全体動作例)
まず、図3を参照して、立体造形装置100の全体動作について説明する。図3は、立体造形装置100の全体動作の一例を説明するフローチャートである。適宜、図1の構成図も参照して説明する。
(Overall operation example)
First, the overall operation of the 3D modeling apparatus 100 will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 is a flow chart for explaining an example of the overall operation of the 3D modeling apparatus 100. The description will also refer to the configuration diagram of Fig. 1 as necessary.

ステップS31において、飛翔用レーザ115は、担持体ベルト111に飛翔用レーザ光115aを照射し、担持体ベルト111に担持された造形材201を飛翔させる。飛翔した造形材201は、造形ステージ301又は造形物200上に着弾し、第1領域に造形層が形成される。 In step S31, the flying laser 115 irradiates the carrier belt 111 with the flying laser light 115a, causing the modeling material 201 carried by the carrier belt 111 to fly. The flying modeling material 201 lands on the modeling stage 301 or the modeled object 200, and a modeling layer is formed in the first region.

続いて、ステップS32において、造形ステージ301は、y軸正方向に移動し、平坦化ローラ113は、造形層の表面に圧接して余剰造形材をy軸負方向に相対移動させる。これにより、造形層の表面が平坦化される。 Next, in step S32, the modeling stage 301 moves in the positive direction of the y-axis, and the flattening roller 113 presses against the surface of the modeling layer to relatively move the excess modeling material in the negative direction of the y-axis. This flattens the surface of the modeling layer.

続いて、ステップS33において、溶融用レーザ116は、溶融用レーザ光116aを照射して、第1領域内の第2領域を加熱する。第2領域にある造形材201は、加熱により溶融し、造形ステージ301又は造形物200上に固着する。 Next, in step S33, the melting laser 116 irradiates the melting laser light 116a to heat the second region within the first region. The modeling material 201 in the second region is melted by heating and is fixed onto the modeling stage 301 or the modeled object 200.

続いて、ステップS34において、立体造形装置100は、造形物200が所定の高さに達したか否かを判定する。 Next, in step S34, the three-dimensional modeling device 100 determines whether the model 200 has reached a predetermined height.

ステップS34で、達したと判定された場合には(ステップS34、Yes)、動作は終了する。一方、達していないと判定された場合には(ステップS34、No)、動作はステップS31に戻り、ステップS31以降の処理が繰り返される。 If it is determined in step S34 that the threshold has been reached (Yes in step S34), the operation ends. On the other hand, if it is determined that the threshold has not been reached (No in step S34), the operation returns to step S31, and the processing from step S31 onwards is repeated.

このようにして、立体造形物を造形することができる。 In this way, a three-dimensional object can be created.

(平坦化機構の動作例)
次に、図4を参照して、平坦化機構の動作について説明する。図4は、平坦化機構の動作の一例を説明する図であり、(a)は、平坦化ローラ113の動作例を示す図、(b)は平坦化ブレードの動作例を示す図である。
(Example of operation of the flattening mechanism)
Next, the operation of the flattening mechanism will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a diagram for explaining an example of the operation of the flattening mechanism, in which (a) is a diagram showing an example of the operation of the flattening roller 113, and (b) is a diagram showing an example of the operation of the flattening blade.

図4(a)に示すように、平坦化ローラ113は、造形ステージ301又は造形物200上に着弾した造形材により形成される造形層202のz軸正方向側の表面に、造形ステージ301に対する所定の高さで当接する。 As shown in FIG. 4(a), the flattening roller 113 contacts the surface on the positive z-axis side of the modeling layer 202 formed by the modeling material that has landed on the modeling stage 301 or the model 200 at a predetermined height relative to the modeling stage 301.

造形ステージ301がy軸正方向側に移動することで、造形層202の表面における余剰造形材203をy軸負方向側に相対移動して、造形層202の表面を摺り切ることができる。 By moving the modeling stage 301 in the positive y-axis direction, the excess modeling material 203 on the surface of the modeling layer 202 can be moved relatively in the negative y-axis direction, so as to scrape off the surface of the modeling layer 202.

平坦化ローラ113の回転軸は固定されており、造形層202に当接する箇所で造形ステージ301の移動方向(y軸正方向)と反対向きになる回転方向113'に沿って回転しながら余剰造形材203を移動させる。 The rotation axis of the flattening roller 113 is fixed, and at the point where it contacts the modeling layer 202, it rotates in a rotation direction 113' that is opposite to the movement direction (positive y-axis direction) of the modeling stage 301, thereby moving the excess modeling material 203.

図4(a)における造形物200の表面領域は、溶融用レーザ光による加熱領域である第2領域に該当する。余剰造形材203は、平坦化ローラ113によって、造形物200のy軸負方向側における第2領域の周辺領域に移動される。 The surface region of the model 200 in FIG. 4(a) corresponds to the second region, which is the region heated by the melting laser light. The excess modeling material 203 is moved by the flattening roller 113 to the peripheral region of the second region on the negative y-axis side of the model 200.

なお、本実施形態では平坦化ローラ113の回転軸を固定する構成を例示するが、平坦化ローラ113の回転軸をy軸方向に移動可能に構成することもできる。また、平坦化ローラ113の回転方向113'は、造形層202に当接する箇所で造形ステージ301の移動方向と同じ向きになる方向に回転させてもよい。 In this embodiment, the rotation axis of the flattening roller 113 is fixed, but the rotation axis of the flattening roller 113 can be movable in the y-axis direction. The rotation direction 113' of the flattening roller 113 may be rotated in the same direction as the movement direction of the modeling stage 301 at the point where the flattening roller 113 contacts the modeling layer 202.

また、図4(b)に示すように、平坦化機構として平坦化ブレード113aを使用することもできる。平坦化ブレード113aは、テーパ形状を有する板状部材であり、造形ステージ301に移動方向(y軸正方向)に対して所定角度になるように固定されている。 As shown in FIG. 4(b), a flattening blade 113a can also be used as the flattening mechanism. The flattening blade 113a is a plate-like member having a tapered shape, and is fixed to the modeling stage 301 at a predetermined angle with respect to the direction of movement (positive y-axis direction).

造形ステージ301の移動に伴って、造形層202の表面に圧接して、造形層202の表面における余剰造形材203をy軸負方向側に相対移動して、造形層202の表面を摺り切ることができる。余剰造形材203の移動については、図4(a)で説明したものと同様であるため、重複する説明を省略する。 As the modeling stage 301 moves, it is pressed against the surface of the modeling layer 202, and the excess modeling material 203 on the surface of the modeling layer 202 is moved relatively in the negative y-axis direction, so that it can be scraped off the surface of the modeling layer 202. The movement of the excess modeling material 203 is the same as that described in FIG. 4(a), so a duplicated description will be omitted.

(第1領域及び第2領域の一例)
次に、図5を参照して、造形層における第1領域及び第2領域について説明する。図5は、第1領域及び第2領域の一例を説明する図であり、(a)は第1領域を示す図、(b)は(a)のA-A矢視断面図、(c)は第2領域を示す図、(d)は(c)のB-B矢視断面図である。
(An example of the first region and the second region)
Next, the first region and the second region in the modeling layer will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is a diagram illustrating an example of the first region and the second region, in which (a) is a diagram showing the first region, (b) is a cross-sectional view taken along the line A-A in (a), (c) is a diagram showing the second region, and (d) is a cross-sectional view taken along the line B-B in (c).

図5(a),(b)に示すように、第1領域202'は、造形ステージ301に着弾した造形材により造形層202が形成された領域に等しい。第1領域202'は、要求造形精度、支持体として機能させるために必要な余剰造形材の量、及び平坦化ローラ113による余剰造形材の移動方向に基づいて、領域決定部401により決定される。 As shown in Figures 5(a) and (b), the first region 202' is equal to the region in which the modeling layer 202 is formed by the modeling material that has landed on the modeling stage 301. The first region 202' is determined by the region determination unit 401 based on the required modeling accuracy, the amount of excess modeling material required to function as a support, and the direction in which the excess modeling material is moved by the flattening roller 113.

また図5(c),(d)に示すように、第2領域200'は、造形層202内で溶融用レーザ光により加熱される領域に該当する。溶融用レーザ光により加熱される領域は、加熱による溶融、固化後に造形物200を構成するため、第2領域200'と造形物200の領域はほぼ同じ領域になる。 As shown in Figures 5(c) and (d), the second region 200' corresponds to the region in the modeling layer 202 that is heated by the melting laser light. The region heated by the melting laser light constitutes the modeled object 200 after melting and solidifying due to heating, so the second region 200' and the region of the modeled object 200 are substantially the same region.

造形層202は、溶融用レーザ光による加熱で溶融し、これにより造形層202を構成する造形材間の空隙が無くなるため、収縮して加熱されていない領域と比較して高さ(z軸方向の長さ)が低くなる。 The modeling layer 202 melts when heated by the melting laser light, eliminating any gaps between the modeling materials that make up the modeling layer 202, causing it to shrink and become smaller in height (length in the z-axis direction) compared to the unheated area.

造形層202における第2領域200'の周囲の領域には余剰造形材があるが、造形物200上(z軸正方向側)に次の造形層202を形成する際に、造形層202における端部に位置する造形材等が造形層から転がる等して落下することを防ぐ支持体204として機能する。支持体204は、造形物200の四方の周辺領域に形成され、四方の端部からそれぞれ造形材が落下することを防止する。 There is excess modeling material in the area surrounding the second region 200' in the modeling layer 202, but when the next modeling layer 202 is formed on the model 200 (on the positive z-axis side), this functions as a support 204 that prevents modeling material located at the edge of the modeling layer 202 from falling off the modeling layer, for example by rolling off the layer. The supports 204 are formed in the peripheral areas on all four sides of the model 200, and prevent modeling material from falling off each of the four edges.

(立体造形装置100による造形動作例)
次に、図6を参照して、立体造形装置100による造形動作について説明する。図6は、立体造形装置100による造形動作の一例を説明する図であり、(a)乃至(f)は一連の動作を説明する図である。図6(a)乃至(c)は1層目の造形層の造形動作を示し、図6(d)乃至(f)は2層目の造形層の造形動作を示している。
(Example of Modeling Operation by Three-Dimensional Modeling Apparatus 100)
Next, a modeling operation by the three-dimensional modeling apparatus 100 will be described with reference to Fig. 6. Fig. 6 is a diagram for explaining an example of the modeling operation by the three-dimensional modeling apparatus 100, and Figs. 6(a) to 6(f) are diagrams for explaining a series of operations. Figs. 6(a) to 6(c) show the modeling operation of the first modeling layer, and Figs. 6(d) to 6(f) show the modeling operation of the second modeling layer.

図6(a)に示すように、造形層202を形成後、造形層202の表面(z軸正方向側の表面)は平坦化ローラにより平坦化される。 As shown in FIG. 6(a), after the modeling layer 202 is formed, the surface of the modeling layer 202 (the surface on the positive z-axis side) is flattened by a flattening roller.

次に、図6(b)に示すように、平坦化ローラにより移動された造形層202の表面の余剰造形材が、移動方向203a(所定方向の一例)に沿って第2領域200'のy軸負方向側に移動される。この移動された余剰造形材と、第2領域200'のy軸正方向側に予め設けられた周囲領域の余剰造形材203(図6(a))とにより、支持体204が形成される。 Next, as shown in FIG. 6(b), the excess modeling material on the surface of the modeling layer 202 moved by the flattening roller is moved along a moving direction 203a (an example of a predetermined direction) toward the negative y-axis side of the second region 200'. The support 204 is formed by this moved excess modeling material and the excess modeling material 203 (FIG. 6(a)) of the surrounding region that is provided in advance on the positive y-axis side of the second region 200'.

ここで、第2領域200'の四方の周囲領域に設けられた余剰造形材203は、それぞれ支持体204として機能するが、四方の周辺領域のうち、y軸負方向側の周辺領域では、平坦化ローラにより造形層202の表面の余剰造形材が移動される。そのため、四方の周辺領域に予め均等な量で余剰造形材203を設けると、y軸負方向側の周辺領域だけ、余剰造形材の量が多くなる場合がある。 Here, the excess molding material 203 provided in the four peripheral regions of the second region 200' each functions as a support 204, but in the peripheral region on the negative y-axis side of the four peripheral regions, the excess molding material on the surface of the modeling layer 202 is moved by the flattening roller. Therefore, if an equal amount of excess molding material 203 is provided in advance in the four peripheral regions, the amount of excess molding material may be greater only in the peripheral region on the negative y-axis side.

そのため、図6(a)に示すように、y軸負方向側の周辺領域の幅Y2は、y軸負方向側以外の周辺領域の幅Y1と比較して小さくなっている(Y2<Y1)。換言すると、平坦化ローラによる余剰造形材の移動方向に基づき、y軸負方向側の周辺領域の幅Y2が決定され、また第1領域202'の幅が決定されている。 Therefore, as shown in FIG. 6(a), the width Y2 of the peripheral region on the negative y-axis side is smaller than the width Y1 of the peripheral region on the other side of the negative y-axis (Y2<Y1). In other words, the width Y2 of the peripheral region on the negative y-axis side is determined based on the direction in which the excess molding material is moved by the flattening roller, and the width of the first region 202' is also determined.

これにより、平坦化ローラにより造形層202の表面の余剰造形材が移動された際に、四方の周辺領域の余剰造形材の量が均等になるようになっている。 This ensures that when the flattening roller removes excess modeling material from the surface of the modeling layer 202, the amount of excess modeling material in the surrounding areas on all four sides is even.

次に、図6(c)に示すように、第2領域200'が加熱され、溶融、固化して1層目の造形層による造形物200が造形される。 Next, as shown in FIG. 6(c), the second region 200' is heated, melted, and solidified to form the object 200 from the first modeling layer.

次に、図6(d)に示すように、2層目の造形層202が造形物200上に形成され、図6(e)に示すように、2層目の造形層202の表面が平坦化ローラにより平坦化され、第2領域200'の周囲領域に支持体204が形成される。なお、図6(d)における境界面204a(太線部分)は、支持体204と2層目の造形層との境界面である。 Next, as shown in FIG. 6(d), a second modeling layer 202 is formed on the model 200, and as shown in FIG. 6(e), the surface of the second modeling layer 202 is flattened by a flattening roller, and a support 204 is formed in the peripheral region of the second region 200'. Note that the interface 204a (indicated by a thick line) in FIG. 6(d) is the interface between the support 204 and the second modeling layer.

その後、図6(f)に示すように、第2領域200'が加熱され、溶融、固化して1層目と2層目の造形層による造形物200が造形される。 Then, as shown in FIG. 6(f), the second region 200' is heated, melted, and solidified to form the object 200 from the first and second modeling layers.

各造形層の形成及び造形において、図6(d)乃至(f)の動作が繰り返される。 The operations shown in Figures 6(d) to (f) are repeated to form and shape each modeling layer.

ここで、造形層202は、飛翔に伴う造形材の着弾ばらつきが存在するため、造形層202の高さのばらつきが発生し造形精度が低下する場合がある。 Here, since there is variation in the landing of the modeling material as it flies, the height of the modeling layer 202 may vary, resulting in reduced modeling accuracy.

これを回避するために、立体造形物の形状に基づき推定される造形層202の高さのばらつきに応じて、造形層202の面積や高さ(厚み)を調整することも考えられるが、ばらつきが大きくなると、調整が困難になる場合がある。 To avoid this, it is possible to adjust the area and height (thickness) of the modeling layer 202 according to the variation in the height of the modeling layer 202 estimated based on the shape of the three-dimensional object, but if the variation becomes large, it may become difficult to make the adjustment.

これに対し、本実施形態では、溶融用レーザ光による加熱の前に平坦化ローラで造形層を平坦化するため、加熱前には必ず造形層の表面が平坦化され、造形精度が維持できるようになっている。 In contrast, in this embodiment, the modeling layer is flattened by a flattening roller before being heated by the melting laser light, so that the surface of the modeling layer is always flattened before heating, and modeling precision can be maintained.

<第1領域の各種決定例>
次に、図7乃至図9を参照して、領域決定部401(図2参照)による第1領域の各種決定例を説明する。
<Examples of determining the first area>
Next, various examples of how the first region is determined by the region determining unit 401 (see FIG. 2) will be described with reference to FIGS.

ここで、余剰造形材により形成される支持体は、造形物の造形に伴って高さが高くなると崩落する場合がある。崩落の際、支持体を構成する造形材の性質や堆積条件に応じて安息角を保って崩落させる方が好ましい。ここで、安息角とは、一定の高さから造形材を落下させて堆積させる場合、崩落を防いで安定性を保つために、 形成する造形材の山の斜面と水平面とのなす角度をいう。 The support formed from the surplus modeling material may collapse if it becomes too tall as the model is being created. When it collapses, it is preferable to allow it to collapse while maintaining the angle of repose according to the properties of the modeling material that makes up the support and the deposition conditions. Here, the angle of repose refers to the angle between the slope of the mountain of modeling material being formed and the horizontal plane to prevent collapse and maintain stability when the modeling material is dropped from a certain height and deposited.

図7は、このような安息角を説明する図であり、造形物200及び支持体204の断面図である。図7における支持体204の斜面と水平面とのなす角度が、安息角θに該当する。 Figure 7 is a diagram explaining such an angle of repose, and is a cross-sectional view of the model 200 and the support 204. The angle between the inclined surface of the support 204 and the horizontal plane in Figure 7 corresponds to the angle of repose θ.

図7に示すように、造形物200は、最上面の高さまで側面が支持体204に支持されたほうが好ましい。造形層を平坦化する際に移動される余剰造形材も支持体204を構成するため、狙いの造形物に対する第1領域は、この安息角及び余剰造形材の量を考慮して決定されることが好ましい。 As shown in FIG. 7, it is preferable that the sides of the model 200 are supported by the supports 204 up to the height of the top surface. Since the excess modeling material that is moved when flattening the modeling layer also constitutes the supports 204, it is preferable that the first region for the target model is determined taking into account the angle of repose and the amount of excess modeling material.

ここで、図8は、第1領域の決定例を説明する図であり、(a)は第1例を示す図、(b)は(a)のC-C矢視断面図、(c)は第2例を示す図、(d)は(c)のD-D矢視断面図、(e)は第3例を示す図、(f)は(e)のE-E矢視断面図である。また図9は、第1領域の第4決定例を示す図である。 Here, FIG. 8 is a diagram explaining an example of determining the first region, where (a) is a diagram showing the first example, (b) is a cross-sectional view taken along the arrows C-C of (a), (c) is a diagram showing a second example, (d) is a cross-sectional view taken along the arrows D-D of (c), (e) is a diagram showing a third example, and (f) is a cross-sectional view taken along the arrows E-E of (e). Also, FIG. 9 is a diagram showing a fourth example of determining the first region.

図8(a)に示すように、造形物の狙いの寸法をx軸方向で幅X0、y軸方向で幅Y0、z軸方向で高さZ0とし、x軸方向における第1領域と第2領域の幅の差をX1+X2、y軸方向における第1領域と第2領域の幅の差をY1+Y2とする。また図8(f)に示すように、最上面(z軸正方向)側の支持体204と造形物200のy軸方向における狙いの差をY4とし、最下面(z軸正方向)側をY3とする。 As shown in Figure 8(a), the target dimensions of the object are width X0 in the x-axis direction, width Y0 in the y-axis direction, and height Z0 in the z-axis direction, the difference in width between the first and second regions in the x-axis direction is X1+X2, and the difference in width between the first and second regions in the y-axis direction is Y1+Y2. Also, as shown in Figure 8(f), the target difference in the y-axis direction between the support 204 on the top surface (positive z-axis direction) side and the object 200 is Y4, and the bottom surface (positive z-axis direction) side is Y3.

図8(c),(d)に示すように、y軸負方向側に余剰造形材203を移動させ、造形物200のy軸負方向側の面を支持する支持粉体として機能させるが、幅Y2を幅Y1より小さくすることで、造形材の使用量を低減できる。 As shown in Figures 8(c) and (d), the excess molding material 203 is moved toward the negative y-axis side to function as supporting powder that supports the surface of the model 200 on the negative y-axis side, but by making the width Y2 smaller than the width Y1, the amount of molding material used can be reduced.

差Y4は、造形材の着弾ばらつきを考慮して決めることが好ましい。例えば0.1乃至1mm程度が好適である。安息角θは次式で算出される値が目安となる。
θ=tan-1{Z0/(Y3-Y4)}
The difference Y4 is preferably determined taking into consideration the variation in landing of the molding material. For example, a value of about 0.1 to 1 mm is preferable. The angle of repose θ is roughly calculated by the following formula.
θ=tan -1 {Z0/(Y3-Y4)}

図8(d)の側面図と、図8(f)の側面図の間で、余剰造形材の体積保存を仮定すると、幅Y1は以下の式で算出される値が目安となる。
Y1=√{(Y3+Y3・Y4+Y4)/3}
長さX1及びX2についても同様でX1=X2=Y1でよい。
Assuming that the volume of the surplus molding material is preserved between the side view of FIG. 8( d ) and the side view of FIG. 8( f ), the width Y1 is roughly a value calculated by the following formula.
Y1=√{(Y3 2 +Y3・Y4+Y4 2 )/3}
Similarly, the lengths X1 and X2 may be such that X1=X2=Y1.

また平坦化の際に、造形層202の表面(z軸正方向側)から除去する造形材の厚みをδZ(図4(a)参照)とし、積層数をNとし、α=N・δZ/Z0、粉体層の加熱溶融前後での高さの比をβ(加熱後の高さを基準)とする。同様に、図8(b)側面図、図8(d)の側面図の間で、余剰造形材の体積保存を仮定すると、幅Y2は次式で算出できる。
Y2=(-α)・Y0/(α+β)+Y1・{2/(α+β)-1}
Furthermore, during planarization, the thickness of the molding material removed from the surface (positive z-axis side) of the molding layer 202 is δZ (see FIG. 4(a)), the number of layers is N, α = N δZ/Z0, and the ratio of the height before and after the powder layer is heated and melted is β (based on the height after heating). Similarly, assuming that the volume of excess molding material is preserved between the side views of FIG. 8(b) and FIG. 8(d), the width Y2 can be calculated by the following formula.
Y2=(-α)・Y0/(α+β)+Y1・{2/(α+β)-1}

幅Y2が0より小さくなる場合は、余剰造形材が支持体に必要な量に比べて多すぎることを意味し、Y2=0とすればよい。 If width Y2 is less than 0, this means that there is too much excess molding material compared to the amount needed for the support, so Y2 = 0 should be set.

本実施形態では、造形層1層ごとに平坦化を行う場合を例示したが、造形層M層を形成し、加熱するたびに平坦化を行う場合は、α=N・δZ/(M・Z0)として計算すればよい。 In this embodiment, the example shows the case where planarization is performed for each modeling layer, but if M modeling layers are formed and planarization is performed each time they are heated, the calculation can be made as α = N δZ/(M Z0).

特に支持体は加熱及び溶融による高さの目減りがないため、支持体上の余剰造形材が多くなり、支持体の量が必要以上となりやすい。そのため、造形中に、図8(a)の領域を第1領域202'にする層と、図9のように第2領域200'より僅かに広い程度に絞った領域を第1領域202'にする層とを組み合わせることが好ましい。 In particular, since the support does not lose height due to heating or melting, excess molding material on the support increases, and the amount of support tends to be more than necessary. Therefore, during modeling, it is preferable to combine a layer in which the area in FIG. 8(a) becomes the first area 202' with a layer in which the area narrowed to a slightly wider area than the second area 200' becomes the first area 202' as shown in FIG. 9.

図9における幅X5と幅Y5は、幅Y4と同様に着弾ばらつきを考慮して決めることが好ましい。例えば0.1乃至1mm程度が好適である。 The widths X5 and Y5 in FIG. 9 are preferably determined taking into consideration the landing variation, similar to the width Y4. For example, a width of about 0.1 to 1 mm is suitable.

全ての層数に対する第1領域を図8(a)に示す領域とする層数の割合をγとし、図9に示す領域とする層数を1-γとすると、幅Y2は次式で算出できる。
Y2=(-α)・Y0/{(α+β)・γ}+{2/{(α+β)・γ}-1}・Y1
If the ratio of the number of layers that form the first region as shown in FIG. 8A to the total number of layers is γ, and the number of layers that form the region as shown in FIG. 9 is 1-γ, then the width Y2 can be calculated by the following formula.
Y2=(-α)・Y0/{(α+β)・γ}+{2/{(α+β)・γ}-1}・Y1

幅Y5は微小であるため、ここでの計算では無視している。なお、支持体の高さが不足しないように、γ>1/(α+β)であることが好ましい。Y2<0と計算される場合はY2=0とすればよい。 The width Y5 is very small, so it is ignored in this calculation. It is preferable that γ>1/(α+β) so that the height of the support is not insufficient. If the calculation yields Y2<0, then Y2=0 should be used.

以上、各パラメータの見積もり方を説明したが、造形層の崩れ等でばらつきが発生するので、多少余裕を持った値とすることが望ましい。 We have explained how to estimate each parameter above, but as variations will occur due to factors such as collapse of the modeling layers, it is advisable to use values with some margin of error.

<立体造形装置100の作用効果>
以上説明したように、本実施形態では、造形材を飛翔させて造形台上の第1領域に着弾させ、第1領域内の第2領域にある造形材を加熱し、第2領域にある造形材を支持する支持体を、余剰造形材により第2領域の周囲に形成する。
<Functions and Effects of the 3D Modeling Apparatus 100>
As described above, in this embodiment, the molding material is ejected and lands on a first region on the modeling table, the molding material in a second region within the first region is heated, and a support body for supporting the molding material in the second region is formed around the second region using surplus molding material.

例えば、要求造形精度、又は支持体として機能させるために必要な余剰造形材の量等に基づいて、第2領域を包含する第1領域を決定することで、余剰造形材により第2領域の周囲に支持体を形成する。 For example, the first region that encompasses the second region is determined based on the required modeling accuracy or the amount of excess modeling material required to function as a support, and the excess modeling material is used to form a support around the second region.

或いは、平坦化ローラ等の移動部により余剰造形材を前記第2領域の周囲に移動させることで、余剰造形材により第2領域の周囲に支持体を形成する。 Alternatively, the excess molding material is moved around the second region by a moving part such as a flattening roller, so that the excess molding material forms a support around the second region.

余剰造形材を造形材として再利用するためには、余剰造形材を回収する手段が必要となり、装置が複雑化する場合がある。 In order to reuse the surplus modeling material as a modeling material, a means for recovering the surplus modeling material is required, which may result in a complicated device.

造形層の平坦化と同時に(並行して)余剰造形材を支持体として再利用することで、簡便な手段で余剰造形材を再利用しながら造形できる。また余剰造形材を再利用することで、造形材の無駄を低減できる。 By reusing the excess modeling material as a support at the same time (in parallel) as the flattening of the modeling layer, modeling can be performed while reusing the excess modeling material in a simple manner. Furthermore, by reusing the excess modeling material, waste of modeling material can be reduced.

また、本実施形態では、移動部により余剰造形材を移動させる所定方向(移動方向203a)に応じて第1領域を決定する。より具体的には、第2領域の四方の周囲領域のうち、所定方向の周囲領域にある余剰造形材の量が、所定方向以外の方向の周囲領域にある余剰造形材の量より少なくなるように、第1領域を決定する。これにより、第2領域の四方の周囲領域にある余剰造形材の量を均等にすることができ、支持体の作用効果を均等に得ることができる。 In addition, in this embodiment, the first region is determined according to a predetermined direction (movement direction 203a) in which the surplus modeling material is moved by the moving unit. More specifically, the first region is determined such that the amount of surplus modeling material in the surrounding region in the predetermined direction among the four surrounding regions of the second region is less than the amount of surplus modeling material in the surrounding region in a direction other than the predetermined direction. This makes it possible to equalize the amount of surplus modeling material in the surrounding regions on all four sides of the second region, and to obtain the effect of the support body evenly.

また本実施形態では、造形層の表面を平坦化する平坦化機構を有し、溶融用レーザ光による加熱の前に平坦化ローラで造形層を平坦化する。これにより、加熱前には必ず造形層の表面を平坦化でき、造形精度を維持できる。 In addition, this embodiment has a flattening mechanism that flattens the surface of the modeling layer, and flattens the modeling layer with a flattening roller before heating with the melting laser light. This ensures that the surface of the modeling layer is flattened before heating, and modeling precision can be maintained.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る立体造形装置100aについて説明する。なお、実施形態と説明したものと同一の構成部には同一の部品番号を付し、重複する説明を適宜省略する。
[Second embodiment]
Next, a three-dimensional object forming apparatus 100a according to a second embodiment will be described. Note that the same components as those described in the embodiment will be given the same part numbers, and duplicated descriptions will be omitted as appropriate.

<立体造形装置100aの全体構成例>
図10は、立体造形装置100aの全体構成の一例を説明する図である。図10に示すように、立体造形装置100aは、担持体フィルム111aと、繰り出しロール111Aと、巻取りロール111Bと、造形材供給ユニット112aと、平坦化ローラ113bと、反射板119とを有する。
<Overall configuration example of 3D object formation apparatus 100a>
10 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of the 3D object forming apparatus 100a. As illustrated in FIG. 10, the 3D object forming apparatus 100a includes a carrier film 111a, a feed roll 111A, a take-up roll 111B, a forming material supply unit 112a, a flattening roller 113b, and a reflector 119.

担持体フィルム111aは、造形ステージ301の上方(z軸正方向側)に配置され、造形材201を担持して移送するフィルム状の担持体である。担持体フィルム111aは、繰り出しロール111A及び巻取りロール111Bを含む複数のローラによって支持されている。担持体フィルム111aには、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン等を含んで構成された樹脂フィルム等を使用できる。 The carrier film 111a is a film-like carrier that is disposed above the modeling stage 301 (on the positive z-axis side) and carries and transports the modeling material 201. The carrier film 111a is supported by multiple rollers including a pay-out roll 111A and a take-up roll 111B. The carrier film 111a can be a resin film containing polyimide, polycarbonate, polyvinylidene fluoride, etc.

繰り出しロール111Aから巻取りロール111Bに巻き取られることで、担持体フィルム111aが走行方向110に沿って走行し、担持した造形材201が造形ステージ301上に造形される造形物200の上方まで移送される。 By being wound from the pay-out roll 111A onto the take-up roll 111B, the carrier film 111a travels along the travel direction 110, and the supported modeling material 201 is transported above the modeling object 200 to be modeled on the modeling stage 301.

造形材供給ユニット112aは、担持体フィルム111aの周囲に配置され、担持体フィルム111aの表面に造形材201を供給する。造形材供給ユニット112aは、内部に造形材201が供給されて矢印方向に回転するメッシュローラ121aと、メッシュローラ121a内で造形材201を摺って擦るブレード123aとを有する。造形材供給ユニット112aは、ブレード123aで造形材201を摺って擦りながら凝集を解くことで、メッシュローラ121aを通過させ、担持体フィルム111aの周面に造形材201の薄層を形成する。 The forming material supply unit 112a is disposed around the carrier film 111a and supplies the forming material 201 to the surface of the carrier film 111a. The forming material supply unit 112a has a mesh roller 121a into which the forming material 201 is supplied and which rotates in the direction of the arrow, and a blade 123a which rubs the forming material 201 within the mesh roller 121a. The forming material supply unit 112a rubs the forming material 201 with the blade 123a to break up the agglomerations, allowing it to pass through the mesh roller 121a and forming a thin layer of the forming material 201 on the peripheral surface of the carrier film 111a.

メッシュローラ121aのメッシュの開目は造形材201の平均粒径より20~30%大きいものが好ましい。金属線を編んだものを使用できるが、電鋳などで作製されるフラットなメッシュがより好ましい。また、ブレード123aの当接方法は、トレーリングでもよいし、カウンタ等の他の当接方法でもよく、適宜選択可能である。メッシュの開目には、造形材201が詰まることがあるが、開目より細い繊維からなるブラシをメッシュローラ外周から接触させることで、詰まりを解消できる。 The mesh openings of the mesh roller 121a are preferably 20 to 30% larger than the average particle size of the shaping material 201. A woven metal wire can be used, but a flat mesh made by electroforming or the like is more preferable. The contact method of the blade 123a can be selected as appropriate, either by trailing or by other contact methods such as a counter. The shaping material 201 can become clogged in the mesh openings, but clogging can be eliminated by contacting the mesh roller from the outer periphery with a brush made of fibers thinner than the openings.

反射板119は、溶融用レーザ光116aを偏向させることができる。反射板119として、誘電体多層膜で構成された反射ミラー等を用いることができる。 The reflector 119 can deflect the melting laser light 116a. A reflector mirror made of a dielectric multilayer film can be used as the reflector 119.

平坦化ローラ113bは、y軸方向に往復移動可能に構成されている。ここで、図11は、平坦化ローラ113bの動作の一例を説明する図であり、(a)は第1例を示す図、(b)は第2例を示す図である。 The flattening roller 113b is configured to be able to move back and forth in the y-axis direction. Here, FIG. 11 is a diagram explaining an example of the operation of the flattening roller 113b, where (a) is a diagram showing a first example, and (b) is a diagram showing a second example.

図11(a)に示す例では、平坦化ローラ113bは、ローラ軸がx軸方向に沿うように配置される。造形材の飛翔による造形層202の形成が終了後、造形ステージ301をy軸正方向に沿う移動方向113dに移動させ、担持体フィルム111a、又は溶融用レーザ光の照射位置と干渉しない位置まで造形層202を移動させて停止する。 In the example shown in FIG. 11(a), the flattening roller 113b is arranged so that the roller axis is aligned along the x-axis direction. After the formation of the modeling layer 202 by the flying of the modeling material is completed, the modeling stage 301 is moved in a moving direction 113d along the positive direction of the y-axis, and the modeling layer 202 is moved to a position where it does not interfere with the carrier film 111a or the irradiation position of the melting laser light, and then stopped.

次に、造形ステージ301と平坦化ローラ113bとのz軸方向における距離が所定値になるように造形ステージ301をz軸方向に上昇させる。この状態で平坦化ローラ113bをz軸負方向側に移動させて造形層202の表面に当接させて摺り切りをし、平坦化する。平坦化が終了後、造形ステージ301をz軸方向における所定高さまで下降させ、造形ステージ301をy軸負方向側に移動させる。その後、溶融用レーザによる加熱を行う。 Next, the modeling stage 301 is raised in the z-axis direction so that the distance between the modeling stage 301 and the flattening roller 113b in the z-axis direction becomes a predetermined value. In this state, the flattening roller 113b is moved in the negative z-axis direction and brought into contact with the surface of the modeling layer 202 to smooth out and flatten it. After flattening is complete, the modeling stage 301 is lowered to a predetermined height in the z-axis direction, and the modeling stage 301 is moved in the negative y-axis direction. After that, heating is performed using a melting laser.

図11(b)に示す例では、造形層202を含む平面であるxy平面内において、平坦化ローラ113bのローラ軸が造形ステージ301の移動方向113dに対して傾くようにして、平坦化ローラ113bが配置されている。このようにすることで、余剰造形材をy軸方向だけでなく、x軸方向にも移動させることができる。 In the example shown in FIG. 11(b), the flattening roller 113b is arranged so that the roller axis of the flattening roller 113b is inclined with respect to the moving direction 113d of the modeling stage 301 in the xy plane, which is a plane including the modeling layer 202. In this way, the excess modeling material can be moved not only in the y-axis direction but also in the x-axis direction.

平坦化する際の平坦化ローラ113bの移動方向を積層毎に入れ替えると、余剰造形材の移動先の偏りをなくせるため、より好適である。また1層ごとに造形層202の平坦化を行わずに、複数層の造形層を形成後に1回の平坦化を行うようにすると、1層ごとに平坦化を行わないため、造形時間を短縮できる。さらに、造形層202の形成及び造形層202の加熱溶融を複数回繰り返した後、造形層202を形成した後に平坦化を行ってもよい。これによりさらに造形時間を短縮できる。 It is more preferable to switch the direction of movement of the flattening roller 113b during flattening for each layer, as this can eliminate bias in the destination of the excess modeling material. Furthermore, if flattening is performed once after forming multiple modeling layers rather than flattening each layer, the modeling time can be shortened because flattening is not performed for each layer. Furthermore, the formation of the modeling layer 202 and the heating and melting of the modeling layer 202 can be repeated multiple times, and then flattening can be performed after the modeling layer 202 is formed. This can further shorten the modeling time.

また、平坦化ローラ113bの周辺にスクレーパ等の構成を設けることもできる。図12は、平坦化ローラ113bの周辺構成の一例を説明する図である。図12に示すように、平坦化ローラ113bの周辺には、スクレーパ140と、余剰回収ケース141が設けられている。 In addition, a scraper or other configuration can be provided around the flattening roller 113b. Figure 12 is a diagram illustrating an example of the configuration around the flattening roller 113b. As shown in Figure 12, a scraper 140 and a surplus collection case 141 are provided around the flattening roller 113b.

スクレーパ140は、平坦化ローラ113bの所定のクリーニング位置に設けられ、クリーニング位置まで移動された平坦化ローラ113bの表面に付着した余剰造形材を擦って除去することで、平坦化ローラ113bの表面をクリーニングする。 The scraper 140 is provided at a predetermined cleaning position of the flattening roller 113b, and cleans the surface of the flattening roller 113b by scraping and removing excess molding material adhering to the surface of the flattening roller 113b that has been moved to the cleaning position.

余剰回収ケース141は、スクレーパ140により除去された余剰造形材を回収するケースである。 The surplus collection case 141 is a case for collecting the surplus molding material removed by the scraper 140.

<立体造形装置100aによる造形動作例>
図13は、立体造形装置100aによる造形動作例を説明するフローチャートである。
<Example of Modeling Operation by Three-Dimensional Modeling Apparatus 100a>
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a modeling operation performed by the three-dimensional modeling apparatus 100a.

まず、ステップS131において、飛翔用レーザ115は、担持体フィルム111aに飛翔用レーザ光115aを照射し、担持体フィルム111aに担持された造形材201を飛翔させる。飛翔した造形材201は、造形ステージ301又は造形物200上に着弾し、第1領域に造形層が形成される。 First, in step S131, the flying laser 115 irradiates the carrier film 111a with the flying laser light 115a, causing the modeling material 201 carried by the carrier film 111a to fly. The flying modeling material 201 lands on the modeling stage 301 or the modeled object 200, and a modeling layer is formed in the first region.

続いて、ステップS132において、立体造形装置100aは、造形層の層数が平坦化を行う層数に達したか否かを判定する。 Next, in step S132, the three-dimensional modeling device 100a determines whether the number of modeling layers has reached the number of layers to be flattened.

ステップS132で達したと判定された場合には(ステップS132、Yes)、動作はステップS133に移行する。一方、達していないと判定された場合には(ステップS132、No)、動作はステップS134に移行する。 If it is determined in step S132 that the limit has been reached (Yes in step S132), the operation proceeds to step S133. On the other hand, if it is determined that the limit has not been reached (No in step S132), the operation proceeds to step S134.

続いて、ステップS133において、造形ステージ301は、y軸正方向に移動して平坦化を行う位置に到達後に停止する。その後、平坦化ローラ113bは、移動方向113dに沿って移動しながら造形層の表面に圧接して余剰造形材を移動させる。これにより、造形層の表面が平坦化される。 Next, in step S133, the modeling stage 301 moves in the positive y-axis direction and stops after reaching a position where flattening is performed. The flattening roller 113b then moves along the movement direction 113d, pressing against the surface of the modeling layer to move the excess modeling material. This causes the surface of the modeling layer to be flattened.

続いて、ステップS134において、溶融用レーザ116は、溶融用レーザ光116aを照射して、造形層の表面における第1領域内の第2領域を加熱する。第2領域にある造形材201は、加熱により溶融し、造形ステージ301又は造形物200上に固着する。 Next, in step S134, the melting laser 116 irradiates the melting laser light 116a to heat the second region within the first region on the surface of the modeling layer. The modeling material 201 in the second region is melted by heating and is fixed onto the modeling stage 301 or the modeled object 200.

続いて、ステップS135において、立体造形装置100は、造形物200が所定の高さに達したか否かを判定する。 Next, in step S135, the three-dimensional modeling device 100 determines whether the model 200 has reached a predetermined height.

ステップS135で、達したと判定された場合には(ステップS135、Yes)、動作は終了する。一方、達していないと判定された場合には(ステップS135、No)、動作はステップS131に戻り、ステップS131以降の処理が繰り返される。 If it is determined in step S135 that the threshold has been reached (Yes in step S135), the operation ends. On the other hand, if it is determined that the threshold has not been reached (No in step S135), the operation returns to step S131, and the processing from step S131 onwards is repeated.

このようにして、立体造形物を造形することができる。 In this way, a three-dimensional object can be created.

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。 Although the preferred embodiments and examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various modifications and changes are possible within the scope of the gist of the present invention described in the claims.

なお、実施形態は、造形材により形成される薄層である造形層を積み上げて造形する装置であれば、各種の造形方式のものに適用可能である。 The embodiment can be applied to various modeling methods as long as the device is capable of stacking modeling layers, which are thin layers formed from a modeling material, to create a model.

また、上記で用いた序数、数量等の数字は、全て本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明の技術を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。 In addition, all the numbers such as ordinal numbers and quantities used above are merely examples to specifically explain the technology of the present invention, and the present invention is not limited to the exemplified numbers. In addition, the connections between the components are merely examples to specifically explain the technology of the present invention, and the connections that realize the functions of the present invention are not limited to these.

また、実施形態は立体造形方法も含む。例えば、立体造形方法は、造形台上に立体造形物を造形する立体造形装置による立体造形方法であって、造形材を飛翔させて前記造形台上の第1領域に着弾させる工程と、前記第1領域内の第2領域にある前記造形材を加熱する工程と、前記第2領域にある前記造形材を支持する支持体を、余剰造形材により前記第2領域の周囲に形成する工程と、を行う。このような立体造形方法により、上述した立体造形装置と同様の効果を得ることができる。 The embodiment also includes a three-dimensional modeling method. For example, the three-dimensional modeling method is a three-dimensional modeling method using a three-dimensional modeling device that models a three-dimensional object on a modeling table, and includes the steps of: flying modeling material to land on a first region on the modeling table; heating the modeling material in a second region within the first region; and forming a support for supporting the modeling material in the second region around the second region using surplus modeling material. This three-dimensional modeling method can achieve the same effects as the three-dimensional modeling device described above.

100 立体造形装置
111 担持体ベルト
111a 担持体フィルム
111A 繰り出しロール
111B 巻取りロール
112 造形材供給ユニット
113 平坦化ローラ(移動部の一例、平坦化機構の一例)
114 支持体形成部
115 飛翔用レーザ(飛翔部の一例)
115a 飛翔用レーザ光
116 溶融用レーザ(加熱部の一例)
116a 溶融用レーザ光
117 クリーニングブレード
118 回収ケース
119 反射板
140 スクレーパ
141 余剰回収ケース
200 造形物
200' 第2領域
201 造形材
202 造形層
202' 第1領域
203 余剰造形材
204 支持体
301 造形ステージ
302 ヒータ
400 制御部
401 領域決定部
402 ステージ制御部
403 レーザ制御部
θ 安息角
100 Three-dimensional object forming apparatus 111 Support belt 111a Support film 111A Pay-out roll 111B Take-up roll 112 Forming material supply unit 113 Flattening roller (an example of a moving part, an example of a flattening mechanism)
114 Support forming section 115 Laser for flying (an example of a flying section)
115a: Laser light for flying 116: Laser for melting (an example of a heating unit)
Reference Signs: 116a: melting laser beam 117: cleaning blade 118: collection case 119: reflector 140: scraper 141: surplus collection case 200: model 200': second region 201: modeling material 202: modeling layer 202': first region 203: surplus modeling material 204: support 301: modeling stage 302: heater 400: control unit 401: region determination unit 402: stage control unit 403: laser control unit θ: angle of repose

特許6380948号公報Patent No. 6380948

Claims (6)

造形台上に立体造形物を造形する立体造形装置であって、
粉体状の造形材を飛翔させて前記造形台上の第1領域に着弾させる飛翔部と、
前記第1領域内の第2領域にある前記造形材を加熱する加熱部と、
前記第2領域にある前記造形材を支持する支持体を、余剰造形材により前記第2領域の周囲に形成する支持体形成部と、を有し、
前記支持体形成部は、
前記第1領域を決定する領域決定部と、
前記第2領域にある前記余剰造形材を前記第2領域の周囲に移動させる移動部と、を有し、
前記移動部は、前記第2領域にある前記余剰造形材を所定方向に移動させ、
前記領域決定部は、前記所定方向に応じて前記第1領域を決定する
立体造形装置。
A three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional object on a modeling table, comprising:
a flying unit that shoots a powder-like molding material and makes it land on a first region on the molding table;
a heating section that heats the shaping material in a second region within the first region;
a support forming unit that forms a support that supports the molding material in the second region around the second region using surplus molding material ,
The support forming section includes:
A region determining unit that determines the first region;
a moving unit that moves the surplus molding material in the second region to a periphery of the second region,
the moving unit moves the surplus molding material in the second area in a predetermined direction,
The region determining unit determines the first region according to the predetermined direction.
3D modeling device.
前記領域決定部は、前記第2領域の周囲領域のうち、前記所定方向の前記周囲領域にある前記余剰造形材の量が、前記所定方向以外の方向の前記周囲領域にある前記余剰造形材の量より少なくなるように、前記第1領域を決定する
請求項に記載の立体造形装置。
2. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the region determination unit determines the first region such that an amount of surplus modeling material in the surrounding region of the second region in the specified direction is less than an amount of surplus modeling material in the surrounding region in a direction other than the specified direction.
前記移動部は、前記第2領域にある前記造形材により形成される造形層の表面を平坦化する平坦化機構を含む
請求項1、又は2に記載の立体造形装置。
The three-dimensional object forming apparatus according to claim 1 , wherein the moving unit includes a flattening mechanism that flattens a surface of a modeling layer formed by the modeling material in the second region.
前記平坦化機構は、前記加熱部による加熱前に、前記造形層の表面を平坦化する
請求項に記載の立体造形装置。
The three-dimensional object fabrication apparatus according to claim 3 , wherein the planarization mechanism planarizes a surface of the modeling layer before the heating by the heating unit.
前記平坦化機構は、複数の前記造形層が積層されるごとに前記造形層の表面を平坦化する
請求項、又はに記載の立体造形装置。
The three-dimensional object forming apparatus according to claim 3 or 4 , wherein the planarization mechanism planarizes the surface of the object forming layer each time a plurality of object forming layers are stacked.
造形台上に立体造形物を造形する立体造形装置による立体造形方法であって、
飛翔部により、粉体状の造形材を飛翔させて前記造形台上の第1領域に着弾させる工程と、
加熱部により、前記第1領域内の第2領域にある前記造形材を加熱する工程と、
支持体形成部により、前記第2領域にある前記造形材を支持する支持体を、余剰造形材により前記第2領域の周囲に形成する工程と、を行い、
前記支持体形成部は、
領域決定部により、前記第1領域を決定し、
移動部により、前記第2領域にある前記余剰造形材を前記第2領域の周囲に移動させ、
前記移動部は、前記第2領域にある前記余剰造形材を所定方向に移動させ、
前記領域決定部は、前記所定方向に応じて前記第1領域を決定する
立体造形方法。
A three-dimensional object forming method using a three-dimensional object forming apparatus for forming a three-dimensional object on a forming table, comprising the steps of:
a step of flying a powder-like modeling material by a flying unit to land on a first region on the modeling table;
heating the shaping material in a second region within the first region by a heating unit;
forming , by a support-forming unit, a support that supports the molding material in the second region, around the second region using surplus molding material ;
The support forming section includes:
A region determining unit determines the first region;
a moving unit moving the surplus molding material in the second region to a periphery of the second region;
the moving unit moves the surplus molding material in the second region in a predetermined direction,
The region determining unit determines the first region according to the predetermined direction.
Three-dimensional modeling method.
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