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JP2016022641A - Three-dimensional molding device and three-dimensional molding method - Google Patents

Three-dimensional molding device and three-dimensional molding method Download PDF

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JP2016022641A JP2014147601A JP2014147601A JP2016022641A JP 2016022641 A JP2016022641 A JP 2016022641A JP 2014147601 A JP2014147601 A JP 2014147601A JP 2014147601 A JP2014147601 A JP 2014147601A JP 2016022641 A JP2016022641 A JP 2016022641A
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nozzle
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional molding device capable of high speed molding at a relatively low cost.SOLUTION: Each cross-section shape is divided into a first drawing region of drawing at a high resolution and a second drawing region of drawing at a low resolution, the first drawing region is drawn with a first nozzle head of discharging a model material at a high resolution, and the second drawing region is drawn with a second nozzle head of discharging the model material at a resolution lower than that of the first nozzle head, thus the high speed molding of a cubic shape is made possible even without using a nozzle head having a high integration degree in a wide range.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、物体を立体的形状に積層造形する装置及び方法に関する。積層造形とは、造形材(モデル材)により断面形状を描画しそれを積層していくことにより、任意の三次元造形物を形成するもので、このような積層造形を行う装置を一般的には3D(三次元)プリンター又は立体造形装置と称する。本発明は特に、ノズルからモデル材を吐出して造形する方式の三次元造形装置及び方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for layering an object into a three-dimensional shape. Layered modeling is a method of drawing an arbitrary three-dimensional structure by drawing a cross-sectional shape with a modeling material (model material) and laminating it, and a device that performs such layered modeling is generally used. Is called a 3D (three-dimensional) printer or a three-dimensional modeling apparatus. In particular, the present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and method of modeling by discharging a model material from a nozzle.

従来から、造形用の材料(モデル材)及びサポート材をインクジェットノズル等で吐出することにより立体構造の断面形状を描画し、描画した断面形状を硬化させた後順次積層していくことにより、任意の立体形状を造形する三次元造形装置が種々提案されている。例えば、特許文献1には、複数のノズルからなる3種類のノズル列を設け、各ノズル列からそれぞれモデル材及びサポート材を吐出して立体像の断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層して立体造形を行う三次元造形装置が開示されている。
また、特許文献2には、吐出ノズルを複数個配列したヘッドユニットを吐出材料の種類ごとに複数個設けたマルチヘッドユニットを、一軸方向に移動させながら支持体用材料を吐出して支持体を形成した後に造形物用材料を噴射して積層する三次元造形装置が開示されている。
Conventionally, by drawing the material for modeling (model material) and the support material with an inkjet nozzle etc., drawing the cross-sectional shape of the three-dimensional structure, curing the drawn cross-sectional shape and then laminating sequentially, arbitrary Various three-dimensional modeling apparatuses that model the three-dimensional shape have been proposed. For example, in Patent Document 1, three types of nozzle arrays each including a plurality of nozzles are provided, and a model material and a support material are respectively ejected from each nozzle array to draw a cross-sectional shape layer of a stereoscopic image. A three-dimensional modeling apparatus is disclosed in which three-dimensional modeling is performed by sequentially stacking layers.
In Patent Document 2, a multi-head unit in which a plurality of head units in which a plurality of discharge nozzles are arranged is provided for each type of discharge material is discharged in a uniaxial direction while discharging a support material. A three-dimensional modeling apparatus is disclosed in which a molded object material is sprayed and stacked after being formed.

特開2004―255839号JP 2004-255839 A 特開2004―90530号JP 2004-90530 A

このような三次元造形装置では、立体形状を平面方向に輪切りにした断面形状を表わす薄い断面形状層(2次元描画層、または2.5次元の描画層と称する)を順次積層して、最終立体形状を造形する。そのため、印刷(造形)ヘッド(以下、「ノズルヘッド」と称する)または描画テーブルをX軸方向及びY軸方向に移動(走査)させることにより、まず1つの2次元描画層(断面形状層)を形成する。その後、形成した2次元描画層の上に次の2次元描画層を形成して順次積層していく。立体形状が完成するまでには、2次元描画層をその後Z方向へ何千層も積層する必要があるため、一つの立体形状の造形には数時間から数十時間という膨大な時間が必要となる。   In such a three-dimensional modeling apparatus, a thin three-dimensional shape layer (referred to as a two-dimensional drawing layer or a 2.5-dimensional drawing layer) that represents a cross-sectional shape obtained by cutting the three-dimensional shape in a plane direction is sequentially laminated to obtain a final three-dimensional shape. Is shaped. Therefore, by moving (scanning) a printing (modeling) head (hereinafter referred to as “nozzle head”) or a drawing table in the X-axis direction and the Y-axis direction, first, one two-dimensional drawing layer (cross-sectional shape layer) is formed. Form. Thereafter, the next two-dimensional drawing layer is formed on the formed two-dimensional drawing layer and sequentially stacked. It is necessary to stack thousands of two-dimensional drawing layers in the Z direction until the three-dimensional shape is completed. Therefore, it takes an enormous amount of time from several hours to several tens of hours to form a single three-dimensional shape. Become.

例えば、特許文献1は、3種類のノズル(ノズル列2乃至4)を用いてそれぞれサポート部材、離型材、及びモデル材を吐出させて立体形状を形成している。対象となる三次元造形物を水平面方向にスライスしたデータを受信すると、ノズル列2、ノズル列3、ノズル列4の各ノズル列から、それぞれ異なる種類の液滴(第2のサポート材、モデル材、及び第1のサポート材)を吐出して、厚さ10μm程度の平面方向の断面形状を描画する(明細書の段落「0014」参照)。
なお、サポート材とは、モデル材により形成される造形部分がオーバーハングした形状等の場合に、当該部分のモデル材の描画を可能にするための予めオーバーハング部を支持するための支持部を造形するための造形補助材料である。離型材とは、立体形状の描画が完了後に、モデル材とサポート材を容易に分離するための補助材料である。
For example, Patent Document 1 forms a three-dimensional shape by discharging a support member, a release material, and a model material, respectively, using three types of nozzles (nozzle rows 2 to 4). Upon receiving data obtained by slicing the target three-dimensional structure in the horizontal plane direction, different types of liquid droplets (second support material, model material) are obtained from the nozzle rows 2, 3, 4. , And the first support material) are discharged, and a cross-sectional shape in a planar direction having a thickness of about 10 μm is drawn (see paragraph “0014” of the specification).
In addition, in the case of the shape etc. where the modeling part formed by the model material overhangs, the support material is a support part for supporting the overhang part in advance to enable drawing of the model material of the part. It is a modeling auxiliary material for modeling. The mold release material is an auxiliary material for easily separating the model material and the support material after the drawing of the three-dimensional shape is completed.

この特許文献1に係る立体画像形成装置は、複数のノズルを備えるものの、モデル材を吐出するノズル列は1個のみであり、この一個のノズル列を、X軸方向及びY軸方向の2つの軸方向(以下、「X−Y方向」と称する)へ移動させて一つの断面形状層(2次元描画層)を形成する。形成した2次元描画層を硬化した後にテーブルを所定の高さ(例えば約10μm程度)だけZ方向(上方向)へ上昇させ、硬化した2次元描画層の上に次の断面形状層を描画する。これを順次繰り返すことにより、2次元描画層が積層され立体形状が作成される。  Although the stereoscopic image forming apparatus according to Patent Document 1 includes a plurality of nozzles, there is only one nozzle row that discharges a model material, and this single nozzle row is divided into two in the X-axis direction and the Y-axis direction. It is moved in the axial direction (hereinafter referred to as “XY direction”) to form one cross-sectional shape layer (two-dimensional drawing layer). After curing the formed two-dimensional drawing layer, the table is raised in the Z direction (upward) by a predetermined height (for example, about 10 μm), and the next cross-sectional shape layer is drawn on the cured two-dimensional drawing layer. . By repeating this sequentially, a two-dimensional drawing layer is laminated to create a three-dimensional shape.

一つの2次元描画層の形成するためには、ノズル列をX−Y方向に走査する必要があり、通常、数千個から数万個の2次元描画層を積層して最終立体形状が完成する。ここで、一つの2次元描画層を形成するために、ノズル列をX−Y方向に走査する必要があるため立体形状の完成までに、X−Y方向の走査を数千回から数万回繰り返すことになる。そのため、立体形状の造形には多くの時間を必要とする。  In order to form one two-dimensional drawing layer, it is necessary to scan the nozzle array in the XY direction. Usually, a final three-dimensional shape is completed by stacking several thousand to several tens of thousands of two-dimensional drawing layers. To do. Here, in order to form one two-dimensional drawing layer, it is necessary to scan the nozzle row in the XY direction, and therefore, the scanning in the XY direction is performed several thousand to several tens of thousands of times until the solid shape is completed. Will repeat. Therefore, a lot of time is required for modeling a three-dimensional shape.

このような立体形状の造形時間を短縮するために、特許文献2では複数のノズルを走査する一つの軸方向(例えばX方向)の長さに相当する長さだけ配置したマルチヘッドユニットを、一軸方向(例えばY軸方向に移動(走査)させることにより積層造形をする構成を提案している(明細書の段落「0018」参照)。ノズル列の長さを、例えばX軸方向の長さ分のノズル列とすることにより、マルチヘッドユニットをX軸方向に移動させる走査は不要となる。これにより、一軸方向(Y軸方向)のみ移動させるだけで、1つの断面形状層の描画(2次元描画層)を完成させることが可能となり、高速造形が可能となる。   In order to shorten the modeling time for such a three-dimensional shape, in Patent Document 2, a multihead unit in which a length corresponding to the length in one axial direction (for example, the X direction) for scanning a plurality of nozzles is arranged on one axis A configuration is proposed in which additive manufacturing is performed by moving (scanning) in the Y-axis direction (for example, refer to paragraph “0018” of the specification). With this nozzle row, scanning to move the multi-head unit in the X-axis direction becomes unnecessary, so that only one uniaxial direction (Y-axis direction) can be drawn to draw one cross-sectional shape layer (two-dimensional (Drawing layer) can be completed, and high-speed modeling is possible.

確かに、特許文献2に係る発明はノズルヘッドを一つの軸方向に移動するだけで2次元描画層(断面形状層)の形成が可能であるので、高速造形が可能となる。しかし、この構成は、複数のノズルを少なくとも立体形状の一軸方向の長さとほぼ同じ長さに亘り配列する必要がある。しかし、このような高集積化された大きなノズルヘッドを製造するには高度な製造技術が要求され、極めて大きなコストアップ要因となる。   Certainly, the invention according to Patent Document 2 can form a two-dimensional drawing layer (cross-sectional shape layer) only by moving the nozzle head in one axial direction, so that high-speed modeling is possible. However, in this configuration, it is necessary to arrange a plurality of nozzles at least over the same length as that of the three-dimensional shape in the uniaxial direction. However, in order to manufacture such a highly integrated large nozzle head, an advanced manufacturing technique is required, which causes an extremely large cost increase.

すなわち、三次元造形装置の各ノズルの径は求められる造形精度によって異なるが、通常10μm程度の径の細いノズルである。10μmという細い径のノズルを立体形状の一軸(X軸又はY軸)の長さ全体に亘り、1つの欠陥もなく精度よく配列するには高度の製造技術が求められる。このような高い集積度の長いノズルヘッドを製造するには、極めて高い製造技術が必要となり、製造歩留まりが極端に悪くなる。そのため製造コストが大幅にアップし、装置全体のコストアップの要因となる。  That is, although the diameter of each nozzle of a three-dimensional modeling apparatus changes with the modeling precision calculated | required, it is a nozzle with a diameter of about 10 micrometers normally. Advanced manufacturing technology is required to accurately arrange nozzles with a small diameter of 10 μm over the entire length of one axis (X axis or Y axis) of a solid shape without one defect. In order to manufacture such a highly integrated nozzle head, an extremely high manufacturing technique is required, and the manufacturing yield is extremely deteriorated. As a result, the manufacturing cost is significantly increased, which increases the overall cost of the apparatus.

本発明は、従来技術の三次元造形装置におけるこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、高速描画可能な廉価な三次元造形装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems in the conventional three-dimensional modeling apparatus, and an object thereof is to provide an inexpensive three-dimensional modeling apparatus capable of high-speed drawing.

上記した目的を達成するために、本発明に係る三次元造形装置は、
モデル材を吐出することにより立体形状を構成する各断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層することにより、3次元の立体形状を形成する三次元造形装置であって、
一回当たりの吐出範囲として、造形対象となる立体画像の形成に求められる高い解像度に対応する大きさと液滴量のモデル材を吐出する第1の吐出ノズルを1以上備える第1のノズルヘッドと、
前記モデル材の一回当たりの吐出範囲が、前記第1の吐出ノズルよりも整数倍大きい第2の吐出ノズルを1以上備える第2のノズルヘッドと、
第1の描画領域を前記第1のノズルヘッドにより描画し、前記第1の描画領域以外の第2の描画領域を前記第2のノズルヘッドにより描画するよう制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is
A three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional shape by drawing each cross-sectional shape layer constituting a three-dimensional shape by discharging a model material, and sequentially laminating these cross-sectional shape layers,
A first nozzle head including at least one first discharge nozzle that discharges a model material having a size and a droplet amount corresponding to a high resolution required for forming a stereoscopic image to be formed as a discharge range per one time; ,
A second nozzle head having one or more second discharge nozzles, each of which has a discharge range that is an integral multiple of that of the first discharge nozzle.
A controller that controls the first drawing area to be drawn by the first nozzle head and the second drawing area other than the first drawing area to be drawn by the second nozzle head;
It is characterized by providing.

上記した構成の三次元造形装置によれば、従来技術において第1のノズルヘッドで描画していた領域の一部(第2の描画領域)を、ノズル集積度の低い第2のノズルヘッドにより描画するので、第1のノズルヘッドの長さを短くすることができる。第2のノズルヘッドは、第1のノズルヘッドに比べて高い集積技術を必要としないので、製造歩留まりも上がり、ノズルヘッドの製造コストを低減することが可能となる。第2のノズルヘッドとしては、インクジェットノズルでなくともよく、例えばスリットコーター等を使用することができる。   According to the three-dimensional modeling apparatus having the above-described configuration, a part of the area (second drawing area) drawn by the first nozzle head in the prior art is drawn by the second nozzle head having a low nozzle integration degree. Thus, the length of the first nozzle head can be shortened. Since the second nozzle head does not require a high integration technique as compared with the first nozzle head, the manufacturing yield can be increased and the manufacturing cost of the nozzle head can be reduced. The second nozzle head need not be an inkjet nozzle, and for example, a slit coater can be used.

このように、描画精度の異なる第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドに分けて描画を行うことができるのは、以下の理由による。
通常、例えば、円柱とその円柱を挿入するソケットを造形する場合には、円柱部分と、ソケットの外形形状部分については高い精度が求められるが、円柱の内部構造等はそれほど高い精度は要求されない。そのような場合、外側の部分だけを第1のノズルヘッドで描画し、円柱の内部は比較的多くのモデル材を第2のノズルヘッドにより描画しても特に問題は生じない。このように、造形対象となる立体形状には、立体形状の用途や目的等に応じて、高い精度が要求される部分と、さほど高い精度は要求されない部分がある。本発明は、造形する立体形状に求められる各部の精度に応じて、高い精度が要求される部分とそれ以外の部分とに分けて、それぞれ異なるヘッドにより描画するものである。
As described above, the drawing can be performed separately for the first nozzle head and the second nozzle head with different drawing accuracy for the following reason.
Usually, for example, when modeling a cylinder and a socket into which the cylinder is inserted, high precision is required for the cylindrical part and the outer shape part of the socket, but the internal structure of the cylinder is not required to be so high. In such a case, even if only the outer part is drawn by the first nozzle head and a relatively large number of model materials are drawn by the second nozzle head inside the cylinder, there is no particular problem. As described above, the three-dimensional shape to be modeled includes a portion where high accuracy is required and a portion where high accuracy is not required depending on the use and purpose of the three-dimensional shape. According to the present invention, drawing is performed with different heads in accordance with the accuracy of each part required for the three-dimensional shape to be formed, divided into a part that requires high precision and other parts.

なお、第1の描画領域と第2の描画領域は、制御部に予め記憶している所定の実行分ログラムを実行することにより、断面形状データ及び制御データに基づいて、作成するよう構成することができる。   The first drawing area and the second drawing area are configured to be created based on the cross-sectional shape data and the control data by executing a predetermined execution program stored in advance in the control unit. Can do.

なお、本明細書においては、断面形状層を高い精度が求められる部分(第1描画領域)とそれ以外の部分(第2描画領域)の2つのみに区分した例を示したが、第2描画領域を更に複数の段階に分ける(例えば、密度又は強度の違い等により分ける)ことも可能である。 In the present specification, an example is shown in which the cross-sectional shape layer is divided into only two parts, a part (first drawing area) where high accuracy is required (second drawing area) and the other part (second drawing area). It is also possible to divide the drawing area into a plurality of stages (for example, according to the difference in density or intensity).

第2のノズルヘッドとして、例えばスリットコーターを採用することにより、第2の描画領域の描画の際に、第2のノズルヘッドを高速で移動させる(走査する)ことが可能となり、全体の描画速度を高速で描画することが可能となる。   By adopting, for example, a slit coater as the second nozzle head, the second nozzle head can be moved (scanned) at a high speed when drawing the second drawing area, and the overall drawing speed is increased. Can be drawn at high speed.

また、精密描画できるノズルヘッドを短くすれば、製造歩留まりを上げて、ノズルヘッドの製造コストを下げることができる。
例えば、第1のノズルヘッドをX軸の半分の長さとし、第2のノズルヘッドを残りの長さとすることにより、少なくとも高精度の第1のノズルヘッドはX軸の半分の長さで良いので、第1のノズルヘッドをX軸全体の長さのノズルヘッドにする場合に比べれば、製造歩留まりが向上する。
Further, if the nozzle head capable of precise drawing is shortened, the manufacturing yield can be increased and the manufacturing cost of the nozzle head can be reduced.
For example, by setting the first nozzle head to half the length of the X axis and the second nozzle head to the remaining length, at least the first nozzle head with high accuracy may be half the length of the X axis. Compared with the case where the first nozzle head is a nozzle head having the entire length of the X axis, the manufacturing yield is improved.

なお、上記した構成において、第2のノズルの形状は、円筒形状のノズルであっても、第1のノズルの径と同じ大きさで横方向に長く延びるスリット形状のノズル等、種々の形状とすることが可能である。   In the configuration described above, the shape of the second nozzle may be various, such as a cylindrical nozzle, such as a slit-shaped nozzle that is the same size as the diameter of the first nozzle and extends in the lateral direction. Is possible.

また、第1の描画部分と第2の描画部分は、造形しようとする立体形状の機能や特性に応じて形状または大きさを変更または指定することができるよう構成することが可能である。例えば、上述したように円柱の立体形状を造形する場合において、円柱の内部構造の精度や密度が問題とならない場合には、円柱の外形から内部に向かって15%〜20%程度の部分のみを第1のノズルヘッドで描画し、残りの内部構造部分は一度に大量のモデル材を噴射できる第2のノズルヘッドで描画するようにするよう構成する。   In addition, the first drawing portion and the second drawing portion can be configured such that the shape or size can be changed or designated according to the function and characteristics of the three-dimensional shape to be formed. For example, in the case of modeling a three-dimensional shape of a cylinder as described above, if the accuracy and density of the internal structure of the cylinder are not a problem, only a portion of about 15% to 20% from the outer shape of the cylinder toward the inside Drawing is performed by the first nozzle head, and the remaining internal structure portion is drawn by the second nozzle head capable of ejecting a large amount of model material at a time.

また、円柱内部に特に強度が求められる場合や、特殊な機能が求められる場合等には、内部のモデル材として、外側のモデル材とは異なる種類のモデル材を使用しても良い。例えば、電気伝導性、熱伝導性、断熱性、多孔質生等が求められる場合には、それらの要求機能に応じて、第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドで吐出するモデル材の種類が異なるものとしても良い。   When the strength is particularly required inside the cylinder or when a special function is required, a model material of a different type from the outside model material may be used as the internal model material. For example, when electrical conductivity, thermal conductivity, heat insulation, porous raw material, etc. are required, the types of model materials discharged by the first nozzle head and the second nozzle head according to their required functions May be different.

本発明の3次元造形装置によれば、モデル材の吐出量の異なる複数種類のモデル材用のノズルヘッド(例えば、第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッド)を設けることにより、ノズルヘッド全体の製造の製造コストの上昇を抑制しつつ、高速描画が可能な3次元描画装置を提供することができる。   According to the three-dimensional modeling apparatus of the present invention, the nozzle head as a whole is provided by providing nozzle heads (for example, a first nozzle head and a second nozzle head) for a plurality of types of model materials with different discharge amounts of model materials. Thus, it is possible to provide a three-dimensional drawing apparatus capable of high-speed drawing while suppressing an increase in manufacturing cost.

本発明に係る三次元造形装置の一実施形態の構成を示す機能ブロック図。The functional block diagram which shows the structure of one Embodiment of the three-dimensional modeling apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドの構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the structural example of the 1st nozzle head which concerns on this invention, and a 2nd nozzle head. 本発明に係る第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the other example of a structure of the 1st nozzle head which concerns on this invention, and a 2nd nozzle head. 本発明に係る第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the other example of a structure of the 1st nozzle head which concerns on this invention, and a 2nd nozzle head. 本発明に係る第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the other example of a structure of the 1st nozzle head which concerns on this invention, and a 2nd nozzle head. 本発明に係る第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the other example of a structure of the 1st nozzle head which concerns on this invention, and a 2nd nozzle head. 本発明に係る第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドの他の構成例を示す模式図。The schematic diagram which shows the other example of a structure of the 1st nozzle head which concerns on this invention, and a 2nd nozzle head. 本発明に係る三次元造形装置により、立体形状の造形途中の状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state in the middle of modeling of a three-dimensional shape with the three-dimensional modeling apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る三次元造形装置において、第1の描画領域と第2の描画慮域の例を示す平面図。The top view which shows the example of the 1st drawing area and the 2nd drawing consideration area in the three-dimensional modeling apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る三次元造形装置において、第1の描画領域と第2の描画慮域の他の例を示す平面図。本発明に係る三次元造形装置において、第2の描画領域の設定が異なる例における走査範囲を説明するための図。The three-dimensional modeling apparatus which concerns on this invention WHEREIN: The top view which shows the other example of a 1st drawing area and a 2nd drawing consideration area. The figure for demonstrating the scanning range in the example from which the setting of a 2nd drawing area differs in the three-dimensional modeling apparatus which concerns on this invention.

以下、図面を参照しながら本発明に係る3次元造形装置及び造形方法にについて説明する。
本発明は、従来技術の立体形状装置と異なり、モデル材用のノズルヘッドとして吐出量の異なるノズルからなる2種類以上のノズルヘッド(第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッド)を備えている。造形対象となる立体形状において、高精度の描画が要求される第1描画領域は第1のノズルによりモデル材を吐出して立体形状を描画し、第1描画領域以外の部分(第2描画領域)は第2のノズルによりモデル材を吐出して立体形状を描画することにより、立体形状を形成する。以下図面を用いて説明する。
Hereinafter, a three-dimensional modeling apparatus and a modeling method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
Unlike the conventional three-dimensional shape apparatus, the present invention includes two or more types of nozzle heads (first nozzle head and second nozzle head) composed of nozzles having different discharge amounts as model material nozzle heads. . In the three-dimensional shape to be modeled, the first drawing area where high-precision drawing is required draws the three-dimensional shape by discharging the model material from the first nozzle, and the part other than the first drawing area (second drawing area) ) Forms a three-dimensional shape by drawing the three-dimensional shape by discharging the model material from the second nozzle. This will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る三次元造形装置の一実施形態の主要部の構成を示す機能ブロック図であり、図2〜図7は、本発明に係る三次元造形装置において使用する第1及び第2のノズルヘッドを模式的に示す平面図である。図8は造形中の第1及び第2のノズルヘッドの動作をイメージ的に示す説明図であり、図9及び図10は、第1の描画領域及び第2の描画領域の例と、ノズルヘッドの動きを説明するための模式図である。
なお、図2〜図7に各種ノズルヘッドの例を例示したが、第1のノズルヘッド及び第2のノズルヘッドの大きさ、配置の組合せ等の構成は、当該分野の技術常識に基づきこれら以外の構成にも適宜変形可能である。
FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a main part of an embodiment of a three-dimensional modeling apparatus according to the present invention, and FIGS. 2 to 7 are first and second drawings used in the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention. It is a top view which shows a 2nd nozzle head typically. FIG. 8 is an explanatory diagram conceptually showing the operation of the first and second nozzle heads during modeling. FIGS. 9 and 10 show examples of the first drawing area and the second drawing area, and the nozzle head. It is a schematic diagram for demonstrating a motion.
Although examples of various nozzle heads are illustrated in FIGS. 2 to 7, the configurations of the size and arrangement of the first nozzle head and the second nozzle head are based on the common general technical knowledge in the field. These configurations can be modified as appropriate.

図1を参照する。本実施形態における三次元造形装置10は、操作部11、制御部12、一時記憶メモリ13、保存記憶メモリ14、ヘッド駆動部15、第1のノズルヘッド16、第2のノズルヘッド17、形状データ入力部18、テーブル駆動部20、テーブル21等を備えている。その他表示等を必要に応じて適宜付加することが可能である。   Please refer to FIG. The three-dimensional modeling apparatus 10 according to the present embodiment includes an operation unit 11, a control unit 12, a temporary storage memory 13, a storage memory 14, a head drive unit 15, a first nozzle head 16, a second nozzle head 17, and shape data. An input unit 18, a table driving unit 20, a table 21 and the like are provided. Other displays and the like can be added as necessary.

操作部11は、三次元造形装置10の起動、各種設定、及び使用者による必要な動作指示を入力するための入力手段(キーボード、タッチプレート、スイッチ、その他の入力手段)を備えており、これの動作指示の入力に応じて所定の信号が制御12に伝達されて、各種動作が実行される。   The operation unit 11 includes input means (keyboard, touch plate, switch, and other input means) for inputting activation of the 3D modeling apparatus 10, various settings, and necessary operation instructions by the user. In response to the input of the operation instruction, a predetermined signal is transmitted to the control 12 to execute various operations.

制御部12はCPU等から構成され、基本プログラム、各種動作プログラム及び制御データ等に基づいて三次元造形装置10の各部の動作全体及び各部の動作を制御し、取得した立体形状データに基づき所望の立体形状を造形する。制御部12は外部サーバ(図示せず)または内部の保存記憶メモリ14へのアクセスが可能であり、これらにアクセスすることにより各種動作プログラムやデータを取得することができる。図1では、一時記憶メモリ14に動作プログラムを保存記憶メモリ14に記憶している例を示したが、制御部内に基本的な動作プログラムを記憶するよう構成することもできる。。   The control unit 12 includes a CPU and the like, and controls the overall operation of each unit and the operation of each unit of the 3D modeling apparatus 10 based on the basic program, various operation programs, control data, and the like. Shape a three-dimensional shape. The control unit 12 can access an external server (not shown) or an internal storage memory 14 and can obtain various operation programs and data by accessing these. Although FIG. 1 shows an example in which the operation program is stored in the temporary storage memory 14, the basic operation program may be stored in the control unit. .

各種動作プログラムには、立体形状データから立体像を平面方向に薄くスライスした断面形状を表わす2次元データを切り出して、第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッド17の描画範囲を決定するためのプログラムや、当該描画範囲に基づいてヘッド駆動部を制御して第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッド17をX方向、Y方向に移動するように駆動する走査制御プログラム、第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッド17によるモデル材の吐出タイミングや吐出量を制御する吐出駆動制御プログラム等が含まれている。   In the various operation programs, two-dimensional data representing a cross-sectional shape obtained by slicing a three-dimensional image thinly in a plane direction is cut out from the three-dimensional shape data, and the drawing ranges of the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 are determined. A scanning control program for controlling the head driving unit based on the drawing range and driving the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 to move in the X and Y directions, the first A discharge drive control program for controlling the discharge timing and discharge amount of the model material by the nozzle head 16 and the second nozzle head 17 is included.

一部記憶部13は、DRAM等の比較的高速で動作するメモリで構成されるのが望ましく、三次元造形装置10の動作に必要な各種データを記憶するとともに、三次元記憶装置10の起動時に、保存記憶メモリ14から制御プログラムや制御データ等を読み出して必要なプログラムやデータを記憶する。また、これらの断面データを一時記憶するため及びその他のデータ処理に必要なワークメモリとしても用いられる。なお、図1では、第1の描画データ及び第2の描画データを保存記憶メモリ14に記憶する構成を示しているが、これらのデータを一時記憶メモリ13に記憶するように構成することもできる。   The partial storage unit 13 is preferably composed of a memory such as a DRAM that operates at a relatively high speed, stores various data necessary for the operation of the 3D modeling apparatus 10, and is activated when the 3D storage apparatus 10 is activated. The control program and control data are read from the storage memory 14 and necessary programs and data are stored. It is also used as a work memory necessary for temporarily storing these cross-sectional data and for other data processing. Although FIG. 1 shows a configuration in which the first drawing data and the second drawing data are stored in the storage memory 14, these data may be stored in the temporary storage memory 13. .

保存記憶メモリ14は、例えばハードディスク装置のような大容量記憶装置からなり、図1に例示するように、動作プログラム、制御プログラム、立体形状データ、第1描画データ、第2描画データ等、必要なデータ、プログラムを格納することができる。   The storage memory 14 is composed of a large-capacity storage device such as a hard disk device, for example. As illustrated in FIG. 1, an operation program, a control program, three-dimensional shape data, first drawing data, second drawing data, and the like are necessary. Data and programs can be stored.

形状データ入力部18は、例えば、立体スキャナ、記録情報読取装置、及び/またはデータ通信装置等により構成される。形状データ入力部18により、立体スキャナにより直接立体を操作することにより立体形状データ取得すること、記憶されたCDまたはDVD装置等を用いて立体形状データを入力すること、及び外部のサーバや外部の立体形状生成装置から送信される立体形状データを受信することが可能となる。   The shape data input unit 18 includes, for example, a three-dimensional scanner, a recorded information reading device, and / or a data communication device. The shape data input unit 18 obtains the solid shape data by directly operating the solid with the stereoscopic scanner, inputs the solid shape data using a stored CD or DVD device, etc. It becomes possible to receive the solid shape data transmitted from the solid shape generation device.

本願発明に用いるノズルヘッドについて説明する。本願発明に係る三次元造形装置は、モデル材を吐出するノズルヘッドとして、高い精度描画(解像度の高い描画)が可能な第1のノズルヘッドと、第1のノズルヘッドより解像度の低い第2のノズルヘッドを備えている。
原理的には、第1のノズルヘッドにX軸と同じ長さに相当する分ノズルを一列に配置することにより、X軸方向の描画を一度で完了させることができる。この構成にすると、ノズルヘッドをX軸方向へ走査する必要はなくなり、Y軸方向の走査だけで、精度の高い断面形状の描画ができ、描画速度も向上する。
The nozzle head used in the present invention will be described. The three-dimensional modeling apparatus according to the present invention includes a first nozzle head capable of drawing with high accuracy (drawing with high resolution) as a nozzle head for discharging a model material, and a second nozzle having a lower resolution than the first nozzle head. It has a nozzle head.
In principle, drawing in the X-axis direction can be completed at once by arranging nozzles corresponding to the same length as the X-axis in the first nozzle head. With this configuration, it is not necessary to scan the nozzle head in the X-axis direction, and a highly accurate cross-sectional shape can be drawn only by scanning in the Y-axis direction, and the drawing speed is improved.

しかし、直径10μmほどの第1のノズル30を高い密度でX軸の長さに相当する距離に亘って配置するためには、数千〜数万のノズルを狭い間隔で直線上整列して配置することが求められるため、極めて高度かつ精度の高いマイクロ加工技術が必要となる。また、製造した第1のノズルヘッド16の大量の第1のノズル30の中に一つでも欠陥があると描画ドットが欠落するため不良品となることから、このような高集積化した第1のノズルヘッド16の製造歩留りは悪く、製造コストが極めて高いものとなる。  However, in order to arrange the first nozzles 30 having a diameter of about 10 μm over a distance corresponding to the length of the X axis with high density, thousands to tens of thousands of nozzles are arranged in a straight line at a narrow interval. Therefore, extremely advanced and highly accurate micromachining technology is required. In addition, if even one of the large number of first nozzles 30 of the manufactured first nozzle head 16 has a defect, it becomes a defective product due to missing drawing dots. The production yield of the nozzle head 16 is poor and the production cost is extremely high.

本願発明は、立体形状を構成するモデル材のノズルヘッドの構成とその制御(モデル材の吐出量の制御とノズルヘッドの走査制御)方法を変えることにより、描画精度の高い第1のノズルをX軸の長さに亘り設けることなく、立体形状を高速で造形することを可能にしている。  The present invention changes the configuration of the nozzle head of the model material constituting the three-dimensional shape and the control method (control of the ejection amount of the model material and the scan control of the nozzle head), thereby changing the first nozzle with high drawing accuracy to X It is possible to form a three-dimensional shape at high speed without providing it over the length of the shaft.

第1のノズルヘッド16は、解像度の高い描画を行うインクジェット方式のノズルヘッドであり、例えば10μm程度の小さな径のノズル(以下、「第1のノズル」と称する)を所定の間隔をおいて複数配列したノズル列を備えている。第2ノズルヘッド17は、モデル材の吐出時の吐出量が第1のノズルよりも多く解像度が低いノズル(以下、「第2のノズル」と称する)を1つまたは複数配列したノズルヘッドである。   The first nozzle head 16 is an ink jet nozzle head that performs drawing with high resolution. For example, a plurality of nozzles having a small diameter of about 10 μm (hereinafter referred to as “first nozzles”) are provided at predetermined intervals. An array of nozzle rows is provided. The second nozzle head 17 is a nozzle head in which one or a plurality of nozzles (hereinafter referred to as “second nozzles”) that have a larger discharge amount and lower resolution than the first nozzle when the model material is discharged are arranged. .

第2のノズルのモデル材の吐出量は、第1のノズルの数倍から数千倍の量とすることができる。第2の描画領域が単順な矩形状であれば、第2のノズル一個当たりのモデル材の吐出量を多くすることにより一度に広範囲の描画が可能となる。しかし、第2の描画領域が複雑な形状をしている場合、一個のノズルの吐出量が多すぎると却って描画し難くなり、描画精度や描画速度が低下する可能性がある。第2のノズルは、種々の形状の第2の描画領域を描画することを前提に、種々の描画領域の形状に応じて高速かつ精確に描画できるように、その形状、大きさ及び配置を適宜決定することができる。   The discharge amount of the model material of the second nozzle can be several times to several thousand times that of the first nozzle. If the second drawing region is a simple rectangular shape, a wide range of drawing can be performed at once by increasing the discharge amount of the model material per second nozzle. However, when the second drawing area has a complicated shape, if the discharge amount of one nozzle is too large, drawing becomes difficult and drawing accuracy and drawing speed may be reduced. Assuming that the second nozzle is to draw the second drawing area of various shapes, the second nozzle has an appropriate shape, size and arrangement so that it can be drawn at high speed and accurately according to the shape of the various drawing areas. Can be determined.

第2のノズルはインジェット方式のノズルであっても、他の方式であってもよい。但し、厚さ10μm〜20μm程度の薄い膜を形成可能であることが望ましい。インクジェット方式以外の吐出方式のノズルとしては、例えば、スリットコーター方式のノズルを用いることが可能である。   The second nozzle may be an inject type nozzle or another type. However, it is desirable that a thin film having a thickness of about 10 μm to 20 μm can be formed. For example, a slit coater type nozzle can be used as a discharge type nozzle other than the inkjet type.

第2のノズルとしてスリット形状のインクジェット方式のノズルを用いる場合、例えば細長い薄い金属等の材料からなる薄板(以下、「金属板」と称する)上にピエゾ素子を薄板の長さ方向に積層して張り合わせた構造をとすることにより、モデル材を吐出する駆動源とすることができる。この構造において、ピエゾ素子を一方向に高速で伸縮させると、金属板が厚み方向に高速で変形する。この金属板の高速変形によりノズル内部の空気を圧縮し、この圧縮空気によりモデル材を金属板の厚み方向に高速で吐出させることができる。また、コンプレッサからの圧縮気体の通路を電磁バルブを高速で開閉することにより、モデル材をノズルから吐出させる構成としても良い。   When a slit-type inkjet nozzle is used as the second nozzle, for example, a piezo element is stacked in the length direction of the thin plate on a thin plate made of a material such as an elongated thin metal (hereinafter referred to as “metal plate”). By using a bonded structure, a driving source for discharging the model material can be obtained. In this structure, when the piezo element is expanded and contracted in one direction at high speed, the metal plate is deformed at high speed in the thickness direction. The air inside the nozzle is compressed by the high-speed deformation of the metal plate, and the model material can be discharged at high speed in the thickness direction of the metal plate by the compressed air. Further, the model material may be discharged from the nozzle by opening and closing the electromagnetic valve at high speed in the passage of the compressed gas from the compressor.

スリットコーター方式のノズルヘッドを採用する場合、第2のノズルをスリット形状とし、スリット形状の吐出口からモデル材を吐出しながら、スリット状ノズルの長手方向と直交する方向に移動させて、第2の描画領域をモデル材の薄い膜で描画する。このモデル座の薄膜の膜厚は、第1のノズルから吐出するモデル材と同じ厚さとなるように調整する。このようにスリットコーターを第2のノズルとして用いることにより、比較的広い領域を高速で移動させながら連続的に薄膜を吐出することができるので、第2の描画領域を高速で描画することが可能となる。   When adopting a slit coater type nozzle head, the second nozzle is formed into a slit shape, and the second nozzle is moved in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slit-shaped nozzle while discharging the model material from the slit-shaped discharge port. The drawing area is drawn with a thin film of model material. The film thickness of the thin film of the model seat is adjusted so as to be the same as that of the model material discharged from the first nozzle. By using the slit coater as the second nozzle in this way, it is possible to continuously discharge a thin film while moving a relatively wide area at high speed, so that the second drawing area can be drawn at high speed. It becomes.

第1のノズルと第2のノズル32の形状は、同一の形状(例えば吐出口が円形)であっても、異なる形状であってもよい。異なる形状の例としては、例えば図2乃至図7に例示するように、第1のノズル30は吐出口近くの断面が円形状で、第2のノズル32〜37は、細長いスリット状の形状とすることができる。第2のノズル32〜37のスリットの幅(短辺側の長さ)を、第1のノズルの径とほぼ同じ程度とし、長辺方向の長さをノズル径の整数倍(数倍〜数千倍)とすることにより、第2のノズル32〜37から、第1のノズル30の径と同程度の幅(短辺)の細長いスリット形状にモデル材が吐出される。第2のノズルヘッドは、仮にインクジェット方式を用いるとしても、第1のノズルヘッドに比べて集積度を低くできるので製造が容易となる。従って、第2のノズルヘッドの長さを長くしても製造歩留まりが高くなりモデル材用のノズルヘッド全体の製造コストを低廉化できる。   The shape of the first nozzle and the second nozzle 32 may be the same shape (for example, the discharge port is circular) or different shapes. As examples of the different shapes, for example, as illustrated in FIGS. 2 to 7, the first nozzle 30 has a circular cross section near the discharge port, and the second nozzles 32 to 37 have an elongated slit shape. can do. The width (length on the short side) of the slits of the second nozzles 32 to 37 is set to be approximately the same as the diameter of the first nozzle, and the length in the long side direction is an integral multiple of the nozzle diameter (several times to several times). (1000 times), the model material is discharged from the second nozzles 32 to 37 into an elongated slit shape having a width (short side) approximately the same as the diameter of the first nozzle 30. Even if the second nozzle head uses an ink jet method, the degree of integration can be lowered as compared with the first nozzle head, so that the manufacturing becomes easy. Therefore, even if the length of the second nozzle head is increased, the manufacturing yield is increased, and the manufacturing cost of the entire nozzle head for the model material can be reduced.

第1のノズルヘッド16、第2のノズルヘッド17の大きさ及び配置、並びに第1のノズル30及び第2のノズル32〜37の大きさ及び配置は、立体造形装置に求められる機能及び品質に応じて自由に設定することができる。  The size and arrangement of the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 and the size and arrangement of the first nozzle 30 and the second nozzles 32 to 37 depend on the functions and quality required for the three-dimensional modeling apparatus. It can be set freely depending on the situation.

図2乃至図7に、本発明に係る第1のノズルヘッド16と第2のノズルヘッド17を例示する。これらは例示であって、本発明が、以下に示される第1及び第2のノズルヘッド16、17等、及び第1のノズル30及び第2のノズル32等の形状、大きさ、配置等に限定されることを意図するものではない。
また、図2乃至図7において、第2のノズル32、32'等は、インクジェット方式のノズルであっても、スリットコーター方式のノズルであっても、その他の方式であっても良い。
2 to 7 illustrate a first nozzle head 16 and a second nozzle head 17 according to the present invention. These are merely examples, and the present invention can be applied to the shapes, sizes, arrangements, and the like of the first and second nozzle heads 16 and 17 and the first nozzle 30 and the second nozzle 32 shown below. It is not intended to be limited.
In FIGS. 2 to 7, the second nozzles 32, 32 ′ and the like may be ink jet nozzles, slit coater nozzles, or other methods.

また、図2乃至7に示す例を含むいずれの場合も、第1のノズルヘッド16、16',16''…と第2のノズルヘッド17、17'、17''、17'''を同じキャリッジ上に搭載して、ヘッド駆動部15により両ノズルヘッドを一緒に移動するよう構成しても、それぞれ別のキャリッジに搭載して、第1のノズルヘッド16,16'と第2のノズルヘッド17〜17'''が別々に駆動されるように構成しても良い。  Further, in any case including the examples shown in FIGS. 2 to 7, the first nozzle heads 16, 16 ′, 16 ″, and the second nozzle heads 17, 17 ′, 17 ″, 17 ′ ″ Even if the two nozzle heads are mounted on the same carriage and are moved together by the head drive unit 15, they are mounted on different carriages, and the first nozzle heads 16, 16 'and the second nozzles are mounted. The heads 17 to 17 ′ ″ may be driven separately.

図2に、本願発明に係るもっとも基本的な構成の第1のノズルヘッド16と第2のノズルヘッド17の例を示す。第1のノズルヘッド16には、小径の第1のノズル30が所定の間隔で複数配列されている。第2のノズルヘッド17には、細い長いスリット状の第2のノズル32が設けられている。なお、第2のノズル32の長さは、隣接する第1のノズル30の2個の配置間隔の整数倍(数倍〜数千倍以上)とすることができる。これは、図3乃至図7に示す第2のノズル33〜37またはこれら以外の第2のノズルの場合も同様である。  FIG. 2 shows an example of the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 having the most basic configuration according to the present invention. A plurality of first nozzles 30 having a small diameter are arranged in the first nozzle head 16 at a predetermined interval. The second nozzle head 17 is provided with a thin long slit-like second nozzle 32. In addition, the length of the 2nd nozzle 32 can be made into the integral multiple (several times-several thousand times or more) of the arrangement | positioning space | interval of the two adjacent 1st nozzles 30. FIG. The same applies to the second nozzles 33 to 37 shown in FIGS. 3 to 7 or other second nozzles.

図3は、第1のノズルヘッド16と第2のノズルヘッド17の他の例を示す。図3の例では左側と右側に第1のノズルヘッド16を1つずつ設け、その間に第2のノズルヘッド17'を設けている。この構成によると、すべてのノズルヘッド16',17'、16'が一つのキャリッジに搭載されている場合に、第1の描画領域と第2の描画領域の境界部分、特に、円柱のようにX軸方向の両端部分に第1の描画領域が存在する立体形状の境界部分のX軸の走査回数及びキャリッジ移動量を少なくすることができる。   FIG. 3 shows another example of the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17. In the example of FIG. 3, one first nozzle head 16 is provided on each of the left side and the right side, and a second nozzle head 17 ′ is provided therebetween. According to this configuration, when all the nozzle heads 16 ′, 17 ′, 16 ′ are mounted on one carriage, the boundary between the first drawing area and the second drawing area, in particular, a cylinder It is possible to reduce the number of scans of the X axis and the carriage movement amount at the boundary portion of the three-dimensional shape in which the first drawing area exists at both ends in the X axis direction.

図4にさらに他のノズルヘッドの例を示す。この例では、第1のノズルヘッド16,16''が上下2段に配置されており、第1のノズルヘッド16、16''は上段と下段で第1のノズル30の位置がずれており、上段の第1のノズル30のちょうど中間になるように配置される。これにより、第1のノズルヘッド16の長さ方向の描画密度を第1のノズル30の配置間隔の2倍の精度にすることができる。   FIG. 4 shows another example of the nozzle head. In this example, the first nozzle heads 16, 16 ″ are arranged in two upper and lower stages, and the first nozzle heads 16, 16 ″ are misaligned in the upper and lower stages. The upper nozzles 30 are arranged so as to be exactly in the middle. As a result, the drawing density in the length direction of the first nozzle head 16 can be made twice as accurate as the arrangement interval of the first nozzles 30.

図5は、第2のノズルヘッド17に、長さの異なる複数のスリット状の第2のノズルを設けた例を示す。図3及び図5では、第2のノズルヘッド17'の中に3個の第2のノズル33〜35を設けた例を示しているが、第2のノズルを3個以上設けても3個以下としてもよい。第2のノズル33,34、35の長さは、第2のノズル35の長さの整数倍であることが好ましい。このように整数倍とすることにより、第2の描画領域のX軸方向の長さが第2のノズル32の長さの整数倍でない場合に、第1の描画領域と第2の描画領域の境界部分の描画を迅速に行うことができる。また、第2のノズル33、34、35の長さは、隣接する第1のノズル30の2個の配置間隔の整数倍とすることが望ましい。   FIG. 5 shows an example in which the second nozzle head 17 is provided with a plurality of slit-shaped second nozzles having different lengths. 3 and 5 show an example in which three second nozzles 33 to 35 are provided in the second nozzle head 17 ′, but there are three even if three or more second nozzles are provided. It is good also as follows. The length of the second nozzles 33, 34 and 35 is preferably an integral multiple of the length of the second nozzle 35. By making the integral multiple in this way, when the length of the second drawing area in the X-axis direction is not an integral multiple of the length of the second nozzle 32, the first drawing area and the second drawing area The boundary portion can be drawn quickly. The lengths of the second nozzles 33, 34, and 35 are preferably set to an integral multiple of the interval between two adjacent first nozzles 30.

図6は、第1のノズルヘッド16と第2のノズルヘッド17が直行するように配置した例を示す。図6の例では、第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッド17がそれぞれ一個から構成されているが、いずれか一方または双方をそれぞれ複数個設けることも可能である。   FIG. 6 shows an example in which the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 are arranged so as to be orthogonal. In the example of FIG. 6, the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 are each composed of one piece, but it is also possible to provide a plurality of either one or both of them.

図7は、第2のノズルヘッド17の下側に、さらに、長さの異なる第2のノズル33、34を備える第2のノズルヘッド17''、17'''を設けている。これにより、図5の例と同様に第2の描画領域が第2のノズル32の整数倍の長さでない場合に、第1の描画領域と第2の描画領域の境界部分の描画を迅速に行うことができる。第2のノズル32、36、37の長さは、隣接する第1のノズル30の2個の配置間隔の2の乗数倍とすることが好ましい。  In FIG. 7, second nozzle heads 17 ″ and 17 ′ ″ including second nozzles 33 and 34 having different lengths are provided below the second nozzle head 17. As a result, when the second drawing area is not an integral multiple of the length of the second nozzle 32 as in the example of FIG. 5, the drawing of the boundary portion between the first drawing area and the second drawing area is quickly performed. It can be carried out. The lengths of the second nozzles 32, 36, and 37 are preferably set to a multiple of 2 times the interval between two adjacent first nozzles 30.

次に図8乃至図10を参照して、第1のノズルヘッド16と第2のノズルヘッド17を移動させるヘッド駆動部15の制御について説明する。
なお、以下の説明においては、図2に示す第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッド17が一つのキャリッジに搭載されているものとして説明する。
Next, control of the head drive unit 15 that moves the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 will be described with reference to FIGS.
In the following description, it is assumed that the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 shown in FIG. 2 are mounted on one carriage.

ヘッド駆動部15は制御部12からの駆動制御信号を元に、第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッドを水平方向平面内において、直交する2つの方向(例えばX軸方向及びY軸方向)に移動させる。ヘッド駆動部15により第1のノズルヘッド16を第1の描画領域に移動させ、第2のノズルヘッド17を第2の描画領域に移動させながら、それぞれ所定のタイミングで各ノズル30、32等からモデル材を吐出させて描画を行う。  Based on the drive control signal from the control unit 12, the head drive unit 15 places the first nozzle head 16 and the second nozzle head in two orthogonal directions in the horizontal plane (for example, the X-axis direction and the Y-axis direction). ). The head drive unit 15 moves the first nozzle head 16 to the first drawing area, and moves the second nozzle head 17 to the second drawing area. Drawing is performed by discharging the model material.

第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッド17が同じキャリッジに載置されている場合、ヘッド駆動部15は、制御部12からの制御信号に基づいて、第1のノズルヘッドが第1描画領域を移動し、第2のノズルヘッド17が第2描画領域を移動するように、キャリッジを駆動する。  When the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 are mounted on the same carriage, the head drive unit 15 determines that the first nozzle head is the first drawing based on the control signal from the control unit 12. The carriage is driven so that the area is moved and the second nozzle head 17 moves in the second drawing area.

図8を参照する。図8において、数字50は、造形処理が完了した状態の完成立体形状(円柱)を示しており、数字50'は造形途中の立体形状を示している。
通常、立体形状を造形する場合、少なくとも立体形状の外形部分(表面形状)は正確な寸法形状に形成することが求められるが、例えば円柱などの内部構造については、それほど高い造形精度は必要でないことが多い。したがって、求められる外側形状を高精度で形成し、円柱の内部のような内部構造部分は最終品質に影響を与えない範囲内であれば描画精度を落として形成することも可能である。
Please refer to FIG. In FIG. 8, numeral 50 indicates a completed three-dimensional shape (cylinder) in a state where the modeling process is completed, and numeral 50 ′ indicates a three-dimensional shape in the middle of modeling.
Normally, when modeling a three-dimensional shape, it is required to form at least the outer shape part (surface shape) of the three-dimensional shape in an accurate dimensional shape, but for example, an internal structure such as a cylinder does not require a very high modeling accuracy. There are many. Therefore, the required outer shape can be formed with high accuracy, and the internal structure portion such as the inside of the cylinder can be formed with reduced drawing accuracy as long as it does not affect the final quality.

第2のノズルヘッドがインクジェット方式の場合には、第1のノズルヘッド16及び第2のノズルヘッド17を、図に示すようにX軸方向に移動しながら各ノズル描画領域それぞれモデル材を吐出して描画を行う。
具体的には、第1のノズルヘッド16により第1の描画領域55を描画し、円柱内部の第2描画領域56を第2のノズルヘッド17により描画する。ノズルヘッド16,17の移動順序としては、まずX軸方向に移動してX軸方向の描画が完了したら、Y軸方向に1ドット分移動し、再度X軸方向に移動して各描画領域を描画する。これを繰り返すことにより、Y軸の最終位置まで移動することにより一つの断面形状の描画が終了する。
When the second nozzle head is an ink jet system, the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 are moved in the X-axis direction as shown in the figure, and each nozzle drawing region is discharged with a model material. And draw.
Specifically, the first drawing area 55 is drawn by the first nozzle head 16, and the second drawing area 56 inside the cylinder is drawn by the second nozzle head 17. The movement order of the nozzle heads 16 and 17 is as follows. First, when drawing in the X-axis direction is completed, the drawing in the X-axis direction is completed. draw. By repeating this, the drawing of one cross-sectional shape is completed by moving to the final position of the Y axis.

第2のノズルヘッドとしてスリットコーター方式のノズルを採用する場合には、第1描画領域と第2の描画領域を別々に描画することが好ましい。また、別々に描画する場合、第1描画領域または第2の描画領域のいずれを先に描画しても良いが、第2の描画領域を先に描画し、その後で第1描画領域を描画する方がこのましい。また、第2の描画領域をできるだけシンプルな形状(例えば、矩形状)に形成することが好ましい。  When a slit coater type nozzle is employed as the second nozzle head, it is preferable to draw the first drawing area and the second drawing area separately. When drawing separately, either the first drawing area or the second drawing area may be drawn first, but the second drawing area is drawn first, and then the first drawing area is drawn. This is better. In addition, it is preferable to form the second drawing area as simple as possible (for example, rectangular).

図9及び図10を用いて、第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッド17の描画領域と、ヘッド駆動について説明する。図9は、第2の描画領域を円形状に設定した例を示し、図10は第2の描画領域を矩形状に設定した状態を示す。  The drawing area of the first nozzle head and the second nozzle head 17 and the head drive will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 shows an example in which the second drawing area is set in a circular shape, and FIG. 10 shows a state in which the second drawing area is set in a rectangular shape.

第1の描画領域と第2の描画領域は、走査部の入力により設定することも、制御部により自動的に設定することもできるよう構成することができる。制御部による場合、描画領域決定するプログラムを用意して、描画領域を自動的に設定する。  The first drawing area and the second drawing area can be set by an input from the scanning unit or can be automatically set by the control unit. In the case of the control unit, a program for determining a drawing area is prepared and the drawing area is automatically set.

描画領域決定プログラムは、各ノズルヘッドのノズル列の長さ、配置、大きさ等に基づいて、第1の描画領域及び第2の描画領域を決定する。例えば、第1の描画領域及び第2の描画領域は、X方向の幅が、第1のノズル列の長さ及び第2のノズルの長さの整数倍となるように決定するのが好ましい。上述したように、第1のノズルヘッド16のノズル列の長さと第2のノズルヘッド17のノズルの長さは、解像度の最小単位となる隣接する第1のノズルの間隔の整数倍となるように構成されている。従って、描画領域決定プログラムにより、第1及び第2の描画領域を第1ノズルヘッドのノズル列または第2ノズルヘッドのノズルの整数倍となるように設定することにより、X軸方向の走査を無駄なく効率的に行うことが可能となる。  The drawing area determination program determines the first drawing area and the second drawing area based on the length, arrangement, size, and the like of the nozzle row of each nozzle head. For example, the first drawing area and the second drawing area are preferably determined such that the width in the X direction is an integral multiple of the length of the first nozzle row and the length of the second nozzle. As described above, the length of the nozzle row of the first nozzle head 16 and the length of the nozzle of the second nozzle head 17 are an integral multiple of the interval between the adjacent first nozzles which is the minimum unit of resolution. It is configured. Therefore, by setting the first and second drawing areas to be an integral multiple of the nozzle row of the first nozzle head or the nozzles of the second nozzle head by the drawing area determination program, scanning in the X-axis direction is wasted. And can be performed efficiently.

設定された第1の描画領域と、第2の描画領域に基づいて、第1及び第2のノズルヘッドがX軸方向及びY軸方向に走査されて、断面形状層(2次元描画層)の描画が実行される。
第1のノズルヘッド16と第2のノズルヘッド17は、第1の描画領域を描画するための走査と、第2の描画領域を描画するための走査とに分けて、それぞれ別々に走査しても良い。しかし、第2のノズルもインクジェット方式を採用している場合には、第1のノズルヘッドと第2のノズルヘッドが、それぞれ第1の描画領域と第2の描画領域とを同時に描画できる位置に移動したときは、同時に描画した方が、より効率的に描画することが可能である。
Based on the set first drawing region and second drawing region, the first and second nozzle heads are scanned in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the cross-sectional shape layer (two-dimensional drawing layer) Drawing is executed.
The first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 are divided into a scan for drawing the first drawing area and a scan for drawing the second drawing area, and scans each separately. Also good. However, when the second nozzle also adopts the ink jet system, the first nozzle head and the second nozzle head are respectively located at positions where the first drawing area and the second drawing area can be drawn simultaneously. When moving, it is possible to draw more efficiently by drawing at the same time.

まず、第2のノズルヘッドとしてインクジェット方式を採用している場合の走査制御の一例を説明する。
例えば、第1のノズルヘッド16と第2のノズルヘッド17が図9に破線で示す位置に移動しているときには、第1のノズルヘッド16は第1の描画領域にあり、第2のノズルヘッド17が第2の描画領域の上に配置されている。このような場合、第1の描画領域と第2の描画領域を同時に描画することが可能であり、同時に描画することにより、第2の描画領域のための第2のノズルヘッドの走査回数及び走査範囲を少なくすることが可能である。
First, an example of scanning control in the case where the ink jet method is adopted as the second nozzle head will be described.
For example, when the first nozzle head 16 and the second nozzle head 17 are moved to the positions indicated by the broken lines in FIG. 9, the first nozzle head 16 is in the first drawing area, and the second nozzle head 17 is arranged on the second drawing area. In such a case, it is possible to draw the first drawing area and the second drawing area at the same time, and by simultaneously drawing, the number of scans and scanning of the second nozzle head for the second drawing area. It is possible to reduce the range.

また、図10に示すように、第2描画領域55‘の形状を矩形状とすることにより、第1の描画領域と第2の描画領域の境界部分の走査制御が簡単になり、X軸方向の走査回数をより少なくすることが可能となる。  Also, as shown in FIG. 10, by making the shape of the second drawing area 55 ′ rectangular, scanning control of the boundary portion between the first drawing area and the second drawing area is simplified, and the X-axis direction It is possible to further reduce the number of scans.

さらに、第1のノズルの長さ・形状・配置及び第2のノズル長さ・形状・配置(制御データ)に合わせて、第1の描画領域、及び第2の描画領域の形状、位置・大きさを設定することにより、より効率的なノズルヘッドの走査及び描画が可能となる。描画領域を設定するプログラムは、上述した所定の制御データに基づいて、断面形状データを最も効率的に走査可能な、第1描画データ及び第2の描画データを作成するよう構成する。この際、所定の制御データとして、第1の描画領域の厚さ等を操作部から入力するように構成することも可能である。  Furthermore, the shape, position, and size of the first drawing area and the second drawing area are matched to the length, shape, and arrangement of the first nozzle and the length, shape, and arrangement (control data) of the second nozzle. By setting the length, the nozzle head can be scanned and drawn more efficiently. The program for setting the drawing area is configured to create the first drawing data and the second drawing data that can scan the cross-sectional shape data most efficiently based on the predetermined control data. At this time, it is possible to input the thickness of the first drawing area or the like from the operation unit as the predetermined control data.

例えば、図9に示す第1の描画領域55の左右部分の幅を第1のノズルヘッド30の第1のノズル列の長さと同じとし、上下部分はX軸に並行な直線となるように描画領域を設定する。これにより、X軸上で第1の描画領域と第2の描画領域が存在する場合、X軸上を2回移動するだけでX軸方向の第1の描画領域の描画は完了する。また、前述したように、第2のノズルの長さを、隣接する2つの第1のノズル30間隔の整数倍とすることにより、第1描画領域と第2の描画領域の境界部分も簡単な走査で描画することが可能となる。  For example, the width of the left and right portions of the first drawing region 55 shown in FIG. 9 is the same as the length of the first nozzle row of the first nozzle head 30, and the upper and lower portions are drawn so as to be a straight line parallel to the X axis. Set the area. Thereby, when the first drawing area and the second drawing area exist on the X axis, the drawing of the first drawing area in the X axis direction is completed only by moving twice on the X axis. In addition, as described above, by setting the length of the second nozzle to be an integral multiple of the interval between two adjacent first nozzles 30, the boundary between the first drawing area and the second drawing area can be simplified. It is possible to draw by scanning.

次に、第2のノズルとしてスリットコーター方式のノズルを採用する場合のノズルヘッドの移動制御(走査制御)の一例を説明する。第2のノズルヘッドとしてスリットコーター方式のノズルを採用する場合、前述したように、先に第2の描画領域を描画するのが好ましい。特に、スリットコーター方式で描画する場合には、第2の描画領域を図10に示すように、矩形に設定することが好ましい。このように第2描画領域を矩形にすることにより、第2のノズルヘッド17、17’等をY軸方向に高速で移動させることにより、矩形状の描画が完了する。第2のノズルヘッドがこの描画領域のX軸の長さ以上ある場合、Y軸方向に1回高速で移動するだけで、第2描画領域の描画が終了してする。
第2描画領域の描画が終了すると、第1のノズルヘッド16により第1の描画領域を描画することにより、一つの端面形状の描画が完了し、次の断面の描画に進むことができる。
Next, an example of nozzle head movement control (scanning control) when a slit coater type nozzle is employed as the second nozzle will be described. When a slit coater type nozzle is employed as the second nozzle head, it is preferable to draw the second drawing area first as described above. In particular, when drawing by the slit coater method, it is preferable to set the second drawing area to a rectangle as shown in FIG. In this way, by making the second drawing area rectangular, the second nozzle heads 17, 17 ′ and the like are moved at high speed in the Y-axis direction, thereby completing the rectangular drawing. When the second nozzle head is longer than the length of the X axis of the drawing area, the drawing of the second drawing area is completed only by moving once in the Y axis direction at a high speed.
When the drawing of the second drawing area is completed, the drawing of one end face shape is completed by drawing the first drawing area by the first nozzle head 16, and the drawing of the next cross section can proceed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されることは無く、適宜変形することが可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate.

例えば、第2のノズルをスリット状ではなく円形状、矩形状とすることも可能である。また、第1のノズルヘッド及び第2のノズルヘッドの第1の描画領域及び第2の描画領域の走査制御は、第1のノズルの長さ・形状・配置及び第2のノズル長さ・形状・配置と、第1描画領域、及び第2描画領域の位置・大きさ・大きさから、できるだけ走査位置が重複しないような走査手順を作成するのが好ましい。   For example, the second nozzle may have a circular shape or a rectangular shape instead of a slit shape. In addition, the scanning control of the first drawing area and the second drawing area of the first nozzle head and the second nozzle head includes the length, shape and arrangement of the first nozzle and the second nozzle length and shape. It is preferable to create a scanning procedure so that scanning positions do not overlap as much as possible from the arrangement and the positions, sizes, and sizes of the first drawing area and the second drawing area.

また、上記の実施形態では、x−Y方向の走査に関して、ノズルヘッドを移動して走査する例を示したが、テーブルを移動させて走査する構成、ノズルヘッドとテーブルの双方を移動させて走査する構成等いずれでも採用可能である。また、Z方向の移動もノズルヘッド又はテーブルのいずれをz方向に移動させてても良い。
さらに、操作部から、第1の描画領域と前記第2の描画領域を指定することや、条件を入力するように構成することも可能である。
In the above-described embodiment, an example in which scanning is performed by moving the nozzle head in relation to scanning in the x-Y direction has been described. However, the scanning is performed by moving the table, and scanning is performed by moving both the nozzle head and the table. Any configuration can be adopted. Further, in the movement in the Z direction, either the nozzle head or the table may be moved in the z direction.
Furthermore, it is also possible to designate the first drawing area and the second drawing area and input conditions from the operation unit.

10 三次元造形装置
14 保存記憶メモリ
16 第1のノズルヘッド
17,17'、17''、17'''第2のノズルヘッド
30 第1のノズル
32〜37 第2のノズル
41 テーブル
50 立体形状
50'造形途中の立体形状
55、55' 第1の描画領域
56、56' 第2の描画領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 3D modeling apparatus 14 Storage memory 16 1st nozzle head 17,17 ', 17'',17''' 2nd nozzle head 30 1st nozzle 32-37 2nd nozzle 41 Table 50 Three-dimensional shape 50 'three-dimensional shape 55, 55' first drawing area 56, 56 'second drawing area in the middle of modeling

Claims (10)

モデル材を吐出することにより立体形状を構成する各断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層することにより、3次元の立体形状を形成する三次元造形装置であって、
一回当たりの吐出範囲として、造形対象となる立体画像の形成に求められる高い解像度に対応する大きさと液滴量のモデル材を吐出する第1の吐出ノズルを1以上備える第1のノズルヘッドと、
前記モデル材の一回当たりの吐出範囲が、前記第1の吐出ノズルよりも整数倍大きい第2の吐出ノズルを1以上備える第2のノズルヘッドと、
第1の描画領域を前記第1のノズルヘッドにより描画し、前記第1の描画領域以外の第2の描画領域を前記第2のノズルヘッドにより描画するよう制御する制御部と、
を備える三次元造形装置。
A three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional shape by drawing each cross-sectional shape layer constituting a three-dimensional shape by discharging a model material, and sequentially laminating these cross-sectional shape layers,
A first nozzle head including at least one first discharge nozzle that discharges a model material having a size and a droplet amount corresponding to a high resolution required for forming a stereoscopic image to be formed as a discharge range per one time; ,
A second nozzle head having one or more second discharge nozzles, each of which has a discharge range that is an integral multiple of that of the first discharge nozzle.
A controller that controls the first drawing area to be drawn by the first nozzle head and the second drawing area other than the first drawing area to be drawn by the second nozzle head;
3D modeling device.
前記制御部は、前記第1の描画領域を規定する第1の描画データと、前記第2の描画領域を規定する第2の描画データを取得して、該第1の描画データ及び前記第2の描画データに基づいて、前記第1のノズルヘッド及び前記第2のノズルヘッドを制御する請求項1に記載の三次元造形装置。   The control unit obtains first drawing data defining the first drawing area and second drawing data defining the second drawing area, and the first drawing data and the second drawing data are obtained. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the first nozzle head and the second nozzle head are controlled based on the drawing data. 前記制御部は、前記断面形状データに基づいて、前記第1の描画領域を規定する前記第1の描画データと、前記第2の描画領域を規定する第2の描画データを作成し、前記第1の描画データと、前記第2の描画データに基づいて、前記第1のノズルヘッド及び前記第2のノズルヘッドを制御する請求項1に記載の三次元造形装置。   The control unit creates the first drawing data defining the first drawing area and the second drawing data defining the second drawing area based on the cross-sectional shape data, The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the first nozzle head and the second nozzle head are controlled based on one drawing data and the second drawing data. 前記第2のノズルヘッドは、大きさの異なる前記第2の吐出ノズルを複数備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の三次元造形装置。   The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the second nozzle head includes a plurality of the second discharge nozzles having different sizes. 前記第2のノズルヘッドは、短辺が前記第1の吐出ノズルの径と同じ長さであり長辺方向の長さが前記第1の吐出ノズルの径の整数倍のスリット状の吐出口からなる前記第2の吐出ノズルを備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の三次元造形装置。   The second nozzle head has a slit-like discharge port whose short side is the same length as the diameter of the first discharge nozzle and whose length in the long side direction is an integral multiple of the diameter of the first discharge nozzle. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, further comprising: the second discharge nozzle. 前記第2のノズルヘッドは、前記スリット状の吐出口の長辺方向の長さがそれぞれ整数倍異なる複数の前記第2の吐出ノズルを備えることを特徴とする請求項5に記載の三次元造形装置。   6. The three-dimensional modeling according to claim 5, wherein the second nozzle head includes a plurality of the second discharge nozzles, each of which has a length in the long side direction of the slit-shaped discharge port that is different by an integral number. apparatus. 前記第2の吐出ノズルは、前記スリット状の吐出口が、前記第1のノズルの列と直交する方向に伸びていることを特徴とする請求項5又は6に記載の三次元造形装置。   7. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5, wherein the second discharge nozzle has the slit-shaped discharge port extending in a direction orthogonal to the row of the first nozzles. 前記第2のノズルヘッドは、スリットコーター方式のノズルを備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の三次元造形装置。   The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the second nozzle head includes a slit coater type nozzle. モデル材を吐出することにより立体形状を構成する各断面形状層を描画し、これらの断面形状層を順次積層することにより、3次元の立体形状を形成する三次元造形方法であって、
造形対象となる立体形状に求められる解像度に対応する所定の精度で描画する第1の描画領域を規定する第1の描画データと、前記第1の描画領域よりも解像度の低い第2の描画領域を規定する第2の描画データを取得する工程と、
前記第1の描画データに基づいて前記第1の描画領域を第1のノズルヘッドにより描画し、第2の描画データに基づいて前記第2の描画領域を第2のノズルヘッドにより描画する工程と、
を備える三次元造形方法。
A three-dimensional modeling method for forming a three-dimensional solid shape by drawing each cross-sectional shape layer constituting a three-dimensional shape by discharging a model material, and sequentially laminating these cross-sectional shape layers,
First drawing data defining a first drawing area to be drawn with a predetermined accuracy corresponding to a resolution required for a three-dimensional shape to be modeled, and a second drawing area having a lower resolution than the first drawing area Obtaining second drawing data defining
Drawing the first drawing area with a first nozzle head based on the first drawing data, and drawing the second drawing area with a second nozzle head based on second drawing data; ,
3D modeling method.
前記第1の描画データと前記第2の描画データを取得する工程は、前記立体形状の断面形状データ及び所定の制御データに基づいて、前記第1の描画データと前記第2の描画データを生成することを特徴とする請求項第9に記載の三次元造形方法。   The step of acquiring the first drawing data and the second drawing data generates the first drawing data and the second drawing data based on the three-dimensional cross-sectional shape data and predetermined control data. The three-dimensional modeling method according to claim 9, wherein:
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