JP2018020547A - Three-dimensional structure modeling stage, three-dimensional structure manufacturing apparatus, and three-dimensional structure manufacturing method - Google Patents
Three-dimensional structure modeling stage, three-dimensional structure manufacturing apparatus, and three-dimensional structure manufacturing method Download PDFInfo
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Abstract
【課題】造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該積層体が変形することを抑制する。【解決手段】層を積層し積層体500を形成することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置2000に用いられ、積層体500が形成される形成面121aを有し、三次元造形物の構成材料よりも高い融点の高融点材料で多孔質に構成されていることを特徴とする三次元造形物の造形ステージ121を使用する。このような造形ステージ121を使用することで、造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結することに伴い、該積層体500が変形することを抑制することが可能になる。【選択図】図7PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deformation of a laminated body formed by laminating layers on a modeling stage, which is accompanied by degreasing or sintering of the laminated body. SOLUTION: This is used in a three-dimensional structure manufacturing apparatus 2000 that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers to form a stack 500, and has a forming surface 121a on which the stack 500 is formed, A modeling stage 121 of a three-dimensional model is used, which is made of a high melting point material having a melting point higher than that of the constituent material of the original model, and is porous. By using such a modeling stage 121, the laminate 500 is deformed by degreasing or sintering the laminate 500 of the three-dimensional structure formed by stacking layers on the modeling stage 121. It becomes possible to suppress that. [Selection diagram] Fig. 7
Description
本発明は、三次元造形物の造形ステージ、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a modeling stage for a three-dimensional structure, a manufacturing apparatus for a three-dimensional structure, and a method for manufacturing a three-dimensional structure.
従来から、層を積層することにより三次元造形物を製造する製造装置が使用されている。このような三次元造形物の製造装置においては、三次元造形物の積層体を造形ステージ上に形成することが行われている。
例えば、特許文献1には、三次元造形物の積層体を造形プレート(造形ステージ)上に形成することが可能な三次元造形物の製造装置を用いて三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。
Conventionally, a manufacturing apparatus for manufacturing a three-dimensional structure by laminating layers has been used. In such a three-dimensional structure manufacturing apparatus, a laminate of three-dimensional structures is formed on a modeling stage.
For example, Patent Document 1 discloses a manufacturing method for manufacturing a three-dimensional structure using a three-dimensional structure manufacturing apparatus that can form a laminate of a three-dimensional structure on a modeling plate (modeling stage). It is disclosed.
造形ステージ上に形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することが一般的に行われている。三次元造形物の積層体を脱脂や焼結すると、最終的な三次元造形物の構成材料以外の材料(除去材料)は、揮発することなどにより分解除去されるので、三次元造形物の積層体は収縮する。しかしながら、三次元造形物の積層体を脱脂や焼結する場合、造形ステージ側からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ上からの除去材料の揮発の仕方とが異なるため、収縮率に違いができ、該積層体は、脱脂や焼結に伴い変形してしまう場合があった。なお、特許文献1には、造形ステージの材質として三次元造形物と接合性の低いものが望ましいという旨の記載はあるが、造形ステージ側からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ上からの除去材料の揮発の仕方とが異なることに伴う該積層体の変形に関する記載は無い。すなわち、脱脂や焼結に伴う該積層体の変形を抑制することを可能にする技術は開示されていない。 It is generally performed to degrease or sinter a laminate of a three-dimensional structure formed on a modeling stage. Degreasing and sintering the three-dimensional structure laminate removes materials other than the final three-dimensional structure constituent material (removal material) by volatilization, etc., so the three-dimensional structure is laminated. The body contracts. However, when degreasing and sintering a laminate of a three-dimensional structure, the method of volatilization of the removal material from the modeling stage differs from the method of volatilization of the removal material from the modeling stage, so there is a difference in the shrinkage rate. The laminate could be deformed with degreasing and sintering. In addition, in Patent Document 1, there is a description that a material having a low bondability with a three-dimensional structure is desirable as a material of the modeling stage. There is no description regarding the deformation of the laminate due to the difference in volatilization of the removal material. That is, a technique that makes it possible to suppress deformation of the laminate accompanying degreasing and sintering is not disclosed.
そこで、本発明の目的は、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該積層体が変形することを抑制することである。 Therefore, an object of the present invention is to suppress deformation of the laminate as a result of degreasing and sintering the laminate of the three-dimensional structure formed by stacking layers on the modeling stage. .
上記課題を解決するための本発明の第1の態様の三次元造形物の造形ステージは、層を積層し積層体を形成することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置に用いられ、前記積層体が形成される形成面を有し、三次元造形物の構成材料よりも高い融点の高融点材料で多孔質に構成されていることを特徴とする。 The modeling stage of the three-dimensional structure according to the first aspect of the present invention for solving the above problem is a three-dimensional structure manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers and forming a laminate. It is used, has a formation surface on which the laminate is formed, and is made of a high melting point material having a melting point higher than that of the constituent material of the three-dimensional structure, and is porous.
本態様の造形ステージは、多孔質に構成されている。このため、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結する際、造形ステージ側(下方向)からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ上(上方向及び横方向)からの除去材料の揮発の仕方との差(すなわち収縮率の差)を小さくすることができる。したがって、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該積層体が変形することを抑制することができる。 The modeling stage of this aspect is configured to be porous. For this reason, when degreasing and sintering a laminate of a three-dimensional structure formed by stacking layers on a modeling stage, the removal material volatilizes from the modeling stage side (downward) and on the modeling stage ( It is possible to reduce a difference (that is, a difference in shrinkage rate) from the manner of volatilization of the removal material from the upward direction and the lateral direction. Therefore, it is possible to suppress deformation of the laminate in accordance with degreasing and sintering the laminate of the three-dimensional structure formed by stacking layers on the modeling stage.
本発明の第2の態様の三次元造形物の造形ステージは、層を積層し積層体を形成することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置に用いられ、前記積層体が形成される形成面を有し、三次元造形物の構成材料よりも高い融点の高融点材料で前記形成面側から該形成面側とは異なる側に連通するよう多孔質に構成されていることを特徴とする。 The modeling stage of the three-dimensional structure according to the second aspect of the present invention is used in a three-dimensional structure manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers and forming a stacked body, It has a formation surface to be formed, and is made of a high melting point material having a higher melting point than the constituent material of the three-dimensional structure, and is configured to be porous so as to communicate from the formation surface side to a side different from the formation surface side. It is characterized by.
本態様の造形ステージは、形成面側から該形成面側とは異なる側に連通するよう多孔質に構成されている。このため、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結する際、造形ステージ側(下方向)からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ上(上方向及び横方向)からの除去材料の揮発の仕方との差(すなわち収縮率の差)を効果的に小さくすることができる。したがって、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該積層体が変形することを効果的に抑制することができる。 The modeling stage of this aspect is configured to be porous so as to communicate with the side different from the forming surface side from the forming surface side. For this reason, when degreasing and sintering a laminate of a three-dimensional structure formed by stacking layers on a modeling stage, the removal material volatilizes from the modeling stage side (downward) and on the modeling stage ( The difference (that is, the difference in shrinkage rate) from the manner of volatilization of the removed material from the upward and lateral directions can be effectively reduced. Therefore, it is possible to effectively suppress deformation of the laminate in accordance with degreasing and sintering the laminate of the three-dimensional structure formed by laminating layers on the modeling stage.
本発明の第3の態様の三次元造形物の造形ステージは、前記第1又は第2の態様において、前記製造装置に対して脱着可能であり、前記形成面に前記構成材料よりも低い融点の有機膜が形成されていることを特徴とする。 The modeling stage of the three-dimensional structure according to the third aspect of the present invention is detachable from the manufacturing apparatus in the first or second aspect, and has a melting point lower than that of the constituent material on the forming surface. An organic film is formed.
本態様の造形ステージは、三次元造形物の製造装置に対して脱着可能であり、積層体の形成面に三次元造形物の構成材料よりも低い融点の有機膜が形成されている。このため、例えば三次元造形物の構成材料の融点よりもよりも低く有機膜の融点よりも高い温度で三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該有機膜を除去材料と共に除去可能となり、積層体が変形することを特に効果的に抑制できるとともに、積層体を造形ステージから簡単に分離することができる。さらには、造形ステージを三次元造形物の製造装置に対して脱着可能にすることで、脱脂や焼結を行うための装置に三次元造形物の積層体を移動する際、造形ステージごと移動でき該積層体を破損することを抑制できる。
なお、「構成材料よりも低い融点の有機膜」とは、形成面の少なくとも一部を覆う、構成材料よりも低い融点の有機成分を含んでいればよい膜という意味である。
The modeling stage of this aspect is detachable from the three-dimensional structure manufacturing apparatus, and an organic film having a melting point lower than that of the constituent material of the three-dimensional structure is formed on the formation surface of the laminate. For this reason, for example, the organic film is removed by degreasing and sintering the laminate of the three-dimensional structure at a temperature lower than the melting point of the constituent material of the three-dimensional structure and higher than the melting point of the organic film. It is possible to remove the laminated body, and the laminated body can be particularly effectively prevented from being deformed, and the laminated body can be easily separated from the modeling stage. Furthermore, by making the modeling stage detachable from the three-dimensional model manufacturing apparatus, when moving the three-dimensional model stack to the apparatus for degreasing and sintering, the modeling stage can be moved along with the modeling stage. It can suppress that this laminated body is damaged.
Note that “an organic film having a melting point lower than that of the constituent material” means a film that covers at least a part of the formation surface and needs to contain an organic component having a melting point lower than that of the constituent material.
本発明の第4の態様の三次元造形物の造形ステージは、前記第3の態様において、前記有機膜は、前記構成材料よりも高い融点の成分を含有していることを特徴とする。 The modeling stage of the three-dimensional structure according to the fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the third aspect, the organic film contains a component having a melting point higher than that of the constituent material.
本態様によれば、有機膜は三次元造形物の構成材料よりも高い融点の成分を含有している。このため、造形ステージ上に形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結する場合に、脱脂や焼結した後において造形ステージ上に該高い融点の成分が剥離材として残り、積層体を造形ステージから特に簡単に分離することができる。 According to this aspect, the organic film contains a component having a melting point higher than that of the constituent material of the three-dimensional structure. For this reason, when degreasing or sintering a laminate of a three-dimensional structure formed on a modeling stage, the high melting point component remains as a release material on the modeling stage after degreasing or sintering, Can be particularly easily separated from the modeling stage.
本発明の第5の態様の三次元造形物の造形ステージは、前記第3又は第4の態様において、前記有機膜は、アクリル樹脂を含有していることを特徴とする。 The modeling stage of the three-dimensional structure according to the fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the third or fourth aspect, the organic film contains an acrylic resin.
本態様によれば、有機膜はアクリル樹脂を含有している。アクリル樹脂は融点が低く脱脂や焼結した後において造形ステージ上に該アクリル樹脂由来の炭素が残りにくいので、脱脂や焼結した後の三次元造形物の積層体に不純物としての炭素が混ざることを抑制できる。 According to this aspect, the organic film contains an acrylic resin. Acrylic resin has a low melting point, and after degreasing and sintering, carbon derived from the acrylic resin does not easily remain on the modeling stage. Can be suppressed.
本発明の第6の態様の三次元造形物の造形ステージは、前記第1又は第2の態様において、前記多孔質の空孔を構成するとともに前記形成面に形成される平均孔径は、1μm以上5μm以下であることを特徴とする。 The modeling stage of the three-dimensional structure according to the sixth aspect of the present invention, in the first or second aspect, constitutes the porous hole and has an average pore diameter of 1 μm or more formed on the forming surface. It is characterized by being 5 μm or less.
脱脂や焼結に伴い三次元造形物の積層体は収縮する。三次元造形物の積層体が形成される形成面に大きな空孔が形成されていると、脱脂や焼結を行う際、該空孔に三次元造形物の構成材料が拘束されたまま三次元造形物の積層体は収縮する。このため、脱脂や焼結に伴い三次元造形物の積層体が変形などする虞がある。しかしながら、本態様によれば、多孔質の空孔を構成するとともに形成面に形成される平均孔径は、1μm以上5μm以下であるので、脱脂や焼結を行う際、該空孔に三次元造形物の構成材料が入り込み該構成材料が拘束されたまま三次元造形物の積層体が収縮することを抑制できる。したがって、脱脂や焼結に伴い三次元造形物の積層体が変形などすることを抑制できる。 The laminate of the three-dimensional structure shrinks with degreasing and sintering. If a large hole is formed on the formation surface on which the laminate of the three-dimensional structure is formed, the three-dimensional structure remains constrained in the three-dimensional structure when degreasing and sintering are performed. The stack of shaped objects contracts. For this reason, there exists a possibility that the laminated body of a three-dimensional structure may deform | transform with degreasing and sintering. However, according to this aspect, since the average pore diameter that forms the porous pores and is formed on the formation surface is 1 μm or more and 5 μm or less, three-dimensional modeling is performed on the pores when degreasing and sintering are performed. It is possible to prevent the laminate of the three-dimensional structure from contracting while the constituent material of the object enters and the constituent material is restrained. Therefore, it can suppress that a laminated body of a three-dimensional structure is deformed due to degreasing and sintering.
本発明の第7の態様の三次元造形物の造形ステージは、前記第1から第6のいずれか1つの態様において、前記高融点材料は、アルミナ、炭化ケイ素及びジルコニアの少なくともいずれかを含むことを特徴とする。 In the modeling stage of the three-dimensional structure according to the seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the refractory material contains at least one of alumina, silicon carbide, and zirconia. It is characterized by.
本態様によれば、高融点材料は、アルミナ、炭化ケイ素及びジルコニアの少なくともいずれかを含む。これらは融点が高く高温でも変形しにくいので、造形ステージ上に形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該積層体が変形することを特に効果的に抑制することができる。 According to this aspect, the high melting point material includes at least one of alumina, silicon carbide, and zirconia. Since these have a high melting point and are not easily deformed even at high temperatures, it is particularly effective to suppress deformation of the laminate as the laminate of the three-dimensional structure formed on the modeling stage is degreased or sintered. be able to.
本発明の第8の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第1から第7のいずれか1つに記載された造形ステージの前記形成面に前記積層体を形成することにより三次元造形物を製造することを特徴とする。 The apparatus for manufacturing a three-dimensional structure according to the eighth aspect of the present invention provides a three-dimensional structure by forming the laminate on the forming surface of the modeling stage described in any one of the first to seventh aspects. It is characterized by manufacturing a product.
本態様によれば、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結する際、造形ステージ側からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ上からの除去材料の揮発の仕方との差を小さくすることができる。したがって、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該積層体が変形することを抑制することができる。 According to this aspect, when degreasing and sintering a layered product of a three-dimensional structure formed by stacking layers on a modeling stage, the removal material volatilizes from the modeling stage side and from the modeling stage. The difference from the method of volatilization of the removal material can be reduced. Therefore, it is possible to suppress deformation of the laminate in accordance with degreasing and sintering the laminate of the three-dimensional structure formed by stacking layers on the modeling stage.
本発明の第9の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第7のいずれか1つに記載された造形ステージの前記形成面に前記積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体にエネルギーを付与するエネルギー付与工程と、を有することを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the ninth aspect of the present invention includes a stacked body forming step of forming the stacked body on the forming surface of the modeling stage described in any one of the first to seventh aspects. And an energy applying step for applying energy to the laminate.
本態様によれば、積層体形成工程で造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を、エネルギー付与工程で脱脂や焼結する際、造形ステージ側からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ上からの除去材料の揮発の仕方との差を小さくすることができる。したがって、造形ステージ上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体を脱脂や焼結することに伴い、該積層体が変形することを抑制することができる。 According to this aspect, when the laminate of the three-dimensional structure formed by laminating the layers on the modeling stage in the laminate forming process is degreased or sintered in the energy application process, the removal material from the modeling stage side The difference between the method of volatilization and the method of volatilization of the removal material from the modeling stage can be reduced. Therefore, it is possible to suppress deformation of the laminate in accordance with degreasing and sintering the laminate of the three-dimensional structure formed by stacking layers on the modeling stage.
本発明の第10の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第9の態様において、前記エネルギー付与工程後に、前記構成材料を焼結又は溶融させる加熱工程を実行することを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the tenth aspect of the present invention is characterized in that, in the ninth aspect, after the energy application step, a heating step of sintering or melting the constituent material is performed.
本態様によれば、エネルギー付与工程後に構成材料を焼結又は溶融させる加熱工程を実行する。このため、エネルギー付与工程で脱脂した三次元造形物の積層体を焼結又は溶融させることができる。 According to this aspect, the heating process for sintering or melting the constituent material is performed after the energy application process. For this reason, the laminated body of the three-dimensional structure degreased in the energy application step can be sintered or melted.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図1及び図2は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、2種類の材料供給部(ヘッドベース)を備えている。このうち、図1は、一の材料供給部(構成材料(三次元造形物を構成する粉末と溶媒とバインダーとを含む材料)を供給する材料供給部)を表した図である。また、図2は、別の一の材料供給部(三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成用材料を供給する材料供給部)を表した図である。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
また、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料を用いて該三次元造形物の構成層を形成する際に該構成層を支持するための支持層を形成可能な構成になっている。このため、積層方向と交差する方向に凸状となった部分(所謂オーバーハング部)を変形させることなく形成可能な構成である。しかしながら、このような構成に限定されず、支持層を形成しない構成(すなわち支持層形成用材料を使用しない構成)であってもよい。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG.1 and FIG.2 is a schematic block diagram which shows the structure of the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure based on one Embodiment of this invention.
Here, the three-dimensional structure manufacturing apparatus of the present embodiment includes two types of material supply units (head bases). Among these, FIG. 1 is a diagram illustrating one material supply unit (a material supply unit that supplies a constituent material (a material including a powder, a solvent, and a binder constituting a three-dimensional structure)). FIG. 2 shows another material supply part (a material supply part that supplies a support part forming material that forms a support part that supports the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is formed). FIG.
In addition, “three-dimensional modeling” in the present specification indicates that a so-called three-dimensional model is formed, and for example, a plate shape, a so-called two-dimensional shape, has a shape having a thickness. Forming is also included. Further, “support” means not only the case of supporting from the lower side, but also the case of supporting from the lateral side and, in some cases, the case of supporting from the upper side.
In addition, the three-dimensional structure manufacturing apparatus of the present embodiment forms a support layer for supporting the constituent layer when forming the constituent layer of the three-dimensional structure using the constituent material of the three-dimensional structure. It has a possible configuration. For this reason, it is a structure which can be formed, without deform | transforming the part (what is called an overhang part) which became convex shape in the direction which cross | intersects a lamination direction. However, it is not limited to such a configuration, and may be a configuration in which a support layer is not formed (that is, a configuration in which a support layer forming material is not used).
図1及び図2に示す三次元造形物の製造装置2000(以下、形成装置2000という)は、基台110と、基台110に備える駆動手段としての駆動装置111によって、図示するX、Y、Z方向の移動、あるいはZ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ120を備えている。
そして、図1で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部1230を備えるヘッドユニット1400を複数保持するヘッドベース1100が保持固定される、ヘッドベース支持部130を備えている。
また、図2で表されるように、一方の端部が基台110に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部1730を備えるヘッドユニット1900を複数保持するヘッドベース1600が保持固定される、ヘッドベース支持部730と、を備えている。
ここで、ヘッドベース1100と、ヘッドベース1600とは、XY平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部1230と支持層形成用材料吐出部1730とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
A three-dimensional structure manufacturing apparatus 2000 (hereinafter, referred to as a forming apparatus 2000) illustrated in FIGS. 1 and 2 includes a
As shown in FIG. 1, a
In addition, as shown in FIG. 2, a support layer forming material discharge unit that discharges a support layer forming material that supports the three-dimensional structure to the other end, with one end fixed to the
Here, the
The constituent
ステージ120上には脱着可能の造形ステージ121が置かれ、造形ステージ121の形成面121a(図3参照)に、三次元造形物の積層体500が形成される過程での層501、502及び503が形成される。造形ステージ121の形成面121aに形成された三次元造形物の積層体500は、形成装置2000での形成後、熱エネルギーなどのエネルギーを付与することにより、脱脂(構成材料に含まれる溶媒やバインダーの少なくとも一部を分解除去すること)や焼結が行われる。そして、この三次元造形物の積層体500の脱脂や焼結は、形成装置2000とは別に設けられるエネルギー付与装置としての熱エネルギーを付与可能な恒温槽650(図7参照)などに、造形ステージ121ごとセットして行われる。このため、造形ステージ121は高い耐熱性を有することが要求される。そこで、造形ステージ121として、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に焼結(あるいは溶融されてもよい)される三次元造形物の構成材料との反応性も低く、三次元造形物の積層体500の変質を防止することができる。なお、図1A及び図2Aでは、説明の便宜上、層501、502及び503の3層を例示したが、所望の三次元造形物の積層体500の形状まで(図1A及び図2A中の層50nまで)積層される。
ここで、層501、502、503、・・・50nは、各々、支持層形成用材料吐出部1730から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層300と、構成材料吐出部1230から吐出される構成材料で形成される構成層310と、で構成される。
A
Here, the
また、図1Bは、図1Aに示すヘッドベース1100を示すC部拡大概念図である。図1Bに示すように、ヘッドベース1100は、複数のヘッドユニット1400が保持されている。詳細は後述するが、1つのヘッドユニット1400は、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230が保持治具1400aに保持されることで構成される。構成材料吐出部1230は、吐出ノズル1230aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1230aから構成材料を吐出させる吐出駆動部1230bと、を備えている。
FIG. 1B is an enlarged conceptual view of a C portion showing the
また、図2Bは、図2Aに示すヘッドベース1600を示すC’部拡大概念図である。ここで、ヘッドベース1600はヘッドベース1100と同様の構成である。具体的には、図2Bに示すように、ヘッドベース1600は、複数のヘッドユニット1900が保持されている。ヘッドユニット1900は、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730が保持治具1900aに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部1730は、吐出ノズル1730aと、材料供給コントローラー1500によって吐出ノズル1730aから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部1730bと、を備えている。
FIG. 2B is an enlarged conceptual diagram of a C ′ portion showing the
なお、本実施例の形成装置2000には備えられていないが、構成材料吐出部1230から吐出された構成材料や支持層形成用材料吐出部1730から吐出された支持層形成用材料を脱脂や焼結させることが可能なエネルギー付与部を備えていてもよい。このようなエネルギー付与部を備えていれば、別途エネルギー付与装置を用意する必要を無くすことができる。エネルギー付与部又はエネルギー付与装置の構成は特に限定されないが、例えば、熱エネルギーを付与可能な恒温槽650などのほか、レーザー照射部と該レーザー照射部からのレーザー光を位置決めするガルバノミラーとを備えるレーザー照射装置や、電磁波(赤外線や紫外線など)の照射装置などが挙げられる。
Although not provided in the forming
図1で表されるように、構成材料吐出部1230は、ヘッドベース1100に保持されるヘッドユニット1400それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット1210と供給チューブ1220により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット1210から構成材料吐出部1230に供給される。構成材料供給ユニット1210には、本実施形態に係る形成装置2000によって造形される三次元造形物の積層体500の構成材料が構成材料収容部1210aに収容され、個々の構成材料収容部1210aは、供給チューブ1220によって、個々の構成材料吐出部1230に接続されている。このように、個々の構成材料収容部1210aを備えることにより、ヘッドベース1100から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。
As shown in FIG. 1, the constituent
図2で表されるように、支持層形成用材料吐出部1730は、ヘッドベース1600に保持されるヘッドユニット1900それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット1710と供給チューブ1720により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット1710から支持層形成用材料吐出部1730に供給される。支持層形成用材料供給ユニット1710には、三次元造形物の積層体500を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料が支持層形成用材料収容部1710aに収容され、個々の支持層形成用材料収容部1710aは、供給チューブ1720によって、個々の支持層形成用材料吐出部1730に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部1710aを備えることにより、ヘッドベース1600から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。
As shown in FIG. 2, the support layer forming
構成材料及び支持層形成用材料としては、例えばマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)やクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の単体粉末、もしくはこれらの金属を1つ以上含む合金(マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金)などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むスラリー状(あるいはペースト状)の混合材料などにして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチックも用いることが可能である。
このように、構成材料及び支持層形成用材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
For example, magnesium (Mg), iron (Fe), cobalt (Co), chromium (Cr), aluminum (Al), titanium (Ti), copper (Cu), nickel (Ni) ) Or a mixed powder such as an alloy containing one or more of these metals (maraging steel, stainless steel, cobalt chromium molybdenum, titanium alloy, nickel alloy, aluminum alloy, cobalt alloy, cobalt chromium alloy) and a solvent. In addition, it can be used as a slurry (or paste) mixed material containing a binder.
In addition, general-purpose engineering plastics such as polyamide, polyacetal, polycarbonate, modified polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, and polyethylene terephthalate can be used. In addition, engineering plastics such as polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, and polyetheretherketone can also be used.
Thus, there is no limitation in particular in a constituent material and a support layer formation material, Metals other than the said metal, ceramics, resin, etc. can be used. Further, silicon dioxide, titanium dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide and the like can be preferably used.
溶剤としては、例えば、水;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;テトラアルキルアンモニウムアセテート類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;ピリジン、γ−ピコリン、2,6−ルチジン等のピリジン系溶剤;テトラアルキルアンモニウムアセテート(例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等)等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)或いはその他の熱可塑性樹脂である。また、紫外線の照射により重合する紫外線硬化樹脂をバインダーに用いてもよい。
Examples of the solvent include water; (poly) alkylene glycol monoalkyl ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether; ethyl acetate, n-propyl acetate, acetic acid acetates such as iso-propyl, n-butyl acetate and iso-butyl acetate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, ethyl n-butyl ketone, diisopropyl ketone, acetylacetone Ketones such as ethanol; alcohols such as ethanol, propanol, butanol; tetraalkylammonium acetates; dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, etc. One type selected from these, including phosphine solvents; pyridine solvents such as pyridine, γ-picoline, and 2,6-lutidine; and ionic liquids such as tetraalkylammonium acetate (for example, tetrabutylammonium acetate). Alternatively, two or more kinds can be used in combination.
Examples of the binder include acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, cellulosic resin, other synthetic resins, PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide), and other thermoplastic resins. Further, an ultraviolet curable resin that is polymerized by irradiation with ultraviolet rays may be used as the binder.
形成装置2000には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物の造形用データに基づいて、上述したステージ120、構成材料供給装置1200に備える構成材料吐出部1230、並びに、支持層形成用材料供給装置1700に備える支持層形成用材料吐出部1730を制御する制御手段としての制御ユニット400を備えている。そして、制御ユニット400には、図示しないが、ステージ120及び構成材料吐出部1230が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ120及び支持層形成用材料吐出部1730が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部を備えている。
The forming
基台110に移動可能に備えられているステージ120は、制御ユニット400からの制御信号に基づき、ステージコントローラー410においてステージ120の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台110に備える駆動装置111に送られ、図示するX、Y、Z方向にステージ120が移動する。ヘッドユニット1400に備える構成材料吐出部1230では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において構成材料吐出部1230に備える吐出駆動部1230bにおける吐出ノズル1230aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1230aから所定量の構成材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット1900に備える支持層形成用材料吐出部1730では、制御ユニット400からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー1500において支持層形成用材料吐出部1730に備える吐出駆動部1730bにおける吐出ノズル1730aからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル1730aから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
The
Similarly, in the support layer forming
次に、ヘッドユニット1400についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット1900は、ヘッドユニット1400と同様の構成である。このため、ヘッドユニット1900についての詳細な構成の説明は省略する。
図3及び図4は、ヘッドベース1100に複数保持されるヘッドユニット1400及び構成材料吐出部1230の保持形態の一例を示し、このうち図4は、図1Bに示す矢印D方向からのヘッドベース1100の外観図である。
Next, the
FIGS. 3 and 4 show an example of a holding form of a plurality of
図3に示すように、ヘッドベース1100に複数のヘッドユニット1400が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図4で表されるように、本実施形態に係る形成装置2000のヘッドベース1100では、図下方より第1列目のヘッドユニット1401、第2列目のヘッドユニット1402、第3列目のヘッドユニット1403、そして第4列目のヘッドユニット1404の、4ユニットが千鳥状(互い違い)に配置されたヘッドユニット1400を備えている。そして、図4Aで表されるように、ステージ120をヘッドベース1100に対してX方向に移動させながら各ヘッドユニット1400から構成材料を吐出させて構成層構成部50(構成層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。構成層構成部50の形成手順については後述する。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット1401〜1404に備える構成材料吐出部1230は、吐出駆動部1230bを介して構成材料供給ユニット1210に供給チューブ1220で繋がれる構成となっている。
As shown in FIG. 3, a plurality of
Although not shown, the constituent
図3に示すように、構成材料吐出部1230は吐出ノズル1230aから、ステージ120上に載置された造形ステージ121の形成面121aに向けて三次元造形物の構成材料である材料Mが吐出される。ヘッドユニット1401では、材料Mが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット1402では、材料Mが連続体状で供給される吐出形態を例示している。材料Mの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では材料Mは液滴状で吐出される形態により説明する。
なお、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730はこのような構成に限定されず、エクストルーダーなど更に異なる方式の材料供給部であってもよい。
As shown in FIG. 3, the constituent
The constituent
吐出ノズル1230aから液滴状に吐出された材料Mは、略重力方向に飛翔し、造形ステージ121上に着弾する。ステージ120は移動し、着弾した材料Mにより構成層構成部50が形成される。この構成層構成部50の集合体が、造形ステージ121の形成面121a上に形成される三次元造形物の積層体500の構成層310(図1参照)として形成される。
The material M ejected in the form of droplets from the
次に、構成層構成部50の形成手順について、図4及び図5を用いて説明する。
図4は、本実施形態のヘッドユニット1400の配置と、構成層構成部50の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図5は、構成層構成部50の形成形態を概念的に表す側面図である。
Next, a procedure for forming the constituent layer
FIG. 4 is a plan view for conceptually explaining the relationship between the arrangement of the
まず、ステージ120が+X方向に移動すると、複数の吐出ノズル1230aから材料Mが液滴状に吐出され、造形ステージ121の形成面121aの所定の位置に材料Mが配置され、構成層構成部50が形成される。
より具体的には、まず、図5Aで表されるように、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから造形ステージ121の形成面121aの所定の位置に一定の間隔で材料Mを配置させる。
First, when the
More specifically, as shown in FIG. 5A, first, the material is moved from the plurality of
次に、図5Bで表されるように、ステージ120を図1に示す−X方向に移動させながら、一定の間隔で配置された材料Mの間を埋めるように新たに材料Mを配置させる。
ただし、ステージ120を+X方向に移動させながら、複数の吐出ノズル1230aから造形ステージ121の所定の位置に材料Mが重なるように(間隔を空けないように)配置させる構成(ステージ120のX方向における往復移動で構成層構成部50を形成する構成ではなく、ステージ120のX方向における片側の移動のみで構成層構成部50を形成する構成)としても良い。
Next, as illustrated in FIG. 5B, the material M is newly disposed so as to fill the space between the materials M disposed at a constant interval while moving the
However, a configuration in which the material M overlaps a predetermined position of the
上記のように構成層構成部50を形成することによって、図4Aで表されるような、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のX方向における1ライン分(Y方向における1ライン目)の構成層構成部50(構成層構成部50a、50b、50c及び50d)が形成される。
By forming the constituent
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における2ライン目の構成層構成部50’(構成層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをPとすると、P/n(nは自然数)ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。本実施例ではnを3として説明する。
図5A及び図5Bで表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図4Bで表されるような、Y方向における2ライン目の構成層構成部50’(構成層構成部50a’、50b’、50c’及び50d’)が形成される。
Next, in order to form the second layer constituent layer
By performing the same operation as described above as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the constituent layer
次に、各ヘッドユニット1401、1402、1403及び1404のY方向における3ライン目の構成層構成部50’’(構成層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)を形成するため、−Y方向にヘッドベース1100を移動させる。移動量は、P/3ピッチ分だけ−Y方向に移動させる。
そして、図5A及び図5Bで表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図4Cで表されるような、Y方向における3ライン目の構成層構成部50’’
(構成層構成部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)が形成され、構成層310を得ることができる。
Next, the third layer constituent layer
Then, by performing the same operation as described above as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the constituent
(Constituent layer
また、構成材料吐出部1230から吐出される材料Mを、ヘッドユニット1401、1402、1403、1404のいずれか1ユニット、あるいは2ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置2000を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物を得ることができる。
Further, the material M discharged from the component
なお、第1層目の層501において、上述したように構成層310を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料を吐出させて、同様の方法で、支持層300を形成することができる。そして、層501に積層させて層502、503、・・・50nを形成する際にも、同様に、構成層310及び支持層300を形成することができる。
In the
上述の本実施形態に係る形成装置2000が備えるヘッドユニット1400及び1900の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図6に、その例として、ヘッドベース1100に配置されるヘッドユニット1400の、その他の配置の例を模式図的に示す。
The number and arrangement of the
図6Aは、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400をX軸方向に複数、並列させた形態を示す。図6Bは、ヘッドベース1100にヘッドユニット1400を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。
FIG. 6A shows a form in which a plurality of
次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000の要部である造形ステージ121についてさらに詳細に説明する。
図7は、本実施例の造形ステージ121を表す概略図である。詳細には、三次元造形物の積層体500が形成された造形ステージ121が、エネルギー付与装置としての恒温槽650にセットされて脱脂されている状態を表している。
Next, the
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the
本実施例の造形ステージ121は、上記のように、層を積層し三次元造形物の積層体500を形成することにより三次元造形物を製造する形成装置2000に用いられ、図7で表されるように、三次元造形物の積層体500が形成される形成面121aを有している。
そして、造形ステージ121は、三次元造形物の構成材料よりも高い融点の高融点材料で多孔質に構成されている。このため、本実施例の造形ステージ121は、造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結する際、造形ステージ121側(下方向)からの除去材料(構成材料に含まれる溶媒やバインダーなど)の揮発の仕方と造形ステージ121上(上方向及び横方向)からの除去材料の揮発の仕方との差(すなわち収縮率の差)を小さくすることができる構成になっている。したがって、造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結することに伴い、該三次元造形物の積層体500が変形することを抑制することができる構成になっている。
なお、図7における矢印は、除去材料の揮発していく方向を概念的に表したものである。造形ステージ121が多孔質に構成されていない場合、造形ステージ121側からの除去材料の揮発(下方向の矢印)はほとんどなくなり、造形ステージ121側が他の部分に比べてあまり収縮しなくなってしまう。
The
The
Note that the arrows in FIG. 7 conceptually represent the direction in which the removal material volatilizes. When the
また、本実施例の造形ステージ121は、形成装置2000に対して脱着可能であり、形成面121aに構成材料よりも低い融点の有機膜600が形成されている。このため、例えば三次元造形物の構成材料の融点よりもよりも低く有機膜600の融点よりも高い温度で三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結することに伴い、該有機膜600を除去材料と共に除去可能となり、三次元造形物の積層体500が変形することを特に効果的に抑制できるとともに、脱脂や焼結した後の三次元造形物の積層体500を造形ステージ121から簡単に分離することができる構成になっている。これは、脱脂や焼結されると三次元造形物の積層体500は収縮するが、有機膜600が形成されることで、形成面121aの凹凸に構成材料が拘束されたまま脱脂や焼結により三次元造形物の積層体500が収縮することを抑制できるためである。特に、本実施例のように造形ステージ121が多孔質に構成されている場合、形成面121aの凹凸は大きくなる傾向が有るので、有機膜600が形成されることによる効果は特に大きい。
さらには、造形ステージ121を形成装置2000に対して脱着可能にすることで、脱脂や焼結を行うためにエネルギー付与装置(恒温槽650)に三次元造形物の積層体500を移動する際、造形ステージ121ごと移動できる。このため、恒温槽650にセットするために造形ステージ121から三次元造形物の積層体500を取り外すことに伴って、該三次元造形物の積層体500が破損してしまうということを抑制できる。
なお、予め有機膜600が形成された造形ステージ121を用意し、該造形ステージ121に三次元造形物の積層体500を形成してもよいのは言うまでもない。ただし、予め有機膜600が形成されていない造形ステージ121を用意し、三次元造形物の積層体500の形成に先立って、支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料を吐出して有機膜600を形成面121aに形成し、その後、三次元造形物の積層体500を形成してもよい。そして、このようにして有機膜600が形成面121aに形成された造形ステージ121も本発明に含まれることは言うまでもない。
また、「構成材料よりも低い融点の有機膜」とは、形成面121aの少なくとも一部を覆う、構成材料よりも低い融点の有機成分を含んでいればよい膜という意味である。
Further, the
Furthermore, by making the
Needless to say, the
Further, “an organic film having a melting point lower than that of the constituent material” means a film that covers at least a part of the
ここで、本実施例の造形ステージ121に形成されている有機膜600は、アクリル樹脂を含有している。アクリル樹脂は融点が低く脱脂や焼結した後において造形ステージ121上に該アクリル樹脂由来の炭素が残りにくいので、脱脂や焼結した後の三次元造形物の積層体500に不純物としての炭素が混ざることを抑制できる。
ただし、有機膜600の形成成分に特に限定は無く、アクリル樹脂のほかポリエステル樹脂なども使用できるとともに、複数種類の樹脂を含有していてもよい。
Here, the
However, the formation component of the
また、有機膜600は、構成材料よりも高い融点の成分を含有していてもよい。有機膜600が構成材料よりも高い融点の成分を含有していれば、造形ステージ121上に形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結する場合に、脱脂や焼結した後において造形ステージ121上に該高い融点の成分が剥離材として造形ステージ121上に均等に残り、三次元造形物の積層体500を造形ステージ121から特に簡単に(短時間で)分離することができるためである。
なお、「構成材料よりも高い融点の成分」について特に限定は無いが、例えば、セラミックス(アルミナ、炭化ケイ素及びジルコニアなど)を使用可能である。
The
In addition, although there is no limitation in particular about "the component of melting | fusing point higher than a constituent material", ceramics (Alumina, silicon carbide, zirconia, etc.) can be used, for example.
また、造形ステージ121における前記高融点材料は、アルミナ、炭化ケイ素及びジルコニアの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらは融点が高く高温でも変形しにくいので、造形ステージ121上に形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結することに伴い、該三次元造形物の積層体500が変形することを特に効果的に抑制することができるためである。
The high melting point material in the
このように、本実施例の形成装置2000は、このような造形ステージ121の形成面121aに三次元造形物の積層体500を形成することにより三次元造形物を製造するものである。そして、このような構成により、造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結する際、造形ステージ121側からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ121上からの除去材料の揮発の仕方との差を小さくすることを可能にしている。したがって、本実施例の形成装置2000は、造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結することに伴い、該三次元造形物の積層体500が変形することを抑制することができる構成になっている。
さらには、本実施例の形成装置2000は、該装置に対して脱着可能な造形ステージ121の形成面121aに三次元造形物の構成材料よりも低い融点の有機膜600が形成されているため、三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結することに伴い、該有機膜600を除去材料と共に除去可能となり、三次元造形物の積層体500を造形ステージから簡単に分離することができる構成になっている。
Thus, the forming
Furthermore, in the forming
次に、上記形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図8は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。
Next, an example of a manufacturing method of a three-dimensional structure performed using the forming
Here, FIG. 8 is a flowchart of the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment.
図8で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップS110で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物の形状を表すデータを取得する。 As shown in FIG. 8, in the three-dimensional structure manufacturing method of the present embodiment, first, in step S <b> 110, data of the three-dimensional structure is acquired. Specifically, for example, data representing the shape of the three-dimensional structure is acquired from an application program or the like executed on a personal computer.
次に、ステップS120で、層毎のデータを生成する。詳細には、三次元造形物の形状を表すデータにおいて、Z方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータ(断面データ)を生成する。 Next, in step S120, data for each layer is generated. Specifically, in the data representing the shape of the three-dimensional structure, it is sliced according to the modeling resolution in the Z direction, and bitmap data (cross section data) is generated for each section.
次に、有機膜600が形成されていない造形ステージ121を用意した場合、ステップS130で、支持層形成用材料吐出部1730から支持層形成用材料を吐出して有機膜600を形成面121aに形成する。ただし、予め有機膜600が形成されている造形ステージ121を用意した場合、本ステップを省略できる。
Next, when the
次に、ステップS140では、ステップS120で生成した層毎のデータに基づいて三次元造形物の積層体500を形成する。そして、ステップS150により、該層毎のデータが終了するまでステップS140とステップS150とを繰り返し、造形ステージ121の形成面121a上に三次元造形物の積層体500を完成させる。
なお、ステップS140からステップS150において、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、特にエネルギーを付与することなく自然に溶媒を揮発させて三次元造形物の積層体500を形成(構成層構成部50を固定)しているが、加熱するなどエネルギーを付与して構成層構成部50を固定させてもよい。
Next, in step S140, the three-
In addition, in step S140 to step S150, in the three-dimensional structure manufacturing method of the present embodiment, the solvent 500 is volatilized naturally without applying energy to form the three-dimensional structure stack 500 (constituent layer). Although the
次に、ステップS160で、形成装置2000から造形ステージ121ごと三次元造形物の積層体500を取り出し、これをエネルギー付与装置としての恒温槽650にセットしてエネルギー付与(加熱)する。なお、本ステップで有機膜600の有機成分は分解除去される。
Next, in step S160, the three-
そして、最後に、ステップS170で、恒温槽650のエネルギーの出力を上げて三次元造形物の積層体500を加熱して、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
なお、ステップS160が脱脂に対応するエネルギー付与工程であった場合は、ステップS170は凝結又は溶融に対応する加熱工程に対応し、ステップS160が脱脂及び凝結に対応するエネルギー付与工程であった場合は、ステップS170は溶融に対応する加熱工程に対応する。また、三次元造形物の積層体500を脱脂させて完成させる場合や凝結させて完成させる場合など、凝結や溶融の必要が無い場合はステップS170を省略することができる。
And finally, by step S170, the output of the energy of the
In addition, when step S160 is an energy application process corresponding to degreasing, step S170 corresponds to a heating process corresponding to condensation or melting, and when step S160 is an energy application process corresponding to degreasing and condensation. Step S170 corresponds to a heating process corresponding to melting. Further, when the three-
このように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、上記の造形ステージ121を用いてその形成面121aに三次元造形物の積層体500を形成する積層体形成工程(ステップS140)と、三次元造形物の積層体500にエネルギーを付与するエネルギー付与工程(ステップS160)と、を有する。
このため、積層体形成工程で(構成材料よりも高い融点の高融点材料で多孔質に構成されている)造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を、エネルギー付与工程で脱脂や焼結する際、造形ステージ121側(下方向)からの除去材料の揮発の仕方と造形ステージ121上(上方向及び横方向)からの除去材料の揮発の仕方との差を小さくすることができる。したがって、造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結することに伴い、該三次元造形物の積層体500が変形することを抑制することができる。
さらには、積層体形成工程で(形成面121aに構成材料よりも低い融点の有機膜600が形成されている)造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を、エネルギー付与工程で脱脂や焼結することに伴い、有機膜600を除去材料と共に除去可能となり、三次元造形物の積層体500を造形ステージ121から簡単に分離することができる。
Thus, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment includes a stacked body forming step (step S140) of forming the three-dimensional structure stacked
For this reason, the three-
Furthermore, a three-
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、積層体形成工程(ステップS140)の前に、有機膜600を形成面121aに形成する有機膜形成工程(ステップS130)を実行することができる。このため、予め有機膜600が形成されていない造形ステージ121を使用可能である。
Moreover, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment may execute the organic film forming step (step S130) for forming the
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、エネルギー付与工程(ステップS160)後に、三次元造形物の構成材料を焼結又は溶融させる加熱工程(ステップS170)を実行することができる。このため、エネルギー付与工程で脱脂した三次元造形物の積層体500を焼結又は溶融させることができる。
Moreover, the manufacturing method of the three-dimensional structure of a present Example can perform the heating process (step S170) which sinters or fuse | melts the constituent material of a three-dimensional structure after an energy provision process (step S160). For this reason, the
なお、上記実施例の造形ステージ121は、形成面121aに構成材料よりも低い融点の有機膜600が形成されていたが、このような構成に限定されない。
ここで、図9及び図10は、上記実施例の造形ステージ121とは異なる構成の造形ステージ121を表す概略図であり、上記実施例の造形ステージ121における図7に対応する図である。
In the
Here, FIGS. 9 and 10 are schematic views showing the
図7で表される造形ステージ121は、多孔質に構成されているとともに、造形ステージ121上に層を積層して形成された三次元造形物の積層体500を脱脂や焼結する際、造形ステージ121側(下方向)からの除去材料(構成材料に含まれる溶媒やバインダーなど)の揮発の仕方と造形ステージ121上(上方向及び横方向)からの除去材料の揮発の仕方との差(すなわち収縮率の差)を小さくすることができる構成になっている。これは、多孔質に構成されている造形ステージ121の該多孔質に伴う孔に揮発成分(除去材料)が移動できることに基づく。さらには、該孔が繋がっており、例えば、図7における矢印などで表現されているように、形成面121a側(上側)から該形成面121a側とは異なる側(下側)に連通する場合、特に効果的に、造形ステージ121側(下方向)からと造形ステージ121上(上方向及び横方向)からとで、揮発の仕方の差を小さくすることができる。
ここで、図9で表される造形ステージ121も、図7で表される造形ステージ121と同様、形成面121a側(上側)から該形成面121a側とは異なる側(下側)に連通するよう多孔質に構成されている。
The
Here, the
ここで、図9で表される造形ステージ121は、図7で表される造形ステージ121と異なり、形成面121aに有機膜600が形成されていない。このような構成の場合、多孔質を構成するとともに形成面121aに形成される空孔の孔径が大きいと、脱脂や焼結を行う際、該空孔に三次元造形物の構成材料が入り込み該構成材料が拘束されたまま三次元造形物の積層体は収縮する。このため、脱脂や焼結に伴い三次元造形物の積層体が変形などする虞がある。
しかしながら、図9で表される造形ステージ121は、多孔質の空孔を構成するとともに形成面121aに形成される平均孔径を1μm以上5μm以下にしている。なお、平均孔径は、例えば、水銀圧入法などによって判断できる。平均孔径を1μm以上とすることで、造形ステージ121の下側から十分溶媒やバインダーなどを揮発させることができる。また、平均孔径を5μm以下とすることで、該空孔に三次元造形物の構成材料が入り込むことを抑制でき、脱脂や焼結を行う際、該空孔に三次元造形物の構成材料が拘束されたまま三次元造形物の積層体が収縮することを抑制できる。すなわち、図9で表される造形ステージ121は、造形ステージ121の下側から十分溶媒やバインダーなどが揮発できるとともに、脱脂や焼結に伴い三次元造形物の積層体が変形などすることを抑制できる構成になっている。
Here, the
However, the
なお、形成面121a側から該形成面121a側とは異なる側に連通するよう多孔質に構成されているか否かの判断は、例えば、形成面121a上にエタノールなどの液体を垂らし、形成面121aとは反対側の面などに該液体が浸みてくるかどうかを確認することなどによって実行することができる。
The determination as to whether or not the structure is porous so as to communicate from the
また、図9で表される造形ステージ121は、図7で表される造形ステージ121と同様、上側から下側に連通するよう構成されているが、図10で表される造形ステージ121は、上側の形成面121a側における積層体500が設けられている領域から下側だけでなく、側面側及び形成面121a側における積層体500が設けられていない領域にも連通するよう構成されている。
図10で表される造形ステージ121のように、形成面121a側において積層体500が設けられている領域から該形成面121a側とは異なる側に連通するよう多孔質に構成されていてもよい。ここで、「異なる側」とは、形成面121a側において積層体500が設けられている部分を上側とした場合に、下側、側面側及び形成面121a側において積層体500が設けられていない領域の少なくとも一部分である。
このように、形成面121a側において積層体500が設けられている領域から、下側、側面側、形成面121a側における積層体500が設けられていない領域、の少なくとも1つが連通している構成が好ましい。
ただし、「多孔質」であれば、多くの孔があり、この多くの孔の中に揮発成分を逃がすことができるので、連通していない(形成面121a側における積層体500が設けられている領域から異なる側まで多孔質を構成する孔がつながっていない)構成であってもよい。
9 is configured to communicate from the upper side to the lower side, similar to the
Like the
As described above, at least one of the region where the
However, if it is “porous”, there are many holes, and volatile components can escape through the many holes, so they are not in communication (the
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in the embodiments described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or one of the above-described effects. In order to achieve part or all, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
50、50a、50b、50c、50d…構成層構成部、110…基台、
111…駆動装置、120…ステージ、121…造形ステージ、121a…形成面、
130…ヘッドベース支持部、300…支持層、310…構成層、
400…制御ユニット、410…ステージコントローラー、
500…三次元造形物の積層体、501、502及び503…層、600…有機膜、
650…恒温槽、730…ヘッドベース支持部、1100…ヘッドベース、
1200…構成材料供給装置、1210…構成材料供給ユニット、
1210a…構成材料収容部、1220…供給チューブ、1230…構成材料吐出部、
1230a…吐出ノズル、1230b…吐出駆動部、1400…ヘッドユニット、
1400a…保持治具、1401、1402、1403、1404…ヘッドユニット、
1500…材料供給コントローラー、1600…ヘッドベース、
1700…支持層形成用材料供給装置、1710…支持層形成用材料供給ユニット、
1710a…支持層形成用材料収容部、1720…供給チューブ、
1730…支持層形成用材料吐出部、1730a…吐出ノズル、
1730b…吐出駆動部、1900…ヘッドユニット、1900a…保持治具、
2000…形成装置(三次元造形物の製造装置)、M…材料(構成材料)
50, 50 a, 50 b, 50 c, 50 d ... constituent layer constituent part, 110 ... base,
111 ... Drive device, 120 ... Stage, 121 ... Modeling stage, 121a ... Forming surface,
130 ... head base support, 300 ... support layer, 310 ... component layer,
400 ... control unit, 410 ... stage controller,
500 ... Laminated body of three-dimensional structure, 501, 502 and 503 ... layer, 600 ... organic film,
650 ... constant temperature bath, 730 ... head base support, 1100 ... head base,
1200 ... constituent material supply device, 1210 ... constituent material supply unit,
1210a ... Constituent material storage unit, 1220 ... Supply tube, 1230 ... Constituent material discharge unit,
1230a ... discharge nozzle, 1230b ... discharge drive unit, 1400 ... head unit,
1400a ... Holding jig, 1401, 1402, 1403, 1404 ... Head unit,
1500 ... Material supply controller, 1600 ... Head base,
1700: Support layer forming material supply device, 1710: Support layer forming material supply unit,
1710a: Support layer forming material container, 1720: Supply tube,
1730: Material discharge part for forming a support layer, 1730a: Discharge nozzle,
1730b ... Discharge drive unit, 1900 ... head unit, 1900a ... holding jig,
2000 ... Forming device (manufacturing device for three-dimensional structure), M ... Material (constituent material)
Claims (10)
前記積層体が形成される形成面を有し、
三次元造形物の構成材料よりも高い融点の高融点材料で多孔質に構成されていることを特徴とする三次元造形物の造形ステージ。 It is used in a three-dimensional structure manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers to form a laminate,
Having a formation surface on which the laminate is formed;
A modeling stage for a three-dimensional structure, characterized by being made of a high melting point material having a higher melting point than that of the constituent material of the three-dimensional structure.
前記積層体が形成される形成面を有し、
三次元造形物の構成材料よりも高い融点の高融点材料で前記形成面側から該形成面側とは異なる側に連通するよう多孔質に構成されていることを特徴とする三次元造形物の造形ステージ。 It is used in a three-dimensional structure manufacturing apparatus that manufactures a three-dimensional structure by stacking layers to form a laminate,
Having a formation surface on which the laminate is formed;
The three-dimensional structure is made of a high melting point material having a melting point higher than that of the constituent material of the three-dimensional structure, and is porous so as to communicate from the forming surface side to a side different from the forming surface side. Modeling stage.
前記製造装置に対して脱着可能であり、
前記形成面に前記構成材料よりも低い融点の有機膜が形成されていることを特徴とする三次元造形物の造形ステージ。 In the modeling stage described in claim 1 or 2,
Detachable from the manufacturing apparatus,
A modeling stage of a three-dimensional structure, wherein an organic film having a melting point lower than that of the constituent material is formed on the forming surface.
前記有機膜は、前記構成材料よりも高い融点の成分を含有していることを特徴とする三次元造形物の造形ステージ。 In the modeling stage described in claim 3,
The organic film contains a component having a melting point higher than that of the constituent material.
前記有機膜は、アクリル樹脂を含有していることを特徴とする三次元造形物の造形ステージ。 In the modeling stage described in claim 3 or 4,
The modeling stage of the three-dimensional structure, wherein the organic film contains an acrylic resin.
前記多孔質の空孔を構成するとともに前記形成面に形成される平均孔径は、1μm以上5μm以下であることを特徴とする三次元造形物の造形ステージ。 In the modeling stage described in claim 1 or 2,
A modeling stage for a three-dimensional structure, which constitutes the porous holes and has an average pore diameter of 1 μm or more and 5 μm or less formed on the forming surface.
前記高融点材料は、アルミナ、炭化ケイ素及びジルコニアの少なくともいずれかを含むことを特徴とする三次元造形物の造形ステージ。 In the modeling stage described in any one of Claim 1 to 6,
The three-dimensional structure modeling stage, wherein the high melting point material includes at least one of alumina, silicon carbide, and zirconia.
前記積層体にエネルギーを付与するエネルギー付与工程と、
を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 A laminate forming step of forming the laminate on the forming surface of the modeling stage according to any one of claims 1 to 7,
An energy application step of applying energy to the laminate;
The manufacturing method of the three-dimensional structure characterized by having.
前記エネルギー付与工程後に、前記構成材料を焼結又は溶融させる加熱工程を実行することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 In the manufacturing method of the three-dimensional structure according to claim 9,
The manufacturing method of the three-dimensional structure characterized by performing the heating process which sinters or fuse | melts the said structural material after the said energy provision process.
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