JP5033114B2 - 3D modeling machine - Google Patents
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Description
本発明は、造形テーブルに対して射出ヘッドから造形用材料を射出して三次元造形物を造形する際に用いて好適な三次元造形機に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling machine suitable for use in molding a three-dimensional structure by injecting a modeling material from an injection head onto a modeling table.
従来、造形テーブルに造形用材料をインクジェット方式等により射出する射出ヘッドとこの射出ヘッドを造形テーブルに対してXY方向及びZ方向に相対移動させる移動機構を具備することにより、三次元造形物を造形する三次元造形機としては、特許文献1で開示される三次元造形装置が知られている。
Conventionally, a three-dimensional structure is formed by providing an injection head for injecting a modeling material on a modeling table by an inkjet method or the like and a moving mechanism for moving the injection head relative to the modeling table in the XY direction and the Z direction. As a three-dimensional modeling machine to perform, a three-dimensional modeling apparatus disclosed in
同文献1で開示される三次元造形装置は、造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面に対応する層体を所定の材料を吐出することによって形成し、層体を順次積層していくことで造形対象物の三次元造形物を生成する三次元造形装置であって、三次元造形物を形成するための造形用樹脂を吐出する造形用ノズルと、三次元造形物に着色を施すための複数色の着色剤を吐出する着色用ノズルとを設けたものであり、ノズルヘッド(射出ヘッド)をX軸およびY軸によって規定される平面内で移動させるXY方向駆動部を備えるとともに、ステージ(造形テーブル)を昇降させるZ方向駆動部を備えている。
ところで、上述した三次元造形装置をはじめ、従来の三次元造形機は次のような解決すべき課題が存在した。 By the way, the conventional 3D modeling machine including the above-described 3D modeling apparatus has the following problems to be solved.
第一に、射出ヘッドをY方向(射出ヘッドのライン方向に対して直角方向)へ移動させる際の移動ストロークが長くなるため、造形機全体が大型化しやすい。即ち、図7(b)に示すように、射出ヘッド3rを、造形材を射出する造形材用ヘッド3mrと三次元造形物以外の空間を埋めるサポート材を射出するサポート材用ヘッド3srにより構成するとともに、キャリッジMcrに、射出ヘッド3r,クリーニングローラ63r及び紫外線ランプ64rを一緒に搭載し、このキャリッジMcrをY方向へ移動させる場合、キャリッジMcrは、造形テーブル2rの一端より手前から移動を開始するとともに、造形テーブル2rの他端よりも過ぎた位置で移動を終了する必要があるため、造形機のY方向全長は、少なくとも、造形テーブル2rの寸法に対してキャリッジMcrの寸法の2倍の長さを加えた長さになる。 First, since the movement stroke when moving the injection head in the Y direction (perpendicular to the line direction of the injection head) becomes long, the entire modeling machine tends to be large. That is, as shown in FIG. 7B, the injection head 3r is configured by a modeling material head 3mr that injects a modeling material and a support material head 3sr that injects a supporting material that fills a space other than the three-dimensional structure. At the same time, when the ejection head 3r, the cleaning roller 63r, and the ultraviolet lamp 64r are mounted together on the carriage Mcr, and the carriage Mcr is moved in the Y direction, the carriage Mcr starts moving from one end of the modeling table 2r. At the same time, since it is necessary to end the movement at a position past the other end of the modeling table 2r, the total Y-direction length of the modeling machine is at least twice the dimension of the carriage Mcr with respect to the dimension of the modeling table 2r. It becomes the length which added the length.
第二に、造形スピードを速くする場合、Y方向におけるキャリッジMcrの移動速度を速くする必要があるが、この場合、キャリッジMcrを移動させる駆動機構(モータ)の大型化を招くのみならず、無用な振動や騒音も増加する。したがって、ガイド機構を含む駆動系の機械的強度や耐久性を高める必要があるとともに、造形機全体の耐振対策や防音対策が必要になるなど、造形機全体における部品や材料等に係わるコストアップを招く。しかも、将来的に造形スピードを速くするにも限界がある。 Secondly, when the modeling speed is increased, it is necessary to increase the movement speed of the carriage Mcr in the Y direction. In this case, the drive mechanism (motor) that moves the carriage Mcr is not only increased, but also unnecessary. Increased vibration and noise. Therefore, it is necessary to increase the mechanical strength and durability of the drive system including the guide mechanism, as well as to increase the costs related to parts and materials in the entire modeling machine, such as the need for anti-vibration measures and soundproofing measures for the entire modeling machine. Invite. Moreover, there is a limit to increasing the modeling speed in the future.
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した三次元造形機の提供を目的とするものである。 The object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling machine that solves the problems in the background art.
本発明は、上述した課題を解決するため、造形用材料Rを造形テーブル2に射出する射出ヘッド3を搭載するキャリッジMcと、造形テーブル2に対してキャリッジMcをY方向に相対移動させるY方向移動機構Myと、造形テーブル2に対してキャリッジMcをZ方向に相対移動させるZ方向移動機構Mzとを備えてなる三次元造形機1を構成するに際して、Y方向移動機構Myを、キャリッジMcをY方向に移動させるY方向正側移動部Mynと、造形テーブル2をY方向であって、かつキャリッジMcの移動方向に対して反対方向に移動させるY方向逆側移動部Myrにより構成することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention includes a carriage Mc on which an
この場合、発明の好適な態様により、Y方向移動機構Myは、Y方向正側移動部MynによるキャリッジMcの移動速度とY方向逆側移動部Myrによる造形テーブル2の移動速度を同一速度に設定することができる。したがって、Y方向移動機構Myは、一対のベルトプーリ11,12間に架け渡した無端のタイミングベルト13を有するベルト循環移動部14とベルトプーリ11,12の一方を回転駆動する回転駆動部15とを備え、一対のベルトプーリ11,12間における一方側に位置するベルト部分13nにキャリッジMc側を結合してY方向正側移動部Mynを構成するとともに、一対のベルトプーリ11,12間における他方側に位置するベルト部分13rに造形テーブル2側を結合してY方向逆側移動部Myrを構成することができる。また、Y方向移動機構Myには、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置を検出する位置センサ16を設けるとともに、この位置センサ16の検出結果に基づいて、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置及び/又は相対速度をフィードバック制御する造形機制御部20を備えることができる。一方、射出ヘッド3は、三次元造形物Aを造形する造形材Raを射出する造形材用ヘッド3aと、三次元造形物A以外の空間を埋めるサポート材Rsを射出するサポート材用ヘッド3sを備えて構成できるとともに、造形材用ヘッド3a及び/又はサポート材用ヘッド3sには、X方向の全長に対応するドット数のノズルを有するラインヘッド3mを用いることができる。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the Y-direction moving mechanism My sets the moving speed of the carriage Mc by the Y-direction positive side moving part Myn and the moving speed of the modeling table 2 by the Y-direction reverse side moving part Myr to the same speed. can do. Therefore, the Y-direction moving mechanism My includes a belt
このような構成を有する本発明に係る三次元造形機1によれば、次のような顕著な効果を奏する。
According to the three-
(1) キャリッジMcをY方向に移動させるY方向正側移動部Mynと、造形テーブル2をY方向であって、かつキャリッジMcの移動方向に対して反対方向に移動させるY方向逆側移動部Myrとにより、Y方向移動機構Myを構成したため、三次元造形機1のY方向全長は、造形テーブル2の寸法にキャリッジMcの寸法を加えた長さで足りる。したがって、従来の三次元造形機に対して、キャリッジMcのY方向寸法分だけサイズダウンが可能となり、三次元造形機1全体の小型コンパクト化を図れる。この結果、机等の上に載置できる卓上型の三次元造形機1も容易に実現できる。
(1) A Y-direction positive side moving unit Myn that moves the carriage Mc in the Y direction, and a Y-direction reverse side moving unit that moves the modeling table 2 in the Y direction and in the opposite direction to the moving direction of the carriage Mc. Since the Y-direction moving mechanism My is configured by Myr, the total length in the Y direction of the three-
(2) キャリッジ又は造形テーブルの一方のみを単独で移動させる従来の三次元造形機に比べて、キャリッジMc及び造形テーブル2のそれぞれの移動速度を1/2まで低下させることができる。したがって、ガイド機構を含む駆動系における部品の小型化や耐久グレードを下げることができるとともに、造形機全体の耐振対策や防音対策も縮小することができるため、部品点数が増加したとしてもコストアップを招く不具合を回避できる。しかも、将来的な造形スピードの高速化にも容易かつ柔軟に対応できる。 (2) The moving speed of each of the carriage Mc and the modeling table 2 can be reduced to ½ compared to a conventional three-dimensional modeling machine that moves only one of the carriage or the modeling table alone. Therefore, it is possible to reduce the size and durability of the parts in the drive system including the guide mechanism, and to reduce the vibration and soundproofing measures of the entire modeling machine, so that even if the number of parts increases, the cost increases. The inconvenience can be avoided. Moreover, it can easily and flexibly cope with future increases in modeling speed.
(3) 好適な態様により、Y方向正側移動部MynによるキャリッジMcの移動速度とY方向逆側移動部Myrによる造形テーブル2の移動速度を同一速度に設定すれば、本発明に係る三次元造形機1のメリットを享受する観点から最も大きなパフォーマンスを得ることができる。したがって、キャリッジMcと造形テーブル2の移動速度は必ずしも同一である必要はなく、その比率はレイアウト等を考慮して任意に設定可能である。
(3) If the moving speed of the carriage Mc by the Y-direction positive side moving part Myn and the moving speed of the modeling table 2 by the Y-direction reverse side moving part Myr are set to the same speed according to a preferred embodiment, the three-dimensional The greatest performance can be obtained from the viewpoint of enjoying the merits of the
(4) 好適な態様により、一対のベルトプーリ11,12間に架け渡した無端のタイミングベルト13を有するベルト循環移動部14とベルトプーリ11,12の一方を回転駆動する回転駆動部15とを備え、一対のベルトプーリ11,12間における一方側に位置するベルト部分13nにキャリッジMc側を結合してY方向正側移動部Mynを構成するとともに、一対のベルトプーリ11,12間における他方側に位置するベルト部分13rに造形テーブル2側を結合してY方向逆側移動部Myrを構成すれば、部品点数の少ない比較的簡易な構造により容易に実施することができる。
(4) According to a preferred embodiment, a belt
(5) 好適な態様により、Y方向移動機構Myに、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置を検出する位置センサ16を設けるとともに、この位置センサ16の検出結果に基づいて、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置及び/又は相対速度をフィードバック制御する造形機制御部20を備えて構成すれば、キャリッジMc(射出ヘッド3)と造形テーブル2間の相対的なワウフラッタを検出できるため、キャリッジMcと造形テーブル2を同時に移動させる構成であっても高精度の位置制御及び/又は速度制御を行うことができる。
(5) According to a preferred embodiment, the Y-direction moving mechanism My is provided with a
(6) 好適な態様により、造形材用ヘッド3a及び/又はサポート材用ヘッド3sに、X方向の全長に対応するドット数のノズルを有するラインヘッド3mを用いれば、造形テーブル2に対して射出ヘッド3をX方向へ相対移動させる機械的なX方向移動機構が不要になるため、構成の簡易化,部品点数の削減,小型化及び軽量化等の機械的な構造が不要になる様々なメリットを享受できる。
(6) According to a preferred embodiment, if the
次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。 Next, the best embodiment according to the present invention will be given and described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係る三次元造形機1の構成について、図1〜図5を参照して具体的に説明する。
First, the configuration of the three-
図1〜図4は、本実施形態に係る三次元造形機1の要部構成を示す。最初に、機械系の構成について説明する。80は造形機ベッドであり、この造形機ベッド80の上面に、造形テーブル2,射出ヘッド3を備えるキャリッジMc,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzをそれぞれ配設する。
1-4 shows the principal part structure of the three-
キャリッジMcは、起立した一対のサイドプレート31p,31qと、このサイドプレート31p,31q間に水平に架設したヘッドユニット支持フレーム32により構成するとともに、必要に応じてサイドプレート31p,31q間等に配する補強フレーム33f,33r(図4)を付設する。この場合、ヘッドユニット支持フレーム32及び補強フレーム33f,33rは、造形テーブル2上に造形される造形物の邪魔にならないように、各サイドプレート31p…の上端辺付近に配する。
The carriage Mc is constituted by a pair of
Y方向移動機構Myは、Y方向正側移動部MynとY方向逆側移動部Myrにより構成し、キャリッジMcは、一方のY方向正側移動部MynによりY方向へ移動自在に支持される。Y方向正側移動部Mynは、造形機ベッド80の上面における両側の端部付近に、Y方向に沿って平行に配した一対のアウタリニアガイド34p,34qを備える。一方のアウタリニアガイド34pは、造形機ベッド80の上面に固定したガイドレール34prとこのガイドレール34prにスライド自在に装填する一対のスライダ34ps,34psを備えるとともに、他方のアウタリニアガイド34qは、造形機ベッド80の上面に固定したガイドレール34qrとこのガイドレール34qrにスライド自在に装填する一対のスライダ34qs,34qsを備える。一方、各サイドプレート31p,31qの下端辺には外側へ直角に折曲したスライダ取付部31pc,31qcをそれぞれ一体に設け、一方のスライダ取付部31pcの下面に離間した一対のスライダ34ps,34psを取付けるとともに、他方のスライダ取付部31qcの下面に離間した一対のスライダ34qs,34qsを取付ける。
The Y-direction moving mechanism My is composed of a Y-direction positive side moving part Myn and a Y-direction reverse side moving part Myr, and the carriage Mc is supported by one Y-direction positive side moving part Myn so as to be movable in the Y direction. The Y-direction positive side moving unit Myn includes a pair of outer
また、一方のアウタリニアガイド34pの内側(他方のアウタリニアガイド34q側)に位置する造形機ベッド80の上面には、Y方向正側移動部MynとY方向逆側移動部Myrに共用するベルト循環移動部14を配設する。ベルト循環移動部14は、Y方向に直角(Z方向)の回転軸を有する一対のベルトプーリ11,12間に架け渡した無端のタイミングベルト13を備え、このタイミングベルト13は、アウタリニアガイド34pの近傍に、当該アウタリニアガイド34pに対して平行に配するとともに、一対のベルトプーリ11,12はガイドレール34prの両端付近にそれぞれ配する。駆動側となる一方のベルトプーリ11の回転軸は造形機ベッド80の上面から下方の内部(下面側)に至らせ、Y方向回転駆動部15に接続する。Y方向回転駆動部15は、造形機ベッド80の内部に配したY方向サーボモータ36と、このY方向サーボモータ36の回転軸の回転をベルトプーリ11の回転軸に伝達可能に構成した回転伝達機構37を備える。そして、キャリッジMcの一方のサイドプレート31pの内面を、結合部材38,38を介して一対のベルトプーリ11,12間における一方側に位置するベルト部分13nに結合する。これにより、Y方向サーボモータ36の回転によりタイミングベルト13が循環移動し、キャリッジMcがガイドレール34pr…沿ってY方向に移動するY方向正側移動部Mynが構成される。
Further, on the upper surface of the
他方、ベルト循環移動部14と他方のアウタリニアガイド34q間における造形機ベッド80の上面には、Y方向逆側移動部Myr及びこのY方向逆側移動部MyrによりY方向へ移動自在に支持される造形テーブル2を配する。Y方向逆側移動部Myrは、造形機ベッド80の上面におけるベルト循環移動部14と他方のアウタリニアガイド34q間であって、Y方向に沿って平行に配した一対のインナリニアガイド41p,41qを備える。一方のインナリニアガイド41pは、ベルト循環移動部14の近傍に配することにより造形機ベッド80の上面に固定したガイドレール41prとこのガイドレール41prにスライド自在に装填する一対のスライダ41ps,41psを備えるとともに、他方のインナリニアガイド41qは、他方のアウタリニアガイド34qの近傍に配することにより造形機ベッド80の上面に固定したガイドレール41qrとこのガイドレール41qrにスライド自在に装填する一対のスライダ41qs,41qsを備える。一方、造形テーブル2は、上面を平坦面に形成した正方形盤により形成し、下面の一側に、離間した一対のスライダ41ps,41psを取付けるとともに、下面の他側に、離間した一対のスライダ41qs,41qsを取付ける。そして、造形テーブル2の下面を結合部材43,43を介して一対のベルトプーリ11,12間における他方側に位置するベルト部分13rに結合する。これにより、Y方向サーボモータ36の回転によりタイミングベルト13が循環移動し、造形テーブル2がガイドレール41pr…沿ってY方向に移動するY方向逆側移動部Myrが構成される。
On the other hand, on the upper surface of the
このように、一対のベルトプーリ11,12間に架け渡した無端のタイミングベルト13を有するベルト循環移動部14とベルトプーリ11,12の一方を回転駆動する回転駆動部15とを備え、一対のベルトプーリ11,12間における一方側に位置するベルト部分13nに射出ヘッド3側となるキャリッジMcを結合してY方向正側移動部Mynを構成するとともに、一対のベルトプーリ11,12間における他方側に位置するベルト部分13rに造形テーブル2を結合してY方向逆側移動部Myrを構成すれば、部品点数の少ない比較的簡易な構造により容易に実施することができる。しかも、これにより、Y方向正側移動部MynによるキャリッジMcの移動速度とY方向逆側移動部Myrによる造形テーブル2の移動速度を同一速度に設定できるため、本発明に係る三次元造形機1のメリットを享受する観点から最も大きなパフォーマンスを得ることができる。したがって、キャリッジMcと造形テーブル2の移動速度は必ずしも同一である必要はなく、その比率はレイアウト等を考慮して任意に設定可能である。
As described above, the belt
さらに、Z方向移動機構Mzはヘッドユニット支持フレーム32により支持される。Z方向移動機構Mzは、ボールねじ機構51を備え、このボールねじ機構51のナット部51nはヘッドユニット支持フレーム32の中間位置に固定する。また、ナット部51nの両側にはヘッドユニット支持フレーム32から直角に突出する一対のガイド部材52p,52qを固定し、各ガイド部材52p,52qの対向面に形成した一対のガイド凹部によりスライドプレート53をZ方向(上下方向)へスライド自在に支持する。一方、スライドプレート53の上端には取付部材54を介してZ方向サーボモータ55を取付けるとともに、Z方向サーボモータ55の回転軸にはボールねじ機構51のスクリュ部51sの上端を結合する。このスクリュ部51sの軸方向がZ方向となる。そして、射出ヘッド3を搭載するヘッドユニット61をスライドプレート53の下端に取付ける。
Further, the Z-direction moving mechanism Mz is supported by the head
ヘッドユニット61は、逆トレー形のハウジング部62を備え、このハウジング部62の上面をスライドプレート53の下端に固定するとともに、ハウジング部62の下面に、造形時移動方向の前側から後側へ、射出ヘッド3,クリーニングローラ63及び紫外線(UV)ランプ64を順番に配設する。射出ヘッド3は、造形用材料Rを造形テーブル2に射出する機能を有し、三次元造形物Aを造形する造形材Raを射出する造形材用ヘッド3aと、三次元造形物A以外の空間を埋めるサポート材Rsを射出するサポート材用ヘッド3sを備える。造形材用ヘッド3aとサポート材用ヘッド3sには、それぞれ図5に示すようなラインヘッド3m…を用いる。ラインヘッド3mは、X方向の全長に対応するドット数のノズル(ピエゾアクチュエータ)を備えている。例示のラインヘッド3mは、X方向の全長がA4サイズの短辺に対応しており、4.25インチの幅に2.656個(ドット)のノズルを配した二本のヘッド体を直線上に並べて使用する。造形材用ヘッド3aとサポート材用ヘッド3sに、このようなラインヘッド3mを用いれば、造形テーブル2に対して、造形材用ヘッド3aとサポート材用ヘッド3sをX方向へ相対移動させる機械的なX方向移動機構が不要になるため、構成の簡易化,部品点数の削減,小型化及び軽量化等の機械的な構造が不要になる様々なメリットを享受できる。また、ハウジング部62の上面には駆動モータ65を取付け、この駆動モータ65の回転軸とクリーニングローラ63の回転軸は、図2に示す回転伝達部66により回転伝達可能に接続する。
The
他方、図4は、パージ機構部91を示す。後述するように、造形時にキャリッジMcがY方向における造形開始位置から造形終了位置まで移動した場合、造形テーブル2もキャリッジMcのホームポジション側へ移動する。このため、造形終了位置では、キャリッジMcの下方に造形テーブル2が存在しないため、造形テーブル2のホームポジションに、造形機ベッド80の上面から下方内部に貫通する開口部81を形成し、この開口部81の下方に、昇降機構92により昇降可能に支持される回収トレイ93を配設する。これにより、造形終了位置において、図4に示すように、ヘッドユニット61を下降させるとともに、回収トレイ93を昇降機構92により開口部81を通して上昇させることにより、射出ヘッド3のパージ処理を行うことができる。
On the other hand, FIG. 4 shows the
次に、電気系(制御系)の構成について説明する。20は三次元造形機1に搭載する造形機制御部を示す。また、Y方向移動機構Myには、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置を検出する位置センサ16を設ける。位置センサ16は、図1に示すように、造形テーブル2の端辺における側面に取付けた被検出部16sと、この被検出部16sの位置(絶対位置)を検出する検出部16dからなるリニアエンコーダ等を用いることができる。そして、この位置センサ16(検出部16d)を造形機制御部20の入力ポートに接続するとともに、Y方向サーボモータ36を造形機制御部20の出力ポートに接続する。これにより、位置センサ16は、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置を検出できるため、造形機制御部20は、位置センサ16の検出結果に基づいてサーボモータ36を駆動制御し、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置及び/又は相対速度をフィードバック制御することができる。このような位置センサ16を設ければ、キャリッジMcと造形テーブル2間の相対的なワウフラッタの検出が可能になるため、キャリッジMcと造形テーブル2を同時に移動させる構成であっても高精度の位置制御及び/又は速度制御を行うことができる。
Next, the configuration of the electric system (control system) will be described.
さらに、Z方向サーボモータ55には、このZ方向サーボモータ55の回転を検出するロータリエンコーダ57を付設する。そして、このZ方向サーボモータ55を造形機制御部20の出力ポートに接続するとともに、ロータリエンコーダ57を造形機制御部20の入力ポートに接続する。これにより、ロータリエンコーダ57は、ヘッドユニット61(射出ヘッド3)のZ方向位置を検出できるため、造形機制御部20は、ロータリエンコーダ57の検出結果に基づいてサーボモータ55を駆動制御し、ヘッドユニット61のZ方向位置をフィードバック制御することができる。また、ヘッドユニット61に備える造形材用ヘッド3a及びサポート材用ヘッド3sは、造形機制御部20の信号出力ポートに接続するとともに、クリーニングローラ63を回転させる駆動モータ65及び紫外線ランプ64は、それぞれ造形機制御部20の駆動出力ポートに接続する。
Further, the Z-
なお、本実施形態に係る三次元造形機1は、図1に示すように、外部のコンピュータ70に接続して使用する。この場合、三次元造形機1に内蔵する造形機制御部20は、有線手段(USBケーブル等)71又は無線手段(無線LAN等)によりコンピュータ70に接続する。このコンピュータ70には、汎用的なパソコン(パーソナルコンピュータ)等の各種コンピューティング装置を利用できる。したがって、コンピュータ70には、三次元造形機1を総合的に制御するためのアプリケーションソフトウェア及び各種データ(データベース)が格納又は登録されている。
The three-
次に、本実施形態に係る三次元造形機1の動作及び使用方法について、図1〜図7を参照して説明する。
Next, operation | movement and the usage method of the three-
最初に、Y方向移動機構My(Y方向正側移動部Myn及びY方向逆側移動部Myr)とZ方向移動機構Mzの各動作について説明する。Y方向移動機構Myは、Y方向回転駆動部15におけるY方向サーボモータ36の回転動作によりプーリ11が回転し、タイミングベルト13が循環移動する。これにより、プーリ11と12間における一方側に位置するベルト部分13nはY方向一方側(正側)に移動し、このベルト部分13nに結合したキャリッジMcもガイドレール34pr…沿ってY方向一方側(正側)に移動する。また、プーリ11と12間における他方側に位置するベルト部分13rはY方向他方側(逆側)に移動し、このベルト部分13rに結合した造形テーブル2もガイドレール41pr…沿ってY方向他方側(逆側)に移動する。この際、位置センサ16により、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置が検出され、この検出結果(検出値)が造形機制御部20に付与される。他方、造形機制御部20には、コンピュータ70からY方向に対する位置及び/又は速度に係わる指令値が付与されるため、造形機制御部20は位置センサ16からの検出値とコンピュータ70からの指令値に基づいて、キャリッジMcと造形テーブル2のY方向相対位置及び/又は相対速度が指令値に一致するように、Y方向サーボモータ36を駆動制御(フィードバック制御)する。
First, each operation of the Y direction moving mechanism My (the Y direction positive side moving unit Myn and the Y direction reverse side moving unit Myr) and the Z direction moving mechanism Mz will be described. In the Y-direction moving mechanism My, the
一方、Z方向移動機構Mzは、Z方向サーボモータ55の回転動作により、ボールねじ機構51のスクリュ部51sが回転する。このスクリュ部51sに螺合するナット部51nはヘッドユニット支持フレーム32(キャリッジMc)に固定されているため、スクリュ部51sの回転によりサーボモータ55、更には、スライドプレート53がガイドプレート52p,52qのガイド凹部にガイドされて昇降する。即ち、スライドプレート53の下端に支持されたヘッドユニット61がZ方向に移動する。この際、ロータリエンコーダ57により、サーボモータ55の回転(Z方向位置)が検出され、この検出結果(検出値)が造形機制御部20に付与される。他方、造形機制御部20には、コンピュータ70からZ方向に対する位置に係わる指令値が付与されるため、造形機制御部20はロータリエンコーダ57の検出値とコンピュータ70からの指令値に基づいて、ヘッドユニット61のZ方向位置が指令値に一致するように、Z方向サーボモータ55を駆動制御(フィードバック制御)する。
On the other hand, in the Z-direction moving mechanism Mz, the
次に、三次元造形機1の造形動作について説明する。コンピュータ70には、造形を行う三次元造形物Aに対する造形用データが設定されるため、この造形用データに基づいて造形処理が行われる。造形原理は、インクジェットプリンタと同じ原理により造形テーブル2上に薄い造形層が順次プリントされることにより積層されていく。即ち、Y方向移動機構Myの動作により、キャリッジMcと造形テーブル2が同一速度でそれぞれ反対方向に移動し、造形材用ヘッド3aからZ方向における第一層目の造形用データに対応した造形材Raを射出するとともに、造形材Raが射出される三次元造形物Aに対応する部分以外の部分にサポート材用ヘッド3sからサポート材Rsを射出する射出動作を、X方向ライン毎に順次行う。この際、ラインヘッド3m…を用いるため、図5に示すように、X方向のライン全長分を同時に射出する。第一層目の厚さは0.1〔mm〕程度となり、造形材Raとサポート材Rsにより第一層目の層面が全て埋められる。
Next, the modeling operation of the three-
また、射出ヘッド3から射出が行われた後は、回転するクリーニングローラ63により第一層目の層面(上面)が平坦面となるように整える(クリーニングする)とともに、紫外線ランプ64による紫外線を第一層目に照射して第一層目の硬化促進を行う。図6はキャリッジMcと造形テーブル2の位置関係を示し、図6(a)は造形開始位置を、図6(b)はキャリッジMcと造形テーブル2が同一速度で反対方向に移動し、中間付近で交差する位置を、図6(c)は一層分の造形ストロークが終了した造形終了位置をそれぞれ示す。図6(c)から明らかなように、一層分が終了した造形終了位置ではキャリッジMcと造形テーブル2の位置が入れ替わった状態となる。したがって、この位置で前述したパージ機構部91により射出ヘッド3に対するパージ処理を行うことができる。なお、図6(c)に示すように、キャリッジMcが造形テーブル2を通過した後は、位置センサ16によるフィードバック制御はできなくなるが、射出ヘッド3による射出動作は終了しているため、移動速度や位置に対する制御精度はさほど要求されない。このため、フィードバック制御はできなくなった以降は、オープンループ制御によりキャリッジMcと造形テーブル2を造形終了位置まで移動させればよい。
Further, after the ejection from the
第一層目が終了したならキャリッジMcと造形テーブル2をホームポジションに戻す。そして、造形テーブル2を第二層目に対応する変位量だけZ方向へ下降させるとともに、上述した第一層目と同様の処理手順により第二層目以降、即ち、第二層目から第n層目(最終層)まで順次造形処理を実行する。最終層まで造形処理が終了したなら造形体を薬液に漬けるなどによりサポート材Rsを除去すれば、目的の三次元造形物Aを得ることができる。 When the first layer is completed, the carriage Mc and the modeling table 2 are returned to the home position. Then, the modeling table 2 is lowered in the Z direction by a displacement corresponding to the second layer, and the second and subsequent layers, i.e., the second layer to the nth, by the same processing procedure as the first layer described above. The modeling process is sequentially executed up to the layer (final layer). If the modeling process is completed up to the final layer, the target three-dimensional model A can be obtained by removing the support material Rs by, for example, immersing the modeled body in a chemical solution.
よって、このような本実施形態に係る三次元造形機1によれば、キャリッジMcをY方向に移動させるY方向正側移動部Mynと、造形テーブル2をY方向であって、かつキャリッジMcの移動方向に対して反対方向に移動させるY方向逆側移動部Myrとにより、Y方向移動機構Myを構成したため、三次元造形機1のY方向全長は、造形テーブル2の寸法にキャリッジMcの寸法を加えた長さで足りる。したがって、従来の三次元造形機に対して、キャリッジMcのY方向寸法分だけサイズダウンが可能となり、三次元造形機1全体の小型コンパクト化を図れる。この結果、机等の上に載置できる卓上型の三次元造形機1も容易に実現できる。
Therefore, according to the three-
図7は、本実施形態に係る三次元造形機1と一般的な(従来の)三次元造形機1rの大きさを対比したものであり、図7(a)は本実施形態に係る三次元造形機1を示し、図7(b)は一般的な三次元造形機1rを示す。図7から明らかなように、本実施形態に係る三次元造形機1は、一般的な三次元造形機1rに対して、Y方向の全長を長さLrだけサイズダウンすることができる。この長さLrは、キャリッジMcのY方向における寸法Lhに相当する。例示の射出ヘッド3は、A4サイズを想定しているため、この条件の場合、クリーニングローラ63及び紫外線ランプ64を含むキャリッジMcのY方向寸法は、造形テーブル2のY方向寸法は同程度の寸法となる。したがって、三次元造形機1のY方向のサイズは、一般的な三次元造形機1rの2/3程度までサイズダウン可能となる。
FIG. 7 compares the size of the three-
また、キャリッジ又は造形テーブルの一方のみを単独で移動させる従来の三次元造形機に比べて、キャリッジMc及び造形テーブル2のそれぞれの移動速度を1/2まで低下させることができる。したがって、ガイド機構を含む駆動系における部品の小型化や耐久グレードを下げることができるとともに、造形機全体の耐振対策や防音対策も縮小することができるため、部品点数が増加したとしてもコストアップを来す不具合を回避でき、しかも、将来的な造形スピードの高速化にも容易かつ柔軟に対応できる。 Further, the moving speed of each of the carriage Mc and the modeling table 2 can be reduced to ½ as compared with a conventional three-dimensional modeling machine that moves only one of the carriage and the modeling table alone. Therefore, it is possible to reduce the size and durability of the parts in the drive system including the guide mechanism, and to reduce the vibration and soundproofing measures of the entire modeling machine, so that even if the number of parts increases, the cost increases. Incoming defects can be avoided, and future modeling speeds can be increased easily and flexibly.
以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成,形状,素材,数量,数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更,追加,削除することができる。例えば、Z方向移動機構Mzは、射出ヘッド3をZ方向に移動させる場合を示したが、造形テーブル2をZ方向に移動させる場合を排除するものではない。また、Z方向における位置検出は、Z方向サーボモータ55に付設したロータリエンコーダ57を用いた場合を示したが、位置センサ16と同様のリニアエンコーダ等を用いてもよい。さらに、射出ヘッド3(造形材用ヘッド3a,サポート材用ヘッド3s)として、X方向の全長に対応するドット数のノズルを有するラインヘッド3mを用いた場合を示したが、機械的なX方向移動機構を設けることにより、少ないドット数のノズルを有するラインヘッドをX方向へ反復移動させる形態であってもよい。なお、本発明に係る三次元造形機1は、小型コンパクト化を図れるため、特に、卓上型に構成して最適であるが、フロア設置型など各種タイプの三次元造形機にも同様に利用できる。
Although the best embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to such an embodiment, and departs from the gist of the present invention in the detailed configuration, shape, material, quantity, numerical value, and the like. It can be changed, added, or deleted as long as it is not. For example, although the Z direction moving mechanism Mz has shown the case where the
1:三次元造形機,2:造形テーブル,3:射出ヘッド,3a:造形材用ヘッド,3s:サポート材用ヘッド,3m:ラインヘッド,11:ベルトプーリ,12:ベルトプーリ,13:タイミングベルト,13n:一方側に位置するベルト部分,13r:他方側に位置するベルト部分,14:ベルト循環移動部,15:回転駆動部,16:位置センサ,20:造形機制御部,R:造形用材料,Ra:造形材,Rs:サポート材,A:三次元造形物,Mc:キャリッジ,My:Y方向移動機構,Myn:Y方向正側移動部,Myr:Y方向逆側移動部,Mz:Z方向移動機構 1: 3D modeling machine, 2: modeling table, 3: injection head, 3a: modeling material head, 3s: support material head, 3m: line head, 11: belt pulley, 12: belt pulley, 13: timing belt , 13n: belt part located on one side, 13r: belt part located on the other side, 14: belt circulation moving part, 15: rotational drive part, 16: position sensor, 20: modeling machine control part, R: for modeling Material: Ra: Modeling material, Rs: Support material, A: Three-dimensional modeled object, Mc: Carriage, My: Y direction moving mechanism, Myn: Y direction positive side moving part, Myr: Y direction reverse side moving part, Mz: Z direction moving mechanism
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