JP5100585B2 - 3D modeling machine - Google Patents
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Description
本発明は、設置面に載置するハウジング部及びこのハウジング部の内部に配した三次元造形機構部を備える三次元造形機に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling machine including a housing unit placed on an installation surface and a three-dimensional modeling mechanism unit arranged inside the housing unit.
従来、設置面に載置するハウジング部及びこのハウジング部の内部に配した三次元造形機構部を備える三次元造形機としては、特許文献1で開示される3次元造形機が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a 3D modeling machine disclosed in
同文献1で開示される3次元造形機は、設置面に載置するフレーム(ハウジング部)と、このフレームの内部に配した三次元造形機構部を備えており、この三次元造形機構部は当該フレームを利用して組付けられる。なお、三次元造形機構部は、加熱することにより溶融して接着力を生じる接着剤を塗布した素材シートを積層中の積層体上面に送り込む素材シート供給手段と、素材シートを加熱し積層体の上面に押圧して接着する加熱手段と、素材シートを3次元形状データに基づいて所定の形状にレーザビームによって切断して3次元立体形状のモデル等を造形する切断手段とよりなる3次元造形機において、機械本体の一方側に素材シートロールを装架する供給シャフトと加工済の素材シートを巻き取る巻取シャフトを上下に水平軸線方向で平行して設けた構成を備えている。
しかし、上述した3次元造形機をはじめ、従来の三次元造形機は一般に次のような解決すべき課題が存在した。 However, the conventional three-dimensional modeling machine including the above-described three-dimensional modeling machine generally has the following problems to be solved.
第一に、この種の三次元造形機は三次元造形を行うため、造形時におけるX方向,Y方向及びZ方向の絶対位置のみならず各方向間における相対位置や相対角度(座標直交性)を正確に維持することが高精度かつ高品質の三次元造形物を得る上で重要な要素となるが、従来の三次元造形機、例えば、特許文献1の場合には、フレーム(ハウジング部)を利用して三次元造形機構部を組付けるため、造形機を設置する設置面に凹凸等がある場合、フレームの歪(撓み)がフレーム内部の三次元造形機構部に影響しやすい。したがって、通常、フレームの底面四隅に設けた高さ調整可能なハウジング脚部により高さ調整(アライメント調整)を行うことにより、平坦性を確保しているが、調整作業が大変になるとともに、人為的作業のため調整にバラツキを生じやすく、また、初期調整を正確に行っても長期使用により狂いを生じやすい。
First, since this type of 3D modeling machine performs 3D modeling, not only absolute positions in the X, Y, and Z directions during modeling, but also relative positions and relative angles (coordinate orthogonality) between each direction. However, in the case of the conventional 3D modeling machine, for example, in
第二に、大型の三次元造形機の場合には、設置場所を決めて設置するため、一度設置すれば、頻繁に設置場所を変更することがないとともに、仮に、変更する場合であっても専門業者等により行われるため、再設置時においても再調整が行われるが、小型の三次元造形機、例えば、机の上に載置可能な卓上型のような小型の三次元造形機の場合には、ユーザがレイアウト変更等により頻繁に移動することも考えられる。この場合、ユーザは、十分な調整を行わない場合も少なくなく、結局、精度の高い最適な状態を維持しにくい。なお、高い剛性を有する構造を採用すればよいが、小型の三次元造形機の場合には、大型化や重量アップ及びコストアップを招くため、高剛性化には限界がある。 Second, in the case of a large 3D modeling machine, the installation location is determined and installed, so once installed, the installation location will not change frequently and even if it is changed Since it is performed by a specialist, etc., readjustment is performed even when re-installing, but in the case of a small 3D modeling machine, for example, a small 3D modeling machine such as a desktop model that can be placed on a desk It is also conceivable that the user frequently moves due to a layout change or the like. In this case, there are many cases where the user does not perform sufficient adjustment, and eventually it is difficult to maintain an optimal state with high accuracy. Note that a structure having high rigidity may be employed, but in the case of a small three-dimensional modeling machine, there is a limit to increasing rigidity because it increases the size, weight, and cost.
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、設置面Sに載置するハウジング部Hと、このハウジング部Hの内部に配した、造形テーブル2に対して造形用材料Rを射出する射出ヘッド3をX方向に相対移動させるX方向移動機構Mx,造形テーブル2に対して射出ヘッド3をY方向に相対移動させるY方向移動機構My及び射出ヘッド3に対して造形テーブル2をZ方向に相対移動させるZ方向移動機構Mzを有する三次元造形機構部Moとを備える三次元造形機1を構成するに際して、少なくとも、X方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzを含む三次元造形機構部Moの全体を支持するインナシャーシ部Cを設け、このインナシャーシ部Cをハウジング部Hの底面を構成する矩形状に形成したハウジング底面部Hdの上面Hdu上に配するとともに、インナシャーシ部Cの下面Cdに、当該ハウジング底面部Hdの上面Hduに接触して結合する複数のシャーシ結合部4a,4b,4c,4dを、当該ハウジング底面部Hdの下面Hddにおける四隅付近にそれぞれ配設した複数のハウジング脚部5a,5b,5c,5dに対して異なる位置となる相隣る二つの当該ハウジング脚部5aと5b,5bと5c…間の中間位置に配設してなることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a housing part H to be placed on the installation surface S, and an
この場合、発明の好適な態様により、シャーシ結合部4a…は、ハウジング底面部Hdとインナシャーシ部C間に介在させる支持部材4as…を用いることができ、この際、支持部材4as…には、剛性部材12又は弾性部材13を用いることができる。なお、造形用材料Rには、三次元造形物Aを造形する造形材Ra及び三次元造形物A以外の空間を埋めるサポート材Rsが含まれる。
In this case, according to a preferred aspect of the invention, the chassis coupling portions 4a can use the supporting members 4as interposed between the housing bottom surface portion Hd and the inner chassis portion C. In this case, the supporting members 4as ... The
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) 少なくとも、X方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzを含む三次元造形機構部Moの全体を支持するインナシャーシ部Cを設け、このインナシャーシ部Cをハウジング部Hの底面を構成するハウジング底面部Hdの上面Hdu上に配するとともに、インナシャーシ部Cの下面Cdに、当該ハウジング底面部Hdの上面Hduに接触して結合する複数のシャーシ結合部4a…を、ハウジング底面部Hdの下面Hddに配設した複数のハウジング脚部5a…に対して異なる位置に配設してなるため、凹凸を有する設置面Sに設置し、ハウジング部Hに歪(撓み)が生じた場合であっても、インナシャーシ部C、更にはX方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzに付加される歪は平均して半分程度に低減される。したがって、X方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzの相対位置や相対角度(座標直交性)のズレが大幅に低減され、三次元造形物Aの高精度化及び高品質化に寄与できる。 (1) An inner chassis portion C that supports at least the entire three-dimensional modeling mechanism portion Mo including the X direction moving mechanism Mx, the Y direction moving mechanism My, and the Z direction moving mechanism Mz is provided, and the inner chassis portion C is provided as a housing portion. A plurality of chassis coupling portions 4a that are arranged on the upper surface Hdu of the housing bottom surface portion Hd that constitutes the bottom surface of H and that are in contact with and coupled to the lower surface Cd of the inner chassis portion C in contact with the upper surface Hdu of the housing bottom surface portion Hd. Since the plurality of housing leg portions 5a disposed on the lower surface Hdd of the housing bottom surface portion Hd are disposed at different positions, they are disposed on the uneven installation surface S, and the housing portion H is distorted (flexed). Even if this occurs, the distortion applied to the inner chassis C, and further to the X direction moving mechanism Mx, the Y direction moving mechanism My, and the Z direction moving mechanism Mz is averaged. It is reduced to a minute degree. Therefore, the deviation of the relative position and relative angle (coordinate orthogonality) of the X direction moving mechanism Mx, the Y direction moving mechanism My, and the Z direction moving mechanism Mz is greatly reduced, and the three-dimensional structure A has high accuracy and high quality. Can contribute to
(2) 三次元造形機1を設置面Sに設置した際に発生するハウジング部Hの歪を平均して半分程度に低減できるため、平坦性を確保するための調整(アライメント調整)を不要或いは簡易化することができ、設置の容易化に寄与できるとともに、インナシャーシ部C等の剛性構造も簡略化することができ、全体の小型化,軽量化及び低コスト化にも寄与できる。
(2) Since the distortion of the housing portion H that occurs when the
(3) ハウジング底面部Hdを、矩形状に形成し、ハウジング脚部5a…を当該ハウジング底面部Hdの四隅付近にそれぞれ配設するとともに、シャーシ結合部4a…を相隣る二つのハウジング脚部5aと5b,5bと5c…間の中間位置にそれぞれ配設するため、インナシャーシ部Cに付加される歪の低減度合が平均化され、全体にバランスのとれた最適な態様として構成できる。 (3) The housing bottom surface portion Hd is formed in a rectangular shape, the housing leg portions 5a... Are arranged in the vicinity of the four corners of the housing bottom surface portion Hd, and the chassis coupling portions 4a. .. Are arranged at intermediate positions between 5a and 5b, 5b and 5c..., The degree of distortion reduction applied to the inner chassis C is averaged, and an optimal aspect can be configured that is balanced overall.
(4) 好適な態様により、シャーシ結合部4a…として、ハウジング底面部Hdとインナシャーシ部C間に介在させる支持部材4as…を用いれば、インナシャーシ部Cをハウジング底面部Hdに対して離間させることができる。したがって、インナシャーシ部Cの形状が制限されることがなく、インナシャーシ部Cの形状に対する設計自由度を高めることができる。 (4) According to a preferred embodiment, if the support member 4as ... interposed between the housing bottom surface portion Hd and the inner chassis portion C is used as the chassis coupling portion 4a ..., the inner chassis portion C is separated from the housing bottom surface portion Hd. be able to. Therefore, the shape of the inner chassis portion C is not limited, and the degree of design freedom for the shape of the inner chassis portion C can be increased.
(5) 好適な態様により、支持部材4as…として、剛性部材12を用いれば、インナシャーシ部Cを支持する際の安定性を高めることができるとともに、支持部材4as…として、弾性部材13を用いれば、ハウジング部Hに生じた歪(撓み)を吸収できるため、三次元造形物Aの高精度化及び高品質化、更には設置の容易化及び剛性構造の簡略化を、より推進させることができる。
(5) 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9を参照して具体的に説明する。
First, the configuration of the three-
図9に、本実施形態に係る三次元造形機1の外観構成を示す。三次元造形機1は、全体がハウジング部Hにより覆われており、大きさは机等の上面に載置できるように卓上型として構成する。このハウジング部Hの内部には、図5に示す三次元造形機構部Moを配する。この三次元造形機構部Moは、造形テーブル2に対して造形用材料Rを射出する射出ヘッド3をX方向に相対移動させるX方向移動機構Mx,造形テーブル2に対して射出ヘッド3をY方向に相対移動させるY方向移動機構My及び射出ヘッド3に対して造形テーブル2をZ方向に相対移動させるZ方向移動機構Mzを備える。
In FIG. 9, the external appearance structure of the three-
ハウジング部Hは、図1及び図2に示すように、ハウジング底面部Hdとハウジング本体部Hmからなり、設置面S(机等の上面)に直接載置することができる。ハウジング底面部Hdは、全体を平板により矩形状(例示は長方形)に形成し、ハウジング部Hの底面を構成する。ハウジング底面部Hdの下面Hddにおける四隅付近には、それぞれ下方に突出したハウジング脚部5a,5b,5c,5dを配設する。このハウジング脚部5a…は、剛性であるか弾性であるかは問わないとともに、キャスタ等であってもよい。一方、ハウジング本体部Hmは、ハウジング底面部Hdの上方を覆うボックス状に構成し、図9に示すように、開閉扉71及び電源スイッチ72等を備える。また、ハウジング部Hの内部には造形機制御部75を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the housing portion H includes a housing bottom surface portion Hd and a housing main body portion Hm, and can be directly placed on an installation surface S (an upper surface of a desk or the like). The bottom surface portion Hd of the housing is entirely formed in a rectangular shape (illustration is rectangular) by a flat plate, and constitutes the bottom surface of the housing portion H.
さらに、ハウジング部Hの内部には、図1及び図2に示すように、当該ハウジング部Hとは別体に形成したインナシャーシ部Cを配し、このインナシャーシ部Cにより、少なくとも、X方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzを含む三次元造形機構部Moの全体を支持する。この場合、インナシャーシ部Cは、ハウジング底面部Hdの上面Hdu上に配するとともに、インナシャーシ部Cの下面Cdには、当該ハウジング底面部Hdの上面Hduに接触して結合する複数のシャーシ結合部4a,4b,4c,4dを、ハウジング底面部Hdの下面Hddに配設したハウジング脚部5a,5b,5c,5dに対して異なる位置に配設する。例示する各シャーシ結合部4a…は相隣る二つのハウジング脚部5aと5b…間の中間位置、望ましくは中央位置にそれぞれ配設する。具体的には、図1に示すように、ハウジング脚部5aと5b間の中央位置にシャーシ結合部4aを、ハウジング脚部5bと5c間の中央位置にシャーシ結合部4bを、ハウジング脚部5cと5d間の中央位置にシャーシ結合部4cを、ハウジング脚部5dと5a間の中央位置にシャーシ結合部4dを、それぞれ配設する。このように、ハウジング底面部Hdを、矩形状に形成し、ハウジング脚部5a…を当該ハウジング底面部Hdの四隅付近にそれぞれ配設するとともに、シャーシ結合部4a…を相隣る二つのハウジング脚部5aと5b…間の中間位置にそれぞれ配設するようにすれば、インナシャーシ部Cに付加される歪の低減度合が平均化されるため、全体にバランスのとれた最適な態様として構成できる。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, an inner chassis portion C formed separately from the housing portion H is disposed inside the housing portion H, and at least the X direction is provided by the inner chassis portion C. The entire three-dimensional modeling mechanism Mo including the moving mechanism Mx, the Y-direction moving mechanism My, and the Z-direction moving mechanism Mz is supported. In this case, the inner chassis portion C is arranged on the upper surface Hdu of the housing bottom surface portion Hd, and a plurality of chassis couplings that are coupled to the lower surface Cd of the inner chassis portion C in contact with the upper surface Hdu of the housing bottom surface portion Hd. The
また、シャーシ結合部4a…は、図1及び図2に示すように設けてもよいし、図3に示すように、ハウジング底面部Hdとインナシャーシ部C間に介在させる支持部材4as…を用いてもよい。 Further, the chassis coupling portions 4a may be provided as shown in FIGS. 1 and 2, or as shown in FIG. 3, support members 4as that are interposed between the housing bottom surface portion Hd and the inner chassis portion C are used. May be.
図1及び図2に示すようにシャーシ結合部4a…を設ける場合には、インナシャーシ部Cの形状を、図1に示すように、平面視を十字形に形成する。これにより、十字形をなすインナシャーシ部Cにおける四つの先端付近の部位をボルト・ナット等の固定部11a,11b,11c,11dによりハウジング底面部Hdの上面Hdu上にそれぞれ固定すれば、ハウジング底面部Hdの上面Hduに接触して結合するシャーシ結合部4a,4b,4c,4dを構成できる。このように、シャーシ結合部4a…として、図2に示すように設ければ、インナシャーシ部Cをハウジング底面部Hdの上面Hduに直接重ねることができ、シャーシ結合部4a…の簡略化を図ることができる。
When the chassis coupling portions 4a are provided as shown in FIGS. 1 and 2, the shape of the inner chassis portion C is formed in a cross shape in plan view as shown in FIG. As a result, if the portions near the four tips of the cross-shaped inner chassis portion C are fixed on the upper surface Hdu of the housing bottom surface portion Hd by the fixing
他方、図3に示すように、ハウジング底面部Hdとインナシャーシ部C間に介在させる支持部材4as…を用いる場合には、ボルト・ナット等の固定部11a,11b,11c,11dにより固定する際に、ボルト等が挿通するリング形(偏平筒形)の支持部材4as,4bs,4cs,4dsをハウジング底面部Hdの上面Hduとインナシャーシ部Cの下面Cd間に介在させればよい。このように、シャーシ結合部4a…として、ハウジング底面部Hdとインナシャーシ部C間に介在させる支持部材4as…を用いれば、インナシャーシ部Cをハウジング底面部Hdに対して離間させることができる。したがって、インナシャーシ部Cの形状が制限されることがなく、例えば、矩形状に形成できるなど、インナシャーシ部Cの形状に対する設計自由度を高めることができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, when the support member 4as... Interposed between the housing bottom surface portion Hd and the inner chassis portion C is used, it is fixed by fixing
また、この支持部材4as…は、金属素材等の剛性部材12により形成してもよいし、ゴム素材等の弾性部材13により形成してもよい。剛性部材12を用いれば、インナシャーシ部Cを支持する際における安定性を高めることができるとともに、弾性部材13を用いれば、ハウジング部Hに生じた歪(撓み)を吸収できるため、三次元造形物Aの高精度化及び高品質化、更には設置の容易化及び剛性構造の簡略化を、より推進させることができる。さらに、剛性部材12を用いた支持部材4as…と弾性部材13を用いた支持部材4as…を組合わせてもよい。図3に例示する形態は、剛性部材12を用いた一つの支持部材4dsと弾性部材13を用いた三つの支持部材4as,4b,4cを組合わせたものであり、これにより、剛性部材12と弾性部材13の双方の利点を享受できる。
The support members 4as may be formed of a
次に、このインナシャーシ部Cにより支持して好適な三次元造形機構部Moについて、図5〜図9を参照して説明する。 Next, a suitable three-dimensional modeling mechanism part Mo supported by the inner chassis part C will be described with reference to FIGS.
図5において、Mcはキャリッジ機構、MxはX方向移動機構、MyはY方向移動機構、MzはZ方向移動機構をそれぞれ示す。キャリッジ機構Mcは、キャリッジフレーム21を備え、このキャリッジフレーム21は、Y方向に沿って配した一対のY方向ガイドレール22p,22qによりスライド自在に支持される。なお、Y方向ガイドレール22p,22qは、インナシャーシ部Cにより支持され、位置が固定されている。キャリッジ機構Mcは、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及び造形テーブル2に射出された造形用材料Rをクリーニングするクリーニングローラ23を有するとともに、X方向移動機構Mxの一部を支持する。射出ヘッド3は、インクジェット方式によりノズルから液体の造形用材料Rを射出する機能を備えており、イエロー,マジェンタ,シアンを含む色別の造形材Raを射出するノズル群及びサポート材Rsを射出するノズルを有する。また、クリーニングローラ23は、図6に示すように、キャリッジフレーム21の背面側、即ち、射出ヘッド3を配した側に対して反対側に配し、キャリッジフレーム21に対して固定した位置に回動自在に支持される。さらに、図示を省略したが、キャリッジフレーム21の底面には、造形用材料Rを硬化させるための紫外線(UV)ランプを備える。
In FIG. 5, Mc is a carriage mechanism, Mx is an X direction moving mechanism, My is a Y direction moving mechanism, and Mz is a Z direction moving mechanism. The carriage mechanism Mc includes a
キャリッジ機構Mcに配するX方向移動機構Mxの一部には、キャリッジフレーム21の両側に回動自在に配した一対のプーリ24,25及びこのプーリ24,25間に架け渡したタイミングベルト26からなるヘッド移動機構Mhと、プーリ24に対して同軸上に配し、かつプーリ24と一体に回転する第二伝達ギア28と、この第二伝達ギア28に噛合する第一伝達ギア27が含まれる。射出ヘッド3は連結部材29を介してタイミングベルト26の所定位置に固定されるとともに、タイミングベルト26の移動方向に沿って配したX方向ガイドレール30によりスライド自在に支持される。なお、プーリ24には回転数を検出するロータリエンコーダ31を付設する。
A part of the X-direction moving mechanism Mx disposed on the carriage mechanism Mc includes a pair of
X方向移動機構Mxは、さらに、キャリッジ機構Mcに対して別体に設けたX方向駆動部32を備える。このX方向駆動部32は、X方向回転駆動部33と、このX方向回転駆動部33により回転するY方向に沿ったガイドシャフト34を備える。X方向回転駆動部33には、ステッピングモータ又はサーボモータ等の駆動モータを内蔵する。また、ガイドシャフト34は、キャリッジフレーム21に貫通し、上述した第一伝達ギア27に挿通する。さらに、ガイドシャフト34の周面には一又は二以上の軸方向(Y方向)に沿った凹溝による周方向規制部34cを有し、ドーナツ形に形成した第一伝達ギア27の内周面に形成した凸部が当該凹溝(周方向規制部34c)に係合する。これにより、第一伝達ギア27はガイドシャフト34に対して軸方向にスライド自在となり、かつ周方向規制部34cにより周方向への回動変位が規制される。このような構成を採用すれば、制御時の応答性及び制御性の向上を図れるX方向移動機構Mxを容易かつ確実に実現できるとともに、特に、第二伝達ギア28を介在させることにより射出ヘッド3の移動方向及び移動速度を容易に設定できる。
The X-direction moving mechanism Mx further includes an
Y方向移動機構Myは、キャリッジ機構Mcを上述した一対のY方向ガイドレール22p,22qに沿ってY方向に移動させる一対のプーリ36,37間に架け渡したタイミングベルト38からなるキャリッジ移動機構Mgを備える。このため、キャリッジフレーム21はタイミングベルト38、特に、上側に位置するタイミングベルト38の所定位置に固定する。また、Y方向移動機構Myは、Y方向回転駆動部41を備え、このY方向回転駆動部41の回転軸は伝達シャフト42を介して一方のプーリ36の軸心に結合する。Y方向回転駆動部41には、ステッピングモータ又はサーボモータ等の駆動モータを内蔵する。なお、プーリ37には回転数を検出するロータリエンコーダ39を付設する。
The Y-direction moving mechanism My is a carriage moving mechanism Mg including a
一方、キャリッジフレーム21には、Y方向移動機構MyのY方向移動量を回転移動量に変換する移動量変換部43及び回転移動量をクリーニングローラ23に伝達して当該クリーニングローラ23を回転させる移動量伝達部44を有するクリーニングローラ駆動機構Mrを付設する。クリーニングローラ駆動機構Mrは、図6〜図8に示すように、キャリッジフレーム21に固定したサブフレーム45を備え、このサブフレーム45に、第一変換ギア46及びこの第一変換ギア46に噛合する第二変換ギア47をそれぞれ回動自在に取付ける。この場合、第一変換ギア46は、タイミングベルト38、特に、下側のタイミングベルト38の歯部に噛合38cする。また、第二変換ギア47は、歯部38cに対しては浮いた位置に配され、この第二変換ギア47により回転方向が変換される。したがって、第一変換ギア47が移動量変換部43を構成するとともに、第二変換ギア47が移動量伝達部44を構成する。さらに、第二変換ギア47とクリーニングローラ23は同軸上に配し、第二変換ギア47の伝達シャフト48は電磁クラッチ49を介してクリーニングローラ23に結合する。このような構成を採用すれば、クリーニングローラ23を回転させる独立した駆動系を不要とするクリーニングローラ駆動機構Mrを容易かつ確実に実現できるとともに、特に、第二変換ギア47を介在させることによりクリーニングローラ23の回転方向及び回転速度を容易に設定できる。
On the other hand, the
Z方向移動機構Mzは、射出ヘッド3に対して造形テーブル2をZ方向に移動させる機能を備える。造形テーブル2は射出ヘッド3の下方に配し、この造形テーブル2がZ方向移動機構Mzにより昇降する。Z方向移動機構Mzは、Z方向駆動部51を備え、このZ方向駆動部51は、Z方向回転駆動部52と、このZ方向回転駆動部52の回転を昇降変位(Z方向変位)に変換するボールねじ機構等を用いた運動変換部53を備える。そして、運動変換部53の昇降変位する出力軸53eを造形テーブル2のテーブル脚部に結合する。Z方向回転駆動部52には、ステッピングモータ又はサーボモータ等の駆動モータを内蔵する。なお、55は造形テーブル2の上面に載置した当該造形テーブル2に付属する造形物基台を示す。
The Z direction moving mechanism Mz has a function of moving the modeling table 2 in the Z direction with respect to the
他方、本実施形態に係る三次元造形機1は、図9に示すように、使用時には、他のコンピュータ80に接続して三次元造形システムを構成する。この場合、三次元造形機1における造形機制御部75とコンピュータ80を有線手段(USBケーブル等)81又は無線手段(無線LAN等)により接続する。コンピュータ80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80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。図8において、61は、造形機制御部75とコンピュータ80を含む制御系を示している。造形機制御部75には、少なくとも、前述したロータリエンコーダ31及び39,X方向回転駆動部33,Y方向回転駆動部41及びZ方向回転駆動部52をそれぞれ接続するとともに、射出ヘッド3及び電磁クラッチ49を接続する。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the
このように構成する三次元造形機構部Moは、次のように動作する。まず、X方向移動機構Mxは、X方向回転駆動部33の回転動作によりガイドシャフト34が回転するとともに、第一伝達ギア27が回転する。また、第一伝達ギア27の回転により、第二伝達ギア28及びプーリ24が回転する。これにより、タイミングベルト26が移動し、射出ヘッド3がX方向ガイドレール30に沿ってX方向に移動する。この際、X方向回転駆動部33の回転方向を制御することにより、射出ヘッド3をX方向の正逆方向に移動させることができる。一方、プーリ24の回転数は、ロータリエンコーダ31により検出され、造形機制御部75に付与される。これにより、射出ヘッド3のX方向位置に対するフィードバック制御が行われる。
The three-dimensional modeling mechanism unit Mo configured in this way operates as follows. First, in the X-direction moving mechanism Mx, the
Y方向移動機構Myは、Y方向回転駆動部41の回転動作により伝達シャフト42が回転するとともに、プーリ36が回転する。これにより、キャリッジ移動機構Mgにおけるタイミングベルト38が移動するとともに、キャリッジフレーム21(キャリッジ機構Mc)がY方向ガイドレール22p,22qに沿って移動し、射出ヘッド3がY方向に移動する。この際、Y方向回転駆動部41の回転方向を制御することにより、射出ヘッド3をY方向の正逆方向に移動させることができる。一方、プーリ37の回転数は、ロータリエンコーダ39により検出され、造形機制御部75に付与される。これにより、射出ヘッド3のY方向位置に対するフィードバック制御が行われる。
In the Y-direction moving mechanism My, the
ところで、上述した第一伝達ギア27は、ガイドシャフト34上に軸方向へ変位自在に支持されるため、キャリッジ機構McがY方向に移動した場合であってもキャリッジ機構Mcの移動には何ら影響を及ぼさない。また、X方向移動機構Mxの一部を構成するX方向回転駆動部33及びガイドシャフト34は、キャリッジ機構Mcに搭載しない。したがって、キャリッジ機構Mcの小型軽量化を実現することができ、Y方向移動機構Myを制御する際における応答性(制御性)の向上,重量の二乗で増加する振動(M/C振動)の低減,制御の高精度化及び消費電力の低減などを図ることができる。
By the way, the
さらに、Y方向移動機構Myの作動時には、タイミングベルト38が移動するとともに、クリーニングローラ駆動機構Mrにおける第一変換ギア46が下側のタイミングベルト38における歯部38cに噛合しているため、第一変換ギア46が回転し、この第一変換ギア46の回転は第二変換ギア47に伝達される。これにより、第二変換ギア47の同軸上に一体に設けた伝達シャフト48も回転する。したがって、電磁クラッチ49を接続モード又は切離モードに切換えれば、クリーニングローラ23を回転又は停止させることができる。
Further, when the Y-direction moving mechanism My operates, the
Z方向移動機構Mzでは、Z方向回転駆動部52が回転動作すれば、この回転はボールねじ機構等を用いた運動変換部53により出力軸53eの昇降変位(Z方向変位)に変換される。これにより、出力軸53eに支持される造形テーブル2も昇降変位(Z方向変位)する。この際、Z方向回転駆動部52の回転方向を制御することにより、造形テーブル2をZ方向の正逆方向に移動させることができる。これにより、造形テーブル2の昇降変位は、この上方に位置する射出ヘッド3のZ方向の相対変位となる。
In the Z-direction moving mechanism Mz, if the Z-direction
一方、実際の造形動作は次のように行われる。まず、コンピュータ80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。図7は、造形時の動作(作用)を示している。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(造形物基台55)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、射出ヘッド3をX方向及びY方向に制御することにより、Z方向における第一層目における造形用データに対応した造形材Raを射出する。また、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はサポート材Rsが射出される。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ことになる。
On the other hand, the actual modeling operation is performed as follows. First, since modeling data for the three-dimensional model A to be modeled is set in the
さらに、紫外線ランプによる紫外線の照射により第一層目が硬化するとともに、完全に硬化する前に、クリーニングローラ23により上面が平坦面となるように整えられる(クリーニングされる)。この後、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。そして、同様の手順により第二層目の造形処理を行うとともに、第三層目から第n層目(最終層)まで同様の手順により順次造形処理を行う。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。
Further, the first layer is cured by the irradiation of ultraviolet rays from the ultraviolet lamp, and the upper surface is adjusted (cleaned) by the cleaning
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、少なくとも、X方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzを含む三次元造形機構部Moの全体を支持するインナシャーシ部Cを設け、このインナシャーシ部Cをハウジング部Hの底面を構成するハウジング底面部Hdの上面Hdu上に配するとともに、インナシャーシ部Cの下面Cdに、当該ハウジング底面部Hdの上面Hduに接触して結合する複数のシャーシ結合部4a…を、ハウジング底面部Hdの下面Hddに配設した複数のハウジング脚部5a…に対して異なる位置に配設してなるため、凹凸を有する設置面Sに設置し、ハウジング部Hに歪(撓み)が生じた場合であっても、インナシャーシ部C、更にはX方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzに付加される歪は平均して半分程度に低減される。図4は、三次元造形機1を凹凸を有する設置面Sに設置した際に、ハウジング底面部Hdの一つの隅部Hdpが上方に撓み、ハウジング底面部Hdが仮想線で示すハウジング底面部Hdsの位置まで変位した状態を示す。この場合、一つの隅部Hdpは上方へ高さ(相対高さ)Loだけ相対変位するが、隅部Hdpの近傍に配設したハウジング脚部5aと他のハウジング脚部5d間の中間位置に配設したシャーシ結合部4dの位置では、変位する高さ(相対高さ)はLsとなり、この高さLsは高さLoに対して半分程度となる。
Therefore, according to the
したがって、X方向移動機構Mx,Y方向移動機構My及びZ方向移動機構Mzの相対位置や相対角度(座標直交性)のズレが大幅に低減され、三次元造形物Aの高精度化及び高品質化に寄与できる。しかも、平坦性を確保するための調整(アライメント調整)を不要或いは簡易化することができ、設置の容易化に寄与できるとともに、インナシャーシ部C等の剛性構造も簡略化することができ、全体の小型化,軽量化及び低コスト化にも寄与できる。 Therefore, the deviation of the relative position and relative angle (coordinate orthogonality) of the X direction moving mechanism Mx, the Y direction moving mechanism My, and the Z direction moving mechanism Mz is greatly reduced, and the three-dimensional structure A has high accuracy and high quality. Can contribute to Moreover, adjustment (alignment adjustment) for ensuring flatness can be unnecessary or simplified, and can contribute to ease of installation, and can simplify the rigid structure such as the inner chassis portion C. This can contribute to reduction in size, weight and cost.
また、本実施形態に係る三次元造形機1によれば、キャリッジ機構Mcに造形テーブル2に射出された造形用材料Rをクリーニングするクリーニングローラ23を設けるとともに、Y方向移動機構MyのY方向移動量を回転移動量に変換する移動量変換部43及び回転移動量をクリーニングローラ23に伝達して当該クリーニングローラ23を回転させる移動量伝達部44を有するクリーニングローラ駆動機構Mrを設けたため、クリーニングローラ23を回転させる独立した駆動系が不要となり、駆動系の大幅なコストダウンを図れるとともに、当該駆動系全体の小型コンパクト化(占有スペースの縮小)を図れる。したがって、机等の上に載置できる卓上型の三次元造形機1を容易に実現できる。
Further, according to the three-
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。 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.
例えば、ゴム素材等の弾性部材13を挙げたが、ゴム素材には天然ゴム及び合成ゴムが含まれるとともに、弾性部材13には、その他、弾性を有する合成樹脂素材、更にはコイルスプリングや板バネ等の弾性部材を用いることもできる。また、シャーシ結合部4a…は、相隣る二つのハウジング脚部5aと5b…間の中央位置に配設することが最も望ましいが、必ずしも中央位置に限定されるものではなく、ある程度片側に片寄った位置であっても所定の効果を得ることができる。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。
For example, the
1:三次元造形機,2:造形テーブル,3:射出ヘッド,4a:シャーシ結合部,4b:シャーシ結合部,4c:シャーシ結合部,4d:シャーシ結合部,4as…:支持部材,5a:ハウジング脚部,5b:ハウジング脚部,5c:ハウジング脚部,5d:ハウジング脚部,12:剛性部材,13:弾性部材,S:設置面,H:ハウジング部,Hd:ハウジング底面部,Hdu:ハウジング底面部の上面,Hdd:ハウジング底面部の下面,Mo:三次元造形機構部,Mx:X方向移動機構,My:Y方向移動機構,Mz:Z方向移動機構,C:インナシャーシ部,Cd:インナシャーシ部の下面,A:三次元造形物,R:造形用材料,Ra:造形材,Rs:サポート材 1: three-dimensional modeling machine, 2: modeling table, 3: injection head, 4a: chassis coupling unit, 4b: chassis coupling unit, 4c: chassis coupling unit, 4d: chassis coupling unit, 4as ...: support member, 5a: housing Leg part, 5b: Housing leg part, 5c: Housing leg part, 5d: Housing leg part, 12: Rigid member, 13: Elastic member, S: Installation surface, H: Housing part, Hd: Housing bottom part, Hdu: Housing Upper surface of bottom surface portion, Hdd: Lower surface of bottom surface portion of housing, Mo: Three-dimensional modeling mechanism portion, Mx: X direction moving mechanism, My: Y direction moving mechanism, Mz: Z direction moving mechanism, C: Inner chassis portion, Cd: Lower surface of the inner chassis part, A: three-dimensional structure, R: material for modeling, Ra: modeling material, Rs: support material
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