JP7278249B2

JP7278249B2 - ３ｄプリンタ

Info

Publication number: JP7278249B2
Application number: JP2020192153A
Authority: JP
Inventors: 丈郎小林; 将安藤
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2023-05-19
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: JP2022080927A

Description

本発明は、３Ｄプリンタに関する。さらに詳しくは、樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する３Ｄプリンタに関する。

従来、樹脂材料を加熱溶融させて積層する（溶融積層方式とも称する）ことで立体的な造形物を形成する３次元造形装置（３Ｄプリンタとも称する）が知られている（例えば、特許文献１）。

上述した特許文献１の発明に係る３次元造形装置は、吐出ヘッドから吐出されるフィラメント状の樹脂材料を順次積層しながら立体的な造形物を形成している。また、上述の３次元造形装置は、内部空間を有する立方体のような造形物を形成する場合に、前記内部空間に、側面部（側壁）と非接触の柱状サポート部を形成するものとされている。前記サポート部は、上面部（天面）と底面部とに連結されており、造形物が上下方向に反って変形することを抑制している。

特開２０１６－１９３５５９号公報

ところで、上述の特許文献１に係る３Ｄ造形装置による造形物の形成は、内部空間を有する立体的な造形物の造形に対して利用できるものである。しかしながら、内部空間を有しない、例えば、平板状の造形物では、サポート部を形成することができないため、造形物の反りによる変形を抑制することができない問題があった。また、内部空間を有するものの上面部を有しないような造形物を形成する場合は、サポート部により、造形物を支持できない問題があった。そのため、造形物の変形を抑制できない問題があった。

そこで、本発明は、造形物の変形を抑制することが可能であると共に造形物の３Ｄプリンタからの取り外しが容易な３Ｄプリンタを提供することを目的とする。

（１）上述した課題を解決すべく提供される本発明の３Ｄプリンタは、樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する３Ｄプリンタであって、加熱溶融させた前記樹脂材料を吐出する樹脂吐出部と、吐出された前記樹脂材料を支持するテーブル部と、前記テーブル部の上面に載置されると共に前記樹脂吐出部から吐出される前記樹脂材料を支持する支持板と、前記樹脂吐出部及び前記テーブル部のいずれか一方又は双方の移動を制御する制御部と、を備え、前記支持板は、溶融した前記樹脂材料の流入を許容する複数の貫通孔を有すること、を特徴とするものである。

上述した本発明の３Ｄプリンタは、造形物を、支持板を介してテーブル部に支持しながら造形を行うものである。また、前記３Ｄプリンタは、支持板が有する複数の貫通孔に、溶融した樹脂材料を流入させることができる。そのため、貫通孔に流入した樹脂材料がテーブル部と造形物とを繋ぎ止めるアンカー部を形成し、当該アンカー部により確実に造形物をテーブル部に支持することができる。これにより、造形物が反って変形することを抑制できる。

（２）また、上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記樹脂吐出部が、所定の吐出幅で前記樹脂材料を吐出可能なものであり、前記貫通孔の開口径が、前記吐出幅以上であると良い。

上述した３Ｄプリンタは、樹脂吐出部から吐出される樹脂材料の吐出幅が、貫通孔の開口径よりも小さいものであるので、貫通孔の内部に確実に樹脂材料を流入させることができる。そのため、貫通孔に流入した樹脂材料が、貫通孔の上面側に溢出することを抑制でき、貫通孔上で造形物が変形することを抑制できる。

（３）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記貫通孔が、前記樹脂材料を構成するフィラメントの径に対して１．５～２倍の開口径を有していると良い。

かかる構成によれば、樹脂吐出部から吐出される樹脂材料の吐出幅よりも、貫通孔の開口径を大きくすることができる。これにより、貫通孔に流入した樹脂材料が、貫通孔の上面側に溢出することを抑制でき、貫通孔上で造形物が変形することを抑制できる。

（４）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記貫通孔が、行方向及び列方向に所定の間隔で形成されていると良い。

かかる構成によれば、３Ｄプリンタの制御において、貫通孔の位置を正確に取得することができる。そのため、樹脂吐出部を貫通孔上に位置させる制御を正確かつ容易に行うことができる。また、貫通孔に流入させる樹脂量を安定させることができ、樹脂材料が、貫通孔の上面側に溢出して突出することを抑制できる。これにより、精度の良い造形を行うことができる。また、行方向及び列方向に所定の間隔で貫通孔が配置されることにより、形成される造形物を偏りなく均一に支持することができる。そのため、造形物の変形を抑制できる。

（５）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記支持板と前記テーブル部との間に、所定の隙間が設けられていると良い。

かかる構成によれば、貫通孔に流入した樹脂材料を、支持板とテーブル部との間で広げることができる。そのため、支持板とテーブル部との間で広がった樹脂材料が、アンカー部を形成し、当該アンカー部により、造形物を確実にテーブル部に支持することができる。また、アンカー部とテーブル部との接合部分は、小面積であるので、造形物をテーブル部から容易に取り外すことができる。
（６）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記貫通孔が、前記支持板の下面側において、下方広がりのテーパ状に形成されていると良い。

かかる構成によれば、貫通孔に流入する樹脂材料を、テーパの傾斜に沿って広げることができる。そのため、支持板とテーブル部との間に隙間を設けることなく、アンカー部を形成することができる。これにより、形成される造形物を確実にテーブル部に支持することができ、造形物の変形も抑制できる。

（７）上述した本発明の３Ｄプリンタは、前記支持板が、複数の上板貫通孔が形成された上板と、複数の下板貫通孔が形成された下板と、を有し、前記上板及び前記下板は、前記上板貫通孔と前記下板貫通孔とが連通するように上下に積層されると共に互いに相対的な水平動が可能なものであり、前記樹脂材料を前記上板貫通孔と前記下板貫通孔とに亘って流入させることにより、前記造形物を前記上板及び前記下板を介して前記テーブル部に固定するアンカー部を形成可能であり、前記上板と前記下板とを相対的に水平動させることにより前記上板と前記下板との間で前記アンカー部を切断可能であると良い。

上述した３Ｄプリンタは、樹脂材料を上板貫通孔と下板貫通孔とに亘って流入させることにより形成されるアンカー部によって、造形物がテーブル部に固定される。従って、上板と下板とを相対的に水平動させることにより、上板と下板との間でアンカー部を切断することができる。これにより、造形物をテーブル部から容易に取り外すことができる。

本発明によれば、造形物の変形を抑制することが可能であると共に造形物の３Ｄプリンタからの取り外しが容易な３Ｄプリンタを提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る３Ｄプリンタの概略斜視図である。図１の一部を切り欠いた平面図である。図２のＡ－Ａ方向矢視断面図である。（ａ）及び（ｂ）本発明の第一実施形態に係る３Ｄプリンタによる造形動作の説明図である。本発明の第一変形例に係る３Ｄプリンタによる造形動作の説明図である。本発明の第二実施形態に係る３Ｄプリンタの一部を切り欠いた正面方向断面図である。（ａ）及び（ｂ）本発明の第二実施形態に係る３Ｄプリンタによる造形動作の説明図である。

≪第一実施形態≫
本発明に係る３Ｄプリンタ１の第一実施形態について、図１～図３を参照しながら以下に詳細を説明する。

図１は、本発明の３Ｄプリンタ１を示す概略斜視図であり、矩形状の造形物１０が形成された状態を表したものである。

３Ｄプリンタ１は、加熱溶融させた樹脂材料７を吐出する樹脂吐出部２と、吐出された樹脂材料７を支持するテーブル部３と、を備えている。また、３Ｄプリンタ１は、前記の他に、テーブル部３の上面に載置されると共に貫通孔５が形成された支持板４と、３Ｄプリンタ１を制御する制御部６等を備えている。

樹脂材料７は、加熱により軟化する熱可塑性樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂としては、押し出し可能な材質であれば良く、適宜の材質のものを選択することができる。例えば、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネート、ナイロン等を用いることができる。また、熱可塑性樹脂は、適宜、添加剤や着色剤等を混合することができる。本実施形態では、樹脂材料７がフィラメント状に形成されたものを使用する場合を例として説明するが、樹脂材料７は、フィラメント状のものだけではなく、ペレット状のものなど、各種の形態のものを用いることができる。

樹脂吐出部２は、内部にヒーター（図示せず）を備えており、供給される樹脂材料７を溶融させることができる。図３に示すように、樹脂吐出部２は、先端がノズル状に形成されており、溶融した樹脂材料７を先端から吐出することができる。ここで、樹脂吐出部２のノズル径は、例えば、０．２～１ｍｍであり、ノズル径に応じて、吐出幅を変更することができる。また、樹脂吐出部２は、適宜の駆動源（図示せず）により、水平方向の移動と、上下方向の移動とが可能である。また、樹脂吐出部２は、後述する制御部６による制御により、樹脂材料７を順次積層させることが可能である。

図１に示すように、テーブル部３は、吐出された樹脂材料７を支持するものであり、矩形状に形成されている。テーブル部３は、内部にヒーター３Ａを備えており、積層される樹脂材料７を加熱することができる。ヒーター３Ａは、例えば、シート状に形成されたものや、棒状に形成されたものを複数配置したものなど各種のものを用いることが可能である。テーブル部３は、後述する制御部６により、温度制御が可能である。テーブル部３は、積層された樹脂材料７が溶融しない程度の温度に制御される。なお、テーブル部３は、樹脂吐出部２に対して相対的に移動可能としても良く、樹脂吐出部２及びテーブル部３のいずれか一方又は双方を造形に応じて移動可能としても良い。

支持板４は、テーブル部３の上面に載置され、所定の位置に固定されるものである。支持板４は、図１及び図２に示すように、本実施形態では、矩形状に形成されている。また、支持板４は、例えば、熱導電率が高いアルミニウムや銅などの金属材料で形成されている。そのため、テーブル部３の加熱による熱を造形物１０に伝達することができる。これにより、造形物１０が急激に冷却されて変形することを抑制できる。

また、支持板４は、図１～図３に示すように、上下方向に貫通する小径の貫通孔５が、複数形成されている。貫通孔５は、円形状に形成されており、樹脂材料７を構成するフィラメントの径に対して１．５～２倍の開口径を有したものとされている。そのため、樹脂吐出部２から吐出される樹脂材料７の吐出幅よりも、貫通孔５の開口径を大きくすることができる。これにより、貫通孔５に流入した樹脂材料７が、貫通孔５の上面側に溢出することを抑制でき、貫通孔５上で造形物１０が変形することを抑制できる。なお、貫通孔５の開口径は、樹脂材料７を構成するフィラメントの径に対して１．５～２倍とすることが望ましい。例えば、フィラメント径が１ｍｍである場合は、貫通孔の開口径を１．５～２ｍｍとすれば良い。また、貫通孔５の開口径は、樹脂材料７の素材や形状に応じて、適宜変更すれば良い。

なお、樹脂材料７がフィラメントではなく、ペレット等で構成されている場合は、貫通孔５の開口径を、樹脂吐出部２の吐出幅以上（例えば、０．２～１ｍｍ以上）となるように形成すれば良い。ここで、例えば、樹脂吐出部２の吐出幅が、０．３ｍｍである場合、貫通孔５の開口径は、０．３ｍｍ以上とすれば良く、例えば２ｍｍとすれば良い。これにより、形成される造形物１０を小面積で支持することができるので、造形物１０をテーブル部３から容易に取り外すことができる。なお、貫通孔５の形状や大きさは、使用する樹脂材料７に応じて、各種の形状や大きさのものを採用することができる。

上述したように、樹脂吐出部２から吐出される樹脂材料７の吐出幅を、貫通孔５の開口径よりも小さいものとすることにより、貫通孔５の内部に確実に樹脂材料７を流入させることができる。これにより、貫通孔５に流入した樹脂材料７が、貫通孔５の上面側に溢出することを抑制でき、貫通孔５上で造形物１０が変形することを抑制できる。なお、樹脂吐出部２の吐出幅や貫通孔５の開口径は、樹脂材料の素材や形態に応じて適宜変更すれば良い。

また、貫通孔５は、予測される変形に対して任意の位置でアンカーを形成するために、偏りなく均一に形成されている。具体的には、貫通孔５は、支持板４において行方向及び列方向に所定の間隔ごと（例えば、行方向及び列方向共に４～５ｍｍごと）に形成されている。これにより、造形物１０の変形を抑制できる。また、間隔が定められているので、後述する制御部６によって、貫通孔５の位置を正確に認識することができる。

なお、造形物１０は、冷却時の熱収縮により、周縁部が反ってテーブル部３から剥離しやすくなるものと考えられる。従って、貫通孔５は、少なくとも造形物１０の周縁部に位置するように設けると良い。これにより、テーブル部３から剥離しやすい造形物１０の周縁部を効果的に支持することができ、造形物１０の変形を効果的に抑制できる。

図１及び図２に示すように、支持板４は、下面側に複数の脚部４ｃが形成されている。従って、支持板４をテーブル部３上に載置した際に、支持板４とテーブル部３との間に所定の隙間１１が形成される。隙間１１により、貫通孔５に流入した樹脂材料７を、支持板４とテーブル部３との間で広げることができる。これにより、支持板４とテーブル部３との間で広がった樹脂材料７が、アンカー部８を形成し、当該アンカー部８により、造形物１０を確実にテーブル部３に支持することができる。また、アンカー部８とテーブル部３との接合部分は、小面積であるので、造形物１０をテーブル部３から容易に取り外すことができる。ここで、隙間１１は、例えば、０．５～１．５ｍｍ程度とすれば良い。このように、支持板４とテーブル部３との間に隙間１１を設けることにより、当該隙間１１にスクレーパー１５（図４（ｂ）参照）等を挿入して、アンカー部８を容易に切断することができる。これにより、造形物１０をテーブル部３から容易に取り外すことができる。

制御部６（図１参照）は、適宜組み込まれたスライス用プログラムにより、樹脂吐出部２等の制御を行うことができる。具体的には、制御部６は、樹脂吐出部２を加熱する温度や樹脂材料７の吐出量を制御することができる。また、制御部６は、予め入力された３Ｄデータに基づいて、樹脂吐出部２における水平方向及び上下方向の移動や移動速度等の制御を行うことができる。これにより、当該３Ｄデータに基づいた造形物１０（サポート構造部を含む）を形成することができる。ここで、サポート構造部は、例えば、造形物１０が、テーブル部３や支持板４から離間する宙吊り部やオーバーハング部を有する場合に、宙吊り部やオーバーハング部を支持するために形成されるものである。

また、制御部６は、支持板４の形状、大きさ、テーブル部３への載置位置を予め入力した設定値により、これらの位置情報を認識することができる。また、上述したように、貫通孔５の形成位置を所定の間隔で形成しておくことにより、貫通孔５の位置も正確に認識することができる。そのため、制御部６は、樹脂吐出部２を貫通孔５上に位置させる制御を正確かつ容易に行うことができる。また、制御部６は、貫通孔５上で、樹脂吐出部２を所定時間停止させる制御を行うことができる。これにより、貫通孔５に所定量の樹脂材料７を流入させることができ、樹脂材料７が、貫通孔５の上面側から逸出して突出することを抑制できる。従って、造形物１０が貫通孔５上で変形することを抑制できる。また、貫通孔５の下方側では、樹脂材料７が隙間１１で広がることにより、アンカー部８（図３参照）が形成され、造形物１０を、支持板４を介してテーブル部３に確実に支持することができる。

また、制御部６は、テーブル部３の制御を行うことができる。制御部６は、テーブル部３のヒーター３Ａを制御して、テーブル部３の温度を調節することができる。これにより、造形物１０が外気にさらされて急激に冷却されることを抑制できる。従って、造形物１０が変形することを抑制できる。また、制御部６は、樹脂吐出部２及びテーブル部３の制御に加えて、３Ｄプリンタ１全体の制御も行うことができる。

以上が、第一実施形態に係る本発明の３Ｄプリンタ１の構成である。続いて、本発明の３Ｄプリンタ１の造形動作について、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照しつつ以下に詳細を説明する。なお、図示において、理解が容易なように、積層する層の厚み、支持板４の厚み、及び隙間１１等を誇張して記載していることに留意されたい。

まず、テーブル部３上の所定の位置に支持板４が載置される（適宜、テーブル部３への係合等により固定されても良い）。支持板４の載置は、支持板４がテーブル部３に対して、隙間１１だけ離間するように脚部４ｃを介して行われる。

次にテーブル部３が加熱され、制御部６による樹脂吐出部２の吐出制御により、造形物１０の最下層が、支持板４上に形成される。テーブル部３は、樹脂材料７（図１参照）の溶融温度よりも低い温度となるように温度制御される。これにより、冷却過程における造形物１０の熱収縮を低減することができ、造形物１０の変形を抑制できる。

また、造形物１０における最下層の形成にあたり、支持板４の各貫通孔５上で、樹脂吐出部２が所定時間停止する制御が行われ、所定量の樹脂材料７を貫通孔５上に吐出する制御が行われる。これにより、貫通孔５の内部に樹脂材料７が流入し、貫通孔５の下方側から隙間１１に向けて樹脂材料７が流入する。隙間１１に流入した樹脂材料７は、貫通孔５の下方で僅かに広がって、アンカー部８を形成し、アンカー部８が、テーブル部３と接して、テーブル部３に接合される。これにより、造形物１０が支持板４を介してテーブル部３に支持される。

樹脂吐出部２は、再び、造形パターンにしたがって、造形物１０を形成しながら、次の貫通孔５上で所定時間停止し、アンカー部８の形成を順次行う。最下層の形成が終わると、貫通孔５上で樹脂吐出部２が停止させられることなく、２層目以降の造形が、造形パターンにしたがって行われる。形成された造形物１０は、アンカー部８により、支持板４を介してテーブル部３上に支持される。なお、オーバーハングするような造形物や内部空間を有するような造形物を形成する場合は、適宜、サポート構造部を形成すると良い。

上述のように造形物１０が形成されると、図４（ｂ）に示すように、隙間１１にスクレーパー１５が挿入され、アンカー部８が切断される。これにより、アンカー部８とテーブル部３との接合（固定）が解除され、造形物１０を支持板４と共に取り外すことができる。このように、造形物１０（支持板４を含む）は、下面の全面がテーブル部３に固定されているわけではない（小面積で支持されている）ので、容易に造形物１０をテーブル部３から取り外すことができる。しかも、造形物１０の造形中は、アンカー部８により、造形物１０が確実にテーブル部３上に支持されているので、精度良く造形物１０を造形することができる。

また、造形物１０は、点在する貫通孔５により、支持板４に固定されている面積が低減されているので、支持板４からも容易に造形物１０を取り外すことができる。

以上が、本発明の３Ｄプリンタ１による造形動作であり、次に、本発明の第一変形例について、図５を参照しつつ以下に説明する。第一変形例では、支持板４における貫通孔５の形状と、隙間１１が廃されている以外は、上述した３Ｄプリンタ１と同様の構成である。なお、第一実施形態と同一の部材については同一の符号を用いていることに留意されたい。

≪第一変形例≫
図５は、第一変形例に係る３Ｄプリンタ１の正面方向から見た一部拡大断面図である。貫通孔５は、支持板４の下面側において、下方広がりのテーパ部５ｃを有している。支持板４は、上述した実施形態と同様に矩形状（図１参照）に形成されている。また、支持板４は、脚部４ｃが廃されており、テーブル部３上に接するように（隙間１１を介さずに）載置される。支持板４は、テーブル部３上に位置決めされた状態で、適宜の固定手段を用いて、テーブル部３上に固定される。支持板４が、テーブル部３上に載置されると、造形物１０の造形における最下層の形成が、造形パターンにしたがって行われる。

造形物１０の最下層の形成にあたり、貫通孔５に流入した樹脂材料７は、テーパ部５ｃの壁面に沿って広がり、下方広がりのアンカー部８を形成する。アンカー部８により、造形物１０が支持板４を介してテーブル部３に支持される。このように、第一変形例においては、隙間１１を形成することなく、テーパ部５ｃでのアンカー部８の広がりによって、造形物１０を確実にテーブル部３上に支持することができる。

造形物１０が形成されると、支持板４が、テーブル部３に対して相対的に水平動又は上下動され、アンカー部８がテーブル部３から剥離される。第一変形例においても、造形物１０のテーブル部３への支持面積が低減されているので、造形物１０をテーブル部３から容易に取り外すことができる。また、造形物１０を支持板４から取り外す際にも、造形物１０の支持板４への支持面積が貫通孔５により低減されているので、造形物１０を支持板４から容易に取り外すことができる。

以上が、第一変形例の実施形態であり、次に本発明に係る３Ｄプリンタ１の第二実施形態について、以下に説明する。第二実施形態では、支持板４が上板４ａと、下板４ｂとを有し、隙間１１が廃されている以外は、第一実施形態に係る３Ｄプリンタ１と同様の構成である。なお、第一実施形態と同一の部材については同一の符号を用いていることに留意されたい。

≪第二実施形態≫
図６は、第二実施形態に係る３Ｄプリンタ１の正面方向から見た一部切り欠き断面図である。図示のように、支持板４は、それぞれが独立した上板４ａと下板４ｂとを有し、上板４ａと下板４ｂとが、互いに相対的な水平動が可能なように積層されている。また、上板４ａ及び下板４ｂは、共に図１及び図２に示すような矩形状に形成されている。

上板４ａには、樹脂材料７を流入させるための複数の上板貫通孔５ａが形成されている。上板貫通孔５ａは、上述した実施形態における貫通孔５と同様に所定の間隔で配置され、所定の開口径を有している。

下板４ｂには、樹脂材料７を流入させるための複数の下板貫通孔５ｂが形成されている。下板貫通孔５ｂは、上板貫通孔５ａと同様の間隔で配置されており、上板貫通孔５ａと下板貫通孔５ｂとが連通するように上板４ａと下板４ｂとが積層される。また、下板貫通孔５ｂは、上板貫通孔５ａよりも開口径が僅かに大きく形成されている。

以上が、第二実施形態の構成であり、次に第二実施形態における造形物１０の造形動作について、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照しつつ説明する。

図７（ａ）に示すように、上板４ａと下板４ｂが、積層された状態でテーブル部３上に位置決めされ載置される。このとき、上板貫通孔５ａと下板貫通孔５ｂとが連通するように積層される。上板４ａ及び下板４ｂは、位置ずれしないよう適宜の固定手段で固定される。続いて、上述した第一実施形態や第一変形例と同様に、温度制御されたテーブル部３上に造形物１０の最下層が形成される。

造形物１０の最下層の形成にあたり、樹脂材料７を上板貫通孔５ａと下板貫通孔５ｂとに亘って流入させる。これにより、アンカー部８が、上板貫通孔５ａと下板貫通孔５ｂに亘って形成される。このとき、下板貫通孔５ｂの開口径が上板貫通孔５ａの開口径よりも大きく形成されているので、下板貫通孔５ｂに流入した樹脂材料７を径方向に拡張させることができる。そのため、下板４ｂとテーブル部３との間に隙間１１を形成することなく、アンカー部８の下端側（テーブル部３側）を拡張させることができる。これにより、拡張されたアンカー部８の下端側がテーブル部３に接合される。また、造形物１０を、上板４ａ及び下板４ｂを介して確実にテーブル部３上に支持することができる。

造形物１０の最下層が形成されると、造形パターンにしたがって、樹脂吐出部２やテーブル部３の制御が行われ、造形物１０が上板４ａ上に形成される。

造形物１０が形成されると、図７（ｂ）に示すように、下板４ｂを上板４ａに対して相対的に水平動させる。これにより、上板４ａと下板４ｂとの間でアンカー部８が切断される。また、アンカー部８とテーブル部３との接合（支持）が解除され、上板４ａと一体に造形物１０をテーブル部３から取り外すことができる。このように、第二実施形態では、上板４ａと下板４ｂとを相対的に水平動させることにより、容易に造形物１０をテーブル部３から取り外すことができる。また、造形物１０のテーブル部３への支持面積が、低減されているので、上板４ａと下板４ｂの相対的な水平動も容易に行うことができる。また、造形物１０の上板４ａへの支持面積も上板貫通孔５ａにより低減されているので、造形物１０を上板４ａから容易に取り外すことができる。

以上が、本発明に係る３Ｄプリンタ１の実施形態や変形例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な変形を行うことができる。

本実施形態では、フィラメント状の樹脂材料７を用いて、造形物１０を造形することを例示したが、樹脂材料７は、フィラメント状のものだけではなく、ペレット状のものなど、各種の形態や素材の樹脂材料を用いることができる。また、造形に用いる３Ｄプリンタの構成は、上述した実施形態のものに限定されず、各種の３Ｄプリンタを用いることができる。

また、支持板４は、長辺と短辺とを有する矩形状のものだけではなく、各種の形状のものを採用することができる。また、支持板４の形状や厚みは、造形する造形物１０の形状に応じて、適宜、変更すれば良い。支持板４の材質は、熱伝導率が高いものを用いることが望ましいが、これには限定されず、造形物１０を支持できるものであれば、各種の材質の支持板４を用いることができる。

また、形成する造形物１０の形状は、矩形状のものや板状のものだけではなく、各種の形状の造形物を形成することができる。また、本実施形態では、支持板４上に、造形物１０を直接形成するようにしたが、形成する造形物１０の形状に応じて、適宜、サポート構造部を形成するようにしても良い。

本実施形態では、貫通孔５（上板貫通孔５ａ、下板貫通孔５ｂを含む）が、円形のものを例示したが、貫通孔５は円形のものだけではなく、例えば、楕円、矩形、三角形などの各種の形状のものを採用することができる。また、貫通孔５は、支持板４の全面に形成されたものだけではなく、貫通孔５が部分的に形成されたものでも良い。かかる場合は、造形物１０が反って変形しやすい部分に貫通孔５を配置すれば良い。例えば、長辺と短辺とを有する造形物１０を形成する場合は、反りやすい長手方向の両端側に貫通孔５を形成すると良い。また、貫通孔５の配置は、行方向及び列方向に所定の間隔で配置されるものだけではなく、各種の配置を行うことができ、貫通孔５を設ける個数も支持する造形物１０の大きさに応じて様々な個数の貫通孔５を設けることができる。

本実施形態では、貫通孔５の開口径が、樹脂吐出部２からの樹脂材料７の吐出幅以上であるものを例示したが、これに限定されるものではなく、使用する樹脂材料７の形状や材質あるいは樹脂吐出部２のノズル径に応じて、適宜変更することができる。また、本実施形態では、樹脂材料７がフィラメント状に構成されている場合において、貫通孔５が、フィラメントの径に対して１．５～２倍の開口径を有しているものを例示したが、これに限定されるものではなく、各種の開口径を有する貫通孔５を採用することができる。

また、テーブル部３と支持板４との間に形成された隙間１１は、貫通孔５の開口径の大きさや使用する樹脂材料７の材質及び吐出幅などに応じて、適宜、変更することができる。なお、隙間１１を狭くし過ぎると、樹脂材料７が貫通孔５の下方で広がらず、アンカーとしての効果が低くなると考えられる。また、反対に、隙間１１を広げ過ぎると、樹脂材料７が貫通孔５の下方から落下して、樹脂材料７の使用量が増えることが考えられる。従って、支持板４とテーブル部３との隙間１１は、上述した知見を考慮し、適宜変更すれば良い。

また、第一変形例において、貫通孔５が、支持板４の下面側において下方広がりのテーパ部５ｃを有するものとしたが、テーパ部５ｃの形状は、これに限定されるものではなく、樹脂材料７を広げることができるものであれば、各種の形状のものを採用することができる。例えば、貫通孔５の下方が、円柱状に広がったものや、貫通孔５の上端側から下端側にかけて、全体的にテーパ状に形成されているものでも良い。また、テーパ部５ｃの容積は、使用する樹脂材料７の材質等に応じて、適宜、変更することができる。

第二実施形態では、支持板４が上板４ａと下板４ｂとで形成されたものとしたが、支持板４は、２枚以上の板材で形成されていても良い。また、上板４ａと下板４ｂが同一形状のものでなくても良い。また、第二実施形態では、下板貫通孔５ｂが、上板貫通孔５ａよりも開口径の大きなものを例示したが、上板貫通孔５ａと下板貫通孔５ｂの開口径は、樹脂材料７の材質や吐出幅に応じて適宜、変更すれば良い。また、下板貫通孔５ｂは、第一変形例のようにテーパ部５ｃが形成されていても良い。また、上板４ａと下板４ｂとは、それぞれが独立分離できるものだけではなく、これらを一体的に形成し、それぞれを、相対的にスライドさせて水平動させるものでも良い。

また、樹脂吐出部２の形状も、使用する樹脂材料７の特性に応じて、各種の形状のものを採用することができる。また、樹脂吐出部２を複数備えることも可能である。また、テーブル部３の形状も、各種の形状のものを採用することができる。

また、本実施形態では、テーブル部３が固定されているが、適宜、上下動や水平動が可能なものとしても良い。また、本実施形態では、テーブル部３を固定し、樹脂吐出部２を移動させて造形するようにしているが、樹脂吐出部２を固定し、テーブル部３が駆動されるものや、樹脂吐出部２とテーブル部３との双方が駆動されるものとしても良い。また、テーブル部３は、加熱することが好ましいが、加熱されないものであっても良い。また、本実施形態では、テーブル部３を加熱する温度が、樹脂材料７の溶融温度よりも低い温度となるように温度制御されているが、樹脂材料７の溶融温度と同一又は高いものであっても良い。また、テーブル部３の加熱は、テーブル部３を領域分けして、領域毎に異なる温度で制御できるようにしても良い。

また、本実施形態では、制御部６が、樹脂吐出部２及びテーブル部３の双方を制御するようにしているが、制御部６は、樹脂吐出部２及びテーブル部３のいずれか一方を制御するようにしても良い。また、制御部６は、単数だけではなく、それぞれの機能毎に複数設けられるものであっても良い。以上が、本発明に係る３Ｄプリンタ１の実施形態と各種の変形例である。

なお、本発明は上述した実施形態や変形例において例示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示及び精神から他の実施形態があり得ることは当業者に容易に理解できよう。

本発明の３Ｄプリンタは、各種の溶融積層方式の３Ｄプリンタに利用することができる。

１：３Ｄプリンタ
２：樹脂吐出部
３：テーブル部
４：支持板
４ａ：上板
４ｂ：下板
４ｃ：脚部
５：貫通孔
５ａ：上板貫通孔
５ｂ：下板貫通孔
５ｃ：テーパ部
６：制御部
７：樹脂材料
８：アンカー部
１０：造形物
１１：隙間
１５：スクレーパー

Claims

樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する３Ｄプリンタであって、
加熱溶融させた前記樹脂材料を吐出する樹脂吐出部と、
吐出された前記樹脂材料を支持するテーブル部と、
前記テーブル部の上面に載置されると共に前記樹脂吐出部から吐出される前記樹脂材料を支持する支持板と、
前記樹脂吐出部及び前記テーブル部のいずれか一方又は双方の移動を制御する制御部と、を備え、
前記支持板は、溶融した前記樹脂材料の流入を許容する複数の貫通孔を有するものであり、
前記樹脂吐出部が、所定の吐出幅で前記樹脂材料を吐出可能なものであり、
前記貫通孔の開口径が、前記吐出幅以上であり、
前記制御部が、前記貫通孔の上で、前記樹脂吐出部を所定時間停止させることにより、所定量の前記樹脂材料を前記貫通孔に流入させる制御を行うこと、を特徴とする３Ｄプリンタ。
樹脂材料を加熱溶融させて積層することにより立体的な造形物を形成する３Ｄプリンタであって、
加熱溶融させた前記樹脂材料を吐出する樹脂吐出部と、
吐出された前記樹脂材料を支持するテーブル部と、
前記テーブル部の上面に載置されると共に前記樹脂吐出部から吐出される前記樹脂材料を支持する支持板と、
前記樹脂吐出部及び前記テーブル部のいずれか一方又は双方の移動を制御する制御部と、を備え、
前記支持板は、溶融した前記樹脂材料の流入を許容する複数の貫通孔を有するものであり、
前記支持板が、複数の上板貫通孔が形成された上板と、複数の下板貫通孔が形成された下板と、を有し、
前記上板及び前記下板は、前記上板貫通孔と前記下板貫通孔とが連通するように上下に積層されると共に互いに相対的な水平動が可能なものであり、
前記樹脂材料を前記上板貫通孔と前記下板貫通孔とに亘って流入させることにより、前記造形物を前記上板及び前記下板を介して前記テーブル部に固定するアンカー部を形成可能であり、
前記上板と前記下板とを相対的に水平動させることにより前記上板と前記下板との間で前記アンカー部を切断可能であること、を特徴とする３Ｄプリンタ。
前記下板貫通孔の開口径が、前記上板貫通孔の開口径よりも大きく形成されていること、を特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンタ。