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JP7565862B2 - 3D printer, its modeling method, and its modeled object - Google Patents

3D printer, its modeling method, and its modeled object Download PDF

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JP7565862B2
JP7565862B2 JP2021085800A JP2021085800A JP7565862B2 JP 7565862 B2 JP7565862 B2 JP 7565862B2 JP 2021085800 A JP2021085800 A JP 2021085800A JP 2021085800 A JP2021085800 A JP 2021085800A JP 7565862 B2 JP7565862 B2 JP 7565862B2
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filaments
printer
filament
heater
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伸 大日方
竜馬 高盛
里奈 木下
浩也 田中
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株式会社積彩
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特許法第30条第2項適用 公開者 :大日方伸,高盛竜馬,木下里奈,田中浩也 公開場所:大日方伸のWebサイト「COLOR FAB」,クリエイター向け動画共有サイト「Vimeo」,富山デザインコンペティション2020,大日方伸のTwitterアカウント,慶應義塾大学田中浩也研究室ホームページ,Hiroya TanakaのYoutubeチャンネル 公開日 :令和2年9月6日,同年11月21日,同年12月3日,同年12月29日,令和3年2月1日,同年3月28日Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. Disclosed by: Ohinata Shin, Takamori Ryoma, Kinoshita Rina, Tanaka Hiroya. Places of publication: Ohinata Shin's website "COLOR FAB", video sharing site for creators "Vimeo", Toyama Design Competition 2020, Ohinata Shin's Twitter account, Hiroya Tanaka Laboratory website at Keio University, Hiroya Tanaka's YouTube channel. Dates of publication: September 6, 2020, November 21, 2020, December 3, 2020, December 29, 2020, February 1, 2021, March 28, 2021.

本発明は、3Dプリンタの改良に関し、特に色が異なる複数のフィラメントを使用して造形を行う3Dプリンタ,その造形方法,その造形物に関する。 The present invention relates to improvements to 3D printers, and in particular to 3D printers that use multiple filaments of different colors to create objects, the creation method thereof, and the objects created by the same.

造形物に着色を施すようにした背景技術としては、例えば下記特許文献1記載の「加色処理を伴った3Dプリンタ並びにこれに用いる表面加色装置」がある。これは、シンプルな装置構成を採りながらも立体造形ワークの表面に任意のカラー着色が精緻に施すことを目的としており、ノズルヘッドからフィラメントを吐出・積層して立体造形ワークを形成する3Dプリンター部と、プリントヘッドから異なる複数色のインクを噴射してカラー印刷を行うインクジェット式カラープリンター部とを備えている。 One example of background technology for coloring objects is the "3D printer with coloring process and surface coloring device used therefor" described in Patent Document 1 below. This is aimed at precisely coloring the surface of a three-dimensionally molded workpiece with any color while adopting a simple device configuration, and is equipped with a 3D printer section that ejects and layers filament from a nozzle head to form a three-dimensionally molded workpiece, and an inkjet color printer section that ejects multiple different colors of ink from a print head to perform color printing.

特開2017-105063号公報JP 2017-105063 A

ところで、上述した背景技術のようにインクジェット式でカラープリントを行うのではなく、複数の異なる色のフィラメントを使用して着色を行う方法がある。例えば、赤,青,黄のフィラメントを使用し、それぞれの色でプリントするのみならず、青と黄のフィラメントを混ぜて緑でプリントを行うといった具合である。このような方法によれば、インクジェット式のカラープリンター部を必要とすることなく、造形物に着色を施すことができる。この場合に、3Dプリンタの特性を生かせば、インクジェット式のカラープリント方法ではできないような着色を施すことができる可能性がある。 Incidentally, instead of inkjet color printing as in the background art described above, there is a method of coloring using filaments of multiple different colors. For example, instead of using red, blue, and yellow filaments and printing in each color, blue and yellow filaments can be mixed and printed in green. With this method, it is possible to color a model without the need for an inkjet color printer unit. In this case, if the characteristics of a 3D printer are utilized, it may be possible to color in a way that is not possible with inkjet color printing methods.

本発明は、以上のような点に着目したもので、色が異なる複数のフィラメントを使用して造形物に着色を施す際に工夫を行って、従来にない斬新な着色を施すことを、その目的とする。 The present invention focuses on the above points and aims to provide innovative coloring techniques that have never been seen before when coloring objects using multiple filaments of different colors.

本発明の3Dプリンタは、造形物の3Dデータに基づいて、色が異なる複数のフィラメントをプリンタヘッドから押し出して積層することで、表面が凹凸を有する造形物を得る3Dプリンタであって、前記プリンタヘッドが、前記複数のフィラメントを押し出す温度であって、かつ、混ざることがない温度に加熱するヒーターを備えており、このヒーターによる加熱後の複数のフィラメントを、同時に積層方向に吐出することで、吐出方向に垂直の断面において各フィラメントが吐出量に応じた角度の範囲となるように積層する駆動制御装置を備えたことを特徴とする。
主要な形態の一つによれば、
a,前記3Dプリンタは、3次元座標上において前記プリンタヘッドの移動を行うテーブル機構を備えている。
b,前記プリンタヘッドは、前記ヒーターに加えて、前記複数のフィラメントを同時に送るエクストルーダと、これによって送られた複数のフィラメントを前記ヒーターによって加熱した後に同時に吐出する吐出ノズルを備えている。
c,前記駆動制御装置は、前記吐出ノズルが、前記3Dデータによって指定された位置となるように前記テーブル機構を制御するとともに、前記フィラメントの送り出し速度が、前記3Dデータによって指定された速度となるように前記エクストルーダを制御し、加熱温度が、前記3Dデータによって指定された温度となるように前記ヒーターを制御して、前記各フィラメントの色が表面から露出するように、前記複数のフィラメントを積層する。
The 3D printer of the present invention is a 3D printer that obtains a model with an uneven surface by extruding and stacking multiple filaments of different colors from a printer head based on 3D data of the model, and is characterized in that the printer head is equipped with a heater that heats the multiple filaments to a temperature at which they are extruded but at a temperature at which they do not mix, and is equipped with a drive control device that simultaneously extrudes the multiple filaments after heating by the heater in the stacking direction, thereby stacking them so that each filament is within an angle range corresponding to the amount of extrusion in a cross section perpendicular to the extrusion direction.
According to one of the main forms:
The 3D printer is provided with a table mechanism that moves the printer head on a three-dimensional coordinate system.
b. The printer head is provided with, in addition to the heater, an extruder that simultaneously feeds the multiple filaments, and a discharge nozzle that simultaneously discharges the multiple filaments fed thereby after heating them with the heater.
c) the drive control device controls the table mechanism so that the discharge nozzle is at a position specified by the 3D data, controls the extruder so that the filament feed speed is the speed specified by the 3D data, and controls the heater so that the heating temperature is the temperature specified by the 3D data, thereby stacking the multiple filaments so that the color of each filament is exposed from the surface.

本発明の造形方法は、前記3Dプリンタによって造形を行う造形方法であって、
a,前記テーブル機構で、前記プリンタヘッドの吐出ノズルが、前記3Dデータによって指定された位置とし、
b,前記エクストルーダで、前記フィラメントの送り出し速度が、前記3Dデータによって指定された速度とし、
c,前記ヒーターで、前記3Dデータによって指定された温度となるように、前記フィラメントを加熱し、
d,前記吐出ノズルで、前記加熱後の複数のフィラメントを同時に吐出して積層することで、
吐出方向に垂直の断面において各フィラメントが吐出量に応じた角度の範囲となるように造形を行うことを特徴とする。
主要な形態の一つによれば、異なる方向から見たときの色彩が変化する凹凸を前記造形物の表面に形成したことを特徴とする。
The modeling method of the present invention is a modeling method for performing modeling by the 3D printer, comprising the steps of:
a, the table mechanism positions the ejection nozzle of the printer head at a position designated by the 3D data;
b) The extruder is configured so that the filament is fed at a speed specified by the 3D data;
c) heating the filament with the heater to a temperature specified by the 3D data;
d) The heated filaments are simultaneously discharged and laminated from the discharge nozzle,
The method is characterized by shaping the filaments so that, in a cross section perpendicular to the extrusion direction, each filament is within an angle range that corresponds to the extrusion amount.
According to one of the main aspects, the object has a surface formed with projections and recesses that change color when viewed from different directions .

本発明の造形物は、前記3Dプリンタを使用して造形した造形物であって、前記ヒーターによる加熱後の複数のフィラメントを、同時に積層方向に吐出することで、吐出方向に垂直の断面において各フィラメントが吐出量に応じた角度の範囲となるように積層して、異なる方向から見たときに色彩が変化する凹凸を表面に有することを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

The object of the present invention is an object formed using the 3D printer, and is characterized in that the filaments heated by the heater are simultaneously discharged in a stacking direction, so that the filaments are stacked in a cross section perpendicular to the discharge direction within an angle range corresponding to the discharge amount, and the object has a surface with unevenness that changes color when viewed from different directions. The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

本発明によれば、色が異なる複数のフィラメントを同時に吐出するとともに、造形物の表面に、フィラメントの積層方向と異なる方向に凹凸を設けることとしたので、見る方向によって色彩が変化する斬新な造形物を得ることができる。 According to the present invention, multiple filaments of different colors are ejected simultaneously, and the surface of the object is provided with irregularities in a direction different from the lamination direction of the filaments, making it possible to obtain a novel object whose color changes depending on the viewing direction.

本発明の3Dプリンタの一実施例の外観を示す図である。1 is a diagram showing the appearance of an embodiment of a 3D printer of the present invention. (A)は前記実施例におけるプリンタヘッドの構成の概略を示す図である。(B)及び(C)は、吐出ノズルからの吐出例を示す図である。1A is a diagram showing an outline of the configuration of a printer head in the embodiment, while FIGS. 1B and 1C are diagrams showing examples of ejection from ejection nozzles. 前記実施例における駆動制御装置の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a drive control device in the embodiment. 前記実施例におけるGコードの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a G-code in the embodiment. (A)は前記実施例による造形物の一例を示す図である。(B)及び(C)は(A)を異なる方向から見た様子を示す。1A is a diagram showing an example of a molded object according to the embodiment, while FIG. 1B and FIG. 1C show the state of FIG. 1A viewed from different directions. 前記造形物における色の変化の原理を示す図である。(A)は前記図4の矢印F5aから見た図であり、その点線部分を拡大したものが(B)である。(C)は平坦面における配色の様子を示す図である。(D)は周期の長い起伏形状と周期の短い波形状とが重ねられた形状の例を示す図である。Fig. 5 shows the principle of color change in the model. (A) is a view from the arrow F5a in Fig. 4, and (B) is an enlarged view of the dotted line part. (C) is a diagram showing the color scheme on a flat surface. (D) is a diagram showing an example of a shape in which a long-period undulating shape and a short-period wavy shape are superimposed. (A)は本発明による他の造形物の一例を示す図である。(B)及び(C)は(A)を異なる方向から見た様子を示す。1A is a diagram showing an example of another shaped object according to the present invention, while (B) and (C) show (A) viewed from different directions.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to examples.

最初に、図1~図6を参照しながら本発明の実施例1を説明する。図1~図3には、本実施例の3Dプリンタの全体構成が示されており、図1に示すテーブル機構10,図2(A)に示すプリンタヘッド100,図3に示す駆動制御装置200によって主に構成されている。これらのうち、テーブル機構10は、四角枠の基礎フレーム体20上に構成されている。基礎フレーム20は、Y方向の基礎フレーム22,24と、X方向の基礎フレーム26,28とによって構成されている。基礎フレーム22,24の間には、中央フレーム30が設けられており、両端が基礎フレーム26,28にそれぞれ結合されている。 First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 6. Figs. 1 to 3 show the overall configuration of the 3D printer of this embodiment, which is mainly composed of a table mechanism 10 shown in Fig. 1, a printer head 100 shown in Fig. 2(A), and a drive control device 200 shown in Fig. 3. Of these, the table mechanism 10 is constructed on a rectangular base frame body 20. The base frame 20 is composed of Y-direction base frames 22, 24 and X-direction base frames 26, 28. A central frame 30 is provided between the base frames 22, 24, and both ends are connected to the base frames 26, 28, respectively.

一方、基礎フレーム22,24には、略コ字状の縦フレーム体50が取り付けられている。縦フレーム体50は、基礎フレーム22,24から立設する縦フレーム52,54と、これら縦フレーム52,54の先端に差し渡される縦フレーム56によって構成されている。縦フレーム52,54には、プリンタヘッド100が取り付けられるヘッドフレーム60が設けられている。前記縦フレーム体50は、上述した基礎フレーム体20に固定されている。 On the other hand, a roughly U-shaped vertical frame body 50 is attached to the base frames 22, 24. The vertical frame body 50 is composed of vertical frames 52, 54 standing upright from the base frames 22, 24, and a vertical frame 56 that spans the ends of these vertical frames 52, 54. The vertical frames 52, 54 are provided with a head frame 60 to which the printer head 100 is attached. The vertical frame body 50 is fixed to the base frame body 20 described above.

次に、基礎フレーム体20の中央フレーム30には、テーブル(ないしベッド)70が設けられており、このテーブル70上に造形物が作成されるようになっている。プリンタヘッド100は、ヘッドフレーム60に沿ってX駆動機構72によりX方向にスライド可能となっている。テーブル70は、中央フレーム30に沿ってY駆動機構74によりY方向にスライド可能となっている。縦フレーム体50のヘッドフレーム60は、縦フレーム52,54に沿ってZ駆動機構76によりZ方向にスライド可能となっている。これらにより、プリンタヘッド100のノズルが、X,Y,Zの3方向にスライド可能となっている。なお、駆動機構72,74,76は、例えばステッピングモーターとベルトによって構成されている。このような3Dプリンタとしては、例えば、CREALITY3D製の「CR-10S5 3Dプリンタ」が好適な例の一つである。 Next, a table (or bed) 70 is provided on the central frame 30 of the base frame body 20, and a model is created on this table 70. The printer head 100 can slide in the X direction along the head frame 60 by an X drive mechanism 72. The table 70 can slide in the Y direction along the central frame 30 by a Y drive mechanism 74. The head frame 60 of the vertical frame body 50 can slide in the Z direction along the vertical frames 52 and 54 by a Z drive mechanism 76. This allows the nozzle of the printer head 100 to slide in three directions, X, Y, and Z. The drive mechanisms 72, 74, and 76 are, for example, composed of a stepping motor and a belt. One suitable example of such a 3D printer is the "CR-10S5 3D printer" manufactured by CREALITY3D.

次に、図2(A)を参照して、プリンタヘッド100について説明する。本実施例のプリンタヘッド100は、4つの色が異なるフィラメントFA~FDがエクストルーダ110によってヒーター120に送られるようになっており、ヒーター120で加熱されたフィラメントがノズル130から吐出されるようになっている。例えば、フィラメントFAは黒,フィラメントFBは赤,フィラメントFCは青,フィラメントFDは黄といった具合である。吐出ノズル130は、前記4つの材料供給口(挿入口)を備えており、これらに供給されたフィラメントFA~FDが溶けて吐出されるようになっている。このようなプリンタヘッド100としては、例えば、M3D製の「THE QUADFUSION PRINT HEAD」が好適な例の一つである。 Next, the printer head 100 will be described with reference to FIG. 2(A). In the printer head 100 of this embodiment, four different colored filaments FA to FD are sent to the heater 120 by the extruder 110, and the filaments heated by the heater 120 are discharged from the nozzle 130. For example, the filament FA is black, the filament FB is red, the filament FC is blue, and the filament FD is yellow. The discharge nozzle 130 is equipped with the four material supply ports (insertion ports), and the filaments FA to FD supplied to these are melted and discharged. One suitable example of such a printer head 100 is, for example, "THE QUADFUSION PRINT HEAD" manufactured by M3D.

次に、上述した基礎フレーム体20,縦フレーム体50のX~Zの駆動機構72,74,76や、プリンタヘッド100のエクストルーダ110,ヒーター120に対しては、駆動制御装置(マザーボード)200から駆動制御信号が供給されるようになっている。駆動制御は、いわゆるGコードに基づいて行われるようになっている。Gコードは、例えば「Grasshopper」などのソフトウェアによって作成され、駆動制御装置200のデコーダ210によって解読されるようになっている。そして、その解読結果に基づいてドライバ220から制御信号が各部に送信されるようになっている。図4には、Gコードの一例が示されている。 Next, drive control signals are supplied from the drive control device (motherboard) 200 to the X-Z drive mechanisms 72, 74, 76 of the base frame body 20 and the vertical frame body 50, as well as the extruder 110 and heater 120 of the printer head 100. Drive control is performed based on the so-called G-code. The G-code is created by software such as "Grasshopper", and is decoded by the decoder 210 of the drive control device 200. Control signals are then sent from the driver 220 to each section based on the results of this decoding. An example of the G-code is shown in Figure 4.

次に、図5及び図6も参照して、本実施例の全体の動作を説明する。作成しようとする造形物の3Dデータは、スライサソフトでGコード化され、駆動制御装置200に入力される。Gコードは、デコーダ210で解読され、解読された動作を行うための制御信号がドライバ220から各部に出力される。すなわち、プリンタヘッド100のノズルがGコードで指定された位置となるように、X~Zの駆動機構72,74,76に制御信号が出力される。また、プリンタヘッド100には、フィラメントFA~FDの送り出し速度がGコードで指定された速度となるように、エクストルーダ110に制御信号が出力され、フィラメントFA~FDの温度がGコードで指定された温度となるように、ヒーター120に制御信号が出力される。 Next, the overall operation of this embodiment will be described with reference to Figures 5 and 6. The 3D data of the object to be created is converted into a G code by the slicer software and input to the drive control device 200. The G code is decoded by the decoder 210, and control signals for performing the decoded operations are output from the driver 220 to each section. That is, control signals are output to the X to Z drive mechanisms 72, 74, and 76 so that the nozzle of the printer head 100 is at the position specified by the G code. In addition, in the printer head 100, a control signal is output to the extruder 110 so that the feed speed of the filaments FA to FD is the speed specified by the G code, and a control signal is output to the heater 120 so that the temperature of the filaments FA to FD is the temperature specified by the G code.

この場合において、本実施例では、プリンタヘッド100のノズルから吐出されるフィラメントFA~FDが、均等に押し出されて造形(プリント)できる温度であって、かつ、混ざることがない温度に、ヒーター120によって設定される。図4に示すGコードの例では、矢印GAで示すコード「M109 S210.0」は、プリンタヘッド100の吐出ノズル130におけるフィラメント温度が210℃に設定されていることを示している。また、矢印GBで示すコード「M567 P0 E0:0.334:0.333:0.333」は、吐出ノズル130の0番,1番,2番,3番の材料吐出口のうち、1~3番の吐出口から均等にフィラメントを押し出す設定となっていることを示している。 In this case, in this embodiment, the heater 120 sets the temperature at which the filaments FA to FD discharged from the nozzles of the printer head 100 can be evenly extruded to form (print), and at which they do not mix. In the example of the G code shown in FIG. 4, the code "M109 S210.0" indicated by the arrow GA indicates that the filament temperature at the discharge nozzle 130 of the printer head 100 is set to 210°C. Also, the code "M567 P0 E0:0.334:0.333:0.333" indicated by the arrow GB indicates that the setting is such that the filament is evenly extruded from the discharge nozzles 1 to 3 out of the material discharge nozzles 0, 1, 2, and 3 of the discharge nozzle 130.

例えば、吐出ノズル130の0番,1番,2番,3番の材料吐出口からフィラメントFA~FDがそれぞれ吐出されるとすると、上述したGコードの条件では、吐出ノズル130から図2(B)に示すように、フィラメントFB~FDが均等に出力されることとなる。すなわち、吐出方向に垂直の断面でみると、120度の角度の範囲で、フィラメントFB~FDが吐出されるようになる。同図(C)には、フィラメントFA~FDが均等に吐出される場合が示されている。なお、Gコードの設定によっては必ずしも均等に出力されず、例えば、フィラメントFBがFC,FDよりも多く吐出されるようになる。例えば、フィラメントFBは180度、FC,FDは90度といった具合である。 For example, if filaments FA to FD are discharged from material outlets 0, 1, 2, and 3 of discharge nozzle 130, respectively, under the above-mentioned G-code conditions, filaments FB to FD will be output evenly from discharge nozzle 130 as shown in FIG. 2(B). That is, when viewed in a cross section perpendicular to the discharge direction, filaments FB to FD will be discharged within an angle range of 120 degrees. FIG. 2(C) shows a case where filaments FA to FD are discharged evenly. Note that, depending on the G-code settings, they are not necessarily output evenly, and for example, filament FB will be discharged more than FC and FD. For example, filament FB may be discharged at 180 degrees, and FC and FD at 90 degrees.

以上のようにフィラメントFA~FDを吐出しつつ、ノズル130の位置がGコードに規定された位置となるように駆動制御装置200でテーブル機構10のX~Zの駆動機構72,74,76が駆動される。これにより、テーブル70上にフィラメントFA~FDが積層され、造形物が形成されていく。図5には造形物MAの一例が示されており、同図(A)の矢印F5b,F5cから見た様子が、同図(B),(C)にそれぞれ示されている。 While the filaments FA-FD are being ejected as described above, the drive control device 200 drives the X-Z drive mechanisms 72, 74, 76 of the table mechanism 10 so that the nozzle 130 is positioned as specified by the G-code. As a result, the filaments FA-FD are stacked on the table 70, forming a model. An example of the model MA is shown in Figure 5, and the views from the arrows F5b and F5c in Figure 5 (A) are shown in Figure 5 (B) and (C), respectively.

図6(A)には、前記図5(A)を矢印F5aで示す方向、すなわち造形物MAの積層方向から見た状態が示されており、図6(A)の点線部分を拡大して示したものが同図(B)である。同図に示すように、プリンタヘッド100の吐出ノズル130からは、4色の場合、図2(C)に示した色配置でフィラメントFA~FDが積層されていく。このため、図6(B)に示す矢印F6aからみると、フィラメントFAの色が表面から露出するようになり、矢印F6bから見ると、フィラメントFBの色が表面から露出するようになる。これに対し、例えば、図6(C)に示すように、凹凸のない平坦な面を造形する場合、矢印F6s,F6tのいずれの方向から見ても、フィラメントFAの色しか見えず、単色の造形物となる。 Figure 6(A) shows the state as viewed from the direction indicated by the arrow F5a in Figure 5(A), i.e., the stacking direction of the model MA, and Figure 6(B) is an enlarged view of the dotted line portion in Figure 6(A). As shown in the figure, in the case of four colors, filaments FA to FD are stacked from the discharge nozzle 130 of the printer head 100 in the color arrangement shown in Figure 2(C). Therefore, when viewed from the arrow F6a shown in Figure 6(B), the color of the filament FA is exposed from the surface, and when viewed from the arrow F6b, the color of the filament FB is exposed from the surface. In contrast, for example, when a flat surface without irregularities is modeled as shown in Figure 6(C), only the color of the filament FA is visible when viewed from either the direction of the arrows F6s and F6t, resulting in a monochromatic model.

更に、図5に示した造形物MAにおいては、その表面の波(突起)形状が大きくうねるように形成されている。図6(D)にはその様子が示されており、点線で示す起伏形状(うねり状の凹凸)SLと、波形状(突起状ないし襞状の凹凸)SHとが重畳して形成されている。すなわち、周期の長い起伏形状SLと、周期の短い波形状SHとを重ねた形状となっている。このため、上述した見る方向による色彩の変化が、起伏形状SLと波形状SHとによってそれぞれ生ずるとともに、更にそれらが重畳するようになる。これにより、見る角度によって極めてダイナミックに色彩が変化するようになり、多様な色彩表現の造形となっている。 Furthermore, in the object MA shown in Figure 5, the waves (protrusions) on its surface are formed in a large undulating manner. This is shown in Figure 6 (D), where the undulating shape (wavy unevenness) SL shown by dotted lines and the wave shape (protrusion-like or pleated unevenness) SH are superimposed. In other words, the shape is a superposition of a long-period undulating shape SL and a short-period wave shape SH. For this reason, the above-mentioned color change depending on the viewing direction occurs due to each of the undulating shape SL and the wave shape SH, and they are also superimposed. This causes the color to change extremely dynamically depending on the viewing angle, resulting in a shape with a diverse range of color expressions.

このように、本実施例によれば、色が異なる複数のフィラメントを、同時にプリンタヘッド100のノズルから吐出するとともに、造形物の表面に積層方向とは異なる方向に凹凸が生ずるように造形することとしたので、見る方向によって色彩が変化するという極めて斬新な着色を施すことができる。また、周期の異なる凹凸の変化を重ねることで、更に豊かな色彩表現の造形物を得ることができる。 In this way, according to this embodiment, multiple filaments of different colors are simultaneously ejected from the nozzles of the printer head 100, and the object is shaped so that the surface of the object has irregularities in a direction different from the stacking direction, making it possible to apply extremely innovative coloring in which the color changes depending on the viewing direction. In addition, by overlapping the irregularities with different periods, it is possible to obtain objects with even richer color expression.

次に、図7を参照しながら、本発明の実施例2について説明する。同図は、花器ないし壺の造形物MBを示すもので、同図(A)の矢印F7b,F7cから見た様子が同図(B),(C)にそれぞれ示されている。本実施例の造形物は、下部が上部より大径となっており、表面に波文様の凹凸が形成されている。波文様は上部では細かく、下部では大きく畝っており、上部から下部に向かって色彩の変化が増幅されるようになっている。本発明によれば、このような複雑に色彩が変化する造形物も容易に制作することができる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 7. This figure shows a vase or pot-shaped object MB, and the views from the arrows F7b and F7c in Figure 7(A) are shown in Figures 7(B) and 7(C), respectively. The object of this embodiment has a larger diameter at the bottom than at the top, and has a wave pattern formed on its surface. The wave pattern is fine at the top and has large ridges at the bottom, with the color change being amplified from top to bottom. According to the present invention, objects with such complex color changes can be easily produced.

<他の実施例> なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例では、3色ないし4色のフィラメントFA~FDを使用したが、2色でもよいし、更に多数のフィラメントを使用することを妨げるものではない。
(2)前記実施例では、X~Zの駆動機構72,74,76によって3次元座標上におけるプリンタヘッド100の移動を行ったが、テーブル機構としては、公知の各種のテーブル機構を使用してよい。
(3)本発明に好適な造形物としては、フィラメントの積層方向とは異なる方向に凹凸を有する形状が好適であるが、特に、積層方向と直交する方向に凹凸があると、色彩の変化が顕著となり、変化のある造形物を得ることができる。また、凹凸は、波形状のような丸みのある形状であってもよいし、角ばった形状であってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。
Other Examples The present invention is not limited to the above-described examples, and various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. For example, the following modifications are also included.
(1) In the above embodiment, filaments FA to FD of three or four colors are used, but two colors may be used, and there is no prohibition on using filaments of even more colors.
(2) In the above embodiment, the printer head 100 is moved on a three-dimensional coordinate system by the XZ drive mechanisms 72, 74, 76. However, any of various known table mechanisms may be used as the table mechanism.
(3) A suitable shaped object for the present invention is one having projections and recesses in a direction different from the lamination direction of the filaments, and when projections and recesses are present in a direction perpendicular to the lamination direction, the color change becomes more pronounced, and a shaped object with variation can be obtained. The projections and recesses may be rounded, such as wavy, or angular, or may be a combination of these.

(4)プリンタヘッド100,吐出ノズル130,あるいはテーブル70を回転させて、色を変更するようにしてもよい。例えば、プリンタヘッド100とヘッドフレーム60との間にモータを設けるとともに、回転を指示するGコードを定義する。図2(B)の例で120度回転させると、フィラメントFBの位置にフィラメントFCないしFDが位置するようになる。このため、フィラメントFBの色が露出する面に、フィラメントFCないしFDの色が露出するようになる。同図(C)の例では、90度もしくは180度回転させるようにする。
(5)前記実施例では、吐出ノズル130の複数の材料供給口から複数のフィラメントを均等に押し出すこととしたが、吐出ノズル130における複数の独立した材料供給口からの各々のフィラメントの押出し量を変化させることで、色が均等でない状態での、吐出及び造形も行うことができ、これと前記実施例を組み合わせるようにしてもよい。
(6)前記実施例で示した突起の形や面の起伏などの形状は一例であり、何ら上記実施例に限定するものではない。
(7)色彩には無色透明,有色透明も含まれる。
(4) The color may be changed by rotating the printer head 100, the discharge nozzle 130, or the table 70. For example, a motor is provided between the printer head 100 and the head frame 60, and a G code that instructs the rotation is defined. In the example of FIG. 2(B), when the printer head 100 is rotated 120 degrees, the filaments FC and FD are positioned at the position of the filament FB. Therefore, the colors of the filaments FC and FD are exposed on the surface where the color of the filament FB is exposed. In the example of FIG. 2(C), the filaments are rotated 90 degrees or 180 degrees.
(5) In the above embodiment, multiple filaments are evenly extruded from multiple material supply ports of the extrusion nozzle 130. However, by changing the amount of extrusion of each filament from multiple independent material supply ports of the extrusion nozzle 130, it is also possible to extrude and model without uniform color, and this may be combined with the above embodiment.
(6) The shapes of the projections and the undulations of the surface shown in the above embodiment are merely examples, and the present invention is not limited to the above embodiment.
(7) Color includes colorless and transparent and colored and transparent.

本発明によれば、色が異なる複数のフィラメントを同時に吐出するとともに、造形物の表面に、フィラメントの積層方向と異なる方向に凹凸を設けることとしたので、見る方向によって色彩が変化する斬新な造形物を得ることができ、3Dプリンタによる各種の造形に好適である。 According to the present invention, multiple filaments of different colors are ejected simultaneously, and the surface of the object is provided with irregularities in a direction different from the lamination direction of the filaments, making it possible to obtain novel objects whose colors change depending on the viewing direction, making the invention suitable for various types of object creation using 3D printers.

10:テーブル機構
20:基礎フレーム体
22,24:基礎フレーム
26,28:基礎フレーム
30:中央フレーム
50:縦フレーム体
52,54:縦フレーム
56:縦フレーム
60:ヘッドフレーム
70:テーブル
72,74,76:駆動機構
100:プリンタヘッド
110:エクストルーダ
120:ヒーター
130:吐出ノズル
200:駆動制御装置
210:デコーダ
220:ドライバ
FA~FD:フィラメント
MA:造形物
MB:造形物
SL:起伏形状(うねり状の凹凸)
SH:波形状(突起状の凹凸)
10: Table mechanism 20: Base frame body 22, 24: Base frame 26, 28: Base frame 30: Central frame 50: Vertical frame body 52, 54: Vertical frame 56: Vertical frame 60: Head frame 70: Table 72, 74, 76: Drive mechanism 100: Printer head 110: Extruder 120: Heater 130: Discharge nozzle 200: Drive control device 210: Decoder 220: Driver FA to FD: Filament MA: Modeled object MB: Modeled object SL: Undulating shape (undulating unevenness)
SH: Wave shape (projecting unevenness)

Claims (5)

造形物の3Dデータに基づいて、色が異なる複数のフィラメントをプリンタヘッドから押し出して積層することで、表面が凹凸を有する造形物を得る3Dプリンタであって、
前記プリンタヘッドが、前記複数のフィラメントを押し出す温度であって、かつ、混ざることがない温度に加熱するヒーターを備えており、
このヒーターによる加熱後の複数のフィラメントを、同時に積層方向に吐出することで、吐出方向に垂直の断面において各フィラメントが吐出量に応じた角度の範囲となるように積層する駆動制御装置を備えたことを特徴とする3Dプリンタ。
A 3D printer that obtains a model having an uneven surface by extruding and stacking a plurality of filaments of different colors from a printer head based on 3D data of the model,
The printer head includes a heater that heats the filaments to a temperature at which the filaments are extruded and at which they do not mix together;
This 3D printer is characterized by having a drive control device that simultaneously extrudes multiple filaments heated by the heater in a stacking direction, stacking them so that each filament is within an angle range corresponding to the amount of extrusion in a cross section perpendicular to the extrusion direction.
前記3Dプリンタは、
3次元座標上において前記プリンタヘッドの移動を行うテーブル機構を備えており、
前記プリンタヘッドは、
前記複数のフィラメントを同時に送るエクストルーダと、これによって送られた複数のフィラメントを前記ヒーターによって加熱した後に同時に吐出する吐出ノズルを備えており、
前記駆動制御装置は、
前記プリンタヘッドの前記吐出ノズルが、前記3Dデータによって指定された位置となるように前記テーブル機構を制御するとともに、
前記フィラメントの送り出し速度が、前記3Dデータによって指定された速度となるように、前記エクストルーダを制御し、
加熱温度が、前記3Dデータによって指定された温度となるように、前記ヒーターを制御して、
前記各フィラメントの色が表面から露出するように、前記複数のフィラメントを積層することを特徴とする請求項1記載の3Dプリンタ。
The 3D printer includes:
a table mechanism for moving the printer head on a three-dimensional coordinate system;
The printer head includes:
The method includes an extruder that simultaneously sends the plurality of filaments, and a discharge nozzle that simultaneously discharges the plurality of filaments sent by the extruder after heating them with the heater,
The drive control device includes:
controlling the table mechanism so that the ejection nozzle of the printer head is at a position designated by the 3D data;
Controlling the extruder so that the filament is fed at a speed specified by the 3D data;
Controlling the heater so that the heating temperature becomes a temperature specified by the 3D data;
2. The 3D printer according to claim 1, wherein the plurality of filaments are stacked so that the color of each filament is exposed from the surface.
請求項2記載の3Dプリンタによって造形を行う造形方法であって、
前記テーブル機構で、前記プリンタヘッドの吐出ノズルが、前記3Dデータによって指定された位置とし、
前記エクストルーダで、前記フィラメントの送り出し速度が、前記3Dデータによって指定された速度とし、
前記ヒーターで、前記3Dデータによって指定された温度となるように、前記フィラメントを加熱し、
前記吐出ノズルで、前記加熱後の複数のフィラメントを同時に吐出して積層することで、
吐出方向に垂直の断面において各フィラメントが吐出量に応じた角度の範囲となるように造形を行うことを特徴とする3Dプリンタによる造形方法。
A modeling method for performing modeling using the 3D printer according to claim 2,
The table mechanism positions the ejection nozzle of the printer head at a position designated by the 3D data,
The extruder extrudes the filament at a speed specified by the 3D data;
heating the filament with the heater to a temperature specified by the 3D data;
The heated filaments are simultaneously discharged and laminated from the discharge nozzle,
A modeling method using a 3D printer, characterized in that each filament is shaped so that it is within an angle range corresponding to the amount of extrusion in a cross section perpendicular to the extrusion direction.
異なる方向から見たときの色彩が変化する凹凸を前記造形物の表面に形成したことを特徴とする請求項3記載の3Dプリンタによる造形方法。 The 3D printer modeling method according to claim 3, characterized in that the surface of the model is formed with irregularities that change color when viewed from different directions. 請求項1又は2記載の3Dプリンタを使用して造形した造形物であって、
前記ヒーターによる加熱後の複数のフィラメントを、同時に積層方向に吐出することで、吐出方向に垂直の断面において各フィラメントが吐出量に応じた角度の範囲となるように積層して、異なる方向から見たときに色彩が変化する凹凸を表面に有することを特徴とする造形物。
A model produced by using the 3D printer according to claim 1 or 2,
After heating by the heater, multiple filaments are simultaneously extruded in a stacking direction, so that in a cross section perpendicular to the extrusion direction, each filament is stacked within an angle range corresponding to the amount of extrusion, resulting in a shaped object having a surface with irregularities that change color when viewed from different directions.
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