JP2017075369A - Method for manufacturing three-dimensional molded article and apparatus for manufacturing three-dimensional molded article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure and a manufacturing apparatus for 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方法が実施されている。このうち、粒子を含む流動性組成物を用いて層を形成しながら三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。
例えば、特許文献1には、金属ペーストを用いて層を形成し、三次元造形物の対応領域にレーザーを照射して焼結又は溶融しながら三次元造形物を製造する製造方法が開示されている。
Conventionally, the manufacturing method which manufactures a three-dimensional structure by laminating | stacking a layer is implemented. Among these, the manufacturing method which manufactures a three-dimensional structure is disclosed, forming a layer using the fluid composition containing particle | grains.
For example,
しかしながら、従来の三次元造形物の製造方法では、一の厚みの層を形成して三次元造形物を製造していた。このため、製造速度を上げようとすると、層の厚みを大きくして、金属ペーストなどの粒子を含む流動性組成物の供給スピードを高く(単位時間当たりの供給量を大きく)しなければならず、製造精度が低下していた。一方、製造精度を高くしようとすると、層の厚みを小さくして、高い精度で金属ペーストなどの粒子を含む流動性組成物を供給しなければならず、製造速度が低下していた。このように、従来の三次元造形物の製造方法では、製造速度と製造精度とがトレードオフになっていた。 However, in the conventional method for manufacturing a three-dimensional structure, a three-dimensional structure is manufactured by forming a layer having a single thickness. For this reason, in order to increase the production rate, the layer thickness must be increased to increase the supply speed of the fluid composition containing particles such as metal paste (increase the supply amount per unit time). , Manufacturing accuracy was reduced. On the other hand, in order to increase the manufacturing accuracy, the thickness of the layer must be reduced, and a fluid composition containing particles such as a metal paste must be supplied with high accuracy, resulting in a reduction in manufacturing speed. Thus, in the conventional method for manufacturing a three-dimensional structure, the manufacturing speed and the manufacturing accuracy are traded off.
そこで、本発明の目的は、迅速に高精度な三次元造形物を製造することである。 Accordingly, an object of the present invention is to quickly produce a highly accurate three-dimensional structure.
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製造方法は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出部から吐出させて層を形成する層形成工程を有し、前記層形成工程は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層を形成する構成層形成工程と、前記構成層に接し該構成層を支持する支持層を形成する支持層形成工程と、を含み、前記支持層形成工程で前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴は、前記構成層形成工程で前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さいことを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the first aspect of the present invention for solving the above-described problem is a layer forming step of forming a layer by discharging a fluid composition containing particles from a discharge portion in a droplet state. The layer forming step includes a constituent layer forming step for forming a constituent layer corresponding to a constituent region of the three-dimensional structure, and a support layer forming for supporting the constituent layer in contact with the constituent layer. And at least some of the droplets when forming the support layer in the support layer forming step are more than at least some of the droplets when forming the constituent layer in the constituent layer forming step It is small.
本態様によれば、構成層を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する構成層を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する構成層を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。
ここで、「輪郭」とは、三次元造形物の表面の形状を形作る部分である。三次元造形物の表面にコート層を設ける場合などはコート層の下層を意味する場合もある。
According to this aspect, the support layer is formed with droplets smaller than the droplets used when forming the constituent layers. That is, a support layer that determines the shape of the contour of the three-dimensional structure is formed with relatively small droplets, and a constituent layer that forms the interior of the three-dimensional structure is formed with relatively large droplets. For this reason, while being able to form the support layer which determines the shape of the outline which needs to be formed with high accuracy in the three-dimensional structure, the inside which does not need to be formed with high precision in the three-dimensional structure is provided. The constituent layer to be configured can be formed quickly. Therefore, a highly accurate three-dimensional structure can be manufactured quickly.
Here, the “contour” is a portion that forms the shape of the surface of the three-dimensional structure. When a coating layer is provided on the surface of a three-dimensional structure, it may mean the lower layer of the coating layer.
本発明の第2の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1の態様において、前記層形成工程は、前記吐出部として、異なる大きさの液滴を吐出する、第1吐出部及び第2吐出部を用いて実行されることを特徴とする。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the layer forming step ejects droplets of different sizes as the ejection unit, It is performed using a 2nd discharge part, It is characterized by the above-mentioned.
本態様によれば、異なる大きさの液滴を吐出する第1吐出部及び第2吐出部を用いて層形成を実行できる。このため、簡単に、相対的に大きい液滴と相対的に小さい液滴とを吐出させることができる。
なお、「異なる大きさの液滴を吐出する」とは、第1吐出部及び第2吐出部がともに1種類の大きさの液滴を吐出可能であり各々の液滴の大きさが異なるという場合のみを意味するのではなく、第1吐出部及び第2吐出部の少なくとも一方が複数種類の大きさの液滴を吐出可能であり第1吐出部及び第2吐出部から吐出可能な液滴の大きさが一部同じとなる場合も含む意味である。
According to this aspect, layer formation can be performed using the first discharge unit and the second discharge unit that discharge droplets of different sizes. For this reason, it is possible to easily discharge relatively large droplets and relatively small droplets.
Note that “discharging droplets of different sizes” means that both the first discharge unit and the second discharge unit can discharge one type of droplet, and the size of each droplet is different. It does not mean only the case, but at least one of the first discharge portion and the second discharge portion can discharge a plurality of types of droplets and can be discharged from the first discharge portion and the second discharge portion. This also includes the case where the sizes of are partially the same.
本発明の第3の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1又は第2の態様において、前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有することを特徴とする。 The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect, the method includes a stacking step in which the layer forming step is repeated in the stacking direction.
本態様によれば、層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有する。このため、層を積層させることで、簡単に、三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, it has the lamination process which repeats a layer formation process in a lamination direction. For this reason, a three-dimensional structure can be easily manufactured by laminating layers.
本発明の第4の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第3のいずれか1つの態様において、前記層形成工程は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子を結合する結合工程を有することを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional structure according to the fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the layer forming step is included in the fluid composition that forms the constituent layer. And a bonding step of bonding the particles for forming the constituent layer.
本態様によれば、構成層形成用粒子を結合する結合工程を有する。このため、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。
なお、「粒子を結合する」とは、例えば、粒子を焼結することや粒子を溶融することなどが挙げられる。
According to this aspect, it has the coupling | bonding process which couple | bonds the particle for structure layer formation. For this reason, it becomes possible to manufacture a sturdy three-dimensional structure.
Note that “bonding particles” includes, for example, sintering particles or melting particles.
本発明の第5の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第4の態様において、前記結合工程は、前記構成層、或いは、前記構成層及び前記支持層にエネルギーを付与して行われ、前記構成層形成用粒子における前記エネルギーの付与による結合力は、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子における結合力よりも強いことを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional structure according to the fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the coupling step is performed by applying energy to the constituent layer, or the constituent layer and the support layer. The binding force by the application of the energy in the constituent layer forming particles is stronger than the binding force in the support layer forming particles contained in the fluid composition forming the support layer.
本態様によれば、結合工程は、構成層、或いは、構成層及び支持層にエネルギーを付与して行われ、構成層形成用粒子におけるエネルギーの付与による結合力は、支持層を形成する流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子におけるエネルギーの付与による結合力よりも強い。このため、相対的に強く構成層形成用粒子を結合でき、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。
なお、「支持層形成用粒子における結合力」とは、結合工程で支持層にエネルギーを付与しない場合は支持層にエネルギーを付与しない状態での結合力、結合工程で支持層にエネルギーを付与する場合は支持層にエネルギーを付与した状態での結合力を意味する。
According to this aspect, the bonding step is performed by applying energy to the constituent layer, or the constituent layer and the support layer, and the binding force by the application of energy in the constituent layer forming particles is fluidity to form the support layer. It is stronger than the binding force due to the application of energy in the particles for forming a support layer contained in the composition. For this reason, it is possible to bond the constituent layer forming particles relatively strongly, and to manufacture a sturdy three-dimensional structure.
The “bonding force in the particles for forming the support layer” means a bond force when energy is not applied to the support layer when energy is not applied to the support layer in the bonding process, and energy is applied to the support layer in the bonding process. In the case, it means a binding force in a state where energy is applied to the support layer.
本発明の第6の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第4又は第5の態様において、前記層形成工程は、前記支持層形成工程を複数回実行して前記支持層を複数層形成し、前記構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する前記構成層を形成し、前記結合工程を実行して前記複数層に対応する前記構成層形成用粒子を結合することを特徴とする。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect, the layer forming step includes executing the support layer forming step a plurality of times to form the support layer into a plurality of layers. And forming the constituent layer corresponding to the thickness of the plurality of layers in a region corresponding to the plurality of layers by executing the constituent layer forming step, and executing the combining step to correspond to the plurality of layers It is characterized by binding particles for layer formation.
本態様によれば、支持層形成工程を複数回実行して支持層を複数層形成してから構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する構成層を形成し、該複数層に対応する粒子を結合する。すなわち、構成層形成工程の回数を減らすことができる。このため、特に迅速に、高精度な三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the support layer forming step is performed a plurality of times to form a plurality of support layers, and then the constituent layer forming step is performed to correspond to the thickness of the plurality of layers in the region corresponding to the plurality of layers. A layer is formed, and particles corresponding to the plurality of layers are bonded. That is, the number of constituent layer forming steps can be reduced. For this reason, a highly accurate three-dimensional structure can be manufactured particularly quickly.
本発明の第7の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第4から第6のいずれか1つの態様において、前記層形成工程は、前記結合工程後において、前記構成層の厚みと該構成層と対応する前記支持層の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されていることを特徴とする。 The manufacturing method of a three-dimensional structure according to a seventh aspect of the present invention is the method according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the layer forming step includes the thickness of the constituent layer and the thickness after the joining step. The size of the droplet is adjusted so that the thickness of the supporting layer corresponding to the constituent layer is aligned.
本態様によれば、層形成工程は、結合工程後において、構成層の厚みと該構成層と対応する支持層の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されている。このため、支持層と構成層との層厚が異なることに伴う層厚の調整などが不要になり、簡単に、高精度な三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, in the layer forming step, the size of the droplet is adjusted so that the thickness of the constituent layer and the thickness of the support layer corresponding to the constituent layer are aligned after the joining step. For this reason, adjustment of the layer thickness accompanying the layer thickness of a support layer and a structure layer differing becomes unnecessary, and a highly accurate three-dimensional molded item can be manufactured easily.
本発明の第8の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第4から第7のいずれか1つの態様において、前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の融点以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の融点以下であることを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional structure according to the eighth aspect of the present invention, in any one of the fourth to seventh aspects, the joining step is performed by heating the constituent layer and the support layer. The heating temperature is not less than the melting point of the constituent layer forming particles and not more than the melting point of the support layer forming particles contained in the fluid composition forming the support layer.
本態様によれば、結合工程は、構成層及び支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、構成層形成用粒子の融点以上であり支持層形成用粒子の融点以下である。このため、支持層を溶融することなく構成層(三次元造形物)を溶融できるので、完成した三次元造形物を支持層から簡単に取り外すことができる。 According to this aspect, the bonding step is performed by heating the constituent layer and the support layer, and the heating temperature is not lower than the melting point of the constituent layer forming particles and not higher than the melting point of the support layer forming particles. For this reason, since a constituent layer (three-dimensional structure) can be melted without melting the support layer, the completed three-dimensional structure can be easily detached from the support layer.
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4から第7のいずれか1つの態様において、前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の焼結温度以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の焼結温度以下であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the ninth aspect of the present invention, in any one of the fourth to seventh aspects, the bonding step is performed by heating the constituent layer and the support layer. The heating temperature is equal to or higher than the sintering temperature of the constituent layer forming particles and is equal to or lower than the sintering temperature of the support layer forming particles included in the fluid composition forming the support layer. To do.
本態様によれば、結合工程は、構成層及び支持層を加熱することにより行われ、該加熱温度は、構成層形成用粒子の焼結温度以上であり支持層形成用粒子の焼結温度以下である。このため、支持層を焼結することなく構成層(三次元造形物)を焼結できるので、完成した三次元造形物を支持層から簡単に取り外すことができる。 According to this aspect, the bonding step is performed by heating the constituent layer and the support layer, and the heating temperature is not less than the sintering temperature of the constituent layer forming particles and not more than the sintering temperature of the supporting layer forming particles. It is. For this reason, since a structural layer (three-dimensional structure) can be sintered without sintering a support layer, the completed three-dimensional structure can be easily removed from a support layer.
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1から第9のいずれか1つの態様において、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の粒径は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子の粒径よりも小さいことを特徴とする。 In the method for producing a three-dimensional structure according to the tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the particles for forming a support layer included in the fluid composition that forms the support layer. The particle size of is smaller than the particle size of the particles for forming a constituent layer contained in the flowable composition forming the constituent layer.
本態様によれば、支持層形成用粒子の粒径は構成層形成用粒子の粒径よりも小さい。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層を相対的に小さい粒径の粒子により高い精度で形成することができる。したがって、特に高精度な三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the particle diameter of the support layer forming particles is smaller than the particle diameter of the constituent layer forming particles. For this reason, the support layer which determines the shape of the outline which needs to be formed with high accuracy in the three-dimensional structure can be formed with high accuracy with particles having a relatively small particle diameter. Therefore, a highly accurate three-dimensional structure can be manufactured.
本発明の第11の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第1から第10のいずれか1つの態様において、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であり、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であることを特徴とする。 The method for producing a three-dimensional structure according to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the first to tenth aspects, comprises particles for forming a support layer included in the fluid composition that forms the support layer. Are particles containing at least one component of silica, alumina, titanium oxide, and zircon oxide, and the constituent layer forming particles contained in the fluid composition forming the constituent layer are aluminum, titanium, iron, copper , Magnesium, stainless steel, maraging steel, and particles containing at least one component.
本態様によれば、支持層形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であり、構成層形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか1つの成分を含む粒子である。このため、エネルギー付与工程により、構成材料粒子を溶融し、支持部材形成粒子を低い焼結密度とするように容易にコントロールすることができる。あるいは、構成材料粒子を焼結し、支持部材形成粒子を焼結しないように容易にコントロールすることができる。これにより三次元造形物の強度を確保しつつ、三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できる。 According to this aspect, the support layer forming particles are particles containing at least one component of silica, alumina, titanium oxide, and zircon oxide, and the constituent layer forming particles are aluminum, titanium, iron, copper, magnesium, Particles containing at least one component of stainless steel and maraging steel. For this reason, the constituent material particles can be melted and the support member forming particles can be easily controlled to have a low sintered density by the energy application step. Alternatively, it can be easily controlled so that the constituent material particles are sintered and the support member forming particles are not sintered. Thereby, it is possible to suppress an increase in loads such as separation work when removing the three-dimensional structure and molding work after removal while securing the strength of the three-dimensional structure.
本発明の第12の態様の三次元造形物の製造装置は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出する吐出部と、前記吐出部から液滴を吐出させて層を形成するよう制御する制御部と、を有し、前記制御部は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層と、前記構成層に接し該構成層を支持する支持層とを、前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴が前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さくなるように形成するよう制御することを特徴とする。 A three-dimensional structure manufacturing apparatus according to a twelfth aspect of the present invention forms a layer by discharging a fluid composition containing particles in the form of droplets, and discharging droplets from the discharge unit. A control unit that controls the configuration layer, the configuration unit corresponding to the configuration region of the three-dimensional structure, and a support layer that contacts the configuration layer and supports the configuration layer. Control is performed so that at least some of the droplets at the time of formation are smaller than at least some of the droplets at the time of forming the constituent layer.
本態様によれば、構成層を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する構成層を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する構成層を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。 According to this aspect, the support layer is formed with droplets smaller than the droplets used when forming the constituent layers. That is, a support layer that determines the shape of the contour of the three-dimensional structure is formed with relatively small droplets, and a constituent layer that forms the interior of the three-dimensional structure is formed with relatively large droplets. For this reason, while being able to form the support layer which determines the shape of the outline which needs to be formed with high accuracy in the three-dimensional structure, the inside which does not need to be formed with high precision in the three-dimensional structure is provided. The constituent layer to be configured can be formed quickly. Therefore, a highly accurate three-dimensional structure can be manufactured quickly.
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)を備えているが、図1及び図2は、各々、一方の材料供給部のみを表した図であり、他方の材料供給部は省略して表している。また、図1の材料供給部は、三次元造形物の構成材料を供給する材料供給部であり、構成材料を固める(溶融する)ためのレーザー照射部を備えている。そして、図2の材料供給部は、三次元造形物を造形する際に構成材料を支持する支持層を形成するための支持層形成用材料を供給する材料供給部である。
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み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。
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, although the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure according to the present embodiment includes two types of material supply units (head bases), FIGS. 1 and 2 each show only one material supply unit. It is a figure and the other material supply part is abbreviate | omitted and represented. Moreover, the material supply part of FIG. 1 is a material supply part which supplies the constituent material of a three-dimensional structure, and is provided with the laser irradiation part for hardening (melting | melting) a constituent material. And the material supply part of FIG. 2 is a material supply part which supplies the material for support layer formation for forming the support layer which supports a constituent material, when modeling a three-dimensional molded item.
In addition, “three-dimensional modeling” in the present specification indicates that a so-called three-dimensional model is formed, and for example, a flat shape, that is, a so-called two-dimensional shape is formed with a thickness. To include. 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.
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、他方の端部に三次元造形物の構成材料を吐出する構成材料吐出部1230とエネルギー照射部1300と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及びヘッドベース1600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及び支持層形成用材料吐出部1730は、吐出する液滴の大きさ(ドット径)と、吐出される材料(構成材料及び支持層形成用材料)が異なること以外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
Then, as shown in FIG. 1, one end is fixed to the
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、三次元造形物500が形成される過程での層501、502及び503が形成される。なお、詳細は後述するが、構成材料吐出部1230と支持層形成用材料吐出部1730とから異なるドット径の液滴を吐出することにより、異なる厚みの層を形成可能である。支持層形成用材料吐出部1730を用いて相対的に小さいドット径の液滴を吐出して薄い層を形成可能であり、構成材料吐出部1230を用いて相対的に大きいドット径の液滴を吐出して厚い層を形成可能である。
三次元造形物500の形成には、レーザーの照射により、熱が発生するため、耐熱性を有する試料プレート121を用いて、試料プレート121の上に三次元造形物500を形成してもよい。こうすることで、レーザーの照射により発生する熱からステージ120を保護することができる。試料プレート121としては、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、更に溶融(あるいは焼結されてもよい)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500の変質を防止することができる。なお、図1(a)及び図2(a)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500の形状まで(図1(a)及び図2(a)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溶融層310(三次元造形物500の構成領域に対応する構成層)と、で構成される。また、構成材料吐出部1230から吐出される構成材料を、吐出後すぐにエネルギー照射部1300から熱エネルギーを照射して液滴毎に溶融させることができるとともに、1層分の層を形成した後に、該層全体にエネルギー照射部1300から熱エネルギーを照射して、層毎に溶融させることもできる。さらには、エネルギー照射部1300から熱エネルギーを照射することなく溶融層310と支持層300とを複数層形成することで三次元造形物の形状を完成させて、これを形成装置2000とは別体で設けられた恒温槽(加熱部)において溶融又は焼結させることも可能である。
On the
Since heat is generated by laser irradiation in forming the three-
Here, the
また、図1(b)は、図1(a)に示すヘッドベース1100を示すB部拡大概念図である。図1(b)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と、エネルギー照射部1300と、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。また、支持層形成用材料を焼結させるためのレーザー照射部3100と、レーザー照射部3100からのレーザー光を位置決めするガルバノミラー3000をステージ120の上方に備えている。
FIG. 1B is an enlarged conceptual view of a B portion showing the
また、図2(b)は、図2(a)に示すヘッドベース1600を示すC部拡大概念図である。図2(b)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 view of a C portion showing the
なお、本実施例の形成装置2000は、異なるドット径の液滴を吐出する構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730を備える。さらに、構成材料吐出部1230及び支持層形成用材料吐出部1730は、各々、複数の異なるドット径の液滴を吐出可能な構成(異なる層厚(厚み)の層を形成可能な構成)である。
The forming
エネルギー照射部1300は、本実施形態ではエネルギーとして電磁波であるレーザーを照射するエネルギー照射部により説明する(以下、エネルギー照射部1300をレーザー照射部1300という)。照射されるエネルギーにレーザーを用いることにより、ターゲットとなる供給材料に狙いを定めてエネルギーを照射することができ、品質の良い三次元造形物を形成することができる。また、例えば吐出される材料の種類に合わせて、照射エネルギー量(パワー、走査速度)を制御することが容易に行うことができ、所望の品質の三次元造形物を得ることができる。ただし、このような構成に限定されず、レーザー照射部1300の代わりにアーク放電により発生する熱を付与するエネルギー付与部を設け、アーク放電により発生する熱により層501、502、503、・・・50nを溶融又は焼結することにより固める構成としてもよい。なお、例えば、吐出される材料を焼結させて固化することや、溶融して固化することも選択可能であることは言うまでもない。すなわち、吐出される材料は、場合によってはこれが焼結材料であったり、溶融材料であったり、その他の方法によって固化する固化材料であったりする。
In this embodiment, the
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500の原料を含む材料(金属粒子(構成層形成用粒子)を含むペースト状の構成材料)が供給材料として構成材料収容部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500を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料(セラミックス粒子(支持層形成用粒子)を含むペースト状の支持層形成用材料)が供給材料として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
被溶融材料として供給される構成材料は、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。
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。
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, Metals other than the said metal, ceramics, resin, etc. can be used.
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.
本実施形態においては、支持層形成用材料は、セラミックスを含有している。該支持層形成用材料としては、例えば金属酸化物、金属アルコキシド、金属などの混合粉末と、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)の混合材料などを用いることが可能である。
ただし、支持層形成用材料に特に限定はなく、上記の構成材料の例のような、セラミックス以外の金属や樹脂等も使用可能である。
In the present embodiment, the support layer forming material contains ceramics. As the support layer forming material, it is possible to use, for example, a slurry (or paste) mixed material containing a mixed powder of metal oxide, metal alkoxide, metal or the like, a solvent, and a binder.
However, the material for forming the support layer is not particularly limited, and metals, resins, and the like other than ceramics, such as the examples of the constituent materials described above, can be used.
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やレーザー照射部1300、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、構成材料吐出部1230及びレーザー照射部1300、並びに、ステージ120及び支持層形成用材料供給装置1700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
また、レーザー照射部1300は、制御ユニット400から制御信号がレーザーコントローラー430に送られ、レーザーコントローラー430から、複数のレーザー照射部1300のいずれか、またはすべてにレーザーを照射させる出力信号が送られる。
ここで、レーザー照射部1300からのレーザー照射は、ステージコントローラー410によるステージ120の駆動信号と同期して、ステージコントローラー410によるステージ120の駆動信号と同期して、層501、502、503、・・・50nの所望の領域に照射されるように制御される。
Further, the
Here, the laser irradiation from the
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、レーザー照射部1300が設けられておらず構成材料吐出部1230の代わりに支持層形成用材料吐出部1730が同様の配置で構成されていること以外は、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及びヘッドユニット1400に保持されるレーザー照射部1300と構成材料吐出部1230の保持形態の一例を示し、このうち図4は、図1(b)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。
なお、以下の説明は、層501、502、503、・・・50nの所望の領域を溶融して固める例の説明であるが、該所望の領域を溶融の際の温度より低い温度で焼結させて固めてもよい。
Next, the
3 and 4 show an example of a holding form of the
The following explanation is an example of melting and solidifying a desired region of the
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、第4列目のヘッドユニット1404の、4ユニットが千鳥状に配置されたヘッドユニット1400を備えている。そして、図4(a)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し、レーザー照射部1300からレーザーLを照射させて溶融部50(溶融部50a、50b、50c及び50d)が形成される。溶融部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、レーザー照射部1300はレーザーコントローラー430に繋がれ、保持治具1400aに保持さ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上に載置された試料プレート121上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。本実施形態の形成装置2000における材料Mの吐出形態は液滴状である。しかしながら、一部の吐出ノズル1230aが連続体状で構成材料を供給可能なものも使用可能である。
As shown in FIG. 3, 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、試料プレート121上に着弾する。レーザー照射部1300は、保持治具1400aに保持されている。ステージ120の移動に伴い、試料プレート121上に着弾した材料Mがレーザー照射範囲内に入ると材料Mが溶融し、レーザー照射範囲外では固化して溶融部50が形成される。この溶融部50の集合体が、試料プレート121上に形成される三次元造形物500の溶融層310(図1参照)として形成される。
ただし、このように、吐出ノズル1230aから液滴状に吐出された材料Mに対してすぐにレーザー照射部1300からレーザーLを照射するのではなく、吐出ノズル1230aから材料Mを吐出して1層分の層を形成してから、レーザー照射部1300を移動させながら該層全体にレーザーLを照射することもできる。
The material M discharged in the form of droplets from the
However, instead of immediately irradiating the laser M from the
次に、溶融部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、溶融部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、溶融部50の形成形態を概念的に表す平面図である。
Next, the formation procedure of the fusion | melting
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、試料プレート121の所定の位置に材料Mが配置される。そして、更にステージ120が+X方向に移動すると、レーザー照射部1300から照射されるレーザーLの照射範囲内に入り、材料Mが溶融する。更にステージ120が+X方向に移動すると、材料MはレーザーLの照射範囲外となり固化して溶融部50が形成される。
First, when the
より具体的には、まず、図5(a)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から試料プレート121の所定の位置に一定の間隔で材料Mを配置させる。
More specifically, as shown in FIG. 5A, first, the material M is moved from the plurality of
次に、図5(b)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。そして、ステージ120が−X方向へ継続して移動させることにより、レーザーLの照射範囲内に材料Mが入ることで溶融される(溶融部50が形成される)。
なお、所定の位置に材料Mが配置されてからレーザーLの照射範囲内に入るまでの時間は、ステージ120の移動速度で調整することができる。例えば、材料Mに溶剤を含む場合、ステージ120の移動速度を遅くして、照射範囲内に入るまでの時間を長くすることで溶剤の乾燥を促進することができる。
また、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から試料プレート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)配置させて、同一方向へ移動させたままレーザーLの照射範囲内に入る構成(ステージ120のX方向における往復移動で溶融部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溶融部50を形成する構成)としても良い。
Next, as shown in FIG. 5B, a new material M is newly filled so as to fill the space between the materials M arranged at regular intervals while moving the
Note that the time from when the material M is placed at a predetermined position until it enters the irradiation range of the laser L can be adjusted by the moving speed of the
In addition, while moving the
上記のように溶融部50を形成することによって、図4(a)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)の溶融部50(溶融部50a、50b、50c及び50d)が形成される。
By forming the melted
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ライン目の溶融部50(溶融部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5(a)及び図5(b)で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図4(b)で表されるような、Y方向における2ライン目の溶融部50’(溶融部50a’、50b’、50c’及び50d’)が形成される。
Next, the
By performing the same operation as described above as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the melted
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ライン目の溶融部50(溶融部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5(a)及び図5(b)で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図4(c)で表されるような、Y方向における3ライン目の溶融部50’’
(溶融部50a’’、50b’’、50c’’及び50d’’)が形成され、溶融層310を得ることができる。
Next, the
Then, by performing the same operation as described above as shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the third line in the Y direction is melted as shown in FIG. 4C. Part 50 ''
(Melted
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及び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。
In addition, the material M discharged from the component
なお、第1層目の層501において、上述したように溶融層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、吐出された材料を溶融しないということ以外は同様の方法で、支持層300を形成することができる。支持層300は焼結された状態であることが望ましい。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、溶融層310及び支持層300を形成することができる。ここで、支持層形成用材料吐出部1730を用いて形成された層(支持層300)は、構成材料吐出部1230を用いて形成された層(溶融層310)よりも薄くなる(図7から図11参照)。
Note that 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6(a)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6(b)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を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について説明する。
図7は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例を表す概略図である。ここで、図7は、図7(k)で表される形状の三次元造形物の完成体Oを形成する際における、製造過程の一例を表している。
Next, an example of a method for manufacturing a three-dimensional structure performed using the forming
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a manufacturing process of a three-dimensional structure that is performed using the forming
最初に、図7(a)で表される状態から、図7(b)で表されるように、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、相対的に層厚の薄い第1層目の支持層300を形成する。ここで、支持層300は、該層における三次元造形物の形成領域(溶融層310に対応する領域)以外の領域(三次元造形物の非形成領域)に形成される。
次に、図7(c)で表されるように、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、相対的に層厚の薄い第2層目の層において、支持層300を形成する。
First, from the state shown in FIG. 7A, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
Next, as shown in FIG. 7C, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
次に、図7(d)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させるとともにレーザー照射部1300からレーザーLを照射させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、相対的に層厚の厚い、溶融層310を形成する。
なお、図7(d)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させるとともにレーザー照射部1300からレーザーLを照射させて構成される溶融層310は、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構成される支持層300の2倍の厚さとなっている。ただし、本実施形態の形成装置2000は、後述するように、溶融層310が支持層300の3倍の厚さとなるように溶融層310及び支持層300を形成することも可能である(図8及び図9参照)。
Next, as shown in FIG. 7D, a part corresponding to the formation region of the three-dimensional structure is formed by discharging the constituent material from the constituent
As shown in FIG. 7D, the
次に、図7(e)で表されるように、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、相対的に層厚の薄い支持層300を形成する。ここで、この際の支持層300も、三次元造形物の形成領域(溶融層310に対応する領域)以外の領域に形成される。
次に、図7(f)で表されるように、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、相対的に層厚の薄い支持層300を形成する。
次に、図7(g)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させるとともにレーザー照射部1300からレーザーLを照射させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、相対的に層厚の厚い、溶融層310を形成する。
Next, as shown in FIG. 7E, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
Next, as illustrated in FIG. 7F, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
Next, as shown in FIG. 7G, a portion corresponding to the formation region of the three-dimensional structure is formed by discharging the constituent material from the constituent
次に、図7(h)から(j)で表されるように、図7(e)から(g)と同様、相対的に層厚の薄い支持層300及びを形成し、相対的に層厚の厚い溶融層310を形成する。
こうして、三次元造形物の完成体Oが完成する。なお、図7(k)は、三次元造形物の完成体Oを試料プレート121から取り外し、三次元造形物の完成体Oを現像(三次元造形物の完成体Oから支持層300を除去すること)した状態を表している。
Next, as shown in FIGS. 7H to 7J, as in FIGS. 7E to 7G, a relatively
In this way, the completed body O of the three-dimensional structure is completed. In FIG. 7 (k), the three-dimensional structure complete body O is removed from the
また、図7(j)などで表されるように、本実施例において、支持層300は、上層にアンダーカット部(下層に対してXY平面方向に凸になった部分)がある場合に、下層における支持層として、これを支えることが可能な層(所謂サポート層)となっている。ただし、支持層は、このような支持層であることに限定されず、例えば、試料プレート121の上面全体に形成される層であって、第1層目の層における溶融層310を支えることが可能な層(所謂剥離層)であってもよい。このような剥離層を設けることで、三次元造形物の完成体Oを試料プレート121から取り外すことに伴う後工程を減らす(容易にする)ことが可能になる。なお、下層においては、レーザー照射部からレーザーLを照射することにより材料Mを焼結させておいてもよい。
Further, as shown in FIG. 7 (j) and the like, in this embodiment, the
次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法の別の一実施例について説明する。
図8は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図8には、支持層300及び溶融層310の厚みが分かりやすいように、Z方向に複数の補助線が引いてある。
ここで、図7で表される三次元造形物の製造方法は、溶融層310を形成する際、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させるとすぐにレーザー照射部1300からレーザーLを照射させて、構成材料を液滴毎に溶融させていた。一方、図8で表される三次元造形物の本製造方法は、1層分の溶融層310(詳細には、1層分の溶融層310に対応する支持層300と1層分の溶融層310と)を形成した後に、該層全体にエネルギー照射部1300から熱エネルギーを照射して、層毎に溶融させる例である。
Next, another example of the manufacturing method of the three-dimensional structure performed using the forming
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a part of an example of a manufacturing process of a three-dimensional structure performed using the forming
Here, in the manufacturing method of the three-dimensional structure illustrated in FIG. 7, when forming the
最初に、図8(a)で表されるように、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、相対的に層厚の薄い第1層目の支持層300を形成する。ここで、支持層300は、該層における三次元造形物の形成領域(溶融層310に対応する領域)以外の領域に形成される。
次に、図8(b)で表されるように、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、相対的に層厚の薄い第2層目の層において、支持層300を形成する。
次に、図8(c)で表されるように、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、相対的に層厚の薄い第3層目の層において、支持層300を形成する。
First, as shown in FIG. 8A, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
Next, as shown in FIG. 8B, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
Next, as shown in FIG. 8C, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
そして、次に、図8(d)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、相対的に層厚の厚い、溶融層310を形成する。
なお、図8(d)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させて構成される溶融前の溶融層310の厚みH2は、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構成される3層分の支持層300の厚みH1よりも厚くなっている。ここで、本実施例の形成方法では、溶融層310が支持層300の3倍の厚さとなるように溶融層310及び支持層300を形成しようとしている。
ここで、次に、図8(e)で表されるように、図8(a)から図8(d)で表される工程により形成された層全体にレーザー照射部1300からレーザーLを照射させて、溶融層310を溶融させる。なお、この際、該レーザーLの照射により、支持層300は焼結される。そして、該層全体への該レーザーLの照射により、溶融後の溶融層310の厚みH2’は、焼結後の支持層300の厚みH1’と同等の厚みとなる。
このように、図8(a)から図8(e)で表される工程を繰り返すことにより、所望の三次元造形物を製造することができる。
Then, as shown in FIG. 8D, the constituent material is discharged from the constituent
As shown in FIG. 8D, the thickness H2 of the melted
Here, as shown in FIG. 8E, next, the entire layer formed by the steps shown in FIGS. 8A to 8D is irradiated with the laser L from the
Thus, a desired three-dimensional structure can be manufactured by repeating the steps shown in FIGS. 8A to 8E.
次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法のまた別の一実施例について説明する。
図9は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図9には、支持層300及び溶融層310の厚みが分かりやすいように、Z方向に複数の補助線が引いてある。
ここで、図7及び図8で表される三次元造形物の製造方法は、溶融層310を形成する際、レーザー照射部1300からレーザーLを照射させて、構成材料を溶融させていた。一方、図9で表される三次元造形物の本製造方法は、レーザー照射部1300からレーザーLを照射させることなく三次元造形物の形状を形成した後に、形成装置2000とは別体で設けられた不図示の恒温槽で加熱して三次元造形物を溶融させる例である。
Next, another example of the manufacturing method of the three-dimensional structure performed using the forming
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a part of an example of a manufacturing process of a three-dimensional structure performed using the forming
Here, in the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIGS. 7 and 8, when forming the
図9(a)は、レーザー照射部1300からレーザーLを照射させないということ以外は、図8で表される三次元造形物の製造方法と同様の方法で形成された形成物を表している。ここで、溶融前の溶融層310が三次元造形物の形成領域に対応し、焼結前の支持層300が三次元造形物の非形成領域に対応している。
そして、図9(b)は、不図示の恒温槽において図9(a)で表される形成物を加熱した状態を表している。図9(b)で表されるように、三次元造形物の形成領域(溶融層310)が溶融されて三次元造形物の完成体Oが形成され、周りの支持層300が焼結される。なお、恒温槽における加熱温度は、構成材料に含まれる金属粒子が溶融する温度以上であって、支持層形成用材料に含まれるセラミックス粒子が溶融せず焼結する温度に設定されている。
FIG. 9A shows a formed product formed by the same method as the method for manufacturing the three-dimensional structure shown in FIG. 8 except that the laser L is not irradiated from the
And FIG.9 (b) represents the state which heated the formation represented by Fig.9 (a) in the thermostat not shown. As shown in FIG. 9B, the three-dimensional structure formation region (molten layer 310) is melted to form a three-dimensional structure complete body O, and the surrounding
次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法のまた別の一実施例について説明する。
図10は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図10には、支持層300及び溶融層310の厚みが分かりやすいように、Z方向に複数の補助線が引いてある。
ここで、図7から図9で表される三次元造形物の製造方法は、支持層300の1層分の厚みに比べて溶融層310の1層分の厚みは厚かった。一方、図10で表される三次元造形物の本製造方法は、支持層300の1層分の厚みと溶融層310の1層分の厚みとが同等である例である。ただし、構成材料の粘度が支持層形成用材料の粘度と比べて低く、構成材料の液滴のXY平面の広がりが支持層形成用材料の液滴のXY平面の広がりに比べて大きくなっている。このため、構成材料の液滴は支持層形成用材料の液滴よりも大きい。
Next, another example of the manufacturing method of the three-dimensional structure performed using the forming
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a part of an example of a manufacturing process of a three-dimensional structure performed using the forming
Here, in the manufacturing method of the three-dimensional structure represented by FIGS. 7 to 9, the thickness of one layer of the
最初に、図10(a)で表されるように、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、第1層目の支持層300を形成する。ここで、支持層300は、該層における三次元造形物の形成領域(溶融層310に対応する領域)以外の領域に形成される。
次に、図10(b)で表されるように、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出させて、三次元造形物の形成領域に対応する部分に、溶融層310を形成する。なお、図10(b)は、構成材料の液滴の着弾直後の状態を表している。
すると、図10(c)で表されるように、構成材料の液滴はXY平面方向に広がる。ただし、構成材料の液滴は支持層形成用材料の液滴よりも大きいので、溶融層310の厚みH2は、支持層300の厚みH1よりも厚くなっている。
First, as shown in FIG. 10A, the support layer forming material is discharged from the support layer forming
Next, as illustrated in FIG. 10B, the constituent material is discharged from the constituent
Then, as shown in FIG. 10C, the constituent material droplets spread in the XY plane direction. However, since the droplet of the constituent material is larger than the droplet of the material for forming the support layer, the thickness H2 of the
そして、次に、図10(d)で表されるように、図10(a)から図10(c)で表される工程により形成された層全体にレーザー照射部1300からレーザーLを照射させて、溶融層310を溶融させる。なお、この際、該レーザーLの照射により、支持層300は焼結される。そして、該層全体への該レーザーLの照射により、溶融後の溶融層310の厚みH2’は、焼結後の支持層300の厚みH1’と同等の厚みとなる。
このように、図10(a)から図10(d)で表される工程を繰り返すことにより、所望の三次元造形物を製造することができる。
Then, as shown in FIG. 10 (d), the entire layer formed by the steps shown in FIGS. 10 (a) to 10 (c) is irradiated with laser L from the
Thus, a desired three-dimensional structure can be manufactured by repeating the steps shown in FIGS. 10A to 10D.
次に、上述の本実施形態に係る形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造方法のさらに別の一実施例について説明する。
図11は、形成装置2000を用いて行う三次元造形物の製造過程の一例の一部を表す概略図である。なお、図11には、支持層300及び溶融層310の厚みが分かりやすいように、Z方向に複数の補助線が引いてある。
ここで、図11で表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、レーザー照射部1300からレーザーLを照射させることなく三次元造形物の形状を形成した後に、形成装置2000とは別体で設けられた不図示の恒温槽で加熱して三次元造形物を溶融させる例であるとともに、支持層300の1層分の厚みと溶融層310の1層分の厚みとが同等である例である。
Next, still another example of the method for manufacturing a three-dimensional structure performed using the forming
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a part of an example of a manufacturing process of a three-dimensional structure performed using the forming
Here, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment shown in FIG. 11 is the
図11(a)は、レーザー照射部1300からレーザーLを照射させないということ以外は、図10で表される三次元造形物の製造方法と同様の方法で形成された三次元造形物の形成物を表している。ここで、溶融前の溶融層310が三次元造形物の形成領域に対応し、焼結前の支持層300が三次元造形物の非形成領域に対応している。
そして、図11(b)は、不図示の恒温槽において図11(a)で表される形成物を加熱した状態を表している。図11(b)で表されるように、三次元造形物の形成領域(溶融層310)が溶融されて三次元造形物の完成体Oが形成され、周りの支持層300が焼結される。なお、恒温槽における加熱温度は、構成材料に含まれる金属粒子が溶融する温度以上であって、支持層形成用材料に含まれるセラミックス粒子が溶融せず焼結する温度に設定されている。
FIG. 11A shows a three-dimensional structure formed by the same method as the three-dimensional structure manufacturing method shown in FIG. 10 except that the
And FIG.11 (b) represents the state which heated the formation represented by Fig.11 (a) in the thermostat not shown. As shown in FIG. 11B, the three-dimensional structure formation region (melted layer 310) is melted to form a three-dimensional structure complete body O, and the surrounding
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(図11に対応する例)についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図12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。
なお、本例は、図11に対応する三次元造形物の製造方法の例であるが、後述するステップS170以外は、図7から図10に対応する三次元造形物の製造方法も同様に実行可能である。
Next, an example of a method for producing a three-dimensional structure performed using the forming apparatus 2000 (an example corresponding to FIG. 11) will be described using a flowchart.
Here, FIG. 12 is a flowchart of the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment.
In addition, although this example is an example of the manufacturing method of the three-dimensional structure corresponding to FIG. 11, the manufacturing method of the three-dimensional structure corresponding to FIGS. Is possible.
図12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. 12, in the three-dimensional structure manufacturing method of this embodiment, first, in step S110, 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、層毎のデータを作成する。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。
この際、生成されるビットマップデータは、三次元造形物の形成領域と三次元造形物の非形成領域とで区別されたデータになっている。別の表現をすると、支持層形成用材料吐出部1730から吐出される相対的にドット径が小さい液滴(小ドット)で構成される領域と、構成材料吐出部1230から吐出される相対的にドット径が大きい液滴(大ドット)で構成される領域とが、層毎に区別されるように形成されたデータになっている。
なお、大ドットと小ドットの大きさの差に特に限定はないが、大ドットを小ドットの8倍以上とすることで、特に効果的に、迅速に高精度な三次元造形物を製造することが可能になる。
Next, in step S120, data for each layer is created. 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.
At this time, the generated bitmap data is data that is distinguished by the formation region of the three-dimensional structure and the non-formation region of the three-dimensional structure. In other words, a region composed of droplets (small dots) with a relatively small dot diameter ejected from the support layer forming
Although there is no particular limitation on the difference in size between the large dots and the small dots, a high-precision three-dimensional structure is manufactured particularly effectively and quickly by making the large dots eight times or more the small dots. It becomes possible.
次に、ステップS130で、形成しようとする層のデータが、三次元造形物の非形成領域(支持層300)を形成するデータか三次元造形物の形成領域(溶融層310)を形成するデータかを判断する。なお。この判断は制御ユニット400に備えられた制御部により行われる。
本ステップで、支持層300を形成するデータと判断された場合はステップS140に進み、溶融層310を形成するデータと判断された場合はステップS150に進む。
Next, in step S130, the data of the layer to be formed is data for forming a non-formation region (support layer 300) of the three-dimensional structure or data for forming a formation region (melt layer 310) of the three-dimensional structure. Determine whether. Note that. This determination is made by a control unit provided in the
If it is determined in this step that the data forms the
ステップS140では、支持層300を形成するデータに基づい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することにより、小ドットで支持層形成用材料を供給する。
一方、ステップS150では、構成材料吐出部1230から構成材料を吐出することにより、大ドットで構成材料を供給する。
そして、ステップS160により、ステップS120において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物の造形が終了するまで、ステップS130からステップS160までが繰り返される。
In step S140, the support layer forming material is supplied in small dots by discharging the support layer forming material from the support layer forming
On the other hand, in step S150, the constituent material is supplied from the constituent
In step S160, steps S130 to S160 are repeated until the modeling of the three-dimensional structure based on the bitmap data corresponding to each layer generated in step S120 is completed.
そして、ステップS170により、不図示の恒温槽において、上記ステップで形成した溶融前の三次元造形物を加熱する(エネルギーを付与する)ことで溶融する。詳細には、三次元造形物の形成領域(溶融層310)を溶融し、周りの支持層300を焼結する。
なお、図9に対応する三次元造形物の製造方法の例においても、同様に、本ステップを設けることができる。また、図7に対応する三次元造形物の製造方法の例においては、本ステップは、ステップS150の後に設けることができる。また、図8及び図10に対応する三次元造形物の製造方法の例においては、ステップS160の前に1層分の溶融層310に対して構成材料を供給したか否かを判断するステップを設け、1層分の溶融層310に対して構成材料を供給したと判断された場合に、本ステップを実行可能に設けることができる。
And by step S170, in the thermostat not shown, the three-dimensional structure before melting formed in the above step is melted by heating (giving energy). In detail, the formation area (molten layer 310) of the three-dimensional structure is melted, and the surrounding
In addition, also in the example of the manufacturing method of the three-dimensional structure corresponding to FIG. 9, this step can be similarly provided. Moreover, in the example of the manufacturing method of the three-dimensional structure corresponding to FIG. 7, this step can be provided after step S150. Moreover, in the example of the manufacturing method of the three-dimensional structure corresponding to FIG.8 and FIG.10, the step which judges whether the constituent material was supplied with respect to the
そして、三次元造形物の造形が終了すると、ステップS180で、三次元造形物の現像を行い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。 When the modeling of the three-dimensional structure is completed, the three-dimensional structure is developed in step S180, and the three-dimensional structure manufacturing method of this embodiment is completed.
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出部から吐出させて層を形成する層形成工程(ステップS130からステップS170)を有している。そして、層形成工程は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層(溶融層310)を形成する構成層形成工程(ステップS150)と、溶融層310に接し該溶融層310を支持する支持層300を形成する支持層形成工程(ステップS140)と、を含んでいる。そして、支持層形成工程で支持層300を形成する際の少なくとも一部の液滴は、構成層形成工程で溶融層310を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さい。
このように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、溶融層310を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層300を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層300を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する溶融層310を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層300を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する溶融層310を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。
As described above, in the method of manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the fluid composition containing particles is ejected from the ejection unit in the form of droplets to form a layer (from step S130 to step S170). )have. The layer forming step includes a constituent layer forming step (step S150) for forming a constituent layer (molten layer 310) corresponding to the constituent region of the three-dimensional structure, and a support for supporting the
As described above, in the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the
また、別の表現をすると、本実施形態の形成装置2000は、粒子を含む流動性組成物を液滴の状態で吐出する吐出部(構成材料吐出部1230、支持層形成用材料吐出部1730)と、吐出部から液滴を吐出させて層を形成するよう制御する制御ユニット400に備えられた制御部と、を有している。そして、制御部は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層(溶融層310)と、溶融層310に接し該溶融層310を支持する支持層300とを、支持層300を形成する際の少なくとも一部の液滴が溶融層310を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さくなるように形成するよう制御する。
このように、本実施例の形成装置2000は、溶融層310を形成する際の液滴よりも小さい液滴で支持層300を形成する。すなわち、相対的に小さい液滴で三次元造形物の輪郭の形状を決定する支持層300を形成し、相対的に大きい液滴で三次元造形物の内部を構成する溶融層310を形成する。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層300を高い精度で形成することができるとともに、三次元造形物において高い精度で形成する必要のない内部を構成する溶融層310を迅速に形成できる。したがって、迅速に高精度な三次元造形物を製造することができる。
In other words, the forming
As described above, the forming
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層形成工程は、吐出部として、異なる大きさの液滴を吐出する、第1吐出部(支持層形成用材料吐出部1730)及び第2吐出部(構成材料吐出部1230)を用いて実行されると表現できる。このため、簡単に、相対的に大きい液滴と相対的に小さい液滴とを吐出させることができる。
なお、「異なる大きさの液滴を吐出する」とは、第1吐出部及び第2吐出部がともに1種類の大きさの液滴を吐出可能であり各々の液滴の大きさが異なるという場合のみを意味するのではない。例えば、第1吐出部及び第2吐出部の少なくとも一方が複数種類の大きさ(例えば第1吐出部が50、100、150plの液滴を吐出可能で、第2吐出部が50、150、300plの液滴を吐出可能な場合等)の液滴を吐出可能であり第1吐出部及び第2吐出部から吐出可能な液滴の大きさが一部同じ(例えば50pl)となる場合も含む意味である。
なお、支持層形成用材料吐出部1730及び構成材料吐出部1230と第1吐出部及び第2吐出部との対応関係は、逆であってもよい。
Further, in the method of manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, the layer forming step discharges droplets of different sizes as the discharge unit, the first discharge unit (support layer forming material discharge unit 1730) and the first discharge unit. It can be expressed that it is executed by using two discharge units (constituent material discharge unit 1230). For this reason, it is possible to easily discharge relatively large droplets and relatively small droplets.
Note that “discharging droplets of different sizes” means that both the first discharge unit and the second discharge unit can discharge one type of droplet, and the size of each droplet is different. It does not mean only a case. For example, at least one of the first ejection unit and the second ejection unit can eject a plurality of sizes (for example, the first ejection unit can eject droplets of 50, 100, and 150 pl, and the second ejection unit has 50, 150, and 300 pl). Meaning that the size of droplets that can be ejected from the first ejection unit and the second ejection unit is partially the same (for example, 50 pl). It is.
The correspondence relationship between the support layer forming
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図12におけるステップS130からステップS160までが繰り返されることで表されるように、層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有する。このため、層を積層させることで、簡単に、三次元造形物を製造することができる。 Moreover, the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment includes a stacking process in which the layer forming process is repeated in the stacking direction, as represented by repeating steps S130 to S160 in FIG. For this reason, a three-dimensional structure can be easily manufactured by laminating layers.
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の層形成工程は、ステップS170に相当する、粒子を結合する結合工程を有する。このため、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。
なお、「粒子を結合する」とは、例えば、本実施例のように粒子を溶融することや、粒子を焼結することなどが挙げられる。さらには、粒子を含む流動性組成物(構成材料)に熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などを含有させ樹脂を硬化させることにより粒子を結合させてもよい。
Moreover, the layer formation process of the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment includes a bonding process for bonding particles, which corresponds to step S170. For this reason, it becomes possible to manufacture a sturdy three-dimensional structure.
Note that “bonding particles” includes, for example, melting particles as in the present embodiment, sintering particles, and the like. Further, the particles may be bonded by containing a thermosetting resin or a photocurable resin in a fluid composition (constituent material) containing particles and curing the resin.
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の結合工程は、溶融層310、或いは、溶融層310及び支持層300にエネルギーを付与して行われ、構成材料に含まれる溶融層310形成用粒子(金属粒子)におけるエネルギーの付与による結合力は、溶融による結合力であり、支持層300を形成する流動性組成物に含まれる支持層300形成用粒子(セラミックス粒子)におけるエネルギーを付与しない場合の結合力(図7で表される実施例に対応)や該支持層300形成用粒子におけるエネルギーの付与による焼結による結合力(図8から図11で表される実施例に対応)よりも強い。このため、相対的に強く溶融層310形成用粒子を結合でき、頑丈な三次元造形物を製造することが可能になる。
なお、溶融層310形成用粒子の結合力が、支持層300形成用粒子の結合力よりも強い例としては、この例に限定されない。例えば、溶融層310形成用粒子の結合力が焼結による結合力であり支持層300形成用粒子の結合力が流動性組成物に含まれる成分による結着力にすぎない場合や、溶融層310形成用粒子の結合力が焼結による結合力であり支持層300形成用粒子の結合力が硬化性樹脂の硬化による結合力である場合などが挙げられる。
In addition, the bonding step of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment is performed by applying energy to the
The example in which the bonding force of the particles for forming the
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の層形成工程は、支持層形成工程を複数回実行して支持層300を複数層形成し、構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する溶融層310を形成し、結合工程を実行して複数層に対応する構成層形成用粒子を結合することができる。すなわち、構成層形成工程の回数を減らすことができる。このため、特に迅速に、高精度な三次元造形物を製造することができる。
Moreover, the layer formation process of the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment executes the support layer formation process a plurality of times to form a plurality of support layers 300, and executes the constituent layer formation process to form the plurality of layers. The
また、本実施例の三次元造形物の製造方法の層形成工程は、結合工程後において、溶融層310の厚みと該溶融層310と対応する支持層300の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されている。このため、支持層300と溶融層310との層厚が異なることに伴う層厚の調整などが不要になり、簡単に、高精度な三次元造形物を製造することができる。
Further, in the layer forming step of the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present embodiment, after the bonding step, the droplets are formed so that the thickness of the
また、図9及び図11に対応する本実施例の三次元造形物の製造方法の結合工程は、溶融層310及び支持層300を加熱することにより行われる。そして、該加熱温度は、溶融層310形成用粒子の融点以上であり、支持層300形成用粒子の融点以下である。このため、支持層300を溶融することなく溶融層310三次元造形物)を溶融できるので、完成した三次元造形物を支持層300から簡単に取り外すことができる。
9 and 11 is performed by heating the
一方、結合工程における該加熱温度を、三次元造形物の構成層形成用粒子の焼結温度以上とし、支持層300形成用粒子の焼結温度以下としてもよい。このようにすることでも、支持層300を焼結することなく構成層(三次元造形物)を焼結できるので、完成した三次元造形物を支持層から簡単に取り外すことができる。
On the other hand, the heating temperature in the joining step may be equal to or higher than the sintering temperature of the constituent layer forming particles of the three-dimensional structure, and may be equal to or lower than the sintering temperature of the
また、本実施形態の形成装置2000において、支持層300形成用粒子の粒径は、溶融層310形成用粒子の粒径よりも小さいものが使用されている。このため、三次元造形物において高い精度で形成する必要のある輪郭の形状を決定する支持層300を相対的に小さい粒径の粒子により高い精度で形成することができる。したがって、特に高精度な三次元造形物を製造することができる。
Further, in the forming
また、溶融層310形成用粒子及び支持層300形成用粒子としては、金属粒子、セラミックス粒子、樹脂粒子など特に限定はないが、支持層310形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であり、溶融層310形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であることが好ましい。エネルギー付与工程により、構成材料粒子を溶融し、支持部材形成粒子を低い焼結密度とするように容易にコントロールすることができる。あるいは、構成材料粒子を焼結し、支持部材形成粒子を焼結しないように容易にコントロールすることができる。これにより三次元造形物の強度を確保しつつ、三次元造形物を取り外す際の分離作業や取り外した後の成形作業などの負荷が大きくなるということを抑制できるためである。
Further, the particles for forming 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、50e、50f、50g及び50h溶融部、
110 基台、111 駆動装置、120 ステージ(支持体)、
121 試料プレート、130 ヘッドベース支持部、
300 支持層、310 溶融層(構成層)、400 制御ユニット(制御部)、
410 ステージコントローラー、430 レーザーコントローラー、
500 三次元造形物、501、502及び503 層、
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(吐出部、第2吐出部)、1230a 吐出ノズル、
1230b 吐出駆動部、1300 エネルギー照射部(レーザー照射部)、
1400、1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407及び1408 ヘッドユニット、
1400a 保持治具、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(吐出部、第1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)、
3000 ガルバノミラー、3100 レーザー照射部、L レーザー、
M 材料(構成材料)、O 三次元造形物の完成体
50, 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, 50f, 50g and 50h melting part,
110 base, 111 driving device, 120 stage (support),
121 sample plate, 130 head base support,
300 support layer, 310 melt layer (component layer), 400 control unit (control unit),
410 stage controller, 430 laser controller,
500 three-dimensional structure, 501, 502 and 503 layers,
730 head base support, 1100 head base,
1200 component material supply device, 1210 component material supply unit,
1210a Constituent material container, 1220 Supply tube,
1230 Constituent material discharge part (discharge part, second discharge part), 1230a discharge nozzle,
1230b discharge drive unit, 1300 energy irradiation unit (laser irradiation unit),
1400, 1401, 1402, 1403, 1404, 1405, 1406, 1407 and 1408 head units,
1400a holding jig, 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 support layer forming material discharge portion (discharge portion, first discharge portion),
1730a discharge nozzle, 1730b discharge drive unit, 1900, head unit,
1900a holding jig, 2000 forming device (manufacturing device for three-dimensional structure),
3000 Galvano mirror, 3100 laser irradiation part, L laser,
M material (constituent material), O Completed 3D object
Claims (12)
前記層形成工程は、
三次元造形物の構成領域に対応する構成層を形成する構成層形成工程と、
前記構成層に接し該構成層を支持する支持層を形成する支持層形成工程と、を含み、
前記支持層形成工程で前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴は、前記構成層形成工程で前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さいことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 A layer forming step of forming a layer by discharging a fluid composition containing particles from a discharge unit in a droplet state;
The layer forming step includes
A constituent layer forming step of forming a constituent layer corresponding to the constituent area of the three-dimensional structure;
Forming a support layer in contact with the constituent layer and supporting the constituent layer, and
At least some of the droplets when forming the support layer in the support layer forming step are smaller than at least some of the droplets when forming the constituent layer in the constituent layer forming step. A manufacturing method of a three-dimensional structure.
前記層形成工程は、前記吐出部として、異なる大きさの液滴を吐出する、第1吐出部及び第2吐出部を用いて実行され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 described in claim 1,
The method for producing a three-dimensional structure is characterized in that the layer forming step is performed using a first discharge unit and a second discharge unit that discharge droplets of different sizes as the discharge unit.
前記層形成工程を積層方向に繰り返す積層工程を有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 1 or 2,
The manufacturing method of the three-dimensional structure characterized by including the lamination process which repeats the said layer formation process in a lamination direction.
前記層形成工程は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子を結合する結合工程を有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 any one of claims 1 to 3,
The method for producing a three-dimensional structure is characterized in that the layer forming step includes a joining step for joining the constituent layer forming particles contained in the flowable composition forming the constituent layer.
前記結合工程は、前記構成層、或いは、前記構成層及び前記支持層にエネルギーを付与して行われ、
前記構成層形成用粒子における前記エネルギーの付与による結合力は、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子における結合力よりも強い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 described in claim 4,
The bonding step is performed by applying energy to the constituent layer or the constituent layer and the support layer,
A three-dimensional structure characterized in that the binding force by the application of energy in the constituent layer forming particles is stronger than the binding force in the support layer forming particles contained in the fluid composition forming the support layer. Manufacturing method.
前記層形成工程は、
前記支持層形成工程を複数回実行して前記支持層を複数層形成し、
前記構成層形成工程を実行して該複数層に対応する領域に該複数層の厚みに対応する前記構成層を形成し、
前記結合工程を実行して前記複数層に対応する前記構成層形成用粒子を結合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 4 or 5,
The layer forming step includes
The support layer forming step is performed a plurality of times to form a plurality of the support layers,
Performing the constituent layer forming step to form the constituent layer corresponding to the thickness of the plural layers in a region corresponding to the plural layers;
The manufacturing method of the three-dimensional structure characterized by performing the said joint process and couple | bonding the said particle for structure layer formation corresponding to the said multiple layers.
前記層形成工程は、前記結合工程後において、前記構成層の厚みと該構成層と対応する前記支持層の厚みとが揃うように液滴の大きさが調整されてい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 any one of claims 4 to 6,
In the layer forming step, the size of the droplet is adjusted so that the thickness of the constituent layer and the thickness of the supporting layer corresponding to the constituent layer are aligned after the joining step. Manufacturing method of original model.
前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、
該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の融点以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の融点以下であ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 any one of claims 4 to 7,
The bonding step is performed by heating the constituent layer and the support layer,
The three-dimensional structure characterized in that the heating temperature is not less than the melting point of the constituent layer forming particles and not more than the melting point of the support layer forming particles contained in the fluid composition forming the support layer. Manufacturing method.
前記結合工程は、前記構成層及び前記支持層を加熱することにより行われ、
該加熱温度は、前記構成層形成用粒子の焼結温度以上であり、前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の焼結温度以下であ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 any one of claims 4 to 7,
The bonding step is performed by heating the constituent layer and the support layer,
The heating temperature is equal to or higher than the sintering temperature of the constituent layer forming particles and is equal to or lower than the sintering temperature of the support layer forming particles contained in the fluid composition forming the support layer. A manufacturing method of a three-dimensional structure.
前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子の粒径は、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子の粒径よりも小さい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 any one of claims 1 to 9,
The particle size of the support layer forming particles contained in the flowable composition forming the support layer is smaller than the particle size of the component layer forming particles contained in the flowable composition forming the component layer. The manufacturing method of the three-dimensional structure characterized by this.
前記支持層を形成する前記流動性組成物に含まれる支持層形成用粒子はシリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコンの少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であり、前記構成層を形成する前記流動性組成物に含まれる構成層形成用粒子はアルミ、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼の少なくともいずれか1つの成分を含む粒子であ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 any one of claims 1 to 10,
The particles for forming a support layer contained in the flowable composition forming the support layer are particles containing at least one component of silica, alumina, titanium oxide and zircon oxide, and the fluid forming the constituent layer The constituent layer forming particles contained in the composition are particles containing at least one component of aluminum, titanium, iron, copper, magnesium, stainless steel, and maraging steel. Production method.
前記制御部は、三次元造形物の構成領域に対応する構成層と、前記構成層に接し該構成層を支持する支持層とを、前記支持層を形成する際の少なくとも一部の液滴が前記構成層を形成する際の少なくとも一部の液滴よりも小さくなるように形成するよう制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。 A discharge unit that discharges the fluid composition containing particles in the form of droplets, and a control unit that controls to form a layer by discharging droplets from the discharge unit,
The control unit includes a constituent layer corresponding to a constituent region of the three-dimensional structure, and a support layer that contacts the constituent layer and supports the constituent layer. An apparatus for producing a three-dimensional structure, wherein the apparatus is controlled so as to be smaller than at least some of the droplets when forming the constituent layer.
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