三维造型装置

文档序号:598051 发布日期:2021-05-28 浏览:14次 >En<

阅读说明:本技术 三维造型装置 (Three-dimensional modeling apparatus ) 是由 渡部学 冈本英司 角谷彰彦 藤森康司 中村和英 于 2020-11-24 设计创作,主要内容包括:本公开提供一种抑制三维造型物的表面变粗糙的情况的三维造型装置。本公开的通过将材料的层进行层叠而对三维造型物进行造型的三维造型装置具备:载物台;喷出部,其具有被形成有喷嘴孔的喷嘴面;移动部,其使载物台与喷嘴面之间的相对位置发生变化;控制部,其对移动部进行控制。控制部以使从喷出部喷出材料时的载物台或材料的层与喷嘴面之间的间隔G、和喷嘴面的外径Dp的关系满足下式(1)的方式来驱动移动部,所述式(1)为,Dp≤20×G+0.20[mm]。(The present disclosure provides a three-dimensional modeling apparatus that suppresses surface roughening of a three-dimensional modeled object. The disclosed three-dimensional modeling device for modeling a three-dimensional modeled object by laminating material layers includes: an object stage; an ejection section having a nozzle surface on which a nozzle hole is formed; a moving part which changes the relative position between the objective table and the nozzle surface; and a control unit for controlling the moving unit. The control unit drives the moving unit so that a relationship between a distance G between the stage or the material layer and the nozzle surface when the material is ejected from the ejection unit and an outer diameter Dp of the nozzle surface satisfies the following expression (1), wherein Dp is less than or equal to 20 XG &#43;0.20[ mm ].)

三维造型装置

技术领域

本公开涉及一种三维造型装置。

背景技术

专利文献1中,记载了一种将从喷嘴喷出的熔融材料层叠在造型台上,从而造型出三维造型物的装置。

在上述的装置中,通过在从喷嘴向载物台或者材料层之上喷出材料时缩小载物台或者材料层与喷嘴之间的间隔,从而能够造型出具有平滑的表面的三维造型物。但是,本申请的发明人们发现了如下情况,即,当缩小上述的间隔时,喷嘴会与造型中的三维造型物发生干涉,从而存在三维造型物的表面变粗糙的情况。

专利文献1:日本特开2018-187777号公报

发明内容

根据本公开的一个方式,提供一种通过将材料的层进行层叠而对三维造型物进行造型的三维造型装置。该三维造型装置具备:载物台;喷出部,其具有被形成有喷嘴孔的喷嘴面;移动部,其使所述载物台与所述喷嘴面之间的相对位置发生变化;控制部,其对所述移动部进行控制。所述控制部以使从所述喷出部喷出所述材料时的所述载物台或所述材料的层与所述喷嘴面的间隔G、和所述喷嘴面的外径Dp的关系满足下式(1)的方式来驱动所述移动部,所述式(1)为,Dp≤20×G+0.20[mm]

附图说明

图1为表示三维造型装置的概要结构的说明图。

图2为表示扁平螺旋件的结构的立体图。

图3为表示机筒的结构的顶视图。

图4为表示喷嘴的结构的立体图。

图5为表示造型处理的内容的流程图。

图6为示意性地表示三维造型物被造型的情况的说明图。

图7为图6中的VII-VII线剖视图。

图8为表示对三维造型物的尺寸精度的好坏进行调查的试验结果的表。

图9为表示样品S1的外观的图像。

图10为表示样品S10的外观的图像。

图11为表示样品S12的外观的图像。

图12为表示对三维造型物的尺寸精度的好坏进行调查的试验结果的曲线图。

图13为示意性地表示喷嘴与造型中的三维造型物发生干涉的情况的说明图。

具体实施方式

A.第一实施方式:

图1为,表示第一实施方式中的三维造型装置100的概要结构的说明图。在图1中,示出了沿着相互正交的X、Y、Z方向的箭头标记。X方向以及Y方向为,沿着水平方向的方向,Z方向为,沿着铅直方向的方向。即使在其他附图中,也适当地示出了沿着X、Y、Z方向的箭头标记。图1中的X、Y、Z方向和其他附图中的X、Y、Z方向表示相同的方向。

本实施方式中的三维造型装置100具备造型单元200、载物台300、移动部400和控制部500。造型单元200具有喷嘴面63,在所述喷嘴面63上设置有喷嘴孔62。三维造型装置100在控制部500的控制下,通过在使喷嘴面63与载物台300之间的相对位置发生变化的同时,从喷嘴孔62喷出造型材料,从而在载物台300上层叠造型材料层,进而造型出所希望的形状的三维造型物。另外,有时也将造型材料称为熔融材料。关于造型单元200的具体的结构,将在下文叙述。

载物台300具有与喷嘴面63对置的造型面310。在造型面310上,对三维造型物进行造型。在本实施方式中,造型面310被设置成,与水平方向也就是X、Y方向平行。载物台300被移动部400所支承。

移动部400使喷嘴面63与造型面310之间的相对位置发生变化。在本实施方式中,移动部400通过使载物台300移动,从而使喷嘴面63与造型面310之间的相对位置发生变化。本实施方式中的移动部400由通过三个电机所产生的动力而使载物台300在X、Y、Z方向这三个轴方向上进行移动的三轴定位器构成。各个电机在控制部500的控制下被驱动。另外,移动部400也可以被构成为,通过在不使载物台300移动而是使造型单元200移动,从而使喷嘴面63与造型面310之间的相对位置发生变化。此外,移动部400也可以被构成为,通过使载物台300和造型单元200这双方进行移动,从而使喷嘴面63与造型面310之间的相对位置发生变化。

控制部500由具备一个以上的处理器、主存储装置、实施与外部的信号的输入输出的输入输出接口的计算机构成。在本实施方式中,控制部500通过处理器执行读入到主存储装置上的程序或者命令,从而对造型单元200和移动部400的动作进行控制,由此执行用于对三维造型物进行造型的造型处理。在动作中,包括使造型单元200与载物台300之间的三维的相对位置变化的动作。另外,控制部500也可以由多个电路的组合来构成,而不是由计算机来构成。

造型单元200具备作为材料MR的供给源的材料供给部20、对材料MR进行塑化而使其成为造型材料的塑化部30、具有上文所述的喷嘴孔62以及喷嘴面63的喷出部60。“塑化”的含义是指,向具有热可塑性的材料施加热量而进行熔融的意思。此外,所谓“熔融”不仅是指,具有热可塑性的材料被加热至融点以上的温度而成为液状的意思,还指通过将具有热可塑性的材料被加热至玻璃化转变点以上的温度而使之软化,从而表现出流动性的意思。

材料供给部20将用于生成造型材料的材料MR供给至塑化部30。在本实施方式中,被形成为颗粒状的ABS树脂作为材料MR而被使用。在本实施方式中,材料供给部20作为对材料MR进行容纳的料斗而被构成。在材料供给部20的下方处,设置有对材料供给部20和塑化部30之间进行连接的供给通道22。被容纳在材料供给部20中的材料MR经由供给通道22而被供给至塑化部30。

塑化部30将从材料供给部20被供给的材料MR进行塑化而使之成为造型材料,并向喷出部60进行供给。塑化部30具备螺旋件壳体31、驱动电机32、扁平螺旋件40、机筒50和加热部58。螺旋件壳体31为,对扁平螺旋件40进行容纳的筐体。在螺旋件壳体31的下端部上固定有机筒50,并在由螺旋件壳体31和机筒50包围的空间中容纳有扁平螺旋件40。

扁平螺旋件40具有沿着其中心轴RX的方向的高度小于直径的大致圆柱形状。扁平螺旋件4以中心轴RX平行于Z方向的方式被配置在螺旋件壳体31内。扁平螺旋件40的上表面41侧与驱动电机32连接,通过驱动电机32所产生的转矩,从而使扁平螺旋件40在螺旋件壳体31内以中心轴RX为中心而进行旋转。扁平螺旋件40在与上表面41相反侧处,具有被形成有槽部45的槽形成面42。机筒50具有与扁平螺旋件40的槽形成面42相对置的螺旋件对置面52。在螺旋件对置面52的中央处,设置有与喷出部60连通的贯穿孔56。

图2为,表示扁平螺旋件40的结构的立体图。在图2中,为了易于理解技术,而以与图1上下颠倒的方式示出了扁平螺旋件40。在图2中,用单点划线示出了扁平螺旋件40的中心轴RX的位置。扁平螺旋件40的槽形成面42的中央部47作为连接槽部45的一端的凹陷而被构成。中央部47与在图1中所示出的机筒50的贯穿孔56相对置。中央部47与中心轴RX交叉。在本实施方式中,槽部45以从中央部47起朝向扁平螺旋件40的外周描绘弧线的方式呈涡状地延伸。槽部45也可以被构成为,呈螺旋状地延伸。在槽形成面42上,设置有构成槽部45的侧壁部并沿着各个槽部45而延伸的凸条部46。槽部45连续至被形成在扁平螺旋件40的侧面43上的材料导入口44为止。该材料导入口44为,接收经由材料供给部20的供给通道22而被供给的材料MR的部分。从材料导入口44被导入至槽部45内的材料MR,通过扁平螺旋件40的旋转而在槽部45内朝向中央部47被输送。

在图2中,示出了具有三个槽部45和三个凸条部46的扁平螺旋件40。被设置在扁平螺旋件40上的槽部45或凸条部46的数量并未被限定为三个。在扁平螺旋件40上,既可以仅设置有一个槽部45,也可以设置有两个以上的多个槽部45。此外,也可以结合槽部45的数量而设置任意数量的凸条部46。在图2中,示出了在三个部位处形成有材料导入口44的扁平螺旋件40。被设置在扁平螺旋件40上的材料导入口44的位置并未被限定为三个部位。在扁平螺旋件40上,既可以仅在一个部位处设置有材料导入口44,也可以在两个以上的多个位置处设置有材料导入口44。

图3为,表示机筒50的结构的顶视图。如上文所述那样,在螺旋件对置面52的中央处,形成有与喷出部60连通的贯穿孔56。在螺旋件对置面52的贯穿孔56的周围形成有多个引导槽54。各个引导槽54的一端与贯穿孔56连接,并从贯穿孔56朝向螺旋件对置面52的外周而呈涡状地延伸。各个引导槽54具有将造型材料向贯穿孔56引导的功能。另外,也可以不在螺旋件对置面52上设置引导槽54。

如图1所示那样,在机筒50中,埋入有用于对材料MR进行加热的加热部58。加热部58也可以不被埋入到机筒50中,而被配置在例如机筒50的下方处。在本实施方式中,加热部58通过接受电力的供给而发热的加热器而被构成。加热部58的温度通过控制部500而被控制。在槽部45内被输送的材料MR,通过由扁平螺旋件40的旋转而进行的剪切和来自加热部58的热而被塑化,从而成为膏状的造型材料。造型材料从贯穿孔56向喷出部60供给。

喷出部60喷出从塑化部30被供给的造型材料。喷出部60具备喷嘴61、流道65和开闭机构70。喷嘴61被设置在喷出部60的下端部上。喷嘴61具有上文所述的喷嘴面63和喷嘴孔62。流道65与机筒50的贯穿孔56和喷嘴孔62连通,并供造型材料从贯穿孔56朝向喷嘴孔62流动。流过流道65的造型材料将从喷嘴孔62被喷出。

图4为,表示喷嘴61的结构的立体图。在本实施方式中,喷嘴61具有以中心轴CL为中心的圆形的喷嘴面63、和以中心轴CL为中心的圆形的喷嘴孔62。在本实施方式中,喷嘴孔62的内径Dh为0.20mm,喷嘴面63的外径Dp为0.50mm。

如图1所示那样,开闭机构70对流道65进行开闭,从而对来自喷嘴孔62的造型材料的喷出进行控制。在本实施方式中,开闭机构70通过蝶阀而被构成。开闭机构70具备作为轴状部件的驱动轴72、根据驱动轴72的旋转而对流道65进行开闭的阀体73、和使驱动轴72进行旋转的阀驱动部74。

驱动轴72以与造型材料的流动方向交叉的方式被安装在流道65的中途处。在本实施方式中,驱动轴72以与Y方向平行的方式被安装,所述Y方向为,相对于流道65内的造型材料的流动方向而垂直的朝向。驱动轴72能够将沿着Y方向的中心轴设为中心而进行旋转。

阀体73为,在流道65内进行旋转的板状部件。在本实施方式中,阀体73通过将被配置在驱动轴72的流道65内的部位加工成板状而被形成。从垂直于其板面的方向观察阀体73时的形状,与被配置有阀体73的部位处的流道65的开口形状基本一致。

阀驱动部74在控制部500的控制下,使驱动轴72进行旋转。阀驱动部74例如通过步进电机而被构成。通过驱动轴72的旋转,从而阀体73在流道65内进行旋转。

当通过阀驱动部74而使阀体73的板面相对于流道65中的造型材料流动的方向而保持为垂直时,从流道65向喷嘴61的造型材料的供给被隔断,由此来自喷嘴61的造型材料的喷出将被停止。当通过阀驱动部74而使驱动轴72旋转,从而使阀体73的板面相对于流道65中的造型材料流动的方向而被保持为锐角时,将开始进行从流道65向喷嘴61的造型材料的供给,从而从喷嘴61喷出与阀体73的旋转角度相应的喷出量的造型材料。如在图1中所示出的那样,当通过阀驱动部74而使阀体73的板面相对于流道65中的造型材料流动的方向而被保持为平行时,将成为流道65的流道阻力最低的状态。在该状态下,来自喷嘴61的每单位时间的造型材料的喷出量成为最大。如此,开闭机构70能够对造型材料的喷出的打开与关闭进行切换,并且实现造型材料的喷出量的调节。

图5为,表示本实施方式中的造型处理的内容的流程图。该处理在由用户对被设置于三维造型装置100上的操作面板或与三维造型装置100连接的计算机实施了预定的开始操作的情况下,通过控制部500而被执行。

首先,控制部500在步骤S110中,取得用于对三维造型物进行造型的造型数据。造型数据是指,表示与针对载物台300的造型面310的喷嘴面63的移动路径、从喷嘴孔62向造型面310喷出造型材料的目标位置、或从喷嘴孔62喷出的造型材料的喷出量等有关的信息的数据。造型数据例如由与三维造型装置100连接的计算机中所安装的切片机软件所制作。切片机软件读取表示利用三维CAD软件或者三维CG软件而制作的三维造型物的形状的形状数据,并将三维造型物的形状分割为预定厚度的层,从而制作针对每层的造型数据。在被读取到切片机软件中的形状数据中,可使用STL形式或者AMF形式等数据。通过切片机软件而被制作的造型数据,通过G代码或者M代码等来表示。控制部500从与三维造型装置100连接的计算机、或USB存储器等的存储介质中取得造型数据。

接下来,在步骤S120中,控制部500开始进行造型材料的生成。控制部500通过对扁平螺旋件40的旋转、以及加热部58的温度进行控制,从而使材料MR塑化并生成造型材料。另外,造型材料在实施该处理的期间内,被持续生成。

图6为,示意性地表示三维造型物OB被造型的情况的说明图。图7为,图6中的VII-VII线剖视图。参照图5至图7,在步骤S130中,控制部500通过对移动部400进行控制而在使喷嘴面63与造型面310之间的相对位置发生变化的同时,从喷嘴孔62朝向造型面310的目标位置喷出造型材料,从而在造型面310上对三维造型物OB的第一层LY1进行造型。之后,在步骤S140中,控制部500对是否完成了三维造型物OB的全部层的造型进行判断。控制部500使用造型数据,从而能够对是否完成了三维造型物OB的全部层的造型进行判断。当在步骤S140中,并未被判断为完成了三维造型物OB的全部层的造型时,控制部500使处理返回至步骤S130,并且通过从喷嘴孔62朝向第一层LY1喷出造型材料,从而在第一层LY1上对第二层LY2进行造型。另一方面,当在步骤S140中,在被判断为完成了三维造型物OB的全部层的造型时,控制部500结束该处理。控制部500通过重复步骤S130的处理而层叠造型材料的层,从而对三维造型物OB进行造型,直至在步骤S140中判断为三维造型物OB的全部层的造型完成为止。

在本实施方式中,控制部500在造型处理中,以使间隔G与喷嘴面63的外径Dp之间的关系满足下式(1)、且使间隔G与喷嘴孔62的内径Dh之间的关系满足下式(2)、且使间隔G满足下式(3)的方式来驱动移动部400。

Dp≤20×G+0.20[mm]…(1)

0<G≤Dh…(2)

0.05[mm]≤G≤0.20[mm]…(3)

间隔G表示从喷嘴孔62喷出造型材料时的造型面310或者造型材料的层与喷嘴面63之间的间隔。在对第一层LY1进行造型的情况下,间隔G表示垂直于造型面310的方向上的造型面310与喷嘴面63之间的间隔。在对第n层LYn进行造型的情况下,间隔G表示垂直于造型面310的方向上的第n-1层LYn-1的上表面与喷嘴面63之间的间隔。在此,n为2以上的自然数。例如,在对第二层LY2进行造型的情况下,间隔G表示第一层LY1的上表面与喷嘴面63之间的间隔。在本实施方式中,控制部500以间隔G被保持为0.05mm的方式驱动移动部400。在造型数据中所表现的、与喷嘴面63相对于造型面310的移动路径有关的信息中,包含有与间隔G有关的信息,控制部500根据造型数据来驱动移动部400。与喷嘴面63的外径Dp和喷嘴孔62的内径Dh有关的信息,在制作造型数据时,由用户输入。控制部500以造型材料的线宽W被保持为0.30mm的方式对喷出量进行控制。在本实施方式中,如上文所述那样,喷嘴孔62的内径Dh为0.20mm,喷嘴面63的外径Dp为0.50mm。因此,喷嘴面63的外径Dp满足下式(4)。

0.50[mm]≤Dp≤2.20[mm]…(4)

图8为,表示对三维造型物OB的尺寸精度的好坏进行调查的试验结果的表。在图8中,以从左边起顺序表示了喷嘴孔62的内径Dh、喷嘴面63的外径Dp、间隔G、线宽W、表面粗糙度Rz、尺寸精度的好坏。在该试验中,使用三维造型装置100,以使喷嘴面63的外径Dp和间隔G的组合不同的方式而对15种三维造型物OB的样品S1~S15进行造型,并对各个样品S1~S15的尺寸精度的好坏进行了调查。各个样品S1~S15以一边长度为10mm的立方体形状为目标形状来进行了造型。在各个样品S1~S15的材料中,使用了颗粒状的ABS树脂。在造型材料的层的上表面的温度被保持为摄氏105度的状态下,向造型材料的层的上表面喷出造型材料,从而对各个样品S1~S15进行造型。表面粗糙度Rz通过在JIS B 0601:2013中所规定的最大高度来表示。在表面粗糙度Rz中,使用了通过光干渉方式的三维测量仪来对立方体形状的各个样品S1~S15的侧面部分进行测量而得到的值。关于三维测量仪,使用了Keyence公司制的VR-3000。关于尺寸精度的好坏,在于各个样品S1~S15中未发现能够以肉眼目视确认的明显的形状的崩塌的情况下,作为尺寸精度良好的情况而标示了“OK”的文字,在于各个样品S1~S15中发现了能够以肉眼目视确认的明显的形状的崩塌的情况下,作为尺寸精度并不良好的情况而标示了“NG”的文字。

图9为表示样品S1的外观的图像。图10为表示样品S10的外观的图像。图11为表示样品S12的外观的图像。如在图9以及图10中所表示的那样,样品S1以及样品S10具有平滑的表面,并且在样品S1以及样品S10上并未存在能够以肉眼目视确认的明显的形状的崩塌。如在图11中所表示的那样,样品S12具有像起毛一样的粗糙的表面,并且在样品S12上存在有能够以肉眼目视确认的明显的形状的崩塌。该试验的结果为,在样品S1~S11上没有发现能够以肉眼目视确认的明显的形状的崩塌。另一方面,在样品S12~S15上发现了能够以肉眼目视确认的明显的形状的崩塌。也就是说,样品S1~S11的尺寸精度是良好的,但样品S12~S15的尺寸精度并不是良好的。另外,对于样品S1~S3而言,则省略了表面粗糙度Rz的测量。对于样品S12~S15而言,由于形状的崩塌较为显著,因此无法测量表面粗糙度Rz。

图12为,表示对三维造型物的尺寸精度的好坏进行调查的试验结果的曲线图。横轴表示喷嘴面63的外径Dp。纵轴表示间隔G。在图12中,示出了各个样品S1~S15被造型时的喷嘴面63的外径Dp与间隔G之间的关系。在图12中,尺寸精度良好的样品S1~S11用“○”标记来进行表示,尺寸精度并不良好的样品S12~S15用“×”标记来进行表示。图12中的包含直线LN的线上的、与直线LN相比靠上侧的区域为,间隔G和喷嘴面63的外径Dp的关系满足上式(1)的区域。在间隔G和喷嘴面63的外径Dp的关系满足上式(1)的情况下,能够尺寸精度良好地对三维造型物OB进行造型。

图13为,示意性地表示喷嘴61与造型中的三维造型物OB发生干涉的情况的说明图。喷嘴61以喷嘴面63平行于载物台300的造型面310的方式被设置。但是,由于对喷嘴面63进行加工时的加工精度、或对喷嘴61进行组装时的组装精度等的原因,在喷嘴面63与造型面310之间不可避免地会产生倾斜θ。因此,当间隔G与喷嘴面63的外径Dp之间的关系变得不满足上式(1)时,在对三维造型物OB的第n层LYn进行造型时,喷嘴面63与第n-1层LYn-1发生干涉的可能性、或喷嘴面63与已经被造型的第n层LYn的一部分发生干涉的可能性会变高。例如,在喷嘴面63与第n-1层LYn-1发生干涉的情况下,存在如下可能性,即,构成第n-1层LYn-1的造型材料像图13中用箭头标记所表示的那样被向外侧挤出,从而使三维造型物OB的表面变得粗糙的可能性。

根据上文所说明的本实施方式的三维造型装置100,由于控制部500以间隔G与喷嘴面63的外径Dp之间的关系满足上式(1)的方式来驱动移动部400,因此能够抑制喷嘴面63与造型中的三维造型物OB发生干涉的情况。因此,能够抑制三维造型物OB的表面变粗糙的情况。

此外,在本实施方式中,由于控制部500以喷嘴孔62的内径Dh与间隔G之间的关系满足上式(2)的方式来驱动移动部400,因此能够在通过喷嘴面63而将被喷出在造型面310与喷嘴面63之间或者造型材料的层与喷嘴面63之间的造型材料压碎的同时进行造型。故此,由于能够减小造型材料的层的厚度,因此能够对具有平滑的表面的三维造型物OB进行造型。

此外,在本实施方式中,由于控制部500以间隔G满足上式(3)的方式来驱动移动部400,因此能够对具有平滑的表面的三维造型物OB进行造型。

此外,在本实施方式中,由于以喷嘴面63的外径Dp满足上式(4)的方式来构成喷嘴61,因此即使在喷嘴面63相对于造型面310而倾斜了的情况下,也能够抑制间隔G变小的情况。因此,能够降低喷嘴61与造型中的三维造型物OB发生干涉的可能性。

另外,虽然在本实施方式中,作为材料MR使用了颗粒状的ABS树脂,但作为在造型单元200中所使用的材料MR,例如也能够采用以具有热可塑性的材料、金属材料、陶瓷材料等的各种材料为主材料而对三维造型物进行造型的材料。在此,“主材料”的含义是指,成为形成三维造型物的形状的中心的材料,并且是指在三维造型物中占有重量百分比50%以上的含有率的材料。上文所述的造型材料中,包含有将这些主材料以单体形式熔融而得到的材料、或和主材料一起被含有的一部分的成分熔融而成为膏状的材料。

在作为主材料而使用具有热可塑性的材料的情况下,在塑化部30中,通过使该材料塑化,从而生成造型材料。“塑化”的含义是指,向具有热可塑性的材料施加热量而进行熔融的意思。此外,“熔融”也是指,通过将具有热可塑性的材料加热至玻璃化转变点以上的温度而使其软化,由此显出流动性的意思。

作为具有热可塑性的材料,例如可以使用将下述的任意一个或者两个以上进行组合而得到的热可塑性树脂材料。

热可塑性树脂材料的示例

聚丙烯树脂(PP)、聚乙烯树脂(PE)、聚甲醛树脂(POM)、聚氯乙烯树脂(PVC)、聚酰胺树脂(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物树脂(ABS)、聚乳酸树脂(PLA)、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚碳酸酯(PC)、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯合成纤维等的通用工程塑料、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)等的工程塑料。

在具有热可塑性的材料中,除了颜料、金属、陶瓷之外,还可以混入有蜡、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂等的添加剂等。具有热可塑性的材料在塑化部30中,通过扁平螺旋件40的旋转和加热部58的加热而被塑化并被转化为熔融了的状态。此外,以这种方式生成的造型材料在从喷嘴孔62被喷出之后,通过降低温度而固化。

优选为,具有热可塑性的材料在被加热至其玻璃化转变点以上而完全熔融了的状态下,从喷嘴孔62被喷出。另外,“完全熔融了的状态”的含义是指,不存在未熔融的具有热可塑性的材料的状态的意思,例如,在将颗粒状的热可塑性树脂用作材料时,是指未残留有颗粒状的固态物的状态的意思。

在造型单元200中,代替上文所述的具有热可塑性的材料,例如,也可以将以下的金属材料作为主材料来使用。在该情况下,优选为,在将下述的金属材料制成粉末状的粉末材料中混合在造型材料的生成时发生熔融的成分,并将其投入到塑化部30中。

金属材料的示例

镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)或铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单一的金属、或者包含一个以上这些金属在内的合金。

合金的示例

马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼合金、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金。

在造型单元200中,代替上述的金属材料,也可将陶瓷材料作为主材料来使用。作为陶瓷材料,例如,能够使用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆等的氧化物陶瓷、或氮化铝等的非氧化物陶瓷等。在作为主材料而使用如上文所述的金属材料或陶瓷材料的情况下,被配置在载物台300上的造型材料也可以通过例如由激光的照射或热风等实现的烧结而被固化。

被投入至材料供给部20的金属材料或陶瓷材料的粉末材料也可以为,将单一的金属粉末或合金粉末、陶瓷材料的粉末进行多种类混合而得到的混合材料。此外,金属材料或陶瓷材料的粉末材料,例如可以通过在上文中所例示的热可塑性树脂、或者除此之外的热可塑性树脂来实施涂敷。在该情况下,在塑化部30中,其热可塑性树脂也可以熔融而显出流动性。

在被投入至材料供给部20的金属材料或陶瓷材料的粉末材料中,例如也能够添加以下这样的溶剂。溶剂能够将从下述的溶剂中选择的一种或者两种以上组合在一起来使用。

溶剂的示例

水;乙二醇一甲基醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等的(聚)亚烷基二醇单烷基醚类;乙酸酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等的乙酸酯类;苯、甲苯、二甲苯等的芳香烃类;甲基乙基酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基正丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等的酮类;乙醇、丙醇、丁醇等的醇类;乙酸四烷基铵类;甲亚砜、二乙基亚砜等的亚砜系溶剂;吡啶、γ-甲吡啶、2,6-二甲基吡啶等的吡啶系溶剂;乙酸四烷基铵(例如,乙酸四丁铵等);乙酸丁基卡必醇等的离子液体等。

除此之外,也能够在被投入到材料供给部20的金属材料或陶瓷材料的粉末材料中,添加例如下文所述的粘合剂。

粘合剂的示例

丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮树脂、纤维素系基脂或其他的合成脂或者PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)又或者其他热可塑性树脂。

B.其他实施方式:

(B1)在上述的第一实施方式的三维造型装置100中,控制部500以使间隔G与喷嘴孔62的内径Dh之间的关系满足上述的式(2)的方式来驱动移动部400。相对于此,控制部500也可以不以满足式(2)的方式来驱动移动部400。

(B2)在上述的第一实施方式的三维造型装置100中,控制部500以使间隔G满足如上所述的式(3)的方式来驱动移动部400。相对于此,控制部500也可以不以满足式(3)的方式来驱动移动部400。

(B3)在上述的第一实施方式的三维造型装置100中,以喷嘴面63的外径Dp满足上述的式(4)的方式来构成喷嘴61。相对于此,也可以不以喷嘴面63的外径Dp满足式(4)的方式来构成喷嘴61。

(B4)上述的第一实施方式的三维造型装置100也可以具备多个造型单元200。例如,三维造型装置100也可以采用如下方式,即,具备两个造型单元200,并从一个造型单元200的喷嘴孔62喷出造型材料,从另一个造型单元200的喷嘴孔62喷出用于对造型中的三维造型物OB的形状进行保持的支承材料。在这种情况下,控制部500通过移动部400而使各个造型单元200的喷嘴面63与造型面310之间的相对位置变化。控制部500以使从各个造型单元200的喷嘴孔62喷出造型材料或支承材料时的、造型面310或造型材料的层或者支承材料的层与喷嘴面63之间的间隔G和喷嘴面63的外径Dp之间的关系满足上述的式(1)的方式来驱动移动部400。喷嘴孔62的内径Dh、喷嘴面63的外径Dp、以及间隔G也可以根据每个造型单元200而有所不同。

(B5)在上述的第一实施方式的三维造型装置100中,塑化部30具备扁平的圆柱状的扁平螺旋件40和具有平坦的螺旋件52对置面的机筒50。相对于此,塑化部30也可以具备在长条的轴部件的侧面上形成有螺旋状的槽部的螺旋件、和具有与槽部对置的圆筒状的螺旋件对置面的机筒。此外,三维造型装置100也可以不是利用扁平螺旋件40的旋转来使材料塑化的方式,而是FDM方式(热熔解层叠方式)。

C.其他方式:

本公开并不限于上述的实施方式,在不脱离其主旨的范围内,能够以各种各样的方式来实现。例如,本公开也可以通过以下方式来实现。为了解决本公开的课题的一部分或全部、或者为了实现本公开的效果的一部分或全部,与下文所记载的各个方式中的技术特征相对应的上述实施方式中的技术特征能够适当地进行替换或组合。此外,如果该技术特征在本说明书中并未作为必须的特征而被说明,则能够适当地删除。

(1)根据本公开的一个方式,提供一种通过将材料的层进行层叠而对三维造型物进行造型的三维造型装置。该三维造型装置具备:载物台;喷出部,其具有被形成有喷嘴孔的喷嘴面;移动部,其使所述载物台与所述喷嘴面的相对位置发生变化;控制部,其对所述移动部进行控制。所述控制部以使从所述喷出部喷出所述材料时的所述载物台或所述材料的层与所述喷嘴面的间隔G、和所述喷嘴面的外径Dp的关系满足下式(1)的方式来驱动所述移动部。

Dp≤20×G+0.20[mm]…(1)

根据该方式的三维造型装置,能够抑制喷嘴与造型中的三维造型物发生干涉,从而使三维造型物的表面变粗糙的情况。

(2)在上述方式的三维造型装置中,也可以采用如下方式,即,所述控制部以使所述喷嘴孔的内径Dh和所述间隔G的关系满足下式(2)的方式来驱动所述移动部。

0<G≤Dh…(2)

根据该方式的三维造型装置,由于能够在通过喷嘴面而将被喷出至载物台与喷嘴面之间或者材料的层与喷嘴面之间的材料压碎的同时进行造型,因此能够对具有平滑的表面的三维造型物进行造型。

(3)在上述方式的三维造型装置中,也可以采用如下方式,即,所述控制部以使所述间隔G满足下式(3)的方式来驱动所述移动部。

0.05[mm]≤G≤0.20[mm]…(3)

根据该方式的三维造型装置,能够对具有平滑的表面的三维造型物进行造型。

(4)在上述方式的三维造型装置中,也可以采用如下方式,即,所述喷出部被构成为,所述喷嘴面的外径Dp满足下式(4)。

0.50[mm]≤Dp≤2.20[mm]…(4)

根据该方式的三维造型装置,即使在喷嘴面相对于载物台而倾斜了的情况下,也能够抑制喷嘴与造型中的三维造型物发生干涉的情况。

本公开也能够以三维造型装置以外的各种方式来实现。例如,能够以三维造型装置的控制方法、三维造型物的造型方法等方式来实现。

符号说明

20…材料供给部;22…供给通道;30…塑化部;31…螺旋件壳体;32…驱动电机;40…扁平螺旋件;41…上表面;42…槽形成面;43…侧面;44…材料导入口;45…槽部;46…凸条部;47…中央部;50…机筒;52…螺旋件对置面;54…引导槽;56…贯穿孔;58…加热部;60…喷出部;61…喷嘴;62…喷嘴孔;63…喷嘴面;65…流道;70…开闭机构;72…驱动轴;73…阀体;74…阀驱动部;100…三维造型装置;200…造型单元;300…载物台;310…造型面;400…移动部;500…控制部。

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