JPH07108610A - 立体造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製品の開発過程で、立体造形装置によって作
られる造形物は、失敗作や不用品等が出る事も多く、こ
れを直ちに原材料として再利用できるようにする。 【構成】 熔融性の原材料２０を熔融炉２２で予め熔融
しておき、フレキシブル加熱パイプ７を介してノズル６
へ供給し、該ノズル６を三次元情報を記憶、処理するコ
ンピュータ２８の制御情報により基準面２に対して、
Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動しながら順次熔融した原材料を吐
出し、積層固着して物体の輪郭を形成するように構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属鋳物、工業部品、
あるいはプラスチック成形加工における原型の製作過程
あるいは少量生産の製品製造に、コンピュータによる三
次元ＣＡＤ情報によって立体造形物を形成する立体造形
装置に関する。また、この立体造形装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】三次元ＣＡＤの立体造形法として、光硬
化樹脂を用いて行なう方法があり、例えば、特開平２−
３６９２５号（スリーディ・システムズ社）、特開平２
−３６９２６号（キュビタル社）、特開平２−７８５３
１号（三井造船社）等の各公報にその開示がある。

【０００３】これらは、液体の樹脂に光（主に紫外線）
を当てると硬化する性質を利用し、コンピュータにより
制御された光（レーザー光）を照射することによって必
要部のみ層状に硬化させたものを積層することにより立
体造形物を形成するものである。

【０００４】また、特公平５−１１７５１号（山梨県）
では、固形物である糸状の熔融性の原材料を用いて、こ
れを供給してノズル部でこれを加熱熔融して連続して吐
出し、積層固着して立体成形する装置が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光硬化樹脂は、主に紫
外線を照射すると硬化する樹脂で、これは特殊な樹脂で
あるために高価であり、また、その性質を維持している
保存期間も短く、高価な原因ともなっている。この光硬
化樹脂を用いる方法により成形された造形物は、失敗作
だからといって、再び原料として再利用することは、こ
の樹脂の性質上不可能である。

【０００６】製品の開発過程で作られるプラスチック材
料等による試作のための造形物は、失敗作や不用品等が
出る事も多く、これを産業廃棄物として処理しなければ
ならないので、地球環境の点からも、エネルギー的な点
からも好ましい事ではない。長期間の保存中にも安定で
あり、安価な樹脂が利用でき、しかも原材料の樹脂を容
易に再利用できる方法と装置の出現が期待されている。

【０００７】前記の特公平５−１１７５１号公報に記載
してある方法は、熔融性の原材料を使用している関係で
原理的には、該原材料を再使用することが可能である
が、該原材料を細線化加工を行ったものを利用する関係
から、実際に装置を使用しているユーザーの現場におい
ては、不良品や不要品となったものをそのまま原材料と
して再利用することはできない。

【０００８】以上のような問題点に鑑みて、 安価な
材料が使えること。 不良品や不要品を原材料として
容易に再利用できるようにすること。等を可能にするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】熔融性の原材料を熔融す
る熔融部と熔融した該原材料を送出する送出部と、同じ
く熔融した該原材料を輸送するフレキシブル加熱パイプ
と、この熔融した該原材料を吐出するノズルを付設し、
該ノズル６あるいは基準面２を、三次元情報を記憶、処
理するコンピュータ２８の制御情報により基準面２ある
いは該ノズル６に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動
しながら順次熔融した原材料を吐出し、積層固着して物
体の輪郭を形成することを特徴とする立体造形装置を提
供するものである。

【００１０】

【作用】本発明は次のように作用する。特定の形状に加
工しない、すなわち任意の形状の熔融性の原材料を熔融
する熔融部の熔融炉２２で熔融させ、熔融した該原材料
を、同じく熔融部にある駆動部２０により加圧送出し、
冷却しないように加熱保温されたフレキシブル加熱パイ
プ７と、その先に取付けられた該原材料を吐出するノズ
ル６より熔融した原材料を吐出させる。

【００１１】該ノズル６は、三次元の立体造形物の情報
を記憶保持しているコンピュータ２８により制御部２７
を介して制御され、立体造形物を構成する基準面２に対
して、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動しながら、熔融した原材料
を吐出し、吐出された該原材料は、直ちに流体冷却物に
より冷却されるので凝固する。

【００１２】これをＸ，Ｙ方向の平面に順次配列吐出し
て平面層状に成形し、さらに順次Ｚ方向に積み上げるこ
とにより立体造形物を作り上げていく。なお、主に三次
元ＣＡＤにより作り上げられた立体造形物の、本製造過
程で必要な支柱、あるいは固定用支線も情報として立体
造形物の情報に加えておく必要がある。そして、この支
柱、支線も前記の熔融性の原材料により、立体造形物と
ともに成形していく。

【００１３】また、熔融性の原材料の種類は多種あり、
熱可塑性樹脂でもその種類は多種あり、それぞれの融
点，粘度，比重，比熱が異なり、場合によってはこれ等
の樹脂に有機，無機の粉末の混合物を入れて、その性質
をいろいろ変更することも可能である。

【００１４】このため熔融した原材料をノズルより吐出
後の冷却固化するときに、立体造形物を作りだす基準面
２を含む空間に、液体、または各種の不活性気体を置
き、これを温度制御がなされた空間として、熔融した原
材料を吐出して成形した立体造形物を早期に冷却するこ
とも必要になる。

【００１５】さらに、熔融した原材料をノズル６より吐
出した直後の立体造形物に冷却用の気体を吹付け、また
は液体を噴霧状にして吹付ける等の冷却方法があり、こ
れらは、熔融した原材料の特性に合った冷却方法を選択
する必要があることも判明した。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
るが、この実施例は、本発明を説明するための実施例で
あって、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。図１に本実施例のブロック図を示す。図２は本発明
の立体造形装置の斜視図である。三次元ＣＡＤによって
作成（図示せず）された三次元の立体造形物のデータ
を、本システムを駆動するコンピュータ２８のメモリー
にデータ入力手段（ＦＤによる入力手段と、回線による
データ送信手段を含む）により取込み、これを処理し、
製品のオーバーハング部等の補助支柱データを付け加え
た後、断面情報として、Ｘ，Ｙ駆動部に加えてそれぞれ
のモータ１１，１２を駆動し、ノズル６を水平方向に動
かして、熔融した原材料を吐出しながら平面形状を作成
する。

【００１７】熔融性の原材料２１を熔融する熔融炉２２
内に入れ、これをヒータ１８により加熱し、熔融した原
材料を送出する駆動部２０にモータと、スクリュー１９
により圧送し、フレキシブル加熱パイプ７によりノズル
６へ送る。このフレキシブル加熱パイプ７も別のヒータ
１７により加熱されているが、これは制御部２７により
熱駆動部２３を制御することにより、熔融炉２２ととも
に厳密な温度コントロールがなされてあるので、熔融し
た原材料に見合った適温となっている。

【００１８】前記のノズル６から吐出された原材料が均
一に冷却固化するため、細い線状の吐出物を目的の吐出
位置にくるいを生じせしめないで冷却させなければなら
ない。この冷却方法には、前記のように気体と液体によ
る方法がある。これは、原材料の比熱、熱伝達率、固化
潜熱等が関係し、気体による冷却は、冷却必要個所への
気体の移動速度が冷却効率を高めるが、またこれはノズ
ル６より吐出する熔融した原材料の太さが関係し、該原
材料の吐出位置精度を左右する。

【００１９】図３は別の実施例の斜視図である。本実施
例は熔融した原材料を冷却する手段として液体を利用す
るものである。同図に示すように温度コントロールされ
た液体を満し、立体造形物の頂部の平面成形部のみが液
面にのぞくように液面の高さをコントロールしながら冷
却する方法であり、使用液体は水、油等と、これに加え
て用途に合わせた混合物も使用することが出来る。

【００２０】この図３の実施例では一平面の形成が終了
するとＺ方向にノズル６を移動するように構成したが、
図２に示す実施例のように、ノズル６のＺ方向の位置は
一定とし、基準面２をＺ方向に移動してもよい。そして
次の形成に移るが、図３の実施例のように、原材料を冷
却する手段として液体を用いる場合は、その液面の高さ
も立体造形物の次の面を形成するに適した位置へと制御
部２７により制御される。

【００２１】また、気体による冷却の場合には、ノズル
６の移動に合わせながら、該ノズル６から吐出する線状
の原材料の吐出位置をくるわせないように少し後をなぞ
って気体の流速をコントロールしながら冷却を行う必要
がある。

【００２２】熔融した原材料をノズル６から吐出制御す
る場合には、吐出用のマグネット１４をコントロールす
ることにより弁１５をオン、オフして原材料の吐出を制
御することが出来る。

【００２３】Ｚ方向の移動は、立体造形物を固定してお
き、ノズル６を移動させる方法と、立体造形物をのせて
いる基準面２を移動して立体造形物を移動して順次平面
を積層していく方法があるが、これはどちらの方法であ
っても良い。図２の実施例は基準面２を移動させる方法
を示し、図３の実施例は支持手段の図示を省略してある
がノズル６を移動させる方法を示してある。

【００２４】図２は、マルチノズル方式を示すもので、
複数の熔融炉２２と駆動部とフレキシブル加熱パイプ７
及びノズル６を持つもので、異なった熔融性の原材料を
用いて積層造形していくものである。

【００２５】この複数のノズルを、コンピュータ２８の
ＣＡＤデータ情報に基づいた制御によりノズルキャッチ
９によって取り替えながら形成していくもので、各々の
原材料は材質の異なるものを用いる方法もあるし、同種
の原材料で色が異なるものを用いて着色も考慮しながら
造形を行うこともできる。

【００２６】

【発明の効果】本発明を実施することにより、次のよう
な優れた効果がある。 熔融性の原材料を熔融炉で熔融したものを送出する方
法を用いるので、造形試作をして失敗したり、不要とな
った物を、再度熔融炉に加えて熔融再利用が出来るの
で、ＣＲＴ画面で、あるいは図面上の２次元で検討する
ことが出来るとともに、失敗作や不要となったものは再
熔融して使用することにより、原材料代を安くするばか
りでなく、多量の産業廃棄物を発生させることなく製品
の試作を行うとが出来る。

【００２７】また、熱可塑性の原材料は、大量に生産
されている安価な材料のうち、より目的の立体造形物の
特性を考慮して自由に選択できる。この立体造形物を、
製品の模形としてでなく、実用性のある現物として作成
できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例の立体造形装置の斜視図であ
る。

【図３】別の実施例の立体造形装置の基準面に対する支
持手段を省略した斜視図である。

【符号の説明】 ２ 基準面 ６ ノズル ７ フレキシブル加熱パイプ ９ ノズルキャッチ １１，１２，１３ モータ １４ マグネット １５ 弁 １７，１８ ヒータ １９ スクリュー ２０ 駆動部 ２１ 原材料 ２２ 熔融炉 ２３ 熱駆動部 ２７ 制御部 ２８ コンピュータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熔融性の原材料を熔融する熔融部と、熔
   融した該原材料を送出する送出部と、この熔融した原材
   料を輸送するフレキシブル加熱パイプと、同じく熔融し
   た該原材料を吐出するノズルを設け、該ノズルあるいは
   基準面を三次元情報を記憶、処理するコンピュータの制
   御情報により、基準面あるいは該ノズルに対して相対的
   にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動しながら順次、熔融した該原材
   料を吐出することにより積層固着して立体造形物の輪郭
   を形成することを特徴とする立体造形物装置。
2. 【請求項２】 形成済の立体造形物を、冷却用の液体中
   に水没させながら新規作成積層部のみを、この冷却用の
   液体表面付近にあるように、前記の冷却用の液体の表面
   の位置を制御しながら、この液体中に立体造形物を形成
   することを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 【請求項３】 熔融した原材料を前記のノズルより吐出
   する場合に、該ノズルの先端部の吐出口近傍に該原材料
   を冷却するための冷却流体を噴出して冷却することを特
   徴とする請求項１に記載の立体造形装置。