JP2016013621A - Three-dimensional molding apparatus and method for controlling three-dimensional molding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形装置、及び三次元造形装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a method for controlling the three-dimensional modeling apparatus.
三次元設計データに基づいて三次元造形物(以下、単に造形物という)を製造する三次元造形装置が、例えば特許文献1により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、溶融樹脂押し出し造形法など、様々な方式が提案され、製品化されている。 A three-dimensional modeling apparatus that manufactures a three-dimensional modeled object (hereinafter simply referred to as a modeled object) based on the three-dimensional design data is known from Patent Document 1, for example. As a method of such a three-dimensional modeling apparatus, various methods such as an optical modeling method, a powder sintering method, an ink jet method, and a molten resin extrusion modeling method have been proposed and commercialized.
溶融樹脂押し出し造形法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる溶融樹脂を射出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて溶融樹脂を射出しつつ溶融樹脂を積層させて造形物を得る。このような溶融樹脂押し出し造形法を用いた三次元造形装置において、複数色を備えた造形物を形成しようとする場合、異なる色彩の樹脂を複数の造形ヘッドを介して射出する。また、複数の材料を用いて1つの造形物を形成しようとする場合にも、その複数種類の材料のために複数の造形ヘッドが必要とされる。 In 3D modeling equipment that uses the molten resin extrusion molding method, a modeling head for injecting molten resin that is the material of the modeled object is mounted on a three-dimensional movement mechanism, and the modeling head is moved in the three-dimensional direction for melting. The molten resin is laminated while injecting the resin to obtain a shaped article. In a three-dimensional modeling apparatus using such a molten resin extrusion modeling method, when a modeled object having a plurality of colors is to be formed, resins of different colors are injected through a plurality of modeling heads. Moreover, also when it is going to form one modeling thing using a some material, a some modeling head is required for the several types of material.
しかし、そのような複数の造形ヘッドを有する装置の場合、稼働中の造形ヘッド以外の造形ヘッドから、残留した樹脂が漏れ出すことがあるという問題がある。そのような樹脂の漏れ出しは、造形物が設計データとは異なった性状となってしまうことに加え、稼働中の造形ヘッドがそのような漏れ出し部分と衝突し、造形物が破損又は倒壊するなどの問題を引き起こし得る。 However, in the case of an apparatus having such a plurality of modeling heads, there is a problem that residual resin may leak from a modeling head other than the operating modeling head. Such resin leakage causes the modeled object to have different properties from the design data, and the operating modeling head collides with such a leaked part, resulting in damage or collapse of the modeled object. May cause problems.
このような樹脂の漏れ出しに対処するため、漏れ出した樹脂を除去するためのブラシ又はワイパを備えた三次元造形装置が、例えば特許文献1等により提案されている。しかし、ブラシ等で漏れ出した樹脂を正確に除去することは難しく、またブラシ等で漏れ出した樹脂を除去する工程は、造形物の製造工程に要する時間を長くしてしまう。また、ブラシやワイパの占有面積により、装置が大型化するという問題もある。 In order to cope with such resin leakage, a three-dimensional modeling apparatus including a brush or a wiper for removing the leaked resin has been proposed, for example, in Patent Document 1 or the like. However, it is difficult to accurately remove the resin leaked with the brush or the like, and the process of removing the resin leaked with the brush or the like increases the time required for the manufacturing process of the molded article. In addition, there is a problem that the apparatus becomes large due to the area occupied by the brush and the wiper.
本発明は、漏れ出した樹脂を的確に処理して設計データに忠実な造形物を作成することが可能な三次元造形装置及びその制御方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the three-dimensional modeling apparatus which can process the leaked resin correctly, and can produce the modeling object faithful to design data, and its control method.
本発明に係る三次元造形装置は、造形物が載置される造形ステージと、
樹脂を溶融して吐出する複数の造形ヘッドとを備える。制御部は、前記複数の造形ヘッドの少なくとも1つを造形動作を行うための造形モードに設定し、他の造形ヘッドを、造形動作への移行を待機する待機モード又は停止状態に設定するよう構成される。そして制御部は、前記複数の造形ヘッドのうちの1の造形ヘッドの造形動作が終了した場合に、前記1の造形ヘッド中に残存している樹脂を押し出して前記造形物に埋め込む埋め込み動作を実行するよう構成される。
The three-dimensional modeling apparatus according to the present invention includes a modeling stage on which a model is placed,
And a plurality of modeling heads for melting and discharging the resin. The control unit is configured to set at least one of the plurality of modeling heads to a modeling mode for performing a modeling operation, and to set another modeling head to a standby mode or a stopped state for waiting for a transition to the modeling operation. Is done. Then, when the modeling operation of one modeling head among the plurality of modeling heads is completed, the control unit performs an embedding operation that extrudes the resin remaining in the one modeling head and embeds it in the modeled object. Configured to do.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態の三次元造形装置に含まれる3Dプリンタ100の概略構成を示す斜視図である。3Dプリンタ100は、図1に示すように、フレーム11と、XYステージ12と、造形ステージ13と、昇降テーブル14と、ガイドシャフト15とを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a
この3Dプリンタ100を制御する制御装置としてコンピュータ200が、この3Dプリンタ100に接続されている。また、3Dプリンタ100中の各種機構を駆動するためのドライバ300も、この3Dプリンタ100に接続されている。
A
フレーム11は、図1に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム11の4つの角部に、例えば4本のガイドシャフト15が、図1のZ方向、すなわち造形ステージ13の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト15は、後述するように昇降テーブル14を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト15の本数は4本には限られず、昇降テーブル14を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。造形ステージ13は、造形物Sが載置される台であり、具体的には、後述する造形ヘッドから吐出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。
As shown in FIG. 1, the
昇降テーブル14は、図1、及び図2に示すように、その4つの角部においてガイドシャフト15を貫通させており、ガイドシャフト15の長手方向(Z方向)に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル14は、ガイドシャフト15と接触するローラ34,35を備えており、このローラ34,35がガイドシャフト15上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル14はZ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル14は、図2に示すように、モータMzの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔(例えば0.1mmピッチ)で移動する。モータMzは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the elevating table 14 penetrates the
XYステージ12は、この昇降テーブル14の上面に載置されている。図3は、このXYステージ12の概略構成を示す斜視図である。XYステージ12は、枠体21と、Xガイドレール22と、Yガイドレール23と、フィラメントホルダ24A、24Bと、造形ヘッド25(25A、25B)と、造形ヘッドホルダHを備えている。Xガイドレール22は、その両端がYガイドレール23に嵌め込まれ、Y方向に摺動自在に保持されている。フィラメントホルダ24A、24Bは、造形物Sの材料となる熱可塑性樹脂(フィラメント)を保持し、造形ヘッド25A、25Bに供給するための容器である。フィラメントホルダ24A、24Bは、それぞれ異なる色又は材料の熱可塑性樹脂(フィラメント)を供給するものである。また、フィラメントは、図1では図示を省略するが、例えばフレーム11の上方に保持されたローラによって巻き取られる形で保持されており、必要に応じてフィラメントホルダ24A又は24Bに送られる。なお、以下の説明において、造形ヘッド25A、25Bを総称して「造形ヘッド25」と称することがある。
The
また、造形ヘッド25A、25Bは、フィラメントをフィラメントホルダ24A、24BからチューブTbを介して供給される。造形ヘッド25A、25Bは、いずれも造形ヘッドホルダHにより保持され、フィラメントホルダ24A、24Bと共にX,Yのガイドレール22に沿って移動可能に構成されている。造形ヘッド25A、25Bは、XY平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダHと共に移動可能とされていればよいが、XY平面においても、互いの位置関係が変更可能なように構成されていてもよい。
なお、図2及び図3では図示を省略するが、造形ヘッド25A、25BをXYテーブル12に対し移動させるためのモータMx、Myも、このXYステージ12上に設けられている。また、図示は省略されているが、造形ヘッド25A、25Bを造形ヘッドホルダHに対し上下方向(Z方向)に上昇・下降させるためのモータMrも、このXYテーブル12中に搭載されている。モータMx、My、Mrは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。造形ヘッド25A、25Bは、それぞれ異なる色のフィラメントを供給されるものとすることができる。あるいは、造形ヘッド25A、25Bは、例えばそれぞれ異なる材料のフィラメントを供給されるものとすることができる。なお、この実施の形態では、説明の簡単化のため、造形ヘッドの数を2個としているが、3個以上の造形ヘッドを有する装置に本発明が適用可能である。
The
Although not shown in FIGS. 2 and 3, motors Mx and My for moving the
図4は、造形ヘッド25A、25Bの構造の概略図である。造形ヘッド25A、25Bは、ヒータ26と、温度センサ27と、溶融樹脂保持部28と、吐出孔29とを備えている。ヒータ26は、造形ヘッド25A、25Bの温度を変化させるためのものである。また、温度センサ25は、造形ヘッド25A、25Bの所定箇所の温度(温度センサ25周囲の造形ヘッド25A、25Bの温度)を測定し、その測定結果をコンピュータ200に向けてフィードバックする。また、溶融樹脂保持部28は、前述したフィラメントが進入する部分である。溶融樹脂保持部28に進入したフィラメントがヒータ26により加熱されると、フィラメントは溶融し、溶融した熱可塑性樹脂が溶融樹脂保持部28内に溜まり、更に吐出孔29から外部に吐出される。
FIG. 4 is a schematic view of the structure of the modeling heads 25A and 25B. The modeling heads 25 </ b> A and 25 </ b> B include a
次に、図5のブロック図を参照してドライバ300の構造の詳細について説明する。ドライバ300は、CPU301、フィラメント送り装置302、ヘッド選択装置303、電流スイッチ304、漏れ監視センサ305、及びパルス発生器306を含んでいる。
Next, the details of the structure of the
CPU301は、コンピュータ200から入出力インタフェース307を介して各種信号を受信して、ドライバ300の全体の制御を行う。フィラメント送り装置302は、CPU301からの制御信号に従い、フィラメントの造形ヘッド25A、25Bに対する送り量(押し込み量又は退避量)を制御する。また、ヘッド選択装置303は、CPU301からの制御信号に応じて、造形ヘッド25A及び25Bのいずれかを選択する。選択された造形ヘッド25A又は25Bは、前述のモータMrが駆動することにより、動作位置に下降し、また造形動作終了後などにおいて退避位置まで上昇する。
The
電流スイッチ304は、ヒータ26に流れる電流量を切換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ304のスイッチング状態が切り替わることにより、ヒータ26に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド25A又は25Bの温度が変化する。また、漏れ監視センサ305は、前述の吐出孔29からの溶融樹脂の漏れ出しを検出し、その検出結果をCPU301に検出信号として出力する。検出信号を受けたCPU301は、この検出信号を各種制御に用いることができる。漏れ監視センサ305としては、光センサ、温度センサ、イメージセンサなど、様々な形式のセンサが使用し得る。また、パルス発生器306は、CPU301からの制御信号に従い、モータMx、My、Mzを制御するためのパルス信号を発生させる。
The
以上に説明した装置においては、複数個(図では2個)の造形ヘッド25A、25Bの各々は、造形動作を行うための造形モード、造形動作への移行を待機する待機モード、又は動作を停止し待機モードへの移行を待機する停止モードとのいずれかに設定される。モードの設定は、制御装置としてのコンピュータ200により、コンピュータ200に供給されたコンピュータプログラムに従ってなされる。
原則としては、複数個の造形ヘッドのうち、いずれか1個のみが造形モードに設定されるが、本発明はこれに限定されるものではなく、同時に複数個の造形ヘッドが造形モードに移行することも可能である。この実施の形態では、説明の簡単化のため、同時に造形モードになる造形ヘッドの数は1つであるとして説明をする。
In the apparatus described above, each of the plurality (two in the figure) of the modeling heads 25A and 25B stops the modeling mode for performing the modeling operation, the standby mode for waiting for the transition to the modeling operation, or the operation. And set to one of the stop modes for waiting for the transition to the standby mode. The mode is set by a
In principle, only one of the plurality of modeling heads is set to the modeling mode, but the present invention is not limited to this, and the plurality of modeling heads simultaneously shift to the modeling mode. It is also possible. In this embodiment, for simplification of description, it is assumed that the number of modeling heads that simultaneously enter the modeling mode is one.
造形モードが終了して待機モード又は停止モードに移行した造形ヘッド25がある場合、図6に示すように、その待機モード又は停止モードの造形ヘッド25から、その内部に残留した熱可塑性樹脂が外部に漏れ出し、これが造形物Sの上に落ちてしまう虞があった。溶融樹脂が造形物Sの上に落ちた場合、造形物Sは設計データとは異なる性状を有する。また、そのように造形物Sの上に落ちた溶融樹脂は、続いて行われる造形動作において支障となり、場合によっては造形物Sの破壊又は倒壊を引き起こすという問題があった。
When there is the
そこで、本実施の形態では、図7及び図8に示すような動作を行うことにより、このような残留した熱可塑性樹脂を処理して、造形物を設計データに忠実に形成することを可能にしている。以下、その処理動作に関して図7及び図8を参照して説明する。ここでは一例として、造形ヘッド25Aによる造形動作が終了し、もう1つの造形ヘッド25Bによる造形動作に移行する場合の動作を説明する。逆に、造形ヘッド25Bによる造形動作が終了し、もう1つの造形ヘッド25Aによる造形動作に移行する場合の動作もほぼ同様であるので、以下ではその説明を省略する。
Therefore, in the present embodiment, by performing the operations as shown in FIGS. 7 and 8, it is possible to process such remaining thermoplastic resin and form a model faithfully to the design data. ing. The processing operation will be described below with reference to FIGS. Here, as an example, the operation in the case where the modeling operation by the
造形ヘッド25Aによる造形動作が実行され、それが終了すると(図7のP1、図8のS11)、造形ヘッド25Aの温度は、造形動作中の造形温度T1から、残留した溶融樹脂の排出のための排出温度T2に設定され、これにより造形ヘッド25Aの温度は、排出温度T2に向けて変化を開始する。一方、造形ヘッド25Bの温度は、待機温度T3から造形温度T1に設定され、造形温度T1に向けて変化を開始する(図8のS12)。
造形ヘッドからの残留樹脂の漏れを抑制する目的の場合、造形温度T1は、例えば230℃程度の温度であり、排出温度T2は、例えば210℃程度の温度であり、造形温度T1よりも若干低い温度とするのが好適である。このような排出温度T2に設定がなされることにより、残留した溶融樹脂に適度な粘度が与えられ、溶融樹脂の漏れ出しを抑制し、後述する埋め込み処理を容易にすることができる。ただし、造形ヘッドからの排出を早めたい場合には、むしろ排出温度T2を造形温度T1よりも高い温度に設定することも可能であり、排出温度T2は、上述の数値に限定されるものではない。
When the modeling operation by the
For the purpose of suppressing leakage of residual resin from the modeling head, the modeling temperature T1 is a temperature of about 230 ° C., for example, and the discharge temperature T2 is a temperature of about 210 ° C., for example, which is slightly lower than the modeling temperature T1. The temperature is preferred. By setting the discharge temperature T2 as described above, an appropriate viscosity is given to the remaining molten resin, leakage of the molten resin can be suppressed, and an embedding process described later can be facilitated. However, if it is desired to expedite the discharge from the modeling head, it is possible to set the discharge temperature T2 to a temperature higher than the modeling temperature T1, and the discharge temperature T2 is not limited to the above-mentioned numerical values. .
続いて、図7のP2に示すように、造形動作が終了し待機動作に移行する造形ヘッド25Aから、フィラメントFaを退避させる(引き抜く)動作を行う(図8のS13)。この退避動作は、造形ヘッド25Aが前述の排出温度T2に上昇する前の時点で行われる。また、退避を行う距離は、例えば15mm程度である。この動作により、造形ヘッド25Aの吐出口29付近には、外部に排出されず残留した熱可塑性樹脂(以下、残留樹脂という)が残される。
Subsequently, as shown in P2 of FIG. 7, the operation of retracting (pulling out) the filament Fa is performed from the
次に、図7のP3に示すように、待機状態に移行した造形ヘッド25Aが、所定の退避位置まで上昇させられる(図8のS14)。この退避動作は、造形ヘッド25Aの残留熱の影響により、造形物Sの形状が変形するなどの影響を抑制するためである。なお、このときの退避距離は、例えば1mm程度とすることができる。
Next, as shown at P3 in FIG. 7, the
その後、造形ヘッド25Aが前述の排出温度T2に到達するまで待機する(図8のS15)。排出温度T2へ到達したか否かは、温度センサ27の検出信号により判定される。これに代えて、図示しないタイマの出力に従い、指定時間(例えば10秒)が経過したか否かを検知してもよい。これにより、溶融樹脂保持部28、及び吐出孔29付近に残留していた残留樹脂Frは、吐出孔29から排出され、吐出孔29の出口側に漏れ出す。
なお、残留樹脂が漏れ出した後は、造形ヘッド25Aの冷却が開始される。冷却は、自然冷却によっても良いし、図示しないペルチェ素子等により冷却してもよい。これにより、更なる残留樹脂の漏れ出し、及びフィラメントFaの更なる溶融が防止される。
Then, it waits until modeling
After the residual resin leaks out, cooling of the
このようにして、残留樹脂Frが吐出孔29の外部に漏れ出したら、図7のP5に示すように、再度造形ヘッド25Aを造形物Sに向けて1mm程度下降させ、造形ヘッド25Aと造形物Sとを接触させる。これにより、残留樹脂Frは造形物Sと接触する。
続いて、図7のP6に示すように、造形ヘッド25A内でフィラメントFaを吐出孔29の方向に押し出す(図8のS17)。フィラメントFaの押し出し距離は、例えば15mm程度である。これにより、吐出孔29付近に粘力により留まっていた残留樹脂Frが吐出孔29の外部に押し出され、造形物S側に吐出される。続いて、図7のP7に示すように、吐出後直ちに造形ヘッド25A内でフィラメントFaを上方へ退避させる(引き抜く)動作を実行する(図8のS18)。フィラメントFaの退避の距離は、例えばS17の押し出し距離と同様、15mm程度とすることができる。フィラメントFaの押し出しは、フィラメントFaの少なくとも一部がヒータ27による加熱位置まで押し出されるように実行される。押し出し後は、フィラメントFaの溶融を回避するため、フィラメントFaは直ちに加熱位置の外まで引き抜かれる。
その後、造形ヘッド25Aの温度は、待機モードに好適な待機温度T3に設定される(図8のS19)。待機温度T3は、前述の排出温度T2と同程度の温度でも良いが、排出温度T2よりも若干低い温度が好適である。一例として、排出温度T2が210℃の場合、待機温度T3が200℃程度が好適である。また、待機温度T3は、諸条件によっては造形温度T1と同程度の温度とされることも可能である。
When the residual resin Fr leaks out of the
Subsequently, as shown at P6 in FIG. 7, the filament Fa is pushed out in the direction of the
Thereafter, the temperature of the
続いて、図7のP8に示すように、造形物S上に押し出された残留樹脂Frを造形物S中に埋め込む埋め込み動作が実行される(図8のS20)。埋め込み動作は、造形ヘッド25の先端(吐出孔29)を造形物Sに接触させつつ、造形物Sの表面に沿って移動させることによって行われる。このときの造形ヘッド25の移動の軌跡は、例えば8の字状の軌跡とするのが好適である。このようなXY方向の移動動作を行うことにより、排出された残留樹脂Frを造形物Sの内部に埋め込みつつ、造形ヘッド25Aの先端に残った残留樹脂Frを造形物S側に付着させ、これにより残留樹脂Frが糸を引いて造形物Sの形状が想定外のものとなってしまうことが防止される。
Subsequently, as shown in P8 of FIG. 7, an embedding operation for embedding the residual resin Fr extruded onto the shaped object S in the shaped object S is performed (S20 in FIG. 8). The embedding operation is performed by moving the tip (discharge hole 29) of the
残留樹脂Frの埋め込み動作の終了後、図7のP9に示すように、造形ヘッド25Aは造形物Sから離間する方向へ上昇する(図8のS21)。その後、造形ヘッド25Aは、造形ヘッド25Bと共に次の造形位置に移動する(図7のP10、図8のS22)。
After the filling operation of the residual resin Fr is completed, the
次の造形位置への移動が完了すると、造形動作の対象とされる造形ヘッドが、造形ヘッド25Aから造形ヘッド25Bへと変更される(図8のS23)。なお、造形ヘッド25Aは、次の造形動作への移行のために待機モード(待機温度T3)に維持される。ただし、造形ヘッド25Aが長時間使用されないと判断される場合には、造形ヘッド25Aは待機モードから更に停止モード(停止温度T4)に移行する。なお、待機モード又は停止モードに移行した造形ヘッド25Aにおいては、フィラメントFaは上方に退避され、ヒータ27の加熱位置から離間した位置まで退避される。造形ヘッド25Bにおいても同様である。
一方、造形ヘッド25Bは、図8のS12において既に造形モード(造形温度T1)に設定されており、この造形ヘッド25Bが次の造形動作に用いられる。造形温度T1に造形ヘッド25Bが到達したと判定される場合、造形ヘッド25Bは造形物Sに向けて下降を開始する(図8のS24)。これと並行して、造形ヘッド25B内のフィラメントFbが吐出孔29に向けて押し出され(図8のS25)、これにより造形ヘッド25Bによる造形動作が開始される(図8のS26)。
なお、上記の手順は、残留樹脂の処理のための一例であり、残留樹脂の処理が的確に行われる限りにおいて、図8に示す手順とは異なる手順に変更することが可能である。例えば、図8では、S15における待機の際に、造形ヘッド25Aが排出温度T2に到達するまで待機したが、これに代えて又は加えて、造形ヘッド25Bが造形温度T1に到達するまで待機するように変更することも可能である。
When the movement to the next modeling position is completed, the modeling head that is the target of the modeling operation is changed from the
On the other hand, the
Note that the above procedure is an example for the treatment of the residual resin, and can be changed to a procedure different from the procedure shown in FIG. 8 as long as the treatment of the residual resin is performed accurately. For example, in FIG. 8, during the standby in S15, the process waits until the
[効果]
以上の動作によれば、造形ヘッド25Aから造形ヘッド25Bに造形動作の対象とされる造形ヘッドが切り替えられる場合において、造形動作が終了した造形ヘッド25Aから漏れ出す残留樹脂Frの影響を受けることなく造形物Sの造形を行うことができる。すなわち、漏れ出した樹脂を的確に処理して設計データに忠実な造形物を作成することが可能な三次元造形装置を提供することができる。
[effect]
According to the above operation, when the modeling head to be subjected to the modeling operation is switched from the
図9は、本実施の形態の三次元造形装置において、造形ヘッドが造形モード、待機モード及び停止モードの間を遷移する様子を示す遷移図である。図9に示すように、本実施の形態では、造形モードにある造形ヘッドは、上述したようなモード遷移処理により一旦待機モードに移行し、待機モードを経由して停止モードに移行する。また、停止モードにある造形ヘッドは、いったん待機モードに移行し、待機モードを経由して造形モードに移行する。停止モードにある造形ヘッドは、いきなり造形モードに移行することはあるが、造形モードにある造形ヘッドは、いきなり停止モードに移行することは禁止される。これは、前述した残留樹脂により造形物の形状が劣化することを防止するためである。 FIG. 9 is a transition diagram illustrating how the modeling head transitions between the modeling mode, the standby mode, and the stop mode in the three-dimensional modeling apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 9, in this embodiment, the modeling head in the modeling mode temporarily shifts to the standby mode by the mode transition process as described above, and shifts to the stop mode via the standby mode. In addition, the modeling head in the stop mode temporarily shifts to the standby mode, and then shifts to the modeling mode via the standby mode. The modeling head in the stop mode may suddenly shift to the modeling mode, but the modeling head in the modeling mode is prohibited from suddenly shifting to the stop mode. This is to prevent the shape of the model from being deteriorated by the residual resin described above.
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る三次元造形装置を、図10及び図11を参照して説明する。この第2の実施の形態の三次元造形装置の構造は、第1の実施の形態の構造(図1〜図4)と略同一である。ただし、この第2の実施の形態では、造形ヘッド25A及び25Bにおいて、残留樹脂Frが残留しているか否かを検知する残留検知センサ31が設けられており、これが第1の実施の形態と異なっている。残留検知センサ31は、例えばレーザ光源と光センサの組み合わせによって構成することができるが、その他様々な形式のセンサを用いることができる。
[Second Embodiment]
Next, a three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The structure of the 3D modeling apparatus according to the second embodiment is substantially the same as the structure according to the first embodiment (FIGS. 1 to 4). However, in the second embodiment, the modeling heads 25A and 25B are provided with a residual detection sensor 31 that detects whether or not the residual resin Fr remains, which is different from the first embodiment. ing. The residual detection sensor 31 can be configured by, for example, a combination of a laser light source and an optical sensor, but various other types of sensors can be used.
次に、第2の実施の形態の三次元造形装置の造形動作の手順を、図11のフローチャートを参照して説明する。
まず、3Dプリンタ100の電源スイッチSWpが「ON」にされると(図8のS31)、造形ヘッド25A、25Bに対し初期動作が行われ、造形ヘッド25A及び25Bは、モータMrの動作により、それぞれの退避位置に移動する(S32)。
Next, the procedure of the modeling operation of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, when the power switch SWp of the
次に、造形ヘッド25A及び25Bは、同時に停止モード(停止温度T4)から待機モード(待機温度T3)に移行する(S33)。そして、前述の残留検知センサ31は、造形ヘッド25A及び25Bの内部に残留樹脂Frが残留しているか否かを判断する(S34)。残留樹脂Frが残存していると判断される場合には、造形ヘッド25A又は25Bの温度を排出温度T2に設定して残留樹脂Frを溶融し、第1の実施の形態(図7、図8)に示した処理手順と同様にして残留樹脂Frを排出し、埋め込み処理を実行する(S35)。
Next, the modeling heads 25A and 25B simultaneously shift from the stop mode (stop temperature T4) to the standby mode (standby temperature T3) (S33). Then, the above-described residual detection sensor 31 determines whether or not the residual resin Fr remains in the modeling heads 25A and 25B (S34). When it is determined that the residual resin Fr remains, the temperature of the
残留樹脂Frの処理が終了すると、造形ヘッド25A及び25Bは、次のリクエスト(制御信号)がコンピュータ200から受信されるまで待機モード(待機温度T3)のまま待機する(S36、S37)。なお、待機モードの上限時間が経過したことがタイマ(図示せず)により判断された場合には、造形ヘッド25A及び25bは停止モード(停止温度T4)に一旦移行する。再びコンピュータ200からリクエストが受信された場合には、待機モード(待機温度T3)に復帰する(S40〜42)。
When the processing of the residual resin Fr is completed, the modeling heads 25A and 25B wait in the standby mode (standby temperature T3) until the next request (control signal) is received from the computer 200 (S36, S37). If the timer (not shown) determines that the upper limit time of the standby mode has elapsed, the modeling heads 25A and 25b temporarily shift to the stop mode (stop temperature T4). When the request is received again from the
コンピュータ200からのリクエストに従い、造形ヘッド25A又は25Bが造形モード(造形温度T1)に移行し、その造形が中断することなく終了すると(S44〜S46)、第1の実施の形態と同様に、残留樹脂Frの処理が実行される。その後、造形ヘッド25A、25Bは、待機動作のための退避位置へ退避し、待機モードに移行する(S47〜S48)。その後、新たなリクエストがコンピュータ200から発せられるまで、待機モードが維持される。待機モードの上限時間が経過したことがタイマ(図示せず)により判断された場合には、造形ヘッド25A及び25bは停止モード(停止温度T4)に一旦移行する。再びコンピュータ200からリクエストが受信された場合には、待機モード(待機温度T3)に復帰する(S50〜53)。
When the
なお、造形動作開始後(S45)、造形動作が何らかの理由で中断した場合には中断動作が行われる(S61)。中断動作の内容は、例えば、フィラメントの退避動作、造形ヘッドの温度調整等を含むことができる。この中断動作が行われると、造形ヘッド25A、25Bは所定の退避位置まで退避する(S62)。そして、造形動作の再開が可能と判断されると、復帰動作が実行され(S63)、造形ヘッド25A、25Bは造形動作のための造形位置まで復帰し(S64)、造形動作が再開される。 When the modeling operation is interrupted for some reason after the modeling operation is started (S45), the interrupting operation is performed (S61). The content of the interruption operation can include, for example, a filament retracting operation, a temperature adjustment of the modeling head, and the like. When this interruption operation is performed, the modeling heads 25A and 25B are retracted to a predetermined retracted position (S62). When it is determined that the modeling operation can be resumed, a return operation is executed (S63), the modeling heads 25A and 25B return to the modeling position for the modeling operation (S64), and the modeling operation is resumed.
以上の動作が、造形動作の終了まで繰り返される。
以上説明した第2の実施の形態によれば、残留検知センサ31により残留樹脂Frの有無が検査され、その結果に応じて残留樹脂Frの処理が実行される。したがって、この第2の実施の形態によれば、残留樹脂Frの影響を更に軽減することが可能になる。
なお、図11の処理手順においては、電源投入の直後のみにおいて残留樹脂Frの有無が残留検知センサ31により検知される例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各造形ヘッドにおける造形動作の終了毎に、この残留検知センサ31による検知を実行することもできる。
The above operation is repeated until the modeling operation is completed.
According to the second embodiment described above, the presence or absence of the residual resin Fr is inspected by the residual detection sensor 31, and processing of the residual resin Fr is executed according to the result. Therefore, according to the second embodiment, it is possible to further reduce the influence of the residual resin Fr.
In the processing procedure of FIG. 11, the example in which the presence or absence of the residual resin Fr is detected by the residual detection sensor 31 only immediately after the power is turned on is shown, but the present invention is not limited to this, and each modeling The detection by the residual detection sensor 31 can be executed every time the modeling operation in the head is finished.
以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
100・・・3Dプリンタ、 200・・・コンピュータ、 300・・・ドライバ、 11・・・フレーム、 12・・・XYステージ、 13・・・造形ステージ、 14・・・昇降テーブル、 15・・・ガイドシャフト、21・・・枠体、 22・・・Xガイドレール、 23・・・Yガイドレール、 24A、24B・・・フィラメントホルダ、 25A、25B・・・造形ヘッド、 H・・・造形ヘッドホルダ、 26・・・ヒータ、 27・・・温度センサ、 28・・・溶融樹脂保持部、 29・・・吐出孔、 31・・・残留検知センサ、 34、35・・・ローラ、 301・・・CPU、 302・・・フィラメント送り装置、 303・・・ヘッド選択装置、 304・・・電流スイッチ、 305・・・漏れ監視センサ、 306・・・パルス発生器、 307・・・インタフェース。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
樹脂を溶融して吐出する複数の造形ヘッドと、
前記複数の造形ヘッドの少なくとも1つを造形動作を行うための造形モードに設定し、他の造形ヘッドを、造形動作への移行を待機する待機モード又は停止状態に設定するよう構成される制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数の造形ヘッドのうちの1の造形ヘッドの造形動作が終了した場合に、前記1の造形ヘッド中に残存している残留樹脂を押し出して前記造形物に埋め込む埋め込み動作を実行するよう構成された
ことを特徴とする三次元造形装置。 A modeling stage on which a model is placed;
A plurality of modeling heads for melting and discharging the resin;
A controller configured to set at least one of the plurality of modeling heads to a modeling mode for performing a modeling operation, and to set another modeling head to a standby mode or a stop state for waiting for a transition to the modeling operation. And
When the modeling operation of one modeling head among the plurality of modeling heads is completed, the control unit performs an embedding operation for extruding the residual resin remaining in the one modeling head and embedding it in the modeled object. A three-dimensional modeling apparatus characterized by being configured to execute.
前記第2温度は、前記第1温度よりも低い温度である
ことを特徴とする請求項3記載の三次元造形装置。 The first temperature is a temperature during the modeling operation,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 3, wherein the second temperature is lower than the first temperature.
前記制御部は、前記埋め込み動作において、前記1の造形ヘッドから樹脂材料としてのフィラメントを、前記ヒータの加熱位置まで押し出した後、直ちに加熱位置の外まで退避させる動作を実行する、請求項1記載の三次元造形装置。 The modeling head includes a heater for heating the resin,
The said control part performs the operation | movement which evacuates to the outside of a heating position immediately after pushing out the filament as a resin material from the said 1 modeling head in the said embedding operation to the heating position of the said heater. 3D modeling equipment.
前記制御部は、前記残留検知センサにより前記樹脂の残留が検知された場合に、前記埋め込み動作を実行する、請求項1記載の三次元造形装置。 The control unit further includes a residual detection sensor that detects whether or not resin remains in the modeling head,
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the controller performs the embedding operation when the residual resin is detected by the residual detection sensor.
樹脂を溶融して抽出する複数の造形ヘッドと、
前記複数の造形ヘッドの少なくとも1つを造形動作を行うための造形モードに設定し、他の造形ヘッドを、造形動作への移行を待機する待機モード又は停止状態に設定するよう構成される制御部と
を備え、
前記制御部は 前記複数の造形ヘッドのうちの1の造形ヘッドの造形動作が終了した場合に、前記1の造形ヘッドを前記造形モードから前記待機モード又は前記停止モードに移行させ、
前記造形モードと前記停止モードとの間の遷移は、前記待機モードを経由して行われる
ことを特徴とする三次元造形装置。 A modeling stage on which a model is placed;
A plurality of modeling heads for melting and extracting the resin;
A controller configured to set at least one of the plurality of modeling heads to a modeling mode for performing a modeling operation, and to set another modeling head to a standby mode or a stop state for waiting for a transition to the modeling operation. And
When the modeling operation of one modeling head among the plurality of modeling heads is completed, the control unit shifts the one modeling head from the modeling mode to the standby mode or the stop mode,
The transition between the modeling mode and the stop mode is performed via the standby mode.
前記三次元造形装置は、樹脂を溶融して抽出する複数の造形ヘッドを備え、
前記方法は、
前記複数の造形ヘッドの少なくとも1つを造形動作を行うための造形モードに設定し、他の造形ヘッドを、造形動作への移行を待機する待機モード又は停止状態に設定し、
前記複数の造形ヘッドのうちの1の造形ヘッドの造形動作が終了した場合に、前記1の造形ヘッド中に残存している残留樹脂を押し出して前記造形物に埋め込む埋め込み動作を実行する
ことを特徴とする三次元造形装置の制御方法。 A control method for a three-dimensional modeling apparatus,
The three-dimensional modeling apparatus includes a plurality of modeling heads that melt and extract a resin,
The method
At least one of the plurality of modeling heads is set to a modeling mode for performing a modeling operation, and the other modeling head is set to a standby mode or a stop state for waiting for a transition to a modeling operation,
When a modeling operation of one of the plurality of modeling heads is completed, an embedding operation is performed in which the residual resin remaining in the one modeling head is pushed out and embedded in the modeled object. The control method of the three-dimensional modeling apparatus.
The method according to claim 12, wherein the transition between the modeling mode and the stop mode is performed via the standby mode.
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