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JP2018069570A - 3D modeling apparatus, mounting member, and manufacturing method of 3D model - Google Patents

3D modeling apparatus, mounting member, and manufacturing method of 3D model Download PDF

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JP2018069570A
JP2018069570A JP2016211978A JP2016211978A JP2018069570A JP 2018069570 A JP2018069570 A JP 2018069570A JP 2016211978 A JP2016211978 A JP 2016211978A JP 2016211978 A JP2016211978 A JP 2016211978A JP 2018069570 A JP2018069570 A JP 2018069570A
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剛志 荒生
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Abstract

【課題】単一の材料では両立しにくい2つ以上の性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた載置部材を容易に実現でき、三次元造形装置における種々の問題を解決することを課題とする。【解決手段】載置部材40の載置面上に載せた造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置において、前記載置部材は、前記載置面を形成する載置面層42が2種類以上の異なる材料41,42で形成されたものであることを特徴とし、これにより前記課題を解決する。【選択図】図10[PROBLEMS] To easily achieve a mounting member having a mounting surface layer having two or more properties and functions that are difficult to achieve with a single material, and to solve various problems in a three-dimensional modeling apparatus. And In a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional structure with a modeling material placed on a mounting surface of a mounting member, the mounting member is a mounting surface layer that forms the mounting surface. Is formed of two or more different materials 41 and 42, thereby solving the above-mentioned problem. [Selection] Figure 10

Description

本発明は、三次元造形装置、載置部材及び三次元造形物の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus, a mounting member, and a method for manufacturing a three-dimensional modeled object.

従来、載置部材の載置面上に載せた造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional model using a modeling material placed on a mounting surface of a mounting member is known.

例えば、特許文献1には、熱溶解積層法により三次元造形物を造形する三次元造形装置が開示されている。この三次元造形装置は、造形材料を加熱しながら吐出する造形ヘッド部を土台プレート(載置部材)の面に沿って二次元方向へ移動させることで、土台プレート上に層状構造物を順次積層し、最終的に三次元造形物を造形する。   For example, Patent Document 1 discloses a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object by a hot melt lamination method. This three-dimensional modeling apparatus sequentially stacks layered structures on the base plate by moving the modeling head part that discharges while heating the modeling material in the two-dimensional direction along the surface of the base plate (mounting member). Finally, a three-dimensional structure is formed.

また、例えば、特許文献2には、粉末焼結積層法により三次元造形物を造形する三次元造形装置が開示されている。この三次元造形装置は、所定厚みの粉末層を造形プレート(載置部材)上に形成した後、光ビームを当該粉末層の所定箇所に照射して固化させた固化層を形成し、その後、その上に新たな粉末層を形成してその粉末層の所定箇所に再び光ビームを照射して固化層を積層させていくという処理を繰り返し行って、最終的に三次元造形物を造形する。   Further, for example, Patent Document 2 discloses a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object by a powder sintering lamination method. This three-dimensional modeling apparatus forms a solidified layer that is solidified by irradiating a predetermined position of the powder layer with a light beam after forming a powder layer of a predetermined thickness on a modeling plate (mounting member), A new powder layer is formed thereon, and a process of repeatedly irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam and laminating the solidified layer is repeated, and finally a three-dimensional structure is formed.

熱溶解積層法や粉末焼結積層法等のように、載置部材の載置面上に載せた造形材料によって三次元造形物を造形する場合、造形中においては、載置部材は三次元造形物への密着性(固着力)が求められる。また一方で、三次元造形物が冷却等により変形した際には、変形への追従性(柔軟性)が求められる他、三次元造形物を載置部材から剥離させる際は剥離性も求められ、既存の載置部材ではこれらの性質を両立することは困難であった。
なお、この両立が困難であるという課題は、密着性(固着力)、変形への追従性(柔軟性)、剥離性という性質間だけに限らずに生じ得る課題である。
When modeling a three-dimensional structure with a modeling material placed on the mounting surface of the mounting member, such as a hot melt lamination method or a powder sintering lamination method, the mounting member is a three-dimensional modeling during modeling. Adhesion to objects (adhesive strength) is required. On the other hand, when the three-dimensional structure is deformed by cooling or the like, followability (flexibility) to the deformation is required, and when the three-dimensional structure is peeled from the mounting member, peelability is also required. It has been difficult to achieve both of these properties with existing mounting members.
In addition, the subject that this coexistence is difficult is a subject which may arise not only between the property of adhesiveness (adhesion force), follow-up property to deformation (flexibility), and peelability.

上述した課題を解決するために、本発明は、載置部材の載置面上に載せた造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置において、前記載置部材は、前記載置面を形成する載置面層が2種類以上の異なる材料で形成されたものであることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides a three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional structure with a modeling material placed on a placement surface of a placement member. The mounting surface layer for forming the film is formed of two or more different materials.

本発明によれば、両立しにくい性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた載置部材を容易に実現でき、三次元造形装置における種々の問題を解決し得るという優れた効果がある。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an outstanding effect that the mounting member provided with the mounting surface layer which has the property and function which are hard to make compatible can be implement | achieved easily, and various problems in a three-dimensional modeling apparatus can be solved.

実施形態における三次元造形装置の構成を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the structure of the three-dimensional modeling apparatus in embodiment. 同三次元造形装置の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the chamber provided in the inside of the same three-dimensional modeling apparatus. 同三次元造形装置の図2中の手前部分を切断して除外した状態の斜視図である。It is a perspective view of the state which cut | disconnected and excluded the near part in FIG. 2 of the same three-dimensional modeling apparatus. 同三次元造形装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of the same three-dimensional modeling apparatus. 実施形態における予熱処理及び造形処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the preheat processing and modeling process in embodiment. 従来の高剛性造形プレート上に形成された層状構造物が剥離した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the layered structure formed on the conventional highly rigid modeling plate peeled. 実施形態における造形プレートを模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the modeling plate in embodiment. 同造形プレートを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows the same modeling plate typically. 同造形プレートの変形層が層状構造物の変形に追従して変形する状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which the deformation | transformation layer of the modeling plate deform | transforms following a deformation | transformation of a layered structure. 同造形プレート上に第1層目の層状構造物を形成するときの状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically a state when forming the layered structure of the 1st layer on the modeling plate. 分散材をランダムに分散させて分散材が偏在するように構成した造形プレートの一例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically an example of the modeling plate comprised so that a dispersion material might be disperse | distributed at random and a dispersion material might be unevenly distributed. 異なる寸法をもった2種類の分散材を分散させた造形プレートの一例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically an example of the modeling plate which disperse | distributed two types of dispersion materials with a different dimension. 異なる寸法をもった3種類の分散材を分散させた造形プレートの一例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically an example of the modeling plate which disperse | distributed three types of dispersion materials with a different dimension. 2種類の分散材を規則的に分散させた造形プレートの一例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically an example of the modeling plate which disperse | distributed two types of dispersing materials regularly. 2種類の分散材を規則的に分散させた造形プレートの他の例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the other example of the modeling plate which disperse | distributed two types of dispersing materials regularly. 回転対称性をもつような規則性をもって分散材を配置した造形プレートの一例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically an example of the modeling plate which has arrange | positioned the dispersing material with the regularity which has a rotational symmetry. 回転対称性をもつような規則性をもって分散材を配置した造形プレートの他の例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the other example of the modeling plate which has arrange | positioned the dispersing material with the regularity which has a rotational symmetry.

以下、本発明を、熱溶解積層法(FDM)により三次元造形物を造形する三次元造形装置に適用した一実施形態について説明する。
本発明を適用する三次元造形装置は、熱溶解積層法(FDM)に限定されるものではなく、載置台の表面上又は載置台に保持される載置板上に、加熱された造形材料を冷却して固化させる層状構造物を積層して、三次元造形物を造形する三次元造形装置であれば、他の造形方法で三次元造形物を造形する三次元造形装置にも適用可能である。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object by a hot melt lamination method (FDM) will be described.
The three-dimensional modeling apparatus to which the present invention is applied is not limited to the hot melt lamination method (FDM), and a heated modeling material is placed on the surface of the mounting table or on the mounting plate held by the mounting table. If it is a 3D modeling apparatus that stacks a layered structure to be cooled and solidified and models a 3D model, it can also be applied to a 3D model apparatus that models a 3D model by other modeling methods. .

図1は、本実施形態における三次元造形装置1の構成を示す説明図である。
図2は、本実施形態における三次元造形装置1の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。
図3は、本実施形態における三次元造形装置1の前方部分を切断して除外した状態の斜視図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a three-dimensional modeling apparatus 1 in the present embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of a chamber provided inside the three-dimensional modeling apparatus 1 in the present embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of a state in which the front portion of the three-dimensional modeling apparatus 1 in the present embodiment is cut and excluded.

三次元造形装置1は、本体フレーム2の内部に三次元造形用チャンバー(以下「チャンバー」という。)3を備えている。チャンバー3の内部は、三次元造形物を造形するための処理空間となっており、その処理空間内すなわちチャンバー3の内部には、載置台としてのステージ4が設けられている。本実施形態では、このステージ4上に載置部材としての造形プレート40を保持させ、その造形プレート40上に三次元造形物が造形される。   The three-dimensional modeling apparatus 1 includes a three-dimensional modeling chamber (hereinafter referred to as “chamber”) 3 inside a main body frame 2. The interior of the chamber 3 is a processing space for modeling a three-dimensional structure, and a stage 4 as a mounting table is provided in the processing space, that is, inside the chamber 3. In the present embodiment, a modeling plate 40 as a mounting member is held on the stage 4, and a three-dimensional modeled object is modeled on the modeling plate 40.

ステージ4に対する造形プレート40の保持方法は、特に限定はなく、ネジ、クリップ、ツメなどの保持部材を用いて保持したり、造形プレート40上の被圧入箇所をステージ4の圧入箇所に圧入させて保持したりしてもよいし、ステージ4上に設けたレールなどを用いて造形プレート40をガイドして保持してもよい。また、吸引による吸着固定方式、静電力や磁気力などの電磁気力を用いた固定方式、熱で圧着させて固定させる方式、接着材料などで材料的に固定する方式などで、保持してもよい。   The method of holding the modeling plate 40 with respect to the stage 4 is not particularly limited, and it is held using a holding member such as a screw, a clip, or a claw, or the press-fitted part on the modeling plate 40 is press-fitted into the press-fitting part of the stage 4 The modeling plate 40 may be guided and held using a rail or the like provided on the stage 4. Also, it may be held by an adsorption fixing method by suction, a fixing method using electromagnetic force such as electrostatic force or magnetic force, a method of fixing by pressure bonding by heat, a method of fixing material by an adhesive material, etc. .

チャンバー3内の処理空間を囲っている壁部は、その大部分又はその全部が断熱機能を有する断熱壁で構成されている。具体的には、チャンバー3の天井壁部は、後述するように、複数のスライド断熱部材3A,3Bによって構成された断熱壁である。また、チャンバー3の側壁部3C、すなわち、装置左右方向(図2及び図3中の左右方向=X軸方向)の両壁部は、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。また、チャンバー3の底壁部3Dも、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。また、チャンバー3の後壁部及び前壁部3Eも、ガラスウール等を内包した断熱材を内側板と外側板の間に挟み込んだ構造をもつ断熱壁である。   Most or all of the wall portion surrounding the processing space in the chamber 3 is a heat insulating wall having a heat insulating function. Specifically, the ceiling wall portion of the chamber 3 is a heat insulating wall configured by a plurality of slide heat insulating members 3A and 3B, as will be described later. Further, the side wall portion 3C of the chamber 3, that is, both wall portions in the left-right direction of the apparatus (the left-right direction in FIGS. 2 and 3 = X-axis direction) is provided with a heat insulating material containing glass wool or the like between the inner plate and the outer plate. It is a heat insulating wall with a sandwiched structure. The bottom wall portion 3D of the chamber 3 is also a heat insulating wall having a structure in which a heat insulating material containing glass wool or the like is sandwiched between an inner plate and an outer plate. The rear wall portion and the front wall portion 3E of the chamber 3 are also heat insulating walls having a structure in which a heat insulating material containing glass wool or the like is sandwiched between an inner plate and an outer plate.

本実施形態において、チャンバー3の前壁部3Eには、図2に示すように、開閉扉3aが設けられている。この開閉扉3aは、前壁部3Eと同様に断熱壁を構成するものであり、十分な断熱機能を発揮する構成となっている。また、チャンバー3の前壁部3Eには、図2に示すように、窓3bが設けられている。この窓3bは、空気層を挟み込んだ2重ガラス構造であり、前壁部3Eと同様に断熱壁を構成するものである。   In the present embodiment, the front wall 3E of the chamber 3 is provided with an opening / closing door 3a as shown in FIG. The open / close door 3a constitutes a heat insulating wall in the same manner as the front wall portion 3E, and is configured to exhibit a sufficient heat insulating function. Further, a window 3b is provided in the front wall 3E of the chamber 3 as shown in FIG. This window 3b has a double glass structure with an air layer interposed therebetween, and constitutes a heat insulating wall in the same manner as the front wall portion 3E.

なお、チャンバー3の各壁部の断熱構成は、必要な断熱機能を発揮できる構成であれば、本実施形態のものに限られず、あらゆる断熱構成のものを利用することができる。本実施形態においては、チャンバー3内の処理空間が造形処理時には200℃以上の高温になるところ、このような高温時でもチャンバー3の外部気温がおよそ40℃以下に収まるような断熱機能を発揮できる断熱壁であることが好ましい。   In addition, if the heat insulation structure of each wall part of the chamber 3 is a structure which can exhibit a required heat insulation function, it will not be restricted to the thing of this embodiment, The thing of all heat insulation structures can be utilized. In the present embodiment, the processing space in the chamber 3 becomes a high temperature of 200 ° C. or higher during the modeling process, and even at such a high temperature, a heat insulating function can be exhibited so that the outside temperature of the chamber 3 is kept at approximately 40 ° C. or lower. A heat insulating wall is preferred.

チャンバー3の内部におけるステージ4の上方には、造形材料排出部としての造形ヘッド10が設けられている。造形ヘッド10は、その下方に造形材料であるフィラメントを射出する射出ノズル11を有する。本実施形態では、造形ヘッド10上に4つの射出ノズル11が設けられているが、射出ノズル11の数は任意である。また、造形ヘッド10には、各射出ノズル11に供給されるフィラメントを加熱する造形材料加熱手段としてのヘッド加熱部12が設けられている。   A modeling head 10 as a modeling material discharge unit is provided above the stage 4 in the chamber 3. The modeling head 10 has an injection nozzle 11 that injects a filament, which is a modeling material, below the modeling head 10. In the present embodiment, four injection nozzles 11 are provided on the modeling head 10, but the number of injection nozzles 11 is arbitrary. Further, the modeling head 10 is provided with a head heating unit 12 as a modeling material heating unit that heats the filament supplied to each injection nozzle 11.

フィラメントは、細長いワイヤー形状であり、巻き回された状態で三次元造形装置1にセットされており、フィラメント供給部6により造形ヘッド10上の各射出ノズル11へそれぞれ供給される。なお、フィラメントは、射出ノズル11ごとに異なるものであってもよいし、同じものであってもよい。本実施形態においては、フィラメント供給部6により供給されるフィラメントをヘッド加熱部12で加熱して溶融(あるいは軟化)させ、溶融状態のフィラメントを所定の射出ノズル11から押し出すようにして射出することにより、ステージ4上に保持された造形プレート40上に層状の造形構造物を順次積層して、三次元造形物を造形する。   The filament has an elongated wire shape, is set in the three-dimensional modeling apparatus 1 in a wound state, and is supplied to each injection nozzle 11 on the modeling head 10 by the filament supply unit 6. In addition, a filament may differ for every injection nozzle 11, and the same may be sufficient as it. In the present embodiment, the filament supplied from the filament supply unit 6 is heated by the head heating unit 12 to be melted (or softened), and the molten filament is ejected by being pushed out from a predetermined ejection nozzle 11. The layered modeling structure is sequentially laminated on the modeling plate 40 held on the stage 4 to model a three-dimensional modeled object.

なお、造形ヘッド10上の射出ノズル11には、造形材料のフィラメントではなく、三次元造形物を構成しないサポート材が供給される場合がある。このサポート材は、通常、造形材料のフィラメントとは異なる材料で形成され、最終的にはフィラメントで形成された三次元造形物から除去される。このサポート材も、ヘッド加熱部12で加熱溶融され、溶融状態のサポート材が所定の射出ノズル11から押し出されるように射出されて、層状に順次積層される。   The injection nozzle 11 on the modeling head 10 may be supplied with a support material that does not constitute a three-dimensional structure, instead of a filament of a modeling material. This support material is usually formed of a material different from the filament of the modeling material, and finally removed from the three-dimensional structure formed of the filament. This support material is also heated and melted by the head heating unit 12, and the molten support material is injected so as to be pushed out from a predetermined injection nozzle 11, and sequentially laminated in layers.

造形ヘッド10は、装置左右方向(図2及び図3中の左右方向=X軸方向)に延びるX軸駆動機構21に対し、連結部材21aを介して、そのX軸駆動機構21の長手方向(X軸方向)に沿って移動可能に保持されている。造形ヘッド10は、X軸駆動機構21の駆動力により、装置左右方向(X軸方向)へ移動することができる。造形ヘッド10は、ヘッド加熱部12によって加熱されて高温になるため、その熱がX軸駆動機構21に伝わりにくいように、連結部材21aを低伝熱性のものとするのが好ましい。   The modeling head 10 is connected to the X-axis drive mechanism 21 extending in the left-right direction of the apparatus (left-right direction in FIGS. 2 and 3 = X-axis direction) via the connecting member 21a in the longitudinal direction of the X-axis drive mechanism 21 ( (Movable along the X axis direction). The modeling head 10 can move in the left-right direction of the apparatus (X-axis direction) by the driving force of the X-axis driving mechanism 21. Since the modeling head 10 is heated by the head heating unit 12 and becomes a high temperature, it is preferable that the connecting member 21 a has a low heat conductivity so that the heat is not easily transmitted to the X-axis drive mechanism 21.

X軸駆動機構21の両端は、それぞれ、装置前後方向(図2及び図3中の前後方向=Y軸方向)に延びるY軸駆動機構22に対し、そのY軸駆動機構22の長手方向(Y軸方向)に沿ってスライド移動可能に保持されている。X軸駆動機構21がY軸駆動機構22の駆動力によってY軸方向に沿って移動することにより、造形ヘッド10はY軸方向に沿って移動することができる。   Both ends of the X-axis drive mechanism 21 are respectively in the longitudinal direction (Y of the Y-axis drive mechanism 22 with respect to the Y-axis drive mechanism 22 extending in the apparatus front-rear direction (front-rear direction in FIGS. 2 and 3 = Y-axis direction). It is held so as to be slidable along the axial direction. As the X-axis drive mechanism 21 moves along the Y-axis direction by the driving force of the Y-axis drive mechanism 22, the modeling head 10 can move along the Y-axis direction.

本実施形態において、チャンバー3の底壁部3Dは、本体フレーム2に固定されている、装置上下方向(図2及び図3中の上下方向=Z軸方向)に延びるZ軸駆動機構23に対し、そのZ軸駆動機構23の長手方向(Z軸方向)に沿って移動可能に保持されている。チャンバー3の底壁部3Dは、Z軸駆動機構23の駆動力により、装置上下方向(Z軸方向)へ移動することができる。この底壁部3D上には、ステージ4が固定されているので、Z軸駆動機構23の駆動力によりステージ4及びこれに保持される造形プレート40をZ軸方向へ移動させることができる。   In the present embodiment, the bottom wall 3D of the chamber 3 is fixed to the main body frame 2 with respect to the Z-axis drive mechanism 23 extending in the vertical direction of the apparatus (vertical direction in FIGS. 2 and 3 = Z-axis direction). The Z-axis drive mechanism 23 is held so as to be movable along the longitudinal direction (Z-axis direction). The bottom wall 3 </ b> D of the chamber 3 can be moved in the vertical direction of the apparatus (Z-axis direction) by the driving force of the Z-axis driving mechanism 23. Since the stage 4 is fixed on the bottom wall portion 3D, the stage 4 and the modeling plate 40 held by the stage 4 can be moved in the Z-axis direction by the driving force of the Z-axis driving mechanism 23.

チャンバー3の底壁部3Dの周縁部は、チャンバー3の両側壁部3C並びに前壁部3E及び後壁部の各内壁面に密着している。チャンバー3の底壁部3DがZ軸駆動機構23によりZ軸方向へ移動する際、底壁部3Dは、その周縁部を、チャンバー3の両側壁部3C並びに前壁部3E及び後壁部の各内壁面を摺動させながら移動する。これにより、チャンバー3内の遮蔽性が確保され、チャンバー3内の十分な断熱性が得られる。なお、チャンバー3内の十分な断熱性が得られるのであれば、チャンバー3の底壁部3Dの周縁部と、チャンバー3の両側壁部3C並びに前壁部3E及び後壁部の各内壁面との間に、多少の隙間があってもよい。このような隙間を形成することで、スムーズかつ高精度な底壁部3Dの移動を実現でき、ステージ4のスムーズかつ高精度な移動が実現される。   The peripheral edge portion of the bottom wall portion 3D of the chamber 3 is in close contact with both side wall portions 3C of the chamber 3 and the inner wall surfaces of the front wall portion 3E and the rear wall portion. When the bottom wall portion 3D of the chamber 3 is moved in the Z-axis direction by the Z-axis drive mechanism 23, the bottom wall portion 3D has a peripheral edge portion of the side wall portion 3C, the front wall portion 3E, and the rear wall portion of the chamber 3. Move while sliding each inner wall. Thereby, the shielding property in the chamber 3 is ensured, and sufficient heat insulation in the chamber 3 is obtained. If sufficient heat insulation in the chamber 3 is obtained, the peripheral edge portion of the bottom wall portion 3D of the chamber 3 and the inner wall surfaces of the side wall portions 3C, the front wall portion 3E and the rear wall portion of the chamber 3 There may be a slight gap between them. By forming such a gap, the bottom wall 3D can be moved smoothly and accurately, and the stage 4 can be moved smoothly and accurately.

また、本実施形態においては、チャンバー3の内部(処理空間)に、チャンバー3内を加熱する処理空間加熱手段としてのチャンバー用ヒータ7が設けられている。本実施形態においては、熱溶解積層法(FDM)で三次元造形物を造形するため、チャンバー3内の温度を目標温度に維持した状態で、造形処理を行うことが望ましい。そのため、本実施形態では、造形処理を開始する前に、予めチャンバー3内の温度を目標温度まで昇温させる予熱処理を行う。チャンバー用ヒータ7は、この予熱処理中には、チャンバー3内を目標温度まで昇温させるためにチャンバー3内を加熱するとともに、造形処理中には、チャンバー3内の温度を目標温度に維持するためにチャンバー3内を加熱する。チャンバー用ヒータ7の動作は、制御部100によって制御される。   In the present embodiment, a chamber heater 7 is provided inside the chamber 3 (processing space) as processing space heating means for heating the inside of the chamber 3. In this embodiment, in order to model a three-dimensional modeled object by the hot melt lamination method (FDM), it is desirable to perform the modeling process while maintaining the temperature in the chamber 3 at the target temperature. Therefore, in the present embodiment, pre-heat treatment is performed in which the temperature in the chamber 3 is raised to the target temperature in advance before the modeling process is started. The chamber heater 7 heats the chamber 3 to raise the temperature of the chamber 3 to the target temperature during the pre-heat treatment, and maintains the temperature in the chamber 3 at the target temperature during the modeling process. Therefore, the inside of the chamber 3 is heated. The operation of the chamber heater 7 is controlled by the control unit 100.

本実施形態においては、X軸駆動機構21、Y軸駆動機構22及びZ軸駆動機構23が、チャンバー3の外部に配置されている。よって、X軸駆動機構21、Y軸駆動機構22及びZ軸駆動機構23は、チャンバー3内の高温に曝されず、安定した駆動制御が実現される。なお、X軸駆動機構21及びY軸駆動機構22の全体がチャンバー3の外部に配置される構成に限らず、その一部又はその全体がチャンバー3の内部に配置される構成であってもよい。   In the present embodiment, the X-axis drive mechanism 21, the Y-axis drive mechanism 22, and the Z-axis drive mechanism 23 are arranged outside the chamber 3. Therefore, the X-axis drive mechanism 21, the Y-axis drive mechanism 22, and the Z-axis drive mechanism 23 are not exposed to the high temperature in the chamber 3, and stable drive control is realized. The X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 are not limited to be configured to be disposed outside the chamber 3, but may be configured to be partially or entirely disposed inside the chamber 3. .

ここで、本実施形態におけるX軸駆動機構21及びY軸駆動機構22の駆動対象は造形ヘッド10であり、その造形ヘッド10の一部(射出ノズル11を含む造形ヘッド10の先端部分)がチャンバー3内に配置されている。本実施形態では、造形ヘッド10をX軸方向へ移動させてもチャンバー3の内部が外部から遮蔽される構成となっている。具体的には、チャンバー3の天井壁部においては、図2及び図3に示すように、Y軸方向に長尺な複数のX軸スライド断熱部材3AがX軸方向へ並べて配設された構成となっており、隣接するX軸スライド断熱部材3A間は互いにX軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、X軸駆動機構21により造形ヘッド10をX軸方向へ移動させても、これに応じて複数のX軸スライド断熱部材3AがそれぞれX軸方向へスライド移動し、チャンバー3内の処理空間上部は常にX軸スライド断熱部材3Aによって覆われる。   Here, the driving target of the X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 in this embodiment is the modeling head 10, and a part of the modeling head 10 (the tip portion of the modeling head 10 including the injection nozzle 11) is a chamber. 3 is arranged. In the present embodiment, the inside of the chamber 3 is shielded from the outside even when the modeling head 10 is moved in the X-axis direction. Specifically, in the ceiling wall portion of the chamber 3, as shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of X-axis slide heat insulating members 3A that are long in the Y-axis direction are arranged side by side in the X-axis direction. The adjacent X-axis slide heat insulating members 3A are configured to be slidable relative to each other in the X-axis direction. Thereby, even if the modeling head 10 is moved in the X-axis direction by the X-axis drive mechanism 21, the plurality of X-axis slide heat insulating members 3 </ b> A slide in the X-axis direction accordingly, and the processing space in the chamber 3 The upper part is always covered with the X-axis slide heat insulating member 3A.

同様に、チャンバーの天井壁部においては、図2及び図3に示すように、複数のY軸スライド断熱部材3BがY軸方向へ並べて配設された構成となっている。隣接するY軸スライド断熱部材3B間は互いにY軸方向へ相対的にスライド移動可能に構成されている。これにより、Y軸駆動機構22によりX軸駆動機構21上の造形ヘッド10をY軸方向へ移動させても、これに応じて複数のY軸スライド断熱部材3BがそれぞれY軸方向へスライド移動し、チャンバー3内の処理空間上部は常にY軸スライド断熱部材3Bによって覆われる。   Similarly, in the ceiling wall portion of the chamber, as shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of Y-axis slide heat insulating members 3B are arranged side by side in the Y-axis direction. The adjacent Y-axis slide heat insulating members 3B are configured to be slidable relative to each other in the Y-axis direction. Thereby, even if the modeling head 10 on the X-axis drive mechanism 21 is moved in the Y-axis direction by the Y-axis drive mechanism 22, the plurality of Y-axis slide heat insulating members 3B slide and move in the Y-axis direction accordingly. The upper part of the processing space in the chamber 3 is always covered with the Y-axis slide heat insulating member 3B.

また、本実施形態におけるZ軸駆動機構23の駆動対象は、チャンバー3の底壁部3Dあるいはステージ4(もしくは造形プレート40)である。本実施形態では、底壁部3Dあるいはステージ4をZ軸方向へ移動させてもチャンバー3の内部が外部から遮蔽される構成となっている。具体的には、チャンバー3の両側壁部3Cには、図2及び図3に示すように、Z軸駆動機構23と底壁部3Dとの連結部を貫通させるスライド孔3cがZ軸方向に延びるように形成されている。このスライド孔3cは、断熱材料からなる可撓性のシール部材3dによってシールされている。Z軸駆動機構23により底壁部3DをZ軸方向へ移動させる際、Z軸駆動機構23と底壁部3Dとの連結部は、可撓性のシール部材3dを弾性変形させながらスライド孔3cに沿ってZ軸方向へ移動する。よって、チャンバー3の両側壁部3Cに形成されたスライド孔3cは、常にシール部材3dによって覆われる。   In addition, the drive target of the Z-axis drive mechanism 23 in the present embodiment is the bottom wall 3D of the chamber 3 or the stage 4 (or the modeling plate 40). In the present embodiment, the inside of the chamber 3 is shielded from the outside even if the bottom wall 3D or the stage 4 is moved in the Z-axis direction. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, slide holes 3c that penetrate through the connecting portion between the Z-axis drive mechanism 23 and the bottom wall 3D are formed in the Z-axis direction on both side walls 3C of the chamber 3. It is formed to extend. The slide hole 3c is sealed by a flexible seal member 3d made of a heat insulating material. When the bottom wall portion 3D is moved in the Z-axis direction by the Z-axis drive mechanism 23, the connecting portion between the Z-axis drive mechanism 23 and the bottom wall portion 3D is configured to slide the slide hole 3c while elastically deforming the flexible seal member 3d. Along the Z axis. Therefore, the slide holes 3c formed in the both side walls 3C of the chamber 3 are always covered with the seal member 3d.

そのほか、本実施形態においては、チャンバー3の外部であって三次元造形装置1の内部の空間を冷却させるための装置内冷却装置8や、造形ヘッド10の射出ノズル11を清掃するためのノズル清掃部9などが設けられている。   In addition, in this embodiment, nozzle cleaning for cleaning the in-device cooling device 8 for cooling the space inside the 3D modeling apparatus 1 outside the chamber 3 and the injection nozzle 11 of the modeling head 10. A part 9 and the like are provided.

図4は、本実施形態の三次元造形装置1の制御ブロック図である。
本実施形態においては、造形ヘッド10のX軸方向位置を検知するX軸ポジション検知機構24が設けられている。X軸ポジション検知機構24の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいてX軸駆動機構21を制御して、造形ヘッド10を目標のX軸方向位置へ移動させる。
FIG. 4 is a control block diagram of the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment.
In the present embodiment, an X-axis position detection mechanism 24 that detects the position of the modeling head 10 in the X-axis direction is provided. The detection result of the X-axis position detection mechanism 24 is sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the X-axis drive mechanism 21 based on the detection result to move the modeling head 10 to the target X-axis direction position.

また、本実施形態においては、X軸駆動機構21のY軸方向位置(造形ヘッド10のY軸方向位置)を検知するY軸ポジション検知機構25が設けられている。Y軸ポジション検知機構25の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいてY軸駆動機構22を制御することにより、X軸駆動機構21上の造形ヘッド10を目標のY軸方向位置へ移動させる。   In the present embodiment, a Y-axis position detection mechanism 25 that detects the Y-axis direction position of the X-axis drive mechanism 21 (the Y-axis direction position of the modeling head 10) is provided. The detection result of the Y-axis position detection mechanism 25 is sent to the control unit 100. The control unit 100 moves the modeling head 10 on the X-axis drive mechanism 21 to a target position in the Y-axis direction by controlling the Y-axis drive mechanism 22 based on the detection result.

また、本実施形態においては、ステージ4上に保持される造形プレート40のZ軸方向位置を検知するZ軸ポジション検知機構26が設けられている。Z軸ポジション検知機構26の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいてZ軸駆動機構23を制御して、ステージ4上の造形プレート40を目標のZ軸方向位置へ移動させる。   In the present embodiment, a Z-axis position detection mechanism 26 that detects the position in the Z-axis direction of the modeling plate 40 held on the stage 4 is provided. The detection result of the Z-axis position detection mechanism 26 is sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 based on the detection result to move the modeling plate 40 on the stage 4 to a target position in the Z-axis direction.

制御部100は、このようにして造形ヘッド10及びステージ4の移動制御を行うことにより、チャンバー3内における造形ヘッド10とステージ4上の造形プレート40との相対的な三次元位置を、目標の三次元位置に位置させることができる。   The control unit 100 controls the movement of the modeling head 10 and the stage 4 in this way, thereby determining the relative three-dimensional position between the modeling head 10 in the chamber 3 and the modeling plate 40 on the stage 4 as a target. It can be located in a three-dimensional position.

図5は、本実施形態における予熱処理及び造形処理の流れを示すフローチャートである。
本実施形態において、制御部100は、ユーザーの指示操作等により造形をスタートすると、まず、チャンバー用ヒータ7、ヘッド加熱部12及びステージ加熱部5への通電をONにして、これらを稼働させる(S1)。また、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、Z軸駆動機構23の駆動力によりステージ4を所定の待機位置(例えば最下点)から上昇させる(S2)。そして、ステージ4が上述した予熱用位置に到達したら(S3のYes)、Z軸駆動機構23の駆動を停止する(S4)。
FIG. 5 is a flowchart showing the flow of pre-heat treatment and modeling processing in the present embodiment.
In the present embodiment, when the modeling is started by the user's instruction operation or the like, the controller 100 first turns on the energization to the chamber heater 7, the head heating unit 12, and the stage heating unit 5 to operate them ( S1). Further, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 to raise the stage 4 from a predetermined standby position (for example, the lowest point) by the driving force of the Z-axis drive mechanism 23 (S2). When the stage 4 reaches the preheating position described above (Yes in S3), the driving of the Z-axis drive mechanism 23 is stopped (S4).

処理空間の温度が目標温度に達したら(S5のYes)、続いて、制御部100は、造形処理に移行する。本実施形態の三次元造形装置1により造形する三次元造形物の三次元形状データは、本三次元造形装置1に対して有線あるいは無線でデータ通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部装置から入力される。制御部100は、入力された三次元形状データに基づき、上下方向に分解された多数の層状構造物のデータ(造形用のスライスデータ)を生成する。各層状構造物に対応するスライスデータは、本三次元造形装置1の造形ヘッド10から射出されるフィラメントによって形成される各層状構造物に対応しており、その層状構造物の厚みは、三次元造形装置1の能力に応じて適宜設定される。   When the temperature of the processing space reaches the target temperature (Yes in S5), the control unit 100 subsequently proceeds to modeling processing. The three-dimensional shape data of the three-dimensional structure to be modeled by the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment is obtained from an external device such as a personal computer connected to the three-dimensional modeling apparatus 1 so that data communication can be performed by wire or wirelessly. Entered. The control unit 100 generates data (slice data for modeling) of a large number of layered structures decomposed in the vertical direction based on the input three-dimensional shape data. The slice data corresponding to each layered structure corresponds to each layered structure formed by the filament ejected from the modeling head 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1, and the thickness of the layered structure is three-dimensional. It is appropriately set according to the capability of the modeling apparatus 1.

造形処理では、まず、制御部100は、最下層(第一層)のスライスデータに従って、ステージ4上に保持されている造形プレート40の表面に最下層の層状構造物を作成する(S6)。具体的には、制御部100は、最下層(第一層)のスライスデータに基づき、X軸駆動機構21及びY軸駆動機構22を制御して、造形ヘッド10の射出ノズル11の先端を目標位置(X−Y平面上の目標位置)に順次移動させながら、射出ノズル11よりフィラメントの射出を行う。これにより、ステージ4上の造形プレート40の表面には、最下層(第一層)のスライスデータに従った層状構造物が形成される。なお、三次元造形物を構成しないサポート材も一緒に作成する場合があるが、ここでの説明は省略する。   In the modeling process, first, the control unit 100 creates a lowermost layered structure on the surface of the modeling plate 40 held on the stage 4 according to the slice data of the lowermost layer (first layer) (S6). Specifically, the control unit 100 controls the X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 based on the slice data of the lowermost layer (first layer) to target the tip of the injection nozzle 11 of the modeling head 10. The filament is ejected from the ejection nozzle 11 while sequentially moving to a position (target position on the XY plane). Thereby, the layered structure according to the slice data of the lowest layer (first layer) is formed on the surface of the modeling plate 40 on the stage 4. In addition, although the support material which does not comprise a three-dimensional structure may be created together, description here is abbreviate | omitted.

次に、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、層状構造物の一層分に相当する距離だけステージ4を下降させ、そのステージ4上の造形プレート40を、次の層(第二層)の層状構造物を作成するための位置まで下降させ、位置決めする(S8)。その後、制御部100は、第二層のスライスデータに基づき、X軸駆動機構21及びY軸駆動機構22を制御して、造形ヘッド10の射出ノズル11の先端を目標位置に順次移動させながら、射出ノズル11よりフィラメントの射出を行う。これにより、ステージ4の造形プレート40上に形成されている最下層の層状構造物上に、第二層のスライスデータに従った層状構造物が形成される(S6)。   Next, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 to lower the stage 4 by a distance corresponding to one layer of the layered structure, and the modeling plate 40 on the stage 4 is moved to the next layer (first layer). The position is lowered to a position for creating a (two-layer) layered structure and positioned (S8). Thereafter, the control unit 100 controls the X-axis drive mechanism 21 and the Y-axis drive mechanism 22 based on the slice data of the second layer, and sequentially moves the tip of the injection nozzle 11 of the modeling head 10 to the target position. A filament is injected from the injection nozzle 11. Thereby, the layered structure according to the slice data of the second layer is formed on the lowermost layered structure formed on the modeling plate 40 of the stage 4 (S6).

このようにして、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、ステージ4を順次下降させながら、下層から順に各層状構造物を積層させて造形する処理を繰り返す。そして、最上層の層状構造物の作成が終了したら(S7のYes)、入力された三次元形状データに従った三次元造形物が造形プレート40上に造形される。   In this way, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 and repeats the process of laminating and modeling each layered structure in order from the lower layer while sequentially lowering the stage 4. When the creation of the uppermost layered structure is completed (Yes in S7), a three-dimensional structure according to the input three-dimensional shape data is formed on the modeling plate 40.

このようにして造形処理が終了したら、制御部100は、Z軸駆動機構23を制御して、ステージ4を所定の取出用位置(本実施形態では最下点)まで下降させる(S9)。この取出用位置は、チャンバー3の前壁部3Eに設けられている開閉扉3aを開けて、ステージ4上の三次元造形物をチャンバー3の外部へ取り出しやすい位置に設定される。   When the modeling process is thus completed, the control unit 100 controls the Z-axis drive mechanism 23 to lower the stage 4 to a predetermined extraction position (the lowest point in the present embodiment) (S9). This take-out position is set at a position where the open / close door 3a provided on the front wall 3E of the chamber 3 is opened and the three-dimensional structure on the stage 4 is easily taken out of the chamber 3.

造形処理終了直後は、まだ、チャンバー3内の処理空間が高温であるため、開閉扉3aを開けて処理空間内の三次元造形物をユーザーがすぐに取り出すことはできない。したがって、ユーザーは、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下してから、開閉扉3aを開けて処理空間内の三次元造形物を造形プレート40に固着した状態のまま取り出すことになる。制御部100は、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下するまで開閉扉3aをロック状態にする冷却期間を設け、処理空間内の温度が取り出し可能な温度まで低下した後に、開閉扉3aのロック状態を解除することが好ましい。   Since the processing space in the chamber 3 is still hot immediately after the modeling process is completed, the user cannot immediately open the open / close door 3a and take out the three-dimensional modeled object in the processing space. Therefore, after the temperature in the processing space is lowered to a temperature at which the user can take out, the user opens the door 3a and takes out the three-dimensional structure in the processing space while being fixed to the modeling plate 40. The control unit 100 provides a cooling period in which the open / close door 3a is locked until the temperature in the processing space decreases to a temperature at which it can be taken out. It is preferable to release the locked state.

ここで、本実施形態の三次元造形装置1で三次元造形物を造形する際、ヘッド加熱部12で加熱されて射出ノズル11から射出された軟化状態のフィラメント50は、チャンバー3内の造形プレート40上へ射出される。チャンバー3内は、チャンバー用ヒータ7等によって加熱されているが、チャンバー3内の温度はヘッド加熱部12におけるフィラメント50の軟化温度よりも低いため、造形プレート40上へ射出された軟化状態のフィラメントの温度は徐々に下がることになる。これにより、フィラメント50は、造形プレート40の表面に固着するとともに、層状構造物としての形状を維持できるように硬度が高まる。   Here, when modeling the three-dimensional modeled object with the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present embodiment, the softened filament 50 heated by the head heating unit 12 and injected from the injection nozzle 11 is the modeling plate in the chamber 3. 40 is injected onto. The inside of the chamber 3 is heated by the chamber heater 7 or the like, but since the temperature in the chamber 3 is lower than the softening temperature of the filament 50 in the head heating section 12, the softened filament injected onto the modeling plate 40 The temperature of will gradually decrease. Thereby, the filament 50 is fixed to the surface of the modeling plate 40, and the hardness is increased so that the shape as a layered structure can be maintained.

造形プレート40上に射出されたフィラメント50は、徐々に温度が下がる過程で、熱収縮を引き起こす。従来は、図6に示すように、造形プレート40’が容易に変形しない高剛性部材で構成されていたため、これに固着した最下層の層状構造物は、その熱収縮によって内部応力が高まっていく。また、この最下層の上に積層される第二層以降の層状構造物も同様に熱収縮を引き起こすため、第二層以降の層状構造物の内部応力も高まり、これによって最下層の層状構造物の内部応力は更に高まっていく。このように高まっていく最下層の層状構造物の内部応力は、最下層の層状構造物を反り返らせ、最下層の層状構造物の端部を高剛性の造形プレート40’から引き離すような剥離力を発生させる。   The filament 50 injected onto the modeling plate 40 causes thermal contraction in the process of gradually decreasing the temperature. Conventionally, as shown in FIG. 6, the modeling plate 40 ′ is composed of a highly rigid member that is not easily deformed. Therefore, the internal stress of the lowermost layered structure fixed to the plate increases due to thermal contraction. . In addition, since the layered structure after the second layer laminated on the lowermost layer also causes thermal shrinkage, the internal stress of the layered structure after the second layer also increases, thereby causing the layered structure of the lowermost layer. The internal stress increases further. The internal stress of the lowermost layered structure that increases in this way causes the lowermost layered structure to warp and peels off the end of the lowermost layered structure from the highly rigid modeling plate 40 '. Generate power.

最下層の層状構造物と高剛性の造形プレート40’との固着力を超える剥離力が生じるほど最下層の層状構造物の内部応力が高まると、図6に示すように、最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離してしまう。造形処理の途中で最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離してしまうと、形成済みの層状構造物の位置が造形プレート40’上で動いてしまい、その上に形成される新たな層状構造物との相対位置がずれて、造形処理を適切に継続できなくなる。   When the internal stress of the lowermost layered structure increases so that a peeling force exceeding the fixing force between the lowermost layered structure and the highly rigid modeling plate 40 ′ is generated, as shown in FIG. 6, the lowermost layered structure The object is peeled off from the modeling plate 40 ′. If the lowermost layered structure is peeled off from the modeling plate 40 ′ during the modeling process, the position of the layered structure already formed moves on the modeling plate 40 ′, and a new layer is formed on the layered structure. The relative position with the layered structure shifts and the modeling process cannot be continued properly.

剥離を抑制する方法としては、最下層の層状構造物と高剛性の造形プレート40’との固着力を高めることが考えられる。例えば、高剛性の造形プレート40’に層状構造物との化学的結合や機械的結合を改善する表膜をコーティングし、造形プレート40’と最下層の層状構造物との固着力を高める方法が挙げられる。しかしながら、固着力を高めるにも限界があるため、最下層の層状構造物の剥離力が大きい場合には、最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離する問題を解決することが難しい。   As a method for suppressing peeling, it is conceivable to increase the adhesion between the lowermost layered structure and the highly rigid modeling plate 40 '. For example, there is a method in which a highly rigid modeling plate 40 ′ is coated with a surface film that improves chemical bonding and mechanical bonding with the layered structure, and the adhesion between the modeling plate 40 ′ and the lowermost layered structure is increased. Can be mentioned. However, since there is a limit to increasing the fixing force, it is difficult to solve the problem that the lowermost layered structure is peeled off from the modeling plate 40 ′ when the lowermost layered structure has a large peeling force.

なお、ここでは、熱収縮が発生する場合で説明したが、熱膨張が発生する場合でも同様である。例えば、チャンバー3内の温度バラつきによって、造形処理の途中で層状構造物が熱膨張することもあり、そのような熱膨張によっても剥離力が発生するおそれがある。   Here, the case where thermal contraction occurs is described, but the same applies to the case where thermal expansion occurs. For example, due to temperature variation in the chamber 3, the layered structure may thermally expand during the modeling process, and peeling force may occur due to such thermal expansion.

図7は、本実施形態における造形プレート40を模式的に示す断面図である。
図8は、本実施形態における造形プレート40を模式的に示す平面図である。
本実施形態の造形プレート40は、図7に示すように、剛性層である剛性基板41とその剛性基板41上に形成された載置面層としての変形層42とから構成されている。この変形層42は、剛性基板41上に強固に固着されており、変形層42に固着する最下層の層状構造物の変形に追従して変形可能な柔軟性を有する層である。本実施形態の変形層42は、このような柔軟性を有することで、造形プレート40の変形層42上に形成された層状構造物が熱収縮を引き起こして変形層42に固着した最下層の層状構造物が反り返るように変形しても、図9に示すように、その変形に追従して変形層42も変形する。その結果、変形層42と最下層の層状構造物との間に生じる剥離力は小さく抑えられ、造形処理の途中で最下層の層状構造物が造形プレート40から剥離するのを抑制できる。したがって、造形処理の途中で形成済みの層状構造物の位置が許容範囲を超えて造形プレート40上で動いてしまうようなことはなく、造形処理を適切に実施できる。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing the modeling plate 40 in the present embodiment.
FIG. 8 is a plan view schematically showing the modeling plate 40 in the present embodiment.
As shown in FIG. 7, the modeling plate 40 according to the present embodiment includes a rigid substrate 41 that is a rigid layer and a deformation layer 42 that is a mounting surface layer formed on the rigid substrate 41. The deformation layer 42 is firmly fixed on the rigid substrate 41 and is a flexible layer that can be deformed following the deformation of the lowermost layered structure fixed to the deformation layer 42. The deformable layer 42 of the present embodiment has such flexibility, so that the layered structure formed on the deformable layer 42 of the modeling plate 40 causes thermal contraction and is fixed to the deformable layer 42 as a lowermost layer. Even if the structure is deformed to be warped, the deformation layer 42 is also deformed following the deformation as shown in FIG. As a result, the peeling force generated between the deformable layer 42 and the lowermost layered structure can be kept small, and the lowermost layered structure can be prevented from peeling from the modeling plate 40 during the modeling process. Therefore, the position of the layered structure already formed in the middle of the modeling process does not move on the modeling plate 40 beyond the allowable range, and the modeling process can be performed appropriately.

一方で、このように造形プレート40の変形層42が最下層の層状構造物の変形に追従して変形してしまうと、造形処理中に最下層の層状構造物が変形してしまって、造形される三次元造形物の造形精度が低くなり得る。しかしながら、造形処理中に剥離が生じてしまうと、そもそも三次元造形物を造形すること事態ができないことと比較すると、造形精度が低くても三次元造形物を造形できることのメリットの方が大きい。   On the other hand, when the deformation layer 42 of the modeling plate 40 is deformed following the deformation of the lowermost layered structure, the lowermost layered structure is deformed during the modeling process, and the modeling is performed. The modeling accuracy of the three-dimensional structure to be performed can be lowered. However, if peeling occurs during the modeling process, the advantage of being able to model the three-dimensional model is greater even if the modeling accuracy is low, compared to the fact that it is impossible to model the three-dimensional model.

また、造形プレート40の変形層42が最下層の層状構造物の変形に追従して変形する場合でも、変形層42の変形時にはその変形に抗する変形抵抗力が発生し、その変形抵抗力が最下層の層状構造物の変形を抑制する力となる。したがって、最下層の層状構造物の変形を十分に抑制できる変形抵抗力が発生するように変形層42の柔軟性を調整することで、許容範囲の造形精度で三次元造形物を造形することが可能である。   Further, even when the deformation layer 42 of the modeling plate 40 is deformed following the deformation of the lowermost layered structure, a deformation resistance force is generated against the deformation when the deformation layer 42 is deformed, and the deformation resistance force is This is a force that suppresses deformation of the lowermost layered structure. Therefore, by adjusting the flexibility of the deformation layer 42 so as to generate a deformation resistance that can sufficiently suppress the deformation of the lowermost layered structure, it is possible to form a three-dimensional structure with an acceptable modeling accuracy. Is possible.

更に、本実施形態において、造形プレート40に固着した状態の三次元造形物は、造形処理を終了した後、チャンバー3内で取出可能な温度(例えば室温付近)まで冷却されてから、チャンバー3から取り出される。この冷却過程において、造形プレート40に固着する三次元造形物の最下層の層状構造物は、造形処理中よりも大きな熱収縮を引き起こす。そのため、より大きな剥離力が発生するため、従来の高剛性の造形プレート40’では、その造形プレート40’に固着した三次元造形物が冷却される過程で、最下層の層状構造物が反り返って最下層の層状構造物が造形プレート40’から剥離してしまう。このような冷却過程で剥離が生じると、その後は三次元造形物の熱収縮による変形に抗する外力が全く作用しなくなるため、三次元造形物の変形が進行して、造形精度が悪化する。   Further, in the present embodiment, the three-dimensional structure that is fixed to the modeling plate 40 is cooled to a temperature that can be taken out in the chamber 3 (for example, near room temperature) after the modeling process is finished, and then from the chamber 3. It is taken out. In this cooling process, the lowermost layered structure of the three-dimensional structure that adheres to the modeling plate 40 causes a larger thermal shrinkage than during the modeling process. Therefore, since a larger peeling force is generated, in the conventional high-rigidity modeling plate 40 ′, the lowermost layered structure is warped in the process of cooling the three-dimensional structure fixed to the modeling plate 40 ′. The lowermost layered structure is peeled off from the modeling plate 40 ′. When peeling occurs in such a cooling process, an external force that resists deformation due to thermal contraction of the three-dimensional structure does not act at all thereafter, so that the deformation of the three-dimensional structure proceeds and the modeling accuracy deteriorates.

本実施形態によれば、このような冷却過程において最下層の層状構造物が変形しても、その変形に追従して造形プレート40の変形層42が変形する。このときも、変形層42の変形時にはその変形に抗する変形抵抗力が発生し、その変形抵抗力が最下層の層状構造物の変形を抑制する力となる。したがって、造形処理後の冷却過程時に三次元造形物が熱収縮によって変形することも、変形層42によって抑制でき、剥離による造形精度の悪化も抑制できる。   According to this embodiment, even if the lowermost layered structure is deformed in such a cooling process, the deformable layer 42 of the modeling plate 40 is deformed following the deformation. Also at this time, when the deformation layer 42 is deformed, a deformation resistance force resisting the deformation is generated, and the deformation resistance force is a force for suppressing the deformation of the lowermost layered structure. Therefore, the deformation layer 42 can also prevent the three-dimensional structure from being deformed by thermal contraction during the cooling process after the forming process, and the deterioration of the forming accuracy due to peeling can also be suppressed.

なお、ステージ加熱部5を制御してステージ4の温度を調整することにより、ステージ4の近傍の温度環境を変化させ、三次元造形物の熱収縮率をコントロールするようにすれば、接着性や造形精度の更なる向上を図ることが可能である。   By controlling the stage heating unit 5 and adjusting the temperature of the stage 4 to change the temperature environment in the vicinity of the stage 4 and to control the thermal contraction rate of the three-dimensional structure, the adhesion and It is possible to further improve the modeling accuracy.

変形層42は、最下層の層状構造物の変形に追従して変形可能であれば、変形の復元力が小さい又は無い塑性変形する層であってもよい。しかしながら、本実施形態では、変形層42として、変形の復元力が大きな弾性層を用いている。このような弾性層であれば、変形の復元力が最下層の層状構造物の変形に抗する変形抵抗力として継続的に作用するため、最下層の層状構造物の変形を抑制する効果が高い。したがって、より高い造形精度で三次元造形物を造形することが可能となる。   The deformable layer 42 may be a plastically deformable layer having a small or no restoring force as long as it can be deformed following the deformation of the lowermost layered structure. However, in this embodiment, an elastic layer having a large deformation restoring force is used as the deformation layer 42. With such an elastic layer, the restoring force of deformation acts continuously as a deformation resistance force against the deformation of the lowermost layered structure, so the effect of suppressing the deformation of the lowermost layered structure is high. . Therefore, it becomes possible to model a three-dimensional structure with higher modeling accuracy.

造形プレート40の剛性基板41としては、変形層42が最下層の層状構造物の変形に追従して変形しても、実質的に変形することなく変形層42を支持できる硬度をもつものであればよい。ただし、本実施形態において、造形プレート40はチャンバー3内で高温に曝されるため、その剛性基板41としては、難燃性、耐熱性を有するものが好ましい。   As the rigid substrate 41 of the modeling plate 40, even if the deformable layer 42 is deformed following the deformation of the lowermost layered structure, it has a hardness that can support the deformable layer 42 without substantially deforming. That's fine. However, in this embodiment, since the modeling plate 40 is exposed to a high temperature in the chamber 3, the rigid substrate 41 preferably has flame resistance and heat resistance.

剛性基板41の材料としては、スチレン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリビニルエーテル樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、ケトン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂を用いることができる。難燃性の観点から、例えば、PVDF、ETFEなどのフッ素系樹脂や、ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂等が好ましく、機械強度(高弾性)や耐熱性の点から、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂が好適である。   Materials for the rigid substrate 41 include styrene resin, phenol resin, acrylic resin, methacrylic resin, urethane resin, melamine resin, polyamide resin, polyester resin, polyether resin, polyvinyl ether resin, polyolefin resin, epoxy resin, ketone resin, silicone Resins such as resin and fluororesin can be used. From the viewpoint of flame retardancy, for example, fluorine-based resins such as PVDF and ETFE, polyimide resin or polyamideimide resin are preferable, and from the viewpoint of mechanical strength (high elasticity) and heat resistance, epoxy resin, polyimide resin or polyamideimide is preferable. Resins are preferred.

また、剛性基板41の材料としては、熱伝導率や機械的強度の観点から、樹脂材料よりも金属材料がより好ましい。金属材料を用いる場合でも、実質的に変形することなく変形層42を支持できる硬度や耐熱性が有するものであれば、その種類は問わず、汎用性の高い、鉄やアルミニウム、ステンレス、真鋳、チタン、鋼、銅などが使用できるが、コストや機械的強度、熱伝導性、表面の加工性の観点より、ステンレスやアルミニウムが好ましい。   The material of the rigid substrate 41 is more preferably a metal material than a resin material from the viewpoint of thermal conductivity and mechanical strength. Even in the case of using a metal material, any material can be used as long as it has hardness and heat resistance that can support the deformable layer 42 without substantially deforming, and is highly versatile, such as iron, aluminum, stainless steel, true casting. Titanium, steel, copper and the like can be used, but stainless steel and aluminum are preferable from the viewpoints of cost, mechanical strength, thermal conductivity, and surface workability.

また、造形プレート40の剛性基板41の表面には、粗面化処理等により凹凸を形成して接触面積の増大やアンカー効果による剛性基板41と変形層42との固着性の向上を測ってもよい。このような凹凸を形成する方法としては、メッキ、表面コーティング、プラズマ処理、表面改質、プライマー層の形成など、公知の粗面化処理が挙げられる。サンドブラスト、ショットブラスト、メッキ加工、研磨などでもよい。   Further, the surface of the rigid substrate 41 of the modeling plate 40 may be roughened by roughening or the like to increase the contact area or improve the adhesion between the rigid substrate 41 and the deformation layer 42 due to the anchor effect. Good. Examples of the method for forming such irregularities include known roughening treatments such as plating, surface coating, plasma treatment, surface modification, and formation of a primer layer. Sand blasting, shot blasting, plating, polishing, etc. may be used.

また、変形層42の材料としては、汎用の樹脂、エラストマー、ゴムなどの材料を使用することが可能だが、エラストマー材料やゴム材料を用いるのが良い。
エラストマー材料としては、熱可塑性エラストマーとして、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリスチレン系、ポリアクリル系、ポリジエン系、シリコーン変性ポリカーボネート系、フッ素系共重合体系等が挙げられる。また、熱硬化性として、ポリウレタン系、シリコーン変性エポキシ系、シリコーン変性アクリル系等が挙げられる。
また、ゴム材料としては、イソプレンゴム、スチレンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム等が挙げられる。
これらの各種エラストマー、ゴムの中から、上述した変形層42としての所望の特性が得られる材料を適宜選択するが、本実施形態においては、変形層42の柔軟性(層状構造物の変形追従性)や金属材料で形成される剛性基板41との固着性の観点から、変形層42の材料としてはアクリルゴムが好ましい。
Moreover, as a material of the deformation layer 42, materials such as general-purpose resins, elastomers, and rubbers can be used, but elastomer materials and rubber materials are preferably used.
Examples of the elastomer material include thermoplastic elastomers such as polyester, polyamide, polyether, polyurethane, polyolefin, polystyrene, polyacryl, polydiene, silicone-modified polycarbonate, and fluorine copolymer. . Examples of thermosetting include polyurethane, silicone-modified epoxy, and silicone-modified acrylic.
Examples of the rubber material include isoprene rubber, styrene rubber, butadiene rubber, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, silicone rubber, chloroprene rubber, acrylic rubber, chlorosulfonated polyethylene, fluorine rubber, urethane rubber, and hydrin rubber. .
Of these various elastomers and rubbers, a material that can obtain the desired characteristics as the above-described deformation layer 42 is appropriately selected. In the present embodiment, the flexibility of the deformation layer 42 (deformation followability of the layered structure) is selected. And acrylic rubber is preferable as the material of the deformable layer 42 from the viewpoint of adhesion to the rigid substrate 41 formed of a metal material.

本実施形態においては、造形プレート40がチャンバー3内で高温に曝されるため、その変形層42としては、そのような高温環境下で、上述した変形層42としての所望の特性が得られる材料を選択することが望ましい。この観点からすると、変形層42の材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴムなどが好適であり、特に難燃性の面からシリコーンゴムがより好適である。   In the present embodiment, since the modeling plate 40 is exposed to a high temperature in the chamber 3, the deformable layer 42 is a material that can obtain desired characteristics as the deformable layer 42 described above under such a high temperature environment. It is desirable to select. From this viewpoint, the material of the deformable layer 42 is preferably silicone rubber, fluorine rubber, or the like, and more preferably silicone rubber from the viewpoint of flame retardancy.

積層させる変形層42の硬度は、造形品質に影響をおよぼす。詳しくは、硬度が高すぎると、変形しにくくなって追従性に劣ることになる一方、硬度が低すぎると、三次元造形物の変形を許容しすぎてしまい、造形品質が悪化することになる。変形層42の硬度を測定する方法としては、マルテンス硬度、ビッカース硬度などの微小硬度計測を行う方法が挙げられる。この方法では、測定部位のバルク方向の浅い領域、つまり表面近傍の硬度しか測定していないので、変形層42全体としての変形性能を評価することは難しい。そのため、変形層42全体の変形性能が評価できるマイクロゴム硬度を測定する方法を用いるのが好ましい。マイクロゴム硬度は、市販のマイクロゴム硬度計を使用して測定することができる。具体的には、例えば高分子計器社製の「マイクロゴム硬度計MD−1」を使用して測定することができる。変形層42のマイクロゴム硬度は、23℃50%RHの環境下で10以上50以下が好ましく、15以上40以下が更に好ましい。   The hardness of the deformed layer 42 to be laminated affects the modeling quality. Specifically, if the hardness is too high, it will be difficult to deform and inferior in followability, whereas if the hardness is too low, the deformation of the three-dimensional structure will be allowed and the modeling quality will deteriorate. . Examples of a method for measuring the hardness of the deformable layer 42 include a method of measuring a microhardness such as Martens hardness and Vickers hardness. In this method, only the shallow region in the bulk direction of the measurement site, that is, the hardness in the vicinity of the surface is measured, so it is difficult to evaluate the deformation performance of the entire deformation layer 42. Therefore, it is preferable to use a method of measuring the micro rubber hardness that can evaluate the deformation performance of the entire deformation layer 42. The micro rubber hardness can be measured using a commercially available micro rubber hardness meter. Specifically, it can be measured using, for example, “Micro Rubber Hardness Meter MD-1” manufactured by Kobunshi Keiki Co., Ltd. The micro rubber hardness of the deformation layer 42 is preferably 10 or more and 50 or less, and more preferably 15 or more and 40 or less in an environment of 23 ° C. and 50% RH.

このように、変形層42には、最下層の層状構造物が反り返ることに追従して変形することで剥離力を小さくしつつ、その変形量が造形品質を悪化させない許容範囲内に抑えられる適切な硬度(柔軟性)が求められる。しかしながら、このような柔軟性をもつ変形層42を実現しようとする場合、造形材料の種類などによっては、最下層の層状構造物と変形層42との間の接着性を十分に得ることが難しい場合がある。例えば、結晶性材料のエンジニアリングプラスチックであるポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のような熱収縮が大きい造形材料を用いる場合には、最下層の層状構造物と変形層42との間の接着性を十分に得ることが難しい。すなわち、変形層42の硬度(柔軟性)を、変形量が造形品質を悪化させない許容範囲内に抑えられる適切な硬度にすると、追従変形による剥離力低下の効果が不十分で、最下層の層状構造物が造形プレート40から剥離してしまう場合がある。   As described above, the deformation layer 42 is appropriately adjusted so that the amount of deformation is suppressed within an allowable range that does not deteriorate the molding quality while reducing the peeling force by deforming following the warping of the lowermost layered structure. Hardness (flexibility) is required. However, when trying to realize the deformable layer 42 having such flexibility, it is difficult to obtain sufficient adhesion between the lowermost layered structure and the deformable layer 42 depending on the type of modeling material. There is a case. For example, when a modeling material having a large thermal shrinkage such as polyether ether ketone (PEEK), which is a crystalline material engineering plastic, is used, sufficient adhesion between the lowermost layered structure and the deformable layer 42 is ensured. Difficult to get to. That is, if the hardness (flexibility) of the deformation layer 42 is set to an appropriate hardness that can be suppressed within an allowable range in which the deformation amount does not deteriorate the modeling quality, the effect of lowering the peeling force due to the follow-up deformation is insufficient, and the lowermost layer shape The structure may peel from the modeling plate 40.

最下層の層状構造物と変形層42との間の接着性を高める方法としては、変形層42の材料として、造形材料との間で分子間力等の結合力が高い材料を選択する方法が考えられる。しかしながら、そのような材料を選択したときに、上述したような適切な硬度(柔軟性)をもつ変形層42を構成できない場合も多い。   As a method for improving the adhesion between the lowermost layered structure and the deformable layer 42, there is a method of selecting a material having a high bonding force such as an intermolecular force with the modeling material as the material of the deformable layer 42. Conceivable. However, when such a material is selected, there are many cases where the deformation layer 42 having the appropriate hardness (flexibility) as described above cannot be formed.

また、上述した剛性基板41と変形層42との接着と同様に、変形層42の表面を粗面化処理等により凹凸面とし、最下層の層状構造物と変形層42との間の接触面積の増大やアンカー効果により、接着性を高める方法も考えられる。しかしながら、上述したような適切な硬度(柔軟性)をもつ変形層42を実現するために好適なエラストマー材料やゴム材料は、剛性基板41のような金属材料と比べて粗面化処理が困難で、十分なアンカー効果が得られるような凹凸面とするのが難しい。しかも、エラストマー材料やゴム材料の場合、その表面を凹凸面にできたとしても、変形層42が上述したように追従変形すると、クラックが生じやすく、耐久性が低下してしまう。更には、変形層42の表面上の凸部もエラストマー材料やゴム材料などの比較的柔らかい材料で形成され、この点でも、十分なアンカー効果を得ることが難しい。   Similarly to the adhesion between the rigid substrate 41 and the deformation layer 42 described above, the surface of the deformation layer 42 is roughened by roughening or the like, and the contact area between the lowermost layered structure and the deformation layer 42 is obtained. A method of increasing the adhesiveness due to the increase in the thickness and the anchor effect can be considered. However, an elastomer material or a rubber material suitable for realizing the deformation layer 42 having an appropriate hardness (flexibility) as described above is difficult to roughen as compared with a metal material such as the rigid substrate 41. Therefore, it is difficult to form an uneven surface that can provide a sufficient anchor effect. Moreover, in the case of an elastomer material or a rubber material, even if the surface can be made uneven, if the deformable layer 42 is deformed following as described above, cracks are likely to occur and durability will be reduced. Furthermore, the convex part on the surface of the deformation layer 42 is also formed of a relatively soft material such as an elastomer material or a rubber material, and it is difficult to obtain a sufficient anchor effect in this respect as well.

なお、変形層42の表面に大きな凹凸を形成すれば、エラストマー材料やゴム材料であっても、十分なアンカー効果を得ることが可能であるが、この場合、変形層42の表面上の凹凸に沿ってその上に形成される層状構造物にも凹凸が生じ、造形精度の低下を招くという問題が生じる。   If large irregularities are formed on the surface of the deformable layer 42, it is possible to obtain a sufficient anchor effect even with an elastomer material or a rubber material. Concavities and convexities are also generated in the layered structure formed on the substrate, resulting in a problem that the modeling accuracy is lowered.

以上のように、上述した適切な硬度(柔軟性)をもち、かつ、最下層の層状構造物との間の高い接着性をもつような変形層42を、その変形層42を形成する単一の材料で実現することは難しい。   As described above, the deformable layer 42 having the above-described appropriate hardness (flexibility) and having high adhesion to the lowermost layered structure is formed as a single layer that forms the deformable layer 42. It is difficult to realize with the material.

そこで、本実施形態においては、変形層42を2種類の異なる材料で形成している。具体的には、本実施形態の変形層42は、図7や図8に示すように、エラストマー材料やゴム材料などの基材42aに、その基材42aよりも硬い材料からなる分散材42bを分散配置したものとなっている。本実施形態では、分散材42bによる多数の凸部が形成されるように、基材42aに対して多数の分散材42bが分散配置されている。これにより、変形層42の表面は、分散材42bの寸法に応じた凹凸が形成される。よって、図10に示すように、分散材42bの寸法を適切に設定することで、造形精度の低下を招かない小さな凹凸で、接触面積の増大やアンカー効果による高い接着性を発揮することが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, the deformation layer 42 is formed of two different materials. Specifically, as shown in FIGS. 7 and 8, the deformation layer 42 of the present embodiment includes a dispersion material 42 b made of a material harder than the base material 42 a on a base material 42 a such as an elastomer material or a rubber material. It is distributed. In the present embodiment, a large number of dispersing materials 42b are dispersedly arranged with respect to the base material 42a so that a large number of convex portions are formed by the dispersing material 42b. Thereby, the unevenness | corrugation according to the dimension of the dispersion material 42b is formed in the surface of the deformation | transformation layer 42. FIG. Therefore, as shown in FIG. 10, by appropriately setting the size of the dispersion material 42b, it is possible to exhibit high adhesion due to an increase in the contact area and an anchor effect with small unevenness that does not cause a decrease in modeling accuracy. It becomes.

このような変形層42であれば、上述した適度な硬度(柔軟性)については、エラストマー材料やゴム材料からなる基材42aによって得られる一方、最下層の層状構造物との間の接着性については、基材42aよりも硬い分散材42bによって形成される凹凸によって得られる。このように、変形層42に求められる柔軟性と接着性という2つの性質あるいは機能を、それぞれ異なる材料(基材42aと分散材42bの各材料)によって個別に得ることで、これらの性質や機能を両立することができる。しかも、エラストマー材料やゴム材料からなる基材42aについては粗面化処理を行わないため、クラックが生じにくく、耐久性低下も抑制される。   With such a deformable layer 42, the above-mentioned appropriate hardness (flexibility) can be obtained by the base material 42a made of an elastomer material or a rubber material, and the adhesiveness with the lowermost layered structure. Is obtained by unevenness formed by the dispersion material 42b harder than the base material 42a. In this way, by obtaining two properties or functions required for the deformable layer 42 individually by different materials (the materials of the base material 42a and the dispersion material 42b), these properties and functions are obtained. Can be compatible. In addition, since the base material 42a made of an elastomer material or a rubber material is not subjected to the roughening treatment, cracks are hardly generated and a decrease in durability is suppressed.

本実施形態のような変形層42をもつ造形プレート40の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、エラストマー材料やゴム材料などの基材42a中に多数の分散材42bを分散させたものを剛性基板41上に塗布することにより製造できる。この場合、変形層42の表面上の凸部を構成する分散材42bの表面に基材42aがコーティングされた状態になっていても、凸部の剛性は分散材42bの硬さによって確保されるため、十分なアンカー効果が得られる。   The manufacturing method of the modeling plate 40 having the deformable layer 42 as in the present embodiment is not particularly limited. For example, a large number of dispersion materials 42b are dispersed in a base material 42a such as an elastomer material or a rubber material. Can be manufactured by applying the product on the rigid substrate 41. In this case, even if the base material 42a is coated on the surface of the dispersion material 42b constituting the convex portion on the surface of the deformation layer 42, the rigidity of the convex portion is ensured by the hardness of the dispersion material 42b. Therefore, a sufficient anchor effect can be obtained.

また、変形層42の表面上に分散材42bを露出した場合だと、最下層の層状構造物に接着した分散材42bが基材42aから剥離してしまって、これにより最下層の層状構造物が造形プレート40から剥離するおそれがある。これに対し、上述したように、変形層42の表面上において分散材42bの表面が基材42aにコーティングされた状態であれば、分散材42bが基材42aから離脱しにくく、分散材42bが基材42aから剥離することによって最下層の層状構造物が造形プレート40から剥離するような事態が抑制される。   In addition, when the dispersing material 42b is exposed on the surface of the deformable layer 42, the dispersing material 42b adhered to the lowermost layered structure is peeled off from the base material 42a, thereby causing the lowermost layered structure. May peel off from the modeling plate 40. On the other hand, as described above, if the surface of the dispersion material 42b is coated on the base material 42a on the surface of the deformation layer 42, the dispersion material 42b is unlikely to be detached from the base material 42a, and the dispersion material 42b By peeling off from the base material 42a, the situation where the lowermost layered structure is peeled off from the modeling plate 40 is suppressed.

一方で、変形層42の表面上に分散材42bを露出させるように構成してもよい。この場合、接触面積の増大やアンカー効果に加え、最下層の層状構造物と分散材42bとの間の分子間力などによっても、接着性を向上させることが可能となり、より高い接着性を実現できる。ただし、図7に示すように、変形層42の表面上における凸部と凹部との高低差hが、当該凸部を形成する分散材42bの高さHの50%未満であるのが好ましい。この場合、凸部を形成する分散材42bの表面積の半分以上が基材42aに接触し、分散材42bと基材42aとの接着性を確保して基材42aから分散材42bが離脱するのを十分に抑制できる。   On the other hand, the dispersion material 42 b may be exposed on the surface of the deformation layer 42. In this case, in addition to an increase in the contact area and anchor effect, adhesion can be improved by intermolecular force between the lowermost layered structure and the dispersion material 42b, thereby realizing higher adhesion. it can. However, as shown in FIG. 7, it is preferable that the height difference h between the convex portion and the concave portion on the surface of the deformation layer 42 is less than 50% of the height H of the dispersion material 42b forming the convex portion. In this case, more than half of the surface area of the dispersing material 42b forming the convex portion comes into contact with the base material 42a, ensuring adhesion between the dispersing material 42b and the base material 42a, and the dispersing material 42b is detached from the base material 42a. Can be sufficiently suppressed.

なお、ここでいう高低差hと分散材42bの高さHとの関係は、測定領域内における平均値で示したものである。分散材42bの高さH及び高低差hは、変形層42の断面を走査電子顕微鏡(SEM)により観察し、凸部を構成する分散材42bの高さHを測定するとともに、当該凸部の頂点とこれに隣接する凹部の最深部との差を高低差hとして測定した。   The relationship between the height difference h and the height H of the dispersion material 42b here is shown as an average value in the measurement region. The height H and the height difference h of the dispersion material 42b are obtained by observing the cross section of the deformation layer 42 with a scanning electron microscope (SEM), measuring the height H of the dispersion material 42b constituting the convex portion, and measuring the height of the convex portion. The difference between the apex and the deepest portion of the concave portion adjacent to this was measured as the height difference h.

本実施形態における分散材42bの材料としては、基材42aよりも硬い材料で、さらに耐熱性を有する樹脂材料や金属材料が好ましい。また、変形層42の表面上に分散材42bを露出させた構成とする場合、接着性向上の観点から、造形材料との親和性を持つ樹脂や金属材料であるのが好ましい。具体的な分散材42bの材料としては、例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂といった熱可塑性エラストマーから構成される材料系や、ポリアミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などの硬化性樹脂やエンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックを主成分としてなる粒子が挙げられる。また、これらの樹脂材料を、他の樹脂で被覆したものを使用してもよい。特に、これらの材料の中から、耐熱性の観点も含めて選択されるのが好ましい。   As the material of the dispersion material 42b in the present embodiment, a resin material or metal material that is harder than the base material 42a and further has heat resistance is preferable. Moreover, when it is set as the structure which exposed the dispersion material 42b on the surface of the deformation | transformation layer 42, it is preferable from the viewpoint of an adhesive improvement that they are resin and metal material with affinity with modeling material. Specific examples of the material of the dispersing material 42b include a material system composed of a thermoplastic elastomer such as polyester resin and acrylic resin, polyamide resin, polyethersulfone resin, polyphenylene sulfide resin, polyamideimide resin, melamine resin, and silicone. Examples thereof include particles mainly composed of a curable resin such as a resin, an epoxy resin, or a fluororesin, an engineering plastic, and a super engineering plastic. Moreover, you may use what coat | covered these resin materials with other resin. In particular, it is preferable to select these materials from the viewpoint of heat resistance.

近年、造形材料として、より高い強度を有する材料を使用する傾向があり、これまで使用してきたABSやPLAに加えて、エンジニアリングプラスチックである、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンが、また、スーパーエンジニアリングプラスチックである、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド樹脂が、使用されることがある。   In recent years, there is a tendency to use materials having higher strength as modeling materials. In addition to ABS and PLA that have been used so far, engineering plastics such as polycarbonate, polyester, polyamide, polyacetal, polyphenylene ether, polyethylene, Further, polyether ether ketone, polyether imide, polyphenylene sulfide resin, fluororesin, liquid crystal polymer, and polyamide imide resin, which are super engineering plastics, may be used.

このような高い強度を有する造形材料を吐出するためには、造形ヘッド10での加熱温度を高くする必要があり、このような高温で排出される造形材料に対しても耐えられる耐熱性が、凸形状を維持してアンカー効果を発揮するためにも、分散材42bに求められる。したがって、上述した基材42aはもとより、分散材42bについても、造形ヘッド10から排出される造形材料の温度よりも高い融点又は熱分解温度を有する材料を選択することが好ましい。よって、エンジニアリングプラスチックや架橋性樹脂から構成される樹脂材料が分散材42bの材料として好適に用いることができ、好ましくは、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、架橋性のエポキシ樹脂やシリコーン樹脂やフッ素樹脂を用いることができる。   In order to discharge a modeling material having such a high strength, it is necessary to increase the heating temperature in the modeling head 10, and the heat resistance that can withstand the modeling material discharged at such a high temperature, In order to maintain the convex shape and exhibit the anchor effect, it is required for the dispersion material 42b. Therefore, it is preferable to select a material having a melting point or a thermal decomposition temperature higher than the temperature of the modeling material discharged from the modeling head 10 for the dispersion material 42b as well as the base material 42a described above. Therefore, a resin material composed of an engineering plastic or a crosslinkable resin can be suitably used as the material of the dispersion material 42b. Preferably, a polyamide resin, a polyamideimide resin, a crosslinkable epoxy resin, a silicone resin, or a fluorine resin is used. Can be used.

本実施形態における分散材42bの形状は、ほぼ球形であるが、球形にかぎらず、多面体形状、細長い棒形状(長鎖繊維)などであってもよい。   The shape of the dispersion material 42b in the present embodiment is substantially spherical, but it is not limited to a spherical shape, and may be a polyhedron shape, an elongated rod shape (long chain fiber), or the like.

また、本実施形態における分散材42bの体積平均粒径は、0.5[μm]以上150[μm]以下であるのが好ましい。分散材42bの体積平均粒径が0.5[μm]未満である場合、変形層42の表面に、十分なアンカー効果が得られる高低差をもつ凹凸を形成することが困難であり、場合によっては、分散材42bを変形層42の表面に偏在させることもプロセス上で困難となり得る。一方、分散材42bの体積平均粒径が150[μm]を超える場合、変形層42の表面上に形成される層状構造物にも凹凸が生じて造形精度の低下を招きやすい。また、分散材42bの体積平均粒径が150[μm]を超えると、変形層42の表面上に分散材42bを露出させた構成において、分散材42bが基材42aから離脱しやすくなり、分散材42bが基材42aから剥離することによって最下層の層状構造物が造形プレート40から剥離する事態が発生しやすくなる。   Moreover, it is preferable that the volume average particle diameter of the dispersion material 42b in this embodiment is 0.5 [μm] or more and 150 [μm] or less. When the volume average particle size of the dispersion material 42b is less than 0.5 [μm], it is difficult to form unevenness having a height difference that can obtain a sufficient anchor effect on the surface of the deformation layer 42. In the process, it is difficult to make the dispersion material 42b unevenly distributed on the surface of the deformation layer 42. On the other hand, when the volume average particle size of the dispersion material 42b exceeds 150 [μm], the layered structure formed on the surface of the deformable layer 42 also has irregularities, which tends to cause a reduction in modeling accuracy. Further, when the volume average particle size of the dispersion material 42b exceeds 150 [μm], the dispersion material 42b is easily detached from the base material 42a in the configuration in which the dispersion material 42b is exposed on the surface of the deformation layer 42, and the dispersion material 42b is dispersed. When the material 42b is peeled off from the base material 42a, a situation in which the lowermost layered structure is peeled off from the modeling plate 40 is likely to occur.

また、本実施形態における分散材42bの粒度分布はシャープである(分散材42bの寸法が一定範囲内に収まっている)のが好ましい。具体的には、粒度分布の幅が、±(体積平均粒径×1/2)以下であるのが好ましい。ただし、寸法にバラツキがあっても、所望の寸法をもつ分散材42bが変形層42の表面上の凸部を構成するように形成すればよい。   In addition, it is preferable that the particle size distribution of the dispersion material 42b in this embodiment is sharp (the size of the dispersion material 42b is within a certain range). Specifically, the width of the particle size distribution is preferably ± (volume average particle diameter × 1/2) or less. However, even if there are variations in dimensions, the dispersion material 42b having a desired dimension may be formed so as to form a convex portion on the surface of the deformation layer 42.

また、本実施形態における変形層42の表面上において、分散材42bによる凸部の占める割合(凸部占有面積率)は、少なくとも20[%]以上であるのが好ましい。20[%]未満であると、変形層42の表面上における凹凸による表面面積の増大やアンカー効果による十分な接着性が得にくい場合がある。また、なお、接着性が高すぎることが問題になる場合もあり(例えば、造形処理後に三次元造形物を造形プレート40から取り外す作業を行う場合、接着性が高すぎるとその作業が困難になる。)、そのような場合には、凸部占有面積率を調整し、表面面積の増大やアンカー効果による接着性をコントロールするのがよい。   Further, on the surface of the deformable layer 42 in the present embodiment, it is preferable that the proportion occupied by the convex portions (the convex portion occupation area ratio) by the dispersing material 42b is at least 20% or more. If it is less than 20%, it may be difficult to obtain sufficient adhesion due to an increase in surface area due to unevenness on the surface of the deformation layer 42 or an anchor effect. In addition, it may be a problem that the adhesiveness is too high (for example, when performing the operation of removing the three-dimensional structure from the modeling plate 40 after the modeling process, the operation becomes difficult if the adhesiveness is too high. In such a case, it is preferable to control the adhesiveness due to the increase in the surface area and the anchor effect by adjusting the area occupied by the protrusions.

なお、本実施形態においては、図8に示したように、変形層42の表面上において分散材42bが均一に分散するように構成しているが、図11に示すように、分散材42bをランダムに分散させて分散材42bが偏在するような構成であってもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the dispersion material 42b is uniformly dispersed on the surface of the deformation layer 42. However, as shown in FIG. A configuration in which the dispersion material 42b is unevenly distributed and distributed unevenly may be employed.

また、本実施形態においては、図8に示したように、ほぼ同じ寸法の分散材42bを用いる構成であるが、図12に示すように、異なる寸法をもった2種類の分散材42b1,42b2を分散させてもよい。異なる寸法をもった2種類の分散材42b1,42b2を分散させることで、両分散材42b1,42b2間の含有比率を調整して凹凸状態をコントロールでき、表面面積の増大やアンカー効果による接着性をコントロールすることが可能である。また、図13に示すように、異なる寸法をもった3種類の分散材42b1,42b2,42b3を分散させれば、接着性を更に細かくコントロールすることが可能である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the dispersion material 42b having substantially the same size is used. However, as shown in FIG. 12, two types of dispersion materials 42b1 and 42b2 having different sizes are used. May be dispersed. By dispersing the two types of dispersions 42b1 and 42b2 having different dimensions, the content ratio between the two dispersions 42b1 and 42b2 can be adjusted to control the uneven state, and the surface area can be increased and the adhesion by the anchor effect can be improved. It is possible to control. Further, as shown in FIG. 13, if three types of dispersing materials 42b1, 42b2, and 42b3 having different dimensions are dispersed, the adhesiveness can be controlled more finely.

また、異なる材料からなる2種類以上の分散材を分散させてもよい。この場合、例えば。両分散材間における造形材料との分子間力の違いにより、両分散材間の含有比率を調整して接着性をコントロールすることが可能である。また、例えば、異なる造形材料に対してそれぞれ適切な材料からなる2種類以上の分散材を分散させることで、1つの造形プレート40で、複数種類の造形材料に対応することが可能となる。また、例えば、材料の異なる分散材の種類を増やすことで、変形層42に新たな性質や機能を追加することも可能となる。   Moreover, you may disperse | distribute the 2 or more types of dispersing material which consists of a different material. In this case, for example. The adhesiveness can be controlled by adjusting the content ratio between the two dispersions due to the difference in intermolecular force between the two dispersions and the modeling material. Further, for example, by dispersing two or more types of dispersion materials made of appropriate materials with respect to different modeling materials, a single modeling plate 40 can support a plurality of types of modeling materials. Further, for example, it is possible to add new properties and functions to the deformable layer 42 by increasing the types of dispersion materials having different materials.

また、異なる寸法をもった2種類以上の分散材や、異なる材料からなる2種類以上の分散材を分散させる場合、図14や図15に示すように、規則的に分散させるようにしてもよい。このように規則的に分散させることで、変形層42の表面上において局所的に接着性が劣る箇所が生じ得る事態を回避しやすい。   Further, when two or more kinds of dispersing materials having different dimensions or two or more kinds of dispersing materials made of different materials are dispersed, they may be dispersed regularly as shown in FIGS. . By regularly dispersing in this manner, it is easy to avoid a situation where a locally inferior portion may occur on the surface of the deformation layer 42.

なお、造形中の層状構造物は表面から次第に冷却されていくため、層状構造物の表面付近から変形が起こる場合が多い。したがって、例えば、層状構造物の表面付近(すなわち変形が早く、変形量が多い箇所)に対応する位置に局所的に接着性をもたせることで、接着性の低下を防ぐことができる。   In addition, since the layered structure under modeling is gradually cooled from the surface, deformation often occurs from the vicinity of the surface of the layered structure. Therefore, for example, by providing adhesiveness locally at a position corresponding to the vicinity of the surface of the layered structure (that is, a place where the deformation is fast and the deformation amount is large), it is possible to prevent a decrease in adhesiveness.

また、異なる寸法をもった2種類以上の分散材や、異なる材料からなる2種類以上の分散材を分散させる場合、図16や図17に示すように、少なくとも1種類の分散材42b1,42b3だけを規則的に配置するようにしてもよい。このとき、図16中符号Aで示す領域や、図17中符号Bで示す領域のように、回転対称性をもつような規則性をもって分散材42b1,42b3を配置するのがよい。この場合、高い接着性を得やすい。   Further, when two or more kinds of dispersing materials having different dimensions or two or more kinds of dispersing materials made of different materials are dispersed, as shown in FIGS. 16 and 17, only at least one kind of dispersing materials 42b1 and 42b3 are used. May be arranged regularly. At this time, it is preferable to disperse the dispersive materials 42b1 and 42b3 with regularity having rotational symmetry, such as a region indicated by symbol A in FIG. 16 and a region indicated by symbol B in FIG. In this case, it is easy to obtain high adhesiveness.

また、本実施形態の造形プレート40は、剛性基板41と変形層42とから構成されているが、ステージ4上に変形層42を直接形成した構成であってもよい。   In addition, the modeling plate 40 of the present embodiment is configured by the rigid substrate 41 and the deformation layer 42, but may be configured by directly forming the deformation layer 42 on the stage 4.

〔効果確認試験〕
次に、本実施形態における造形プレート40を用いた効果確認試験について説明する。
本効果確認試験においては、造形プレート40を構成する基材42aの材料並びに分散材42bの材料及び体積平均粒径を変えた各種変形層42をもつ造形プレート40を用いて、所定の三次元造形物を造形した。そして、これらの変形層42における埋没率h/H[%]、造形材料多様性、接着性、造形精度(反り量)を測定、評価した。
[Effect confirmation test]
Next, an effect confirmation test using the modeling plate 40 in the present embodiment will be described.
In this effect confirmation test, a predetermined three-dimensional modeling is performed using a modeling plate 40 having various deformation layers 42 in which the material of the base material 42a and the material of the dispersion material 42b and the volume average particle diameter of the modeling plate 40 are changed. I shaped a thing. Then, the burying rate h / H [%], modeling material diversity, adhesion, and modeling accuracy (warping amount) in these deformable layers 42 were measured and evaluated.

「埋没率」は、変形層42の表面凸部を形成する分散材42bの高さHに対する、変形層42の表面の当該凸部とこれに隣接する凹部との高低差hの割合を示すものであり、上述したように、変形層42の断面を走査電子顕微鏡(SEM)により観察して測定した。   “Embedding ratio” indicates the ratio of the height difference h between the convex portion on the surface of the deformable layer 42 and the concave portion adjacent thereto with respect to the height H of the dispersion material 42 b forming the convex portion on the surface of the deformable layer 42. As described above, the cross section of the deformation layer 42 was observed and measured with a scanning electron microscope (SEM).

「造形材料多様性」は、造形材料として用いることのできる材料の幅(種類の多さ)を示すものである。本効果確認試験では、造形材料多様性を簡易的に評価するために、汎用性の高いABSと、造形ヘッド10での加熱温度を高温にする必要のあるPEEKという2種類の造形材料を用いて三次元造形物の造形を行い、ABS及びPEEKのいずれも造形可能な場合には「◎」と評価し、ABSのみ造形可能な場合には「○」と評価し、ABSで造形したときの造形品質が基準を満たさない場合には「△」と評価した。   “Modeling material diversity” indicates the width (the number of types) of materials that can be used as modeling materials. In this effect confirmation test, in order to easily evaluate the modeling material diversity, a highly versatile ABS and PEEK that requires a high heating temperature in the modeling head 10 are used. If a 3D object is modeled and both ABS and PEEK can be modeled, it will be evaluated as “◎”, and if only ABS can be modeled, it will be evaluated as “◯” and modeled with ABS. When the quality did not meet the standard, it was evaluated as “△”.

「接着性」については、各種変形層42をもつ造形プレート40上に、直径12.7[mm](0.5インチ)、高さ50.8[mm](2インチ)の円柱形状の三次元造形物をInfillRate100%で造形し、造形完了直後30秒以内に、その三次元造形物の頂部をデジタルフォースゲージで押し倒した時に掛かった力を算出した。この算出した力が10[N]以上であれば「◎」と評価し、5[N]より大きく10[N]より小さければ「○」と評価し、5[N]以下であれば「△」とした。   As for “adhesiveness”, a cylindrical tertiary cylinder having a diameter of 12.7 [mm] (0.5 inches) and a height of 50.8 [mm] (2 inches) on a modeling plate 40 having various deformation layers 42. The original model was modeled at InfillRate 100%, and the force applied when the top of the three-dimensional model was pushed down with a digital force gauge within 30 seconds immediately after the modeling was completed was calculated. If this calculated force is 10 [N] or more, it is evaluated as “◎”, if it is greater than 5 [N] and smaller than 10 [N], it is evaluated as “◯”, and if it is 5 [N] or less, “Δ” "

「造形精度」については、各種変形層42をもつ造形プレート40上に、幅20[mm]、長さ160[mm]、厚みが3[mm]の直方体形状の三次元造形物を造形し、造形完了後室温に戻るまで放置した後、造形プレート40を剥がした後の当該三次元造形物を定盤上に置き、当該三次元造形物のカール量を隙間ゲージにより測定した。この測定した隙間が5[mm]以下であれば「◎」と評価し、5[mm]より大きく15[mm]より小さければ「○」と評価し、15[mm]以上であれば「△」とした。   About “modeling accuracy”, a three-dimensional model of a rectangular parallelepiped shape having a width of 20 [mm], a length of 160 [mm], and a thickness of 3 [mm] is formed on the modeling plate 40 having various deformation layers. After the modeling was completed, the model was left until it returned to room temperature, and then the three-dimensional modeled object after the modeling plate 40 was peeled was placed on a surface plate, and the curl amount of the three-dimensional modeled object was measured with a gap gauge. If this measured gap is 5 [mm] or less, it is evaluated as “◎”, if it is larger than 5 [mm] and smaller than 15 [mm], it is evaluated as “◯”, and if it is 15 [mm] or more, “Δ”. "

以下、本効果確認試験で作成した各種造形プレート40について説明する。
〔実施例1〕
実施例1の造形プレートAは、基材42aとして耐熱性かつ高強度のポリイミド樹脂を用い、その基材42aの表面にエポキシ樹脂微粒子からなる分散材42bを分散させて、表面を凹凸面にした非変形層を剛性基板41上に形成したものである。使用したポリイミド樹脂には、ポリイミド樹脂前駆体を主成分とするポリイミドワニス(U−ワニスA;宇部興産社製)を用いた。また、エポキシ樹脂微粒子には、トレパール(東レ社製:平均粒子径20[μm])を用いた。作成された造形プレートAにおける非変形層の埋没率h/Hは、77[%]であった。
Hereinafter, the various modeling plates 40 created in this effect confirmation test will be described.
[Example 1]
The modeling plate A of Example 1 uses a heat-resistant and high-strength polyimide resin as the base material 42a, and disperses the dispersion material 42b made of epoxy resin fine particles on the surface of the base material 42a, thereby making the surface uneven. A non-deformable layer is formed on the rigid substrate 41. The polyimide resin used was a polyimide varnish (U-varnish A; Ube Industries, Ltd.) containing a polyimide resin precursor as a main component. Further, Trepearl (manufactured by Toray Industries Inc .: average particle size 20 [μm]) was used as the epoxy resin fine particles. The burying rate h / H of the non-deformable layer in the created modeling plate A was 77 [%].

このようにして作成した造形プレートA上に、造形材料としてABSを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性、接着性、造形精度のいずれも「○」という合格基準を満たす評価が得られた。   On the modeling plate A created in this way, a three-dimensional model was modeled using ABS as a modeling material, and evaluation of resin diversity, adhesiveness and modeling accuracy was performed. All of the modeling accuracy were evaluated to satisfy the acceptance criteria of “◯”.

〔比較例1〕
比較例1の造形プレートBは、分散材42bを分散させず、基材42aのみで非変形層を形成した以外は、前記実施例1と同様である。
このようにして作成した造形プレートB上に、前記実施例1と同様、造形材料としてABSを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性、接着性、造形精度のいずれも「△」という評価となり、いずれも合格基準を満たす評価が得られなかった。
[Comparative Example 1]
The modeling plate B of Comparative Example 1 is the same as Example 1 except that the non-deformable layer is formed only by the base material 42a without dispersing the dispersion material 42b.
On the modeling plate B created in this manner, as in Example 1 above, a three-dimensional modeled object was modeled using ABS as a modeling material, and evaluation of resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy was performed. Resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy were all evaluated as “Δ”, and none of the evaluations satisfied the acceptance criteria.

前記実施例1と前記比較例1とを比較すると、前記実施例1は分散材42bにより非変形層の表面に凹凸を形成したことにより、三次元造形物との接触面積の増大やアンカー効果によって、造形プレートの非変形層と三次元造形物との接着性が高まったことで、接着性や造形精度が向上したことが確認された。   Comparing Example 1 with Comparative Example 1 described above, Example 1 formed irregularities on the surface of the non-deformable layer by the dispersing material 42b, thereby increasing the contact area with the three-dimensional structure and the anchor effect. It was confirmed that the adhesion and modeling accuracy were improved by increasing the adhesion between the non-deformable layer of the modeling plate and the three-dimensional modeled object.

〔比較例2〕
比較例2の造形プレートCは、分散材42bとして、体積平均粒径が0.4[μm]であるトレパール(東レ社製:平均粒子径0.4[μm])を用いた以外は、前記実施例1と同様である。作成された造形プレートCにおける非変形層の埋没率h/Hは、前記実施例1とほぼ同様の76[%]であった。
このようにして作成した造形プレートC上に、前記実施例1と同様、造形材料としてABSを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性、接着性、造形精度のいずれも「△」という評価となり、いずれも合格基準を満たす評価が得られなかった。
[Comparative Example 2]
The modeling plate C of Comparative Example 2 was the same as the dispersion material 42b except that Trepearl (volume average particle size 0.4 [μm]) having a volume average particle size of 0.4 [μm] was used. The same as in the first embodiment. The burying rate h / H of the non-deformable layer in the created modeling plate C was 76 [%], which was almost the same as in Example 1.
On the modeling plate C created in this manner, as in Example 1, a three-dimensional modeled object was modeled using ABS as a modeling material, and evaluation of resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy was performed. Resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy were all evaluated as “Δ”, and none of the evaluations satisfied the acceptance criteria.

前記実施例1と前記比較例2とを比較すると、分散材42bの粒径が小さすぎると、分散材42bによる非変形層の表面凹凸によって十分な接着性が得られず、合格基準を満たす接着性や造形精度が得られない場合があることが確認された。本発明者による種々の実験結果を総合的に勘案すると、合格基準を満たす接着性や造形精度が得るには、分散材42bの体積平均粒径が0.5[μm]以上であることが望ましい。   Comparing Example 1 and Comparative Example 2, when the particle size of the dispersion material 42b is too small, sufficient adhesion cannot be obtained due to surface irregularities of the non-deformable layer by the dispersion material 42b, and the adhesion satisfies the acceptance criteria. It was confirmed that there was a case where the property and modeling accuracy could not be obtained. Considering various experimental results by the present inventors comprehensively, it is desirable that the volume average particle size of the dispersion material 42b is 0.5 [μm] or more in order to obtain adhesiveness and modeling accuracy that satisfy the acceptance criteria. .

〔実施例2〕
実施例2の造形プレートDは、基材42aとして弾性材料であるシリコーンゴムを用いた以外は、前記実施例1と同様である。すなわち、実施例2の造形プレートDは、上述した実施形態の造形プレート40と同様、分散材により表面を凹凸面にした変形層42をもった造形プレートである。なお、作成された造形プレートDにおける変形層42の埋没率h/Hは、前記実施例1とほぼ同様の75[%]であった。
このようにして作成した造形プレートD上に、造形材料としてABSを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性及び接着性については「○」という評価が得られ、造形精度については「◎」という評価が得られた。
[Example 2]
The modeling plate D of Example 2 is the same as Example 1 except that silicone rubber, which is an elastic material, is used as the base material 42a. That is, the modeling plate D of Example 2 is a modeling plate having the deformation layer 42 whose surface is made uneven by a dispersing material, like the modeling plate 40 of the above-described embodiment. In addition, the burying rate h / H of the deformation layer 42 in the created modeling plate D was 75 [%] which is substantially the same as that in the first embodiment.
On the modeling plate D created in this manner, a three-dimensional modeled object is modeled using ABS as a modeling material, and evaluation of resin diversity, adhesion, and modeling accuracy was performed. About resin diversity and adhesion Was evaluated as “◯”, and the modeling accuracy was evaluated as “◎”.

前記実施例1と前記実施例2とを比較すると、前記実施例1では、三次元造形物と造形プレートの非変形層との間で局所的(周辺部)に僅かな剥がれが生じ得る。この場合、造形プレートの非変形層との接着による三次元造形物の拘束が当該局所(周辺部)において開放されて、三次元造形物の内部応力により三次元造形物に僅かな反りが発生し得る。これに対し、前記実施例2では、三次元造形物が接着される造形プレートの変形層42が弾性材料で形成されているため、三次元造形物の変形に追従して変形層42が変形して当該局所での剥離が生じない。しかも、三次元造形物の変形に追従して弾性変形した変形層42の復元力が、三次元造形物の変形に抗する変形抵抗力として継続的に作用する結果、三次元造形物の変形が抑制され、高い造形精度が得られた。   When the Example 1 and the Example 2 are compared, in the Example 1, a slight peeling may occur locally (peripheral part) between the three-dimensional structure and the non-deformable layer of the modeling plate. In this case, the restraint of the three-dimensional structure by the adhesion with the non-deformable layer of the modeling plate is released in the local area (peripheral part), and a slight warp occurs in the three-dimensional structure due to the internal stress of the three-dimensional structure. obtain. On the other hand, in the second embodiment, the deformation layer 42 of the modeling plate to which the three-dimensional structure is adhered is formed of an elastic material, so that the deformation layer 42 is deformed following the deformation of the three-dimensional structure. The local peeling does not occur. In addition, the restoring force of the deformation layer 42 elastically deformed following the deformation of the three-dimensional structure acts continuously as a deformation resistance force against the deformation of the three-dimensional structure, so that the deformation of the three-dimensional structure is Suppressed and high modeling accuracy was obtained.

〔比較例3〕
比較例3の造形プレートEは、分散材42bを分散させず、基材42aのみで変形層42を形成した以外は、前記実施例2と同様である。
このようにして作成した造形プレートE上に、前記実施例2と同様、造形材料としてABSを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性、接着性、造形精度のいずれも「△」という評価となり、いずれも合格基準を満たす評価が得られなかった。
[Comparative Example 3]
The modeling plate E of Comparative Example 3 is the same as Example 2 except that the dispersion layer 42b is formed only by the base material 42a without dispersing the dispersion material 42b.
On the modeling plate E created in this manner, as in Example 2 above, a three-dimensional modeled object was modeled using ABS as a modeling material, and evaluation of resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy was performed. Resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy were all evaluated as “Δ”, and none of the evaluations satisfied the acceptance criteria.

前記実施例2と前記比較例3とを比較すると、いずれも、三次元造形物が接着される造形プレートの変形層42が三次元造形物の変形に追従して変形するが、前記比較例3では、接着性が不十分なために、三次元造形物と造形プレートの変形層との間で局所的(周辺部)な剥がれが生じてしまい、接着性も造形精度も「△」という評価となった。これに対し、前記実施例2は、分散材42bにより変形層の表面に凹凸を形成したことにより、三次元造形物との接触面積の増大やアンカー効果によって、造形プレートの変形層と三次元造形物との接着性が高まり、これにより三次元造形物と造形プレートの変形層との間で局所的(周辺部)な剥がれが生じず、接着性や造形精度が向上した。   Comparing Example 2 and Comparative Example 3, in both cases, the deformation layer 42 of the modeling plate to which the three-dimensional structure is adhered is deformed following the deformation of the three-dimensional structure. Then, because of insufficient adhesion, local (peripheral) peeling occurs between the three-dimensional structure and the deformed layer of the modeling plate, and the evaluation of adhesiveness and modeling accuracy is “△”. became. On the other hand, in the second embodiment, the surface of the deformation layer is made uneven by the dispersing material 42b, so that the deformation layer of the modeling plate and the three-dimensional modeling are increased by an increase in the contact area with the three-dimensional structure and the anchor effect. Adhesion with the object increased, and local (peripheral part) peeling did not occur between the three-dimensional structure and the deformed layer of the modeling plate, thereby improving adhesion and modeling accuracy.

〔比較例4〕
比較例4の造形プレートFは、埋没率h/Hが31[%]である以外は、前記実施例2と同様である。
このようにして作成した造形プレートF上に、前記実施例2と同様、造形材料としてABSを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性、接着性、造形精度のいずれも「△」という評価となり、いずれも合格基準を満たす評価が得られなかった。
[Comparative Example 4]
The modeling plate F of Comparative Example 4 is the same as Example 2 except that the burial rate h / H is 31 [%].
On the modeling plate F created in this manner, as in Example 2, a three-dimensional modeled object was modeled using ABS as a modeling material, and evaluation of resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy was performed. Resin diversity, adhesiveness, and modeling accuracy were all evaluated as “Δ”, and none of the evaluations satisfied the acceptance criteria.

前記実施例2と前記比較例4とを比較すると、前記比較例4では、分散材42bの埋没率h/Hが低すぎた結果、分散材42bとこれを保持する基材42aとの接触面積が少なすぎて、分散材42bが基材42aから剥離しやすい。そのため、三次元造形物と分散材42bとの間の接着力が分散材42bと基材42aとの間の接着力を上回って、分散材42bが三次元造形物に接着したまま基材42aから剥離してしまう現象が生じた。その結果、三次元造形物と造形プレートの変形層との間で剥がれが生じ、接着性も造形精度も「△」という評価となった。これに対し、前記実施例2は、分散材42bと基材42aとの接触面積を十分に確保できている結果、分散材42bと基材42aとの間の接着力が十分高く、分散材42bが三次元造形物に接着したまま基材42aから剥離してしまう現象は生じず、接着性や造形精度が向上した。   Comparing Example 2 and Comparative Example 4, in Comparative Example 4, as a result of the burial rate h / H of the dispersion material 42b being too low, the contact area between the dispersion material 42b and the base material 42a that holds the dispersion material 42b. The dispersion material 42b is easily peeled off from the base material 42a. Therefore, the adhesive force between the three-dimensional structure and the dispersion material 42b exceeds the adhesive force between the dispersion material 42b and the base material 42a, and the dispersion material 42b remains adhered to the three-dimensional structure from the base material 42a. The phenomenon of peeling occurred. As a result, peeling occurred between the three-dimensional structure and the deformation layer of the modeling plate, and both the adhesion and the modeling accuracy were evaluated as “Δ”. On the other hand, in Example 2, the contact area between the dispersion material 42b and the base material 42a can be sufficiently ensured. As a result, the adhesive force between the dispersion material 42b and the base material 42a is sufficiently high. However, the phenomenon of peeling from the base material 42a while adhering to the three-dimensional structure did not occur, and the adhesion and the modeling accuracy were improved.

〔実施例3〕
実施例3の造形プレートGは、分散材42bとしてポリイミド樹脂よりも耐熱性の高いシリコーン樹脂を用いた以外は、前記実施例1と同様である。シリコーン樹脂としては、トスパール120(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ製:体積平均粒径2.0[μm])を使用した。なお、作成された造形プレートGにおける非変形層の埋没率h/Hは、前記実施例1とほぼ同様の76[%]であった。
このようにして作成した造形プレートG上に、造形材料として、エンジニアリングプラスチックであるPEEKを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、造形材料多様性については「◎」という評価が得られ、接着性及び造形精度については「○」という評価が得られた。
Example 3
The modeling plate G of Example 3 is the same as Example 1 except that a silicone resin having higher heat resistance than the polyimide resin is used as the dispersion material 42b. As the silicone resin, Tospearl 120 (manufactured by Momentive Performance Materials: volume average particle size 2.0 [μm]) was used. In addition, the burying rate h / H of the non-deformable layer in the created modeling plate G was 76 [%] which is substantially the same as that in the first embodiment.
On the modeling plate G created in this way, as a modeling material, a three-dimensional modeled object was modeled using PEEK, which is an engineering plastic, and evaluation of resin diversity, adhesion, and modeling accuracy was performed. An evaluation of “◎” was obtained for diversity, and an evaluation of “◯” was obtained for adhesiveness and modeling accuracy.

前記実施例1と前記実施例3とを比較すると、前記実施例1では、分散材42bとして耐熱温度(融点)が310[℃]であるエポキシ樹脂を用いているため、造形ヘッド10での加熱温度が360[℃]であるPEEKを造形材料として用いると、分散材42bが軟化あるいは溶融して、分散材42bによる機能や性質が発揮されず、接着性や造形精度の低下が見られた。これに対し、前記実施例3では、分散材42bとして、耐熱温度の高いシリコーン樹脂を用いているため、PEEKを造形材料として用いる場合でも、分散材42bが軟化、溶融せず、分散材42bによる機能や性質が維持でき、接着性や造形精度が確保された。その結果、造形材料として用いることのできる材料の幅が広がり、造形材料多様性の評価は高まった。   Comparing Example 1 and Example 3, in Example 1, since the epoxy resin having a heat-resistant temperature (melting point) of 310 [° C.] is used as the dispersion material 42b, heating by the modeling head 10 is performed. When PEEK having a temperature of 360 [° C.] was used as a modeling material, the dispersion material 42b was softened or melted, and the functions and properties of the dispersion material 42b were not exhibited, and a decrease in adhesiveness and modeling accuracy was observed. On the other hand, in Example 3, since the silicone resin having a high heat-resistant temperature is used as the dispersion material 42b, the dispersion material 42b does not soften or melt even when PEEK is used as a modeling material. Functions and properties were maintained, and adhesion and modeling accuracy were ensured. As a result, the range of materials that can be used as modeling materials has expanded, and the evaluation of modeling material diversity has increased.

〔実施例4〕
実施例4の造形プレートHは、基材42aとして弾性材料であるシリコーンゴムを用いた以外は、前記実施例3と同様である。すなわち、実施例4の造形プレートHは、上述した実施形態の造形プレート40と同様、分散材により表面を凹凸面にした変形層42をもった造形プレートである。なお、作成された造形プレートHにおける変形層42の埋没率h/Hは、前記実施例3とほぼ同様の78[%]であった。
このようにして作成した造形プレートH上に、造形材料としてPEEKを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性、接着性、造形精度のいずれについても「◎」という評価が得られた。
Example 4
The modeling plate H of Example 4 is the same as Example 3 except that silicone rubber, which is an elastic material, is used as the base material 42a. That is, the modeling plate H of Example 4 is a modeling plate having the deformation layer 42 whose surface is made uneven by a dispersing material, like the modeling plate 40 of the above-described embodiment. In addition, the burying rate h / H of the deformation layer 42 in the created modeling plate H was 78 [%] which is substantially the same as that in Example 3.
On the modeling plate H created in this manner, a three-dimensional modeled object was modeled using PEEK as a modeling material, and resin diversity, adhesiveness and modeling accuracy were evaluated. Evaluation of “◎” was obtained for any of the modeling accuracy.

前記実施例3と前記実施例4とを比較すると、前記実施例3では、三次元造形物と造形プレートの非変形層との間で局所的(周辺部)に僅かな剥がれが生じ得る。この場合、造形プレートの非変形層との接着による三次元造形物の拘束が当該局所(周辺部)において開放されて、三次元造形物の内部応力により三次元造形物に僅かな反りが発生し得る。これに対し、前記実施例4では、三次元造形物が接着される造形プレートの変形層42が弾性材料で形成されているため、三次元造形物の変形に追従して変形層42が変形して当該局所での剥離が生じない。しかも、三次元造形物の変形に追従して弾性変形した変形層42の復元力が、三次元造形物の変形に抗する変形抵抗力として継続的に作用する結果、三次元造形物の変形が抑制され、高い造形精度が得られた。   When the Example 3 and the Example 4 are compared, in the Example 3, a slight peeling may occur locally (peripheral part) between the three-dimensional structure and the non-deformable layer of the modeling plate. In this case, the restraint of the three-dimensional structure by the adhesion with the non-deformable layer of the modeling plate is released in the local area (peripheral part), and a slight warp occurs in the three-dimensional structure due to the internal stress of the three-dimensional structure. obtain. On the other hand, in the said Example 4, since the deformation | transformation layer 42 of the modeling plate to which a three-dimensional structure is adhere | attached is formed with the elastic material, the deformation layer 42 deform | transforms following the deformation | transformation of a three-dimensional structure. The local peeling does not occur. In addition, the restoring force of the deformation layer 42 elastically deformed following the deformation of the three-dimensional structure acts continuously as a deformation resistance force against the deformation of the three-dimensional structure, so that the deformation of the three-dimensional structure is Suppressed and high modeling accuracy was obtained.

〔比較例5〕
比較例5の造形プレートIは、埋没率h/Hが39[%]である以外は、前記実施例4と同様である。
このようにして作成した造形プレートI上に、前記実施例4と同様、造形材料としてPEEKを用いて三次元造形物を造形し、樹脂多様性、接着性及び造形精度の評価を行ったところ、樹脂多様性については「◎」という評価が得られたが、接着性、造形精度については「△」という評価となり、いずれも合格基準を満たす評価が得られなかった。
[Comparative Example 5]
The modeling plate I of Comparative Example 5 is the same as Example 4 except that the burial rate h / H is 39 [%].
On the modeling plate I created in this manner, as in Example 4 above, a three-dimensional model was modeled using PEEK as a modeling material, and the evaluation of resin diversity, adhesiveness and modeling accuracy was performed. The evaluation of “◎” was obtained for the resin diversity, but the evaluation of “Δ” was obtained for the adhesiveness and modeling accuracy, and none of the evaluations satisfied the acceptance criteria.

前記実施例4と前記比較例5とを比較すると、前記比較例5では、分散材42bの埋没率h/Hが低すぎた結果、分散材42bとこれを保持する基材42aとの接触面積が少なすぎて、分散材42bが基材42aから剥離しやすい。そのため、三次元造形物と分散材42bとの間の接着力が分散材42bと基材42aとの間の接着力を上回って、分散材42bが三次元造形物に接着したまま基材42aから剥離してしまう現象が生じた。その結果、三次元造形物と造形プレートの変形層との間で剥がれが生じ、接着性も造形精度も「△」という評価となった。これに対し、前記実施例4は、分散材42bと基材42aとの接触面積を十分に確保できている結果、分散材42bと基材42aとの間の接着力が十分高く、分散材42bが三次元造形物に接着したまま基材42aから剥離してしまう現象は生じず、接着性や造形精度が向上した。   Comparing Example 4 and Comparative Example 5, in Comparative Example 5, as a result of the burial rate h / H of the dispersion material 42b being too low, the contact area between the dispersion material 42b and the base material 42a that holds the dispersion material 42b. The dispersion material 42b is easily peeled off from the base material 42a. Therefore, the adhesive force between the three-dimensional structure and the dispersion material 42b exceeds the adhesive force between the dispersion material 42b and the base material 42a, and the dispersion material 42b remains adhered to the three-dimensional structure from the base material 42a. The phenomenon of peeling occurred. As a result, peeling occurred between the three-dimensional structure and the deformation layer of the modeling plate, and both the adhesion and the modeling accuracy were evaluated as “Δ”. On the other hand, in Example 4, the contact area between the dispersion material 42b and the base material 42a can be sufficiently secured. As a result, the adhesive force between the dispersion material 42b and the base material 42a is sufficiently high. However, the phenomenon of peeling from the base material 42a while adhering to the three-dimensional structure did not occur, and the adhesion and the modeling accuracy were improved.

以上の効果確認試験の条件や結果をまとめると、以下の表1のとおりとなる。

Figure 2018069570
The conditions and results of the above effect confirmation test are summarized as shown in Table 1 below.
Figure 2018069570

本実施形態の造形プレート40は、剛性基板41と変形層42の二層構造となっているが、最下層の層状構造物の変形に追従した変形層42の変形を不可能にするような層でなければ、その他の必要な層を付加してもよい。   The modeling plate 40 of the present embodiment has a two-layer structure of the rigid substrate 41 and the deformable layer 42, but a layer that makes it impossible to deform the deformable layer 42 following the deformation of the lowermost layered structure. Otherwise, other necessary layers may be added.

また、本実施形態では、造形処理後に三次元造形物と一緒にチャンバー3から取り出される造形プレート40をステージ4上に保持し、その造形プレート40上に三次元造形物を造形する構成について説明したが、造形プレート40を用いずに三次元造形物をステージ4上に直接造形するものであってもよい。この場合、造形プレート40の変形層42と同様の変形層をステージ4の表面部に設けることで、同様に、ステージ4の変形層上に形成された層状構造物が熱収縮を引き起こして変形しても、その変形に追従してステージ4の変形層も変形する。これにより、造形処理の途中で形成済みの層状構造物の位置が許容範囲を超えて造形プレート40上で動いてしまうようなことはなく、造形処理を適切に実施できる。また、この場合も、ステージ4上の変形層の変形時に発生する変形に抗する変形抵抗力が最下層の層状構造物の変形を抑制する力となり、造形精度の低下を抑制できる。   Moreover, in this embodiment, the structure which hold | maintains the modeling plate 40 taken out from the chamber 3 with a three-dimensional structure after a modeling process on the stage 4, and shape | molds a three-dimensional structure on the modeling plate 40 was demonstrated. However, the three-dimensional structure may be formed directly on the stage 4 without using the modeling plate 40. In this case, by providing a deformation layer similar to the deformation layer 42 of the modeling plate 40 on the surface portion of the stage 4, similarly, the layered structure formed on the deformation layer of the stage 4 is deformed by causing thermal contraction. However, the deformation layer of the stage 4 is also deformed following the deformation. Thereby, the position of the layered structure already formed during the modeling process does not move on the modeling plate 40 beyond the allowable range, and the modeling process can be appropriately performed. Also in this case, the deformation resistance that resists the deformation that occurs when the deformation layer on the stage 4 is deformed becomes the force that suppresses the deformation of the lowermost layered structure, and the deterioration of the modeling accuracy can be suppressed.

また、本実施形態においては、ポリイミド樹脂やシリコーンゴムなどの樹脂やゴム等からなる基材42aに対しては、接触面積の増大やアンカー効果を得るための粗面化処理が困難であり、三次元造形物の変形へ追従可能な柔軟性と、接触面積の増大やアンカー効果による接着性とを、単一の材料によって実現することが難しいことに鑑み、柔軟性を得るための材料からなる基材42aに、接触面積の増大やアンカー効果による接着性を得るための凹凸形成用の分散材42bを分散させ、それぞれ異なる材料を採用することにより柔軟性と接着性の両立を図ったものである。この考え方は、柔軟性と接着性の両立に限られず、三次元造形装置の造形プレート40に求められる両立困難な2以上の機能や性質を得ようとする場合に応用できる。すなわち、三次元造形装置の造形プレート40に求められる両立困難な2以上の機能や性質の実現を、それぞれ別個に実現可能な2種類以上の材料で担うべく、造形プレートの載置面を形成する載置面層を2種類以上の異なる材料で形成すれば、単一の材料では両立しにくい2つ以上の性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた造形プレートを容易に実現でき、三次元造形装置における種々の問題を解決し得る。   In the present embodiment, it is difficult to increase the contact area or roughen the surface to obtain an anchor effect on the base material 42a made of a resin such as polyimide resin or silicone rubber, or rubber. In view of the fact that it is difficult to realize the flexibility that can follow the deformation of the original model and the adhesion due to the increase in the contact area and the anchor effect with a single material, a base made of a material for obtaining flexibility. In the material 42a, a dispersion member 42b for forming irregularities for obtaining adhesion due to an increase in contact area and an anchor effect is dispersed, and different materials are used to achieve both flexibility and adhesiveness. . This concept is not limited to the compatibility between flexibility and adhesiveness, and can be applied to obtaining two or more functions and properties that are difficult to achieve and are required for the modeling plate 40 of the three-dimensional modeling apparatus. That is, the mounting surface of the modeling plate is formed so that two or more functions and properties that are difficult to achieve at the same time are required for the modeling plate 40 of the three-dimensional modeling apparatus with two or more types of materials that can be separately realized. If the mounting surface layer is formed of two or more different materials, it is possible to easily realize a modeling plate with a mounting surface layer having two or more properties and functions that are difficult to achieve with a single material. Various problems in the modeling apparatus can be solved.

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
造形プレート40等の載置部材の載置面上に載せたABSやPEEK等の造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置1において、前記載置部材は、前記載置面を形成する変形層42等の載置面層が2種類以上の異なる材料で形成されたものであることを特徴とする。
これによれば、三次元造形装置の載置部材の載置面層に求められる各種機能や性質のうち、柔軟性と接着性などのように、両立しにくい機能や性質について、それぞれ別個に材料によって実現することが可能となる。これにより、両立しにくい性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた載置部材を容易に実現でき、三次元造形装置における種々の問題を解決し得る。
特に、三次元造形物の造形終了後には、載置部材を三次元造形物から引き剥がす(剥離させる)必要があり、造形中に求められていた密着性とは相反する性質である剥離性が求められる場合がある。上述した実施形態のように、基材42a及び分散剤42bの三次元造形物に対する密着力を調整することで、三次元造形物と載置部材との間にはたらく密着力を面ではなく点の集合とすることもでき、造形終了後の剥離性も高めることができる。
What was demonstrated above is an example, and there exists an effect peculiar for every following aspect.
(Aspect A)
In the three-dimensional modeling apparatus 1 that models a three-dimensional structure using a modeling material such as ABS or PEEK placed on a mounting surface of a mounting member such as the modeling plate 40, the above-described mounting member forms the above-described mounting surface. The mounting surface layer such as the deformable layer 42 is formed of two or more different materials.
According to this, among various functions and properties required for the mounting surface layer of the mounting member of the 3D modeling apparatus, functions and properties that are difficult to be compatible, such as flexibility and adhesiveness, are individually made of materials. Can be realized. Thereby, the mounting member provided with the mounting surface layer having properties and functions that are difficult to be compatible can be easily realized, and various problems in the three-dimensional modeling apparatus can be solved.
In particular, after completion of the modeling of the three-dimensional structure, it is necessary to peel off (removal) the mounting member from the three-dimensional structure, and the releasability is a property that is contrary to the adhesion required during the modeling. May be required. As in the embodiment described above, by adjusting the adhesion force of the base material 42a and the dispersant 42b to the three-dimensional structure, the adhesion force that acts between the three-dimensional structure and the mounting member is not a surface. It can also be set as a set, and the peelability after completion of modeling can also be improved.

(態様B)
前記態様Aにおいて、前記載置面層は、少なくとも1種類の分散材42bが該分散材とは材料の異なる基材42aに分散配置されたものであることを特徴とする。
載置部材の載置面層全体にわたって、単一の材料では両立しにくい2つ以上の性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた載置部材を容易に実現できる。なお、ここでいう「分散配置」は、図11〜図13に示すようなランダムに分散した配置でもよいし、図14〜図17に示すように少なくとも一部の配置が規則性をもって分散した配置でもよい。
(Aspect B)
In the aspect A, the placement surface layer is characterized in that at least one type of dispersion material 42b is dispersedly arranged on a base material 42a made of a material different from that of the dispersion material.
A mounting member including a mounting surface layer having two or more properties and functions that are difficult to achieve with a single material can be easily realized over the entire mounting surface layer of the mounting member. The “distributed arrangement” here may be a randomly distributed arrangement as shown in FIGS. 11 to 13 or an arrangement in which at least a part of the arrangement is regularly distributed as shown in FIGS. 14 to 17. But you can.

(態様C)
前記態様Bにおいて、前記載置面は、前記分散材によって複数の凸部が形成された凹凸面であることを特徴とする。
これによれば、載置面とこの上に造形される三次元造形物との接着性を、載置面の凹凸による接触面積の増大やアンカー効果によって向上させることができる。よって、基材42aの材料では載置面を凹凸面とすることが困難で接着性向上が難しい場合であっても、分散材によって載置面を凹凸面にして接着性向上を図ることができる。
(Aspect C)
In the aspect B, the placement surface is an uneven surface in which a plurality of convex portions are formed by the dispersing material.
According to this, the adhesion between the mounting surface and the three-dimensional structure formed on the mounting surface can be improved by increasing the contact area due to the unevenness of the mounting surface and the anchor effect. Therefore, even if it is difficult for the material of the base material 42a to make the mounting surface uneven and it is difficult to improve the adhesion, it is possible to improve the adhesion by making the mounting surface uneven by the dispersing material. .

(態様D)
前記態様Cにおいて、前記載置面上における凸部と凹部との高低差hは、該凸部を形成する分散材の高さHの50%未満であることを特徴とする。
これによれば、分散材42bが三次元造形物側に接着したまま基材42aから剥離してしまって三次元造形物の載置面に対する接着性が低下する事態を抑制できる。
(Aspect D)
In the aspect C, the height difference h between the convex portion and the concave portion on the placement surface is less than 50% of the height H of the dispersion material forming the convex portion.
According to this, it is possible to suppress a situation in which the dispersion material 42b is peeled off from the base material 42a while being adhered to the three-dimensional structure and the adhesiveness to the placement surface of the three-dimensional structure is reduced.

(態様E)
前記態様C又はDにおいて、前記凸部を形成する分散材の体積平均粒径は、0.5[μm]以上であることを特徴とする。
これによれば、十分な高低差をもった凹凸を載置面上に形成しやすく、安定した接着性を実現しやすい。
(Aspect E)
In the aspect C or D, the volume average particle diameter of the dispersing material forming the convex portion is 0.5 [μm] or more.
According to this, it is easy to form unevenness with a sufficient height difference on the mounting surface, and it is easy to realize stable adhesiveness.

(態様F)
前記態様B〜Eのいずれかの態様において、前記分散材のうちの少なくとも一部は、前記載置面上に露出していることを特徴とする。
これによれば、分散材と造形材料とが直接接触することにより発揮される機能や性質を実現できる。例えば、分散材と造形材料との分子間力が基材と造形材料との分子間力によりも高い場合には、接着性を大きくでき、逆の場合には、過剰な接着性を低下させることができる。
(Aspect F)
In any one of the above aspects B to E, at least a part of the dispersion material is exposed on the placement surface.
According to this, the function and the property exhibited by the direct contact between the dispersion material and the modeling material can be realized. For example, if the intermolecular force between the dispersion material and the modeling material is higher than the intermolecular force between the base material and the modeling material, the adhesiveness can be increased, and vice versa. Can do.

(態様G)
前記態様B〜Fのいずれかの態様において、前記基材42aは、前記載置面上に載せた造形材料の変形に追従して変形可能な材料で形成されていることを特徴とする。
これによれば、三次元造形物が熱膨張や熱収縮を引き起こしても、その三次元造形物が固着している載置部材の載置面層(変形層42)が、熱膨張や熱収縮による三次元造形物の変形に追従して変形する。したがって、三次元造形物が熱膨張や熱収縮を引き起こして変形しても、三次元造形物と載置部材の載置面との間に発生する剥離力を小さく抑えることができ、三次元造形物が載置部材から剥離するのを抑制できる。
(Aspect G)
In any of the above aspects B to F, the base material 42a is formed of a material that can be deformed following the deformation of the modeling material placed on the placement surface.
According to this, even if the three-dimensional structure causes thermal expansion or contraction, the mounting surface layer (deformation layer 42) of the mounting member to which the three-dimensional structure is fixed is thermally expanded or contracted. Deforms following the deformation of the three-dimensional structure. Therefore, even if the three-dimensional structure is deformed by causing thermal expansion or contraction, the peeling force generated between the three-dimensional structure and the mounting surface of the mounting member can be suppressed to a small size. It can suppress that an object peels from a mounting member.

(態様H)
前記態様Gにおいて、前記変形可能な材料は、前記変形に対する復元力を発揮する弾性材料であることを特徴とする。
これによれば、変形の復元力が三次元造形物の変形に抗する変形抵抗力として継続的に作用するため、三次元造形物の変形を抑制する高い効果が得られる。これにより、より高い造形精度の三次元造形物を造形することが可能となる。
(Aspect H)
In the aspect G, the deformable material is an elastic material that exhibits a restoring force against the deformation.
According to this, since the restoring force of deformation acts continuously as a deformation resistance force against the deformation of the three-dimensional structure, a high effect of suppressing the deformation of the three-dimensional structure is obtained. Thereby, it becomes possible to model a three-dimensional modeled object with higher modeling accuracy.

(態様I)
前記態様A〜Hのいずれかの態様において、加熱されたABSやPEEK等の造形材料を排出する造形ヘッド10等の造形材料排出部と、前記載置部材が配置される処理空間を内部に備えたチャンバー3と、前記チャンバー内の処理空間を加熱するチャンバー用ヒータ7等の処理空間加熱手段と、前記載置部材と前記造形材料排出部とを相対移動させながら層状構造物を形成して積層する動作を制御する制御部100等の造形制御手段とを有することを特徴とする。
これによれば、熱溶解積層法(FDM)により三次元造形物を造形する三次元造形装置において求められる2つ以上の性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた載置部材を容易に実現でき、当該三次元造形装置における種々の問題を解決し得る。
(Aspect I)
In any one of the aspects A to H, a modeling material discharge unit such as the modeling head 10 that discharges heated modeling material such as ABS or PEEK, and a processing space in which the placement member is disposed are provided inside. A layered structure is formed and laminated while relatively moving the chamber 3, a processing space heating means such as a chamber heater 7 for heating the processing space in the chamber, and the mounting member and the modeling material discharge unit. And a modeling control unit such as the control unit 100 for controlling the operation to be performed.
According to this, a mounting member having a mounting surface layer having two or more properties and functions required in a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional modeled object by a hot melt lamination method (FDM) is easily realized. And can solve various problems in the three-dimensional modeling apparatus.

(態様J)
前記態様Iにおいて、前記載置面層を形成する材料は、前記造形材料排出部から排出される造形材料の温度よりも高い融点又は熱分解温度を有するものであることを特徴とする。
これによれば、載置面層を形成する各種材料が固形状態を維持でき、本来の機能や性質を安定して発揮できる。
(Aspect J)
In the aspect I, the material for forming the placement surface layer has a melting point or a thermal decomposition temperature higher than the temperature of the modeling material discharged from the modeling material discharging unit.
According to this, various materials which form a mounting surface layer can maintain a solid state, and can exhibit the original function and property stably.

(態様K)
造形プレート40等の載置部材の載置面上に載せたABSやPEEK等の造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置の載置部材であって、前記載置面を形成する載置面層が2種類以上の異なる材料で形成されていることを特徴とする。
これによれば、三次元造形装置の載置部材の載置面層に求められる各種機能や性質のうち、柔軟性と接着性などのように、単一の材料では両立しにくい2以上の機能や性質について、それぞれ別個に材料によって実現することが可能となる。これにより、単一の材料では両立しにくい2つ以上の性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた載置部材を容易に実現でき、三次元造形装置における種々の問題を解決し得る。
(Aspect K)
A mounting member of a three-dimensional modeling apparatus that forms a three-dimensional structure with a modeling material such as ABS or PEEK placed on a mounting surface of a mounting member such as the modeling plate 40, and forms the mounting surface described above The placement surface layer is formed of two or more different materials.
According to this, among various functions and properties required for the mounting surface layer of the mounting member of the three-dimensional modeling apparatus, two or more functions that are difficult to achieve with a single material, such as flexibility and adhesiveness. And properties can be realized separately by materials. Thereby, the mounting member provided with the mounting surface layer having two or more properties and functions that are difficult to achieve with a single material can be easily realized, and various problems in the three-dimensional modeling apparatus can be solved.

(態様L)
造形プレート40等の載置部材の載置面上に載せたABSやPEEK等の造形材料によって三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法において、前記載置部材として、前記載置面を形成する載置面層が2種類以上の異なる材料で形成された載置部材を用いることを特徴とする。
これによれば、三次元造形装置の載置部材の載置面層に求められる各種機能や性質のうち、柔軟性と接着性などのように、単一の材料では両立しにくい2以上の機能や性質について、それぞれ別個に材料によって実現することが可能となる。これにより、単一の材料では両立しにくい2つ以上の性質や機能を併せ持つ載置面層を備えた載置部材を容易に実現でき、より良好に三次元造形物を製造することができる。
(Aspect L)
In the three-dimensional structure manufacturing method for manufacturing a three-dimensional structure using a modeling material such as ABS or PEEK placed on the mounting surface of the mounting member such as the modeling plate 40, the above-mentioned mounting surface It is characterized by using a mounting member in which the mounting surface layer for forming the substrate is formed of two or more different materials.
According to this, among various functions and properties required for the mounting surface layer of the mounting member of the three-dimensional modeling apparatus, two or more functions that are difficult to achieve with a single material, such as flexibility and adhesiveness. And properties can be realized separately by materials. Thereby, the mounting member provided with the mounting surface layer having two or more properties and functions that are difficult to achieve with a single material can be easily realized, and a three-dimensional structure can be manufactured more satisfactorily.

1 三次元造形装置
3 チャンバー
4 ステージ
5 ステージ加熱部
7 チャンバー用ヒータ
10 造形ヘッド
11 射出ノズル
40 造形プレート
41 剛性基板
42 変形層
42a 基材
42b 分散材
50 フィラメント
100 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Three-dimensional modeling apparatus 3 Chamber 4 Stage 5 Stage heating part 7 Chamber heater 10 Modeling head 11 Injection nozzle 40 Modeling plate 41 Rigid substrate 42 Deformable layer 42a Base material 42b Dispersing material 50 Filament 100 Control part

特許第5611433号公報Japanese Patent No. 5611433 特許第5189953号公報Japanese Patent No. 5189953

Claims (12)

載置部材の載置面上に載せた造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置において、
前記載置部材は、前記載置面を形成する載置面層が2種類以上の異なる材料で形成されたものであることを特徴とする三次元造形装置。
In the three-dimensional modeling apparatus that models the three-dimensional structure with the modeling material placed on the mounting surface of the mounting member,
The mounting member is a three-dimensional modeling apparatus, wherein the mounting surface layer forming the mounting surface is formed of two or more different materials.
請求項1に記載の三次元造形装置において、
前記載置面層は、少なくとも1種類の分散材が該分散材とは材料の異なる基材に分散配置されたものであることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1,
The mounting surface layer is a three-dimensional modeling apparatus in which at least one kind of dispersing material is dispersedly arranged on a base material different from the dispersing material.
請求項2に記載の三次元造形装置において、
前記載置面は、前記分散材によって複数の凸部が形成された凹凸面であることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 2,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the placement surface is an uneven surface having a plurality of convex portions formed by the dispersing material.
請求項3に記載の三次元造形装置において、
前記載置面上における凸部と凹部との高低差は、該凸部を形成する分散材の高さの50%未満であることを特徴とする三次元造形装置。
In the three-dimensional modeling apparatus according to claim 3,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the height difference between the convex portion and the concave portion on the placement surface is less than 50% of the height of the dispersion material forming the convex portion.
請求項3又は4に記載の三次元造形装置において、
前記凸部を形成する分散材の体積平均粒径は、0.5[μm]以上であることを特徴とする三次元造形装置。
In the three-dimensional modeling apparatus according to claim 3 or 4,
The three-dimensional modeling apparatus characterized in that a volume average particle diameter of the dispersing material forming the convex portion is 0.5 [μm] or more.
請求項2乃至5のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記分散材のうちの少なくとも一部は、前記載置面上に露出していることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 2 to 5,
At least a part of the dispersion material is exposed on the mounting surface described above.
請求項2乃至6のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記基材は、前記載置面上に載せた造形材料の変形に追従して変形可能な材料で形成されていることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 2 to 6,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the base material is formed of a material that can be deformed following the deformation of the modeling material placed on the placement surface.
請求項7に記載の三次元造形装置において、
前記変形可能な材料は、前記変形に対する復元力を発揮する弾性材料であることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 7,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the deformable material is an elastic material that exhibits a restoring force against the deformation.
請求項1乃至8のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
加熱された造形材料を排出する造形材料排出部と、
前記載置部材が配置される処理空間を内部に備えたチャンバーと、
前記チャンバー内の処理空間を加熱する処理空間加熱手段と、
前記載置部材と前記造形材料排出部とを相対移動させながら層状構造物を形成して積層する動作を制御する造形制御手段とを有することを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 8,
A modeling material discharge unit for discharging the heated modeling material;
A chamber provided with a processing space in which the mounting member is disposed;
Processing space heating means for heating the processing space in the chamber;
A three-dimensional modeling apparatus comprising: a modeling control unit that controls an operation of forming and laminating a layered structure while relatively moving the mounting member and the modeling material discharging unit.
請求項9に記載の三次元造形装置において、
前記載置面層を形成する材料は、前記造形材料排出部から排出される造形材料の温度よりも高い融点又は熱分解温度を有するものであることを特徴とする三次元造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 9,
The three-dimensional modeling apparatus characterized in that the material forming the placement surface layer has a melting point or a thermal decomposition temperature higher than the temperature of the modeling material discharged from the modeling material discharging unit.
載置部材の載置面上に載せた造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置の載置部材であって、
前記載置面を形成する載置面層が2種類以上の異なる材料で形成されていることを特徴とする載置部材。
A mounting member for a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional structure with a modeling material placed on the mounting surface of the mounting member,
A mounting member, wherein the mounting surface layer forming the mounting surface is formed of two or more different materials.
載置部材の載置面上に載せた造形材料によって三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法において、
前記載置部材として、前記載置面を形成する載置面層が2種類以上の異なる材料で形成された載置部材を用いることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
In the three-dimensional structure manufacturing method for manufacturing a three-dimensional structure by a modeling material placed on the mounting surface of the mounting member,
The manufacturing method of the three-dimensional structure characterized by using the mounting member in which the mounting surface layer which forms the said mounting surface was formed with 2 or more types of different materials as said mounting member.
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