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JP7058141B2 - Modeling equipment, modeling method and modeling system - Google Patents

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JP7058141B2 JP2018029787A JP2018029787A JP7058141B2 JP 7058141 B2 JP7058141 B2 JP 7058141B2 JP 2018029787 A JP2018029787 A JP 2018029787A JP 2018029787 A JP2018029787 A JP 2018029787A JP 7058141 B2 JP7058141 B2 JP 7058141B2
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Description

本発明は、造形装置、造形方法および造形システムに関する。 The present invention relates to a modeling device, a modeling method, and a modeling system.

金型などを用いずに造形物を多品種少量生産可能な装置として、3Dプリンタが普及しつつある。熱溶解積層法(以下、FFF(Fused Filament Fabrication)と略す)を用いる3Dプリンタは、近年低価格化が進んでおり、コンシューマ向けにも浸透している。 3D printers are becoming widespread as a device capable of producing a wide variety of small quantities of shaped objects without using a mold or the like. 3D printers that use the fused deposition modeling method (hereinafter abbreviated as FFF (Fused Filament Fabrication)) have been becoming cheaper in recent years, and have become widespread for consumers.

このような3Dプリンタにおいて、三次元造形物の積層方向における強度の低下を防止するための技術が検討されている。例えば、特許文献1は、層間の溶着強度を十分に確保し得る、溶融樹脂の押し出し積層技術を提供することを目的とした技術を開示する。特許文献1には、溶融樹脂の押し出し積層装置が、溶融樹脂を押し出しながら多段に積層する装置であって、溶融樹脂を押し出す吐出ユニットと、すでに押し出されている樹脂材料を加熱する加熱ユニットと、吐出ユニットおよび加熱ユニットの作動を制御するコントローラと、を有している装置が開示される。コントローラは、ある段の層を形成するために吐出ユニットから溶融樹脂を押し出す際に、前の段の層を形成している樹脂材料を加熱するように加熱ユニットを制御する。 In such a 3D printer, a technique for preventing a decrease in strength in the stacking direction of a three-dimensional model has been studied. For example, Patent Document 1 discloses a technique for providing a technique for extruding and laminating a molten resin, which can sufficiently secure the welding strength between layers. In Patent Document 1, the molten resin extrusion laminating device is a device for laminating in multiple stages while extruding the molten resin, and includes a discharge unit that extrudes the molten resin, a heating unit that heats the resin material that has already been extruded, and the like. A device having a controller for controlling the operation of the discharge unit and the heating unit is disclosed. The controller controls the heating unit to heat the resin material forming the layer of the previous stage when extruding the molten resin from the discharge unit to form the layer of one stage.

しかしながら、従来技術では、造形材料層間の接着性を高強度にするために再溶融を行うと、造形時間がかかってしまうという点で充分なものではなかった。 However, in the prior art, remelting in order to increase the adhesiveness between the layers of the modeling material is not sufficient in that it takes a long time for modeling.

本開示にかかる造形装置は、造形材料で形成された第1の造形材料層を加熱する加熱手段と、第1の造形材料層の温度を検出する温度検出手段と、加熱された第1の造形材料層に対し、溶融した造形材料を吐出して、第2の造形材料層を積層する吐出手段とを有する。造形装置は、さらに、第2の造形材料層の造形に際し、上記温度検出手段により検出された温度に基づいて、造形パラメータを変更する変更手段を有する。 The modeling apparatus according to the present disclosure includes a heating means for heating a first modeling material layer formed of a modeling material, a temperature detecting means for detecting the temperature of the first modeling material layer, and a heated first modeling. It has a discharge means for discharging the molten modeling material to the material layer and laminating a second modeling material layer. The modeling apparatus further has a changing means for changing the modeling parameters based on the temperature detected by the temperature detecting means when modeling the second modeling material layer.

上記構成によれば、造形材料層間の接着性を向上させつつ、造形時間が短縮されるよう造形パラーメータを調整して造形を行うことができる。 According to the above configuration, it is possible to perform modeling by adjusting the modeling parameter so that the modeling time is shortened while improving the adhesiveness between the layers of the modeling material.

一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the 3D modeling apparatus which concerns on one Embodiment. 図1の三次元造形装置における吐出モジュールの断面を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section of the discharge module in the 3D modeling apparatus of FIG. 一実施形態に係る三次元造形装置のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the 3D modeling apparatus which concerns on one Embodiment. 下層を加熱する動作の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the operation of heating the lower layer. 一実施形態における加熱モジュールを造形テーブル側から見た平面図である。It is a top view which looked at the heating module in one Embodiment from the modeling table side. 上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of a modeled object at the time of forming an upper layer. 上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of a modeled object at the time of forming an upper layer. 上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of a modeled object at the time of forming an upper layer. 上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of a modeled object at the time of forming an upper layer. 本実施形態における再加熱範囲の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the reheating range in this embodiment. 本実施形態における再加熱範囲の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of the reheating range in this embodiment. 一実施形態に係る三次元造形装置の再溶融時の造形パラメータ変更に関連する機能ブロック図である。It is a functional block diagram related to the change of the modeling parameter at the time of remelting of the three-dimensional modeling apparatus according to one embodiment. 再加熱の好ましい温度条件を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the preferable temperature condition of reheating. レーザ装置を加熱手段として用いる場合に、加熱量を調整するための方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the method for adjusting the heating amount when the laser apparatus is used as a heating means. 一実施形態に係る造形処理を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the modeling process which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る下層再溶融および上層造形処理を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the lower layer remelting and the upper layer modeling process which concerns on one Embodiment. 他の実施形態に係る下層再溶融および上層造形を示すフロー図である。It is a flow chart which shows the lower layer remelting and the upper layer modeling which concerns on other embodiment. 一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation of the lower layer heating in one Embodiment. 一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation of the lower layer heating in one Embodiment. 一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation of the lower layer heating in one Embodiment. 一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the operation of the lower layer heating in one Embodiment. 材料構成を偏在させたフィラメントの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the filament which made the material composition unevenly distributed. 図22のフィラメントの吐出物の断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view of the ejected material of the filament of FIG. 22. 図22のフィラメントを用いて造形される造形物の断面図である。It is sectional drawing of the modeled object which is modeled using the filament of FIG. 規制手段を有する三次元造形装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the 3D modeling apparatus which has a regulation means. フィラメントの方向を規制する処理の一例を示すフロー図である。It is a flow figure which shows an example of the process which regulates the direction of a filament. 一実施形態における造形および表面処理動作を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modeling and surface treatment operation in one Embodiment.

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<<<全体構成>>>
本発明の一実施形態として、熱溶解積層法(FFF)により三次元造形物を造形する三次元造形装置について説明する。なお、本実施形態における三次元造形装置は、熱溶解積層法(FFF)を用いたものに限定されるものではなく、造形手段により載置台の載置面上に積層して三次元造形物を造形する任意の造形方法を用いたものであってもよい。
<<< Overall configuration >>>
As an embodiment of the present invention, a three-dimensional modeling apparatus for modeling a three-dimensional model by the Fused Deposition Modeling Method (FFF) will be described. The three-dimensional modeling apparatus in the present embodiment is not limited to the one using the Fused Deposition Modeling Method (FFF), and the three-dimensional model is laminated on the mounting surface of the mounting table by a modeling means. Any modeling method may be used for modeling.

図1は、一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図である。図2は、図1の三次元造形装置における吐出モジュールの断面を示す模式図である。三次元造形装置1は、射出成形では金型が複雑になる、あるいは、成形できないような三次元造形物を造形することができる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of a discharge module in the three-dimensional modeling apparatus of FIG. The three-dimensional modeling apparatus 1 can form a three-dimensional modeled object whose mold becomes complicated or cannot be molded by injection molding.

三次元造形装置1における筐体2の内部は、三次元造形物Mを造形するための処理空間となっている。筐体2の内部には載置台としての造形テーブル3が設けられており、造形テーブル3上に三次元造形物Mが造形される。 The inside of the housing 2 in the three-dimensional modeling apparatus 1 is a processing space for modeling the three-dimensional model M. A modeling table 3 as a mounting table is provided inside the housing 2, and a three-dimensional modeled object M is modeled on the modeling table 3.

造形には、熱可塑性樹脂をマトリックスとした樹脂組成物からなる長尺のフィラメントFが用いられる。フィラメントFは、細長いワイヤー形状の固体材料であり、巻き回された状態で三次元造形装置1における筐体2の外部のリール4にセットされている。リール4は、フィラメントFの駆動手段であるエクストルーダ11の回転に引っ張られることで、大きく抵抗力を働かせることなく自転する。 For modeling, a long filament F made of a resin composition using a thermoplastic resin as a matrix is used. The filament F is an elongated wire-shaped solid material, and is set on a reel 4 outside the housing 2 in the three-dimensional modeling apparatus 1 in a wound state. The reel 4 rotates by being pulled by the rotation of the extruder 11, which is the driving means of the filament F, without exerting a large resistance force.

筐体2の内部の造形テーブル3の上方には、造形材料吐出部材としての吐出モジュール10(造形ヘッド)が設けられている。吐出モジュール10は、エクストルーダ11、冷却ブロック12、フィラメントガイド14、加熱ブロック15、吐出ノズル18、撮像モジュール101、ねじり回転機構102、およびその他の部品によってモジュール化されている。フィラメントFは、エクストルーダ11によって引き込まれることで、三次元造形装置1の吐出モジュール10へ供給される。 A discharge module 10 (modeling head) as a modeling material discharge member is provided above the modeling table 3 inside the housing 2. The discharge module 10 is modularized by an extruder 11, a cooling block 12, a filament guide 14, a heating block 15, a discharge nozzle 18, an image pickup module 101, a torsion rotation mechanism 102, and other components. The filament F is pulled in by the extruder 11 and is supplied to the discharge module 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1.

撮像モジュール101は、吐出モジュール10に引き込まれるフィラメントFの360°像、すなわち、フィラメントFにおけるある部分の全方位の画像を撮像する。図2の吐出モジュールには2つの撮像モジュールが設けられているが、例えば、反射板を用いるなどして、1つの撮像モジュール101により、フィラメントFの360°像を撮像してもよい。なお、撮像モジュール101としては、レンズなどの結像光学系と、CCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどの撮像素子と、を備えたカメラが例示される。 The image pickup module 101 captures a 360 ° image of the filament F drawn into the ejection module 10, that is, an omnidirectional image of a portion of the filament F. Although the ejection module of FIG. 2 is provided with two image pickup modules, for example, a 360 ° image of the filament F may be imaged by one image pickup module 101 by using a reflector or the like. As the image pickup module 101, a camera including an image pickup optical system such as a lens and an image pickup element such as a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor is exemplified.

ねじり回転機構102は、ローラにより構築されており、吐出モジュール10に引き込まれるフィラメントFを、幅方向に回転させることでフィラメントFの方向を規制する。径測定部103は、撮像モジュール101により撮像されたフィラメントの画像から、X軸、Y軸の2方向におけるフィラメントのエッジ間の幅を、それぞれ径として測定し、規格外の径を検出した際、エラー情報を出力する。エラー情報の出力先は、ディスプレイであってもよいし、スピーカであってもよいし、他の装置であってもよい。径測定部103は、回路であってもよいし、CPUの処理によって実現される機能であってもよい。 The torsional rotation mechanism 102 is constructed by a roller, and regulates the direction of the filament F by rotating the filament F drawn into the discharge module 10 in the width direction. When the diameter measuring unit 103 measures the width between the edges of the filaments in the two directions of the X-axis and the Y-axis as the diameter from the image of the filament imaged by the imaging module 101, and detects a nonstandard diameter, the diameter measuring unit 103 measures the diameter. Output error information. The output destination of the error information may be a display, a speaker, or another device. The diameter measuring unit 103 may be a circuit or a function realized by processing by a CPU.

加熱ブロック15は、ヒータなどの熱源16と、ヒータの温度を制御するための熱電対17と、を有し、移送路を介して、吐出モジュール10に供給されたフィラメントFを加熱溶融させて、吐出ノズル18へ供給する。 The heating block 15 has a heat source 16 such as a heater and a thermocouple 17 for controlling the temperature of the heater, and the filament F supplied to the discharge module 10 is heated and melted via a transfer path. It is supplied to the discharge nozzle 18.

冷却ブロック12は、加熱ブロック15の上部に設けられる。冷却ブロック12は、冷却源13を有し、フィラメントを冷却する。これにより、冷却ブロック12は、溶融したフィラメントFMの吐出モジュール10内の上部への逆流、フィラメントを押し出す抵抗の増大、あるいは、フィラメントの固化による移送路内での詰まりを防ぐ。加熱ブロック15と冷却ブロック12との間には、フィラメントガイド14が設けられている。 The cooling block 12 is provided on the upper part of the heating block 15. The cooling block 12 has a cooling source 13 to cool the filament. As a result, the cooling block 12 prevents the molten filament FM from flowing back to the upper part in the discharge module 10, increasing the resistance to push out the filament, or preventing clogging in the transfer path due to the solidification of the filament. A filament guide 14 is provided between the heating block 15 and the cooling block 12.

図1及び図2に示すように、吐出モジュール10の下端部に、造形材料であるフィラメントFを吐出する吐出ノズル18が設けられている。吐出ノズル18は、加熱ブロック15から供給された溶融状態あるいは半溶融のフィラメントFMを造形テーブル3上に線状に押し出すようにして吐出する。吐出されたフィラメントFMは、冷却固化されて所定の形状の層が形成される。さらに、吐出ノズル18は、形成した層に、溶融状態あるいは半溶融状態のフィラメントFMを、線状に押し出すようにして吐出する操作を繰り返すことで、新たな層を積み上げて積層させる。これにより、三次元造形物が得られる。 As shown in FIGS. 1 and 2, a discharge nozzle 18 for discharging the filament F, which is a modeling material, is provided at the lower end of the discharge module 10. The discharge nozzle 18 discharges the molten or semi-melted filament FM supplied from the heating block 15 so as to be linearly extruded onto the modeling table 3. The discharged filament FM is cooled and solidified to form a layer having a predetermined shape. Further, the discharge nozzle 18 stacks and stacks new layers by repeating the operation of ejecting the molten or semi-melted filament FM into the formed layer in a linear manner. As a result, a three-dimensional model can be obtained.

本実施形態では、吐出モジュール10に2つの吐出ノズルが設けられている。第一の吐出ノズルは、三次元造形物を構成するモデル材のフィラメントを溶融して吐出し、第二の吐出ノズルは、サポート材のフィラメントを溶融して吐出する。なお、図1において、第一の吐出ノズルの奥側に第二の吐出ノズルが配置されている。なお、吐出ノズルの数は2個に限らず任意である。 In this embodiment, the discharge module 10 is provided with two discharge nozzles. The first discharge nozzle melts and discharges the filament of the model material constituting the three-dimensional model, and the second discharge nozzle melts and discharges the filament of the support material. In FIG. 1, the second discharge nozzle is arranged behind the first discharge nozzle. The number of discharge nozzles is not limited to two and is arbitrary.

第二の吐出ノズルから吐出されるサポート材は、通常、三次元造形物を構成するモデル材とは異なる材料である。サポート材により形成されるサポート部は、最終的にはモデル材により形成されるモデル部から除去される。サポート材のフィラメントおよびモデル材のフィラメントは、それぞれ、加熱ブロック15にて溶融され、それぞれの吐出ノズル18から押し出されるように吐出されて、層状に順次積層される。 The support material discharged from the second discharge nozzle is usually a material different from the model material constituting the three-dimensional model. The support portion formed by the support material is finally removed from the model portion formed by the model material. The filament of the support material and the filament of the model material are each melted in the heating block 15, discharged so as to be extruded from the respective ejection nozzles 18, and sequentially laminated in layers.

また、三次元造形装置1には、吐出モジュール10により形成中の層の下層を加熱する加熱モジュール20が設けられている。加熱モジュールには、レーザを照射するレーザ光源21が設けられている。レーザ光源21は、下層におけるフィラメントFMが吐出される直前の位置にレーザを照射する。レーザ光源としては、特に限定されないが、半導体レーザが例示され、レーザの照射波長としては、445nmが例示される。 Further, the three-dimensional modeling apparatus 1 is provided with a heating module 20 that heats the lower layer of the layer being formed by the discharge module 10. The heating module is provided with a laser light source 21 for irradiating a laser. The laser light source 21 irradiates the laser at a position in the lower layer immediately before the filament FM is ejected. The laser light source is not particularly limited, but a semiconductor laser is exemplified, and the irradiation wavelength of the laser is exemplified by 445 nm.

吐出モジュール10および加熱モジュール20は、装置左右方向(図1中の左右方向=X軸方向)に延びるX軸駆動軸31(X軸方向)に対し、連結部材を介して、スライド移動可能に保持されている。吐出モジュール10は、X軸駆動モータ32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。 The discharge module 10 and the heating module 20 are held so as to be slidable with respect to the X-axis drive shaft 31 (X-axis direction) extending in the left-right direction of the device (left-right direction = X-axis direction in FIG. 1) via a connecting member. Has been done. The discharge module 10 can be moved in the left-right direction (X-axis direction) of the device by the driving force of the X-axis drive motor 32.

X軸駆動モータ32は、装置前後方向(図1中の奥行方向=Y軸方向)に延びるY軸駆動軸(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軸駆動軸31がX軸駆動モータ32ごとY軸駆動モータ33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、吐出モジュール10および加熱モジュール20はY軸方向に移動する。 The X-axis drive motor 32 is held so as to be slidable along a Y-axis drive axis (Y-axis direction) extending in the front-rear direction of the device (depth direction = Y-axis direction in FIG. 1). When the X-axis drive shaft 31 moves along the Y-axis direction by the driving force of the Y-axis drive motor 33 together with the X-axis drive motor 32, the discharge module 10 and the heating module 20 move in the Y-axis direction.

一方、造形テーブル3は、Z軸駆動軸34、及び、ガイド軸35に通され、装置上下方向(図1中の上下方向=Z軸方向)に延びるZ軸駆動軸34に沿って移動可能に保持されている。造形テーブル3は、Z軸駆動モータ36の駆動力により、装置上下方向(Z軸方向)へ移動する。造形テーブル3には、積載された造形物を加熱するための加熱部が設けられていてもよい。 On the other hand, the modeling table 3 is passed through the Z-axis drive shaft 34 and the guide shaft 35, and can move along the Z-axis drive shaft 34 extending in the vertical direction of the device (vertical direction in FIG. 1 = Z-axis direction). It is being held. The modeling table 3 moves in the vertical direction (Z-axis direction) of the device by the driving force of the Z-axis drive motor 36. The modeling table 3 may be provided with a heating unit for heating the loaded model.

フィラメントの溶融吐出を経時で続けると、吐出ノズル18周辺部が溶融した樹脂で汚れることがある。これに対して、三次元造形装置1に設けられたクリーニングブラシ37により、吐出ノズル18周辺部に対し定期的にクリーニング動作を行うことで、吐出ノズル18の先端に樹脂が固着することを防ぐことができる。好ましくは、クリーニング動作は、固着防止の観点から、樹脂の温度が下がりきらないうちに実行されることが好ましい。この場合、クリーニングブラシ37は、耐熱性部材からなることが好ましい。クリーニング動作時に生じる研磨粉については、三次元造形装置1に設けられたダストボックス38に集積させて、定期的に捨ててもよいし、あるいは吸引路を設けて、外部へ排出させてもよい。 If the melt discharge of the filament is continued over time, the peripheral portion of the discharge nozzle 18 may be contaminated with the melted resin. On the other hand, the cleaning brush 37 provided in the three-dimensional modeling apparatus 1 periodically performs a cleaning operation on the peripheral portion of the discharge nozzle 18 to prevent the resin from sticking to the tip of the discharge nozzle 18. Can be done. Preferably, the cleaning operation is performed before the temperature of the resin is completely lowered from the viewpoint of preventing sticking. In this case, the cleaning brush 37 is preferably made of a heat-resistant member. The polishing powder generated during the cleaning operation may be accumulated in the dust box 38 provided in the three-dimensional modeling apparatus 1 and discarded periodically, or may be provided with a suction path and discharged to the outside.

図3は、一実施形態に係る三次元造形装置のハードウェア構成図である。三次元造形装置1は、制御部100を有する。制御部100は、CPU(Central Processing Unit)あるいは回路などによって構築されており、図3に示すように各部と電気的に接続されている。 FIG. 3 is a hardware configuration diagram of the three-dimensional modeling apparatus according to the embodiment. The three-dimensional modeling device 1 has a control unit 100. The control unit 100 is constructed by a CPU (Central Processing Unit), a circuit, or the like, and is electrically connected to each unit as shown in FIG.

三次元造形装置1には、吐出モジュール10のX軸方向位置を検知するX軸座標検知機構が設けられている。X軸座標検知機構の検知結果は、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軸駆動モータ32の駆動を制御して、吐出モジュール10を目標のX軸方向位置へ移動させる。 The three-dimensional modeling device 1 is provided with an X-axis coordinate detection mechanism that detects the position of the discharge module 10 in the X-axis direction. The detection result of the X-axis coordinate detection mechanism is sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the drive of the X-axis drive motor 32 based on the detection result, and moves the discharge module 10 to the target X-axis direction position.

三次元造形装置1には、吐出モジュール10のY軸方向位置を検知するY軸座標検知機構が設けられている。Y軸座標検知機構の検知結果は、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軸駆動モータ33の駆動を制御して、吐出モジュール10を目標のY軸方向位置へ移動させる。 The three-dimensional modeling device 1 is provided with a Y-axis coordinate detection mechanism that detects the position of the discharge module 10 in the Y-axis direction. The detection result of the Y-axis coordinate detection mechanism is sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the drive of the Y-axis drive motor 33 based on the detection result, and moves the discharge module 10 to the target Y-axis direction position.

三次元造形装置1には、造形テーブル3のZ軸方向位置を検知するZ軸座標検知機構が設けられている。Z軸座標検知機構の検知結果は、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軸駆動モータ36の駆動を制御して、造形テーブル3を目標のZ軸方向位置へ移動させる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 is provided with a Z-axis coordinate detection mechanism that detects the position of the modeling table 3 in the Z-axis direction. The detection result of the Z-axis coordinate detection mechanism is sent to the control unit 100. The control unit 100 controls the drive of the Z-axis drive motor 36 based on the detection result, and moves the modeling table 3 to the target Z-axis direction position.

このように、制御部100は、吐出モジュール10および造形テーブル3の移動を制御することにより、吐出モジュール10および造形テーブル3の相対的な三次元位置を、目標の三次元位置に移動させる。 In this way, the control unit 100 moves the relative three-dimensional positions of the discharge module 10 and the modeling table 3 to the target three-dimensional positions by controlling the movement of the discharge module 10 and the modeling table 3.

さらに、制御部100は、エクストルーダ11、冷却ブロック12、吐出ノズル18、レーザ光源21、クリーニングブラシ37、回転ステージRS、撮像モジュール101、ねじり回転機構102、径測定部103、および温度センサ104の各駆動部に制御信号を送信することで、これらの駆動を制御する。なお、回転ステージRS、側面冷却部39、撮像モジュール101、ねじり回転機構102、径測定部103、および温度センサ104については後述で説明する。 Further, the control unit 100 includes an extruder 11, a cooling block 12, a discharge nozzle 18, a laser light source 21, a cleaning brush 37, a rotation stage RS, an image pickup module 101, a torsion rotation mechanism 102, a diameter measurement unit 103, and a temperature sensor 104. These drives are controlled by transmitting control signals to the drive unit. The rotation stage RS, the side cooling unit 39, the image pickup module 101, the torsion rotation mechanism 102, the diameter measurement unit 103, and the temperature sensor 104 will be described later.

<<加熱方法>>
図4は、下層を加熱する動作の一例を示す模式図である。以下、一実施形態として、レーザを用いて加熱する方法について説明する。
<< Heating method >>
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an operation of heating the lower layer. Hereinafter, as one embodiment, a method of heating using a laser will be described.

吐出モジュール10による上層の造形中、レーザ光源21は、下層における、フィラメントFMが吐出される直前の位置にレーザを照射して再加熱する。再加熱とは、溶融したフィラメントFMが冷却されて固化した後、再度加熱することを表す。再加熱の温度は、特に限定されないが、下層のフィラメントFMが溶融する温度以上であることが好ましい。 During the modeling of the upper layer by the ejection module 10, the laser light source 21 irradiates the position of the lower layer immediately before the filament FM is ejected with the laser to reheat. Reheating means that the molten filament FM is cooled and solidified, and then heated again. The temperature of the reheating is not particularly limited, but is preferably higher than the temperature at which the filament FM of the lower layer melts.

加熱前の下層温度は、温度センサ104により、センシングされる。温度センサ104の位置は、加熱前の下層面をセンシング可能な任意の位置に配置される。本実施形態では、図4において、レーザ光源21の奥側に温度センサ104が配置されている。加熱前の下層温度を温度センサ104によりセンシングして、センシングの結果に基づいてレーザの出力を調整することで、下層を所定の温度以上に再加熱することができる。別の方法として、再加熱中の下層温度を温度センサ104によりセンシングして、センシングの結果が任意温度以上になるまで、レーザから下層へのエネルギーの入力を行ってもよい。その際は、温度センサ104の位置は、加熱面をセンシング可能な任意の位置に配置する。温度センサ104としては、公知の任意の装置が用いられ、接触式であってもよいし、非接触式であってもよい。 The lower layer temperature before heating is sensed by the temperature sensor 104. The position of the temperature sensor 104 is arranged at an arbitrary position where the lower surface before heating can be sensed. In this embodiment, in FIG. 4, the temperature sensor 104 is arranged behind the laser light source 21. By sensing the temperature of the lower layer before heating with the temperature sensor 104 and adjusting the output of the laser based on the sensing result, the lower layer can be reheated to a predetermined temperature or higher. Alternatively, the temperature of the lower layer during reheating may be sensed by the temperature sensor 104, and energy may be input from the laser to the lower layer until the sensing result becomes an arbitrary temperature or higher. In that case, the position of the temperature sensor 104 is arranged at an arbitrary position where the heating surface can be sensed. As the temperature sensor 104, any known device may be used, and it may be a contact type or a non-contact type.

下層の表面を再加熱することにより、下層と、下層の表面に吐出されたフィラメントFMとの温度差が小さくなり、下層と吐出されたフィラメントが混ざり合うことで、積層方向の接着性が向上する。 By reheating the surface of the lower layer, the temperature difference between the lower layer and the filament FM discharged to the surface of the lower layer becomes smaller, and the lower layer and the discharged filament are mixed to improve the adhesiveness in the stacking direction. ..

図5は、一実施形態における加熱モジュールを造形テーブル3側から見た平面図である。図5において、加熱モジュール20は、回転ステージRSに取り付けられている。回転ステージRSは、吐出ノズル18を中心に回転する。レーザ光源21は、回転ステージRSの回転に伴い回転移動する。これにより、レーザ光源21は、吐出ノズル18の移動方向が変わっても、吐出ノズル18による吐出位置に先回りしてレーザ光を照射することができる。 FIG. 5 is a plan view of the heating module in one embodiment as viewed from the modeling table 3 side. In FIG. 5, the heating module 20 is attached to the rotary stage RS. The rotary stage RS rotates around the discharge nozzle 18. The laser light source 21 rotates and moves with the rotation of the rotation stage RS. As a result, the laser light source 21 can irradiate the laser beam ahead of the ejection position by the ejection nozzle 18 even if the moving direction of the ejection nozzle 18 changes.

図6は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。以下、吐出モジュール10により造形中の層を上層Ln、造形中の層の一つ下の層を下層Ln-1、下層Ln-1の一つ下の層を下層Ln-2と表す。図6中の矢印は、吐出モジュールの移動経路(ツールパス)を示す。図6以降では、吐出モジュールのツールパスが分かるように、吐出されたフィラメントを楕円柱で表している。このため、フィラメントとフィラメントとの間に空隙が形成されているが、実際は、強度の点で空隙が形成されないように造形することが好ましい。 FIG. 6 is a schematic view showing the state of the modeled object at the time of forming the upper layer. Hereinafter, the layer being modeled by the discharge module 10 is referred to as an upper layer Ln, the layer immediately below the layer being modeled is referred to as a lower layer Ln-1, and the layer immediately below the lower layer Ln-1 is referred to as a lower layer Ln-2. The arrow in FIG. 6 indicates the movement path (tool path) of the discharge module. In FIGS. 6 and 6 and subsequent sections, the ejected filaments are represented by elliptical columns so that the tool path of the ejection module can be understood. For this reason, voids are formed between the filaments, but in reality, it is preferable to form the filament so that the voids are not formed in terms of strength.

図6の(A)は、下層を再加熱せずに上層を形成するときの造形物を示す模式図である。下層Ln-1を再加熱せずに上層Lnを形成すると、下層Ln-1が固化した状態で上層Lnを形成できるため、外形面OSの変形は、生じない。ただし、この場合、上層Lnと下層Ln-1との間で十分な接着強度が得られない。 FIG. 6A is a schematic view showing a modeled object when the upper layer is formed without reheating the lower layer. When the upper layer Ln is formed without reheating the lower layer Ln-1, the upper layer Ln can be formed in a state where the lower layer Ln-1 is solidified, so that the deformation of the outer surface OS does not occur. However, in this case, sufficient adhesive strength cannot be obtained between the upper layer Ln and the lower layer Ln-1.

図6の(B)は、下層を再加熱しながら上層を形成するときの造形物を示す模式図である。下層Ln-1を再加熱しながら上層Lnを形成すると、下層Ln-1が溶融した状態で、上層Lnを形成できるため外形面OSが変形する。 FIG. 6B is a schematic view showing a modeled object when forming an upper layer while reheating the lower layer. When the upper layer Ln is formed while reheating the lower layer Ln-1, the outer surface OS is deformed because the upper layer Ln can be formed in the state where the lower layer Ln-1 is melted.

図6の(C)は、下層を再加熱しながら上層を形成するときの造形物を示す模式図である。図6の(C)の例では、モデル部Mの下層Ln-1を再加熱しながら上層Lnを形成しても、サポート部Sによりモデル部Mは支えらえるため、モデル部Mの外形面OSは変形しない。 FIG. 6C is a schematic view showing a modeled object when forming an upper layer while reheating the lower layer. In the example of FIG. 6C, even if the upper layer Ln is formed while reheating the lower layer Ln-1 of the model portion M, the model portion M is supported by the support portion S, so that the outer surface of the model portion M is formed. The OS does not deform.

本実施形態では、下層Ln-1を部分的に再溶融させた状態で上層Ln層を形成する。これにより、上層Lnと、下層Ln-1との間の高分子の絡み合いが促進され、造形物の強度が向上する。また、再溶融の条件を適切に設定することで、形状精度とモデル部の積層方向強度の両立を図ることができる。以下、本実施形態における、再溶融領域の設定例と、その効果について説明する。 In the present embodiment, the upper Ln layer is formed in a state where the lower Ln-1 is partially remelted. As a result, the entanglement of the polymer between the upper layer Ln and the lower layer Ln-1 is promoted, and the strength of the modeled object is improved. Further, by appropriately setting the conditions for remelting, it is possible to achieve both shape accuracy and strength in the stacking direction of the model portion. Hereinafter, an example of setting the remelting region and its effect in the present embodiment will be described.

なお、モデル材とサポート材とは、同じ材料であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、モデル部Mとサポート部Sとを同じ材料で形成した場合でも、これらの界面の強度をコントロールすることで、造形後に分離することができる。 The model material and the support material may be the same material or may be different. For example, even when the model portion M and the support portion S are made of the same material, they can be separated after modeling by controlling the strength of these interfaces.

図7は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。図7の(A)の造形方法では、三次元造形装置1は、下層Ln-1におけるモデル部Mの表面および、サポート部Sにおける外周部を除く表面を再加熱し、再溶融部RMを形成して、上層Lnを形成する。この方法によると、モデル部Mにおける外形面OS側の領域を再溶融させて造形するので、層間の接着性が向上し、積層方向の強度が向上する。また、外形面OS側を溶融させることで、サポート部Sとモデル部Mとの造形中の剥がれが生じにくくなり、造形精度が向上する。ただし、サポート部Sとモデル部Mとの接着性が高くなりすぎると、造形後のサポート部Sの離形性が低下する。さらに、加熱温度によっては、モデル部Mの中にサポート部Sが混ざり合うことで、モデル部Mの強度が減少することもある。材料の混ざり合いは、積層面に対し非接触により加熱する方法を用いたり、接触して加熱する場合には、接触部材の動きを工夫したり、接触部材をクリーニングしたりすることで、防止することができる。また、サポート部Sの離形性については、サポート材として、モデル材と異なる材料であり、モデル材よりも融点が低い材料を用いることで、改良される。 FIG. 7 is a schematic view showing the state of the modeled object at the time of forming the upper layer. In the modeling method of FIG. 7A, the three-dimensional modeling apparatus 1 reheats the surface of the model portion M in the lower layer Ln-1 and the surface of the support portion S excluding the outer peripheral portion to form the remelted portion RM. Then, the upper layer Ln is formed. According to this method, since the region on the outer surface OS side of the model portion M is remelted for modeling, the adhesiveness between the layers is improved and the strength in the stacking direction is improved. Further, by melting the outer surface OS side, peeling of the support portion S and the model portion M during modeling is less likely to occur, and the modeling accuracy is improved. However, if the adhesiveness between the support portion S and the model portion M becomes too high, the releasability of the support portion S after modeling deteriorates. Further, depending on the heating temperature, the strength of the model unit M may be reduced by mixing the support unit S with the model unit M. Mixing of materials can be prevented by using a method of heating the laminated surface by non-contact, or by devising the movement of the contact member or cleaning the contact member when heating by contact. be able to. Further, the releasability of the support portion S is improved by using a material different from the model material as the support material and having a melting point lower than that of the model material.

図7(B)の造形方法では、三次元造形装置1は、モデル材およびサポート材を用いてサポート部Sを形成する。この場合、三次元造形装置1は、サポート部Sにおけるモデル部M側の領域Ssにサポート材を配置し、外周側の領域Smにモデル材を配置する。この場合、三次元造形装置1は、モデル部Mおよびサポート部Sにおける領域Smをモデル材により形成し、続いて、モデル材の隙間にサポート材を流し込むことで造形してもよい。続いて、三次元造形装置1は、下層Ln-1におけるモデル部Mの表面、ならびにサポート部Sの外周部を除く表面を再加熱しながら上層Lnを形成する。 In the modeling method of FIG. 7B, the three-dimensional modeling apparatus 1 forms the support portion S by using the model material and the support material. In this case, the three-dimensional modeling apparatus 1 arranges the support material in the region Ss on the model unit M side in the support unit S, and arranges the model material in the region Sm on the outer peripheral side. In this case, the three-dimensional modeling apparatus 1 may be modeled by forming a region Sm in the model unit M and the support unit S from the model material, and then pouring the support material into the gap of the model material. Subsequently, the three-dimensional modeling apparatus 1 forms the upper layer Ln while reheating the surface of the model portion M in the lower layer Ln-1 and the surface excluding the outer peripheral portion of the support portion S.

図7(B)の造形方法は、サポート部Sの離形性に優れる場合に適している。また、図7(B)の造形方法は、領域Ssの形状精度や構造体としての強度が低い場合でも、領域Smが、領域Ssを支えることで、領域Ssの形状精度や強度を補える点で好ましい。 The modeling method of FIG. 7B is suitable when the support portion S is excellent in releasability. Further, the modeling method of FIG. 7B is in that even when the shape accuracy of the region Ss and the strength as a structure are low, the region Sm supports the region Ss to supplement the shape accuracy and strength of the region Ss. preferable.

図7の(C)の造形方法では、三次元造形装置1は、モデル部Mにおける外形面OS近傍を除く表面を再加熱しながら上層Lnを形成する。この方法によると、再溶融時に、モデル部Mの熱はサポート部Sに伝わりにくいので、サポート部Sの形状が安定する。図7の(C)の造形方法は、モデル部Mの形状を維持しやすく、モデル部Mとサポート部Sとの離形性を確保しやすい点で有効であるが、モデル部Mの表面の全体を再溶融する造形方法と比較すると、積層方向の強度は弱くなる。従って、図7の(C)の造形方法は、内部構造が強固な造形物を造形する場合や、造形精度や離形性に重点を置く場合に有効である。 In the modeling method (C) of FIG. 7, the three-dimensional modeling apparatus 1 forms the upper layer Ln while reheating the surface of the model unit M except for the vicinity of the outer surface OS. According to this method, the heat of the model portion M is not easily transferred to the support portion S at the time of remelting, so that the shape of the support portion S is stable. The modeling method (C) of FIG. 7 is effective in that the shape of the model portion M can be easily maintained and the releasability between the model portion M and the support portion S can be easily ensured. Compared with the molding method in which the whole is remelted, the strength in the stacking direction is weakened. Therefore, the modeling method (C) of FIG. 7 is effective when modeling a modeled object having a strong internal structure or when focusing on modeling accuracy and releasability.

図8は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。図8の(A)の造形方法は、モデル部Mの表面における再溶融しない領域を外形面OSからより離れた位置まで広げて、再溶融部RMをより小さくした点で図7の(C)の造形方法と異なる。図8の(A)の造形方法によると、図7の(C)の造形方法と比較して、サポート部Sの形状が安定するので、モデル部Mの形状を維持できる点でより有効である一方で、モデル部Mにおける積層方向の強度はより小さくなる。 FIG. 8 is a schematic view showing the state of the modeled object at the time of forming the upper layer. In the modeling method of FIG. 8A, the non-remelting region on the surface of the model portion M is expanded to a position farther from the outer surface OS, and the remelting portion RM is made smaller. It is different from the modeling method of. According to the modeling method of FIG. 8A, the shape of the support portion S is more stable than that of the modeling method of FIG. 7C, so that it is more effective in that the shape of the model portion M can be maintained. On the other hand, the strength in the stacking direction in the model portion M becomes smaller.

図8の(B)の造形方法は、モデル部Mにおける外形面OS近傍まで下層Ln-1の表面を再加熱する点で、図7の(C)の造形方法と異なる。図8の(B)の造形方法は、モデル材よりもサポート材の融点が高い場合に有効である。図8の(B)の造形方法によると、図7の(C)の造形方法と比較して、モデル部Mにおける積層方向の強度が大きくなる。 The modeling method of FIG. 8B is different from the modeling method of FIG. 7C in that the surface of the lower layer Ln-1 is reheated to the vicinity of the outer surface OS in the model portion M. The modeling method (B) of FIG. 8 is effective when the melting point of the support material is higher than that of the model material. According to the modeling method of FIG. 8B, the strength in the stacking direction in the model portion M is higher than that of the modeling method of FIG. 7C.

図8の(C)の造形方法では、三次元造形装置1は、先に上層Lnのサポート材を吐出してサポート部Sを形成してから、下層Ln-1のモデル部Mを再溶融させて、上層Lnのモデル部Mを形成する。サポート部Sは、造形後に最終的には除去されるため、造形中に剥がれない程度の強度を有していればよく、モデル材ほどの強度は要求されない。このため、サポート材としては、モデル材もより高精度に積層可能な材料を選択することが好ましい。下層Ln-1が固化している状態で上層Lnのサポート部Sを形成することで、サポート部Sの造形精度は向上する。図8の(C)の造形方法によると、サポート部Sとモデル部Mとを独立して形成する。このため、三次元造形装置1は、サポート部Sの積層ピッチをモデル部Mの積層ピッチよりも細かくすることもできる。例えば、図8の(C)の構成では、サポート部の積層ピッチは、モデル部Mの積層ピッチの1/2となっている。溶融したモデル材はサポート部Sの形状にならうため、サポート部Sの積層ピッチを細かくすることで、モデル部Mの外形面OSがより滑らかになる。モデル部Mに比べサポート部Sの方が精度よく造形できる場合には、図8の(C)の方法は好適である。 In the modeling method of FIG. 8C, the three-dimensional modeling apparatus 1 first discharges the support material of the upper layer Ln to form the support portion S, and then remelts the model portion M of the lower layer Ln-1. Therefore, the model portion M of the upper layer Ln is formed. Since the support portion S is finally removed after modeling, it is sufficient that the support portion S has a strength that does not peel off during modeling, and is not required to have the strength of the model material. Therefore, as the support material, it is preferable to select a model material that can be laminated with higher accuracy. By forming the support portion S of the upper layer Ln in a state where the lower layer Ln-1 is solidified, the modeling accuracy of the support portion S is improved. According to the modeling method of FIG. 8C, the support portion S and the model portion M are formed independently. Therefore, in the three-dimensional modeling apparatus 1, the stacking pitch of the support portion S can be made finer than the stacking pitch of the model portion M. For example, in the configuration of FIG. 8C, the stacking pitch of the support portion is 1/2 of the stacking pitch of the model portion M. Since the melted model material follows the shape of the support portion S, the outer surface OS of the model portion M becomes smoother by making the stacking pitch of the support portion S finer. When the support unit S can be modeled more accurately than the model unit M, the method (C) in FIG. 8 is suitable.

図9は、上層形成時の造形物の状態を示す模式図である。図9の(A)の造形方法は、先に上層Lnにおけるサポート部Sを形成してから、上層Lnにおけるモデル部Mを形成する点で、図8の(B)と異なる。モデル材よりもサポート材の融点が高い場合、モデル部Mにおける外形面OSの近傍まで加熱しても、サポート部Sは溶融しない。図9の(A)の造形方法によると、離形性に優れ、積層方向の強度が高い造形物が得られ、造形精度が向上する。 FIG. 9 is a schematic view showing the state of the modeled object at the time of forming the upper layer. The modeling method of FIG. 9A is different from that of FIG. 8B in that the support portion S in the upper layer Ln is first formed and then the model portion M in the upper layer Ln is formed. When the melting point of the support material is higher than that of the model material, the support portion S does not melt even when heated to the vicinity of the outer surface OS in the model portion M. According to the modeling method (A) of FIG. 9, a modeled product having excellent releasability and high strength in the stacking direction can be obtained, and the modeling accuracy is improved.

図9の(B)の造形方法は、先に上層Lnにおけるサポート部Sを形成してから、上層Lnにおけるモデル部Mを形成する点で、図7の(B)の方法と異なる。図9の(B)の方法によると、領域Ssの形状精度や構造体としての強度が低い場合でも、領域Smが、領域Ssを支えることで、領域Ssの形状精度や構造体としての強度を補える。ただし、図9の(B)の造形方法によると、再溶融時に領域Ssが溶融すると、サポート部Sの離形性が低下することもある。 The modeling method of FIG. 9B differs from the method of FIG. 7 in that the support portion S in the upper layer Ln is first formed and then the model portion M in the upper layer Ln is formed. According to the method (B) of FIG. 9, even when the shape accuracy of the region Ss and the strength as a structure are low, the region Sm supports the region Ss to improve the shape accuracy of the region Ss and the strength as a structure. I can make up for it. However, according to the modeling method of FIG. 9B, if the region Ss melts during remelting, the releasability of the support portion S may decrease.

図9の(C)の造形方法は、先に上層Lnにおけるモデル部Mの外周側を形成してから、上層におけるモデル部Mの残りの部分を造形する点で図8の(A)と異なる。図9の(C)の造形方法によると、モデル部Mのみで造形するので、形状が安定し、造形精度が向上する。また、上層Lnにおけるモデル部Mの側面の一部を再溶融させながら造形するためモデル部Mの強度も向上する。 The modeling method of FIG. 9 (C) is different from that of FIG. 8 (A) in that the outer peripheral side of the model portion M in the upper layer Ln is first formed and then the remaining portion of the model portion M in the upper layer is formed. .. According to the modeling method (C) of FIG. 9, since modeling is performed only by the model portion M, the shape is stable and the modeling accuracy is improved. Further, since the modeling is performed while remelting a part of the side surface of the model portion M in the upper layer Ln, the strength of the model portion M is also improved.

図10は、本実施形態における再加熱範囲の一例を示す模式図である。三次元造形装置1は、外形形状維持を目的として、三次元造形物Mにおける外周部を再加熱せず、再溶融部RMを意図的に狭めることで、造形物の形状を維持しつつ、積層間の密着性を向上させる。なお、図10では、フィラメントの形状を示しておらず、造形物形状のみを示している。また、図10に示す造形物は、典型的には、モデル材のものである。図10に示すように再溶融部RMを意図的に狭めることにより、内側で積層間の密着性を向上させることができる一方で、三次元造形物Mの外形を乱すことがないので、造形品質の維持を図ることができる。 FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the reheating range in the present embodiment. The three-dimensional modeling apparatus 1 is laminated while maintaining the shape of the modeled object by intentionally narrowing the remelted portion RM without reheating the outer peripheral portion of the three-dimensional modeled object M for the purpose of maintaining the outer shape. Improves adhesion between. Note that FIG. 10 does not show the shape of the filament, but only the shape of the modeled object. Further, the modeled object shown in FIG. 10 is typically a model material. As shown in FIG. 10, by intentionally narrowing the remelted portion RM, the adhesion between the laminates can be improved inside, but the outer shape of the three-dimensional model M is not disturbed, so that the modeling quality is not disturbed. Can be maintained.

一方、図10に示すように再溶融部RMを意図的に狭めると、三次元造形物Mの形状を維持することができる一方で、外周部が再溶融されないため、外周部における積層間の密着性の向上が充分に図れない可能性がある。 On the other hand, if the remelted portion RM is intentionally narrowed as shown in FIG. 10, the shape of the three-dimensional model M can be maintained, but the outer peripheral portion is not remelted, so that the adhesion between the laminates in the outer peripheral portion is adhered. There is a possibility that the improvement of sex cannot be achieved sufficiently.

図11は、本実施形態における再加熱範囲の他の例を示す模式図である。なお、図11でも、図10と同様に、フィラメントの形状を示さず、造形物形状のみを示しており、また、図11に示す造形物も、典型的には、モデル材のものである点に留意されたい。三次元造形装置1は、三次元造形物Mの形状の外周部の強度の向上を目的として、三次元造形物Mにおける外周部を含めて再加熱し、再溶融部RMを可能な限り広げることができる。これにより、外周部を含めた積層間の密着性を向上させることができる。この場合には、外周部の再溶融により造形乱れが生じる可能性がある。しかしながら、外周部の強度が向上しているため、形状乱れが生じても二次加工で対応することが可能である。 FIG. 11 is a schematic diagram showing another example of the reheating range in the present embodiment. Note that also in FIG. 11, as in FIG. 10, the shape of the filament is not shown, only the shape of the modeled object is shown, and the modeled object shown in FIG. 11 is typically a model material. Please note. The three-dimensional modeling apparatus 1 reheats the three-dimensional model M including the outer peripheral portion of the three-dimensional model M for the purpose of improving the strength of the outer peripheral portion of the shape of the three-dimensional model M, and expands the remelted portion RM as much as possible. Can be done. This makes it possible to improve the adhesion between the laminates including the outer peripheral portion. In this case, there is a possibility that the molding disorder may occur due to the remelting of the outer peripheral portion. However, since the strength of the outer peripheral portion is improved, even if the shape is disturbed, it is possible to deal with it by secondary processing.

上述したように、適切な再加熱範囲を設定して再溶融を行うことによって、造形物の積層強度の向上および造形品質の向上を図ることができる。しかしながら、このような構成では、下層を再溶融するために、レーザ装置などの加熱手段により下層を再溶融する温度まで上昇させる必要がある。このため、温度上昇まで造形を待機したり、速度を変更してレーザ照射しながら吐出を行うことになり、造形にかかる時間が長くなってしまう可能性がある。 As described above, by setting an appropriate reheating range and performing remelting, it is possible to improve the laminated strength of the modeled object and the modeling quality. However, in such a configuration, in order to remelt the lower layer, it is necessary to raise the temperature to the temperature at which the lower layer is remelted by a heating means such as a laser device. For this reason, it is necessary to wait for modeling until the temperature rises, or to change the speed to perform ejection while irradiating the laser, which may increase the time required for modeling.

<<機能ブロック>>
以下、図12を参照しながら、造形物の積層強度の向上および造形時間の短縮の両立を図るための三次元造形装置1の構成についてより詳細に説明する。
<< Functional block >>
Hereinafter, with reference to FIG. 12, the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 1 for achieving both improvement of the laminated strength of the modeled object and reduction of the modeling time will be described in more detail.

図12は、制御部100の機能ブロックを周辺のコンポーネントとともに説明する図である。なお、図12には、制御部100の周辺コンポーネントとして、吐出ノズル18を含む吐出モジュール10と、回転ステージRSおよびレーザ光源21を含む加熱モジュール20と、X軸駆動モータ32と、Y軸駆動モータ33と、温度センサ104とが示されている。 FIG. 12 is a diagram illustrating a functional block of the control unit 100 together with peripheral components. In addition, in FIG. 12, as peripheral components of the control unit 100, a discharge module 10 including a discharge nozzle 18, a heating module 20 including a rotary stage RS and a laser light source 21, an X-axis drive motor 32, and a Y-axis drive motor are shown. 33 and the temperature sensor 104 are shown.

本実施形態による制御部100は、加熱モジュール20による再加熱を制御する加熱制御部110と、吐出モジュール10による造形動作を制御する造形制御部120と、加熱制御部110および造形制御部120に対し、造形パラメータを適宜変更しながら設定する造形パラメータ変更部130とを含み構成される。 The control unit 100 according to the present embodiment is for the heating control unit 110 that controls reheating by the heating module 20, the modeling control unit 120 that controls the modeling operation by the discharge module 10, the heating control unit 110, and the modeling control unit 120. , A modeling parameter changing unit 130 for setting while appropriately changing the modeling parameters.

造形制御部120は、入力された立体モデルのデータに基づいて、立体モデルを各層毎に造形する。ここで、立体モデルのデータは、立体モデルを所定間隔でスライスしたときの層毎の画像データを含み構成されるものであり、この層毎の画像データを造形データDと参照する。造形制御部120は、吐出モジュール10をXY平面内で移動させつつ、造形データDに基づいて、目標の位置で吐出ノズル18から溶融状態のフィラメントFMを吐出させる。ツールパスに沿って、フィラメントFMを吐出することにより一層分の造形が行われる。造形制御部120は、より詳細には、ヘッド駆動制御部122と、吐出量制御部124とを含み構成される。 The modeling control unit 120 models the three-dimensional model for each layer based on the input three-dimensional model data. Here, the data of the three-dimensional model includes image data for each layer when the three-dimensional model is sliced at predetermined intervals, and the image data for each layer is referred to as modeling data D. The modeling control unit 120 ejects the molten filament FM from the ejection nozzle 18 at the target position based on the modeling data D while moving the ejection module 10 in the XY plane. By ejecting the filament FM along the tool path, one layer of modeling is performed. More specifically, the modeling control unit 120 includes a head drive control unit 122 and a discharge amount control unit 124.

ヘッド駆動制御部122は、造形パラメータとして設定されるヘッドのXY平面内での移動速度の設定値に基づいて、駆動モータ32,33を駆動することで、吐出モジュール10を搭載するヘッドのXY平面内での相対的位置を目標の位置に移動する。駆動モータ32,33の駆動の制御には、上述したように、X軸およびY軸座標検知機構からの検知結果が用いられる。吐出量制御部124は、造形パラメータとして設定される造形材料の吐出量の設定値に基づいて、吐出ノズル18からの造形材料の吐出量を制御する。 The head drive control unit 122 drives the drive motors 32 and 33 based on the set value of the moving speed of the head in the XY plane set as the modeling parameter, thereby driving the XY plane of the head on which the discharge module 10 is mounted. Move the relative position within to the target position. As described above, the detection results from the X-axis and Y-axis coordinate detection mechanisms are used to control the drive of the drive motors 32 and 33. The discharge amount control unit 124 controls the discharge amount of the modeling material from the discharge nozzle 18 based on the set value of the discharge amount of the modeling material set as the modeling parameter.

加熱制御部110は、造形パラメータとして設定される加熱量の設定値に基づいて、各層毎に、造形中の上層Lnの下にある下層Ln-1の加熱モジュール20による再加熱を制御する。加熱モジュール20のレーザ光源21から所定出力値でレーザ光を照射させることによって、所定の温度範囲内で下層の再加熱が行われる。 The heating control unit 110 controls reheating by the heating module 20 of the lower layer Ln-1 under the upper layer Ln during modeling for each layer based on the set value of the heating amount set as the modeling parameter. By irradiating the laser light from the laser light source 21 of the heating module 20 with a predetermined output value, the lower layer is reheated within a predetermined temperature range.

なお、吐出モジュール10は、ヘッドに搭載されて、造形データDに基づいてXY平面内を移動するが、加熱モジュール20も、典型的には、吐出モジュール10を有するヘッドに搭載される。そして、図5を参照しながら説明したように、レーザ光源21は、回転ステージRSにより、吐出モジュール10の吐出ノズル18による吐出位置に先回りして、下層におけるフィラメントFMが吐出される直前の所定位置にレーザ光を照射し、加熱するよう構成されている。また、再加熱に際しては、図10または図11に示すような適切な再加熱範囲が設定され、座標検知機構からの検知結果に基づいて、再加熱範囲として設定された領域でのみレーザ光源21からのレーザ光の照射が行われよう構成される。再加熱範囲は、造形が完了した最も上の層(下層Ln-1)の造形データ、および、造形が完了していない層のうちの最も下の層(上層Ln)の造形データに基づいて、外周部を含めず、あるいは、外周部を含めて、下層Ln-1においてその上に上層Lnが形成される領域が決定される。 The discharge module 10 is mounted on the head and moves in the XY plane based on the modeling data D, but the heating module 20 is also typically mounted on the head having the discharge module 10. Then, as described with reference to FIG. 5, the laser light source 21 is placed in a predetermined position immediately before the filament FM in the lower layer is ejected by the rotary stage RS prior to the ejection position by the ejection nozzle 18 of the ejection module 10. Is configured to be heated by irradiating it with a laser beam. Further, at the time of reheating, an appropriate reheating range as shown in FIG. 10 or 11 is set, and based on the detection result from the coordinate detection mechanism, the laser light source 21 is used only in the region set as the reheating range. It is configured so that the irradiation of the laser beam of the above is performed. The reheating range is based on the modeling data of the uppermost layer (lower layer Ln-1) for which modeling is completed and the modeling data of the lowest layer (upper layer Ln) among the layers for which modeling is not completed. A region in which the upper layer Ln is formed in the lower layer Ln-1 is determined not including the outer peripheral portion or including the outer peripheral portion.

温度センサ104は、下層Ln-1において再加熱される部位の造形材料の温度を計測する温度検知手段である。説明する実施形態では、温度センサ104は、再加熱中または再加熱直後(その上にフィラメントFMが吐出される前)の下層の表面温度を計測する。温度センサ104は、典型的には、加熱モジュール20を有したヘッドに搭載され、ヘッドの移動に追従し、加熱モジュール20により加熱された下層Ln-1の表面温度を検出する。他の実施形態では、装置本体に固定され、加熱モジュールを搭載するヘッドの動きに追従して温度センサ104が可動制御されるものとしてもよい。 The temperature sensor 104 is a temperature detecting means for measuring the temperature of the modeling material at the portion to be reheated in the lower layer Ln-1. In the embodiment described, the temperature sensor 104 measures the surface temperature of the lower layer during reheating or immediately after reheating (before the filament FM is discharged onto the filament FM). The temperature sensor 104 is typically mounted on a head having a heating module 20 and follows the movement of the head to detect the surface temperature of the lower layer Ln-1 heated by the heating module 20. In another embodiment, the temperature sensor 104 may be fixed to the main body of the apparatus and movably controlled according to the movement of the head on which the heating module is mounted.

造形パラメータ変更部130は、再溶融および造形動作中、温度センサ104の測定値に応じて、必要に応じて造形パラメータを変更する。より具体的には、造形パラメータ変更部130は、温度センサ104の測定値が所定温度範囲内である場合、造形パラメータを変更せずに造形を継続する。一方、造形パラメータ変更部130は、温度センサ104の測定値が所定温度範囲から外れた場合、造形パラメータを変更する。変更される造形パラメータとしては、ヘッドのXY平面内での移動速度、造形材料の吐出量、加熱量を挙げることができる。上記に加えて、さらに、ビルドプレート温度などを造形パラメータとして変更してもよい。検出温度に応じて、一つもしくは複数の変更する造形パラメータが選択される。好ましくは、温度センサ104の測定値に応じて、少なくともヘッドの移動速度が最適化される。 The modeling parameter changing unit 130 changes the modeling parameter as necessary according to the measured value of the temperature sensor 104 during the remelting and modeling operation. More specifically, when the measured value of the temperature sensor 104 is within a predetermined temperature range, the modeling parameter changing unit 130 continues modeling without changing the modeling parameter. On the other hand, the modeling parameter changing unit 130 changes the modeling parameter when the measured value of the temperature sensor 104 deviates from the predetermined temperature range. The modeling parameters to be changed include the moving speed of the head in the XY plane, the discharge amount of the modeling material, and the heating amount. In addition to the above, the build plate temperature and the like may be further changed as modeling parameters. Depending on the detection temperature, one or more modeling parameters to be changed are selected. Preferably, at least the moving speed of the head is optimized according to the measured value of the temperature sensor 104.

ここで所定の温度範囲とは、造形材料が溶融する温度から、造形材料が炭化する温度までの範囲が設定される。 Here, the predetermined temperature range is set from the temperature at which the modeling material melts to the temperature at which the modeling material is carbonized.

図13は、再加熱の好ましい温度条件を説明する模式図である。図13に示すように、フィラメントの造形材料は、その材料固有の特性として、溶融温度を有し、さらに、それよりも高いところに炭化温度を有することが一般的である。 FIG. 13 is a schematic diagram illustrating preferable temperature conditions for reheating. As shown in FIG. 13, the filament molding material generally has a melting temperature as a characteristic peculiar to the material, and further has a carbonization temperature at a place higher than that.

レーザ装置を加熱手段とする場合に、移動速度が同一であれば、レーザの出力が強く加熱量が大きいほど材料の温度が上昇しやすい。加熱量が同一であっても、加熱が継続されると、時間の経過とともに材料の温度が上昇する。つまり、ヘッドの移動速度によって、加熱される部位にレーザ照射される正味の時間が異なるため、移動速度に応じて温度の上昇の仕方が変化することになる。レーザ照射が継続することにより温度が上昇し続けると、造形材料の炭化温度に達してしまい、高品質な造形の継続が困難になる。一方、溶融する温度を充分に上回るのであれば、移動速度を速める余地があるということができる。 When the laser device is used as the heating means, if the moving speed is the same, the temperature of the material tends to rise as the output of the laser is stronger and the heating amount is larger. Even if the amount of heating is the same, if the heating is continued, the temperature of the material rises with the passage of time. That is, since the net time for irradiating the heated portion with the laser differs depending on the moving speed of the head, the way the temperature rises changes according to the moving speed. If the temperature continues to rise due to continuous laser irradiation, the carbonization temperature of the modeling material will be reached, making it difficult to continue high-quality modeling. On the other hand, if the melting temperature is sufficiently higher, it can be said that there is room for increasing the moving speed.

なお、再加熱に際して好ましい温度条件は、図13において赤矢印で示される通りである。通常、吐出ノズル18から吐出される材料温度は、溶融温度と炭化温度との間に設定される。そして、再加熱により下層の造形材料を溶融することができれば、下層の材料と、吐出された材料が混合し、接着性を向上させることができる。一方、上述したように、材料には炭化温度があるため、加熱による造形材料の温度が、溶融温度以上、かつ、造形材料固有の炭化温度以下となるように、加熱が制御されることが好ましい。 The preferred temperature conditions for reheating are as shown by the red arrows in FIG. Normally, the material temperature discharged from the discharge nozzle 18 is set between the melting temperature and the carbonization temperature. If the lower layer modeling material can be melted by reheating, the lower layer material and the discharged material can be mixed and the adhesiveness can be improved. On the other hand, as described above, since the material has a carbonization temperature, it is preferable that the heating is controlled so that the temperature of the modeling material by heating is equal to or higher than the melting temperature and lower than the carbonization temperature peculiar to the modeling material. ..

なお、再加熱による温度は、図13に赤矢印で溶融温度より下の領域を含めて示しているように、必ず溶融温度以上にする必要があるというわけではない。吐出される造形材料の温度は、通常溶融温度より高く設定されているため、再加熱された下層の温度が溶融材料温度よりも低い場合であっても、溶融したフィラメントFMに接することで、下層の温度が充分に再溶融できる程度に上昇する場合がある。すなわち、少なくとも溶融した造形材料に接した下層の領域の温度が、造形材料が溶融する温度以上となるように再加熱が制御されればよい。なお、吐出される溶融材料の温度は、炭化する温度よりも低く設定されているので、加熱された下層に吐出された場合でも、下層を炭化する温度以上に上昇する懸念はない。 The temperature due to reheating does not necessarily have to be equal to or higher than the melting temperature, as shown by the red arrow in FIG. 13 including the region below the melting temperature. Since the temperature of the discharged molding material is usually set higher than the melting temperature, even if the temperature of the reheated lower layer is lower than the temperature of the molten material, the lower layer is brought into contact with the molten filament FM. The temperature may rise to the extent that it can be sufficiently remelted. That is, the reheating may be controlled so that at least the temperature of the region of the lower layer in contact with the melted modeling material becomes equal to or higher than the temperature at which the modeling material melts. Since the temperature of the molten material to be discharged is set lower than the temperature at which carbonization is carried out, there is no concern that the temperature will rise above the temperature at which the lower layer is carbonized even when the molten material is discharged to the heated lower layer.

なお、フィラメントの材料が、結晶性プラスチックのように、明瞭な融点が観測できる材料である場合は、上述した溶融温度は、融点と一致する。しかしながら、非晶性プラスチックのように、明瞭な融点が観測されない材料もあり、このような材料である場合は、吐出されたフィラメントと混ざり合うことができる所定の流動性が得られる温度であればよく、上述した「溶融温度」には、使用する造形材料によっては、このような温度が含まれる。また、樹脂は、熱分解により黒色に変化するが、分解開始温度前でも酸化により変色する場合もあるので、上述した「炭化温度」は、品質上許容できない変色や物性の変化を生じ得る温度して定義することができる。 When the filament material is a material such as crystalline plastic in which a clear melting point can be observed, the above-mentioned melting temperature coincides with the melting point. However, some materials, such as amorphous plastics, do not have a clear melting point, and in the case of such materials, the temperature is such that a predetermined fluidity that can be mixed with the discharged filament can be obtained. Often, the above-mentioned "melting temperature" includes such a temperature depending on the molding material used. In addition, although the resin turns black due to thermal decomposition, it may change color due to oxidation even before the decomposition start temperature. Therefore, the above-mentioned "carbonization temperature" is a temperature at which unacceptable discoloration or changes in physical properties may occur in terms of quality. Can be defined.

図14は、レーザ装置を加熱手段として用いる場合に、レーザ光源21の出力(加熱量)を調整するための方法を説明する模式図である。レーザ装置を用いて光エネルギーによって造形材料層を加熱する特定の実施形態においては、加熱制御部110は、レーザ光源21の単位時間当たりの駆動時間およびレーザ光源21の駆動電流のいずれか一方または両方を変化させることにより、レーザ光源21による加熱量を制御することができる。 FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method for adjusting the output (heating amount) of the laser light source 21 when the laser device is used as the heating means. In a particular embodiment in which the modeling material layer is heated by light energy using a laser device, the heating control unit 110 either or both of the drive time of the laser light source 21 per unit time and the drive current of the laser light source 21. The amount of heating by the laser light source 21 can be controlled by changing the above.

単位時間当たりの駆動時間を制御する駆動時間制御では、チャート300に模式的に示すように、レーザの発光タイミングTONや消灯タイミングTOFFを制御することで、単位時間あたりにレーザ光が下層を照射する正味の時間の比率(TON/T;T=TON+TOFF)が調整される。単位時間あたりの照射時間の比率(デューティ比)を増加させると加熱量が増加する。このような駆動時間制御は、一般的には、PWM(Pulse Width Modulation)と呼ばれる。駆動時間制御では、レーザを駆動する駆動電流が同一であっても、単位時間あたりの照射時間を変更することで加熱量をコントロールすることができる。 In the drive time control that controls the drive time per unit time, as shown schematically in Chart 300, by controlling the light emission timing T ON and the extinguishing timing T OFF of the laser, the laser light is applied to the lower layer per unit time. The ratio of the net time of irradiation (T ON / T; T = T ON + T OFF ) is adjusted. Increasing the ratio of irradiation time per unit time (duty ratio) increases the amount of heating. Such drive time control is generally called PWM (Pulse Width Modulation). In the drive time control, even if the drive current for driving the laser is the same, the heating amount can be controlled by changing the irradiation time per unit time.

レーザ光源21の駆動電流を制御する駆動電流制御では、チャート302で模式的に示すように、レーザを駆動する電流値を調整することでレーザ光の光量が調整される。駆動電流を増大させると加熱量が増加する。なお、駆動電流制御では、デューティ比が同一であっても、駆動電流を制御することで加熱量をコントロールすることができるが、駆動電流制御と駆動時間制御とを組み合わせて使用してもよい。 In the drive current control for controlling the drive current of the laser light source 21, the amount of laser light is adjusted by adjusting the current value for driving the laser, as schematically shown in the chart 302. Increasing the drive current increases the amount of heating. In the drive current control, even if the duty ratio is the same, the heating amount can be controlled by controlling the drive current, but the drive current control and the drive time control may be used in combination.

説明する実施形態による三次元造形装置1は、下層表面を加熱により再溶融させる際に、下層表面の温度を測定し測定温度に応じて、上述したヘッド移動速度、加熱量および吐出量を含む造形パラメータを変更することにより、吐出され積層される造形材料層との接着強度を高めつつ、造形時間の短縮を図る。 The three-dimensional modeling apparatus 1 according to the embodiment described will measure the temperature of the lower layer surface when the lower layer surface is remelted by heating, and will include the above-mentioned head moving speed, heating amount, and ejection amount according to the measured temperature. By changing the parameters, it is possible to shorten the molding time while increasing the adhesive strength with the molding material layer that is discharged and laminated.

<<処理および動作>>
続いて、一実施形態における三次元造形装置1の処理および動作について説明する。図15は、一実施形態に係る造形処理を示すフロー図である。
<< Processing and operation >>
Subsequently, the processing and operation of the three-dimensional modeling apparatus 1 in one embodiment will be described. FIG. 15 is a flow chart showing a modeling process according to an embodiment.

三次元造形装置1の制御部100は、立体モデルのデータの入力を受け付ける。立体モデルのデータは、立体モデルを所定間隔でスライスしたときの層ごとの画像データによって構築される。 The control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 accepts the input of the data of the three-dimensional model. The 3D model data is constructed from image data for each layer when the 3D model is sliced at predetermined intervals.

三次元造形装置1の制御部100は、X軸駆動モータ32またはY軸駆動モータ33を駆動して吐出モジュール10をX軸またはY軸方向に移動させる。吐出モジュール10が移動している間に、制御部100は、入力された立体モデルのデータのうち、最下層の画像データに基づいて、吐出ノズル18から造形テーブル3へ溶融状態または半溶融状態のフィラメントFMを吐出させる。これにより、三次元造形装置1は、造形テーブル3上に画像データに基づいた形状の層を形成する(ステップS11)。 The control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 drives the X-axis drive motor 32 or the Y-axis drive motor 33 to move the discharge module 10 in the X-axis or Y-axis direction. While the discharge module 10 is moving, the control unit 100 is in a molten state or a semi-melted state from the discharge nozzle 18 to the modeling table 3 based on the image data of the lowermost layer among the input three-dimensional model data. The filament FM is discharged. As a result, the three-dimensional modeling apparatus 1 forms a layer having a shape based on the image data on the modeling table 3 (step S11).

吐出モジュール10が移動している間に、制御部100は、入力された立体モデルのデータのうち、造形が完了していない層のうち最も下の層の画像データに基づいて、レーザ光源21からレーザを照射させる。これにより、下層におけるレーザ照射位置が再溶融する(ステップS12)。なお、制御部100は、図7の(C)、図8の(A)、(C)、図9の(C)の造形方法のように、画像データの示す範囲の内部にレーザを照射させてもよい。あるいは、制御部100は、例えば、図7の(A)、(B)、図9の(B)の造形方法のように、画像データの示す範囲を超えて、レーザを照射させてもよい。ステップS12における下層の加熱温度は、フィラメントの溶融温度以上に制御される。 While the ejection module 10 is moving, the control unit 100 receives the input stereo model data from the laser light source 21 based on the image data of the lowest layer among the layers for which modeling has not been completed. Irradiate the laser. As a result, the laser irradiation position in the lower layer is remelted (step S12). The control unit 100 irradiates the inside of the range indicated by the image data with a laser as in the modeling method of FIG. 7 (C), FIG. 8 (A), (C), and FIG. 9 (C). You may. Alternatively, the control unit 100 may irradiate the laser beyond the range indicated by the image data, as in the modeling method of FIGS. 7A, 7B, and 9B, for example. The heating temperature of the lower layer in step S12 is controlled to be equal to or higher than the melting temperature of the filament.

吐出モジュール10が移動している間に、制御部100は、入力された立体モデルのデータのうち、造形が完了していない層のうち最も下の層の画像データに基づいて、吐出ノズル18から造形テーブル3上の下層へフィラメントFMを吐出させる。これにより、下層の上に、画像データに対応する形状を有する層が形成される(ステップS13)。このとき、下層は再溶融しているので、造形する層と下層の層間の界面の接着性が向上する。 While the ejection module 10 is moving, the control unit 100 receives the input solid model data from the ejection nozzle 18 based on the image data of the lowest layer among the layers for which modeling has not been completed. The filament FM is discharged to the lower layer on the modeling table 3. As a result, a layer having a shape corresponding to the image data is formed on the lower layer (step S13). At this time, since the lower layer is remelted, the adhesiveness at the interface between the layer to be modeled and the lower layer is improved.

なお、ステップS12における下層を再溶融させる処理と、ステップS13における層の形成処理と、をオーバーラップさせてもよい。この場合、三次元造形装置1は、下層にレーザを照射する処理を開始してから、照射範囲全体へのレーザの照射が完了する前に、フィラメントFMの吐出を開始する。 The process of remelting the lower layer in step S12 and the process of forming the layer in step S13 may overlap. In this case, the three-dimensional modeling apparatus 1 starts discharging the filament FM after starting the process of irradiating the lower layer with the laser and before the irradiation of the laser to the entire irradiation range is completed.

三次元造形装置1の制御部100は、ステップS13で形成された層が最表層であるか判断する(ステップS14)。最表層とは、立体モデルのデータのうち、積層方向(Z軸)の座標が最も大きい画像データに基づいて形成される層である。ステップS14でNOと判断された場合、三次元造形装置1の制御部100は、最表層が形成されるまで、再溶融の処理(ステップS12)と、層形成の処理(ステップS13)と、を繰り返す。 The control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 determines whether the layer formed in step S13 is the outermost layer (step S14). The outermost layer is a layer formed based on the image data having the largest coordinate in the stacking direction (Z axis) among the data of the three-dimensional model. If NO is determined in step S14, the control unit 100 of the three-dimensional modeling apparatus 1 performs a remelting process (step S12) and a layer forming process (step S13) until the outermost layer is formed. repeat.

最表層の形成が完了すると(ステップS14のYES)、三次元造形装置1は、造形処理を終了する。 When the formation of the outermost layer is completed (YES in step S14), the three-dimensional modeling apparatus 1 ends the modeling process.

<<温度センサの測定値に基づく造形パラメータ制御の詳細>>
図16は、一実施形態に係る下層再溶融および上層造形処理を示すフロー図である。なお、図16に示す処理は、図15に示したステップS12における下層を再溶融させる処理と、ステップS13における再溶融される下層の上に上層を形成する処理とをオーバーラップさせ、下層の部位にレーザ光を照射しながら、その下層の部位にフィラメントFMを吐出して上層を造形する場合に対応する。
<< Details of modeling parameter control based on measured values of temperature sensor >>
FIG. 16 is a flow chart showing the lower layer remelting and the upper layer modeling process according to the embodiment. The process shown in FIG. 16 overlaps the process of remelting the lower layer in step S12 shown in FIG. 15 and the process of forming the upper layer on the lower layer to be remelted in step S13, and the portion of the lower layer. Corresponds to the case where the filament FM is ejected to the portion of the lower layer to form the upper layer while irradiating the laser beam.

ステップS21では、制御部100は、ヘッド(吐出モジュール10および加熱モジュール20を有する)をツールパスの始点へ移動させて、パラメータ変更部130により、ヘッドのXY平面内の移動速度、造形材料の吐出量およびレーザの出力値の各設定値の初期値を設定する。ヘッド移動速度、造形材料吐出量およびレーザの出力値の初期値は、それぞれ、デフォルト値が設定されたり、ユーザ指定の値が設定されたり、あるいは、温度センサ104や他の温度センサの測定値などに基づいて、適切な初期値が設定されるものとする。 In step S21, the control unit 100 moves the head (which has the discharge module 10 and the heating module 20) to the start point of the tool path, and the parameter change unit 130 moves the head in the XY plane and discharges the modeling material. Set the initial value of each set value of the amount and the output value of the laser. The initial values of the head movement speed, the amount of molding material discharged, and the output value of the laser are set to default values, set to user-specified values, or measured by the temperature sensor 104 or other temperature sensors, respectively. It is assumed that an appropriate initial value is set based on.

ステップS22では、制御部100は、ヘッドのツールパスに沿った走査、加熱モジュール20による再加熱および吐出モジュール10によるフィラメントの吐出動作を開始する。ここでは、造形対象となる上層の全体を形成するためのツールパスが計算されているものとする。 In step S22, the control unit 100 starts scanning along the tool path of the head, reheating by the heating module 20, and ejection of the filament by the ejection module 10. Here, it is assumed that the tool path for forming the entire upper layer to be modeled is calculated.

走査、再加熱および吐出動作が開始されると、造形材料で形成された下層の再加熱および加熱された下層に対する溶融した造形材料の吐出が行われる。その再加熱および吐出動作中、ステップS23~ステップS30のループでは、パラメータ変更部130により、温度センサ104による下層温度の測定値に基づいて、下層の造形材料が溶融し、かつ、炭化しないような条件で造形パラメータの最適化が行われる。 When the scanning, reheating and ejection operations are initiated, the lower layer formed of the modeling material is reheated and the molten modeling material is ejected to the heated lower layer. During the reheating and discharging operation, in the loop of steps S23 to S30, the parameter changing unit 130 prevents the lower layer molding material from melting and carbonizing based on the measured value of the lower layer temperature by the temperature sensor 104. The modeling parameters are optimized under the conditions.

ステップS23では、造形パラメータ変更部130は、温度センサ104から下層温度の測定値を取得する。ステップS24では、造形パラメータ変更部130は、温度センサ104による下層温度の測定値が下限温度(溶融温度)よりも低いか否かを判定する。ステップS24で、下層温度が下限温度を下回ると判定された場合(YES)は、ステップS29へ分岐される。 In step S23, the modeling parameter changing unit 130 acquires the measured value of the lower layer temperature from the temperature sensor 104. In step S24, the modeling parameter changing unit 130 determines whether or not the measured value of the lower layer temperature by the temperature sensor 104 is lower than the lower limit temperature (melting temperature). If it is determined in step S24 that the lower layer temperature is lower than the lower limit temperature (YES), the process is branched to step S29.

ステップS29では、造形パラメータ変更部130は、変更する造形パラメータとして加熱量を選定し、加熱制御部110によるレーザ出力値(加熱量)を増大する方向へ変更する。加熱量を増大することで、造形時間を増大させずに積層強度の向上を図ることができる。この際に、少なくとも溶融した造形材料に接した下層の造形材料の温度が、溶融する温度以上となるような温度以上、かつ、造形材料が炭化する温度を未満となるように、レーザ出力値(加熱量)が決定されることが好ましい。 In step S29, the modeling parameter changing unit 130 selects the heating amount as the modeling parameter to be changed, and changes the laser output value (heating amount) by the heating control unit 110 in the direction of increasing. By increasing the amount of heating, it is possible to improve the stacking strength without increasing the molding time. At this time, the laser output value (so that the temperature of the lower layer modeling material in contact with the molten modeling material is at least the temperature at which the temperature is equal to or higher than the melting temperature and lower than the temperature at which the modeling material is carbonized). The amount of heating) is preferably determined.

一方、ステップS24で、温度センサ104による下層温度が下限温度を上回っていると判定された場合(NO)は、ステップS25へ進められる。ステップS25では、造形パラメータ変更部130は、さらに、温度センサ104による下層温度が下限温度(溶融温度)よりも充分に高いか否かを判定する。下限温度(溶融温度)よりも充分に高いか否かは、例えば、温度センサ104による下層温度が、下限温度に所定温度αだけ足した閾値を超えているか否かにより判断することができる。 On the other hand, if it is determined in step S24 that the lower layer temperature by the temperature sensor 104 exceeds the lower limit temperature (NO), the process proceeds to step S25. In step S25, the modeling parameter changing unit 130 further determines whether or not the lower layer temperature by the temperature sensor 104 is sufficiently higher than the lower limit temperature (melting temperature). Whether or not it is sufficiently higher than the lower limit temperature (melting temperature) can be determined, for example, by whether or not the lower layer temperature by the temperature sensor 104 exceeds the lower limit temperature plus a predetermined temperature α.

ステップS25で、下層温度が下限温度より充分に高い(下層温度+αより高い)と判定された場合(YES)は、ステップS26へ処理が進められる。ステップS26では、造形パラメータ変更部130は、変更する造形パラメータとして移動速度を選定し、ヘッド駆動制御部122によるヘッド移動速度を増大する方向へ変更する。キャリッジ移動速度を変更して速く駆動制御することにより、造形時間を短縮することができる。なお、ヘッド移動速度を変更する際には、下層温度が所定の温度範囲内となる(溶融温度以下とならないように)と予測される範囲で行われる。移動速度を速くすると、温度の上昇が小さくなり下層温度の測定値が低下することになるが、省エネの観点からは、加熱量を変更しなくとも測定温度が溶融温度以下とならないようヘッド移動速度を制御することが望ましい。 If it is determined in step S25 that the lower layer temperature is sufficiently higher than the lower limit temperature (higher than the lower layer temperature + α) (YES), the process proceeds to step S26. In step S26, the modeling parameter changing unit 130 selects the moving speed as the modeling parameter to be changed, and changes the head moving speed in the direction of increasing the head moving speed by the head drive control unit 122. By changing the carriage movement speed and controlling the drive faster, the modeling time can be shortened. The head movement speed is changed within a range in which the lower layer temperature is predicted to be within a predetermined temperature range (so as not to be lower than the melting temperature). If the moving speed is increased, the temperature rise becomes smaller and the measured value of the lower layer temperature decreases, but from the viewpoint of energy saving, the head moving speed is such that the measured temperature does not fall below the melting temperature even if the heating amount is not changed. It is desirable to control.

ステップS27では、造形パラメータ変更部130は、移動速度が上限に達したか否かを判定する。ステップS27で、移動速度が上限に達したと判定された場合(YES)は、ステップS28へ処理が進められる。ステップS28では、造形パラメータ変更部130は、変更する造形パラメータとして移動速度を再度選定し、ヘッド駆動制御部122によるヘッド移動速度を所定の上限移動速度の未満となるように変更する。下層温度が所定温度範囲内であってもヘッド移動速度を速くしすぎると、ヘッド単位移動量(距離)に対する吐出量が減少し、所望の造形が得られない可能性があるためである。このように、移動速度を速めた場合でも、吐出造形材の細りなどの劣化が認められない移動速度を上限の移動速度として、ヘッド移動速度を上限移動速度未満に制限することが好ましい。 In step S27, the modeling parameter changing unit 130 determines whether or not the moving speed has reached the upper limit. If it is determined in step S27 that the movement speed has reached the upper limit (YES), the process proceeds to step S28. In step S28, the modeling parameter changing unit 130 reselects the moving speed as the modeling parameter to be changed, and changes the head moving speed by the head drive control unit 122 so as to be less than a predetermined upper limit moving speed. This is because even if the lower layer temperature is within a predetermined temperature range, if the head moving speed is made too fast, the discharge amount with respect to the head unit moving amount (distance) decreases, and there is a possibility that the desired modeling cannot be obtained. As described above, even when the moving speed is increased, it is preferable to limit the head moving speed to less than the upper limit moving speed, with the moving speed at which deterioration such as thinning of the discharged molding material is not observed as the upper limit moving speed.

ステップS27で、移動速度が上限に達していないと判定された場合(NO)は、ステップS30へ直接処理が進められる。また、ステップS25で、下層温度が下限温度より充分に高くはない(所定値α未満の差しかない)と判定された場合(NO)は、ステップS30へ直接処理が進められる。造形パラメータを変更する必要性が小さいためである。 If it is determined in step S27 that the movement speed has not reached the upper limit (NO), the process directly proceeds to step S30. Further, if it is determined in step S25 that the lower layer temperature is not sufficiently higher than the lower limit temperature (the difference is less than the predetermined value α) (NO), the process directly proceeds to step S30. This is because there is little need to change the modeling parameters.

ステップS30では、制御部100は、ツールパスの終点に達したか否かを判定する。ステップS30でツールパスの終点に達していないと判定された場合は、終点に達するまで、温度センサの測定値の取得(ステップS23)と、ヘッド移動速度の変更(ステップS24~S28)およびレーザ出力値の変更(ステップS29)とを繰り返す。ツールパスの終点に達すると(ステップS30でYES)、ステップS31で制御部110は、ヘッドのツールパスに沿った走査、加熱モジュール20による再加熱および吐出モジュール10によるフィラメントの吐出動作を終了し、三次元造形装置1は、本下層の再溶融処理および上層の造形処理を完了させる。 In step S30, the control unit 100 determines whether or not the end point of the tool path has been reached. If it is determined in step S30 that the end point of the tool path has not been reached, the measured value of the temperature sensor is acquired (step S23), the head movement speed is changed (steps S24 to S28), and the laser output is reached until the end point is reached. The change of the value (step S29) is repeated. When the end point of the tool path is reached (YES in step S30), in step S31, the control unit 110 ends the scanning along the tool path of the head, the reheating by the heating module 20, and the filament ejection operation by the ejection module 10. The three-dimensional modeling apparatus 1 completes the remelting process of the lower layer and the modeling process of the upper layer.

以上、図16を参照しながら下層再溶融および上層造形処理の一実施形態について説明したが、図16に示す処理は、ヘッド移動速度を速くしすぎた場合の不具合に対し移動速度を制限するものであった。図17は、他の実施形態に係る下層再溶融および上層造形処理を示すフロー図である。以下、図17を参照しながら、図14のS12およびS13での下層再溶融および上層造形処理について他の場合について説明する。 Although one embodiment of the lower layer remelting and the upper layer modeling process has been described above with reference to FIG. 16, the process shown in FIG. 16 limits the moving speed in case of a defect when the head moving speed is made too fast. Met. FIG. 17 is a flow chart showing a lower layer remelting and an upper layer modeling process according to another embodiment. Hereinafter, other cases of the lower layer remelting and the upper layer modeling process in S12 and S13 of FIG. 14 will be described with reference to FIG.

ステップS41では、制御部100は、ヘッドをツールパスの始点へ移動させて、パラメータ変更部130により、ヘッド移動速度、造形材料吐出量およびレーザの出力値の各項目の初期値を設定する。ステップS42では、制御部100は、ヘッドの走査、再加熱および吐出動作を開始する。ヘッドの走査、再加熱および吐出動作が開始されると、造形材料で形成された下層の再加熱および加熱された下層に対する溶融した造形材料の吐出が行われる。その再加熱および吐出動作中、ステップS43~ステップS51のループでは、パラメータ変更部130により、温度センサ104による下層温度の測定値に基づいて、下層の造形材料が溶融しかつ炭化しないような条件で造形パラメータの最適化が行われる。 In step S41, the control unit 100 moves the head to the start point of the tool path, and the parameter change unit 130 sets the initial values of each item of the head movement speed, the amount of molding material discharged, and the output value of the laser. In step S42, the control unit 100 starts scanning, reheating, and ejection operations of the head. When the scanning, reheating and ejection operations of the head are started, the lower layer formed of the modeling material is reheated and the molten modeling material is ejected to the heated lower layer. During the reheating and discharging operation, in the loop of steps S43 to S51, the parameter changing unit 130 is used under the condition that the lower layer molding material is not melted and carbonized based on the measured value of the lower layer temperature by the temperature sensor 104. The modeling parameters are optimized.

ステップS43では、造形パラメータ変更部130は、温度センサ104から下層温度の測定値を取得する。ステップS44では、造形パラメータ変更部130は、温度センサ104による下層温度の測定値が下限温度(溶融温度)よりも低いか否かを判定する。ステップS44で、下層温度が下限温度を下回ると判定された場合(YES)は、ステップS50へ分岐される。 In step S43, the modeling parameter changing unit 130 acquires the measured value of the lower layer temperature from the temperature sensor 104. In step S44, the modeling parameter changing unit 130 determines whether or not the measured value of the lower layer temperature by the temperature sensor 104 is lower than the lower limit temperature (melting temperature). If it is determined in step S44 that the lower layer temperature is lower than the lower limit temperature (YES), the process is branched to step S50.

ステップS50では、造形パラメータ変更部130は、変更する造形パラメータとして加熱量を選定し、加熱制御部110によるレーザ出力値(加熱量)を増大する方向へ変更する。一方、ステップS44で、温度センサ104による下層温度が下限温度を上回っていると判定された場合(NO)は、ステップS45へ進められる。ステップS45では、造形パラメータ変更部130は、温度センサ104による下層温度が下限温度(材料溶融温度)よりも充分に高いか否かを判定する。 In step S50, the modeling parameter changing unit 130 selects the heating amount as the modeling parameter to be changed, and changes the laser output value (heating amount) by the heating control unit 110 in the direction of increasing. On the other hand, if it is determined in step S44 that the lower layer temperature by the temperature sensor 104 exceeds the lower limit temperature (NO), the process proceeds to step S45. In step S45, the modeling parameter changing unit 130 determines whether or not the lower layer temperature by the temperature sensor 104 is sufficiently higher than the lower limit temperature (material melting temperature).

ステップS45で、下層温度が下限温度より充分に高くはないと判定された場合(NO)は、ステップS51へ直接処理が進められる。ステップS45で、下層温度が下限温度より充分に高いと判定された場合(YES)は、ステップS46へ処理が進められる。ステップS46では、造形パラメータ変更部130は、変更する造形パラメータとして移動速度を選定し、ヘッド駆動制御部122によるヘッド移動速度を、下層温度が所定の温度範囲内となるように増大する方向へ変更する。 If it is determined in step S45 that the lower layer temperature is not sufficiently higher than the lower limit temperature (NO), the process directly proceeds to step S51. If it is determined in step S45 that the lower layer temperature is sufficiently higher than the lower limit temperature (YES), the process proceeds to step S46. In step S46, the modeling parameter changing unit 130 selects the moving speed as the modeling parameter to be changed, and changes the head moving speed by the head drive control unit 122 in a direction of increasing so that the lower layer temperature is within a predetermined temperature range. do.

ステップS47では、造形パラメータ変更部130は、移動速度が基準を超えるか否かを判定する。ステップS47で、移動速度が基準を超えたと判定された場合(YES)は、ステップS48へ処理が進められる。ステップS48では、造形パラメータ変更部130は、変更する造形パラメータとして吐出量を選定し、吐出造形材の劣化を補うよう、吐出モジュール10の吐出量を通常より多くするよう変更する。一方、ステップS47で、移動速度が基準を超えていないと判定された場合(NO)は、ステップS49へ処理が進められる。ステップS48では、造形パラメータ変更部130は、変更する造形パラメータとして吐出量を選定し、吐出モジュール10の吐出量を通常の値のままとする。 In step S47, the modeling parameter changing unit 130 determines whether or not the moving speed exceeds the reference. If it is determined in step S47 that the moving speed exceeds the reference (YES), the process proceeds to step S48. In step S48, the modeling parameter changing unit 130 selects the discharge amount as the modeling parameter to be changed, and changes the discharge amount of the discharge module 10 to be larger than usual so as to compensate for the deterioration of the discharge molding material. On the other hand, if it is determined in step S47 that the moving speed does not exceed the reference (NO), the process proceeds to step S49. In step S48, the modeling parameter changing unit 130 selects the discharge amount as the modeling parameter to be changed, and keeps the discharge amount of the discharge module 10 as a normal value.

ステップS51では、制御部100は、ツールパスの終点に達したか否かを判定する。ステップS51でツールパスの終点に達していないと判定された場合は、終点に達するまで、温度センサの測定値の取得(ステップS43)と、ヘッド移動速度の変更(ステップS44~S49)およびレーザ出力値の変更(ステップS50)とを繰り返す。ツールパスの終点に達すると(ステップS51でYES)、ステップS52で、制御部110は、走査、再加熱および造形の動作を終了し、三次元造形装置1は、本下層の再溶融処理および上層の造形処理を完了させる。 In step S51, the control unit 100 determines whether or not the end point of the tool path has been reached. If it is determined in step S51 that the end point of the tool path has not been reached, the measured value of the temperature sensor is acquired (step S43), the head movement speed is changed (steps S44 to S49), and the laser output is reached until the end point is reached. The change of the value (step S50) is repeated. When the end point of the tool path is reached (YES in step S51), in step S52, the control unit 110 ends the scanning, reheating and modeling operations, and the three-dimensional modeling apparatus 1 remelts the lower layer and the upper layer. Complete the modeling process of.

以上、加熱手段がレーザ装置である場合について説明したが、加熱手段は特に限定されるものではなく、以下に説明するように、非接触式のレーザ光以外にも、超音波、高温温風、接触式の加熱プレート、加熱タップのいずれでも構わない。 The case where the heating means is a laser device has been described above, but the heating means is not particularly limited, and as described below, in addition to the non-contact laser beam, ultrasonic waves, high-temperature warm air, and the like are used. Either a contact type heating plate or a heating tap may be used.

<<<実施形態の変形例A>>>
続いて、実施形態の変形例Aについて上記の実施形態と異なる点を説明する。図18は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
<<< Modification A of the embodiment >>>
Subsequently, the points different from the above-described embodiment will be described with respect to the modified example A of the embodiment. FIG. 18 is a schematic view showing the operation of lower layer heating in one embodiment.

実施形態の変形例Aにおいて、加熱モジュール20は、温風源21´を有する。温風源21´としては、ヒータおよびファンが例示される。実施形態の変形例Aにおいて、温風源21´は、高温の温風を吹き付けることにより下層を加熱して、再溶融させる。実施形態の変形例Aにおいても、再溶融させた下層にフィラメントFMを吐出して上層を形成することで、下層と上層の材料が混ざり合い、上層と下層の接着性が向上する。 In the modification A of the embodiment, the heating module 20 has a warm air source 21'. Examples of the warm air source 21'are a heater and a fan. In the modification A of the embodiment, the warm air source 21'heats the lower layer by blowing hot air at a high temperature and remelts it. Also in the modified example A of the embodiment, by ejecting the filament FM to the remelted lower layer to form the upper layer, the materials of the lower layer and the upper layer are mixed, and the adhesiveness between the upper layer and the lower layer is improved.

<<<実施形態の変形例B>>>
続いて、実施形態の変形例Bについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図19は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
<<< Modification B of the embodiment >>>
Subsequently, the modified example B of the embodiment will be described which is different from the above-described embodiment. FIG. 19 is a schematic view showing the operation of lower layer heating in one embodiment.

実施形態の変形例Bにおいて、三次元造形装置1の加熱モジュール20は、加熱モジュール20´に置き換えられる。加熱モジュール20´は、三次元造形物Mにおける下層を加熱および加圧する加熱プレート28と、加熱プレート28を加熱する加熱ブロック25と、加熱ブロック25からの熱伝導を防ぐための冷却ブロック22と、を備える。加熱ブロック25は、ヒータなどの熱源26と、加熱プレート28の温度を制御するための熱電対27と、を備える。冷却ブロック22は、冷却源23を備える。加熱ブロック25と冷却ブロック22との間には、ガイド24が設けられている。 In the modification B of the embodiment, the heating module 20 of the three-dimensional modeling apparatus 1 is replaced with the heating module 20'. The heating module 20' includes a heating plate 28 that heats and pressurizes the lower layer of the three-dimensional model M, a heating block 25 that heats the heating plate 28, and a cooling block 22 for preventing heat conduction from the heating block 25. To prepare for. The heating block 25 includes a heat source 26 such as a heater and a thermocouple 27 for controlling the temperature of the heating plate 28. The cooling block 22 includes a cooling source 23. A guide 24 is provided between the heating block 25 and the cooling block 22.

加熱モジュール20´は、装置左右方向(図1中の左右方向=X軸方向)に延びるX軸駆動軸31(X軸方向)に対し、連結部材を介して、スライド移動可能に保持されている。加熱モジュール20´は、加熱ブロック25によって加熱されて高温になる。その熱がX軸駆動モータ32に伝わるのを低減するため、フィラメントガイド14等を含めた移送路またはガイド24は、低熱伝導性であることが好ましい。 The heating module 20'is held so as to be slidable with respect to the X-axis drive shaft 31 (X-axis direction) extending in the left-right direction of the device (left-right direction = X-axis direction in FIG. 1) via a connecting member. .. The heating module 20'is heated by the heating block 25 to a high temperature. In order to reduce the transfer of the heat to the X-axis drive motor 32, it is preferable that the transfer path or the guide 24 including the filament guide 14 and the like has low thermal conductivity.

加熱モジュール20´において、加熱プレート28の下端は、吐出ノズル18の下端よりも、1層分低くなるように配置されている。吐出モジュール10および加熱モジュール20を、図19に示す白抜き矢印方向に走査しながら、フィラメントを吐出すると同時に、加熱プレート28は、造形中の層の一つ下の層を再加熱する。これにより、造形中の層と、一つ下の層との温度差が小さくなり、層間で材料が混ざり合うので、造形物の層間強度が向上する。なお、加熱した層を冷却する方法としては、雰囲気温度を設定する方法、所定の時間放置する方法、もしくは、ファンなどを利用する方法などが例示される。 In the heating module 20', the lower end of the heating plate 28 is arranged so as to be one layer lower than the lower end of the discharge nozzle 18. While scanning the discharge module 10 and the heating module 20 in the direction of the white arrow shown in FIG. 19, the filament is discharged, and at the same time, the heating plate 28 reheats the layer immediately below the layer being modeled. As a result, the temperature difference between the layer being modeled and the layer below it becomes small, and the materials are mixed between the layers, so that the interlayer strength of the modeled object is improved. Examples of the method for cooling the heated layer include a method of setting the atmospheric temperature, a method of leaving the heated layer for a predetermined time, a method of using a fan, and the like.

実施形態の変形例Bによると、層間の材料を物理的に混ぜる事で、層間の界面の密着力を向上させることができる。また、実施形態の変形例Bによると、造形物の外形を崩さずに、選択的に下層を加熱し、下層が再溶融している間に次の吐出を行うことで、界面の密着力が向上する。 According to the modification B of the embodiment, the adhesion of the interface between the layers can be improved by physically mixing the materials between the layers. Further, according to the modification B of the embodiment, the lower layer is selectively heated without destroying the outer shape of the modeled object, and the next ejection is performed while the lower layer is remelted, whereby the adhesion of the interface is increased. improves.

<<<実施形態の変形例C>>>
続いて、実施形態の変形例Cについて、上記の実施形態の変形例Bと異なる点を説明する。図20は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
<<< Modification C of the embodiment >>>
Subsequently, the difference between the modified example C of the embodiment and the modified example B of the above-described embodiment will be described. FIG. 20 is a schematic view showing the operation of lower layer heating in one embodiment.

実施形態の変形例Cにおいて、加熱モジュール20´における加熱プレート28は、タップノズル28´に置き換えられる。タップノズル28´は、加熱ブロック25によって加熱される。タップノズル28´は、モータ等の動力により、三次元造形物Mを垂直上方から繰り返しタップするタップ動作により、三次元造形物Mにおける下層を加熱し加圧する。これにより、造形中の層と、一つ下の層との温度差が小さくなり、層間で材料が混ざり合うので、造形物の層間の強度が向上する。タップ動作後、吐出ノズル18からは、タップ動作によって凹んだ下層の表面を埋めるようにフィラメントFMを吐出する。下層の凹んだ部分がフィラメントFMによって埋められることで、最表面の形状が平滑に仕上がる。 In the modification C of the embodiment, the heating plate 28 in the heating module 20'is replaced with the tap nozzle 28'. The tap nozzle 28'is heated by the heating block 25. The tap nozzle 28'heats and pressurizes the lower layer of the three-dimensional model M by the tap operation of repeatedly tapping the three-dimensional model M from vertically above by the power of a motor or the like. As a result, the temperature difference between the layer being modeled and the layer below it becomes small, and the materials are mixed between the layers, so that the strength between the layers of the modeled object is improved. After the tap operation, the filament FM is discharged from the discharge nozzle 18 so as to fill the surface of the lower layer recessed by the tap operation. By filling the recessed portion of the lower layer with the filament FM, the shape of the outermost surface is finished smoothly.

<<<実施形態の変形例D>>>
続いて、実施形態の変形例Dについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図21は、一実施形態における下層加熱の動作を示す模式図である。
<<< Modification D of the embodiment >>>
Subsequently, the modification D of the embodiment will be described with respect to the differences from the above-described embodiment. FIG. 21 is a schematic view showing the operation of lower layer heating in one embodiment.

実施形態の変形例Dにおいて、加熱モジュール20には、三次元造形物Mの側面、すなわちZ軸に対し平行な面を冷却する側面冷却部39が設けられている。側面冷却部39としては、三次元造形物Mの側面を冷却可能な冷却源であれば特に限定されないが、ファンが例示される。 In the modification D of the embodiment, the heating module 20 is provided with a side surface cooling unit 39 for cooling the side surface of the three-dimensional model M, that is, the surface parallel to the Z axis. The side surface cooling unit 39 is not particularly limited as long as it is a cooling source capable of cooling the side surface of the three-dimensional model M, but a fan is exemplified.

外形を維持する処理を行うことなく、三次元造形物Mにおける外周部を再加熱すると、外形が崩れ、造形精度が劣化する。そこで、実施形態の変形例Dでは、三次元造形物Mの側面に冷却風を当てつつ、三次元造形物Mの外周部を再加熱することで、造形部の形状を維持しつつ、材料を積層することができる。 If the outer peripheral portion of the three-dimensional model M is reheated without performing the process of maintaining the outer shape, the outer shape collapses and the modeling accuracy deteriorates. Therefore, in the modified example D of the embodiment, the material is obtained while maintaining the shape of the modeled portion by reheating the outer peripheral portion of the three-dimensional modeled object M while applying cooling air to the side surface of the three-dimensional modeled object M. Can be laminated.

<<<実施形態の変形例E>>>
続いて、実施形態の変形例Eについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。
<<< Modification E of the embodiment >>>
Subsequently, the modified example E of the embodiment will be described as different from the above-described embodiment.

下層、あるいは造形空間を加熱しながら造形すると、三次元造形物Mにおける加熱部の粘性が下がることで、外形が崩れて、造形精度が失われることがある。一方、下層、あるいは造形空間を加熱せずに造形すると、三次元造形物Mの粘性は高くなるが、積層方向の強度の維持が困難となる。そこで、実施形態の変形例Eでは、材料構成を偏在させたフィラメントを用いて造形する。 When modeling is performed while heating the lower layer or the modeling space, the viscosity of the heated portion in the three-dimensional modeled object M decreases, so that the outer shape collapses and the modeling accuracy may be lost. On the other hand, if the lower layer or the modeling space is modeled without heating, the viscosity of the three-dimensional model M becomes high, but it becomes difficult to maintain the strength in the stacking direction. Therefore, in the modified example E of the embodiment, the filament is used for modeling with the material composition unevenly distributed.

図22は、材料構成を偏在させたフィラメントの一例を示す断面図である。図22の(A)の例では、フィラメントFの両側に高粘性の樹脂Rhが配置され、中心部には低粘性の樹脂Rlが配置されている。 FIG. 22 is a cross-sectional view showing an example of a filament in which the material composition is unevenly distributed. In the example of FIG. 22A, the highly viscous resin Rh is arranged on both sides of the filament F, and the low viscosity resin Rl is arranged in the central portion.

フィラメントFの両側に配置される高粘性の樹脂Rhとしては、特に限定されないが、アルミナ、カーボンブラック、カーボンファイバー、ガラスファイバー等といったフィラーを配合することで高粘性とした樹脂が例示される。フィラーが所望の機能を阻害する場合は、高粘性の樹脂Rhとして、分子量をコントロールした樹脂を用いてもよい。 The highly viscous resin Rh arranged on both sides of the filament F is not particularly limited, and examples thereof include a resin made highly viscous by blending fillers such as alumina, carbon black, carbon fiber, and glass fiber. When the filler inhibits a desired function, a resin having a controlled molecular weight may be used as the highly viscous resin Rh.

フィラメントFの中心部に配置される低粘性の樹脂Rlとしては、特に限定されないが低分子量グレードである樹脂が例示される。 The low-viscosity resin Rl arranged at the center of the filament F is not particularly limited, and examples thereof include a resin having a low molecular weight grade.

図23は、図22のフィラメントの吐出物の断面図である。図24は、図22のフィラメントを用いて造形される造形物の断面図である。図22の(A)のフィラメントを吐出することで、図23の(A)の形状の吐出物が得られ、図24の造形物が得られる。図24の造形物において、外周部には高粘性の樹脂が配置されるため、必然的に造形物が崩れにくくなる。 FIG. 23 is a cross-sectional view of the ejected product of the filament of FIG. 22. FIG. 24 is a cross-sectional view of a modeled object formed by using the filament of FIG. 22. By ejecting the filament of FIG. 22 (A), the ejected product having the shape of FIG. 23 (A) is obtained, and the modeled product of FIG. 24 is obtained. In the modeled object of FIG. 24, since the highly viscous resin is arranged on the outer peripheral portion, the modeled object is inevitably less likely to collapse.

図22の(B)は、材料構成を偏在させたフィラメントの他の一例を示す。図22の(B)のフィラメントを吐出することで、図23の(B)の形状の吐出物が得られる。このように、図22の(B)のフィラメントを用いても、外周部に粘性の高い樹脂が配置された造形物が得られる。加えて、製造方法の観点でも低粘性樹脂を包み込む本構成の方が、図23の(A)の構成よりもフィラメントを作りやすいといったメリットもある。 FIG. 22B shows another example of a filament in which the material composition is unevenly distributed. By ejecting the filament of FIG. 22 (B), the ejected product having the shape of FIG. 23 (B) can be obtained. As described above, even if the filament of FIG. 22 (B) is used, a modeled product in which a highly viscous resin is arranged on the outer peripheral portion can be obtained. In addition, from the viewpoint of the manufacturing method, this configuration that wraps the low-viscosity resin has an advantage that it is easier to form a filament than the configuration of FIG. 23 (A).

ただし、図23の(B)のフィラメントを用いる際は、層の下部も粘性の高い状態となる。粘性の高い樹脂は、粘性の低い樹脂と比較して融点が高い場合が多い。高温で下層を再溶融させたときに、溶融した樹脂が水平方向に移動することを防ぐため、造形物の外周部の加熱を避けることが好ましい。このため、加熱手段としては、小スポットで加熱できるレーザ等が好ましい。 However, when the filament of FIG. 23 (B) is used, the lower part of the layer is also in a highly viscous state. Highly viscous resins often have a higher melting point than less viscous resins. When the lower layer is remelted at a high temperature, it is preferable to avoid heating the outer peripheral portion of the modeled object in order to prevent the molten resin from moving in the horizontal direction. Therefore, as the heating means, a laser or the like capable of heating in a small spot is preferable.

外周部の積層方向密着力を向上させるため、外周部を加熱する場合には、造形物の横から板などを直接当てる形で加熱すると良い。これにより、粘度低下による樹脂の水平方向の移動は規制される。図25は、規制手段を有する三次元造形装置の一例を示す模式図である。 In order to improve the adhesion of the outer peripheral portion in the stacking direction, when heating the outer peripheral portion, it is preferable to heat the outer peripheral portion by directly hitting a plate or the like from the side of the modeled object. This restricts the horizontal movement of the resin due to the decrease in viscosity. FIG. 25 is a schematic diagram showing an example of a three-dimensional modeling apparatus having regulatory means.

図25の例では、三次元造形装置1には、規制手段の一例としてアシスト機構41が設けられている。FFF方式においては、1層の厚みは0.10~0.30mm程度である。そのため、アシスト機構41における板はシックネスゲージのような薄い板となる。アシスト機構41は、吐出モジュール10、あるいは、吐出モジュール10に対し間接的に固定されたブラケットに固定される。 In the example of FIG. 25, the three-dimensional modeling apparatus 1 is provided with an assist mechanism 41 as an example of the regulating means. In the FFF method, the thickness of one layer is about 0.10 to 0.30 mm. Therefore, the plate in the assist mechanism 41 is a thin plate such as a thickness gauge. The assist mechanism 41 is fixed to the discharge module 10 or a bracket indirectly fixed to the discharge module 10.

アシスト機構41における板は、常温よりも高い温度に加熱されていることが好ましい。用いる樹脂にもよるが、結晶性樹脂の場合は、常温の板が当たると急冷されることにより、アモルファス化が進行し、所望の強度が得られなくなることがある。 The plate in the assist mechanism 41 is preferably heated to a temperature higher than normal temperature. Although it depends on the resin used, in the case of a crystalline resin, when it is hit by a plate at room temperature, it is rapidly cooled, so that amorphization progresses and the desired strength may not be obtained.

一般的に粘度は、温度およびせん断速度の関数で表される。熱溶解積層法(FFF)で用いられるエンプラ(Engineering plastic)、あるいは、スーパーエンプラ等は、温度あるいはせん断速度などの変数に対して非線形挙動を示すので、樹脂の融点Tm以上でなくても、FFF方式で必要なせん断抵抗、すなわち、樹脂の粘度が得られることがある。一方で、Tm以上の領域において所望のせん断速度(S.Rate)における粘度が低すぎる場合はノズルからの液垂れ、フィラメント引き込み(リトラクト動作)時における引き込み不足、それに付随する吐出初期のショートショット、造形物の崩れ等といった課題が生じる。 Viscosity is generally expressed as a function of temperature and shear rate. Engineering plastics, super engineering plastics, etc. used in Fused Deposition Modeling (FFF) show non-linear behavior with respect to variables such as temperature and shear rate, so even if the melting point of the resin is not Tm or higher, FFF The shear resistance required by the method, that is, the viscosity of the resin, may be obtained. On the other hand, if the viscosity at the desired shear rate (S. Rate) is too low in the region above Tm, dripping from the nozzle, insufficient drawing during filament drawing (retract operation), and the accompanying short shot at the initial stage of ejection. Problems such as collapse of the modeled object occur.

Tm以上の所定の温度の樹脂において、一般的には、S.Rate=0、すなわち、非吐出動作時に、当該温度における最も粘度が高い状態となる。この状態でも液垂れするような場合は、フィラーによる樹脂のコンポジット化が、液垂れを防止するための、有効な手段となり得る。樹脂にフィラー添加して、配合比、あるいは、配合するものの粒度/繊維長分布等をコントロールすることで、溶融時のチキソトロピー性が付与され、非吐出動作時には垂れにくく、吐出動作時には粘性の低い状態となる。 In a resin having a predetermined temperature of Tm or more, generally, S. Rate = 0, that is, the highest viscosity at the temperature is obtained during non-discharge operation. If the liquid drips even in this state, compositing the resin with a filler can be an effective means for preventing the dripping. By adding a filler to the resin and controlling the compounding ratio or the particle size / fiber length distribution of the compounded material, thixotropy during melting is imparted, it is difficult to drip during non-discharge operation, and the viscosity is low during discharge operation. Will be.

下層温度の上昇に付随して生じやすい造形物の崩れにおいても、フィラメントにフィラーを添加する方法は好適である。フィラーの添加によっても、造形精度を保てない場合は、造形物の側面を規制することが好ましい。 The method of adding a filler to the filament is also suitable for the collapse of the modeled object that tends to occur with an increase in the temperature of the lower layer. If the modeling accuracy cannot be maintained even by adding the filler, it is preferable to regulate the side surface of the modeled object.

<<<実施形態の変形例F>>>
続いて、実施形態の変形例Fについて、上記の実施形態の変形例Eと異なる点を説明する。
<<< Modification F of the embodiment >>>
Subsequently, the modified example F of the embodiment will be described as different from the modified example E of the above embodiment.

材料構成を偏在させたフィラメントを用いる場合、造形物の外周部に高粘性の樹脂Rhが配置されるように、吐出モジュール10へ導入されるフィラメントの方向を規制することが好ましい。 When a filament having an unevenly distributed material structure is used, it is preferable to regulate the direction of the filament introduced into the discharge module 10 so that the highly viscous resin Rh is arranged on the outer peripheral portion of the modeled object.

図26は、フィラメントの方向を規制する処理の一例を示すフロー図である。三次元造形装置1の撮像モジュール101は、吐出モジュール10へ導入されるフィラメントを撮像し、得られた画像データを制御部100へ送信する。 FIG. 26 is a flow chart showing an example of a process for restricting the direction of the filament. The image pickup module 101 of the three-dimensional modeling apparatus 1 takes an image of the filament introduced into the ejection module 10, and transmits the obtained image data to the control unit 100.

制御部100は、撮像モジュール101によって送信されたフィラメントの画像データを受信する(ステップS21)。制御部100は、受信したフィラメントの画像データを解析して回転量を演算する(ステップS22)。回転量の演算方法としては、特に限定されないが、フィラメントFにおける高粘度の樹脂Rhと低粘度の樹脂Rlとの境界が所定の位置となるように、回転量を決定する方法が例示される。例えば、吐出モジュール10をX軸方向に移動させながらフィラメントを吐出する場合、フィラメントにおける高粘度の樹脂RhをY軸の正負方向に偏在させておくことで、造形物における最外殻に高粘性の樹脂が配置される。このため、制御部100は、樹脂RhがY軸の正負方向に偏在した配置となるように、フィラメントの回転量を決定する。 The control unit 100 receives the image data of the filament transmitted by the image pickup module 101 (step S21). The control unit 100 analyzes the received image data of the filament and calculates the rotation amount (step S22). The method for calculating the amount of rotation is not particularly limited, and an example thereof is a method for determining the amount of rotation so that the boundary between the high-viscosity resin Rh and the low-viscosity resin Rl in the filament F is at a predetermined position. For example, when the filament is discharged while moving the discharge module 10 in the X-axis direction, the high-viscosity resin Rh in the filament is unevenly distributed in the positive and negative directions of the Y-axis, so that the outermost shell of the modeled object has high viscosity. The resin is placed. Therefore, the control unit 100 determines the amount of rotation of the filament so that the resin Rh is arranged unevenly in the positive and negative directions of the Y axis.

制御部100は、決定された回転量に基づいて、フィラメントを回転させるための信号をねじり回転機構102へ送信する。ねじり回転機構102は、信号に基づいてフィラメントを回転させる(ステップS23)。これにより、フィラメントが、所望の方向に規制される。 The control unit 100 transmits a signal for rotating the filament to the torsion rotation mechanism 102 based on the determined rotation amount. The torsional rotation mechanism 102 rotates the filament based on the signal (step S23). This regulates the filament in the desired direction.

なお、フィラメントの外側に高粘性の樹脂が配置されると、移送路において、フィラメントの壁部側の流速が極端に遅くなり、高粘性の樹脂が滞留することで、所望の配置でフィラメントを吐出できなくことがある。このため、加熱ブロック25よりも搬送経路下流側の領域、すなわち融点以上の温度が付与される領域においては、移送路の内壁は耐熱性の高いフッ素等により加工されていることが好ましい。移送路に離形層が形成されることで、溶融樹脂と移送路の内壁との摩擦抵抗が下がり、高粘性の樹脂の滞留は起こりにくくなる。 When the highly viscous resin is arranged on the outside of the filament, the flow velocity on the wall side of the filament becomes extremely slow in the transfer path, and the highly viscous resin stays, so that the filament is discharged in a desired arrangement. There are times when it cannot be done. Therefore, in the region downstream of the heating block 25, that is, in the region where a temperature equal to or higher than the melting point is applied, it is preferable that the inner wall of the transfer path is processed with fluorine or the like having high heat resistance. By forming the release layer in the transfer path, the frictional resistance between the molten resin and the inner wall of the transfer path is reduced, and the highly viscous resin is less likely to stay.

また、制御部100は、ねじり回転機構102から吐出ノズル18までの区間の搬送のタイムラグを考慮して、制御の遅れを防ぐためフィードフォワード制御を行うことが好ましい。例えば、制御部100は、吐出モジュール10の進行方向が曲がるタイミングで、フィラメントの方向が切り替わるように、ねじり回転機構102の駆動を制御する。また、吐出モジュール10を曲線に進行させる場合も、制御部100は、タイムラグ考慮して段階的にねじり回転機構102の駆動を制御する。 Further, it is preferable that the control unit 100 performs feedforward control in order to prevent a delay in control in consideration of a time lag in transport in the section from the torsion rotation mechanism 102 to the discharge nozzle 18. For example, the control unit 100 controls the drive of the torsional rotation mechanism 102 so that the direction of the filament is switched at the timing when the traveling direction of the discharge module 10 bends. Further, even when the discharge module 10 is advanced in a curved line, the control unit 100 controls the drive of the torsion rotation mechanism 102 step by step in consideration of the time lag.

なお、フィラメントが極端にねじられている状態だと、リール4から吐出モジュール10の導入部までの経路で絡まる恐れがある。この絡まりをほどくのはユーザーにとっては非常に煩雑である。このため、リール4から導入部まではガイドチューブが導入されていることが好ましい。ただし、極端にフィラメントがねじられている場合は、ガイドチューブとフィラメントの摩擦抵抗が高まり、正常にフィラメントが導入されないこともある。また、ガイドチューブの継ぎ手等の内径の狭いオリフィス部において、フィラメントが削られる恐れがある。また、フィラーが配合された強化フィラメント等においては、樹脂特有の柔軟性が失われていることも多い。このようなフィラメントに、ねじり負荷がかけられるとフィラメントが折れて、正常な造形が出来ないことがある。 If the filament is extremely twisted, it may get entangled in the path from the reel 4 to the introduction portion of the discharge module 10. Untangling this entanglement is very cumbersome for the user. Therefore, it is preferable that a guide tube is introduced from the reel 4 to the introduction portion. However, if the filament is extremely twisted, the frictional resistance between the guide tube and the filament increases, and the filament may not be introduced normally. In addition, the filament may be scraped at an orifice having a narrow inner diameter such as a joint of a guide tube. Further, in the reinforced filament or the like containing a filler, the flexibility peculiar to the resin is often lost. When a torsional load is applied to such a filament, the filament may break and normal modeling may not be possible.

このため、制御部100は、フィラメントの累積ねじり量を、例えば、基準角度から±180°に規制することが好ましい。 Therefore, it is preferable that the control unit 100 regulates the cumulative twist amount of the filament to, for example, ± 180 ° from the reference angle.

また、例えば図23のように、吐出物において樹脂が所望の状態に配置されるように、フィラメントを回転させる機構に代えて、吐出モジュール10の全体を回転可能な機構を用いてもよい。この場合は、熱源16を制御する熱電対17や、熱源16自体の配線、冷却源13の配線、及び、オーバーヒートプロテクター等の複数の配線系も同時に回転することになるため、フィラメントの回転方向よりも配線の観点では煩雑になる。 Further, for example, as shown in FIG. 23, a mechanism capable of rotating the entire discharge module 10 may be used instead of the mechanism for rotating the filament so that the resin is arranged in a desired state in the discharged material. In this case, the thermocouple 17 that controls the heat source 16, the wiring of the heat source 16 itself, the wiring of the cooling source 13, and a plurality of wiring systems such as the overheat protector also rotate at the same time. However, it becomes complicated from the viewpoint of wiring.

<<<実施形態の変形例G>>>
続いて、実施形態の変形例Gについて、上記の実施形態と異なる点を説明する。図27は、一実施形態における造形および表面処理動作を示す模式図である。
<<< Modification G of the embodiment >>>
Subsequently, the modified example G of the embodiment will be described with respect to the differences from the above-described embodiment. FIG. 27 is a schematic diagram showing a modeling and surface treatment operation in one embodiment.

実施形態の変形例Gにおいて、三次元造形装置1は、加熱モジュール20´´を備える。加熱モジュール20´´は、三次元造形物Mを加熱および加圧するホーン30を有する。三次元造形装置1には、超音波振動装置が設けられている。ホーン30は、Z軸駆動モータによって三次元造形物Mにおける積層面の上方から下方へ移動し、積層面に圧力を印加する。これにより、超音波振動装置によって発生させた超音波の振動を、三次元造形物Mに伝達する。三次元造形物Mに超音波の振動が伝達されると、三次元造形物Mにおける上層Lnおよび下層Ln-1が溶着して接合する。三次元造形装置1において、ホーン30の数は、一つに限定されず、適宜選択される。ホーン30が複数設けられる場合、ホーンの形状は、統一されていなくてもよく、異なる形状のホーンが搭載されていてもよい。 In the modification G of the embodiment, the three-dimensional modeling apparatus 1 includes a heating module 20 ″. The heating module 20 ″ has a horn 30 that heats and pressurizes the three-dimensional model M. The three-dimensional modeling device 1 is provided with an ultrasonic vibration device. The horn 30 is moved from above to below the laminated surface of the three-dimensional model M by a Z-axis drive motor, and applies pressure to the laminated surface. As a result, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibration device is transmitted to the three-dimensional model M. When the vibration of ultrasonic waves is transmitted to the three-dimensional model M, the upper layer Ln and the lower layer Ln-1 in the three-dimensional model M are welded and joined. In the three-dimensional modeling apparatus 1, the number of horns 30 is not limited to one, and is appropriately selected. When a plurality of horns 30 are provided, the shapes of the horns may not be unified, and horns having different shapes may be mounted.

<<実施形態の主な効果>>
上記実施形態の三次元造形装置1(造形装置の一例)の吐出モジュール10(吐出手段の一例)は、溶融したフィラメント(造形材料の一例)を吐出して、造形材料層を形成する。三次元造形装置1の加熱モジュール20(加熱手段の一例)は、形成された造形材料層を加熱する。吐出モジュール10は、加熱された造形材料層に対し、溶融したフィラメントを吐出することで、造形材料層を積層させて造形する。上記実施形態によると、再溶融し造形材料層(下層)にフィラメントを吐出して造形材料層(上層)を積層させることで、層間の材料が混ざり合うので、造形物における積層方向の強度を向上させることができる。また、上層を積層させる処理により、外形の視認性に影響を与えることなく、造形することができる。
<< Main effects of the embodiment >>
The discharge module 10 (an example of a discharge means) of the three-dimensional modeling device 1 (an example of a modeling device) of the above embodiment discharges a molten filament (an example of a modeling material) to form a modeling material layer. The heating module 20 (an example of the heating means) of the three-dimensional modeling apparatus 1 heats the formed modeling material layer. The discharge module 10 is formed by laminating the modeling material layer on the heated modeling material layer by discharging the molten filament. According to the above embodiment, by remelting and ejecting filaments to the modeling material layer (lower layer) and laminating the modeling material layer (upper layer), the materials in the layers are mixed, so that the strength in the stacking direction in the modeled object is improved. Can be made to. In addition, by laminating the upper layers, it is possible to form the model without affecting the visibility of the outer shape.

三次元造形装置1の加熱モジュール20は、造形材料層の所定の領域を選択的に加熱する。これにより、造形物の形状を維持しながら造形することが可能となる。 The heating module 20 of the three-dimensional modeling apparatus 1 selectively heats a predetermined area of the modeling material layer. This makes it possible to model while maintaining the shape of the modeled object.

特に、再加熱する範囲から形状の周縁部を除くことにより、外形乱れの発生が防止される。 In particular, by removing the peripheral portion of the shape from the reheating range, the occurrence of external disturbance is prevented.

さらに、上述した実施形態によれば、下層の再加熱および上層の造形動作中、温度センサ104で検出された下層温度の測定値に基づいて、下層の造形材料が溶融しかつ炭化しないような条件で造形パラメータの最適化が行われる。このため、加熱手段による材料層を再溶融させることで、積層方向の強度を増大を図りつつ、造形パラメータの最適化により造形時間を短縮を図ることが可能となる。 Further, according to the above-described embodiment, the conditions under which the lower layer modeling material is not melted and carbonized based on the measured value of the lower layer temperature detected by the temperature sensor 104 during the reheating of the lower layer and the modeling operation of the upper layer. The modeling parameters are optimized at. Therefore, by remelting the material layer by the heating means, it is possible to increase the strength in the stacking direction and shorten the modeling time by optimizing the modeling parameters.

さらに、特定の実施形態では、ヘッド移動速度の可変域を設定し、必要に応じて、変更したヘッド移動速度に応じて吐出モジュールの吐出量を変更することで、ヘッド移動速度変更による造形物の品質劣化を防止することができる。 Further, in a specific embodiment, a variable range of the head moving speed is set, and if necessary, the discharge amount of the discharge module is changed according to the changed head moving speed, so that the modeled object by changing the head moving speed is used. Quality deterioration can be prevented.

三次元造形装置1の回転ステージRS(搬送手段の一例)は、所定位置に対し異なる方向から加熱可能になるよう加熱モジュール20を搬送する。これにより、加熱モジュール20は、吐出モジュール10の移動に追随して、造形材料層を加熱することが可能となる。 The rotary stage RS (an example of transport means) of the three-dimensional modeling apparatus 1 transports the heating module 20 so that it can be heated from different directions with respect to a predetermined position. As a result, the heating module 20 can heat the modeling material layer following the movement of the discharge module 10.

三次元造形装置1は、加熱モジュール20によって加熱される造形材料層の温度を測定する温度センサ104(測定手段の一例)を備える。加熱モジュール20は、温度センサ104によって測定された温度に基づいて、造形材料層を加熱する。これにより、三次元造形装置1は、層間の接着強度あるいは造形精度などの所望の特性に応じて、適切に造形材料層を再加熱することができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 includes a temperature sensor 104 (an example of measuring means) for measuring the temperature of the modeling material layer heated by the heating module 20. The heating module 20 heats the modeling material layer based on the temperature measured by the temperature sensor 104. Thereby, the three-dimensional modeling apparatus 1 can appropriately reheat the modeling material layer according to desired characteristics such as the adhesive strength between the layers and the modeling accuracy.

加熱モジュール20は、レーザ光を照射するレーザ光源21(源照射装置の一例)であってもよい。これにより、加熱モジュール20は、造形物に接触することなく、選択的に造形物を加熱することができる。 The heating module 20 may be a laser light source 21 (an example of a source irradiation device) that irradiates a laser beam. As a result, the heating module 20 can selectively heat the modeled object without coming into contact with the modeled object.

加熱モジュール20は、加熱した空気を送風する温風源(送風手段の一例)であってもよい。これにより、加熱モジュール20は、造形物に接触することなく、造形物を選択的に加熱することができる。 The heating module 20 may be a warm air source (an example of the blowing means) for blowing the heated air. As a result, the heating module 20 can selectively heat the modeled object without coming into contact with the modeled object.

加熱モジュール20´は、造形材料層に接触して加熱する加熱プレート28またはタップノズル28´(部材の一例)であってもよい。これにより、加熱モジュール20´は、造形物を選択的に加熱することができる。 The heating module 20'may be a heating plate 28 or a tap nozzle 28'(an example of a member) that contacts and heats the modeling material layer. Thereby, the heating module 20'can selectively heat the modeled object.

三次元造形装置1は、複数の加熱モジュール20を備えていてもよい。これにより、吐出モジュール10の走査方向が変わっても、いずれかの加熱モジュール20により造形物を加熱できるようになるので、造形時間が短縮される。 The three-dimensional modeling apparatus 1 may include a plurality of heating modules 20. As a result, even if the scanning direction of the discharge module 10 changes, the modeled object can be heated by any of the heating modules 20, so that the modeling time is shortened.

三次元造形装置1の側面冷却部39(冷却手段の一例)は、造形材料により形成される造形物の外周部を冷却する。これにより、三次元造形装置1は、造形物の形状を維持したまま造形することができる。 The side cooling unit 39 (an example of the cooling means) of the three-dimensional modeling apparatus 1 cools the outer peripheral portion of the modeled object formed of the modeling material. As a result, the three-dimensional modeling device 1 can perform modeling while maintaining the shape of the modeled object.

フィラメントには、粘度の異なる複数の材料が配置されている。これにより、吐出モジュール10は、制御部100による制御に基づいて、外周部により粘度の低い材料が配置されるように、フィラメントを吐出することが可能となる。 A plurality of materials having different viscosities are arranged on the filament. As a result, the discharge module 10 can discharge the filament so that the material having a lower viscosity is arranged on the outer peripheral portion based on the control by the control unit 100.

三次元造形装置1のアシスト機構41(支持部材の一例)は、形成された造形材料層を支持する。これにより、形成された造形材料層の形状を維持しながら造形することが可能となる。 The assist mechanism 41 (an example of a support member) of the three-dimensional modeling apparatus 1 supports the formed modeling material layer. This makes it possible to perform modeling while maintaining the shape of the formed modeling material layer.

1 三次元造形装置
3 造形テーブル
10 吐出モジュール
18 吐出ノズル
20、20´、20´´ 加熱モジュール
21 レーザ光源
28 加熱プレート
28´ タップノズル
37 クリーニングブラシ
38 ダストボックス
39 側面冷却部
41 アシスト機構
100 制御部
110 加熱制御部
120 造形制御部
122 ヘッド駆動制御部
124 吐出量制御部
130 造形パラメータ変更部
RS 回転ステージ
1 Three-dimensional modeling device 3 Modeling table 10 Discharge module 18 Discharge nozzle 20, 20', 20'" Heating module 21 Laser light source 28 Heating plate 28'Tap nozzle 37 Cleaning brush 38 Dust box 39 Side cooling unit 41 Assist mechanism 100 Control unit 110 Heating control unit 120 Modeling control unit 122 Head drive control unit 124 Discharge amount control unit 130 Modeling parameter change unit RS Rotation stage

特開2005-335380号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-335380

Claims (12)

造形材料で形成された第1の造形材料層を加熱する加熱手段と、
前記第1の造形材料層の温度を検出する温度検出手段と、
加熱された前記第1の造形材料層に対し、溶融した造形材料を吐出して、第2の造形材料層を積層する吐出手段と、
前記第2の造形材料層の造形に際し、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記吐出手段の面内の移動速度を含む造形パラメータを変更する変更手段と
を有する、造形装置。
A heating means for heating the first modeling material layer formed of the modeling material, and
A temperature detecting means for detecting the temperature of the first modeling material layer, and
A discharge means for discharging the melted modeling material to the heated first modeling material layer and laminating the second modeling material layer.
A modeling apparatus having a changing means for changing a modeling parameter including an in-plane movement speed of the discharging means based on the temperature detected by the temperature detecting means when modeling the second modeling material layer.
前記変更手段は、前記温度検出手段により検出される温度が所定の温度範囲となるように、前記吐出手段の前記面内の移動速度を変更する、請求項に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to claim 1 , wherein the changing means changes the moving speed of the discharging means in the plane so that the temperature detected by the temperature detecting means falls within a predetermined temperature range. 前記所定の温度範囲は、少なくとも溶融した造形材料に接した前記第1の造形材料層の造形材料の温度が前記造形材料が溶融する温度以上となるような温度を下限とし、かつ、前記造形材料が炭化する温度を上限とした温度範囲である、請求項に記載の造形装置。 The predetermined temperature range has a lower limit of a temperature such that the temperature of the modeling material of the first modeling material layer in contact with the molten modeling material is equal to or higher than the temperature at which the modeling material melts, and the modeling material The modeling apparatus according to claim 2 , wherein the temperature range is up to the temperature at which the material is carbonized. 前記変更手段は、前記吐出手段の前記面内の移動速度を、所定の上限移動速度の未満に制限することを特徴とする、請求項のいずれか1項に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the changing means limits the moving speed of the discharging means in the plane to less than a predetermined upper limit moving speed. 前記造形パラメータは、さらに、前記吐出手段の吐出量を含み、前記吐出手段の前記吐出量は、前記移動速度に応じて変更される、請求項のいずれか1項に記載の造形装置。 The modeling device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the modeling parameter further includes a discharge amount of the discharge means, and the discharge amount of the discharge means is changed according to the moving speed. .. 前記変更手段は、前記吐出手段の面内の移動速度が所定の閾値移動速度を超えた場合に、前記吐出量を変更する、請求項に記載の造形装置。 The modeling device according to claim 5 , wherein the changing means changes the discharging amount when the moving speed in the plane of the discharging means exceeds a predetermined threshold moving speed. 前記変更手段は、前記温度検出手段により検出される温度が所定の下限を下回る場合に、前記加熱手段による加熱量を変更する、請求項1~のいずれか1項に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6 , wherein the changing means changes the heating amount by the heating means when the temperature detected by the temperature detecting means is lower than a predetermined lower limit. 前記温度検出手段は、前記第1の造形材料層の表面の温度を検出することを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載の造形装置。 The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the temperature detecting means detects the temperature of the surface of the first modeling material layer. 前記温度検出手段は、前記吐出手段の移動に伴った前記加熱手段が加熱している部分の移動に追従し、前記第1の造形材料層の表面上の前記加熱手段により加熱される部分を含む領域の温度を検出するよう構成されている、請求項1~のいずれか1項に記載の造形装置。 The temperature detecting means includes a portion heated by the heating means on the surface of the first modeling material layer, following the movement of the portion heated by the heating means accompanying the movement of the discharging means. The modeling apparatus according to any one of claims 1 to 8 , which is configured to detect the temperature of the region. 前記加熱手段は、レーザ光を照射する照射装置である、請求項に記載の造形装置。 The modeling device according to claim 9 , wherein the heating means is an irradiation device that irradiates a laser beam. 造形装置が実行する造形方法であって、
形材料で形成された第1の造形材料層を準備するステップと、
記第1の造形材料層を加熱するステップと、
前記第1の造形材料層の温度を検出するステップと、
記加熱するステップで加熱された前記第1の造形材料層に対し、溶融した造形材料を吐出して、第2の造形材料層を積層するステップと
を含み、前記積層するステップは、前記検出するステップで検出された温度に基づいて、前記積層するステップにおける吐出手段の面内の移動速度を含む造形パラメータを変更するステップを含む、造形方法。
It is a modeling method performed by a modeling device.
The step of preparing the first modeling material layer formed of the modeling material,
The step of heating the first modeling material layer and
The step of detecting the temperature of the first modeling material layer and
The step of ejecting the melted modeling material to the first modeling material layer heated in the heating step and laminating the second modeling material layer is included, and the laminating step includes the step of laminating the second modeling material layer. A modeling method comprising the step of changing the modeling parameters including the in-plane movement speed of the ejection means in the stacking step based on the temperature detected in the detecting step.
造形材料で形成された第1の造形材料層を加熱する加熱手段と、
前記第1の造形材料層の温度を検出する温度検出手段と、
加熱された第1の造形材料層に対し、溶融した造形材料を吐出して、第2の造形材料層を積層する吐出手段と、
前記第2の造形材料層の造形に際し、前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記吐出手段の面内の移動速度を含む造形パラメータを変更する変更手段と
を有する、造形システム。

A heating means for heating the first modeling material layer formed of the modeling material, and
A temperature detecting means for detecting the temperature of the first modeling material layer, and
A discharge means for discharging the melted modeling material to the heated first modeling material layer and laminating the second modeling material layer.
A modeling system comprising a changing means for changing modeling parameters including the in-plane movement speed of the discharging means based on the temperature detected by the temperature detecting means in modeling the second modeling material layer.

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