(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材料で層毎に３次元物体を形成するために設けられる３次元印刷装置であって、
供給管と、駆動輪セットと、ノズルと、を含む印刷構体と、
ブラシを有する掃除ユニットと、
を含み、
前記供給管から前記ノズルへ前記造形材料を移送させて、前記造形材料が前記ノズルを介して前記印刷構体から射出されることで層毎に３次元物体を形成するよう、前記駆動輪セットが前記供給管と前記ノズルとの間に配置されており、
前記駆動輪セットが、
第１の動力源と、
前記第１の動力源に接続された主動輪と、
前記主動輪に連結される従動輪と、
を含み、
前記第１の動力源が前記主動輪を駆動し回転させることで、前記主動輪が前記従動輪を駆動し回転させ、前記造形材料を前記供給管からノズルへと移送させ、
前記ブラシが前記駆動輪セットに当接することで、前記駆動輪セットが前記掃除ユニットに相対して回転する間に、残留した前記造形材料を除去し、
前記掃除ユニットが、前記主動輪または前記従動輪に自由に連結されるウォームギヤを含み、
前記ブラシが前記ウォームギヤの表面または前記ウォームギヤの螺旋状歯溝に配置され、前記主動輪または前記従動輪上の残留した前記造形材料を除去するため、前記主動輪または前記従動輪に当接する、
３次元印刷装置。
【請求項２】
前記主動輪の回転方向が、前記従動輪の回転方向と逆である、請求項１に記載の３次元印刷装置。
【請求項３】
前記掃除ユニットが前記従動輪の側方に配置され、前記ブラシが前記従動輪に当接する、請求項１に記載の３次元印刷装置。
【請求項４】
前記ウォームギヤの回転軸が、前記主動輪の回転軸または前記従動輪の回転軸と垂直である、請求項１に記載の３次元印刷装置。
【請求項５】
前記掃除ユニットが、第２の動力源を含み、
前記ウォームギヤが前記第２の動力源に接続され、
前記第１の動力源が稼働していないとき、前記第２の動力源が前記ウォームギヤを駆動し回転させることで、さらに前記主動輪または前記従動輪を駆動させ、前記ブラシが前記主動輪または前記従動輪上の残留した前記造形材料を除去する、
請求項１に記載の３次元印刷装置。
【請求項６】
前記ウォームギヤの回転軸が、前記主動輪の回転軸または前記従動輪の回転軸と垂直である、請求項１に記載の３次元印刷装置。
【請求項７】
前記供給管内の前記造形材料を溶融または軟化させるため、前記供給管に熱連結された加熱ユニットをさらに含む、請求項１に記載の３次元印刷装置。
【請求項８】
造形材料で層毎に３次元物体を形成するために設けられる３次元印刷装置であって、
供給管と、駆動輪セットと、ノズルと、を含む印刷構体と、
ブラシを有する掃除ユニットと、
を含み、
前記供給管から前記ノズルへ前記造形材料を移送させて、前記造形材料が前記ノズルを介して前記印刷構体から射出されることで層毎に３次元物体を形成するよう、前記駆動輪セットが前記供給管と前記ノズルとの間に配置されており、
前記駆動輪セットが、
第１の動力源と、
前記第１の動力源に接続された主動輪と、
前記主動輪に連結される従動輪と、
を含み、
前記第１の動力源が前記主動輪を駆動し回転させることで、前記主動輪が前記従動輪を駆動し回転させ、前記造形材料を前記供給管からノズルへと移送させ、
前記ブラシが前記駆動輪セットに当接することで、前記駆動輪セットが前記掃除ユニットに相対して回転する間に、残留した前記造形材料を除去し、
前記掃除ユニットが、
第２の動力源と、
前記第２の動力源に接続されたウォームギヤと、
を含み、
前記ウォームギヤが前記主動輪または前記従動輪に連結され、前記ブラシが前記ウォームギヤの表面または前記ウォームギヤの螺旋状歯溝に配置され、前記第１の動力源が稼働していないとき、前記第２の動力源が前記ウォームギヤを駆動し回転させることで、さらに前記主動輪または前記従動輪を駆動させ、前記ブラシが前記主動輪または前記従動輪上の残留した前記造形材料を除去する、
３次元印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元印刷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ支援製造（computer-aided manufacturing、ＣＡＭ）の進歩に伴い、製造業界は、初期の設計着想を素早く製造物にすることのできる最新の印刷技術、３次元（three-dimensional、３Ｄ）印刷技術を開発した。実際には、３次元印刷は、積層造形法に基づく高速試作（rapid prototyping、ＲＰ）技術の総称であり、ワークピースの異なる形状の断面層が、ＲＰ機械により層厚での段階的移動を伴うＸ―Ｙ面の走査を介し作成され、最終的に３次元物体を形成する。３次元印刷技術は幾何学的形状の制限がない。部品がより複雑なほど、ＲＰ技術はより素晴らしく機能する。加えて、ＲＰ技術は労力と処理時間を大幅に節約でき、３次元ＣＡＤ（computer-sided design）ソフトウェアにより設計されたデジタル３Ｄモデル情報を最短の時間的要件において真に作成でき、デジタル３Ｄモデルは触れられるのみでなく、その幾何学的曲線を感じることもでき、使用者においても部品の組立性能を試し、可能な機能テストを実施することができる。
【０００３】
現在、複数の薄い断面層を形成する方法が存在する。例えば、印刷ヘッドは、３次元モデルの設計データにより確立されたＸ―Ｙ―Ｚ座標の値に基づきベース上のＸ―Ｙ座標に移動でき、その間に、正しい断面形状で層を製造するため造形材料が噴出される。そして、堆積した材料は自然に硬化するか、例えば、強い光源を用いて硬化されることで所望の断面層を形成し、続いて３次元物体を形成するため層毎に硬化される。形成手段は材料の性質により異なる。例えば、溶融／軟化プラスチック材料が３次元印刷のインクとされる場合、ＲＰ技術として、例えば選択的レーザー焼結法（selective laser sintering、ＳＬＳ）と熱溶解積層法（fused deposition modeling、ＦＤＭ）を採用することができる。
【０００４】
前述の噴射印刷ヘッドは主にギヤセット、管、ノズルから成ることから、溶融または軟化造形材料は容易に間隙のある場所に残留してしまう。造形材料が硬化されると、残留した造形材料はそこを詰まらせ、後続する部材の通常の運用に影響する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の噴射印刷ヘッドは主にギヤセット、管、ノズルから成ることから、溶融または軟化した造形材料が容易に間隙のある場所に残留してしまう。造形材料が硬化されると、残留した造形材料はそこを詰まらせ、後続する部材の通常の運用に影響する。このため、上述の課題の解決が早急に求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の代表的な実施形態の３次元印刷装置は、造形材料にて層毎に３次元物体を形成するために構成される。３次元印刷装置は、印刷構体と掃除ユニットとを含む。印刷構体は、供給管と、ノズルと、それらの間に設けられた駆動輪セットと、を含む。駆動輪セットは造形材料を供給管からノズルへと移送し、その後ノズルを介して印刷構体から出射することで層毎に３次元物体を形成する。掃除ユニットはブラシを有し、ブラシは駆動輪セットへ当接しており、駆動輪セットが掃除ユニットに相対して回転する間に残留した造形材料を掃除する。
【０００７】
本発明の代表的な実施形態において、上述の駆動輪セットは、第１の動力源と、主動輪と、従動輪と、を含む。第１の動力源は主動輪に接続する。従動輪は主動輪に連結し、第１の動力源が主動輪を駆動し回転させることで、主動輪が従動輪を駆動し回転させ、造形材料を供給管からノズルへと移送する。
【０００８】
本発明の代表的な実施形態において、上述の主動輪の回転方向は従動輪の回転方向と逆である。
【０００９】
本発明の代表的な実施形態において、上述の掃除ユニットは従動輪の側方に設けられ、ブラシは従動輪に当接する。
【００１０】
本発明の代表的な実施形態において、上述の掃除ユニットは主動輪または従動輪に自由に連結するウォームギヤ（worm gear）を含み、ブラシはウォームギヤの表面か、またはウォームギヤの螺旋状歯溝に設けられ、主動輪または従動輪上の残留した造形材料を掃除するため、ブラシは主動輪または従動輪に当接する。
【００１１】
本発明の代表的な実施形態において、上述の掃除ユニットは、第２の動力源と、ウォームギヤと、を含む。ウォームギヤは第２の動力源と接続され、ウォームギヤは主動輪または従動輪と連結され、ブラシはウォームギヤの表面か、またはウォームギヤの螺旋状歯溝に設けられ、第１の動力源が稼働していないとき、第２の動力源がウォームギヤを駆動し回転させ、さらに主動輪または従動輪を駆動させ、ブラシが主動輪または従動輪上の残留した造形材料を掃除する。
【００１２】
本発明の代表的な実施形態において、上述のウォームギヤの回転軸は、主動輪または従動輪の回転軸と垂直である。
【００１３】
本発明の代表的な実施形態において、上述の３次元印刷装置は、供給管内の造形材料を溶解または軟化させるため供給管と熱連結する加熱ユニットをさらに含む。
【発明の効果】
【００１４】
３次元印刷装置の上述の実施形態において、印刷構体の傍らに配置されたブラシが駆動輪セットに当接することのできる掃除ユニットを使用することにより、ブラシは駆動輪セットの回転の間にそこに残留した造形材料を掃除することができ、残留した硬化した後の造形材料が印刷構体を詰まらせ異常な動作を引き起こすことを、さらに効果的に避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による３次元印刷装置の概略図である。
【図２】図１の３次元印刷装置の部分的な部材を示す図である。
【図３】もうひとつの実施形態による３次元印刷装置の部分的な部材を示す図である。
【図４】また別の実施形態による３次元印刷装置の部分的な部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明の実施形態による３次元印刷装置の概略図であり、図２は図１の３次元印刷装置の部分的な部材を示す図である。図１と図２について、本実施形態において、３次元印刷装置１００は、デジタル３次元モデル情報に基づき、３次元物体２０を形成（印刷）するのに適する。３次元印刷装置１００は、制御ユニット１１０と、ベース１２０と、印刷構体１３０と、を含む。本実施形態において、デジタル３次元モデル情報は、例えば、ＣＡＤ（computer-sided design）やアニメーションモデリングソフトウェア（animation modeling software）を介してホストコンピュータにより構築された、デジタル３次元画像ファイルであってよい。制御ユニット１１０はデジタル３次元モデル情報を読み取ることと処理することができ、続いてベース１２０上に３次元物体２０を層毎に３次元印刷するため印刷構体１３０を駆動させる。
【００１７】
ベース１２０は、印刷構体１３０により噴出された溶融可能な材料を搬送するため、搬送面１２２を有する。本実施形態において、３次元印刷装置１００は、造形材料３０を提供するため、印刷構体１３０に連結する少なくとも１つの供給ユニット１４０をさらに含む。印刷構体１３０はベース１２０の上方に配置される。制御ユニット１１０は、ベース１２０の搬送面１２２上に造形材料を層毎に形成して最終的に３次元物体２０を形成するため、印刷構体１３０に連結され、印刷構体１３０を制御する。
【００１８】
特に、本実施形態の造形材料３０は、溶融可能な材料により構成される固形物線材（solid spool）である。本実施形態において、溶融可能な材料は、例えば、ポリ乳酸（polylactic acid、ＰＬＡ）またはＡＢＳ樹脂（acrylonitrile butadiene styrene）といった溶融可能なポリマー材料であってよい。
【００１９】
印刷構体１３０は、供給管１３２と、駆動輪セット１３４と、ノズル１３６と、加熱ユニット１３８と、を含む。供給管１３２は、提供された造形材料３０を受け取るため、供給ユニット１４０と接続する。加熱ユニット１３８は、供給管１３２内の造形材料３０を溶融または軟化させるため供給管１３２と熱連結され、駆動輪セット１３４は、ノズル１３６へ軟化または溶融された造形材料３０を絞って移送させ、続いて造形材料３０は、印刷構体１３０から出射される。このとき、造形材料３０は、ノズル１３６から搬送面１２２上へと噴射されることができる。
【００２０】
本実施形態において、駆動輪セット１３４は、第１の動力源１３４ｃと、主動輪１３４ａと、従動輪１３４ｂと、を含む。ここで第１の動力源１３４ｃは、例えば、制御ユニット１１０と電気接続されたモーターである。主動輪１３４ａと従動輪１３４ｂはそれぞれ歯車であり、主動輪１３４ａは第１の動力源１３４ｃと接続され、従動輪１３４ｂは主動輪１３４ａと連結される。従って、制御ユニット１１０は、第１の動力源１３４ｃを介して主動輪１３４ａを駆動し回転させることができる。そして、主動輪１３４ａは従動輪１３４ｂを駆動する。主動輪１３４ａの回転方向は、従動輪１３４ｂの回転方向と逆である。その結果、軟化または溶融された造形材料３０は、主動輪１３４ａと従動輪１３４ｂの共同回転においてノズル１３６へ移送され、そしてノズル１３６からベース１２０上へ噴出されることができる。
【００２１】
軟化または溶融された造形材料３０は、上述の駆動輪セット１３４により供給される動力において移送されることから、軟化または溶融された造形材料３０は、駆動輪セット１３４に比較的容易に付着する。軟化または溶融された造形材料３０が硬化された後、駆動輪セット１３４を詰まらせる残留した造形材料を形成する可能性が高い。そのような事態を避けるため、３次元印刷装置１００は、駆動輪セット１３４へ当接するブラシ１５２を有する掃除ユニット１５０をさらに含む。本実施形態において、ブラシ１５２が従動輪１３４ｂへ当接することは、先ずは例を挙げて述べているのみである。従動輪１３４ｂが主動輪１３４ａにより駆動され回転するとき、掃除ユニット１５０のブラシ１５２は従動輪１３４ｂに付着している残留した造形材料を掃除することで、従動輪１３４ｂ上の残留した造形材料を取り除く。
【００２２】
もうひとつの実施形態（図示せず）において、掃除ユニットは造形材料が移動する経路の別の側方に配置されることもでき、つまり、ブラシは主動輪１３４ａへ当接することで、主動輪１３４ａ上の残留した造形材料を取り除く。
【００２３】
図３は、もうひとつの実施形態による３次元印刷装置の部分的な部材を示す図である。図３について、前述の実施形態からの差異は、本実施形態の掃除ユニット３５０がウォームギヤ３５４とブラシ３５２を含むことにあり、ウォームギヤ３５４は従動輪１３４ｂに自由に連結され、ウォームギヤ３５４の回転軸は従動輪１３４ｂの回転軸に対して垂直である。ブラシ３５２はウォームギヤ３５４の螺旋状歯溝３５４ａに配置される。さらに詳しく述べると、従動輪１３４ｂが回転するとき、上述のように、主動輪１３４ａが従動輪１３４ｂを駆動させることでさらにウォームギヤ３５４を回転させる。このとき、ウォームギヤ３５４と従動輪１３４ｂとが噛み合い、ブラシ３５２が従動輪１３４ｂの螺旋状歯溝３５４ａに当接し、従動輪１３４ｂの残留した造形材料を除去する。
【００２４】
図４は、また別の代表的な実施形態による３次元印刷装置の部分的な部材を示す図である。図４と図３について、図３の実施形態からの差異は、図４の掃除ユニット４５０が、ウォームギヤ４５４と、ブラシ４５２と、第２の動力源４５６と、を含むことにある。第２の動力源４５６は、例えば、モーターである。ウォームギヤ４５４は第２の動力源４５６に接続され、主動輪１３４ａに連結される。ブラシ４５２はウォームギヤ４５４の表面に配置される。主動輪１３４ａが第１の動力源１３４ｃから動力を受けないとき、または第１の動力源１３４ｃが稼働していないとき、主動輪１３４ａは自由旋回状態にある（そのような状態は、現有技術に基づく適切な歯車連動設計またはクラッチ（clutch）設計を介し、駆動輪セットにより実装できる）。そのとき、第２の動力源４５６はウォームギヤ４５４に動力を提供し、これによりウォームギヤ４５４が主動輪１３４ａを駆動させ、ウォームギヤ４５４の表面のブラシ４５２が主動輪１３４ａの残留した造形材料を除去することができる。
【００２５】
これら代表的な実施形態は掃除ユニットと駆動輪セットの配置を限定しない。設計者は図３と図４の実施形態における配置を改変することができる。例えば、図示しない一つの実施形態において、掃除ユニットは図４に示されるように造形材料の移動経路の左側に配置されることで、ウォームギヤを主動輪１３４ａに自由に連結させることができる。このとき、図４の第２の動力源４５６は退避させることができ、ウォームギヤが主動輪１３４ａにより駆動され、ブラシはウォームギヤの螺旋状歯溝に位置し、残留した造形材料を除去するため主動輪１３４ａに当接する。或いは、掃除ユニットは造形材料３０の移動経路の両側に配置されることもでき、このとき、ブラシは主動輪１３４ａと従動輪１３４ｂとの両方に当接し、この説明は省略する。
【００２６】
まとめると、上述の実施形態において、３次元印刷装置は印刷構体の側方に配置された掃除ユニットを採用し、掃除ユニットは駆動輪セットに当接することができるブラシを有する。従って、駆動輪セットに付着している残留した造形材料は駆動輪セットの回転時にブラシにより除去されることができ、硬化後の残留した造形材料が駆動輪セットを詰まらせ、異常な処理を引き起こすことを効果的に避けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の３次元印刷装置は、駆動輪セットに付着している残留した造形材料を掃き取るために印刷構体の側方に配置された掃除ユニットを採用し、残留物を自浄できる部材を有する３次元印刷装置は３次元印刷処理に用いるために採用されることができる。
【符号の説明】
【００２８】
２０：３次元物体
３０：造形材料
１００：３次元印刷システム
１１０：制御ユニット
１２０：ベース
１２２：搬送面
１３０：印刷構体
１３２：供給管
１３４：駆動輪セット
１３４ａ：主動輪
１３４ｂ：従動輪
１３４ｃ：第１の動力源
１３６：ノズル
１３８：加熱装置
１４０：供給ユニット
１５０、２５０、４５０：掃除ユニット
１５２、３５２、４５２：ブラシ
３５４、４５４：ウォームギヤ
３５４ａ：螺旋状歯溝
４５６：第２の動力源
【図１】
0005923580.tif 000002
【図２】
0005923580.tif 000003
【図３】
0005923580.tif 000004
【図４】
0005923580.tif 000005