(57)【要約】【課題】  サポート材のコストが安く、しかも、モデル等の物品の仕上げ工数の短縮化を図る。  【解決手段】  予熱器で加熱されて溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データにしたがって走査するノズル３５から、基台５０上の特定領域に押し出して3次元物体５５を作成する。この際に、前記基台上に先ず非溶解の第１サポート材を積層し、第１サポート材層６０ａの上に、溶解可能な第２サポート材を積層し、さらに第２サポート材層６０ｂの上に前記3次元物体５５を作成する材料を順に積層していく。【選択図】図１
2006192616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予熱器で加熱されて溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データにしたがって走査するノズルから、基台上の特定領域に押し出し、その基台上で硬化した前記材料の上に更に溶融した前記材料を積層して3次元物体を作成する溶融樹脂押出積層造形方法に
おいて、
前記基台上に先ず特定溶剤Ａにより非溶解の第１サポート材を積層し、第１サポート材層の上に、特定溶剤Ａにより溶解可能な第２サポート材を積層し、さらに第２サポート材層の上に前記3次元物体を作成する材料を順に積層していくことを特徴とする溶融樹脂押
出積層造形方法。
【請求項２】
熱可塑性の材料を収容する樹脂カートリッジと、樹脂カートリッジ内の熱可塑性の材料を取り出す手段と、熱可塑性の材料を加熱して溶融させる予熱器と、該予熱器で加熱されて溶融した熱可塑性の材料を基台上に押出すためのノズルを備え、該ノズルは、予め設定された形状データにしたがって走査可能に構成された溶融樹脂押出積層造形装置において、
少なくとも前記樹脂カートリッジおよび熱可塑性の材料を取り出す手段が３系統以上設けられたことを特徴とする溶融樹脂押出積層造形装置。
【請求項３】
前記樹脂カートリッジは、3次元物体を作成するための熱可塑性の材料が収容された第
１樹脂カートリッジと、特定溶剤Ａにより非溶解の第１サポート材が収容された第２樹脂カートリッジと、特定溶剤Ａにより溶解可能な第２サポート材が収容された第３樹脂カートリッジとを備え、前記基台上に第１サポート材を積層し、第１サポート材層の上に、第２サポート材を積層し、さらに第２サポート材層の上に前記3次元物体を作成する材料を
順に積層可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載の溶融樹脂押出積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融樹脂押出積層造形方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶融樹脂押出積層造形装置は、樹脂カートリッジから供給されるワイヤ状の熱可塑性の材料が、トラクタードライブによって、予熱器内に導かれる。この予熱器で加熱され溶融した熱可塑性の材料は、ノズルから下方に位置する基台に押し出される。このとき、ノズルが押出方向を垂線とする平面上を与えられた形状データにしたがって走査することにより、基台上のある面の特定領域が熱可塑性の材料で塗りつぶされ、基台上に押し出された材料は硬化する。
【０００３】
次に、基台が一定ピッチ分降下し、更に、そのすでに硬化した材料の上に1つ上の形状
を作成すべく、ノズルを走査させる。この処理を繰り返すことにより、断面形状が積層体としてモデル等の3次元物体を作成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このとき、作成したいモデルを基台上に直接作成すると、モデルを基台側から取り外すときにモデルが破損するため、基台とモデルの間にサポート材を所定の厚さに形成するのが一般的である。また、モデルに突起形状などがある場合にも、それを下から支持するためにサポートを設ける必要がある。
【０００５】
そこで、従来の溶融樹脂押出積層造形装置は、サポート材としての熱可塑性の材料を収容する樹脂カートリッジと、樹脂カートリッジ内の熱可塑性の材料を取り出す手段とからなる、前記造形系統（第１系統）とは別の第２系統が設けられている。かかる第２系統は、サポート材をノズルから押し出し、基台上に予め所定厚さのサポート材層を形成するものである。
【特許文献１】特表２０００―５００７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の装置は、ノズルから押し出される材料はモデル材とサポート材の２系統であったため、サポート材はある特定溶剤で溶解するものか、あるいは溶解し難いないものかどちらか一方を選択して使用していた。従って、特定溶剤で溶解するサポート材を使用した場合には、そのコストが高くなる問題があった。また、溶解し難いサポート材は、コストは安いがモデル材から外れにくいため、モデルの細部にサポート材が付着して残存している場合、そのサポート材を除去するには多大な工数を要した。
【０００７】
本発明は、熱可塑性の材料を押し出せる系統を３系統以上設けることにより、３種類以上の異なる熱可塑性の材料を押し出せるようにする。例えば、サポート材をある特定溶剤で溶解するものとしないものの２系統と、モデル材用の系統と合わせて3系統とした場合
に、サポートが安価でそのサポート材を破損することなく容易に取り除くことができる溶融樹脂押出積層造形方法およびその装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記問題点を解決するため、以下の様な構成とするものである。
【０００９】
即ち、本発明は、予熱器で加熱されて溶融した熱可塑性の材料を、予め設定された形状データにしたがって走査するノズルから、基台上の特定領域に押し出し、その基台上で硬
化した前記材料の上に更に溶融した前記材料を積層して3次元物体を作成する溶融樹脂押
出積層造形方法において、前記基台上に先ず特定溶剤Ａにより非溶解の第１サポート材を積層し、第１サポート材層の上に、特定溶剤Ａにより溶解可能な第２サポート材を積層し、さらに第２サポート材層の上に前記3次元物体を作成する材料を順に積層していくこと
にある。
【００１０】
なお、非溶解のサポート材とは、ある特定溶剤Ａで溶解しないサポート材をいう。溶解可能なサポート材とは、ある特定溶剤Ａで溶解するサポート材をいう。
【００１１】
また、本発明は、熱可塑性の材料を収容する樹脂カートリッジと、樹脂カートリッジ内の熱可塑性の材料を取り出す手段と、熱可塑性の材料を加熱して溶融させる予熱器と、該予熱器で加熱されて溶融した熱可塑性の材料を基台上に押出すためのノズルを備え、該ノズルは、予め設定された形状データにしたがって走査可能に構成された融樹脂押出し積層造形装置において、少なくとも前記樹脂カートリッジおよび熱可塑性の材料を取り出す手段が３系統以上設けられたことにある。
【００１２】
さらに、本発明の溶融樹脂押出積層造形装置の前記樹脂カートリッジは、3次元物体を
作成するための熱可塑性の材料が収容された第１樹脂カートリッジと、特定溶剤Ａにより非溶解の第１サポート材が収容された第２樹脂カートリッジと、特定溶剤Ａにより溶解可能な第２サポート材が収容された第３樹脂カートリッジとを備え、前記基台上に第１サポート材を積層し、該第１サポート材層の上に、第２サポート材を積層し、さらに第２サポート材層の上に前記3次元物体を作成する材料を順に積層可能に構成したことにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の溶融樹脂押出積層造形方法は、サポート材のコストが安く、しかも、モデル等の物品の仕上げ工数の短縮化を図ることができる。
【００１４】
本発明の溶融樹脂押出積層造形装置は、前記方法を容易に実施することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１〜図４は本発明の一実施の形態を示し、図１は本実施の形態の溶融樹脂押出積層造形装置を示す概略断面図、図２は同装置の模式図である。かかる溶融樹脂押出積層造形装置１は、例えば、第１樹脂供給手段２と、第２樹脂供給手段３と、第３樹脂供給手段４と、予熱器２０と、連絡室２２と、押出部３０と、基台５０とから主構成されている。本実施の形態の溶融樹脂押出積層造形装置１は、熱可塑性の材料を押し出す系統が、３系統設けられている。
【００１７】
第１樹脂供給手段２は、ワイヤ状の熱可塑性の材料が収容された第１樹脂カートリッジ５ａと、熱可塑性の材料を第１樹脂カートリッジ５ａから取り出すトラクタードライブ１０ａとを備えている。
【００１８】
トラクタードライブ１０ａは、一対の歯付きベルト１１、１１と、各歯付きベルト１１が巻き掛けられたプーリー１２、１２と、ドライブモータ１５およびエンコーダ１６を備えている。ドライブモータ１５および歯付きベルト１１は、前記予熱器２０内へ、予熱器入口２１を通して、熱可塑性の材料を強制的に供給するように作動する。
【００１９】
第２樹脂供給手段３および第３樹脂供給手段４においても、熱可塑性の材料が収容された第２、第３樹脂カートリッジ５ｂ、５ｃと、熱可塑性の材料を各樹脂カートリッジ５ｂ
、５ｃから取り出すトラクタードライブ１０ｂ，１０ｃとを備えている。
【００２０】
なお、第１樹脂供給手段２の第１樹脂カートリッジ５ａに収容される材料は、例えば積層体としてのモデルを作成するための材料（モデル材）である。第２樹脂供給手段３の第２樹脂カートリッジ５ｂには、ある特定溶剤Ａで溶解しないサポート材が収容されている。また、第３樹脂供給手段４の第３樹脂カートリッジ５ｃには、ある特定溶剤Ａで溶解するサポート材が収容されている。
【００２１】
予熱器２０は、前記連絡室２２を介して前記押出部３０側に接続されている。この連絡室２２に連通するように圧力センサ２３が設けられている。この圧力センサ２３は、連絡室２２中の圧力を検出し、その圧力信号を、各トラクタードライブ１０ａ、１０ｂ，１０ｃの供給速度を制御する制御装置（図示省略）に送信するようになっている。
【００２２】
前記押出部３０は、コレット３１と、このコレット３１内に挿入された回転推進機３２と、この回転推進機３２を回転させる可変速モータ３３と、コレット３１の下部に下向きに設けられたノズル３５と、コレット３１と回転推進機３２との間をシールする回転シール３４とを備えている。
【００２３】
なお、トラクタードライブ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、予熱器２０および押出部３０は、与えられたデータにしたがって平面上を（Ｘ、Ｙ方向に）走査するようになっている。
【００２４】
基台５０は、押出部３０の下方に配置されており、上下方向（Ｚ方向）に所定位置（一定ピッチ分）だけ間欠的に移動できるようになっている。
【００２５】
次に、前記溶融樹脂押出積層造形装置１を使用して、モデルを作成する場合について説明する。
【００２６】
先ず、第２樹脂供給手段３の樹脂カートリッジ５ｂから供給されるサポート材（特定溶剤Ａで溶解しないサポート材）が、トラクタードライブ１０ｂによって、予熱器２０内に導かれる。予熱器２０で加熱され溶融したサポート材は、連絡室２２を通過して、コレット３１内に充填され、回転推進機３２により、ノズル３５から押し出される。ノズル３５は形状データにしたがって走査することにより、基台５０上のある面の特定領域がサポート材で所定の厚さまで塗りつぶされ、硬化した第１サポート層６０ａが形成される（図３（ａ）参照）。かかる特定溶剤Ａで溶解しないサポート材は、安価なものが採用できるため層を厚くすることができる。
【００２７】
次に、第３樹脂供給手段４の樹脂カートリッジ５ｃから供給されるサポート材（特定溶剤Ａで溶解するサポート材）が、トラクタードライブ１０ｃによって、予熱器２０内に導かれる。予熱器２０で加熱され溶融したサポート材は、連絡室２２を通過して、コレット３１内に充填され、回転推進機３２により、ノズル３５から押し出される。ノズル３５は形状データにしたがって走査することにより、前記第１サポート層６０ａに、第２サポート層６０ｂが積層される（図３（ａ）参照）。かかる第２サポート層６０ｂは、前記第１サポート層６０ａよりも薄くなっている。
【００２８】
更に、第１樹脂供給手段２の樹脂カートリッジ５ａから供給されるモデル材が、トラクタードライブ１０ａによって、予熱器２０内に導かれる。予熱器２０で加熱され溶融したモデル材は、連絡室２２を通過して、コレット３１内に充填され、回転推進機３２により、ノズル３５から押し出される。このとき、ノズル３５が押出方向を垂線とする平面上を与えられた形状データにしたがって走査することにより、硬化した第２サポート層６０ｂの特定領域がモデル材で塗りつぶされる。
【００２９】
次に、基台５０が一定ピッチ分降下する。既に硬化したモデル材の1つ上の形状を作成
すべく、ノズル３５が走査しながら溶融したモデル材を押し出し、かかる処理工程を繰り返すことにより、断面形状が複数の層で積層された積層造形物としてモデル５５を作成する（図３（ｃ）参照）。
【００３０】
次に、モデル５５を基台５０から取り外す。このとき、モデル５５と基台５０との間には、サポート層６０ａ、６０ｂが介在されているため、モデル５５を基台５０から破損することなく、容易且つ迅速に取り外すことができる。しかも、図４（ａ）に示すようにモデル５５側にサポート層が付着していても、モデル５５と直接に接触しているのは、特定溶剤Ａで溶解する第２サポート層６０ｂであるため、かかる第２サポート層６０ｂは、特定溶剤Ａで容易に取り除くことができる（図４（ｂ）参照）。
【００３１】
なお、前記実施の形態の溶融樹脂押出積層造形装置１は、第１〜第３樹脂供給手段に対して単体のノズルを兼用したが、第１〜第３樹脂供給手段のそれぞれに対して、押出部（ノズル）を別々に設けることも可能である。かかる場合には、各樹脂供給手段２、３、４は、予熱器２０、連絡室２２および押出部３０を備えることになる。
【００３２】
また、本発明の溶融樹脂押出積層造形装置１は、樹脂の押し出し系統は３系統に限らずそれ以上であっても良い。また、樹脂の押し出し系統を３系統から構成した場合には、１系統をサポート材押し出し用とし、他の２系統をそれぞれ所定の色に着色したモデル材用とすることも可能である。かかる場合には、カラーモデルの製作も可能となる。
【００３３】
また、樹脂の押し出し系統を４系統以上設けた場合には、前記のように２系統で第１サポート層６０ａと第２サポート層６０ｂとを設け、他の系統で、相違する色に着色した樹脂を押し出すことにより、カラーモデルの製作も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る一実施の形態の溶融樹脂押出積層造形装置の概略を示す断面図である。
【図２】本発明に係る一実施の形態の溶融樹脂押出積層造形装置の模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る溶融樹脂押出積層造形方法を使用してモデルを製作する各工程の断面図である。
【図４】（ａ）は、モデルを基台から取り外す各工程の断面図、（ｂ）は、モデルの断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  溶融樹脂押出積層造形装置
５ａ  第１樹脂カートリッジ
５ｂ  第２樹脂カートリッジ
５ｃ  第３樹脂カートリッジ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  トラクタードライブ（熱可塑性の材料を取り出す手段）
２０  予熱器
３０  押出部
３５  ノズル
５０  基台
５５  3次元物体
６０ａ  第１サポート材層
６０ｂ  第２サポート材層
【図１】
2006192616.tif 000003
【図２】
2006192616.tif 000004
【図３】
2006192616.tif 000005
【図４】
2006192616.tif 000006