(57)【要約】【課題】フレームと、制御モジュールと、ノズルモジュールと、供給モジュールとを備えた３Ｄプリンティング装置を提供する。【解決手段】ノズルモジュールは、フレームに移動可能に配置され、制御モジュールと電気的に接続される。制御モジュールは、ノズルモジュールを駆動してフレーム内を移動させてプリンティングスペースを画定させる。また、制御モジュールは、ノズルモジュールを駆動してプリンティングスペース内に３Ｄオブジェクトをプリントさせる。供給モジュールは、フレームに取り外し可能に取り付けられ、制御モジュールに電気的に接続される。制御モジュールは、供給モジュールを駆動して媒体をプリンティングスペース内に移送させ、ノズルモジュールを駆動して媒体に二次元パターンをプリントさせる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
制御モジュールと、
前記フレームに移動可能に配置されて前記制御モジュールに電気的に接続されるノズルモジュールであって、前記制御モジュールによって駆動されて前記フレーム内を移動してプリンティングスペースを画定し、さらに前記制御モジュールに駆動されて前記プリンティングスペース内で３Ｄオブジェクトをプリントするノズルモジュールと、
前記フレームに取り外し可能に取り付けられて前記制御モジュールに電気的に接続される供給モジュールであって、前記制御モジュールが前記供給モジュールを駆動して媒体を前記プリンティングスペースに移送あるいは前記媒体が前記プリンティングスペースを通過させ、前記ノズルモジュールを駆動して前記媒体に二次元パターンをプリントさせるように構成されており、前記供給モジュールは、送り込み部材と、プリンティング部材と、送り出し部材と、それぞれが前記送り込み部材と前記送り出し部材とに配置された複数の移送ローラと、を備え、前記二次元パターンがプリントされる前に前記媒体が送り込み部材から前記プリンティング部材に移送され、前記二次元パターンがプリントされた後に前記媒体が前記プリンティング部材から前記送り出し部材に移送される供給モジュールと、
を備えたことを特徴とする３Ｄプリンティング装置。
【請求項２】
前記ノズルモジュールは、３Ｄプリンティングアセンブリとインクジェットアセンブリとを備え、前記制御モジュールが前記３Ｄプリンティングアセンブリを駆動して前記３Ｄオブジェクトをプリントさせ、前記インクジェットアセンブリを駆動して前記媒体に前記二次元パターンをプリントさせる、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項３】
前記制御モジュールは、さらに、前記インクジェットアセンブリを駆動してインクジェットプリンティングを行って前記３Ｄオブジェクトを着色させる、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項４】
さらに、前記フレームに配置されて前記制御モジュールに電気的に接続される形成ステージを備え、前記形成ステージは前記プリンティングスペースに移動され、前記制御モジュールは前記３Ｄプリンティングアセンブリを駆動して前記形成ステージ上に前記３Ｄオブジェクトをプリントさせる、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項５】
前記形成ステージは、前記プリンティングスペースの外に出て、前記制御モジュールは前記インクジェットアセンブリを駆動して前記媒体に前記二次元パターンをプリントさせる、ことを特徴とする請求項４に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項６】
前記形成ステージは、前記プリンティングスペースへ移動され、前記供給モジュールは前記形成ステージに沿って配置され、前記媒体は前記供給モジュールから前記形成ステージに移送され、前記制御モジュールは前記インクジェットアセンブリを駆動して前記媒体に前記二次元パターンをプリントさせる、ことを特徴とする請求項４に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項７】
前記媒体は、前記移送ローラによって駆動されて前記送り込み部材、前記プリンティング部材、及び前記送り出し部材を介して前記二次元パターンのプリンティングの間に継続的に移送される、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項８】
前記インクジェットアセンブリは、前記プリンティング部材上に固定的に位置し、前記プリンティング部材に対して所定の高さを維持する、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項９】
前記媒体は、前記送り込み部材から移送されて前記二次元パターンがプリントされる前に前記プリンティング部材に固定され、前記媒体は、前記二次元パターンがプリントされた後に前記プリンティング部材から前記送り出し部材に移送される、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項１０】
前記制御モジュールは、前記インクジェットアセンブリを駆動して平面上で動作させて前記媒体に前記二次元パターンをプリントさせ、前記平面は、前記プリンティング部材と平行であり、前記プリンティング部材に対して所定の高さを維持する、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項１１】
前記プリンティングスペースは、前記二次元パターンのプリンティングの間に前記プリンティング部材に対して所定の高さを維持する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項１２】
前記供給モジュールは、前記プリンティングスペースの底部に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
【請求項１３】
さらに、前記送り出し部材に取り外し可能に取り付けられるスキャンモジュールを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は３Ｄプリンティング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
科学技術の発展を通じて、層毎の構成モデルのような付加製造技術を採用して物理的な三次元(３Ｄ)モデルを構築する様々な方法が提案されている。一般に、付加的な製造技術は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ソフトウェア等のソフトウェアによって構築された３Ｄモデルのデザイン情報を、連続して積層される複数の薄い(疑似二次元的)断面層に変形するものである。ところで、複数の薄い断面層を形成することが可能な多数の技術的手段が次第に提供されている。
【０００３】
既存の二次元プリンティングを３Ｄプリンティングと比較すると、用いる材料の違いに加え、既存の二次元のプリンティングは、その上にプリントされる二次元パターンのキャリアとして特定の媒体を要する点で異なる。しかしながら、プリンティングノズルをどのように駆動するかについては実質的な違いはない。換言すると、二次元プリンティングと３Ｄプリンティングとの差は、ノズルモジュールが二次元あるいは３Ｄモードで駆動されるかのみである。
【０００４】
従って、同一の装置で二次元プリンティングと３Ｄプリンティングとを行いながら有限の資源及び構成を用いて有益なプリンティング能力を生み出すことが、この分野において作業を行う者にとって問題となっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、３Ｄプリンティング装置を提供する。供給モジュールがフレームに対して取り外し可能に配置されることで、複合ノズルモジュールは、供給モジュールが配置されているか否かに応じて二次元プリンティングあるいは３Ｄプリンティングを行うことが可能である。従って、３Ｄプリンティング装置の適用可能性が拡張される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態によれば、フレームと、制御モジュールと、ノズルモジュールと、供給モジュールとを備えた３Ｄプリンティング装置が提供される。ノズルモジュールは、フレームに移動可能に配置され、制御モジュールと電気的に接続される。制御モジュールは、ノズルモジュールを駆動してフレーム内を移動させてプリンティングスペースを画定させ、また、制御モジュールは、ノズルモジュールを駆動してプリンティングスペース内に３Ｄオブジェクトをプリントさせる。供給モジュールは、フレームに取り外し可能に取り付けられ、制御モジュールに電気的に接続される。制御モジュールは、供給モジュールを駆動して媒体をプリンティングスペース内に移送させ、ノズルモジュールを駆動して媒体に二次元パターンをプリントさせる。
【発明の効果】
【０００７】
以上に基づき、３Ｄプリンティング装置のノズルモジュールは、複合プリンティング能力を有する。供給モジュールがフレームに取り付けられ、制御モジュールに電気的に接続された状態で、ノズルモジュールは、供給モジュールが駆動されて媒体をプリンティングスペースに移送した後、媒体に二次元パターンをプリントするために駆動されてもよい。供給モジュールがフレームから取り外された後、ノズルモジュールのプリンティングスペースにおける３Ｄオブジェクトのプリンティング能力が回復される。従って、３Ｄプリンティング装置は二次元プリンティング及び３Ｄプリンティングが可能であり、従って３Ｄプリンティング装置の適用可能性が拡張される。
【０００８】
いくつかの典型的な実施形態を添付の図面とともに以下に詳細に説明し、本開示のさらなる詳細について説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施形態に係る３Ｄプリンティング装置を示す概略図である。
【００１０】
【図２】別の動作状態にある図１に示す３Ｄプリンティング装置を示す概略図である。
【００１１】
【図３】本開示の３Ｄプリンティング装置の構成要素の電気的な接続を示す概略図である。
【００１２】
【図４】図２に示す３Ｄプリンティング装置を説明する部分側面図である。
【００１３】
【図５】３Ｄプリンティング装置の別の使用モードを示す概略図である。
【００１４】
【図６】３Ｄプリンティング装置の別の使用モードを示す概略図である。
【００１５】
【図７】３Ｄプリンティング装置の別の使用モードを示す概略図である。
【００１６】
【図８】３Ｄプリンティング装置の別の使用モードを示す概略図である。
【００１７】
【図９】本開示の別の実施形態に係る３Ｄプリンティング装置のモードを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本開示の実施形態に係る３Ｄプリンティング装置を示す概略図である。図２は、別の動作状態にある図１の３Ｄプリンティング装置を示す概略図である。図３は、本開示の３Ｄプリンティング装置の構成要素の電気的な接続を示す概略図である。図１及び図２において無関係な構成については図示の簡略化及び必須の構成要素及び要件を特定する目的で省略している。なお、説明の便宜のために図中で直交座標系を採用する。
【００１９】
図１乃至３を参照し、本実施形態では、３Ｄプリンティング装置１００は、フレーム１１０と、制御モジュール１２０と、ノズルモジュール１３０と、形成ステージ１６０と、駆動モジュール１４０とを備える。３Ｄプリンティング装置１００は、熱溶解積層方式（ＦＤＭ）プリンティング装置であり、例えば、制御モジュール１２０が３Ｄモデルのデザインデータを参照し、ノズルモジュール１３０を駆動して形成ステージ１６０上に層毎に形成材料を塗布させ、形成材料を硬化させて断面層を形成する。従って、３Ｄオブジェクトは層毎の積層及び構造によって形成される。図１の構成は、３Ｄプリンティング装置１００が３Ｄオブジェクトを生成する場合に用いられる状態を示す。
【００２０】
３Ｄプリンティング装置の適用可能性を拡張するため、本実施形態の３Ｄプリンティング装置１００は供給モジュール１５０をさらに備える。供給モジュール１５０は、アセンブリングフレーム１１２を介してフレーム１１０に配置され、二次元プリンティング用のノズルモジュール１３０とともに動作する。図２の構成は、３Ｄプリンティング装置１００が二次元プリンティングを実行する場合の構成要素の状態を示す。
【００２１】
具体的には、本実施形態のノズルモジュール１３０は、フレーム１１０に配置され、駆動モジュール１４０によって移動可能である。また、ノズルモジュール１３０は、制御モジュール１２０に電気的に接続される。ここで、駆動モジュール１４０は、駆動モータ、ギア、ベルト、レール等の複数の駆動部品によって構成される。 駆動モジュール１４０によってノズルモジュール１３０はフレーム１１０内で移動可能である。ここで、各部品の種類や構造は特に制限されない。すなわち、制御モジュール１２０に電気的に接続された後に部品がノズルモジュール１３０を駆動可能である限り、本実施形態は適用可能である。図１に示すように、ノズルモジュール１３０は３ＤプリンティングアセンブリＡ１及びインクジェットアセンブリＡ２を備える。３ＤプリンティングアセンブリＡ１及びインクジェットアセンブリＡ２は同期して移動、駆動されるように同一の駆動部品に配置される。換言すると、本実施形態のノズルモジュール１３０は複合ノズルモジュールである。制御モジュール１２０は、形成ステージ１６０上に３Ｄオブジェクトをプリントするように３ＤプリンティングアセンブリＡ１を駆動し、また、二次元パターンをプリントするようにインクジェットアセンブリＡ２を駆動する。さらに、本実施形態では、インクジェットアセンブリＡ２は、さらに、３Ｄオブジェクトにインクジェットプリンティング及び着色を行う。
【００２２】
図５は、３Ｄプリンティング装置の使用モードを示す概略図である。ここで、説明の便宜のため図示を簡略化している。図１及び図５を同時に参照すると、本実施形態では、ノズルモジュール１３０は、制御モジュール１２０によって駆動されてフレーム１１０内を移動し、これによってプリンティングスペースＳＰを画定する。プリンティングスペースＳＰは３Ｄプリンティングに供される。従って、制御モジュール１２０は、ノズルモジュール１３０を駆動してプリンティングスペースＳＰ内で移動させ、それに対応して形成ステージ１６０を駆動してＺ軸に沿って移動させることが可能である。従って、３ＤプリンティングアセンブリＡ１は、層毎に積層を行って形成ステージ１６０上に３Ｄオブジェクト２００を形成するように駆動される。なお、制御モジュール１２０は、さらに、３Ｄオブジェクト２００を着色するためにインクジェットアセンブリＡ２を駆動してもよい。
【００２３】
図４は、図２の３Ｄプリンティング装置を示す部分側面図である。図６は、図２及び４の状態に対応する３Ｄプリンティング装置の使用モードを示す概略図である。図２、４及び６を参照すると、二次元プリンティングが実行される場合、形成ステージ１６０がプリンティングスペースＳＰから離間するように移動され、供給モジュール１５０がアセンブリングフレーム１１２を介してフレーム１１０に取り付けられて供給モジュール１５０と制御モジュール１２０とが電気的に接続される。本実施形態では、形成ステージ１６０が制御モジュール１２０によって駆動されてプリンティングスペースＳＰから離間するようにフレーム１１０の内部空間の底部に移動される。従って、供給モジュール１５０を取り付ける空間が利用可能になる。
【００２４】
図４に示すように、供給モジュール１５０は移送ローラＲ１、Ｒ２及びＲ３と、送り込み部材１５１と、プリンティング部材１５２と、送り出し部材１５３とを備える。ユーザが媒体ＰＡを送り込み部材１５１にセットした後、制御モジュール１２０は、移送ローラＲ１及びＲ２を駆動して媒体ＰＡを経路Ｐ１に沿ってプリンティング部材１５２に移送させる。この状態で、インクジェットアセンブリＡ２のプリントヘッドＡ２ａがプリンティング部材１５２において媒体ＰＡにインクジェットプリンティングをする。図６に示すように、プリントヘッドＡ２ａは例えば圧電プリントヘッドあるいは熱プリントヘッドである。プリントヘッドＡ２ａの詳細については従来のインクジェットプリンティング技術を参照し、これに関する詳細について以下において説明を行わない。ここで、図６に示す供給モジュール１５０は、図２及び４に示す供給モジュール１５０と同じであるが、特定の容易化のためにそのプロファイルのみを図６に示す。また、ここに示さない実施形態においては、３Ｄプリンティング装置は、さらに、スキャンモジュールを備えてもよい。スキャンモジュールは、通過する媒体をスキャンするために、供給モジュールの送り出し部材に取り外し可能に取り付けられてもよい。
【００２５】
さらに、本実施形態の媒体ＰＡは紙等の二次元オブジェクトである点は着目すべきである。しかしながら、本開示はこの場合に限定されない。オブジェクトが供給モジュール１５０によって駆動されてプリンティングスペースＳＰに移送可能である限り、本実施形態は適用可能である。従って、インクジェットアセンブリＡ２は、媒体ＰＡ上に二次元パターンをプリント可能である。
【００２６】
図６に示すプリンティングにおいて、媒体ＰＡは、移送ローラＲ１及びＲ２によって連続的に駆動され、連続して送り込み部材１５１及びプリンティング部材１５２を介して移送され、さらに連続して送り出し部材１５３において移送ローラＲ３によって駆動されて送り出し部材１５３により供給モジュール１５０から送り出される。この状態で、インクジェットアセンブリＡ２は、プリンティングスペースＳＰにおいてプリンティング部材１５２に対応する位置に略固定して配置され、プリンティング部材１５２に対して所定の高さＺ１を維持してインクジェットプリンティング及び着色を実行する。換言すると、本実施形態では、インクジェットアセンブリＡ２は制御モジュール１２０によってプリンティングスペースＳＰに留まるように制御される。従って、移送ローラＲ１、Ｒ２及びＲ３は正のＸ軸方向に、媒体ＰＡが供給モジュール１５０から排出されるまで、連続的に媒体ＰＡを駆動して移動させる。そのため、本実施形態では、媒体ＰＡは、完全にプリンティングスペースＳＰ内に位置するか、プリンティング部材１５２を通過する媒体ＰＡの一部のみがプリンティングスペースＳＰ内に位置する。すなわち、供給モジュール１５０は、プリンティングスペースＳＰ内に配置される場合のみプリンティング部材１５２を必要とする。
【００２７】
図７は、別のモードおける３Ｄプリンティング装置を示す概略図である。図７を参照すると、先の方法と異なる点は、媒体ＰＡがプリンティングスペースＳＰに移送された後は所定の位置に配置される点である。この状態で、媒体ＰＡは、完全にプリンティングスペースＳＰ内に位置する。従って、このモードにおいて、制御モジュール１２０は、インクジェットアセンブリＡ２を駆動してプリンティングスペースＳＰ内を移動させ、インクジェットアセンブリＡ２は略平面上で操作されて二次元プリンティングを行なう。この平面はプリンティング部材と平行であり、すなわち、Ｘ−Ｙ平面に平行であり、さらにプリンティング部材に対して所定の高さＺ１を維持する。プリンティングが完了した後、媒体ＰＡは、移送ローラＲ３によってプリンティング部材１５２から送り出し部材１５３へと移送される。
【００２８】
図８は、別のモードにおける３Ｄプリンティング装置を示す概略図である。図８を参照すると、本実施形態において異なる点は、プリンティングスペースＳＰと供給モジュールのプリンティング部材との間で所定の高さＺ１が維持される点である。換言すると、媒体ＰＡはプリンティングスペースＳＰに入る必要がなく、所定の高さＺ１がインクジェットアセンブリＡ２の有効なインクジェットプリンティング距離であり、これによってインクジェットアセンブリＡ２が媒体ＰＡ上に二次元のパターンをプリントすることができるようにしている。換言すると、先の実施形態あるいは本実施形態にかかわらず、供給モジュール１５０は、プリンティングスペースＳＰの略底部に配置され、異なる実施形態においてはプリンティングスペースＳＰに接触しても、あるいは当該スペースＳＰに対して所定の高さＺ１を維持してもよい。
【００２９】
図９は、本開示の別の実施形態に係る３Ｄプリンティング装置のモードを示す概略図である。本実施形態において異なる点は、本実施形態の供給モジュール１５０が形成ステージ１６０に沿って取り付けられ、供給モジュール１５０が形成ステージ１６０と同一平面上にある点である。換言すると、形成ステージ１６０は、プリンティングスペースから離間している必要がない。従って、媒体ＰＡは供給モジュール１５０を介して形成ステージ１６０に移送され、制御モジュール１２０は、形成ステージ１６０上の媒体ＰＡに二次元プリンティングを行うように直接インクジェットアセンブリＡ２を駆動し、形成ステージ１６０上の媒体ＰＡに二次元パターンをプリントさせる。
【００３０】
以上を鑑み、本開示の実施形態においては、３Ｄプリンティング装置は、供給モジュールがフレームに取り付けられているか否かに応じて要求される３Ｄオブジェクトあるいは二次元パターンをプリントさせるために、それに対応してノズルモジュールを駆動してもよい。この状態で、ノズルモジュールは、制御モジュールによって駆動されてフレーム内で移動し、プリンティングスペースを画定する。形成ステージがプリンティングスペースに移動される場合、それに従ってノズルモジュールの３Ｄプリンティングアセンブリは、形成ステージ上に３Ｄオブジェクトをプリントしてもよい。制御モジュールは、また、インクジェットプリンティングし、３Ｄオブジェクトのプリンティング中あるいはその後に３Ｄオブジェクトを着色するようにインクジェットアセンブリを任意に駆動する。別の状態では、形成ステージがプリンティングスペースから離間するように駆動され、供給モジュールが、フレームに取り付けられる。従って、媒体が供給モジュールによって駆動されてプリンティングスペースに移送あるいは当該プリンティングスペースを介して移送される。従って、インクジェットアセンブリが駆動されて媒体上に二次元プリンティングが行われ、媒体上に二次元パターンがプリントされる。
【００３１】
さらに別の状態では、形成ステージはプリンティングスペースに隣接したままの状態を維持し、供給モジュールが形成ステージに沿って取り付けられ、この供給モジュールが形成ステージと同一平面上に位置するようになる。従って、媒体は供給モジュールによって駆動されて形成ステージに移送され、インクジェットアセンブリが駆動されて形成ステージ上の媒体に二次元プリンティングが行われる。
【００３２】
以上より、複合ノズルモジュール及び供給モジュールの取り付けならびに取り外しによって、３Ｄプリンティング装置は、３Ｄ及び二次元プリンティングを同時に行うことができる。従って、有限の資源で、３Ｄプリンティング装置の適用可能性は拡張され、従ってこの装置はより有効に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本開示は、供給モジュールが配置されたか否かに応じて、対応して二次元プリンティングあるいは３Ｄプリンティングが可能な取り外し可能な供給モジュールを備える３Ｄプリンティング装置に関する。従って、３Ｄプリンティング装置の適用可能性は拡張される。
【符号の説明】
【００３４】
１００  ３Ｄプリンティング装置
１１０  フレーム
１１２  アセンブリングフレーム
１２０  制御モジュール
１３０  ノズルモジュール
１４０  駆動モジュール
１５０  供給モジュール
１５１  送り込み部材
１５２  プリンティング部材
１５３  送り出し部材
１６０  形成ステージ
２００  ３Ｄオブジェクト
Ａ１    ３Ｄプリンティングアセンブリ
Ａ２    インクジェットアセンブリ
Ａ２ａ  プリントヘッド
ＰＡ    媒体
Ｐ１    経路
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  ローラ
ＳＰ    プリンティング空間
Ｚ１    所定の高さ
Ｘ−Ｙ−Ｚ  直交座標
【図１】
2018183974.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018183974.tif 000009
【図８】
2018183974.tif 000010
【図９】
2018183974.tif 000011
【外国語明細書】
2018183974000001.pdf