(57)【要約】【課題】容器内の液体形成材料を撹拌素子で撹拌する３Ｄプリンタを提供する。【解決手段】３Ｄプリンタは、機械プラットフォームと、容器と、少なくとも１つの撹拌素子と、駆動モジュールとを含む。容器は、機械プラットフォームに組み立てられ、液体形成材料を収容するのに適している。撹拌素子は、回転シャフトを有し、回転シャフトに沿って回転するのに適している。駆動モジュールは、容器および少なくとも１つの撹拌素子のうちの１つに接続され、３Ｄ印刷が行われていない時に、容器および少なくとも１つの撹拌素子を駆動して相対運動を生じさせ、容器内の液体形成材料を少なくとも１つの撹拌素子で撹拌する。【選択図】図１
2019194000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械プラットフォームと、
前記機械プラットフォームに組み立てられ、液体形成材料を収容するのに適した容器と、
回転シャフトを有し、前記回転シャフトに沿って回転するのに適した少なくとも１つの撹拌素子と、
前記容器および前記少なくとも１つの撹拌素子のうちの１つに接続され、３Ｄ印刷が行われていない時に、前記容器および前記少なくとも１つの撹拌素子のうちの１つを駆動して相対運動を生じさせ、前記容器内の前記液体形成材料を前記少なくとも１つの撹拌素子で撹拌する駆動モジュールと、
を含む３Ｄプリンタ。
【請求項２】
前記駆動モジュールが、前記容器に接続され、前記容器を駆動して前記機械プラットフォームに相対して回転させるとともに、前記少なくとも１つの撹拌素子を外力で駆動して回転させ、前記容器に相対して運動させる請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項３】
前記駆動モジュールが、前記容器に接続され、前記容器を駆動して前記機械プラットフォームに相対して運動させるとともに、前記少なくとも１つの撹拌素子を外力で駆動して回転させ、前記容器に相対して運動させる請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項４】
前記駆動モジュールが、前記少なくとも１つの撹拌素子に接続され、前記少なくとも１つの撹拌素子を駆動して、前記容器に相対して回転および運動させる請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項５】
前記駆動モジュールが、前記容器および前記少なくとも１つの撹拌素子に接続され、前記容器および前記少なくとも１つの撹拌素子をそれぞれ駆動して、前記機械プラットフォームに相対して回転させる請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項６】
前記駆動モジュールが、前記容器および前記少なくとも１つの撹拌素子に接続され、前記駆動モジュールが、前記容器を駆動して、前記機械プラットフォームに相対して運動させるとともに、前記少なくとも１つの撹拌素子を駆動して、前記容器に相対して回転および運動させる請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項７】
前記少なくとも１つの撹拌素子が、延伸アームおよび撹拌アームを有し、前記回転シャフトが、前記機械プラットフォームに枢接され、前記撹拌アームが、前記容器内に設置され、前記延伸アームが、前記回転シャフトと前記撹拌アームの間に接続され、前記容器の外側から前記容器の内側に延伸する請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項８】
前記撹拌アームが、前記撹拌アームと前記液体形成材料の間の接触面積を増やし、前記液体形成材料に対する前記撹拌アームの撹拌レベルを上げるために使用される撹拌構造を有する請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項９】
前記撹拌構造が、少なくとも１つの開口、歯構造、またはその組み合わせを含む請求項８に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１０】
前記撹拌アームの輪郭が、前記容器の側端の輪郭と一致する請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１１】
前記容器および前記少なくとも１つの撹拌素子が前記相対運動を有する時、前記容器に相対する前記撹拌アームの移動範囲が、前記容器の底部全体を含む請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１２】
前記容器および前記少なくとも１つの撹拌素子が前記相対運動を有する時、前記延伸アームから離れた位置にある前記撹拌アームの端部が、前記容器の中心に位置する請求項７に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１３】
前記容器が、形成領域および非形成領域を有し、前記３Ｄ印刷が行われている時、前記少なくとも１つの撹拌素子が前記非形成領域に位置し、前記３Ｄ印刷が行われていない時、前記少なくとも１つの撹拌素子が、前記形成領域に位置する請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１４】
前記３Ｄプリンタが、前記容器の２つの対向する側に位置する１対の撹拌素子を含む請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１５】
前記３Ｄプリンタが、前記容器の同じ側に平行に位置する１対の撹拌素子を含む請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ（three-dimensional, 3D）プリンタ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）の発展に伴い、最初の概念設計を迅速に製造することのできるラピッドプロトタイピング（rapid prototyping, RP）が製造産業によって開発された。ラピッドプロトタイピング技術は、幾何学形状の制限がなく、印刷部分が複雑になればなるほど、優れた技術を表す。また、ラピッドプロトタイピング技術は、労力および処理時間を大幅に減らすことができ、短時間で３Ｄコンピュータ支援設計（computer-aided design, CAD）の設計部分を正確に表現することができる。触ることができるだけでなく、その幾何学曲線を本当に感じることができ、その部分の組み立て能力を試験することができ、機能試験を行うこともできる。
【０００３】
光硬化樹脂（Photopolymer）は、大部分の３Ｄプリンタによって通常使用される液体形成材料である。光造形法（StereoLithography Apparatus, SLA）、デジタル光処理（Digital Light Processing, DLP）、連続液体界面製造（Continuous Liquid Interface Production, CLIP）等の技術は、いずれも液体形成材料（例えば、光硬化樹脂）を印刷材料として使用する。
【０００４】
引き上げ式（pull-up）のＳＬＡ技術を例に挙げると、プラットフォームを上部から底部に向かって容器の中に移動させて、液体形成材料に接触させた後、容器下の硬化光源が光を提供して、容器を貫通し、プラットフォームと容器の間に位置する液体形成材料を硬化させて形成層にする。そして、形成層を容器の底部から剥離して、形成層をプラットフォームに付着させた後、形成層をプラットフォームに層毎（layer-by-layer）に積層して、３Ｄ物体を形成する。
【０００５】
しかしながら、硬化プロセスの間、硬化光のエネルギーが光硬化樹脂の中に蓄積し続け、形成層に硬化させるべきではない光硬化樹脂もエネルギー蓄積効果の影響を受けて質的変化を起こすため、時間の経過とともに、この部分の光硬化樹脂は、依然として硬化される可能性がある。この部分の光硬化樹脂が実質的に硬化されなかったとしても、質的変化によって生じた物理特性および化学特性の変化とともに、後続の３Ｄ印刷プロセスに影響を与える可能性がある。そのため、容器内の光硬化樹脂が３Ｄ印刷に必要な物理特性および化学特性を兼ね備え、３Ｄ印刷プロセス中または３Ｄ印刷のプロセス間に硬化が発生しないようにすることが、本分野の関連技術者によって解決すべき課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、撹拌素子を設置し、撹拌素子を駆動して容器に相対して運動させることによって、容器内の液体形成材料を撹拌素子で撹拌する３Ｄプリンタに関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの実施形態は、機械プラットフォームと、容器と、少なくとも１つの撹拌素子と、駆動モジュールとを含む３Ｄプリンタを提供する。容器は、機械プラットフォームに組み立てられ、液体形成材料を収容するのに適している。撹拌素子は、回転シャフトを有し、回転シャフトに沿って回転するのに適している。駆動モジュールは、容器および少なくとも１つの撹拌素子のうちの１つに接続され、３Ｄ印刷が行われていない時に、容器および少なくとも１つの撹拌素子を駆動して相対運動を生じさせ、容器内の液体形成材料を少なくとも１つの撹拌素子で撹拌する。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、３Ｄプリンタは、撹拌素子を設置し、撹拌素子を駆動して容器に相対して運動させることによって、撹拌素子から生じる撹拌効果で容器内の液体形成材料を撹拌する。そのため、３Ｄ印刷が行われていない時、容器と撹拌素子の間の相対運動により液体形成材料における光エネルギーの蓄積効果を防ぎ、３Ｄ印刷に必要な液体形成材料の物理特性および化学特性を維持する。
【０００９】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【００１０】
添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれ、且つその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。
【図２】別の状態の図１の３Ｄプリンタの概略図である。
【図３】異なる状態の３Ｄプリンタの上面図である。
【図４】異なる状態の３Ｄプリンタの上面図である。
【図５】３Ｄプリンタの関連構成要素の電気接続の概略図である。
【図６】撹拌素子の概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る異なる状態の３Ｄプリンタの部分的上面図である。
【図８】本発明の異なる実施形態に係る３Ｄプリンタの部分的上面図である。
【図９】本発明の異なる実施形態に係る３Ｄプリンタの部分的上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を例として、本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面および関連説明において、同一または類似する構成要素には、同一の参照番号を使用する。
【００１３】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。図２は、別の状態の図１の３Ｄプリンタの概略図である。図３および図４は、異なる状態の３Ｄプリンタの上面図である。図５は、３Ｄプリンタの関連構成要素の電気接続の概略図である。図１および図５を参照すると、本実施形態において、３Ｄプリンタ１００は、例えば、光造形装置（ＳＬＡ）であり、機械プラットフォーム１１０と、撹拌素子１２０と、容器１３０と、形成プラットフォーム１４０と、制御モジュール１５０と、駆動モジュール１６０と、硬化モジュール１７０とを含む。機械プラットフォーム１１０は、ベース１１２と、その上に直立したガントリー（gantry）１１４とを含み、駆動モジュール１６０は、ガントリー１１４内に配置されたリフト機構を含み、形成プラットフォーム１４０は、リフト機構に組み立てられ、容器１３０の中または外へ移動するよう駆動されるのに適している。駆動モジュール１６０は、さらに、ベース１１２内に配置された回転機構を含み、容器１３０は、回転機構に組み立てられて、ベース１１２に相対して回転するよう駆動されるのに適している。硬化モジュール１７０は、例えば、ベース１１２内に配置された紫外光源である。制御モジュール１５０は、駆動モジュール１６０および硬化モジュール１７０に電気接続され、容器１３０の回転、形成プラットフォーム１４０の上昇または降下、および硬化モジュール１７０による容器１３０内の液体形成材料（図示せず）の硬化を制御することによって、３Ｄ印刷に必要な関連操作を達成する。本分野における技術者であれば、既存の技術から、リフト機構、回転機構、および硬化操作等の詳細を知ることができるため、ここでは説明を省略する。
【００１４】
図１〜図４を参照すると、撹拌素子１２０は、機械プラットフォーム１１０のベース１１２に配置され、駆動モジュール１６０に接続される。制御モジュール１５０は、駆動モジュール１６０を介して撹拌素子１２０を駆動し、異なる状態の間で切り替えを行うことができる。言及すべきこととして、図３の上面図は、図１に示した状態に対応し、図４の上面図は、図２に示した状態に対応する。図３および図４では、関連する構成要素を認識しやすいよう、ガントリー１１４および形成プラットフォーム１４０を省略している。本実施形態において、容器１３０は、さらに、容器１３０の底面に形成プラットフォーム１４０の正射影の輪郭によって分離された形成領域Ａ１と非形成領域Ａ２に分割され、３Ｄ印刷が行われている時、撹拌素子１２０は、非形成領域Ａ２に留まり、３Ｄ印刷が行われていない時、撹拌素子１２０は、形成領域Ａ１に移動するよう駆動される（実際には、非形成領域Ａ２から形成領域Ａ１に延伸する）。駆動モジュール１６０は、容器１３０を駆動して回転させるため、撹拌素子１２０は、容器１３０内の液体形成材料に撹拌効果を生じさせることができる。つまり、３Ｄ印刷が行われていない時、容器と撹拌素子の間の相対運動を介して、撹拌素子１２０で液体形成材料を撹拌するため、液体形成材料における光エネルギーの蓄積効果を効果的に軽減し、３Ｄ印刷に必要な液体形成材料の物理特性および化学特性を維持することができる。
【００１５】
図６は、撹拌素子の概略図である。図６を参照しながら、図３および図４と比較すると、本実施形態において、撹拌素子１２０は、回転シャフト１２１、延伸アーム１２２、および撹拌アーム１２３を有し、回転シャフト１２１は、ベース１１２の平面Ｐ１に枢接され、撹拌アーム１２３は、容器１３０内に設置され、延伸アーム１２２は、回転シャフト１２１と撹拌アーム１２３の間に接続され、容器１３０の外側から容器１３０の内側に延伸する。駆動モジュール１６０は、平面Ｐ１の下に配置されたモータ１６１を介して回転シャフト１２１に接続され、回転シャフト１２１を駆動して軸Ｘ１を軸に回転させることにより、図３および図４に示すように、撹拌素子１２０の位置を変えるのに適している。
【００１６】
本発明は、容器１３０と撹拌素子１２０の間の相対運動を生じさせる方式を限定しない。本実施形態において、駆動モジュール１６０は、それぞれ容器１３０および撹拌素子１２０に接続されるため、３つの方式の相対運動を含む。第１の方式は、上述したように、３Ｄ印刷が行われていない時、撹拌素子１２０を駆動して形成領域Ａ１に移動させた後、撹拌素子１２０を固定したまま、容器１３０を回転させることにより、これらの間に相対運動を生じさせる。第２の方式は、３Ｄ印刷が行われていない時、容器１３０を固定したまま、撹拌素子１２０を駆動して容器１３０内で前後に揺らし、これらの間に相対運動を生じさせる。第３の方式は、３Ｄ印刷が行われていない時、駆動モジュール１６０が容器１３０を駆動して回転させ、撹拌素子１２０も駆動して前後に揺らすことにより、これらの間に相対運動を生じさせる。
【００１７】
また、図示していない別の実施形態において、撹拌素子１２０は、回転シャフト１２１を介してのみベース１１２の平面Ｐ１に枢接されるが、駆動モジュール１６０は、モータ１６１を使用せずに、撹拌素子１２０を駆動する。つまり、この場合、撹拌素子１２０は、外力で位置を変えるよう駆動されるのに適しており、例えば、３Ｄ印刷が行われていない時、ユーザーは、撹拌素子１２０を押圧する力を与えて図３の位置から図４の位置に移動させた後、第１の方式で説明したように、撹拌素子１２０を固定したまま、容器１３０を回転させることにより、これらの間に相対運動を生じさせる。
【００１８】
図４および図６を参照すると、本実施形態において、撹拌素子１２０の撹拌アーム１２３は、さらに、撹拌アーム１２３と液体形成材料の間の接触面積を増やし、相対運動のプロセス中に液体形成材料に対する撹拌アーム１２３の撹拌レベルを上げるために使用される撹拌構造を有する。撹拌構造は、開口１２３ａ、歯構造１２３ｃ、またはその組み合わせを含む。また、撹拌素子１２０および容器１３０は、互いに相対して運動し、本実施形態では、液体形成材料の撹拌素子１２０の撹拌範囲を向上させるために、３Ｄ印刷が行われていない時、延伸アーム１２２から離れた位置にある撹拌アーム１２３の端部１２３ｂが容器１３０の中心Ｃ１に移動し、この中心Ｃ１を容器１３０の回転中心とみなすことができる。このように、容器１３０を駆動して回転させた時、容器１３０に相対する撹拌アーム１２３の移動範囲は、容器１３０の底部全体を含むことができる。つまり、容器１３０内の液体形成材料を全て撹拌アーム１２３で撹拌することができる。また、液体形成材料の撹拌が完了して、３Ｄ印刷が実行されると、撹拌アーム１２３の輪郭が容器１３０の側端の輪郭と一致するため、撹拌アーム１２３の延伸方向も容器１３０の回転方向と一致することを示し、容器１３０の側端において撹拌アーム１２３をスムーズに近接して受け取り、形成プラットフォーム１４０との構造的干渉を防止することができる。
【００１９】
図７は、本発明の別の実施形態に係る異なる状態の３Ｄプリンタの部分的上面図である。図７を参照すると、本実施形態において、３Ｄプリンタは、容器１３０の２つの対向する側に位置する１対の撹拌素子１２０を含む。撹拌素子１２０の構造特徴は、上述した通りであり、上述した３つの方式、特に第２の方式に適合し、１対の撹拌素子１２０の前後の揺れによって、提供される撹拌効果は、単一の撹拌素子１２０の撹拌効果よりも優れている。
【００２０】
図８および図９は、本発明の異なる実施形態に係る３Ｄプリンタの部分的上面図である。まず、図８を参照すると、本実施形態において、撹拌素子２２０は、容器２３０内に回転可能に配置され、駆動モジュールは、容器２３０に接続され、容器２３０を駆動して直線移動させる。この時、撹拌素子２２０は、外力または駆動モジュールにより、図８に示した縦の状態と斜めの状態の間で変化することができる。すなわち、撹拌素子２２０が容器２３０に相対して回転して位置を変更するため、３Ｄ印刷が行われていない時、駆動モジュールが容器２３０を駆動して前後に直線移動させることにより、同様に、液体形成材料を撹拌する効果を達成する。
【００２１】
また、駆動モジュールは、撹拌素子２２０に接続されて、撹拌素子２２０を駆動して容器２３０に相対して回転させることにより、上述した位置変更の要求を達成することができる。また、駆動モジュールは、それぞれ容器２３０および撹拌素子２２０に接続されてもよく、容器２３０を駆動して前後に直線移動させながら、撹拌素子２２０も駆動して容器２３０内で回転させる、または前後に揺らすことにより、液体形成材料を撹拌する効果を達成することができる。
【００２２】
図９を参照すると、本実施形態において、３Ｄプリンタは、容器２３０内に平行に配置され、且つ容器２３０の同じ側に位置する１対の撹拌素子２２０を含む。図８の実施形態と同様に、容器２３０および撹拌素子２２０も同じ３つの方式を有し、容器２３０内の液体形成材料に必要な撹拌効果をスムーズに提供する。
【００２３】
以上のように、上述した実施形態において、３Ｄプリンタに撹拌素子を設置し、撹拌素子を駆動して容器に相対して運動させることによって、撹拌素子から生じた撹拌効果で容器内の液体形成材料をスムーズに撹拌する。また、相対運動は、容器を固定して撹拌素子を回転させる方式、撹拌素子を固定して容器を回転させる方式、および容器と撹拌素子を同時に回転させる方式を含み、これらはいずれも液体形成材料を撹拌する効果を達成することができる。また、撹拌素子は、撹拌構造を有し、液体形成材料との接触面積を増やすため、相対運動時の撹拌効果を向上させることができる。そのため、３Ｄ印刷が行われていない時の容器と撹拌素子の間の相対運動により、液体形成材料の光エネルギーの蓄積効果を防ぎ、３Ｄ印刷に必要な液体形成材料の物理特性および化学特性を維持する。
【００２４】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の３Ｄプリンタは、３Ｄ印刷装置に応用することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１００  ３Ｄプリンタ
１１０  機械プラットフォーム
１１２  ベース
１１４  ガントリー
１２０、２２０  撹拌素子
１２１  回転シャフト
１２２  延伸アーム
１２３  撹拌アーム
１２３ａ  開口
１２３ｂ  端部
１２３ｃ  歯構造
１３０、２３０  容器
１４０  形成プラットフォーム
１５０  制御モジュール
１６０  駆動モジュール
１６１  モータ
１７０  硬化モジュール
Ａ１  形成領域
Ａ２  非形成領域
Ｃ１  中心
Ｐ１  平面
Ｘ１  軸
【図１】
2019194000.tif 000003
【図２】
2019194000.tif 000004
【図３】
2019194000.tif 000005
【図４】
2019194000.tif 000006
【図５】
2019194000.tif 000007
【図６】
2019194000.tif 000008
【図７】
2019194000.tif 000009
【図８】
2019194000.tif 000010
【図９】
2019194000.tif 000011
【外国語明細書】
2019194000.tif 000012
2019194000.tif 000013
2019194000.tif 000014
2019194000.tif 000015
2019194000.tif 000016
2019194000.tif 000017
2019194000.tif 000018
2019194000.tif 000019
2019194000.tif 000020
2019194000.tif 000021
2019194000.tif 000022
2019194000.tif 000023
2019194000.tif 000024
2019194000.tif 000025
2019194000.tif 000026
2019194000.tif 000027
2019194000.tif 000028
2019194000.tif 000029
2019194000.tif 000030
2019194000.tif 000031
2019194000.tif 000032
2019194000.tif 000033