(57)【要約】【課題】機械プラットフォームと、容器と、少なくとも１つの攪拌部材と、駆動部材とを備える３Ｄプリンタを提供する。【解決手段】容器は液体形成材料を保持し、機械プラットフォームに移動可能に組み立てられる。攪拌部材は容器内に配置されて容器と共に移動し、容器の底部から離間あるいは接近する動作モードを有する。駆動部材は機械プラットフォームに固定されて容器内に延伸する。駆動部材及び攪拌部材は、互いの移動経路上に相互に位置する。容器の移動プロセスの際、駆動部材及び攪拌部材は互いに対して傾斜して攪拌部材の動作モードをトリガし、容器の底部から離間あるいは接近させ、容器内の液体形成材料を攪拌する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械プラットフォームと、
液体形成材料を保持するように構成され、前記機械プラットフォームに移動可能に組み立てられる容器と、
前記容器内に配置され、前記容器と共に移動する少なくとも１つの攪拌部材と、
前記機械プラットフォームに固定されて前記容器内に延伸する駆動部材であって、前記駆動部材と前記少なくとも１つの攪拌部材とは、互いの移動経路上に相互に位置し、前記容器の移動プロセスの際に、前記駆動部材と前記少なくとも１つの攪拌部材とは、互いに対して傾斜して前記攪拌部材の動作をトリガし、前記容器内の前記液体形成材料を攪拌する駆動部材と、
を備えたことを特徴とする３Ｄプリンタ。
【請求項２】
前記攪拌部材は、攪拌部と弾性部とを備え、
前記弾性部は前記攪拌部と前記容器の底部との間に接続され、前記駆動部材が前記攪拌部材を通過する際、前記駆動部材は前記攪拌部に対して傾斜して前記弾性部を変形させ、
前記駆動部材が前記攪拌部材から離間する場合、前記弾性部は、前記攪拌部を元に戻るように駆動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項３】
前記容器の底部に所定の間隔で配置された複数の攪拌部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項４】
前記容器の底部に所定の間隔で配置され、前記駆動部材の前記移動経路上に位置する複数の攪拌部材及び複数のスペーサをさらに備え、
前記容器の底部に対する各前記スペーサの高さは、前記容器の底部に対する前記駆動部材の高さよりも低く、
前記容器の底部に対する各前記攪拌部材の高さは、前記容器の底部に対する前記駆動部材の高さよりも高い、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項５】
前記攪拌部材及び前記スペーサは、波構造を形成する、ことを特徴とする請求項４に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項６】
前記攪拌部材及び前記スペーサは、モノリシック構造を形成する、ことを特徴とする請求項４に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項７】
前記攪拌部と前記容器の底部との間にスペースが存在し、前記攪拌部が前記駆動部材によって押圧されない場合、前記容器内の前記液体形成材料の一部が前記スペース内に流れ込み、前記攪拌部が前記駆動部材によって押圧される場合には、前記スペース内の前記液体形成材料が前記攪拌部によって絞り出される、ことを特徴とする請求項２に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項８】
前記機械プラットフォーム上に移動可能に配置され、前記容器内に移動し、または前記容器内から離間するよう適合された成形プラットフォームをさらに備え、
前記容器の底部は、成形エリアと非成形エリアとに分割され、前記成形プラットフォームは、前記容器内に移動して前記成形エリアに位置し、前記攪拌部材は、前記非成形エリアに位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項９】
前記容器は、円形の筒であり、前記少なくとも１つの攪拌部材は、前記円形の筒の最外周縁を包囲する、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１０】
前記容器は、角形の筒であり、前記少なくとも１つの攪拌部材は、前記角形の筒の少なくとも一の側に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【請求項１１】
前記攪拌部材は、前記容器の底部から離間あるいは接近する動作モードをさらに有し、前記容器の移動プロセスの際に、前記駆動部材及び前記少なくとも１つの攪拌部材は、互いに対して傾斜して前記攪拌部材の動作モードをトリガし、前記容器の底部から離間あるいは接近させる、ことを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元（３Ｄ）プリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）の進歩に伴い、製造産業においては、迅速にオリジナルデザインプロトタイプを生成可能なラピッドプロトタイピング（ＲＰ）技術が開発されてきた。ＲＰ技術は、幾何学的形状に制限がなく、プリントされるパーツがより複雑であるほど、当該技術はより優れたものとなり、またＲＰ技術はマンパワーと処理時間を大幅に節約し、最短時間の要求という点では、３ＤＣＡＤ上に真のデザインパーツが表現され、これは、触れられるだけでなく、その幾何学的な曲線が真に感じられるものであり、パーツの組み立て性がテストでき、また可能性のある機能性テストも行うことができる。
【０００３】
フォトポリマーは、多くの３Ｄプリンタや、ステレオリソグラフィ装置（ＳＬＡ）、デジタル光処理（ＤＬＰ）、連続的液体結合製造（ＣＬＩＰ）等の技術に共通して用いられる液体の形成材料であり、全て、液体形成材料、例えばフォトポリマーをプリンティング材料として用いる。
【０００４】
ＳＬＡ技術を例にすると、プラットフォームが、液体形成材料と接するように容器内に上から下まで移動された後、容器の下の硬化光源は、容器を通過してプラットフォームと容器との間に位置する液体形成材料を硬化させて形成層を形成する光を照射し、次に、形成層は、容器の底部から剥がされ、形成材料がプラットフォームへ取り付けられ、その後、３Ｄオブジェクトを構築するために層毎にプラットフォーム上で形成層が積層される。
【０００５】
硬化処理の間に、硬化光のエネルギーは、連続的にフォトポリマーに蓄積され、形成層へと硬化されるべきでないフォトポリマーであってもエネルギーの蓄積の影響を受けて質的変化を生じ、時間の経過とともに、フォトポリマーのこの部分が、また硬化される機会を有している。フォトポリマーのこの部分が実質的に硬化されなくても、質的変化によって生じた物理的性質及び化学的性質の変化に伴い、続く３Ｄプリンティングに影響を与え得る。従って、３Ｄプリンティングプロセスの間、あるいは３Ｄプリントプロセス間で生じる硬化を回避するため、３Ｄプリンティングに求められる物理的性質及び化学的性質に応じた容器内のフォトポリマーをどのように維持するかが、この分野に関連する技術者によって解決されるべき問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、駆動部材及び攪拌部材が共働で用いられて容器内の液体形成材料を攪拌する効果を得る三次元（３Ｄ）プリンタに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一の実施の形態は、機械プラットフォームと、容器と、少なくとも１つの攪拌部材と、駆動部材とを備える３Ｄプリンタを提供する。容器は液体形成材料を保持することに用いられ、この容器は、機械プラットフォームと、に移動可能に組み立てられる。攪拌部材は、容器内に配置されて容器と共に移動し、この攪拌部材は、さらに、容器の底部から離間あるいは接近する動作モードを有する。駆動部材は機械プラットフォーム上に固定されて容器内に延伸する。駆動部材及び攪拌部材は、互いの移動経路上に相互に位置する。容器の移動プロセスの際、駆動部材及び攪拌部材は互いに対して傾斜して攪拌部材の動作モードをトリガして容器の底部から離間あるいは近接させ、これによって容器内の液体形成材料を攪拌する。
【発明の効果】
【０００８】
要約すると、本開示の実施の形態においては、光エネルギー蓄積が容器内の液体形成材料に影響する状況を回避するため、少なくとも１つの攪拌部材が容器の非成形エリアに設けられ、駆動部材が、機械プラットフォーム上に配置されて容器内に延伸し、駆動部材及び攪拌部材が、互いの移動経路上に相互に配置され、駆動部材は攪拌部材に対して傾斜して攪拌部材の動作、例えば、容器の底部から離間あるいは接近する動作モードをトリガし、これによって容器内の液体形成材料に対する攪拌効果が与えられる。
【０００９】
本開示の前述した、及び他の特徴及び利点についての理解を容易にするため、添付の図面とともにいくつかの例示的な実施の形態について以下に詳細に説明する。
【００１０】
添付の図面は本開示についての更なる理解のために供され、本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は本開示の実施の形態を図示し、詳細な説明とともに、本開示の原理を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施の形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。
【００１２】
【図２】別の状態における図１の３Ｄプリンタの概略図である。
【００１３】
【図３】図１の３Ｄプリンタの構成要素の一部の電気的接続を示す図である。
【００１４】
【図４】図２の容器の上面図である。
【００１５】
【図５】本開示の別の実施の形態に係る３Ｄプリンタの部分的な概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の好ましい実施の形態について、詳細に説明する。それらの例を添付の図面に示す。可能な限り、同一あるいは同様の部分については図面において同一の参照番号を付す。
【００１７】
図１は、本開示の実施の形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。図２は、別の状態における３Ｄプリンタの概略図であり、理解を容易にするため一部が省略されている。図３は、図１の３Ｄプリンタの構成要素の一部の電気的接続を示す図である。構成要素の説明を容易にするため、ＸＹＺ座標系を採用する。図１から３を参照し、本実施の形態では、３Ｄプリンタ１００は、例えば、機械プラットフォーム１１０と、成形プラットフォーム１２０と、容器１３０と、硬化モジュール１４０と、駆動モジュール１５０と、制御モジュール１６０とを含むステレオリソグラフィ装置（ＳＬＡ）である。図１に示すように、駆動モジュール１５０は、機械プラットフォーム１１０上に配置されたガントリ移動プラットフォームを備え、成形プラットフォーム１２０は、ガントリ移動プラットフォーム上に配置されて駆動され、ＸＺ面上の移動を実行する。また、駆動モジュール１５０は、機械プラットフォーム１１０上に配置された循環機構をさらに備え、容器１３０は循環機構上に配置され、回転軸Ｃ１（回転軸Ｃ１はＺ軸と平行）を中心にして成形プラットフォーム１２０に対して回転するよう適用される。駆動モジュール１５０は、既存の移動機構によって具現されてよく、従って詳細については省略する。駆動モジュール１５０は、制御モジュール１６０に電気的に接続され、上記の駆動動作を実行するように制御モジュール１６０によって制御される。
【００１８】
容器１３０は、液体の形成材料（例えば、フォトポリマー）を保持するために用いられ、硬化モジュール１４０は、機械プラットフォーム１１０の下に配置されて制御モジュール１６０に電気的に接続され、成形プラットフォーム１２０が駆動されて容器１３０内の液体形成材料に浸された際、制御モジュール１６０は硬化モジュール１４０を駆動して容器１３０の底部を通過する硬化光（例えば、紫外線光）を供給し、液体形成材料を硬化させ、硬化した液体形成材料が成形プラットフォーム１２０上に形成層を形成し、成形プラットフォーム１２０と容器１３０との間の引っ張り動作（つまり、成形プラットフォーム１２０が駆動されて正のＺ方向に移動して容器１３０の底部から離間する）とともに、形成層が容器１３０の底部から剥がされ、成形プラットフォーム１２０上に形成層を形成する効果が達成される。このようにして、形成層が成形プラットフォーム１２０上に層毎に上記の手順に従って積層されることで、３Ｄオブジェクトがプリントされる。３Ｄオブジェクトを形成する方法、及び３Ｄプリンタ１００の対応する構成要素については、ステレオリソグラフィ装置（ＳＬＡ）の技術から理解可能なので、ここでは詳細については省略する。
【００１９】
本実施の形態の３Ｄプリンタ１００は、さらに、少なくとも１つの攪拌部材１７０と、駆動部材１８０とを備え、攪拌部材１７０は、容器１３０内に配置されて容器１３０に沿って回転軸Ｃ１を中心にして回転し、攪拌部材１７０は、さらに、容器１３０の底部から離間あるいは接近する動作モードを有する。駆動部材１８０は、機械プラットフォーム１１０上に固定されて容器１３０内で延伸し、駆動部材１８０及び少なくとも１つの攪拌部材１７０とは、それぞれの移動経路上に相互に配置される。このようにして、容器１３０が駆動モジュール１５０によって駆動されて回転軸Ｃ１を中心にして回転する際、駆動部材１８０及び攪拌部材１７０は互いに対して傾斜して攪拌部材１７０の動作モード、つまり、攪拌部材１７０が容器１７０の底部から離間あるいは接近する動作モードがトリガされ、容器１３０内の液体形成材料が撹拌される。本実施の形態では、駆動部材１８０はガントリ移動プラットフォーム上に配置されて容器内に延伸するが、その位置はこの例に限定されない。本実施の形態の攪拌部材１７０及び駆動部材１８０のデザインに基づいて、容器１３０内の液体形成材料を攪拌する動作は、成形プラットフォーム１２０と容器１３０との間の引っ張り動作と同時に行われてよい。つまり、成形プラットフォーム１２０が駆動されてＺ軸方向に移動して容器１３０の底部から離間する際、容器は、一般に、回転されて引っ張り動作をアシストし、本実施の形態の攪拌部材１７０及び駆動部材１８０のデザインに基づいて、容器１３０の回転は、攪拌部材１７０の動作となり、容器１３０内の液体形成材料に対する攪拌効果が得られ、攪拌を行うための追加のステップに要する時間が効果的に節約される。
【００２０】
図２に示すように、本実施の形態では、複数の攪拌部材１７０が用いられ、攪拌部材１７０は、所定の間隔で容器１３０の底部に配置される。容器１３０は円形の筒であり、攪拌部材１７０は、円形の筒の底部の最外周縁に位置し、容器１３０の回転に伴って、固定位置の駆動部材１８０が連続して攪拌部材１７０を通過する。また、各攪拌部材１７０は、攪拌部と弾性部１７４とを備え、弾性部１７４は、攪拌部と容器１３０との間に接続され、攪拌部１７２は、Ｚ軸に沿って容器１３０に対して移動するように適合された構成と考えることができる。つまり、攪拌部材１７０は、容器１３０とともにＺ軸を中心に回転し、駆動部材１８０が攪拌部１７２を通過して当該攪拌部に対して傾斜すると、駆動部材１８０は、攪拌部１７２を押圧して攪拌部１７４を変形させ、これにより、攪拌部１７２は容器１３０の底部に接近する。駆動部材１８０が攪拌部材１７０から離間すると、弾性部１７４の弾性力が、攪拌部１７２を元に戻るように駆動、つまり、容器１３０の底部から離間させる。換言すると、容器１３０の回転に伴って、駆動部材１８０は、少なくとも一度攪拌部材１７０を傾斜させ／リリースし、容器１７０内の液体形成材料に対する攪拌効果が得られ、容器１７０内の液体形成材料が不変の状態が回避され、ひいては、上記の光エネルギー蓄積が回避される。攪拌部材１７０のデザインは、上記の実施の形態のものに限定されず、当業者は攪拌部材１７０を調整あるいは設計可能であり、例えば、攪拌部材１７０のデザインにおいて、弾性部１７４を省略してもよく、弾性を有するスプリングシートを、攪拌部１７２として採用してよく、これによっても同様あるいは同一の効果が得られる。
【００２１】
また、図４は図２の容器の上面図である。図２及び図４を参照し、本実施の形態では、複数の攪拌部材１７０は、複数のスペーサ１９０を介して接続され、攪拌部材１７０及びスペーサ１９０は、容器１３０の底部に交互に配置され、攪拌部材１７０及びスペーサ１９０は、全て、駆動部材１８０の移動経路上に配置される。換言すると、本実施の形態の攪拌部材１７０及びスペーサ１９０は、モノリシック構造と考えることができ、特に、波構造と考えることができる。つまり、容器１３０の底部に対する各スペーサ１９０の高さは、容器１３０の底部に対する駆動部材１８０の高さより低く、容器１３０の底部に対する攪拌部材１７０の高さは、容器１３０の底部に対する駆動部材１８０の高さより高い。このように、駆動部材１８０が攪拌部材１７０及びスペーサ１９０を通過した際、駆動部材１８０は、単に、構造的に攪拌部材１７０に対して傾斜し得るが、スペーサ１９０に対して構造的に傾斜しない。そのため、容器１３０の回転プロセス中に、駆動部材１８０は間欠的に攪拌部材１７０に対して傾斜し、容器１３０内の液体形成材料に対する間欠的なフラップ、攪拌あるいは衝撃効果を生成する。
【００２２】
また、図２を参照し、容器１３０の底面は、互いにオーバーラップしない成形エリアＡ１と非成形エリアＡ２とに分割される。成形プラットフォーム１２０は、容器１３０内に移動して成形エリアＡ１に位置し、攪拌部材１７０は、非成形エリアＡ２に位置する。換言すると、駆動部材１８０及び攪拌部材１７０が非成形エリアＡ２に位置するので、駆動部材１８０及び攪拌部材１７０が互いに傾斜するか否かは、成形プラットフォーム１２０が３Ｄプリンティングを実行しているか否かに影響されず、そのようなデザインは、駆動部材１８０、攪拌部材１７０及び成形プラットフォーム１２０の構造的な干渉を回避することができる。
【００２３】
一方、図２及び図４を参照し、容器１３０は、成形エリアＡ１と非成形エリアＡ２との間にセグメント相違（段差）を形成する。つまり 非成形エリアＡ２の底部は、Ｚ軸に沿って成形エリアＡ１の底部より低く、攪拌部１７２と容器１３０の底部との間にスペースＳＰが存在する。駆動部材１８０が攪拌部１７２を押圧しない場合、容器１３０内の液体形成材料の一部はスペースＳＰに流れ込み、駆動部材１８０が攪拌部１７２を押圧する場合、スペースＳＰ内の液体形成材料が、攪拌部１７２が押圧されることで絞り出されて成形エリアＡ１に向かって流れる。このように、攪拌部材の動作モードとともにセグメント相違及びスペースのデザインにより、ポンプが行うような液体形成材料の吸入及び放出効果が得られ、容器１３０内の液体形成材料は特定のフロー状態を有する。
【００２４】
図５は、本開示の別の実施の形態に係る３Ｄプリンタの部分的な概略図である。上記の実施の形態と異なり、本実施の形態の容器２３０は、角形の筒で、角形の筒の少なくとも一の側に攪拌部材２７０が配置され、各攪拌部材２７０は、攪拌部２７２と弾性部２７４とを備え、容器２３０は横方向において前後に移動する。このように、攪拌部材２７０の攪拌部２７２は、駆動部材２８０の移動経路上に位置し、容器２３０内の液体形成材料に対する上記の間欠吸入及び放出効果が得られ、それによってフロー効果が形成される。
【００２５】
要約すると、本開示の実施の形態において、光エネルギー蓄積が容器内の液体形成材料に影響を及ぼす状況を回避するため、少なくとも１つの攪拌部材が容器の非成形エリアで形成され、駆動部材が機械プラットフォーム上に配置されて容器内に延伸し、駆動部材及び攪拌部材は、互いの移動経路上に相互に位置し、駆動部材が、攪拌部材に対して傾斜して攪拌部材の動作、例えば、容器の底部から離間あるいは接近する動作モードをトリガし、それによって容器内の液体形成材料に対する攪拌効果が得られる。
【００２６】
また、複数の攪拌部材が、容器の底部の外縁に配置され、容器の回転プロセス中に、駆動部材は連続して攪拌部材を押圧し、間欠的な攪拌が生じ、これによって液体形成が連続的に攪拌されるだけでなく、容器内の液体形成材料が、攪拌部材と容器の底部との間のスペースが液体形成材料に対する吸入及び放出効果を発揮するので特定のフロー効果を有する。
【００２７】
本開示の技術的範囲から逸脱しない範囲において、本開示の構成に様々な応用及び変更を行うことが可能な点、当業者にとって明らかである。以上より、本開示は、特許請求の範囲及びその均等の範囲内における当該開示の応用及び変更も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の３Ｄプリンタは、３Ｄプリンティング装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１００    ３Ｄプリンタ
１１０    機械プラットフォーム
１２０    成形プラットフォーム
１３０、２３０  容器
１４０    硬化モジュール
１５０    駆動モジュール
１６０    制御モジュール
１７０、２７０  攪拌部材
１７２、２７２  攪拌部材
１７４、２７４  弾性部
１８０、２８０  駆動部材
１９０    スペーサ
Ａ１  成形エリア
Ａ２    非成形エリア
ＳＰ    スペース
Ｃ１    回転軸
ＸＹＺ    直交座標系
【図１】
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【図２】
2019142208.tif 000004
【図３】
2019142208.tif 000005
【図４】
2019142208.tif 000006
【図５】
2019142208.tif 000007
【外国語明細書】
2019142208000001.pdf