(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状成形材料で満たされ、階段状の少なくとも２つの成形エリアを有するタンクと、
前記タンク内に配設され、前記液状成形材料に浸漬されたプラットホームであって、前記タンクおよびプラットホームが比較的平面的な運動を発生するように構成されることにより、高い方の段にある成形エリアから低い方の段にある別の成形エリアに向かって移動するプラットホームと、
前記タンクに隣接して配設された硬化ツールであって、前記プラットホームが前記成形エリアそれぞれへと移動すると、硬化ツールが前記プラットホームと対応する前記成形エリアとの間の前記液状成形材料を硬化して、凝固層を前記プラットホーム上に形成し、また前記プラットホームが少なくとも２つの成形エリアを移動すると少なくとも２つの凝固層を形成し、前記凝固層が三次元オブジェクトを形成するように積み重ねられる、硬化ツールとを備える、三次元印刷装置。
【請求項２】
前記少なくとも２つの成形エリアが、グループＡ＝｛Ａ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１｝を形成する複数の成形エリアを備え、ｎが正の整数であり、前記プラットホームが前記成形エリアＡｎを移動すると、前記硬化ツールが前記プラットホームと前記成形エリアＡｎとの間の前記液状成形材料を硬化して、凝固層Ｌｎを形成する、請求項１に記載の三次元印刷装置。
【請求項３】
前記プラットホームが、前記グループＡ＝｛Ａ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１｝の少なくとも２つの成形エリアを連続して移動することにより、少なくとも２つの凝固層が積み重ねられて前記三次元オブジェクトを形成する、請求項２に記載の三次元印刷装置。
【請求項４】
距離Ｄ（Ａｎ）が前記プラットホームと前記成形エリアそれぞれとの間であり、Ｄ（Ａｎ）＜Ｄ（Ａｎ＋１）である、請求項２に記載の三次元印刷装置。
【請求項５】
前記Ｄ（Ａｎ＋１）と前記Ｄ（Ａｎ）との間の差が前記凝固層の厚さ以上である、請求項４に記載の三次元印刷装置。
【請求項６】
前記成形エリアが縦横の２次元的な配列に配列される、請求項２に記載の三次元印刷装置。
【請求項７】
前記プラットホームおよび前記タンクの少なくとも一方に電気的に接続されて、前記プラットホームおよび前記タンクを駆動して前記比較的平面的な運動を発生させる制御モジュールであって、前記硬化ツールに電気的に接続される、制御モジュールをさらに備える、請求項１に記載の三次元印刷装置。
【請求項８】
前記プラットホームが成形面を備え、前記三次元オブジェクトが前記成形面上に形成され、前記プラットホームと前記タンクとの間で発生する前記比較的平面的な運動が前記成形面に平行である、請求項１に記載の三次元印刷装置。
【請求項９】
前記三次元印刷装置が光造形またはデジタル光処理装置である、請求項１に記載の三次元印刷装置。
【請求項１０】
前記タンクが、前記少なくとも２つの成形エリアにそれぞれ配設される、複数のコーティング層をさらに備える、請求項１に記載の三次元印刷装置。
【請求項１１】
前記コーティング層がポリテトラフルオロエチレンまたはポリジメチルシロキサンである、請求項１０に記載の三次元印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
技術の発展に伴い、積層造形技術によって三次元（３−Ｄ）モデルを形成する様々な方法が提案されてきた。一般に、積層造形技術は、連続的に積み重ねられた複数の薄い断面（疑似二次元）に変換される、計算機支援設計（ＣＡＤ）などのソフトウェアからの３−Ｄモデルの設計情報を使用する。
【０００３】
現在、複数の薄い断面を形成する複数の技術が既に開発されている。例えば、移動プラットホームは液状成形材料中に配設されてもよく、光源は３−Ｄモデルの設計情報のｘ−ｙ−ｚ座標に従って駆動されてもよい。光源は、ｘ−ｙ座標に沿って駆動されて液状成形材料を照射する。次に、液状成形材料は硬化して、正確な断面形状になる。次に、移動プラットホームがｚ軸に沿って移動するにつれて、層毎に硬化される硬化材料が三次元オブジェクトを形成してもよい。
【０００４】
しかしながら、上述したように、移動プラットホームは、すべての層が硬化した後にｚ軸に沿って一度移動する必要がある。これは、移動プラットホームをｚ軸に沿って移動させるのに費やされる時間が長すぎることを意味する。したがって、製造時間が長すぎ、非能率的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、より優れた型形成効率を有する三次元印刷装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、タンク、プラットホーム、および硬化ツールを含む、三次元印刷装置を提供する。タンクは液状成形材料で満たされる。タンクは、階段状の少なくとも２つの成形エリアを有する。プラットホームはタンク内に配設され、液状成形材料に浸漬される。タンクおよびプラットホームは、高い方の段にある成形エリアから低い方の段にある別の成形エリアに向かってプラットホームが移動できるように、比較的平面的な運動を発生するように構成される。硬化ツールはタンクの隣に配設される。プラットホームが成形エリアの１つへと移動すると、硬化ツールは、液状成形材料をプラットホームと成形エリアとの間で硬化して、凝固層をプラットホーム上に形成する。プラットホームが少なくとも２つの成形エリアを移動して、少なくとも２つの凝固層を形成するのに従って、凝固層が積み重ねられて三次元オブジェクトを形成する。
【発明の効果】
【０００７】
上記に基づいて、液状成形材料で満たされたタンクは、階段状の少なくとも２つの成形エリアを有する。タンクおよびプラットホームは、高い方の段にある成形エリアから低い方の段にある別の成形エリアに向かってプラットホームが移動できるように、比較的平面的な運動を発生するように構成される。プラットホームが成形エリアを通過するとき、硬化ツールはプラットホームとそれに対応する成形エリアとの間の液状成形材料を硬化させて、プラットホーム上に凝固層を形成する。したがって、プラットホームが次の成形エリアに移動すると、硬化した凝固層上で硬化および積み重ねを直接行うことができる。このように、プラットホームが成形エリアを移動するのに従って、複数の凝固層が積み重ねられて、三次元オブジェクトを形成してもよい。タンクおよびプラットホームは比較的平面的な運動を発生するように構成されるので、高さ方向での移動が回避されて、形成時間が有効に低減される。同時に、プラットホームが比較的平面的な運動をするため、剪断力によって凝固層をタンクの成形エリアから分離することができる。これにより、装置に必要な駆動力が低減される。したがって、三次元印刷装置の効率が改善される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態による三次元印刷装置を示す側面図である。
【図２】図１の三次元印刷装置を示す部分概略図である。
【図３】図２のタンクを示す概略伸展図である。
【図４】本開示の別の実施形態による三次元印刷装置のプラットホームおよびタンクを示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面にその例を示し、本開示の現在の好ましい実施形態について詳細に説明する。図面および説明において、同一または類似する部分を参照する際、可能な限り同一の参照番号を用いる。
【００１０】
図１は、本開示の一実施形態による三次元印刷装置の側面図である。図２は、図１の三次元印刷装置の部分概略図である。ここでは、より良く識別されるように、一部の構造が点線で示されている。図１および図２を参照すると、本実施形態では、三次元印刷装置１００は、タンク１１０、プラットホーム１２０、硬化ツール１３０、および制御モジュール１４０を含む。タンク１１０は、液状成形材料２００で満たされるように構成される。プラットホーム１２０は、タンク１１０内に配設され、液状成形材料２００に浸漬される。制御モジュール１４０は、プラットホーム１２０およびタンク１１０の少なくとも一方に電気的に接続される。制御モジュール１４０は、硬化ツール１３０に電気的に接続される。
【００１１】
ここでは、三次元印刷装置１００は、例えば、光造形（ＳＬ）またはデジタル光処理（ＤＬＰ）装置である。液状成形材料２００は、例えば感光性樹脂である。制御モジュール１４０は、硬化光源などの硬化ツール１３０を駆動することにより、液状成形材料２００を硬化し、プラットホーム１２０上に形成してもよい。しかしながら、本開示はそれに限定されない。他の適切な方法および材料もさらに、上述したような三次元オブジェクトを形成するのに採用されてもよい。上記に基づいて、本実施形態は、液状成形材料２００を層毎に硬化して、プラットホーム１２０の成形面Ｐ１上に積み重ねることにより、三次元オブジェクト３００を形成する、硬化ツール１３０を有する。
【００１２】
加えて、本開示は、硬化ツール１３０の量、またはタンク１１０に対する硬化ツール１３０の位置を限定しない。実施形態ではタンク１１０の下方にある硬化ツール１３０を示しているが、形成要件に従って位置が構成されてもよい。即ち、硬化ツール１３０が液状成形材料を有効に硬化し形成することができるという前提の下で、硬化ツール１３０は、タンク１１０付近の任意の場所に配置されてもよい。
【００１３】
本実施形態では、タンク１１０は、図２に示されるように、複数の成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１（ここで、ｎは正の整数）を有することにより、成形エリアグループＡ＝｛Ａ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１｝を形成する。成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１は同一平面上にないことに留意すべきである。即ち、成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１は、実質的に階段状に配置され、ｚ軸に対して異なる高さを有する。
【００１４】
具体的には、プラットホーム１２０の成形面Ｐ１を参照として使用すると、成形面Ｐ１は、個々の対応する成形エリアとの間に距離Ｄ（Ａｎ）を有する。本実施形態では、階段状の構造を明確に示すため、Ｄ（Ａｎ）＜Ｄ（Ａｎ＋１）である。換言すれば、成形エリアＡ１が開始点である場合、Ａ１からＡｎ＋１に向かって移動するなど、成形エリアの位置が変化するにつれて、プラットホーム１２０の成形面Ｐ１に相当する距離Ｄ（Ａｎ）は徐々に増加する。対照的に、タンク１１０の底面Ｐ２が参照として使用される場合、位置が成形エリアＡ１から成形エリアＡｎ＋１に向かって変化するにつれて、タンク１１０の底面Ｐ２に対する成形エリアの高さが徐々に減少する。
【００１５】
加えて、本実施形態によれば、成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１は軸Ｃ１を取り囲む、閉じたプロファイル状に配置される。したがって、プラットホーム１２０またはタンク１１０の少なくとも一方は、軸Ｃ１を回転軸として互いに対して平面的な運動で回転するように、制御モジュール１４０によって制御されてもよい（プラットホーム１２０およびタンク１１０は相対的に平面的な回転を発生させる。図２に見られるように、プラットホーム１２０が時計方向で回転しタンク１１０は移動しないか、またはプラットホーム１２０が移動せずタンク１１０が反時計方向で回転するか、またはプラットホーム１２０が時計方向で回転し同時にタンク１１０が反時計方向で回転する）。換言すれば、制御モジュール１４０は、模擬面上で互いに対して相対運動を発生させるように、プラットホーム１２０およびタンク１１０をそれぞれ駆動してもよい。模擬面は、プラットホーム１２０の成形面Ｐ１に対して平行（かつタンク１１０の底面Ｐ２に対して平行）である。ここで、ｚ軸は、模擬面、成形面Ｐ１、および底面Ｐ２の法線と見なしてもよい。
【００１６】
例えば、図３は図２のタンクの概略伸展図である。ここでは、図２の成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１の閉じたアウトラインが引き延ばされ、真っ直ぐにされて、図３に示されるような直線配置で階段状の構造を形成している。プラットホーム１２０の移動をより単純かつ明瞭に説明するため、タンク１１０の底面Ｐ２に対応する成形エリアＡ１は最大高さを有する。図３を参照すると、プラットホーム１２０が成形エリアＡ１へと移動すると、制御モジュール１４０は硬化ツール１３０を駆動して、求められる形状情報に従ってプラットホーム１２０と成形エリアＡ１との間の液状成形材料２００を硬化する。このようにして、凝固層Ｌ１が成形面Ｐ１上に形成される。次に、プラットホーム１２０が成形エリアＡ１から成形エリアＡ２へと回転すると、凝固層Ｌ１は、成形エリアＡ１からの剪断力によって成功裏に移動され分離される。成形エリアＡ２において、硬化ツール１３０は、求められる形状情報に従って凝固層Ｌ１と成形エリアＡ２との間の液状成形材料２００をさらに硬化する。このようにして、凝固層Ｌ２が凝固層Ｌ１上に形成される。したがって、プラットホーム１２０が成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１の分回転するにつれて、凝固層Ｌｎが層毎に積み重ねられて、三次元オブジェクト３００を形成する。さらに、本実施形態では、隣接する成形エリア（例えば、成形エリアＡ１と成形エリアＡ２との間）の高さの差は、実質的に凝固層Ｌｎの厚さである。即ち、Ｄ（Ａｎ＋１）とＤ（Ａｎ）との間の距離は凝固層Ｌｎの厚さである。よって、本実施形態の比較的平面的な運動は、ｚ軸に沿った移動の従来方法と同じ効果を達成することができる。したがって、作製時間を無駄にしないように、ｚ軸に沿ったプラットホーム１２０またはタンク１１０の移動が回避されてもよい。図示されない一実施形態では、液状成形材料２００に対応する硬化ツール１３０の硬化効果において、Ｄ（Ａｎ＋１）とＤ（Ａｎ）との間の差は凝固層Ｌｎの厚さよりも長い。
【００１７】
例えば、プラットホーム１２０は、成形エリアＡ２およびＡ４を通過することによって、成形エリアＡ１からＡ３へ、またＡ５へと回転して、凝固層Ｌ２およびＬ３を一回の硬化で硬化させることができる。他方で、図２を参照すると、タンク１１０は、成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１上にそれぞれ配設される、複数のコーティング層１５０（ドットパターンで示される）をさらに含む。コーティング層１５０は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。コーティング層１５０は、液状成形材料２００とタンク１１０との間の粘性を低減するためのものである。このようにして、成形された凝固層Ｌｎは、成形層Ａ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１から成功裏に分離されてもよい。
【００１８】
上記に基づいて、プラットホームまたはタンクのｚ軸に沿った移動と比べて、本実施形態は、作製時間の低減という効果を奏するだけではない。本実施形態はまた、ｚ軸に沿って加えられる正の力を要する従来技術に置き換わって、より有効な方法を用いて凝固層をタンクから分離することができる。即ち、プラットホーム１２０とタンク１１０との間の比較的平面的な運動を通して、剪断力（加えられる力はｚ軸に垂直である）によって、凝固層Ｌｎそれぞれをタンク１１０の成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１から分離してもよく、その際、剪断力は、ｚ軸に沿って加えられる必要な法線力よりも小さい。その結果、凝固層Ｌｎを、タンク１１０の成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１からより有効に分離することができる。
【００１９】
本実施形態は成形エリアグループＡ＝｛Ａ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１｝を有するが、成形プロセスの間、本実施形態は、すべての成形エリアを１つずつ通過しなければならないようにプラットホーム１２０を制限しないことに留意すべきである。即ち、図示されない一実施形態では、ユーザは単に、成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１のうち少なくとも２つを選択すればよい。しかしながら、高い方の段にある成形エリア（成形エリアＡ１など）から低い方の段にある成形エリア（成形エリアＡｎ＋１など）に向かって回転するという、プラットホーム１２０の移動方向および条件は変化しない。
【００２０】
加えて、本開示は、タンク内における成形エリアの形状、プラットホームの形状、およびプラットホームとタンクとの間の相対運動のモードを限定しない。図４は、本開示の他の実施形態による三次元印刷装置のプラットホームおよびタンクの概略平面図である。図４の実施形態と上述の実施形態との間の違いは、成形エリア（例えば、成形エリアＡ１からＡ９であるが、それに限定されない）の構成がアレイ状に配置されていることである。図４の実施形態と上述の実施形態との間の類似点は、タンク４１０の底部に対する成形エリアの高さが、成形エリアＡ１から成形エリアＡ９までで徐々に減少することである。したがって、プラットホーム４２０は経路Ｈ１から、成形エリアＡ１から成形エリアＡ９まで移動してもよい。
【００２１】
さらに、本実施形態のプラットホーム４２０は、成形エリアＡ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１と同じ面積を有する上述の実施形態のプラットホーム１２０とは異なり、成形エリアＡ１〜Ａ９の面積の一部分しか占有しない。しかしながら、これはプラットホーム４２０上における凝固層の形成に影響しない。加えて、上述の実施形態と同様に、本実施形態は、プラットホーム４２０およびタンク４１０の相対運動と経路を限定しない。即ち、プラットホーム４２０が高い方の段にある成形エリアから低い方の段にある別の成形エリアへと移動する限り、プラットホーム４２０はまた、経路Ｈ２に沿って移動してもよい。
【００２２】
要約すると、本実施形態では、タンクの底部は階段状の少なくとも２つの成形エリアを有する。タンクおよびプラットホームは、高い方の段にある成形エリアから低い方の段にある別の成形エリアに向かってプラットホームが移動できるように、比較的平面的な運動を発生するように構成される。プラットホームが成形エリアを通過するとき、硬化ツールは液状成形材料を硬化して、凝固層をプラットホーム上に生成する。したがって、プラットホームが少なくとも２つの成形エリアを移動すると、凝固層が硬化され積み重ねられて、三次元オブジェクトを形成することができる。タンクを階段状にすることによって、高さ方向でのプラットホームまたはタンクの移動が回避され、それによって成形時間が有効に低減される。同時に、凝固層が成形エリアで形成された後、プラットホームとタンクとの間の比較的平面的な運動により、凝固層はプラットホームとタンクとの間の剪断力によって分離されてもよい。分離のために高さ方向で加えられる法線力を要する従来の技術と比べて、本開示は、エネルギーおよび労力を節約する。したがって、上述の構成によって、三次元印刷装置は成形効率を改善している。
【００２３】
本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、本開示の構造に対して様々な変更および変形を行い得ることが、当業者には明白となるであろう。上述のことを考慮して、本開示は、以下の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にあるものとして、本開示の変更および変形を包含するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本開示は、タンク、プラットホーム、および硬化ツールを含み、タンクが階段状の少なくとも２つの成形エリアを有し、タンクおよびプラットホームの少なくとも一方が相対的に回転し、それによって高い方の段にある成形エリアから低い方の段にある別の成形エリアに向かってプラットホームが移動する、三次元印刷装置を対象とする。上述の平面的運動によって生成された少なくとも２つの凝固層が積み重ねられて、三次元オブジェクトを形成する。
【符号の説明】
【００２５】
１００  三次元印刷装置
１１０  タンク
１２０  プラットホーム
１３０  硬化ツール
１４０  制御モジュール
１５０  コーティング層
２００  液状成形材料
３００  三次元オブジェクト
Ａ１、…Ａｎ、Ａｎ＋１  成形エリア
Ｈ１、Ｈ２  経路
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  凝固層
Ｐ１  成形面
Ｐ２  底面
Ｚ、Ｃ１  軸
【図１】
0006491131.tif 000002
【図２】
0006491131.tif 000003
【図３】
0006491131.tif 000004
【図４】
0006491131.tif 000005