(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製作物をプリントするように構築されたプリントヘッド（２００）と、
プリントされる前記製作物を支持および位置決めするように構築された位置決めプラットホーム（３００）と、
前記位置決めプラットホーム（３００）を操作する第１の運動デバイスと、
を備える３Ｄプリントシステムであって、
前記位置決めプラットホーム（３００）は、互いに直交する第１の方向（Ｘ）、第２の方向（Ｙ）、および第３の方向（Ｚ）に前記プリントヘッド（２００）に対して移動し、前記第１の方向（Ｘ）、前記第２の方向（Ｙ）、および前記第３の方向（Ｚ）のうちの少なくとも２つの方向の周りで前記プリントヘッド（２００）に対して回転するように構築され、
前記第１の運動デバイスは、
前記第１の方向（Ｘ）の周りで回転する出力シャフトを有する第１の回転ドライバ（５１０）と、
前記第１の方向（Ｘ）に直交する前記第２の方向（Ｙ）の周りで回転する出力シャフトを有する第２の回転ドライバ（５２０）と、
一方の端部が前記第１の回転ドライバ（５１０）の前記出力シャフトに接続された第１の４半円弧状連結部（５０１）と、
一方の端部が前記位置決めプラットホーム（３００）に旋回式に接続され、他方の端部が前記第１の４半円弧状連結部（５０１）の他方の端部に旋回式に接続された第２の４半円弧状連結部（５０２）と、
一方の端部が前記第２の回転ドライバ（５２０）の前記出力シャフトに接続され、他方の端部が前記位置決めプラットホーム（３００）に旋回式に接続された第３の４半円弧状連結部（５０３）とを備え、
前記第１の４半円弧状連結部および前記第２の４半円弧状連結部の接合部における旋回軸の線、前記第２の４半円弧状連結部および前記位置決めプラットホームの接合部における旋回軸の線、前記第３の４半円弧状連結部および前記位置決めプラットホームの接合部における旋回軸の線、前記第１の回転ドライバの前記出力シャフトの軸の線、ならびに前記第２の回転ドライバの前記出力シャフトの軸の線を延ばすと、同じ点で交差する、
３Ｄプリントシステム。
【請求項２】
前記プリントヘッドは、固定型として構築され、
前記第１の運動デバイスは、前記位置決めプラットホーム（３００）を駆動して、互いに直交する前記第１の方向、前記第２の方向、および前記第３の方向に移動させ、前記第１の方向、前記第２の方向、および前記第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の周りで回転させるように構築される、
請求項１に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項３】
前記第１の運動デバイスは、前記位置決めプラットホームを駆動して、前記第１の方向、前記第２の方向、および前記第３の方向の周りで回転させるように構築される、
請求項２に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項４】
前記プリントヘッド（２００）を操作して、少なくとも１つの方向に移動させ、かつ／または少なくとも１つの方向の周りで回転させるように構築された第２の運動デバイスをさらに備える、
請求項１に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項５】
前記第２の運動デバイスは、少なくとも３自由度を有するロボット（１００）を構成する、
請求項４に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項６】
前記ロボット（１００）は、前記プリントヘッド（２００）を駆動して、互いに直交する前記第１の方向（Ｘ）、前記第２の方向（Ｙ）、および前記第３の方向（Ｚ）に移動させるように構築される、
請求項５に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項７】
前記ロボット（１００）は、平面関節型ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、またはシリアルパラレルロボットを構成する、
請求項５に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項８】
前記第１の運動デバイスは、球状の運動デバイスを構成する、
請求項１に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項９】
前記位置決めプラットホーム（３００）は、前記球状の運動デバイス上に取り付けられ、
前記位置決めプラットホーム（３００）は、前記第１の方向（Ｘ）と前記第１の方向（Ｘ）に直交する前記第２の方向（Ｙ）との周りで回転するように駆動される、
請求項８に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項１０】
前記同じ点は、前記位置決めプラットホーム（３００）の幾何学中心に位置する、
請求項１に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項１１】
前記第１の回転ドライバ（５１０）および前記第２の回転ドライバ（５２０）は、それぞれ第１の垂直取付け板（１１）および第２の垂直取付け板（１２）上に取り付けられ、前記第１の垂直取付け板（１１）および前記第２の垂直取付け板（１２）は、基部（１０）上に提供される、
請求項１０に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項１２】
前記製作物を形成するために前記プリントヘッド（２００）から噴霧される材料（４００）は、前記ロボット（１００）のエンドエフェクタ上に取り付けられた材料供給ユニットによって提供される、
請求項５に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項１３】
前記製作物を形成するために前記プリントヘッド（２００）から噴霧される材料（４００）は、前記ロボット（１００）から離れた遠隔材料供給ユニットによって提供される、
請求項５に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項１４】
前記製作物全体が、前記３Ｄプリントシステムのみによって形成される、
請求項１に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項１５】
ブランクが、３Ｄプリントを用いないで、前記製作物の一部分として事前に形成され、前記製作物の他の部分が、前記３Ｄプリントシステムによって前記ブランク上に形成される、
請求項１に記載の３Ｄプリントシステム。
【請求項１６】
前記第１の運動デバイスおよび前記第２の運動デバイスは、基部（１０）上に取り付けられる、
請求項４に記載の３Ｄプリントシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、開示全体が参照により本明細書に組み込まれている、中国国家知識産権局に２０１４年８月２６日に出願された中国特許出願第２０１４１０４２４２４０．４号の利益を主張するものである。
【０００２】
本開示の実施形態は、３Ｄプリントシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術では、３Ｄ（３次元）プリントシステムは概して、ロボットと、ロボットのエンドエフェクタ上に取り付けられたプリントヘッドとを含む。手順によって所定の経路に基づいてロボットがプリントヘッドを移動させるにつれて、プリントヘッドから位置決めプラットホーム上へ材料を噴霧し、所望の形状を有する製作物を位置決めプラットホーム上に形成する。
【０００４】
３Ｄプリント方法は、従来の機械加工方法とは異なる。機械加工方法で材料を除去するのとは異なり、３Ｄプリント方法では、材料を追加することによって、所望の形状を有する製作物が実現される。
【０００５】
従来技術では、プリントヘッドを操作するロボットは、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のみに移動することができ、材料から作られた製作物を支持する位置決めプラットホームは静止している。加えて、プリントされる製作物は、Ｚ方向に複数の２次元の水平層に分割され、次いでロボットは、プリントヘッドを操作して、Ｘ、Ｙによって画定される水平面内で移動させ、上述の複数の２次元の水平層を連続してプリントし、したがって複数の２次元の水平層をＺ方向に連続して重ねることによって、製作物全体を実現することができる。
【０００６】
そのような既存の３Ｄプリントシステムは、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のみに移動するため、位置決めプラットホームに対してプリントヘッドの空間位置しか調整することができず、位置決めプラットホームに対するプリントヘッドの角度を調整することはできない。したがって、そのような既存の３Ｄプリントシステムでは、プリントヘッドは、３次元の湾曲表面または３次元の曲線ではなく、２次元の平面または２次元の曲線上しか移動することができず、したがってその用途が制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示の目的は、従来技術における上記の問題および障害の少なくとも１つの態様を解決することである。
【０００８】
本開示の１つの目的は、３次元の湾曲表面または３次元の曲線上でプリントヘッドを移動させることができる３Ｄプリントシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様によれば、製作物をプリントするように構築されたプリントヘッドと、プリントされる製作物を支持および位置決めするように構築された位置決めプラットホームとを備える３Ｄプリントシステムが提供される。３Ｄプリントシステムは、位置決めプラットホームが、互いに直交する第１の方向、第２の方向、および第３の方向にプリントヘッドに対して移動し、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の周りでプリントヘッドに対して回転するように構築される。
【００１０】
本発明の例示的な実施形態によれば、３Ｄプリントシステムは、位置決めプラットホームを操作して、少なくとも１つの方向の周りで回転させるように構築された第１の運動デバイスを備える。
【００１１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、プリントヘッドは、固定型であり、第１の運動デバイスは、位置決めプラットホームを駆動して、互いに直交する第１の方向、第２の方向、および第３の方向に移動させ、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の周りで回転させるように構築される。
【００１２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の運動デバイスは、少なくとも５自由度を有する第１のロボットを構成する。
【００１３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の運動デバイスは、位置決めプラットホームを駆動して、第１の方向、第２の方向、および第３の方向の周りで回転させるように構築される。
【００１４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１のロボットは、平面関節型ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、またはシリアルパラレルロボットを構成する。
【００１５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、３Ｄプリントシステムは、プリントヘッドを操作して、少なくとも１つの方向に移動させ、かつ／または少なくとも１つの方向の周りで回転させるように構築された第２の運動デバイスをさらに備える。
【００１６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第２の運動デバイスは、少なくとも３自由度を有する第２のロボットを構成する。
【００１７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第２のロボットは、プリントヘッドを駆動して、互いに直交する第１の方向、第２の方向、および第３の方向に移動させるように構築される。
【００１８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第２のロボットは、平面関節型ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、またはシリアルパラレルロボットを構成する。
【００１９】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の運動デバイスは、球状の運動デバイスを構成する。
【００２０】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、位置決めプラットホームは、球状の運動デバイス上に取り付けられ、位置決めプラットホームは、第１の方向と第１の方向に直交する第２の方向との周りで回転するように駆動される。
【００２１】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、球状の運動デバイスは、第１の方向の周りで回転する出力シャフトを有する第１の回転ドライバと、第１の方向に直交する第２の方向の周りで回転する出力シャフトを有する第２の回転ドライバと、一方の端部が第１の回転ドライバの出力シャフトに接続された第１の４半円弧状連結部と、一方の端部が位置決めプラットホームに旋回式に接続され、他方の端部が第１の４半円弧状連結部の他方の端部に旋回式に接続された第２の４半円弧状連結部と、一方の端部が第２の回転ドライバの出力シャフトに接続され、他方の端部が位置決めプラットホームに旋回式に接続された第３の４半円弧状連結部とを備える。第１の４半円弧状連結部および第２の４半円弧状連結部の接合部における旋回軸の線、第２の４半円弧状連結部および位置決めプラットホームの接合部における旋回軸の線、第３の４半円弧状連結部および位置決めプラットホームの接合部における旋回軸の線、第１の回転ドライバの出力シャフトの軸の線、ならびに第２の回転ドライバの出力シャフトの軸の線を延ばすと、同じ点で交差する。
【００２２】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、この同じ点は、位置決めプラットホームの幾何学中心に位置する。
【００２３】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の回転ドライバおよび第２の回転ドライバは、それぞれ第１の垂直取付け板および第２の垂直取付け板上に取り付けられ、第１の垂直取付け板および第２の垂直取付け板は、基部上に取り付けられる。
【００２４】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の運動デバイスは、少なくとも２自由度を有する第１のロボットである。
【００２５】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、製作物を形成するためにプリントヘッドから噴霧される材料は、第２のロボットのエンドエフェクタ上に取り付けられた材料供給ユニットによって提供される。
【００２６】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、製作物を形成するためにプリントヘッドから噴霧される材料は、第２のロボットから離れた遠隔材料供給ユニットによって提供される。
【００２７】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、製作物全体が、３Ｄプリントシステムのみによって形成される。
【００２８】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、ブランクが、３Ｄプリントを用いないで、製作物の一部分として事前に形成され、製作物の他の部分が、３Ｄプリントシステムによってブランク上に形成される。
【００２９】
本発明の別の例示的な実施形態によれば、第１の運動デバイスおよび第２の運動デバイスは、基部上に取り付けられる。
【００３０】
本発明の様々な実施形態による３Ｄプリントシステムでは、位置決めプラットホームは、互いに直交する第１の方向、第２の方向、および第３の方向にプリントヘッドに対して移動し、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の周りでプリントヘッドに対して回転するように駆動される。したがって、プリントヘッドは、複雑な３次元の湾曲表面または３次元の曲線をプリントするために、位置決めプラットホームに対して３次元の湾曲表面または３次元の曲線上を移動するように駆動される。
【００３１】
本開示の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明によって明らかになり、添付の図面を参照することによって、その理解が容易になるであろう。
【００３２】
本発明について、添付の図面を参照して詳細にさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の例示的な実施形態による３Ｄプリントシステムを示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本開示の例示的な実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。同じ参照番号は同様の要素を指す。しかし、本開示は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全になるように提供され、本開示の概念を当業者に完全に伝える。
【００３５】
以下の詳細な説明では、説明の目的で、開示する実施形態の徹底的な理解を提供するために、多数の特有の詳細について述べる。しかし、これらの特有の詳細がなくても１つまたは複数の実施形態を実行することができることが明らかであろう。他の例では、図面を簡略化するために、よく知られている構造およびデバイスを概略的に示す。
【００３６】
本開示の一般概念によれば、製作物をプリントするように構築されたプリントヘッドと、プリントされる製作物を支持および位置決めするように構築された位置決めプラットホームとを備える３Ｄプリントシステムが提供される。３Ｄプリントシステムは、位置決めプラットホームが、互いに直交する第１の方向、第２の方向、および第３の方向にプリントヘッドに対して移動し、第１の方向、第２の方向、および第３の方向のうちの少なくとも２つの方向の周りでプリントヘッドに対して回転するように構築される。
【００３７】
第１の実施形態
図１は、本発明の例示的な実施形態による３Ｄプリントシステムを示す概略斜視図である。
【００３８】
図１に示すように、本発明の例示的な実施形態では、３Ｄプリントシステムは主に、ロボット１００、プリントヘッド２００、位置決めプラットホーム３００、および第１の運動デバイスを備える。
【００３９】
図１に示すように、図示の実施形態では、ロボット（第２の運動デバイスまたは第２のロボットとも呼ぶ）１００および第１の運動デバイス（以下に詳細に説明するように、第１のロボットとも呼ぶ）は、基部１０上に取り付けられる。プリントヘッド２００は、ロボット１００のエンドエフェクタ上に取り付けられる。位置決めプラットホーム３００は、第１の運動デバイス上に取り付けられる。
【００４０】
本発明の例示的な実施形態では、ロボット１００は、少なくとも３自由度を有し、プリントヘッド２００によって位置決めプラットホーム３００上に所望の製作物をプリントするために、互いに直交する第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚにプリントヘッド２００を移動させるように構築される。
【００４１】
図１に示すように、図示の実施形態では、第１の方向Ｘおよび第２の方向Ｙは、水平面を画定し、第３の方向Ｚは、水平面に直交する垂直方向を指す。
【００４２】
本発明の例示的な実施形態では、第１の運動デバイスは、少なくとも１自由度を有することができ、位置決めプラットホーム３００を駆動して、少なくとも１つの方向の周りで回転させるように構築することができ、したがって位置決めプラットホーム３００に対するプリントヘッド２００の角度を調整することができる。したがって、第１の運動デバイスおよびロボット１００の協働に支援されて、プリントヘッド２００は、位置決めプラットホーム３００および／または位置決めプラットホーム上に提供された材料に対して、３Ｄ湾曲表面または３Ｄ曲線上を移動することができる。
【００４３】
本発明の例示的な実施形態では、ロボット１００は、少なくとも３自由度のロボットなど、多自由度のロボットとすることができる。ロボット１００は、たとえば、平面関節型ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、またはシリアルパラレルロボットとすることができる。
【００４４】
図１に示すように、本発明の例示的な実施形態では、第１の運動デバイスは、球状の運動デバイスであり、位置決めプラットホーム３００は、球状の運動デバイス上に取り付けられる。
【００４５】
図１に示すように、図示の実施形態では、位置決めプラットホーム３００は、第１の方向Ｘと第１の方向Ｘに直交する第２の方向Ｙとの周りで回転するように構築される。
【００４６】
図１をさらに参照すると、本発明の例示的な実施形態では、球状の運動デバイスは主に、第１の方向Ｘの周りで回転する出力シャフトを有する第１の回転ドライバ５１０と、第１の方向Ｘに直交する第２の方向Ｙの周りで回転する出力シャフトを有する第２の回転ドライバ５２０と、一方の端部が第１の回転ドライバ５１０の出力シャフトに接続された第１の４半円弧状連結部５０１と、一方の端部が位置決めプラットホーム３００に旋回式に接続され、他方の端部が第１の４半円弧状連結部５０１の他方の端部に旋回式に接続された第２の４半円弧状連結部５０２と、一方の端部が第２の回転ドライバ５２０の出力シャフトに接続され、他方の端部が位置決めプラットホーム３００に旋回式に接続された第３の４半円弧状連結部５０３とを備える。
【００４７】
図１に示すように、本発明の例示的な実施形態では、第１の４半円弧状連結部５０１および第２の４半円弧状連結部５０２の接合部における旋回軸の線、第２の４半円弧状連結部５０２および位置決めプラットホーム３００の接合部における旋回軸の線、第３の４半円弧状連結部５０３および位置決めプラットホーム３００の接合部における旋回軸の線、第１の回転ドライバ５１０の出力シャフトの軸の線、ならびに第２の回転ドライバ５２０の出力シャフトの軸の線を延ばすと、同じ点で交差する。さらに、この同じ点は、位置決めプラットホーム３００の幾何学中心に位置する。
【００４８】
図１に示すように、図示の実施形態では、第１の回転ドライバ５１０および第２の回転ドライバ５２０は、それぞれ第１の垂直取付け板１１および第２の垂直取付け板１２上に取り付けられ、第１の垂直取付け板１１および第２の垂直取付け板１２は、基部１０上に取り付けられる。
【００４９】
図１に示すように、本発明の例示的な実施形態では、第１の回転ドライバ５１０および第２の回転ドライバ５２０は、それぞれモータを備えることができる。
【００５０】
本明細書に記載する第１の運動デバイスは、図示の球状の運動デバイスに限定されるものではなく、少なくとも２自由度を有する多自由度のロボットを備えることができることが理解されよう。
【００５１】
本発明の例示的な実施形態では、製作物を形成するためにプリントヘッド２００から噴霧される材料４００は、ロボット１００のエンドエフェクタが、材料供給ユニットおよびその中に収容された材料を運ぶことができる限り、ロボット１００のエンドエフェクタ上に取り付けられた材料供給ユニットによって提供することができる。
【００５２】
本発明の別の例示的な実施形態では、製作物を形成するためにプリントヘッド２００から噴霧される材料４００は、ロボット１００から離れた遠隔材料供給ユニットによって提供することができる。
【００５３】
本発明の例示的な実施形態では、上記の３Ｄプリントシステムによってプリントのみを用いて、製作物全体を形成することができる。
【００５４】
本発明の別の例示的な実施形態では、３Ｄプリントを用いないで、たとえば鋳造を用いて、ブランクを製作物の一部分として事前に形成することができ、次いで製作物の他の部分が、３Ｄプリントシステムによってブランク上に形成される。
【００５５】
図１に示す実施形態では、プリントヘッド２００および位置決めプラットホーム３００は可動であり、ロボット１００および球状の運動デバイスによって駆動される。したがって、ロボット１００および球状の運動デバイスの協働に支援されて、プリントヘッドは、位置決めプラットホームの表面に対して３Ｄ湾曲表面または３Ｄ曲線上を移動することができる。
【００５６】
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態では、図示しないが、プリントヘッドは固定型である。位置決めプラットホームを操作する第１の運動デバイスは、位置決めプラットホームを駆動して、互いに直交する第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚに移動させ、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚのうちの少なくとも２つの方向の周りで回転させるように構築される。すなわち、第２の実施形態では、第１の運動デバイスは、少なくとも５自由度を有するロボットを構成することができる。
【００５７】
本発明の例示的な実施形態では、プリントヘッドは固定型であり、位置決めプラットホームを操作する第１の運動デバイスは、位置決めプラットホームを駆動して、互いに直交する第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚに移動させ、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、および第３の方向Ｚの周りで回転させるように構築される。すなわち、第１の運動デバイスは、６自由度を有するロボットを構成することができる。
【００５８】
本発明の例示的な実施形態では、第１の運動デバイスは、たとえば、平面関節型ロボット、６軸ロボット、直角座標ロボット、シリアルロボット、パラレルロボット、またはシリアルパラレルロボットを構成することができる。
【００５９】
上記の実施形態は、限定ではなく例示を目的とすることを、当業者には理解されたい。たとえば、当業者であれば、上記の実施形態に多くの修正を加えることができ、異なる実施形態に記載する様々な特徴を、構成または原理に関して矛盾することなく互いに自由に組み合わせることができる。
【００６０】
いくつかの例示的な実施形態について図示および説明したが、本開示の原理および精神から逸脱することなく、これらの実施形態に様々な変更または修正を加えることができ、本開示の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物に定義されることが、当業者には理解されよう。
【００６１】
本明細書では、「ａ」または「ａｎ」という単語に続く単数形で示した要素は、その除外が明示されない限り、前記要素またはステップの複数形を除外しないと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する言及は、同じく記載の特徴を組み込む追加の実施形態の存在を除外すると解釈されることを意図するものではない。さらに、逆の内容が明示されない限り、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有していない追加のそのような要素を含むこともできる。
【図１】
0006379285.tif 000002