特開 2023-176936 立体造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176936

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】立体造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/106 20170101AFI20231206BHJP

   B29C 64/135 20170101ALI20231206BHJP

   B29C 64/236 20170101ALI20231206BHJP

   B29C 64/232 20170101ALI20231206BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

B29C64/106

B29C64/135

B29C64/236

B29C64/232

B33Y30/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089531

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】津田 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】酒井 博史

(72)【発明者】

【氏名】江川 航平

【テーマコード（参考）】

4F213

【Ｆターム（参考）】

4F213AG03

4F213AR07

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL02

4F213WL12

4F213WL24

4F213WL32

4F213WL74

4F213WL87

4F213WL96

(57)【要約】

【課題】シェルの造形機構に対してその周囲においてコア材充填部の駆動機構が設けられる箇所が占める面積を比較的小さくすることができる立体造形装置を提供する。
【解決手段】コア材１１６を吐出するノズル１２０を有し、所定の支持台１２８上に支持されたシェル１２５におけるコア部１２６内にノズル１２０を挿入し、コア部１２６内にコア材１１６を充填するコア材充填部１０２を備え、コア材充填部１０２は、ノズル１２０を水平方向に移動させる水平方向駆動部１５０と、ノズル１２０を重力方向に移動させる重力方向駆動部１６１と、を有し、ノズル１２０を水平方向および重力方向に移動させ、水平方向駆動部１５０は、本体部１５３と、重力方向に延在する第１の回転軸１５１ａを中心に本体部１５３に対して回動する第１アーム１５１と、重力方向に延在する第２の回転軸１５２ａを中心に第１アーム１５１に対して回動する第２アーム１５２とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体造形物の外殻層であるシェルを、シェル材を用いて先に造形し、次に造形済の前記シェルに囲われた部分であるコア部に液相材料であるコア材を充填することによって前記コア材を含む立体造形物を形成させる立体造形装置であって、
前記コア材を吐出するノズルを有し、所定の支持台上に支持された前記シェルにおける前記コア部内に前記ノズルを挿入し、前記コア部内に前記コア材を充填するコア材充填部を備え、
前記コア材充填部は、前記ノズルを水平方向に移動させる水平方向駆動部と、前記ノズルを重力方向に移動させる重力方向駆動部と、を有し、前記ノズルを水平方向および重力方向に移動させ、
前記水平方向駆動部は、本体部と、重力方向に延在する第１の回転軸を中心に当該本体部に対して回動する第１アームと、重力方向に延在する第２の回転軸を中心に当該第１アームに対して回動する第２アームとを有することを特徴とする、立体造形装置。

【請求項2】

前記支持台は、前記シェルを造形する装置であるシェル形成部が有し、
前記シェル形成部は、液相材料である前記シェル材を貯留する造形槽と、当該造形槽内に設けられた前記支持台と、前記シェル材を硬化させる光線を前記造形槽内の前記シェル材に照射する光学系と、を有し、
前記第１アームおよび前記第２アームは、前記シェルの造形にかかる前記光学系からの光線の照射範囲から退避可能であることを特徴とする、請求項１に記載の立体造形装置。

【請求項3】

前記重力方向駆動部が前記ノズルを保持し、前記水平方向駆動部が前記重力方向駆動部を保持しており、前記水平方向駆動部の略先端部において前記ノズルが重力方向に移動し、
前記水平方向駆動部の前記本体部は所定位置に固定され、前記第１アームおよび前記第２アームの高さは一定であることを特徴とする、請求項１に記載の立体造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄプリンティングなどの付加製造技術を用いて立体造形物を形成させる立体造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

３Ｄプリンティング技術を用いた製造装置の名称として、広く３Ｄプリンタという言葉が使われている。３Ｄプリンタは、３次元のＣＡＤデータをもとにコンピュータで造形物の断面形状を計算し、該造形物を薄い輪切り状の断面構成要素に分割して、その断面構成要素を種々の方法で形成し、それを積層させて目的とする造形物を形成する立体造形装置である。３Ｄプリンティング技術は、国際的にはＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙと同義語として使われる場合が多く、日本語訳として、付加製造技術が用いられている。

【0003】

近年は、３Ｄプリンタで形成した造形物に対しても、実製品の量産前の評価目的で外観だけでなく剛性や強度が要求されるようになり、金属３Ｄプリンタや複合材３Ｄプリンタが注目されている。特に、下記特許文献１に開示されている立体造形方法では、造形槽内で複数回のシェル層の造形とコア材の充填が繰り返された後、活性エネルギー線の照射または熱エネルギーの付与によりコア材を一括して硬化させることにより、コア材により形成される造形物には積層界面が存在しないため、剛性、強度に方向性が無い造形物を造形することができる。

【0004】

特許文献１の立体造形方法では、光造形によるシェルの形成とコア材の充填とが交互に実施される。そのため、この立体造形方法を実施するための立体造形装置は、光造形手段とコア材の吐出手段とを備えている。

【0005】

一方、コア材の吐出手段において、コア材の充填はコア材を吐出するノズルがシェル層に囲われた部分に進入した状態で行う必要があるが、シェル層に囲われた部分の任意の位置からコア材を吐出するため、また、シェル層を光造形する際には光造形の邪魔にならないようノズルを光造形手段から退避させるため、コア材の吐出手段には、ノズルを３次元方向に移動させる移動機構が設けられている。

【0006】

このようにノズルを移動させる機構として、図１２で示すような複数の直動機構（Ｘ軸駆動部２３１、Ｙ軸駆動部２３２、Ｚ軸駆動部２３３）が組み合わされた機構が一般的である。この機構によりノズル２２０はＸＹＺ方向の任意の位置に移動可能となっており、シェル材２２１が貯留された造形槽２１１内の造形台２２８上に光造形されたシェル２２５に囲われた部分へ図中鎖線で示した退避位置からノズル２２０が移動し、シェル２２５内へのコア材２１６の充填が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１９－１３６９２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

図１２の例では、Ｚ軸駆動部２３３がノズル２２０を保持し、この重力方向駆動部２３３をＸ軸駆動部２３１が保持し、また、このＸ軸駆動部２３１をＹ軸駆動部２３２が保持する。一方、この直動機構の組み合わせが剛性を有するためには、この組み合わせが門型の形状を有していることが好ましく、Ｙ軸駆動部２３２は造形槽２１１の両横に設けられる。しかし、このようにＹ軸駆動部２３２を造形槽２１１の両横に設ける必要があることが、造形槽２１１とＹ軸駆動部２３２をカバー部２４１で囲い、また、制御部２４２を有する立体造形装置２００全体のフットプリントを大きくする要因となるという問題があった。

【0009】

本願発明は、上記問題点を鑑み、シェルの造形機構に対してその周囲においてコア材充填部の駆動機構が設けられる箇所が占める面積を比較的小さくすることができる立体造形装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために本発明の立体造形装置は、立体造形物の外殻層であるシェルを、シェル材を用いて先に造形し、次に造形済の前記シェルに囲われた部分であるコア部に液相材料であるコア材を充填することによって前記コア材を含む立体造形物を形成させる立体造形装置であって、前記コア材を吐出するノズルを有し、所定の支持台上に支持された前記シェルにおける前記コア部内に前記ノズルを挿入し、前記コア部内に前記コア材を充填するコア材充填部を備え、前記コア材充填部は、前記ノズルを水平方向に移動させる水平方向駆動部と、前記ノズルを重力方向に移動させる重力方向駆動部と、を有し、前記ノズルを水平方向および重力方向に移動させ、前記水平方向駆動部は、本体部と、重力方向に延在する第１の回転軸を中心に当該本体部に対して回動する第１アームと、重力方向に延在する第２の回転軸を中心に当該第１アームに対して回動する第２アームとを有することを特徴としている。

【0011】

この立体造形装置により、コア材充填部の水平方向駆動部が本体部と、第１の回転軸を中心に本体部に対して回動する第１アームと、第２の回転軸を中心に第１アームに対して回動する第２アームにより構成されることにより、門型の機構をシェルの造形機構をまたぐように配置してコア材充填部を形成させる場合と比較して、シェルの造形機構に対してその周囲においてコア材充填部の駆動機構が設けられる箇所が占める面積を比較的小さくすることができる。

【0012】

また、前記支持台は、前記シェルを造形する装置であるシェル形成部が有し、前記シェル形成部は、液相材料である前記シェル材を貯留する造形槽と、当該造形槽内に設けられた前記支持台と、前記シェル材を硬化させる光線を前記造形槽内の前記シェル材に照射する光学系と、を有し、前記第１アームおよび前記第２アームは、前記シェルの造形にかかる前記光学系からの光線の照射範囲から退避可能であると良い。

【0013】

こうすることにより、光学系によるシェル材の硬化工程の実行時には第１アームおよび第２アームがシェルの造形にかかる光学系からの光線の照射範囲から退避することにより、コア材充填部がシェルの造形を阻害しないようにすることができる。

【0014】

また、前記重力方向駆動部が前記ノズルを保持し、前記水平方向駆動部が前記重力方向駆動部を保持しており、前記水平方向駆動部の略先端部において前記ノズルが重力方向に移動し、前記水平方向駆動部の前記本体部は所定位置に固定され、前記第１アームおよび前記第２アームの高さは一定であると良い。

【0015】

こうすることにより、水平方向駆動部の各アームが立体造形装置の構成機器と衝突する可能性を低減させるができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の立体造形装置により、シェルの造形機構に対してその周囲においてコア材充填部の駆動機構が設けられる箇所が占める面積を比較的小さくすることができる立体造形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態における立体造形装置を説明する概略図であり、平面図である。

【図2】本発明の一実施形態における立体造形装置を説明する概略図であり、正面図である。

【図3】本実施形態の立体造形装置におけるアームの移動可能範囲を説明する図である。

【図4】本実施形態の立体造形装置における立体造形物の製造過程を説明する図である。

【図5】本実施形態の立体造形装置における立体造形物の製造過程を説明する図である。

【図6】本実施形態の立体造形装置における立体造形物の製造過程を説明する図である。

【図7】本実施形態の立体造形装置における立体造形物の製造過程を説明する図である。

【図8】本実施形態の立体造形装置における立体造形物の製造過程を説明する図である。

【図9】本実施形態の立体造形装置における立体造形物の製造過程を説明する図である。

【図10】本実施形態の立体造形装置においてシェル形成部とコア材充填部とを分離した状態を説明する図である。

【図11】本発明の他の実施形態における立体造形装置を説明する概略図であり、平面図である。

【図12】従来の立体造形装置を説明する概略図であり、平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の一実施形態における立体造形装置について、図１および図２を参照して説明する。図１は立体造形装置の正面図、図２は、立体造形装置の平面図である。

【0019】

立体造形装置１００は、光造形装置であるシェル形成部１０１およびコア材充填部１０２を有し、シェル形成部１０１内で形成されたシェルにコア材充填部１０２によってコア材を充填する。充填されたコア材はシェルごとシェル形成部から取り出され、図示しない加熱炉内で熱硬化する。これにより、シェルの内部形状に対応した、コア材による任意の形状の立体造形物を得る。

【0020】

シェル形成部１０１は、いわゆる光造形方式の３Ｄプリンタであり、紫外線硬化樹脂であるシェル材１２１が貯留されている造形槽１１１、レーザ光学系１１２を主たる構成要素とする。また、シェル形成部１０１はカバー部１４１に囲われており、このカバー部１４１に隣接するように、制御部１４２が配置され、シェル形成部１０１の各構成機器の動作を制御するための制御盤は制御部１４２に内包されている。

【0021】

造形槽１１１中には液相材料であるシェル材１２１が貯留されており、図示しないシェル材調整系により、その液面位置を所定位置に維持、調整可能となっている。シェル材１２１としてはエポキシ系、アクリル系など公知のものが使用可能である。造形槽１１１中には造形台１２８が設けられている。造形台１２８はシェル造形のための土台であり、シェルおよび立体造形物の支持台であって、図示しない駆動機構により図中Ｚ軸方向の任意の位置に移動かつ設置可能となっている。

【0022】

レーザ光学系１１２は紫外線レーザ光源１１４、走査光学系１１５とからなり、紫外線レーザ光源１１４から出射される紫外線レーザ光１３０は走査光学系１１５によりシェル材１２１の液面上（すなわちＸＹ平面）の所定範囲を走査することが可能となっている。

【0023】

シェル材１２１は紫外線レーザ光１３０の照射により、図１にて硬化済み紫外線硬化樹脂１２３で示すように液面から所定の深さだけ硬化する。この硬化深さは０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度が一般的である。もちろん紫外線レーザ光源１１４の出力を調整することによりこの硬化深さを調整することが可能である。

【0024】

造形台１２８上面をシェル材１２１の液面からこの硬化深さ程度まで沈めた深さに位置させ、シェル材１２１の液面の任意の位置へ紫外線レーザ光１３０を照射することにより、造形台１２８上に任意の面積の硬化済み紫外線硬化樹脂１２３が形成される。

【0025】

造形台１２８上に硬化済み紫外線硬化樹脂１２３が形成された後、硬化深さ分だけ造形台１２８を下降させ、その後シェル材１２１の液面の任意の位置へ紫外線レーザ光１３０を照射することにより、硬化済み紫外線硬化樹脂１２３上に硬化済み紫外線硬化樹脂１２３が積層される。

【0026】

そして、造形台１２８の下降とシェル材１２１液面への紫外線レーザ光１３０の照射とを繰り返し実施することにより、硬化済み紫外線硬化樹脂１２３の積層が進行し、三次元形状の硬化済み紫外線硬化樹脂１２３を得ることができる。本発明では、このようにして造形された造形物をシェルと呼ぶ。このシェルは中空形状を有するコア材１１６を充填するための外殻層であり、シェルで囲われた部分のうち底面を有する部分をコア部と呼ぶ。

【0027】

コア材充填部１０２は、造形槽１１１内の造形台１２８上に造形されたシェルにおけるコア部へコア材１１６を吐出、充填する機構であり、コア材供給系１１３、ノズル移動系１０３を主たる構成要素とし、シェル形成部１０１に隣接する。

【0028】

コア材供給系１１３は液相材料であるコア材１１６をその内部に貯留するコア材タンク１１７中から、ポンプ１１９で配管系１１８ｂ、１１８ａを順に介してコア材１１６を送液、供給し、ノズル１２０の先端から吐出する。ノズル１２０はノズル移動系１０３により、図中ＸＹＺ軸各方向に移動かつ固定可能となっている。このため配管系１１８ａはノズル１２０の移動に追随するようフレキシブルな構成及び材料となっている。コア材１１６は熱硬化性樹脂中に強化材が均一に分散されたもので、シェル材１２１同様エポキシ系、アクリル系など公知の熱硬化樹脂が使用可能である。また、コア材１１６の比重はシェル材１２１の比重よりも大きい。

【0029】

ノズル移動系１０３は、対象物を水平方向に移動させる水平方向駆動部１５０および水平方向駆動部１５０の先端部に設けられた重力方向駆動部１６１を有し、水平方向駆動部１５０によりノズル１２０は水平方向（ＸＹ方向）に移動し、重力方向駆動部１６１によりノズル１２０は重力方向（Ｚ軸方向）に移動する。

【0030】

水平方向駆動部１５０は、２本のアームである第１アーム１５１、第２アーム１５２、および本体部１５３を有している。第１アーム１５１は水平方向に延在する略平板状のアームであり、Ｚ軸方向に延在する軸である第１の回転軸１５１ａにおいて本体部１５３と連結され、所定位置で固定されている本体部１５３に対して、第１アーム１５１は第１の回転軸１５１ａを回転中心としてモータ駆動などにより回転移動する。第２アーム１５２は水平方向に延在する略平板状のアームであり、Ｚ軸方向に延在する軸である第２の回転軸１５２ａにおいて第１アーム１５１と連結され、第１アーム１５１に対して第２アーム１５２は第２の回転軸１５２ａを回転中心としてモータ駆動などにより回転移動する。すなわち、水平方向駆動部は、いわゆるシリアルリンクロボットの形態を有する。

【0031】

重力方向駆動部１６１は、第２アーム１５２の略先端部に取り付けられた、対象物をＺ軸方向に移動させる駆動ユニットであり、第１アーム１５１および第２アーム１５２が動作することによって重力方向駆動部１６１の水平方向の位置が変化する。

【0032】

重力方向駆動部１６１の下端部にはノズル１２０が固定されており、重力方向駆動部１６１が動作することによりノズル１２０は上下方向に移動する。これに水平方向駆動部１５０の動作が加わることにより、ノズル１２０は３次元方向に移動することが可能となっている。

【0033】

また、水平方向駆動部１５０の本体部１５３は、シェル形成部１０１に隣接する架台１６２に載置、固定されている。すなわち、本体部１５３は、シェル形成部１０１の外部に固定されている。そして、第１アーム１５１および第２アーム１５２は、シェル形成部１０１を囲うカバー部１４１に設けられた開口を通ってシェル形成部１０１の造形槽１１１の上方まで進入可能となっている。

【0034】

また、水平方向駆動部１５０において第１の回転軸１５１ａおよび第２の回転軸１５２ａはＺ軸方向に延在する軸であるため、これらの回転軸を回転中心として第１アーム１５１および第２アーム１５２が回転移動しても、第１アーム１５１および第２アーム１５２の高さは変わらず、一定である。そして、本体部１５３が架台１６２に載置、固定されていることにより、第１アーム１５１および第２アーム１５２は造形槽１１１の上端部よりも高い位置にあるよう、調節されている。そのため、第１アーム１５１および第２アーム１５２が造形槽１１１の上方まで進入する際に第１アーム１５１および第２アーム１５２が造形槽１１１と衝突することは無い。

【0035】

また、本実施形態では、架台１６２にはコア材充填部１０２の動作を制御する制御盤が内包されている。すなわち、シェル形成部１０１の制御盤（制御部１４２が内包）とコア材充填部１０２の制御盤とが別個に設けられており、シェル形成部１０１の制御盤とシェル形成部１０１を構成する各機器をつなぐ配線、配管は、コア材充填部１０２の制御盤とコア材充填部１０２を構成する各機器をつなぐ配線、配管とは纏めて束ねられることなく、互いに分離されるよう配置されている。

【0036】

また、コア材タンク１１７、ポンプ１１９も架台１６２の内部に配置されても良い。

【0037】

図３は、本実施形態の立体造形装置におけるアームの水平方向の移動可能範囲を説明する図である。

【0038】

２つの軸である第１の回転軸１５１ａおよび第２の回転軸１５２ａを回転中心として第１アーム１５１および第２アーム１５２が動作することによる第２アーム１５２の先端部分の移動可能範囲（≒ノズル１２０の移動範囲）を図３上においてハッチングで示している。

【0039】

このハッチングは、最大限の移動範囲を表したものであり、実際に立体造形装置１００が動作する際には、ノズル１２０からのコア材１１６の吐出は造形台１２８上に形成されたシェルが有するコア部に対して行われるため、ノズル１２０の移動範囲は造形台１２８全体をカバーできていれば足りる。そのため、たとえば図３の破線でハッチングした部分は移動範囲から外すようにしても良い。なお、図３において造形槽１１１の右下部よりも右方でカバー部１４１の外側に位置する部分をノズル１２０の移動範囲に残しているのは、そこがシェル１２５の造形を阻害しないことを目的としてシェル形成部１０１によるシェル造形動作中にノズル１２０および第１アーム１５１、第２アーム１５２が造形槽１１１から退避する場所であるためである。

【0040】

このようにノズル１２０の移動機構が水平方向駆動部１５０により構成され、かつ水平方向駆動部１５０の移動範囲を可能な限り狭めることにより、仮に図１２のように門型の機構がシェル形成部をまたぐように配置してコア材充填部を形成させる場合と比較して、シェルの造形機構に対してその周囲においてコア材充填部の駆動機構が設けられる箇所が占める面積を比較的小さくすることができるため、立体造形装置全体のフットプリントを比較的小さくすることができる。

【0041】

次に、本実施形態の立体造形装置における立体造形物の製造過程を図４乃至９を用いて説明する。

【0042】

まず、シェル形成部１０１が動作し、造形槽１１１内の造形台１２８上にシェル１２５が形成される。その様子を図４および図５に示す。図４は正面図であり、図５は平面図である。

【0043】

造形台１２８上へのシェル１２５の形成では、前述の通りシェル材１２１液面への紫外線レーザ光１３０の照射と造形台１２８の下降とが繰り返し実施されることにより、硬化済み紫外線硬化樹脂の積層が進行し、三次元形状のシェル１２５を得ることができる。このとき、水平方向駆動部１５０およびノズル１２０がシェル材１２１液面への紫外線レーザ光１３０の照射を邪魔することが無いよう、第１アーム１５１、第２アーム１５２、およびノズル１２０はシェル形成部１０１の外側へ退避している。また、本実施形態では、図４における高さｈで示すように、ノズル１２０の下端部は造形槽１１１の上端部よりも高い位置となっている。また、図５に示すようにノズル１２０はカバー部１４１の外側にまで退避している。なお、本説明では、このようにシェル形成部１０１によるシェルの造形を邪魔しないように第１アーム１５１、第２アーム１５２、およびノズル１２０がとる位置を退避位置とも呼ぶ。

【0044】

造形台１２８上にシェル１２５が造形された後、次に、水平方向駆動部１５０が動作することによって、ノズル１２０が上記の退避位置からシェル１２５の内壁面が形成するコア部１２６の上方まで移動する。その様子を図６および図７に示す。図６は正面図であり、図７は平面図である。

【0045】

水平方向駆動部１５０が動作することによってノズル１２０は水平移動するが、図４に示した通りノズル１２０の下端部は造形槽１１１の上端部より高い位置にあるため、ノズル１２０は造形槽１１１に衝突すること無くコア部１２６の上方までノズル１２０が移動することができる。なお、本実施形態では、コア部１２６の略中央部にノズル１２０が位置するように移動しているが、必ずしもその必要は無く、たとえばコア部１２６の略隅部にノズル１２０が位置するように移動しても良い。

【0046】

次に、図８に示すように、重力方向駆動部１６１が動作することによってノズル１２０が下降する。これによりノズル１２０がコア部１２６へ進入し、ノズル１２０の下降が完了した後、ノズル１２０の下端からのコア材１１６の吐出、充填が実施される。

【0047】

コア材１１６の吐出、充填の工程は、シェル１２５が造形槽１１１内のシェル材１２１に浸漬した状態で実施され、コア材１１６の充填前にはコア部１２６にはシェル材１２１が存在する。そして、シェル材１２１より比重が大きいコア材１１６が充填されていくにしたがって、シェル材１２１は押し上げられ、シェル１２５の上部に設けられた開口を経てコア部１２６からシェル１２５の外部へシェル材１２１が押し出される。すなわち、シェル材１２１からコア材１１６への置換が行われる。

【0048】

最後に、コア部１２６へのコア材１１６の充填が完了した後、図９に示すように、重力方向駆動部１６１が動作することによってノズル１２０が上昇する。これによりノズル１２０がコア部１２６から退避し、ノズル１２０の退避が完了した後、次に水平方向駆動部１５０が動作し、図４および図５に示したように第１アーム１５１、第２アーム１５２、およびノズル１２０が退避位置へ移動する。

【0049】

上記の通りシェル１２５が有するコア部１２６へコア材１１６を充填した後、シェル１２５ごとコア材１１６は造形台１２８から取り外され、図示しない加熱炉に載置される。そして、コア部１２６に充填された状態のコア材１１６へ熱エネルギーを付与することにより、コア材１１６は熱硬化する。この熱硬化したコア材１１６およびそれを囲うシェル１２５が合わさったものが本説明における立体造形物であり、所望の形状を有するコア部１２６にコア材１１６を充填してから熱硬化させることにより、所望の形状の立体造形物を得ることができる。また、本方法によるとコア材１１６により形成される立体造形物には積層界面が存在しないため、剛性、強度に方向性が無い立体造形物を造形することができる。

【0050】

次に、本実施形態の立体造形装置においてシェル形成部とコア材充填部とを分離した状態を図１０に示す。

【0051】

本実施形態では、前述の通りコア材充填部１０２はシェル形成部１０１の外部に設けられており、また、シェル形成部１０１の制御盤とコア材充填部１０２の制御盤とが別個に設けられ、シェル形成部１０１の制御盤とシェル形成部１０１を構成する各機器をつなぐ配線、配管は、コア材充填部１０２の制御盤とコア材充填部１０２を構成する各機器をつなぐ配線、配管とは纏めて束ねられることなく、互いに分離されるよう配置されている。そのため、図１０のようにシェル形成部１０１に対してコア材充填部１０２の付け外しが容易であり、コア材充填部１０２を一時切り離してシェル形成部１０１のみを光造形装置として用いることができ、また、既存の３Ｄプリンタをシェル形成部１０１として用いるようコア材充填部１０２をその近傍に配置することによって立体造形装置１００を形成させることもできる。

【0052】

次に、本発明の他の実施形態における立体造形装置を図１１に示す。

【0053】

この実施形態における立体造形装置１００では、シェル形成部１０１の外部に捨て打ち部１０４が配置されている。そして、立体造形物の製造が行われていないときなどしばらくノズル１２０からのコア材１１６の充填を必要としないときに、ノズル１２０がシェル形成部１０１から退避して捨て打ち部１０４にコア材１１６を吐出する、すなわち捨て打ちを行う。このようにコア材１１６の捨て打ちを行うことにより、ノズル１２０を含むコア材供給系１１３において放置によってコア材１１６の粘度が上昇することを防ぎ、再び立体造形物の製造にノズル１２０が供する際のコア材１１６の吐出不良を防ぐことができる。また、シェル形成部１０１の外部で捨て打ちが行われることにより、シェル形成部１０１の内部をコア材１１６で汚すことなく、コア材１１６の捨て打ちを実施することができる。

【0054】

このようにコア材１１６の捨て打ちを行う以外にも、ノズル１２０がシェル形成部１０１から退避した状態で、たとえば吐出性能の確認のためのコア材１１６の吐出、計量が行われても良く、また、ノズル１２０の清掃、交換など保守作業が行われても良い。

【0055】

以上の立体造形装置により、シェルの造形機構に対してその周囲においてコア材充填部の駆動機構が設けられる箇所が占める面積を比較的小さくすることができる立体造形装置を提供することが可能である。

【0056】

ここで、本発明の立体造形装置は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明では水平方向駆動部１５０はシェル形成部１０１に隣接する架台１６２に載置されているが、それに限らずたとえば水平方向駆動部１５０の本体部１５３がシェル形成部１０１から張り出すように本体部１５３の側面がシェル形成部１０１に固定される形態であっても良い。

【0057】

また、上記の説明では、シェル形成部１０１によるシェル造形動作中に平面視において第１アーム１５１および第２アーム１５２が造形槽１１１から完全に退避するようにしているが、それに限らず、少なくともシェル１２５の造形にかかる紫外線レーザ光源１１４からの紫外線レーザ光１３０の走査範囲（照射範囲）から退避できる位置であれば、仮に第１アーム１５１や第２アーム１５２が平面視において造形槽１１１と重なっていても構わない。

【0058】

また、上記の説明では、水平方向駆動部１５０の略先端に重力方向駆動部１６１が設けられ、重力方向駆動部１６１によりノズル１２０が上下動する際に第１アーム１５１および第２アーム１５２は上下しない構成であるが、重力方向駆動部に水平方向駆動部が取り付けられ、ノズルとともに水平方向駆動部の各アームも上下動する構成であっても良い。

【0059】

また、上記の説明では、水平方向駆動部１５０は２本のアームを有しているが、３本以上のアームを有していても良い。

【0060】

また、上記の説明では、加熱炉によって熱硬化したコア材１１６とそれを囲うシェル１２５とを合わせて立体造形物と呼んでいるが、熱硬化したコア材１１６のみを立体造形物と呼んでも良い。

【0061】

また、図４乃至図９に示したシェル１２５の造形とコア材１１６の充填を複数回交互に実施してからコア材１１６の熱硬化が行われても良い。

【0062】

また、上記の説明では、シェル形成部は光造形方式の３Ｄプリンタであるが、それに限らず、たとえば粉末焼結積層方式や熱溶解積層方式の３Ｄプリンタなどであっても良い。

【符号の説明】

【0063】

１００ 立体造形装置
１０１ シェル形成部
１０２ コア材充填部
１０３ ノズル移動系
１０４ 捨て打ち部
１１１ 造形槽
１１２ レーザ光学系
１１３ コア材供給系
１１４ 紫外線レーザ光源
１１５ 走査光学系
１１６ コア材
１１７ コア材タンク
１１８ａ 配管系
１１８ｂ 配管系
１１９ ポンプ
１２０ ノズル
１２１ シェル材
１２３ 硬化済み紫外線硬化樹脂
１２５ シェル
１２６ コア部
１２８ 造形台
１３０ 紫外線レーザ光
１４１ カバー部
１４２ 制御部
１５０ 水平方向駆動部
１５１ 第１アーム
１５１ａ 第１の回転軸
１５２ 第２アーム
１５２ａ 第２の回転軸
１５３ 本体部
１６１ 重力方向駆動部
１６２ 架台
２００ 立体造形装置
２１１ 造形槽
２１６ コア材
２２０ ノズル
２２１ シェル材
２２５ シェル
２２８ 造形台
２３１ Ｘ軸駆動部
２３２ Ｙ軸駆動部
２３３ Ｚ軸駆動部
２４１ カバー部
２４２ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】