三维造型方法和三维造型装置制造方法及图纸

一种三维造型方法和三维造型装置(10)，在通过层积具有热塑性的树脂材料(12)来获得立体造型物(14)时，将树脂材料(12)熔融并将熔融的树脂材料(12)层积在腔室(16)内而形成树脂层(44)。接着，通过调整腔室(16)内的压力而在腔室(16)内将树脂层(44)的温度保持在规定的温度范围内。据此，能降低在立体造型物中产生的残余应力且能确保立体造型物的层间强度。的残余应力且能确保立体造型物的层间强度。的残余应力且能确保立体造型物的层间强度。

【技术实现步骤摘要】
三维造型方法和三维造型装置


[0001]本专利技术涉及一种三维造型方法和三维造型装置。

技术介绍

[0002]在采用熔融沉积(FFF)方式的3D打印机中，使具有热塑性的树脂材料熔融并层积而形成树脂层。据此，得到所希望的立体造型物。在这种情况下，树脂材料是由丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯(ABS)等热塑性树脂构成的丝体(filament)或颗粒(pellet)。在此，在固化的树脂层上层积下一个树脂层的情况下，立体造型物的层间强度变弱。另外，在从挤出设备中挤出熔融的树脂材料来进行层积的情况下，若层积该树脂材料而形成的树脂层的表面被急速冷却，则会在立体造型物中产生残余应力。
[0003]在日本专利技术专利授权公报特许第3995933号中公开了如下一种技术，为了减少在立体造型物中产生的残余应力和畸变，在将腔室内加热的状态下形成立体造型物。

技术实现思路

[0004]但是，仅单纯地加热腔室内，难以将作为工件的树脂层管理为均匀的温度。因此，在日本专利技术专利授权公报特许第3995933号的技术中，难以减少在立体造型物中产生的残余应力。另外，难以确保立体造型物的层间强度。
[0005]鉴于上述问题，需要在对作为工件的树脂层适当地进行温度管理的同时，减少在立体造型物中产生的残余应力。另外，需要确保立体造型物的层间强度。
[0006]本专利技术的目的在于解决上述技术问题。
[0007]本专利技术的第一技术方案是一种三维造型方法，其通过层积具有热塑性的树脂材料来获得立体造型物(三维造型物)，该三维造型方法具有熔融工序、层积工序和压力调整工序，其中，在所述熔融工序中，将所述树脂材料熔融；在所述层积工序中，将熔融的所述树脂材料层积在腔室内而形成树脂层；在所述压力调整工序中，通过调整所述腔室内的压力而在所述腔室内将所述树脂层的温度保持在规定的温度范围内。
[0008]本专利技术的第二技术方案是一种三维造型装置，其层积具有热塑性的树脂材料来获得立体造型物，具有腔室、头部和压力调整部，其中，所述头部被配置在所述腔室内，用于熔融所述树脂材料，且用于将熔融的所述树脂材料层积在所述腔室内而形成树脂层；所述压力调整部用于调整所述腔室的压力，所述压力调整部通过调整所述腔室内的压力而在所述腔室内将所述树脂层的温度保持在规定的温度范围内。
[0009]在本专利技术中，通过调整腔室内的压力来对该腔室内进行减压，从而使自然对流传热系数下降。据此，在层积熔融的树脂材料而形成树脂层时，能够减慢该树脂层的冷却速度。其结果，能够将在腔室内层积的树脂层的温度保持在规定的温度范围内。另外，能够对作为工件的树脂层适当地进行温度管理。因此，降低了在立体造型物中产生的残余应力。另外，能够确保立体造型物的层间强度。
[0010]通过参照附图对以下实施方式所做的说明，上述的目的、特征及优点应易于被理
解。
附图说明
[0011]图1是本实施方式所涉及的三维造型装置的概略结构图。图2是图1的头部的结构图。图3是图1的控制器的框图。图4是表示自然对流传热系数与压力(绝对压力)的关系的图。图5是表示工件的表面温度(树脂层的表面的检测温度)随时间经过而发生变化的时序图。图6是表示子层温度(sublayer temperature)与气氛压力的关系的图。图7是表示立体造型物的抗拉强度与子层温度的关系的图。图8是表示与造型时间对应的检测温度的变化的时序图。图9是表示子层温度与造型时间的关系的图。图10是表示本实施方式的第一实施例的动作的流程图。图11是表示图10的步骤S4的详细情况的流程图。图12A和图12B是表示立体造型物的模型数据的图，图12C是表示目标压力和模型数据的高度之间的关系的图。图13是表示各树脂层的造型方向的示意图。图14是表示压力曲线(pressure profile：压力分布图)及工件的表面温度(预测温度)随时间经过而发生变化的时序图。图15是表示本实施方式的第二实施例的动作的流程图。图16是表示图15的步骤S9的详细情况的流程图。图17是表示各树脂层的造型方向的示意图。图18是表示压力曲线及工件的表面温度(检测温度)随时间经过而发生变化的时序图。图19是表示本实施方式的第三实施例的一部分动作的流程图。图20是表示图19的步骤S12的详细情况的流程图。图21是表示压力曲线及工件的表面温度(检测温度)随时间经过而发生变化的时序图。图22是表示本实施方式的变形例的局部结构图。
具体实施方式
[0012]如图1～图3所示，本实施方式的三维造型装置10是通过将树脂材料12层积成所希望的形状来进行一体化而形成立体造型物14的装置。即，三维造型装置10是所谓的3D打印机。此外，立体造型物14能够根据其用途等而形成为各种形状。
[0013]树脂材料12是由ABS等热塑性树脂构成的丝体或颗粒。在以下的说明中，对树脂材料12为ABS的丝体的情况进行说明。此外，树脂材料12的形状(例如，丝体或颗粒的直径)和材质可以根据立体造型物14的用途等而适当设定。
[0014]如图1所示，三维造型装置10具有腔室16、温度测定部18、控制器20、真空阀22、大
气开放阀23、泵24、腔室控制部26、显示部28、树脂材料供给源30、制冷剂供给源32、头部34和壳体36。
[0015]腔室16是真空容器。腔室16的排出口38经由排出流路40与泵24连接。在排出流路40的中途设置有真空阀22。大气开放阀23被连接在排出流路40中的排出口38和真空阀22之间。在真空阀22打开的状态下驱动泵24时，腔室16内的空气等气体经由排出流路40和泵24被排出到外部。据此，腔室16内的压力下降。另外，当大气开放阀23打开时，能够经由大气开放阀23、排出流路40和排出口38向腔室16内供给外部气体。
[0016]在腔室16内收纳有作为3D打印机的主体部分的壳体36。在壳体36内大致水平地配置有工作台(stage)42。另外，在壳体36内，在工作台42的上方以与工作台42的上表面相对的方式配置有头部34。
[0017]被设置在腔室16内部的树脂材料供给源30将树脂材料12供给到头部34。头部34使树脂材料12熔融，并将熔融的树脂材料12向工作台42的上表面挤出。头部34在未图示的头部移动机构的驱动下沿水平方向(X
‑
Y方向)移动。当从头部34挤出树脂材料12时，挤出的树脂材料12被层积在工作台42的上表面。其结果，形成一层树脂层44(第一层树脂层44)。此外，在图1中图示树脂材料供给源30为卷盘(reel)的情况。树脂材料供应源30也可为卷盘以外的部件。
[0018]在形成第一层树脂层44之后，工作台42在未图示的工作台移动机构的驱动下下降一层树脂层44的高度。接着，头部34一边在头部移动机构的驱动下在水平方向上移动一边挤出树脂材料12。挤出的树脂材料12被层积在第一层树脂层44上。其结果，形成第二层树脂层44。
[0019]这样，反复进行工作台42的下降、头部34向水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维造型方法，其通过层积具有热塑性的树脂材料(12)来获得立体造型物(14)，其特征在于，具有熔融工序、层积工序和压力调整工序，其中，在所述熔融工序中，将所述树脂材料熔融；在所述层积工序中，将熔融的所述树脂材料层积在腔室(16)内而形成树脂层(44)；在所述压力调整工序中，通过调整所述腔室内的压力而在所述腔室内将所述树脂层的温度保持在规定的温度范围内。2.根据权利要求1所述的三维造型方法，其特征在于，还具有曲线制作工序，在所述曲线制作工序中，根据所述立体造型物的模型数据(102)来计算与所述立体造型物的各树脂层的造型有关的参数(tm)，根据所述树脂层周围的气氛压力与所述树脂层的冷却速度之间的关系来预测造型之后的所述各树脂层的温度，并制作压力曲线，该压力曲线表示所预测的所述温度被保持在所述温度范围内这样的所述腔室内的压力的经时变化，在所述压力调整工序中，根据所述压力曲线来调整所述腔室内的压力。3.根据权利要求1所述的三维造型方法，其特征在于，还具有温度测定工序，在所述温度测定工序中，测定层积的所述树脂层的表面温度即子层温度(Ts)，在所述压力调整工序中，根据所述树脂层周围的气氛压力与所述树脂层的冷却速度之间的关系来调整所述腔室内的压力，据此将所述子层温度保持在所述温度范围内。4.根据权利要求2所述的三维造型方法，其特征在于，还具有温度测定工序，在所述温度测定工序中，测定层积的所述树脂层的表面温度即子层温度，在所述压力调整工序中，根据所预测的所述温度与所述子层温度之差来校正所述压力曲线，并根据校正后的所述压力曲线来调整所述腔室内的压力。5.一种三维造型装置(10)，其层积具有热塑性的树脂材料来获得立体造型物，其特征在于，具有腔室、头部(34)和压力调整部(86)，其中，所述头部被配置在所述腔室内，用于熔融所述树脂材料且用于将熔融的所述树脂材料层积在所述腔室内而形成树脂层；所述压力调整部用于调整所述腔室的压力，所述压力调整部通过调整所述腔室内的压力而在所述腔室内将所述树脂层的温度保持在规定的温度范围内。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥中达哉，伊藤辽，高野文朋，横井麻衣，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：