三维成形设备、三维成形设备的控制方法和三维成形设备的控制程序与流程

本申请基于并要求于2017年12月4日提交的日本专利申请no.2017-232906的优先权，以上申请的全部公开内容通过参引并入本文。

本发明涉及三维成形设备、三维成形设备的控制方法和三维成形设备的控制程序。

背景技术：

在上述技术领域中，专利文献1公开了一种通过在框架部分的内周表面上设置向内突出的接触部分来阻挡平台的竖向移动路径的下端的技术。

[专利文献1]日本专利特开no.2013-75389

技术实现要素：

然而，在上述文献中描述的技术中，不可能准确地定位平台。

本发明能够提供解决上述问题的技术。

本发明的一个示例性方面提供了一种用于成形三维成形物体的三维成形设备，包括：

材料储存器，该材料储存器储存三维成形物体的材料；

平台，该平台面向材料储存器布置；

移动单元，该移动单元在竖向方向上移动平台；

成形垫，该成形垫设置在平台的面向材料储存器的表面上，使得三维成形物体被成形；

第一检测器，该第一检测器检测材料储存器的向下运动；以及

运动控制器，该运动控制器在材料储存器的向下运动被检测到的情况下通过移动单元控制平台的运动。

本发明的另一示例性方面提供了一种用于成形三维成形物体的三维成形设备的控制方法，三维成形设备包括：

材料储存器，该材料储存器储存三维成形物体的材料；

平台，该平台面向材料储存器布置；

移动单元，该移动单元在竖向方向上移动平台；

成形垫，该成形垫设置在平台的面向材料储存器的表面上，使得三维成形物体被成形；

第一检测器，该第一检测器检测材料储存器的向下运动；以及

运动控制器，该运动控制器在材料储存器的向下运动被检测到的情况下通过移动单元控制平台的运动，

该方法包括：

使移动单元在竖向方向上移动平台；

检测材料储存器的向下运动；以及

在材料储存器的向下运动被检测到的情况下，通过移动单元控制平台的运动。

本发明的又一示例性方面提供了一种用于成形三维成形物体的三维成形设备的控制程序，三维成形设备包括：

材料储存器，该材料储存器储存三维成形物体的材料；

平台，该平台面向材料储存器布置；

移动单元，该移动单元在竖向方向上移动平台；

成形垫，该成形垫设置在平台的面向材料储存器的表面上，使得三维成形物体被成形；

第一检测器，该第一检测器检测材料储存器的向下运动；以及

运动控制器，该运动控制器在材料储存器的向下运动被检测到的情况下通过移动单元控制平台的运动，

用于使计算机执行下述方法的程序，该方法包括：

使移动单元在竖向方向上移动平台；

检测材料储存器的向下运动；以及

在材料储存器的向下运动被检测到的情况下，通过移动单元控制平台的运动。

根据本发明，可以准确地定位平台。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一示例性实施方式的三维成形设备的布置的视图；

图2a是示出根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备的布置的概况的立体图；

图2b是示出根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备的布置的俯视图；

图2c是示出根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备的布置的示意性侧视图；

图2d是用于说明根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备的操作的概况的示意性正视图；

图3a是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3b是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3c是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3d是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3e是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3f是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3g是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3h是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3i是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图3j是用于说明通过根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备对平台进行对准的视图；

图4是示出根据本发明的第三示例性实施方式的三维成形设备的布置的概况的视图；以及

图5是用于说明根据本发明的第三示例性实施方式的三维成形设备的操作过程的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。应当注意的是，除非另外具体说明，否则在这些示例性实施方式中阐述的部件的相对布置、数值表达式和数值不对本发明的范围进行限制。

[第一示例性实施方式]

将参照图1对根据本发明的第一示例性实施方式的三维成形设备100进行描述。三维成形设备100是通过用光束照射三维成形物体的材料来成形三维成形物体的设备。

如图1所示，三维成形设备100包括材料储存器101、平台102、移动单元103、成形垫104、第一检测器105和运动控制器106。

材料储存器101存储三维成形物体的材料111。平台102面向材料储存器101布置。移动单元103将平台102沿竖向方向移动。成形垫104设置在平台102的面向材料储存器101的表面上，使得三维成形物体成形。第一检测器105检测材料储存器101的向下移动。如果检测到材料储存器101的向下移动，则运动控制器106通过移动单元103控制平台102的运动。

根据该示例性实施方式，可以准确地定位平台。

[第二示例性实施方式]

将参照图2a至图3j对根据本发明的第二示例性实施方式的三维成形设备进行描述。

图2a是示出根据该示例性实施方式的三维成形设备的布置的概况的立体图。图2b是示出根据该示例性实施方式的三维成形设备的布置的俯视。图2c是示出根据该示例性实施方式的三维成形设备的布置的示意性侧视图。

三维成形设备200包括光源201、柱202、工作台203、材料储存器204、平台205、步进马达206、接近传感器207和支承件208。

光源201发射光束211，利用该光束211照射三维成形物体的材料241。材料241例如是光固化树脂。照射材料241的光束211可以是任何光束211，只要该光束211具有能够固化三维成形物体的材料241的波长即可。光束211具有例如405nm的波长，但是可以具有200nm至400nm的波长。本发明不限于此。

工作台203附接至柱202。光电传感器231经由传感器支承件(传感器支架)232附接至工作台203。光电传感器231的位置使用传感器调节台233调节。

将材料储存器(槽)204安置在工作台203上。将三维成形物体的材料241装填并储存在材料储存器204中。材料储存器204的底表面242通过包括能够透射光束211的构件而形成。能够透射光束211的构件由例如玻璃构件表示，但是本发明不限于此。整个材料储存器204可以由能够透射光束211的构件形成。注意的是，材料储存器204可以通过螺钉等固定至工作台203上的预定位置，或者材料储存器204可以简单地安置在工作台203上。在将材料储存器204安置在工作台203上的方法不限于此。

平台205通过平台安装螺钉253附接至平台支承构件251。此外，平台205经由平台支承构件251附接至柱202。平台205可以通过松开平台安装螺钉253而从平台支承构件251拆卸。平台205可以通过拧紧平台安装螺钉253而固定至平台支承构件251。

平台205面向材料储存器204布置。平台205的面向材料储存器204的表面上设置有在其上成形三维成形物体的成形垫252。三维成形物体在成形垫252上成形。

柱202中设置有线性致动器221和步进马达206。平台205可以通过包括平台支承构件251、线性致动器221和步进马达206的移动单元而在竖向方向上移动。可以使用接触支架222和光电传感器231来检测平台205的位置。

接近传感器207布置在工作台203上。接近传感器207布置在材料储存器204与柱202之间。然后，接近传感器207检测材料储存器204在下述方向(向下方向)上的运动，其中，材料储存器204沿该方向接近工作台203。注意，接近传感器207的布置位置不限于上面描述的布置位置，并且可以是可以检测材料储存器204的运动的任何位置。

可以使用机械开关等来检测材料储存器204的向下移动，而不是使用接近传感器207检测材料储存器204的向下移动。

支承件208从材料储存器204的底表面242的一侧支承材料储存器204。支承件208布置在工作台203与材料储存器204之间。材料储存器204借助于支承件208从工作台203浮起。在该示例中，支承件208是诸如在施加载荷时偏移的弹簧的构件。支承件208是具有足以可靠地支承材料储存器204的强度以在正常状态下不移动其位置而在载荷施加至材料储存器204时偏移的构件。注意的是，可以在材料储存器204的底表面242的工作台203的一侧上设置一个或多个支承件208。布置支承件208的位置不受限制，并且可以是例如来自光源201的光束211不受阻挡的位置。此外，支承件208由例如能够透射光束211的材料制成。

如果检测到材料储存器204的向下运动，则运动控制器209根据平台205的位置通过移动单元控制平台205的运动。如果检测到材料储存器204的向下运动，例如，运动控制器209停止平台205的运动。由于这阻止了平台205的运动，因此材料储存器204不会向下降低，并且因此没有过多的载荷施加至底表面242，从而使得可以防止对底表面242的损坏。

图2d是用于说明根据该示例性实施方式的三维成形设备的操作的概况的示意性正视图。如图2d所示，材料储存器204由支承件208支承以从工作台203浮起。如果材料储存器204被平台205等按压以向下(沿图2d中的箭头的方向)移动(降低)，则接近传感器207检测到材料储存器204的向下运动。然后，如果检测到材料储存器204的向下运动，则运动控制器209停止平台205的运动。

当成形三维成形物体时，平台205向下移动并定位成使得成形垫252接触材料储存器204的底表面242。在这种情况下，如果使用接近传感器207检测到材料储存器204向下运动，则运动控制器209停止平台205的向下运动。因此，可以防止由从平台205(成形垫252)施加的过大载荷引起的对材料储存器204的底表面242的损坏。

注意，尽管未示出，但是三维成形设备200可以设置有通知器，该通知器基于光电传感器231和接近传感器207的检测结果或者光电传感器231和接近传感器207中的一者的检测结果发送警报通知。通知器发送的警报通知由声音、光、振动、文本消息等实现。然而，本发明不限于此。

接下来将参照图3a至图3j对平台205定位的过程进行描述。如图3a所示，例如，以用于控制三维成形设备200的软件的手动模式调节平台205在竖向方向(垂直方向)上的位置(z轴位置调节)，并且将平台205降低至靠近材料储存器204的由玻璃制成的底表面242的位置。也就是说，如果平台支承构件251使用运动控制器209在竖向方向上移动，则平台205也根据平台支承构件251的运动在竖向方向上移动。

通过将平台205在竖向方向(z轴方向)上的移动距离调节例如10mm、1mm或0.1mm，平台205通过目视观察而逐渐地、精细地移动。然后，使平台205移动并降低至设置在平台205上的成形垫252与材料储存器204的底表面242之间产生有1mm至2mm的间隙的位置。

如图3b所示，成形垫252(成形垫表面)和底表面242通过松开平台205的平台安装螺钉253而彼此配合。平台安装螺钉253被松开以在成形垫252与底表面242之间不产生间隙，并且在平台205与平台支承构件251之间产生间隙。也就是说，平台205通过松开平台安装螺钉253而与平台支承构件251分开，并且向下落下，从而可以使成形垫252和底表面242彼此配合。

如图3c所示，执行调节以在平台205与平台支承构件251之间产生50μm至100μm的间隙。也就是说，如图3b所示，在该状态下，平台安装螺钉253被松开。因此，即使使用运动控制器209使平台支承构件251在竖向方向上移动，平台205也不会在竖向方向上移动。因此，平台支承构件251在竖向方向上移动，以在平台205与平台支承构件251之间产生50μm至100μm的间隙。

注意，在这种情况下，如果光电传感器231操作(led(发光二极管)关闭)成防止平台支承构件251的位置降低，则使用传感器调节台233来降低光电传感器231的位置。以这种方式，通过降低光电传感器231的位置，可以进一步降低平台205的位置(调节至led打开的位置)。

如图3d的左侧的视图所示，在能够将平台205与平台支承构件251之间的间隙调节为具有50μm至100μm之后，紧固平台安装螺钉253以将平台205固定至平台支承构件251。然后，如图3d的右侧的视图所示，在能够固定平台205的位置之后，将光电传感器231精细地调节至led关闭的位置(led正好关闭的位置)。

在该状态下，开启用于控制三维成形设备200的软件的z轴原点返回。也就是说，该状态被设定为平台205的位置的基准位置。在升高平台205之后，平台缓慢降低，并且平台停在光电传感器231的led关闭的位置处(参见图3e的右侧的视图)。

如图3f的左侧的视图所示，松开平台安装螺钉253，并且检查平台205与平台支承构件251之间的间隙。如图3f的右侧的视图所示，如果所检查的间隙大，则光电传感器231的位置降低。如果所检查的间隙小，则光电传感器231的位置升高。

如图3g所示，在检查平台205与平台支承构件251之间的间隙的同时，重复图3e和图3f中示出的过程以松开平台安装螺钉253并固定平台205的位置，从而确定原点设定位置。也就是说，如果片材为50μm，则平台205与平台支承构件251之间的间隙设定为约50μm。如果片材为5μm，则设定被执行为不产生间隙(平台205和平台支承构件251彼此紧密接触但不相互挤压的状态)。片材表示三维成形时z轴的设定值。当设定值较小时，可以更精确地进行成形。

如图3h所示，平台205的位置大幅向上升高(例如，50mm)，并且树脂等作为材料241被装填至材料储存器204。

如图3i所示，在装填材料241之后，平台205的位置降低至原点设定位置，以将成形垫252浸入到材料241中，并且确认成形垫252与材料储存器204的底表面242之间的间隙。如果需要调节成形垫252与材料储存器204的底表面242之间的间隙，则重复图3f、图3g和图3i的步骤。

如图3j的左侧的视图所示，在平台205升高的同时，材料241被来自位于材料储存器204下方的光源201的光束211照射，从而开始成形三维成形物体301。如图3j的右侧的视图所示，如果三维成形物体301的成形结束并且另一平台205附接至平台支承构件251，则执行图3i中示出的过程以确认并调节平台205的位置。

根据该示例性实施方式，由于平台205可以精确地对准，因此可以正确地对准平台205和材料储存器204的底表面242。此外，由于平台205和底表面242可以正确地对准，因此可以成形高精度的三维成形物体，例如，具有几微米量级精度的三维成形物体。

此外，根据该示例性实施方式，由于在平台205对准时接近传感器207和支承件208对材料储存器204的向下运动进行检测，因此材料储存器204的底表面242(底表面242的玻璃)永远不会损坏。

[第三示例性实施方式]

将参照图4和图5对根据本发明的第三示例性实施方式的三维成形设备进行描述。图4是示出根据该示例性实施方式的三维成形设备的布置的概况的视图。注意，根据需要，图4中未示出对于描述而言不必要的元件。根据该示例性实施方式的三维成形设备与上面描述的第二示例性实施方式的不同之处在于，设置了弹性构件、载荷检测器和通知器。其余的部件和操作与第二示例性实施方式中的部件和操作相同。因此，相同的附图标记表示相同的部件和操作，并且将省略相同部件和操作的详细描述。

三维成形设备400还包括弹性构件401、载荷检测器402和通知器403。

弹性构件401设置在材料储存器204的下表面上。也就是说，弹性构件401设置在工作台203与材料储存器204之间。弹性构件401用作吸收材料储存器204被平台205按压时从平台205施加的压力的缓冲件。也就是说，如果工作台203和材料储存器204的底表面242彼此直接接触，则材料储存器204不能避免从平台205施加的压力。因此，材料储存器204的底表面242可能被损坏。然而，可以通过在工作台203与材料储存器204的底表面242之间设置弹性构件401来防止对底表面242的损坏，这是因为弹性构件401吸收了从平台205施加至材料储存器204的压力。

载荷检测器402设置在平台205与成形垫252之间。载荷检测器402对施加至材料储存器204的载荷进行检测。由于材料储存器204设置有弹性构件401，弹性构件401可以在一定程度上吸收载荷。然而，如果施加过大的载荷，则底表面242会被不希望地损坏。为了解决该问题，通过使用载荷检测器402检测施加至材料储存器204的载荷，可以防止对材料储存器204的底表面242的损坏并且可以更正确地定位平台205。

通知器403基于载荷检测器402的检测结果发送警报通知。通知器403发送的警报通知由声音、光、振动、文本消息等实现。然而，本发明不限于此。注意，通知器403可以基于光电传感器231、接近传感器207和载荷检测器402中的一者的检测结果发送警报通知。还要注意，已经在上面对设置有除了支承件208之外的弹性构件401的三维成形设备400的示例进行了说明。然而，在三维成形设备400中，可以设置弹性构件401来代替支承件208。

图5是用于说明根据该示例性实施方式的三维成形设备的操作过程的流程图。在步骤s501中，三维成形设备400使移动单元在竖向方向上移动平台205。在步骤s503中，三维成形设备400检测材料储存器204是否已经向下移动。如果检测到材料储存器204还没有向下移动(步骤s503中的“否”)，则三维成形设备400继续移动平台205；否则(步骤s503中的“是”)，三维成形设备400前进至下一步骤。在步骤s505中，三维成形设备400通过移动单元控制平台205的运动。也就是说，三维成形设备400停止平台205的运动。在步骤s507中，三维成形设备400确定平台205的运动控制是否已经结束。如果平台205的运动控制尚未结束(步骤s507中的“否”)，则三维成形设备400继续平台205的运动控制；否则(步骤s507中的“是”)，三维成形设备400结束处理。注意，图5中示出的流程图同样适用于第二示例性实施方式中描述的三维成形设备200。

根据该示例性实施方式，由于设置了载荷检测器，因此可以更可靠地控制平台的运动，并从而精确地定位平台。此外，由于可以更可靠地控制平台的运动，因此可以有效地防止对材料储存器的底表面的损坏。

[其他示例性实施方式]

尽管已经参考本发明的示例性实施方式具体示出和描述了本发明，但是本发明不限于这些示例性实施方式。本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

本发明可应用于包括多个设备或单个设备的系统。本发明即使在用于实现示例性实施方式的功能的信息处理程序直接或从远程站点提供给系统或装置时也是适用的。因此，本发明还包括安装在计算机中的用以通过计算机实现本发明的功能的程序、存储程序的介质以及使用户下载程序的www(万维网)服务器。特别地，本发明至少包括存储使计算机执行包括在上述示例性实施方式中的处理步骤的程序的非暂时性计算机可读介质。