三维立体造形物、制造方法和装置及装置控制方法和程序的制作方法_2

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液4的多个单位排出区域,对单位排出区域赋予墨液4。
[0083] 本发明具有以下特征:在墨液排出工序中,在层的墨液排出面的窄于Α2[μπι2]的 单位排出区域上排出2种以上不同色的墨液。通过这样,能够在单位排出区域中进行各种 色的组合。而且,能够容易地增加色阶(gradation),同时能够提高分辨率。结果、能够制造 出色彩显示生动的三维立体造形物。
[0084] 在单位排出区域上可以排出各种色的墨液。再者,本发明中,在各种色中也包括无 色(透明、半透明)的。
[0085] 关于墨液4的构成材料,将在后文具体说明,墨液4优选是由含有蓝紫色、紫红色、 黄色、黑色、白色中的任一种颜色的着色剂的着色墨液、或不含着色剂的无着色墨液构成。 通过这样,能够在三维立体造形物表面上,不仅使色彩显示生动,而且还能够进行广域的明 度显不。
[0086] 作为在排出领域上排出的墨液的颜色的组合,可以列举出例如,图5(1)所示的黄 色和无色、图5 (2)所示的紫红色和无色、图5 (3)所示的蓝紫色和无色、图5 (4)所示的黄色 和紫红色和无色、图5 (5)所示的黄色和蓝紫色和无色、图5 (6)所示的紫红色和蓝紫色和无 色、图5 (7)所示的黄色和紫红色和蓝紫色、图5 (8)所示的黄色和白色和无色、图5 (9)所示 的黄色和白色和黑色、图5 (10)所示的黄色和紫红色和白色、图5 (11)所示的黄色和紫红色 和黑色、图5(12)所示的白色和白色和白色、图5(13)所示的黑色和白色和白色、图5(14) 所示的黑色和白色和无色、图5(15)所示的黑色和无色和无色等。再者,作为组合,并不限 于这些。
[0087] 此外,单位排出区域优选从层6(层单元7)的外缘朝着内部(三维立体造形物1 的内部方向)排列多个。通过这样,能够使色阶更多,进一步提高三维立体造形物的表面分 辨率。结果、能够在三维立体造形物表面上进行更生动的色彩显示。
[0088] 作为单位排出区域的排列,可以列举出例如,如图6(a)所示,由黄色和紫红色和 无色构成的排出领域从三维立体造形物表面侧开始排列3组的构造,如图6(b)所示,由黄 色和蓝紫色和无色构成的排出领域从三维立体造形物表面侧开始排列2组,然后排列由黄 色和无色构成的排出领域的构造等。
[0089] 此外,A2 [ μ m2]优选比墨液4的着弹面积(impact surface area)的2倍还小。通 过这样,能够进一步提高三维立体造形物表面的分辨率。
[0090] 墨液4的着弹面积优选是70μπι2以上18000μπι2以下、更优选700μπι 2以上 8000 μ m2以下。通过这样,能够进一步提高三维立体造形物表面的分辨率。
[0091] <固化工序>
[0092] 之后,使赋予到层6上的粘接剂44固化来形成层单元(固化部)7 (lc)。通过这 样,能够使粘接剂44和微粒63的粘接强度特别优异,结果、使最终得到的三维立体造形物 1的机械强度特别优异。
[0093] 本工序,虽然根据粘接剂44的种类而异,但例如、在粘接剂44是热固化性树脂时, 可以通过加热进行,在粘接剂44是光固化性树脂时,可以通过照射相应的光来进行(例如、 在粘接剂44是紫外线固化性树脂时可以通过照射紫外线来进行)。
[0094] 再者,墨液赋予工序和固化工序也可以同时进行。即、可以在1个层6全体的图案 全部形成前,从被赋予了墨液4的部位开始依次进行固化反应。
[0095] 之后,反复进行前述一系列的工序(参照ld、le、lf)。通过这样,所述各层6中被 赋予了墨液4的部位的微粒63呈粘接在一起的状态,将这种状态的层6多个层叠,就能够 得到层叠体形式的三维立体造形物1 (参照Ig)。
[0096] 此外,在第2次以后的墨液赋予工序(参照Id)中被赋予到层6上的墨液4,在被 用于构成该层6的微粒63的彼此粘接的同时,被赋予的墨液4的一部分向更下面的层6中 浸透。因此,墨液4不仅用于将各层6内微粒63的彼此粘接,而且还被用于相邻层间的微 粒63的彼此接合。结果、最终得到的三维立体造形物1整体上机械强度优异。
[0097] <未粘接微粒除去工序>
[0098] 并且,在反复进行前述一系列的工序后,作为后处理工序,进行将构成各层6的微 粒63中没有通过粘接剂44被粘接的微粒(未粘接微粒)除去的未粘接微粒除去工序(Ih)。 通过这样,三维立体造形物1能够被取出。
[0099] 作为本工序的具体的方法,可以列举出例如,用毛刷等扫除未粘接微粒的方法,通 过吸引来除去未粘接微粒的方法,吹空气等气体的方法,施加水等液体的方法(例如、在液 体中浸渍前述那样得到的层叠体的方法,吹液体的方法等),施加超声波振动等振动的方法 等。此外,可以将从中选出的2种以上的方法进行组合。更具体地可以列举出,在吹空气等 气体后浸渍在水等液体中的方法,以浸渍在水等液体中的状态施加超声波振动的方法等。 其中优选采用对前述那样得到的层叠体赋予含有水的液体的方法(特别是浸渍在含有水 液体中的方法)。通过这样,构成各层6的微粒63中没有通过粘接剂44被粘接的微粒即便 通过水溶性树脂64被临时固定,通过使用含有水的液体而使水溶性树脂64溶解,也能够将 前述那样的临时固定解除,更容易并且切实地从三维立体造形物1除去未粘接微粒。此外, 能够更切实地防止在除去未粘接微粒之际三维立体造形物1发生损伤等缺陷。此外,通过 采用这样的方法,可以当做同时进行了三维立体造形物1的清洗。
[0100] 通过上述的制造方法制造出的三维立体造形物,其表面被赋予了分辨率高的生动 的色彩。
[0101] 2.三维立体造形物制造装置
[0102] 接下来,对本实施方案所涉及的三维立体造形物制造装置100予以说明。
[0103] 图7是显示制造三维立体造形物的三维立体造形物制造装置的概略图。图8是图 7所示三维立体造形物制造装置所具有的控制部的模块图。
[0104] 三维立体造形物制造装置100是在前述三维立体造形物的制造方法中使用的装 置,是能够通过生成层单元7的模型,并基于该模型依次造形出各层单元7,将各层单元7依 次层叠,从而形成三维立体造形物1的装置。
[0105] 如图7、图8所示,三维立体造形物制造装置100具有进行层单元7的模型的生成 等的计算机20、和形成三维立体造形物1的造形部30。
[0106] 下面,对构成三维立体造形物制造装置100的各部予以具体说明。
[0107] [造形部 30]
[0108] 如图7所示,造形部30具备与计算机20电连接的墨液排出部(墨液排出单元)40、 粉末供给部50、粉末控制部60、光源70和造形台80。
[0109] 墨液排出部40上搭载有以喷墨方式排出墨液4的液滴的液滴排出头41。此外, 墨液排出部40具备图中未示出的墨液供给部。本实施方案中,采用所谓压电驱动方式 (piezoelectric drive format)的液滴排出头41。液滴排出头41被设计成能够依照后述 的控制部21的命令来改变墨液4的排出量。
[0110] 此外,墨液排出部40具有能够将液滴排出头41在XY平面上移动的X方向移动部 42和Y方向移动部43。
[0111] 粉末供给部50具有向后述的造形台80供给三维立体造形用粉末(以下也简称粉 末)的功能。粉末供给部50被设计成能够受图中未示出的粉末供给部驱动单元驱动。
[0112] 粉末控制部60具备刮板61和规制刮板61的动作的导轨62。粉末控制部60具有 通过刮板61控制从粉末供给部50供给来的粉末,并在造形台80上形成由粉末构成的规定 厚度Α[ μ m]的层6的功能。
[0113] 刮板61沿着Y方向形成长形,具有下部顶端尖的刀状形状。刮板61被设计成能 够依照图中未示出的刮板驱动单元而沿着导轨62在X方向上驱动。
[0114] 由粉末供给部50和粉末控制部60构成层形成单元。
[0115] 光源70具有使通过粉末控制部形成的粉末的层上被赋予的墨液4固化的功能。
[0116] 光源70被设计成能够发出紫外光。作为光源70,可以采用例如、汞灯、金属卤灯、 氙灯、准分子灯等。
[0117] 造形台80在XY截面上具有矩形形状。在该造形台80上通过墨液4将粉末粘接 在一起而形成层单元7。
[0118] 造形台80能够通过图中未示出的造形台驱动单元沿着Z方向移动。
[0119] 造形台80以要形成的层6的厚度量向下方移动,并且在那里通过粉末供给部50 和粉末控制部60来形成层6。
[0120] 此外,造形部30具备图中未示出的驱动控制部。
[0121] 驱动控制部具有马达控制部、位置检测控制部、粉末供给控制部、排出控制部和曝 光控制部。
[0122] 马达控制部根据后述的计算机20的CPU发出的指令,分别对液滴排出头41在XY 方向上的驱动、刮板61的驱动和造形台80的驱动进行独立控制。
[0123] 位置检测控制部基于CPU发出的指令,分别对液滴排出头41的位置、刮板61的位 置和造形台80的位置进行独立控制。
[0124] 粉末供给控制部基于CPU发出的指令来控制粉末供给部50的驱动(粉末的供 给)。
[0125] 排出控制部基于CPU发出的指令来控制液滴排出头41的驱动(液滴的排出)。
[0126] 曝光控制部基于CPU发出的指令来控制光源70的发光状态。
[0127] [计算机 20]
[0128] 如图8所示,计算机20具有对造形部30的各部分的动作进行控制的控制部21、信 号接收部24和图像生成部25。
[0129] 控制部21具有CPU (中央处理器,Central Processing Unit) 22和存储部23。
[0130] CPU22作为处理器(processor)进行各种演算处理,运行控制程序231。
[0131] 存储部23具有ROM(只读存储器,Read Only Memory)、RAM(随机存储器,Randam Access Memory)等。在存储部23设定有:存储了记录了造形部30中的动作的控制步骤的 控制程序231的区域、作为能够将各种数据一时性展开的区域的数据展开部232等。存储 部23介由数据总线29与CPU22连接。
[0132] 此外,控制部21介由数据总线29与图像生成部25和信号接收部24连接。此外, 控制部21介由输入输出界面28和数据总线29与造形部30的驱动控制部连接。此外,前 述粉末供给部驱动单元、造形台驱动单元、刮板驱动单元、液滴排出头和光源分别介由输入 输出界面28和数据总线29与驱动控制部连接。
[0133] 图像生成部25具有制造三维立体造形物1的模型等的功能。图像生成部25由能 够生成三维立体CAD (computer-aided design)等三维立体物体的软件等构成。
[0134] 图像生成部25具有生成三维立体造形物1的模型的三维立体造形物模型生成功 能,或用STL (标准三维语言,Standard Triangukated Language)等生成2维模型,以三角 形、四角形之类的多角形等2维模型表现三维立体造形物1的模型的外表面等的功能。艮P、 图像生成部25具有生成三维立体造形物1的三维立体形状数据的功能。
[0135] 此外,图像生成部25具有将三维立体造形物1的模型以层状切断来生成层单元7 的模型的功能。
[0136] 由图像生成部25生成的层单元数据被存储部23保存,经由输入输出界面28和数 据总线29传送给造形部30的驱动控制部。基于传送来的层单元数据,造形部30进行驱动。
[0137] 信号接收部24具备USB (Universal Serial BUS)接口、LAN接口等。信号接收部 24具有接收从扫描仪等外部仪器(图中未示出)等传来的用于生成三维立体造形物1的模 型的原物体信息的功能。
[0138] 此外,计算机20与显示器(显示装置)、键盘(输入装置)连接(图中未示出)。 显示器和键盘分别经由输入输出界面和数据总线与控制部21连接。
[0139] 显示器具有在图像显示领域显示信号接收部24取得的图像文件的功能。通过具 有显示器,操作者能够在视觉上掌握理解图像文件等。
[0140] 再者,作为输入装置,不限于键盘,也可以是鼠标、追踪球、触摸面板等。
[0141] 上述的三维立体造形物制造装置100,首先,根据三维立体形状数据来生成层单元 数据,再根据该层单元数据在造形台80上形成三维立体造形用粉末(含有三维立体造形用 粉末的三维立体造形用组合物)的层6,进而、赋予墨液4而形成层单元7,将形成的层单元 7依次多次层叠,就得到了三维立体造形物1。
[0142] 此外,上述的三维立体造形物制造装置100被设计成能够在层6的墨液4排出面 上的、窄于Α2[μπι2]的单位排出区域排出2种以上的不同色的墨液4。换而言之,存储部23 中记录有能够使墨液排出单元在层6的墨液4排出面上的、窄于Α 2[ μ m2]的单位排出区域 上排出2种以上的不同色的墨液4的控制程序。
[0143] 3.三维立体造形用组合物
[0144] 接下来,对三维立体造形用组合物予以具体说明。
[0145] 三维立体造形用组合物含有三维立体造形用粉末和水溶性树脂64。
[0146] 下面,对各成分予以具体说明。
[0147] 《三维立体造形用粉末》
[0148] 三维立体造形用粉末由多个微粒63构成。
[0149] 作为微粒63,可以使用任意的微粒,但优选由多孔质的微粒(多孔质微粒)构成。 通过这样,能够在制造三维立体造形物1之际使粘接剂44很好地侵入到空孔内,结果能够 很好地用于机械强度优异的三维立体造形物的制造。
[0150] 作为构成三维立体造形用粉末的多孔质微粒的构成材料,可以列举出例如,无机 材料、有机材料、它们的复合体等。
[0151] 作为构成多孔质微粒的无机材料,可以列举出例如,各种金属、金属化合物等。作 为金属化合物,
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