专利名称：三维打印机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维打印才几，该三维打印才几通过从打印头 对具有三维形状表面的打印对象物喷墨而对上述表面实施规定
的打印。
背景技术：
以往公知有很多种将文字、图案等打印到纸等打印对象物 上的打印机装置，例如，连接于计算机、对纸面进行打印的打 印机装置等广泛应用于工作、家庭。以往的打印机的一般形式 是一边沿规定方向输送作为打印对象物的纸或者片材、 一边使 打印头与上述输送方向垂直地移动扫描而进^于打印。例如日本
特开2003—191455号7>才艮以及曰本净争开2004—148666号7>寺艮所 记载的打印机装置。
这种以往的打印机装置是对平面状的片材或固体物的平面 进行规定打印，都是进行二维打印，但最近需要能够对具有三 维形状的表面(例如，圆柱面、球面、其他各种各样的曲面) 的对象物实施打印的打印才几。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而做出的，其目的在于提供一种 三维打印机，该三维打印机能够通过从打印头对具有圆柱面、 球面、其他各种各样的曲面，即具有三维形状表面的打印对象 物喷墨而对该三维形状的表面实施希望的打印。
的打印对象物喷墨而对上述表面实施规定的打印的三维打印
机，该三维打印机具有如下装置保持装置，其用于保持上述 打印对象物；支承装置，其支承上述保持装置及上述打印头并
使得上述保持装置及上述打印头可以沿互相正交的X轴、Y轴及 z轴方向相对移动，并且支承上述保持装置、并使得上述保持 装置可以相对于上述打印头以上述X轴为中心4^转以及以上述 Y轴为中心相对旋转；移动控制装置，其进行使由上述支承装 置支承的上述保持装置和上述打印头沿上述X轴、Y轴及Z轴方 向相对移动的控制以及使上述保持装置以上述X轴及上述Y轴 为中心相对旋转的控制；打印控制装置，其根据上述移动控制 装置的移动控制及旋转控制进行从上述打印头喷墨喷的控制。
第2本发明的打印机也是通过从打印头对具有三维形状表 面的打印对象物喷墨而对上述表面实施规定的打印的三维打印 机，该三维打印机具有底座构件；第l支承构件，其被支承 在上述底座构件上，可以沿在平面方向延伸的X轴方向自由移 动；第2支承构件，其被支承在上述第l支承构件上，可以沿与 上述平面方向垂直地延伸的Z轴方向自由移动；第3支承构件， 其被支承在上述第2支承构件上，能够以第l旋转轴线为中心自 由旋转，上述第1旋转轴线沿与上述X轴方向和Z轴方向垂直的Y 轴方向延伸；保持装置，其用于保持打印对象物，被支承在上 述第3支承构件上，能以第2旋转轴线为中心自由旋转，上述第 2旋转轴线在与上述第1旋转轴线正交的面内延伸；打印头，其 设于上述底座构件上方，被支承为能够在由上述保持装置所保 持的打印对象物的上方沿上述Y轴方向移动；移动控制装置， 其进行上述第l支承构件 上述第3支承构件及上述保持装置的 移动控制和旋转控制，并且进行上述打印头的移动控制；打印 控制装置，其根据由上述控制装置进行的移动控制及旋转控制 进行从上述打印头喷墨的控制。
另外，优选采用使上述第1旋转轴线与上述第2旋转轴线交 叉的结构，因为易于动作控制。
根据如上述那样构成的第l本发明的打印机，由移动控制
装置进行使保持装置及打印头沿X轴、Y轴及Z轴方向相对移动 的控制以及使保持装置以X轴及Y轴为中心相对旋转的控制，从 而能够使打印头相对移动，使打印头始终相对于由保持装置保 持的打印对象物的表面三维形状具有规定间隔，使它们成为规 定的位置关系(即，成为适合于使从打印头中喷出的墨附着到 打印对象物表面而实施打印的间隔及位置关系)，在这样使打印 头相对移动时，若通过打印控制装置，根据该移动进行从打印 头喷墨的控制，就能够简单且自动地对具有三维形状的打印对 象物的表面进行希望的打印。
第2本发明的打印机的情况也一样，由移动控制装置控制 在底座构件上方的第1支承构件沿X轴方向的移动、第2支承构 件相对于第1支承构件沿Z轴方向的移动、第3支承构件相对于 第2支承构件的以第1旋转轴线为中心的旋转、保持装置相对于 第3支承构件的以第2旋转轴线为中'"、的旋转以及使在底座构 件上的打印头沿Y轴方向的移动，由此能够始终使打印头相对 于由保持装置保持的打印对象物的表面三维形状成为适合于实 施打印的间隔及位置关系，在这样使打印头相对移动时，若通 过打印控制装置对应于该移动进行从打印头的喷墨的控制，就 能够简单且自动地对具有三维形状的打印对象物的表面进行希 望的打印。
图l是说明本发明的打印机的工作原理的概略图。
图2是本发明的 一个实施方式的打印机装置的主视图。
图3是该打印机装置的侧视图。
图4是将该打印机装置的一部分取出予以表示的立体图。
具体实施例方式
以下参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。首先， 参照图l对由本发明的打印机装置中的保持装置保持的打印对
象物80与打印头85之间的相对移动控制及打印控制的概要进 行说明打印。图l所示的打印对象物80为圆锥台形状的构件， 用图l对打印机的工作原理进行说明，该打印机被构成为使墨 从打印头(喷墨头)85喷到打印对象物80的圆锥状的外表面81 上来进行希望的打印。
虽未图示，但该打印机具有用于支承打印对象物80的支承 装置，该支承装置被构成为支承打印对象物80,使该打印对 象物80的圆锥台的中心轴线X前后延伸、并且使该打印对象物 80以该轴X为中心自由旋转(箭头A所示的旋转)；在该状态下 支承打印对象物80,使该打印对象物80能够以Y轴为中心自由 旋转(箭头B所示的旋转)，该Y轴通过X轴上的点Ol、且与X 轴正交并左右延伸；并且，能够使该打印对象物80沿X轴方向 前后移动(箭头D (x)所示的移动)、并能沿与X轴及Y轴正交 而垂直延伸的Z轴上下移动(箭头D ( z)所示的移动)。在这样 被未图示的支承装置支承的打印对象物80的上方配设有可沿Y 轴方向移动(箭头D (y)所示的移动)的打印头。另外，打印 头85在下表面具有多个喷墨孔，由打印控制装置对从各个喷墨 孔的每个喷墨孔进行控制，使从未图示的墨供给装置供给来的 墨从上述喷墨孔喷出，对打印对象物80的表面81进行规定的打 印。
为了使墨从打印头85下表面的喷墨孔喷到如上述那样由 支承装置支承的打印对象物80的圆锥状表面81上而进行希望 的打印，需要使喷墨孔位于与打印对象物80的表面81具有规定 的打印间隔的、与打印对象物80的表面81接近的打印对象位置
(具有最适于使从喷墨孔中喷出的墨附着到表面81上而进行 打印的间隔的位置)打印。而且，此时，需要打印头85下表面 的喷墨孔正面朝向打印对象物的表面，即，需要使从喷墨孔喷 出的墨的喷出方向与表面81垂直地朝向该表面81。例如，为了 使墨从打印头8 5喷到打印对象物8 0的表面的图示的点P 0上而 进行打印，需要对打印对象物进行定位，使点PO位置处的表面 与打印头85的下表面86接近到点PO位置处的表面与打印头85 的下表面86离开规定打印间隔的位置，而且需要使点PO位置处 的表面与打印头下表面86平行。
为此，从如图l所示那样支承着打印对象物80的状态作如 下变动沿X轴方向前后移动(箭头D ( x )所示的移动)打印 对象物80,使打印对象点PO移动到打印头85的正下方的位置； 以X轴为中心旋转(箭头A所示的旋转)打印对象物80,使打印 对象点P0位于打印对象物80的正上方；以Y轴为中心旋转(箭 头B所示的旋转)打印对象物80,使打印对象物80位于使通过 打印对象点P0的母线L1水平延伸的位置；沿Y轴方向移动(箭 头D ( y )所示的移动)打印头85,使得打印头85的下表面86
(的进行喷墨的喷墨孔)位于打印对象点PO的正上方；沿Z轴 向上方移动(箭头D ( z)所示的移动)打印对象物80,使打印 头85的下表面86 (的进行喷墨的喷墨孔)位于离开打印对象点 PO规定打印距离的接近位置。另外，只要打印对象物80和打印 头85不相互千扰，该移动及旋转的顺序可以是任何顺序。
这样，打印头85的下表面86 (的进行喷墨的喷墨孔)位于 离开打印对象点PO规定打印距离且正面朝向打印对象点PO的
位置，在这样的状态下，基于打印控制装置的控制，从打印头
85的下表面86的喷墨孔进行喷墨，对点P0进行打印。而且，例 如，为了沿打印对象物80的表面的周向进行打印， 一边变更上 述由支承装置支承的打印对象物80的支承位置，以使打印对象 物80的外表面处的沿周向的点P1、 P2、 P3.离开打印头 85的下表面86 (的进行喷墨的喷墨孔)规定打印距离且正面朝 向打印头85的下表面86 ， 一边由打印控制装置控制打印头85 而喷出墨。
基于以上说明的工作原理，参照图2 图4对用于进行三维 打印的具体的打印机装置结构进行说明。在该打印机装置中， 在底座l上固定设有门形支承框架2,该门形支承框架2由左右 一对的支承腿2a、 2b以及将该一对支承腿2a、 2b的上端连接起 来的左右延伸的支承梁2c构成。另外，在底座l上还设有邻接 于右支承腿2 b且具有操作面板6 a的第1控制装置6以及邻接于 左支承腿2a且具有维护装置8的第2控制装置7。另外，第l控制 装置6及第2控制装置7由对后述各种构件的移动及旋转动作进 行控制的移动控制装置、对来自打印头的喷墨进行控制的打印 控制装置、电源控制装置等各种控制装置构成。
在支承梁2c的上表面设有前后一对左右导轨3a、 3b,该对 左右导轨3a、 3b沿左右方向(Y轴方向)延伸，在该一对左右 导轨3a、 3b上安装有可以左右自由移动(沿D ( y )方向移动) 的打印头滑架4。为了使该打印头滑架4左右移动，设有滚珠丝 杠机构等进给机构，通过对该进给机构进行驱动控制，能够控 制打印头滑架4的左右方向移动，由于这样的进给机构是周知 的，所以省略其结构说明。
打印头滑架4从被左右导轨3a、 3b支承的部分起向前方延 伸后向下方弯折接着再向前方延伸，是侧面看起来呈曲柄形状
的构件，在该打印头滑架4的前端部4a上安装有多个打印头组 件5。打印头组件5亦称喷墨头组件，在其下表面上形成有多个 喷墨孔，例如被构成为从喷墨孔中分别喷出不同颜色的墨。该
喷墨控制是通过打印控制装置控制各个喷墨孔中的每一个喷墨 孔，但由于是以往公知的结构，所以省略其说明。另外，在本 说明书中，单个打印头组件5，或者在打印头滑架4上搭载有打 印头组件5的打印头滑架4相当于技术方案所规定的打印头。
这样搭载有打印头组件5的打印头滑架4可以在左右导轨 3a、 3b上左右移动，如图2所示，在打印头滑架4位于左右导轨 3a、 3b的左端部的状态下，向上移动维护装置8就能够防止打 印头组件5的下表面的喷墨孔干燥并能对喷墨孔进行清扫。
在底座l上设有一对前后导轨la、 lb，该一对前后导轨la、 lb位于门形支承框架2的左右支承腿2a、 2b的之间、并沿前后 方向(X轴方向)延伸。在该前后导轨la、 lb上"i殳有可以前后 自由移动(沿箭头D(x)方向自由移动)的第1支承构件10。 为了使该第1支承构件10前后移动，设有滚珠丝杠机构等进给 机构，通过对该进给机构进行驱动控制能够控制第1支承构件 IO的前后方向移动，由于这样的进给才/L构是〃^知的，所以省略 其结构说明。
在第1支承构件10上以垂直立起的状态固定设有垂直支承 构件ll,在该垂直支承构件ll的前表面设有沿垂直方向(Z方 向)延伸的一对上下导轨12a、 12b。第2支承构件15设置在该 一对上下导轨12a、 12b上并被它们支承，可以上下自由移动(沿 箭头D(z)方向自由移动)。为了使该第2支承构件15上下移动， 设有滚珠丝杠机构等进给机构，通过对该进给机构进行驱动控 制，能够控制第2支承构件15的上下方向移动，由于这样的进 给才几构是7>知的，所以省略其结构i兌明。
第2支承构件15的前表面15a形成为以第1旋转轴线Y0为 中心的圆柱面形状，该第1旋转轴线Y0通过相对于第2支承构件 15确定的规定点01 (像后述那样被设在能放置打印对象物80 的位置上的点)沿Y轴方向延伸，该圆柱面形状的前表面15a 上设有第3支承构件20,该第3支承构件20具有与该前表面15a 相接合的圆柱面形状的后表面20a、并可沿该前表面15a自由滑 动。即，第3支承构件20的后表面20a可以相对于第2支承构件 15的前表面15a滑动接触移动，由此，第3支承构件20可以相对 于第2支承构件15以第1旋转轴线Y0为中心自由旋转(箭头B所 示的S走转)地纟皮支7K。
为了使如上述那样支承着的第3支承构件20相对于第2支 承构件15以第1旋转轴线Y 0为中心旋转移动，在第3支承构件 20的图2中的左侧部的前表面形成有以第1旋转轴线Y0为中心 的内齿轮21。并且，在第2支承构件15的左侧部的前表面上安 装有驱动电动机16,安装于该驱动电动机16的驱动轴上的驱动 小齿轮17与内齿轮21相啮合。由此，通过驱动电动机16旋转驱 动驱动小齿轮17,与该驱动小齿轮17相啮合的内齿轮21被旋转 驱动，从而能够使第3支承构件20以第l旋转轴线YO为中心旋 转。
在第3支承构件20的前表面侧设有向前方突出的保持轴
25, 该保持轴25能以第2旋转轴线X0为中心自由旋转，该第2 旋转轴线XO沿前后方向(X轴方向)延伸且通过上述规定点Ol, 在该保持轴25的前端安装有用于保持打印对象物的保持卡盘
26。 保持轴25由配设于第3支承构件20内部的驱动电动机(未 图示)旋转控制驱动，保持卡盘26具有能够保持打印对象物80 的结构。因此，只要在由保持卡盘26保持着打印对象物80的状 态下旋转驱动保持轴2 5 ，就能够使打印对象物8 0以第2旋转轴
线X0为中心旋转。
由该保持轴2 5及该保持卡盘2 6构成技术方案中规定的保 持装置。另外，如上所述，由于第3支承构件20以第l旋转轴线 YO为中心自由旋转，所以在第3支承构件20位于规定旋转位置 (图3所示的旋转位置)时，第2旋转轴线X0沿前后方向(X轴 方向)延伸，但是第2旋转轴线X0根据第3支承构件20的旋转位 置相应地上下偏转。另外，如图所示，虽然第l旋转轴线YO及 第2旋转轴线XO均通过规定点01而相交叉，但也可以不交叉相 互错开。但是，在相交的情况下，容易运算打印对象物80的位 置，移动控制装置的控制较为简单。
在以上结构的打印机装置中，作为保持卡盘25的旋转中心 的第2旋转轴线X0相当于图l所示的工作原理结构中的X轴，作 为第3支承构件20的旋转中心的第l旋转轴线YO相当于图l的工 作原理结构中的Y轴。支承该第3支承构件20的第2支承构件15 由第1支承构件10支承，并可沿Z轴方向(上下方向)移动(箭 头D ( z)所示的移动)，第1支承构件10被支承为可在底座1上 方沿X轴方向(前后方向)移动(箭头D ( x)所示的移动)。另 外，打印头可在打印对象物80的上方被支承为相对于底座1沿Y 轴方向(左右方向)移动(箭头D ( y )所示的移动)。即，采 用可以进行与图l所示的工作原理相同的工作的结构。
由此可知，根据图2 图4所示构成的打印机装置，能够基 于用图l说明的工作原理，从形成于打印头组件5的下表面的喷 墨孔喷墨而使墨附着到打印对象物80的表面81上来进行希望 的打印。另外，在图l中，示出了对圆锥台状的打印对象物80 的圆锥形状表面进行打印的例子，但打印对象物的形状不限定 于此，可以对包含圆柱面、球面在内的任意曲面形状进行打印。
权利要求
1.一种三维打印机，该三维打印机从打印头将墨喷到具有三维形状表面的打印对象物上而对上述表面实施规定的打印，其特征在于，具有保持装置，其用于保持上述打印对象物；支承装置，其支承上述保持装置及上述打印头并使得上述保持装置和上述打印头能够沿互相正交的X轴、Y轴及Z轴方向相对移动，并且支承上述保持装置、并使得上述保持装置能够进行相对于上述打印头以上述X轴为中心的旋转以及以上述Y轴为中心的相对旋转；移动控制装置，其进行使由上述支承装置支承的上述保持装置和上述打印头沿上述X轴、Y轴及Z轴方向相对移动的控制以及使上述保持装置以上述X轴和上述Y轴为中心相对旋转的控制；打印控制装置，其根据上述控制装置的移动控制及旋转控制，进行从上述打印头喷墨的控制。
2. 根据权利要求l所述的三维打印机，其特征在于，上述支承装置支承打印对象物，并使得打印对象物以上述 X轴为中心自由旋转，在该状态下使上述打印对象物能够以通 过上述X轴上的点01的上述Y轴为中心自由旋转，使上述打印 对象物能够沿上述X轴方向前后移动且能沿上述Z轴方向上下 移动。
3. 根据权利要求1或2所述的三维打印机，其特征在于， 在由上述支承装置支承着的上述打印对象物的上方配设有可沿上述Y轴方向移动的上述打印头，上述打印头在下表面具 有许多喷墨孔，由上述打印控制装置进行控制，使从墨供给装 置供给来的墨从上述喷墨孔喷到上述打印对象物的表面来进行 打印。
4. 一种三维打印机，其特征在于，具有 底座构件；第1支承构件，其被支承在上述底座构件上，可沿在平面 方向延伸的X轴方向(前后方向)自由移动；第2支承构件，其被支承在上述第l支承构件上，可沿与上 述平面方向垂直i也延伸的Z轴方向(上下方向)自由移动；第3支承构件，其被支承在上述第2支承构件上，能以第l 旋转轴线为中心自由旋转，该第1旋转轴线沿与上述X轴方向及 上述Z轴方向垂直的Y轴方向延伸；保持装置，其用于保持打印对象物，被支承在上述第3支 承构件上，能以第2旋转轴线为中心自由旋转，该第2旋转轴线 在与上述第l旋转轴线正交的面内延伸；打印头，其设于上述底座构件上，被支承为可在由上述保 持装置保持着的打印对象物的上方沿上述Y轴方向(左右方向) 移动；移动控制装置，其对上述第l支承构件 上述第3支承构件 及上述保持装置的移动及旋转进行控制，并进行上述打印头的 移动控制；打印控制装置，其根据上述控制装置的移动控制及旋转控 制，进行从打印头的喷墨的控制。
5. 根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于， 上述第l旋转轴线与上述第2旋转轴线相交。
6. 根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于，在上述底座构件上固定设置有门形支承框架，该门形支承 框架由左右 一对支承腿以及将该一对支承腿的上端连接起来的 左右延伸的支承梁构成，在上述支承梁上设有沿上述Y轴方向 延伸的左右导轨，上述打印头被支承在上述左右导轨上，可在上述左右导轨上左右自由移动。
7. 根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于，利用由滚珠丝杠机构构成的进给机构，使上述打印头在上 述左右导轨上左右移动。
8. 根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于，与上述左右 一对的支承腿相邻接地设有上述移动控制装置 及上述打印控制装置。
9. 根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于， 上述打印头由被上述左右导轨支承着的打印头滑架以及安装于上述打印头滑架上的打印头组件构成，由上述打印控制装 置进行控制，从而从上述打印头组件的下表面的喷墨孔进行相 对于上述打印对象物的表面的喷墨控制。
10. 根据权利要求6所述的三维打印机，其特征在于， 在上述底座构件上设有前后导轨，该前后导轨位于上述门形支承框架的左右支承腿之间、并沿上述X轴方向延伸，在上 述前后导轨上设有可沿上述X轴方向自由移动的上述第l支承 构件。
11. 根据权利要求10所述的三维打印机，其特征在于， 利用由滚珠丝杠机构构成的进给机构，使上述第l支承构件在上述前后导轨上移动。
12. 根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于， 在上述第l支承构件上以垂直立起状态固定设置有垂直支承构件，在上述垂直支承构件上设有沿Z轴方向延伸的上下导 轨；上述第2支承构件由上述上下导轨支承、并可沿上述Z轴方 向自由移动。
13. 根据权利要求12所述的三维打印机，其特征在于，利用由滚珠丝杠机构构成的进给机构使上述第2支承构件在上述上下导轨上移动。
14. 根据权利要求4所述的三维打印机，其特征在于，上述第2支承构件的前表面形成为以第l旋转轴线Y0为中 心的圆柱面形状，该第1旋转轴线Y0通过相对于上述第2支承构 件确定的规定点Ol、且沿上述Y轴方向延伸，在上述第2支承构件的前表面设有可沿其自由滑动的第3支承构件，该第3支承 构件具有与上述圆柱面形状的前表面相接合的圆柱面形状的后表面，上述第3支承构件可以相对于上述第2支承构件以上述第 1旋转轴线Y0为中心自由旋转地一皮支^R。
15. 根据权利要求14所述的三维打印机，其特征在于，在上述第3支承构件的侧部前表面形成有以上述第1旋转 轴线YO为中心的内齿轮，在上述第2支承构件的左侧部的前表 面安装有驱动电动机，安装于上述驱动电动机的驱动轴上的驱动小齿轮与上述内齿轮相啮合，通过上述驱动电动机使上述驱 动小齿轮旋转驱动而旋转驱动上述内齿轮，从而使上述第3支 承构件以上述第1旋转轴线Y0为中心旋转。
16. 根据权利要求14所述的三维打印机，其特征在于，在上述第3支承构件的前表面侧设有保持轴，该保持轴向 上述第3支承构件的前方突出、沿上述X轴方向延伸且能以上述 第2旋转轴线X0为中心自由旋转，在上述保持轴的前端安装有 保持上述打印对象物的上述保持装置。
17. 根据权利要求16所述的三维打印机，其特征在于， 上述保持装置能够被配设于上述第3支承构件内部的驱动电动机驱动旋转，从而使上述打印对象物以上述第2旋转轴线 XO为中心旋转。
全文摘要
本发明提供一种打印机装置，该打印机装置具有底座、被支承在底座上且可沿X轴方向自由移动的第1支承构件、被支承在第1支承构件上且可沿Z轴方向自由移动的第2支承构件、被支承在第2支承构件上且能以沿Y轴方向延伸的第1旋转轴线Y0为中心自由旋转的第3支承构件、用于保持打印对象物且能以第2旋转轴线X0为中心自由旋转地支承在第3保持构件上的保持卡盘、设于底座上且被支承为可在打印对象物的上方沿Y轴方向移动的打印头。并且，由移动控制装置进行上述第1～上述第3支承构件及保持卡盘的移动控制及旋转控制，并进行打印头的移动控制，由打印控制装置根据移动控制装置的移动控制及旋转控制，进行来自打印头的墨的喷出控制。
文档编号B41J3/407GK101177073SQ200710110
公开日2008年5月14日 申请日期2007年6月11日 优先权日2006年11月6日
发明者关和友, 小野伸幸, 手千加雄 申请人:株式会社御牧工程;独立行政法人国立高等专门学校机构