三维造型物的制造装置及三维造型物的制造方法与流程

本发明涉及三维造型物的制造装置及三维造型物的制造方法。

背景技术：

以往，使用各种三维造型物的制造方法。其中，有一种在工作台上层叠三维造型物的构成材料的层而制造三维造型物的三维造型物的制造方法。

例如，在专利文献1中，公开了如下的三维造型物的制造方法：将粒状金属构成材料的层层叠起来，在包围保持未结合状态的第2区域的第1区域使粘合剂堆积，由此使第1区域有选择地结合。

专利文献1：日本特表2018－508651号公报

技术实现要素：

如专利文献1所记载，在仅对与三维造型物的表面区域相应的区域赋予粘合剂而塑造三维造型物的形状的现有的三维造型物的制造方法中，根据使用的构成材料的种类，有时会烧结密度变低，烧结性下降。

为了解决上述技术课题，本发明的三维造型物的制造装置的特征在于，具备：工作台，造粒粉的层层叠于所述工作台；层形成部，将所述工作台上的所述造粒粉形成为规定厚度的层；压缩部，能够对所述层进行压缩，以使所述层中的所述三维造型物的形成区域的所述造粒粉被破坏；以及粘合剂赋予部，在所述层中的所述形成区域中，不对与所述三维造型物的表面区域不相应的区域赋予粘合剂，并且对与所述三维造型物的表面区域相应的区域赋予粘合剂而塑造所述三维造型物的形状。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造装置的构成的简要构成图。

图2是使用本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造装置进行的三维造型物的制造方法的流程图。

图3是表示执行三维造型物的制造方法时的层形成工序时的三维造型物的制造装置的状态的简要侧剖图。

图4是表示执行三维造型物的制造方法时的压缩工序时的三维造型物的制造装置的状态的简要侧剖图。

图5是表示执行三维造型物的制造方法时的回收工序时的三维造型物的制造装置的状态的简要侧剖图。

图6是表示执行三维造型物的制造方法且层的层叠已完成时的三维造型物的制造装置的状态的简要侧剖图。

图7是表示执行三维造型物的制造方法且层的层叠已完成时的三维造型物的制造装置的状态的简要俯视剖视图。

附图标记说明

1…三维造型物的制造装置，2…pc，3…控制部，7…喷出部(粘合剂赋予部)，8…回收部，8a…筛，10…工作台，11…工作台驱动部，12…壁部，12a…顶部，16…供给部，17…辊(层形成部、压缩部)，23…导轨，i…含粘合剂的流体，m…造粒粉，o…三维造型物，r…层，sf…形成区域，sn…非形成区域，w…壁。

具体实施方式

首先，对本发明进行概要说明。

为了解决上述技术课题，本发明的第1技术方案的三维造型物的制造装置的特征在于，具备：工作台，造粒粉的层层叠于所述工作台；层形成部，将所述工作台上的所述造粒粉形成为规定厚度的层；压缩部，能够对所述层进行压缩，以使所述层中的所述三维造型物的形成区域的所述造粒粉被破坏；粘合剂赋予部，在所述层中的所述形成区域，不对与所述三维造型物的表面区域不相应的区域赋予粘合剂并且对与所述三维造型物的表面区域相应的区域赋予粘合剂，从而塑造所述三维造型物的形状。

根据本技术方案，通过仅向与三维造型物的表面区域相应的区域赋予粘合剂而塑造三维造型物的形状，能够抑制在对三维造型物进行烧结时粘合剂的构成成分较多地残留于三维造型物的内部。另外，造粒粉具有较细的粒子并且形成为大体积，所以通过这样使用体积大的造粒粉，能够简单地形成层，并且通过这样使用具有较细的粒子的造粒粉，能够提高对三维造型物进行烧结时的烧结性。这是因为与使用较粗的粒子的情况相比，使用较细的粒子的情况下烧结性得到提高。

本发明的第2技术方案的三维造型物的制造方法的特征在于，具有：层形成工序，在层叠有造粒粉的层的工作台上将所述造粒粉形成为规定厚度的层；压缩工序，对所述层进行压缩，以使所述层中的三维造型物的形成区域的所述造粒粉被破坏；粘合剂赋予工序，在所述层中的所述形成区域中，不对与所述三维造型物的表面区域不相应的区域赋予粘合剂，并且对与所述三维造型物的表面区域相应的区域赋予粘合剂而塑造所述三维造型物的形状；以及通过所述粘合剂赋予工序塑造了形状的所述三维造型物的烧结工序。

根据本技术方案，通过仅向与三维造型物的表面区域相应的区域赋予粘合剂而塑造三维造型物的形状，能够抑制对三维造型物进行烧结时粘合剂的构成成分较多地残留于三维造型物的内部。另外，造粒粉具有较细的粒子并且形成为大体积，所以通过这样使用体积大的造粒粉，能够简单地形成层，并且通过这样使用具有较细的粒子的造粒粉，能够提高对三维造型物进行烧结时的烧结性。这是因为与使用较粗的粒子的情况相比，使用较细的粒子的情况下烧结性得到提高。

本发明的第3技术方案的三维造型物的制造方法的特征在于，在所述第2技术方案的基础上，在所述压缩工序中，对所述层进行压缩，以使所述层中的不形成所述三维造型物的非形成区域中的所述造粒粉不被破坏，所述三维造型物的制造方法具有将所述非形成区域中的所述造粒粉回收的回收工序。

根据本技术方案，对层进行压缩，以使非形成区域中的造粒粉不被破坏，并具有将非形成区域中的造粒粉回收的回收工序，所以能够将能够再次使用的造粒粉回收。

本发明的第4技术方案的三维造型物的制造方法的特征在于，在所述第3技术方案的基础上，在所述层形成工序中，将被顶部的位置为相同高度的相对的壁部夹持的所述工作台下降到从所述顶部的位置下降了第1距离的第1位置，使能够与所述工作台平行地移动的辊至少从所述顶部中的一方移动到另一方，由此形成所述第1距离的厚度的层；在所述压缩工序中，将所述辊从所述顶部的位置下降第2距离而使所述辊在所述形成区域的范围内与所述工作台平行地移动，或者将所述工作台上升到从所述第1位置上升了第2距离的第2位置而使所述辊在所述形成区域的范围内与所述工作台平行地移动，由此对所述形成区域进行压缩；在所述回收工序中，通过使所述工作台配置于所述第2位置，并使所述辊至少从所述顶部中的一方移动到另一方，而回收所述非形成区域中的所述造粒粉。

根据本技术方案，能够通过能够上下移动的工作台和能够与该工作台平行地移动的辊这样简单的组合将三维造型物压密化，能够有效率地再次使用造粒粉。

本发明的第5技术方案的三维造型物的制造方法的特征在于，在所述第3或第4技术方案的基础上，在所述粘合剂赋予工序中，向所述层中的所述形成区域与所述非形成区域之间赋予粘合剂而形成壁。

根据本技术方案，在形成区域与非形成区域之间形成壁，所以能够抑制随着对形成区域进行压缩、随着压缩产生的力向非形成区域传递而导致非形成区域中的造粒粉被破坏。因此，能够抑制非形成区域中的造粒粉被破坏从而造粒粉的回收效率下降。

本发明的第6技术方案的三维造型物的制造方法的特征在于，在所述第2至第5的任一项技术方案的基础上，所述造粒粉包含聚乙烯醇。

根据本技术方案，造粒粉包含聚乙烯醇，所以容易通过压缩工序中的按压等而被破坏，能够抑制被破坏时粉尘等飞扬。

本发明的第7技术方案的三维造型物的制造方法的特征在于，在所述第2至第6的任一项技术方案的基础上，在所述粘合剂赋予工序中赋予的粘合剂包含聚乙烯醇。

根据本技术方案，通过使用聚乙烯醇，能够简单且廉价地执行粘合剂赋予工序。

以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。

首先，参照图1对本发明的一个实施例所涉及的三维造型物的制造装置1的概要进行说明。

在这里，图中的x方向为水平方向，y方向为水平方向且为与x方向正交的方向，z方向为铅直方向。

本实施例的三维造型物的制造装置1具备与pc2连接并从该pc2输入造型数据的控制部3。另外，具备：工作台10，被顶部12a的位置为相同高度的相对的壁部12夹持；供给部16，向顶部12a上或工作台10上供给作为三维造型物o的构成材料的造粒粉m；辊17，通过使供给至在规定位置配置的工作台10的造粒粉m均匀而形成规定厚度的造粒粉m的层r；以及喷出部7，向层r中的三维造型物o的形成区域sf喷出含粘合剂的流体i而塑造三维造型物o的形状。在这里，在向顶部12a上供给造粒粉m的情况下，伴随着使用辊17使供给到顶部12a上的造粒粉m从顶部12a上向工作台10上移动而形成层r。另外，在壁部12的x方向上的一侧端部，设置有回收部8，该回收部8能够回收未使用于三维造型物o的形成的造粒粉m。

在这里，工作台10被构成为：能够通过连接于控制部3的工作台驱动部11而沿着层叠方向亦即z方向移动。另外，供给部16连接于控制部3，并且被构成为能够在与z方向交叉的水平方向上移动。另外，辊17为在y方向上延伸设置的构成且连接于控制部3，并且被构成为能够沿着在x方向上延伸的导轨23在x方向上移动。另外，导轨23被构成为能够沿着z方向移动，并且通过导轨23成为这样的构成，辊17也能够随着导轨23的移动而沿着z方向移动。

通过这样的构成，本实施例的三维造型物的制造装置1为将层r层叠而制造三维造型物o的三维造型物的制造装置。另外，辊17除了起到作为层形成部的作用，还起到作为压缩部的作用，其中，层形成部通过从一侧的顶部12a朝向另一侧的顶部12a沿着x方向移动而使载置于顶部12a上或工作台10的造粒粉m以规定厚度均匀，压缩部能够压缩层r中的至少三维造型物o的形成区域sf。这里，例如也可以由刮板(squeegee)等构成层形成部并且由辊等构成压缩部等，分别构成层形成部和压缩部。

在这里暂时总结，本实施例的三维造型物的制造装置1具备：造粒粉m的供给部16和载置从供给部16供给的造粒粉m的工作台10。另外，具备辊17，该辊17起到作为将载置于工作台10的造粒粉m形成为规定厚度的层r的层形成部的作用，并且起到作为能够压缩层r中的三维造型物o的形成区域sf的压缩部的作用。另外，具备作为向层r中的形成区域sf赋予粘合剂而塑造三维造型物o的形状的粘合剂赋予部的喷出部7。在这里，如上所述，来自供给部16的造粒粉m的供给目的地可以是工作台10上，也可以是顶部12a上。

在这里，如图1所示，喷出部7被构成为：能够通过控制部3的控制，在层r中的形成区域sf中，不向与三维造型物o的表面区域of不相应的区域赋予粘合剂并且向与三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂，即，仅向与三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂，而塑造三维造型物o的外形形状。此外，通过喷出部7赋予粘合剂而塑造了形状的三维造型物o能够通过外部的烧结装置等烧结。

本实施例的三维造型物的制造装置1为如下的构成：仅对与三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂而塑造三维造型物o的形状，由此能够抑制在对三维造型物o进行烧结时粘合剂的构成成分在三维造型物o的内部较多地残留。另外，造粒粉m具有较细的粒子并且形成为大体积，所以通过这样使用体积大的造粒粉m，能简单地形成层，并且通过这样使用具有较细的粒子的造粒粉m，能够提高对三维造型物o进行烧结时的烧结性。这是因为与使用较粗的粒子的情况相比较，使用较细的粒子的情况下烧结性得到提高。进而，在使用体积大的造粒粉m简单地形成层后将该造粒粉m破坏而塑造三维造型物o的形状，所以还能够抑制在三维造型物o产生空隙。

此外，本实施例的三维造型物的制造装置1不具备烧结装置，所以在进行烧结时需要通过外部的烧结装置等进行烧结。换一种表达方式，本实施例的三维造型物的制造装置1与外部的烧结装置一起形成三维造型物的制造系统。然而，当然也可以设为具备能够对通过喷出部7赋予粘合剂而塑造了形状的三维造型物o进行烧结的烧结部的构成的三维造型物的制造装置。

详细内容使用图2至图7后述，本实施例的三维造型物的制造装置1中的控制部3被构成为：能够控制作为压缩部的辊17，以使层r中的三维造型物o的形成区域sf中的造粒粉m被破坏，并且层r中的不形成三维造型物o的非形成区域sn中的造粒粉m不被破坏。

造粒粉m是如下粒子：通过聚乙烯醇等粘合剂使金属、陶瓷等多个微粒子汇集而形成的，容易通过按压等而被破坏，减少被破坏时等粉尘等飞扬的可能性，并且具有大体积。作为造粒粉m，没有特别限定，例如，能够优选使用能够通过1mpa以下的加重而破坏并且通过平均粒径为5μm左右的多个金属微粒子加工成直径为50μm的大致球形的粒状的造粒粉。本实施例的三维造型物的制造装置1通过这样使用具有大体积的造粒粉m，能够抑制在使用多个微粒子形成层时产生的层厚的不均匀、膜厚方向的密度的不均匀。另外，还能够抑制多个微粒子的飞散等，能够稳定地形成层r。另外，对层r进行压缩，以使形成区域sf中的造粒粉m被破坏且非形成区域sn中的造粒粉m不被破坏，所以通过形成区域sf中的造粒粉m被破坏，能够通过较细的粒子将三维造型物o压密化，通过非形成区域sn中的造粒粉m不被破坏，能够再次使用该非形成区域sn的造粒粉m。在这里所谓“被破坏”，是通过按压而在平面上被破坏，加工成粒状的造粒粉m通过被压缩而变为扁平形状，成为构成为扁平形状的多个造粒粉m彼此连续相连的层的状态。

另外，如上所述，本实施例的三维造型物的制造装置1具备回收部8，该回收部8被构成为能够将非形成区域sn中的造粒粉m等未使用于三维造型物o的形成并且未随着三维造型物的制造而被破坏的造粒粉m回收。因此，本实施例的三维造型物的制造装置1能够将非形成区域sn中的造粒粉m等能够直接再次使用的造粒粉m回收，所以形成为能够简单地回收能够再次使用的造粒粉m的构成。此外，如图1所示，本实施例的回收部8具备能够拆装的筛8a，通过安装具有比造粒粉m的粒径细的孔的该筛8a，成为能够简单地区分被破坏的造粒粉m与未被破坏的造粒粉m的构成。

接下来，对使用本实施例的三维造型物的制造装置1进行的三维造型物的制造方法、即控制部3的具体的控制，使用图2的流程图以及图3至图7进行说明。此外，在图3至图7中，表示将筛8a拆卸后的状态。

在本实施例的三维造型物的制造方法中，首先，如图2的流程图所示，在步骤s110中，输入制造的三维造型物o的造型数据。三维造型物o的造型数据的输入源没有特别限定，该输入源能够使用pc2等将造型数据输入到三维造型物的制造装置1。

接下来，在步骤s120中，通过从供给部16供给作为三维造型物o的构成材料的造粒粉m而开始供给构成材料。

接下来，在步骤s130中，将从供给部16供给的造粒粉m载置于工作台10。此外，在执行本步骤时，将工作台10的高度调整为z方向上的期望位置亦即第1位置，以使得能够形成期望厚度的层r。具体而言，在本实施例中，从工作台10上的造粒粉m的载置面到壁部12的顶部12a为止的高度为100μm。

接下来，在步骤s140中，通过如图3的箭头所示将辊17从一侧的顶部12a朝向另一侧的顶部12a沿着x方向移动，如图3所示使被载置于工作台10的造粒粉m以规定厚度均匀。本步骤s140对应于将层r设为规定厚度的层形成工序。进而，本步骤s140还对应于将三维造型物o的形成中不需要的造粒粉m回收到回收部8的回收工序。此外，通过本步骤s140回收的造粒粉m没有被压缩，能够直接再次使用。此外，也可以使载置于顶部12a上的造粒粉m以规定厚度均匀。

接下来，在步骤s150中，如图4所示，通过将辊17的z方向上的位置下降并使辊17沿着x方向在三维造型物o的形成区域sf往复移动，对层r中的形成区域sf进行压缩。在这里，具体而言，在本实施例中，使辊17下降的距离为50μm。此外，在本实施例中，为了对层r中的形成区域sf进行压缩而使辊17在z方向上的位置下降，但也可以代替使辊17在z方向上的位置下降，而使工作台10在z方向上的位置上升到比第1位置高50μm的第2位置。

接下来，在步骤s160中，如图5所示，通过使工作台10在z方向上的位置上升到第2位置并使辊17沿着x方向移动，将载置于不形成三维造型物o的非形成区域sn的造粒粉m回收到回收部8。在这里，具体而言，在本实施例中，使工作台10上升的距离为50μm。即，层r的厚度在形成区域sf及非形成区域sn都成为50μm，成为形成区域sf的被压缩的造粒粉m载置于工作台10并且非形成区域sn的未被压缩的造粒粉m载置于工作台10的状态。

接下来，在步骤s170中，从喷出部7向塑造基于在步骤s110中输入的造型数据的三维造型物o的形状的位置以及形成区域sf与非形成区域sn的边界位置喷出含粘合剂的流体i。在这里，在本步骤s170中，作为塑造三维造型物o的形状的位置，在层r中的形成区域sf中，仅对与三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂而塑造三维造型物o的形状。

然后，通过步骤s190来判断基于在步骤s110中输入的造型数据的层r的形成是否已经结束。在判断为层r的形成未结束的情况下，即在判断为还层叠层r的情况下，返回到步骤s120而形成下一层r。另一方面，在判断为层r的形成结束的情况下，进入到步骤s200。图6表示将步骤s120到步骤s190反复进行了5次的状态。如图6所示，形成于工作台10上的三维造型物o是仅对与该三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂而塑造形状的。

在步骤s200中，通过烧结装置等对将步骤s120至步骤s190反复进行期望次数而形成的例如图6所示的三维造型物o的生坯进行烧结。然后，随着本步骤的结束，结束本实施例的三维造型物的制造方法。

如上所述，本实施例的三维造型物的制造方法具有：对应于步骤s120的造粒粉m的供给工序；对应于步骤s130、将在供给工序中供给的造粒粉m载置于工作台10的载置工序；对应于步骤s140、将载置于工作台10的造粒粉m形成为规定厚度的层r的层形成工序；对应于步骤s150、对层r进行压缩以使层r中的三维造型物o的形成区域sf的造粒粉m被破坏的压缩工序；对应于步骤s170、在层r中的形成区域sf中不对与三维造型物o的表面区域of不相应的区域赋予粘合剂并且对与三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂、即仅对与三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂而塑造三维造型物的形状的粘合剂赋予工序；以及对应于步骤s200的、通过粘合剂赋予工序塑造了形状的三维造型物的烧结工序。

通过执行本实施例的三维造型物的制造方法，通过仅对与三维造型物o的表面区域of相应的区域赋予粘合剂而塑造三维造型物o的形状，能够抑制在对三维造型物o进行烧结时粘合剂的构成成分较多地残留于三维造型物o的内部。另外，造粒粉m具有较细的粒子并形成为大体积，所以通过这样使用体积大的造粒粉m，能够简单地形成层，并且通过这样使用具有较细的粒子的造粒粉m，能够提高对三维造型物o进行烧结时的烧结性。这是因为与使用较粗的粒子的情况相比，使用较细的粒子的情况下烧结性得到提高。进而，使用体积大的造粒粉m简单地形成层后将该造粒粉m破坏而塑造三维造型物o的形状，所以还能够抑制在三维造型物o产生空隙。

另外，在本实施例的三维造型物的制造方法中的压缩工序中，具有回收工序，在该回收工序中，对层r进行压缩以使层r中的不形成三维造型物o的非形成区域sn中的造粒粉m不被破坏并将非形成区域sn中的造粒粉m回收。因此，能够将能够再次使用的造粒粉m回收而再利用。

此外，在本实施例的三维造型物的制造方法中，在步骤s120的层形成工序中，将被顶部12a的位置为相同高度的相对的壁部12夹持的工作台10下降到从顶部12a的位置下降了作为第1距离的100μm的第1位置，并使能够与工作台10平行地移动的辊17至少从顶部12a中的一方移动到另一方，由此形成与第1距离相对应的厚度即100μm的厚度的层r。然后，在步骤s150的压缩工序中，不改变工作台10在z方向上的位置地使辊17从顶部12a的位置下降作为第2距离的50μm而在形成区域sf的范围内与工作台10平行地移动，由此对形成区域sf进行压缩。此外，在压缩工序中，也可以不改变辊17在z方向上的位置地使工作台10上升到从第1位置上升了第2距离的第2位置而使辊17在形成区域sf的范围内与工作台10平行地移动。然后，在步骤s160的回收工序中，通过使工作台10配置于从第1位置上升了50μm的第2位置，并使辊17至少从顶部12a中的一方移动到另一方，将非形成区域sn中的造粒粉m回收。即，通过执行本实施例的三维造型物的制造方法，能够通过能够上下移动的工作台10和能够与该工作台10平行地移动的辊17这样简单的组合，将三维造型物o压密化，能够有效率地再次使用造粒粉m。在这里所谓“平行”，并不限定于严密意义上的平行，只要实质上大致平行即可。

另外，如图6及图7所示，本实施例的三维造型物的制造方法在步骤s170的加工工序中，在层r中的形成区域sf与非形成区域sn之间形成壁w。因此，能够抑制随着对形成区域sf进行压缩、随着压缩产生的力向非形成区域sn传递而导致非形成区域sn中的造粒粉m被破坏。因此，能够抑制非形成区域sn中的造粒粉m被破坏从而造粒粉的回收效率下降。此外，在本实施例的三维造型物的制造方法中，在压缩工序后通过加工工序形成壁w，所以能够抑制在已层叠的下层的层r中非形成区域sn中的造粒粉m被破坏。但是，为了抑制在层叠中的层r中非形成区域sn中的造粒粉m被破坏，也可以在压缩工序前形成壁w。

此外，如上所述，在本实施例的三维造型物的制造方法中使用的造粒粉m中，作为使金属粒子汇集的粘合剂包含聚乙烯醇，在本实施例的三维造型物的制造方法中，在粘合剂赋予工序中被赋予的粘合剂也包含聚乙烯醇。通过使用聚乙烯醇，能够简单且廉价地执行粘合剂赋予工序。

另外，在本实施例的三维造型物的制造方法中，作为使用的造粒粉m，能够优选使用包含金属粒子和粘合剂的造粒粉。作为粘合剂，除了聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚缩醛，能够优选使用例如，无机系的膨润土、天然有机系的废糖蜜、木质素磺酸盐、淀粉、魔芋飞粉及海藻酸钠、合成有机系的羧甲基纤维素及聚丙烯酰胺等。另外，也能够将上述的粘合剂作为在粘合剂赋予工序中被赋予的粘合剂而使用。

本发明并不限定于上述的实施例，在不脱离其宗旨的范围内能够以各种构成实现。为了解决上述的技术课题的一部分或全部或者为了实现上述的效果的一部分或全部，与发明内容所记载的各技术方案中的技术特征相对应的实施例中的技术特征能够适当进行替换、组合。另外，只要没有说明其技术特征是本说明书中必须的，则能够适当删除。