三维成形设备的制作方法

本申请基于并要求2017年12月4日提交的日本专利申请第 2017-232905号的优先权的权益，其公开内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本实用新型涉及三维成形设备。

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台的竖直移动路径的下端的技术。在对具有高精度例如几微米量级精确度的三维成形对象进行成形情况下，专利文献1公开的技术无法准确地对平台进行定位。一般而言，对于三维成材料进行成形，在确保非常高的精确度的同时也要防止平台的过度移动，否则会对材料储存装置的底表面造成损坏。迫切需要一种能够提供解决上述问题的技术。

[专利文献1]日本专利特许公开第2013-75389号

技术实现要素：

然而，在上述文献中描述的技术中，无法准确地定位平台。

本实用新型使得能够提供解决上述问题的技术。

本实用新型的一个示例性方面提供了一种用于对三维成形对象进行成形的三维成形设备，包括：

材料储存装置，存储三维成形对象的材料；

平台，被布置成面向材料储存装置；

移动单元，沿竖直方向移动平台；以及

成形垫，经由弹性构件设置在平台的面向材料储存装置的表面上，并且三维成形对象在该成形垫上被成形。

根据本实用新型，可以准确地定位平台。

附图说明

图1是示出根据本实用新型的第一示例性实施方式的三维成形设备的布置的图；

图2A是示出根据本实用新型的第二示例性实施方式的三维成形设备的布置的轮廓的立体图；

图2B是示出根据本实用新型的第二示例性实施方式的三维成形设备的布置的轮廓的图；

图3A是用于说明根据本实用新型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图；

图3B是用于说明根据本实用新型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图；

图3C是用于说明根据本实用新型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图；

图3D是用于说明根据本实用新型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图；

图3E是用于说明根据本实用新型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图；

图3F是用于说明根据本实用新型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图；

图3G是用于说明根据本实用新型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图；

图3H是用于说明根据本实用新型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图；

图3I是用于说明根据本实用新型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图；

图3J是用于说明根据本实用新型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图；

图4是用于说明根据本实用新型的第三示例性实施方式的三维成形设备的布置的局部放大图；以及

图5是用于说明根据本实用新型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

现在将参照附图详细描述本实用新型的示例性实施方式。应当注意，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限制本实用新型的范围。

[第一示例性实施方式]

将参照图1描述根据本实用新型的第一示例性实施方式的三维成形设备100。三维成形设备100是通过利用光束照射三维成形对象的材料来使三维成形对象成形的设备。

如图1所示，三维成形设备100包括材料储存装置101、平台102、移动单元103和成形垫104。材料储存装置101存储三维成形对象的材料 111。平台102被布置成面向材料储存装置101。移动单元103沿竖直方向移动平台102。三维成形对象在其上成形的成形垫104经由弹性构件141 设置在平台102的面向材料储存装置101的表面上。

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描述根据本实用新型的第二示例性实施方式的三维成形设备。

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轮廓的立体图。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轮廓的图。

三维成形设备200包括光源201、柱202、工作台203、材料储存装置204、平台205、步进电机206、弹性构件207和调节器208。

光源201发射光束211，利用该光束211照射三维成形对象的材料241。材料241例如是光固化树脂。利用其照射材料241的光束211可以是任何光束211，只要该光束211具有可以固化三维成形对象的材料241的波长即可。光束211具有例如405nm的波长，但是也可以具有200nm至400 nm的波长。本实用新型不限于此。

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来调节。

材料储存装置(槽)204被放置在工作台203上。三维成形对象的材料241被填充并存储在材料储存装置204中。材料储存装置204的底表面 242通过包括能够透射光束211的构件形成。能够透射光束211的构件由例如玻璃构件表示，但是本实用新型不限于此。整个材料储存装置204可以由能够透射光束211的构件形成。注意，材料储存装置204可以通过螺钉等固定到工作台203上的预定位置，或者可以简单地放置在工作台203 上。将材料储存装置204放置在工作台203上的方法不限于这些。

平台205通过平台安装螺钉253附接至平台支承构件251。另外，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而固定到平台支承构件251上。

平台205被布置成面向材料储存装置204，并且弹性构件207设置在平台205的面向材料储存装置204的表面上。成形垫252经由弹性构件 207设置在平台205中。

线性致动器221和步进电机206设置在柱202中。平台205可以通过包括平台支承构件251、线性致动器221和步进电机206的移动单元沿竖直方向移动。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。

作为弹性构件207，可以设置具有小颗粒形状(立方体或长方体)的一个或多个构件或者可以设置具有小于平台205的面向成形垫252的表面的面积的形状的一个构件。本实用新型不限于这些。弹性构件207的代表性示例是弹簧和橡胶，但是本实用新型不限于这些。

当平台205下降时，弹性构件207用作缓冲垫，平台205中设置的成形垫252接触材料储存装置204的底表面242，并且然后向下按压平台 205。即，尽管成形垫252和底表面242彼此接触，但是如果平台205进一步降低，则额外的负荷被施加至由玻璃制成的底表面242，从而损坏由玻璃制成的底表面242。

为了即使在成形垫252和底表面242彼此接触的同时向下按压平台205的情况下也要防止损坏底表面242，弹性构件207用作吸收从平台205 向底表面242施加的负荷的缓冲垫。因此，如果在调节平台205的位置时平台205的位置被错误地过度降低，则可以吸收施加至底表面242的负荷。即，如果没有设置弹性构件207，则负荷直接从平台205被施加至底表面 242，并且因此无法防止对底表面242的损坏，除非平台205被正确移动。

在材料储存装置204的柱侧上，设置朝向柱突出的机械止动件282。即，材料储存装置204不是具有矩形盒形状而是具有带有突起的盒形状。移动调节器281设置在平台支承构件251的柱侧上的端部的下表面上。

移动调节器281和机械止动件282形成调节器208，调节器208调节平台205的向下移动。即，如果平台205沿竖直方向移动，则移动调节器 281也沿竖直方向与平台205的移动一起移动。然后，如果移动调节器281 接触机械止动件282，则移动调节器281不能再向下移动，并且平台205 也不能向下移动。

在这种情况下，作为三维成形设备200的设计尺寸，使移动调节器 281与机械止动件282之间的间隙(A)小于弹性构件207的高度(B)(A <B)。因此，平台205的移动在弹性构件207的行程中受到机械止动件282 的限制，并且不会有等于或大于由弹性构件207施加的负荷的负荷被施加至材料储存装置204的底表面242上。

接下来将参照图3A至图3J描述定位平台205的过程。如图3A所示，例如，平台205沿竖直方向(铅垂方向)的位置在用于控制三维成形设备 200的软件的手动模式中被调节(Z轴位置调节)。然后，平台205下降到材料储存装置204的由玻璃制成的底表面242附近的位置。即，如果平台支承构件251使用移动单元沿竖直方向移动，则平台205也根据平台支承构件251的移动沿竖直方向移动。

通过将平台205沿竖直方向(Z轴方向)的移动距离调节了例如10 mm、1mm或0.1mm，通过目视观察逐渐地、精细地移动平台205。然后，平台205移动并降低至其中在平台205上设置的成形垫252与材料储存装置204的底表面242之间生成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之间不生成间隙，并且在平台205与平台支承构件 251之间生成间隙。即，平台205通过松开平台安装螺钉253而与平台支承构件251分离，并向下落下，从而使成形垫252和底表面242可以彼此配合。

如图3C所示，执行调节以在平台205与平台支承构件251之间生成 50μm至100μm的间隙。即如图3B所示，在该状态下，平台安装螺钉 253松开。因此，即使平台支承构件251使用移动单元沿竖直方向移动，平台205也不会沿竖直方向移动。因此，平台支承构件251沿竖直方向移动，以在平台205与平台支承构件251之间生成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) 被关断)成防止平台支承构件251的位置降低，则传感器调节台233用于降低光电传感器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(调节到LED导通的位置)。

如图3D的左图所示，在平台205与平台支承构件251之间的间隙可以被调节为50μm至100μm之后，平台安装螺钉253被紧固以将平台205 固定到平台支承构件251。然后，如图3D的右图所示，在可以固定平台 205的位置之后，将光电传感器231微调到LED关断的位置(LED刚刚关断的位置)。

在该状态下，接通用于控制三维成形设备200的软件的Z轴原点返回。即，该状态被设置成平台205的位置的参考位置。在平台205升高之后，平台缓慢下降，并且停在光电传感器231的LED关断的位置(参见图3E 的右图)。

如图3F的左图所示，平台安装螺钉253松开，并且检查平台205与平台支承构件251之间的间隙。如图3F的右图所示，如果检查到的间隙较大，则光电传感器231的位置降低。如果检查到的间隙较小，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中所示的过程，以松开平台安装螺钉253并且固定平台205的位置，从而确定原始设置位置。即，如果切片(slice)为50μm，则平台205与平台支承构件251之间的间隙被设置成约50μm。如果切片为5μm，则进行设置以不生成间隙(平台205和平台支承构件251彼此紧密接触但未相互挤压的状态)。切片表示三维成形时Z轴的设置值。当设置值较小时，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，上升了50mm)，并且树脂等作为材料241被填充到材料储存装置204。

如图3I所示，在材料241被填充之后，平台205的位置被降低到原始设置位置，以将成形垫252浸入材料241中，并且成形垫252与材料储存装置204的底表面242之间的间隙被确认。如果需要调节成形垫252与材料储存装置204的底表面242之间的间隙，则重复图3F、图3G和图 3I中所示的过程。

如图3J的左图所示，当平台205升高时，材料241利用来自位于材料储存装置204下方的光源201的光束211来照射，从而开始三维成形对象301的成形。如图3J的右图所示，如果三维成形对象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中所示的过程以确认和调节平台205的位置。上面已经使用图3A至图3J说明了平台205 的对准。

根据该示例性实施方式，由于平台205可以被准确地对准，因此可以恰当地对准平台205和材料储存装置204的底表面242。另外，由于平台 205和底表面242可以被恰当地对准，因此可以使高精度的三维成形对象例如具有几微米量级精确度的三维成形对象成形。

此外，根据该示例性实施方式，由于在平台205对准时平台205的向下移动受到调节器208的作用的限制，因此材料储存装置204的底表面 242(其玻璃)永远不会被损坏。

[第三示例性实施方式]

将参照图4和图5描述根据本实用新型的第三示例性实施方式的三维成形设备。图4是用于说明根据该示例性实施方式的三维成形设备的布置的局部放大图。根据该示例性实施方式的三维成形设备与上述第二示例性实施方式的不同之处在于提供了负荷检测器。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，并且将省略其详细描述。

三维成形设备400还包括负荷检测器401。负荷检测器401检测从平台205施加至材料储存装置204的底表面242的负荷。由于设置了检测负荷的负荷检测器401，例如，即使平台205移动超过由调节器208施加的限制，也可以可靠地检测平台205的移动。由于可以检测平台205的过度移动，因此可以更可靠地防止对材料储存装置204的底表面242的损坏。

三维成形设备400还可以包括通知器402，该通知器402基于负荷检测器401的检测结果发送警报通知。例如，如果将等于或大于预定负荷的负荷施加至负荷检测器401，则通知器402通过声音、光、振动、消息等发送警报通知。但是，警报通知方法不限于这些。

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使移动单元沿竖直方向移动平台205。在步骤S503中，三维成形设备400检测施加至材料储存装置204的负荷。在步骤S505中，三维成形设备400确定所检测到的施加至材料储存装置204的负荷是否等于或大于预定负荷。如果负荷不等于且不大于预定负荷(步骤S505中的“否”)，则三维成形设备400继续检测负荷；否则(步骤S505中的“是”)，三维成形设备400前进到下一步骤。在步骤S507中，三维成形设备400发送警报通知。在步骤S509中，三维成形设备400根据所检测到的负荷控制移动单元对平台205的移动。在步骤S511中，三维成形设备400确定平台205的移动控制是否已经结束。如果平台205的移动控制尚未结束(步骤S511中的“否”)，则三维成形设备400继续平台205的移动控制；否则(步骤S511中的“是”)，三维成形设备400结束操作。注意，图5中所示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，由于提供了负荷检测器，因此可以可靠地检测平台的超过由调节器施加的限制的移动。此外，由于可以检测平台的过度移动，因此可以有效地防止对材料储存装置的底表面的损坏。

[其他示例性实施方式]

虽然已经参考本实用新型的示例性实施方式具体示出和描述了本实用新型，但是本实用新型不限于这些示例性实施方式。本领域普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以在本实用新型中在形式和细节上进行各种改变。

本实用新型可应用于包括多个装置或单个设备的系统。即使当用于实现示例性实施方式的功能的信息处理程序直接地或从远程站点被提供给系统或设备时，本实用新型也是可适用的。因此，本实用新型还并入安装在计算机中以通过计算机、存储程序的介质、以及使用户下载程序的 WWW(万维网)服务器来实现本实用新型的功能的程序。特别地，本实用新型至少并入存储程序的非暂态计算机可读介质，该程序使计算机执行上述示例性实施方式中包括的处理步骤。