本發(fā)明涉及一種用于變形和沉積成形原料以獲得三維成形物體的三維成形方法，以及更特別地，涉及一種用于使用多個(gè)成形原料生成成形物體的三維成形方法以及適合于該方法的三維成形裝置。

背景技術(shù)：

作為用于形成三維固體物體的技術(shù)，稱(chēng)為快速原型(Rapid Prototyping)(RP)的技術(shù)是已知的。該技術(shù)使用將單個(gè)三維形狀的表面描述為一組三角形的數(shù)據(jù)(為標(biāo)準(zhǔn)三角化語(yǔ)言((STL)格式的數(shù)據(jù))，以計(jì)算其在疊層方向被切成薄的橫截面形狀，并且根據(jù)所述形狀層疊每層以形成所述固體物體。

此外，已知作為用于形成固體物體的技術(shù)，熔化沉積模制(FDM：Fused Deposition Molding)，噴墨技術(shù)，噴墨限界技術(shù)(inkjet binder techniques)，立體平版印刷術(shù)(SL)，選擇性激光燒結(jié)(SLS)等。

近年來(lái)，一直存在以低價(jià)提供個(gè)人三維成形裝置，其能夠給成形物體著色。作為適合于著色的方法，存在噴墨方法和噴墨限界方法；然而，存在一問(wèn)題在于，由于特殊噴墨頭和油墨是必需的，因此裝置和成形物體是昂貴的。

相反地，根據(jù)FDM方法，例如，熱塑性成形原料被加熱到處于流體狀態(tài)，每個(gè)層被順序地層疊以使得形成一固體物體。FDM方法具有一優(yōu)點(diǎn)在于，由于被廣泛地用作機(jī)械部件或用于注入模制等的材料可用作成形原料，因此成形物體可以以相對(duì)低的成本建立。然而，通常地說(shuō)，F(xiàn)DM方法不適合于著色，與噴墨方法或噴墨限界方法相比。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

在此，專(zhuān)利文獻(xiàn)1描述了一種FDM-方法三維成形裝置，其根據(jù)成形場(chǎng)所使用具有不同的單位容積的重量的成形材料。

具體地，它描述了具有不同的單位容積的重量的多個(gè)成形材料被順序地切換排出以使得單位容積的重量根據(jù)成形場(chǎng)所變化(第0033段，圖3(b))。根據(jù)該發(fā)明，如果不同顏色的多個(gè)成形材料被用作所述成形材料，著色的成形物體可被建立。然而，存在一問(wèn)題在于，顏色的數(shù)目限于頭的數(shù)目。

此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)1描述了頭內(nèi)的成形材料的混合比被調(diào)節(jié)以改變成形材料的單位容積的重量(第0033段，圖3(a))。如果不同顏色的多個(gè)成形材料被用作所述成形材料，全著色是可能的。然而，專(zhuān)利文獻(xiàn)1并沒(méi)有考慮成形物體的著色，并且沒(méi)有提到混合成形原料的具體方法。

本發(fā)明已經(jīng)考慮了以上所述的問(wèn)題，并且具有一目的以提供一種新穎的三維成形方法以及一種三維成形裝置，其使用由多個(gè)成形原料形成的成形材料形成固體物體。

解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案

為了解決如上所述的問(wèn)題，根據(jù)權(quán)利要求1所述的本發(fā)明是一種變形和沉積多個(gè)成形原料為預(yù)定固體形狀的三維成形方法，該三維成形方法包括通過(guò)一輸送單元輸送多個(gè)成形原料到變形單元的輸送過(guò)程，通過(guò)所述變形單元使成形原料變形的變形過(guò)程；扭絞和布置所述變形的成形原料為螺旋形式以通過(guò)一成形材料形成單元來(lái)形成成形材料的成形-材料形成過(guò)程，以及順序地沉積所述成形材料以通過(guò)一成形單元形成三維成形物體的成形過(guò)程。

本發(fā)明的有益效果

根據(jù)本發(fā)明，多個(gè)變形的成形原料以螺旋形式扭絞和布置以使得成形材料得以形成，以及形成的成形材料被順序地沉淀以形成三維成形物體?？梢蕴峁┮环N新穎的三維成形方法和三維成形裝置，其使用由多個(gè)成形原料形成的成形材料形成一固體物體。

附圖說(shuō)明

圖1A是示出距離物體的距離和人的視覺(jué)的分辨率之間的關(guān)系的示意圖；

圖1B是示出距離物體的距離和具有1.0的視力的人擁有的分辨率之間的關(guān)系的表；

圖2A是在其中存在兩個(gè)類(lèi)型的成形原料的情況下形成的成形材料的示意圖；

圖2B是在其中存在三個(gè)類(lèi)型的成形原料的情況下形成的成形材料的示意圖；

圖3是如果僅旋轉(zhuǎn)速度變化而形成的成形材料的示意圖；

圖4是如果僅成形速度變化而形成的成形材料的示意圖；

圖5是如果僅成形原料A的輸送速度變化而形成的成形材料的示意圖；

圖6是當(dāng)結(jié)合示出圖3到5中示出的成形條件時(shí)生成的成形材料的示意圖；

圖7是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維成形裝置的截面視圖；

圖8是示意性地示出成形-材料形成部分的有關(guān)部分的放大的截面視圖；

圖9是示意性地示出成形-材料形成部分的有關(guān)部分的透視圖；

圖10是示出成形材料的旋轉(zhuǎn)速度、成形速度和1節(jié)距之間的關(guān)系的表；

圖11A是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的三維成形裝置的成形-材料形成部分的有關(guān)部分的縱向截面視圖；

圖11B是圖11A的C-C截面視圖；

圖12是示意性地示出成形-材料形成部分的有關(guān)部分的縱向截面視圖，其示出圖11A的修改示例；

圖13A是示出如果形成每個(gè)層的成形材料的厚度是相同的而形成的三維成形物體的示例的透視圖；

圖13B是圖13A的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖；

圖14A是示出如果形成每個(gè)層的成形材料的厚度變化而形成的三維成形物體并且對(duì)應(yīng)于圖13A的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖的視圖；

圖14B是示出成形材料的層角度和厚度之間的關(guān)系的表；

圖15A是示出成形過(guò)程的示意性視圖；

圖15B是示出成形過(guò)程的示意性視圖；

圖15C是示出成形過(guò)程的示意性視圖；

圖16是示出根據(jù)第四實(shí)施例的執(zhí)行所述過(guò)程的控制單元的構(gòu)造的功能方框圖；

圖17是示出第四實(shí)施例的主流程圖；

圖18是子過(guò)程的流程圖；

圖19是示出根據(jù)第四實(shí)施例的執(zhí)行所述過(guò)程的控制單元的修改構(gòu)造部分功能方框圖；

圖20是子過(guò)程的流程圖；

圖21是旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的側(cè)視圖和底視圖；

圖22是對(duì)應(yīng)于圖8中示出的扭絞部分的D-D截面表面的視圖；

圖23是其中成形是在沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的情況下使用傳統(tǒng)的成形方法以從(A)到(B)的實(shí)線(xiàn)執(zhí)行的狀態(tài)的視圖；

圖24A是示出根據(jù)第十實(shí)施例的成形的狀態(tài)的側(cè)視圖；

圖24B是示出根據(jù)第十實(shí)施例的成形的狀態(tài)的頂視圖；

圖25是示出根據(jù)第十一實(shí)施例的成形的視圖；

圖26是示出根據(jù)第十一實(shí)施例的成形的視圖。

具體實(shí)施方式

下面將使用在附圖中示出的實(shí)施例給出本發(fā)明的詳細(xì)解釋。在此，在這些實(shí)施例中描述的元件、類(lèi)型、組合、形狀、相對(duì)布置等僅是用于解釋的示例，除非另作說(shuō)明，并且不是用來(lái)限制本發(fā)明的范圍于此。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的三維成形方法具有這樣的特征：具有不同的顏色的多個(gè)成形原料被變形、以預(yù)定速度輸送、以預(yù)定速度扭絞以及以預(yù)定摻合比沉積成螺旋形式以使得全色成形材料得以形成，以及形成的成形材料被順序地沉淀以使得三維成形物體得以獲得。此外，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的三維成形方法，具有不同的觸覺(jué)感覺(jué)的多個(gè)材料或者具有不同的電阻值的多個(gè)導(dǎo)體被用作成形原料，由此還可以獲得其中觸覺(jué)感覺(jué)或電阻值靈活變化的成形物體。

[成形原料的著色間隔]

首先，人的視覺(jué)的分辨率被解釋?zhuān)缓蟪尚尾牧系娜唤忉?。圖1A是示出距所述物體的距離和人的視覺(jué)的分辨率之間的關(guān)系的示意圖，以及圖1B是示出距所述物體的距離和具有1.0的視力的人擁有的分辨率之間的關(guān)系的表。

如在圖1A中示出的，如果具有7.5毫米的直徑、1.5毫米的厚度和1.45毫米的間隙的Landolt環(huán)可在視覺(jué)上被認(rèn)為處于5m的距離，那么人視力是1度的視角，即，1.0的視力。具體地，如果物體在5米的距離處被觀察，那么具有1.0的視力的人擁有的分辨率是1.45毫米。如圖1B中示出的，如果物體在1米的距離處被觀察，那么具有1.0的視力的人擁有的分辨率是0.29毫米。在其中假定成形物體在1米的距離處被觀察的情況下，以及如果多個(gè)顏色被布置在等于或小于0.29毫米的范圍內(nèi)，多個(gè)顏色被看作被混合，因此被人認(rèn)為單個(gè)顏色。根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例，圖2中示出的成形材料的節(jié)距P_x是使用人的視覺(jué)分辨率作為參照進(jìn)行確定的。

對(duì)于成形材料的全著色，包括在1節(jié)距P_x中的成形原料的百分比可變化。例如，如果減色過(guò)程被施加，四個(gè)顏色的也就是除了三原色之外的白色(或黑色)、青色、洋紅和黃色的成形原料被使用，以及布置在1節(jié)距P_x中的在每個(gè)顏色中的成形原料的百分比被變化，以使得成形材料可被全著色。

[第一實(shí)施例：三維成形方法及其理論]

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的三維成形方法的解釋被給出。圖2是要形成的成形材料的示意性視圖，其中在圖2A的情況下，存在2類(lèi)型的成形原料，以及在圖2B的情況下，存在3類(lèi)型的成形原料。此外，在下面的等式中，下標(biāo)a表示與成形原料A有關(guān)的參數(shù)，下標(biāo)b表示與成形原料B有關(guān)的參數(shù)，以及下標(biāo)x表示與形成的成形材料有關(guān)的參數(shù)。

首先，給出其中存在2類(lèi)型的成形原料的情況。

如果圖2A中的操作關(guān)系是使用一般等式表示的，下面的等式(1)和等式(2)被獲得。

在此，輸送流量和成形流量：Q[mm³/s]

輸送速度和成形速度：v[mm/s]

成形原料的寬度和成形材料的寬度：d[mm]

節(jié)距：P[mm]

旋轉(zhuǎn)速度(扭絞速度)：f_x[rps]

等式(1)指示流量Q是由"截面面積×速度v"給出的。在此，為了等式的簡(jiǎn)化，基于成形原料和成形材料的截面形狀是圓形的假定給出解釋。

當(dāng)每個(gè)參數(shù)變化時(shí)進(jìn)行成形時(shí)在成形材料中發(fā)生的變化的解釋被給出。參考值(變化之前)的參數(shù)是使用下標(biāo)"1"表示的，以及從參考值變化的參數(shù)(變化值)是使用下標(biāo)"2"表示的。

通過(guò)參考值，等式(1)和(2)被確認(rèn)為如下所述的(等式(1-1)，等式(2-1))。

通過(guò)變化值，等式(1)和(2)被確認(rèn)為如下所述的(等式(1-2)，等式(2-2))。

<如果旋轉(zhuǎn)速度變化則節(jié)距的變化>

如果僅旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x從參考值變化，則給出節(jié)距P的變化的解釋。圖3是如果僅旋轉(zhuǎn)速度變化而形成的成形材料的示意圖。在此，其中例如變化的旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x2是參考旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x1的差不多兩倍(f_x2＝2f_x1)的情況的解釋被給出。根據(jù)等式(2)、等式(2’)被獲得。

v_x＝f_x×P_x (2')

由于成形速度v_x是相同的(v_x＝v_x1＝v_x2)，因此參考值和變化值的每個(gè)參數(shù)f_x、P、以及[f_x2＝2f_x1]被應(yīng)用到等式(2’)以使得等式(2’-1)被獲得。

v_x＝f_x1×P_x1＝f_x2×P_x2＝2f_x1×P_x2 (2'-1)

因此，等式(3)被獲得。

由此，變化節(jié)距P_x2是參考節(jié)距P_x1的1/2，以及高分辨率的著色得以獲得。也就是說(shuō)，成形材料的節(jié)距P_x可通過(guò)變化旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x而變化。在此，成形寬度d_x是不變的。

<其中成形速度變化的情況>

如果僅成形速度v_x從參考值變化那么在參數(shù)中的變化的解釋被給出。圖4是如果僅成形速度變化那么形成的成形材料的示意性視圖。例如，其中變化的成形速度v_x2是參考成形速度v_x1的差不多兩倍(v_x2＝2v_x1)的情況的解釋被給出。

<<節(jié)距的變化>>

節(jié)距P的變化的解釋被給出。旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x是相同的(f_x＝f_x1＝f_x2)；因此，根據(jù)等式(2)，等式(3-1)得以獲得。

如果該等式被重新整理，等式(4)被獲得。

變化的節(jié)距P_x2是參考節(jié)距P_x1的差不多兩倍，低分辨率著色被獲得。也就是說(shuō)，如果成形速度v_x變化，那么成形材料的節(jié)距P_x可變化。

<<成形材料寬度的變化>>

接下來(lái)，給出成形材料寬度d_x的變化的解釋。由于成形流量Q_x是相同的(Q_x＝Q_x1＝Q_x2)，因此[v_x2＝2v_x1]被代入等式(1)以使得等式(4-1)被獲得。

如果該等式被重新整理，等式(4-2)被獲得。

由此，等式(5)被獲得。

由此，變化的成形材料寬度d_x2是參考成形材料寬度d_x1的差不多1/2倍的平方根，以及高分辨率被獲得。也就是說(shuō)，如果成形速度v_x變化，那么成形材料寬度d_x可變化。

理解到，節(jié)距P_x2和成形材料寬度d_x2可通過(guò)變化所述成形速度v_x而變化。

<其中一些成形原料的輸送速度變化的情況>

如果僅成形原料A的輸送速度v_a從參考值變化那么成形材料寬度d_x、成形速度v_x和節(jié)距P_x的變化的解釋被給出。圖5是如果僅成形原料A的輸送速度變化那么形成的成形材料的示意性視圖。例如，其中變化的輸送速度v_a2是參考輸送速度v_a1的1/2(v_a2＝v_a1/2)的情況的解釋被給出。

為了下面的計(jì)算的簡(jiǎn)化，成形原料B的輸送速度v_b1和成形原料寬度d_b1與成形原料A的相同(v_b1＝v_a1，d_b1＝d_a1)。由于成形原料A的成形原料寬度da、成形原料B的成形原料寬度d_b以及成形原料B的成形速度v_b是相同的(d_a1＝d_a2，d_b1＝d_b2，v_b1＝v_b2)，因此等式(5-1)和等式(5-2)從等式(1-1)和等式(1-2)獲得。

由此，等式(6)被獲得。

如果成形原料A的輸送速度v_a變化，那么成形流量Q_x變化。這意味著成形材料寬度d_x和節(jié)距P_x可根據(jù)成形速度v_x變化(或相反的被建立)。

在此，在成形材料中的成形原料A和B的節(jié)距之間的比率(P_a2:P_b2)等于成形原料A和B的輸送速度之間的比率(v_a2:v_b2)，等式(7)被獲得。

P_a2:P_b2＝v_a2:v_b2＝1:2 (7)

<<如果成形速度沒(méi)有變化則成形材料寬度和節(jié)距的變化>>

如果僅成形原料A的輸送速度v_a變化且成形速度v_x是相同的(v_x1＝v_x2)那么變化的成形材料寬度d_x2的解釋被給出。等式(7-1)從等式(1-1)獲得。

如果等式(7-1)變形，獲得等式(8)。

此外，等式(8-1)從等式(1-2)獲得。

如果等式(8-1)變形，等式(6)和等式(8)被代入，獲得等式(8-2)。

由此，獲得等式(9)。

由此，變化成形材料寬度d_x2是參考成形材料寬度d_x1的差不多3的平方根/2倍。也就是說(shuō)，如果成形原料A的輸送速度v_a變化并且成形速度v_x是相同的，那么成形材料寬度d_x可變化。

此外，解釋節(jié)距P_x2。由于旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x是相同的(f_x1＝f_x2)，等式(9-1)和等式(10)從等式(2-1)和等式(2-2)獲得。

P_x2＝P_x1 (10)

如從該等式理解到，節(jié)距P_x沒(méi)有變化。

<<如果成形材料寬度沒(méi)有變化那么成形速度和節(jié)距的變化>>

接下來(lái)，如果僅成形原料A的輸送速度v_a變化且成形材料寬度d_x是相同的(d_x1＝d_x2)那么變化的成形速度v_x2的解釋被給出。等式(10-1)和等式(11)從等式(1-1)獲得。

由此，從等式(1-2)獲得等式(11-1)。

如果等式(11)在變形之后被代入，那么獲得等式(11-2)。

如果等式(6)被代入等式(11-2)，那么獲得等式(12)。

由此，變化的成形材料速度v_x2是參考成形速度v_x1的差不多3/4倍。也就是說(shuō)，如果成形原料A的輸送速度v_a變化且成形材料寬度d_x是相同的，那么成形速度v_x可變化。

變化的節(jié)距P_x2的解釋被進(jìn)一步給出。由于旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x是相同的(f_x1＝f_x2)，那么等式(12-1)和等式(12-2)從等式(2-1)和等式(2-2)獲得。

如果等式(12)被代入等式(12-2)，那么獲得等式(13)。

由此，變化的節(jié)距P_x2是參考節(jié)距P_x1的3/4。也就是說(shuō)，如果成形原料A的輸送速度v_a變化且成形材料寬度d_x是相同的，那么成形材料的節(jié)距P_x可變化。

此外，如上所述的，在成形材料中的成形原料A和B的節(jié)距之間的比率(P_a2:P_b2)等于成形原料A和B的輸送速度之間的比率(v_a2:v_b2)。

如上所述的，在成形材料中的成形原料的節(jié)距之間的比率可通過(guò)變化一些成形原料的輸送速度而靈活地變化。該方法是用于調(diào)節(jié)成形原料的沉積的比率以生成各種顏色的重要方法。

<總結(jié)>

圖6是當(dāng)結(jié)合圖3到5中示出的成形條件時(shí)生成的成形材料的示意性視圖。如從該圖中理解到的，通過(guò)在變化成形原料的輸送速度、成形原料的扭絞速度(旋轉(zhuǎn)速度)和成形材料的成形速度中的至少一個(gè)或組合變化來(lái)進(jìn)行變形，可以獲得使用具有各種節(jié)距或成形寬度的成形材料的成形物體。

<其中存在三個(gè)或更多成形原料的情況>

如果圖2B中的操作關(guān)系是使用一般等式表示的，那么獲得由以下等式(13-1)表示的等式。

在此，對(duì)應(yīng)于等式(2)的等式與圖2A的情況下的是相同的。如從以上一般方程理解到的，兩種顏色通常就是這樣，如果存在三種或更多種成形原料，那么包括在成形材料中的成形材料寬度、成形原料的節(jié)距等可通過(guò)適當(dāng)?shù)刈兓尚卧系男D(zhuǎn)速度f(wàn)_x、成形速度v_x和輸送速度v_a，v_b和v_c被靈活地變化。

[第二實(shí)施例：三維成形裝置]

參照?qǐng)D7到9，實(shí)施三維成形方法的三維成形裝置的解釋被給出。圖7是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的三維成形裝置的截面視圖。圖8是示意性地示出成形-材料形成部分的有關(guān)部分的放大截面視圖。圖9是示意性地示出成形材料形成部分的有關(guān)部分的透視圖。

三維成形裝置1是使用熔化沉積模制(FDM)方法形成三維成形物體的裝置，其中成形原料100被熔融(變形)和沉淀成預(yù)定固體形狀。

三維成形裝置1的示意性操作如下。三維成形裝置1在熱熔融部分31處熔融成形原料100，并以組合和適當(dāng)?shù)牧恳氤尚卧?00到扭絞部分40以實(shí)現(xiàn)希望的著色。接下來(lái)，成形原料100在扭絞部分40的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45處被扭絞以使得具有預(yù)定顏色的成形材料得以形成，以及成形材料最后通過(guò)排出開(kāi)口61被排出到成形平臺(tái)71上，由此，成形材料被成形在成形平臺(tái)71上。

三維成形裝置1包括輸送部分10，該輸送部分包括輸送具有不同顏色的多個(gè)成形原料100(100a，100b，100c，100d)向下到熱熔融部分31；成形-材料形成部分30，其包括加熱和熔化由輸送機(jī)構(gòu)11輸送的每個(gè)成形原料100，以及扭絞和布置所述變形的成形原料100成螺旋形式以便形成多色成形材料101；以及成形部分70，其順序地沉積所述成形材料101以形成三維成形物體。

<成形原料>

成形原料是由熱塑性樹(shù)脂，例如ABS樹(shù)脂，形成的。根據(jù)本實(shí)施例，為三原色即青色(Cyan)、洋紅(Magenta)和黃色(yellow)以及白色(或黑色)的四種成形原料被用作成形原料，由此全顏色成形材料可使用減色混合獲得。

<輸送部分>

輸送部分10是將固體狀態(tài)下的成形原料輸送到下游成形-材料形成部分30的部分，并包括為成形原料即為每種顏色提供的輸送機(jī)構(gòu)11。根據(jù)本實(shí)施例，如在圖9中示出的，根據(jù)本實(shí)施例，如在圖9中示出的，四個(gè)輸送機(jī)構(gòu)11被提供以輸送4型(4顏色)的成形原料100。每個(gè)輸送機(jī)構(gòu)11包括原料輸送路徑13，成形原料100通過(guò)該原料輸送路徑被輸送；輸送齒輪15，其暴露到原料輸送路徑13以便與成形原料100的表面接觸，從而順序地向下游遞送成形原料100；以及旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)輸送齒輪15的輸送電機(jī)17。

原料輸送路徑13具有具有一內(nèi)徑的基本上柱形形狀，成形原料100可穿過(guò)該柱形形狀。例如，具有3毫米的內(nèi)徑φ的原料輸送路徑13輸送具有其外徑基本上與所述內(nèi)徑相同的φ3毫米的成形原料。

輸送齒輪15可以是如所示的蝸輪，或者可以是設(shè)置成以使得外圓周長(zhǎng)彼此相對(duì)的兩個(gè)可旋轉(zhuǎn)滑輪。在后者的情況下，成形原料在當(dāng)被夾在和保持在兩個(gè)滑輪的外圓周長(zhǎng)之間時(shí)被輸送。

輸送電機(jī)17旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)所述輸送齒輪15以輸送對(duì)應(yīng)于每個(gè)成形原料100的著色比的數(shù)量的成形原料。輸送電機(jī)17由控制單元200驅(qū)動(dòng)和控制。

<熱絕緣構(gòu)件>

熱絕緣構(gòu)件20被設(shè)置在輸送部分10和成形-材料形成部分30之間。在輸送部分10處，輸送齒輪15接觸到成形原料100的外表面以使得輸送能力被施加；因此，成形原料需要保持在固體狀態(tài)。熱絕緣構(gòu)件20防止加熱器33的熱被傳送到輸送部分10以使得成形原料可保持在固體狀態(tài)。

在熱絕緣構(gòu)件20中，多個(gè)路徑21被形成，通過(guò)該多個(gè)路徑，處于固體狀態(tài)的從輸送部分10輸送的成形原料100被插入和輸送。每個(gè)路徑21的內(nèi)徑基本上與每個(gè)原料輸送路徑13的內(nèi)徑相同。

<成形材料形成部分>

所述成形材料形成部分30是熔融從輸送部分10輸送的成形原料100、布置所述成形原料100為螺旋形式同時(shí)扭絞所述成形原料100以及將成形原料100朝向下游成形部分70噴射的部分。

所述成形材料形成部分30包括熱熔融部分31，其輸送所述成形原料100到下游同時(shí)加熱和熔融所述成形原料100；扭絞部分40，其布置所述熔融成形原料100為螺旋形式同時(shí)扭絞該熔融成形原料100，從而形成多色的成形材料101；以及頭部分60，其噴射所述成形材料101。

熱熔融部分31包括加熱和熔融每個(gè)成形原料100的加熱器33；以及澆道(runner)35(熔融原料輸送路徑：變形的原料輸送路徑)，其輸送被加熱器33加熱和熔融的每個(gè)成形原料到下游扭絞部分40。

加熱器33可加熱所述成形原料100到這樣的程度以使得所述成形原料100可被充分地熔融。如果ABS樹(shù)脂被用作成形原料，加熱器33的溫度被設(shè)定為250攝氏度，ABS樹(shù)脂通過(guò)該溫度被充分熔融。澆道35被提供給每個(gè)成形原料。從輸送部分10輸送的成形原料100被插入到澆道35中。

扭絞部分40包括扭絞輸送路徑41，由加熱器33加熱和熔融的每個(gè)成形原料流動(dòng)到所述扭絞輸送路徑，并且該扭絞輸送路徑在將成形原料100輸送到位于下游的成形部分70的過(guò)程中使成形原料100變形成所述成形材料；以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45，其設(shè)置在扭絞輸送路徑41并圍繞平行于扭絞輸送路徑41的輸送方向的軸旋轉(zhuǎn)。

扭絞輸送路徑41基本上具有帶中空部的柱形形狀，以及澆口43，該澆口與澆道35連通并形成在扭絞輸送路徑41的內(nèi)表面上。熔融的成形原料，其在澆道35內(nèi)流動(dòng)，通過(guò)澆口43流入到所述扭絞輸送路徑41中。

旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45，設(shè)置在扭絞輸送路徑41內(nèi)，包括由扭絞電機(jī)49旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸46；以及扭絞突起47，其被形成為以使得扭絞突起47從驅(qū)動(dòng)軸46的端部46a突起到扭絞輸送路徑41的下游并且相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸46的旋轉(zhuǎn)中心偏心地定位。驅(qū)動(dòng)軸46以對(duì)應(yīng)于成形材料的旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x(成形原料的扭絞速度)的速度被旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)。扭絞電機(jī)49被控制單元200驅(qū)動(dòng)和控制。

頭部分60，其具有排出所述成形材料101的排出開(kāi)口61，被設(shè)置在扭絞輸送路徑41的最下游。排出開(kāi)口61形成在與成形平臺(tái)71相對(duì)的頭表面63上。

驅(qū)動(dòng)軸46的端部46a位于扭絞輸送路徑41中的澆口43的上游。

此外，在示出的示例中，扭絞突起47被設(shè)置成以使得端部47a在與頭表面63相同的位置上。然而，扭絞突起47的端部47a可設(shè)置在扭絞輸送路徑41內(nèi)，或者可從排出開(kāi)口61朝向成形平臺(tái)71突起。在前者的情況下，扭絞突起47被設(shè)置成以使得至少所述端部47a位于與扭絞輸送路徑41上的澆口43的下游端部相同的位置處或者位于進(jìn)一步的下游。在后者的情況下，扭絞突起47的突起量被設(shè)定為以使得它不接觸成形平臺(tái)71或成形在成形平臺(tái)71上的成形物體102的最上部。

驅(qū)動(dòng)軸46的端部46a位于扭絞輸送路徑41上的澆口43的上游，扭絞突起47的端部47a位于與澆口43的下游端部相同的位置和使得端部47a不接觸成形平臺(tái)71或成形在成形平臺(tái)71上的成形物體102的最上部的位置之間，由此，通過(guò)排出開(kāi)口61排出的成形材料101的流動(dòng)性(流動(dòng)分布)會(huì)是均勻的。由此，高對(duì)比度三維成形物體可獲得。

<成形部分>

成形部分70包括成形平臺(tái)71，其設(shè)置成以使得成形平臺(tái)71與排出開(kāi)口61相對(duì)；以及平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)73，其使成形平臺(tái)71相對(duì)于排出開(kāi)口61在X軸、Y軸和Z軸方向上向前和向后運(yùn)動(dòng)。

成形平臺(tái)71像沿著XY平面延伸的平坦板，通過(guò)排出開(kāi)口61排出的成形材料101被順序地沉積那成形平臺(tái)71上以使得三維成形物體得以形成。

平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)73包括X方向電機(jī)，其使成形平臺(tái)71在X軸方向上向前和向后運(yùn)動(dòng)；Y方向電機(jī)，其使成形平臺(tái)71在Y軸方向上向前和向后運(yùn)動(dòng)；以及Z方向電機(jī)，其使成形平臺(tái)71在Z軸方向上向前和向后運(yùn)動(dòng)。這些電機(jī)可構(gòu)造為例如使用線(xiàn)性電機(jī)。平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)73由控制單元200驅(qū)動(dòng)和控制。根據(jù)本實(shí)施例，成形速度根據(jù)成形平臺(tái)71的運(yùn)動(dòng)速度被調(diào)節(jié)。

<控制單元>

三維成形裝置1包括控制單元200，其控制在輸送部分10、成形材料形成部分30和成形部分70中的每個(gè)單元的操作。

控制單元200驅(qū)動(dòng)和控制輸送部分10的輸送電機(jī)17、成形材料形成部分30的扭絞電機(jī)49以及成形平臺(tái)71的平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)73。這些電機(jī)根據(jù)成形材料的寬度、成形原料的節(jié)距、著色比(或要形成的成形材料的顏色)、成形平臺(tái)或成形物體的最上部和排出開(kāi)口之間的需要的距離、在成形平臺(tái)上方的成形材料的排出位置或成形物體等被控制單元200適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)和控制。

控制單元200是已知的計(jì)算裝置，并包括CPU，存儲(chǔ)器(ROM，RAM)等。CPU讀取存儲(chǔ)在ROM中的控制程序，并將控制程序載入到RAM中，并執(zhí)行該控制程序，從而控制成像設(shè)備的每個(gè)單元的操作。

<尺度的示例>

例如，成形原料的尺度和包括在三維成形裝置1中的每個(gè)單元的尺度可被設(shè)定為如下所述的。

成形原料100的外徑：φ3mm

原料輸送路徑13的內(nèi)徑：φ3mm

澆口43的內(nèi)徑：φ0.2mm

扭絞輸送路徑41和排出開(kāi)口61的內(nèi)徑：φ0.5mm

驅(qū)動(dòng)軸46的外徑：φ0.5mm

澆口43的中心和驅(qū)動(dòng)軸46的端部46a之間的距離：0.2mm

澆口43的中心和頭表面63之間的距離：0.3mm

頭表面63和成形平臺(tái)71或成形物體的最上部之間的距離：0.25mm

扭絞突起47的長(zhǎng)度：0.3mm to 0.7mm(圖8中為0.5mm)

驅(qū)動(dòng)軸46(扭絞突起47)的旋轉(zhuǎn)速度：10到200rps(該速度以60rps作為參考增加或減小)

在此，以上所述的數(shù)值僅是示例

<三維成形裝置的操作>

解釋三維成形裝置的操作。

[輸送過(guò)程]

在輸送過(guò)程期間，成形原料100從輸送部分10被輸送到成形材料形成部分30。每個(gè)成形原料100在原料輸送路徑13中被輸送以使得成形原料100在原料輸送路徑13中的輸送速度的總和在一情況下是大約0.28毫米/秒，在該情況中，位于輸送部分10的下游的扭絞輸送路徑41的內(nèi)徑，以及排出開(kāi)口61是φ0.5毫米以及成形材料在扭絞輸送路徑41上的輸送速度(成形速度)是10毫米/秒。在此，每個(gè)成形原料100以對(duì)應(yīng)于每個(gè)成形原料100在成形材料101中的著色比的輸送速度被輸送。在此，在輸送過(guò)程期間，成形原料100處于固體狀態(tài)。

[成形材料形成過(guò)程]

在成形材料形成部分30處，每個(gè)成形原料100以熔融狀態(tài)被輸送。具體地，每個(gè)成形原料100在熱熔融部分31處被加熱和熔融，以及處于熔融狀態(tài)的每個(gè)成形原料流過(guò)澆道35并通過(guò)澆口43流入到扭絞輸送路徑41中。

由于扭絞突起47在扭絞輸送路徑41內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此每種顏色的成形原料100由于由扭絞突起47的旋轉(zhuǎn)引起的流體阻力而在圓周方向上被扭絞，以及布置成螺旋形式的具有每種顏色的成形材料被形成。

在此，圖10是示出成形材料的旋轉(zhuǎn)速度、成形速度和1節(jié)距之間的關(guān)系的表。在此，關(guān)于成形的條件以尺度的以上示例示出。如果扭絞突起47在以上所述的條件下以60rps的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，那么成形材料101的節(jié)距P_x是0.17毫米。由于成形材料101的節(jié)距P_x可通過(guò)增加扭絞突起47的旋轉(zhuǎn)速度減小，因此具有更高分辨率的成形材料可獲得。

成形材料101，其形成希望的多色，從排出開(kāi)口61朝向成形平臺(tái)71排出。

[成形過(guò)程]

在成形過(guò)程期間，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)73基于對(duì)成形物體的三維繪圖數(shù)據(jù)由控制單元200驅(qū)動(dòng)和控制。成形平臺(tái)71由于平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)73的驅(qū)動(dòng)而相對(duì)于排出開(kāi)口61在X軸、Y軸和Z軸的方向上向前和向后運(yùn)動(dòng)。成形材料101被沉積在成形平臺(tái)71或成形物體的最上部上以使得成形物體得以形成。

如上所述的，通過(guò)根據(jù)本實(shí)施例的三維成形裝置，可在變化成形原料的輸送速度、成形原料的扭絞速度(旋轉(zhuǎn)速度)以及成形材料的成形速度中的至少一個(gè)或者組合變化時(shí)進(jìn)行成形，從而可以獲得使用具有各種節(jié)距或成形寬度的成形材料的成形物體。

[第三實(shí)施例：三維成形裝置]

給出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的三維成形裝置的解釋。圖11A到11B是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的三維成形裝置的成形材料形成部分的有關(guān)部分的視圖，圖11A是縱向截面視圖，圖11B是圖11A的C-C截面視圖。此后，相同的附圖標(biāo)記被應(yīng)用到與第一實(shí)施例中相同的構(gòu)件，以及該相同構(gòu)件的解釋被省略。

在根據(jù)本實(shí)施例的三維成形裝置中，扭絞部分40包括柱形旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83，其包括多個(gè)流動(dòng)路徑(輸送路徑)85，每個(gè)流動(dòng)路徑都輸送為每種顏色的變形的成形原料100；以及多個(gè)排出開(kāi)口65，其設(shè)置在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83的軸向方向上的一個(gè)端部(在該圖中的下端)并且將輸送穿過(guò)流動(dòng)路徑85的每種顏色的成形原料100朝向成形部分70排出。扭絞部分40在當(dāng)扭絞成形原料時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)排出開(kāi)口65排出所述成形原料，從而形成所述成形材料101在成形平臺(tái)71上。

<扭絞部分>

扭絞部分40包括柱形中空部分81，其具有形成在柱形中空部分81的內(nèi)表面上的澆口43，每種顏色的成形原料100流動(dòng)穿過(guò)所述澆口，以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83，其設(shè)置在中空部分81內(nèi)并且具有基本上柱形形狀。

澆口43被提供給每個(gè)成形原料，以及澆口43被布置成以使得中空部分81的軸向方向位置(在該圖中的豎直方向位置)彼此不同。

旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83被設(shè)置在中空部分81內(nèi)以使得旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83圍繞平行于中空部分81的軸線(xiàn)的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。此外，中空部分81的內(nèi)徑被設(shè)定為基本上與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83的外徑相同。圓形凹陷部分87，其在圓周方向上延伸，被形成在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83的與澆口43相對(duì)的側(cè)表面上。形成的圓形凹陷部分87的數(shù)目與澆口43的數(shù)目相同，形成的圓形凹陷部分87對(duì)應(yīng)于基于一對(duì)一的顏色的成形原料100。

在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83內(nèi)，形成單獨(dú)的流動(dòng)路徑85，其一端在圓形凹陷部分87的適當(dāng)位置處開(kāi)口并且其輸送熔融的成形原料100。流動(dòng)路徑的另一端與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83的端部上的排出開(kāi)口65連通。

如圖11A中示出的，排出開(kāi)口65可從頭表面63朝向成形平臺(tái)71伸出，或者可設(shè)置在與頭表面63基本相同的位置。

<三維成形裝置的操作>

給出其中三維成形裝置的操作不同于第一實(shí)施例的方面的解釋。

[成形材料形成過(guò)程]

旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83以預(yù)定速度在中空部分81內(nèi)被旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)。

流過(guò)澆道35的每個(gè)熔融的成形原料100通過(guò)澆口43流入到與澆口43相對(duì)的圓形凹陷部分87中。此外，成形原料100由于在從圓形凹陷部分87流動(dòng)時(shí)的壓力而被注入到流動(dòng)路徑85中，每種顏色的成形原料被獨(dú)立地輸送到排出開(kāi)口65。

每種顏色的成形原料100穿過(guò)排出開(kāi)口65朝向成形平臺(tái)71排出。

摩擦阻力在當(dāng)成形原料100接觸到成形平臺(tái)71或成形物體的最上部時(shí)起作用，成形原料100由于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83的旋轉(zhuǎn)被扭絞和布置成螺旋形式以使得獲得成形材料101。

[成形過(guò)程]

此外，在成形過(guò)程期間，第一實(shí)施例通常就是這種情況，成形平臺(tái)71相對(duì)于排出開(kāi)口65在X軸、Y軸和Z軸的方向上向前和向后運(yùn)動(dòng)。成形材料101順序地沉積在成形平臺(tái)71或成形物體的最上部上以使得形成所述成形物體。

<修改示例>

圖12是示意性地示出成形材料形成部分的有關(guān)部分的縱向截面視圖，其示出圖11A的修改示例。本示例不同于圖11A中示出的成形材料形成部分的扭絞部分40之處在于排出開(kāi)口65被設(shè)置在中空部分81內(nèi)并且排出開(kāi)口65從頭表面63縮回。根據(jù)本示例，成形物體在當(dāng)噴射和形成在成形平臺(tái)71或成形物體的最上部上的成形材料101被頭表面63按壓時(shí)得以生成。成形材料101的寬度通過(guò)用頭表面63成形材料101被調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)，成形材料101的寬度可根據(jù)成形平臺(tái)71和頭表面63之間的距離被調(diào)節(jié)。

<優(yōu)點(diǎn)>

根據(jù)圖8中示出的第二實(shí)施例，由于成形材料101在被輸送穿過(guò)扭絞輸送路徑41的過(guò)程中接觸到扭絞輸送路徑41的內(nèi)壁，因此存在每個(gè)成形原料100的顏色被部分地混合的可能性。相反地，根據(jù)本實(shí)施例，如在圖11A到11B和圖12中示出的，一構(gòu)造以使得每個(gè)成形原料100在被朝向成形平臺(tái)71噴射之后穿過(guò)排出開(kāi)口65扭絞；因此，相應(yīng)顏色的成形原料100在單獨(dú)狀態(tài)下被布置成螺旋形式，并且顏色不可能被混合。

[第四實(shí)施例]

解釋本發(fā)明的第四實(shí)施例。本實(shí)施例具有這樣的特征：要被排出的成形材料的寬度(層厚度)根據(jù)成形物體的傾斜面的角度增加。

在下面的解釋中，“層厚度”意味著形成每個(gè)層的成形材料的厚度(沿著圖13A到13B和14A到14B中的Z軸的方向的方向上的長(zhǎng)度)。此外，“層寬度”意味著形成在沿著X-Y平面的方向上的相鄰層的成形材料的邊緣之間的距離。此外，“層角度”意味著形成關(guān)于X-Y平面的相鄰層的成形材料的邊緣之間的角度(其對(duì)應(yīng)于圖13A到13B和14A到14B的示例中的仰角)。

<問(wèn)題>

圖13A到13B是示出如果形成每個(gè)層的成形材料的厚度是相同的那么形成的三維成形物體的示例的視圖。圖13A是透視圖，圖13B是圖13A的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖。

通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例的所述三維成形方法(三維成形裝置)，成形材料以疊層的形式被順序地堆疊以使得成形物體得以形成。因此，如在圖13B中示出的，成形物體102的斜坡面是假斜坡，其使用成形材料101形成為階梯式的，并且不是連續(xù)的。在圖13A到13B中，向上伸出的半球形物體被示出為具有所述斜坡面的成形物體的示例，所述斜坡面是通過(guò)以階梯式方式堆疊所述成形材料形成的。

如果成形物體以相同厚度的成形材料生成，由于層角度減小，因此層寬度增加。換句話(huà)說(shuō)，如果成形材料的厚度是相同的，由于層角度減小，因此沿著X-Y平面方向上的分辨率(在沿著X-Y平面的方向上層之間的密度)減小。如果層寬度是小的，那么不存在較大的問(wèn)題；然而，如果層寬度超過(guò)預(yù)定分辨率(在此，0.29毫米)，存在清晰度似乎丟失的可能性。

因此，根據(jù)本實(shí)施例，形成每個(gè)層的成形材料的厚度被調(diào)節(jié)以執(zhí)行控制以使得層寬度不超過(guò)預(yù)定的分辨率。具體地，根據(jù)由形成第一層(n層)的第一成形材料和層疊在第一成形材料上以形成第二層(n+1層)的第二成形材料形成的斜坡面的角度，第二成形材料的厚度被控制。

<方法>

圖14A到14B是示出如果形成每個(gè)層的成形材料的厚度變化那么形成的三維成形物體的視圖，圖14A是對(duì)應(yīng)于圖13A中的箭頭A的視圖和箭頭B的視圖的視圖，以及圖14B是示出成形材料的層角度和厚度之間的關(guān)系的表。

根據(jù)本實(shí)施例，如果n+1層(第二層)以參考層厚度被層疊在n層(第一層)上，n+1層部分被分成多個(gè)層并且成形材料在當(dāng)由n層和n+1層形成的層角度θ被保持時(shí)得以層疊。由此，層寬度可被阻止超過(guò)預(yù)定分辨率。

用于計(jì)算層厚度等的方法的解釋被給出。

首先，關(guān)于緊挨著層疊在n層(第一層)上方的n+1層(第二層)，在其中成形物體以參考層厚度d_x(在此，0.29毫米)成形的情況下的成形物體的層角度θ從成形物體等的CAD數(shù)據(jù)獲得。

如果獲得的層角度θ形成的層寬度ΔL超過(guò)在其中成形是以參考層厚度進(jìn)行的情況下的預(yù)定分辨率(0.29毫米)，層厚度d_x′被確定，其可形成不超過(guò)預(yù)定分辨率的層寬度，當(dāng)層角度θ被保持時(shí)。

具體地，如果"d_x/tanθ＝層寬度ΔL>0.29mm"，d_x′被確定為以使得滿(mǎn)足"層厚度d_x′≤0.29×tanθ"。

接下來(lái)，n+1層的分割的數(shù)目被確定。在此，以確定的層厚度d_x′生成的層的數(shù)目m，以不同于層厚度d_x′的層厚度生成的層的存在或缺失，以及其層厚度d_x″是使用以下等式(14)獲得的。

d_x＝m·d_x'+d_x” (14)

在此，m是大于或等于1的整數(shù)，以及0<d_x″<d_x′。

最后，成形被進(jìn)行以使得滿(mǎn)足獲得的條件。m個(gè)層以層厚度d_x′被成形以及，如果d_x″存在，1層以層厚度d_x″被進(jìn)一步成形。也就是說(shuō)，如果d_x″不存在，n+1層被分成m個(gè)層并且成形得以進(jìn)行以及，如果d_x″存在，則n+1層被分成m+1個(gè)層并且進(jìn)行成形。

具體示例被給出；如果層角度θ是30度并且參考層厚度是0.29毫米，那么層厚度d_x′被設(shè)定為等于或小于0.17毫米，如在圖14B的表中示出的。根據(jù)等式(14)，由于"0.29mm＝1×0.17mm+0.12mm"，具有厚度d_x′的1個(gè)層可被成形，以及具有厚度d_x″＝0.12mm的1個(gè)層可被成形。

此外，如果層角度θ是20度并且參考層厚度是0.29毫米，那么層厚度d_x′被設(shè)定為等于或小于0.11毫米，如在圖14B的表中示出的。根據(jù)等式(14)，由于"0.29mm＝2×0.11mm+0.05mm"，具有厚度d_x′＝0.11mm的2個(gè)層可被成形，以及具有厚度d_x″＝0.12mm的1個(gè)層可被成形。

如上所述的，具有參考層厚度的部分被分成多個(gè)層并且成形材料在當(dāng)層角度θ被保持時(shí)得以層疊；由此，層寬度可被防止超過(guò)預(yù)定分辨率。

在此，如從圖8，11A到11B和12理解到的，層厚度根據(jù)穿過(guò)排出開(kāi)口排出的成形材料的成形材料寬度和頭表面和成形平臺(tái)之間的距離(或頭表面和成形物體的最上部之間的距離)中的任一個(gè)進(jìn)行確定?？刂茊卧刂扑鼈冎械娜我粋€(gè)以獲得希望的層厚度。

粗略地說(shuō)，用于減小成形材料寬度的方法包括增加成形速度的方法和減小成形原料的輸送速度的方法。然而，由于成形材料中的節(jié)距變得更大，分辨率減小(分辨能力變得更高)；因此，需要在沒(méi)有變化所述節(jié)距的情況下變化所述成形材料寬度。此外，當(dāng)該控制被執(zhí)行時(shí)，需要調(diào)節(jié)以使得排出開(kāi)口和成形平臺(tái)之間的距離根據(jù)成形材料寬度(層厚度)變得更短。

<<控制單元的控制示例和構(gòu)造：1>>

作為用于在沒(méi)有變化節(jié)距的情況下減小成形材料寬度的方法，當(dāng)增加所述成形速度時(shí)的成形的過(guò)程的解釋被給出。圖15A到15C是示出成形過(guò)程的示意圖。在圖15A中示出的狀態(tài)是參考狀態(tài)。

成形流量Q_x是由“成形材料的截面面積×成形速度v_x”給出的，如由等式(1)表示的。在其中認(rèn)為成形材料的截面表面是長(zhǎng)方形的情況下，如果成形速度v_x(在成形平臺(tái)的XY平面上的運(yùn)動(dòng)速度)乘以α，如圖15B中示出的，那么成形材料寬度可以為1/α。然而，由于根據(jù)等式(2)節(jié)距P_x因此乘以α并且分辨率減小，因此旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x(旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)速度)需要被設(shè)定為α-倍，如圖15C中示出的，以使得在當(dāng)節(jié)距P_x被保持時(shí)進(jìn)行成形。

使用具體示例給出解釋。在此，在下面的解釋中，成形材料的截面表面是矩形的。成形物體的參考層厚度是0.25毫米，以及在其中n+1層被成形在具有參考層厚度的n層上的情況下所述層角度θ是20度。在該情況下，n+1層的層厚度需要被設(shè)定為等于或小于0.11毫米。

關(guān)于n+1層，由于參考層厚度和調(diào)節(jié)的層厚度之間的比值是“0.25mm/0.11mm＝2.3”，因此成形速度還需要是2.3-倍。如果參考成形速度是10毫米/秒，那么成形速度是23毫米/秒。如圖10中示出的，旋轉(zhuǎn)速度，通過(guò)該旋轉(zhuǎn)速度所述節(jié)距滿(mǎn)足所述分辨率(0.29毫米)，等于或超過(guò)80rps(轉(zhuǎn)數(shù)/秒)的旋轉(zhuǎn)速度。

圖16是示出根據(jù)第四實(shí)施例的執(zhí)行所述過(guò)程的控制單元的構(gòu)造的功能方框圖。圖16特別地示出執(zhí)行所述控制以便增加成形速度從而在沒(méi)有變化所述節(jié)距的情況下減小成形材料寬度的控制單元的構(gòu)造。

示意性地，控制單元200包括繪圖數(shù)據(jù)輸入單元201,三維繪圖數(shù)據(jù)被輸入到其中；成形條件計(jì)算單元210，其基于從繪圖-數(shù)據(jù)輸入單元201輸入的繪圖數(shù)據(jù)計(jì)算成形條件；以及驅(qū)動(dòng)控制單元220，其根據(jù)由成形條件計(jì)算單元210計(jì)算的成形條件來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制三維成形裝置的每個(gè)單元。

成形條件計(jì)算單元210包括數(shù)據(jù)庫(kù)211，角度計(jì)算單元212，層厚度計(jì)算單元213，成形速度計(jì)算單元214，以及旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算單元215。

數(shù)據(jù)庫(kù)211存儲(chǔ)作為表的層角度和層厚度之間的關(guān)系(圖14B中示出的數(shù)據(jù))，通過(guò)該關(guān)系，層寬度等于或小于預(yù)定分辨率。此外，數(shù)據(jù)庫(kù)211存儲(chǔ)作為表的成形材料的旋轉(zhuǎn)速度、成形速度和1節(jié)距之間的關(guān)系(圖10中示出的數(shù)據(jù))。

角度計(jì)算單元212基于從繪圖數(shù)據(jù)輸入單元201輸入的繪圖數(shù)據(jù)計(jì)算在其中成形是以參考層厚度進(jìn)行的情況下的層角度θ。

在其中成形是使用由角度計(jì)算單元212計(jì)算的層角度進(jìn)行的情況下，層厚度計(jì)算單元213從存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)211中的數(shù)據(jù)讀取所述層寬度通過(guò)其滿(mǎn)足預(yù)定分辨率的層厚度。

成形速度計(jì)算單元214基于參考層厚度和調(diào)節(jié)的層厚度之間的比值來(lái)計(jì)算成形速度。

旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算單元215從存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)211中數(shù)據(jù)讀取1節(jié)距通過(guò)其滿(mǎn)足預(yù)定分辨率的旋轉(zhuǎn)速度以及由成形速度計(jì)算單元214計(jì)算的成形速度。

驅(qū)動(dòng)控制單元220包括平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221z，其驅(qū)動(dòng)使成形平臺(tái)71在Z軸方向上運(yùn)動(dòng)的Z方向電機(jī)；平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221xy，其驅(qū)動(dòng)使成形平臺(tái)71分別在X軸方向上和在Y軸方向上運(yùn)動(dòng)的X方向電機(jī)和Y方向電機(jī)；扭絞-電機(jī)控制單元222，其驅(qū)動(dòng)和控制所述扭絞電機(jī)49；以及輸送電機(jī)控制單元223，其驅(qū)動(dòng)和控制所述輸送電機(jī)17。

平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221z驅(qū)動(dòng)和控制所述Z方向電機(jī)以使得成形平臺(tái)71和排出開(kāi)口之間的距離是由層厚度計(jì)算單元213計(jì)算的層厚度。平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221xy驅(qū)動(dòng)和控制所述X方向電機(jī)和Y方向電機(jī)以使得成形平臺(tái)71以由成形速度計(jì)算單元214計(jì)算的成形速度運(yùn)動(dòng)。扭絞-電機(jī)控制單元222驅(qū)動(dòng)和控制所述扭絞電機(jī)49以使得旋轉(zhuǎn)構(gòu)件以由旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算單元215計(jì)算的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。輸送-電機(jī)控制單元223驅(qū)動(dòng)和控制所述輸送電機(jī)17以使得成形原料以由輸送速度計(jì)算單元216計(jì)算的輸送速度被輸送。

圖17是該控制的主流程圖。圖18是與該控制有關(guān)的子過(guò)程的流程圖。

在步驟S1處，繪圖-數(shù)據(jù)輸入單元201輸入所述繪圖數(shù)據(jù)到成形條件計(jì)算單元210中的角度計(jì)算單元212。

在步驟S3處，基于輸入的繪圖數(shù)據(jù)，角度計(jì)算單元212計(jì)算如果n+1層以參考層厚度d_x成形那么形成在n+1層和n層之間的層角度θ。

在步驟S5處，層厚度計(jì)算單元213確定是否計(jì)算的層角度θ等于或超過(guò)預(yù)定角度。也就是說(shuō)，確定是否計(jì)算的層角度θ形成如果成形是使用參考層厚度進(jìn)行的那么獲得等于或小于預(yù)定分辨率的層寬度。例如，在圖14B的表中，確定是否計(jì)算的層角度θ等于或超過(guò)45度。

如果計(jì)算的層角度θ等于或超過(guò)預(yù)定角度(在步驟S5處為“是”)，那么在步驟S7處的操作被執(zhí)行。

在步驟S7處，驅(qū)動(dòng)控制單元220控制三維成形裝置的每個(gè)單元以使得n+1層以層厚度d_x成形。也就是說(shuō)，平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221z驅(qū)動(dòng)和控制所述Z方向電機(jī)，平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221xy驅(qū)動(dòng)和控制所述X方向電機(jī)和Y方向電機(jī)，所述扭絞電機(jī)控制單元222驅(qū)動(dòng)和控制所述扭絞電機(jī)49，以及輸送電機(jī)控制單元223驅(qū)動(dòng)和控制所述輸送電機(jī)17。在n+1層被成形之后，該過(guò)程被終止。

如果計(jì)算的層角度θ小于預(yù)定角度(在步驟S5處為“否”)，那么在步驟S9處的操作被執(zhí)行。

在步驟S9處，層厚度計(jì)算單元213計(jì)算可形成所述層寬度的層厚度d_x′，如果成形以所述層角度θ執(zhí)行那么該層寬度滿(mǎn)足預(yù)定分辨率。例如，如果預(yù)定分辨率是0.29毫米，那么d_x′被確定以使得“層厚度d_x′≤0.29×tanθ"被滿(mǎn)足。在此，數(shù)據(jù)庫(kù)211存儲(chǔ)作為表的層角度和層厚度之間的關(guān)系(在圖14B中示出的數(shù)據(jù))，所述層寬度通過(guò)其獲得的等于或小于預(yù)定分辨率以使得角度計(jì)算單元212可參照所述表來(lái)確定所述層厚度。

在步驟S11處，層厚度計(jì)算單元213確定n+1層的分割的數(shù)目。具體地，根據(jù)等式(14)，層厚度計(jì)算單元213計(jì)算以層厚度d_x′成形的層的數(shù)目m以及以滿(mǎn)足"0<d_x″<d_x′"的層厚度d_x″成形的層的存在或缺失。

在步驟S20處，子過(guò)程“成形條件計(jì)算/成形過(guò)程”被執(zhí)行。

參照?qǐng)D18，在步驟S20處的“成形條件計(jì)算/成形過(guò)程”被解釋。

在步驟S21處，成形速度計(jì)算單元214確定成形可通過(guò)其以層厚度d_x′，d_x″進(jìn)行的成形速度v_x′，v_x″。具體地，在參考層厚度d_x和成形速度v_x的情況下，成形速度由"v_x′＝v_x·(d_x/d_x′)"確定。此外，同樣的適用于vx″。

在步驟S23處，旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算單元215確定如果成形以成形速度v_x′，v_x″進(jìn)行那么可保持節(jié)距P_x的旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x′，f_x″。該旋轉(zhuǎn)速度由"f_x′＝f_x·(d_x/d_x′)"確定。此外，同樣的適合于f_x″。

在步驟S25中，驅(qū)動(dòng)控制單元220控制三維成形裝置的每個(gè)單元以使得n+1層被分成多個(gè)層并且成形根據(jù)確定的成形條件進(jìn)行。也就是說(shuō)，平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221z驅(qū)動(dòng)和控制所述Z方向電機(jī)，平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221xy驅(qū)動(dòng)和控制所述X方向電機(jī)和Y方向電機(jī)，所述扭絞電機(jī)控制單元222驅(qū)動(dòng)和控制所述扭絞電機(jī)49，以及輸送電機(jī)控制單元223驅(qū)動(dòng)和控制所述輸送電機(jī)17。在對(duì)應(yīng)于所述n+1層的厚度被成形之后，所述過(guò)程被終止。

<<控制單元的控制示例和構(gòu)造：2>>

作為用于在沒(méi)有變化節(jié)距的情況下減小所述成形材料寬度的方法，用于減小成形原料的輸送速度的方法的解釋被給出。成形流量Q_x是成形原料的輸送流量Q_a，Q_b，…，的總和，以及每個(gè)輸送流量由成形原料“成形原料的截面面積×輸送速度v”給出的，如等式(1)所示的，(在此，指示與成形原料有關(guān)的參數(shù)的下標(biāo)的描述被省略)。如果所有的成形原料的輸送速度是1/α，那么總輸送流量是1/α；因此，成形流量Q_x也是1/α。在其中成形速度v_x被保持的情況下，如果成形材料的截面表面是長(zhǎng)方形的，那么成形材料寬度是1/α。此外，在該控制示例中，由于成形速度v_x或旋轉(zhuǎn)速度f(wàn)_x都沒(méi)有變化，因此節(jié)距P_x沒(méi)有變化。

給出使用具體示例的解釋。在此，在下面的解釋中，成形材料的截面表面是矩形的。成形物體的參考層厚度是0.25毫米，如果n+1層以參考層厚度成形在n層上那么層角度θ是20度。在該情況下，n+1層的層厚度需要被設(shè)定為等于或小于0.11毫米。

關(guān)于n+1層，參考層厚度和調(diào)節(jié)的層厚度之間的比值是"0.25mm/0.11mm＝2.3"；因此，在該控制示例中，所有的成形原料的輸送速度可以是"1/2.3"-倍。

圖19是示出根據(jù)第四實(shí)施例的執(zhí)行所述過(guò)程的控制單元的修改構(gòu)造的功能方框圖。圖19特別地示出執(zhí)行一控制以便增加輸送速度從而在沒(méi)有變化節(jié)距的情況下減小成形材料寬度的控制單元的構(gòu)造。在此，相同的附圖標(biāo)記被應(yīng)用到與圖16中相同的部件，以及相同部件的解釋被省略。

成形條件計(jì)算單元210包括輸送速度計(jì)算單元216，其根據(jù)參考層厚度和調(diào)節(jié)的層厚度之間的比值計(jì)算成形材料的輸送速度。

根據(jù)圖17和20的流程圖的該控制的解釋被給出。圖20是與該控制有關(guān)的子過(guò)程的流程圖。由于在圖17中示出的步驟S1到S11與在其中成形是在當(dāng)增加成形速度時(shí)進(jìn)行的情況下的相同，因此步驟S1到S11的解釋被省略。

在步驟S20處的子過(guò)程"成形條件計(jì)算/成形過(guò)程"參照?qǐng)D20進(jìn)行了解釋。

在步驟S27處，輸送速度計(jì)算單元216確定成形原料的輸送速度v′，v″，成形可通過(guò)該輸送速度分別以層厚度d_x′，d_x″進(jìn)行(在此，指示與成形原料有關(guān)的參數(shù)的下標(biāo)的描述被省略)。用于每個(gè)成形原料的輸送速度被確定。在參考層厚度d_x和輸送速度v的情況下，輸送速度由"v′＝v·(d_x′/d_x)"確定。此外，相同的適用于v_x″。

在步驟S29處，驅(qū)動(dòng)控制單元220控制三維成形裝置的每個(gè)單元以使得n+1層被分成多個(gè)層并且成形根據(jù)確定的成形條件進(jìn)行。也就是說(shuō)，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221z驅(qū)動(dòng)和控制所述Z方向電機(jī)，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元221xy驅(qū)動(dòng)和控制所述X方向電機(jī)和Y方向電機(jī)，扭絞電機(jī)控制單元222驅(qū)動(dòng)和控制所述扭絞電機(jī)49，以及輸送電機(jī)控制單元223驅(qū)動(dòng)和控制所述輸送電機(jī)17。在對(duì)應(yīng)于n+1層的厚度被成形之后，所述過(guò)程被終止。

<優(yōu)點(diǎn)>

如上所述的，根據(jù)本實(shí)施例，要被排出的成形材料的寬度(層厚度)根據(jù)成形物體的斜坡面的角度增加；由此，層寬度不超過(guò)預(yù)定分辨率。

[第五實(shí)施例]

解釋本發(fā)明的第五實(shí)施例。本實(shí)施例是根據(jù)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的修改示例的實(shí)施例，其被應(yīng)用到根據(jù)圖8中示出的第二實(shí)施例的三維成形裝置。圖21是旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的側(cè)視圖和底視圖。此外，該圖示出旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的尺度的示例。

圖21(a)中示出的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45A包括從柱形驅(qū)動(dòng)軸46朝向所述成形平臺(tái)突起的柱形扭絞突起47A。扭絞突起47A的直徑在沿著驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)中心的方向上是相同的。此外，扭絞突起47A形成在離開(kāi)旋轉(zhuǎn)中心的偏心位置處。

圖21(b)中示出的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45B包括在圖21(a)中示出的兩個(gè)柱形扭絞突起47B。每個(gè)扭絞突起47B形成在離開(kāi)旋轉(zhuǎn)中心的偏心位置處。通過(guò)提供扭絞突起47B，成形原料被進(jìn)一步混合。

圖21(c)中示出的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45C包括從柱形驅(qū)動(dòng)軸46的端部46a朝向成形平臺(tái)減縮的兩個(gè)柱形扭絞突起47C，47C。扭絞突起47C具有其直徑在驅(qū)動(dòng)軸46的側(cè)面處較大且在成形平臺(tái)的側(cè)面處較小的減縮形狀。扭絞突起47C，47C中的每個(gè)形成在離開(kāi)所述旋轉(zhuǎn)中心的偏心位置處。由于扭絞突起47C具有一減縮形狀，扭絞突起47C的強(qiáng)度可增加，并且可以防止由于在扭絞期間施加的成形原料的流體阻力導(dǎo)致的損壞。

圖21(d)中示出的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45D包括在垂直于Z軸方向上的橫截面形狀為扇形的扭絞突起47D。扭絞突起47D包括外圓周側(cè)表面47b和內(nèi)圓周側(cè)表面47c，作為沿著圓周方向(旋轉(zhuǎn)方向)延伸的兩個(gè)側(cè)表面。由于扭絞突起47D具有沿著驅(qū)動(dòng)軸46的旋轉(zhuǎn)方向的預(yù)定厚度(圓周方向長(zhǎng)度)，扭絞突起47D的強(qiáng)度可增加，并且可以防止由于在扭絞期間施加的成形原料的流體阻力導(dǎo)致的損壞。

旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的修改示例在以上進(jìn)行了解釋?zhuān)瑸榱烁倪M(jìn)成形原料的著色效率，優(yōu)選的是，扭絞突起被設(shè)置在驅(qū)動(dòng)軸的外圓周側(cè)上。這是因?yàn)?，關(guān)于成形物體，成形材料的外側(cè)在視覺(jué)上被觀察到，因此優(yōu)選的是，著色效率在外圓周側(cè)處而不是內(nèi)側(cè)處得以改進(jìn)。

[第六實(shí)施例]

解釋了本發(fā)明的第六實(shí)施例。本實(shí)施例是根據(jù)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的修改示例的實(shí)施例，其被應(yīng)用到根據(jù)圖8和9中示出的第二實(shí)施例的三維成形裝置。圖22是對(duì)應(yīng)于圖8中示出的扭絞部分的D-D截面表面的視圖。

每個(gè)澆道35和每個(gè)澆口43被布置成以使得每個(gè)成形原料100被引起在沿著扭絞輸送路徑41內(nèi)的成形材料的扭絞方向的方向上流入扭絞輸送路徑41。由于每個(gè)澆道35將成形原料100朝向離開(kāi)扭絞輸送路徑41的中心的位置輸送，因此澆道35的中心線(xiàn)被布置在離開(kāi)扭絞輸送路徑41的中心軸的位置處。

在示出的示例中，成形原料100沿著扭絞輸送路徑41行進(jìn)同時(shí)由于慣性力在逆時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)。因此，在沒(méi)有旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45的扭絞突起47的旋轉(zhuǎn)的情況下，成形原料100被獨(dú)立地扭絞以便進(jìn)行著色。根據(jù)本實(shí)施例，由于扭絞突起47也在逆時(shí)針?lè)较蛏闲D(zhuǎn)，因此進(jìn)一步便于著色。

[各方面和優(yōu)點(diǎn)]

本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例可以下面的方面實(shí)施。

<第一方面>

根據(jù)本方面的三維成形方法是用于變形(加熱和熔融)并沉積所述成形原料100成預(yù)定固體形狀的三維成形方法，以及該三維成形方法具有這樣的特征：三維成形方法包括一輸送過(guò)程，在該輸送過(guò)程期間，輸送單元(輸送部分10)輸送多個(gè)成形原料(不同顏色的成形原料100)變形單元(熱熔融部分31)；變形過(guò)程，在該變形過(guò)程期間，變形單元使每個(gè)成形原料變形；成形材料形成過(guò)程，在該成形材料形成過(guò)程期間，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)扭絞和布置所述變形的成形原料成螺旋形式，從而形成所述成形材料101；以及成形過(guò)程，在該成形過(guò)程期間，成形單元(成形部分70)順序地沉積所述成形材料以形成三維成形物體102。

根據(jù)本方面，多個(gè)成形原料扭絞和布置成螺旋形式以形成成形材料，以及成形物體是使用成形材料形成的。如果不同顏色的成形原料被用作成形原料，那么成形物體可通過(guò)使用任何顏色的成形材料得以形成。

<第二方面>

根據(jù)本方面的三維成形方法具有這樣的特征：三維成形物體是當(dāng)控制在輸送過(guò)程期間成形原料的輸送速度、在成形材料形成過(guò)程期間成形原料的扭絞速度以及在成形過(guò)程期間成形速度中的至少一個(gè)得以形成的。

根據(jù)本方面，輸送速度、扭絞速度和成形速度被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)以使得包括在成形材料中的成形原料的沉積間隔或沉積百分比或者成形材料的厚度被任意地調(diào)節(jié)。由于該控制被執(zhí)行，因此具有希望的顏色和分辨率的成形材料可被生成，因此可以獲得具有更高顏色表示和高分辨率的三維成形物體。

<第三方面>

根據(jù)本方面的三維成形方法具有這樣的特征：第二成形材料的厚度根據(jù)由形成第一層的第一成形材料與層疊在第一成形材料上以形成第二層的第二成形材料形成的成形材料的斜坡面的角度進(jìn)行控制。

根據(jù)本方面，第二成形材料的厚度根據(jù)形成的成形物體的斜坡面的角度進(jìn)行控制以使得成形寬度可被調(diào)節(jié)。在此，成形寬度是形成第一層的第一成形材料的邊緣和形成第二層的第二成形材料的邊緣在水平方向上的間隙。如果控制被執(zhí)行以使得成形寬度減小，那么三維成形物體的分辨率可在每個(gè)成形材料的層疊方向上改進(jìn)。

<第四方面>

本方面涉及實(shí)施根據(jù)第一方面的三維成形方法的三維成形裝置。具體地，本方面是變形(加熱和熔融)并沉積所述成形原料100成預(yù)定固體形狀從而形成三維成形物體的三維成形裝置1，并且具有這樣的特征：三維成形裝置包括多個(gè)輸送單元(輸送部分10)，其輸送多個(gè)成形原料(不同顏色的成形原料100)到變形單元(熱熔融部分31)；變形單元(熱熔融部分31)，其變形由每個(gè)輸送單元輸送的成形原料；成形材料形成單元(成形材料形成部分30)，其扭絞和布置所述變形的成形原料成螺旋形式，從而形成所述成形材料101；以及成形單元(成形部分70)，其順序地沉積所述成形材料以形成三維計(jì)劃物體102。

根據(jù)本方面，以與第一方面相同的方式，多個(gè)成形原料被扭絞和布置成螺旋形式以形成所述成形材料，以及成形物體是使用所述成形材料形成的。如果不同顏色的成形原料被用作所述成形原料，成形物體可使用任何顏色的成形材料形成。

<第五方面>

在根據(jù)本方面的三維成形裝置中，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)具有這樣的特征：成形材料形成單元包括扭絞輸送路徑41，其輸送變形的成形原料100同時(shí)扭絞和布置成形原料100成螺旋形式；以及旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45，其位于扭絞輸送路徑上游并且圍繞平行于扭絞輸送路徑的輸送方向的軸旋轉(zhuǎn)。

由于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)，三維成形裝置扭絞和布置所述成形原料成螺旋形式。根據(jù)本方面，成形原料可以簡(jiǎn)單的構(gòu)造扭絞，并且可獲得彩色的三維成形物體。

<第六方面>

在根據(jù)本方面的三維成形裝置中，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45具有這樣的特征：旋轉(zhuǎn)構(gòu)件45包括被旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)軸46；以及扭絞突起47，其形成為在扭絞輸送路徑下游從驅(qū)動(dòng)軸的端部伸出并且相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)中心偏心地定位。

由于扭絞突起設(shè)置在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中，因此成形原料可被更有效地扭絞。

<第七方面>

在根據(jù)本方面的三維成形裝置中，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)具有這樣的特征：成形材料形成單元包括多個(gè)變形原料輸送路徑(澆道35)，其每個(gè)都輸送變形的成形原料；以及澆口43，每個(gè)成形原料穿過(guò)該澆口從每個(gè)變形的原料輸送路徑流入所述扭絞輸送路徑41，驅(qū)動(dòng)軸46的端部46a位于扭絞輸送路徑的澆口的上游，扭絞突起47的端部47a位于基本上與扭絞輸送路徑的每個(gè)澆口的下游端部相同的位置和使得端部47a與成形單元(成形部分70)接觸的位置之間。

排出到成形單元中的成形材料的流動(dòng)性(流動(dòng)分布)會(huì)均勻的，并且可獲得高對(duì)比度的三維成形物體。

<第八方面>

在根據(jù)本方面的三維成形裝置中，澆口43具有這樣的特征：澆口43被布置成以使得成形原料100被引起在沿著在扭絞輸送路徑41內(nèi)的成形材料101的扭絞方向的方向上流入到扭絞輸送路徑41中。

可以以由于成形原料的慣性力的布置獲得自然扭絞的成形材料。

<第九方面>

在根據(jù)本方面的三維成形裝置中，成形材料形成單元(成形材料形成部分30)具有這樣的特征：成形材料形成單元包括柱形旋轉(zhuǎn)構(gòu)件83，其包括多個(gè)輸送路徑(流動(dòng)路徑85)，其每個(gè)都輸送變形的成形原料100；以及排出開(kāi)口65，其設(shè)置在軸向方向上的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的一端并且每個(gè)都將輸送穿過(guò)輸送路徑的所述成形原料朝向成形單元(成形部分70)排出。

根據(jù)本方面，一構(gòu)造以使得每個(gè)成形原料在穿過(guò)排出開(kāi)口朝向所述成形單元排出之后扭絞；因此，每個(gè)成形原料在分離狀態(tài)下被布置成螺旋形式，并且顏色不可能被混合。

<第十方面>

本方面產(chǎn)生了在改進(jìn)形狀精確度或尺度精確度以及全顏色成形方面的優(yōu)點(diǎn)。本方面是用于通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)方向來(lái)促進(jìn)收縮速率的平均(防止各向異性)來(lái)控制樹(shù)脂的取向方向的方法。

該問(wèn)題是使用示例(圖23)進(jìn)行解釋的。圖23(a)是其中成形是使用傳統(tǒng)的成形方法在沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的情況下以從(A)(從左至右成形)到(B)(以直角向上成形)的實(shí)線(xiàn)進(jìn)行的如從對(duì)角上看到的狀態(tài)的視圖，以及圖23(b)是從頂部看到的視圖。在此，成形物體在在室溫下被冷卻，以及成形物體在虛線(xiàn)的方向上被變形；由此，尺度精確度被降級(jí)。這是因?yàn)槭湛s速率在所述取向方向上是不同的(收縮速率在取向平行方向上是大的，以及在正交方向上是小的)。在此，為了解釋方便起見(jiàn)，在取向平行方向上的收縮速率和在正交方向上的收縮速率之間的差被限定為收縮速率差。在拐角部分，收縮速率差在外圓周處是大的；因此，在拐角部分處的角度是鈍角，形狀精確度降級(jí)。

相反地，圖24A到24B示出根據(jù)本方面的成形的狀態(tài)。圖24A是從側(cè)表面看到的視圖，以及圖24B是從頂部看到的視圖。圖24A示出其中兩個(gè)類(lèi)型的成形材料被布置成螺旋形式以便容易理解所述取向方向的成形的狀態(tài)。在此，在成形期間所述成形材料的取向與螺旋的布置方向是相同的方向。此外，收縮速率差也與螺旋的布置方向相同。此外，因?yàn)槁菪Y(jié)構(gòu)，所述取向在前側(cè)和后側(cè)處在相反方向上，如從側(cè)面看到的。如從頂部看到的上側(cè)和下側(cè)的取向也是在相反方向上。收縮速率差還呈現(xiàn)類(lèi)似傾向。在螺旋的情況下，與不是螺旋的情況相比，對(duì)于如上所述的收縮速率差，由于旋轉(zhuǎn)360度，整個(gè)地，因此用于旋轉(zhuǎn)一圈的收縮速率差是小的。特別地，如果螺旋角是45度，那么用于旋轉(zhuǎn)一圈的收縮速率差是最小的。因此，成形變形也是最小的。

此外，成形物體的形狀由于隨著經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的變化趨向于在其中螺旋松開(kāi)的方向上變化。因此，成形物體的下層部分(n-1層)和上層部分(n層)在相反的螺旋方向上(＝旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的扭絞方向是相反的)以使得產(chǎn)生的效果使得每個(gè)其他形狀變化方向被消除并且形狀是穩(wěn)定的。

此外，該方面對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求2所述的扭絞速度。該方面是其中扭絞方向在相反方向上的示例。

<第十一方面>

在沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)成形方法的情況下，存在一問(wèn)題在于，由于成形物體下層部分(n-1層)具有等于或小于熔融溫度的低溫度，因此當(dāng)成形物體上層(n層)在成形期間接觸到成形物體下層部分(n-1層)時(shí)，成形物體上層的溫度快速地降低并且成形物體上層難以借助于熔化緊密地附著。在層之間的小的附著力致使成形物體的機(jī)械強(qiáng)度的降低。

根據(jù)本方面，可以產(chǎn)生在改進(jìn)機(jī)械強(qiáng)度以及全顏色成形方面的優(yōu)點(diǎn)。

構(gòu)造和操作被描述如下。

1)所述方法和裝置將旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的扭絞突起布置在成形物體下層附近以提供剪切力從而由于局部溫度增加、壓力生成和混合而增加附著力在界面上，以改進(jìn)所述機(jī)械強(qiáng)度。

2)所述方法和裝置使旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的扭絞突起接觸到成形物體下層以刮擦所述成形物體下層從而由于前表面的粗糙而增加在界面上的附著力，以改進(jìn)所述機(jī)械強(qiáng)度。

參照?qǐng)D25給出1)的解釋。

根據(jù)本方面，由于提供了所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，因此，由于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生的成形材料的剪切熱。因此，成形材料的溫度局部地增加，附著力因成形物體下層部分而增加。

由于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的扭絞突起延伸到成形物體下層部分(n-1層)，壓力和剪切力容易傳遞到成形物體下層部分(n-1層)；因此，部分的成形物體下層部分(n-1層)被熔融，并且與成形物體上層部分(n層)混合，以及附著力進(jìn)一步增加。由此，附著力增加，以及機(jī)械強(qiáng)度改進(jìn)。

參照?qǐng)D26給出2)的解釋。

根據(jù)本方面，一構(gòu)造使得旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的扭絞突起延伸到成形物體下層部分(n-1層)。因此，扭絞突起的熱容易且直接地傳遞到成形物體下層部分，以及該成形物體下層部分容易熔融。

此外，由于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)，剪切熱發(fā)生在成形物體下層部分，其便于熔融。

由于成形材料在以上所述的熔融狀態(tài)下被連續(xù)供給，因此壓力容易被傳遞，并且瞬時(shí)鄰接得以實(shí)現(xiàn)以使得附著力得以改進(jìn)。此外，即使在界面上存在空氣，空氣會(huì)由于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)擴(kuò)散，附著力可進(jìn)一步改進(jìn)。由此，附著力增加，以及機(jī)械強(qiáng)度改進(jìn)。

附圖標(biāo)記列表

1 三維成形裝置

10 輸送部分

11 輸送機(jī)構(gòu)

13 原料輸送路徑

15 輸送齒輪

17 輸送電機(jī)

20 熱絕緣構(gòu)件

21 路徑

30 成形材料形成部分

31 熱熔融部分

33 加熱器

35 澆道

40 扭絞部分

41 扭絞輸送路徑

43 澆口

45 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件

46 驅(qū)動(dòng)軸

46a 端部

47 扭絞突起

47a 端部

49 扭絞電機(jī)

60 頭部分

61 排出開(kāi)口

63 頭表面

65 排出開(kāi)口

70 成形部分

71 成形平臺(tái)

73 平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

81 中空部分

83 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件

85 流動(dòng)路徑

87 圓形凹陷部分

100 成形原料

101 成形材料

102 成形物體

200 控制單元

210 成形條件計(jì)算單元

211 數(shù)據(jù)庫(kù)

212 角度計(jì)算單元

213 層厚度計(jì)算單元

214 成形速度計(jì)算單元

215 旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算單元

216 輸送速度計(jì)算單元

220 驅(qū)動(dòng)控制單元

221xy 平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元

221z 平臺(tái)-驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元

222 扭絞-電機(jī)控制單元

223 輸送-電機(jī)控制單元

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本未經(jīng)審查的專(zhuān)利申請(qǐng)公布號(hào)2013-86289