CN107708968B - 造型材料喷出头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种造型材料喷出头，使用能用板材等非常廉价的材料、且容易制作的流路构造体，即使是包含光固化性树脂的造型材料，也能将规定量的造型材料向规定的地方喷出。本发明的造型材料喷出头具备：流路构造体(1)，重叠多片具有大致相同形状的剖面细长的贯通孔的板状体，并闭塞贯通孔的两端，由此在与贯通孔的孔垂直的方向上，并且在细长的长尺寸方向上形成流路，并且在板状体的至少一个端部与流路连通地形成喷出口；薄板(31)，闭塞作为贯通孔的一端侧的流路的一面；加热板(4)，设于薄板(31)的相反侧，并对流路内产生热作用；闭塞板(7)，设于作为贯通孔的另一端侧的流路的另一面；以及LED(8)，设于喷出口的附近，沿着流路的方向照射光。

Description

造型材料喷出头
技术领域
本发明涉及在通过三维打印机制造立体造型物等的情况下喷出造型材料的造型材料喷出头和三维造型用的造型方法、以及用于该造型方法的流路构造体和用于从流路喷出造型材料的加热板。
背景技术
近年来，盛行利用计算机通过三维打印机来制造立体造型物。这样的三维打印机将立体模型表现为剖面形状的集合体。因此，三维打印机在三维地移动喷出造型材料的喷嘴的同时，或者在移动造型物侧的台子的同时，将造型材料喷出至规定的地方，由此形成造型物。作为形成这样的造型物的材料的一例，例如可以举出像热塑性树脂、熔点低的金属那样通过使温度上升而变为熔化状态的材料。此外，已知有对光固化性树脂(紫外线固化性树脂等)照射光而使之选择性固化的光造型法、以及通过将光固化性树脂或热塑性树脂、蜡等从喷墨喷嘴喷出而进行层叠造型的喷墨方式等。
作为喷出这样的造型材料的装置，例如已知有如图10所示的构造的装置(例如参照非专利文献1)。即，图10中，在加热部件63的一端侧拧入喷嘴61，在另一端部侧拧入料筒(barrel)62，向料筒62插入线状或棒状的造型材料。然后，通过料筒62将造型材料以一定的比例送入，造型材料受加热部件63的热而被加热熔化，从喷嘴61的顶端部的喷出口61a每次一定量地喷出熔化了的造型材料。该喷出口61a的位置由计算机以描绘三维的所期望的图形的方式进行控制而在xyz方向相对移动。由此，通过喷出熔化了的造型材料，制作出所期望的立体形状的造型物。在该加热部件63的周围，设有未图示的加热器，以将造型材料熔化的方式将加热部件63的温度上升至规定的温度。
另一方面，在主要用于形成二维图像的喷墨方式中，从多个喷嘴喷出墨滴 (液滴)并在规定的记录介质上进行图像形成。作为该记录头，通过促动器使与喷嘴连通的压力室中借助例如piezo元件等压电元件产生压力变动，从喷嘴开口部喷出墨滴。此外，还已知有如下的热喷墨的方式，即，加热器(发热体) 配置于喷嘴的底面，通过该加热器的极部加热使之发泡，此气泡合体并沸腾，由此被喷出(参照非专利文献2的7～9页、35页)。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：《由3D打印机开创的数字化制造》(门田和雄著，日刊工业新闻社，103页)
非专利文献2：《喷墨》(日本图像学会编2008年9月10日发行)
发明内容
发明所要解决的问题
如前所述，在制作圆筒状的喷嘴61、料筒62并固定于加热部件63的构造中，存在有材料费、制造成本高的问题。此外，对像光固化性树脂那样在室温下是液状的材料，无需加热部件、料筒，但圆筒状的喷嘴在树脂在内部发生了固化的情况下，就会不能使用，浪费变大。
而且，在喷出造型材料时，一边相对移动喷出喷嘴与造型物，一边连续地、或间歇地喷出造型材料。因此，不能像二维的喷墨方式那样在同一面中对需要的多个小面积喷出并列的造型材料。另一方面，即使欲将前述的喷墨方式用于造型材料的喷出头，由于喷墨方式利用了piezo元件的压电效应，因此其体积变化量也非常小。因此，虽然是向用纸上二维地印刷文字、图像的程度的量即可，但不能一次性喷出用于制作造型物的大量的造型材料。其结果是，如果是小的造型物则可以制作，但不适于制作大的造型物。即，在制作三维造型物时，会花费时间，并不现实。
此外，在配置加热器的热(thermal)方式中，也无法使并非液体的流动体那样的粘度大的造型材料沸腾。即，存在有无法适用于粘度大的造型材料的问题。因此，如前所述，通常使用从喷嘴使造型材料连续喷出的方式。
本发明是为了解决此种问题而完成的，其目的在于，提供一种造型材料喷出头，即使是像光固化性树脂那样并非液体的流动物、且粘度大的材料，也能将规定量的造型材料向规定的地方喷出，能一边扫描喷出口或造型台的任意一个，一边在短时间内制作造型物。
本发明的其他的目的在于，提供一种流路构造体，不用使用切削出螺纹的圆筒状的高价的喷嘴等，可以用板材等非常廉价的材料并且以简单的构造廉价地形成。
本发明的另外的目的在于，提供一种加热板，能将造型材料从所期望的多个喷出口同时通过热作用喷出。
本发明的另外的目的在于，提供一种立体造型物的造型方法，在使造型材料流动的流路通过热的作用将造型材料仅从所期望的流路喷出，由此制作造型物。
用于解决问题的方案
本发明的立体造型用的造型材料喷出头具备：流路构造体，重叠多片具有大致相同形状的剖面细长的贯通孔的板状体，并闭塞所述贯通孔的两端，由此在与所述贯通孔的孔垂直的方向上，并且在所述细长的长尺寸方向上形成流路，并且在所述板状体的至少一个端部与所述流路连通形成喷出口；薄板，闭塞作为所述贯通孔的一端侧的所述流路的一面；加热板，设于所述薄板的与所述流路相反侧，并所述流路内产生热作用；闭塞板，设于作为所述贯通孔的另一端侧的所述流路的另一面；以及发光元件，设于所述喷出口的附近，沿着所述流路的方向照射光。
本发明的流路构造体为如下的构造，具有：流路板，具有细长的贯通孔的板状体以至少使所述贯通孔一致的方式至少重叠有两片；以及闭塞板，在所述流路板的两面闭塞所述贯通孔，在构成所述流路板的至少一片板状体形成有与所述贯通孔连通并比所述贯通孔的宽度窄且到达端部的喷出口，将所述贯通孔作为造型材料的流路并由所述喷出口喷出造型材料。
本发明的加热板是在具有并列设置的多条流路的流路构造体的每条流路通过热作用喷出该流路内的造型材料的造型材料喷出头用的加热板，该加热板具备：
绝缘基板；发热电阻体，形成于该绝缘基板上，并且与所述多条流路的各条对应地形成；以及一对电极，形成为能对该发热电阻体的各自的两端部单独地施加电压。
本发明的立体造型物的造型方法的特征在于，使用了光固化性树脂的立体造型物的造型方法，包含：由薄板形成用于喷出包含光固化性树脂的造型材料的流路的一面，在该薄板的与所述流路相反侧配置加热板，通过该加热板仅对特定的流路产生瞬间的热作用，由此一边使特定的流路的造型材料喷出一边进行造型。
发明效果
根据本发明的喷出头，由于在造型材料的流路的一侧壁隔着薄板设有对流路产生热作用的加热板，因此如果具有多条流路，则能向多个小面积(像素) 同时地喷出造型材料。并且，由于通过由热作用造成的造型材料的膨胀或薄板的变形使造型材料喷出，因此可以一次性喷出远多于由喷墨等的喷出的造型材料。其结果是，即使是像光固化性树脂那样粘度大的液状的造型材料，也能在向多个小面积(像素)喷出大量的造型材料的同时通过光将其固化，因此即使是大型的造型物，也可以在短时间内形成。
此外，根据由板状体形成的流路构造体，由于使用廉价的板材料，并且非常简单地形成流路，因此可以谋求成本降低。并且，由于流路由贯通孔形成，喷出口由向板状体的凹陷形成，因此制造非常容易。该流路构造体不限定于光固化性树脂，即使是通常的加热熔化型的喷出头，也能利用。即，通过在该流路构造体的一侧壁设置加热流路内的造型材料的加热板，在另一侧壁设置隔着薄板的喷出驱动用的加热板，就可以与前述的光固化性树脂的情况相同地使用。
根据本发明的加热板，由于可以对每条流路进行加热而对各流路单独地产生热作用，因此如果形成多条流路，则可以独立地控制多条流路。
根据本发明的立体造型物的造型方法，即使在将光固化性树脂作为造型材料使用的情况下，通过形成多条流路，也能向多个所期望的地方一次性喷出造型材料，能在短时间内制作大型的造型物。
附图说明
图1A是对本发明的一个实施方式的造型材料喷出头进行说明的侧视图。
图1B是图1A的喷出头的喷出面侧的俯视图。
图2是图1A的分解说明图。
图3是对图1A的流路构造体的一片板状体进行说明的俯视图的一例。
图4A是对作为通过图1A的加热板产生的热作用的一例的热变形发生构件的一例进行说明的俯视图。
图4B是表示图4A的变形例的与图10A相同的图。
图4C是表示图4A的变形例的与图10A相同的图。
图5A是对图1A的加热板的一例进行说明的去掉了罩基板的俯视图。
图5B是对图5A的层构造进行说明的侧面的说明图。
图5C是对图1A的加热板的其他例进行说明的去掉了罩基板的俯视图。
图6A是图1A所示的喷出头的流路构造体的其他的构造例的从造型材料的导入口侧(安装板侧)观察到的上表面侧的说明图。
图6B是图6A的箭头B方向的俯视图。
图6C是图6B的箭头C方向的俯视图。
图6D是对在一条流路形成有两个喷出口的其他例进行说明的图。
图7A是将流路构造体隔着两个未图示的隔板重叠时的从安装板侧观察到的与图6A相同的上表面侧的说明图。
图7B是从图7A的喷出口侧观察到的与图6C相同的俯视图。
图8A是表示将图1A的喷出头接合两个形成两列喷出口的喷出头的例子的与图1A相同的图。
图8B是从图8A的供给口侧(安装板侧)观察到的俯视图。
图8C是从图8A的喷出口侧观察到的俯视图。
图9A是表示喷出口部分的构造的变形例的图。
图9B是表示图9A的其他的变形例的图。
图9C是表示图9A的其他的变形例的图。
图10是表示以往的造型材料的喷出用喷嘴的一例的剖面说明图。
具体实施方式
接着，在参照附图的同时对本发明的造型材料喷出头及其所用的流路构造体和加热板进行说明。图1A～1B中，分别示出了本发明的一个实施方式的造型材料喷出头的侧视图以及从喷出口侧观察到的上表面图，图2中示出了其分解图。如图2中其分解图所示，本实施方式的造型材料喷出头具备：流路构造体1，重叠多片具有大致相同形状的剖面细长的贯通孔的板状体10(10a、10b)，闭塞贯通孔的两端，由此在与贯通孔的贯通方向垂直的方向上，并且在细长的长尺寸方向上形成流路12，并且在板状体10的至少一个端部，与流路12连通地形成有喷出口13；薄板31，闭塞作为贯通孔的一端侧的流路12的一面；加热板4，设于薄板31的与流路12相反侧，并对流路12内产生热作用；闭塞板7，设于作为贯通孔的另一端侧的流路12的另一面；以及发光元件(LED)8，设于喷出口13的附近，沿着流路12的方向照射光。LED8用于使所喷出的光固化性树脂这样的造型材料固化。
光固化性树脂例如为300～400nm左右的紫外线固化性树脂、以400nm以上的可见光进行固化的树脂等通过光进行固化的树脂。前述的LED8只要是可以使该光固化性树脂固化的波长的光即可。
流路构造体1在一个实施方式中是如下的构造，具有：流路板1a，将具有细长的贯通孔的板状体10(10a、10b)以至少使贯通孔一致的方式重叠至少两片；以及闭塞板31、7，在流路板1a的两面闭塞贯通孔，在构成流路板1a的至少一片板状体10形成有与贯通孔连通并比贯通孔的宽度窄且到达端部的喷出口 13，将贯通孔作为造型材料的流路12并由喷出口13喷出造型材料。闭塞板不限于为了闭塞而设置的闭塞板7或薄板31，例如也可以是将用于加热造型材料的加热板的绝缘基板以直接闭塞贯通孔的方式设置的构件。
图1A～1B所示的例子中，重叠接合了两片板状体10a、10b(如图3所示，在共同指代的情况下是10)。如图3所示，在各板状体10中，作为贯通孔形成有流路12，形成为供造型材料流动。而且，以与此流路12连结的方式在各自的一端部形成有喷出口13。该喷出口13也可以不贯通板状体10，而是以厚度的一半左右的深度作为凹陷来形成。该凹陷是通过半蚀刻或冲压、或机械加工等形成。该凹陷的形状(喷出口13的剖面形状)并不限定于如图1B所示的矩形形状，也可以是圆形或其他的形状。该喷出口13的数量、即凹陷的数量形成为根据用途所需的个数。此外，在形成该凹陷时，在与喷出头的长度匹配的位置形成同样由凹陷产生的槽15(参照图3)，使之容易向直角方向弯曲。该贯通孔的折弯部的附近成为材料供给口14。该材料供给口14以与形成于安装板5的开口51(参照图6A、图7A)连通的方式形成。如图2所示，被弯曲了的部分成为固定于安装板5的安装部16。17是将流路构造体1用螺丝固定于安装板5 时的孔(贯通孔)。
板状体10由导热优异、且容易进行贯通孔17、凹陷等的加工的材料形成。从该观点考虑，优选薄的金属板。作为一例，图3所示的板状体10是厚度为 0.6mm左右的不锈钢板，从喷出口13的顶端部到折弯用的槽15的尺寸A为 13mm，从槽15到与喷出口13相反侧的端部的尺寸B为7.5mm，宽度C为10mm。但是，该尺寸为一例，并不限定于该例。此外，可以例示出流路12的宽度为2mm，喷出口13的宽度为0.4mm～0.8mm，贯通孔17的直径为
Figure BDA0001474484420000061
如果是该程度的厚度的不锈钢板，则可以通过冲裁加工容易地形成前述的流路12、贯通孔 17以及其外形形状。外形形状根据用途形成为各种大小。此外，喷出口13附近的形状也是根据用途自由地形成。通过以这样的板状体10形成，流路12由板状体10上的贯通孔形成，喷出口13由以板状体10的一半左右的深度形成的凹陷部形成，因此材料费、加工费都变得非常廉价。而且，流路12由贯通孔、以及闭塞其两端的闭塞板7、31(薄板)形成。该闭塞板7优选薄的板材或膜。
而且，板厚也不限定于前述的例示，可以根据用途使用各种厚度的板状体。而且板状体10的重叠的片数也不限定于两片，也能设为更多片。如果增多重叠的片数，则可以形成与相同流路12连结的多个喷出口13。获得可以对喷出量进行各种变更的造型材料喷出头。即，通过在流路构造体1的多片板状体的至少一片形成与贯通孔12连通的凹陷而形成喷出口13。需要说明的是，各板状体 10如图3所示地形成，外形、流路12的部分在各板状体10中是共同的。但是，设为喷出口13的凹陷的形状、数量等不同。例如后述的图8C所示的用于形成喷出口13c的板状体10形成为在两片板状体10中使其凹陷对称。此外，在像这样将两片板状体10重叠而形成喷出口13的情况下，并不限定为相同大小的凹陷或相同形状的凹陷。可以将0.4mm宽的凹陷与0.2mm宽的凹陷重叠，也可以将矩形与圆形的凹陷相对。
喷出口13例如通过半蚀刻形成。即，在形成喷出口13的部分以外的地方形成抗蚀剂掩模，通过浸渍于蚀刻液、或进行由喷雾器喷吹蚀刻液的喷雾蚀刻 (spray etching)来形成。此外，也能进行电解蚀刻。蚀刻的深度根据暴露于蚀刻液的时间来控制。当蚀刻得太深时，机械强度降低，因此优选设为板状体10 的板厚的一半左右以下。在因板状体10薄而不能形成大的喷出口13的情况下，例如，如图8C的喷出口13c所示，在两片板状体10的相对的位置形成相同的凹陷(如前所述凹陷的位置在两片板状体10中不同)，由此在将板状体10重叠时形成将两方的凹陷相加的深度的喷出口13c。此外，在通过由模具等的冲压形成该凹陷的情况下，可以通过模具的形状等形成球状或圆筒状的凹陷。在以这样的冲压进行的情况下，与冲裁加工(外形或贯通孔17)、槽15的加工、或折弯同时地、或连续地形成凹陷
将像这样形成了贯通孔(流路12)、凹陷(喷出口13)的、例如两片板状体10通过例如耐热性粘接剂等两片重叠地接合。然后，在槽15(参照图3)处，分别向相反侧折弯，将被折弯了的安装部16固定于安装板5，由此如图2所示形成流路构造体1。即使没有形成该槽15也可以折弯或切断。在该重叠时，将前述的贯通孔17、外形的凸部等作为位置对准构成来使用。需要说明的是，在板状体10为三片时，则将正中的板状体10切断。
薄板31、闭塞板7向该流路构造体1的接合例如可以由耐热性粘接剂粘接，但优选容易拆卸的粘接剂。或者也可以由螺丝紧固等来接合。通过将这些构件自由拆卸地接合，即使造型材料在流路12内固化，也可以进行分解(拆开)清扫。其结果是，维护变得容易。
如图3所示，流路12可以在与该流路12延伸的方向呈直角的方向上并列形成多条。然后，多条流路12的各自的第一侧壁部由薄板31形成，隔着该薄板31设有加热板4，并且加热板4形成为仅加热多条流路12中的特定的流路 12，形成为通过加热板4的瞬间的加热(通过加热板4的加热为数ms，但当考虑导热时，对造型材料的热作用为数十ms)仅从特定的流路12喷出造型材料。
在流路构造体1的另一面侧，闭塞板7与薄板31相同地以闭塞构成流路12 的贯通孔的开口部的方式接合。通过该闭塞板7形成了第二侧壁部122(参照图 2)。为了使流路构造体1易于分解清扫，优选以容易分解的状态接合。作为该闭塞板7，优选导热率小的材料，但从防止基于热膨胀率差的翘曲这一点考虑，优选使用具有与加热板4的绝缘基板41相同的热膨胀率的材料或与绝缘基板41 相同的材料。
如图1A所示，在该流路构造体1的一面(参照图2)设有薄板31作为流路12的第一侧壁面121。然后，还隔着热变形发生构件32设有可以对流路12 进行局部加热的加热板4。可以通过加热板4的瞬间的加热通过薄板31的变形将流路12内的造型材料喷出。在流路构造体1的另一面设有闭塞板7，构成流路12的第二侧面(参照图3)。需要说明的是，流路12的第三侧壁面由流路板 1a的贯通孔的侧壁(板状体10的板厚部)形成，流路12完全成为密闭路。虽然该喷出头被形成为无需对造型材料进行加热的构造，但在需要加热流路构造体1的流路12内的造型材料的情况下，该闭塞板7也可以设有造型材料加热用的加热板。
在设于流路构造体1的一面侧的加热板4存在有多条流路12的情况下，形成为能对每条流路12通过根据来自外部的信号来选择性的施加脉冲电流等而进行加热。当通过该加热板4对特定的流路12施加脉冲电压时，该流路12就被隔着薄板31加热，该流路12的内部的造型材料发生膨胀。其结果是，此流路 12内的造型材料被挤出而从此流路12的喷出口13喷出造型材料。即，该例子中，不需要图1A中所示的热变形发生构件32(3)。换而言之，能通过加热板4 基于特定的流路12内的造型材料的体积增加或由薄板31的热膨胀造成的流路 12的体积变化将流路12内的造型材料喷出。
该情况下，如果薄板31由热膨胀率大的材料形成，则会沿着该流路发生膨胀，可以以与后述的热变形发生构件的情况相同的变化喷出造型材料。此外，即使薄板31的热膨胀率不大，当造型材料的温度直接上升时，材料本身的体积也会增大。其结果是，流路12内的造型材料向喷出口13的方向挤出，从喷出口13喷出造型材料。在该情况下也是通过使加热板4瞬间发热，而瞬间膨胀，当发热作用解除时，温度会瞬时降低，体积复原。其结果是，无论通过哪种方法，都可以瞬间喷出造型材料，之后喷出停止。需要说明的是，造型材料始终是从造型材料供给口侧供给，流路12内的流动状态的造型材料维持充满于流路 12内的状态。该造型材料的粘度根据光固化性树脂的种类而不同，但在任意的情况下都是流动物，因此通过将喷出口13设置于下侧，而可以通过自重充满于流路12内。假设在不会因自重而下落的情况下，能通过加压，使之始终充满于流路12内。
另一方面，也可以如图1A所示，在薄板31与加热板4之间的薄板31上粘贴热变形发生构件3(由金属片或非金属片形成的构件32；参照图4A)。该热变形发生构件3例如为热膨胀率与薄板31不同的材料，由沿着各流路12的构件32(参照图4A)等形成。当该构件32被加热时，基于薄板31与构件32的热膨胀率的差异而在薄板31产生翘曲的变形。在该情况下，当构件32的热膨胀率大于薄板31时，薄板31以陷入流路12内的方式变形，因此构件32的宽度优选小于流路的宽度。相反，当构件32的一方与薄板31相比热膨胀率小时，薄板31以被向外侧牵拉的方式产生变形。因此，该情况下构件32的宽度不受限制。如果薄板31以向内侧陷入的方式变形，与之相伴流路12内的造型材料被挤出。此外，即使被向外侧牵拉，由于由加热板4造成的加热是瞬间的脉冲加热，因此加热立即停止，薄板31的变形复原。因此，流路12内的体积暂时变大，其后复原，因此在复原时流路12内的造型材料被挤出而从喷出口13喷出。因此，只要薄板31与构件32之间的热膨胀率有差别即可，无需使哪一方更大。该热变形发生构件3如后详述所示，即使不与薄板31之间产生热膨胀率的差异，也可以直接粘贴双金属。参照图4A～4C及图5A～5C对其详细例进行说明。
图4A中，表示出将构件32粘贴于薄板31的构造例。图4A中，此外，为了表示出加热板4的加热器42的位置，而以双点划线表示。该薄板31被以覆盖前述的图3中所示的流路构造体1的多条流路12的各自的一面的方式粘贴。即，以一片薄板31闭塞所有流路12的一面的方式形成这在制造上简单，因而优选。该薄板31例如可以是由0.6mm左右的厚度的铝合金板等形成的金属板，也可以是容易变形的多孔陶瓷，此外，也可以是聚乙烯、聚四氟乙烯等耐热性绝缘膜。优选为具有耐热性、容易变形、容易传递热的材料。
该薄板31可以根据目的使用热膨胀率大且容易变形的材料、膨胀率小且容易变形的材料等各种材料。作为前者的例子，例如为黄铜等铜合金、铝合金(硬铝合金)等，热膨胀率为20～30ppm/℃。作为后者的例子，为Fe合金(Fe-Ni-Cr 的比率不同)、不锈钢等的金属板，热膨胀系数(线膨胀率)为6ppm左右。也可以是非金属板。该薄板31可以根据目的使用0.05～0.6mm厚左右的任意厚度的材料。例如在与作为热变形发生构件3的构件32一起以可以通过加热而发生变形的方式形成的情况下，通过对薄板31贴合构件32，并将其加热，就能基于薄板31与构件32的热膨胀率的差异使薄板31变形，与之相伴地使流路12内的造型材料喷出。在该情况下，薄板31选择与第一构件32的热膨胀率的差异大、并且容易变形的材料。例如，在作为薄板31使用前述的铝合金板(线膨胀率：23ppm/℃)或铜合金(线膨胀率：约20ppm/℃)的情况下，作为构件32，可以使用0.1mm～0.2mm厚度左右的42Fe-Ni合金板(线膨胀率：6ppm/℃)。在此，构成流路构造体1的板状体10使用铁合金。
需要说明的是，也能不利用该薄板31的热膨胀率，而是例如将后述的双金属作为热变形发生构件3并粘贴于薄板31。在该情况下，优选薄板31的热膨胀率小。此外，也能不设置热变形发生构件3，而是直接加热流路12内的造型材料而使之膨胀，或使薄板31自身热膨胀而进行喷出。在该情况下，该薄板31 优选热膨胀率大且容易变形的材料，可以使用绝缘膜等。需要说明的是，作为薄板31、构件32，可以举出金属的例子，但并不限于金属，例如也可以使用半导体陶瓷封装等中所使用的陶瓷、压电材料等无机物质板、石英玻璃(线膨胀率：0.5ppm/℃)等。
例如在流路12为宽1mm×深1mm×长5mm＝5μl(微升)＝5000nl(纳升) 的情况下，喷出量(由喷出口13的大小来确定)为0.3mm×0.3mm×0.05mm厚＝0.0045mm3＝4.5nl(纳升)，由于ABS的体积膨胀率是每1℃而言(6～13)×10-5，因此设为10×10-5，则每上升10℃膨胀0.1％(当设为流路12内的10％升高了 100℃时，则为平均上升10℃)。因此，由5000nl×0.1％＝5nl，大于上述喷出量，在少量的喷出的情况下，仅通过造型材料的热膨胀就能使之充分地喷出。
此外，构成热变形发生构件3的构件32是沿着各流路12形成，但图4A中所示的例子中，其根部侧(与喷出口13相反侧)由连结部32a连结，形成为梳齿状。由于该根部侧远离加热器42的位置，因此温度基本上不上升。因此，不产生基于与薄板31的热膨胀率差的影响。另一方面，沿着各流路12逐个地粘贴构件32花费工夫，但当有连结部32a时，与各流路12匹配地对准构件32变得非常容易。因此，可以进行连结部32a的位置对准而粘贴构件32。图4A中，表示出在流路构造体1的表面粘贴有薄板31、在其表面粘贴有构件32的状态，设于其上的加热板4的加热器42的位置以双点划线表示。即，构件32的顶端部侧会被加热。其结果是，连结部32a的一方基本上不会带来由加热板4造成的温度上升。
图4B所示的例子是与图4A相同的图，但不仅构件32的根部侧由连结部 32a连结，而且在各构件32的顶端部侧形成有帽部32b。该帽部32b没有被连结且对于每个沿着各流路12的构件32独立地形成。通过形成这样的帽部32b，构件32与薄板31的粘接力提高，对于热循环而言也难以产生剥离。即，在加热板4的加热器42的附近温度上升而产生基于热膨胀率差的应力。因此，剥离力变大。但是，由于帽部32b中温度并没有如此程度地上升，因此难以作用由热变形造成的应力。其结果是，容易作用应力的构件32的两端部由连结部32a 和帽部32b牢固地固定。即，构件32的剥离力受到抑制。
图4C是表示热变形发生构件3的其他的实施方式的图。即，该例子不是利用构件32与薄板31的热膨胀率的差异，而是由前述的构件32和第二构件33 来形成基于2种材料的热膨胀率差的变形。在该情况下，由于薄板31的热膨胀率不会成为问题，因此可以使用绝缘膜等薄的有机膜。在该情况下，发生基于构件32与第二构件33的热膨胀率的差异的变形。薄板31因该变形而被压入、或牵拉，由此喷出造型材料。在该情况下，也可以是不由连结部32a连结，而是独立的构件32，可以使用市售的双金属。即，热变形发生构件3由通过至少两种热膨胀率不同的板材的接合形成的双金属形成，该双金属也可以沿着流路 12与薄板31接合。在该情况下也是，只要薄板31为被向外侧牵拉的第二构件 33或双金属的粘贴，对于其宽度就没有限制，但在薄板31发生向流路12内陷入的变形的情况下，优选第二构件33或双金属的宽度比流路12的宽度窄。此外，在该情况下也是，第二构件33并不限于金属片，也可以是非金属片。需要说明的是，热变形发生构件3不仅可以贴合热膨胀率不同的两种材料，也可以不限定于两种热膨胀率不同的材料。也可以在其间夹设具有中间的热膨胀率的第三板材，从而能够进行各种变形。
图5A～5B是对加热板4的一例进行说明的俯视图及侧视图。该加热板4 是在图5B中表示出侧视图、在图4A中表示出去掉了保护膜45的状态的俯视图的构造。即，在绝缘基板41上，形成有由发热电阻体形成的加热器42，在其两端部形成有第一导电端子(电极)43和第二导电端子(电极)44。然后，在该上表面设有由玻璃等形成的保护膜45，来保护加热器42和第一及第二导电端子 43、44。
绝缘基板41使用由氧化铝等形成的导热率优异的绝缘性的基板。形状以及尺寸根据作为目标的造型物而定，如果喷出口13的数量变多，则流路构造体1 变大，加热板4、即绝缘基板41也与之相应地变大。需要说明的是，也可以相对于一个流路构造体1，形成多个加热板4。因此，根据目的来使用所需大小的绝缘基板41，但例如，相对于两条流路12，使用10mm见方左右、0.6mm厚度左右的氧化铝基板。外形也不限定于矩形，而是可以与所需的流路构造体1的形状相匹配地形成。因此，在形成十二条流路12的情况下，为10mm×60mm左右的大小。外形也不限定于矩形，与所需的流路构造体1的形状相匹配地形成。作为该绝缘基板41的大小一般是形成为5mm见方到35mm见方左右的大小，然而并不限定于此，例如可以是10mm×220mm等大型的绝缘基板，也可以与行喷出头的喷出口的个数等相匹配的形成为长的绝缘基板。而且，也可以通过排列多个该加热板4，来使绝缘基板41与行式头(line head)等的大小匹配。
加热器(发热电阻体)42例如可以通过适当地选择Ag、Pd、RuO2、Pt、金属氧化物、玻璃等的粉末并混合来将温度系数、电阻值等调整为最佳。该混合材料被制成糊状涂布、烧成。由此形成发热电阻体42。由烧成形成的电阻膜的薄层电阻根据固形绝缘粉末的量而改变。可以通过两者的比率来改变电阻值、温度系数。此外，作为用作导体(第一及第二导电端子43、44)的材料，可以使用增多了Ag的比例、减少了Pd的制成相同的糊状的材料。通过如此操作，可以与发热电阻体42相同地通过印刷形成导体。有时也需要以端子连接的关系而根据使用温度来进行改变。Ag越多，就越能降低电阻值。
该第一及第二导电端子(电极)43、44如前述的图1A所示，连接有引线 47，并连接有电源而形成为对发热电阻体42通电的构造。该电源瞬间地施加脉冲电压。
该图5A所示的例子中，第一导电端子43是将沿着多条流路12设置的加热器42的各顶端部连结而作为共用电极来形成。然后，第二导电端子44被分别作为独立端子导出，能够以各条流路12的单位来施加信号。需要说明的是，在图5A，45是覆盖加热器42、导电端子43、44的表面而对其进行保护的保护膜的形成范围。通过增大对该加热器42施加的电压，喷出量变多。此外，通过将发热电阻体(加热器42)形成于两处，并错开加热的时机，也可以增加喷出量。接着对该例子进行说明。
即，也可以如图5C所示，将加热器(发热电阻体)42分割为两个以上，对各个第一加热器42a、第二加热器42b分别独立地施加电压。即，在图5C中， 44a为第三导电端子，44b为第四导电端子，该例子中，在第一加热器42a与第二加热器42b被串联连接的部分连接有第四导电端子44b。其结果是，如果对第一导电端子43与第三导电端子44a之间施加电压，则会与前述的图5A中所示的例子基本上相同。但是，如果对第一导电端子43与第四导电端子44b之间施加电压，则仅第二加热器42b加热。此时，通过对第三导电端子44a与第四导电端子44b之间施加电压，仅第一加热器42a加热。对于这两者的电压的施加可以隔开数毫秒～数十毫秒的间隔而连续地施加电压。通过这样的信号电压的施加可以进行喷出量的各种控制。
对于该加热板4，从以造型物的微小单位喷出造型材料的观点考虑，如前所述，优选施加脉冲电压。该脉冲电压的施加时间为数m(毫)秒的非常短的时间，但加热器42的温度瞬间地上升，该温度向构件32传递，在构件32与薄板 31之间、或构件32与第二构件33之间产生变形。通过薄板31的变形，从喷出口13喷出造型材料。该脉冲电压的施加与通常的热打印机等的施加各像素的信号相同(例如日本特开昭57-98373号公报)，数据被串行输入移位寄存器，电压的施加可以通过仅对需要部位通电以并联输出来进行。对于加热量的控制，可以在该移位寄存器与AND电路之间加入锁存电路，使脉冲施加时间变化。
通过如前述的图3所示，形成多列流路12，就可如图1B所示，获得将喷出口13以行状并列了的行(line)型喷出头。但是，该喷出口13不限于一条流路 12中为一个。即，图6A中，示出了从与喷出口相反的一侧的导入造型材料的安装板5侧观察到的图，图6B中，示出了从图6A的箭头B方向观察到的图，图6C中，示出了从图6B的箭头C方向、即喷出口13侧观察到的图(没有显示出层构造而简化了的图)，如这些图中所示，在一条流路12形成有小喷出口 13a和大喷出口13b，获得将大的喷出口13b与小的喷出口13a交替地以行状并列了的喷出头。该喷出口13的大小、形状并不限定于该例子。可以以任意的形状的组合来形成。需要说明的是，如前所述，在安装板5，没有装配料筒，而是以与流路12的造型材料供给口14(参照图3)连通的方式形成有开口51。该喷出口13a、13b有从两方同时地喷出的情况，也有从任意一方喷出，另一方被闭塞的情况。该喷出口13的分支也可以如图6D所示，是在流路12的两侧端部形成相同大小的喷出口13e、13f的构造。
通过像这样形成喷出口13，喷出口13的间距就会变窄，可以制作更加细密的微细的造型物。需要说明的是，该喷出口13e、13f也可以不是形成为一列，而是形成为两列以上。通过增加流路构造体1的板状体10的层叠片数，可以由一条流路12形成并非一列的许多的喷出口13。这样，通过相对于一条流路12 连接并形成多个喷出口13，就可以得到丰富多彩的造型物。此外，这样的细微化也可以采用将喷出头在x方向上也移动半个间距左右的、所谓往返穿梭 (shuttle)方式。造型物台在y方向、z方向上也能移动。通过如此设置，能通过一次的y方向的移动而层叠2层，同样地也能够层叠3层以上。
图7A～7B是将图1A所示的流路构造体1隔着未图示的闭塞板重叠两个，在两侧设置未图示的前述的薄板31及加热板4等。其结果是，获得将开口51 和喷出口13a、13b都分别以两列的行状形成的两列行式头。分别表示出与图6A 和图6C相同的图。该例子中，重叠了两个喷出口13的形成例不同的两组的流路构造体1。通过采用该构成，能使用材料不同的多种造型材料或颜色不同的多个造型材料。而且，可以由1次扫描形成一层多色、且具有凹凸的造型物。
图8A是将两个图1A所示的喷出头以使与加热板4相反侧对置的方式隔着厚的闭塞板71而接合的例子。需要说明的是，重叠的个数并不限定于两个。通过如此设置，如图8C中从喷出口13a、13c侧观察到的俯视图所示，具有多个喷出口13的行式头形成为两列。该造型材料喷出头不仅可以形成为两列行式头，还可以如图8C所示，在喷出口13a和喷出口13c中改变喷出口13的大小。其结果是，可以自由地变更造型材料的喷出量。当然，在该两列中，喷出口13a、 13c的大小也可以进一步改变。图8A中，8是使光固化树脂固化的LED。需要说明的是，图8A中，加热板4的保护膜45被省略而没有图示。
图8B是从安装板5侧观察到的俯视图。如从图8B及图8C可以清楚地看到的那样，该两列的行喷出头中，也可以形成为将流路的位置错开半个间距。喷出口13形成为也被错开半个间距。在像这样形成多列行喷出头的情况下，当有错开了半个间距的组合时，在间距间不会有造型材料的不足部分，能制作精度优异的造型物。通过采用这些构成，能使用材料不同的多种造型材料或颜色不同的多个造型材料。而且，能利用一次扫描形成两层以上的多色、并且具有凹凸的造型物。在该情况下也与前述的图6C、图6D的情况相同，可以增加喷出口13的个数，无需使喷出口13整齐排列为一列。此外，也无需将喷出口13 错开半个间距。需要说明的是，图8B中5是安装板，51是与材料供给口连通的开口。此外，在像这样形成为多列喷出口13的列的情况下，可以与该列对应地容易地改变喷出口13的垂直方向的位置。使两组喷出头错开地接合即可获得。通过使垂直方向的位置相差例如1mm左右，就可以利用一次扫描形成两层以上的造型物，因此可以更快地制作造型物。
此外，通过像这样增多流路12的条数，将多个喷出口13形成为行状，即使在多色型的造型物等情况下，也可以简单地制作。而且，将主剂和固化剂分开地喷出混合也变得容易。此外，也能如图9A中给出与喷出头的图1A相同的示意图所示，采用流路构造体1的喷出口13侧的顶端部在流路12延伸的方向上形成错位、而具有台阶d的构造。通过改变两片板状体10的长度而形成。即使流路构造体1不具有台阶，也可以将两个以上的喷出头以在顶端的喷出口13 具有台阶的方式重叠使用。即，以使喷出口呈与造型台交叉的朝向的方式排列多列，在所述多列的至少两列中所述喷出口在列的垂直方向上的高度不同，能通过设于所述喷出口的列的下方的造型台的x－y方向的一次扫描形成至少两层的造型物。
对于该台阶d，例如如果所喷出的造型材料的高度为1mm左右，则该台阶 d也设为1mm左右，通过造型台的扫描的方向为从长板状体10a的方向向短板状体10b的方向扫描造型物，即使在连续地喷出造型材料的情况下，所喷出的造型材料也不会被喷出头消去。其结果是，可以形成漂亮的造型物。也可以反过来以将所喷出的造型材料的头消去的方式来形成台阶。如果如此设置，则可以制作表面平坦并漂亮的造型物。采用这样的形状，是为了在改变材料的性质、粘度等的情况下，制成容易附着下一层的平面、或容易进行喷出、或容易附着而进行的。此外，是为了使喷出物保持一定的厚度、或保持凹陷的间隔等，能对喷出物进行某种程度的加工。
此外，也可以不采用台阶，而是如图9B所示，采用将两片板状体10a、10b 沿倾斜方向切断的构造。通过如此设置，也可以同样地防止所喷出的造型材料的由喷出头造成的缺损。需要说明的是，图9B及图9C中，仅表示出喷出口13 的部分。而且，图9C所示的例子并非在两片板状体10a、10b之间形成台阶，而是使第一片板状体10a的一半左右的厚度与另一片板状体10b的整体形成为凹进的形状。在造型材料的喷出量多的情况下，可以确保所喷出的造型材料的扩展余地。需要说明的是，图9A中，加热板4等被概念性地表示。
而且，虽然未图示，但也可以是喷出头的顶端部相对于造型物不是直角、而是倾斜的状态下，使造型材料喷出的同时，相对地进行扫描。通过如此设置，即使在连续地喷出造型材料的情况下，也会发挥与前述的附加台阶、或斜向切割顶端部的情况相同的效果。容易获得厚度大的造型物。简而言之，通过与造型物的形状匹配地改变喷出头的顶端部的形状、或调整设置的角度，即使是厚的造型物，也可以有效地形成。
根据该实施方式，由于通过加热板4，可以从多个喷出口13的特定的喷出口13适当地喷出造型材料，因此例如能在扫描造型台的同时，仅向造型物的特定的地方喷出造型材料。此外，通过形成多个喷出口，能同时形成两处以上的造型物。而且，通过形成多个喷出口，也可以改变喷出口的大小而使喷出量变化。此外，也能喷出各种颜色的造型材料。即，既能在将造型材料喷出后混合，也能准备预先混合了的由各种颜色、材料构成的造型材料，由此可以分别从不同的喷出口向所期望的地方喷出所期望的造型材料。其结果是，即使是大的造型物也可以自如地在短时间内制造。
此外，通过并置多个以行状形成有多个喷出口的喷出头，可以进一步增加喷出口的个数，由一次扫描一次性地在许多的地方形成造型物。如果是此种构造，则也能使用二液型的树脂，通过第一列的喷出口喷出，从下一列的喷出口喷出固化剂，由此使之反应固化。而且通过将多列的喷出头的喷出口的垂直方向的位置逐列错开，在用喷出口低的位置的喷出头喷出造型材料后，用高位置的喷出口的列以相同的扫描的工序喷出造型材料，由此就可以利用一次扫描形成两层以上的造型物。其结果是，即使是大的造型物，也可以在非常短的时间内形成。
根据本发明的通过利用热变形发生构件所致的薄板的变形而喷出造型材料或通过使流路内的造型材料的温度上升而喷出造型材料的方法，能瞬间地(数 ms～数十ms)控制造型材料的喷出，因此能在使造型台扫描的同时喷出造型材料，所以即使是大的造型物，也能非常容易地制作。
此外，根据本实施方式的对形成为多列的行状喷出头的每列改变喷出口的高度而喷出的方法，能利用一次扫描形成两层以上的造型物，因此即使是大的造型物也可以在非常短的时间内制作。需要说明的是，也能改变各层的厚度。
附图标记说明：
1 流路构造体
1a 流路板
3 热变形发生构件
4 加热板
5 安装板
7 闭塞板
8 LED
10 板状体
12 流路
13 喷出口
14 供给材料导入口
15 槽
16 安装部
31 薄板
32 构件
32a 连结部
32b 顶部
33 第二构件
41 绝缘基板
42 加热器(发热电阻体)
43 第一导电端子
44 第二导电端子

Claims (5)

1.一种造型材料喷出头，具备：
流路构造体，重叠多片具有大致相同形状的剖面细长的贯通孔的板状体，并闭塞所述贯通孔的两端，由此在与所述贯通孔的孔垂直的方向上，并且在所述细长的长尺寸方向上形成流路，并且在所述板状体的至少一个端部与所述流路连通地形成喷出口；
薄板，闭塞作为所述贯通孔的一端侧的所述流路的一面；
加热板，设于所述薄板的与所述流路相反侧，并对所述流路内产生热作用；
闭塞板，设于作为所述贯通孔的另一端侧的所述流路的另一面；以及
发光元件，设于所述喷出口的附近，沿着所述流路的方向照射光。
2.根据权利要求1所述的造型材料喷出头，其中，
在所述板状体并列形成有多条由所述细长的贯通孔形成的流路，所述加热板形成为对所述多条流路中的每条特定的流路赋予所述热作用。
3.根据权利要求1或2所述的造型材料喷出头，其中，
在所述薄板与所述加热板之间，接合热变形发生构件，
通过由所述加热板的瞬间的加热造成的所述热变形发生构件的加热，由所述薄板的变形来喷出所述流路内的造型材料。
4.根据权利要求1或2所述的造型材料喷出头，其中，
通过所述加热板，基于由所述流路内的造型材料或沿着所述流路的所述薄板的热膨胀造成的造型材料的体积增加或由所述薄板的膨胀造成的所述流路的体积变化喷出所述流路内的造型材料。
5.根据权利要求1或2所述的造型材料喷出头，其中，
所述加热板在绝缘基板上沿着各流路形成有发热电阻体，并形成为能加热特定的流路的热变形发生构件或特定的流路内的造型材料或者所述薄板。
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