CN108000865B - 三维造型装置以及生产三维造型物品的方法 - Google Patents

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Abstract

一种三维造型装置，包括：加热部分，所述加热部分构造成加热和熔融热塑性树脂；喷嘴，所述喷嘴构造成将熔融的热塑性树脂引导至喷射口；布置成能够在喷嘴的远端表面上滑动并且设有多个开口的部件；以及喷射口切换部分，所述喷射口切换部分构造成使得所述多个开口当中的一个开口与喷嘴的远端对齐。以及一种生产三维造型物品的方法，所述方法包括：第一步骤：使得热塑性树脂通过设有多个开口的部件的所述多个开口当中的一个开口来喷射；以及第二步骤：使得热塑性树脂通过所述多个开口当中的与所述一个开口不同的另一开口来喷射。以及一种生产三维造型物品的方法。

Description

三维造型装置以及生产三维造型物品的方法
技术领域
本发明涉及一种三维造型装置，该三维造型装置通过熔融、喷射和沉积树脂来形成三维造型物品。更具体地说，本发明涉及一种改变喷射的熔融树脂的截面形状的技术。
背景技术
近年来，已经积极开发所谓的3D打印机，并尝试了多种方法。例如，已知例如熔融沉积造型、立体光固化造型术和选择激光烧结之类的方法。
熔融沉积造型是通过由例如喷嘴来喷射加热的热塑性树脂以及沉积该热塑性树脂而形成三维物品的方法。该方法原理简单，因此具有这样的优点，即，该方法能够以相对较低成本通过较小装置来执行。
日本专利申请公开No.2000-280354公开了一种熔融沉积造型装置，该熔融沉积造型装置设有多个喷嘴，用于喷射不同材料，以便在三维物品的多个部分之间改变三维物品的颜色或物理特性。
在通过熔融沉积造型来形成三维造型物品时，当熔融树脂的喷射条件能够变化时，造型处理的灵活性增加。特别是，希望提高造型物品的形状精度和减少造型时间，因此希望装置能够很容易地改变喷射的熔融树脂的截面形状。
因为在日本专利申请公开No.2000-280354中公开的熔融沉积造型装置包括多个喷嘴，因此能够考虑在喷嘴之间改变喷射口的形状。不过，存在这样的问题，当提供多个喷嘴时，装置变得更大和更昂贵。
发明内容
根据本发明的第一方面，一种三维造型装置，包括：加热部分，所述加热部分构造成加热和熔融热塑性树脂；喷嘴，所述喷嘴构造成将熔融的热塑性树脂引导至喷射口；布置成能够在喷嘴的远端表面上滑动并且设有多个开口的部件；以及喷射口切换部分，所述喷射口切换部分构造成使得所述多个开口当中的一个开口与喷嘴的远端对齐。
根据本发明的第二方面，一种生产三维造型物品的方法，所述方法包括：第一步骤：使得热塑性树脂通过设有多个开口的部件的所述多个开口当中的一个开口来喷射；以及第二步骤：使得热塑性树脂通过所述多个开口当中的与所述一个开口不同的另一开口来喷射。
通过下面参考附图对示例实施例的说明，将清楚本发明的其它特征。包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例实施例、特征和方面，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
图1是第一示例实施例的三维造型装置的透视图。
图2示出了用于热塑性树脂丝的接受机构。
图3是第一示例实施例的喷射口切换部分的板状部件的平面图。
图4A是喷射口切换部分的剖视图。
图4B是喷射口切换部分的剖视图，示出了喷射口为锥形时的情况。
图5是清洁机构的正视图。
图6是清洁机构的放大剖视图。
图7是三维造型装置的控制方框图。
图8A示出了清洁顺序的实例。
图8B示出了清洁顺序的另一实例。
图9示出了清洁顺序的还一实例。
图10是第二示例实施例的三维造型装置的透视图。
图11是第二示例实施例的喷射口切换部分的板状部件的平面图。
图12A是另一示例实施例的板状部件的平面图。
图12B是还一示例实施例的板状部件的平面图。
图13示出了用于供给丸剂类型材料的材料引入部分、加热供给部分和喷嘴。
具体实施方式
下面将参考附图介绍本发明的示例实施例。
第一示例实施例
图1是用作本发明第一示例实施例的熔融沉积造型装置的透视图。
熔融沉积造型装置包括材料引入部分2、加热供给部分3、喷嘴4、喷射口切换部分5、切换驱动轴6、切换驱动装置7、平台8、X运动机构9、Y运动机构10、Z运动机构11、卷轴12和清洁机构13，造型材料1设置在材料引入部分2中。
造型材料1是用于三维造型的原材料。尽管在本示例实施例中形成为丝的热塑性树脂用作造型材料，但是另外形状的材料(例如丸剂或粉末)也可以使用。
优选地，用作造型材料1的丝例如具有圆形截面形状，直径为1.5至3.0mm，长度为10至1000m。造型材料1通过环绕卷轴12卷起来储存。造型材料1能够通过旋转卷轴12而供给至材料引入部分2。
在本示例实施例中能够使用的热塑性树脂的实例包括聚碳酸酯(PC)树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂、PC/ABS聚合物合金、聚乳酸(PLA)树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚醚酰亚胺(PEI)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂以及它们的改性树脂。
加热供给部分3接受用作造型材料1的热塑性树脂，将造型材料1加热至玻璃转变温度(Tg)或更高，以便熔融热塑性树脂，然后将热塑性树脂供给至喷嘴4。图2示出了包含在加热供给部分3中的接受机构，用于接受丝形造型材料1。
如图2中所示，丝形造型材料1由辊21和22夹住，并能够通过使得辊21和22沿由图2中箭头所示的方向旋转而从卷轴12接受和送入加热部分内。供给至加热部分的造型材料1的量能够通过控制辊21和22的转速来调节。另外，从喷嘴4(后面将介绍)的远端部分推出的热塑性树脂的喷射能够通过使得辊21和22沿与由图2中箭头所示的方向相反的方向旋转而停止。
未示出的加热部分加热和熔融从接受机构供给的热塑性树脂。加热部分包括加热器，并能够通过控制由加热器产生的热量而调节熔融树脂的温度。
在熔融状态的热塑性树脂通过由后续材料的推动而送入喷嘴4内。被推向喷嘴4的远端部分的热塑性树脂通过由喷射口切换部分5选择的喷射口而喷射。喷射口切换部分5的详细介绍将在后面介绍。
平台8将正在造型的三维造型物品支撑在它的上表面上。平台8的上表面与由图2中的坐标系的X轴和Y轴来确定的X-Y平面平行。另外，与X-Y平面垂直的方向设置为Z方向。
通过由以相对于平台8运动的方式扫描喷嘴4来画出热塑性树脂的图形以及沉积该图形，本示例实施例的三维造型装置形成三维造型物品。在图1的装置中，平台8能够通过Z运动机构11而沿Z轴线运动。另外，喷嘴4能够通过X运动机构9和Y运动机构10而沿X-Y平面运动。装置的构造并不必须局限于图1的实例，只要喷嘴4和平台8能够沿X、Y和Z方向的三个方向相对运动即可。例如，可以使用其中平台固定并且喷嘴能够沿X、Y和Z方向的三个方向运动的构造。
喷射口切换部分
下面将介绍喷射口切换部分5的细节。在本示例实施例的装置中，喷射口切换部分5包括圆形板状部件14。板状部件14的中心固定在切换驱动轴6上，当切换驱动轴6旋转时，板状部件14也旋转。切换驱动轴6通过由切换驱动装置7供给的驱动力而旋转和停止在特定角度。
图3示出了板状部件14的平面图。在本示例实施例中，用作热塑性树脂的喷射口的8个圆形开口31a至31h限定于板状部件14中，它们的直径彼此不同。
开口31a至31h布置于圆心在切换驱动轴6上的圆的周边上，且它们之间有间隔，使得在板状部件14绕切换驱动轴6旋转的情况下，喷嘴4的远端部分能够与开口31a至31h之一重叠。通过由切换驱动装置7来使得与切换驱动轴6相联接的板状部件14旋转，能够使得开口31a至31h中的任一个与喷嘴4的远端部分重叠，以及能够使得没有开口的部分与喷嘴4的远端部分重叠。
任意装置可以用作切换驱动装置7，只要该切换驱动装置7能够使得与切换驱动轴6相联接的板状部件14旋转以及在开口31a至31h之间切换与喷嘴4重叠的开口即可。例如，可以使用通过典型的电马达来使得切换驱动轴6旋转恰好所需角度以便切换开口31a至31h的方法，该电马达例如为步进马达，它产生旋转力。另外，可以使用这样的机构，该机构包括：编码器，用于检测切换驱动轴6或板状部件14的旋转位置；或者离合器或制动器，用于停止旋转并固定位置。
通过在8个开口31a至31h中合适选择开口来与喷嘴4的远端部分重叠，能够控制作为柱体粘性流体来喷射的热塑性树脂的直径。另外，在使得板状部件14的没有开口的部分与喷嘴4的远端部分重叠的情况下，该板状部件14用作闸板，因此能够停止热塑性树脂的喷射。可选地，从喷嘴4(后面将介绍)的远端部分推出的热塑性树脂的推动能够通过使得辊21和22沿与由图2中的箭头所示的方向相反的方向旋转而停止。因此，在停止热塑性树脂的推动之后，通过旋转板状部件14能够在开口31a至31h中切换与喷嘴4重叠的开口。
板状部件14的材料优选是金属。特别是，优选使用具有高韧性和高热导率的钢。优选材料的实例包括SUS420J2、SKD61和预硬化钢。
另外，为了提高板状部件14的耐久性和开口31a至31h的树脂可释放性，可以进行多种涂层处理。例如，也可以采用使用类金刚石碳(DLC)的涂层处理，该类金刚石碳用于机器工具的部件、注射模制模具等。还有，表面效果处理，例如渗氮处理和高频烧制也可用于提高耐久性。还能够考虑以下情况：在板状部件14和喷嘴4之间的接触部分上执行处理，用于提高接触部分的滑动性和耐久性；在开口31a至31h的内表面上执行处理，熔融的树脂通过该开口31a至31h的内表面；等等。
尽管在本示例实施例中开口31a至31h具有不同直径的圆形形状，但是开口31a至31h的形状并不局限于上述形状，能够考虑多种形状。
例如，在希望在X或Y方向与Z方向之间的纵横比方面改变喷射树脂的截面形状的情况下，能够考虑椭圆形形状和矩形形状，它们的纵横比不为1。
优选地，板状部件14的厚度较小，只要保证机械强度即可。在厚度较大的情况下，热容量将变得较大。在这种情况下，板状部件14不能够仅仅通过来自喷嘴4和热塑性树脂的导热而被充分加热，因此存在这样的可能性：开口31a至31h附近的温度降低，并产生熔融树脂的阻塞。
在增加板状部件14的厚度的情况下，加热机构能够附接于或包含在板状部件14中。因为通常优选地使得熔融的热塑性树脂在大约200℃的温度下流入喷嘴4中，因此希望喷嘴4和板状部件14也保持在大约200℃。通过包含加热机构，板状部件14能够始终保持在大约200℃，因此能够抑制开口31a至31h被熔融树脂阻塞。另外，当在进行造型的同时切换开口的情况下，已经被切换到的开口的附近的温度保持在合适温度。因此，不需要等待温度升高，因此能够减少用于切换的时间损失。
在增加板状部件14的厚度且并不附接或包含加热机构的情况下，通过提供减轻孔来降低板状部件14的热容量的方法也有效，该减轻孔减少板状部件14的重量。在这种情况下，为了防止降低板状部件14的刚性，优选地提供能够在减小重量的同时保证刚性的减轻孔，例如具有蜂窝形状的减轻孔。
如上所述，任意部件能够用作本示例实施例的板状部件14，只要该板状部件14设有用作喷射口的开口，保证板状部件14的机械强度，以及板状部件14能够保持在不会使得热熔融的树脂固化的温度即可。因此，该部件可以称为喷射口部件，以代替板状部件。尽管在本示例实施例的说明中该部件称为板状部件，但是部件的形状并不必须为平板形状，能够使用具有各种三维形状的部件。
图4A和4B是第一示例实施例的喷射口切换部分5的剖视图，示出了它的结构。
板状部件14布置成可在喷嘴4的远端表面上滑动。在板状部件14和喷嘴4的远端表面相互离开50μm或更大的情况下，存在熔融树脂泄露的可能性，因此板状部件14以可在喷嘴4的远端表面上滑动，同时保证密封性能的方式被支撑。
板状部件14包括凹口部分41，用于在它的侧表面上进行定位。凹口部分41具有能够与凸出部分42接合的形状，该凸出部分42由保持部件43支撑，并能够来回运动，因此，能够限定板状部件14的旋转角度。另外，通过这种构造，能够管控由从喷嘴4推出的树脂的压力引起的板状部件14沿Z方向的变形和倾斜。
应当注意，凹口部分41和凸出部分42的形状并不限制，只要这两者能够相互接合即可。例如，在只管控沿Z方向的变形和倾斜的情况下，能够采用这样的构造，其中，通过将凹口部分41提供为环绕板状部件14的侧表面的环形槽而不管控沿旋转方向的运动。这时，在希望在开口与喷嘴4重叠的旋转位置处存在管控力的情况下，优选地，在经过切换驱动轴6和每个开口的延伸线上的凹口部分41的槽较深。
另外，在凸出部分42设有可运动机构的情况下，例如可以采用使用弹簧的构造(例如球头柱塞)以及使用空气压力、油压力等的线性驱动构造(例如活塞机构)。另外，固定构造的实例包括导轨和键槽。
应当注意，与本示例实施例相反，也可以采用这样的构造，其中，凸出部分42提供于板状部件14上，而凹口部分41提供于保持部件43上。可以选择任一情况，只要能够管控板状部件14和喷嘴4之间的相对位置关系即可。
图4A示出了在开口31a至31h当中具有最大直径的开口31a与喷嘴4的出口对齐时的状态。开口31a的直径等于喷嘴4的出口的直径，以恒定直径从板状部件14的前表面穿透至后表面。
图4B示出了在开口31a至31h当中具有最小直径的开口31h与喷嘴4的出口对齐时的状态。开口31h在喷嘴4侧的直径等于喷嘴4的出口，并渐缩使得它的直径从喷嘴4侧向下表面侧逐渐减小，从而用作热塑性树脂的出口。
如上所述，通过将开口的面积设置成在与喷嘴4接触的一侧较大，并通过逐渐改变开口的面积而将开口的面积设置成在出口侧较小，喷射的熔融树脂的截面面积能够减小，同时抑制在板状部件14中的树脂路径中的压力损失。
喷射口的切换
在本示例实施例的装置中，开口31a至31h之间的切换能够在任意定时来进行。根据用于三维造型的控制程序，能够在形成多个造型物品的间隔中以及在一个造型物品的形成过程中进行切换。因此，能够很容易地生产形状精细度局部变化的三维造型物品。
例如，通过由使用较小开口直径的喷射口来造型该造型物品的外部以及通过由使用较大开口直径的喷射口来造型该造型物品的内部，能够在获得造型物品的外形的较高精度的同时进行造型，同时减少造型时间。
也就是，通过由在提供于部件中的具有不同面积或形状的多个开口当中的一个开口来喷射热塑性树脂的第一步骤以及通过在多个开口当中的与所述一个开口不同的开口来喷射热塑性树脂的第二步骤，来生产三维造型物品。因此，能够很容易地生产形状精细度局部变化的三维造型物品。另外，能够在获得造型物品的外形的较高精度的同时进行造型，同时减少造型时间。另外，设有多个开口的部件的没有开口的部分能够用作闸板。也就是，通过设有多个开口的部件的没有开口的部分，能够在第一步骤和第二步骤之间停止热塑性树脂的喷射。这能够认为是停止步骤。因此，喷射口的切换能够很容易、可靠和精确地进行。
清洁机构
本示例实施例的三维造型装置能够以可切换的方式使用多个喷射口，如上所述，并包括用于清洁喷射口的清洁机构13。尽管使用频率和暂停时间段在喷射口之间不同，清洁机构13用于防止阻塞以及在清洁状态下使用和保持喷射口。
图5是图1中所示的三维造型装置的正视图，处在喷射口切换部分5已经运动至布置在平台8的端部部分处用于清洁的清洁机构13的位置的状态。
例如恰好在开始造型之前、当在造型过程中需要清洁喷射口时、或者在结束造型之后，喷射口切换部分5运动至清洁机构13的位置并受到清洁。
图6是清洁机构13附近的放大剖视图。在本示例实施例的装置中，通过由向板状部件14的喷射口吹空气来剥离附接在喷射口内部或周边的树脂而进行清洁。
清洁机构13设有吹气口61A和61B，并能够沿Z方向向下或向上吹出空气。在清洁操作中，吹动空气使得空气沿这样的方向流动，即，保留在开口31a至31h中的树脂更容易除去。这里，在开口部分的面积在上侧和下侧之间不同的情况下，如在开口的截面为锥形形状的情况下，更容易除去保留树脂的方向是指朝向更大开口面积一侧的方向。例如，在图6的情况下，空气沿Z方向从吹气口61B吹出。
另外，可选地，从吹气口61A和61B吹动空气以便剥离附接树脂也是有效的清洁方式。
通过与切换驱动装置7协调地操作，清洁机构13能够清洁任意喷射口。通过旋转切换驱动轴6使得要清洁的开口运动至吹气口61A和61B的位置、停止该运动和吹动空气，能够清洁选定的喷射口。另外，通过在旋转板状部件14的同时吹动空气能够清洁全部喷射口。
例如，在通过使用图3的开口31a来喷射熔融的树脂之后将开口切换至开口31C的情况下，能够通过顺时针旋转板状部件14来切换开口，且尽管持续较短时间，但开口31b在旋转过程中与喷嘴4重叠。这时，树脂可能附接在开口31b上，尽管很少量。因此，在这种情况下，在结束三维造型之后，除了用于喷射的开口31a和31c之外，希望还清洁位于切换路径中的开口31b。换句话说，希望在下一次三维造型处理之前清洁与充满熔融树脂的喷嘴4相对的开口，包括位于切换路径中的开口。
应当注意，清洁机构13的系统并不局限于图6中所示的实例，可以采用任意其它系统，只要能够清洁开口31a至31h即可。代替使用气体例如空气来清洁，可以采用通过在开口31a至31h上喷溅液体或在开口31a至31h中插入固体而除去树脂的构造。例如，存在通过将销插入开口中并使得销上下运动来进行清洁的方法，该销具有比开口更小的截面面积，并由金属等形成。可选地，可以使用刷或类似部件。在通过使用销、刷等来除去树脂的情况下，优选地使用比板状部件14更软的材料形成的清洁工具，以便不会损坏板状部件14。例如，在板状部件14的材料为SUS430J2的情况下，黄铜或铝用于销、刷等。
清洁机构13可以布置在平台8的任意位置处，只要清洁机构13不会妨碍造型并能够清洁板状部件14和开口31a至31h即可。可选地，清洁机构可以与喷射头一体提供，而不是布置在平台的一部分上。
控制块
图7简要示出了本示例实施例的控制块。
控制部分71是用于控制三维造型装置的每个部件的操作的控制电路。控制部分71包括：中心处理单元CPU、只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、输入/输出端口I/O等。ROM是储存控制程序和控制值表格的非易失存储器。RAM是用于计算等的易失存储器。I/O端口用于与外部通信和与装置内部的部件通信。应当注意，ROM储存用于控制三维造型装置的基本操作的程序以及与喷射口的切换和喷射口的清洁顺序相关的程序。
操作面板72提供给使用该三维造型装置的用户。操作面板72包括：输入部分，用于三维造型装置的操作人员向装置给出指令；以及显示部分，用于向操作人员显示信息。输入部分包括键盘和操作按钮。显示部分包括显示面板，该显示面板显示三维造型装置的操作状态等。
通过根据用户由操作面板72输入的指令来控制三维造型装置的各部件，控制部分71执行三维造型的每个步骤。
具体地说，控制部分71通过控制加热供给部分3来调节熔融热塑性树脂向喷嘴4的供给。另外，控制部分71通过控制切换驱动装置7选择适合造型的喷射口，并将选定的喷射口设置在喷嘴4的远端处。另外，控制部分71控制清洁机构13，以便执行吹气，从而清洁开口。另外，控制部分71控制X运动机构9、Y运动机构10和Z运动机构11，以便控制喷嘴4和平台8的位置，从而控制三维造型处理中造型的图形、喷嘴4向清洁机构13的运动等。
顺序
在本示例实施例中，当操作三维造型装置时在合适时间进行清洁操作。下面将介绍该顺序的实例。
图8A、8B和9示出了示例流程图，该示例流程图示出了清洁操作的定时。
图8A示出了用于在完成造型后执行喷射口的清洁操作以便使得喷射口保持清洁用于下一次造型的流程。在步骤S81中，开始三维造型操作，然后，在步骤S82中，选择适用于造型的喷射口，并设置在喷嘴4的出口处。在步骤S83中，执行三维造型，且在造型完成后，在步骤S84中清洁喷射口。然后，在步骤S85中结束该系列操作。因为在三维造型后执行清洁，因此固化的树脂不会保留粘附在喷射口附近，并能够快速地开始下一个造型操作。
图8B示出了用于在开始造型之前执行喷射口的清洁操作并且然后利用保证清洁的喷射口来执行造型的流程。在步骤S86中，开始三维造型操作，然后在步骤S87中，清洁喷射口。然后，在步骤S88中，选择适用于造型的喷射口，并将选定的喷射口设置在喷嘴4的出口处。在步骤S89中，执行三维造型，且在步骤S90中，在造型完成后结束该系列操作。因为在三维造型之前执行清洁，因此能够通过使用保证清洁的喷射口来执行造型。
图9示出了对于在造型操作过程中需要清洁操作时的情况的流程。在步骤S91中，开始三维造型，然后，在步骤S92中，选择适用于造型的喷射口，并将选定的喷射口设置在喷嘴4的出口处。当在步骤S93中执行三维造型时，在步骤S94中监测在造型操作过程中是否需要清洁。具体地说，根据熔融树脂的温度、在开始造型操作后经过的时间等来监测是否需要清洁。在不需要清洁的情况下，在步骤S97中确定造型是否完成。在造型没有完成的情况下，处理返回至造型步骤S93，并继续造型。在需要清洁的情况下，在步骤S95中清洁喷射口，在步骤S96中，再次将喷射口设置于喷嘴4的出口处，在步骤S93中，继续造型，直到在步骤S97中造型完成。当确定在步骤S97中造型已经完成的情况下，在步骤S98中结束该系列操作。因为在三维造型过程中当需要时执行清洁，因此能够通过使用保证清洁的喷射口来继续执行三维造型。
上面参考图8A、8B和9的流程图介绍了执行清洁操作的典型定时，且它们可以分开或组合地使用。清洁的定时并不局限于这些实例，且清洁可以在需要时适当地进行。例如，每次切换喷射口时可以执行清洁。
第二示例实施例
第二示例实施例的三维造型装置与第一示例实施例的区别在于喷射口切换部分的结构。
第二示例实施例的三维造型装置与第一示例实施例的共同点在于：三维造型装置包括喷射口切换部分，该喷射口切换部分设有不同形状的多个开口。不过，第一示例实施例的三维造型装置包括具有盘状形状的板状部件14，而第二示例实施例的三维造型装置包括具有矩形形状的板状部件。另外，在第一示例实施例中，板状部件14旋转，用于选择任意喷射口，并使得选定的喷射口与喷嘴4的出口对齐，在第二示例实施例中，板状部件线性运动，用于使得选定的喷射口与喷嘴的出口对齐。
图10是第二示例实施例的熔融沉积造型装置的透视图。
第二示例实施例的熔融沉积造型装置包括材料引入部分2、加热供给部分3、喷嘴4、平台8、X运动机构9、Y运动机构10、Z运动机构11、卷轴12和清洁机构13，造型材料1设置在材料引入部分2中。因为这些部件与第一示例实施例类似，因此将省略它们的说明。
喷射口切换部分
下面将介绍第二示例实施例的喷射口切换部分。图10示出了板状部件101、导轨102、驱动齿轮103、切换驱动轴104和切换驱动装置105。
板状部件101由导轨102支撑，以便能够平行于Y轴线来回运动。也就是，板状部件101布置成可在喷嘴4的远端表面上滑动，并以可线性运动的方式被支撑。另外，与驱动齿轮103接合的齿形成于板状部件101的在驱动齿轮103一侧的边缘部分上，板状部件101通过使得驱动齿轮103旋转而平行于Y轴线地来回运动。驱动齿轮103固定在切换驱动轴104上，驱动力通过切换驱动装置105而施加给切换驱动轴104。
图11示出了本示例实施例的板状部件101的平面图。
在本示例实施例中，板状部件101具有矩形形状，5个圆形开口113a至113e限定于板状部件101中。开口113a至113e用作热塑性树脂的喷射口，它们的直径彼此不同。与导轨102接合的导轨接合部分111提供于板状部件101的较长侧之一上。另外，与驱动齿轮103接合的齿112提供于较长侧中的另一个上。
开口113a至113e沿Y方向布置且在它们之间有间隔，使得在驱动齿轮103绕切换驱动轴104旋转的情况下，开口113a至113e中的每个能够与喷嘴的远端部分重叠。通过由切换驱动装置105来使得与切换驱动轴104相联接的驱动齿轮103旋转，能够使得开口113a至113e中的任意一个与喷嘴4的远端部分重叠，且还能够使得没有开口的部分与喷嘴4的远端部分重叠。
任意装置可以用作切换驱动装置105，只要该切换驱动装置105能够切换开口113a至113e即可。例如，存在通过使用典型的电马达来使得切换驱动轴104旋转恰好合适角度，从而切换开口113a至113e的方法，该电马达例如为步进马达，它产生旋转力。另外，可以使用这样的机构，该机构包括：编码器，用于检测切换驱动轴104或驱动齿轮103的旋转位置；或者离合器或制动器，用于停止旋转和固定位置。另外，使得板状部件101线性运动的机构并不局限于图10的实例，例如，可以采用通过使用空气压力、油压等来执行控制的活塞机构、通过使用齿条和小齿轮来将马达等的旋转运动转变成线性运动的机构等。
通过在5个开口113a至113e中合适地选择开口来与喷嘴4的远端部分重叠，能够控制作为柱状粘性流体来喷射的热塑性树脂的直径。另外，在使得板状部件101的没有开口的部分与喷嘴4的远端部分重叠的情况下，该板状部件101用作闸板，因此能够停止热塑性树脂的喷射。
优选地，金属用作板状部件101的材料，特别是，优选使用具有高韧性和高热导率的钢。优选材料的实例包括SUS420J2、SKD61和预硬化钢。
另外，为了提高板状部件101的耐久性和开口113a至113e的树脂可释放性，可以进行多种涂层处理。例如，也可以采用使用类金刚石碳(DLC)的涂层处理，该类金刚石状用于机器工具的部件、用于注射模制的模具等。还有，表面硬化处理，例如渗氮处理和高频烧制等也可用于提高耐久性。还能够考虑以下情况：在板状部件101和喷嘴4之间的接触部分上执行处理，用于提高接触部分的滑动性和耐久性；在开口113a至113e的内表面上执行处理，熔融的树脂经过开口113a至113e的内表面；等等。
尽管在本示例实施例中开口113a至113e具有不同直径的圆形形状，但是开口113a至113e的形状并不局限于上述形状，能够考虑多种形状。
例如，在希望改变喷射树脂的截面形状(在X方向和Y方向之间的纵横比方面)的情况下，能够考虑椭圆形形状和矩形形状，它们的纵横比不为1。
优选地，板状部件101的厚度较小，只要保证机械强度即可。在厚度较大的情况下，热容量将变得较大。在这种情况下，板状部件101不能够仅通过来自喷嘴4和热塑性树脂的导热而充分加热，因此存在这样的可能性，即，开口113a至113e附近的温度降低，并产生因熔融树脂导致的阻塞。
在增加板状部件101的厚度的情况下，加热机构能够包含在板状部件101中。因为通常优选地使得熔融的热塑性树脂在大约200℃的温度下流入喷嘴4中，因此希望喷嘴4和板状部件101也保持在大约200℃。通过包含加热机构，板状部件101能够始终保持在大约200℃，因此能够抑制开口113a至113e由熔融树脂而阻塞。另外，当在进行造型的同时切换开口的情况下，在已经被切换到的开口的附近的温度保持在合适温度。因此，不需要等待温度升高，从而能够减少用于切换的时间损失。
在增加板状部件101的厚度且不包含加热机构的情况下，通过提供减轻孔来降低板状部件101的热容量的方法也有效，该减轻孔减少板状部件101的重量。在这种情况下，为了防止降低板状部件101的刚性，优选地提供能够在减小重量的同时保证刚性的减轻孔，例如具有蜂窝形状的减轻孔。
如上所述，任意部件能够用作本示例实施例的板状部件101，只要该板状部件101设有用作喷射口的开口，保证板状部件101的机械强度，以及板状部件101能够保持在不会使得热熔融树脂固化的温度即可。因此，该部件可以称为喷射口部件，而不是板状部件。尽管在本示例实施例的说明中该部件称为板状部件，但是部件的形状并不必须为平板形状，能够使用各种三维形状的部件。
在本示例实施例中，板状部件线性运动，因此在喷嘴附近使用的空间的形状与第一示例实施例不同。因此，本示例实施例的构造适用于根据装置中的布线、喷嘴附近的部件的构造等等在空间使用效率方面线性操作优于旋转操作的情况。
其它示例实施例
尽管在第一示例实施例和第二示例实施例中，板状部件设有每个彼此不同直径的圆形开口，本发明的实施例并不局限于此。
例如，对于多个不同尺寸中的每一个尺寸可以提供两个开口。图12A示出了该实施例的示例板状部件的平面图，该板状部件包括开口121a、121b、121c和121d，它们对于每个不同直径都提供两个开口。通过提供相同尺寸的两个开口，一个开口能够作为备用，因此能够提高装置的可靠性和耐久性。当然，相同尺寸的开口的数目并不局限于两个，可以提供相同尺寸的更多开口。还优选地随着使用频率提高而增加用于该开口尺寸的数目。
在图12A的实例中，相同尺寸的开口布置成处在彼此相对两侧，且切换驱动轴6置于它们之间。当相同尺寸的开口布置在彼此相对的两侧时，在清洁机构以整体方式提供于喷嘴附近的情况下，一个开口能够被清洁，而另一开口与喷嘴相联接和使用。因为每个尺寸的开口中的至少一个开口能够保持处于清洁状态，因此，这在频繁执行喷射口切换的情况下很有利。
另外，尽管在第一示例实施例和第二示例实施例中，具有不同直径的多个圆形开口用作喷射口，但是本发明的实施例并不局限于此。也可以提供具有从圆形形状、椭圆形形状、正方形形状、矩形形状、三角形形状、其它多边形形状等中合适选择的形状的多个开口。
图12B是这样一个实例的平面图，不同尺寸的圆形开口122a、122b、122c和122d和不同尺寸的正方形开口122e、122f、122g和122h提供于板状部件中。彼此布置在相对两侧的圆形开口和正方形开口(驱动轴置于它们之间)构造成具有相同面积。尽管每单位时间喷射的流体的量基本相同(由于相同开口面积)，但是熔融的柱体树脂能够以不同的截面形状来喷射。
通过根据要形成的三维造型物品的模型形状和表面纹理而选择和使用具有最合适的形状、面积、截面锥形形状等的喷射口，能够提高三维造型物品的形状的精度，并能够减少用于造型所需的时间。这也适用于与上述实例不同的其它实施例。
另外，尽管在第一示例实施例中介绍了当形状为丝的热塑性树脂用作用于三维造型的原材料时的实例，但是也能够使用其它形式的材料，例如丸剂和粉末。在使用丸剂类型的材料作为热塑性树脂的情况下，除了在图1所示的熔融沉积造型装置中的材料引入部分2、加热供给部分3和喷嘴4之外，对于其它部件，能够使用与第一示例实施例相同的装置和相同的方法。图13示出了在使用丸剂类型材料的情况下使用的熔融沉积造型装置的部件，该部件对应于图1的材料引入部分2、加热供给部分3和喷嘴4。
图13示出了包括材料引入部分132、加热供给部分133和喷嘴134的部件。丸剂类型的树脂材料从材料引入部分132供给，且树脂材料通过加热供给部分133的螺旋传送器135而熔融。熔融的热塑性树脂通过螺旋传送器135的旋转而送入喷嘴134内。被推向喷嘴134远端部分的热塑性树脂通过由图1中所示的喷射口切换部分5来选择的喷射口而进行喷射。然后，板状部件旋转，类似于第一示例实施例，从而在多个开口中切换要与喷嘴134重叠的开口。另外，与第一示例实施例类似，当使得没有开口的部分与喷嘴134的远端部分重叠时，该板状部件用作闸板，因此能够停止热塑性树脂的喷射。可选地，通过使得螺旋传送器135沿与将热塑性树脂推向喷嘴134时的方向相反的方向旋转，能够停止热塑性树脂从喷射口的喷射。通过在停止从喷射口喷射之后使板状部件旋转，能够进行切换多个开口当中要与喷嘴134重叠的开口。
根据上述本发明的示例实施例，能够提供一种三维造型装置，该三维造型装置较小，并能够很容易地改变喷射的熔融树脂的截面形状。
其它实施例
本发明的实施例还能够通过系统或装置的计算机来实现，该计算机读取和执行记录在储存介质(该储存介质也可以更完整地称为“非暂时计算机可读储存介质”)上的计算机可执行指令(例如一个或多个程序)，以便执行上述实施例中的一个或多个的功能，和/或该计算机包括一个或多个电路(例如用途专用集成电路(ASIC))，用于执行上述实施例中的一个或多个的功能；本发明的实施例还能够通过由系统或装置的计算机执行的方法来实现，例如通过从储存介质中读取和执行计算机可执行指令，以便执行上述实施例中的一个或多个的功能，和/或通过控制一个或多个电路，以便执行上述实施例中的一个或多个的功能。计算机能够包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并可以包括分开的计算机或分开的处理器的网络，以便读取和执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或储存介质提供给计算机。储存介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光盘(例如压缩磁盘(CD)、数字通用盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存装置、存储卡等当中的一个或多个。
尽管已经参考示例实施例介绍了本发明，但是应当理解，本发明并不局限于所公开的示例实施例。下面的权利要求的范围将根据最广义的解释，以便包含所有这些变化形式以及等效结构和功能。

Claims (12)

1.一种三维造型装置，包括：
加热部分，所述加热部分构造成加热和熔融热塑性树脂；
喷嘴，所述喷嘴构造成将熔融的热塑性树脂引导至喷射口，熔融的热塑性树脂通过旋转部分沿第一方向旋转而朝向喷射口行进，所述旋转部分包括辊或螺旋传送器；
布置成能够在喷嘴的远端表面上滑动的部件，所述部件包括开口；
喷射口切换部分，所述喷射口切换部分构造成使得多个开口当中的一个开口与喷嘴的远端对齐；以及
控制部分，所述控制部分构造成控制所述旋转部分和所述喷射口切换部分；
其中在控制所述旋转部分以将旋转方向改变成与所述第一方向相反之后，所述控制部分控制所述喷射口切换部分以改变所述多个开口当中的与喷嘴的远端对齐的所述一个开口；以及
其中在控制所述喷射口切换部分以改变所述多个开口当中的与喷嘴的远端对齐的所述一个开口之后，所述控制部分控制所述旋转部分以将所述旋转方向改变到所述第一方向。
2.根据权利要求1所述的三维造型装置，其中：在所述部件的没有开口的部分与喷嘴的远端对齐的情况下，所述部件的没有开口的所述部分用作闸板。
3.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其中：喷射口切换部分构造成通过使得所述部件旋转而使得所述一个开口与喷嘴的远端对齐。
4.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其中：喷射口切换部分构造成通过使得所述部件线性运动而使得所述一个开口与喷嘴的远端对齐。
5.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其中：所述多个开口包括具有不同面积的开口。
6.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其中：所述多个开口包括具有不同形状的开口。
7.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，还包括：加热机构，所述加热机构构造成加热设有多个开口的所述部件。
8.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，还包括：清洁机构，所述清洁机构构造成清洁所述多个开口。
9.根据权利要求8所述的三维造型装置，其中：清洁机构包括吹气机构。
10.一种控制三维造型装置的方法，所述三维造型装置包括：
加热部分，所述加热部分构造成加热和熔融热塑性树脂；
喷嘴，所述喷嘴构造成将熔融的热塑性树脂引导至喷射口，熔融的热塑性树脂通过旋转部分沿第一方向旋转而朝向喷射口行进，所述旋转部分包括辊或螺旋传送器；
布置成能够在喷嘴的远端表面上滑动的部件，所述部件包括开口；
喷射口切换部分，所述喷射口切换部分构造成使得多个开口当中的一个开口与喷嘴的远端对齐；以及
控制部分，所述控制部分构造成控制所述旋转部分和所述喷射口切换部分；
其中在控制所述旋转部分以将旋转方向改变成与所述第一方向相反之后，所述控制部分控制所述喷射口切换部分以改变所述多个开口当中的与喷嘴的远端对齐的所述一个开口；以及
其中在控制所述喷射口切换部分以改变所述多个开口当中的与喷嘴的远端对齐的所述一个开口之后，所述控制部分控制所述旋转部分以将所述旋转方向改变到所述第一方向。
11.根据权利要求10所述的控制三维造型装置的方法，其中：所述多个开口包括具有不同面积的开口。
12.根据权利要求10所述的控制三维造型装置的方法，其中：所述多个开口包括具有不同形状的开口。
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