CN108556340A - 树脂材料塑化装置和树脂材料塑化方法 - Google Patents

树脂材料塑化装置和树脂材料塑化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种树脂材料塑化装置和树脂材料塑化方法。树脂材料塑化装置(10)具有加热块(48)，所述加热块(48)形成有被供给固态的长形覆盖材料(20)的通过孔(46)，且能够使通过孔(46)的内壁表面升温。在通过孔(46)的上游部(58)，与轴向垂直相交的截面为对应于固态的覆盖材料(20)的截面形状的形状，以使上游部(58)的内壁表面与固态的覆盖材料(20)的侧表面接触。中游部(60)的至少一部分被设定为：使其与轴向垂直相交的截面的周长相对于截面面积的比例比所述上游部(58)的所述比例大。据此，能在不使装置大型化的情况下使热量顺利地传导到树脂材料的内部，从而提高树脂材料的塑化效率。

Description

树脂材料塑化装置和树脂材料塑化方法
技术领域
本发明涉及一种对固态(solid)的树脂材料进行塑化的树脂材料塑化装置(Resinmaterial plasticizing device)和树脂材料塑化方法(Resin material plasticizingmethod)。
背景技术
作为能够通过简素的结构来廉价地获得立体造型物的三维打印方法，已知有将塑化(熔化)的树脂制的丝体(filament)层叠为所期望的形状，并在保持该形状的状态下使其固化的、所谓的熔融沉积成型法(FDM,Fused Deposition Modeling)。基于该熔融沉积成型法的三维打印装置例如如特表2002-500965号公报所示，具有对固态的丝体加热来使其塑化的树脂材料塑化装置。
具体而言，该树脂材料塑化装置具有：薄壁管，其在轴向上内径为一定；和加热块，其覆盖该薄壁管的外周面，且在其内部设有加热元件。薄壁管能够通过与被加热元件加热后的加热块进行热交换，来使其内部成为能使固态的丝体塑化的温度。因此，当从薄壁管的一端侧连续地供给固态的丝体时，该丝体与薄壁管进行热交换且在其内部移动，从该薄壁管的另一端侧以塑化的状态连续地排出。
发明内容
另外，在上述的树脂材料塑化装置中，为了增大每单位时间塑化的树脂材料量而提高塑化效率，考虑增大所述固态的树脂材料的直径和薄壁管的内径。
然而，若增大上述的直径和内径，则薄壁管的内周面与固态的树脂材料的轴心之间的距离增大。因此，薄壁管的热量传导到丝体的包括内部的整体所需的时间会变长。在该情况下，为了使热量传导到丝体的内部来充分地进行塑化，需要增大薄壁管的轴向上的长度，因此，存在树脂材料塑化装置会大型化的担忧。
本发明的主要目的在于，提供一种能够在不使装置大型化的情况下，提高树脂材料的塑化效率的树脂材料塑化装置。
本发明的另一目的在于，提供一种能够在不使装置大型化的情况下，提高树脂材料的塑化效率的树脂材料塑化方法。
根据本发明的一实施方式，本发明提供一种树脂材料塑化装置，其具有加热块，所述加热块上形成有被供给固态的长形树脂材料的通过孔，且能使该通过孔的内壁表面升温，在所述通过孔的内部对固态的所述树脂材料进行加热并将其以塑化的状态排出，所述通过孔具有上游部、中游部和下游部，其中，所述上游部被供给固态的所述树脂材料；所述中游部被供给在所述上游部被加热而软化的所述树脂材料；所述下游部被从一端侧供给在所述中游部被加热而塑化的所述树脂材料，且将该树脂材料从另一端侧排出，所述上游部的与轴向垂直相交的截面为对应于固态的所述树脂材料的与轴向垂直相交的截面形状的形状，以使所述上游部的内壁表面与固态的所述树脂材料的侧表面接触，所述中游部的至少一部分的与轴向垂直相交的截面的周长相对于截面面积的比例比所述上游部的所述比例大。
该树脂材料塑化装置如上所述，具有加热块，该加热块上形成有一边对树脂材料进行加热一边使其通过的通过孔。在该通过孔的上游部，与轴向垂直相交的截面(以下还简称为截面)为对应于固态的树脂材料的截面形状的形状，因此，能够使该上游部的被加热的内壁表面与固态的树脂材料的侧表面接触来有效地进行热交换。据此，能够使树脂材料迅速地软化。
另外，在上游部软化的树脂材料在中游部被塑化。该中游部的至少一部分的与轴向垂直相交的截面的周长相对于截面面积的比例比上游部的所述比例大。供给到中游部的树脂材料如上所述为软化的状态，因此，变形为沿中游部的内壁表面的形状。据此，能够增大树脂材料的所述比例，即使树脂材料变薄，因此，能够使中游部的内壁表面的热量迅速地向树脂材料的包括内部的整体传导。因此，例如，与对截面形状为正圆的相同体积的树脂材料进行加热来将其塑化的情况等相比较，能够有效地将塑化的树脂材料经由下游部而从通过孔排出。
据此，根据该树脂材料塑化装置，能够在不使该装置大型化的情况下，使热量迅速地传导到树脂材料的内部，提高树脂材料的塑化效率。
在上述树脂材料塑化装置中，优选为，在所述中游部，随着从所述上游部侧靠向所述下游部侧，所述比例增大。在中游部的内部，随着树脂材料从上游部侧向下游部侧移动，加热时间变长而变得易于变形。因此，通过如上述那样增大中游部的所述比例，能够使树脂材料顺利地变薄。另外，这样，随着树脂材料变薄，能够使热量有效地传导到树脂材料的内部。其结果，能够实现树脂材料的塑化效率的进一步提高。
在上述树脂材料塑化装置中，优选为，所述上游部和所述中游部分别设有多个，所述通过孔还具有储存部，该储存部介于所述中游部与所述下游部之间，使在多个所述中游部塑化的所述树脂材料合流来对其进行储存。在该情况下，在多个上游部和中游部，能够同时对多个固态的树脂材料的各树脂材料进行软化和加热的处理，因此，能够进一步提高树脂材料的塑化效率。另外，在将塑化的树脂材料从下游部排出之前，能够将其储存于储存部，因此，能够使树脂材料整体均匀地成为所期望的温度。即，能够稳定地排出良好地塑化的树脂材料。
另外，根据本发明的另一实施方式，提供一种树脂材料塑化装置，其具有加热块，所述加热块上形成有被供给固态的长形树脂材料的通过孔，且能够使该通过孔的内壁表面升温，在所述通过孔的内部对固态的所述树脂材料进行加热并将其以塑化的状态排出，所述通过孔具有上游部、中游部和下游部，其中，所述上游部被供给固态的所述树脂材料；所述中游部被供给在所述上游部被加热而软化的所述树脂材料；所述下游部被从一端侧供给在所述中游部被加热而塑化的所述树脂材料，并将该树脂材料从另一端侧排出，所述上游部的与轴向垂直相交的截面为对应于固态的所述树脂材料的与轴向垂直相交的截面形状的形状，以使所述上游部的内壁表面与固态的所述树脂材料的侧表面接触，所述中游部和所述下游部中的至少一方的至少一部分的与轴向垂直相交的截面形状被设定为：使所述树脂材料以比所述树脂材料通过所述上游部的速度慢的速度通过。
该树脂材料塑化装置也能够在通过孔的上游部，使该被加热的内壁表面与固态的树脂材料的侧表面接触来有效地进行热交换，因此，能够使树脂材料迅速地软化。因此，在通过孔的中游部和下游部(以下还将其统称为“比上游部靠下游侧的部位”)，能够容易地使树脂材料以成为沿各个内壁表面的形状的方式来变形。
另外，在该树脂材料塑化装置中，比上游部靠下游侧的部位的至少一部分为使树脂材料以比树脂材料通过上游部的速度慢的速度通过的截面形状。据此，能使从通过孔排出树脂材料的速度比向该通过孔供给树脂材料的速度慢。即，能增加树脂材料滞留在通过孔中的时间，换言之，能够增加使树脂材料与通过孔的内壁表面接触来进行加热的时间。
因此，根据该树脂材料塑化装置，能够在不使该装置大型化的情况下，使热量顺利地传导到树脂材料的内部，提高树脂材料的塑化效率。
在上述树脂材料塑化装置中，优选为，所述中游部和所述下游部中的至少一方的至少一部分的与轴向垂直相交的截面的面积和周长相对于该面积的比例比所述上游部的所述面积和所述比例大。
与上游部的截面面积相比较，增大比该上游部靠下游侧的部位的至少一部分的截面面积，据此，能够使树脂材料通过比上游部靠下游侧的部位的速度比树脂材料通过上游部的速度慢。
另外，通过如上述那样来设定所述比例，与树脂材料通过上游部时相比较，当树脂材料通过比上游部靠下游侧的部位时更易于从内壁表面受到阻力。据此，与树脂材料通过上游部的速度相比，也能够减慢树脂材料通过比上游部靠下游侧的部位的速度。
其结果，能够使比上游部靠下游侧的部位的至少一部分容易地成为上述的截面形状。
另外，根据本发明的另一实施方式，提供一种树脂材料塑化方法，其使固态的长形树脂材料一边通过设置于加热块的通过孔一边被加热而塑化，该树脂材料塑化方法具有软化工序、塑化工序和排出工序，其中，在软化工序中，使固态的所述树脂材料在所述通过孔的上游部软化；在塑化工序中，在所述通过孔的中游部，使软化的所述树脂材料的与轴向垂直相交的截面的周长相对于截面面积的比例增大来使软化的所述树脂材料塑化；在排出工序中，将塑化的所述树脂材料从所述通过孔的下游部排出。
在该树脂材料塑化方法中，通过塑化工序对由软化工序软化的所述固态的树脂材料，在以增大所述比例的方式变形的状态下进行加热而将其塑化。在所述比例增大后的树脂材料中，换言之，在变薄的树脂材料中，能够使热量从中游部的内壁表面迅速地传导到该树脂材料的包含内部的整体。因此，能够通过排出工序从下游部排出整体有效地塑化的树脂材料。
据此，根据该树脂材料塑化方法，能够在不使将树脂材料塑化的装置大型化的情况下，使热量迅速地传导到树脂材料的内部，提高树脂材料的塑化效率。
在上述树脂材料塑化方法中，优选为，在所述塑化工序中，随着从所述中游部的被供给所述树脂材料的一端侧靠向排出该树脂材料的另一端侧，一边使所述比例增大一边使所述树脂材料塑化。在该情况下，在塑化工序中，能够顺利地使树脂材料变薄，使热量有效地传导到其内部，因此，能够实现树脂材料的塑化效率的进一步提高。
在上述树脂材料塑化方法中，优选为，所述上游部和所述中游部分别设有多个，在所述软化工序中，向多个所述上游部的各所述上游部供给固态的所述树脂材料并使其软化，在所述塑化工序中，在多个所述中游部的各所述中游部将所述树脂材料塑化，在所述排出工序中，使在多个所述中游部塑化的所述树脂材料合流来储存于介于所述中游部与所述下游部之间的储存部，从该储存部经由所述下游部将所述树脂材料排出。
在该情况下，能够同时对多个固态的树脂材料进行软化和加热，因此，能够进一步提高树脂材料的塑化效率。另外，通过将塑化的树脂材料储存于储存部，能够使树脂材料整体均匀地成为所期望的温度。其结果，能够稳定地排出良好地塑化的树脂材料。
另外，根据本发明的另一实施方式，提供一种树脂材料塑化方法，其使固态的长形树脂材料一边通过设置于加热块的通过孔一边被加热而塑化，该树脂材料塑化方法具有软化工序、塑化工序和排出工序，其中，在所述软化工序中，在所述通过孔的上游部将固态的所述树脂材料软化；在所述塑化工序中，在所述通过孔的中游部将软化的所述树脂材料塑化；在所述排出工序中，将塑化的所述树脂材料从所述通过孔的下游部排出，所述树脂材料通过所述中游部的速度和所述树脂材料通过所述下游部的速度中的至少任一方比所述树脂材料通过所述上游部的速度慢。
在该树脂材料塑化方法中，通过软化工序将树脂材料软化，据此，在塑化工序和排出工序中的至少任一方中，能够使该树脂材料一边变形一边通过通过孔。因此，能够使树脂材料通过中游部的速度和树脂材料通过所述下游部的速度中的至少任一方比树脂材料通过上游部的速度慢，据此，能够使从通过孔排出树脂材料的速度比向该通过孔供给树脂材料的速度慢。其结果，能够增加树脂材料在通过孔中滞留的时间，换言之，能够增加使树脂材料与通过孔的内壁表面接触来进行加热的时间。
据此，根据该树脂材料塑化方法，能够在不使将树脂材料塑化的装置大型化的情况下，使热量顺利地传导到树脂材料的内部，提高树脂材料的塑化效率。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是具有本发明实施方式所涉及的树脂材料塑化装置的三维打印装置的主要部分的概略图。
图2是图1的树脂材料塑化装置的剖视图。
图3A是图2的IIIA-IIIA的剖视图，图3B是图2的IIIB-IIIB的剖视图，图3C是图2的IIIC-IIIC的剖视图，图3D是图2的IIID-IIID的剖视图。
图4是图1的三维打印装置的喷嘴的剖视图。
图5是构成三维打印装置的移动机构的机器人的图形符号。
图6A～图6C是说明将从图4的喷嘴排出的丝体层叠而一体化的工序的说明图。
图7A是本发明的其他实施方式所涉及的树脂材料塑化装置的局部的剖视图，图7B是图7A的VIIB-VIIB的剖视图，图7C是图7A的VIIC-VIIC的剖视图，图7D是图7A的VIID-VIID的剖视图。
图8A是本发明的又一其他实施方式所涉及的树脂材料塑化装置的局部剖视图，图8B是图8A的VIIIB-VIIIB的剖视图，图8C是图8A的VIIIC-VIIIC的剖视图，图8D是图8A的VIIID-VIIID的剖视图。
图9A～图9D分别是本发明的又一其他实施方式所涉及的树脂材料塑化装置的通过孔的截面图。
具体实施方式
列举优选实施方式并参照附图对本发明所涉及的树脂材料塑化装置和树脂材料塑化方法详细地进行说明。
本发明所涉及的树脂材料塑化装置对固态的树脂材料进行塑化，由该树脂材料塑化装置塑化后的树脂材料的供给目的地和用途并不特别地限定。
在本实施方式中，如图1所示，列举树脂材料塑化装置10构成三维打印装置12的情况为例进行说明。该三维打印装置12将丝体14层叠在工作台16上来制作立体造型物(未图示)。
丝体14例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)等热塑性树脂构成，如图6A～图6C所示，由芯材18(18a、18b)和附着于该芯材18的外周面的覆盖材料20(20a、20b)(树脂材料)构成。另外，芯材18和覆盖材料20可以由彼此不同种类的树脂构成，也可以由相同种类的树脂构成。
具体而言，三维打印装置12除了树脂材料塑化装置10之外，主要具有芯材加热机构22、芯材输送机构24、覆盖材料输送机构26、喷嘴28和移动机构30(参照图5)。
芯材加热机构22由加热器等构成，该加热器将被以长形的固态供给的1根芯材18如后述那样加热到比由树脂材料塑化装置10对覆盖材料20进行加热而使其塑化的温度低的温度。另外，例如，在芯材18由ABS构成的情况下，加热到大致160℃即可。
另外，芯材加热机构22除了芯材18之外，例如还可以被供给3根固态的长形覆盖材料20。据此，能够将使用芯材加热机构22中的热量而预热的覆盖材料20向树脂材料塑化装置10供给，因此，能够有效地对覆盖材料20进行加热。另外，供给的固态的覆盖材料20的根数并没有特别的限定，能够按照覆盖材料20、丝体14的直径和体积等来适宜地设定。
芯材输送机构24例如具有一组驱动辊36和使该驱动辊36旋转的马达(未图示)，其中，一组驱动辊36被配设在芯材加热机构22与喷嘴28之间，且为该喷嘴28附近。在一组驱动辊36之间夹持有芯材18的状态下，使该驱动辊36进行旋转，据此，能够以使芯材18通过芯材加热机构22而被向喷嘴28供给的方式来输送芯材18。另外，驱动辊36能够正转和反转，能够按照其旋转方向而在使芯材18向喷嘴28行进的方向和后退的方向之间切换来输送芯材18。
在芯材加热机构22与芯材输送机构24之间设置由隔热材料形成的配管38。被从芯材加热机构22排出的芯材18通过与外部隔热的配管38的内部，而在保持温度的状态下被向喷嘴28输送。
覆盖材料输送机构26例如具有一组驱动辊40和使该驱动辊40旋转的马达(未图示)，其中，一组驱动辊40被配设在芯材加热机构22与树脂材料塑化装置10之间，且为该树脂材料塑化装置10附近。该覆盖材料输送机构26设置有与被向芯材加热机构22供给的覆盖材料20的根数对应的个数(在本实施方式中为3个)，以使覆盖材料20通过芯材加热机构22而被向树脂材料塑化装置10供给的方式来输送各该覆盖材料20。这些驱动辊40也与所述驱动辊36同样能够正转和反转，能够按照其旋转方向而在使覆盖材料20朝向树脂材料塑化装置10行进的方向和后退的方向之间切换来输送覆盖材料20。
在芯材加热机构22与覆盖材料输送机构26之间，与所述配管38同样由隔热材料形成的配管42设置有与被向芯材加热机构22供给的覆盖材料20的根数对应的根数(在本实施方式为3根)。被从芯材加热机构22排出的覆盖材料20通过与外部隔热的配管42的内部，据此在保持温度的状态下被向树脂材料塑化装置10输送。
本实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10如上所述，被供给作为固态的长形树脂材料的、被芯材加热机构22预热后的3根覆盖材料20，对该覆盖材料20进行塑化。并且，将成为液态的覆盖材料20向连通树脂材料塑化装置10和喷嘴28的连通管44排出。
具体而言，如图2所示，树脂材料塑化装置10具有：加热块48，其形成有使覆盖材料20通过的通过孔46；3个导入管50，其向通过孔46分别导入固态的覆盖材料20；和隔热部52，其设置于加热块48与覆盖材料输送机构26之间，使二者彼此隔热。另外，在下面的说明中，还将通过通过孔46的覆盖材料20的上游侧(图2的箭头X方向侧)称为一端侧，还将下游侧(图2的箭头Y方向侧)称为另一端侧。
隔热部52由隔热板54和垫片56构成，其中，隔热板54由隔热材料构成，垫片56被配设在该隔热板54与加热块48之间。导入管50被配设为，通过被贯插于隔热板54而与通过孔46同轴。
加热块48具有分别设置有通过孔46的上游部58、中游部60、储存部62、下游部64的软化节段66、塑化节段68、储存节段70和排出节段72。这些软化节段66、塑化节段68、储存节段70、排出节段72分别例如由金属等导热性材料构成，在其内部设置有加热器(未图示)。能够通过驱动该加热器，来使通过孔46的上游部58、中游部60、储存部62、下游部64的内壁表面分别升温到所期望的温度。
具体而言，在软化节段66设置有分别被供给固态的覆盖材料20的3个上游部58。这些上游部58的一端侧分别连接于导入管50，经由该导入管50向上游部58内部连续地供给固态的覆盖材料20。
在上游部58，与轴向垂直相交的截面(以下，还简称为截面)呈与固态的覆盖材料20的截面形状对应的形状(参照图3A)，以使固态的覆盖材料20的侧表面与该上游部58的内壁表面相接触。另外，在本实施方式中，上游部58的截面形状为大致正圆形，但并不特别地限定于此。另外，上游部58的内壁表面通过上述加热器，被设定为能够使固态的覆盖材料20软化的温度。
在塑化节段68设置有分别连接有3个上游部58的另一端侧的3个中游部60。即，从中游部60的一端侧向中游部60内部供给软化的覆盖材料20。中游部60的内壁表面通过上述加热器被设定为能够使软化的覆盖材料20塑化的温度。另外，如图3B和图3C所示，中游部60的截面形状被设定为，与上游部58的截面形状相比，截面形状的周长相对于截面面积的比例(以下还简称为比例)增大。在本实施方式中，中游部60的截面形状为椭圆形。另外，所述比例从中游部60的一端侧开始越靠向另一端侧则越大。
因此，在中游部60，随着覆盖材料20从其一端侧向另一端侧移动，覆盖材料20在该中游部60的内壁表面彼此之间被按压而变薄，并且该内壁表面的热量传导到覆盖材料20内部。据此，覆盖材料20塑化而变为液态，被从中游部60的另一端侧排出。
在储存节段70形成有储存部62，该储存部62使从3个中游部60的另一端侧排出的塑化的覆盖材料20合流来暂时储存该覆盖材料20。储存部62的内壁表面的温度通过上述加热器，被设定为能够将覆盖材料20保持在所期望的塑化温度。如图3D所示，从向覆盖材料20有效地传导热量的观点出发，优选为，储存部62的至少一端侧的截面形状的所述比例比上游部58的截面形状的所述比例大。
另外，在储存部62，从另一端侧向下游部64每单位时间排出的覆盖材料20的量比从一端侧每单位时间被供给的覆盖材料20的量少。因此，能够一边使覆盖材料20通过通过孔46，一边使塑化的覆盖材料20容易地储存在储存部62。
在排出节段72形成有下游部64，该下游部64从一端侧被供给被储存于储存部62的覆盖材料20，且从另一端侧将该覆盖材料20排出。下游部64的内壁表面的温度也与储存部62同样，通过上述加热器被设定为能够将覆盖材料20保持在所期望的塑化温度。
另外，例如，在下游部64，通过使与连通管44连接的另一端侧的截面为与连通管44的截面对应的形状，例如为大致正圆形，能够将覆盖材料20顺利地向连通管44排出。
如图1和图4所示，喷嘴28向工作台16排出丝体14。具体而言，喷嘴28具有：芯材排出部80，其排出由芯材加热机构22加热后的芯材18；和覆盖材料排出部82，其排出由树脂材料塑化装置10塑化后的覆盖材料20。
芯材排出部80具有主体管84和保温管86。主体管84具有:大径部(large-diameterpart)88，其被设置于被供给芯材18的基端侧(图4的箭头X方向侧)；和小径部(small-diameter part)90，其被设置于排出芯材18的顶端侧(图4的箭头Y方向侧)，且直径比大径部88小。大径部88的顶端侧朝向小径部90而缩径为锥形。另外，在该大径部88的顶端部与小径部90的基端部之间形成有基于彼此的直径差的台阶。
保温管86由隔热材料形成，内径与主体管84的小径部90的内径大致相等，外径比大径部88的内径小。该保温管86的顶端侧的端面以抵接于如上所述形成于大径部88与小径部90之间的台阶面的方式，被配设在该大径部88的内侧。
在主体管84与保温管86之间设置有阻热部92。阻热部92由形成于大径部88与保温管86之间的空间94、设置于该空间94的隔热材料96等构成，阻隔芯材排出部80的内部与外部的热传递。另外，阻热部92例如还可以具有冷却介质流通机构(未图示)，该冷却介质流通机构能够使空气等冷却介质在空间94内流通。在该情况下，能够更有效地阻隔芯材排出部80的内部与外部的热传递。
覆盖材料排出部82具有储存管部98、堵塞储存管部98的基端侧的开口的盖部100和设置于储存管部98的顶端侧的锥状部102。
储存管部98由隔热材料形成，其内径比主体管84的大径部88的外径大，以覆盖该大径部88的除了基端侧的一部分之外的外周面的方式来配设。即，在储存管部98的内周面与大径部88的外周面之间，形成能够储存塑化的覆盖材料20的喷嘴储存部104。
如图4所示，在喷嘴储存部104内也可以配设有圆盘部件106。圆盘部件106在径向的大致中心形成有供主体管84贯插的贯插孔107，并且形成有沿着厚度方向贯穿比该贯插孔107靠外周侧的部分的多个通孔108。塑化的覆盖材料20经由该通孔108，从喷嘴储存部104的基端侧向顶端侧流动，据此，能够使该覆盖材料20的压力和温度均等化。
在盖部100，在径向的大致中心形成有供主体管84的基端侧贯插的贯插孔110，并且在比该贯插孔110靠外周侧的位置形成有用于连接连通管44的供给口112。经由该供给口112向喷嘴储存部104供给塑化的覆盖材料20。
锥状部102以从储存管部98朝向顶端侧缩径的方式延伸，在其顶端设置能够排出喷嘴储存部104内的覆盖材料20的排出口114。排出口114的内径比小径部90的顶端侧的外径大，在排出口114的内侧配设小径部90的顶端侧。
即，如上述那样构成的喷嘴28从小径部90的顶端侧排出温度比塑化的覆盖材料20低的芯材18，并且从锥状部102的排出口114排出塑化的覆盖材料20。据此，能够形成在芯材18的外周面附着有覆盖材料20的丝体14并将其排出。
另外，由于在该喷嘴28中，如上所述，在覆盖材料排出部82的内侧配置有芯材排出部80，因此，与例如将芯材排出部80和覆盖材料排出部82并列设置的情况相比较，能够实现喷嘴28的小型化。进而能够实现三维打印装置12整体的小型化。
此外，在从喷嘴28连续地排出丝体14的情况下，使芯材输送机构24和覆盖材料输送机构26的各驱动辊36、40向一方向连续地旋转即可。另一方面，在停止从喷嘴28排出丝体14的情况下，使各所述驱动辊36、40的旋转停止即可。在该情况下，通过使覆盖材料输送机构26的驱动辊40暂时地向另一方向旋转之后停止，能够消除从覆盖材料排出部82多余地排出塑化的覆盖材料20的担忧。另外，喷嘴28也可以设置盖(未图示)，该盖对小径部90的顶端侧和排出口114双方或者仅对排出口114以使之自如开闭的方式进行堵塞。
如在图5中使用图形符号而示意性地所示的那样，移动机构30具有机器人120和控制部(未图示)。机器人120具有根据三维直角坐标系进行动作的主体部122和安装于该主体部122的多关节型的臂部124。臂部124从基端向顶端的手腕126依次具有第1关节128和第2关节130。在手腕126上例如固定有芯材输送机构24、覆盖材料输送机构26、树脂材料塑化装置10和喷嘴28(在图1中由双点划线包围的结构要素，以下还能够将其统称为喷嘴28等)。
移动机构30能够通过在控制部的控制下驱动机器人120，来使喷嘴28等相对于工作台16三维移动。此时，由于如上所述那样实现了喷嘴28的小型化，因此，能够通过移动机构30容易且高精度地移动喷嘴28等。
具有本实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10的三维打印装置12基本上如以上那样构成。即，适用于三维打印装置12的树脂材料塑化装置10能够为了形成丝体14，而向喷嘴28供给塑化的覆盖材料20。下面，通过与包含树脂材料塑化装置10的动作的三维打印装置12的动作的关系，对本实施方式所涉及的树脂材料塑化方法进行说明。
在三维打印装置12中，通过驱动芯材输送机构24和覆盖材料输送机构26，来向芯材加热机构22连续地供给固态的长形芯材18和覆盖材料20。据此，能够将芯材18和覆盖材料20加热到比由树脂材料塑化装置10对覆盖材料20加热而使其塑化的温度低的温度。
将由芯材加热机构22加热后的芯材18和覆盖材料20中的覆盖材料20，经由配管42而分别向树脂材料塑化装置10的导入管50供给。
在树脂材料塑化装置10，通过所述加热器，将加热块48的软化节段66、塑化节段68、储存节段70、排出节段72分别加热到上述规定的温度。被供给到导入管50的、固态的覆盖材料20首先被向通过孔46的上游部58供给，在该上游部58内向另一端侧移动。此时，上游部58的截面如上所述，呈与固态的覆盖材料20的截面对应的形状。因此，能够使上游部58的被加热的内壁表面与固态的覆盖材料20的侧表面相接触来有效地进行热交换，据此，能够使覆盖材料20迅速地软化。即，进行本实施方式所涉及的树脂材料塑化方法的软化工序。
在上游部58软化后的覆盖材料20被向中游部60供给，在该中游部60向另一端侧移动，据此变薄并塑化。即，进行本实施方式所涉及的树脂材料塑化方法的塑化工序。在变薄的覆盖材料20中，能够从中游部60的内壁表面迅速地向该覆盖材料20的包括内部的整体进行导热。因此，例如，与对截面形状为正圆的相同体积的覆盖材料20进行加热而使其塑化的情况等相比较，能够提高塑化效率。
另外，如上所述，中游部60的截面形状的所述比例随着从该中游部60的一端侧靠向另一端侧而增大。在中游部60内部，随着覆盖材料20从一端侧向另一端侧移动，加热时间变长而变得易于变形。因此，如上述那样，能够通过设定中游部60的截面形状的所述比例来顺利地使覆盖材料20变薄。这样一来，随着使覆盖材料20变薄，如上所述，热量能够迅速地传导到覆盖材料20的内部，因此，能够实现塑化效率的进一步提高。
如上述那样，分别在3个中游部60塑化的覆盖材料20通过被向储存部62供给而合流。据此，将储存于储存部62的树脂材料从下游部64排出。即，进行本实施方式所涉及的树脂材料塑化方法的排出工序。
这样，在排出覆盖材料20之前，覆盖材料20被暂时地储存于储存部62，据此，能够在该储存部62内，均匀地使覆盖材料20整体成为所期望的温度。据此，能够稳定地排出良好地塑化的覆盖材料20。
据此，根据本实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10和树脂材料塑化方法，能够在不使树脂材料塑化装置10大型化的情况下，换言之，使树脂材料塑化装置10为小型，并且使热量迅速地传导到覆盖材料20内部，从而提高覆盖材料20的塑化效率。
从树脂材料塑化装置10排出到连通管44的覆盖材料20被向喷嘴28的覆盖材料排出部82供给，并被储存于喷嘴储存部104。
另一方面，芯材18经由配管38被向喷嘴28的芯材排出部80供给。在芯材排出部80，芯材18通过被阻热部92等阻隔与外部进行热传递的芯材排出部80的保温管86内部。因此，如上所述，即使在喷嘴储存部104储存有塑化的高温的覆盖材料20，也能够抑制该覆盖材料20的热量向芯材18传递，其中，所述喷嘴储存部104形成于芯材排出部80的主体管84的外周面与覆盖材料排出部82的储存管部98的内周面之间。
因此，芯材排出部80将温度比塑化的覆盖材料20低的芯材18从小径部90排出。另一方面，在覆盖材料排出部82中，从锥状部102的排出口114排出塑化后的覆盖材料20，并使该覆盖材料20附着于被从小径部90排出的芯材18的外周面。据此，在喷嘴28中，一边形成丝体14一边将其排出，所述丝体14由塑化的覆盖材料20和可塑性变形但温度比塑化的覆盖材料20低的芯材18构成。
另外，温度比塑化的覆盖材料20低的芯材18可以在附着覆盖材料20之前的阶段达到可塑性变形的温度，换言之，通过芯材加热机构22中的加热来达到可塑性变形的温度，也可以通过附着塑化的覆盖材料20，传导覆盖材料20的热量来达到可塑性变形的温度。即，使覆盖材料20附着于芯材18之前和使覆盖材料20刚刚附着于芯材18之后，该芯材18的温度可以达到可塑性变形的温度，也可以没有达到可塑性变形的温度。在将丝体14层叠于被层叠部时，构成该丝体14的芯材18的温度比塑化的覆盖材料20低且为可塑性变形的温度即可。
如上述那样从喷嘴28排出丝体14，并且通过移动机构30使该喷嘴28等三维移动，据此，能够使丝体14按压工作台16上的被层叠部并层叠于工作台16上的被层叠部。
在此，在被从喷嘴28排出的丝体14是层叠于工作台16的第1层的情况下，所谓被层叠部是指，该工作台16的规定的位置。另外，在被从喷嘴28排出的丝体14是层叠于以前层叠的丝体14的第2层以后的情况下，所谓被层叠部是指，以前层叠的丝体14的规定的位置。
图6A～图6C是说明使丝体14层叠而一体化的工序的说明图，具体而言，是将以前层叠的丝体14a和将该丝体14a作为被层叠部的丝体14b的剖视图。
如图6A所示，刚刚被从喷嘴28排出的丝体14b为塑化的覆盖材料20b附着于温度比该覆盖材料20b低的芯材18b的外周面的状态。如图6B所示，当丝体14b按压以前层叠的丝体14a并层叠于以前层叠的丝体14a时，覆盖材料20b进行流动以填埋丝体14b与丝体14a之间。在该状态下，覆盖材料20b固化，据此，如图6C所示，能够通过覆盖材料20a、20b使丝体14a和丝体14b一体化。
另外，在图6A～图6C中示出使丝体14a、14b彼此层叠而一体化的样子，其中，丝体14a、14b的状态为：芯材18a、18b和覆盖材料20a、20b以分别同心的方式来配置，换言之，在芯材18a、18b的整个外周面上以在整个周向上为大致均匀的厚度的方式附着有覆盖材料20a、20b。然而，覆盖材料20a、20b相对于芯材18a、18b的相对位置、覆盖材料20a、20b的形状当然能够按照施加给丝体14a、14b的重力、塑化的覆盖材料20a、20b的粘度等而采用各种形态。在至少芯材18a与芯材18b之间存在覆盖材料20b的状态下使该覆盖材料20b固化，据此，能够使丝体14a和丝体14b一体化。
这样，通过将包括丝体14a、14b的所需量的丝体14全部层叠为所期望的形状并使其固化，能够获得立体造型物。
据此，根据该三维打印装置12，例如，与将整体被加热为均匀的温度的塑化丝体层叠、并使其固化的情况相比，芯材18b的温度低，换言之，仅覆盖材料20b被加热为高温，相应地，能够使丝体14b迅速地固化。另一方面，覆盖材料20b能够充分地加热而塑化，因此，能够与相邻的丝体14a良好地一体化。即，能够避免丝体14a、14b彼此的粘结性降低，并且缩短塑化的丝体14b固化的时间。
其结果，能够使丝体14b的固化容易地追随喷嘴28的移动速度，使包括丝体14a、14b的所有丝体14层叠为所期望的形状。另外，能够抑制在层叠后的丝体14固化之前的期间，发生弯曲和下垂等变形。并且，如上所述，能够减少被加热为高温而塑化的部分的量，相应地，能够减小丝体14由于固化而收缩的量。
因此，在三维打印装置12中，能够获得制造效率和成型精度双方均优异的立体造型物。此时，如上所述，通过芯材加热机构22对芯材18进行加热，据此，能够有效地获得具有温度比塑化的覆盖材料20低且为可塑性变形的温度的芯材18的丝体14。这样，通过芯材18被升温，能够容易地使丝体14变形并对其进行层叠。并且，即使使丝体14发生变形，也能够避免在其内部残留歪曲。
本实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10被适用于三维打印装置12，据此，能够进一步提高基于该三维打印装置12的立体造型物的制造效率和成型精度。即，如上所述，在树脂材料塑化装置10中，能够迅速地使固态的覆盖材料20塑化，因此，能够提高由三维打印装置12形成丝体14的形成效率，进而能够提高立体造型物的制造效率。
另外，树脂材料塑化装置10能够实现小型化，因此，能够通过移动机构30，容易地将树脂材料塑化装置10与喷嘴28等一起进行输送。据此，能够提高丝体14的层叠精度。进而能够提高立体造型物的成型精度。
本发明并不特别地限定于上述的实施方式，在没有脱离其要旨的范围内，能够进行各种变形。
在上述实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10和树脂材料塑化方法中，通过孔46具有3个上游部58和中游部60，但上游部58和中游部60可以为1个，也可以是3个以外的多个。另外，通过孔46也可以不具有储存部62。
另外，在上述实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10和树脂材料塑化方法中，为了使热量迅速地向覆盖材料20的包括内部的整体进行传导，在中游部60使覆盖材料20以变薄(所述比例增大)的方式变形，但并不特别地限定于此。
例如，为了使用图7A～图7D所示的树脂材料塑化装置140、图8A～图8D所示的树脂材料塑化装置150，来增加覆盖材料20在通过孔46内停留的时间，也可以如后述那样来使覆盖材料20进行变形。另外，对图7A～图7D、图8A～图8D所示的结构要素中、发挥与图2所示的结构要素相同或同样功能和效果的结构要素标注同一附图标记，省略详细的说明。
如图7A～图7D所示，树脂材料塑化装置140构成为，除了不具有所述储存部62(所述储存节段70)、具有中游部142来代替所述中游部60、和具有下游部144来代替所述下游部64之外，均与所述树脂材料塑化装置10同样。
中游部142的截面以与上游部58的截面相比所述比例增大的方式，呈例如椭圆形。另外，该中游部142的截面从中游部142的一端侧至另一端侧为大致相同的形状。
下游部144的截面被设定为，与上游部58的截面相比所述比例和面积增大。另外，下游部144的截面随着从该下游部144的一端侧靠向另一端侧，所述比例和面积增大。
因此，在上游部58被软化的覆盖材料20一边在中游部142和下游部144变形一边通过。此时，通过如上述那样设定所述比例，与上游部58的内壁表面相比，覆盖材料20更容易从中游部142和下游部144的内壁表面受到阻力。因此，覆盖材料20通过中游部142的速度和覆盖材料20通过下游部144的速度比覆盖材料20通过上游部58的速度慢。
并且，通过如上述那样来设定截面面积，覆盖材料20通过下游部144的速度进一步比覆盖材料20通过上游部58的速度变慢。
其结果，能够使从通过孔46排出覆盖材料20的速度比向该通过孔46供给覆盖材料20的速度慢。即，能够增加覆盖材料20在通过孔46内滞留的时间，换言之，能够增加使覆盖材料20与通过孔46的内壁表面接触并加热的时间。
据此，根据本实施方式所涉及的树脂材料塑化装置140，能够在不使该装置140大型化的情况下，使热量顺利地传导到覆盖材料20的内部，提高覆盖材料20的塑化效率。
如图8A～图8D所示，树脂材料塑化装置150构成为，除了不具有所述储存部62(所述储存节段70)、具有中游部152来代替所述中游部60、和具有下游部154来代替所述下游部64之外，均与所述树脂材料塑化装置10同样。
中游部152的截面被设定为，与上游部58的截面相比所述比例和截面面积增大，例如为椭圆形。另外，中游部152的截面随着从该中游部152的一端侧靠另一端侧，所述比例和面积增大。
下游部154的截面被设定为，与上游部58的截面相比所述比例和面积增大，例如为椭圆形。另外，下游部154的截面随着从该下游部154的一端侧靠向另一端侧，所述比例和面积变小。
即，在树脂材料塑化装置150中，也与所述树脂材料塑化装置140同样，以覆盖材料20通过比上游部58靠另一端侧(下游侧)的部位的速度比覆盖材料20通过上游部58的速度慢的方式，来设定通过孔46的截面形状。
因此，根据本实施方式所涉及的树脂材料塑化装置150，也能够在不使该装置150大型化的情况下，使热量顺利地传导到覆盖材料20内部，提高覆盖材料20的塑化效率。
在上述实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10中，如图3B和图3C所示，中游部60的截面形状为椭圆形，但并不特别地限定于此，中游部60的截面形状的所述比例比上游部58的截面的所述比例大即可。另外，从中游部60的一端侧靠向另一端侧，截面形状可以为一定，截面形状也可以以与图2、图3B和图3C不同的梯度变化。
同样，在上述实施方式所涉及的树脂材料塑化装置140、150中，如图7A～图7D和图8A～图8D所示，将中游部142、152和下游部144、154双方的截面形状设定为，使覆盖材料20以比通过上游部58的速度慢的速度通过。另外，这些中游部142、152和下游部144、154各自的截面形状为椭圆形。然而，并不特别地限定于此。
中游部142、152和下游部144、154中的至少一方的至少一部分的截面形状设定为使覆盖材料20以比通过上游部58的速度慢的速度通过即可。另外，中游部142、152和下游部144、154从各自的一端侧靠向另一端侧，截面形状可以为一定，截面形状也可以以与图7A和图8A不同的梯度变化。
对于树脂材料塑化装置10、140、150中的、中游部60、142、152和下游部144、154的截面，作为与上游部58的截面相比能够增大所述比例的形状其他一例，能够列举图9A～图9D所示的形状，当然，并不限定于此。
即，中游部60、142、152和下游部144、154的截面可以如图9A所示为矩形，该矩形也可以如图9B所示呈圆角。另外，也可为轴向观察时为大致V字状(参照图9C)、大致C字状(参照图9D)。并且，除此之外，还可以为轴向观察时为大致O字状等。
另外，在上述实施方式所涉及的树脂材料塑化装置10、140、150和树脂材料塑化方法中，使构成丝体14的一部分的覆盖材料20塑化，但并不特别地限定于此，例如也可以使通过三维打印方法来造型立体造型物时所使用的丝体整体塑化。
另外，在上述三维打印装置12中，使覆盖材料20以在整个周向上为大致均匀的厚度的方式附着在芯材18的整个外周面，据此，形成圆柱状的芯材18和环状的覆盖材料20以同心的方式配置的丝体14。然而，也可以通过仅使芯材18的外周面的一部分附着覆盖材料20来形成丝体14，也可以形成圆柱状的芯材18和环状的覆盖材料20以偏心的方式配置的丝体14。
另外，设移动机构30具有图5所示的机器人120，但只要是能够使喷嘴28等相对于工作台16三维移动的机构即可，并不特别地限定于此，能够采用各种结构。

Claims (9)

1.一种树脂材料塑化装置(10)，其具有加热块(48)，所述加热块(48)上形成有被供给固态的长形树脂材料(20)的通过孔(46)，且能使该通过孔(46)的内壁表面升温，在所述通过孔(46)的内部对固态的所述树脂材料(20)进行加热并将其以塑化的状态排出，
所述树脂材料塑化装置(10)的特征在于，
所述通过孔(46)具有上游部(58)、中游部(60)和下游部(64)，其中，
所述上游部(58)被供给固态的所述树脂材料(20)；
所述中游部(60)被供给在所述上游部(58)被加热而软化的所述树脂材料(20)；
所述下游部(64)被从一端侧供给在所述中游部(60)被加热而塑化的所述树脂材料(20)，且将该树脂材料(20)从另一端侧排出，
所述上游部(58)的与轴向垂直相交的截面为对应于固态的所述树脂材料(20)的与轴向垂直相交的截面形状的形状，以使所述上游部(58)的内壁表面与固态的所述树脂材料(20)的侧表面接触，
所述中游部(60)的至少一部分的与轴向垂直相交的截面的周长相对于截面面积的比例比所述上游部(58)的所述比例大。
2.根据权利要求1所述的树脂材料塑化装置(10)，其特征在于，
在所述中游部(60)，随着从所述上游部(58)侧靠向所述下游部(64)侧，所述比例增大。
3.根据权利要求1或2所述的树脂材料塑化装置(10)，其特征在于，
所述上游部(58)和所述中游部(60)分别设有多个，所述通过孔(46)还具有储存部(62)，该储存部(62)介于所述中游部(60)与所述下游部(64)之间，使在多个所述中游部(60)被塑化的所述树脂材料(20)合流来对其进行储存。
4.一种树脂材料塑化装置(140、150)，其具有加热块(48)，该加热块(48)上形成有被供给固态的长形树脂材料(20)的通过孔(46)，且能使该通过孔(46)的内壁表面升温，在所述通过孔(46)的内部对固态的所述树脂材料(20)进行加热并将其以塑化的状态排出，
所述树脂材料塑化装置(140、150)的特征在于，
所述通过孔(46)具有上游部(58)、中游部(142、152)和下游部(144、154)，其中，
所述上游部(58)被供给固态的所述树脂材料(20)；
所述中游部(142、152)被供给在所述上游部(58)被加热而软化的所述树脂材料(20)；
所述下游部(144、154)被从一端侧供给在所述中游部(142、152)被加热而塑化的所述树脂材料(20)，并将该树脂材料(20)从另一端侧排出，
所述上游部(58)的与轴向垂直相交的截面为对应于固态的所述树脂材料(20)的与轴向垂直相交的截面形状的形状，以使所述上游部(58)的内壁表面与固态的所述树脂材料(20)的侧表面接触，
所述中游部(142、152)和所述下游部(144、154)中的至少一方的至少一部分的与轴向垂直相交的截面形状被设定为：使所述树脂材料(20)以比所述树脂材料(20)通过所述上游部(58)的速度慢的速度通过。
5.根据权利要求4所述的树脂材料塑化装置(140、150)，其特征在于，
所述中游部(142、152)和所述下游部(144、154)中的至少一方的至少一部分的与轴向垂直相交的截面的面积和周长相对于该面积的比例比所述上游部(58)的所述面积和所述比例大。
6.一种树脂材料塑化方法，其使固态的长形树脂材料(20)一边通过设置于加热块(48)上的通过孔(46)一边被加热而塑化，
所述树脂材料塑化方法的特征在于，
具有软化工序、塑化工序和排出工序，其中，
在软化工序中，使固态的所述树脂材料(20)在所述通过孔(46)的上游部(58)软化；
在塑化工序中，在所述通过孔(46)的中游部(60)，使软化的所述树脂材料(20)的与轴向垂直相交的截面的周长相对于截面面积的比例增大来使软化的所述树脂材料(20)塑化；
在排出工序中，将塑化的所述树脂材料(20)从所述通过孔(46)的下游部(64)排出。
7.根据权利要求6所述的树脂材料塑化方法，其特征在于，
在所述塑化工序中，随着从所述中游部(60)的被供给所述树脂材料(20)的一端侧靠向排出该树脂材料(20)的另一端侧，一边使所述比例增大一边使所述树脂材料(20)塑化。
8.根据权利要求6或7所述的树脂材料塑化方法，其特征在于，
所述上游部(58)和所述中游部(60)分别设有多个，在所述软化工序中，向多个所述上游部(58)中的各上游部供给固态的所述树脂材料(20)并使其软化，
在所述塑化工序中，在多个所述中游部(60)中的各中游部将所述树脂材料(20)塑化，
在所述排出工序中，使在多个所述中游部(60)塑化的所述树脂材料(20)合流来将其储存于介于所述中游部(60)与所述下游部(64)之间的储存部(62)，从该储存部(62)经由所述下游部(64)将所述树脂材料(20)排出。
9.一种树脂材料塑化方法，其使固态的长形树脂材料(20)一边通过设置于加热块(48)上的通过孔(46)一边被加热而塑化，
所述树脂材料塑化方法的特征在于，
具有软化工序、塑化工序和排出工序，其中，
在所述软化工序中，在所述通过孔(46)的上游部(58)将固态的所述树脂材料(20)软化；
在所述塑化工序中，在所述通过孔(46)的中游部(142、152)将软化的所述树脂材料(20)塑化；
在所述排出工序中，将塑化的所述树脂材料(20)从所述通过孔(46)的下游部(144、154)排出，
所述树脂材料(20)通过所述中游部(142、152)的速度和所述树脂材料(20)通过所述下游部(144、154)的速度中的至少任一方比所述树脂材料(20)通过所述上游部(58)的速度慢。
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