CN112440465A - 三维造型装置及注射成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三维造型装置及注射成型装置。三维造型装置具备：材料存积部，具备口部和筒状的主体部，并存积颗粒状的材料，口部位于主体部的下方并具有直径比主体部的最大内径小的孔；材料供给部，将材料供给到材料存积部；熔融部，使通过材料存积部的口部供给的材料熔融而作为造型材料；喷嘴，朝向工作台喷出造型材料；残留状态检测部，检测材料的残留状态；剩余量判定部，根据残留状态来判定材料的剩余量是否小于第一基准值；以及控制部，当剩余量小于第一基准值时向材料存积部供给材料，直至剩余量大于等于第一基准值，将第一基准值决定为剩余量与第一基准值相等时的存积于材料存积部的材料的高度小于主体部的上端的高度的值。

Description

三维造型装置及注射成型装置

技术领域

本发明涉及三维造型装置及注射成型装置。

背景技术

关于三维造型装置，例如在专利文献1中公开了一种三维造型装置，其具备挤出装置，该挤出装置通过作为塑化部的同轴螺杆(in-line screw)使料斗所供给的颗粒状的树脂材料塑化，并从喷嘴喷出塑化后的树脂。

专利文献1：国际公开2015/129733号

发明内容

像专利文献1所记载的三维造型装置那样，将颗粒状的材料存积于料斗以从料斗向塑化部供给材料的情况下，由于存积于料斗的材料自身的重量导致颗粒状的材料彼此互相干扰而堵塞在料斗出口附近，有时会发生无法向塑化部供给材料的被称为架桥的现象。

根据本发明的一方式提供三维造型装置。三维造型装置的特征在于，具备：材料存积部，具备口部和筒状的主体部，所述材料存积部存积颗粒状的材料，所述口部位于所述主体部的下方并具有直径比所述主体部的最大内径小的孔；材料供给部，将所述材料供给到所述材料存积部的所述主体部；熔融部，使通过所述材料存积部的所述口部供给的所述材料熔融而作为造型材料；喷嘴，朝向工作台喷出所述造型材料；残留状态检测部，检测存积于所述材料存积部的所述材料的残留状态；剩余量判定部，根据所述残留状态来判定存积于所述材料存积部的所述材料的剩余量是否小于第一基准值；以及控制部，当所述剩余量小于第一基准值时，通过控制所述材料供给部而向所述材料存积部供给所述材料，直至所述剩余量大于等于第一基准值，将所述第一基准值决定为所述剩余量与所述第一基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述主体部的上端的高度的值。

附图说明

图1是示出第一实施方式中的三维造型装置的简要结构的说明图。

图2是示出第一实施方式中的材料存积部的结构的说明图。

图3是示出平头螺杆的下表面侧的结构的简要立体图。

图4是螺杆相对部的上表面侧的结构的简要俯视图。

图5是第一实施方式中的材料供给处理的工序图。

图6是示出第二实施方式中的材料存积部的结构的说明图。

图7是示出第三实施方式中的材料存积部的结构的说明图。

图8是第三实施方式中的材料供给处理的工序图。

图9是示出第四实施方式中的注射成型装置的简要结构的说明图。

附图标记说明

22：连通路；30：熔融部；31：螺杆外壳；32：驱动马达；40：平头螺杆；42：槽部；43：凸条部；44：材料流入口；45：中央部；48：槽形成面；50：螺杆相对部；50d：桶；52：螺杆对置面；54：引导槽；56：连通孔；58：加热器；60：喷出部；61：供给流路；65：喷嘴；100、100b、100c：三维造型装置；200：造型单元；300：工作台；310：造型面；400：材料供给部；405：箱；407：补充口；410：供给侧连接部；415：材料压送机构；420：材料供给管；430：排气口；500、500b、500c：材料存积部；502：主体部；504：口部；506：倾斜部；510、510b、510c：第一传感器；511：第一发光部；512：第一受光部；515、515b：第二传感器；516：第二发光部；517：第二受光部；520：搅拌机构；521：搅拌轴；522：搅拌机构驱动部；523：叶片；530：接收侧连接部；600：移动机构；700：控制部；800：注射成型装置；810：注射控制机构；811：注射气缸；812：柱塞；813：柱塞驱动部；830：模具部；831：可动模具；832：固定模具；840：合模装置；841：模具驱动部；850：控制部。

具体实施方式

A.第一实施方式

图1是示出三维造型装置100的简要结构的说明图。在图1中示出了沿着互相正交的X、Y、Z方向的箭头。X方向和Y方向是沿着水平方向的方向，Z方向是铅直朝上的方向。在其他图中也适当地示出了沿着X、Y、Z方向的箭头。图1中的X、Y、Z方向与其他图中的X、Y、Z方向表示相同的方向。

三维造型装置100具备造型单元200、工作台300、材料供给部400、移动机构600以及控制部700。三维造型装置100在控制部700的控制下，从材料供给部400向造型单元200供给材料MR1，在从喷嘴65朝向工作台300上的造型面310喷出通过塑化材料MR1而生成的造型材料的同时，驱动移动机构600以使喷嘴65与造型面310的相对位置发生变化，由此在造型面310上造型通过层叠造型材料而成的三维造型物。关于造型单元200的详细结构如后述。

材料供给部400具备箱405和材料压送机构415。材料供给部400通过材料压送机构415经由材料供给管420向后述的造型单元200的材料存积部500供给存积于箱405的材料MR1。在本实施方式中使用的材料MR1是形成为颗粒状的ABS树脂。材料MR1也可以是形成为颗粒状的其他材料。关于材料MR1的详细内容如后述。

箱405是具有补充口407和供给侧连接部410的箱形容器。在箱405的内部存积有材料MR1。补充口407设置在箱405的上部，通过补充口407从外部向箱405内补充材料MR1。在供给侧连接部410连接有材料供给管420。需要说明的是，在箱405例如也可以设置有对补充口407进行开闭的盖。另外，在箱405也可以设置有使箱405内的材料MR1干燥的干燥机。

材料供给管420是将材料供给部400与材料存积部500相连的管。在本实施方式中，材料供给管420是挠性软管，并且连接到供给侧连接部410和设置于材料存积部500的接收侧连接部530。接收侧连接部530在铅直方向上位于比供给侧连接部410更靠上方处。材料MR1能够在材料供给管420的内部移动。

在本实施方式中，材料压送机构415是压缩机。通过材料压送机构415将压缩的空气送至箱405内，并利用材料供给管420将材料MR1与压缩的空气一起向材料存积部500压送。材料压送机构415由控制部700控制。控制部700进行对材料压送机构415的运行的开始、停止、输出的调整。

如上述，移动机构600使喷嘴65与造型面310的相对位置发生变化。在本实施方式中，移动机构600支承工作台300，并通过使工作台300相对于造型单元200移动来使喷嘴65与造型面310的相对位置发生变化。本实施方式中的移动机构600由三轴定位器构成，该三轴定位器通过三个马达的驱动力使工作台300在X、Y、Z方向的三个轴向上移动。各马达由控制部700控制以进行驱动。需要说明的是，移动机构600也可以是不移动工作台300而移动造型单元200来使喷嘴65与造型面310的相对位置发生变化的结构。另外，移动机构600也可以是通过移动工作台300和造型单元200双方来使喷嘴65与造型面310的相对位置发生变化的结构。

控制部700构成为计算机，具备一个以上的处理器、存储器、以及与外部进行信号的输入和输出的输入输出接口。处理器通过执行存储于存储器的预定程序来实现用于造型三维造型物的造型处理。在造型处理中，控制部700适当控制造型单元200、材料供给部400以及移动机构600。需要说明的是，也可以设为通过电路来实现控制部700的功能的一部分或者全部。

在本实施方式中，控制部700执行用于创建三维造型物的造型用程序，并根据造型用数据进行三维造型物的造型。造型用数据例如是刀具路径数据，该刀具路径数据是通过用切片机(スライサー)转换表示三维造型物的形状的STL形式、AMF形式的数据来创建的。

造型单元200具备：存积从材料供给部400供给的材料MR1并将材料MR1供给到熔融部30的材料存积部500、使材料MR1熔融而作为造型材料的熔融部30、以及具有朝向造型面310喷出从熔融部30供给的造型材料的喷嘴65的喷出部60。

图2是示出材料存积部500的结构的说明图。材料存积部500具有筒状的主体部502、口部504以及倾斜部506。主体部502、口部504以及倾斜部506用透明的玻璃构成。也就是说，整个材料存积部500是透明的，能够从外部视觉确认材料存积部500的内部。材料存积部500也可以用透明的树脂构成。在材料存积部500设置有第一传感器510、第二传感器515、搅拌机构520以及接收侧连接部530。需要说明的是，有时也将材料存积部500称为“料斗”。

本实施方式的主体部502是大致圆筒状。口部504设置在比材料存积部500中的主体部502更靠下方的位置，具有用于向熔融部30供给材料MR1的孔。口部504是大致圆筒状，在相当于材料存积部500的下部的位置处具有上述孔。如图1和图2所示，材料存积部500的口部504和熔融部30通过连通路22连接。在本实施方式中，主体部502和口部504的中心轴一致，且分别平行于Z方向。需要说明的是，主体部502和口部504的中心轴也可以不一致。

口部504的孔的直径L2比主体部502的最大内径L1小。在本实施方式中，主体部502是在轴向上具有大致相同的内径L1的大致圆筒形状。另外，口部504是在轴向上具有大致相同的内径L2的大致圆筒形状。需要说明的是，主体部502、口部504也可以在轴向上具有内径不同的部分。另外，主体部502、口部504的内侧的垂直于轴向的截面也可以不是大致圆形状。例如，在口部504具有大致长方形状的孔的情况下，口径指的是该大致长方形的对角线的长度。

倾斜部506设置在主体部502与口部504之间，倾斜部506的内径从主体部502朝向口部504变小。也就是说，倾斜部506的下端的开口面积比倾斜部506的上端的开口面积更小。在本实施方式中，倾斜部506的具有内径L1的上端与主体部502的下端连续，倾斜部506的具有内径L2的下端与口部504的上端连续。

在本实施方式中，水平面与倾斜部506的侧面之间的倾斜角θ为60°。需要说明的是，为了有效地抑制架桥(ブリッジ)的发生，优选倾斜角θ为45°以上且小于90°。

接收侧连接部530设置在主体部502的上部。如上述，在接收侧连接部530连接有材料供给管420。在本实施方式中，在接收侧连接部530设置有排气口430。当通过材料压送机构415利用材料供给管420将材料MR1从材料供给部400压送到材料存积部500时，将材料MR1供给至主体部502，并且将用于搬运材料MR1的空气从排气口430排出。

第一传感器510和第二传感器515作为检测存积于材料存积部500的材料MR1的残留状态的残留状态检测部发挥作用。第一传感器510和第二传感器515是隔着材料存积部500的透明的部分从材料存积部500的外部光学式检测材料MR1的残留状态的光学传感器，在本实施方式中，设置于主体部502的外部侧面。

第一传感器510是具有第一发光部511和第一受光部512的光电传感器，第一发光部511和第一受光部512配置在从外侧夹住主体部502的侧面的位置处。第一发光部511具有发光二极管作为光源，并使第一受光部512接收从第一发光部511向主体部502发出的光线。第一受光部512具有光二极管作为光接收元件，并根据接收到的光线的强度输出不同大小的电流。需要说明的是，用户能够将设置第一传感器510的位置移动到从外侧夹住材料存积部500的任意位置。另外，第二传感器515也是具有配置在从外侧夹住主体部502的侧面的位置处的第二发光部516和第二受光部517的光电传感器，具有与第一传感器510相同的结构。

在本实施方式中，第一传感器510检测在第一基准值hs1的位置处是否有材料MR1而作为残留状态。第一基准值hs1是指与材料MR1的剩余量相关的值。在本实施方式中，将材料MR1的高度用作材料MR1的剩余量。也就是说，第一基准值是材料MR1的高度的值。材料MR1的高度指的是存积于材料存积部500的材料MR1的、从口部504的下端起的高度h。具体而言，使第一受光部512接收从设置于第一基准值hs1的高度处的第一发光部511向主体部502发出的光线。由于在材料MR1存在于光线的轨道上的情况和材料MR1不存在于光线的轨道上的情况下，第一受光部512所接收的光线的强度发生变化，所以能够检测出在第一基准值hs1的高度处是否有材料MR1。需要说明的是，在第二传感器515的情况下，检测在第二基准值hs2的位置处是否有材料MR1。需要说明的是，如后述，由于第二基准值hs2是大于第一基准值hs1的值，所以第二传感器515设置在比第一传感器510高的位置处。

在本实施方式中，控制部700作为剩余量判定部发挥作用，该剩余量判定部根据残留状态来判定存积于材料存积部500的材料MR1的剩余量是否小于第一基准值hs1。也就是说，当通过第一传感器510检测到在第一基准值hs1的高度处有材料MR1时，通过控制部700判定作为剩余量的高度h是否大于等于第一基准值hs1。当通过第一传感器510检测到在第一基准值hs1的高度处没有材料MR1时，通过控制部700判定高度h小于第一基准值hs1。需要说明的是，控制部700也能够根据通过第二传感器515检测到的残留状态来判定高度h是否小于第二基准值hs2。

将第一基准值hs1规定为剩余量与第一基准值hs1相等时的材料MR1的高度小于主体部502的高度的值。例如，可以通过实验将第一基准值hs1规定为在造型中供给到熔融部30的材料MR1的量为充足的量的高度的值。第二基准值hs2是比第一基准值hs1大的值，并且被规定为剩余量与第二基准值hs2相等时的材料MR1的高度小于主体部502的高度的值。在本实施方式中，第二基准值是通过实验规定为不使架桥发生在材料存积部500内的材料MR1的高度的值。在本实施方式中，第一基准值hs1和第二基准值hs2是比主体部502的下端的高度大的值。

搅拌机构520具有搅拌轴521和搅拌机构驱动部522。搅拌机构驱动部522设置在主体部502的上部，具有以平行于Z方向的旋转轴为中心旋转的马达。搅拌轴521是与搅拌机构驱动部522连接的、在－Z方向上从主体部502的上部向材料存积部500的内部延伸的轴，并且在下端具有叶片523。搅拌机构520作为对材料存积部500内的材料MR1施与冲击的冲击产生部发挥作用。也就是说，搅拌机构驱动部522由控制部700控制，并通过使搅拌轴521和叶片523旋转来搅拌材料存积部500内部的材料MR1。在本实施方式中，搅拌机构520配置在不对第一传感器510和第二传感器515检测残留状态造成影响的位置处。

如图1所示，喷出部60具备喷嘴65和供给流路61，该供给流路61与熔融部30连通并向喷嘴65供给造型材料。

熔融部30使从材料存积部500供给的材料MR1塑化以生成表现流动性的糊状的造型材料，并向喷出部60引导该造型材料。熔融部30具有螺杆外壳31、驱动马达32、平头螺杆40以及螺杆相对部50。平头螺杆40也被称为“涡旋部”(スクロール)。螺杆相对部50也被称为“桶”(バレル)。需要说明的是，熔融部30也可以不熔融构成造型材料的所有种类的物质。熔融部30只要通过熔融构成造型材料的物质中的至少一部分种类的物质来将造型材料转化为在整体上具有流动性的状态即可。

平头螺杆40具有大致圆柱状的形状，平头螺杆40的沿其中心轴RX的高度比直径小。在本实施方式中，平头螺杆40配置为其中心轴RX平行于Z方向。

平头螺杆40收纳在螺杆外壳31内。平头螺杆40的上表面侧与驱动马达32连结，通过驱动马达32产生的旋转驱动力，平头螺杆40在螺杆外壳31内以中心轴RX为中心旋转。驱动马达32由控制部700控制以进行驱动。

在平头螺杆40的下表面形成有槽部42。上述连通路22从平头螺杆40的侧面连通至槽部42。

平头螺杆40的下表面面对螺杆相对部50的上表面。在平头螺杆40的下表面的槽部42与螺杆相对部50的上表面之间形成有空间。从材料存积部500对该空间供给材料MR1。关于平头螺杆40和槽部42的具体结构如后述。

在螺杆相对部50埋入有用于加热材料MR1的加热器58。被供给到平头螺杆40的槽部42的材料MR1一边在槽部42中熔融，一边通过平头螺杆40的旋转而沿着槽部42流动，并且作为造型材料被导向平头螺杆40的中央部45。流入至中央部45的糊状的造型材料通过设置在螺杆相对部50的中心的连通孔56被供给到喷出部60。

图3是示出平头螺杆40的下表面侧的结构的简要立体图。在图3中用点划线示出了平头螺杆40的中心轴RX的位置。在与螺杆相对部50对置的平头螺杆40的下表面设置有槽部42。下面将平头螺杆40的下表面称为“槽形成面48”。

平头螺杆40的槽形成面48的中央部45被构成为与槽部42的一端连接的凹部。中央部45与螺杆相对部50的连通孔56对置。在第一实施方式中，中央部45与中心轴RX相交。

平头螺杆40的槽部42构成所谓涡旋槽。槽部42以从中央部45朝向平头螺杆40的外周描绘弧形的方式延伸为涡状。槽部42也可以构成为以螺旋状延伸。在槽形成面48设置有构成槽部42的侧壁部并沿各槽部42延伸的凸条部43。

槽部42一直连续到形成在平头螺杆40的侧面的材料流入口44。该材料流入口44是接收从材料供给部400通过连通路22供给的材料MR1的部分。

在图3中示出了具有三个槽部42和三个凸条部43的平头螺杆40的例子。设置于平头螺杆40的槽部42、凸条部43的数量不限定于三个。既可以在平头螺杆40只设置一个槽部42，也可以设置两个以上的多个槽部42。另外，也可以配合槽部42的数量来设置任意数量的凸条部43。

在图3中示出了在三处形成有材料流入口44的平头螺杆40的例子。设置于平头螺杆40的材料流入口44的数量不限定于三处。既可以在平头螺杆40只在一处设置材料流入口44，也可以在两处以上的多处设置。

图4是示出螺杆相对部50的上表面侧的结构的简要俯视图。如上述，螺杆相对部50的上表面与平头螺杆40的槽形成面48对置。下面将螺杆相对部50的上表面称为“螺杆对置面52”。在螺杆对置面52的中心处形成有用于向喷出部60供给造型材料的连通孔56。

在螺杆对置面52形成有多个与连通孔56连接并从连通孔56朝向外周以涡状延伸的引导槽54。多个引导槽54具有将流入到平头螺杆40的中央部45的造型材料引导至连通孔56的功能。

若平头螺杆40旋转，从材料流入口44供给的材料MR1则被引导到槽部42，并在槽部42内一边被加热一边朝向中央部45移动。材料MR1越靠近中央部45就越熔融，流动性变得越高，从而转化为造型材料。集中于中央部45的造型材料通过在中央部45产生的内压而从连通孔56流出到喷出部60。

图5是第一实施方式中的材料供给处理的工序图。材料供给处理在进行前述的三维造型物的造型期间被重复执行。

在步骤S110中，控制部700根据由第一传感器510检测到的残留状态来判定作为材料MR1的剩余量的高度h是否小于第一基准值hs1。当判定为材料MR1的高度h不小于第一基准值hs1时，再次返回步骤S110。也就是说，重复步骤S110，直到材料MR1的高度h小于第一基准值hs1。

当在步骤S110中判定为材料MR1的高度h小于第一基准值hs1时，在步骤S120中，控制部700通过控制材料压送机构415来开始通过材料供给管420从材料供给部400向材料存积部500供给材料MR1。需要说明的是，由于在图2中材料MR1的高度h小于第一基准值hs1，所以在这种情况下开始材料MR1的供给。

在步骤S130中，控制部700根据由第二传感器515检测到的残留状态来判定材料MR1的高度h是否大于等于第二基准值hs2。在这里，当判定为材料MR1的高度h不大于等于第二基准值hs2时，控制部700继续从材料供给部400向材料存积部500供给材料MR1。

当在步骤S130中判定为材料MR1的高度h大于等于第二基准值hs2时，在步骤S140中，控制部700通过控制材料压送机构415来停止从材料供给部400向材料存积部500供给材料MR1。

在步骤S140之后材料供给处理结束。需要说明的是，当在材料供给处理结束之后继续进行三维造型物的造型时，再次执行材料供给处理。

需要说明的是，控制部700在三维造型物的造型中，既可以一直驱动搅拌机构520，也可以例如只在向材料存积部500供给材料MR1时驱动搅拌机构520。

根据以上说明的本实施方式的三维造型装置100，根据颗粒状的材料MR1的残留状态来判定作为材料MR1的剩余量的高度h是否小于第一基准值hs1，并在判定为材料MR1的高度h小于第一基准值hs1时，从材料供给部400向材料存积部500供给材料MR1，直至材料MR1的高度h大于等于第一基准值hs1。因此，在造型中滞留在材料存积部500内的材料MR1的量减少，能够抑制材料存积部500内发生架桥。

另外，在本实施方式中，通过设置在透明的主体部502的外部侧面的第一传感器510和第二传感器515来从材料存积部500的外部光学式检测材料MR1的残留状态。因此，能够不妨碍材料MR1从材料存积部500内向熔融部30流动而检测残留状态。由此，能够抑制材料存积部500内发生架桥。

另外，在本实施方式中，向材料存积部500供给材料MR1，直到材料MR1的高度h大于等于比第一基准值hs1大的第二基准值hs2，并将第二基准值hs2决定为小于主体部502的高度的值。因此，能够在造型中维持材料存积部500不被材料MR1填满的状态。另外，在本实施方式中，由于第二基准值hs2是不使架桥发生在材料存积部500内的材料MR1的高度的值，所以能够抑制材料存积部500内发生架桥。

另外，在本实施方式中，材料存积部500具有内径从主体部502朝向口部504变小的倾斜部506。因此，能够抑制材料MR1在口部504的上端附近滞留。

另外，在本实施方式中，具备搅拌存积在材料存积部500内的材料MR1的搅拌机构520。因此，通过用搅拌机构520搅拌材料存积部500内的材料MR1，能够抑制材料存积部500内的材料MR1彼此干扰。

另外，在本实施方式中，通过材料压送机构415经由材料供给管420从供给侧连接部410向位于比供给侧连接部410更靠上方处的接收侧连接部530压送材料MR1。因此，在控制部700使材料压送机构415停止时，比起向材料存积部500移动，材料供给管420内的材料MR1更容易向材料供给部400移动，能够抑制向材料存积部500供给过多的材料MR1。另外，由于可以将材料供给部400设置在比材料存积部500低的位置处，所以例如能够将材料供给部400设置在通过用户的手能够容易向材料供给部400补充材料MR1的位置处。

这里，对在上述三维造型装置100中使用的三维造型物的材料进行说明。在三维造型装置100中，例如可以以具有热塑性的材料、金属材料、陶瓷材料等各种材料为主材料来对三维造型物对进行造型。其中，“主材料”意指成为形成三维造型物的形状的中心材料，并且意指在三维造型物中占50重量％以上的含有率的材料。在上述造型材料中包括将这些主材料以单体的形式熔融而得到的材料、将含有的一部分成分与主材料一起熔融为糊状而得到的材料。

在将具有热塑性的材料用作主材料时，在熔融部30中通过使该材料塑化来生成造型材料。“塑化”意指加热并熔融具有热塑性的材料。

作为具有热塑性的材料，例如可以使用通过将下述热塑性树脂材料成型为颗粒状而得到的材料。

热塑性树脂材料的例子

聚丙烯树脂(PP)、聚乙烯树脂(PE)、聚甲醛树脂(POM)、聚氯乙烯树脂(PVC)、聚酰胺树脂(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)、聚乳酸树脂(PLA)、聚苯硫醚树脂(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯(PC)、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等通用工程塑料；聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等工程塑料。

在具有热塑性的材料中，除了颜料、金属、陶瓷之外，还可以混入蜡、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂等添加剂等。在这种情况下，可以将通过混合上述热塑性树脂材料和添加剂等并成型为颗粒状而得到的材料用作具有热塑性的材料。具有热塑性的材料在熔融部30中通过平头螺杆40的旋转和加热器58的加热被塑化并转化为熔融的状态。通过具有热塑性的材料的熔融而生成的造型材料在从喷嘴65喷出之后因温度的降低而固化。

优选具有热塑性的材料在被加热至其玻璃化转变温度以上并完全熔融的状态下从喷嘴65注射。例如，ABS树脂的玻璃化转变温度约为120℃，从喷嘴65喷出时优选为约200℃。为了像这样在高温的状态下喷出造型材料，也可以在喷嘴65的周围设置加热器。

在三维造型装置100中，例如也可以将以下金属材料用作主材料来代替上述具有热塑性的材料。在这种情况下，优选将通过混合粉末材料和生成造型材料时熔融的成分并成型为颗粒状而得到的材料投入到熔融部30，其中粉末材料是使下述金属材料为粉末状的材料。

金属材料的例子

镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)中的一种金属或者包含两种以上这些金属的合金。

上述合金的例子

马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金。

在三维造型装置100中，可以将陶瓷材料用作主材料来代替上述金属材料。作为陶瓷材料，例如可以使用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷、氮化铝等非氧化物陶瓷等。在将上述那样的金属材料、陶瓷材料用作主材料的情况下，被喷出在造型面310的造型材料也可以通过烧结固化。

被作为材料MR1投入到材料存积部500的金属材料、陶瓷材料也可以是将一种金属的粉末、合金的粉末、陶瓷材料的粉末混合多种并成型为颗粒状而得的混合材料。另外，例如也可以用上面示出的例子那样的热塑性树脂、或者除此之外的热塑性树脂涂覆金属材料、陶瓷材料的粉末材料。在这种情况下，也可以为该热塑性树脂在熔融部30中熔融并表现出流动性。

也可以将通过在金属材料、陶瓷材料中添加例如以下那样的溶剂而形成为颗粒状的材料用作材料MR1。可以组合选自下述溶剂中的一种或两种以上来使用溶剂。

溶剂的例子

水；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等(聚)亚烷基二醇单烷基醚类；醋酸乙酯、醋酸正丙酯、醋酸异丙酯、醋酸正丁酯、醋酸异丁酯等醋酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；甲基乙基酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基正丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基醋酸铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜类溶剂；吡啶、γ-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶等吡啶类溶剂；四烷基醋酸铵(例如四丁基醋酸铵等)；丁基卡必醇乙酸酯等离子液体等。

除此之外，也可以将通过在金属材料、陶瓷材料中添加例如以下那样的粘合剂而形成为颗粒状的材料用作材料MR1。

粘合剂的例子

丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂、纤维素类树脂或其他合成树脂或者PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)或其他热塑性树脂。

B.第二实施方式

图6是示出第二实施方式的三维造型装置100b中的材料存积部500b的结构的说明图。关于第二实施方式中的三维造型装置100b的材料存积部500b以外的结构，由于与第一实施方式相同，所以省略说明。另外，关于材料存积部500b的未特别提及的部分，也是与第一实施方式的材料存积部500相同的结构。

在三维造型装置100b中，使用材料MR2，而不使用材料MR1。材料MR2是成型为颗粒状的ABS树脂，具有比材料MR1大的最大外部尺寸。需要说明的是，最大外部尺寸指的是连接构成材料的外表面中的相隔最远的两点的直线的长度。从材料供给部400供给的材料MR2存积于材料存积部500b。需要说明的是，有时也将材料MR1称为第一材料，将材料MR2称为第二材料。

需要说明的是，由于材料MR2的最大外部尺寸比材料MR1的最大外部尺寸更大，所以在使用材料MR2时，与使用材料MR1时相比，材料在材料存积部500b内容易彼此干扰。因此，在使用材料MR2时，与使用材料MR1时相比，在材料存积部500b内容易发生架桥。

在本实施方式中，将hs3用作第一基准值，该hs3是比hs1小的高度的值，将hs4用作第二基准值，该hs4是比hs2小的高度的值。值由小到大依次为hs3、hs1、hs4、hs2。第一基准值hs3例如被规定为hs1、材料MR2的最大外部尺寸相对于材料MR1的最大外部尺寸的倍率、以及具有1以上的值的适当系数的积。需要说明的是，也可以同样地对比hs2来规定第二基准值hs4。

在材料存积部500b的主体部502设置有第一传感器510b和第二传感器515b。在本实施方式中，由于第一基准值和第二基准值的值与第一实施方式不同，所以第一传感器510b设置在高度hs3的位置处，第二传感器515b设置在高度hs4的位置处。需要说明的是，其他结构与第一实施方式中的第一传感器510和第二传感器515相同。

在本实施方式中，也可以执行与图5所示的材料供给处理相同的处理。需要说明的是，由于图6中的材料MR2的高度h不小于本实施方式中的第一基准值hs3，所以在这种情况下，不开始材料MR2的供给。

根据这种材料存积部500b的结构，也能够抑制在材料存积部500b内发生架桥。尤其是，在使用具有比材料MR1大的最大外部尺寸的材料MR2的情况下，在造型中滞留在材料存积部500b内的材料MR2的量比使用材料MR1时减少，并且能够抑制在材料存积部500b内发生架桥。

C.第三实施方式

图7是示出第三实施方式的三维造型装置100c中的材料存积部500c的结构的说明图。关于第三实施方式中的三维造型装置100c的、材料存积部500c以外的结构，由于与第一实施方式相同，所以省略说明。另外，关于材料存积部500c的未特别提及的部分，也是与第一实施方式的材料存积部500相同的结构。需要说明的是，与第一实施方式的三维造型装置100同样，在三维造型装置100c中使用材料MR1。

在本实施方式中，将hs5用作第一基准值。将第一基准值hs5规定为剩余量与第一基准值hs5相等时的材料MR1的高度h小于主体部502的高度的值。在本实施方式中，第一基准值hs5被规定为高度的值。需要说明的是，在本实施方式中，虽然在造型处理中没有使用第二基准值，但是也可以与第一实施方式、第二实施方式时同样，在造型处理中使用第二基准值。

在本实施方式中，虽然在主体部502的外部侧面设置有第一传感器510c，但是未设置第二传感器515。第一传感器510c设置在高度hs5的位置处。第一传感器510c的其他结构与第一实施方式中的第一传感器510相同。需要说明的是，当在造型处理中使用第二基准值时，也可以设置第二传感器515。另外，虽然在主体部502没有设置搅拌机构520，但是也可以设置有搅拌机构520。

图8是第三实施方式中的材料供给处理的工序图。该材料供给处理也与第一实施方式中的材料供给处理相同样，在进行三维造型物的造型期间被重复执行。需要说明的是，由于步骤S210和步骤S220与图5示出的第一实施方式中的造型处理的步骤S110和步骤S120相同，所以省略说明。

在步骤S230中，控制部700根据通过第一传感器510c检测到的残留状态来判定材料MR1的高度h是否大于等于第一基准值hs5。在这里，当判定为材料MR1的高度h不大于等于第一基准值hs5时，控制部700继续从材料供给部400向材料存积部500c供给材料MR1。

当在步骤S230中判定为材料MR1的高度h大于等于第一基准值hs5时，控制部700通过控制材料压送机构415来停止从材料供给部400向材料存积部500c供给材料MR1。需要说明的是，关于步骤S240，由于与步骤S140相同，所以省略说明。

根据这种材料存积部500c的结构，也能够抑制在材料存积部500c内发生架桥。尤其是，通过将第一基准值hs5决定为小于口部504的高度的值，能够抑制在口部504的上端附近发生架桥。

D.第四实施方式

图9是示出第四实施方式中的注射成型装置800的简要结构的说明图。本实施方式的注射成型装置800具备熔融部30d、喷嘴65、材料存积部500、注射控制机构810、模具部830以及合模装置840。

熔融部30d和材料存积部500的结构只要未特别提及则与第一实施方式相同。另外，与第一实施方式同样，将材料MR1从未图示的材料供给部400通过材料供给管420供给到材料存积部500。

如在第一实施方式中所说明的，熔融部30d具有平头螺杆40和桶50d。在本实施方式的桶50d的连通孔56处连接有后述的注射气缸811。熔融部30d在控制部850的控制下，使被供给至平头螺杆40的槽部42的材料的至少一部分塑化，生成具有流动性的糊状的熔融材料并将该熔融材料从连通孔56向注射控制机构810引导。

注射控制机构810具备注射气缸811、柱塞812以及柱塞驱动部813。注射控制机构810具有将注射气缸811内的熔融材料注射到后述的型腔Cv的功能。注射控制机构810在控制部850的控制下控制来自喷嘴65的熔融材料的注射量。注射气缸811是与桶50d的连通孔56连接的大致圆筒状的部件，在内部具备柱塞812。柱塞812在注射气缸811的内部滑动以将注射气缸811内的熔融材料压送到与熔融部30d连接的喷嘴65。柱塞812被马达所构成的柱塞驱动部813驱动。

模具部830具备可动模具831和固定模具832。可动模具831和固定模具832被设置为彼此相对，并且在它们之间具有与成型品的形状相应的空间、即型腔Cv。通过注射控制机构810对熔融材料进行压送并通过喷嘴65将该熔融材料注射到型腔Cv。

合模装置840具备模具驱动部841，具有执行对可动模具831和固定模具832进行开闭的功能。合模装置840在控制部850的控制下驱动模具驱动部841以使可动模具831移动而对模具部830进行开闭。

如上所述，由于上面说明的本实施方式的注射成型装置800具备与第一实施方式相同结构的材料存积部500，所以在注射成型中滞留在材料存积部500内的材料MR1的量减少，能够抑制在材料存积部500内发生架桥。

E.其他实施方式

(E-1)在上述实施方式中，将存积在材料存积部500内的材料MR1的高度h用作存积在材料存积部500内的材料MR1的剩余量。与此相对，例如，也可以将材料MR1的重量用作剩余量。在这种情况下，第一基准值为重量的值。在这种情况下，作为残留状态检测部，可以设置重量传感器而非光学式的第一传感器510，并通过重量传感器来检测材料MR1的重量以作为残留状态。作为剩余量判定部的控制部700通过比较由重量传感器检测到的材料MR1的重量和第一基准值，可以判定材料MR1的剩余量是否小于第一基准值。另外，剩余量也可以是存积在材料存积部500内的材料MR1的体积，第一基准值是体积的值。在这种情况下，例如，根据材料MR1的重量和材料MR1的每一个的体积可以检测出存积在材料存积部500内的材料MR1的体积。另外，也可以根据材料MR1的高度h和材料存积部500的开口面积来检测存积在材料存积部500内的材料MR1的体积。需要说明的是，关于第二基准值和第二传感器515，也可以与第一基准值和第一传感器510同样，采用上述的结构。

(E-2)在上述实施方式中，整个材料存积部500由透明的玻璃构成。与此相对，例如，也可以是仅材料存积部500的一部分、即主体部502由透明的玻璃构成。在这种情况下，优选能够通过设置在材料存积部500的外部的光学传感器来检测材料存积部500内的材料MR1的残留状态的部分为透明的部分。需要说明的是，例如，在通过从设置在材料存积部500内的上部的光学传感器朝向材料存积部500内的材料MR1照射激光来检测材料MR1的高度h以作为残留状态的情况下，也可以将整个材料存积部500设为不透明的结构。另外，也可以在残留状态检测部不以光学方式检测剩余量状态、例如是重量传感器的情况下，将整个材料存积部500设为不透明的结构。

(E-3)在上述实施方式中，控制部700作为剩余量判定部发挥作用。与此相对，也可以设置与控制部700分开的剩余量判定部。例如，第一传感器510也可以具有剩余量判定部。

(E-4)在上述实施方式中，例如也可以根据造型用数据来计算一层份的造型所需的材料MR1的量，并在存积在材料存积部500内的材料MR1的高度h小于高度hs1时，将计算出的量的材料MR1供给到材料存积部500。另外，既可以计算两层份的造型所需的材料MR1的量，也可以将造型一层份的工序分成多个过程并计算其中的一个过程所需的材料MR1的量。

(E-5)在上述实施方式中，材料存积部500具有倾斜部506。与此相对，例如，材料存积部500也可以不具有倾斜部506。

(E-6)在上述实施方式中，使用材料MR1时的第一基准值hs1比使用具有比材料MR1大的最大外部尺寸的材料MR2时的第一基准值hs3大。与此相对，例如，通过实验规定为合理值的第一基准值hs1也可以比第一基准值hs3小。另外，例如考虑材料MR1的最大外部尺寸和形状以及材料MR2的最大外部尺寸和形状来规定第一基准值hs1的结果也可以是第一基准值hs1小于第一基准值hs3。

(E-7)在上述实施方式中，将搅拌机构520设置为冲击产生部。与此相对，例如冲击产生部也可以是具有从外部对材料存积部500施加击打以使振动发生的活塞的机构。另外，也可以在材料存积部500的侧面设置空气孔，并将从外部通过空气孔向材料存积部500注入空气的机构设置为冲击产生部。

(E-8)在上述实施方式中，材料供给部400具有压缩机以作为材料压送机构415。与此相对，例如也可以在材料存积部500设置吸引泵以作为材料压送机构415。

(E-9)在上述实施方式中，控制部700控制材料压送机构415。与此相对，例如也可以在材料供给部400设置与控制部700分开的控制部，并由该控制部控制材料压送机构415。在这种情况下，设置于材料供给部400的控制部可以进行材料压送机构415的运行的开始及停止、输出的调整。

(E-10)在上述实施方式中，接收侧连接部530位于比供给侧连接部410更靠上方处。与此相对，既可以是接收侧连接部530位于比供给侧连接部410更靠下方处，也可以是接收侧连接部530和供给侧连接部410位于相同的高度处。

(E-11)在上述实施方式中，设置有材料供给管420。与此相对，也可以不设置材料供给管420。例如，当材料供给部400位于比材料存积部500更靠上方处时，可以通过使材料MR1从材料供给部400的下部向材料存积部500落下来而供给材料MR1。而且，在这种情况下，也可以不设置材料压送机构415。

F.其他方式

本发明不限于上述各实施方式，可以在不脱离其宗旨的范围内通过各种方式实现。例如，本发明能够以下面的方式实现。为解决本发明的技术问题的一部分或者全部，或者实现本发明的效果的一部分或者全部，与下面记载的各方式中的技术特征对应的上述各实施方式中的技术特征可以适当地进行替换、组合。另外，只要未在本说明书中说明该技术特征是必要特征，则可以适当删除。

(1)根据本发明的第一方式提供三维造型装置。三维造型装置具备：材料存积部，具备口部和筒状的主体部，所述材料存积部存积颗粒状的材料，所述口部位于所述主体部的下方并具有直径比所述主体部的最大内径小的孔；材料供给部，将所述材料供给到所述材料存积部的所述主体部；熔融部，使通过所述材料存积部的所述口部供给的所述材料熔融而作为造型材料；喷嘴，朝向工作台喷出所述造型材料；残留状态检测部，检测存积于所述材料存积部的所述材料的残留状态；剩余量判定部，根据所述残留状态来判定存积所述材料存积部的所述材料的剩余量是否小于第一基准值；以及控制部，当所述剩余量小于第一基准值时，通过控制所述材料供给部而向所述材料存积部供给所述材料，直至所述剩余量大于等于第一基准值，将所述第一基准值决定为所述剩余量与所述第一基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述主体部的上端的高度的值。

根据这样的方式，在造型过程中滞留在材料存积部内的材料的量减少，能够抑制在材料存积部内发生架桥。

(2)在上述方式的三维造型装置中，可以为，所述材料存积部的至少一部分是透明的，所述残留状态检测部是隔着所述材料存积部的透明的部分从所述材料存积部的外部光学式检测所述残留状态的光学传感器。根据这样的方式，能够不妨碍材料从材料存积部内向熔融部流动而检测残留状态。由此能够抑制在材料存积部内发生架桥。

(3)在上述方式的三维造型装置中，可以为，当所述剩余量小于所述第一基准值时，所述控制部通过控制所述材料供给部而向所述材料存积部供给所述材料，直至所述剩余量大于等于比所述第一基准值大的第二基准值，将所述第二基准值决定为所述剩余量与所述第二基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述主体部的上端的高度的值。根据这样的方式，能够在造型过程中维持材料存积部不被材料填满的状态。

(4)在上述方式的三维造型装置中，所述材料存积部可以具有倾斜部，所述倾斜部的内径从所述主体部朝向所述口部变小。根据这样的方式，能够抑制材料在口部的上端附近滞留。

(5)在上述方式的三维造型装置中，将第一材料用作所述材料时的所述第一基准值可以大于将具有比所述第一材料的最大外部尺寸大的最大外部尺寸的第二材料用作所述材料时的所述第一基准值。根据这样的方式，在造型过程中滞留在材料存积部内的第二材料的量比使用第一材料时减少，即使在使用具有比第一材料大的最大外部尺寸的第二材料的情况下，也能够抑制在材料存积部内发生架桥。

(6)在上述方式的三维造型装置中，可以将所述第一基准值决定为所述剩余量与所述第一基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述口部的上端的高度的值。根据这样的方式，能够抑制在口部的上端附近发生架桥。

(7)上述方式的三维造型装置可以具备冲击产生部，所述冲击产生部对存积于所述材料存积部的所述材料施加冲击。根据这样的方式，通过对材料存积部500内的材料施加冲击，能够抑制材料彼此发生干扰。

(8)上述方式的三维造型装置可以具备：材料供给管，将所述材料供给部与所述材料存积部相连；供给侧连接部，设置于所述材料供给部，并与所述材料供给管连接；接收侧连接部，设置于所述材料存积部，并与所述材料供给管连接；以及材料压送机构，通过所述材料供给管将所述材料从所述材料供给部压送到所述材料存积部，所述接收侧连接部位于比所述供给侧连接部更靠上方的位置。根据这样的方式，当材料压送机构停止时，与移动至材料存积部相比，材料供给管内的材料更易于向材料供给部移动，能够抑制将过多的材料供给到材料存积部。

(9)根据本发明的第二方式，提供注射成型装置。该注射成型装置具备：材料存积部，具有口部和筒状的主体部，所述材料存积部存积颗粒状的材料，所述口部位于所述主体部的下方并具有直径比所述主体部的最大内径小的孔；材料供给部，将所述材料供给到所述材料存积部的所述主体部；熔融部，将通过所述材料存积部的所述口部供给的所述材料熔融而作为造型材料；喷嘴，将所述造型材料注射到模具；残留状态检测部，检测存积于所述材料存积部的所述材料的残留状态；剩余量判定部，根据所述残留状态来判定存积于所述材料存积部的所述材料的剩余量是否小于第一基准值；以及控制部，当所述剩余量小于第一基准值时，通过控制所述材料供给部而向所述材料存积部供给所述材料，直至所述剩余量大于等于第一基准值。

根据这样的方式，在造型过程中滞留在材料存积部内的材料的量减少，并且能够抑制在材料存积部内发生架桥。

本发明不限于上述的三维造型装置、注射成型装置，能够以各种方式实现。例如，能够以三维造型物的造型方法、三维造型装置的控制方法、用于对三维造型物进行造型的计算机程序、记录有计算机程序的非暂时型的有形记录介质等方式实现。

Claims (9)

1.一种三维造型装置，其特征在于，具备：

材料存积部，具备口部和筒状的主体部，所述材料存积部存积颗粒状的材料，所述口部位于所述主体部的下方并具有直径比所述主体部的最大内径小的孔；

材料供给部，将所述材料供给到所述材料存积部的所述主体部；

熔融部，使通过所述材料存积部的所述口部供给的所述材料熔融而作为造型材料；

喷嘴，朝向工作台喷出所述造型材料；

残留状态检测部，检测存积于所述材料存积部的所述材料的残留状态；

剩余量判定部，根据所述残留状态来判定存积于所述材料存积部的所述材料的剩余量是否小于第一基准值；以及

控制部，当所述剩余量小于第一基准值时，通过控制所述材料供给部而向所述材料存积部供给所述材料，直至所述剩余量大于等于第一基准值，

将所述第一基准值决定为所述剩余量与所述第一基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述主体部的上端的高度的值。

2.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述材料存积部的至少一部是透明的，

所述残留状态检测部是隔着所述材料存积部的透明的部分从所述材料存积部的外部光学式检测所述残留状态的光学传感器。

3.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，

当所述剩余量小于所述第一基准值时，所述控制部通过控制所述材料供给部而向所述材料存积部供给所述材料，直至所述剩余量大于等于比所述第一基准值大的第二基准值，

将所述第二基准值决定为所述剩余量与所述第二基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述主体部的上端的高度的值。

4.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，

所述材料存积部具有倾斜部，所述倾斜部的内径从所述主体部朝向所述口部变小。

5.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，

将第一材料用作所述材料时的所述第一基准值大于将具有比所述第一材料的最大外部尺寸大的最大外部尺寸的第二材料用作所述材料时的所述第一基准值。

6.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，

将所述第一基准值决定为所述剩余量与所述第一基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述口部的上端的高度的值。

7.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，

所述三维造型装置具备冲击产生部，所述冲击产生部对存积于所述材料存积部的所述材料施加冲击。

8.根据权利要求1或2所述的三维造型装置，其特征在于，

所述三维造型装置具备：

材料供给管，将所述材料供给部与所述材料存积部相连；

供给侧连接部，设置于所述材料供给部，并与所述材料供给管连接；

接收侧连接部，设置于所述材料存积部，并与所述材料供给管连接；以及

材料压送机构，通过所述材料供给管将所述材料从所述材料供给部压送到所述材料存积部，

所述接收侧连接部位于比所述供给侧连接部更靠上方的位置。

9.一种注射成型装置，其特征在于，具备：

材料存积部，具备口部和筒状的主体部，所述材料存积部存积颗粒状的材料，所述口部位于所述主体部的下方并具有直径比所述主体部的最大内径小的孔；

材料供给部，将所述材料供给到所述材料存积部的所述主体部；

熔融部，使通过所述材料存积部的所述口部供给的所述材料熔融而作为造型材料；

喷嘴，将所述造型材料注射到模具；

残留状态检测部，检测存积于所述材料存积部的所述材料的残留状态；

剩余量判定部，根据所述残留状态来判定存积于所述材料存积部的所述材料的剩余量是否小于第一基准值；以及

控制部，当所述剩余量小于第一基准值时，通过控制所述材料供给部而向所述材料存积部供给所述材料，直至所述剩余量大于等于第一基准值，

将所述第一基准值决定为所述剩余量与所述第一基准值相等时的存积于所述材料存积部的所述材料的高度小于所述主体部的上端的高度的值。

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