CN112584997A - 成形装置、成形方法和成形品的制造方法 - Google Patents

成形装置、成形方法和成形品的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供顺利地进行成形操作、不易产生不良品的成形技术。一种成形装置，其具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热装置，所述成形装置具备防止成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融的防止机构。

Description

成形装置、成形方法和成形品的制造方法
技术领域
本发明涉及成形技术。
背景技术
作为树脂制成形品的材料，已知有复合材料。例如，有纤维增强树脂(FRP(FiberReinforced Plastics)：无机纤维增强塑料(例如碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GFRP)、其它的陶瓷纤维增强塑料)、金属纤维增强塑料、有机纤维增强塑料(例如芳纶纤维增强塑料、天然纤维(例如纤维素纤维)增强塑料)、含导电性纤维(碳纤维或金属纤维等)的树脂。树脂例如为热塑性树脂或热固性树脂。
使用各种材料的挤出成形、注射成形等成形技术也是周知的。近年来，提出了增材制造技术(Additive manufacturing：3D打印机(3D printer)模塑技术)。该技术在“平成25年度特许出愿技术动向调查报告书(概要)3D打印机”中进行了如下说明。3D打印机(增材制造技术)是指通过附着材料而根据三维形状的数值显示来制作物体的工序。很多情况下，通过在层上叠放层来实现。3D打印机的显示根据输出在纸上的二维对比来使用。ASTM F2792-12a(Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies)中，使用了增材制造技术(Additive manufacturing)的术语。例如，由MarkForged公司提出了CFRP用的3D打印机。通过成为包含纤维的材料形态，展示了从以往的自由模塑的概念向自由纤维取向的想法的扩展。因此，即使在前述航空航天行业、汽车行业中，也尝试了通过增材制造技术来开发CFRP产品。即使在机械零件行业中，也尝试了通过增材制造技术来开发CFRP产品。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-78205号公报
专利文献2：日本特开2016-172317号公报
发明内容
发明要解决的问题
图9示出成形装置(3D打印机)。该图9为喷嘴部附近的部分的概要图。该图中，100为CFRP。该CFRP100为线材(绳状或者线状的材料)。101为挤出机，102为切断装置，103为引导构件(导管)，104为注射喷嘴部，105为加热器。注射喷嘴部104为金属制。金属制注射喷嘴部104具有喷嘴口104A。加热器105内置于金属制注射喷嘴部104。当然，也可以不是内置型。加热器105的热在金属制注射喷嘴部104中高效传导。其结果，喷嘴口104A位置的CFRP100中的树脂发生熔融(熔化)。然后，被供给至台106并固定。如此，形成CFRP制的布线。
然而，发现前述装置具有如下的问题。即，前述线材100的供给(行进(拉出：送出))操作不顺利。
本发明人查明了前述问题的原因。其结果发现是由如下原因导致的：前述线材100的树脂在引导构件103中熔融或者流动化，其附着堆积于引导构件103的孔内壁面。
因此，本发明要解决的问题是提供顺利地进行成形操作、不易产生不良品的成形技术。
基于前述见解，达成了本发明。
用于解决问题的方案
本发明提出一种成形装置，
其为具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热装置的成形装置，
其构成有防止成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融的防止机构。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述防止机构优选为温度上升防止机构，来自前述加热装置的热由于前述温度上升防止机构而难以传导至前述引导构件。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述温度上升防止机构优选具备引导构件的冷却机构，该冷却机构防止成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述冷却机构具备热导率为10W/m·k以上的引导构件。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，其具备对前述引导构件设有冷却翅片或者冷却水供给机构的冷却机构。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述温度上升防止机构优选具备引导构件的绝热机构，该绝热机构防止成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述绝热机构优选为设置在前述加热装置与前述引导构件之间的绝热构件。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述绝热构件例如为选自气体、液体、固体的组中的一种或两种以上。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述气体例如为选自空气、氮气和二氧化碳的组中的一种或两种以上。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述液体例如为水或水溶液。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述固体例如为非金属材料。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述绝热机构优选为设置在前述加热装置与前述引导构件之间的间隙。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述间隙优选为喷嘴口的最大内径尺寸的3～500％。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述防止机构优选为冷却机构。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述冷却机构优选为送风机构。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述冷却机构优选为冷却水供给机构。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述防止机构优选为散热机构。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述成形材料为含纤维的树脂、优选为混纤丝。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，前述成形材料为含导电性纤维的树脂。
本发明提出了一种成形装置，其为前述成形装置，优选具备对前述喷嘴部的喷嘴口进行清洁的清洁机构。
本发明提出了一种成形装置，其为具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热前述喷嘴部的加热装置的成形装置，前述成形材料为含纤维的树脂，前述喷嘴部具备喷嘴口和与前述喷嘴口连通的孔，以前述喷嘴部的前述孔的内径大于前述引导构件的外径的方式构成，前述引导构件的前端侧朝向前述喷嘴口地配置，并且在前述引导构件与前述喷嘴部之间设置有间隙，即使在利用前述加热装置对前述喷嘴部进行加热时，也防止前述成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融。
本发明提出一种成形装置，其为具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热前述喷嘴部的加热装置的成形装置，前述成形材料为含纤维的树脂，前述喷嘴部具备喷嘴口和与前述喷嘴口连通的孔，以前述喷嘴部的前述孔的内径大于前述引导构件的外径的方式构成，前述引导构件的前端侧配置在前述喷嘴部的前述孔内，并且在前述引导构件与前述喷嘴部之间设置有间隙，即使在利用前述加热装置对前述喷嘴部进行加热时，也防止前述成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融。
本发明提出一种成形装置，其为具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热前述喷嘴部的加热装置的成形装置，前述成形材料为含纤维的树脂，前述喷嘴部具备喷嘴口和与前述喷嘴口连通的孔，前述引导构件为管状构件，以前述喷嘴部的前述孔的内径大于前述管状构件的外径的方式构成，前述管状构件的前端侧朝向前述喷嘴口地配置，并且在前述管状构件与前述喷嘴部之间设置有间隙，即使在利用前述加热装置对前述喷嘴部进行加热时，也防止前述成形材料在通过前述管状构件的孔内的过程中发生熔融。
本发明提出一种成形装置，其为具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热前述喷嘴部的加热装置的成形装置，前述成形材料为含纤维的树脂，前述喷嘴部具备喷嘴口和与前述喷嘴口连通的孔，前述引导构件为管状构件，前述管状构件的前端侧朝向前述喷嘴口而配置于前述孔内，所述成形装置构成有防止前述成形材料在通过前述管状构件的孔内的过程中发生熔融的防止机构。
本发明提出一种成形方法，其为利用具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热装置的成形装置的成形方法，
所述方法以利用前述加热装置的热而使通过前述喷嘴部的前述成形材料熔融、且成形材料在通过前述引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
本发明提出一种成形方法，
其为利用前述成形装置的成形方法，
所述方法以利用加热装置的热而使通过喷嘴部的成形材料熔融、且成形材料在通过引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
本发明提出一种成形品的制造方法，
其为利用具备喷嘴部、向前述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热装置的成形装置的成形品的制造方法，
所述方法以利用前述加热装置的热而使通过前述喷嘴部的前述成形材料熔融、且成形材料在通过前述引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
本发明提出一种成形品的制造方法，
其为利用上述成形装置的成形品的制造方法，
所述方法以利用加热装置的热而使通过喷嘴部的成形材料熔融、且成形材料在通过引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
前述成形品优选为布线。
发明的效果
根据本发明，顺利地进行成形操作，作为成形品不易产生不良品。
例如，使用含导电材料的树脂制线材来形成布线的情况下，前述布线的尺寸的不均匀较少。因此，由位置的不同所导致的电阻的不均匀较少，形成高品质的布线。
本发明能够简单地实施。
附图说明
图1为本发明的第1实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图2为本发明的第2实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图3为本发明的第3实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图4为本发明的第4实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图5为本发明的第5实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图6为本发明的第6实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图7为本发明的第7实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图8为本发明的第8实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图9为本发明以外的成形装置的喷嘴部附近的概要图
图10为对本发明的第1～8实施方式的喷嘴部的喷嘴口进行清洁的清洁机构的概要图
具体实施方式
对本发明的实施方式进行说明。
第1的本发明为成形装置。前述成形装置具备喷嘴部。该喷嘴部例如为金属制。也可以为非金属制。前述成形装置具备引导构件。前述引导构件的一部分(例如前端侧)配置在前述喷嘴部内。例如，前述引导构件的前端侧朝向前述喷嘴部的喷嘴口而配置。利用前述引导构件，成形材料被引导至前述喷嘴部。从前述喷嘴部的喷嘴口出来的成形材料被供给至目标物(目标)。前述成形材料为线(line)状。线状是指具有长度。是指不是粒状。前述成形材料例如为导电性树脂。也可以为非导电性树脂。是导电性还是非导电性取决于成形对象是什么。形成布线的情况下，前述成形材料通常为导电性。不形成布线的情况下，前述成形材料可以不是导电性。当然，也可以是导电性。前述成形装置具备加热装置(加热手段)。前述加热装置与前述喷嘴部可以构成为一体。例如，前述喷嘴部可以为内置有加热装置(加热器)的类型。前述喷嘴部为金属制的情况下，加热器内置于前述喷嘴部时，前述加热器的热会高效传导至前述喷嘴部的喷嘴口。
成形材料包含热塑性树脂的情况下，其结果，从喷嘴口出来的成形材料发生加热·熔融。该熔融的成形材料抵接于目标物(基体：目标)时被冷却，并固定于前述目标物。另外，也有时热塑性树脂发生加热·熔融并从喷嘴口出来。该情况下，也有时从喷嘴口出来的成形材料在抵接目标物之前，在空气中被冷却。
前述成形装置具备防止成形材料发生熔融的防止机构。前述防止机构防止成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融。即，成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融时，也有时成形材料熔接在前述引导构件的内壁面。这样一来，成形材料变得无法顺利行进。在成形材料的熔接位置，引导构件的孔的内径变小。这样一来，成形材料的供给量也变少。在成形为布线的情况下，布线的宽度(厚度)变小，电阻变大。
成形材料包含热固性树脂的情况下，因加热而导致热固性树脂的流动性增加时，有时成形材料附着在前述引导构件的内壁面，当场发生固化。这样一来，成形材料变得无法顺利行进。在成形材料的附着位置，引导构件的孔的内径变小。这样一来，成形材料的供给量也变少。在成形为布线的情况下，布线的宽度(厚度)变小，电阻变大。
前述防止机构例如为温度上升防止机构。来自前述加热装置的热由于前述温度上升防止机构而难以传导至前述引导构件。
前述防止机构(前述温度上升防止机构)为引导构件的冷却机构，其防止成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融。例如为前述冷却机构具备热导率为10W/m·k以上的引导构件的成形装置。例如为对前述引导构件设有送风机构或者冷却水供给机构的冷却机构。通过具备热导率为10W/m·k以上(优选热导率为10～300W/m·k)的引导构件，且对引导构件设置送风机构或者冷却水供给机构，从而能够提高引导构件的防止温度上升的效果。引导构件选择导热系数高的构件。例如可列举出塑料、金属等。作为导热系数高的塑料，可列举出填充有导热性高的填料的塑料作为优选例。作为填料，可列举出炭黑、碳纤维、碳纳米纤维、碳管、碳纳米管、碳纳米角、富勒烯、金属纤维、金属粉末、金属鳞片等。
前述防止机构(前述温度上升防止机构)例如为绝热机构。例如为设置在前述加热装置与前述引导构件之间的绝热构件。前述绝热构件为选自气体、液体、固体的组中的一种或两种以上，优选气体。前述气体可以是任意的。即，气体的导热系数远远小于金属的导热系数。例如为空气、氮气、二氧化碳。从成本出发选择空气。在前述加热装置与前述引导构件之间存在气体时，来自前述加热装置的热难以传导至前述引导构件。因此，前述引导构件不会达到高的温度(通过前述引导构件的成形材料会发生熔融的温度)。前述液体也可以是任意的。液体的导热系数远远小于金属的导热系数。例如从处理性、成本方面出发，选择水或水溶液。前述固体为非金属材料。有导热系数小的金属。例如与Ag、Cu相比，镍银、锰镍铜合金(manganin)、伍德合金的导热系数小。但是，这些金属为特殊金属，从成本方面出发采用的可能性小。非金属材料与金属材料相比通常导热系数小。作为前述导热系数小的非金属材料，例如可列举出金属氧化物(例如FeO、Fe2O3、MgO等。当然不限定于这些)。也可列举出石棉、石蜡、云母、沥青、水泥、混凝土、砖、粘土、玻璃、软木、橡胶、毡、丝绸、法兰绒、木材、塑料(也包括发泡塑料。)等。本发明中，可列举出玻璃棉作为优选例。另外，水泥、粘土等也由于重量相对轻且具有耐热性而优选。即，即使前述液体、固体存在于前述加热装置与前述引导构件之间，来自前述加热装置的热也难以传导至前述引导构件。例如，预先使前述固体、液体存在于金属制喷嘴部的一部分(期望位置：位于前述引导构件与前述加热装置(加热器)之间的位置)时，来自前述加热装置的热难以传导至前述引导构件。话虽如此，但从实施容易性、成本的观点出发，最优选的是在前述加热装置与前述引导构件之间预先设有间隙。该间隙中通常存在空气。通过该间隙(空气)的存在，来自前述加热装置的热难以传导至前述引导构件。前述间隙优选为喷嘴口的最大内径尺寸的3％以上。通过将前述间隙设为3％以上，能够使热更难以传导至前述引导构件。因此，最优选为15％以上。进一步优选为30％以上。通过减小前述间隙，能够实现装置的小型化。因此，前述间隙优选为500％以下。最优选为200％以下。进一步优选为100％以下。前述间隙的值(尺寸)是指最短距离。该最短距离a在图1、7中进行图示。
作为前述防止机构，考虑了冷却机构。例如为送风机构。来自前述送风机构的风被吹送至前述引导构件。其结果，前述引导构件的温度不会变高。前述引导构件的温度例如维持在室温左右(例如50℃以下、优选15～40℃)。设有前述送风机构的情况下，会存在前述间隙。该情况下，前述间隙小于前述尺寸亦可。冷却水供给机构也可以代替前述送风机构。例如在前述引导构件的周围预先配置管道，将水供给至前述管道内。如此操作，前述引导构件的温度也不会变高。即，防止成形材料在通过前述引导构件的过程中发生熔融。
作为前述防止机构，考虑了散热机构。在前述引导构件上设有散热板时，即使前述引导构件暂时被加热，前述引导构件的温度也会立即下降。其结果，通过前述引导构件的过程中的成形材料不会熔融。
前述成形装置优选具备对前述喷嘴部的喷嘴口进行清洁的清洁机构。
前述成形材料为树脂。树脂可以为任意的树脂。可使用热固性树脂。可使用热塑性树脂。可以仅使用其中的任一者。也可以组合使用。树脂可以为一种，也可以为两种以上。本发明中，优选热塑性树脂。前述成形材料为线状。线状也可以为纤维(丝(yarn)或长丝(filament))状。纤维状的情况下，例如可列举出所谓混纤丝(例如参照WO2016/167136A1)。混纤丝的情况下，可以采用WO2016/167136A1中公开的技术。前述树脂优选具有官能团(反应性基团：极性基团)。通过具有官能团，有机械物性进一步提高的倾向。作为官能团，可例示出氨基、羧基、羟基、氰酰基、缩水甘油基、硫醇基、(甲基)丙烯酰基。也可以使用不具有官能团(反应性基团：极性基团)的树脂。
作为本发明中使用的混纤丝的一个实施方式，可例示出由无机纤维和树脂纤维(优选热塑性树脂纤维)构成、且增强纤维的分散度为60％以上、且树脂纤维的浸渗率为10％以下的混纤丝。
热固性树脂有仅由热固性树脂组成的情况以及以热固性树脂作为主成分的情况。本发明中，任一情况均可。本发明(本说明书)中，热固性树脂一词在没有特别说明的情况下包括仅由热固性树脂组成的情况、以热固性树脂作为主成分的情况这两者。热固性树脂为主成分是指热固性树脂为50质量％以上的情况。优选为80质量％以上。进一步优选为90质量％以上。
作为热固性树脂，例如可例示出环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、酚醛树脂、马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂、双环戊二烯树脂等。
热塑性树脂有仅由热塑性树脂组成的情况以及以热塑性树脂作为主成分的情况。本发明中，任一情况均可。本发明(本说明书)中，热塑性树脂一词在没有特别说明的情况下包括仅由热塑性树脂组成的情况、以热塑性树脂作为主成分的情况这两者。热塑性树脂为主成分是指热塑性树脂为50质量％以上的情况。优选为80质量％以上。进一步优选为90质量％以上。
作为热塑性树脂，例如可例示出聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、热塑性聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚缩醛树脂(聚甲醛树脂)、聚碳酸酯树脂、(甲基)丙烯酸类树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚腈树脂、苯氧基树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚酮树脂、聚醚酮树脂、热塑性氨基甲酸酯树脂、氟系树脂、热塑性聚苯并咪唑树脂等。
作为前述聚烯烃树脂，例如可例示出聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚丁二烯树脂、聚甲基戊烯树脂、氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、乙酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇树脂等。
作为前述聚苯乙烯树脂，例如可例示出聚苯乙烯树脂、丙烯腈-苯乙烯树脂(AS树脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS树脂)等。
作为前述聚酰胺树脂，例如可例示出聚酰胺6树脂(尼龙6)、聚酰胺11树脂(尼龙11)、聚酰胺12树脂(尼龙12)、聚酰胺46树脂(尼龙46)、聚酰胺66树脂(尼龙66)、聚酰胺610树脂(尼龙610)等。作为属于前述聚酰胺系树脂之一的尼龙(以下有时简写为“PA”)，可例示出PA6(也称为聚己酰胺、聚己内酰胺、聚ε-己内酰胺)、PA26(聚己二酰乙二胺)、PA46(聚己二酰丁二胺)、PA66(聚己二酰己二胺)、PA69(聚壬二酰己二胺)、PA610(聚癸二酰己二胺)、PA611(聚十一烷二酰己二胺)、PA612(聚十二烷二酰己二胺)、PA11(聚十一酰胺)、PA12(聚十二酰胺)、PA1212(聚十二烷二酰十二烷二胺)、PA6T(聚对苯二甲酰己二胺)、PA6I(聚间苯二甲酰己二胺)、PA912(聚十二烷二酰壬二胺)、PA1012(聚十二烷二酰癸二胺)、PA9T(聚对苯二甲酰壬二胺)、PA9I(聚间苯二甲酰壬二胺)、PA10T(聚对苯二甲酰癸二胺)、PA10I(聚间苯二甲酰癸二胺)、PA11T(聚对苯二甲酰十一烷二胺)、PA11I(聚间苯二甲酰十一烷二胺)、PA12T(聚对苯二甲酰十二烷二胺)、PA12I(聚间苯二甲酰十二烷二胺)、聚酰胺XD6(聚己二酰间苯二甲胺)、聚酰胺XD10(聚癸二酰苯二甲胺)等。
作为前述聚酯树脂，例如可例示出聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯树脂、液晶聚酯等。
作为前述(甲基)丙烯酸类树脂，例如可例示出聚甲基丙烯酸甲酯。
作为前述改性聚苯醚树脂，例如可例示出改性聚苯醚等。
作为前述热塑性聚酰亚胺树脂，例如可例示出热塑性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂等。
作为前述聚砜树脂，例如可例示出改性聚砜树脂、聚醚砜树脂等。
作为前述聚醚酮树脂，例如可例示出聚醚酮树脂、聚醚醚酮树脂、聚醚酮酮树脂等。
作为前述氟系树脂，例如可例示出聚四氟乙烯等。
作为含纤维的树脂(纤维增强树脂)中的纤维，可列举出无机纤维。可以为有机纤维。也可以为两者的组合使用。关于前述纤维的纤维长度，特别优选具有超过30mm的纤维长度的连续增强纤维。本发明中使用的连续增强纤维的平均纤维长度没有特别限制，从使成形加工性良好的观点出发，优选0.05～20000m的范围。更优选为100～10000m、进一步优选为1000～7000m。本发明中的纤维的长度在没有特别说明的情况下为重均纤维长度。前述纤维的平均纤维直径优选为3μm以上、更优选为4μm以上、进一步优选为5μm以上。另外，前述纤维的数均纤维直径优选为50μm以下、更优选为20μm以下、进一步优选为12μm以下。前述平均纤维直径为单丝的直径。
作为前述无机纤维的例子，例如可列举出碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、玻璃纤维、金属纤维等，优选碳纤维和玻璃纤维。不限定于这些。
作为前述碳纤维，可例示出聚丙烯腈(PAN)系碳纤维、石油·煤沥青系碳纤维、人造丝系碳纤维、纤维素系碳纤维、木质素系碳纤维、酚系碳纤维、气相沉积系碳纤维等。这些之中可适宜使用一种或两种以上。使用的碳纤维优选拉伸模量为100GPa～1000GPa。碳纤维的形态没有特别限定。碳纤维的形态可以为连续纤维，也可以为不连续纤维。作为连续纤维，例如可列举出使碳纤维沿一个方向配置而成的材料(单向材料)。作为使用不连续纤维的情况，可列举出例如碳纤维以沿特定方向取向的方式配置在树脂中而成的材料、在面内方向随机分散地配置而成的材料等。碳纤维可以为单丝状、纤维束状、两者的混合物。碳纤维通常呈现数千～数万条长丝聚集而成的纤维束状。使用碳纤维束作为碳纤维的情况下，若直接使用碳纤维束，则有时纤维束的缠结部局部变厚，难以获得具有薄端面的碳纤维增强树脂加工品。因此，使用碳纤维束作为碳纤维时，优选将碳纤维束加宽或开纤来使用。
作为前述金属纤维的例子，例如可列举出Al纤维、Au纤维、Ag纤维、Fe纤维、不锈钢纤维等。
作为有机纤维的例子，例如可列举出芳纶纤维、芳香族聚酰胺纤维、纤维素纤维、聚乙烯纤维、聚(对亚苯基苯并双噁唑)纤维(Zylon(东洋纺株式会社制))等。
前述纤维可以用处理剂进行过处理。作为前述处理剂，可列举出集束剂。可列举出表面处理剂。例如可列举出日本特许第4894982号公报中公开的处理剂。前述纤维表面的处理剂与前述树脂的官能团(反应性基团：极性基团)发生了反应的情况下，是便利的。
前述处理剂例如选自环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、硅烷偶联剂、水不溶性聚酰胺树脂及水溶性聚酰胺树脂的组中。优选选自环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、水不溶性聚酰胺树脂及水溶性聚酰胺树脂的组中。可以为一种，也可以使用两种以上。
作为前述环氧树脂，可列举出缩水甘油基化合物(例如环氧烷、二环氧烷、双酚A-缩水甘油醚、双酚A-缩水甘油醚的二聚体、双酚A-缩水甘油醚的三聚体、双酚A-缩水甘油醚的低聚物、双酚A-缩水甘油醚的聚合物、双酚F-缩水甘油醚、双酚F-缩水甘油醚的二聚体、双酚F-缩水甘油醚的三聚体、双酚F-缩水甘油醚的低聚物、双酚F-缩水甘油醚的聚合物、硬脂基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、环氧乙烷月桂醇缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚等)、缩水甘油酯化合物(例如苯甲酸缩水甘油酯、对甲苯甲酸缩水甘油酯、硬脂酸缩水甘油酯、月桂酸缩水甘油酯、棕榈酸缩水甘油酯、油酸缩水甘油酯、亚油酸缩水甘油酯、亚麻酸缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯等)、缩水甘油胺化合物(例如四缩水甘油基氨基二苯基甲烷、三缩水甘油基氨基苯酚、二缩水甘油基苯胺、二缩水甘油基甲苯胺、四缩水甘油基间苯二甲胺、三缩水甘油基氰尿酸酯、三缩水甘油基异氰脲酸酯等)。
作为前述氨基甲酸酯树脂，例如可列举出多元醇、油脂与多元醇进行酯化而得到的多元醇、及多异氰酸酯与具有OH基的化合物进行反应而得到的氨基甲酸酯树脂。
作为前述多异氰酸酯，可列举出脂肪族异氰酸酯(例如1,4-四亚甲基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、2,8-二异氰酸酯甲基己酸酯等)、脂环族二异氰酸酯(例如3-异氰酸根合甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯、甲基环己基-2,4-二异氰酸酯等)、芳香族二异氰酸酯(例如亚甲苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,5-萘二异氰酸酯、二苯基甲基甲烷二异氰酸酯、四烷基二苯基甲烷二异氰酸酯、4,4-二苄基二异氰酸酯、1,3-苯二异氰酸酯等)、卤化二异氰酸酯(例如氯化二异氰酸酯类、溴化二异氰酸酯)。前述多异氰酸酯可以为一种，也可以为两种以上。
作为前述多元醇，可列举出通常在氨基甲酸酯树脂的制造中使用的多元醇。例如，可列举出二乙二醇、丁二醇、己二醇、新戊二醇、双酚A、环己烷二甲醇、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚酯多元醇、聚己内酯、聚四亚甲基醚二醇、聚硫醚多元醇、聚缩醛多元醇、聚丁二烯多元醇、呋喃二甲醇等。前述多元醇可以为一种，也可以为两种以上。
作为前述硅烷偶联剂，例如可列举出三烷氧基或三芳氧基硅烷化合物(例如氨基丙基三乙氧基硅烷、苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、缩水甘油基丙基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等)、脲基硅烷、硫化物硅烷、乙烯基硅烷、咪唑硅烷等。前述硅烷偶联剂可以为一种，也可以为两种以上。
前述水不溶性聚酰胺树脂是在25℃下将1g聚酰胺树脂添加至100g水中的情况下99质量％以上不溶解的聚酰胺树脂。使用前述水不溶性聚酰胺树脂的情况下，优选使粉末状的水不溶性聚酰胺树脂分散(或悬浊)在水(或有机溶剂)中来使用。可以在这种粉末状的水不溶性聚酰胺树脂的分散物(或悬浊液)中浸渍混纤维束来使用，使其干燥而制成混纤丝。
作为水不溶性聚酰胺树脂，可列举出聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺610、聚酰胺11、聚酰胺12、苯二甲胺系聚酰胺树脂(优选聚己二酰苯二甲胺、聚癸二酰苯二甲胺)等。或者，可列举出前述共聚物。前述聚酰胺树脂的粉体可以利用表面活性剂(例如非离子系、阳离子系、阴离子系、或者它们的混合物)进行了乳化分散。作为水不溶性聚酰胺树脂(水不溶性尼龙乳液)的市售品，例如可列举出SEPOLSION PA(住友精化株式会社制)、Michem Emulsion(Michaelman公司制)。
前述水溶性聚酰胺树脂是在25℃下将1g聚酰胺树脂添加至100g水中的情况下99质量％以上溶解于水的聚酰胺树脂。作为水溶性聚酰胺树脂，可列举出丙烯酸接枝化N-甲氧基甲基化聚酰胺树脂、赋予有酰胺基的N-甲氧基甲基化聚酰胺树脂等改性聚酰胺。作为水溶性聚酰胺树脂的市售品，可列举出例如AQ-尼龙(东丽株式会社制)、TORESIN(NagaseChemteX Corporation制)。
前述处理剂的量优选为增强纤维(例如碳纤维等)的0.001～1.5质量％。更优选为0.1～1.2质量％。进一步优选为0.5～1.1质量％。通过采用这种范围，增强纤维的分散度提高。
利用处理剂的处理方法可以采用公知的方法。例如，在处理剂溶液中浸渍前述纤维。由此，在纤维表面附着处理剂。也可以采用向纤维表面吹送处理剂的方法。也可以使用已经用表面处理剂(或处理剂)处理过的纤维。也可以对附着有表面处理剂(或处理剂)的市售的纤维进行清洗，再次附着表面处理剂(或处理剂)。
长度超过30mm的纤维的比例优选为30体积％以上。更优选为40体积％以上。进一步优选为45体积％以上。或者优选为30质量％以上。更优选为42质量％以上。进一步优选为55质量％以上。对上限值没有特别限制。作为一个基准，例如可列举出70体积％。优选列举出60体积％。或者优选列举出80质量％。
作为前述混纤丝中使用的优选树脂，可列举出热塑性树脂。例如，可列举出聚烯烃树脂(例如聚乙烯、聚丙烯等)、聚酰胺树脂、聚酯树脂(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)、聚碳酸酯树脂、聚甲醛树脂、聚醚酮、聚醚砜、热塑性聚醚酰亚胺等。聚酰胺树脂为优选的树脂，更优选由70摩尔％以上为苯二甲胺的二胺成分与70摩尔％以上为碳数4～20的α,ω-直链脂肪族二羧酸(优选癸二酸和/或己二酸)的二羧酸成分构成的聚酰胺树脂。
前述热塑性树脂组合物可以包含弹性体成分。作为弹性体成分，例如可列举出聚烯烃系弹性体、二烯系弹性体、聚苯乙烯系弹性体、聚酰胺系弹性体、聚酯系弹性体、聚氨基甲酸酯系弹性体、氟系弹性体、硅系弹性体等。优选为聚烯烃系弹性体及聚苯乙烯系弹性体。也优选在自由基引发剂的存在下(或不存在自由基引发剂的条件下)，用α,β-不饱和羧酸及其酸酐、丙烯酰胺以及它们的衍生物等改性而得到的改性弹性体。这些弹性体用于赋予对于聚酰胺树脂的相容性。使用前述弹性体的情况下，弹性体成分的配混量优选为热塑性树脂组合物的5～25质量％。
在不损害本发明的目标/效果的范围内，前述热塑性树脂组合物中可以添加各种添加剂(例如抗氧化剂、热稳定剂等稳定剂、耐水解性改良剂、耐候稳定剂、消光剂、紫外线吸收剂、成核剂、增塑剂、分散剂、阻燃剂、抗静电剂、防着色剂、抗胶凝剂、着色剤、脱模剂等)。详细而言，可以参考日本特许第4894982号公报的记载(援引至本申请说明书)。前述热塑性树脂组合物可以包含填料。但是，优选不含填料。具体而言，热塑性树脂组合物中的填料的含量优选为3质量％以下。
前述树脂与前述纤维的配混比例根据作为目标的产品而变化。难以一概地确定。但是，优选(前述纤维)/(前述树脂)为1/99～90/10(质量比)。更优选为10/90以上。更优选为80/20以下。
第2的本发明为成形方法。前述成形方法为利用具备喷嘴部、向前述喷嘴部引导成形材料的引导构件、以及加热装置的成形装置的成形方法。例如为利用前述成形装置的成形方法。前述成形方法中，以利用前述加热装置的热使通过前述喷嘴部的前述成形材料发生熔融的方式进行加热(控制)。例如，以前述成形材料在通过前述喷嘴部的喷嘴口的过程中(特别是通过后)发生熔融的方式进行加热(控制)。并且，以成形材料在通过前述引导构件的过程中不因前述加热装置的热而发生熔融的方式进行控制。
以下具体说明本发明。下述实施例不过是本发明的一实施例。本发明不限定于下述实施例。即，不显著损害本发明的特长的变形/·应用例也包括在本发明之内。
图1为本发明的第1实施方式的成形装置(3D打印机)的喷嘴部附近的概要图。
图1中，1为CFRP。该CFRP1为线材。2为挤出机，3为切断装置，4为引导构件(导管：引导管道)，5为注射喷嘴部，6为加热器。注射喷嘴部5为金属制。金属制注射喷嘴部5具有喷嘴口5A。加热器6内置于金属制注射喷嘴部5。当然，也可以不是内置型。加热器6的热在金属制注射喷嘴部5高效传导。其结果，喷嘴口5A位置的CFRP1发生熔融。然后，供给至台(基体)7并固定。如此，形成CFRP制的布线8。
图9的成形装置中，引导构件103与金属制注射喷嘴部104密合。即，金属制注射喷嘴部104中的引导构件103插入孔的内壁面与引导构件103的外壁面之间没有间隙。因此，引导构件103自身被加热器105加热。另外，喷嘴口104A的位置也被加热。
与此相对，第1实施方式的成形装置(图1的装置)中，引导构件4与金属制注射喷嘴部5之间设有间隙9。两者没有密合。在该间隙9中通常存在有空气。因此，即使加热器6的热(加热器6的发热温度例如为100～400℃)传导至金属制注射喷嘴部5的表面，由于前述间隙(空气层)9的存在，也使前述热被阻挡。即，通过引导构件4的过程中的CFRP1的树脂不会因加热器6的热而发生熔融。即使由于加热器6的热而使通过引导构件4的过程中的CFRP1被加热，其加热温度也不高。通过引导构件4的过程中的CFRP1不会熔融，因此，CFRP1也不会固定于引导构件4的内壁面(孔的内壁面)4A。换言之，引导构件4的孔不会堵塞。CFRP1在引导构件4的孔内顺利移动。成形操作顺利进行。不易产生不良品。加热器6的热高效传导至金属制注射喷嘴部5的表面，因此与喷嘴口5A接触的CFRP1发生熔融。
前述第1实施方式的成形装置(图1的装置)中，引导构件4的内径(孔径)为1.0mm、外径为1.4mm。喷嘴口5A位置与引导构件4前端处之间的距离(最短距离)a为0.2mm，金属制注射喷嘴部5中的引导构件4插入孔的内壁面与引导构件4的外壁面之间的距离b为0.3mm。喷嘴口5A的内径c为2.5mm。
图2为本发明的第2实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图。
本实施方式中，在引导构件4设有金属制板(散热板：散热片)10。散热片从机械加工性和导热性的观点出发优选铝。
本实施方式中，只不过是在第1实施方式的成形装置的引导构件4上设置了金属制板(散热板：散热片)10，因此省略其它详细说明。对同一部分标注了同一符号。
图3为本发明的第3实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图。
本实施方式中，在引导构件4设有加热器(预加热装置)11。该加热器11只不过将通过引导构件4的过程中的CFRP1加热至例如{(加热器6的发热温度-印刷环境温度)×(3～50)％+印刷环境温度(加热器6的发热温度为100℃、印刷环境温度为20℃的情况下，22.4～60℃；加热器6的发热温度为400℃、印刷环境温度为20℃的情况下，31.4～210℃))左右。只不过加热至比通过引导构件4的过程中的CFRP1发生熔融的温度低的温度。因此，通过引导构件4的过程中的CFRP1不会熔融。
本实施方式中，只不过是在第2实施方式的成形装置的引导构件4上设置了加热器11，因此省略其它详细说明。对同一部分标注了同一符号。
图4为本发明的第4实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图。
本实施方式中，喷嘴口5A为带有弧度的形状。由此，不易发生CFRP1的纤维折断。
其它构成与第3实施方式的成形装置相同，因此省略详细说明。对同一部分标注了同一符号。
图5为本发明的第5实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图。
本实施方式中，在引导构件4与加热器6之间设有绝热材料(非金属材料)12。绝热材料12粘附于注射喷嘴部5的引导构件4插入孔内壁面。由此，加热器6的热变得难以传导至引导构件4。绝热材料12也可以附着于引导构件4的外壁面。绝热材料12也可以仅配置于引导构件插入孔。
其它构成与第1实施方式的成形装置相同，因此省略详细说明。对同一部分标注了同一符号。
图6为本发明的第6实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图。
本实施方式中，只不过是设置了送风机构(未图示)。利用由前述送风机构送出的风(冷却风：用箭头进行图示)，抑制(防止)引导构件4的温度上升。即，引导构件4的温度不会变高。因此，通过引导构件4的过程中的CFRP1不会熔融。
其它构成与第2实施方式的成形装置相同，因此省略详细说明。对同一部分标注了同一符号。
图7为本发明的第7实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图。
本实施方式为在第1实施方式的成形装置中，引导构件4延伸至喷嘴口5A附近位置的例子。需要说明的是，喷嘴口5A位置与引导构件4外壁面之间的距离(最短距离)a为0.1mm，喷嘴口5A的内径c为2.5mm。
其它构成与第1实施方式的成形装置相同，因此省略详细说明。对同一部分标注了同一符号。
图8为本发明的第8实施方式的成形装置的喷嘴部附近的概要图。
前述实施方式中，引导构件4、喷嘴口5A位于与台(基体)7垂直的方向。与此相对，本实施方式中，引导构件4、喷嘴口5A只不过相对于台(基体)7发生了倾斜，因此省略详细说明。需要说明的是，对同一部分标注了同一符号。
图10为对本发明的第1～8实施方式的成形装置的喷嘴部的喷嘴口进行清洁的清洁机构的概要图。
假设前述实施方式的装置已经长时间连续工作。由于CFRP1在喷嘴部5发生熔融，因此有时熔融的树脂、纤维附着堆积在喷嘴部5的喷嘴口5A。此时，使研磨机构20向喷嘴口5A移动。与喷嘴口5A对置的研磨机构20对喷嘴口5A进行清洁。在该清洁操作时，若引导构件4与注射喷嘴部5之间存在有空隙，则清洁操作可容易地进行。或者，干净地进行清洁。如第6实施方式进行了送风时，干净地进行清洁。
附图标记说明
1 CFRP
2 挤出机
3 切断装置
4 引导构件
5 金属制注射喷嘴部
5A 喷嘴口
6 加热器(加热装置)
8 布线
9 间隙(空气层：绝热层)
10 金属制板(散热板：散热片)
11 加热器(预加热装置)
12 绝热材料

Claims (28)

1.一种成形装置，其为具备喷嘴部、向所述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热装置的成形装置，
其构成有防止成形材料在通过所述引导构件的过程中发生熔融的防止机构。
2.根据权利要求1的成形装置，其中，所述防止机构为温度上升防止机构，
来自所述加热装置的热由于所述温度上升防止机构而难以传导至所述引导构件。
3.根据权利要求1或权利要求2的成形装置，其中，所述温度上升防止机构为绝热机构。
4.根据权利要求3的成形装置，其中，所述绝热机构为设置在所述加热装置与所述引导构件之间的绝热构件。
5.根据权利要求4的成形装置，其中，所述绝热构件为选自气体、液体和固体的组中的一种或两种以上。
6.根据权利要求5的成形装置，其中，所述气体为选自空气、氮气和二氧化碳的组中的一种或两种以上。
7.根据权利要求5的成形装置，其中，所述液体为水或水溶液。
8.根据权利要求5的成形装置，其中，所述固体为非金属材料。
9.根据权利要求1～权利要求8中任一项所述的成形装置，其中，所述防止机构为冷却机构。
10.根据权利要求9的成形装置，其中，所述冷却机构是热导率为10W/m·k以上的引导构件。
11.根据权利要求9的成形装置，其中，所述冷却机构为送风机构。
12.根据权利要求9的成形装置，其中，所述冷却机构为冷却水供给机构。
13.根据权利要求3～权利要求12中任一项所述的成形装置，其中，所述绝热机构为设置在所述加热装置与所述引导构件之间的间隙。
14.根据权利要求13的成形装置，其中，所述间隙为喷嘴口的最大内径尺寸的3～500％。
15.根据权利要求1～权利要求14中任一项所述的成形装置，其中，所述防止机构为散热机构。
16.根据权利要求1～权利要求15中任一项所述的成形装置，其中，所述成形材料为含纤维的树脂。
17.根据权利要求1～权利要求16中任一项所述的成形装置，其中，所述成形材料为含导电性纤维的树脂。
18.根据权利要求1～17中任一项所述的成形装置，其中，所述成形材料为混纤丝。
19.根据权利要求1～权利要求17中任一项所述的成形装置，其具备对所述喷嘴部的喷嘴口进行清洁的清洁机构。
20.一种成形方法，其为利用具备喷嘴部、向所述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热装置的成形装置的成形方法，
所述方法以利用所述加热装置的热而使通过所述喷嘴部的所述成形材料熔融、且成形材料在通过所述引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
21.一种成形方法，其为利用权利要求1～权利要求19中任一项所述的成形装置的成形方法，
所述方法以利用加热装置的热而使通过喷嘴部的成形材料熔融、且成形材料在通过引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
22.一种成形品的制造方法，其为利用具备喷嘴部、向所述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热装置的成形装置的成形品的制造方法，
所述方法以利用所述加热装置的热而使通过所述喷嘴部的所述成形材料熔融、且成形材料在通过所述引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
23.一种成形品的制造方法，其为利用权利要求1～权利要求19中任一项所述的成形装置的成形品的制造方法，
所述方法以利用加热装置的热而使通过喷嘴部的成形材料熔融、且成形材料在通过引导构件的过程中不熔融的方式进行控制。
24.根据权利要求22或23所述的成形品的制造方法，其中，所述成形品为布线。
25.一种成形装置，其为具备喷嘴部、向所述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热所述喷嘴部的加热装置的成形装置，所述成形材料为含纤维的树脂，所述喷嘴部具备喷嘴口和与所述喷嘴口连通的孔，以所述喷嘴部的所述孔的内径大于所述引导构件的外径的方式构成，所述引导构件的前端侧朝向所述喷嘴口地配置，并且在所述引导构件与所述喷嘴部之间设置有间隙，即使在利用所述加热装置对所述喷嘴部进行加热时，也防止所述成形材料在通过所述引导构件的过程中发生熔融。
26.一种成形装置，其为具备喷嘴部、向所述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热所述喷嘴部的加热装置的成形装置，所述成形材料为含纤维的树脂，所述喷嘴部具备喷嘴口和与所述喷嘴口连通的孔，以所述喷嘴部的所述孔的内径大于所述引导构件的外径的方式构成，所述引导构件的前端侧配置在所述喷嘴部的所述孔内，并且在所述引导构件与所述喷嘴部之间设置有间隙，即使在利用所述加热装置对所述喷嘴部进行加热时，也防止所述成形材料在通过所述引导构件的过程中发生熔融。
27.一种成形装置，其为具备喷嘴部、向所述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热所述喷嘴部的加热装置的成形装置，所述成形材料为含纤维的树脂，所述喷嘴部具备喷嘴口和与所述喷嘴口连通的孔，所述引导构件为管状构件，以所述喷嘴部的所述孔的内径大于所述管状构件的外径的方式构成，所述管状构件的前端侧朝向所述喷嘴口地配置，并且在所述管状构件与所述喷嘴部之间设置有间隙，即使在利用所述加热装置对所述喷嘴部进行加热时，也防止所述成形材料在通过所述管状构件的孔内的过程中发生熔融。
28.一种成形装置，其为具备喷嘴部、向所述喷嘴部中引导成形材料的引导构件、以及加热所述喷嘴部的加热装置的成形装置，所述成形材料为含纤维的树脂，所述喷嘴部具备喷嘴口和与所述喷嘴口连通的孔，所述引导构件为管状构件，所述管状构件的前端侧朝向所述喷嘴口而配置于所述孔内，所述成形装置构成有防止所述成形材料在通过所述管状构件的孔内的过程中发生熔融的防止机构。
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