CN114222637A - 喷嘴及层叠造形装置 - Google Patents

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Abstract

有关一个实施方式的喷嘴具备喷嘴部件、第1内表面和第2内表面。上述喷嘴部件具有第1方向上的端部，设有第1通路、将上述第1通路包围并将粉体及流体从上述端部喷出的第2通路、从上述端部离开而向上述第2通路供给上述粉体及上述流体的扩散室、以及向上述扩散室供给上述粉体及上述流体的供给路。上述第1内表面设在上述喷嘴部件上，包括距上述端部越近则直径越短的圆锥状的第1曲面。上述第2内表面设在上述喷嘴部件上，隔着间隔朝向上述第1内表面，包括距上述端部越近则直径越短的圆锥状的第2曲面；在上述第1曲面与上述第2曲面之间形成上述第2通路，在与上述第1内表面之间形成上述扩散室。

Description

喷嘴及层叠造形装置
技术领域
本发明涉及喷嘴及层叠造形装置。
背景技术
已知有从喷嘴供给粉末状的材料并通过照射激光使该材料固化、形成固化的材料的层的层叠造形装置。通过将固化的材料的层层叠，层叠造形出立体形状的物体。
喷嘴并不限于铅直下方，有被朝向斜向或水平的情况。为了防止喷嘴喷出的材料通过重力而偏倚，例如在喷嘴上设置将材料喷出的多个孔。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－219060号公报
发明内容
发明要解决的课题
在将粉末状的材料从多个孔喷出的情况下，各孔的截面积变小。因此，在喷嘴的内部，材料有可能堵塞。
本发明的目的的一例是提供一种能够抑制粉体的堵塞的喷嘴及层叠造形装置。
用来解决课题的手段
有关一个技术方案的喷嘴具备喷嘴部件、第1内表面和第2内表面。上述喷嘴部件具有第1方向上的端部，设有使能量线从上述端部射出的第1通路、将上述第1通路包围并将粉体及流体从上述端部喷出的第2通路、从上述端部向上述第1方向的相反的第2方向离开而向上述第2通路供给上述粉体及上述流体的扩散室、以及向上述扩散室供给上述粉体及上述流体的供给路。上述第1内表面设在上述喷嘴部件上，包括距上述端部越近则直径越短的圆锥状的第1曲面。上述第2内表面设在上述喷嘴部件上，隔着间隔朝向上述第1内表面，包括距上述端部越近则直径越短的圆锥状的第2曲面，在上述第1曲面与上述第2曲面之间形成上述第2通路，在与上述第1内表面之间形成上述扩散室。上述扩散室的上述第1内表面与上述第2内表面之间的距离比上述第2通路的上述第1曲面与上述第2曲面之间的距离长。
附图说明
图1是示意地表示有关第1实施方式的层叠造形系统的例示性的立体图。
图2是示意地表示第1实施方式的层叠造形系统的一部分及物体的例示性的剖视图。
图3是将第1实施方式的喷嘴头分解而示意地表示的例示性的立体图。
图4是将第1实施方式的喷嘴头沿着图2的F4－F4线表示的例示性的剖视图。
图5是示意地表示第1实施方式的喷嘴头和被喷出的材料的例示性的剖视图。
图6是表示有关第2实施方式的喷嘴头的例示性的剖视图。
图7是表示第2实施方式的喷嘴头的前端的例示性的仰视图。
图8是示意地表示第2实施方式的喷嘴头和被喷出的材料的例示性的剖视图。
图9是表示有关第2实施方式的变形例的喷嘴头的前端的例示性的仰视图。
图10是示意地表示有关第3实施方式的喷嘴头和被喷出的材料的例示性的剖视图。
图11是示意地表示有关第4实施方式的喷嘴头的例示性的剖视图。
图12是表示第4实施方式的喷嘴头的前端的例示性的仰视图。
具体实施方式
(第1实施方式)
以下，参照图1至图5对第1实施方式进行说明。另外，在本说明书中，基本上将铅直上方定义为上方，将铅直下方定义为下方。此外，在本说明书中，有将有关实施方式的构成要素及该要素的说明用多个表现记载的情况。构成要素及其说明是一例，不由本说明书的表现限定。构成要素可以由与本说明书中不同的名称确定。此外，构成要素可以通过与本说明书的表现不同的表现来说明。
图1是示意地表示有关第1实施方式的层叠造形系统1的例示性的立体图。层叠造形系统1是层叠造形装置的一例。层叠造形系统1是包括所谓的指向性能量堆积方式(Directed Energy Deposition：DED)或激光金属沉积方式(Laser Metal Deposition：LMD)的三维打印机的系统。另外，层叠造形系统1并不限于该例。
如图1所示，在本说明书中，定义X轴、Y轴及Z轴。X轴、Y轴和Z轴相互正交。Z轴例如在铅直方向上延伸。X轴及Y轴例如在水平方向上延伸。另外，层叠造形系统1也可以以Z轴与铅直方向斜着交叉的方式配置。
图2是示意地表示第1实施方式的层叠造形系统1的一部分及物体3的例示性的剖视图。层叠造形系统1例如通过将粉末状的材料M以层状堆积，将规定的形状的物体3层叠造形(附加制造)。材料M是粉体的一例。
如图1所示，层叠造形系统1具有工作台11、造形部12、控制部14和多个信号线16。工作台11、造形部12及控制部14例如被配置在层叠造形系统1的壳体的内部、或用于造形的房间的内部。
工作台11具有支承面11a。支承面11a被形成为大致平坦，朝向+Z方向(Z轴的箭头表示的方向、上方)。支承面11a支承被层叠造形的物体3、物体3的半成品、用来使材料M层叠的底座。在以下的说明中，物体3包括层叠造形完成的物体3、物体3的半成品及底座。工作台11通过该工作台11的至少一部分旋转，能够使被支承面11a支承的物体3绕平行于Z轴的旋转中心旋转。
工作台11也可以使物体3在X方向、Y方向及Z方向上移动。此外，工作台11也可以使物体3绕平行于Y轴的旋转中心或平行于X轴的旋转中心进一步旋转。
造形部12供给材料M，堆积到支承面11a或被支承面11a支承的底座之上。材料M例如是钛那样的金属的粉末。另外，材料M并不限于此，也可以是其他的金属、合成树脂及陶瓷那样的其他材料。层叠造形系统1也可以通过多种材料M将物体3层叠造形。
造形部12具有喷嘴21、供给装置22和移动装置23。喷嘴21将材料M向工作台11的支承面11a或支承面11a之上的物体3喷出。此外，如图2所示，将能量线E向被从喷嘴21喷出的材料M或支承面11a之上的物体3照射。能量线E例如是激光。
作为能量线E的激光与材料M的供给并行地被从喷嘴21照射。也可以从喷嘴21并不限于激光，而照射其他能量线E。能量线E只要是如激光那样能够将材料M熔融或烧结的即可，例如也可以是电子束、微波至紫外线区域的电磁波。
造形部12将底座及被喷出的材料M通过能量线E加热，形成熔融区域(珠)3a。喷嘴21在熔融区域3a中向材料M照射能量线E而使其熔融或烧结，使材料M集合。这样，熔融区域3a不仅包括被供给的材料M，还可以包括被照射了能量线E的底座及物体3的一部分。此外，熔融区域3a并不限于完全熔融的材料M，也可以是部分熔融的材料M彼此结合的构成。
通过熔融区域3a固化，在底座或物体3之上，形成层状或薄膜状等的作为材料M的集合的层3b。另外，材料M也可以通过向材料M的集合的传热被冷却，被以粒状层叠，成为粒状的集合(层)。
造形部12也可以通过从喷嘴21向材料M的集合照射能量线E，进行退火处理。材料M的集合被能量线E再熔融或再烧结，通过固化而成为层3b。
造形部12通过将层3b反复地堆积，将物体3层叠造形。这样，造形部12的喷嘴21照射能量线E，使材料M熔融或烧结而将层3b造形，通过反复进行层3b的造形，将被支承面11a支承的物体3层叠造形。
喷嘴21具有喷嘴头31。喷嘴头31是喷嘴部件的一例。喷嘴头31的前端31a隔着间隔朝向物体3。前端31a是端部的一例。
在喷嘴头31中，设有射出路32及喷出路33。射出路32是第1通路的一例。喷出路33是第2通路的一例。射出路32及喷出路33例如在前端31a上开口。
射出路32是具有大致圆形的截面的孔。能量线E经过射出路32被向喷嘴头31的外部射出。换言之，射出路32使能量线E从前端31a射出。
喷出路33是具有将射出路32包围的大致圆环状的截面的孔。材料M及载体气体G经过喷出路33被向喷嘴头31的外部喷出。换言之，喷出路33将材料M及载体气体G从前端31a喷出。载体气体G是流体的一例，例如是氮或氩那样的惰性气体。载体气体G也可以是其他流体。
喷嘴21也可以还具有将屏蔽气体喷出的通路。该通路将喷出路33包围，从前端31a或喷嘴头31的其他部分喷出屏蔽气体。屏蔽气体例如是氮或氩那样的惰性气体。
如图1所示，供给装置22具有射出装置41和材料供给装置42。射出装置41例如是光学装置，具有光源及光学系统。光源具有激振元件，通过激振元件的激振，射出作为能量线E的激光。光源能够变更射出的能量线E的输出(功率)。
光源使射出的能量线E向光学系统入射。能量线E经过光学系统向喷嘴21进入。光学系统能够变更能量线E的照射径。射出装置41向喷嘴21的射出路32供给能量线E，使能量线E从射出路32射出。另外，射出装置41并不限于能够射出激光的光学装置，也可以是产生其他的能量线E的装置。
喷嘴21通过由能量线E的照射将被喷出的材料M加热，能够形成材料M的层3b并进行退火处理。此外，喷嘴21能够将物体3的不需要的部位通过能量线E的照射而除去。
材料供给装置42具有材料供给部42a、材料箱42b和气体箱42c。材料箱42b收容材料M。材料供给装置42也可以具有收容相互不同的种类的材料M的多个材料箱42b。气体箱42c收容载体气体G。
材料供给部42a将材料箱42b的材料M通过气体箱42c的载体气体G经由供给管21a向喷嘴21供给。由此，喷嘴21从喷出路33将材料M及载体气体G喷出。材料供给部42a能够变更每单位时间被从喷嘴21喷出的材料M的量和被喷出的材料M的速度。
材料供给部42a例如具有使气体箱42c的载体气体G向供给管21a流动的压缩机和向载体气体G的流动供给材料箱42b的材料M的装置。另外，材料供给部42a也可以通过其他手段将材料M向喷嘴21供给。
供给管21a将喷嘴21与射出装置41及材料供给装置42连接。供给管21a包括材料M及载体气体G经过的管和能量线E经过的线缆。
移动装置23使喷嘴21移动及转动。例如，移动装置23能够使喷嘴21在X方向、Y方向及Z方向上平行移动，并绕与X轴平行的旋转中心旋转。
移动装置23能够使喷嘴21相对于支承面11a相对地移动，使喷嘴21的朝向变化。移动装置23能够变更喷嘴21相对于支承面11a的移动速度。另外，也可以通过工作台11移动及转动，喷嘴21相对于支承面11a相对地移动，喷嘴21相对于支承面11a的朝向变化。
控制部14经由信号线16与工作台11及造形部12电连接。控制部14例如既可以是与造形部12一体地设置的控制部，也可以是与造形部12另外地设置的计算机。
控制部14例如具有CPU(Central Processing Unit)14a那样的控制装置、ROM(Read Only Memorry)14b、RAM(Random Access Memorry)14c、外部存储装置14d、输出装置14e和输入装置14f，为利用通常的计算机的硬件结构。CPU14a、ROM14b、RAM14c、外部存储装置14d、输出装置14e及输入装置14f通过总线或经由接口相互连接。
通过CPU14a执行被装入在ROM14b或外部存储装置14d中的NC程序那样的程序，控制部14对层叠造形系统1的各部进行控制。例如，控制部14对工作台11和造形部12的喷嘴21、移动装置23、射出装置41及材料供给装置42进行控制。
ROM14b保存有程序及程序的执行所需要的数据。RAM14c在程序的执行时作为作业区域发挥功能。外部存储装置14d例如是HDD(Hard Disk Drive)或SSD(Solid StateDrive)那样的能够存储、变更及删除数据的装置。输出装置14e例如是显示器或扬声器。输入装置14f例如是键盘或鼠标。
以下，对喷嘴21详细地进行说明。如图2所示，喷嘴头31具有中心轴Ax。本实施方式的中心轴Ax是射出路32及喷出路33的假想的中心轴。即，射出路32及喷出路33配置在中心轴Ax上或绕中心轴Ax配置在同轴上。
中心轴Ax是射出路32及喷出路33的旋转对称的部分的假想的中心轴。因此，即使在射出路32及喷出路33上设有突起或凹陷那样的非对称的部分，中心轴Ax也为射出路32及喷出路33的旋转对称的部分的中心轴的原状。
以下，将沿着中心轴Ax的一个方向定义为+A方向，将+A方向的相反方向定义为－A方向。+A方向是第1方向的一例。－A方向是第2方向的一例。此外，以下将与中心轴Ax正交的方向定义为径向，将绕中心轴Ax旋转的方向定义为周向。根据其他的表现，中心轴Ax向+A方向及/或－A方向延伸。
喷嘴头31的前端31a朝向+A方向。前端31a是+A方向上的喷嘴头31的端部。如上述那样，喷嘴21的朝向可以由移动装置23改变。因此，+A方向及－A方向能够相对于X轴、Y轴及Z轴变化。在图2的例子中，前端31a朝下，+A方向与－Z方向(Z轴的箭头的相反方向、下方)一致。通过移动装置23，前端31a能够朝向+Z方向、X方向、Y方向或其他方向。
喷嘴头31具有第1筒壁51、第2筒壁52和基部53。第1筒壁51、第2筒壁52及基部53既可以一体地制作，也可以单独地制作。第1筒壁51、第2筒壁52及基部53例如由金属制作，但也可以由树脂或陶瓷那样的其他的材料制作。
第1筒壁51被形成为沿着中心轴Ax延伸的大致圆筒状。第1筒壁51具有基端61、前端62、内表面63和第1形成面64。第1形成面64是第1内表面的一例。
基端61是－A方向上的第1筒壁51的端部。基端61例如是朝向－A方向的大致平坦的大致圆环状的面。前端62是+A方向上的第1筒壁51的端部。前端62例如是朝向+A方向的大致平坦的大致圆环状的面。前端62形成喷嘴头31的前端31a的一部分。另外，前端62也可以与喷嘴头31的前端31a不同。
内表面63是朝向中心轴Ax的大致圆锥状的曲面。另外，在本实施方式中，圆锥状的曲面是直径朝向沿着中心轴的一方向减小的圆筒状的面，包括圆锥的侧面那样的最小的直径为0的曲面和圆锥台的侧面那样的最小的直径比0大的曲面。内表面63在径向的内侧的基端61的边缘与前端62的边缘之间延伸。内表面63形成射出路32的一部分。根据其他的表现，射出路32的一部分形成在内表面63的内侧。
在本实施方式中，内表面63是距前端62(前端31a)越近则直径越短的圆锥状的曲面。即，径向的内侧的基端61的边缘的直径比径向的内侧的前端62的边缘的直径大。内表面63的直径并不限于该例，例如也可以是一定，也可以距前端62越近则越长。
第1形成面64是大致圆筒状的第1筒壁51的外表面，位于内表面63的相反侧。第1形成面64在径向的外侧的基端61的边缘与前端62的边缘之间延伸。第1形成面64包括圆锥面64a和多个凹面64b。圆锥面64a与凹面64b相互连接而连续。另外，也可以在圆锥面64a与凹面64b之间设置其他部分。
圆锥面64a是距前端62(前端31a)越近则直径越短的圆锥状的曲面。圆锥面64a在径向的外侧的基端61的边缘与前端62(前端31a)的边缘之间延伸。径向的外侧的基端61的边缘的直径比径向的外侧的前端62的边缘的直径大。另外，圆锥面64a也可以从前端62(前端31a)延伸而从基端61离开。
凹面64b例如是朝向径向的外侧的大致平坦的面。凹面64b既可以是向径向的外侧突出的曲面，也可以是向径向的内侧凹陷的曲面。在凹面64b向径向的外侧突出的情况下，凹面64b的曲率半径比圆锥面64a的直径长。即，凹面64b从圆锥面64a向径向的内侧凹陷。凹面64b并不限于该例。
图3是将第1实施方式的喷嘴头31分解并示意地表示的例示性的立体图。如图3所示，多个凹面64b分别从径向的外侧的基端61的边缘延伸，从前端62(前端31a)向－A方向离开。多个凹面64b相互离开，并且在周向上大致等间隔地排列。另外，凹面64b并不限于该例。
第2筒壁52被形成为沿着中心轴Ax延伸的大致圆筒状。第2筒壁52具有基端71、前端72、第2形成面73和外表面74。第2筒壁52的第2形成面73是第2内表面及第2曲面的一例。
基端71是－A方向上的第2筒壁52的端部。基端71例如是朝向－A方向的大致平坦的大致圆环状的面。前端72是+A方向上的第2筒壁52的端部。前端72例如是朝向+A方向的大致平坦的大致圆环状的面。前端72与第1筒壁51的前端62一起形成喷嘴头31的前端31a的一部分。另外，前端72也可以与喷嘴头31的前端31a不同。
第2形成面73是大致圆筒状的第2筒壁52的内表面，是朝向中心轴Ax的大致圆锥状的曲面。第2形成面73在径向的内侧的基端71的边缘与前端72的边缘之间延伸。第2形成面73是距前端72(前端31a)越近则直径越短的圆锥状的曲面。即，径向的内侧的基端71的边缘的直径比径向的内侧的前端72的边缘的直径大。第2形成面73也可以包括距前端72(前端31a)越近则直径越短的圆锥状的曲面和其他的面。
外表面74是位于第2形成面73的相反侧的大致圆锥状的曲面。外表面74在径向的外侧的基端71的边缘与前端72的边缘之间延伸。外表面74是距前端72(前端31a)越近则直径越短的圆锥状的曲面。即，径向的外侧的基端71的边缘的直径比径向的外侧的前端72的边缘的直径大。外表面74的直径并不限于该例，例如也可以是一定，也可以距前端72越近则越增加。
第2形成面73隔着间隔朝向第1筒壁51的第1形成面64。即，第2形成面73隔着间隔朝向圆锥面64a，并且隔着间隔朝向四个凹面64b。
在设在喷嘴头31上的第2形成面73与圆锥面64a之间，形成有喷出路33。因此，喷出路33具有在周向上延伸、为大致圆环状的与中心轴Ax正交的截面。
圆锥面64a与第2形成面73之间的距离(间隔)为大致一定。另外，圆锥面64a与第2形成面73之间的距离例如也可以距前端31a越近则越短。
在设在喷嘴头31上的第2形成面73与凹面64b之间形成扩散室81。扩散室81包括多个扩散空间85。扩散空间85是空间的一例。
在本实施方式中，由第2形成面73和四个凹面64b形成四个扩散空间85。另外，扩散空间85的数量并不限于该例，也可以是三个、六个、八个或其他数量。此外，也可以在喷嘴头31上仅形成一个扩散空间85(扩散室81)。四个扩散空间85相互离开，并且在周向上大致等间隔地配置。
由凹面64b和第2形成面73形成的扩散空间85(扩散室81)从喷嘴头31的前端31a向－A方向离开。由于圆锥面64a与凹面64b连续，所以扩散空间85与喷出路33相互连通。因此，在扩散空间85与前端31a之间隔着喷出路33。
在周向上，喷出路33位于多个扩散空间85之间。根据其他表现，相邻的两个扩散空间85相互经由喷出路33连接。另外，也可以在两个扩散空间85之间隔着壁或突起。
图4是将第1实施方式的喷嘴头31沿着图2的F4－F4线表示的例示性的剖视图。如图4所示，扩散空间85的第1形成面64(凹面64b)与第2形成面73之间的距离Le比喷出路33的第1形成面64(圆锥面64a)与第2形成面73之间的距离Lp长。
距离Le、Lp例如是径向的距离。另外，距离Le也可以是凹面64b上的一点与距该一点最近的第2形成面73上的一点之间的距离。此外，距离Lp也可以是圆锥面64a上的一点与距该一点最近的第2形成面73上的一点之间的距离。
在本实施方式中，在扩散空间85与喷出路33连接的部分中，距离Le与距离Lp大致相等。但是，至少扩散空间85的凹面64b与第2形成面73之间的最大的距离Le比喷出路33的圆锥面64a与第2形成面73之间的最大的距离Lp长。此外，从将扩散空间85与喷出路33连接的部分离开的位置处的扩散空间85的凹面64b与第2形成面73之间的距离Le比喷出路33的圆锥面64a与第2形成面73之间的距离Lp长。另外，在本实施方式中，距离Lp大致为一定。
如图2所示，在扩散空间85(扩散室81)中，距喷嘴头31的前端31a越近，周向上的大致相同位置处的凹面64b与第2形成面73之间的距离Le越短。根据其他的表现，距喷嘴头31的前端31a越近，与中心轴Ax正交的扩散空间85的截面积越小。另外，扩散空间85(扩散室81)并不限于该例。
基部53与第1筒壁51及第2筒壁52连接。基部53被形成为沿着中心轴Ax延伸的大致圆筒状。另外，基部53也可以形成为其他形状。基部53具有连接面91和内表面92。
连接面91是朝向+A方向的圆环状的大致平坦的面。另外，连接面91也可以具有其他形状。连接面91与第1筒壁51的基端61及第2筒壁52的基端71连接。因此，连接面91形成喷出路33与扩散室81的扩散空间85的底面。
内表面92是朝向中心轴Ax的大致圆筒状的曲面。内表面92从径向的内侧的连接面91的边缘向－A方向延伸。内表面92与－A方向上的第1筒壁51的内表面63连续。内表面92形成射出路32的一部分。根据其他表现，射出路32的一部分形成在内表面92的内侧。
在基部53中设有供给路93。供给路93包括多个供给孔95。在本实施方式中，在基部53上设有四个供给孔95。即，供给孔95的数量与扩散空间85的数量相等。另外，供给孔95的数量也可以与扩散空间85的数量不同。
供给孔95在连接面91上开口。四个供给孔95在周向上等间隔地配置，与四个扩散空间85分别连通。供给孔95与周向上的扩散空间85的大致中央连通。另外，供给孔95并不限于该例，也可以与周向上的扩散空间85的端部连通。此外，在本实施方式中，供给孔95与中心轴Ax平行地延伸。另外，供给孔95也可以在其他方向上延伸。
供给孔95(供给路93)经由图1的供给管21a将扩散空间85(扩散室81)与材料供给装置42连接。材料供给装置42经由供给管21a向供给孔95供给材料M及载体气体G。由此，供给孔95向扩散空间85供给材料M及载体气体G。
四个扩散空间85与材料供给装置42之间的流路的长度相互大致相等。因此，从四个供给孔95向四个扩散室81大致均等地供给材料M及载体气体G。
图5是示意地表示第1实施方式的喷嘴头31和被喷出的材料M的例示性的剖视图。在图5中表示了基部53的截面以显示三个供给孔95。此外，在图5中，第1筒壁51不是剖视图，而是被表示为侧视图。
与中心轴Ax正交的扩散空间85的截面比供给孔95的截面大。因此，被从供给孔95供给到扩散空间85中的材料M及载体气体G在扩散空间85中扩散。
如上述那样，在喷出路33中作用于流体的阻力比在扩散空间85中作用于流体的阻力大。因此，材料M及载体气体G在移动到喷出路33之前在扩散空间85中扩散。
材料M及载体气体G以在扩散空间85中大致均匀地分散的状态向喷出路33流入。换言之，扩散空间85(扩散室81)向喷出路33供给材料M及载体气体G。
距喷嘴头31的前端31a越近，与中心轴Ax正交的扩散空间85的截面越小。此外，距喷嘴头31的前端31a越近，凹面64b与第2形成面73之间的距离Le的变化越平缓。因此，距前端31a越近，扩散空间85与喷出路33之间的阻力的差越小。由此，从扩散空间85向喷出路33供给的材料M及载体气体G中，朝向前端31a的比例变多。
被供给到喷出路33中的材料M及载体气体G被从喷嘴头31的前端31a例如朝向物体3的珠3a喷出。在喷嘴21朝向斜方向或水平方向的情况下，重力要使材料M向下方移动。但是，材料M及载体气体G被从在周向上大致均等地配置的扩散空间85向喷出路33供给。因此，即使是喷嘴21朝向斜方向或水平方向的情况下，在周向上材料M及载体气体G也大致均匀地分布。
喷嘴21通过能量线E使被从喷嘴头31的前端31a喷出的材料M熔融或烧结。由于周向上的材料M的分布大致是均匀的，所以抑制了因喷嘴21的朝向的变化而物体3中的材料M的密度变化。
材料M及载体气体G在扩散空间85(扩散室81)中被扩散后，被向喷出路33供给。因此，抑制了因材料M的偏倚带来的材料M的堵塞的发生。此外，喷出路33不是圆形或矩形的孔，而在圆锥状的圆锥面64a与第2形成面73之间以狭缝状形成。即，作为从扩散空间85向喷出路33的入口的扩散空间85与喷出路33的连接部分以线状延伸。因此，抑制了因材料M的集中造成的材料M的堵塞的发生。
如以上这样，喷嘴21能够抑制因喷嘴21的朝向的变化带来的材料M的分布的变化，并且能够抑制喷嘴21中的材料M的堵塞的发生。层叠造形系统1通过使用该喷嘴21，能够使每单位时间喷出的材料M的量变多，进而能够使物体3的造形所花费的时间变短。
在以上说明的有关第1实施方式的层叠造形系统1中，设在喷嘴21上的第1形成面64包括圆锥状的圆锥面64a。设在喷嘴21上的第2形成面73隔着间隔朝向第1形成面64，并且包括圆锥状的曲面。圆锥面64a与第2形成面73之间形成将材料M及载体气体G从前端31a喷出的喷出路33。在第1形成面64与第2形成面73之间形成向喷出路33供给材料M及载体气体G的扩散室81。扩散室81的第1形成面64与第2形成面73之间的距离Le比喷出路33的圆锥面64a与第2形成面73之间的距离Lp长。因此，扩散室81中的阻力比喷出路33中的阻力低。被供给到扩散室81中的材料M及载体气体G通过阻力的差而在扩散室81中被扩散后被向喷出路33供给。此外，喷出路33由于设在圆锥状的圆锥面64a及第2形成面73之间，所以形成为在喷嘴21的中心轴Ax的周向上延伸的狭缝状。因而，抑制了从扩散室81向喷出路33供给的材料M及载体气体G的分布变得不均匀，进而抑制了因喷嘴21的朝向的变化而喷出的材料M及载体气体G的分布(供给密度)变化。进而，抑制了材料M在喷嘴头31的内部中堵塞。通过抑制材料M的堵塞，喷嘴21能够持续长时间稳定地喷出的材料M的量增大，由喷嘴21带来的层叠造形的造形速度变快。进而，由于喷出路33的截面积变得比扩散室81的截面积小，所以被喷出的材料M及载体气体G的速度变得比扩散室81中的材料M及载体气体G的速度快。因此，抑制了因喷嘴21的朝向的变化而喷出的材料M及载体气体G的分布变化，并且被喷出的材料M容易聚束。
扩散室81包括相互离开并且在中心轴Ax的周向上等间隔地配置的多个扩散空间85。供给路93包括与多个扩散空间85分别连通的多个供给孔95。由此，在各个扩散空间85中材料M及载体气体G被扩散。因而，抑制了因喷嘴21的朝向而在扩散室81的内部中材料M及载体气体G的分布变得不均匀，进而，抑制了因喷嘴21的朝向的变化而喷出的材料M及载体气体G的分布变化。
多个供给孔95在周向上等间隔地配置。由此，抑制了在多个扩散空间85中材料M及载体气体G的分布变得不均匀，进而抑制了因喷嘴21的朝向的变化而喷出的材料M及载体气体G的分布变化。
喷出路33的一部分位于多个扩散空间85之间。由此，材料M及载体气体G能够通行的扩散室81与喷出路33的连接部分变大。因而，抑制了材料M在喷嘴头31的内部中堵塞。
在扩散室81中，距前端31a越近，第1形成面64与第2形成面73之间的距离Le较短。因此，距前端31a越近，扩散室81的截面积越小，距前端31a越近，扩散室81与喷出路33之间的阻力的差越小。因而，在从扩散室81向喷出路33供给的材料M及载体气体G中，朝向前端31a的比例变多，抑制了从前端31a喷出的材料M及载体气体G的速度下降。通过喷出的材料M及载体气体G的速度增加，喷出的材料M容易聚束。
(第2实施方式)
以下，参照图6至图9对第2实施方式进行说明。另外，以下的多个实施方式的说明中，有对于拥有与已经说明的构成要素同样的功能的构成要素赋予与该已述的构成要素相同的标号、进而将说明省略的情况。此外，被赋予了相同的标号的多个构成要素并不一定全部的功能及性质是共通的，也可以具有与各实施方式对应的不同的功能及性质。
图6是表示有关第2实施方式的喷嘴头31的例示性的剖视图。图7是表示第2实施方式的喷嘴头31的前端31a的例示性的仰视图。如图6及图7所示，第2实施方式的第1筒壁51具有多个第1突出部101。第1突出部101是第1分隔部的一例。第1突出部101从圆锥面64a在径向上突出。换言之，第1突出部101与圆锥面64a连接。
第1突出部101在+A方向上的圆锥面64a的端部与－A方向上的圆锥面64a的端部之间延伸。在本实施方式中，周向上的第1突出部101的宽度大致一定。此外，在本实施方式中，第1突出部101以直线状延伸。但是，第1突出部101并不限于该例，例如也可以以螺旋状延伸。
在本实施方式中，第1筒壁51具有在周向上大致等间隔地配置的四个第1突出部101。即，第1突出部101的数量与扩散空间85的数量相等。另外，第1突出部101的数量与扩散空间85的数量也可以不同。
在周向上，第1突出部101位于相邻的两个凹面64b之间。因此，在周向上，第1突出部101位于相邻的两个扩散空间85之间。
第2实施方式的第2筒壁52具有多个第2突出部102。第2突出部102是第1分隔部的一例。第2突出部102从第2形成面73在径向上突出。换言之，第2突出部102与第2形成面73连接。
第2突出部102在+A方向上的第2形成面73的端部与－A方向上的第2形成面73的端部之间延伸。在本实施方式中，周向上的第2突出部102的宽度大致一定。此外，在本实施方式中，第2突出部102以直线状延伸。但是，第2突出部102并不限于该例，例如也可以以螺旋状延伸。
在本实施方式中，第2筒壁52具有在周向上大致等间隔地配置的四个第2突出部102。即，第2突出部102的数量与扩散空间85的数量相等。另外，第2突出部102的数量和扩散空间85的数量也可以不同。
在周向上，第2突出部102位于相邻的两个扩散空间85之间。此外，在周向上，四个第1突出部101和四个第2突出部102被配置在大致相同的位置。
第1突出部101与第2突出部102相互接触。第1突出部101及第2突出部102将喷出路33分隔为四个分割喷出路105。另外，第1突出部101和第2突出部102也可以相互离开。
分割喷出路105分别与对应的扩散空间85连通。因此，扩散空间85向对应的分割喷出路105供给材料M及载体气体G。分割喷出路105分别将材料M及载体气体G从喷嘴头31的前端31a喷出。
图8是示意地表示第2实施方式的喷嘴头31和喷出的材料M的例示性的剖视图。如图8所示，在第2实施方式中，供给孔95(供给路93)在与喷出路33大致平行的方向上将材料M及载体气体G向扩散空间85(扩散室81)供给。因此，供给孔95在朝向喷嘴头31的前端31a的方向上供给材料M及载体气体G。
根据其他表现，供给孔95在喷出路33延伸的方向上将材料M及载体气体G向扩散空间85供给。进而，根据其他表现，供给孔95以距前端31a越近越向中心轴Ax接近的方式将材料M及载体气体G向扩散空间85供给。
在以上说明的第2实施方式的层叠造形系统1中，多个第1突出部101及第2突出部102位于多个扩散空间85之间，与圆锥面64a及第2形成面73连接。由此，抑制了被从一个扩散空间85供给到喷出路33中的材料M及载体气体G在周向上移动以变得不均匀。因而，抑制了因喷嘴21的朝向而在扩散室81的内部中材料M及载体气体G的分布变得不均匀，进而抑制了因喷嘴21的朝向的变化而喷出的材料M及载体气体G的分布变化。
供给路93在与喷出路33平行的方向上将材料M及载体气体G向扩散室81供给。由此，在被从扩散室81供给到喷出路33中的材料M及载体气体G中，朝向前端31a的比例变多，抑制了从前端31a喷出的材料M及载体气体G的速度下降。通过被喷出的材料M及载体气体G的速度增加，被喷出的材料M容易聚束。
图9是表示有关第2实施方式的变形例的喷嘴头31的前端31a的例示性的仰视图。如图9所示，在第2实施方式的第1变形例中，距喷嘴头31的前端31a越近，周向上的第1突出部101及第2突出部102的宽度越短。这样，第1突出部101及第2突出部102的宽度也可以不为一定。
进而，在第2实施方式中，喷嘴头31具有第1突出部101及第2突出部102的两者。但是，喷嘴头31也可以具有第1突出部101及第2突出部102中的某一方。
在喷嘴头31具有第1突出部101的情况下，第1突出部101与第2形成面73接触。第1突出部101将喷出路33分隔为四个分割喷出路105。另外，第1突出部101也可以从第2形成面73离开。在此情况下，第1突出部101与第2形成面73之间的距离比圆锥面64a与第2形成面73之间的距离Lp短。
在喷嘴头31具有第2突出部102的情况下，第2突出部102与圆锥面64a接触。第2突出部102将喷出路33分隔为四个分割喷出路105。另外，第2突出部102也可以从圆锥面64a离开。在此情况下，第2突出部102与圆锥面64a之间的距离比圆锥面64a与第2形成面73之间的距离Lp短。
(第3实施方式)
以下，参照图10对第3实施方式进行说明。图10是示意地表示有关第3实施方式的喷嘴头31和被喷出的材料M的例示性的剖视图。如图10所示，第3实施方式的喷嘴头31除了供给孔95的朝向以外，与第2实施方式的喷嘴头31相同。
在第3实施方式中，供给孔95(供给路93)处于相对于喷嘴头31的中心轴Ax扭转的位置。因此，供给孔95在不与中心轴Ax平行且也不与中心轴Ax交叉的方向上供给材料M及载体气体G。
供给孔95在与朝向喷嘴头31的前端31a的方向不同的方向上供给材料M及载体气体G。因此，抑制了被从供给孔95供给的材料M及载体气体G集中到+A方向上的扩散空间85的端部。材料M及载体气体G能够在扩散空间85中更均匀地分散。
在以上说明的第3实施方式的层叠造形系统1中，供给路93处于相对于在+A方向上延伸的喷嘴头31的中心轴Ax扭转的位置。由此，在被供给到扩散室81中的材料M及载体气体G的速度中，朝向前端31a的速度成分被减小。因而，被供给到扩散室81中的材料M及载体气体G在扩散室81中更均匀地扩散，进而抑制了因喷嘴21的朝向的变化而喷出的材料M及载体气体G的分布变化。
(第4实施方式)
以下，参照图11及图12对第4实施方式进行说明。图11是示意地表示有关第4实施方式的喷嘴头31的例示性的剖视图。如图11所示，第4实施方式的第1筒壁51具有第1分隔部111和第2分隔部112。
第1分隔部111从圆锥面64a在径向上突出。换言之，第1分隔部111与圆锥面64a连接。第1分隔部111从－A方向上的圆锥面64a的端部延伸。进而，第1分隔部111从喷嘴头31的前端31a向－A方向离开。
在本实施方式中，距前端31a越近，周向上的第1分隔部111的宽度和径向上的第1分隔部111的长度越短。此外，在本实施方式中，第1分隔部111以直线状延伸。但是，第1分隔部111并不限于该例，例如也可以以螺旋状延伸。
在本实施方式中，第1筒壁51具有在周向上大致等间隔地配置的四个第1分隔部111。即，第1分隔部111的数量与扩散空间85的数量相等。另外，第1分隔部111的数量与扩散空间85的数量也可以不同。
在周向上，第1分隔部111位于相邻的两个凹面64b之间。因此，在周向上，第1分隔部111位于相邻的两个扩散空间85之间。四个第1分隔部111将喷出路33分隔为四个分割喷出路115。
图12是表示第4实施方式的喷嘴头31的前端31a的例示性的仰视图。如图12所示，第2分隔部112从圆锥面64a在径向上突出。换言之，第2分隔部112与圆锥面64a连接。
如图11所示，第2分隔部112从+A方向上的圆锥面64a的端部延伸。进而，第2分隔部112从－A方向上的圆锥面64a的端部向+A方向离开。在本实施方式中，周向上的第2分隔部112的宽度为大致一定。此外，在本实施方式中，第2分隔部112以直线状延伸。但是，第2分隔部112并不限于该例，例如也可以以螺旋状延伸。
在本实施方式中，第1筒壁51具有在周向上隔着间隔大致等间隔地配置的四个第2分隔部112。即，第2分隔部112的数量与扩散空间85的数量相等。另外，第2分隔部112的数量与扩散空间85的数量也可以不同。
在周向上，第2分隔部112位于相邻的两个第1分隔部111之间。例如，第2分隔部112与凹面64b在+A方向上相邻。另外，第2分隔部112的位置并不限于该例。
第4实施方式的第2筒壁52具有多个第3分隔部113。第3分隔部113是第2分隔部的一例。第3分隔部113从第2形成面73在径向上突出。换言之，第3分隔部113与第2形成面73连接。第3分隔部113从+A方向上的第2形成面73的端部延伸。进而，第3分隔部113从－A方向上的第2形成面73的端部在+A方向上离开。在本实施方式中，周向上的第3分隔部113的宽度为大致一定。此外，在本实施方式中，第3分隔部113以直线状延伸。但是，第3分隔部113并不限于该例，例如也可以以螺旋状延伸。
在本实施方式中，第2筒壁52具有在周向上隔着间隔大致等间隔地配置的四个第3分隔部113。即，第3分隔部113的数量与扩散空间85的数量相等。另外，第3分隔部113的数量与扩散空间85的数量也可以不同。
在周向上，第3分隔部113位于相邻的两个第1分隔部111之间。例如，第2分隔部112与扩散空间85在+A方向上相邻。此外，在周向上，四个第2分隔部112和四个第3分隔部113被配置在大致相同的位置。另外，第3分隔部113的位置并不限于该例。
第2分隔部112与第3分隔部113相互接触。第2分隔部112及第3分隔部113将喷出路33分隔为四个分割喷出路116。另外，第2分隔部112和第3分隔部113也可以相互离开。
由第1分隔部111形成的分割喷出路115和由第2分隔部112及第3分隔部113形成的分割喷出路116也可以不重复。即，也可以喷出路33的一部分被第1分隔部111、第2分隔部112及第3分隔部113分隔为八个分割喷出路。
在以上说明的第4实施方式的层叠造形系统1中，多个第2分隔部112及第3分隔部113与圆锥面64a及第2形成面73连接，从前端31a延伸，在中心轴Ax的周向上隔着间隔配置。因而，抑制了因喷嘴21的朝向而在喷出路33的内部中材料M及载体气体G的分布变得不均匀，进而抑制了因喷嘴21的朝向的变化而喷出的材料M及载体气体G的分布变化。
在第4实施方式中，喷嘴头31具有第2分隔部112及第3分隔部113的两者。但是，喷嘴头31也可以具有第2分隔部112及第3分隔部113中的某一方。
在喷嘴头31具有第2分隔部112的情况下，第2分隔部112与第2形成面73接触。第2分隔部112将喷出路33分隔为四个分割喷出路116。另外，第2分隔部112也可以从第2形成面73离开。在此情况下，第2分隔部112与第2形成面73之间的距离比圆锥面64a与第2形成面73之间的距离Lp短。
在喷嘴头31具有第3分隔部113的情况下，第3分隔部113与圆锥面64a接触。第3分隔部113将喷出路33分隔为四个分割喷出路116。另外，第3分隔部113也可以从圆锥面64a离开。在此情况下，第3分隔部113与圆锥面64a之间的距离比圆锥面64a与第2形成面73之间的距离Lp短。
根据以上说明的至少一个实施方式，设在喷嘴上的第1内表面包括圆锥状的第1曲面。设在喷嘴上的第2内表面隔着间隔朝向第1内表面，并且包括圆锥状的第2曲面。在第1曲面与第2曲面之间形成将粉体及流体从端部喷出的第2通路。在第1内表面与第2内表面之间形成向第2通路供给粉体及流体的扩散室。扩散室的第1内表面与第2内表面之间的距离比第2通路的第1曲面与第2曲面之间的距离长。因此，扩散室中的阻力比第2通路中的阻力低。被供给到扩散室中的粉体及流体通过阻力的差，在扩散室中被扩散后被供给到第2通路中。此外，第2通路由于设在圆锥状的第1曲面及第2曲面之间，所以被形成为在喷嘴的中心轴的周向上延伸的狭缝状。因而，抑制了从扩散室向第2通路供给的粉体及流体的分布变得不均匀，进而抑制了因喷嘴的朝向的变化而喷出的粉体及流体的分布变化。进而，抑制了在喷嘴部件的内部中粉体堵塞。
说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，不是要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (10)

1.一种喷嘴，其特征在于，
具备：
喷嘴部件，具有第1方向上的端部，设有使能量线从上述端部射出的第1通路、将上述第1通路包围并将粉体及流体从上述端部喷出的第2通路、从上述端部向上述第1方向的相反的第2方向离开而向上述第2通路供给上述粉体及上述流体的扩散室、以及向上述扩散室供给上述粉体及上述流体的供给路；
第1内表面，设在上述喷嘴部件上，包括距上述端部越近则直径越短的圆锥状的第1曲面；以及
第2内表面，设在上述喷嘴部件上，隔着间隔朝向上述第1内表面，包括距上述端部越近则直径越短的圆锥状的第2曲面，在上述第1曲面与上述第2曲面之间形成上述第2通路，在与上述第1内表面之间形成上述扩散室；
上述扩散室的上述第1内表面与上述第2内表面之间的距离比上述第2通路的上述第1曲面与上述第2曲面之间的距离长。
2.如权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，
上述扩散室包括相互离开并且在沿上述第1方向延伸的上述喷嘴部件的中心轴的周向上以等间隔配置的多个空间；
上述供给路包括与上述多个空间分别连通的多个供给孔。
3.如权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，
上述多个供给孔在上述周向上等间隔地配置。
4.如权利要求2或3所述的喷嘴，其特征在于，
上述第2通路的一部分位于上述多个空间之间。
5.如权利要求2～4中任一项所述的喷嘴，其特征在于，
上述喷嘴部件具有位于上述多个空间之间、与上述第1内表面及上述第2内表面中的至少一方连接的多个第1分隔部。
6.如权利要求1～5中任一项所述的喷嘴，其特征在于，
在上述扩散室中，距上述端部越近，上述第1内表面与上述第2内表面之间的距离越短。
7.如权利要求1～6中任一项所述的喷嘴，其特征在于，
上述供给路在与上述第2通路平行的方向上将上述粉体及上述流体向上述扩散室供给。
8.如权利要求1～6中任一项所述的喷嘴，其特征在于，
上述供给路位于相对于沿上述第1方向延伸的上述喷嘴部件的中心轴扭转的位置。
9.如权利要求1～8中任一项所述的喷嘴，其特征在于，
上述喷嘴部件具有多个第2分隔部，所述第2分隔部与上述第1内表面及上述第2内表面中的至少一方连接，从上述端部延伸，并在沿上述第1方向延伸的上述喷嘴部件的中心轴的周向上隔着间隔配置。
10.一种层叠造形装置，其特征在于，
具备：
权利要求1～9中任一项所述的喷嘴；
射出装置，向上述第1通路供给上述能量线；以及
供给装置，向上述供给路供给上述粉体及上述流体；
上述喷嘴通过上述能量线使被从上述端部喷出的上述粉体熔融或烧结。
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