CN115742288A - 三维造型装置 - Google Patents

Abstract

一种三维造型装置，抑制意外地从喷嘴喷出材料。三维造型装置具备将材料熔融成为造型材料的熔融部和将从熔融部供给的造型材料朝向工作台喷出的喷嘴。熔融部具有：螺旋件，其以旋转轴为中心旋转，并具有形成有被供给材料的槽的槽形成面；加热部，其对供给至槽中的材料进行加热；桶形件，其具有与槽形成面相对的对置面，并设置有将对置面与喷嘴连通的连通孔；以及喷出量调节机构，其设置于连通孔，调节从喷嘴喷出的造型材料的流量。

Description

三维造型装置

本申请是申请日为2020年04月21日、申请号为202010317820.9、发明名称为“三维造型装置”的专利申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本公开涉及三维造型装置。

背景技术

例如，专利文献1中公开了一种三维造型装置，其具备喷出熔融材料的喷嘴和吸引喷嘴内的材料的吸引部。在该三维造型装置中，通过在从喷嘴喷出材料之后使喷嘴移动至分离位置时驱动吸引部来吸引喷嘴内的材料，从而抑制在三维造型物与喷嘴之间材料呈丝状延伸的拉丝。

专利文献1：日本专利特开2017-035811号公报

在上述三维造型装置中，例如在喷嘴的移动所需的时间长的情况下，有可能意外地从喷嘴喷出材料。因此，存在意外从喷嘴喷出的材料附着在三维造型物上而使三维造型物的尺寸精度降低的可能性。

发明内容

根据本公开的一方面，提供一种三维造型装置。该三维造型装置具备：熔融部，将材料熔融成为造型材料；以及喷嘴，朝向工作台喷出从所述熔融部供给的所述造型材料。所述熔融部具有：螺旋件，以旋转轴为中心旋转，并具有槽形成面，所述槽形成面形成有被供给所述材料的槽；加热部，对供给至所述槽的所述材料进行加热；桶形件，具有与所述槽形成面相对的对置面，并设置有将所述对置面与所述喷嘴连通的连通孔；以及喷出量调节机构，设置于所述连通孔，调节从所述喷嘴喷出的所述造型材料的流量。

附图说明

图1是表示第一实施方式中的三维造型装置的简要构成的说明图。

图2是表示第一实施方式中的喷出量调节机构及吸引部的构成的说明图。

图3是表示第一实施方式中的阀部的构成的立体图。

图4是表示喷出量调节机构的阀部的动作的第一说明图。

图5是表示喷出量调节机构的阀部的动作的第二说明图。

图6是表示吸引部的柱塞的动作的说明图。

图7是表示平面螺旋件的槽形成面的构成的立体图。

图8是表示桶形件的螺旋件对置面的构成的俯视图。

图9是表示造型处理的内容的流程图。

图10是示意性表示对三维造型物进行造型的情形的说明图。

图11是表示比较例中的三维造型装置的说明图。

图12是表示第二实施方式中的三维造型装置的简要构成的说明图。

图13是表示其它方式中的三维造型装置的简要构成的说明图。

附图标记说明

20…材料供给部、22…供给路径、30、30c、30d…熔融部、31…螺旋件壳、32…驱动电机、33…轴、40…平面螺旋件、41…上表面、42…槽形成面、43…侧面、44…凸条部、45…槽部、46…中央部、48…材料导入口、50、50b、50c、50d…桶形件、52、52b…螺旋件对置面、54…引导槽、56…连通孔、56b…第一连通孔、57、57d…交叉孔、58、58d…加热器、59…制冷剂管道、61…喷嘴、62…喷嘴孔、65…内部流道、70、70d…喷出量调节机构、73、73d…阀部、75…凹部、77、77d…操作部、80…吸引部、81…缸体、82…柱塞、90…冷却部、100、100b、100c、100d…三维造型装置、101…阀驱动部、102…柱塞驱动部、103…泵、151…第一部分流道、152…第二部分流道、153…交叉部、200、200c…造型头、250…流道结构体、256…第二连通孔、257…交叉孔、300…工作台、310…造型面、400…移动机构、500…控制部。

具体实施方式

A.第一实施方式：

图1是表示第一实施方式中的三维造型装置100的简要构成的说明图。图1中示出了沿着相互正交的X、Y、Z方向的箭头。X方向和Y方向是沿水平方向的方向，Z方向是沿铅直方向的方向。在其它图中，也适当地示出了沿着X、Y、Z方向的箭头。图1中的X、Y、Z方向与其它图中的X、Y、Z方向表示相同的方向。

本实施方式中的三维造型装置100具备造型头200、工作台300、移动机构400以及控制部500。三维造型装置100在控制部500的控制下一面从设置于造型头200上的喷嘴61向工作台300的造型面310喷出造型材料，一面驱动移动机构400而改变喷嘴61与造型面310的相对位置，从而在造型面310上造型所希望形状的三维造型物。

移动机构400改变喷嘴61与造型面310的相对位置。在本实施方式中，移动机构400通过使工作台300相对于造型头200移动，从而改变喷嘴61与造型面310的相对位置。本实施方式中的移动机构400由通过三个电机的驱动力而使工作台300在X、Y、Z方向的三个轴向上移动的三轴定位器构成。各电机在控制部500的控制下而被驱动。需要指出，移动机构400也可以不是使工作台300移动的构成，而是通过使造型头200移动而不使工作台300移动来改变喷嘴61与造型面310的相对位置的构成。另外，移动机构400也可以是通过使工作台300和造型头200双方移动而改变喷嘴61与造型面310的相对位置的构成。

控制部500由具备一个以上的处理器、主存储装置以及与外部进行信号的输入输出的输入输出接口的计算机构成。在本实施方式中，控制部500通过由处理器执行读入到主存储装置中的程序、指令，从而控制造型头200和移动机构400的动作，执行用于造型三维造型物的造型处理。动作包括造型头200与工作台300的三维相对位置的移动。需要指出，控制部500也可以不是由计算机构成，而是由多个电路的组合构成。

造型头200具备：材料供给部20，其作为材料的供给源；熔融部30，其将从材料供给部20供给的材料熔融成为造型材料；以及喷嘴61，其喷出从熔融部30供给的造型材料。材料供给部20中收纳有颗粒、粉末等状态的材料。在本实施方式中，使用形成为颗粒状的ABS树脂作为材料。本实施方式中的材料供给部20由料斗构成。在材料供给部20的下方设置有连接材料供给部20与熔融部30之间的供给路径22。材料供给部20经由供给路径22向熔融部30供给材料。

熔融部30具备螺旋件壳31、驱动电机32、平面螺旋件40以及桶形件50。熔融部30使从材料供给部20供给的固体状态的材料的至少一部分熔融而形成为具有流动性的糊状的造型材料，并将其供给至喷嘴61。需要指出，有时也将平面螺旋件40简称为螺旋件。

螺旋件壳31是收纳平面螺旋件40的壳体。在螺旋件壳31的下表面固定有桶形件50，平面螺旋件40收纳在由螺旋件壳31和桶形件50包围的空间内。在螺旋件壳31的上表面固定有驱动电机32。驱动电机32的轴33与平面螺旋件40的上表面41侧连接。驱动电机32在控制部500的控制下被驱动。

平面螺旋件40具有沿中心轴RX的方向上的高度比直径小的大致圆柱形状。平面螺旋件40以中心轴RX与Z方向平行的方式配置于螺旋件壳31内。通过驱动电机32产生的转矩，使平面螺旋件40在螺旋件壳31内以中心轴Rx为中心旋转。平面螺旋件40在与沿中心轴RX的方向上的上表面41相反的一侧具有槽形成面42，该槽形成面42上形成有被供给材料的槽部45。需要指出，有时也将中心轴RX称为旋转轴。关于槽形成面42的具体构成，之后进行描述。

桶形件50配置于平面螺旋件40的下方。桶形件50具有与平面螺旋件40的槽形成面42相对的螺旋件对置面52。在桶形件50上设有将螺旋件对置面52与喷嘴61之间连通的连通孔56以及与连通孔56交叉的交叉孔57。将与交叉孔57交叉的连通孔56的部分称为交叉部153。连通孔56具有比交叉部153更靠近螺旋件对置面52的第一部分流道151和比交叉部153更远离螺旋件对置面52的第二部分流道152。在本实施方式中，第一部分流道151和第二部分流道152在平面螺旋件40的中心轴RX上沿Z方向延伸。交叉孔57沿Y方向延伸。需要指出，有时也将螺旋件对置面52简称为对置面。关于螺旋件对置面52的具体构成，之后进行描述。

在桶形件50上设置有调节从喷嘴61喷出的造型材料的流量的喷出量调节机构70。喷出量调节机构70具备配置于交叉孔57内的阀部73和使阀部73在交叉孔57内旋转的阀驱动部101。阀驱动部101由步进电机等致动器构成，在控制部500的控制下使阀部73旋转。吸引部80与连通孔56的第二部分流道152连接。吸引部80从第二部分流道152吸引造型材料。需要指出，也可以说阀部73在连通孔56的交叉部153内旋转。将从喷嘴61喷出的造型材料的流量也称为喷出量。关于喷出量调节机构70的具体构成和吸引部80的具体构成，之后进行描述。

桶形件50具备对供给至平面螺旋件40的槽部45的材料进行加热的加热器58。在本实施方式中，在桶形件50中埋设有沿Y方向延伸的轴状的加热器58A～58D。各加热器58A～58D在桶形件50中配置于平面螺旋件40的槽部45的下方。各加热器58A～58D被配置为：各加热器58A～58D在Z方向上的位置与喷出量调节机构70的阀部73在Z方向上的位置相同。从-X方向侧朝向+X方向侧，加热器58A、加热器58B、喷出量调节机构70的阀部73、加热器58C、加热器58D依次平行地配置。加热器58A和加热器58B配置为：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，与平面螺旋件40的中心轴RX垂直的方向即X方向上的连通孔56与加热器58B之间的最短距离和X方向上的平面螺旋件40的槽形成面42的外周缘与加热器58A之间的最短距离相等。加热器58C和加热器58D配置为：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，X方向上的连通孔56与加热器58C之间的最短距离和X方向上的平面螺旋件40的槽形成面42的外周缘与加热器58D之间的最短距离相等。各加热器58A～58D的温度由控制部500控制。需要指出，有时也将加热器58称为加热部。

桶形件50具备对平面螺旋件40、桶形件50进行冷却的冷却部90。在本实施方式中，冷却部90具有埋设于桶形件50中的制冷剂管道59以及与制冷剂管道59连接并向制冷剂管道59供给制冷剂的泵103。制冷剂管道59配置于比加热器58更远离连通孔56的位置处。制冷剂管道59配置为通过平面螺旋件40中的槽形成面42的外周缘附近。制冷剂管道59配置为：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，与平面螺旋件40的中心轴RX垂直的方向即X方向上的制冷剂管道59与连通孔56之间的最短距离比X方向上的制冷剂管道59与槽形成面42的外周缘之间的最短距离长。泵103在控制部500的控制下被驱动。在本实施方式中，使用水作为制冷剂。作为制冷剂，例如也可以使用油等液体、二氧化碳等气体。需要指出，冷却部90也可以使用珀耳帖元件、热泵。

喷嘴61连接于桶形件50的下表面。在喷嘴61上与工作台300的造型面310相对的喷嘴61的前端部分设置有喷嘴孔62。喷嘴孔62是用于喷出造型材料的开口部。设置于桶形件50的连通孔56的第二部分流道152与喷嘴孔62之间经由内部流道65而连通。在本实施方式中，喷嘴孔62的开口形状为圆形。喷嘴孔62的直径小于内部流道65的直径。需要指出，喷嘴孔62的开口形状并不限于圆形，也可以为四边形等。

图2是表示本实施方式中的喷出量调节机构70和吸引部80的构成的说明图。图3是表示本实施方式中的喷出量调节机构70的阀部73的构成的立体图。如上所述，喷出量调节机构70具有配置于交叉孔57内的圆柱状的阀部73。阀部73具有中心轴AX1。在阀部73上，通过将圆柱状的外周的一部分切割成半月状而设置有凹部75。凹部75配置于连通孔56的交叉部153内。在阀部73的-Y方向侧的端部上设有操作部77。阀驱动部101与操作部77连接。通过将阀驱动部101产生的转矩施加于操作部77，从而使阀部73旋转。需要指出，有时也将凹部75称为流通通道。

图4是表示喷出量调节机构70的阀部73的动作的第一说明图。图5是表示喷出量调节机构70的阀部73的动作的第二说明图。如图4所示，当阀部73旋转为凹部75位于上方时，第二部分流道152被阀部73封闭，造型材料从第一部分流道151向第二部分流道152的流入被切断。另一方面，如图5所示，当阀部73旋转为凹部75朝向+X方向或-X方向时，第一部分流道151与第二部分流道152之间连通，造型材料以最大流量从第一部分流道151流入第二部分流道152。喷出量调节机构70与阀部73的旋转相应地改变第一部分流道151与第二部分流道152之间的流道截面积，从而改变从第一部分流道151流入第二部分流道152的造型材料的流量。

参照图2，本实施方式中的吸引部80具备：埋设于桶形件50内的圆筒状的缸体81、收纳于缸体81内的柱塞82以及使柱塞82在缸体81内移动的柱塞驱动部102。缸体81与连通孔56的第二部分流道152连接。柱塞驱动部102由在控制部500的控制下而被驱动的电机以及将电机的旋转转换为沿缸体81的中心轴AX2的平移运动的齿轮齿条副构成。需要指出，柱塞驱动部102也可以由在控制部500的控制下而被驱动的电机以及将电机的旋转转换为沿缸体81的中心轴AX2的平移运动的滚珠丝杠构成，还可以由螺线管机构、压电元件等致动器构成。

图6是表示吸引部80的柱塞82的动作的说明图。在柱塞82朝向远离连通孔56的第二部分流道152的方向进行了移动时，由于在缸体81内产生负压，因此如图6中箭头所示，第二部分流道152内的造型材料被吸入缸体81内。通过将第二部分流道152内的造型材料吸入缸体81内，从而将喷嘴61内的造型材料吸入第二部分流道152内。因此，在停止从喷嘴61喷出造型材料时，通过将第二部分流道152内的造型材料吸引至缸体81内，从而能够进行从喷嘴61喷出的造型材料的断尾。另一方面，在柱塞82朝向靠近第二部分流道152的方向进行了移动时，缸体81内的造型材料被柱塞82压出到第二部分流道152内。因此，在重新开始从喷嘴61喷出造型材料时，通过将缸体81内的造型材料压出到第二部分流道152内，从而能够提高从喷嘴61喷出造型材料的响应性。需要指出，将使柱塞82朝向远离第二部分流道152的方向移动也称为牵拉柱塞82。将使柱塞82朝向靠近第二部分流道152的方向移动也称为推压柱塞82。

图7是表示本实施方式中的平面螺旋件40的槽形成面42的构成的立体图。为了便于理解技术，图7所示的平面螺旋件40以使图1所示的上下位置关系颠倒的状态进行了图示。在平面螺旋件40的槽形成面42上设置有中央部46、槽部45以及材料导入口48。中央部46是形成于平面螺旋件40的中心轴Rx周围的凹坑。中央部46与桶形件50的连通孔56相对。

槽部45是以平面螺旋件40的中心轴RX为中心朝向槽形成面42的外周以画弧的方式呈涡旋状延伸的槽。槽部45也可以构成为呈渐开曲线状、螺旋状延伸。槽部45的一端与中央部46连接，槽部45的另一端与材料导入口48连接。相邻的槽部45彼此通过凸条部44划分。

材料导入口48设置于平面螺旋件40的侧面43。材料导入口48将经由供给路径22从材料供给部20供给的材料导入槽部45。需要指出，在图7中示出了从平面螺旋件40的中央部46朝向外周设置有一组槽部45和材料导入口48的形态，但也可以从平面螺旋件40的中央部46朝向外周设置有多组槽部45和材料导入口48。

图8是表示本实施方式中的桶形件50的螺旋件对置面52的构成的俯视图。如上所述，在螺旋件对置面52的中央形成有与喷嘴61连通的连通孔56。在螺旋件对置面52上围绕连通孔56形成有多个引导槽54。各引导槽54的一端与连通孔56连接，并从连通孔56朝向螺旋件对置面52的外周呈涡旋状延伸。各引导槽54具有将造型材料引导至连通孔56的功能。

图9是表示本实施方式中的造型处理的内容的流程图。该处理在用户对设置于三维造型装置100的操作面板、与三维造型装置100连接的计算机进行了规定的开始操作时通过控制部500执行。

首先，在步骤S110中，控制部500获取用于对三维造型物OB进行造型的造型数据。造型数据是表示与喷嘴61相对于工作台300的造型面310的移动路径、从喷嘴61喷出的造型材料的量、使平面螺旋件40旋转的驱动电机32的转速、内置于桶形件50中的加热器58的温度等相关的信息的数据。造型数据例如通过安装在与三维造型装置100连接的计算机中的切片机软件(slicer software)生成。切片机软件读入使用三维CAD软件、三维CG软件创建的表示三维造型物OB的形状的形状数据，将三维造型物OB的形状分割为规定厚度的层而生成造型数据。被切片机软件读入的形状数据使用STL格式、AMF格式等的数据。通过切片机软件创建的造型数据由G代码、M代码等表示。控制部500从与三维造型装置100连接的计算机、USB存储器等记录介质获取造型数据。

接着，在步骤S120中，控制部500开始生成造型材料。控制部500按照造型数据控制平面螺旋件40的旋转以及加热器58的温度，从而使材料熔融而生成造型材料。通过平面螺旋件40的旋转，使从材料供给部20供给的材料自平面螺旋件40的材料导入口48导入槽部45内。导入槽部45内的材料沿着槽部45被输送至中央部46。在槽部45内输送的材料因平面螺旋件40与桶形件50的相对旋转而被剪切并被加热器58加热，从而其至少一部分熔融成为具有流动性的糊状的造型材料。汇集到中央部46的造型材料从连通孔56被压送至喷嘴61。需要指出，造型材料在进行该处理的期间持续生成。

在步骤S130中，控制部500控制喷出量调节机构70，使连通孔56的第一部分流道151与第二部分流道152之间连通而开始从喷嘴61喷出造型材料。通过开始从喷嘴61喷出造型材料，从而开始三维造型物OB的造型。

在步骤S140中，控制部500判定是否停止从喷嘴61喷出造型材料。当在步骤S140中未判断为停止从喷嘴61喷出造型材料时，控制部500一面反复进行步骤S140的处理，一面继续三维造型物OB的造型，直到判断为停止从喷嘴61喷出造型材料为止。另一方面，当在步骤S140中判断为停止从喷嘴61喷出造型材料时，在步骤S150中，控制部500控制喷出量调节机构70，切断造型材料从连通孔56的第一部分流道151向第二部分流道152的流入。通过切断造型材料从第一部分流道151向第二部分流道152的流入，从而停止从喷嘴61喷出造型材料。在停止从喷嘴61喷出造型材料时，在步骤S155中，控制部500控制柱塞驱动部102牵拉柱塞82，从而将残留在喷嘴61内、第二部分流道152内的造型材料吸入缸体81内。

然后，在步骤S160中，控制部500判断三维造型物OB的造型是否已完成。当在步骤S160中判断为三维成型物OB的造型已完成时，控制部500结束该处理。另一方面，当在步骤S160中未判断为三维成型物OB的造型已完成时，在步骤S170中，控制部500判断是否重新开始从喷嘴61喷出造型材料。

当在步骤S170中未判断为重新开始从喷嘴61喷出造型材料时，控制部500一面反复进行步骤S170的处理，一面等待三维造型物OB的造型，直到判断为重新开始从喷嘴61喷出造型材料为止。另一方面，当在步骤S170中判断为重新开始从喷嘴61喷出造型材料时，在步骤S180中，控制部500通过控制喷出量调节机构70，从而使第一部分流道151与第二部分流道152之间连通。通过使第一部分流道151与第二部分流道152之间连通，从而重新开始从喷嘴61喷出造型材料。当重新开始从喷嘴61喷出造型材料时，在步骤S185中，控制部500控制柱塞驱动部102推压柱塞82。通过推压柱塞82，将缸体81内的造型材料排出至第二部分流道152内，因而迅速地重新开始从喷嘴61喷出造型材料。

图10是示意性表示对三维造型物OB进行造型的情形的说明图。在图9所示的步骤S185之后，控制部500使处理返回至步骤S140，继续进行三维造型物OB的造型，直到在步骤S160中判断为三维造型物OB的造型已完成为止。这样，在工作台300上造型出所希望形状的三维造型物OB。

图11是表示比较例中的三维造型装置100b的说明图。比较例中与本实施方式的不同之处在于，在桶形件50b与喷嘴61之间设置有流道结构体250，喷出量调节机构70和吸引部80并非设置于桶形件50b，而是设置于流道结构体250。也就是说，比较例中与本实施方式的不同之处在于，喷出量调节机构70和吸引部80与桶形件50作为不同的单元而构成。关于其它构成，只要无特别说明，均与本实施方式相同。在桶形件50b上设置有第一连通孔56b。在流道结构体250上设置有将桶形件50b的第一连通孔56b与喷嘴61之间连通的第二连通孔256和与第二连通孔256交叉的交叉孔257。第一连通孔56b和第二连通孔256在平面螺旋件40的中心轴RX上沿Z方向延伸。喷出量调节机构70的阀部73配置于交叉孔257内。吸引部80的缸体81与第二连通孔256连接。比较例中从螺旋件对置面52b至喷嘴孔62的开口部为止的最短距离L2比本实施方式中从螺旋件对置面52至喷嘴孔62的开口部为止的最短距离L1长。因此，比较例中从螺旋件对置面52b流动至喷嘴孔62的开口部时的造型材料的压力损失比本实施方式中从螺旋件对置面52流动至喷嘴孔62的开口部时的造型材料的压力损失大。

根据以上说明的本实施方式的三维造型装置100，由于能够通过设置于桶形件50的喷出量调节机构70停止向喷嘴61供给造型材料，因此，能够抑制意外地从喷嘴61喷出造型材料。因此，能够抑制意外地从喷嘴61喷出的材料附着于三维造型物OB上而使三维造型物OB的尺寸精度降低。特别是，在本实施方式中，桶形件50和喷出量调节机构70由一个单元构成，因此，与桶形件50和喷出量调节机构70由不同的单元构成的方式相比，能够将从螺旋件对置面52到喷嘴孔62的开口部为止的最短距离L1设定得较短。因此，能够将从螺旋件对置面52流动到喷嘴孔62的开口部时的造型材料的压力损失设定得较小，从而能够容易地确保从喷嘴61的造型材料的喷出量。另外，通过使桶形件50和喷出量调节机构70由一个单元构成，从而能够将内置于桶形件50的加热器58与喷嘴61的最短距离设定得较短，因此，能够通过设置于桶形件50的加热器58对连通孔56的第二部分流道152内、喷嘴61内的造型材料进行加热。因此，与为了加热第二部分流道152内、喷嘴61内的造型材料而在第二部分流道152附近、喷嘴61附近另行设置加热器的方式相比，能够简化结构，并且，控制部500容易控制加热器58的温度。

另外，在本实施方式中，控制部500通过控制阀驱动部101而使阀部73旋转，从而能够切换向喷嘴61开始供给造型材料和停止供给造型材料。因此，能够通过简单的构成切换从喷嘴61开始喷出造型材料和停止喷出造型材料。

另外，在本实施方式中，由于能够利用冷却部90对平面螺旋件40中的槽形成面42的外周缘附近进行冷却，因此，能够抑制槽形成面42的外周缘附近的温度过高，使材料的输送受到阻碍。因此，能够容易地从槽形成面42的外周缘朝向中心轴RX输送材料。

另外，本实施方式中，在停止从喷嘴61喷出造型材料时，能够通过吸引部80吸引连通孔56的第二部分流道152内的造型材料。因此，在通过喷出量调节机构70停止从喷嘴61喷出造型材料时，能够更迅速地停止从喷嘴61喷出造型材料。

需要指出，在本实施方式中，将颗粒状的ABS树脂用作材料，但作为在造型头200中使用的材料，例如也可以采用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进行造型的材料。在此，“主材料”意指成为形成三维造型物的形状的中心的材料，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成的材料、将与主材料一起含有的一部分成分熔融而形成为糊状的材料。

在使用具有热塑性的材料作为主材料的情况下，在熔融部30中，通过使该材料塑化而生成造型材料。“塑化”意指对具有热塑性的材料加热而使其熔融。另外，“熔融”也意指通过将具有热塑性的材料加热至玻璃化转变温度以上的温度而使其软化，从而显现出流动性。

作为具有热塑性的材料，例如可以使用由下述任一种或两种以上组合而成的热塑性树脂材料。

＜热塑性树脂材料的例子＞

聚丙烯树脂(PP)、聚乙烯树脂(PE)、聚缩醛树脂(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(PEEK)等工程塑料。

在具有热塑性的材料中，除了颜料、金属、陶瓷以外，还可以混入蜡、阻燃剂、抗氧化剂、热稳定剂等添加剂等。具有热塑性的材料在熔融部30中通过平面螺旋件40的旋转和加热器58的加热而被塑化并转化为熔融的状态。另外，如此生成的造型材料在从喷嘴孔62喷出之后，因为温度降低而固化。

具有热塑性的材料最好以加热至其玻璃化转变温度以上而完全熔融的状态从喷嘴孔62射出。需要说明的是，“完全熔融的状态”意指不存在未熔融的具有热塑性的材料的状态，例如在材料使用颗粒状的热塑性树脂的情况下，意指未残留有颗粒状的固形物的状态。

在造型头200中，也可以代替上述具有热塑性的材料，例如使用以下的金属材料作为主材料。在该情况下，最好在将下述金属材料形成为粉末状而得的粉末材料中混合在生成造型材料时熔融的成分并将其投入熔融部30中。

＜金属材料的例子＞

镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单一金属、或者含有一种以上这些金属的合金。

＜合金的例子＞

马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼合金、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金。

在造型头200中，能够代替上述金属材料，使用陶瓷材料作为主材料。作为陶瓷材料，例如能够使用二氧化硅、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。作为主材料，在使用上述那样的金属材料、陶瓷材料的情况下，配置于了工作台300的造型材料也可以通过例如照射激光、利用热风等进行烧结而固化。

投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料也可以是将单一的金属粉末、合金粉末、陶瓷材料粉末多种混合而得的混合材料。另外，例如也可以用上面例示那样的热塑性树脂、或者除此以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，也可以是在熔融部30中该热塑性树脂熔融而显现出流动性。

在投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中，例如也可以添加以下那样的溶剂。溶剂可以使用选自下述溶剂中的一种或者组合使用两种以上。

＜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；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等乙酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；甲乙酮、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；四烷基乙酸铵类；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；四烷基乙酸铵(例如四丁基乙酸铵等)；二乙二醇丁醚乙酸酯等离子液体等。

除此之外，在投入材料供给部20的金属材料、陶瓷材料的粉末材料中，例如也可以添加以下那样的粘合剂。

＜粘合剂的例子＞

丙烯酸树脂、环氧树脂、硅酮树脂、纤维素类树脂或者其它合成树脂或PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)或者其它热塑性树脂。

B.第二实施方式：

图12是表示第二实施方式的三维造型装置100c的构成的说明图。在第二实施方式中，造型头200c所具有的熔融部30c的桶形件50c中的加热器58A～58D的配置与第一实施方式不同。其它构成只要无特别说明，则与图1所示的第一实施方式相同。

在本实施方式中，加热器58A和加热器58B以如下方式配置于桶形件50c中：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，与平面螺旋件40的中心轴RX垂直的方向即X方向上的连通孔56与加热器58B之间的最短距离L3比X方向上的平面螺旋件40的槽形成面42的外周缘与加热器58A之间的最短距离L4短。加热器58C和加热器58D以如下方式配置于桶形件50c中：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，X方向上的连通孔56与加热器58C之间的最短距离L5比X方向上的平面螺旋件40的槽形成面42的外周缘与加热器58D之间的最短距离L6短。

根据以上说明的本实施方式的三维造型装置100c，能够将各加热器58A～58D与连通孔56之间的最短距离设定得较短，并且将各加热器58A～58D与槽形成面42的外周缘之间的最短距离设定得较长。因此，通过从各加热器58A～58D进行加热，能够使供给至平面螺旋件40的槽部45中的材料熔融，并提高连通孔56中流动的造型材料的流动性。特别是，在本实施方式中，能够将各加热器58A～58D与喷嘴61之间的最短距离设定得较短。因此，通过从各加热器58A～58D进行加热，能够提高从喷嘴61喷出的造型材料的流动性。

C.其它实施方式：

(C1)图13是表示其它方式中的三维造型装置100d的构成的说明图。在上述各实施方式的三维造型装置100、100c的熔融部30、30c中，对供给至平面螺旋件40的槽部45中的材料进行加热的加热器58埋设于桶形件50、50c的主体中。相对于此，如图13所示，在三维造型装置100d的熔融部30d中，对供给至槽部45的材料进行加热的加热器58d也可以埋设于喷出量调节机构70d的阀部73d中，而不是埋设于桶形件50d的主体中。设置于桶形件50d上的交叉孔57d也可以从桶形件50d的-Y方向侧的侧面延伸至平面螺旋件40的槽形成面42的+Y方向侧的外周缘下方附近。交叉孔57d也可以贯穿桶形件50d。喷出量调节机构70d的阀部73d也可以延伸至平面螺旋件40的槽形成面42的+Y方向侧的外周缘下方附近。优选加热器58d配置于阀部73d中的槽部45的下方。优选将喷出量调节机构70d的操作部77d的热导率设定为比阀部73d的热导率小。例如，通过使操作部77d的材质采用热导率比阀部73d的材质低的材质，从而能够将操作部77d的热导率设定为比阀部73d的热导率小。也可以通过在操作部77d上形成氧化锆膜，从而将操作部77d的热导率设定为比阀部73d的热导率小。通过将操作部77d的热导率设定为比阀部73d的热导率小，从而能够抑制加热器58d的热经由操作部77d传递至阀驱动部101。因此，能够抑制阀驱动部101的温度变得过高。

(C2)在上述各实施方式的三维造型装置100、100c中，也可以在喷出量调节机构70中使用例如闸阀、截止阀、球阀等，而不是使用设有凹部75的阀部73。

(C3)在上述各实施方式的三维造型装置100、100c中，设有吸引部80。相对于此，也可以在三维造型装置100、100c中不设置吸引部80。

(C4)在上述各实施方式的三维造型装置100、100c中，在桶形件50、50c的内部设置有冷却部90。相对于此，也可以在桶形件50、50c的外部设置冷却部90。例如，也可以在螺旋件壳31内部的平面螺旋件40的槽形成面42的外周部附近设置冷却部90。也可以不在三维造型装置100、100c中设置冷却部90。

(C5)在上述各实施方式的三维造型装置100、100c中，制冷剂管道59以如下方式配置于桶形件50c：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，与平面螺旋件40的中心轴RX垂直的方向即X方向上的制冷剂管道59与连通孔56之间的最短距离比X方向上的制冷剂管道59与槽形成面42的外周缘之间的最短距离长。相对于此，也可以将制冷剂管道59配置为：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，与平面螺旋件40的中心轴RX垂直的方向上的制冷剂管道59与连通孔56之间的最短距离比与平面螺旋件40的中心轴RX垂直的方向上的制冷剂管道59与槽形成面42的外周缘之间的最短距离长。例如，也可以将制冷剂管道59以如下方式配置于桶形件50c：在通过平面螺旋件40的中心轴RX且与阀部73的中心轴AX1垂直的截面中，X方向上的制冷剂管道59与槽形成面42的外周缘之间的最短距离和X方向上的制冷剂管道59与连通孔56之间的最短距离相同。

(C6)在上述各实施方式的三维造型装置100、100c中，熔融部30、30c具备扁平的圆柱状的平面螺旋件40和具有平坦的螺旋件对置面52的桶形件50、50c。相对于此，熔融部30、30c也可以具备呈长轴状的外形并在轴的侧面形成有螺旋状槽的同轴螺杆和具有圆筒状的螺旋件对置面的桶形件。

D.其它方式：

本公开并不限于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种方式实现。例如，本公开也可以通过以下的方式实现。为了解决本公开的技术问题的一部分或全部、或者为了实现本公开的效果的一部分或全部，与以下记载的各方式中的技术特征对应的上述实施方式中的技术特征可以适当地进行替换、组合。另外，只要在本说明书中未说明该技术特征为必须特征，便能够适当地删除。

(1)根据本公开的一方面，提供一种三维造型装置。该三维造型装置具备：将材料熔融成为造型材料的熔融部、以及朝向工作台喷出从所述熔融部供给的所述造型材料的喷嘴。所述熔融部具有：螺旋件，其以旋转轴为中心进行旋转，并具有形成有被供给所述材料的槽的槽形成面；加热部，其对供给至所述槽中的所述材料进行加热；桶形件，其具有与所述槽形成面相对的对置面，并设有将所述对置面与所述喷嘴连通的连通孔；以及喷出量调节机构，其设置于所述连通孔，调节从所述喷嘴喷出的所述造型材料的流量。

根据该方面的三维造型装置，由于能够通过喷出量调节机构停止向喷嘴供给造型材料，因而能够抑制意外地从喷嘴喷出造型材料。因此，能够抑制意外地从喷嘴喷出的材料附着于三维造型物而使三维造型物的尺寸精度降低。

(2)在上述方面的三维造型装置中，也可以是，具备控制所述喷出量调节机构的控制部，所述喷出量调节机构具备阀部，所述阀部构成为能够以与所述连通孔交叉的中心轴为中心旋转，并具有供所述造型材料流动的流通通道，所述连通孔具有：第一部分流道，为所述对置面与所述阀部之间的流道；以及第二部分流道，为所述阀部与所述喷嘴之间的流道，并经由所述流通通道而与所述第一部分流道连通，所述控制部通过使所述阀部旋转而改变所述流通通道与所述第二部分流道的连接部的流道截面积，从而来调节从所述喷嘴喷出的所述造型材料的流量。

根据该方面的三维造型装置，能够通过阀部的旋转来切换开始向喷嘴供给造型材料和停止向喷嘴供给造型材料。因此，能够通过简单的构成切换开始从喷嘴喷出造型材料和停止从喷嘴喷出造型材料。

(3)在上述方面的三维造型装置中，也可以是，所述加热部配置于所述桶形件内，在与所述螺旋件的所述旋转轴垂直的方向上，所述加热部与所述桶形件的所述连通孔之间的最短距离比所述加热部与所述螺旋件的外周缘之间的最短距离短。

根据该方面的三维造型装置，能够容易地将来自加热部的热传递至连通孔内的造型材料。因此，能够提高经由连通孔供给至喷嘴的造型材料的流动性。

(4)在上述方面的三维造型装置中，也可以是，所述桶形件具有冷却部，在与所述螺旋件的所述旋转轴垂直的方向上，所述冷却部与所述桶形件的所述连通孔之间的最短距离比所述冷却部与所述螺旋件的外周缘之间的最短距离长。

根据该方面的三维造型装置，能够通过冷却部对螺旋件的外周缘附近进行冷却。因此，能够通过螺旋件的旋转容易地从螺旋件的外周缘朝向中心轴输送材料。

(5)上述方面的三维造型装置也可以具备吸引部，所述吸引部连接于所述喷出量调节机构与所述喷嘴之间的所述连通孔，从所述连通孔吸引所述造型材料。

根据该方面的三维造型装置，能够通过吸引部吸引喷出量调节机构与喷嘴之间的连通孔内的造型材料。因此，在通过喷出量调节机构停止向喷嘴供给造型材料时，能够更迅速地停止从喷嘴喷出造型材料。

本公开也可以以三维造型装置以外的各种方式来实现。例如，可以以造型头、桶形件等形态实现。

Claims (4)

1.一种三维造型装置，其特征在于，具备：

熔融部，将材料熔融成为造型材料；以及

喷嘴，朝向工作台喷出从所述熔融部供给的所述造型材料，

所述熔融部具备：

螺旋件，以旋转轴为中心旋转，并具有槽形成面，所述槽形成面形成有被供给所述材料的槽；

加热部，对供给至所述槽的所述材料进行加热；

桶形件，具有与所述槽形成面相对的对置面，并设置有与所述喷嘴连通的连通孔；以及

螺旋件壳，收纳所述螺旋件，

所述熔融部还具备：

喷出量调节机构，设置于所述连通孔，调节从所述喷嘴喷出的所述造型材料的流量；

吸引部，连接于所述喷出量调节机构与所述喷嘴之间的所述连通孔，从所述连通孔吸引所述造型材料；以及

控制部，控制所述喷出量调节机构和所述吸引部，

在停止从所述喷嘴喷出所述造型材料的情况下，所述控制部在控制所述喷出量调节机构停止从所述喷嘴喷出所述造型材料之后，控制所述吸引部吸引残留在所述连通孔内的所述造型材料，

所述螺旋件壳具有沿所述螺旋件的外周缘配置的冷却部，在与所述螺旋件的所述旋转轴垂直的方向上，所述冷却部与所述桶形件的所述连通孔之间的最短距离比所述冷却部与所述螺旋件的外周缘之间的最短距离长，

在与所述螺旋件的所述旋转轴垂直的方向上，所述冷却部配置于比所述加热部更远离所述连通孔的位置处。

2.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述喷出量调节机构具备阀部，所述阀部构成为能够以与所述连通孔交叉的中心轴为中心旋转，并具有供所述造型材料流动的流通通道，

所述连通孔具有第一部分流道和第二部分流道，所述第一部分流道为所述对置面与所述阀部之间的流道，所述第二部分流道为所述阀部与所述喷嘴之间的流道，并经由所述流通通道而与所述第一部分流道连通，

所述控制部通过使所述阀部旋转而改变所述流通通道与所述第二部分流道的连接部的流道截面积，从而来调节从所述喷嘴喷出的所述造型材料的流量。

3.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述加热部配置于所述桶形件内，

所述加热部具有第一加热部和第二加热部，

所述第一加热部在与所述螺旋件的所述旋转轴垂直的方向上配置于比所述第二加热部更靠近所述连通孔的位置处。

4.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述螺旋件的作为所述槽的一部分的第一槽的深度比作为所述槽的一部分的第二槽的深度深，所述第二槽比所述第一槽更靠近所述槽形成面的中心。

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