JP2016068410A - Injection head for 3D printer - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for momentarily performing operation of switching a material to be injected in a 3D printer without moving an injection head mounted with a plurality of injection nozzles.SOLUTION: An injection head 100 for a 3D printer is mounted with a plurality of injection nozzles 1a, 1b, etc. each injecting a material for three-dimensional shaping, and its movement is controlled so as to shape a desired three-dimensional object. The injection head 100 comprises: a turntable 10 provided with a plurality of mounting parts 11a, 11b, etc. at angular intervals for mounting the plurality of injection nozzles 1a, 1b, etc.; a fixed table 20 to which the turntable 10 is rotatably fixed: and a servomechanism 30 for switching the injection nozzles 1a, 1b, etc. located at an injection position by rotating the turntable 10 by a predetermined angle.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は，３Ｄプリンタ（３次元造形装置）に備え付けられる射出ヘッドに関する。本発明の射出ヘッドに，立体造形用の素材（プラスチック素材など）を射出するための複数の射出ノズルが取り付けられる。本発明の射出ヘッドは，射出ノズルから射出される素材によって所望の立体物を造形できるように，３Ｄプリンタが備えるアクチュエータなどによって移動制御される。特に，本発明の射出ヘッドは，素材を射出する射出ノズルを切り換えることのできる機能を有するものである。   The present invention relates to an injection head provided in a 3D printer (three-dimensional modeling apparatus). A plurality of injection nozzles for injecting a material for three-dimensional modeling (such as a plastic material) is attached to the injection head of the present invention. The injection head of the present invention is controlled to move by an actuator or the like included in the 3D printer so that a desired three-dimensional object can be formed by the material injected from the injection nozzle. In particular, the injection head of the present invention has a function capable of switching an injection nozzle for injecting a material.

従来から，コンピュータグラフィックスにより生成された３Ｄデータに基づいて，実際の立体物を造形する３Ｄプリンタ（３次元造形装置）が知られている。例えば，３Ｄプリンタは，立体物の基礎データとなる３Ｄデータを，コンピュータの画面上で任意の姿勢に設定し，設定された姿勢に基づいて，高さ方向に平行な複数の面で切断した断面毎の２次元データを生成する。そして，３Ｄプリンタは，この各層に関する２次元データに基づいて，Ｘ軸，Ｙ軸，及びＺ軸の直交座標系で特定される位置に，立体造形用の素材（例えばプラスチック素材）を順次積層することよって立体造形を行う。   Conventionally, a 3D printer (three-dimensional modeling apparatus) that models an actual three-dimensional object based on 3D data generated by computer graphics is known. For example, a 3D printer sets 3D data, which is basic data of a three-dimensional object, to an arbitrary posture on a computer screen, and a cross section cut along a plurality of surfaces parallel to the height direction based on the set posture. Each two-dimensional data is generated. Then, the 3D printer sequentially stacks a material for three-dimensional modeling (for example, a plastic material) at a position specified by the orthogonal coordinate system of the X axis, the Y axis, and the Z axis based on the two-dimensional data regarding each layer. Three-dimensional modeling is performed accordingly.

また，例えば，製品開発段階で試作品等を作成する際に用いられるラピッド・プロトタイピング（Rapid Prototyping）の分野において，３次元の立体物を造形するための手法として，積層造形法が知られている。積層造形法では，立体物の３次元ＣＡＤデータをスライスし，薄板を重ね合わせたようなものを製造の元データとして作成し，プラスチック素材などの素材を積層して試作品を作成する。このようなラピッド・プロトタイピングにおいて，３Ｄプリンタは有効に利用される。熱可塑性の樹脂素材を用いた積層造形法としては，液状の樹脂に紫外線などを照射して硬化させていくインクジェット方式や，熱で融解した液状の樹脂を冷却しながら積み重ねていくＦＤＭ方式（Fused Deposition Modeling： 熱溶解積層方式）が知られている。   Also, for example, in the field of rapid prototyping (Rapid Prototyping) used when creating prototypes at the product development stage, additive manufacturing is known as a technique for modeling three-dimensional objects. Yes. In the additive manufacturing method, three-dimensional CAD data of a three-dimensional object is sliced, a thin plate is superimposed on the original data for manufacturing, and a prototype such as a plastic material is stacked. In such rapid prototyping, the 3D printer is effectively used. The additive manufacturing method using a thermoplastic resin material includes an inkjet method in which a liquid resin is cured by irradiating ultraviolet rays or the like, and an FDM method in which a liquid resin melted by heat is stacked while being cooled (Fused) Deposition Modeling: heat melting lamination method) is known.

また，従来から，立体物の色や物性を部位に応じて異ならせるために，異なる素材を射出する複数の射出ノズルが備えられた３Ｄプリンタが知られている（特許文献１）。このように，色や物性の異なる複数種類の素材を用いて立体物の造型を行う場合には，異なる素材が射出ノズル内で混合することを防止するために，各素材を異なる射出ノズルから射出する必要がある。例えば，特許文献１に記載の３Ｄプリンタでは，アクチュエータによって移動制御される射出ヘッドに，複数の射出ノズルが平行に並べて取り付けられている。そして，この従来の３Ｄプリンタは，立体像の基礎となる３Ｄデータに従って，素材を射出する射出ノズルを選択し，この選択した射出ノズルを適切な位置に移動させる微調整を行った後に，射出ノズルから素材を射出するように制御している。   Conventionally, there has been known a 3D printer provided with a plurality of injection nozzles for injecting different materials in order to vary the color and physical properties of a three-dimensional object depending on the part (Patent Document 1). In this way, when molding a three-dimensional object using a plurality of types of materials having different colors and physical properties, each material is injected from different injection nozzles in order to prevent different materials from mixing in the injection nozzle. There is a need to. For example, in the 3D printer described in Patent Document 1, a plurality of injection nozzles are attached in parallel to an injection head whose movement is controlled by an actuator. The conventional 3D printer selects an injection nozzle that injects a material in accordance with 3D data that is the basis of a stereoscopic image, and performs fine adjustment to move the selected injection nozzle to an appropriate position, and then the injection nozzle. The material is controlled to be ejected from.

特開２０００−２８０３５４号公報JP 2000-280354 A

しかしながら，上記した従来の３Ｄプリンタのように，アクチュエータによって移動制御される射出ヘッドに，複数の射出ノズルが平行に取り付けられていると，各射出ノズルの吐出口は，それぞれ平面方向（Ｘ−Ｙ軸の２次元方向）において異なる位置に位置することになる。このため，従来の３Ｄプリンタは，射出する素材を切り換える際に，射出ノズルを選択した後に，この選択した射出ノズルを適切な位置に位置させるために，射出ヘッド全体を移動制御させる必要があった。例えば，切換ポイントαにおいて，素材Ａから素材Ｂに射出する素材を切り換える必要がある場合には，第１の射出ノズルによって切換ポイントαまで素材Ａを射出し，その後，第２の射出ノズルによる素材Ｂの射出を開始する。しかし，切換時点において，第１の射出ノズルの吐出口は切換ポイントαに位置しているが，第２の射出ノズルの吐出口は切換ポイントαには位置していない。このため，第２の射出ノズルの吐出口が切換ポイントαに位置するように，複数の射出ノズルが取り付けられた射出ヘッド全体を移動制御する必要がある。従って，従来の３Ｄプリンタは，素材の切換時に，射出ヘッド全体をアクチュエータによって移動させなければならず，時間の遅延を招くものであった。   However, when a plurality of injection nozzles are attached in parallel to an injection head that is moved and controlled by an actuator, as in the above-described conventional 3D printer, the discharge ports of the injection nozzles are respectively in the plane direction (XY). It is located at a different position in the two-dimensional direction of the axis. For this reason, when switching the material to be ejected, the conventional 3D printer needs to control the movement of the entire ejection head in order to position the selected ejection nozzle at an appropriate position after selecting the ejection nozzle. . For example, when it is necessary to switch the material injected from the material A to the material B at the switching point α, the material A is injected up to the switching point α by the first injection nozzle, and then the material by the second injection nozzle. B injection starts. However, at the time of switching, the discharge port of the first injection nozzle is positioned at the switching point α, but the discharge port of the second injection nozzle is not positioned at the switching point α. For this reason, it is necessary to control the movement of the entire injection head to which the plurality of injection nozzles are attached so that the discharge port of the second injection nozzle is located at the switching point α. Therefore, in the conventional 3D printer, when the material is switched, the entire ejection head must be moved by the actuator, resulting in a time delay.

また，射出ノズルを切り換える際に射出ヘッド全体を移動制御させることとすると，その射出ヘッドの移動距離を予めプログラミングしておく必要があり，移動制御が複雑化するという問題がある。例えば，射出ノズルが３本以上備わっている場合に，第１の射出ノズルから第２の射出ノズルに切り換える際の移動距離と，第１の射出ノズルから第３の射出ノズルに切り換える際の移動距離とでは，それぞれ異なる移動制御（プログラム）が必要になる場合がある。このように，射出ノズルの切換時の処理をソフトウェアに依存させると，移動制御が複雑になるとともに，仮にプログラムが誤っている場合には３Ｄプリンタ全体が誤作動を起こすという問題があった。   Further, if the movement of the entire ejection head is controlled when the ejection nozzle is switched, the movement distance of the ejection head needs to be programmed in advance, which causes a problem of complicated movement control. For example, when there are three or more injection nozzles, the movement distance when switching from the first injection nozzle to the second injection nozzle and the movement distance when switching from the first injection nozzle to the third injection nozzle In some cases, different movement controls (programs) may be required. As described above, if the processing at the time of switching the injection nozzle is made dependent on software, the movement control becomes complicated, and if the program is wrong, the entire 3D printer malfunctions.

そこで，本発明は，射出する素材の切り換え動作を，複数の射出ノズルが取り付けられた射出ヘッドを移動させることなく，瞬時に行うことができるようにすることを第１の目的とする。   Therefore, a first object of the present invention is to make it possible to instantaneously perform the operation of switching the material to be injected without moving the injection head to which a plurality of injection nozzles are attached.

また，従来の３Ｄプリンタのように，射出ヘッドに複数の射出ノズルが平行に取り付けられていると，各射出ノズルの吐出口は，ほぼ同じ高さに位置することとなる。そうすると，射出ヘッドを移動させたときに，射出されて積み重ねられた素材と，射出を行っていない射出ノズルの先端部分が衝突を起こすおそれがあった。また，このような衝突が生じると，既に積み重ねられている素材に，不必要な素材が混合するおそれがあり，正確に３Ｄデータに従った立体物を造型することができないという問題があった。   In addition, when a plurality of injection nozzles are attached in parallel to the injection head as in a conventional 3D printer, the discharge ports of the injection nozzles are positioned at substantially the same height. As a result, when the injection head is moved, there is a possibility that the material that has been injected and stacked and the tip of the injection nozzle that has not been injected will collide. In addition, when such a collision occurs, there is a possibility that unnecessary materials may be mixed with materials already stacked, and there is a problem that a three-dimensional object according to 3D data cannot be accurately formed.

そこで，本発明は，射出されて積み重ねられた素材に対して，射出ノズルが衝突したり，不用意に異素材が混合するという事態を回避することを第２の目的とする。   Therefore, a second object of the present invention is to avoid a situation in which an injection nozzle collides with a material that has been injected and stacked, or a different material is inadvertently mixed.

本発明は，上述した第１の目的と第２の目的の少なくともいずれか一方を達成するための手段を提供するものである。   The present invention provides means for achieving at least one of the first and second objects described above.

本発明の発明者は，従来発明の問題を解決する手段について鋭意検討した結果，複数の射出ノズルを回転台に取り付け，この回転台をサーボ機構によって回転させるようにすることで，３Ｄプリンタ用の射出ヘッドに，射出ノズルの位置切換機能を付与することができるという知見を得た。このように，回転台を回転させて射出ノズルの位置の切り換えを行うことにより，射出ヘッド全体の位置を移動制御することなく，射出する素材の瞬時に切り換えることができる。また，射出ノズルの高さが変わるように，回転台を回転させることにより，積み重ねられた素材に，射出ノズルの先端が衝突したり，不用意に異素材が混合する事態を回避できる。そして，本発明者は，上記知見に基づけば，従来技術の課題を解決できることに想到し，本発明を完成させた。具体的に説明すると，本発明は以下の構成を有する。   The inventor of the present invention diligently studied the means for solving the problems of the conventional invention, and as a result, a plurality of injection nozzles are attached to a turntable, and the turntable is rotated by a servo mechanism, so that it can be used for a 3D printer. It was found that the injection head can be provided with a function for switching the position of the injection nozzle. In this way, by switching the position of the injection nozzle by rotating the turntable, the material to be injected can be instantaneously switched without controlling the movement of the entire injection head. In addition, by rotating the turntable so that the height of the injection nozzle changes, it is possible to avoid a situation where the tip of the injection nozzle collides with the stacked material or an inadvertent mixing of different materials. The inventor has conceived that the problems of the prior art can be solved based on the above knowledge, and has completed the present invention. More specifically, the present invention has the following configuration.

本発明は，３Ｄプリンタ用の射出ヘッド１００に関する。
本発明の射出ヘッド１００は，立体造形用の素材を射出する複数の射出ノズル１ａ，１ｂ…が取り付けられる。また，射出ヘッド１００は，所望の立体物を造形するように，３Ｄプリンタが備えるアクチュエータなどによって移動制御されるものである。
射出ヘッド１００は，回転台１０と，固定台２０と，サーボ機構３０と，を備える。
回転台１０は，複数の射出ノズル１ａ，１ｂ…を取り付けるための複数の取付部１１ａ，１１ｂ…が角度的に間隔をおいて設けられた部材である。
固定台２０は，回転台１０が回転可能に固定される部材である。
サーボ機構３０は，回転台１０を所定角度回転させることにより，射出位置に位置する射出ノズル１ａ，１ｂ…を切り換える制御を行うための機構である。 The present invention relates to an ejection head 100 for a 3D printer.
The injection head 100 of the present invention is attached with a plurality of injection nozzles 1a, 1b... For injecting a material for three-dimensional modeling. The injection head 100 is controlled to move by an actuator or the like provided in the 3D printer so as to form a desired three-dimensional object.
The ejection head 100 includes a turntable 10, a fixed base 20, and a servo mechanism 30.
The turntable 10 is a member in which a plurality of attachment portions 11a, 11b,... For attaching a plurality of injection nozzles 1a, 1b,.
The fixed base 20 is a member to which the rotary base 10 is rotatably fixed.
The servo mechanism 30 is a mechanism for performing control to switch the injection nozzles 1a, 1b... Positioned at the injection position by rotating the turntable 10 by a predetermined angle.

上記構成のように，本発明の射出ヘッド１００は，回転台１０をサーボ機構３０によって回転させることで，立体造形用の素材を射出する射出ノズル１ａ，１ｂ…を切り換えることができる。このため，本発明の射出ヘッド１００を用いることで，射出する素材を切り換える際に，回転台１０を回転させるだけで，適切な射出ノズルを適切な位置に配置することができる。すなわち，本発明では，従来の発明とは異なり，射出ノズルを適切な位置に位置させるために，射出ヘッド全体を移動制御させる必要がなくなる。例えば，切換ポイントαにおいて，素材Ａから素材Ｂに射出する素材を切り換える必要がある場合には，第１の射出ノズル１ａによって切換ポイントαまで素材Ａを射出し，その後，第２の射出ノズル１ｂによる素材Ｂの射出を開始する。ただし，切換時点において，第１の射出ノズル１ａの吐出口は切換ポイントαに位置しているが，第２の射出ノズル１ｂの吐出口は切換ポイントαには位置していない。そこで，本発明では，回転台１０を回転させることで，第２の射出ノズル１ｂを，瞬時に切換ポイントαに位置させる。これにより，射出ヘッド１００全体を移動制御する必要がなくなるため，より短時間で射出素材の切り換えを行うことが可能となる。このように，本発明は，回転構造を採用しているため，射出ヘッド１００の移動切換時間がなく，ゼロ距離での切換動作が可能となり，さらには移動距離制御のソフトウェア依存性を低減することができる。   As described above, the injection head 100 of the present invention can switch the injection nozzles 1a, 1b... For injecting the material for three-dimensional modeling by rotating the turntable 10 by the servo mechanism 30. For this reason, by using the injection head 100 of the present invention, an appropriate injection nozzle can be arranged at an appropriate position by simply rotating the turntable 10 when switching the material to be injected. That is, in the present invention, unlike the conventional invention, it is not necessary to control the movement of the entire injection head in order to position the injection nozzle at an appropriate position. For example, when it is necessary to switch the material injected from the material A to the material B at the switching point α, the material A is injected up to the switching point α by the first injection nozzle 1a, and then the second injection nozzle 1b. The injection of the material B is started. However, at the time of switching, the discharge port of the first injection nozzle 1a is positioned at the switching point α, but the discharge port of the second injection nozzle 1b is not positioned at the switching point α. Therefore, in the present invention, the second injection nozzle 1b is instantaneously positioned at the switching point α by rotating the turntable 10. As a result, it is not necessary to control the movement of the entire injection head 100, and the injection material can be switched in a shorter time. Thus, since the present invention employs a rotating structure, there is no movement switching time of the injection head 100, switching operation at zero distance is possible, and further, software dependency of movement distance control is reduced. Can do.

本発明の射出ヘッド１００は，射出位置に位置している状態において，複数の射出ノズル１ａ，１ｂ…のそれぞれは，同一直線上に沿って素材を射出するものであることが好ましい。   In the state where the injection head 100 of the present invention is located at the injection position, each of the plurality of injection nozzles 1a, 1b... Preferably injects a material along the same straight line.

上記構成のように，本発明では，素材を射出するものとして選択された射出ノズルは，回転台１０の回転により一定の射出位置へと運ばれる。このとき，複数の射出ノズルはそれぞれ異なるタイミングで射出位置に位置することとなるが，射出位置に位置している射出ノズルはすべて，同一直線上に沿って素材を射出する。これにより，第１の射出ノズル１ａから第２の射出ノズル１ｂに切り換えたときに，射出ヘッド１００の位置を微調整することなく，そのままの状態で第２の射出ノズル１ｂによる射出を開始することができる。従って，瞬時に切換動作を行うことができる。   As described above, in the present invention, the injection nozzle selected to inject the material is moved to a certain injection position by the rotation of the turntable 10. At this time, the plurality of injection nozzles are positioned at the injection positions at different timings, but all the injection nozzles positioned at the injection positions inject the material along the same straight line. Thus, when the first injection nozzle 1a is switched to the second injection nozzle 1b, the injection by the second injection nozzle 1b is started as it is without finely adjusting the position of the injection head 100. Can do. Therefore, the switching operation can be performed instantaneously.

本発明の射出ヘッド１００において，回転台１０は，射出位置に位置する取付部１１ａ，１１ｂ…に対して，他の隣接する取付部１１ａ，１１ｂ…が，上方に向かって所定角度傾斜する形状をなしていることが好ましい。   In the injection head 100 of the present invention, the turntable 10 has a shape in which the other adjacent mounting portions 11a, 11b,... Are inclined at a predetermined angle upward with respect to the mounting portions 11a, 11b,. It is preferable to do it.

上記構成のように，回転台１０の取付部１１ａ，１１ｂによる射出ノズル１ａ，１ｂ…の取り付け高さを異ならせる。これにより，射出されて積み重ねられた素材と，射出を行っていない射出ノズルの先端部分が衝突を起こす事態を回避することができる。また，積層した素材と射出ノズルの衝突を防止することで，積層した素材に，不必要な素材が混合する可能性を低減させることができる。その結果，本発明の射出ヘッド１００を用いることで，より正確に３Ｄデータに従った立体物を造型することが可能となる。   As in the above configuration, the mounting heights of the injection nozzles 1a, 1b... By the mounting portions 11a, 11b of the turntable 10 are varied. As a result, it is possible to avoid a situation in which the material that has been injected and stacked and the tip of the injection nozzle that has not been injected cause a collision. Further, by preventing collision between the stacked material and the injection nozzle, it is possible to reduce the possibility that unnecessary materials are mixed with the stacked material. As a result, by using the injection head 100 of the present invention, a three-dimensional object according to 3D data can be formed more accurately.

本発明の射出ヘッド１００において，回転台１０は，複数の取付部１１ａ，１１ｂ…と連結された中心部１２を有し，この中心部１２において，固定台２０に回転可能に固定されている。ここで，中心部１２が傾斜していることにより，回転台１０の回転軸が垂直方向に対して所定角度傾いていることが好ましい。   In the injection head 100 of the present invention, the turntable 10 has a central portion 12 connected to a plurality of mounting portions 11a, 11b..., And is rotatably fixed to the fixed base 20 at the central portion 12. Here, it is preferable that the rotation axis of the turntable 10 is inclined at a predetermined angle with respect to the vertical direction because the center portion 12 is inclined.

上記構成のように，回転台１０の回転軸を所定角度傾斜させることで，射出位置に位置する射出ノズル１ａ，１ｂ…を切り換えた場合であっても，切換前の射出ノズルの吐出口の高さと切換後の射出ノズルの吐出口の高さとを一定に維持することができる。これにより，よりスムーズに連続的な素材の射出が可能となる。   As described above, even when the injection nozzles 1a, 1b... Positioned at the injection position are switched by inclining the rotation axis of the turntable 10 by a predetermined angle, the height of the discharge nozzle of the injection nozzle before switching is changed. And the height of the discharge port of the injection nozzle after switching can be kept constant. As a result, continuous material injection can be performed more smoothly.

本発明の射出ヘッド１００において，回転台１０は，取付部１１ａ，１１ｂ…に対応する回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…を有し，固定台２０は，回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…に吸着する固定台用磁性物２４を有することが好ましい。また，ある１つの取付部１１ａ，１１ｂ…が射出位置に位置しているときに，この取付部１１ａ，１１ｂ…に対応する回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…が固定台用磁性物２４に吸着していることが好ましい。なお，ここにいう「磁性物」としては，永久磁石や，電磁石，鉄などの強磁性体を用いればよい。   In the injection head 100 of the present invention, the turntable 10 has turntable magnetic materials 14a, 14b ... corresponding to the mounting portions 11a, 11b ..., and the fixed table 20 is attached to the turntable magnetic materials 14a, 14b .... It is preferable to have the magnetic material 24 for a fixed base to adsorb | suck. When one of the mounting portions 11a, 11b,... Is located at the injection position, the rotating table magnetic materials 14a, 14b, etc. corresponding to the mounting portions 11a, 11b,. It is preferable. As the “magnetic material” mentioned here, a permanent magnet, an electromagnet, or a ferromagnetic material such as iron may be used.

上記構成のように，ある１つの取付部１１ａ，１１ｂ…が射出位置に位置している状態において，回転台１０に設けられた回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ…の少なくとも１つが固定台２０に設けられた固定台用磁性物２４に吸着していることで，回転台１０の回転が抑制されて安定するようになる。例えば，アクチュエータによって射出ヘッド１００を移動制御しているときであっても，回転台１０が磁力によって固定台２０に吸着されているため，機械駆動特有のブレによって回転台１０が不用意に回転することを防止できる。これにより，さらに精度の高い立体造形が可能となる。   As in the above-described configuration, in a state in which one mounting portion 11a, 11b,... Is located at the injection position, at least one of the rotating base magnetic materials 14a, 14b,. By adsorbing to the magnetic material 24 for fixed base provided, rotation of the turntable 10 is suppressed and becomes stable. For example, even when the movement of the injection head 100 is controlled by an actuator, the turntable 10 is inadvertently rotated due to vibrations peculiar to mechanical driving because the turntable 10 is attracted to the fixed table 20 by magnetic force Can be prevented. Thereby, three-dimensional modeling with higher accuracy becomes possible.

本発明よれば，射出する素材の切り換え動作を，複数の射出ノズルが取り付けられた射出ヘッドを移動させることなく，瞬時に行うことができる。また，本発明によれば，射出されて積み重ねられた素材に対して，射出ノズルが衝突したり，不用意に異素材が混合する事態を回避できる。   According to the present invention, the switching operation of the material to be injected can be performed instantaneously without moving the injection head to which the plurality of injection nozzles are attached. In addition, according to the present invention, it is possible to avoid a situation in which an injection nozzle collides with a material that has been injected and stacked, or a case where different materials are mixed carelessly.

図１は，本発明の一実施形態に係る射出ヘッドを示した斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an injection head according to an embodiment of the present invention. 図２は，射出ヘッドによって素材を射出する射出ノズルの切り換えを行う様子を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a state where the injection nozzle for injecting the material is switched by the injection head. 図３は，射出ヘッドの動作の様子を示した斜視図と平面図である。FIG. 3 is a perspective view and a plan view showing the operation of the injection head. 図４は，概念的に回転台，固定台，及び基台を抽出した構造を示した斜視図と側面図である。FIG. 4 is a perspective view and a side view showing a structure in which a turntable, a fixed base, and a base are extracted conceptually. 図５は，回転台，固定台，及び基台を抽出した構造の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a structure in which a turntable, a fixed base, and a base are extracted. 図６は，他の実施形態に係る射出ヘッドの例を示した斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an example of an ejection head according to another embodiment.

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, but includes those appropriately modified by those skilled in the art from the following embodiments.

本発明は，３Ｄプリンタに備え付けられる射出ヘッド１００に関するものである。図１〜図５には，本発明の一実施形態に係る射出ヘッド１００の構成の例が示されている。図１は，複数の射出ノズル１ａ，１ｂ，１ｃが射出ヘッド１００に取り付けられた状態を示している。本実施形態において，射出ヘッド１００には，最大，３本の射出ノズル１ａ，１ｂ，１ｃを取り付けることができるようになっている。図１に示されるように，本発明に係る射出ヘッド１００は，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃを束ねて保持するための部材である。また，本発明に係る射出ヘッド１００は，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃの位置の切り換えを行うことができ，その内の１つを素材の射出に適した射出位置に固定することができる。   The present invention relates to an injection head 100 provided in a 3D printer. 1 to 5 show examples of the configuration of the ejection head 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state where a plurality of injection nozzles 1 a, 1 b and 1 c are attached to the injection head 100. In the present embodiment, a maximum of three injection nozzles 1a, 1b, and 1c can be attached to the injection head 100. As shown in FIG. 1, an injection head 100 according to the present invention is a member for bundling and holding a plurality of injection nozzles 1a to 1c. Further, the injection head 100 according to the present invention can switch the positions of the plurality of injection nozzles 1a to 1c, and can fix one of them at an injection position suitable for the injection of the material.

射出ノズル１ａ〜１ｃは，３Ｄプリンタに備え付けられるものとして公知の物を適宜用いることができる。複数の射出ノズル１ａ〜１ｃは，それぞれ独立しており，射出ノズルのチューブには，それぞれ異なった立体造形用の素材が供給することができる。このため，各射出ノズル１ａ〜１ｃは，その吐出口からそれぞれ異なった素材を射出するものであることが好ましい。なお，本発明は，射出ヘッド１００を対象としたものであり，この射出ヘッド１００に取り付けられる射出ノズル１ａ〜１ｃは，本発明の構成要件とはなっていない。   As the injection nozzles 1a to 1c, known materials can be appropriately used as those provided in the 3D printer. The plurality of injection nozzles 1a to 1c are independent of each other, and different three-dimensional modeling materials can be supplied to the tubes of the injection nozzles. For this reason, it is preferable that each injection nozzle 1a-1c inject | emits a different raw material from the discharge port, respectively. Note that the present invention is directed to the injection head 100, and the injection nozzles 1a to 1c attached to the injection head 100 are not constituents of the present invention.

また，射出ノズル１ａ〜１ｃに供給する立体造形用の素材としては，一般的な３Ｄプリンタにて利用される公知の素材を用いることができる。例えば，インクジェット方式の３Ｄプリンタの場合，射出ノズル１ａ〜１ｃには，立体造形用の素材として，紫外線などによって硬化する性質を持つ液状の樹脂を供給すればよい。なお，インクジェット方式の３Ｄプリンタは，射出ヘッド１００の他に，樹脂素材を硬化させる紫外線を放射するための照射装置（図示省略）を備えていてもよい。また，例えば，ＦＤＭ方式の３Ｄプリンタの場合，射出ノズル１ａ〜１ｃには，立体造形用の素材として，熱融解された液状の樹脂を供給すればよい。この場合，ＦＭＤ方式の３Ｄプリンタは，射出ヘッド１００の他に，樹脂素材を加熱するための加熱装置（図示省略）や，熱融解した樹脂素材を冷却するための冷却装置（図示省略）を備えていてもよい。   Moreover, as the material for three-dimensional modeling supplied to the injection nozzles 1a to 1c, a known material used in a general 3D printer can be used. For example, in the case of an inkjet 3D printer, a liquid resin having a property of being cured by ultraviolet rays or the like may be supplied to the injection nozzles 1a to 1c as a material for three-dimensional modeling. In addition to the injection head 100, the inkjet 3D printer may include an irradiation device (not shown) for emitting ultraviolet rays that cure the resin material. Further, for example, in the case of an FDM 3D printer, the injection nozzles 1a to 1c may be supplied with a thermally melted liquid resin as a material for three-dimensional modeling. In this case, in addition to the injection head 100, the FMD 3D printer includes a heating device (not shown) for heating the resin material and a cooling device (not shown) for cooling the thermally melted resin material. It may be.

本発明に係る射出ヘッド１００は，射出ノズル１ａ〜１ｃから素材を射出する位置を調整するために，３Ｄプリンタが備えるアクチュエータ（図示省略）によって，移動制御される。すなわち，本発明の射出ヘッド１００は，立体造型の基礎となるＣＡＤデータに基づいて，アクチュエータにより，左右方向（Ｘ軸方向），奥行方向（Ｙ軸方向），及び上下方向（Ｚ軸方向）に移動制御される。アクチュエータは，適宜公知の構造を採用することができる。例えば，アクチュエータは，射出ヘッド１００を，Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向に移動制御するものであってもよい。また，例えば，アクチュエータは，射出ヘッド１００をＸ軸とＹ軸方向に移動させ，樹脂素材が積層されるステージ（図示省略）をＺ軸方向に移動させるものであってもよい。また，例えば，アクチュエータは，射出ヘッド１００をＸ軸とＺ軸方向に移動させ，樹脂素材が積層されるステージをＹ軸方向に移動させるものであってもよい。このように，３Ｄプリンタ自体の構造は特に限定されるものではなく，本発明の射出ヘッド１００は，適宜公知の３Ｄプリンタに取り付けることが可能である。   The ejection head 100 according to the present invention is controlled to move by an actuator (not shown) provided in the 3D printer in order to adjust the position at which the material is ejected from the ejection nozzles 1a to 1c. That is, the injection head 100 of the present invention is based on CAD data that is the basis of three-dimensional molding, and is moved in the left-right direction (X-axis direction), depth direction (Y-axis direction), and vertical direction (Z-axis direction) by an actuator. Move controlled. The actuator can adopt a known structure as appropriate. For example, the actuator may control the movement of the injection head 100 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. Further, for example, the actuator may be one that moves the injection head 100 in the X-axis and Y-axis directions and moves a stage (not shown) on which the resin material is laminated in the Z-axis direction. Further, for example, the actuator may move the injection head 100 in the X-axis and Z-axis directions and move the stage on which the resin material is laminated in the Y-axis direction. Thus, the structure of the 3D printer itself is not particularly limited, and the ejection head 100 of the present invention can be appropriately attached to a known 3D printer.

図１〜図５に示されるように，本発明の射出ヘッド１００は，基本的に，回転台１０と，固定台２０と，サーボ機構３０と，基台４０とを備える。本実施形態において，基台４０には，３Ｄプリンタのアクチュエータが連結されている。また，本実施形態において，基台４０は，Ｌ字型に形成されており，その底壁４１に固定台２０が取り付けられ，その側壁４２にサーボ機構３０が取り付けられている。また，固定台２０には，回転台１０が回転可能に固定されている。そして，この回転台１０には，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付けることができる。これにより，アクチュエータを介して基台４０を移動させることで，この基台４０上に搭載されている回転台１０，固定台２０，及びサーボ機構３０，さらには複数の射出ノズル１ａ〜１ｃが全体的に移動するようになっている。以下，本発明に係る射出ヘッド１００の各部の構成について具体的に説明する。   As shown in FIGS. 1 to 5, the injection head 100 of the present invention basically includes a rotary table 10, a fixed table 20, a servo mechanism 30, and a base 40. In the present embodiment, the base 40 is connected to an actuator of a 3D printer. Further, in the present embodiment, the base 40 is formed in an L shape, the fixed base 20 is attached to the bottom wall 41, and the servo mechanism 30 is attached to the side wall 42. Further, the turntable 10 is fixed to the fixed base 20 so as to be rotatable. A plurality of injection nozzles 1 a to 1 c can be attached to the turntable 10. As a result, the base 40 is moved via the actuator, so that the rotary base 10, the fixed base 20, the servo mechanism 30, and the plurality of injection nozzles 1a to 1c mounted on the base 40 are entirely provided. It is designed to move. Hereinafter, the configuration of each part of the injection head 100 according to the present invention will be specifically described.

図１に示されるように，回転台１０は，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付けるための部材である。また，図４には，射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付ける前の回転台１０の様子が示されている。図１及び図４に示されるように，本実施形態において，回転台１０は，複数の取付部１１ａ，１１ｂ，１１ｃと，中心部１２と，複数の補助部１３ａ，１３ｂ，１３ｃとによって構成されている。回転台１０は，中心部１２において，固定台２０に対して回転可能に固定される。また，この中心部１２から前端側に向かって，所定の角度間隔を空けて，複数の取付部１１ａ〜１１ｃが延出している。また，この中心部１２から後端側（取付部１１ａ〜１１ｃの延出方向とは反対側）に向かって，所定の角度間隔を空けて，複数の補助部１３ａ〜１３ｃが延出している。本実施形態において，取付部１１ａ〜１１ｃは，射出ノズル１ａ〜１ｃの数に合わせて，３箇所に形成されている。また，補助部１３ａ〜１３ｃは，取付部１１ａ〜１１ｃの数に合わせて，３箇所に設けられている。このように，回転台１０は，中心部１２を中心として，およそ放射状に，複数の取付部１１ａ〜１１ｃ及び複数の補助部１３ａ〜１３ｃが延出した形状となっている。   As shown in FIG. 1, the turntable 10 is a member for attaching a plurality of injection nozzles 1a to 1c. FIG. 4 shows the state of the turntable 10 before the injection nozzles 1a to 1c are attached. As shown in FIGS. 1 and 4, in the present embodiment, the turntable 10 includes a plurality of mounting portions 11a, 11b, and 11c, a center portion 12, and a plurality of auxiliary portions 13a, 13b, and 13c. ing. The turntable 10 is rotatably fixed to the fixed stand 20 at the center portion 12. A plurality of attachment portions 11a to 11c extend from the center portion 12 toward the front end side with a predetermined angular interval. A plurality of auxiliary portions 13a to 13c extend from the center portion 12 toward the rear end side (the side opposite to the extending direction of the attachment portions 11a to 11c) with a predetermined angular interval. In this embodiment, the attachment parts 11a-11c are formed in three places according to the number of injection nozzles 1a-1c. Moreover, the auxiliary | assistant parts 13a-13c are provided in three places according to the number of the attaching parts 11a-11c. Thus, the turntable 10 has a shape in which the plurality of attachment portions 11 a to 11 c and the plurality of auxiliary portions 13 a to 13 c extend approximately radially from the center portion 12.

図１に示されるように，複数の取付部１１ａ〜１１ｃには，それぞれ，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃが取り付けられる。例えば，図４に示されるように，取付部１１ａ〜１１ｃには，ネジ孔が形成されていてもよい。これにより，射出ノズル１ａ〜１ｃに形成されたネジ山を，取付部１１ａ〜１１ｃのネジ孔に嵌め合わせることで，両者を連結することができる。また，取付部１１ａ〜１１ｃは，射出ノズル１ａ〜１ｃの射出方向が垂直方向と一致するように，射出ノズル１ａ〜１ｃを保持することが好ましい。   As shown in FIG. 1, a plurality of injection nozzles 1a to 1c are attached to the plurality of attachment portions 11a to 11c, respectively. For example, as shown in FIG. 4, screw holes may be formed in the attachment portions 11 a to 11 c. Thereby, both can be connected by fitting the thread formed in the injection nozzles 1a to 1c into the screw holes of the mounting portions 11a to 11c. Moreover, it is preferable that the attachment parts 11a-11c hold | maintain the injection nozzles 1a-1c so that the injection direction of the injection nozzles 1a-1c may correspond with a perpendicular direction.

中心部１２には，複数の取付部１１ａ〜１１ｃの一端部分が連結されている。図４に示されるように，回転台１０は，中心部１２において，固定台２０に対して回転可能に固定される。このため，回転台１０の回転軸（Ｒ）は，中心部１２を通るものとなる。また，中心部１２には，複数の補助部１３ａ〜１３ｃの一端部分が連結されている。本実施形態において，複数の取付部１１ａ〜１１ｃと複数の補助部１３ａ〜１３ｃは３箇所ずつ（合計６箇所）に形成されていることから，中心部１２は，およそ６角形状の領域となっている。   The center portion 12 is connected to one end portions of the plurality of attachment portions 11a to 11c. As shown in FIG. 4, the turntable 10 is rotatably fixed to the fixed stand 20 at the central portion 12. For this reason, the rotation axis (R) of the turntable 10 passes through the central portion 12. The central portion 12 is connected to one end portions of a plurality of auxiliary portions 13a to 13c. In the present embodiment, since the plurality of attachment portions 11a to 11c and the plurality of auxiliary portions 13a to 13c are formed at three places (total of six places), the central portion 12 is an approximately hexagonal region. ing.

補助部１３ａ〜１３ｃは，回転台１０の動作を補助するための部位である。複数の補助部１３ａ〜１３ｂは，それぞれ，複数の取付部１１ａ〜１１ｃに対応して設けられる。具体的には，第１の取付部１１ａと中心部１２を通る直線上に，第１の補助部１３ａが位置する。また，第２の取付部１１ｂと中心部１２を通る直線上に，第２の補助部１３ｂが位置する。さらに，第３の取付部１１ｃと中心部１２を通る直線上に，第３の補助部１３ｃが位置する。このように，各補助部１３ａ〜１３ｃは，それに対応する各取付部１１ａ〜１１ｃと同一直線上に設けられている。また，詳しくは後述するが，各補助部１３ａ〜１３ｃには，それぞれ，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃが取り付けられている。   The auxiliary parts 13 a to 13 c are parts for assisting the operation of the turntable 10. The plurality of auxiliary portions 13a to 13b are provided corresponding to the plurality of mounting portions 11a to 11c, respectively. Specifically, the first auxiliary portion 13a is positioned on a straight line passing through the first attachment portion 11a and the center portion 12. Further, the second auxiliary portion 13b is positioned on a straight line passing through the second attachment portion 11b and the center portion 12. Further, the third auxiliary portion 13 c is located on a straight line passing through the third attachment portion 11 c and the center portion 12. Thus, each auxiliary | assistant part 13a-13c is provided on the same straight line as each attaching part 11a-11c corresponding to it. Moreover, although mentioned later in detail, each auxiliary | assistant part 13a-13c is attached with the magnetic materials 14a-14c for turntables, respectively.

図４などに示されるように，固定台２０は，回転台１０が回転可能に取り付けられる部材である。具体的には，固定台２０には，回転台１０の中心部１２が固定される。固定台２０は，固定部２１と基礎部２２とに区分される。固定台２０の固定部２１は回転台１０の中心部１２が回転可能に固定される部位である。また，固定台２０の基礎部２２は，基台４０に対して不動で固定される部位である。このように，固定台２０は，回転台１０と基台４０とを中継する役割を担っている。   As shown in FIG. 4 and the like, the fixed base 20 is a member to which the rotary base 10 is rotatably attached. Specifically, the center 12 of the turntable 10 is fixed to the fixed base 20. The fixed base 20 is divided into a fixed portion 21 and a base portion 22. The fixed part 21 of the fixed base 20 is a part where the central part 12 of the rotary base 10 is rotatably fixed. In addition, the base portion 22 of the fixed base 20 is a part that is fixed to the base 40 in a stationary manner. As described above, the fixed base 20 plays a role of relaying between the rotary base 10 and the base 40.

図１に示されるように，サーボ機構３０は，回転台１０を所定角度回転させるための機構である。図３には，サーボ機構３０の動作例が示されている。図１及び図３に示されるように，サーボ機構３０が回転台１０を所定角度回転させることで，回転台１０に取り付けられている射出ノズル１ａ〜１ｃの位置が変わる。複数（３本）の射出ノズル１ａ〜１ｃのうち，必ず１本は，素材を射出するのに適した「射出位置」に配置される。すなわち，「射出位置」とは，３Ｄプリンタの設計上，素材を射出する位置として特定された位置である。従って，射出位置に位置する射出ノズル１ａ〜１ｃから素材を射出することで，理論的には，ＣＡＤデータによって設計された立体物を正確に造形することができる。なお，回転台１０は，射出位置に位置する射出ノズル１ａ〜１ｃから垂直に素材が射出されるように，射出ノズル１ａ〜１ｃを保持可能な形状であることが好ましい。このように，サーボ機構３０は，回転台１０を所定角度回転させることにより，複数の射出ノズル１ａ〜１ｃのうち，射出位置に位置する射出ノズルの切り換えを行うものである。   As shown in FIG. 1, the servo mechanism 30 is a mechanism for rotating the turntable 10 by a predetermined angle. FIG. 3 shows an operation example of the servo mechanism 30. As shown in FIGS. 1 and 3, the servo mechanism 30 rotates the turntable 10 by a predetermined angle to change the positions of the injection nozzles 1 a to 1 c attached to the turntable 10. Of the multiple (three) injection nozzles 1a to 1c, one is surely arranged at an “injection position” suitable for injecting the material. That is, the “injection position” is a position specified as a position for injecting a material in the design of the 3D printer. Therefore, theoretically, a three-dimensional object designed by CAD data can be accurately modeled by injecting the material from the injection nozzles 1a to 1c located at the injection position. In addition, it is preferable that the turntable 10 has a shape capable of holding the injection nozzles 1a to 1c so that the material is injected vertically from the injection nozzles 1a to 1c located at the injection positions. Thus, the servo mechanism 30 switches the injection nozzle located in the injection position among the plurality of injection nozzles 1a to 1c by rotating the turntable 10 by a predetermined angle.

図１及び図３等に示されるように，本実施形態において，サーボ機構３０は，サーボモータ３１と，クランク３２と，ロッド３３を備えている。サーボモータ３１は，バッテリ（図示省略）から供給される電気エネルギーを，機械的な回転運動（回転エネルギー）に変換する部材である。サーボモータ３１の回転軸の先端には，クランク３２が回転不能に固定されている。クランク３２は，サーボモータ３１の回転に応じて時計回り又は反時計回りに回動する部材である。クランク３２の一端は，サーボモータ３１の回転軸に回転不能に固定されており，クランク３２の他端は，ロッド（連結棒）３３に回転可能に連結している。ロッド３３には，サーボモータ３１及びクランク３２の回転運動を，回転台１０に伝達するための部材である。ロッド３３の一端は，クランク３２に回転可能に連結されており，ロッド３３の他端は，回転台１０の任意の一部分に回転可能に連結されている。サーボモータ３１の回転により，クランク３２と回転台１０の間の距離や位置関係は相対的に変動する。一方，クランク３２と回転台１０を繋ぐロッド３３の長さは不変である。このため，サーボモータ３１を回転させて，クランク３２の位置を調整することにより，ロッド３３を介して，回転台１０の姿勢（回転角度）を制御することができる。これにより，サーボ機構３０によって，回転台１０を所定角度回転させる制御を行うことができる。   As shown in FIGS. 1 and 3, the servo mechanism 30 includes a servo motor 31, a crank 32, and a rod 33 in the present embodiment. The servo motor 31 is a member that converts electrical energy supplied from a battery (not shown) into mechanical rotational motion (rotational energy). A crank 32 is fixed to the tip of the rotation shaft of the servo motor 31 so as not to rotate. The crank 32 is a member that rotates clockwise or counterclockwise according to the rotation of the servo motor 31. One end of the crank 32 is fixed to the rotation shaft of the servo motor 31 so as not to rotate, and the other end of the crank 32 is connected to a rod (connecting rod) 33 so as to be rotatable. The rod 33 is a member for transmitting the rotary motion of the servo motor 31 and the crank 32 to the turntable 10. One end of the rod 33 is rotatably connected to the crank 32, and the other end of the rod 33 is rotatably connected to an arbitrary part of the turntable 10. As the servo motor 31 rotates, the distance and positional relationship between the crank 32 and the turntable 10 change relatively. On the other hand, the length of the rod 33 connecting the crank 32 and the turntable 10 is unchanged. Therefore, by rotating the servo motor 31 and adjusting the position of the crank 32, the posture (rotation angle) of the turntable 10 can be controlled via the rod 33. As a result, the servo mechanism 30 can perform control to rotate the turntable 10 by a predetermined angle.

図２及び図３は，サーボ機構３０を用いて回転台１０を回転させることで，射出ノズル１ａ〜１ｃの切り換えた動作の様子を示している。図２（ａ）及び図３（ａ）は，第１の射出ノズル１ａが射出位置に位置している状態を示し，図２（ｂ）及び図３（ｂ）は，第２の射出ノズル１ｂが射出位置に位置している状態を示し，図２（ｃ）及び図３（ｃ）は，第３の射出ノズル１ｃが射出位置に位置している状態を示している。特に，図２に示された例では，第１の射出ノズル１ａから素材Ａが射出され，第２の射出ノズル１ｂから素材Ｂが射出され，第３の射出ノズル１ｃから素材Ｃが射出されている。   2 and 3 show the state of the operation of switching the injection nozzles 1a to 1c by rotating the turntable 10 using the servo mechanism 30. FIG. 2 (a) and 3 (a) show a state in which the first injection nozzle 1a is located at the injection position, and FIGS. 2 (b) and 3 (b) show the second injection nozzle 1b. 2 (c) and FIG. 3 (c) show a state where the third injection nozzle 1c is located at the injection position. In particular, in the example shown in FIG. 2, the material A is injected from the first injection nozzle 1a, the material B is injected from the second injection nozzle 1b, and the material C is injected from the third injection nozzle 1c. Yes.

図２（ａ）及び図３（ａ）に示されるように，第１の射出ノズル１ａが射出位置に位置している状態において，第１の射出ノズル１ａから素材Ａを垂直に射出することができる。このように，第１の射出ノズル１ａから素材Ａを射出しながら，射出ヘッド１００全体を移動制御することで，素材Ａを積層させて立体物の一部を造形することができる。次に，図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示されるように，サーボ機構３０を利用して回転台１０を回転させて，射出ノズル１ａ〜１ｃの位置を切り換えて，第２の射出ノズル１ｂを射出位置に位置させる。第２の射出ノズル１ｂが射出位置に位置している状態において，第２の射出ノズル１ｂから素材Ｂを垂直に射出することができる。このように，第２の射出ノズル１ｂから素材Ｂを射出しながら，射出ヘッド１００全体を移動制御することで，素材Ｂを積層させて立体物の一部を造形することができる。次に，図２（ｃ）及び図３（ｃ）に示されるように，サーボ機構３０を利用して回転台１０を回転させて，射出ノズル１ａ〜１ｃの位置を切り換えて，第３の射出ノズル１ｃを射出位置に位置させる。第３の射出ノズル１ｃが射出位置に位置している状態において，第３の射出ノズル１ｃから素材Ｃを垂直に射出することができる。このように，第３の射出ノズル１ｃから素材Ｃを射出しながら，射出ヘッド１００全体を移動制御することで，素材Ｃを積層させて立体物の一部を造形することができる。   As shown in FIGS. 2 (a) and 3 (a), the material A can be injected vertically from the first injection nozzle 1a in a state where the first injection nozzle 1a is located at the injection position. it can. Thus, by controlling the movement of the entire injection head 100 while injecting the material A from the first injection nozzle 1a, the material A can be stacked to form a part of a three-dimensional object. Next, as shown in FIG. 2B and FIG. 3B, the rotary base 10 is rotated using the servo mechanism 30 to switch the positions of the injection nozzles 1a to 1c, and the second injection. The nozzle 1b is positioned at the injection position. In a state where the second injection nozzle 1b is located at the injection position, the material B can be injected vertically from the second injection nozzle 1b. Thus, by controlling the movement of the entire injection head 100 while injecting the material B from the second injection nozzle 1b, it is possible to form a part of the three-dimensional object by stacking the material B. Next, as shown in FIG. 2C and FIG. 3C, the rotary base 10 is rotated using the servo mechanism 30 to switch the positions of the injection nozzles 1a to 1c, and the third injection. The nozzle 1c is positioned at the injection position. In a state where the third injection nozzle 1c is located at the injection position, the material C can be injected vertically from the third injection nozzle 1c. Thus, by controlling the movement of the entire injection head 100 while injecting the material C from the third injection nozzle 1c, it is possible to form a part of the three-dimensional object by stacking the material C.

本発明の射出ヘッド１００は，基本的に，上記した構成及び動作によって，素材を射出する射出ノズル１ａ〜１ｃの位置を切り換えるものである。回転台１０を回転させて，射出ノズル１ａ〜１ｃの切り換えを行うことで，切換前の射出ノズルの吐出口と切換後の射出ノズルの吐出口とをほぼ同じ位置に位置させることが可能である。このため，射出する素材を切り換える動作は，回転台１０を所定角度回転させるだけで済むため，射出ヘッド１００全体を移動させる必要がない。これにより，効率的かつ迅速に，射出する素材の切り換えを実行することができる。   The injection head 100 of the present invention basically switches the positions of the injection nozzles 1a to 1c for injecting a material by the above-described configuration and operation. By rotating the turntable 10 and switching the injection nozzles 1a to 1c, it is possible to position the ejection port of the injection nozzle before switching and the ejection port of the injection nozzle after switching at substantially the same position. . For this reason, the operation of switching the material to be injected only needs to rotate the turntable 10 by a predetermined angle, so that it is not necessary to move the entire injection head 100. Thereby, the material to be injected can be switched efficiently and quickly.

続いて，本発明係る射出ヘッド１００のさらなる特徴的な構造について説明を行う。   Subsequently, a further characteristic structure of the injection head 100 according to the present invention will be described.

図１〜図５に示されるように，回転台１０は，平坦な平面状ではなく，立体的に傾斜（隆起）した特殊な形状となっている。特に図２に示されるように，回転台１０の複数の取付部１１ａ〜１１ｃは，それぞれ，射出ノズル１ａ〜１ｃを保持する高さ及び角度が異なっている。すなわち，図２に示されるように，回転台１０は，射出位置に位置する取付部１１ａ〜１１ｃに対して，他の取付部１１ａ〜１１ｃが，上方に向かって所定角度傾斜する形状をなしている。例えば，射出位置に位置する取付部に対し，これに隣接する取付部が上方に向かって傾斜する角度は，３度〜６０度，５度〜４５度，又は１０度〜３０度とすればよい。   As shown in FIGS. 1 to 5, the turntable 10 has a special shape that is three-dimensionally inclined (raised) rather than a flat planar shape. In particular, as shown in FIG. 2, the mounting portions 11a to 11c of the turntable 10 have different heights and angles for holding the injection nozzles 1a to 1c, respectively. That is, as shown in FIG. 2, the turntable 10 has a shape in which the other mounting portions 11 a to 11 c are inclined upward by a predetermined angle with respect to the mounting portions 11 a to 11 c located at the injection position. Yes. For example, the angle at which the mounting portion adjacent to the mounting portion located at the injection position is inclined upward may be 3 to 60 degrees, 5 to 45 degrees, or 10 to 30 degrees. .

例えば，図２（ａ）に示された例では，第１の射出ノズル１ａを保持する第１の取付部１１ａが，射出位置に位置している。このとき，射出位置に位置する第１の取付部１１ａに対して，第２の取付部１１ｂ及び第３の取付部１１ｃが上方に向かって傾斜している。図２（ｂ）に示された例では，第２の射出ノズル１ｂを保持する第２の取付部１１ｂが，射出位置に位置している。このとき，射出位置に位置する第２の取付部１１ｂに対して，第１の取付部１１ａ及び第３の取付部１１ｃが上方に向かって傾斜している。同様に，図２（ｃ）に示された例では，第３の射出ノズル１ｃを保持する第３の取付部１１ｃが，射出位置に位置している。このとき，射出位置に位置する第３の取付部１１ｃに対して，第１の取付部１１ａ及び第２の取付部１１ｂが上方に向かって傾斜している。このように，回転台１０の取付部１１ａ〜１１ｃを立体的に傾斜させることで，これらの取付部１１ａ〜１１ｃによって取り付けられている射出ノズル１ａ〜１ｃは立体方向に展開され，それぞれ高さと角度が異なるものとなる。従って，例えば，第１の射出ノズル１ａによって素材Ａを射出している状態において，他の射出ノズル１ｂ，１ｃが積層された素材に衝突する事態を回避できる。さらに，例えば，第１の射出ノズル１ａによって素材Ａを射出している状態において，第２の射出ノズル１ｂの先端に付着している素材Ｂが，素材Ａに混合されるような事態を回避できる。これにより，安全かつ正確に，ＣＡＤデータに従って立体物を造形することが可能となる。   For example, in the example shown in FIG. 2A, the first mounting portion 11a that holds the first injection nozzle 1a is located at the injection position. At this time, the second mounting portion 11b and the third mounting portion 11c are inclined upward with respect to the first mounting portion 11a located at the injection position. In the example shown in FIG. 2B, the second mounting portion 11b that holds the second injection nozzle 1b is located at the injection position. At this time, the first attachment portion 11a and the third attachment portion 11c are inclined upward with respect to the second attachment portion 11b located at the injection position. Similarly, in the example shown in FIG. 2C, the third attachment portion 11c that holds the third injection nozzle 1c is located at the injection position. At this time, the first mounting portion 11a and the second mounting portion 11b are inclined upward with respect to the third mounting portion 11c located at the injection position. In this way, by inclining the attachment portions 11a to 11c of the turntable 10 in a three-dimensional manner, the injection nozzles 1a to 1c attached by these attachment portions 11a to 11c are developed in a three-dimensional direction, and each has a height and an angle. Will be different. Therefore, for example, in a state where the material A is being injected by the first injection nozzle 1a, it is possible to avoid a situation in which the other injection nozzles 1b and 1c collide with the stacked material. Furthermore, for example, it is possible to avoid a situation where the material B adhering to the tip of the second injection nozzle 1b is mixed with the material A when the material A is being injected by the first injection nozzle 1a. . Thereby, it becomes possible to model a solid object according to CAD data safely and accurately.

また，図４に示されるように，回転台１０と固定台２０は特殊な固定構造を形成している。また，図５は，図４に示された構造一部の断面形状を概念的に示している。図４及び図５に示されるように，回転台１０の中心部１２と固定台２０の固定部２１とが傾斜して，互いに固定されている。具体的には，回転台１０の中心部１２と固定台２０の固定部２１とを貫通して，両者を回転可能に固定する固定棒２３が傾斜している。これにより，図５に示されるように，回転台１０の回転軸（Ｒ）が垂直方向に対して所定角度（θ）で傾斜することとなる。回転台１０の回転軸（Ｒ）は，射出ノズルが固定される前端側に向かって傾倒するものである。垂直方向に対する回転台１０の回転軸（Ｒ）の傾斜角（θ）は，例えば，３度〜４５度，又は５度〜３０度であることが好ましく，１０度〜２０度であることが特に好ましい。   Further, as shown in FIG. 4, the rotary table 10 and the fixed table 20 form a special fixing structure. FIG. 5 conceptually shows a cross-sectional shape of a part of the structure shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the central portion 12 of the turntable 10 and the fixed portion 21 of the fixed base 20 are inclined and fixed to each other. Specifically, a fixing rod 23 that passes through the center portion 12 of the turntable 10 and the fixing portion 21 of the fixing stand 20 and fixes both of them rotatably is inclined. As a result, as shown in FIG. 5, the rotation axis (R) of the turntable 10 is inclined at a predetermined angle (θ) with respect to the vertical direction. The rotation axis (R) of the turntable 10 tilts toward the front end side where the injection nozzle is fixed. The inclination angle (θ) of the rotation axis (R) of the turntable 10 with respect to the vertical direction is preferably, for example, 3 ° to 45 °, or 5 ° to 30 °, and particularly preferably 10 ° to 20 °. preferable.

また，図５に示されるように，回転台１０は，中心部１２が傾斜しているのに対し，射出位置に位置する取付部１１とこれに対応する補助部１３は，地面（素材が積層されるプレート）対して平行に延びている。このため，射出位置に位置する取付部１１は，地面（素材が積層されるプレート）に対して垂直に射出ノズルを保持することができる。図５において，射出位置に位置する取付部１１によって保持された射出ノズルによる射出方向（以下，「射出軸」という）が符号Ｉで示されている。射出軸Ｉが地面に対して垂直に維持されることで，射出ノズルから吐出された素材を正確に積層させることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 5, the turntable 10 is inclined at the center portion 12, whereas the mounting portion 11 located at the injection position and the auxiliary portion 13 corresponding thereto are on the ground (material is laminated). The plate extends parallel to the plate. For this reason, the attachment part 11 located in an injection position can hold | maintain an injection nozzle perpendicular | vertical with respect to the ground (plate on which a raw material is laminated | stacked). In FIG. 5, the injection direction (hereinafter referred to as “injection shaft”) by the injection nozzle held by the mounting portion 11 located at the injection position is indicated by the symbol I. By maintaining the injection axis I perpendicular to the ground, the materials discharged from the injection nozzle can be accurately stacked.

また，図４に示されるように，回転台１０は，複数の取付部１１ａ〜１１ｃが傾斜した形状となっている。それにも関わらず，回転台１０の回転軸（Ｒ）を前端側に向かって傾倒させることで，図４に示されるように，どの取付部１１ａ〜１１ｃを射出位置に位置させた場合であっても，射出ノズルの射出軸（Ｉ）と射出高さを一定に維持することができる。   As shown in FIG. 4, the turntable 10 has a shape in which a plurality of attachment portions 11 a to 11 c are inclined. Nevertheless, by tilting the rotating shaft (R) of the turntable 10 toward the front end side, as shown in FIG. 4, which of the mounting portions 11a to 11c is positioned at the injection position. However, the injection axis (I) of the injection nozzle and the injection height can be kept constant.

このように，回転台１０の回転軸（Ｒ）を所定角度（θ）で傾斜させつつ，射出ノズルによる射出軸を垂直に維持することで，射出ノズルを切り換えの前後において，射出ノズルから素材が吐出される位置を一定に保つことができる。つまり，切換前の射出ノズルの吐出口と切換後の射出ノズルの吐出口の位置及び高さを一定に維持することができる。このため，射出ノズルを切り換えた際に，射出ヘッド１００全体を移動させて，切換後の射出ノズルよる素材の吐出位置を微調整する必要がなくなる。これにより，よりスムーズに連続的な素材の射出が可能となる。   In this way, by keeping the injection axis of the injection nozzle vertical while tilting the rotation axis (R) of the turntable 10 at a predetermined angle (θ), the material from the injection nozzle before and after switching the injection nozzle can be removed. The discharged position can be kept constant. That is, the position and height of the ejection port of the injection nozzle before switching and the ejection port of the injection nozzle after switching can be kept constant. For this reason, when the injection nozzle is switched, there is no need to move the entire injection head 100 and finely adjust the discharge position of the material by the changed injection nozzle. As a result, continuous material injection can be performed more smoothly.

さらに，図１〜図５に示されるように，回転台１０の複数の補助部１３ａ〜１３ｃには，それぞれ，回転台用磁性物１４ａ，１４ｂ，１４ｃが取り付けられている。また，図５の断面図に示されるように，固定台２０の基礎部２２には，固定台用磁性物２４が取り付けられている。これらの回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃ及び固定台用磁性物２４としては，互いに磁力によって吸着（吸引）し合う部材が選択される。例えば，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃと固定台用磁性物２４の両方を永久磁石としてもよいし，一方を永久磁石として他方を鉄などの強磁性を有する金属としてもよい。また，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃと固定台用磁性物２４として電磁石を採用することも可能である。   Further, as shown in FIGS. 1 to 5, turntable magnetic materials 14 a, 14 b, and 14 c are attached to the plurality of auxiliary portions 13 a to 13 c of the turntable 10, respectively. Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5, a fixing base magnetic material 24 is attached to the base portion 22 of the fixing base 20. As these magnetic materials 14a to 14c for the rotating table and the magnetic material 24 for the fixing table, members that are attracted (sucked) by magnetic force are selected. For example, both of the rotating base magnetic materials 14a to 14c and the fixed base magnetic material 24 may be permanent magnets, or one may be a permanent magnet and the other may be a metal having ferromagnetism such as iron. It is also possible to employ electromagnets as the magnetic materials 14a to 14c for the rotary table and the magnetic material 24 for the fixed table.

図１〜図５に示されるように，複数の補助部１３ａ〜１３ｃは，射出ノズル１ａ〜１ｃを取り付けるための複数の取付部１１ａ〜１１ｃに対応して設けられている。このため，第１の取付部１１ａが射出位置に位置しているときに，この第１の取付部１１ａの延長線上に位置する第１の補助部１３ａに設けられた第１の回転台用磁性物１４ａが，固定台２０に設けられた固定台用磁性物２４に吸着する。同様に，例えば，第２の取付部１１ｂが射出位置に位置しているときに，この第２の取付部１１ｂの延長線上に位置する第２の補助部１３ｂに設けられた第２の回転台用磁性物１４ｂが，固定台２０に設けられた固定台用磁性物２４に吸着する。このように，回転台１０の補助部１３ａ〜１３ｃと固定台２０の基礎部２２に磁性物１４ａ〜１４ｃ，２４を設けることで，磁性物の吸着力を利用して，取付部１１ａ〜１１ｃが射出位置に位置している状態を安定化させることができる。すなわち，回転台用磁性物１４ａ〜１４ｃと固定台用磁性物２４とが吸着している状態においては，取付部１１ａ〜１１ｃが射出位置において安定するため，射出ヘッド１００全体を移動させた場合であっても，射出位置に位置する取付部１１ａ〜１１ｃがブレることを防止できる。このため，射出位置に位置する取付部１１ａ〜１１ｃによって，正確に素材を吐出することが可能となる。また，例えば永久磁石などを利用すれば，取付部１１ａ〜１１ｃの位置ブレを防止するために複雑な機構を設ける必要がなく，簡易な構造によって位置ブレを防止することができる。   As shown in FIGS. 1 to 5, the plurality of auxiliary portions 13 a to 13 c are provided corresponding to the plurality of attachment portions 11 a to 11 c for attaching the injection nozzles 1 a to 1 c. For this reason, when the 1st attaching part 11a is located in an injection position, the magnetic for the 1st turntable provided in the 1st auxiliary | assistant part 13a located on the extension line of this 1st attaching part 11a The object 14 a is attracted to the magnetic material 24 for the fixing table provided on the fixing table 20. Similarly, for example, when the second attachment portion 11b is located at the injection position, the second turntable provided in the second auxiliary portion 13b located on the extension line of the second attachment portion 11b. The magnetic material 14b is attracted to the magnetic material 24 for the fixing base provided on the fixing base 20. As described above, the magnetic parts 14a to 14c and 24 are provided on the auxiliary parts 13a to 13c of the turntable 10 and the base part 22 of the fixed base 20, so that the attaching parts 11a to 11c can be used by utilizing the attractive force of the magnetic substance. The state located at the injection position can be stabilized. That is, in the state in which the magnetic materials 14a to 14c for the rotary table and the magnetic material 24 for the fixed table are attracted, the mounting portions 11a to 11c are stabilized at the injection position. Even if it exists, it can prevent that the attaching parts 11a-11c located in an injection | pouring position blur. For this reason, it becomes possible to discharge a raw material correctly by the attachment parts 11a-11c located in an injection position. Further, if a permanent magnet or the like is used, for example, it is not necessary to provide a complicated mechanism for preventing the position blur of the mounting portions 11a to 11c, and the position blur can be prevented with a simple structure.

図６は，図１〜図５で説明した実施形態と異なる実施形態を示している。図６（ａ）に示されるように，本発明に係る射出ヘッド１００は，２本の射出ノズル１ａ，１ｂが取り付けられる構造であってもよい。また，図６（ｂ）に示されるように，本発明に係る射出ヘッド１００は，４本の射出ノズル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが取り付けられる構造であってもよい。さらに，図示は省略するが，本発明に係る射出ヘッド１００は，５本以上の射出ノズルを取り付ける構造とすることも可能である。   FIG. 6 shows an embodiment different from the embodiment described in FIGS. As shown in FIG. 6A, the injection head 100 according to the present invention may have a structure to which two injection nozzles 1a and 1b are attached. Further, as shown in FIG. 6B, the injection head 100 according to the present invention may have a structure to which four injection nozzles 1a, 1b, 1c, and 1d are attached. Furthermore, although illustration is omitted, the injection head 100 according to the present invention may have a structure in which five or more injection nozzles are attached.

以上，本願明細書では，本発明の内容を表現するために，図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし，本発明は，上記実施形態に限定されるものではなく，本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。   As mentioned above, in this specification, in order to express the content of this invention, embodiment of this invention was described, referring drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes modifications and improvements obvious to those skilled in the art based on the matters described in the present specification.

１…射出ノズル １０…回転台 １１…取付部
１２…中心部 １３…補助部 １４…回転台用磁性物
２０…固定台 ２１…固定部 ２２…基礎部
２３…固定棒 ２４…固定台用磁性物 ３０…サーボ機構
３１…サーボモータ ３２…クランク ３３…ロッド
４０…基台 ４１…底壁 ４２…側壁
１００…射出ヘッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Injection nozzle 10 ... Turntable 11 ... Mounting part 12 ... Center part 13 ... Auxiliary part 14 ... Magnetic material for turntable 20 ... Fixing base 21 ... Fixed part 22 ... Base part 23 ... Fixed rod 24 ... Magnetic material for fixed base 30 ... Servo mechanism 31 ... Servo motor 32 ... Crank 33 ... Rod 40 ... Base 41 ... Bottom wall 42 ... Side wall 100 ... Injection head

Claims (5)

立体造形用の素材を射出する複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）が取り付けられ，所望の立体物を造形するように移動制御される３Ｄプリンタ用の射出ヘッド（１００）であって，
前記複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）を取り付けるための複数の取付部（１１ａ，１１ｂ…）が角度的に間隔をおいて設けられた回転台（１０）と，
前記回転台（１０）が回転可能に固定された固定台（２０）と，
前記回転台（１０）を所定角度回転させることにより，射出位置に位置する前記射出ノズル（１ａ，１ｂ…）を切り換えるサーボ機構（３０）と，を備える
３Ｄプリンタ用の射出ヘッド。 An injection head (100) for a 3D printer, to which a plurality of injection nozzles (1a, 1b,...) For injecting a material for three-dimensional modeling are attached and moved and controlled so as to model a desired three-dimensional object,
A rotating table (10) in which a plurality of mounting portions (11a, 11b...) For mounting the plurality of injection nozzles (1a, 1b...) Are angularly spaced;
A fixed base (20) on which the rotary base (10) is rotatably fixed;
An ejection head for a 3D printer, comprising: a servo mechanism (30) that switches the ejection nozzles (1a, 1b,...) Positioned at an ejection position by rotating the turntable (10) by a predetermined angle. 前記射出位置に位置している状態において，前記複数の射出ノズル（１ａ，１ｂ…）のそれぞれは，同一直線上に沿って前記素材を射出する
請求項１に記載の射出ヘッド。 2. The injection head according to claim 1, wherein each of the plurality of injection nozzles (1 a, 1 b...) Injects the material along the same straight line in a state where the injection nozzle is located. 前記回転台（１０）は，前記射出位置に位置する取付部（１１ａ，１１ｂ…）に対して，他の取付部（１１ａ，１１ｂ…）が，上方に向かって所定角度傾斜する形状をなしている
請求項１又は請求項２に記載の射出ヘッド。 The rotary table (10) has a shape in which the other mounting portions (11a, 11b,...) Are inclined upward by a predetermined angle with respect to the mounting portions (11a, 11b,...) Positioned at the injection position. The injection head according to claim 1 or 2. 前記回転台（１０）は，前記複数の取付部（１１ａ，１１ｂ…）と連結された中心部（１２）を有し，
前記回転台（１０）は，前記中心部（１２）において，前記固定台（２０）に回転可能に固定されており，
前記中心部（１２）が傾斜していることにより，前記回転台（１０）の回転軸が垂直方向に対して所定角度傾いている
請求項３に記載の射出ヘッド。 The turntable (10) has a central portion (12) connected to the plurality of mounting portions (11a, 11b...)
The turntable (10) is rotatably fixed to the fixed table (20) at the central portion (12),
The ejection head according to claim 3, wherein the rotation axis of the turntable (10) is inclined at a predetermined angle with respect to the vertical direction because the central portion (12) is inclined. 前記回転台（１０）は，前記取付部（１１ａ，１１ｂ…）に対応する数の回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）を有し，
前記固定台（２０）は，前記回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）に吸着する固定台用磁性物（２４）を有し，
ある１つの回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）が前記固定台用磁性物（２４）に吸着しているときに，当該回転台用磁性物（１４ａ，１４ｂ…）に対応するある１つの取付部（１１ａ，１１ｂ…）が前記射出位置に位置することとなる
請求項１から請求項４のいずれかに記載の射出ヘッド。 The turntable (10) has a number of turntable magnetic materials (14a, 14b ...) corresponding to the mounting portions (11a, 11b ...),
The fixed table (20) has a magnetic material (24) for a fixed table that is attracted to the magnetic material (14a, 14b, ...) for the rotating table,
When a certain magnetic material for a rotating table (14a, 14b ...) is adsorbed to the magnetic material for a fixing table (24), there is a certain one corresponding to the magnetic material for the rotating table (14a, 14b ...). The injection head according to any one of claims 1 to 4, wherein the attachment portion (11a, 11b ...) is positioned at the injection position.
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