JP2019018491A - Three-dimensional molding apparatus and three-dimensional molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元造形装置及び三次元造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method.
特許文献1には、溶融樹脂を用いた押出堆積積層造形装置が記載されている。この装置は、ワイヤー状の熱可塑性材料を予熱器で溶融し、溶融した材料を長尺スクリューの回転を用いて押出ノズルから押し出すことによって三次元物体を製造する。また、押し出しによって製造される三次元物体は隙間が多く充填度が低いので、硬化した材料に溶剤を供給して硬化した材料を溶解させることによって、三次元物体の隙間を減少させている。
上述した従来技術では、長尺スクリュー状の回転を用いて溶融した材料を押し出しているので、装置全体の高さがかなり大きくなってしまい、小型化ができないという問題があった。また、ノズルから押し出した材料は隙間が多いので造形精度が低く、造形精度を高めるためには溶剤を用いる必要があるという問題があった。このように、三次元造形技術に関しては、装置の小型化や、三次元造形物の造形精度の向上が望まれていた。 In the prior art described above, since the melted material is extruded using a long screw-like rotation, there is a problem in that the overall height of the apparatus becomes considerably large and miniaturization cannot be achieved. Further, since the material extruded from the nozzle has many gaps, the modeling accuracy is low, and there is a problem that it is necessary to use a solvent in order to increase the modeling accuracy. As described above, regarding the three-dimensional modeling technology, it has been desired to reduce the size of the apparatus and improve the modeling accuracy of the three-dimensional model.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms.
(1)本発明の第一の形態によれば、熱可塑性の材料を用いて三次元造形物を製造する三次元造形装置が提供される。この三次元造形装置は、駆動モーターと;スクロール溝が形成されたスクロール溝形成面を有し、前記駆動モーターにより回転するフラットスクリューと、前記スクロール溝形成面に対面し、中心に連通孔が形成され内部にヒーターを有するスクリュー対面部と、を有し、前記フラットスクリューの回転と前記ヒーターによる加熱により前記スクロール溝形成面と前記スクリュー対面部との間に供給された前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部と;前記連通孔から供給された前記溶融材料を射出するノズルと;を備える。この形態の三次元造形装置によれば、フラットスクリューを有する可塑化部で材料の可塑化を行うので、装置の高さを小さくすることができ、装置全体を小型化することが可能である。 (1) According to the first aspect of the present invention, a three-dimensional modeling apparatus for manufacturing a three-dimensional modeled object using a thermoplastic material is provided. This three-dimensional modeling apparatus has a drive motor; a scroll groove forming surface in which scroll grooves are formed, a flat screw rotated by the drive motor, and the scroll groove forming surface, and a communication hole is formed at the center. A screw facing portion having a heater inside, and plasticizing and melting the material supplied between the scroll groove forming surface and the screw facing portion by rotation of the flat screw and heating by the heater A plasticizing part to be converted into a material; and a nozzle for injecting the molten material supplied from the communication hole. According to the three-dimensional modeling apparatus of this aspect, since the material is plasticized by the plasticizing part having the flat screw, the height of the apparatus can be reduced, and the entire apparatus can be reduced in size.
(2)上記形態の三次元造形装置において、前記スクロール溝の深さは、前記フラットスクリューの外周側に向かうほど深くなってもよい。このような形態であれば、材料の可塑化中にガスが発生したとしても、そのガスを効率的に外部に排出することができる。 (2) In the three-dimensional modeling apparatus of the above aspect, the depth of the scroll groove may become deeper toward the outer peripheral side of the flat screw. In such a form, even if gas is generated during plasticization of the material, the gas can be efficiently discharged to the outside.
(3)上記形態の三次元造形装置において、前記材料を前記フラットスクリューと前記スクリュー対面部との間に受け入れるための材料流入口が、前記フラットスクリューの側面に複数形成されていてもよい。このような形態であれば、材料を効率よく可塑化部に受け入れることができる。 (3) In the three-dimensional modeling apparatus of the above aspect, a plurality of material inflow ports for receiving the material between the flat screw and the screw facing portion may be formed on a side surface of the flat screw. If it is such a form, material can be efficiently received in a plasticization part.
(4)上記形態の三次元造形装置において、前記フラットスクリューは、前記連通孔に向けて突出する滞留阻止部を中心に有してもよい。このような形態であれば、溶融材料がスクロール溝の内側の端部にて滞留することが抑制され、溶融材料を連通孔に円滑に送出することができる。 (4) In the three-dimensional modeling apparatus of the above aspect, the flat screw may have a stay prevention portion that protrudes toward the communication hole. If it is such a form, it will be suppressed that a molten material retains in the edge part inside a scroll groove, and a molten material can be smoothly sent out to a communicating hole.
(5)上記形態の三次元造形装置において、前記スクロール溝は、径方向内側に位置する内側壁と、径方向外側に位置する外側壁と、底壁とにより画定されており、前記スクロール溝は、前記材料を前記外側壁に向かって誘導する誘い溝部を含んでもよい。このような形態であれば、材料が外側壁へと誘導されるので、外側壁によって材料を効率よく混練することができる。 (5) In the three-dimensional modeling apparatus according to the above aspect, the scroll groove is defined by an inner wall located on the radially inner side, an outer wall located on the radially outer side, and a bottom wall. , And a guide groove for guiding the material toward the outer wall. In such a form, since the material is guided to the outer wall, the material can be efficiently kneaded by the outer wall.
(6)上記形態の三次元造形装置において、前記スクロール溝の底壁に凹部が形成されてもよい。このような形態であれば、材料の可塑化に伴ってガスが生じた場合に、凹部を通じてそのガスを効率的に外部に排出することができる。 (6) In the three-dimensional modeling apparatus of the above aspect, a recess may be formed on the bottom wall of the scroll groove. If it is such a form, when gas arises with plasticization of material, the gas can be efficiently discharged | emitted outside through a recessed part.
(7)本発明の第二の形態によれば、熱可塑性の材料を用いて三次元造形物を製造する三次元造形方法が提供される。この三次元造形方法は、フラットスクリューの回転とヒーターによる加熱により前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる工程と;ノズルを用いて前記溶融材料を射出して前記三次元造形物を形成する工程と;を備える。この形態の三次元造形方法によれば、フラットスクリューを有する可塑化部で材料の可塑化を行うので、小型の装置を用いて三次元造形物を製造することが可能である。 (7) According to the second aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional modeling method for manufacturing a three-dimensional modeled object using a thermoplastic material. The three-dimensional modeling method includes a step of plasticizing the material by rotation of a flat screw and heating by a heater to convert it into a molten material; and a step of injecting the molten material using a nozzle to form the three-dimensional modeled object. And comprising; According to the three-dimensional modeling method of this aspect, since the material is plasticized by the plasticizing part having a flat screw, it is possible to manufacture a three-dimensional modeled object using a small apparatus.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形装置や三次元造形方法の機能を実現するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。 The present invention can be implemented in various forms other than the above. For example, it can be realized in the form of a computer program for realizing the functions of the 3D modeling apparatus or the 3D modeling method, a non-temporary tangible recording medium on which the computer program is recorded, and the like.
A.第1実施形態:
図1は、第1実施形態における三次元造形装置1の概念図である。この三次元造形装置1は、射出ユニット100と、移動機構200と、制御部300とを備える。図1には、互いに垂直な3つの方向X,Y,Zが示されている。X方向とY方向は水平方向であり、Z方向は鉛直方向である。他の図においても必要に応じてこれらの方向を図示している。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a conceptual diagram of a three-
射出ユニット100は、駆動モーター30と、可塑化部90と、ノズル60とを有する。可塑化部90は、フラットスクリュー40とスクリュー対面部50とを有する。フラットスクリュー40は、スクリューケース10内に収納されており、駆動モーター30により回転する。スクリュー対面部50は、スクロール溝形成面48に対面しており、中心に連通孔56が形成されている。スクリュー対面部50は、内部にヒーター58を有する。可塑化部90は、フラットスクリュー40の回転とヒーター58による加熱によりフラットスクリュー40とスクリュー対面部50との間に供給された材料を可塑化して溶融材料に転化させる。溶融材料は、連通孔56からノズル60に供給される。ノズル60は、連通孔56から供給された溶融材料を射出する。ノズル60の先端部は、ノズル孔径Dnを有する。「可塑化」とは、材料に熱が加わり溶融することを意味する。なお、射出ユニット100のことを、狭義の三次元造形装置と捉えることも可能である。
The
可塑化部90には、連通路22を介して、ホッパー20から材料が供給される。ホッパー20には、熱可塑性の材料が投入される。材料としては、例えば、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリアミド樹脂(PA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂(ABS)、ポリ乳酸樹脂(PLA)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート(PC)等を使用可能である。また、材料の形状としては、ペレットや粉末等の固体材料を使用可能である。また、熱可塑性の材料とは、熱可塑性の材料とその他の成分を含む組成物であってもよい。
The
移動機構200は、テーブル210上に載置された造形台220を、X方向とY方向とZ方向の3軸方向に移動させることが可能な3軸ポジショナーである。移動機構200は、ノズル60と造形台220との相対的な位置関係を変更する機能を有する。移動機構200を用いてノズル60と造形台220との相対的な位置関係を変更することにより、任意の形状の三次元造形物を製造できる。本実施形態では、移動機構200は、造形台220を三次元的に移動させているが、移動機構200としては、ノズル60(すなわち射出ユニット100)を三次元的に移動させる機構を採用してもよい。或いは、ノズル60(すなわち射出ユニット100)と造形台220の一方を1軸又は2軸方向に移動させ、他方を残りの軸方向に移動させる移動機構を採用してもよい。
The moving
制御部300は、射出ユニット100の駆動モーター30およびヒーター58と、移動機構200の制御を実行する。制御部300は、例えば、CPUなどのプロセッサーと、メインメモリーと、不揮発性メモリーとを含むコンピューターで実現可能である。制御部300内の不揮発性メモリーには、三次元造形装置1を制御するためのコンピュータープログラムが格納されている。制御部300は、このコンピュータープログラムを実行することにより、フラットスクリュー40の回転とヒーター58による加熱により材料を可塑化して溶融材料に転化させる工程と、ノズル60を用いて溶融材料を射出して三次元造形物を形成する工程と、を含む三次元造形方法を実現する。
The
図2は、フラットスクリュー40の斜視図である。フラットスクリュー40は、軸線方向の高さが直径よりも小さい略円柱状のスクリューである。フラットスクリュー40は、スクリュー対面部50(図1)に対向する面に、複数のスクロール溝42を有する。スクロール溝42が形成されている面を、「スクロール溝形成面48」と呼ぶ。スクロール溝42は、スクロール溝形成面48の中央部46に向かって、フラットスクリュー40の外周から渦巻状又は螺旋状に形成されている。スクロール溝42の深さは、フラットスクリュー40の外周側に向かうほど深くなっている。ただし、スクロール溝42の一部(例えば、中央部46付近の部分)の深さは一定であってもよい。フラットスクリュー40の側面43には、フラットスクリュー40とスクリュー対面部50との間に材料を受け入れるための材料流入口44が複数形成されている。材料流入口44は、スクロール溝42に連続している。材料流入口44には、ホッパー20から連通路22を介して材料が供給される。
FIG. 2 is a perspective view of the
スクロール溝42は、径方向内側に位置する内側壁421と、径方向外側に位置する外側壁422と、底壁423とにより画定されている。内側壁421および外側壁422は、例えば、フラットスクリュー40の回転中心と同心の円を基準とするインボリュート曲線に基づいてそれぞれの形状が設定されている。スクロール溝42内に供給された材料は、フラットスクリュー40が回転することにより、外側壁422側から内側壁421側に向かって誘導される。また、フラットスクリュー40が回転すると、材料は、スクロール溝42とスクリュー対面部50との間において混練されるとともにヒーター58によって加熱されることにより可塑化され、溶融材料に転化される。
The
図3は、スクリュー対面部50の平面図である。スクリュー対面部50は、フラットスクリュー40のスクロール溝形成面48に対向するスクリュー対向面52を有する。スクリュー対向面52には、渦巻状又は螺旋状に形成された複数の案内溝54が形成されている。スクリュー対向面52の中心には、溶融材料をノズル60に供給するための連通孔56が形成されている。複数の案内溝54は、溶融材料を連通孔56に導く機能を有する。図1に示したように、スクリュー対面部50には、材料を加熱するためのヒーター58が埋め込まれている。
FIG. 3 is a plan view of the
溶融材料は、そのガラス転移点以上に加熱されて完全に溶融した状態でノズル60から射出される。例えば、ABS樹脂は、ガラス転移点が約120℃であり、ノズル60からの射出時には約200℃となる。このように高温の状態で溶融材料を射出するために、ノズル60の周囲にヒーターを設けるようにしてもよい。
The molten material is injected from the
図4は、三次元造形物とノズル先端との位置関係を示す説明図である。造形台220の上には、製造中の三次元造形物OBが載置されている。ノズル60の先端と、三次元造形物OBの上面OBtとの間には、ギャップGが保持されている。ここで、「三次元造形物OBの上面OBt」とは、ノズル60の直下の位置の近傍においてノズル60から射出された溶融材料が着地する予定部位を意味する。ギャップGの大きさは、例えば、ノズル60のノズル孔の孔径Dn(図1)の1.1倍以上1.5倍以下とすることが好ましく、1.1倍以上1.3倍以下とすることが特に好ましい。こうれば、ノズル60の先端から射出される溶融材料が、製造中の三次元造形物OBの上面OBtに押しつけられない自由な状態で三次元造形物OBの上面OBtに堆積される。この結果、ノズル60から射出された溶融材料の横断面形状を維持したままで堆積を行うことができるので、三次元造形物OBの面粗さを低減することが可能である。また、高温の状態で溶融材料を射出するためにノズル60の周囲にヒーターを設けた場合には、ノズル60によって溶融材料を三次元造形物OBの上面OBtに押しつけた状態で堆積を実行すると、堆積した材料をノズル60によって加熱し続けることになるので、材料を過熱させてしまい、変色、劣化等の問題を引き起こす可能性がある。一方、ノズル60の先端と三次元造形物OBの上面OBtとの間にギャップGを形成するようにすれば、このような材料の過熱を防止できるという利点もある。また、ギャップGがノズル孔の孔径Dn(図1)の1.5倍よりも大きいと、溶融材料が着地する予定部位に対する精度や、製造中の三次元造形物OBの上面OBtに対する密着性が低くなってしまう等の問題を引き起こす可能性がある。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a positional relationship between the three-dimensional structure and the nozzle tip. On the modeling table 220, a three-dimensional model OB being manufactured is placed. A gap G is held between the tip of the
また、本実施形態の射出ユニット100は、フラットスクリュー40を用いて材料を可塑化して溶融状態に変化させ、その溶融材料をノズル60から射出して三次元造形物を製造するので、多様な材質及び形状の材料を用いて三次元造形物を製造可能である。この点は、通常のFDM方式(熱融解積層方式)の3Dプリンターが、材料のフィラメントを必要とするのに対して大きな利点である。
Further, the
図5は、ノズル孔の一例を示す説明図である。このノズル60aのノズル孔62aは、その横断面が略四角形形状を有している。正確に言えば、このノズル孔62aの横断面は正方形であり、その4つの角部がR0.1でR面取りされている。このようなノズル60aを使用すれば、ノズル孔62aから射出される溶融材料の横断面が、円形よりも正方形に近い形状となる。この結果、堆積される線状の溶融材料同士の隙間を小さくすることができる。なお、ノズル孔62aの横断面の形状は、四角形以外の多角形(例えば六角形)に近い形状としてもよい。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a nozzle hole. The
図5の説明において、ノズル60a及びノズル孔62aの符号の末尾に付された小文字の「a」は、具体的な形状例であることを示すために付された追加的な符号である。このような追加的な符号が不要な場合には、「a」を省略して説明する。後述する他の例における符号「b」「c」等も同様である。
In the description of FIG. 5, the lowercase letter “a” attached to the end of the reference numerals of the
図6は、ノズル孔62の形状及びノズル孔径と面粗さとの関係を示す図である。ここでは、ノズル60として、ノズル孔62の横断面形状が円形のもの(ノズル番号#1,#2)と、四角形のもの(ノズル番号#3)を使用した。なお、ノズル番号#3のノズルは、前述した図6に示したノズル60aである。ノズル孔62の孔径は、ノズル番号#1,#2ではφ1mm及びφ0.3mmであり、ノズル番号#3では一辺1mmである。これらの3種類のノズル60をそれぞれ用いて3種類の三次元造形物を製造し、その面粗さRzを測定した。面粗さRzは、JIS B 0601:2013で規定されている「最大高さRz」である。
FIG. 6 is a diagram showing the shape of the nozzle hole 62 and the relationship between the nozzle hole diameter and the surface roughness. Here, as the
本明細書において、「ノズル孔62の孔径」は、ノズル孔62の横断面が円形である場合にはその直径を意味する。また、ノズル孔62の横断面が正方形である場合にはその一辺の長さを意味する。更に、ノズル孔62の横断面が四角形である場合には、その長辺の長さを意味する。 In this specification, “the diameter of the nozzle hole 62” means the diameter of the nozzle hole 62 having a circular cross section. Moreover, when the cross section of the nozzle hole 62 is square, it means the length of one side. Furthermore, when the cross section of the nozzle hole 62 is a square, it means the length of the long side.
ノズル孔62の横断面が円形であるノズル番号#1,#2のノズル60を用いた場合には、面粗さRzは、ノズル孔62の孔径の約半分であった。これは、横断面が円形であるノズル孔62からは、断面略円形の線状の溶融材料が射出されるので、その線状の材料が堆積するとその直径の半分が三次元造形物の面粗さ(最大高さRz)になるからであると推測される。一方、ノズル孔62の横断面が四角形(正確には正方形)であるノズル番号#3のノズル60を用いた場合には、面粗さRzはノズル孔62の孔径(一辺1mm)の半分よりも大幅に小さかった。この理由は、横断面が四角形であるノズル孔62からは、断面略四角形の線状の溶融材料が射出されるので、その線状の材料が堆積すると略四角形の角同士の小さな隙間が三次元造形物の面粗さ(最大高さRz)になるからであると推測される。この結果から考えると、ノズル60のノズル孔62の横断面としては、円形よりも四角形に近いものとすることが好ましい。
When the
図7は、ノズル孔62の他の例を示す説明図である。このノズル60bのノズル孔62bは、糸巻き状に歪んだ横断面形状を有している。すなわち、ノズル孔62bの横断面は、その4つの辺が、角部から中央に向けて凹状に湾曲した形状を有している。このノズル孔62dの横断面の形状も、略四角形の一種である。このようなノズル60bを使用すれば、ノズル孔62bから射出される溶融材料の横断面を、図5のノズル60aよりも更に四角形又は正方形に近い形状とすることができる。この結果、堆積される線状の溶融材料同士の隙間を更に小さくすることができるという利点がある。
FIG. 7 is an explanatory view showing another example of the nozzle hole 62. The
上述した図5及び図7の例から理解できるように、ノズル孔62の横断面形状は、ノズル孔62から射出される溶融材料の横断面が円形よりも多角形(特に四角形)に近い形状となるように形成されていることが好ましい。こうよれば、ノズル孔62から射出される溶融材料の横断面が円形よりも多角形に近い形状となるので、堆積される線状の溶融材料同士の隙間を小さくすることができる。この結果、三次元造形物の面粗さが小さくなるので、造形精度を向上させることが可能である。 As can be understood from the examples of FIGS. 5 and 7 described above, the cross-sectional shape of the nozzle hole 62 is such that the cross-section of the molten material injected from the nozzle hole 62 is closer to a polygon (particularly a quadrangle) than a circle. It is preferable to be formed as follows. According to this configuration, since the cross section of the molten material injected from the nozzle hole 62 has a shape closer to a polygon than a circle, the gap between the deposited linear molten materials can be reduced. As a result, the surface roughness of the three-dimensional structure is reduced, so that the modeling accuracy can be improved.
図8は、ノズル孔62の更に他の例を示す説明図である。このノズル60cは、4つのノズル孔62cが行列状に配列されている。また、各ノズル孔62cの横断面は、略四角形形状を有する。この例のように、複数のノズル孔62cを設けるようにすれば、ノズル60cから射出される溶融材料の形状を、複数のノズル孔62cの配列によって調整できる。従って、面粗さの低減や、三次元造形物の意匠の向上などを実現可能である。なお、複数のノズル孔62cの配列としては、行列状以外の他の配列を採用することも可能である。但し、複数のノズル孔62cを行列状に配列すれば、ノズル60cから射出される溶融材料全体の横断面形状を四角形に近い形状とすることができるので、面粗さを更に低減できるという利点がある。
FIG. 8 is an explanatory view showing still another example of the nozzle hole 62. The
図9は、ノズル孔62の更に他の例を示す説明図である。このノズル60dは、5つのノズル孔62dがサイコロの「5」の目の位置に配列されている。このようなノズル孔62dの配列を採用すれば、ノズル60dから射出される溶融材料の形状を、意図的に凹凸のある独特な形状とすることができる。従って、三次元造形物の表面における意匠性を高めることが可能である。
FIG. 9 is an explanatory view showing still another example of the nozzle hole 62. In the
なお、図5、図7〜図9に示したノズル孔62の横断面形状や配列は例示であり、これら以外の種々の横断面形状や配列を採用することが可能である。 In addition, the cross-sectional shape and arrangement | sequence of the nozzle hole 62 shown to FIG. 5, FIG. 7-9 are examples, and it is possible to employ | adopt various cross-sectional shapes and arrangement | sequences other than these.
以上のように、本実施形態の三次元造形装置1によれば、フラットスクリュー40を有する可塑化部90で材料の可塑化を行うので、装置の高さを小さくすることができ、装置全体を小型化することが可能である。また、ノズル60のノズル孔62の形状、数、及び配列を工夫することによって、三次元造形物の造形精度や意匠性を向上させることが可能である。
As described above, according to the three-
また、本実施形態の三次元造形装置1では、スクロール溝42の深さが、フラットスクリュー40の外周側に向かうほど深くなるように設定されているので、材料の可塑化中にガスが発生したとしても、そのガスを効率的に外部に排出することができる。この結果、溶融材料にガスが混入することを抑制することができ、三次元造形物の造形精度を向上させることができる。また、スクロール溝42の深さが、フラットスクリュー40の外周側に向かうほど深くなるように設定されているので、フラットスクリュー40の中心に向けて材料を円滑に圧送することができる。
Further, in the three-
また、本実施形態では、フラットスクリュー40の側面43に、複数の材料流入口44が設けられているので、材料を効率よく可塑化部90内に受け入れることができる。
Moreover, in this embodiment, since the several
B.第2実施形態:
図10は、第2実施形態におけるフラットスクリュー40Aの斜視図である。第2実施形態におけるフラットスクリュー40Aは、スクリュー対面部50に設けられた連通孔56に向けて突出する滞留阻止部49を備えている。滞留阻止部49は、略円錐状の形状を有しており、フラットスクリュー40Aのスクロール溝形成面48における回転中心に設けられている。滞留阻止部49の先端は、スクリュー対面部50の連通孔56の開口端よりも連通孔56の内部に配置される。
B. Second embodiment:
FIG. 10 is a perspective view of a
このような構成のフラットスクリュー40Aによれば、溶融材料がスクロール溝42の内側の端部において滞留することが抑制されるので、溶融材料をスクリュー対面部50の連通孔56に円滑に送出することができる。この結果、フラットスクリュー40の中央部46付近において溶融材料が過熱されることにより、材料に変色や劣化等が生じることを抑制することができる。
According to the
C.第3実施形態:
図11は、第3実施形態におけるフラットスクリュー40Bの斜視図である。第3実施形態におけるフラットスクリュー40Bは、スクロール溝42を2つ備えている。そして、各スクロール溝42は、材料を外側壁422に向かって誘導する誘い溝部424を含んでいる。誘い溝部424は、スクロール溝42の材料流入口44が設けられている部分に備えられている。誘い溝部424における底壁423は、スクロール溝形成面48とのなす角が、スクロール溝42の他の部分よりも相対的に大きくなっている(例えば60度程度)。つまり、スクロール溝42の底壁423は、誘い溝部424が存在する部分において他の部分よりも一層傾斜している。
C. Third embodiment:
FIG. 11 is a perspective view of a
誘い溝部424は、スクロール溝42の外周部分において、内側壁421から外側壁422まで、円弧を描くように延在している。そして、誘い溝部424は、内側壁421側から外側壁422側に向かうにつれ、その径方向に沿った幅が細く収束する。細く収束した終端では、誘い溝部424は、スクロール溝42の他の部分と合流し、その深さが、他のスクロール溝42の部分と同等になる。誘い溝部424の底面は、フラットスクリュー40の回転中心を軸とする円錐面の一部を構成する。
The
このような形状のフラットスクリュー40Bによれば、フラットスクリュー40Bの材料流入口44に供給された材料は、誘い溝部424に当たって、外側壁422側へと誘導される。そのため、外側壁422によって効率よく材料を混錬することができる。なお、誘い溝部424は、複数のスクロール溝42のうちの一部にのみ設けられていてもよい。
According to the
図12は、第3実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。図12に示したフラットスクリュー40Cは、第3実施形態のフラットスクリュー40Bに対して、図10(第2実施形態)に示した滞留阻止部49を設けた構成を有している。このような形態のフラットスクリュー40Cによれば、誘い溝部424によって外側壁422によって効率よく材料を混練することができ、また、滞留阻止部49によって、溶融材料をスクリュー対面部50の連通孔56に円滑に送出することができる。なお、本実施形態における誘い溝部424は、本実施形態に限らず、第1実施形態、第2実施形態、および、後述する第4〜6実施形態の全ての実施形態に適用可能である。
FIG. 12 is a diagram showing another form of the flat screw in the third embodiment. The
D.第4実施形態:
図13は、第4実施形態におけるフラットスクリュー40Dの斜視図である。上述した各実施形態におけるフラットスクリュー40が、複数のスクロール溝42を備えているのに対して、第4実施形態におけるフラットスクリュー40Dは、スクロール溝42を1つのみ備えている。そのため、材料流入口44も、1つのみ設けられている。このような構成であっても、第1実施形態と同様に、三次元造形装置1の高さを小さくすることができ、装置全体を小型化することが可能である。なお、スクロール溝42は、1〜3本に限らず、4本以上形成されていてもよい。
D. Fourth embodiment:
FIG. 13 is a perspective view of a
図14は、第4実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。図14に示したフラットスクリュー40Eは、第4実施形態のフラットスクリュー40Dに対して、図10(第2実施形態)に示した滞留阻止部49を設けた構成となっている。このように、滞留阻止部49は、スクロール溝42の数にかかわらず、種々の形態のフラットスクリューに適用可能である。
FIG. 14 is a diagram showing another form of the flat screw in the fourth embodiment. The
E.第5実施形態:
図15は、第5実施形態におけるフラットスクリュー40Fの斜視図である。本実施形態におけるフラットスクリュー40Fは、各スクロール溝42の底壁423に、凹部425が形成されている。凹部425は、フラットスクリュー40Fの最外周から、スクロール溝42の内側の端部に向かって、スクロール溝42の幅方向の中央部に、スクロール溝42の延在方向に沿うように設けられている。
E. Fifth embodiment:
FIG. 15 is a perspective view of a
本実施形態では、スクロール溝42に凹部425が設けられているので、材料の可塑化中に、材料からガスが発生したとしても、そのガスを凹部425に沿って効率的に外部に排出することができる。なお、凹部425の幅は、ホッパー20に投入される材料の径よりも小さいことが好ましい。凹部425の幅が、材料の径よりも小さければ、材料によって凹部425が閉塞されてしまうことを抑制できる。また、凹部425は、複数のスクロール溝42のうちの一部のスクロール溝42に形成されていてもよい。
In this embodiment, since the recessed
図16は、第5実施形態におけるフラットスクリューの他の形態を示す図である。図16に示したフラットスクリュー40Gは、第5実施形態のフラットスクリュー40Fに対して、図10(第2実施形態)に示した滞留阻止部49を設けた構成となっている。このような形態のフラットスクリュー40Gによれば、溶融材料にガスが混入することを抑制できるとともに、滞留阻止部49によって、溶融材料をスクリュー対面部50の連通孔56に円滑に送出することができる。
FIG. 16 is a diagram illustrating another form of the flat screw according to the fifth embodiment. The
なお、第5実施形態のフラットスクリュー40F,40Gに対して、図12(第3実施形態)に示した誘い溝部424を設ける場合、誘い溝部424には凹部425を設けなくてもよい。誘い溝部424は傾斜が大きく、ガスが抜けやすいからである。ただし、誘い溝部424に凹部425を設けてももちろん構わない。
In addition, when providing the
F.第6実施形態:
図17は、第6実施形態における三次元造形装置1Aの概念図である。この三次元造形装置1Aは、2つの射出ユニット100a,100bを有する点で図1に示した実施形態と異なっており、他の構成は図1と同じである。なお、各射出ユニット100a,100bの構成は、図1に示した射出ユニット100と同一なので説明を省略する。
F. Sixth embodiment:
FIG. 17 is a conceptual diagram of a three-
この三次元造形装置1Aは、2つの射出ユニット100a,100bを有しているので、2種類の異なる材料を用いて三次元造形物を製造することが可能である。2種類の材料の組み合わせとしては、例えば以下のいずれかを採用可能である。
(1)異なる色を有する材料
異なる色を有する材料を用いれば、2色の異なる色を有する三次元造形物を製造できる。
(2)サポート材用の材料と造形用の材料
サポート材とは、三次元造形物の形状を保持するための部材であり、造形の終了後に除去される部材である。まず、2つの射出ユニット100a,100bの一方からサポート材を射出してサポート材を製造し、そのサポート材を利用して三次元造形物を製造すれば、より複雑で多様な三次元造形物を製造できる。
(3)異なる材質の材料
例えば、2種類の異なる材質の材料を用いれば、三次元造形物の用途に応じて、適切な材質の材料で三次元造形物を製造できる。
Since the three-
(1) Material having different colors If a material having different colors is used, a three-dimensional structure having two different colors can be manufactured.
(2) Material for support material and material for modeling The support material is a member for holding the shape of the three-dimensional structure, and is a member that is removed after the completion of modeling. First, if a support material is injected from one of the two
(3) Material of different materials For example, if materials of two different materials are used, a three-dimensional structure can be manufactured with a material of an appropriate material according to the use of the three-dimensional structure.
なお、射出ユニット100の数は、2に限らず、3つ以上の射出ユニット100を設けるようにしてもよい。
The number of
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present invention. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or one of the above-described effects. In order to achieve part or all, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
1,1A…三次元造形装置、10…スクリューケース、20…ホッパー、22…連通路、30…駆動モーター、40,40A〜40G…フラットスクリュー、42…スクロール溝、43…側面、44…材料流入口、46…中央部、48…スクロール溝形成面、49…滞留阻止部、50…スクリュー対面部、52…スクリュー対向面、54…案内溝、56…連通孔、58…ヒーター、60,60a〜60d…ノズル、62a〜62d…ノズル孔、90…可塑化部、100,100a,100b…射出ユニット、200…移動機構、210…テーブル、220…造形台、300…制御部、421…内側壁、422…外側壁、423…底壁、424…誘い溝部、425…凹部、Dn…ノズル孔径、G…ギャップ、OB…三次元造形物、OBt…上面
DESCRIPTION OF
Claims (7)
駆動モーターと、
スクロール溝が形成されたスクロール溝形成面を有し、前記駆動モーターにより回転するフラットスクリューと、前記スクロール溝形成面に対面し、中心に連通孔が形成されヒーターを有するスクリュー対面部と、を有し、前記フラットスクリューの回転と前記ヒーターによる加熱により前記フラットスクリューと前記スクリュー対面部との間に供給された前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる可塑化部と、
前記連通孔から供給された前記溶融材料を射出するノズルと、
を備える三次元造形装置。 A three-dimensional modeling apparatus for manufacturing a three-dimensional structure using a thermoplastic material,
A drive motor;
A flat screw that has a scroll groove forming surface in which a scroll groove is formed and that is rotated by the drive motor; and a screw facing portion that has a communication hole in the center and has a heater that faces the scroll groove forming surface. A plasticizing part that plasticizes the material supplied between the flat screw and the screw facing part by rotation of the flat screw and heating by the heater and converts it into a molten material;
A nozzle for injecting the molten material supplied from the communication hole;
3D modeling device.
前記スクロール溝の深さが、前記フラットスクリューの外周側に向かうほど深い、三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1,
A three-dimensional modeling apparatus in which the depth of the scroll groove increases toward the outer peripheral side of the flat screw.
前記材料を前記フラットスクリューと前記スクリュー対面部との間に受け入れるための材料流入口が、前記フラットスクリューの側面に複数形成されている、三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 or 2,
A three-dimensional modeling apparatus, wherein a plurality of material inlets for receiving the material between the flat screw and the screw facing portion are formed on a side surface of the flat screw.
前記フラットスクリューは、前記連通孔に向けて突出する滞留阻止部を中心に有する、三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The said flat screw is a three-dimensional modeling apparatus which has in the center the stay prevention part which protrudes toward the said communicating hole.
前記スクロール溝は、径方向内側に位置する内側壁と、径方向外側に位置する外側壁と、底壁とにより画定されており、
前記スクロール溝は、前記材料を前記外側壁に向かって誘導する誘い溝部を含む、三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The scroll groove is defined by an inner wall located radially inside, an outer wall located radially outside, and a bottom wall,
The scroll groove includes a guide groove portion that guides the material toward the outer wall.
前記スクロール溝の底壁に凹部が形成された、三次元造形装置。 The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A three-dimensional modeling apparatus in which a recess is formed in the bottom wall of the scroll groove.
フラットスクリューの回転とヒーターによる加熱により前記材料を可塑化して溶融材料に転化させる工程と、
ノズルを用いて前記溶融材料を射出して前記三次元造形物を形成する工程と、
を備える三次元造形方法。 A three-dimensional modeling method for manufacturing a three-dimensional model using a thermoplastic material,
Plasticizing the material by rotation of a flat screw and heating by a heater to convert it into a molten material;
Injecting the molten material using a nozzle to form the three-dimensional structure; and
3D modeling method.
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JP2020179580A (en) * | 2019-04-25 | 2020-11-05 | セイコーエプソン株式会社 | Plasticization device, three-dimensional molding device and injection molding device |
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