JP2020049457A - Downward direction discharge type nozzle used in lamination of construction material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルに関するものであり、詳しくは、3Dプリンタで建設構造物を作成する際に建設材料を吐出するためのノズルに関するものである。 The present invention relates to a downward discharge type nozzle used for laminating construction materials, and more particularly, to a nozzle for discharging a construction material when creating a construction structure with a 3D printer.
近年、3Dプリンタが実用化されており、建設、医療、デザイン等、種々の分野における造形技術として、広汎な利用が期待されている。代表的な3Dプリンタは、流動性を有する材料(例えば、モルタルや樹脂等)をノズルから吐出させ、設計データに基づいて材料の吐出量や吐出位置を制御することにより、所望形状の造形物を作成するようになっている。従来、3Dプリンタに関する種々の技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, 3D printers have been put into practical use, and are expected to be widely used as modeling technologies in various fields such as construction, medical care, and design. A typical 3D printer discharges a material having fluidity (for example, mortar or resin) from a nozzle, and controls a discharge amount and a discharge position of the material based on design data, thereby forming a shaped object having a desired shape. To be created. Conventionally, various technologies relating to a 3D printer have been disclosed (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に記載された技術は、ノズル形状に特徴を有する3Dプリンタ技術を用いた建設構造物の構築装置に関するものである。この技術において、材料の送出経路の先端側に取り付けたノズルは、吐出する材料の断面が材料の吐出口において所望の形状となるように、材料の送出側から吐出側へ向かって内空形状を徐々に変化させた状態で形成されている。 The technique described in Patent Literature 1 relates to a construction apparatus for a construction structure using a 3D printer technique having a characteristic nozzle shape. In this technique, the nozzle attached to the tip end of the material delivery path has a hollow shape from the material delivery side toward the discharge side so that the cross section of the material to be delivered has a desired shape at the material discharge port. It is formed in a state that is gradually changed.
上述したように、種々の分野で3Dプリンタが実用化されており、所望形状の造形物を作成するために、ノズルの形状や構造に種々の工夫がなされている。例えば、特許文献1に記載された技術では、構築する建設構造物の形状に応じて複数のノズルを作製し、作業の進行状況に応じてノズルを取り替えることにより、様々な形状の建設構造物を容易に構築することができるという利点があるが、自由な断面形状の造形物を作成するために、更なる工夫の余地があった。 As described above, 3D printers have been put to practical use in various fields, and various ideas have been devised on the shape and structure of the nozzle in order to create a shaped article having a desired shape. For example, in the technique described in Patent Literature 1, a plurality of nozzles are manufactured according to the shape of a construction structure to be built, and the nozzles are replaced according to the progress of work, whereby construction structures having various shapes are manufactured. Although there is an advantage that it can be easily constructed, there is room for further contrivance in order to create a shaped article having a free cross-sectional shape.
例えば、流動性が高い材料を使用した場合には、ノズルの吐出口から材料が垂れ落ちてしまう場合がある。そして、バネを使用して吐出口を開閉したり、ノズルの内部形状を複雑化したりする等、吐出口から材料が垂れ落ちるのを防止するための機構を設けた場合には、ノズルの構造が複雑化するとともに、製造コストが上昇する。さらに、このような機構を設けた場合には、材料送出経路内で材料が詰まる等、機構が正常に機能しないことも考えられる。また、材料送出経路内に滞留する材料を洗い流すことが困難であり、メンテナンス作業が面倒なものとなる。 For example, when a material having a high fluidity is used, the material may drop from the discharge port of the nozzle. If a mechanism is provided to prevent the material from dripping from the discharge port, such as opening and closing the discharge port using a spring or complicating the internal shape of the nozzle, the nozzle structure As the complexity increases, the manufacturing cost increases. Further, when such a mechanism is provided, the mechanism may not function properly, for example, the material may be clogged in the material delivery path. Further, it is difficult to wash away the material remaining in the material delivery path, and maintenance work is troublesome.
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、流動性が高い材料を使用した場合であっても、ノズルの吐出口から材料が垂れ落ちることを防止可能な建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルを提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the circumstances described above, and even when a material having a high fluidity is used, it is used for laminating a construction material capable of preventing the material from dripping from a discharge port of a nozzle. It is an object of the present invention to provide a directional discharge nozzle.
本発明に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルは、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルは、3Dプリンタで建設構造物を構築する際に、建設材料を吐出するためのノズルに関するものである。この建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルは、下方向に材料を吐出するノズル本体の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構を設けたことを特徴としている。 The downward discharge nozzle used for laminating construction materials according to the present invention has the following features in order to achieve the above-described object. That is, the downward discharge type nozzle used for laminating the construction material according to the present invention relates to a nozzle for discharging the construction material when constructing a construction structure with a 3D printer. The downward discharge type nozzle used for laminating the construction material is characterized in that a trapping mechanism for the material to be delivered is provided in the middle of the material delivery path of the nozzle body that discharges the material in the downward direction.
また、トラップ機構は、ノズル本体の材料送出経路を屈曲させた屈曲部により形成することができる。さらに、ノズル本体の下端部に、吐出口の外周から外方へ向かって延長して設けたコテ部を備えることが可能である。 Further, the trap mechanism can be formed by a bent portion obtained by bending the material delivery path of the nozzle body. Further, it is possible to equip the lower end portion of the nozzle body with an iron portion provided to extend outward from the outer periphery of the discharge port.
本発明に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズルによれば、ノズル本体の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構を備えているため、流動性が高い材料を使用した場合であっても、トラップ機構により材料の流下速度が調整され、吐出口から材料が垂れ落ちることがない。また、トラップ機構は材料送出経路を屈曲させた簡易な構造であるため、製造コストを低減することができるとともに、材料の詰まりを防止することができる。 According to the downward discharge type nozzle used for laminating the construction material according to the present invention, a material having a high fluidity is used because it has a trapping mechanism for the material to be delivered in the middle of the material delivery path of the nozzle body. Even in this case, the flow rate of the material is adjusted by the trap mechanism, so that the material does not drop from the discharge port. Further, since the trap mechanism has a simple structure in which the material delivery path is bent, the manufacturing cost can be reduced, and clogging of the material can be prevented.
また、コテ部を有しているため、吐出された材料が盛り上がったり捻れたりした場合であっても、材料の上面をコテ部で均すことができるため、造形物の上面が均一かつ平坦なものとなる。このため、各層間において材料が接触する面積が大きくなり、造形物の安定性を増加させることができる。さらに、吐出した材料を密に積層できるため、構造上の強度を増加させることができ、複数層に高く積み上げたり、一層の高さを大きくしたりすることが可能となる。 Further, since the iron has the iron part, even when the ejected material is raised or twisted, the upper surface of the material can be leveled by the iron part, so that the upper surface of the modeled object is uniform and flat. It will be. For this reason, the area where the material comes into contact between the respective layers increases, and the stability of the modeled object can be increased. Further, since the discharged materials can be densely laminated, the structural strength can be increased, and it is possible to stack a plurality of layers high or to increase the height.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズル(以下、下方向吐出型ノズルと称する)を説明する。図1〜図4は本発明の実施形態に係る下方向吐出型ノズルを説明するもので、図1及び図2はコテ部を有するノズルの斜視図、図3及び図4はトラップ機構の他の例を示す斜視図である。 Hereinafter, a downward discharge nozzle (hereinafter, referred to as a downward discharge nozzle) used for laminating construction materials according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 to 4 illustrate a downward discharge type nozzle according to an embodiment of the present invention. FIGS. 1 and 2 are perspective views of a nozzle having an iron portion, and FIGS. It is a perspective view showing an example.
<下方向吐出型ノズルの概要>
本発明の実施形態に係る下方向吐出型ノズルは、図1〜図4に示すように、下方向に材料を吐出するノズル本体10の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構40を設けた点に特徴がある。トラップ機構40とは、ノズル本体10の材料送出経路において、送出される材料の流下を抑制し、流動性が高い材料であっても、吐出口20から材料が漏れ落ちることを防止するための機構である。
<Outline of downward discharge type nozzle>
As shown in FIG. 1 to FIG. 4, the downward discharge type nozzle according to the embodiment of the present invention includes a
<トラップ機構>
トラップ機構40は、ノズル本体10の材料送出経路を屈曲させて屈曲部を設けることにより形成している。屈曲部の形状は、縦断面で略U字状(図1)や略S字状となっており、円弧状に湾曲していてもよいし(図3)、角部を有するように屈曲していてもよい(図4)。屈曲させる回数、曲率(角部を有して屈曲させる場合には、屈曲角度)、屈曲部の長さは、送出する材料の流動性等に応じて適宜設定することができ、例えば、1回だけ屈曲させてもよいし、複数回屈曲させてもよい。
<Trap mechanism>
The
ノズル本体10の材料送出経路により送出する材料は、トラップ機構(屈曲部)40において流下方向が略鉛直下方向から斜め下方向に変更されるため、吐出口20から材料が漏れ落ちることを防止することができる。すなわち、略鉛直下方向にストレートに材料を流下させて吐出口20から吐出する場合には、材料の送出を停止しても、材料の自重により材料が流下し、吐出口20から漏れ出してしまう。このような態様に対して、トラップ機構40を備えている場合には、材料の送出を停止すると、材料が屈曲部において一時的に貯留状態となるため、材料が吐出口20から漏れ出すことはない。
The material to be delivered through the material delivery path of the
<コテ部>
ノズル本体10の下端部には、図1及び図2に示すように、吐出口20の外周から外方へ向かって延長して設けたコテ部30を備えている。すなわち、ノズル本体10の下端部には、吐出口20の周囲にフランジ状のコテ部30が設けられている。
<Iron section>
As shown in FIGS. 1 and 2, the lower end of the
コテ部30は、吐出口20から吐出された材料の上面に押し当たって、材料の上面を均すための部分である。コテ部30はある程度の厚みを持っており、下面は材料の上面を均すために平面状となっている。また、ノズル本体10からの突出長さ(横方向への広がり)は、吐出口20の大きさ(径)、使用する材料等に応じて、適宜設定することができる。
The
<コテ部の形状>
コテ部30の形状はどのようなものであってもよいが、例えば、円柱状、多角柱状、四角柱状、逆円錐台状とすることができる。逆円錐台状のコテ部30は、下方に向かって縮径しているため、側面が傾斜面となっている。このように、コテ部30を下方に向かって縮径させることにより、吐出した材料に対してコテ部30の側面が接触したとしても、側面は傾斜しているので材料を円滑に均すことができる。
<Shape of iron part>
Although the shape of the
<吐出口>
本実施形態の吐出口20は、ノズル本体10の下端部で下向きに開口している。また、図2に示す吐出口20の断面形状は円形であるが、使用する材料や建設構造物の態様に応じて、楕円形、四角形、多角形等であってもよい。
<Discharge port>
The
<付帯する機器及び材料>
ノズル本体10は、吐出口20を下向きとした状態で、移動装置により所望の方向(3次元方向)へ移動可能に支持されている。また、ノズル本体10には、圧送パイプを介して材料供給装置(材料貯留部、圧送ポンプ等を含む装置)が接続されている。ノズル本体10から吐出する材料は、建設構造物の態様に応じて適宜選択するが、例えば、セメント系材料や樹枝系材料とすることができる。
<Attached equipment and materials>
The
<建設構造物>
本実施形態に係る下方向吐出型ノズルを用いて構築する建設構造物は、どのような形状のものであってもよいが、例えば、壁、中実又は中空の柱、方形・円錐形・円筒状等の建物、これらの複合建設物を構築することができる。
<Construction structure>
The construction structure constructed using the downward discharge type nozzle according to the present embodiment may be of any shape, for example, a wall, a solid or hollow column, a square, a cone, and a cylinder. Buildings, such as shapes, and composite structures thereof can be constructed.
10 ノズル本体
20 吐出口
30 コテ部
40 トラップ機構(屈曲部)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
下方向に材料を吐出するノズル本体の材料送出経路の途中に、送出される材料のトラップ機構を設けたことを特徴とする建設材料の積層に用いる下方向吐出型ノズル。 A nozzle for discharging a construction material when constructing a construction structure with a 3D printer,
A downward discharge nozzle used for laminating construction materials, wherein a trapping mechanism for the discharged material is provided in the middle of a material delivery path of a nozzle body that discharges a material in a downward direction.
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JP2018183263A JP2020049457A (en) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | Downward direction discharge type nozzle used in lamination of construction material |
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JP2018140906A (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-13 | デンカ株式会社 | Three-dimensional modeling cement composition for construction, and three-dimensional modeling method for construction |
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2018
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