JP2021024147A - 可塑化装置および三次元造形装置 - Google Patents

可塑化装置および三次元造形装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2021024147A
JP2021024147A JP2019142059A JP2019142059A JP2021024147A JP 2021024147 A JP2021024147 A JP 2021024147A JP 2019142059 A JP2019142059 A JP 2019142059A JP 2019142059 A JP2019142059 A JP 2019142059A JP 2021024147 A JP2021024147 A JP 2021024147A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
screw
cylinder
nozzle
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019142059A
Other languages
English (en)
Inventor
山下 誠一郎
Seiichiro Yamashita
誠一郎 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2019142059A priority Critical patent/JP2021024147A/ja
Priority to CN202010752841.3A priority patent/CN112297419A/zh
Priority to US16/943,550 priority patent/US20210031444A1/en
Publication of JP2021024147A publication Critical patent/JP2021024147A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10Formation of a green body
    • B22F10/18Formation of a green body by mixing binder with metal in filament form, e.g. fused filament fabrication [FFF]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227Driving means
    • B29C64/241Driving means for rotary motion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/295Heating elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321Feeding
    • B29C64/329Feeding using hoppers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

【課題】シリンダーにおける材料の入口の近傍で材料が溶融して、スクリューの回転による材料の搬送が困難になることを抑制する。
【解決手段】三次元造形装置に用いられる可塑化装置は、材料が供給される供給口を有するシリンダーと、シリンダーの内部にて回転する螺旋状のスクリューと、シリンダーの外周部に設けられた第1加熱部と、シリンダーに設けられ、スクリューの回転と第1加熱部による加熱とによって可塑化された材料を吐出するノズルと、を備える。外周部は、供給口とノズルとの間に、供給口からノズルに向かって第1領域と第2領域とを有し、第1加熱部は、第1領域の温度よりも第2領域の温度の方が高くなるように設けられている。
【選択図】図3

Description

本開示は、可塑化装置および三次元造形装置に関する。
例えば、特許文献1に記載された三次元プリンターでは、ホッパーからシリンダーの内部に供給されたペレット状の樹脂材料が、スクリューの回転とヒーターからの加熱とによってシリンダーの内部をノズルに向かって搬送されつつ溶融されて、ノズルの先端から吐出される。
国際公開第2015/129733号
上述した装置では、シリンダーにおける材料の入口の近傍の温度が高くなりすぎると、入口の近傍で材料が溶融して、スクリューの回転によって材料を搬送することが困難になる。そのため、ノズルの先端から吐出される材料の量が不足する場合がある。
本開示の一形態によれば、三次元造形装置に用いられる可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、材料が供給される供給口を有するシリンダーと、前記シリンダーの内部にて回転する螺旋状のスクリューと、前記シリンダーの外周部に設けられた第1加熱部と、前記シリンダーに設けられ、前記スクリューの回転と前記第1加熱部による加熱とによって可塑化された前記材料を吐出するノズルと、を備える。前記外周部は、前記供給口と前記ノズルとの間に、前記供給口から前記ノズルに向かって第1領域と第2領域とを有し、前記第1加熱部は、前記第1領域の温度よりも前記第2領域の温度の方が高くなるように設けられている。
第1実施形態の三次元造形装置の概略構成を示す説明図。 第1実施形態におけるスクリューの溝部の構成を示す斜視図。 第1実施形態における第1加熱部の構成を示す説明図。 第1実施形態における冷媒配管の構成を示す説明図。 第1実施形態における造形ユニットの各部の寸法を示す説明図。 第1実施形態における造形処理の内容を示すフローチャート。 三次元造形物が造形される様子を模式的に示す説明図。
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100の概略構成を示す説明図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向に沿った矢印が表されている。X方向およびY方向は、水平方向に沿った方向であり、Z方向は、鉛直方向に沿った方向である。他の図においても、X,Y,Z方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図1におけるX,Y,Z方向と、他の図におけるX,Y,Z方向とは、同じ方向を表している。
本実施形態における三次元造形装置100は、造形ユニット200と、ステージ300と、移動機構400と、制御部500とを備えている。三次元造形装置100は、制御部500の制御下で、造形ユニット200に設けられたノズル孔69からステージ300の造形面310に向かって造形材料を吐出しつつ、移動機構400を駆動させてノズル孔69と造形面310との相対的な位置を変化させることによって、造形面310上に造形材料の層が積層された三次元造形物を造形する。尚、造形材料のことを溶融材料と呼ぶこともある。造形ユニット200の詳細な構成については後述する。
移動機構400は、上述したとおり、ノズル孔69と造形面310との相対的な位置を変化させる。本実施形態では、移動機構400は、ステージ300を支持しており、造形ユニット200に対してステージ300を移動させることによって、ノズル孔69と造形面310との相対的な位置を変化させる。本実施形態における移動機構400は、3つのモーターの駆動力によって、ステージ300をX,Y,Z方向の3軸方向に移動させる3軸ポジショナーによって構成される。各モーターは、制御部500の制御下にて駆動される。尚、移動機構400は、ステージ300を移動させる構成ではなく、ステージ300を移動させずに造形ユニット200を移動させることによって、ノズル孔69と造形面310との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。また、移動機構400は、ステージ300と造形ユニット200との両方を移動させることによって、ノズル孔69と造形面310との相対的な位置を変化させる構成であってもよい。
制御部500は、1以上のプロセッサーと、主記憶装置と、外部との信号の入出力を行う入出力インターフェースとを備えるコンピューターによって構成されている。本実施形態では、制御部500は、主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令をプロセッサーが実行することによって、造形ユニット200と移動機構400との動作を制御して、三次元造形物を造形するための造形処理を実行する。動作には、造形ユニット200とステージ300との三次元の相対的な位置を変化させることが含まれる。尚、制御部500は、コンピューターではなく、複数の回路の組み合わせによって構成されてもよい。
造形ユニット200は、材料の供給源である材料供給部20と、材料供給部20から供給された材料を可塑化して造形材料にしてノズル孔69から吐出する可塑化部30とを備えている。尚、「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。また、「溶融」とは、熱可塑性を有する材料が融点以上の温度に加熱されて液状になることのみならず、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現することをも意味する。可塑化部30のことを可塑化装置と呼ぶこともある。
材料供給部20には、ペレットや粉末等の状態の材料が収容されている。本実施形態では、ペレット状に形成されたABS樹脂が材料として用いられる。ペレット状に形成された材料は、直径が2.0mmで、高さが3.0mmの円柱形状を有している。本実施形態における材料供給部20は、ホッパーによって構成されている。材料供給部20の下方には、材料供給部20と可塑化部30との間を接続する供給管22が設けられている。材料供給部20は、供給管22を介して、可塑化部30に材料を供給する。本実施形態では、材料供給部20と、供給管22とは、円筒形状を有している。材料供給部20と供給管22とは、アルミニウム合金によって形成されている。尚、材料供給部20と供給管22とのうちの少なくともいずれか一方は、アルミニウム合金ではなく、例えば、ステンレス鋼等の他の金属材料によって形成されてもよいし、樹脂材料や、セラミック材料によって形成されてもよい。材料供給部20と供給管22とが異なる材料によって形成されてもよい。
可塑化部30は、材料供給部20から材料が供給される供給口54を有するシリンダー50と、シリンダー50の内部にて回転するスクリュー40と、スクリュー40を回転させるスクリュー駆動部35と、シリンダー50の内部に供給された材料を加熱する第1加熱部71と、造形材料を吐出するノズル孔69を有するノズル61とを備えている。本実施形態では、上側から下側に向かって、スクリュー駆動部35と、シリンダー50と、ノズル61とがこの順で配置されている。可塑化部30は、スクリュー40の回転と第1加熱部71による加熱とによって、材料供給部20から供給された固体状態の材料の少なくとも一部を溶融させて流動性を有するペースト状の造形材料にして、ノズル孔69から吐出する。
シリンダー50は、本体部51と、本体部51の下端に設けられたノズル固定部53とを備えている。本体部51は、中心軸AX1を中心とする円筒形状を有している。本体部51は、中心軸AX1がZ方向に沿うように配置されている。本体部51は、上端から順に、第1部分151と、第2部分152とを有している。第1部分151の外周側面のことを第1外周部153と呼び、第2部分152の外周側面のことを第2外周部154と呼ぶ。第1外周部153には、材料が供給される供給口54が設けられている。供給口54には、供給管22が接続されている。第1部分151の上端は、フランジ状に形成されている。第1部分151の上端には、スクリュー駆動部35が固定されている。第2外周部154には、後述する第1加熱部71が設けられている。第2部分152の下端には、ノズル固定部53が固定されている。ノズル固定部53は、円盤形状を有している。ノズル固定部53の中央には、Z方向に沿ってノズル固定部53を貫通する貫通孔56が設けられている。貫通孔56の下端には、ノズル61が接続されている。
本実施形態では、第1部分151と、第2部分152と、ノズル固定部53とは、それぞれステンレス鋼によって形成されている。本実施形態では、第1部分151と第2部分152とが一体に形成されている。例えば、拡散接合やHIP(Hot Isostatic Press)接合等の金属接合技術を用いて、第1部分151と第2部分152とを接合することによって、第1部分151と第2部分152とを一体に形成できる。三次元造形技術を用いて、第1部分151と第2部分152とが一体に形成されてもよい。尚、第1部分151と第2部分152とは、別体に形成されてもよい。例えば、第1部分151の下端と、第2部分152の上端とが、それぞれフランジ状に形成されて、第1部分151の下端と、第2部分152の上端とがボルト等によって締結されてもよい。第1部分151と第2部分152とのうちの少なくともいずれか一方は、ステンレス鋼ではなく、例えば、チタン合金等の他の金属材料によって形成されてもよいし、樹脂材料や、セラミック材料によって形成されてもよい。第1部分151と第2部分152とが異なる金属材料によって形成されてもよい。
スクリュー40は、シリンダー50の内部に収容されている。より具体的には、スクリュー40は、シリンダー50の本体部51と、シリンダー50のノズル固定部53と、後述するスクリュー駆動部35のギアケース39とによって囲まれた空間に収容されている。スクリュー40は、中心軸AX2を中心とする軸形状を有している。スクリュー40は、その中心軸AX2が、シリンダー50の本体部51の中心軸AX1に沿うように配置されている。スクリュー40の上端は、スクリュー駆動部35に接続されている。スクリュー40の先端部43は、貫通孔56の近傍に位置している。スクリュー40の側面部分には、中心軸AX2を中心とした螺旋状の溝部45が設けられている。溝部45は、スクリュー40における供給口54よりも上方に位置する部分から、スクリュー40の先端部43まで連続して設けられている。本実施形態では、スクリュー40は、焼入れ処理が施されたステンレス鋼によって形成されている。尚、スクリュー40は、焼入れ処理が施されたステンレス鋼ではなく、例えば、チタン合金等の他の金属材料によって形成されてもよいし、樹脂材料や、セラミック材料によって形成されてもよい。スクリュー40の溝部45の具体的な構成については後述する。
スクリュー駆動部35は、駆動モーター36と、減速機38と、ギアケース39とを備えている。ギアケース39には、減速機38が収容されている。ギアケース39は、シリンダー50の第1部分151の上端に固定されている。ギアケース39の上面には、駆動モーター36が固定されている。本実施形態では、駆動モーター36には、サーボモーターが用いられている。本実施形態では、減速機38は、歯車等によって構成されている。駆動モーター36は、制御部500の制御下で駆動される。駆動モーター36の回転軸37は、減速機38を介して、スクリュー40の上端部分に接続されている。駆動モーター36から減速機38を介して加えられたトルクによって、スクリュー40は、シリンダー50の内部にて、中心軸AX2を中心にして回転する。尚、駆動モーター36には、例えば、ステッピングモーターが用いられてもよい。減速機38は、プーリーやベルト等によって構成されてもよい。スクリュー駆動部35が減速機38とギアケース39とを備えずに、駆動モーター36の回転軸37がスクリュー40の上端部分に接続されてもよい。
第1加熱部71は、供給口54とノズル61との間に位置する第2外周部154に設けられている。第2外周部154に設けられているとは、第2外周部154の外周表面に沿って設けられていることと、第2外周部154に埋設されていることとの両方を含む意味である。本実施形態では、第1加熱部71は、第2外周部154の外周表面に沿って設けられている。第1加熱部71の温度は、制御部500によって制御される。例えば、第1加熱部71に温度センサーが設けられて、制御部500は、温度センサーによって取得した温度を用いて第1加熱部71の温度を制御してもよい。尚、第1加熱部71の詳細な構成については後述する。
本実施形態では、第1加熱部71のスクリュー40とは反対側に断熱部81が設けられている。断熱部81は、第1加熱部71の少なくとも一部を覆うように設けられている。断熱部81の材料には、例えば、グラスウールや、セラミックファイバーを用いることができる。
本実施形態では、ノズル固定部53に、ノズル61を加熱する第2加熱部76が埋設されている。第2加熱部76の温度は、制御部500によって制御される。例えば、第2加熱部76に温度センサーが設けられて、制御部500は、温度センサーによって取得した温度を用いて第2加熱部76の温度を制御してもよい。
本実施形態では、シリンダー50には、冷媒が流れる冷媒流路91が設けられている。冷媒流路91は、供給口54の近傍を通る三次元的な経路で第1部分151の内部に設けられている。第1部分151に三次元的な経路を有する穴が設けられることによって、冷媒流路91が構成されている。例えば、三次元造形技術を用いて、三次元的な経路を有する穴が設けられた第1部分151を作製できる。冷媒流路91の両端は、パイプ等を介して、冷媒供給部96に接続されている。冷媒供給部96は、冷媒流路91に冷媒を循環させつつ、冷媒流路91を流れた冷媒の熱を除去するチラーによって構成されている。冷媒供給部96は、制御部500の制御下で駆動される。本実施形態では、冷媒として、水が用いられる。尚、冷媒流路91の詳細な構成については後述する。冷媒として、水ではなく、例えば、油や空気が用いられてもよい。冷媒流路91の両端ではなく、冷媒流路91の一端のみが冷媒供給部96に接続されてもよい。この場合、例えば、冷媒流路91の他端から外部に冷媒が排出されてもよい。冷媒流路91のことを冷却部と呼ぶこともある。
ノズル61は、シリンダー50におけるノズル固定部53の下面に設けられている。ノズル61には、先端部分にノズル孔69が設けられている。ノズル孔69は、ノズル固定部53の貫通孔56に連通している。貫通孔56からノズル61の内部流路に流入した造形材料は、ノズル孔69から吐出される。本実施形態では、ノズル孔69の開口形状は円形である。ノズル孔69の開口部の直径のことをノズル径Dnと呼ぶ。本実施形態では、ノズル径Dnは、0.5mmに設定されている。ノズル径Dnは、0.2mmよりも大きく設定されることが好ましい。尚、ノズル孔69の開口形状は円形に限られず、例えば、正方形であってもよい。ノズル孔69の開口形状が正方形である場合、正方形の一辺の長さのことをノズル径Dnと呼ぶ。ノズル孔69の開口形状は、正方形以外の多角形であってもよい。
図2は、本実施形態におけるスクリュー40の溝部45の構成を示す斜視図である。図2には、スクリュー40の中心軸AX2が一点鎖線で示されている。スクリュー40の側面部分には、中心軸AX2を中心とした螺旋状の溝部45が設けられている。溝部45は、スクリュー40の先端部43まで連続して設けられている。溝部45同士の間には、溝部45同士の間を隔てる螺旋状のフライト部46が設けられている。尚、スクリュー40の側面部分に、複数条の溝部45が設けられてもよい。例えば、スクリュー40の側面部分に、二重螺旋状に2つの溝部45が設けられてもよい。
図3は、本実施形態における第1加熱部71の構成を示す説明図である。図3では、第1加熱部71にハッチングが施されている。図3には、断熱部81が二点鎖線で表されている。シリンダー50は、第2外周部154に第1領域RG1と第2領域RG2とを有している。供給口54からノズル61に向かう方向において、第1領域RG1と、第2領域RG2とがこの順に配置されている。第1加熱部71は、第1領域RG1の温度よりも第2領域RG2の温度の方が高くなるように設けられている。本実施形態では、第1加熱部71は、第1領域RG1と第2領域RG2とに亘って螺旋状に設けられた1本のヒーターによって構成されている。第1領域RG1におけるヒーターの螺旋の間隔d1は、第2領域RG2におけるヒーターの螺旋の間隔d2よりも広く設定されている。つまり、第2領域RG2では第1領域RG1に比べて第1加熱部71を構成するヒーターが密に配置されている。断熱部81は、第1加熱部71における第2領域RG2に設けられた部分の外周を覆うように設けられている。尚、第1加熱部71は、複数の螺旋状のヒーターによって構成されてもよい。例えば、螺旋の間隔が異なる2本のヒーターによって第1加熱部71が構成され、2本のヒーターのうちの螺旋の間隔が広い方のヒーターが第1領域RG1に配置され、2本のヒーターのうちの螺旋の間隔が狭い方のヒーターが第2領域RG2に配置されてもよい。第1加熱部71は、螺旋状のヒーターによって構成されていなくてもよい。例えば、第1加熱部71が複数の矩形状のヒーターによって構成されて、第2領域RG2におけるヒーター同士の間隔が、第1領域RG1におけるヒーター同士の間隔よりも狭くなるように配置されてもよい。断熱部81は、第1加熱部71の全体を覆うように設けられてもよい。
図4は、本実施形態における冷媒流路91の構成を示す説明図である。図4には、冷媒流路91とともに、スクリュー40が表されている。図4では、シリンダー50の外形の図示が省略されて、冷媒流路91を形成するシリンダー50の内壁面が表されている。本実施形態では、シリンダー50の第1部分151に、1本の冷媒流路91が三次元的に配置されている。冷媒流路91は、Z方向に沿って延びた部分と、中心軸AX1を中心とする円の円周方向に沿って延びた部分とが連接されることによって、三次元的に配置されている。冷媒流路91は、第1部分151の全周に亘って均等に配置されている。尚、冷媒流路91は、第1部分151における供給口54の近傍では密に配置されてもよい。冷媒流路91は、第1部分151における第2部分152の近傍では密に配置されてもよい。冷媒流路91は、第1部分151の内部において分岐してもよい。複数本の冷媒流路91が第1部分151の内部に設けられてもよい。冷媒流路91は、第2部分152まで延びてもよい。
図5は、本実施形態における造形ユニット200の各部の寸法を示す説明図である。本実施形態では、シリンダー50の第1部分151の外径Do1は、43.0mmに設定されている。第1部分151の内径Di1は、20.0mmに設定されている。中心軸AX1に沿った第1部分151の長さL1は、50.0mmに設定されている。第2部分152における第1加熱部71が設けられていない部分の外径Do2aは、39.0mmに設定されている。第2部分152における第1加熱部71が設けられている部分の外径Do2bは、30.0mmに設定されている。第2部分152の内径Di2は、20.0mmに設定されている。中心軸AX1に沿った第2部分152の長さL2は、50.0mmに設定されている。
本実施形態では、スクリュー40の直径Do3は、20.0mmに設定されている。スクリュー40の直径Do3とは、フライト部46の直径のことを意味する。本実施形態では、スクリュー40の直径Do3と、シリンダー50の第2部分152の内径Di2とが、それぞれ一定に設定されているため、第1領域RG1における第2部分152の内壁面とスクリュー40との間隔は、第2領域RG2における第2部分152の内壁面とスクリュー40との間隔と同じに設定されている。第1領域RG1における第2部分152の内壁面とスクリュー40との間隔と、第2領域RG2における第2部分152の内壁面とスクリュー40との間隔とは、それぞれ、0.1mm以下に設定されている。本実施形態では、溝部45の深さH3は、2.5mmに設定されている。溝部45の幅W3は、11.0mmに設定されている。
供給管22の外径Do4は、18.0mmに設定されている。供給管22の内径Di4は、16.0mmに設定されている。供給管22の中心軸AX3とシリンダー50の本体部51の中心軸AX1との間の角度θ1は、35.0度に設定されている。ノズル固定部53の上面は、貫通孔56を中心とする、すり鉢状に窪んでおり、中心軸AX1を通る断面において、すり鉢状に窪んだ部分における対向する斜面同士の間の角度θ2は、140.0度に設定されている。スクリュー駆動部35のギアケース39の高さH5は、42.0mmに設定されている。
図6は、本実施形態における造形処理の内容を示すフローチャートである。この処理は、三次元造形装置100に設けられた操作パネルや、三次元造形装置100に接続されたコンピューターに対して、所定の開始操作がユーザーによって行われた場合に、制御部500によって実行される。
まず、制御部500は、ステップS110にて、三次元造形物OBを造形するための造形データを取得する。造形データとは、ステージ300に対するノズル孔69の移動経路や、ノズル孔69から吐出される造形材料の量や、スクリュー40を回転させる駆動モーター36の目標回転数や、第1加熱部71のヒーターの目標温度等に関する情報が表されたデータである。造形データは、例えば、三次元造形装置100に接続されたコンピューターにインストールされたスライサーソフトによって生成される。スライサーソフトは、三次元CADソフトや三次元CGソフトを用いて作成された三次元造形物OBの形状を表す形状データを読み込み、三次元造形物OBの形状を所定の厚みの層に分割して、造形データを生成する。スライサーソフトに読み込まれる形状データには、STL形式やAMF形式等のデータが用いられる。スライサーソフトによって作成された造形データは、GコードやMコード等によって表されている。制御部500は、三次元造形装置100に接続されたコンピューターや、USBメモリー等の記録媒体から造形データを取得する。
次に、ステップS120にて、制御部500は、造形材料の生成を開始する。制御部500は、スクリュー40の回転、および、第1加熱部71のヒーターの温度を制御することによって、材料を溶融させて造形材料を生成する。スクリュー40の回転によって、供給口54からシリンダー50の内部に供給された材料は、スクリュー40の溝部45に導入される。溝部45に導入された材料は、供給口54から貫通孔56に向かうように、溝部45に沿って搬送される。材料は、溝部45に沿って搬送されている間に、スクリュー40とシリンダー50との相対的な回転によるせん断、および、第1加熱部71による加熱によって、その少なくとも一部が溶融されて、流動性を有するペースト状の造形材料になる。第1加熱部71の温度が高いほど、材料は溶融しやすい。スクリュー40の回転数が大きいほど、材料は溶融しやすい。スクリュー40の回転数が大きいほど、材料はノズル61に向かって搬送されやすい。スクリュー40の先端部43の近傍に集められた造形材料は、内圧によって貫通孔56を介してノズル61に供給される。尚、造形材料は、この処理が行われる間、生成され続ける。
図7は、三次元造形物OBが造形される様子を模式的に示す説明図である。図6と図7とを参照して、ステップS130にて、制御部500は、造形データに従って、三次元造形物OBの1層目LY1を造形する。尚、ノズル固定部53に、貫通孔56の内部における造形材料の圧力を測定する圧力センサーが設けられもよい。制御部500は、ステップS130にて、圧力センサーによって測定された圧力の値に応じて駆動モーター36を制御することによって、スクリュー40の回転数を調節してもよい。また、ノズル固定部53に、貫通孔56の内部における造形材料の流量を測定する流量センサーが設けられてもよい。制御部500は、ステップS130にて、流量センサーによって測定された流量の値に応じて駆動モーター36を制御することによって、スクリュー40の回転数を調節してもよい。
1層目LY1の造形が完了した後、ステップS140にて、制御部500は、三次元造形物OBの全ての層の造形が完了したか否かを判定する。制御部500は、造形データを用いて、三次元造形物OBの全ての層の造形が完了したか否かを判断できる。ステップS140にて三次元造形物OBの全ての層の造形が完了したと判断された場合、制御部500は、この処理を終了する。一方、ステップS140にて三次元造形物OBの全ての層の造形が完了したと判断されなかった場合、制御部500は、ステップS130に処理を戻して、三次元造形物OBの2層目LY2を造形する。制御部500は、ステップS140にて三次元造形物OBの全ての層の造形が完了したと判断されるまで、ステップS130からステップS140までの処理を繰り返して、複数の層が積層された三次元造形物OBを造形する。尚、造形処理の後に、三次元造形物OBに、切削加工が施されてもよい。
以上で説明した本実施形態の三次元造形装置100によれば、シリンダー50の第1領域RG1の温度よりも第2領域RG2の温度の方が高くなるように第1加熱部71が設けられているので、供給口54からノズル61に向かうにつれてシリンダー50の温度が高くなるように設定できる。そのため、供給口54の近傍で材料が溶融して、スクリュー40の回転による材料の搬送が困難になることを抑制しつつ、ノズル61の近傍では材料を十分に溶融させることができる。スクリュー40の回転による材料の搬送が困難になることを抑制できるので、ノズル孔69から吐出される材料の量が不足することを抑制できる。
また、本実施形態では、第1加熱部71は、第1領域RG1と第2領域RG2とに亘って螺旋状に設けられたヒーターによって構成されており、第1領域RG1におけるヒーターの螺旋の間隔d1は、第2領域RG2におけるヒーターの螺旋の間隔d2よりも広く設定されている。そのため、第1領域RG1の温度よりも第2領域RG2の温度を高くできる。
また、本実施形態では、第1加熱部71の外周を覆うように断熱部81が設けられているので、第1加熱部71の発生させた熱が外部に拡散することを抑制できる。そのため、第1加熱部71の熱をシリンダー50に伝わりやすくできる。特に、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の融点の高い材料を溶融させやすくできる。
また、本実施形態では、ノズル固定部53にノズル61を加熱する第2加熱部76が埋設されているので、ノズル61の近傍の材料の温度を高めることができる。そのため、ノズル孔69から吐出される材料の流動性を高めることができる。
また、本実施形態では、供給口54を有する第1部分151に冷媒が流れる冷媒流路91が設けられており、第2部分152に第1加熱部71が設けられている。そのため、供給口54の近傍の温度が高くなりすぎることをより抑制できる。
尚、本実施形態では、ペレット状のABS樹脂が材料として用いられたが、造形ユニット200において用いられる材料としては、例えば、熱可塑性を有する材料や、金属材料、セラミック材料等の種々の材料を主材料として三次元造形物を造形する材料を採用することもできる。ここで、「主材料」とは、三次元造形物の形状を形作っている中心となる材料を意味し、三次元造形物において50重量%以上の含有率を占める材料を意味する。上述した造形材料には、それらの主材料を単体で溶融したものや、主材料とともに含有される一部の成分が溶融してペースト状にされたものが含まれる。
主材料として熱可塑性を有する材料を用いる場合には、可塑化部30において、当該材料が可塑化することによって造形材料が生成される。「可塑化」とは、熱可塑性を有する材料に熱が加わり溶融することを意味する。また、「溶融」とは、熱可塑性を有する材料が融点以上の温度に加熱されて液状になることのみならず、熱可塑性を有する材料がガラス転移点以上の温度に加熱されることにより軟化し、流動性が発現することをも意味する。
熱可塑性を有する材料としては、例えば、下記のいずれか一つまたは2以上を組み合わせた熱可塑性樹脂材料を用いることができる。
<熱可塑性樹脂材料の例>
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)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチック、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)などのエンジニアリングプラスチック。
熱可塑性を有する材料には、顔料や、金属、セラミック、その他に、ワックス、難燃剤、酸化防止剤、熱安定剤などの添加剤等が混入されていてもよい。熱可塑性を有する材料は、可塑化部30において、スクリュー40の回転と第1加熱部71の加熱によって可塑化されて溶融した状態に転化される。また、そのように生成された造形材料は、ノズル孔69から吐出された後、温度の低下によって硬化する。
熱可塑性を有する材料は、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孔69から吐出されることが望ましい。尚、「完全に溶融した状態」とは、未溶融の熱可塑性を有する材料が存在しない状態を意味し、例えばペレット状の熱可塑性樹脂を材料に用いた場合、ペレット状の固形物が残存しない状態のことを意味する。
造形ユニット200では、上述した熱可塑性を有する材料の代わりに、例えば、以下の金属材料が主材料として用いられてもよい。この場合には、下記の金属材料を粉末状にした粉末材料に、造形材料の生成の際に溶融する成分が混合されて、可塑化部30に投入されることが望ましい。
<金属材料の例>
マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)、コバルト(Co)やクロム(Cr)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)の単一の金属、もしくはこれらの金属を1つ以上含む合金。
<合金の例>
マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金。
造形ユニット200においては、上記の金属材料の代わりに、セラミック材料を主材料として用いることが可能である。セラミック材料としては、例えば、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物セラミックスや、窒化アルミニウムなどの非酸化物セラミックスなどが使用可能である。主材料として、上述したような金属材料やセラミック材料を用いる場合には、ステージ300に配置された造形材料は、例えばレーザーの照射や温風などによる焼結によって硬化されてもよい。
材料供給部20に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料は、単一の金属の粉末や合金の粉末、セラミック材料の粉末を、複数種類、混合した混合材料であってもよい。また、金属材料やセラミック材料の粉末材料は、例えば、上で例示したような熱可塑性樹脂、あるいは、それ以外の熱可塑性樹脂によってコーティングされていてもよい。この場合には、可塑化部30において、その熱可塑性樹脂が溶融して流動性が発現されるものとしてもよい。
材料供給部20に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のような溶剤を添加することもできる。溶剤は、下記の中から選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
<溶剤の例>
水;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル類;酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸iso−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸iso−ブチル等の酢酸エステル類;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−n−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類;エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類;テトラアルキルアンモニウムアセテート類;ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤;ピリジン、γ−ピコリン、2,6−ルチジン等のピリジン系溶剤;テトラアルキルアンモニウムアセテート(例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等);ブチルカルビトールアセテート等のイオン液体等。
その他に、材料供給部20に投入される金属材料やセラミック材料の粉末材料には、例えば、以下のようなバインダーを添加することもできる。
<バインダーの例>
アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はPLA(ポリ乳酸)、PA(ポリアミド)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)或いはその他の熱可塑性樹脂。
B.他の実施形態:
(B1)上述した実施形態における三次元造形装置100において、第2領域RG2では第1領域RG1に比べて第1加熱部71を構成するヒーターが密に配置されている。これに対して、第1領域RG1と第2領域RG2とで、第1加熱部71を構成するヒーターが均等に配置されてもよい。この場合、例えば、第1加熱部71が、第1領域RG1と第2領域RG2とに等間隔で配置された複数のヒーターによって構成されて、第1領域RG1の温度よりも第2領域RG2の温度の方が高くなるように、制御部500が各ヒーターの温度を制御してもよい。
(B2)上述した実施形態における三次元造形装置100において、第1加熱部71のスクリュー40とは反対側に断熱部81が設けられている。これに対して、第1加熱部71のスクリュー40とは反対側には、断熱部81が設けられていなくてもよい。この場合であっても、第1加熱部71によって、第1領域RG1の温度よりも第2領域RG2の温度を高くできる。
(B3)上述した実施形態における三次元造形装置100において、ノズル固定部53に、第2加熱部76が設けられている。これに対して、ノズル固定部53には、第2加熱部76が設けられていなくてもよい。
(B4)上述した実施形態における三次元造形装置100において、シリンダー50の第1部分151の内部に冷媒流路91が設けられている。これに対して、第1部分151の内部に冷媒流路91が設けられていなくてもよい。
(B5)上述した実施形態における三次元造形装置100において、第1領域RG1におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔は、第2領域RG2におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔と同じに設定されている。これに対して、第2領域RG2におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔は、第1領域RG1におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔よりも広く設定されてもよい。この場合、シリンダー50の第2領域RG2からスクリュー40に熱が伝わりにくくなるため、スクリュー40を介して、供給口54の近傍の材料に熱が伝わることを抑制できる。例えば、第2領域RG2におけるシリンダー50の内径が、第1領域RG1におけるシリンダー50の内径よりも大きく設定されることによって、第2領域RG2におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔を、第1領域RG1におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔よりも広く設定できる。第2領域RG2のスクリュー40の直径が、第1領域RG1のスクリュー40の直径よりも小さく設定されることによって、第2領域RG2におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔が、第1領域RG1におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔よりも広く設定されてもよい。第2領域RG2におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔が、第1領域RG1におけるシリンダー50の内壁面とスクリュー40との間隔よりも広くなるように、スクリュー40の直径とシリンダー50の内径との両方を、第1領域RG1と第2領域RG2とで異ならせてもよい。
(B6)上述した実施形態における三次元造形装置100において、シリンダー50の第1部分151と第2部分152とは、それぞれ円筒形状を有しており、中心軸AX1に垂直な断面において、第1部分151の外側の輪郭線の形状と、第1部分151の内側の輪郭線の形状とは、それぞれ円形であり、第2部分152の外側の輪郭線の形状と、第2部分152の内側の輪郭線の形状とは、それぞれ円形である。これに対して、中心軸AX1に垂直な断面において、第1部分151の外側の輪郭線の形状と、第2部分152の外側の輪郭線の形状とのうちの少なくともいずれか一方は、円形でなくてもよい。例えば、中心軸AX1に垂直な断面において、第1部分151の外側の輪郭線の形状と、第2部分152の外側の輪郭線の形状とのうちの少なくともいずれか一方が四角形や六角形等の多角形でもよい。
C.他の形態:
本開示は、上述した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形態で実現することができる。例えば、本開示は、以下の形態によっても実現可能である。以下に記載した各形態中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、本開示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。
(1)本発明の一形態によれば、三次元造形装置に用いられる可塑化装置が提供される。この可塑化装置は、材料が供給される供給口を有するシリンダーと、前記シリンダーの内部にて回転する螺旋状のスクリューと、前記シリンダーの外周部に設けられた第1加熱部と、前記シリンダーに設けられ、前記スクリューの回転と前記第1加熱部による加熱とによって可塑化された前記材料を吐出するノズルと、を備える。前記外周部は、前記供給口と前記ノズルとの間に、前記供給口から前記ノズルに向かって第1領域と第2領域とを有し、前記第1加熱部は、前記第1領域の温度よりも前記第2領域の温度の方が高くなるように設けられている。
この形態の可塑化装置によれば、供給口からノズルに向かうにつれてシリンダーの温度が高くなるように設定できるので、供給口の近傍で材料が溶融することによって、スクリューの回転による材料の搬送が困難になることを抑制できる。そのため、ノズルの先端から吐出される材料の量が不足することを抑制できる。
(2)上記形態の可塑化装置において、前記第1加熱部は、前記第1領域と前記第2領域とに亘って螺旋状に設けられており、前記第1領域における前記第1加熱部の螺旋の間隔は、前記第2領域における前記第1加熱部の螺旋の間隔よりも広くてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、第1領域の温度よりも第2領域の温度を高くすることができる。
(3)上記形態の可塑化装置において、前記第1加熱部の前記スクリューとは反対側に断熱部が設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、第1加熱部の熱がシリンダーに伝わりやすくできる。
(4)上記形態の可塑化装置において、前記ノズルを加熱する第2加熱部が設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、ノズルの近傍の材料の温度を高めることができる。そのため、ノズルから吐出される材料の流動性を高めることができる。
(5)上記形態の可塑化装置において、前記外周部には、前記ノズルから前記供給口に向かって、前記第1加熱部と冷却部とが設けられてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、供給口の近傍の温度が高くなりすぎることを抑制できる。
(6)上記形態の可塑化装置において、前記第2領域における前記シリンダーの内壁面と前記スクリューとの間隔は、前記第1領域における前記シリンダーの内壁面と前記スクリューとの間隔よりも広くてもよい。
この形態の可塑化装置によれば、シリンダーの第1領域からスクリューに熱が伝わりにくくなるため、スクリューを介して、供給口の近傍の材料に熱が伝わることを抑制できる。
本開示は、可塑化装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、三次元造形装置等の形態で実現することができる。
20…材料供給部、22…供給管、30…可塑化部、35…スクリュー駆動部、36…駆動モーター、37…回転軸、38…減速機、39…ギアケース、40…スクリュー、43…先端部、45…溝部、46…フライト部、50…シリンダー、51…本体部、53…ノズル固定部、54…供給口、56…貫通孔、61…ノズル、69…ノズル孔、71…第1加熱部、76…第2加熱部、81…断熱部、91…冷媒流路、96…冷媒供給部、100…三次元造形装置、151…第1部分、152…第2部分、153…第1外周部、154…第2外周部、200…造形ユニット、300…ステージ、310…造形面、400…移動機構、500…制御部

Claims (7)

  1. 三次元造形装置に用いられる可塑化装置であって、
    材料が供給される供給口を有するシリンダーと、
    前記シリンダーの内部にて回転する螺旋状のスクリューと、
    前記シリンダーの外周部に設けられた第1加熱部と、
    前記シリンダーに設けられ、前記スクリューの回転と前記第1加熱部による加熱とによって可塑化された前記材料を吐出するノズルと、
    を備え、
    前記外周部は、前記供給口と前記ノズルとの間に、前記供給口から前記ノズルに向かって第1領域と第2領域とを有し、
    前記第1加熱部は、前記第1領域の温度よりも前記第2領域の温度の方が高くなるように設けられている、
    可塑化装置。
  2. 請求項1に記載の可塑化装置であって、
    前記第1加熱部は、前記第1領域と前記第2領域とに亘って螺旋状に設けられており、
    前記第1領域における前記第1加熱部の螺旋の間隔は、前記第2領域における前記第1加熱部の螺旋の間隔よりも広い、可塑化装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の可塑化装置であって、
    前記第1加熱部の前記スクリューとは反対側に断熱部が設けられている、可塑化装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
    前記ノズルを加熱する第2加熱部が設けられている、可塑化装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
    前記外周部には、前記ノズルから前記供給口に向かって、前記第1加熱部と冷却部とが設けられている、可塑化装置。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の可塑化装置であって、
    前記第2領域における前記シリンダーの内壁面と前記スクリューとの間隔は、前記第1領域における前記シリンダーの内壁面と前記スクリューとの間隔よりも広い、可塑化装置。
  7. 三次元造形装置であって、
    材料が供給される供給口を有するシリンダーと、
    前記シリンダーの内部にて回転する螺旋状のスクリューと、
    前記スクリューを回転させるスクリュー駆動部と、
    前記シリンダーの外周部に設けられた加熱部と、
    前記シリンダーに設けられ、前記スクリューの回転と前記加熱部による加熱とによって可塑化された前記材料をステージに向かって吐出するノズルと、
    前記スクリュー駆動部と前記加熱部とを制御する制御部と、
    を備え、
    前記外周部は、前記供給口と前記ノズルとの間に、前記供給口から前記ノズルに向かって第1領域と第2領域とを有し、
    前記加熱部は、前記第1領域の温度よりも前記第2領域の温度の方が高くなるように設けられている、
    三次元造形装置。
JP2019142059A 2019-08-01 2019-08-01 可塑化装置および三次元造形装置 Pending JP2021024147A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019142059A JP2021024147A (ja) 2019-08-01 2019-08-01 可塑化装置および三次元造形装置
CN202010752841.3A CN112297419A (zh) 2019-08-01 2020-07-30 塑化装置及三维造型装置
US16/943,550 US20210031444A1 (en) 2019-08-01 2020-07-30 Plasticization device and three-dimensional shaping device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019142059A JP2021024147A (ja) 2019-08-01 2019-08-01 可塑化装置および三次元造形装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021024147A true JP2021024147A (ja) 2021-02-22

Family

ID=74258290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019142059A Pending JP2021024147A (ja) 2019-08-01 2019-08-01 可塑化装置および三次元造形装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210031444A1 (ja)
JP (1) JP2021024147A (ja)
CN (1) CN112297419A (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022083026A (ja) 2020-11-24 2022-06-03 セイコーエプソン株式会社 可塑化装置、射出成形装置、および三次元造形装置
IT202100023645A1 (it) * 2021-09-14 2023-03-14 Savix S R L "Estrusore termoregolatore per stampanti 3D"
WO2024038012A1 (en) * 2022-08-18 2024-02-22 Signify Holding B.V. Single nozzle pellet extruder with fdm filament feed from the side

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04296523A (ja) * 1990-12-20 1992-10-20 Paul Troester Mas Fab 長尺材を被覆するための押出ヘッド
JP2005103875A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd 射出装置並びに射出装置の温度表示方法及び温度設定方法
JP2010517830A (ja) * 2007-02-12 2010-05-27 ストラタシス,インコーポレイテッド 押出型堆積システムのための粘性ポンプ
JP2019018440A (ja) * 2017-07-14 2019-02-07 兵庫県 未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタ
JP2019069527A (ja) * 2017-10-06 2019-05-09 株式会社日本製鋼所 繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法および可塑化装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3954366A (en) * 1975-01-06 1976-05-04 Fields Reuben T Two-stage single screw extrusion apparatus
CN2663125Y (zh) * 2003-08-01 2004-12-15 北京化工大学 超高分子量聚乙烯注射成型机
US7972129B2 (en) * 2005-09-16 2011-07-05 O'donoghue Joseph Compound tooling system for molding applications
JP5243451B2 (ja) * 2007-12-27 2013-07-24 住友重機械工業株式会社 射出装置及びその射出方法
WO2011082238A1 (en) * 2009-12-29 2011-07-07 Synventive Molding Solutions, Inc. Heating apparatus for fluid flow channel
US20120313270A1 (en) * 2011-04-12 2012-12-13 Zimmer, Inc. Modified injection molding unit and method of delivering cooled molding material
CN204196204U (zh) * 2014-10-29 2015-03-11 佛山市高明区生产力促进中心 一种新型螺杆挤出机
US20170291364A1 (en) * 2016-04-11 2017-10-12 Timothy W. Womer Single screw micro-extruder for 3d printing
CN208343383U (zh) * 2018-03-21 2019-01-08 华中师范大学 一种注射机的注射料筒

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04296523A (ja) * 1990-12-20 1992-10-20 Paul Troester Mas Fab 長尺材を被覆するための押出ヘッド
JP2005103875A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Sumitomo Heavy Ind Ltd 射出装置並びに射出装置の温度表示方法及び温度設定方法
JP2010517830A (ja) * 2007-02-12 2010-05-27 ストラタシス,インコーポレイテッド 押出型堆積システムのための粘性ポンプ
JP2019018440A (ja) * 2017-07-14 2019-02-07 兵庫県 未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタ
JP2019069527A (ja) * 2017-10-06 2019-05-09 株式会社日本製鋼所 繊維強化熱可塑性樹脂の混練方法および可塑化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112297419A (zh) 2021-02-02
US20210031444A1 (en) 2021-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7147324B2 (ja) 材料可塑化装置
US20210031444A1 (en) Plasticization device and three-dimensional shaping device
JP7272047B2 (ja) 可塑化装置および三次元造形装置
CN213108036U (zh) 塑化装置、三维造型装置和注射成型装置
JP7388072B2 (ja) 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法
JP7326976B2 (ja) 可塑化装置、三次元造形装置および射出成形装置
JP2022162070A (ja) 三次元造形装置および三次元造形物の製造方法
JP7272091B2 (ja) 三次元造形装置
JP7263838B2 (ja) 三次元造形物の造形方法
JP7263835B2 (ja) 三次元造形装置および三次元造形物の造形方法
JP7342477B2 (ja) 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置
JP7491038B2 (ja) 可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置
JP7259519B2 (ja) 可塑化装置、三次元造形装置および射出成形装置
JP2022176653A (ja) 可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置
JP2021172003A (ja) 可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置
JP7119643B2 (ja) 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置
JP2020192777A (ja) 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置
JP7388212B2 (ja) 三次元造形物の製造方法および三次元造形装置
JP7395894B2 (ja) 三次元造形物の製造方法、および、三次元造形装置
JP7400410B2 (ja) 可塑化装置
US11577470B2 (en) Three-dimensional shaping apparatus
JP2023107325A (ja) 三次元造形装置
JP2023097690A (ja) 三次元造形装置
JP2023097689A (ja) 三次元造形装置
JP2021172045A (ja) 可塑化装置、三次元造形装置、および射出成形装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220622

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230425

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230509

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230620

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230912