JP2021028146A - Molding device and nozzle of molding device - Google Patents
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Description
本開示は、造形装置及び造形装置のノズルに関する。 The present disclosure relates to a modeling device and a nozzle of the modeling device.
従来、造形材料が導入されるとともに、この導入された造形材料を加熱した後に吐出するノズルを有し、このノズルから吐出された造形材料によって、3次元の造形物を造形する造形装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, there is known a modeling device that has a nozzle that discharges after heating the introduced modeling material together with the introduction of the modeling material, and models a three-dimensional modeled object by the modeling material discharged from this nozzle. (See, for example, Patent Document 1).
上述したような従来技術に係る造形装置のノズルの場合、ノズルから吐出される造形材料の量(単位時間当たりの量)を多くすることができる構成になっていないので、造形物を早期に完成させることは困難であった。 In the case of the nozzle of the modeling device according to the prior art as described above, since the structure is not such that the amount of modeling material (amount per unit time) discharged from the nozzle can be increased, the modeled object is completed at an early stage. It was difficult to get it done.
本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、造形物を早期に完成させることができる造形装置及び造形装置のノズルを提供することである。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a modeling device and a nozzle of a modeling device capable of completing a modeled object at an early stage.
上記目的を達成するため、本開示に係る造形装置は、造形材料が導入されるとともに導入された前記造形材料を加熱した後に吐出するノズルを有し、前記ノズルから吐出された前記造形材料によって、3次元の造形物を造形する造形装置において、前記ノズルは、前記造形材料が導入される開口部である、複数個の導入口と、前記造形材料が吐出される開口部である、1個の吐出口と、複数個の前記導入口と1個の前記吐出口とを連通する内部通路と、を有し、前記吐出口の開口面積は、前記導入口に導入される前の、各々の前記造形材料の断面積よりも大きい。 In order to achieve the above object, the modeling apparatus according to the present disclosure has a nozzle that is discharged after the modeling material is introduced and the introduced modeling material is heated, and the modeling material discharged from the nozzle is used. In a modeling device for modeling a three-dimensional modeled object, the nozzle is a plurality of introduction ports, which are openings into which the modeling material is introduced, and one opening, which is an opening into which the modeling material is discharged. It has a discharge port and an internal passage that communicates the plurality of introduction ports and one discharge port, and the opening area of the discharge port is the opening area of each of the above before being introduced into the introduction port. It is larger than the cross-sectional area of the modeling material.
また、上記目的を達成するため、本開示に係る造形装置のノズルは、造形材料が導入されるとともに導入された前記造形材料を加熱した後に吐出するノズルを有し、前記ノズルから吐出された前記造形材料によって、3次元の造形物を造形する造形装置の前記ノズルであって、前記造形材料が導入される開口部である、複数個の導入口と、前記造形材料が吐出される開口部である、1個の吐出口と、複数個の前記導入口と1個の前記吐出口とを連通する内部通路と、を有し、前記吐出口の開口面積は、前記導入口に導入される前の、各々の前記造形材料の断面積よりも大きい。 Further, in order to achieve the above object, the nozzle of the modeling apparatus according to the present disclosure has a nozzle that discharges after the modeling material is introduced and the introduced modeling material is heated, and the nozzle is discharged from the nozzle. A plurality of introduction ports, which are the nozzles of a modeling apparatus for modeling a three-dimensional modeled object by a modeling material, which are openings into which the modeling material is introduced, and openings at which the modeling material is discharged. It has one discharge port and an internal passage that communicates the plurality of the introduction ports with the one discharge port, and the opening area of the discharge port is before being introduced into the introduction port. Is larger than the cross-sectional area of each of the above-mentioned modeling materials.
本開示によれば、造形物を早期に完成させることができる。 According to the present disclosure, the modeled object can be completed at an early stage.
以下、本開示の実施形態に係る造形装置1及び造形装置1のノズル20について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る造形装置1の一部の構成を模式的に示す斜視図である。なお、図1には、参考用として、X軸−Y軸−Z軸の直交座標が図示されている。この直交座標のうち、Z方向は上方に相当し、−Z方向は下方(重力が作用する方向)に相当する。本実施形態に係る造形装置1は、熱溶解積層方式(Fused Deposition Modeling:FDM)で造形材料100を積層して、3次元の造形物を造形する造形装置(具体的には、3Dプリンタ)である。
Hereinafter, the modeling device 1 and the
図1に例示されている造形装置1は、テーブル10、ノズル20、第1軸30、第2軸31、及び、第3軸32a,32bを備えている。また、図示はされていないが、造形装置1は、造形材料100を送出する送出ローラや、ノズル20を加熱する加熱装置等も備えている。
The modeling device 1 illustrated in FIG. 1 includes a table 10, a
テーブル10は、造形物が造形されるための台である(このテーブル10は、一般に、ベッドと別称されている場合がある)。テーブル10の上面11は、水平面になっている。この上面11に、ノズル20から吐出された造形材料100が積層されて、3次元の造形物が形成される。
The table 10 is a table on which a modeled object is modeled (the table 10 is generally referred to as a bed). The
ノズル20は、造形材料100が導入されるとともに、導入された造形材料100を加熱した後に吐出する部材である。造形物の造形作業中において、ノズル20は、加熱装置によって加熱されている。本実施形態に係る造形材料100は、熱可塑性の素材によって構成されている。加熱装置によってノズル20が加熱されることで、ノズル20の内部において造形材料100は加熱されて軟化し、この軟化した造形材料100は、ノズル20の後述する吐出口22から吐出される。
The
また、本実施形態に係るノズル20は、テーブル10の上方の領域をテーブル10に対して相対的に移動しながら、造形材料100をテーブル10の上面11に向けて吐出する。本実施形態において、ノズル20は、テーブル10の上面11における所定領域12の上方側の領域を、3次元の範囲で移動する。すなわち、図1に図示されている所定領域12は、「ノズル20が移動する水平面の範囲」の一例を示している。
Further, the
ノズル20をテーブル10に対して3次元の範囲で相対的に移動させる機構自体は、公知の造形装置で用いられている機構を用いることができ、その具体的な構成は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として、以下の機構が用いられている。
As the mechanism itself for moving the
具体的には、本実施形態に係るノズル20は、X軸に沿った方向に延在する第1軸30によって支持されるとともに、この第1軸30に対してX軸に沿った方向に相対的に変位(スライド)することができる。第1軸30は、Y軸に沿った方向に延在する第2軸31によって支持されるとともに、この第2軸31に対してY軸に沿った方向に相対的に変位(スライド)することができる。第2軸31は、Z軸に沿った方向に延在する第3軸32a及び第3軸32bによって支持されるとともに、この第3軸32a,32bに対してZ軸に沿った方向に相対的に変位(スライド)することができる。また、図示はされていないが、造形装置1は、ノズル20を第1軸30に対してX軸に沿った方向に相対的に変位させるアクチュエータ、第1軸30を第2軸31に対してY軸に沿った方向に相対的に変位させるアクチュエータ、及び、第2軸31を第3軸32a,32bに対してZ軸に沿った方向に相対的に変位させるアクチュエータを備えている。これらのアクチュエータの動作は、制御装置(図示せず)によって制御されている。制御装置は、プログラムに基づいて、これらのアクチュエータを制御することで、ノズル20をテーブル10に対して相対的に3次元の範囲で移動させている。
Specifically, the
なお、ノズル20をテーブル10に対して相対的に3次元の範囲で移動させる機構として、他の例を挙げると、以下のようなものが挙げられる。例えば、ノズル20をテーブル10に対してX軸に沿った方向に相対的に変位させる機構として、ノズル20を第1軸30に固定しておき、このノズル20が固定された第1軸30をX軸に沿った方向に変位させてもよい。あるいは、ノズル20をテーブル10に対してY軸に沿った方向に相対的に変位させる機構として、第1軸30を第2軸31に固定しておき、この第1軸30が固定された第2軸31をY軸に沿った方向に変位させてもよい。あるいは、ノズル20をテーブル10に対してZ軸に沿った方向に相対的に変位させる機構として、テーブル10を第3軸32a,32bに対してZ軸に沿った方向に相対的に変位させてもよい。
As another example of the mechanism for moving the
図2は、ノズル20の模式的断面図である。ノズル20の先端部(下方側の端部)の近傍の箇所(先端部を起点として、上方に所定距離至る部分)は、下方に向かうに従って縮径する円錐台形状を有している。ノズル20は、複数個の導入口と、1個の吐出口22とを有するとともに、内部通路23を有している。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
導入口は、造形材料100が導入される開口部である。本実施形態において、導入口の個数は、一例として2個である。すなわち、本実施形態において、複数個の導入口は、導入口21a及び導入口21bである。但し、導入口の個数は、2個に限定されるものではなく、3個以上であってもよい。本実施形態に係る導入口21a,21bは、ノズル20の上面に設けられている。また、本実施形態に係る導入口21a,21bの形状(開口部の形状)は、円形状である。但し、導入口21a,21bの形状は、円形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
The introduction port is an opening into which the
吐出口22は、造形材料100が吐出される開口部である。本実施形態に係る吐出口22は、ノズル20の先端部に設けられている。また、本実施形態に係る吐出口22の形状(開口部の形状)は円形状である。但し、吐出口22の形状は、円形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
The
内部通路23は、複数個の導入口(導入口21a及び導入口21b)と、1個の吐出口22とを連通する通路である。本実施形態に係る内部通路23は、複数本の分岐通路(具体的には、分岐通路24a及び分岐通路24b)と、1本の合流通路25とを有している。各々の分岐通路の一端は、各々の導入口に連通し、各々の分岐通路の他端は、合流通路25の一端に連通している。具体的には、分岐通路24aの一端は導入口21aに連通し、分岐通路24aの他端は合流通路25の一端に連通している。同様に、分岐通路24bの一端は導入口21bに連通し、分岐通路24bの他端は合流通路25の一端に連通している。そして、合流通路25の他端は、吐出口22に連通している。
The internal passage 23 is a passage that communicates a plurality of introduction ports (
図3は、本実施形態に係るノズル20に造形材料100が導入された様子を示す模式的断面図である。造形材料100は、ノズル20に導入される前においては、線状(又は糸状)の形状を有している。この造形材料100は、一般に、「フィラメント」と称されている。造形物の造形作業中において、造形材料100は、送出ローラ(これは、ノズル20の上方に配置されている)によって下方側に向けて送出されることで、導入口21a及び導入口21bに、それぞれ導入される。具体的には、本実施形態に係る造形材料100は、導入口21a及び導入口21bに、それぞれ同時に導入される。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the
造形物の造形作業中において、造形材料100が送出ローラによって下方側(下流側)に送出されることで、導入口21a,21bから内部通路23に導入された造形材料100は、内部通路23を下流側に向けて進んでいく。具体的には、導入口21aから導入された造形材料100、及び、導入口21bから導入された造形材料100は、ぞれぞれ、分岐通路24a及び分岐通路24bを通過した後に、合流通路25において1本の造形材料100になる。その後、この造形材料100は、合流通路25を通過してから、吐出口22から吐出される。なお、造形材料100は、この内部通路23を通過する際に、ノズル20の熱によって加熱されて軟化する。
During the modeling work of the modeled object, the
ここで、本実施形態に係る吐出口22の開口面積(mm2)は、導入口21a,21bに導入される前の各々の造形材料100の断面積(mm2)よりも大きく設定されている。具体的には、本実施形態に係る吐出口22の径(D(mm))は、導入口21a,21bに導入される前の各々の造形材料100の径(d(mm))よりも大きく設定されている。これにより、吐出口22の開口面積は、導入口21a,21bに導入される前の各々の造形材料100の断面積よりも大きくなっている。
Here, the opening area (mm 2 ) of the
以上説明したような本実施形態によれば、複数個の導入口(導入口21a,21b)を有しているので、複数本の造形材料100をノズル20に導入することができる。すなわち、多量の造形材料100をノズル20に導入することができる。そして、吐出口22の開口面積が、導入口21a,21bに導入される前の各々の造形材料100の断面積よりも大きいので、吐出口22の開口面積が導入口21a,21bに導入される前の各々の造形材料100の断面積よりも大きくない場合に比較して、吐出口22から吐出される造形材料100の単位時間当たりの量(mm3/sec)を多くすることができる。これにより、造形物を早期に完成させることができる。
According to the present embodiment as described above, since the plurality of introduction ports (
また、本実施形態によれば、複数本の造形材料100をノズル20に導入することができるので、1本の造形材料100しかノズル20に導入できない場合に比較して、ノズル20に導入される造形材料100の継ぎ足しの回数も減少させることもできる。この点においても、造形物を早期に完成させることができる。
Further, according to the present embodiment, since a plurality of
なお、吐出口22の開口面積が大きいほど、ノズル20から吐出される造形材料100の単位時間当たりの量を多くすることができ、これにより、より早期に造形物を完成させることができる。一方、吐出口22の開口面積が大き過ぎる場合、ノズル20内部で軟化した造形材料100が吐出口22から垂れてしまう現象(いわゆる、「液垂れ現象」)が生じるおそれがある。このような点を考慮して、吐出口22の開口面積として適切な値を設定すればよい。吐出口22の開口面積の好適な数値例を挙げると、吐出口22の開口面積が導入口21a,21bに導入される前の各々の造形材料100の断面積の「4倍以上25倍以下の範囲内」であれば、液垂れ現象を効果的に抑制しつつ、早期に造形物を完成させることができる。なお、これを、「径」を用いて表現すると、吐出口22の径(D)が導入口21a,21bに導入される前の各々の造形材料100の径(d)の「2倍以上5倍以下の範囲内」であれば、液垂れ現象を効果的に抑制しつつ、早期に造形物を完成させることができる。
As the opening area of the
以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. ..
1 造形装置
10 テーブル
20 ノズル
21a,21b 導入口
22 吐出口
23 内部通路
24a,24b 分岐通路
25 合流通路
100 造形材料
1 Modeling
Claims (3)
前記ノズルは、前記造形材料が導入される開口部である、複数個の導入口と、前記造形材料が吐出される開口部である、1個の吐出口と、複数個の前記導入口と1個の前記吐出口とを連通する内部通路と、を有し、
前記吐出口の開口面積は、前記導入口に導入される前の、各々の前記造形材料の断面積よりも大きい、造形装置。 In a modeling apparatus having a nozzle that discharges after heating the introduced modeling material at the same time as the modeling material is introduced, and modeling a three-dimensional model object by the modeling material discharged from the nozzle.
The nozzle has a plurality of introduction ports, which are openings into which the modeling material is introduced, one discharge port, which is an opening into which the modeling material is discharged, and a plurality of the introduction ports and one. It has an internal passage that communicates with the discharge ports.
A modeling device in which the opening area of the discharge port is larger than the cross-sectional area of each of the modeling materials before being introduced into the introduction port.
各々の前記分岐通路の一端は、各々の前記導入口に連通し、
各々の前記分岐通路の他端は、前記合流通路の一端に連通し、
前記合流通路の他端は、前記吐出口に連通している請求項1に記載の造形装置。 The internal passage has a plurality of branch passages and one merging passage.
One end of each of the branch passages communicates with each of the inlets.
The other end of each of the branch passages communicates with one end of the confluence passage.
The modeling device according to claim 1, wherein the other end of the merging passage communicates with the discharge port.
前記造形材料が導入される開口部である、複数個の導入口と、前記造形材料が吐出される開口部である、1個の吐出口と、複数個の前記導入口と1個の前記吐出口とを連通する内部通路と、を有し、
前記吐出口の開口面積は、前記導入口に導入される前の、各々の前記造形材料の断面積よりも大きい、造形装置のノズル。 It is the nozzle of a modeling device that has a nozzle that discharges after heating the introduced modeling material as the modeling material is introduced, and models a three-dimensional modeled object by the modeling material discharged from the nozzle. hand,
A plurality of introduction ports, which are openings into which the modeling material is introduced, one discharge port, which is an opening into which the modeling material is discharged, a plurality of the introduction ports, and one discharge port. It has an internal passage that communicates with the exit,
A nozzle of a modeling device whose opening area of the discharge port is larger than the cross-sectional area of each of the modeling materials before being introduced into the introduction port.
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