JP2023026509A - 溶融材料供給装置、三次元造形装置、三次元造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[形態1]
本開示の一形態によれば、三次元造形装置に用いられる溶融材料供給装置が提供される。この溶融材料供給装置は、熱可塑性樹脂が溶融した溶融材料が流れる第1流路と、前記第1流路と連通し、前記溶融材料をテーブルに向けて吐出するノズルと、前記第1流路内に設けられ、前記ノズルからの前記溶融材料の吐出量を調節する流量調節機構と、前記流量調節機構を制御する制御部と、を備える。前記流量調節機構は、前記第1流路が延びる方向と交わる方向に沿って配置された駆動軸と、前記駆動軸の一部に形成されたバタフライバルブと、前記駆動軸を回転させることによって前記バタフライバルブを回転させる駆動部と、を有する。前記バタフライバルブは、前記第1流路と前記駆動軸とが交わる位置に配置されている。前記制御部は、前記テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動速度を用いて前記吐出量を決定し、前記バタフライバルブの回転角度を、決定した前記吐出量に対応する回転角度に調節する。
[形態2]
本開示の第二の形態によれば、三次元造形装置に用いられる造形材料供給装置が提供される。この造形材料供給装置は、ノズル開口を有し、熱可塑性樹脂を含む材料を加熱して生成されたペースト状の造形材料をテーブルに向けて吐出するノズルと、前記ノズル開口に連通し前記造形材料が流れる第1流路に設けられ、前記第1流路の開口面積を調整することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する流量調節機構と、前記流量調節機構を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記流量調節機構を制御することによって、前記テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動速度が第1速度である場合は、前記開口面積を第1開口面積に調整し、前記移動速度が前記第1速度よりも遅い第2速度である場合は、前記開口面積を前記第1開口面積よりも小さい第2開口面積に調節する。
この形態の溶融材料供給装置によれば、溶融材料が流通される流路に設けられたバタフライバルブによって、ノズルからの溶融材料の吐出の開始および停止と、ノズルから吐出される溶融材料の量とが制御できる。従って、ノズルからの溶融材料の吐出の開始タイミング、停止タイミングおよび溶融材料の吐出量を、流量調節機構を備えない態様に比べて、より高い精度で制御することができる。
この形態の溶融材料供給装置によれば、バタフライバルブを備える位置に設けられた拡大流路によって、流量調節機構の周囲の流路を拡大することができる。すなわち、拡大流路を設けない態様よりも板状部材の周囲の流量を大きくできる。従って、板状部材の面方向が溶融材料の流通する方向と平行となった場合に、流量調節機構を備えない態様に比べて、板状部材によって第1流路の流量が大きく制限されることを防止することができる。
この形態の溶融材料供給装置によれば、吸引部によって溶融材料の流路内に負圧を発生させることにより、ノズルからの溶融材料の吐出を迅速に停止させることができる。
この形態の溶融材料供給装置によれば、パージ部によって、流路内に残留した溶融材料の上流側に気体が送り込まれることにより、流路内に残留した溶融材料をノズルから迅速に吐出させることができる。従って、ノズルからの溶融材料の吐出を迅速に停止させることができる。
この形態の溶融材料供給装置によれば、ノズルからの溶融材料の吐出を迅速に停止させることができる。また、パージ部が流路に接続される位置が、流量調節機構を挟んでノズルと逆側(すなわち上流側)である態様よりも、流路内に残留した溶融材料の吐出量を、少なくすることができる。
この形態の溶融材料供給装置によれば、流量調節機構によって流路を閉じた後にパージ部を動作する制御を実行することができる。従って、ノズルからの溶融材料の吐出の停止を、より高い精度で制御することができる。また、パージ部によって流路内に気体を送り込む際に、流路内の溶融材料が流量調節機構よりも上流側の流路へ逆流することを抑制することができる。
このような形態であれば、フラットスクリューによって樹脂材料を溶融させるため、装置全体の大きさを小さくすることができる。
図1は、第1実施形態における三次元造形装置100の構成を示す概略図である。図1には、互いに直交するX,Y,Z方向を示す矢印が示されている。X方向およびY方向は、水平面に平行な方向であり、Z方向は、重力方向とは反対の方向である。X,Y,Z方向を示す矢印は、他の図においても、図1と対応するように、必要に応じて図示してある。
図11は、第2実施形態における三次元造形装置100bの溶融材料供給装置60bが備える流量調節機構70bの構成を示す概略図である。具体的には、第1流路65bにおける溶融材料の流通方向Fdの中心軸を含む面であって、駆動軸76bの中心軸AXに垂直な面における断面図である。第2実施形態の三次元造形装置100bの構成は、第1実施形態の流量調節機構70の代わりに、第2実施形態の流量調節機構70bが設けられている点以外は、第1実施形態の三次元造形装置100の構成とほぼ同じである。
図13および図14を参照して、第3実施形態の三次元造形装置100cが溶融材料供給装置60cとして備える吸引部75の構成を説明する。第3実施形態の三次元造形装置100cの構成は、第1実施形態の溶融材料供給装置60の代わりに、第3実施形態の溶融材料供給装置60cが設けられている点以外は、第1実施形態の三次元造形装置100の構成とほぼ同じである。
D1.他の形態1:
(1)上記実施形態においては、バタフライバルブ72は、駆動軸76の一部が板状に加工された略正方形の板状部材である。しかし、バタフライバルブは、例えば円形の板状部材のように、他の形状に加工された部材とすることもできる。すなわち、第1位置に配された際に第1流路65の流路を塞ぎ、第2位置もしくは第3位置に配された際に第1流路65内における溶融材料の流量が調整できるものであればよい。
上記実施形態においては、吸引部75は、ロッド77を分岐流路79内で移動させることによって第1流路65内に負圧を発生されている。これに対して、吸引部75は、他の構成によって、第1流路65に負圧を発生させてもよい。吸引部75は、例えば、ポンプによる吸引力によって、分岐流路79内に溶融材料を吸引して、第1流路65内に負圧を発生させてもよい。なお、この構成の場合には、分岐流路79に吸引された溶融材料は、フラットスクリュー40へと循環されて再利用されてもよいし、そのまま装置外部に排出されてもよい。
(1)上記実施形態においては、パージ部80は、第1流路65のうち流量調節機構70が設けられている位置よりもノズル61側(すなわち下流側)に備えられている。しかし、パージ部は、第1流路のうち流量調節機構が設けられている位置よりも上流側に備える態様とすることもできる。そのような態様においては、制御部は、パージ部の駆動によって、第1流路内に残留する溶融材料を吐出した後に、流量調節機構を駆動させて第1流路を塞ぐ制御を行う態様とすることができる。
本開示は、上述の実施形態や実施例、変更例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、実施例、変形例中の技術的特徴は、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。
Claims (13)
- 三次元造形装置に用いられる造形材料供給装置であって、
ノズル開口を有し、熱可塑性樹脂を含む材料を加熱して生成されたペースト状の造形材料をテーブルに向けて吐出するノズルと、
前記ノズル開口に連通し前記造形材料が流れる第1流路に設けられ、前記第1流路の開口面積を調整することによって前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する流量調節機構と、
前記流量調節機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記流量調節機構を制御することによって、
前記テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動速度が第1速度である場合は、前記開口面積を第1開口面積に調整し、
前記移動速度が前記第1速度よりも遅い第2速度である場合は、前記開口面積を前記第1開口面積よりも小さい第2開口面積に調節する、
造形材料供給装置。 - 請求項1に記載の造形材料供給装置であって、
前記ノズルを加熱するノズルヒーターを備える、
造形材料供給装置。 - 請求項1または請求項2に記載の造形材料供給装置であって、
前記流量調節機構は、前記第1流路が延びる方向と交わる方向に沿って配置された駆動軸の一部が加工されて形成されたバルブと、前記駆動軸を回転させることによって前記バルブを回転させる駆動部と、を有し、
前記バルブは、前記第1流路と前記駆動軸とが交わる位置に配置されており、
前記制御部は、前記バルブの回転角度を調整することによって前記開口面積を調整する、
造形材料供給装置。 - 請求項3に記載の造形材料供給装置であって、
前記第1流路内の前記バルブが備えられる空間の前記造形材料が流通される方向と垂直な面における断面が、前記第1流路内の前記バルブが備えられない部分の前記造形材料が流通される方向と垂直な面における断面よりも大きい、造形材料供給装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の造形材料供給装置であって、
更に、前記第1流路に接続された分岐流路に前記造形材料を吸引する吸引部を備える、造形材料供給装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の造形材料供給装置であって、
更に、前記第1流路に接続され、前記第1流路に気体を送出するパージ部を備える、造形材料供給装置。 - 請求項6に記載の造形材料供給装置であって、
前記パージ部が前記第1流路に接続される位置は、前記第1流路のうち前記流量調節機構を備える位置よりも前記ノズル側である、造形材料供給装置。 - 請求項7に記載の造形材料供給装置であって、
前記制御部は、前記流量調節機構を閉じて前記第1流路の前記造形材料の流通を停止させた後に、前記パージ部を動作させる、造形材料供給装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の造形材料供給装置を備える、三次元造形装置。
- 請求項9に記載の三次元造形装置であって、
更に、前記材料を前記熱可塑性樹脂のガラス転移点以上に加熱して前記造形材料を生成する造形材料生成部を備え、
前記造形材料生成部は、
前記ノズルに連通する連通孔が形成され、ヒーターを有する対面部と、
前記対面部と対面し、溝が形成された溝形成面を有するフラットスクリューと、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って、前記フラットスクリューと前記対面部との間に供給された前記材料を加熱する、三次元造形装置。 - 請求項10に記載の三次元造形装置であって、
前記溝の深さは、前記フラットスクリューの外周から中心に向かって浅くなる、三次元造形装置。 - 請求項10または請求項11に記載の三次元造形装置であって、
前記制御部は、前記流量調節機構を制御して前記ノズルからの前記造形材料の吐出を中断する場合、前記フラットスクリューの回転を停止させない、三次元造形装置。 - 三次元造形物の製造方法であって、
ノズル開口を有するノズルから、熱可塑性樹脂を含む材料を加熱して生成されたペースト状の造形材料をテーブルに向けて吐出する第1工程と、
前記ノズル開口に連通し前記造形材料が流れる第1流路に設けられ、前記第1流路の開口面積を調整する流量調節機構によって、前記ノズルからの前記造形材料の吐出量を調節する第2工程と、を備え、
前記第2工程は、
前記テーブルに対する前記ノズルの相対的な移動速度に応じて前記開口面積を調節する工程を含む、
三次元造形物の製造方法。
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