JP2023057361A

JP2023057361A - Hot end for three-dimensional laminate molding

Info

Publication number: JP2023057361A
Application number: JP2021166856A
Authority: JP
Inventors: 伸一谷川; Shinichi Tanigawa; 明伸柿田; Akinobu Kakita; 光晴氏家; Mitsuharu Ujiie; 隆良鎗水; Takayoshi Yarimizu; 和希清田; Kazuki Kiyota
Original assignee: Kubota ChemiX Co Ltd
Current assignee: Kubota ChemiX Co Ltd
Priority date: 2021-10-11
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2023-04-21

Abstract

To provide a hot end for three-dimensional laminate molding that can reduce nozzle clogging even when a material easy to scorch, such as PVC, is used as a filament.SOLUTION: A hot end 20 for three-dimensional laminate molding of the present invention includes: a guide 21 having a guide hole 41 through which a filament 80 is fed; and a nozzle 22 having a nozzle hole 61 communicating with the guide hole and equipped with a heater 56. The nozzle includes: a resin-made nozzle inner cylindrical part 60 with a nozzle hole opened; and a metal-made nozzle outer cylindrical part 50 surrounding an outer periphery of the nozzle inner cylindrical part and having the heater mounted thereon.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、三次元積層造形装置、所謂三次元プリンタで立体構造物を造形する際に、焦げ付き易いためフィラメント材質として不向きとされるＰＶＣ（ポリ塩化ビニル：polyvinyl chloride）等を材質とするフィラメントの使用を可能にする技術についてのものであり、それらの技術のうちフィラメントを押し出すホットエンドに関するものである。 The present invention uses a filament made of PVC (polyvinyl chloride), etc., which is unsuitable as a filament material because it easily burns when modeling a three-dimensional structure with a three-dimensional layered modeling device, a so-called three-dimensional printer. It is about the technologies that make it possible to use, among those technologies, hot ends for extruding filaments.

三次元プリンタの積層方式として、熱融解積層（ＦＤＭ：Fused Deposition Modeling）方式の三次元積層造形が知られている。ＦＤＭ方式の三次元積層造形装置では、平面内で移動可能なホットエンドから、溶融した熱可塑性樹脂製のフィラメントをプリントベッド上に順次積層して立体構造物を作製している。 As a layering method for a three-dimensional printer, three-dimensional layered manufacturing based on a Fused Deposition Modeling (FDM) method is known. In the FDM three-dimensional additive manufacturing apparatus, filaments made of molten thermoplastic resin are sequentially stacked on a print bed from a hot end movable in a plane to produce a three-dimensional structure.

ホットエンドは、一般にガイド、ノズル及びヒーターを具えた構成である。ガイドは、フィラメントを案内するガイド孔を有し、フィラメント送り装置から送給されたフィラメントはガイド孔を通過してノズルに進入する。ノズルには、ガイド孔と連通するノズル孔が形成される。ヒーターの装着方法は、（１）ノズルに設けられた孔に挿入、あるいは（２）ガイド－ノズル間にヒーターブロックとして外装、の２通りがある。以下の説明は上記（１）について述べるが、本発明は上記（１）・（２）の何れの場合でも適用可能である。 A hot end is generally a configuration comprising guides, nozzles and heaters. The guide has a guide hole for guiding the filament, and the filament fed from the filament feeder passes through the guide hole and enters the nozzle. A nozzle hole communicating with the guide hole is formed in the nozzle. There are two methods of mounting the heater: (1) inserting it into a hole provided in the nozzle, or (2) mounting it as a heater block between the guide and the nozzle. Although the following description deals with the above (1), the present invention is applicable to any of the above (1) and (2).

然して、フィラメント送り装置は、所定の送り込み力でフィラメントをガイド孔に送給する。ガイド孔に送給されたフィラメントは、ノズル孔に達し、ノズル孔内でヒーターによる加熱を受けて溶融する。そして、溶融フィラメントは、ノズル孔に順次送り込まれる未溶融のフィラメントの押し出し力によって、ノズル孔の先端から下方に向けて吐出される。 Thus, the filament feeding device feeds the filament into the guide hole with a predetermined feeding force. The filament fed to the guide hole reaches the nozzle hole, is heated by the heater in the nozzle hole, and melts. Then, the molten filament is ejected downward from the tip of the nozzle hole by the pushing force of the unmelted filament that is sequentially fed into the nozzle hole.

たとえば、特許文献１参照では、ノズルは、熱伝達率にすぐれるアルミ合金で作製している。 For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000, the nozzle is made of an aluminum alloy with excellent heat transfer coefficient.

フィラメントは、ＡＢＳ樹脂（acrylonitrile butadiene styrene copolymer）やＰＬＡ（ポリ乳酸：poly（lactic acid））が一般的に使用されている。また、出願人は、特許文献２において、ＰＶＣをフィラメントの材料として提案している。 ABS resin (acrylonitrile butadiene styrene copolymer) and PLA (polylactic acid) are generally used for filaments. In addition, the applicant has proposed PVC as a filament material in Patent Document 2.

特開２０１６－１０７４５６号公報JP 2016-107456 A 特開２０２０－１０４３７４号公報JP 2020-104374 A

上記したフィラメントの材料のうち、とくにＰＶＣは、溶融すると金属表面に付着し易い。加熱溶融されたフィラメントがノズル孔内面に付着すると、摩擦抵抗が増加してフィラメントの流速が低下し、フィラメントの一部がノズル孔内で滞留を引き起こす。そして、滞留したフィラメントがノズル孔に焦げ付いて、ノズル詰まりが発生する虞がある。 Among the above filament materials, PVC in particular tends to adhere to the metal surface when melted. When the heated and melted filament adheres to the inner surface of the nozzle hole, the frictional resistance increases, the flow velocity of the filament decreases, and part of the filament stays in the nozzle hole. Then, there is a risk that the stagnant filaments will burn in the nozzle holes and clog the nozzles.

また、フィラメントの未溶融部と溶融部との境界はノズル孔内にあるが、ノズルの温度が高い、または、造形速度が遅いなどの原因で、フィラメントへのヒーターによる加熱量が多くなると、この境界が上方に移動し、ガイドに達することがある。ノズルとガイドはネジ接続されているため、接続部には空隙が存在し、ガイドに達したフィラメント溶融部の一部はこの空隙に滞留する。ガイドの大部分はヒーターによる加熱の影響を受け難いため低温であるが、ノズルとの接続部は高温となるため、空隙に滞留したフィラメントは焦付きを生じる。空隙で発生した焦付きはノズル孔内にまで広がり、ノズル詰まりを生じさせることがある。 Also, the boundary between the unmelted portion and the melted portion of the filament is within the nozzle hole. The boundary may move upwards and reach the guide. Since the nozzle and the guide are screw-connected, there is a gap in the connecting portion, and part of the filament melted portion that reaches the guide stays in this gap. Most of the guide is at a low temperature because it is not easily affected by the heating by the heater, but since the connection with the nozzle is at a high temperature, the filament staying in the gap is scorched. The scorching that occurs in the air gap spreads into the nozzle hole and may cause nozzle clogging.

また、フィラメントがガイド孔を通過する間、上記のように未溶融のフィラメントには送り込み力と、溶融フィラメントを吐出させるための押し出し力に対する反力が作用する。これらによる圧縮荷重が、フィラメントの座屈許容荷重を越えると、フィラメントは波状に変形して座屈してしまう。 In addition, while the filament passes through the guide hole, as described above, the unmelted filament is subjected to the feeding force and the reaction force against the extrusion force for ejecting the molten filament. When the compressive load due to these exceeds the allowable buckling load of the filament, the filament is deformed in a wavy shape and buckles.

フィラメントの座屈を抑えるには、フィラメントを直線状に保っておく必要があるが、ガイド孔の直径Ｄは、一般的に直径４ｍｍ程度であり、一般的なフィラメントの直径ｄ（１．７５ｍｍ）に比べて大きい。すなわち、フィラメントとガイド孔とのクリアランスは１．１２５ｍｍと大きいため、フィラメントを直線状に維持することは困難であった。 In order to suppress buckling of the filament, it is necessary to keep the filament straight. big compared to That is, since the clearance between the filament and the guide hole is as large as 1.125 mm, it was difficult to keep the filament straight.

本発明の目的は、ＰＶＣのように焦げ付き易い材料をフィラメントとして用いても、ノズル詰まりを低減できる三次元積層造形用ホットエンドを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a hot end for three-dimensional additive manufacturing that can reduce nozzle clogging even when using a filament made of a material such as PVC that is easily scorched.

本発明の三次元積層造形用ホットエンドは、
フィラメントが送給されるガイド孔を有するガイドと、
前記ガイド孔に連通するノズル孔を有するノズルと、
前記ノズルに装着されるヒーターを具える三次元積層造形用ホットエンドであって、
前記ノズルは、
前記ノズル孔が開設され、樹脂製のノズル内筒部と、
前記ノズル内筒部の外周を包囲し、前記ヒーターが装着された金属製のノズル外筒部と、
を有する。 The hot end for three-dimensional additive manufacturing of the present invention is
a guide having a guide hole through which the filament is fed;
a nozzle having a nozzle hole communicating with the guide hole;
A hot end for three-dimensional additive manufacturing, comprising a heater attached to the nozzle,
The nozzle is
The nozzle hole is opened, a nozzle inner cylindrical part made of resin,
a metal nozzle outer cylindrical portion surrounding the outer periphery of the nozzle inner cylindrical portion and having the heater mounted thereon;
have

前記ノズル内筒部は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製とすることが望ましい。 It is desirable that the nozzle inner cylindrical portion be made of PTFE (polytetrafluoroethylene).

前記ノズル孔は、表面粗さＲａが０．８μｍ以下にすることが望ましい。 The nozzle hole preferably has a surface roughness Ra of 0.8 μm or less.

前記ノズル孔内で前記フィラメントが加熱を受けて溶融するフィラメント溶融部の高さＬ０は、前記ノズル内筒部の高さＬ２よりも低くすることが望ましい。 It is desirable that the height L0 of the filament melting portion where the filament is heated and melted in the nozzle hole is lower than the height L2 of the nozzle inner cylindrical portion.

前記ガイドは、
前記ガイド孔が開設され、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製のノズルキャップと、
前記ノズルキャップの外周を包囲し、前記ノズル外筒部と係合されるガイド外筒部と、
を有する構成とすることができる。 Said guide
A nozzle cap made of PTFE (polytetrafluoroethylene) having the guide hole,
a guide outer cylinder surrounding the outer circumference of the nozzle cap and engaged with the nozzle outer cylinder;
can be configured to have

前記ノズル内筒部の前記ノズル孔及び前記ノズルキャップの前記ガイド孔の直径Ｄと、前記フィラメントの直径ｄは、
０．２２５≧（Ｄ－ｄ）／２≧０．０７５
とすることが望ましい。 The diameter D of the nozzle hole of the nozzle inner cylindrical portion and the guide hole of the nozzle cap, and the diameter d of the filament are
0.225≧(D−d)/2≧0.075
It is desirable to

前記ノズル内筒部と前記ノズルキャップは、単一部品として形成することができる。 The nozzle inner barrel and the nozzle cap may be formed as a single piece.

また、本発明の三次元積層造形装置は、上記三次元積層造形用ホットエンドを具える。 Further, a three-dimensional additive manufacturing apparatus of the present invention includes the three-dimensional additive manufacturing hot end.

本発明の三次元積層造形用ホットエンドによれば、ノズルを樹脂製のノズル内筒部と金属製のノズル外筒部から形成している。ノズル内筒部を樹脂製としたことで、ノズル孔への溶融フィラメントの付着を低減できる。一方、ヒーターが装着されたノズル外筒部は熱伝導率のよい金属製としているため、熱伝導を好適に維持でき、フィラメントを溶融させることができる。 According to the hot end for three-dimensional additive manufacturing of the present invention, the nozzle is formed from the nozzle inner cylinder part made of resin and the nozzle outer cylinder part made of metal. Adhesion of molten filaments to the nozzle hole can be reduced by making the inner cylindrical part of the nozzle made of resin. On the other hand, since the outer cylindrical portion of the nozzle to which the heater is mounted is made of metal with good thermal conductivity, the heat conduction can be maintained favorably and the filament can be melted.

また、本発明の三次元積層造形用ホットエンドは、ノズル孔及びガイド孔の直径Ｄを、フィラメントの直径ｄに対して上記のように設定することで、これらのクリアランスを小さくし、フィラメントを直線状に維持できる。これにより、フィラメントの座屈を低減できる。 Further, in the hot end for three-dimensional additive manufacturing of the present invention, the diameter D of the nozzle hole and the guide hole is set as described above with respect to the diameter d of the filament, thereby reducing the clearance therebetween and making the filament straight. can be maintained. This can reduce filament buckling.

本発明の三次元積層造形装置は、上記三次元積層造形用ホットエンドを用いたことで、ノズル孔への溶融フィラメントの付着を低減、フィラメントの座屈を低減できるから、長時間の造形が可能である。 The three-dimensional layered manufacturing apparatus of the present invention uses the hot end for three-dimensional layered manufacturing described above to reduce adhesion of the molten filament to the nozzle hole and reduce buckling of the filament, so long-time modeling is possible. is.

図１は、本発明の一実施形態に係る熱融解積層方式の三次元積層造形装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional layered manufacturing apparatus of a fused layering method according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の一実施形態に係るホットエンドの側面図である。FIG. 2 is a side view of a hotend according to one embodiment of the invention. 図３は、図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view along line III--III of FIG. 図４は、ホットエンドの各部品の分解断面図である。FIG. 4 is an exploded cross-sectional view of each component of the hot end. 図５は、フィラメントを供給及び溶融させた作動状態のホットエンドの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the hot end in operation with filament feeding and melting.

以下、本発明のホットエンド２０について、図面を参照しながら説明を行なう。 The hot end 20 of the present invention will be described below with reference to the drawings.

＜三次元積層造形装置１０＞
図１は、ＦＤＭ方式の三次元積層造形装置１０の一実施形態を示している。三次元積層造形装置１０は、フィラメント８０をホットエンド２０に供給し、加熱により溶融した溶融フィラメント８１をプリントベッド１１の上に順次積層７１，７２することで、立体構造物７０を作製する。 <Three-dimensional additive manufacturing apparatus 10>
FIG. 1 shows an embodiment of an FDM three-dimensional additive manufacturing apparatus 10 . The three-dimensional layered manufacturing apparatus 10 supplies the filament 80 to the hot end 20 and sequentially stacks 71 and 72 the molten filament 81 melted by heating on the print bed 11 to fabricate the three-dimensional structure 70 .

フィラメント８０は、ＰＶＣ（塩化ビニル）やＡＢＳ樹脂、ＰＬＡ（ポリ乳酸）を例示できる。ＰＶＣは、汎用性が高く安定性にすぐれ、ＡＢＳ樹脂やＰＬＡに比べて安価であり、製造コストの低減に有効である。フィラメント８０には、所望の特性を得るために、所謂フィラー（充填剤）や安定剤、可塑剤、着色剤の添加剤を配合することもできる。添加剤として鉛系安定剤、錫系安定剤を例示できる。 The filament 80 can be exemplified by PVC (vinyl chloride), ABS resin, and PLA (polylactic acid). PVC has high versatility and excellent stability, is cheaper than ABS resin and PLA, and is effective in reducing manufacturing costs. The filament 80 can also be blended with additives such as so-called fillers (fillers), stabilizers, plasticizers, and colorants in order to obtain desired properties. Examples of additives include lead-based stabilizers and tin-based stabilizers.

フィラメント８０は、図示しないフィラメント供給装置から、ガイドチューブ１２を通り、送りローラー１３により引き出されて、押出手段となるホットエンド２０に供給される。ホットエンド２０は、ホルダー１４を介して、ホットエンド２０の移動手段（図示せず）に連繋されており、水平方向に移動可能となっている。なお、三次元積層造形装置１０の形態は、これに限定されるものではない。 The filament 80 passes through the guide tube 12 from a filament supply device (not shown), is pulled out by the feed roller 13, and is supplied to the hot end 20 serving as extrusion means. The hot end 20 is linked to a moving means (not shown) for the hot end 20 via the holder 14, and is horizontally movable. In addition, the form of the three-dimensional layered manufacturing apparatus 10 is not limited to this.

ホットエンド２０には、加熱手段としてヒーター５６や（図３参照）、温度センサー（図示せず）として熱電対が装着されており、図１に示すように、これらの配線１５，１６が配設されている。 The hot end 20 is equipped with a heater 56 (see FIG. 3) as heating means and a thermocouple as a temperature sensor (not shown). It is

そして、ホットエンド２０をプリントベッド１１に対して平行な面内で移動させつつ、フィラメント８０を供給する。これにより、先端のノズル２２から溶融フィラメント８１が吐出され、プリントベッド１１に立体構造物７０の第１層７１が形成される。第１層７１が形成された後、プリントベッド１１を降下させて第２層７２、第３層…が順次形成されて、立体構造物７０が作製される。 Then, while moving the hot end 20 in a plane parallel to the print bed 11, the filament 80 is supplied. Thereby, the molten filament 81 is discharged from the tip nozzle 22 to form the first layer 71 of the three-dimensional structure 70 on the print bed 11 . After the first layer 71 is formed, the print bed 11 is lowered to sequentially form the second layer 72, the third layer . . .

＜ホットエンド２０の全体構成＞
図２は、本発明の一実施形態に係るホットエンド２０の側面図、図３は断面図である。ホットエンド２０は、図２に示すようにガイド２１の先端にノズル２２を装着して構成される。 <Overall Configuration of Hot End 20>
FIG. 2 is a side view and FIG. 3 is a cross-sectional view of a hotend 20 according to one embodiment of the invention. The hot end 20 is constructed by attaching a nozzle 22 to the tip of a guide 21 as shown in FIG.

図３は、図２のホットエンド２０の軸心に沿う断面図、図４は、分解断面図である。図示の実施形態では、ホットエンド２０を構成するガイド２１とノズル２２を夫々、２つの部材３０，４０と、５０，６０から作製している。 3 is a cross-sectional view along the axis of the hot end 20 of FIG. 2, and FIG. 4 is an exploded cross-sectional view. In the illustrated embodiment, the guide 21 and the nozzle 22 that make up the hotend 20 are made from two members 30, 40 and 50, 60, respectively.

ガイド２１は、ホルダー１４（図１参照）を装着可能なガイド外筒部３０と、ガイド外筒部３０に嵌まるノズルキャップ４０を具える。ノズルキャップ４０には、フィラメント８０が挿通するガイド孔４１が形成されている。 The guide 21 includes a guide outer tube portion 30 to which the holder 14 (see FIG. 1) can be attached, and a nozzle cap 40 that fits into the guide outer tube portion 30 . A guide hole 41 through which the filament 80 is inserted is formed in the nozzle cap 40 .

また、ノズル２２は、下端側にヒーター５６や温度センサー（図示せず）が装着されたノズル外筒部５０と、ノズル外筒部５０に嵌まるノズル内筒部６０を具える。ノズル内筒部６０には、先端が縮径したノズル孔６１が形成されている。そして、ヒーター５６によるノズル外筒部５０の加熱を受け、ノズル内筒部６０が加熱されて、ノズル孔６１内でフィラメント８０を溶融させて、先端の縮径部から溶融フィラメント８１を吐出する。 The nozzle 22 also includes a nozzle outer cylinder portion 50 having a heater 56 and a temperature sensor (not shown) mounted on the lower end side, and a nozzle inner cylinder portion 60 fitted into the nozzle outer cylinder portion 50 . A nozzle hole 61 having a reduced diameter at the tip is formed in the nozzle inner cylindrical portion 60 . Then, the nozzle outer cylinder part 50 is heated by the heater 56, the nozzle inner cylinder part 60 is heated, the filament 80 is melted in the nozzle hole 61, and the molten filament 81 is discharged from the diameter-reduced part at the tip.

以下、各部材の詳細な構成、材料について説明する。 The detailed configuration and material of each member will be described below.

＜ガイド２１：ガイド外筒部３０＞
ガイド外筒部３０は、筒状であり、上端にフィラメント導入孔３２、その下方にノズルキャップ挿入孔３３、先端となる下端にノズル取付孔３５が形成されている。 <Guide 21: Guide outer cylindrical portion 30>
The guide outer tube portion 30 has a cylindrical shape, and has a filament introduction hole 32 at its upper end, a nozzle cap insertion hole 33 below it, and a nozzle mounting hole 35 at its lower end, which is the tip.

より詳細には、フィラメント導入孔３２とノズルキャップ挿入孔３３の境界部分は、位置決め段部３４が内向きに突出している。また、ノズル取付孔３５は、ノズルキャップ挿入孔３３よりも拡径した孔であり、内面にはノズル取付ネジ３６が切られており、ノズル２２が取り付けられる。 More specifically, a positioning stepped portion 34 protrudes inward from the boundary portion between the filament introduction hole 32 and the nozzle cap insertion hole 33 . Further, the nozzle mounting hole 35 is a hole having a diameter larger than that of the nozzle cap insertion hole 33, and a nozzle mounting screw 36 is cut on the inner surface thereof to mount the nozzle 22 thereon.

上記ガイド外筒部３０は、ヒーター５６により加熱されるノズル外筒部５０と直接接する構成であるため、耐熱性が要求される。このため、ポリイミドなどの耐熱樹脂、または、ステンレスなど熱伝導率が小さい金属から作製することができる。 Since the guide outer cylinder portion 30 is configured to be in direct contact with the nozzle outer cylinder portion 50 heated by the heater 56, heat resistance is required. Therefore, it can be made of a heat-resistant resin such as polyimide, or a metal having a low thermal conductivity such as stainless steel.

＜ガイド２１：ノズルキャップ４０＞
ノズルキャップ４０は、ガイド外筒部３０のノズルキャップ挿入孔３３に装着される筒状の部材である。ノズルキャップ４０には、フィラメント８０が挿通されるガイド孔４１が中央に開設されている。ガイド孔４１の直径Ｄは、フィラメント８０の直径ｄ（図５参照）によって設定することができる。ガイド孔４１は、フィラメント８０の座屈を抑えて直線状のまま案内できるようにするために、０．２２５≧（Ｄ－ｄ）／２≧０．０７５、望ましくは、０．１７５≧（Ｄ－ｄ）／２≧０．１２５を満たすように設定することが好適である。（Ｄ－ｄ）／２は、ガイド孔４１とフィラメント８０のクリアランスを意味し、この上限と下限を上記のとおり設定することで、フィラメント８０は、ガイド孔４１内で波打つことなく直線状に案内され、座屈を抑えることができる。 <Guide 21: Nozzle Cap 40>
The nozzle cap 40 is a tubular member that is attached to the nozzle cap insertion hole 33 of the guide outer tubular portion 30 . A guide hole 41 through which the filament 80 is inserted is formed in the center of the nozzle cap 40 . The diameter D of the guide hole 41 can be set by the diameter d of the filament 80 (see FIG. 5). In order to suppress buckling of the filament 80 and guide the filament 80 in a straight line, the guide hole 41 has a diameter of 0.225≧(D−d)/2≧0.075, preferably 0.175≧(D -d) It is preferable to set so as to satisfy /2≧0.125. (D−d)/2 means the clearance between the guide hole 41 and the filament 80, and by setting the upper and lower limits as described above, the filament 80 can be guided linearly in the guide hole 41 without waving. buckling can be suppressed.

ノズルキャップ４０の先端は、後述するノズル内筒部６０が嵌まる嵌合凹部４２が形成されている。 The tip of the nozzle cap 40 is formed with a fitting recess 42 into which the nozzle inner cylindrical portion 60 described later is fitted.

ノズルキャップ４０には、フィラメント８０を低摩擦でノズル２２まで案内するため、摩擦係数の小さい材料で作製することが望まれる。一方で、ノズルキャップ４０が温度上昇すると、フィラメント８０がガイド孔４１内で溶融し、フィラメント８０の軟化を招く。このため、ノズルキャップ４０は、断熱効果の高い材料から作製することが望まれる。この種の材料として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を例示できる。ＰＴＦＥは、動摩擦係数が０．０３～０．０８（測定方法：ＪＩＳＫ６９３５）と極めて小さい材料であり、熱伝達率も０．２３Ｗ／ｍ・Ｋ（測定方法：ＪＩＳＡ１４１２）と低いため、ノズルキャップ４０の材料として好適である。 The nozzle cap 40 is desirably made of a material with a low coefficient of friction in order to guide the filament 80 to the nozzle 22 with low friction. On the other hand, when the temperature of the nozzle cap 40 rises, the filament 80 melts inside the guide hole 41, causing the filament 80 to soften. Therefore, it is desired that the nozzle cap 40 be made of a material having a high heat insulating effect. An example of this type of material is PTFE (polytetrafluoroethylene). PTFE is a material with a very small dynamic friction coefficient of 0.03 to 0.08 (measurement method: JIS K 6935) and a low heat transfer coefficient of 0.23 W/m K (measurement method: JIS A 1412). , is suitable as a material for the nozzle cap 40 .

ノズルキャップ４０は、図４に示すように、ガイド外筒部３０に下方から挿入される構成であり、ノズルキャップ４０の上面が、位置決め段部３４と当接してガイド２１を構成する。 As shown in FIG. 4, the nozzle cap 40 is configured to be inserted into the guide outer cylindrical portion 30 from below.

＜ノズル２２：ノズル外筒部５０＞
上記ガイド２１の先端に装着されるノズル２２は、ノズル外筒部５０とノズル内筒部６０の二重構造としている。 <Nozzle 22: Nozzle outer cylinder 50>
The nozzle 22 attached to the tip of the guide 21 has a double structure of a nozzle outer cylindrical portion 50 and a nozzle inner cylindrical portion 60 .

ノズル外筒部５０は、先端が円錐状に縮径した円柱状の胴部５１と、胴部５１の上端から円筒状の軸部５２が突設された形状である。なお、胴部５１の形状は、六角柱状など、ガイド２１とノズル２２のネジ接合を行い易いものとすることが可能である。 The nozzle outer cylinder portion 50 has a cylindrical body portion 51 with a conically reduced diameter at the tip and a cylindrical shaft portion 52 projecting from the upper end of the body portion 51 . The shape of the body portion 51 can be a shape such as a hexagonal prism, which facilitates the screw connection between the guide 21 and the nozzle 22 .

ノズル外筒部５０は、胴部５１及び軸部５２を貫通するノズル内筒挿入孔５３が中央に開設されている。ノズル内筒挿入孔５３は、先端近傍で段差をもって縮径した位置決め孔５４を有し、ノズル内筒挿入孔５３と位置決め孔５４との段部でノズル内筒部６０が位置決め可能となっている。 The nozzle outer cylinder portion 50 has a nozzle inner cylinder insertion hole 53 that penetrates the body portion 51 and the shaft portion 52 at the center. The nozzle inner cylinder insertion hole 53 has a positioning hole 54 whose diameter is reduced with a step in the vicinity of the tip. .

胴部５１には、ノズル内筒挿入孔５３の外側にヒーター挿入孔が設けられ、ヒーター５６はその孔に挿入して装着されると共に、図示しない温度センサー（たとえば、熱電対）が配置される。ヒーター５６及び温度センサーには、配線１５，１６（図１参照）が接続される。 The body portion 51 is provided with a heater insertion hole outside the nozzle inner cylinder insertion hole 53, a heater 56 is inserted into the hole, and a temperature sensor (for example, a thermocouple) (not shown) is arranged. . Wires 15 and 16 (see FIG. 1) are connected to the heater 56 and the temperature sensor.

なお、装着するヒーター５６の個数は１個でよいが、ノズル孔６１内のフィラメントが均一に加熱されるようにするため、装着する個数を２個、すなわち、ヒーター挿入孔をノズル孔６１を挟むように２か所に設け、夫々にヒーター５６を挿入して装着することが望ましい。 The number of heaters 56 to be mounted may be one, but in order to uniformly heat the filament in the nozzle hole 61, the number of heaters 56 to be mounted is two. It is desirable that the heaters 56 are installed in two places as shown in FIG.

軸部５２には、外周に取付ネジ５５が切られており、ガイド外筒部３０のノズル取付ネジ３６に螺合可能となっている。 A mounting screw 55 is formed on the outer circumference of the shaft portion 52 so that it can be screwed into the nozzle mounting screw 36 of the guide outer cylindrical portion 30 .

ノズル外筒部５０は、ヒーター５６を装着して加熱されるため、耐熱性を有し、かつ熱伝導率のよい材料から構成する。たとえば、アルミ合金や真鍮を例示できる。 Since the nozzle outer cylinder part 50 is heated by attaching the heater 56, it is made of a material having heat resistance and good thermal conductivity. Examples include aluminum alloys and brass.

＜ノズル２２：ノズル内筒部６０＞
ノズル外筒部５０に装着されるノズル内筒部６０は、図３、図４に示すように筒状の形態とすることができる。ノズル内筒部６０は、中央にフィラメント８０が挿通すると共に、内部でフィラメント８０を溶融させて吐出するノズル孔６１が形成されている。 <Nozzle 22: Nozzle inner cylindrical portion 60>
The nozzle inner cylinder portion 60 attached to the nozzle outer cylinder portion 50 can be formed in a cylindrical shape as shown in FIGS. 3 and 4 . The nozzle inner cylindrical portion 60 has a nozzle hole 61 through which the filament 80 is inserted through the center and through which the filament 80 is melted and discharged.

ノズル孔６１は、上記したノズルキャップ４０のガイド孔４１と連通して、フィラメント８０の供給を受ける孔であり、先端が縮径している。ノズル孔６１の直径については、後述する。 The nozzle hole 61 is a hole that communicates with the guide hole 41 of the nozzle cap 40 described above and receives the supply of the filament 80, and has a reduced diameter at the tip. The diameter of the nozzle hole 61 will be described later.

ノズル内筒部６０は、上端にノズルキャップ４０の嵌合凹部４２に嵌まる嵌合凸部６２が形成されている。また、ノズル内筒部６０の下端は、外面が縮径しており、ノズル外筒部５０の位置決め孔５４に嵌まる先端縮径部６３を有する。 The nozzle inner cylindrical portion 60 has an upper end formed with a fitting protrusion 62 that fits into the fitting recess 42 of the nozzle cap 40 . In addition, the lower end of the nozzle inner cylinder portion 60 has a diameter-reduced outer surface, and has a leading end diameter-reduced portion 63 that fits into the positioning hole 54 of the nozzle outer cylinder portion 50 .

ノズル孔６１内は、未溶融のフィラメント８０が進入する領域となるフィラメント未溶融部６４と、溶融したフィラメント８１が溜まる領域となるフィラメント溶融部６５が存在する。フィラメント未溶融部６４は、ノズル孔６１の上方領域であり、フィラメント溶融部６５は、ノズル孔６１の下方領域である。 Inside the nozzle hole 61 , there are a filament unmelted portion 64 which is a region into which the unmelted filaments 80 enter, and a filament melted portion 65 which is a region where the melted filaments 81 are accumulated. The filament unmelted portion 64 is the upper region of the nozzle hole 61 , and the filament melted portion 65 is the lower region of the nozzle hole 61 .

フィラメント未溶融部６４について、フィラメント８０を抵抗なく導入し、直線状のままフィラメント溶融部６５までスムーズに案内することが望まれる。また、フィラメント溶融部６５では、溶融フィラメント８１をガイド孔４１の内面に付着や滞留させることなく、ノズル孔６１の先端から吐出させる必要がある。そこで、ノズル孔６１及びこれを構成するノズル内筒部６０は、以下のとおり規定する。 It is desired that the filament 80 be introduced into the filament unmelted portion 64 without resistance and be smoothly guided to the filament melted portion 65 while remaining straight. Further, in the filament melting section 65 , it is necessary to discharge the molten filament 81 from the tip of the nozzle hole 61 without adhering or remaining on the inner surface of the guide hole 41 . Therefore, the nozzle hole 61 and the nozzle inner cylindrical portion 60 constituting the nozzle hole 61 are defined as follows.

まず、ノズル孔６１の直径は、ガイド孔４１と略同一の直径Ｄに設定することが望ましい。ノズル孔６１とガイド孔４１の直径を略同一にすることで、ノズル孔６１とガイド孔４１を段差なく接続することができ、フィラメント８０をスムーズに挿通させることができる。 First, it is desirable to set the diameter of the nozzle hole 61 to be approximately the same diameter D as that of the guide hole 41 . By making the diameters of the nozzle hole 61 and the guide hole 41 substantially the same, the nozzle hole 61 and the guide hole 41 can be connected without a step, and the filament 80 can be smoothly inserted.

また、ノズル孔６１は、フィラメント未溶融部６４でフィラメント８０を抵抗なく導入し、フィラメント溶融部６５で溶融フィラメント８１の付着や滞留を抑制するため、ノズル孔６１の内面、すなわち、ノズル内筒部６０は、低摩擦の材料で構成することが望まれる。一方で、ノズル内筒部６０は、ノズル外筒部５０のヒーター５６による加熱を受け、ノズル孔６１内のフィラメント８０を溶融させるため、耐熱性が求められる。 Further, the nozzle hole 61 introduces the filament 80 without resistance in the filament unmelted portion 64 and suppresses adhesion and retention of the molten filament 81 in the filament melted portion 65. 60 is preferably constructed of a low friction material. On the other hand, the nozzle inner cylinder part 60 is heated by the heater 56 of the nozzle outer cylinder part 50 and melts the filament 80 in the nozzle hole 61, so heat resistance is required.

そこで、ノズル内筒部６０は、摩耗係数が低く、且つ、耐熱性を具備する樹脂材料の採用が求められる。その種の材料として、ＰＴＦＥを例示できる。ＰＴＦＥは、動摩擦係数が０．０３～０．０８と極めて小さく、また、融点が３２７℃と極めて高い材料であり、ノズル内筒部６０の材料として好適である。 Therefore, the nozzle inner cylindrical portion 60 is required to employ a resin material having a low wear coefficient and heat resistance. PTFE can be exemplified as such a material. PTFE is a material with an extremely small dynamic friction coefficient of 0.03 to 0.08 and an extremely high melting point of 327° C., and is suitable as a material for the nozzle inner cylindrical portion 60 .

ノズル孔６１の低摩擦化を促進するため、ガイド孔４１の内面は、表面粗さＲａが０．８μｍ以下となるように研磨等を行なって表面を平滑化することが望ましい。ノズル孔６１の表面粗さＲａを調整することで、フィラメント未溶融部６４でフィラメント８０を抵抗なく導入し、また、フィラメント溶融部６５で溶融フィラメント８１の付着や滞留を抑制することができる。なお、ドリル加工によりノズル孔を開け、研磨やコーティングを施すことで、ノズル孔の表面粗さＲａが０．８μｍ以下となる金属製ノズルを作製することは可能であるが、このような金属製ノズルをノズル内筒部６０として使用しても、ＰＴＦＥ等の樹脂製ノズルに比べると、溶融フィラメント８１の付着や滞留が発生しやすいため、ノズル内筒部６０を金属製とすることは困難である。 In order to promote low friction of the nozzle hole 61, the inner surface of the guide hole 41 is desirably smoothed by polishing or the like so that the surface roughness Ra is 0.8 μm or less. By adjusting the surface roughness Ra of the nozzle hole 61 , the filament 80 can be introduced without resistance in the filament unmelted portion 64 , and adhesion and retention of the molten filament 81 in the filament melted portion 65 can be suppressed. It is possible to manufacture a metal nozzle having a nozzle hole surface roughness Ra of 0.8 μm or less by drilling a nozzle hole and applying polishing or coating. Even if the nozzle is used as the nozzle inner cylindrical portion 60, it is difficult to make the nozzle inner cylindrical portion 60 made of metal because the molten filament 81 is likely to adhere or stay as compared to a nozzle made of resin such as PTFE. be.

ノズル孔６１内では、上記のとおり、フィラメント溶融部６５でフィラメント８０が溶融する。ガイド孔４１とノズル孔６１は、略同一の直径Ｄとして、ほとんど段差なく接続しているが、実際には微小ではあるが継ぎ目６６に段差が生じる。この段差が、フィラメント溶融部６５に存在すると、継ぎ目６６に溶融フィラメント８１が滞留し、分解や焦げ付きを生じさせる虞がある。このため、フィラメント溶融部６５は、ノズル孔６１内にフィラメント溶融部６５が収まるように設定する。具体的には、図５に示すように、ノズル内筒部６０の先端からフィラメント溶融部６５の上端までの長さＬ０に対し、ノズル孔６１の長さＬ２は、Ｌ０＜Ｌ２を満たすように設定する。 Inside the nozzle hole 61, the filament 80 is melted at the filament melting portion 65 as described above. The guide hole 41 and the nozzle hole 61 have substantially the same diameter D and are connected with almost no step. If this step exists in the filament fusion portion 65, the fusion filament 81 may stay in the seam 66, causing decomposition or scorching. Therefore, the filament fusion portion 65 is set so that the filament fusion portion 65 is accommodated within the nozzle hole 61 . Specifically, as shown in FIG. 5, the length L0 from the tip of the nozzle inner cylindrical portion 60 to the upper end of the filament melting portion 65 is set so that the length L2 of the nozzle hole 61 satisfies L0<L2. set.

なお、フィラメント溶融部６５の高さは、造形条件により上下する。ノズルの温度が高い、または、造形速度が遅いなどの原因で、フィラメントへのヒーター５６による加熱量が多くなると、ノズル外筒部５０よりも高い位置までフィラメント溶融部６５が到達することがある。このため、ノズル外筒部５０の高さを図５に示すようにＬ１としたときに、Ｌ２＞Ｌ１となるように設定する必要がある。たとえば、ヒーター温度２２０℃、ノズル吐出径０．５ｍｍ、フィラメント平均送り速度２０～４０ｍｍ／分の場合、Ｌ２≧Ｌ１＋５ｍｍとすれば、Ｌ０＜Ｌ２を満たすことができる。 The height of the filament melted portion 65 varies depending on the molding conditions. If the heating amount of the filament by the heater 56 increases due to the high nozzle temperature or the slow modeling speed, the filament melting portion 65 may reach a position higher than the nozzle outer cylinder portion 50 . Therefore, when the height of the nozzle outer cylinder portion 50 is L1 as shown in FIG. 5, it is necessary to set L2>L1. For example, when the heater temperature is 220° C., the nozzle discharge diameter is 0.5 mm, and the average filament feed speed is 20 to 40 mm/min, L0<L2 can be satisfied if L2≧L1+5 mm.

＜ホットエンド２０の組立＞
ガイド外筒部３０、ノズルキャップ４０、ノズル外筒部５０、ノズル内筒部６０を準備し、ホットエンド２０を組み立てる。 <Assembly of hot end 20>
The guide outer cylinder part 30, the nozzle cap 40, the nozzle outer cylinder part 50, and the nozzle inner cylinder part 60 are prepared, and the hot end 20 is assembled.

詳細には、図４に示すように、まず、ノズルキャップ４０をガイド外筒部３０のノズル取付孔３５から差し込んで、ノズルキャップ挿入孔３３に挿入し、ガイド２１を構成する。また、ノズル２２は、ノズル内筒部６０をノズル外筒部５０のノズル内筒挿入孔５３から挿入し、先端縮径部６３を位置決め孔５４に嵌める。そして、ノズル外筒部５０の取付ネジ５５をガイド２１の取付ネジ３６に螺合する。 Specifically, as shown in FIG. 4 , first, the nozzle cap 40 is inserted from the nozzle mounting hole 35 of the guide outer cylindrical portion 30 and inserted into the nozzle cap insertion hole 33 to form the guide 21 . Also, the nozzle 22 inserts the nozzle inner cylinder portion 60 from the nozzle inner cylinder insertion hole 53 of the nozzle outer cylinder portion 50 , and the tip reduced diameter portion 63 is fitted into the positioning hole 54 . Then, the mounting screw 55 of the nozzle outer cylinder portion 50 is screwed into the mounting screw 36 of the guide 21 .

これにより、図３に示すように、ノズル外筒部５０は、ガイド外筒部３０に固定される。また、ノズル内筒部６０は、先端縮径部６３がノズル外筒部５０の位置決め孔５４に嵌まって位置決めされる。ノズルキャップ４０は、上端がガイド外筒部３０の位置決め段部３４により位置決めされる。そして、ノズル内筒部６０の上端は、嵌合凸部６２がノズルキャップ４０の嵌合凹部４２に嵌まり、ガイド孔４１とノズル孔６１が連通される。 Thereby, as shown in FIG. 3 , the nozzle outer cylinder portion 50 is fixed to the guide outer cylinder portion 30 . Further, the nozzle inner cylinder portion 60 is positioned by fitting the tip reduced diameter portion 63 into the positioning hole 54 of the nozzle outer cylinder portion 50 . The upper end of the nozzle cap 40 is positioned by the positioning stepped portion 34 of the guide outer cylindrical portion 30 . At the upper end of the nozzle inner cylindrical portion 60, a fitting projection 62 is fitted into the fitting recess 42 of the nozzle cap 40, and the guide hole 41 and the nozzle hole 61 are communicated with each other.

ノズルキャップ４０とノズル内筒部６０は、ガイド孔４１とノズル孔６１の継ぎ目６６に隙間が生じないように密着させる必要がある。このため、ガイド外筒部３０とノズル外筒部５０は、取付ネジ５５を締め付けたときに、軸部５２の上端とノズル取付孔３５の上端の間、及び、ガイド外筒部３０の下端とノズル外筒部５０の胴部５１との間に、図３に示すように空隙Ｓが生じる寸法とすることが望ましい。これにより、取付ネジ５５を締め付けることで、ガイド外筒部３０とノズル外筒部５０は、ノズルキャップ４０とノズル内筒部６０を押し込んで、継ぎ目６６を密着できる。 The nozzle cap 40 and the nozzle inner cylindrical portion 60 need to be brought into close contact with each other so that a joint 66 between the guide hole 41 and the nozzle hole 61 does not have a gap. Therefore, when the mounting screw 55 is tightened, the guide outer cylinder portion 30 and the nozzle outer cylinder portion 50 are arranged between the upper end of the shaft portion 52 and the upper end of the nozzle mounting hole 35 and between the lower end of the guide outer cylinder portion 30 and the lower end of the guide outer cylinder portion 30 . It is desirable that the dimensions be such that a gap S is formed between the nozzle outer cylindrical portion 50 and the body portion 51 as shown in FIG. As a result, by tightening the mounting screw 55 , the guide outer cylinder part 30 and the nozzle outer cylinder part 50 can push the nozzle cap 40 and the nozzle inner cylinder part 60 into close contact with each other.

＜三次元積層造形装置１０の動作＞
然して、上記したホットエンド２０は、図１に示すように、配線１５，１６を接続し、ホルダー１４を介して三次元積層造形装置１０に取り付けられる。ホットエンド２０は、ヒーター５６を作動させることで、ノズル外筒部５０が加熱され、これによりノズル内筒部６０も加熱される。 <Operation of the three-dimensional layered manufacturing apparatus 10>
As shown in FIG. 1, the hot end 20 is connected to the wirings 15 and 16 and attached to the three-dimensional additive manufacturing apparatus 10 via the holder 14 . The hot end 20 operates the heater 56 to heat the nozzle outer cylinder portion 50 , thereby also heating the nozzle inner cylinder portion 60 .

この状態で、送りローラー１３を回転させることで、フィラメント８０がホットエンド２０に供給される。 By rotating the feeding roller 13 in this state, the filament 80 is supplied to the hot end 20 .

ホットエンド２０に送り込まれたフィラメント８０は、ガイド孔４１を通ってノズル孔６１に到達する。ガイド孔４１は、直径Ｄが、フィラメント８０の直径ｄに対して、０．２２５≧（Ｄ－ｄ）／２≧０．０７５となるように設定することで、フィラメント８０とガイド孔４１のクリアランスを小さくすることができ、フィラメント８０を波状に変形することなく、直線状に保つことができる。このため、フィラメント８０の送り込み力と、フィラメント未溶融部６４からの反力が、ガイド孔４１内のフィラメント８０に作用しても、フィラメント８０が座屈してしまうことを防止できる。 The filament 80 fed into the hot end 20 reaches the nozzle hole 61 through the guide hole 41. - 特許庁The diameter D of the guide hole 41 is set so that 0.225≧(D−d)/2≧0.075 with respect to the diameter d of the filament 80, so that the clearance between the filament 80 and the guide hole 41 is can be reduced, and the filament 80 can be kept straight without being wavy. Therefore, even if the feeding force of the filament 80 and the reaction force from the filament unmelted portion 64 act on the filament 80 in the guide hole 41, the filament 80 can be prevented from buckling.

ガイド孔４１とノズル孔６１は共に、略同一直径Ｄとしている。従って、ガイド孔４１とノズル孔６１の継ぎ目６６には殆んど段差は生じない。従って、ガイド孔４１を通過したフィラメント８０はノズル孔６１内にスムーズに案内される。なお、上記のとおり、フィラメント溶融部６５は、継ぎ目６６よりも低い位置（Ｌ０＜Ｌ２）としているから、継ぎ目６６に溶融フィラメント８１が到達することはない。 Both the guide hole 41 and the nozzle hole 61 have substantially the same diameter D. As shown in FIG. Therefore, there is almost no step at the joint 66 between the guide hole 41 and the nozzle hole 61 . Therefore, the filament 80 passing through the guide hole 41 is smoothly guided into the nozzle hole 61 . As described above, the filament melted portion 65 is positioned lower than the seam 66 (L0<L2), so the melted filament 81 does not reach the seam 66 .

ノズル内筒部６０は、低摩擦係数のＰＴＦＥから作製している。また、ノズル孔６１は表面粗さＲａが０．８μｍ以下となるように調整されている。従って、ノズル孔６１内に進入したフィラメント８０は、フィラメント未溶融部６４では、摩擦抵抗を略受けずに進行する。また、フィラメント溶融部６５では、ヒーター５６からの加熱を受けて溶融し、溶融フィラメント８１は、ノズル孔６１の内面に付着や滞留することはない。 The nozzle inner cylindrical portion 60 is made of PTFE with a low coefficient of friction. Further, the nozzle hole 61 is adjusted so that the surface roughness Ra is 0.8 μm or less. Therefore, the filament 80 that has entered the nozzle hole 61 advances in the filament unmelted portion 64 without substantially receiving frictional resistance. Further, in the filament melting portion 65 , the filament 81 is melted by being heated by the heater 56 , so that the melted filament 81 does not adhere or stay on the inner surface of the nozzle hole 61 .

そして、フィラメント溶融部６５内の溶融フィラメント８１は、順次ノズル孔６１に送り込まれる未溶融フィラメント８０の押し出し力によって、ノズル孔６１の先端から下方に向けて、流速低下が抑えられたまま吐出することができる。従って、溶融フィラメント８１を吐出させるための押し出し力も小さくて済み、その反力により未溶融フィラメント８０が座屈することも防止できる。 Then, the molten filaments 81 in the filament melting portion 65 are discharged downward from the tip of the nozzle hole 61 by the pushing force of the unmelted filaments 80 that are successively fed into the nozzle hole 61 while the decrease in flow velocity is suppressed. can be done. Therefore, the pushing force for ejecting the molten filament 81 can be small, and the unmelted filament 80 can be prevented from buckling due to the reaction force.

ノズル孔６１の先端から吐出された溶融フィラメント８０は、図１に示すように、プリントベッド１１に立体構造物７０の第１層７１、第２層７２、第３層…が順次形成されて、立体構造物７０が作製される。 As shown in FIG. 1, the molten filament 80 ejected from the tip of the nozzle hole 61 forms a first layer 71, a second layer 72, a third layer, . . . A three-dimensional structure 70 is produced.

ＰＶＣのフィラメント８０（直径１．７５ｍｍ）を使用し、本発明のホットエンド２０を用いた三次元積層造形装置１０を用いて立体構造物７０を作製した。 A three-dimensional structure 70 was produced using a PVC filament 80 (1.75 mm in diameter) and using the three-dimensional layered manufacturing apparatus 10 using the hot end 20 of the present invention.

ホットエンド２０は、ガイド２１について、ガイド外筒部３０をポリイミド製、ノズルキャップ４０はＰＴＦＥ製、また、ノズル２２は、ノズル外筒部５０をアルミ合金製、ノズル内筒部６０をＰＴＦＥ製とした。ガイド孔４１及びノズル孔６１の直径Ｄは２ｍｍ、ノズル孔６１の先端吐出径を０．５ｍｍとした。ノズル孔６１の表面粗さＲａは０．８以下に仕上げた。また、ヒーター５６によりノズル外筒部５０を２２０℃に加熱した。フィラメント８０の平均送り速度は２０～４０ｍｍ／分である。 As for the hot end 20, the guide 21 has the guide outer cylinder 30 made of polyimide, the nozzle cap 40 made of PTFE, and the nozzle 22 has the nozzle outer cylinder 50 made of aluminum alloy and the nozzle inner cylinder 60 made of PTFE. bottom. The diameter D of the guide hole 41 and the nozzle hole 61 was set to 2 mm, and the tip discharge diameter of the nozzle hole 61 was set to 0.5 mm. The surface roughness Ra of the nozzle hole 61 was finished to 0.8 or less. In addition, the heater 56 was used to heat the nozzle outer cylinder portion 50 to 220°C. The average feeding speed of the filament 80 is 20-40 mm/min.

ＰＶＣは、溶融すると付着して焦げ付き易い材料であるから、三次元積層造形には不向きな材料であるが、本発明のホットエンド２０を用いたところ、１０時間以上の長時間造形を行なうことができた。これは、本発明のホットエンド２０を用いたことで、ノズル孔への溶融フィラメントの付着を低減、フィラメントの座屈を低減でき、フィラメント８０の焦付きも抑えることができたためである。 Since PVC is a material that easily sticks and burns when melted, it is unsuitable for three-dimensional layered manufacturing. did it. This is because by using the hot end 20 of the present invention, adhesion of the molten filament to the nozzle hole can be reduced, buckling of the filament can be reduced, and scorching of the filament 80 can be suppressed.

比較用に、ノズル外筒部とノズル内筒部を金属の単一部品から作製したホットエンドを用いて、同様に造形を行なった。ただし、ノズル孔は、ドリル加工によって開設し、研磨等は施していない。 For comparison, a hot end in which the nozzle outer cylinder part and the nozzle inner cylinder part were made from a single metal part was used to perform molding in the same manner. However, the nozzle holes are drilled and not polished.

結果、比較例の金属製のホットエンドでは、溶融したＰＶＣがノズル孔に焦げ付き、造形は１時間未満しか行なうことができなかった。 As a result, with the metal hot end of the comparative example, the melted PVC was scorched in the nozzle hole, and the molding could be performed for less than 1 hour.

上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。 The above description of the embodiments is for the purpose of explaining the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or narrowing the scope. Further, the configuration of each part of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is of course possible to make various modifications within the technical scope of the claims.

たとえば、上記実施形態では、ノズルキャップ４０とノズル内筒部６０を別部材から構成しているが、これらを一体化して継ぎ目なしの単一部品としても構わない。 For example, in the above-described embodiment, the nozzle cap 40 and the nozzle inner cylindrical portion 60 are configured as separate members, but they may be integrated into a seamless single component.

また、図５に示すように、ノズルキャップ４０とノズル内筒部６０を加えた長さＬ３は、ガイド外筒部３０のフィラメント導入孔３２の近くまで長く採ることが望ましい。Ｌ３を長く採ることで、フィラメント８０のぶれを抑えて、ガイド孔４１内の早い段階でフィラメント８０を安定して直線状に保持できる。 Further, as shown in FIG. 5, it is desirable that the length L3, which is the sum of the nozzle cap 40 and the nozzle inner cylinder portion 60, is long enough to reach near the filament introduction hole 32 of the guide outer cylinder portion 30. As shown in FIG. By making L3 long, the filament 80 can be stably and straightly held at an early stage in the guide hole 41 by suppressing the filament 80 from wobbling.

１０三次元積層造形装置
２０ホットエンド
２１ガイド
２２ノズル
３０ガイド外筒部
４０ノズルキャップ
４１ガイド孔
５０ノズル外筒部
６０ノズル内筒部
６１ノズル孔 10 Three-dimensional layered manufacturing apparatus 20 Hot end 21 Guide 22 Nozzle 30 Guide outer cylinder part 40 Nozzle cap 41 Guide hole 50 Nozzle outer cylinder part 60 Nozzle inner cylinder part 61 Nozzle hole

Claims

a guide having a guide hole through which the filament is fed;
a nozzle having a nozzle hole communicating with the guide hole;
A hot end for three-dimensional additive manufacturing, comprising a heater attached to the nozzle,
The nozzle is
The nozzle hole is opened, a nozzle inner cylindrical part made of resin,
a metal nozzle outer cylindrical portion surrounding the outer periphery of the nozzle inner cylindrical portion and having the heater mounted thereon;
having
Hotend for 3D additive manufacturing.

The nozzle inner cylindrical portion is made of PTFE (polytetrafluoroethylene),
The hot end for three-dimensional additive manufacturing according to claim 1.

The nozzle hole has a surface roughness Ra of 0.8 μm or less,
The hot end for three-dimensional additive manufacturing according to claim 1 or 2.

The height L0 of the filament melting portion where the filament is heated and melted in the nozzle hole is lower than the height L2 of the nozzle inner cylindrical portion.
The hot end for three-dimensional additive manufacturing according to any one of claims 1 to 3.

Said guide
A nozzle cap made of PTFE (polytetrafluoroethylene) having the guide hole,
a guide outer cylinder surrounding the outer circumference of the nozzle cap and engaged with the nozzle outer cylinder;
having
The hot end for three-dimensional additive manufacturing according to any one of claims 1 to 4.

The diameter D of the nozzle hole of the nozzle inner cylindrical portion and the guide hole of the nozzle cap, and the diameter d of the filament are
0.225≧(D−d)/2≧0.075
is
The hot end for three-dimensional additive manufacturing according to claim 5.

wherein the nozzle inner cylinder and the nozzle cap are formed as a single piece;
The hot end for three-dimensional additive manufacturing according to claim 5 or 6.

A three-dimensional additive manufacturing apparatus comprising the hot end for three-dimensional additive manufacturing according to any one of claims 1 to 7.