JP6454810B1 - Hot end for 3D modeling equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】積層される造形材料間の強い結合を得つつも省エネルギー化を図った3Dプリンタ用のホットエンド及びこれを備えた3Dプリンタを提供する。
【解決手段】フィラメント状の造形材料が供給される供給口が形成された供給部、供給口から供給されたフィラメントを加熱融解(加熱溶融)する加熱手段を有する融解部、及び融解したフィラメントを吐出する吐出口が形成された吐出部を備える3Dプリンタ用のホットエンドにおいて、従来、フィラメント(造形材料)の供給部における温度を下げるために、融解部よりも供給部側において放熱フィン等の放熱手段を設けて単なる放熱を行っていたのを、融解部よりも吐出部側に熱の放散を行う放熱部を設けることで、フィラメントの融解のために加熱して余った熱を、これから積層するエリア(造形物の表面)の加熱に再利用できるようにした。
【選択図】図1A hot end for a 3D printer and a 3D printer provided with the hot end for achieving energy saving while obtaining a strong bond between stacked modeling materials.
SOLUTION: A supply unit in which a supply port for supplying a filament-shaped modeling material is formed, a melting unit having a heating unit for heating and melting (heating and melting) the filament supplied from the supply port, and discharging the melted filament Conventionally, in a hot end for a 3D printer having a discharge portion in which a discharge port is formed, in order to lower the temperature in the supply portion of the filament (modeling material), heat dissipation means such as a heat radiating fin on the supply portion side of the melting portion The area where the heat remaining due to the melting of the filament will be laminated by providing the heat dissipating part that dissipates heat from the melting part to the discharge part side than the melting part. It can be reused for heating (the surface of the model).
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、3次元造形装置(3Dプリンタ)用の造形材料の吐出ヘッド(ホットエンド)及びこれを備えた3Dプリンタに関する。 The present invention relates to a modeling material ejection head (hot end) for a three-dimensional modeling apparatus (3D printer) and a 3D printer including the same.
近年、コンピュータを利用して3Dプリンタにより立体造形物を製造することが盛んに行われている。このような3Dプリンタ用のホットエンド(熱可塑性材料を分注するための分注装置)として、長手軸を持つ流路を含む本体と、前記流路の少なくとも一部において造形材料(フィラメント)を流動可能な状態に加熱するための本体加熱器と、前記流路の端部と接続するヘッド部であって、前記流路と連通し、且つ、加熱された前記材料を吐出する吐出口を持つ前記ヘッド部と、前記ヘッド部を囲む周辺経路を含む加熱装置であって、前記周辺経路により囲まれた領域を加熱する前記加熱装置と、を備えたものが提案されている(特許文献1)。このホットエンドによれば、加熱装置により、ホットエンドから吐出された材料が適切な温度に維持され、吐出された材料が堆積されるエリアも適切な温度に予備加熱されることから、予備加熱された造形物上に吐出した造形材料を積層していけるので、積層された造形材料の間の強い結合を得ることができ、堅固な構造の3次元造形物を得ることができる。 In recent years, manufacturing a three-dimensional model using a computer with a 3D printer has been actively performed. As a hot end (dispensing device for dispensing thermoplastic material) for such a 3D printer, a main body including a channel having a longitudinal axis, and a modeling material (filament) in at least a part of the channel A main body heater for heating to a flowable state and a head portion connected to an end of the flow path, having a discharge port that communicates with the flow path and discharges the heated material. There has been proposed a heating device including the head unit and a peripheral path surrounding the head unit, the heating device heating the region surrounded by the peripheral path (Patent Document 1). . According to this hot end, the material discharged from the hot end is maintained at an appropriate temperature by the heating device, and the area where the discharged material is deposited is also preheated to an appropriate temperature. Since the modeling material discharged on the modeled object can be stacked, a strong bond between the stacked modeled materials can be obtained, and a three-dimensional modeled object having a solid structure can be obtained.
しかしながら、特許文献1に開示されている従来のホットエンドでは、造形材料を融解する本体加熱器と、吐出された材料及び吐出された材料が堆積されるエリアを予備加熱する加熱装置とで別々の加熱手段が必要であることに加え、本体加熱器による熱が造形材料の供給側に伝わり難くするべく、本体上部に放熱手段としてフィンが設けられ、場合によってはファンによる熱放散を行なう必要があり、極めてエネルギー効率が悪いものとなっている。特に、PEEK等のスーパーエンジニアリングプラスチック等の高融点材料を造形材料に用いるときには放散させる熱量が増大し、一層のエネルギー効率の低下を招くことになる。
However, in the conventional hot end disclosed in
本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、予備加熱により積層された造形材料の間の強い結合を得つつも、省エネルギー化を実現する3Dプリンタ用のホットエンド及びこれを備えた3Dプリンタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and includes a hot end for a 3D printer that achieves energy saving while obtaining a strong bond between modeling materials laminated by preheating, and the same. An object is to provide a 3D printer.
本発明の3Dプリンタ用のホットエンドは、フィラメント状の造形材料が供給される供給口が形成された供給部と、前記供給口から供給された前記造形材料を融解(溶融)するための加熱手段を有する融解部と、前記融解部で融解された前記造形材料を吐出する吐出口が形成された吐出部と、を備える3Dプリンタ用のホットエンドであって、前記加熱手段よりも前記吐出部側に、前記加熱手段による熱の放散を行う放熱部が設けられていることを特徴とする。 The hot end for the 3D printer of the present invention includes a supply unit in which a supply port for supplying a filamentous modeling material is formed, and a heating unit for melting (melting) the modeling material supplied from the supply port. A hot end for a 3D printer comprising: a melting portion having a discharge portion; and a discharge portion in which a discharge port for discharging the modeling material melted in the melting portion is formed. In addition, a heat dissipating part for dissipating heat by the heating means is provided.
このホットエンドによれば、放熱部が融解部の吐出口側に設けられており、造形材料の積層時に造形材料の融解に用いた熱の余熱を、放熱部から造形物の表面を加熱するために利用することができる。これにより、積層された造形材料間の強い結合の造形物を作成することができるとともに、熱が有効利用され、無駄に放熱することがないので、一段と省エネルギー化を図ることができる。 According to this hot end, the heat dissipating part is provided on the discharge port side of the melting part, and the residual heat of the heat used for melting the modeling material at the time of stacking the modeling material is used to heat the surface of the modeling object from the heat dissipating part. Can be used. As a result, it is possible to create a modeling object having a strong connection between the stacked modeling materials, and since heat is effectively used and heat is not dissipated wastefully, further energy saving can be achieved.
本発明のホットエンドにおいて、前記放熱部の下面(吐出口側の面)を黒色化(黒鉛等の被膜形成)及び/又は表面積増大化(凹凸加工)するようにしてもよい。 In the hot end of the present invention, the lower surface (surface on the discharge port side) of the heat radiating portion may be blackened (formation of a film such as graphite) and / or the surface area increased (unevenness processing).
本発明の3Dプリンタは、上述の本発明のホットエンドを備える。 The 3D printer of the present invention includes the above-described hot end of the present invention.
本発明のホットエンドによれば、従来のホットエンドで行われていた造形材料を積層するエリアの予備加熱を、それ専用の加熱手段を用いずに実施することが可能となる。すなわち、これまで放熱により捨てていた、融解部において造形材料の融解に用いられる熱の余剰分を、これから積層しようとする造形材料の吐出領域付近(造形物表面)の加熱に再利用できるので、積層される造形材料間の結合強度を向上することができるとともに、ホットエンドの駆動エネルギーの省エネルギー化を図ることができ、延いては3Dプリンタの省エネルギー化を図ることができる。加えて、本発明によれば、造形材料の吐出領域付近を局所的に加熱することができるので、積層方向を選ばずに、すなわち吐出口を全方向に向けて吐出積層することができるので、3Dプリンタの設計の自由度を向上することができる。 According to the hot end of the present invention, it is possible to carry out the preliminary heating of the area in which the modeling material is stacked, which has been performed in the conventional hot end, without using a dedicated heating means. That is, since the surplus heat used for melting the modeling material in the melting part, which has been thrown away by heat dissipation, can be reused for heating in the vicinity of the discharge area (modeling object surface) of the modeling material to be laminated, It is possible to improve the bonding strength between the modeling materials to be laminated, to save energy in the driving energy of the hot end, and to save energy in the 3D printer. In addition, according to the present invention, since the vicinity of the discharge region of the modeling material can be locally heated, it is possible to discharge and laminate the discharge ports in all directions without choosing the stacking direction. The degree of freedom in designing the 3D printer can be improved.
以下に、図面を参照しながら本発明の3Dプリンタ用のホットエンド(造形材料の吐出ヘッド)を説明する。図1に本発明の一実施形態であるホットエンドHE1を示す。ホットエンドHE1は、下端(図面下側)に融解した造形材料を吐出する吐出口11aが形成された吐出部と造形材料を融解する融解部とを有するノズル11と、上端(図面上側)にフィラメント(線状の造形材料)の供給口12aが形成された供給部を有するバレル12と、ノズル11の融解部の加熱手段である一対の加熱ヘッド13と、ノズル11に接して取り囲むように形成されているカバー15と、カバー15に接してノズル11の吐出部を取り囲むように形成されている放熱板(放熱部)14とを備えている。また、ホットエンドHE1において、ノズル11及びバレル12の内部には、供給口12aと吐出口11aとを直線に連通する通路17が形成されている。
Hereinafter, a hot end (a discharge head for a modeling material) for a 3D printer of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a hot end HE1 which is an embodiment of the present invention. The hot end HE1 includes a
バレル12は、円筒形状の外管121と内管122との2重構造になっており、供給部である外管121の上端に形成された供給口12aから供給されたフィラメントをノズル11へと導く通路17が形成されている。外管121の下部は、ノズル11の上部に螺合されている。
The barrel 12 has a double structure of a cylindrical
外管121の中間部には、一対のスリット状(縦長)の開口121aが対向して形成されている。また、外管121の内径は、下端開口から上方に向かって比較的大きな通路径に形成され、上端部で供給口12aを構成する比較的小さな通路径とされている。外管121の材質としては、例えば、金属、セラミックス、ガラス等を広く用いることができるが、なかでも熱伝導率が低い材料が好ましい。例えば、チタン合金、SUS、石英ガラス等が用いられ、エンジニアリングセラミックス又はマシナブルセラミックスが用いられる場合には熱伝導率の低いものが選択される。
A pair of slit-like (longitudinal)
また、内管122は、外管121の下端開口から挿通可能な外径を有し、長さ方向にわたって内部に通路17が形成された円筒形状とされている。内管122の材質としても、熱伝導率の低い材質が好ましいが、外管121との関係において、外管121の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材質とするのがより好ましい。内管122は例えば、チタン合金、エンジニアリングセラミックス、マシナブルセラミックス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ポリイミド樹脂等の熱伝導率の低い材質で形成することができるが、なかでも透明又は半透明の石英ガラスとするのがより好ましい。透明又は半透明の材質とすることにより、外管121の開口121aから通路17内を視認でき、通路17内に供給されたフィラメントの状態を観察することができる。
Further, the inner tube 122 has an outer diameter that can be inserted from the lower end opening of the
バレル12を、外管121と、外管121よりも熱伝導率の低い内管122との2重構造としているので、また、外管121に開口121aを設けているので、ノズル11からの熱の伝播を効果的に抑制でき、バレル12の通路17内の温度を比較的低温に保つことができる。特に、外管121の開口121aが形成されている部分ではノズル11から供給口12a側への熱の伝導が抑制される断熱部として機能する。この部分において内管122はその断熱機能を高めるために、側面がより肉薄に形成されてよく、開口が形成されてもよい。
Since the barrel 12 has a double structure of the
なお、本実施形態では、バレル12において外管121の中途部に一対の開口121a、121aを形成するようにしているが、これに代えて、外管121の中途部全体を無くして、内管122の上部と下部とを別々に上部の外管と下部の外管とで被覆するようにしてもよい。
In the present embodiment, a pair of
ノズル11は、先端に吐出口11aが設けられた先細りの吐出部が形成され、中途部の吐出口11a寄りに、一対の加熱ヘッド13、13が左右方向に対向して取付けられた融解部が形成されている。ノズル11の上部はバレル12を取り付けるために太く形成された円筒形状とされ、下部は左右方向から切削されたような略角柱筒(矩形筒状)とされ、先端部は先細りとなるように設けられている。ノズル11の加熱ヘッド13、13が取付けられる部分には、さらに左右から削り出された平面部が設けられており、この平面部に取付けられた加熱ヘッド13、13からリード131(線)が導出されている。
The
ノズル11の材質としては、金属、セラミックス等を広く用いることができるが、バレル12の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材質が好ましく、金属とするのがより好ましい。より具体的には、例えば、ステンレス、真鍮、鉄、銅、アルミニウム等をより好ましく使用することができる。
As the material of the
造形材料(フィラメント)を融解させる加熱手段としては、例えば、絶縁基板上に発熱抵抗体層を形成した加熱ヘッド又はヒートブロック等従来公知のものを広く使用することができるが、なかでも小型化、軽量化、高応答性の面で優れている加熱ヘッドを用いるのが好ましい。図1に示される例での融解部であるノズル11の平面部に取付けられる加熱ヘッド(加熱部材)13は、例えば矩形板状のアルミナジルコニアセラミック基板(絶縁基板)と、絶縁基板の表面に形成された帯状の厚膜形成された発熱抵抗体と、絶縁基板の表面において発熱抵抗体の両端部のそれぞれに接続するように絶縁基板の長さ方向に沿う一端部に偏心させて形成された2つの電極を有する。なお、発熱抵抗体の表面を、例えばフィラーを含むガラス等の保護層(誘電体層)でコートしてもよい。なお、加熱ヘッド13は、絶縁基板の発熱抵抗体が形成されていない側の面をノズル11の平面部に面して取付けられている。
As a heating means for melting the modeling material (filament), for example, a conventionally known device such as a heating head or a heat block in which a heating resistor layer is formed on an insulating substrate can be widely used. It is preferable to use a heating head that is excellent in terms of weight reduction and high responsiveness. The heating head (heating member) 13 attached to the flat portion of the
加熱ヘッド13は、ノズル11の長さ方向(図面の上下方向)に分割して複数の加熱ヘッドを搭載してもよく、これら複数の加熱ヘッドを異なる温度又は異なる昇降温パターンに加熱制御できるようにしてもよい。また、加熱ヘッド13の発熱抵抗体の途中(中間)に電極を追加し、ここから別のリードを引き出すことで、2つの発熱抵抗体として別々に制御することもできるし、2つの加熱ヘッド13、13の発熱抵抗体を並列に接続するようにリードを引き出して制御するようにしてもよいし、加熱ヘッド13、13を別々に制御することもできる。さらに、加熱ヘッド13の絶縁基板上に複数の発熱抵抗体を上下に形成し、これらを共通に又は別々に制御するようにしてもよい。
The
カバー15は、有底状の円筒状とされ、上部開口からノズル11が挿通され、底面に形成された開口から吐出口11aが形成されたノズル11の先端部(吐出部)を突出させて、ノズル11の側面全体を覆っている。カバー15の材質としては、加熱ヘッド13によって加熱されたノズル11の熱を放熱部(放熱板)14に伝えるべく、熱伝導率の高いものが好ましく、例えば、アルミニウム、ステンレス等の加工性の良い金属を用いることができる。カバー15は、ノズル11の熱を放熱板14へ伝導させる役割を果たすべく、ノズル11の上部の大きい外径部まで延設され、該外径部と接触又は高熱伝導率材料を介してノズル11の少なくとも一部と接触するよう取付けられるのが好ましい。カバー15とノズル11及び加熱ヘッド13との間には、断熱材を充填してもよい。なお、カバー15には、必要に応じて加熱ヘッド13に接続されているリード131をカバー15の外部に導出するための貫通孔が形成される。
The
本発明のホットエンドにおける放熱部は、造形材料の融解のために加熱手段によって供給された熱の余剰分を造形材料が供給される側へ伝導するのを抑制するために放熱すると同時に、融解した造形材料が吐出される領域を加熱する機能を有する。放熱部の形状は、例えば、板状、ブロック状等とすることができるが特に限定されない。板状とした場合には、例えば、円形、楕円形、矩形、多角形、半円形等とすることができる。放熱部のサイズ及び形状は、造形材料が吐出される領域への放熱量、造形材料の融解(溶解、軟化)温度、及び造形速度等との関係で適宜決定され得る。 The heat dissipating part in the hot end of the present invention melts at the same time as it dissipates heat in order to suppress conduction of excess heat supplied by the heating means to the side to which the modeling material is supplied for melting the modeling material. It has a function of heating the area where the modeling material is discharged. The shape of the heat radiating portion can be, for example, a plate shape, a block shape or the like, but is not particularly limited. In the case of a plate shape, for example, a circular shape, an elliptical shape, a rectangular shape, a polygonal shape, a semicircular shape, and the like can be used. The size and shape of the heat radiating part can be appropriately determined in relation to the amount of heat radiation to the area where the modeling material is discharged, the melting (dissolution, softening) temperature of the modeling material, the modeling speed, and the like.
図1に示される例では、放熱部(放熱板)14は円盤状とされ、その中央部にはノズル11の先端部(吐出部)を挿入して造形材料を吐出する方向に突出させるための開口14aが設けられている。放熱板14は、例えば4つのビス18によって、ノズル11の先端部を囲むようにカバー15の底面に取り付けられている。また、放熱板14の下面(ノズル11の先端部が突出する側の面)には、開口14aを中心として、例えば大小の4つのリング状の溝部14bが形成されている。各々の溝部14bの外周側の内面は、放熱板14の中央側に面する傾斜面として形成されている。傾斜面は、中心寄りの(径の小さい)溝部14bで水平面に対してなだらかな角度に形成され、外側の溝部14bになるほど急峻な角度になるように形成されている。このように溝部14bに傾斜面を形成することで、造形材料の吐出面近傍造形材料が堆積される領域に放熱板からの放射熱を効果的に集中でき、吐出口11a直下を中心にした加熱温度勾配を形成することができる。
In the example shown in FIG. 1, the heat radiating portion (heat radiating plate) 14 is formed in a disk shape, and the tip portion (discharge portion) of the
放熱板14の形状、サイズ及び材質は、造形材料が吐出される領域の所望の加熱温度等を考慮して適宜決定される。放熱板14の厚み寸法としては、例えば0.1〜3.0mm程度とすることができ、また放熱板14の直径としては、例えば20〜50mm程度とすることができる。放熱板14の形状としては、例えば楕円形状、多角形状等任意の形状とすることもできる。また、放熱板14を設けたホットエンドHE1の造形動作中の移動方向を回転機構などにより変化できるのであれば、吐出口11aの周辺の一部にのみ張り出すような構造としてもよい。
The shape, size, and material of the
放熱板14の材質としては熱放射率が高いものが好ましく、溝部14bの形成の観点から加工性に優れた材料であることが好ましい。例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのセラミックスや、アルミニウム、銅、ステンレスなどの金属が使用され得る。また、溝部14bに代えて、放熱板14からの熱放射を効率よく行うために、例えば、放熱板の下面に複数のディンプルを設けたり、粗面化することで放熱板14の下面の面積を増大させるようにしてもよいし、下面の表面に黒鉛の被膜を形成するなどの黒色化を施してもよいし、また酸化膜を形成してもよく、これらを複合的に用いるようにしてもよい。このように放熱板14の下面に凹凸部等を設けることで、造形物表面と放熱板14との間に空気の乱流が生じやすくなるという効果もあり、造形物表面のより効果的な加熱を行うことができる。なお、放熱板14の下面を平滑面としてもよい。
The material of the
放熱板14の露出する上面には断熱層が形成されてもよい。断熱層としては比較的熱伝導率の低い断熱材の塗布又は貼着により形成されるものの他、構造的なものでもよい。構造的なものとは、例えば、放熱板14の上面にスペーサを介して板状体(熱反射板)を設けることで形成される、放熱板14の上面と板状体との間に形成される断熱空間を挙げることができる。断熱層によって放熱板14の上面側(ホットエンドの供給口12a側)への熱放射が抑制され、下面側への熱放射が効率的に行われる。
A heat insulating layer may be formed on the exposed upper surface of the
次に、図2を参照しながら本発明の他の実施形態の3Dプリンタ用のホットエンド(造形材料の吐出ヘッド)のを説明する。図2のホットエンドHE2は、下端(図面下側)に融解した造形材料を吐出する吐出口21aを有する吐出部、造形材料を融解する融解部、及び放熱部21bを有するノズル21と、上端(図面上側)にフィラメント(線状の造形材料)の供給口22aが形成されたバレル22(供給部)と、ノズル21の融解部を加熱する手段である一対の加熱ヘッド23と、ノズル21に接して取り囲むように形成されているカバー25と、断熱スペーサ26(断熱部)とを備えている。また、ホットエンドHE2において、ノズル21、バレル22、及び断熱スペーサ26に、供給口22aと吐出口21aとを直線に連通する通路27が形成されている。本実施形態においては、放熱部21bをノズル21と一体的に形成したことを特徴とする。
Next, a hot end (a discharge head for a modeling material) for a 3D printer according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The hot end HE2 of FIG. 2 includes a discharge portion having a
バレル22は、供給部である上端に形成された供給口22aから供給されたフィラメント(造形材料)をノズル21へと導く通路27が形成された円筒形状をなしている。バレル22の下部は、ノズル21の上部に断熱スペーサ26を介して螺合されている。
The
バレル22の材質としては、例えば、金属、セラミックス、ガラス等を広く用いることができるが、ノズル21の熱の供給口22a側への伝導を抑制する観点から、なかでも熱伝導率が比較的低い材料が用いられることが好ましい。例えば、チタン合金、ステンレス、石英ガラス等が用いられ得る。エンジニアリングセラミックス又はマシナブルセラミックスが用いられる場合には熱伝導率の比較的低いものが選択される。また、断熱スペーサ26はその内径がバレル22の外径とほぼ一致する有底状の円筒形状に形成されており、底部の中心に通路27の一部を構成する孔が形成されている。この断熱スペーサ26は、ノズル21からバレル22への熱の伝導を抑制するための断熱部として設けられ、その材質としては、例えば、チタン合金、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ポリイミド樹脂等の熱伝導率の低い材質を用いることができる。また、エンジニアリングセラミックス又はマシナブルセラミックスのなかでも比較的熱伝導率の低いもので形成することができる。バレル22が、ノズル21の加熱ヘッド23の加熱による熱を十分な程度に断熱できる低い熱伝導率の材質からなる場合には、断熱スペーサ26を不要にすることができる。
As the material of the
ノズル21は、先端に吐出口21aが設けられた先細りの吐出部が形成され、中途部の吐出口21a寄りに加熱ヘッド23、23が左右に対向して取付けられた融解部が形成され円筒形状とされている。ノズル21の上部のバレル22及び断熱スペーサ26が取り付けられる部位は太い円筒形状に形成され、この部位より下部はバレル22と略同等筒径とされる。また、ノズル21の加熱ヘッド23、23が取付けられる部分(融解部)には、左右から削り出された平面部が設けられており、この平面部に取付けられた加熱ヘッド23、23からリード(線)231が導出されている。ノズル21の材質としては、加熱ヘッド23から通路27の造形材料への熱を効率よく伝えるために熱伝導率の高い材質が用いられることが好ましく、例えば、金属、セラミックス、又はガラス等を用いることができる。
The
放熱部21bは、中央から吐出部先端が突出する円盤状とされ、加熱ヘッド23の下に、これと接触又は近接するように張り出して形成されている。なお、放熱部21bの下面(吐出口21a側の面)には、図1における放熱板14bと同様に、吐出口21aを中心とするリング状の溝部を形成することができる。また、溝部に代えて複数のディンプルを設けることで放熱部21bの下面の面積を増大させるようにしてもよいし、下面の表面を黒色化してもよいし、またこれらを複合的に用いるようにしてもよい。放熱部21bのサイズ及び形状は、造形材料が吐出される領域の所望の加熱温度等を考慮して適宜決定され得る。
The
放熱部21bはノズル21と一体的に形成されていることによって、加熱ヘッド23からノズル21に与えられる熱を効率的に放熱部21bに伝導させて放熱することができる。すなわち、ノズル21の余熱を効果的に造形材料が吐出される領域の加熱に利用することができる。放熱部21bとノズル21とは一体成形されてもよいし、別々に成形されて無機接合材料によって接合されてもよい。造形材料の種類によってノズル21は500℃程度まで加熱され得るので、無機接合材料としては耐熱温度が500℃以上の材料が使用されることが好ましい。例えば、銀ロウ材、銅ロウ材、アルミロウ材が使用され得る。なお、図2で示される例における放熱部21bも、図1で示される例における放熱板14と同様に、下面から効率よく熱放射するために、上面に断熱層が設けられてもよい。
Since the
カバー25は円筒形状であり、ノズル21の上端部から加熱ヘッド23が設けられた融解部までを覆うように設けられる。放熱部21bに対しては、これと接触又は近接するように設けられている。カバー25の材質としては、カバー25が放熱部21bと接触するように設けられた場合には、加熱されたノズル21の上部の熱を放熱部21bに伝えるべく、熱伝導率の高いものが好ましい。例えば、アルミニウム、ステンレス等の加工性の良い金属を用いることができる。このように、カバー25は、ノズル21の特に上部の熱を放熱部21bへ伝導させる、又は熱がノズル21の上部からバレル22に伝わるのを抑制するために、ノズル21の上部の大きい外径部まで延設されて、直接又は高熱伝導率材料を介してノズル21の表面の一部と接触するよう取付けられるのが好ましい。なお、カバー25には、必要に応じて加熱ヘッドに接続されているリード231をカバー25の外部に導出するための貫通孔が形成され得る。
The
図3及び図4に、本発明のホットエンドに使用する加熱手段の変形例を示す。図3(C)に示すように、加熱手段であるヒートブロックHBは、ホルダ31と一対の加熱ヘッド33、33を有している。図3(A)及び(B)に示すように、ホルダ31は、上面及び側面から見た外形が長方形である角柱形状を有している。ホルダ31には、その上下方向に貫通し、上端を上開口31a1及び下端を下開口31a2とする縦貫通孔31aが形成されている。この縦貫通孔31aにはホットエンドのノズルが挿入されて取り付けられる。図4(B)に示すように、上開口31a1からノズル111の先端が挿し込まれ、ノズル111の先端部が下開口31a2から突出するように取り付けられている。
3 and 4 show a modification of the heating means used in the hot end of the present invention. As shown in FIG. 3C, the heat block HB as a heating means has a
また、図3(B)に示すように、ホルダ31には、その対向する側面間を貫通する横貫通孔31bが縦貫通孔31aを挟んで左右の端部に上下方向に5個ずつ合計10個が形成されている。図3(C)にヒートブロックHBの上面図を示されるように、ホルダ31の対向する側面のそれぞれに加熱ヘッド33、33を接触させて、加熱ヘッド33に設けられた貫通孔33aがホルダ31の横貫通孔31bと重なるように配置される。そして、貫通孔33a、横貫通孔31b、貫通孔33aにワイヤ(導電ワイヤ)34が挿通されてワイヤ34の両端がホルダ31の幅狭の側面側で結束され、ホルダ31を両側から加熱ヘッド33、33で挟むように、ホルダ31に加熱ヘッド33、33が固定される。ワイヤ34は、一対の加熱ヘッド33、33の発熱抵抗体層に接続された電極間を導通する役割を、加熱ヘッド33をホルダ31に固定する役割に加えて有し得る。なお、加熱ヘッド33の貫通孔33a内には、必要に応じて、例えば、銀ペースト等の導電ペーストが充填され、焼き固められる。
In addition, as shown in FIG. 3B, the
加熱ヘッド33は、図1及び図2で示した加熱ヘッド13、23と同様に、絶縁基板上に形成された発熱抵抗体層とこの発熱抵抗体層に電圧を印加するべく形成された電極を有し、電極は貫通孔33aの周縁に臨んで形成されており、ホルダ31の側面に、絶縁基板の発熱抵抗体層が形成されていない側の面を接触させて取り付けられる。
As with the heating heads 13 and 23 shown in FIGS. 1 and 2, the
ホルダ31の材質としては、例えば、アルミニウム、銅、鉄等の熱伝導率の高いものとするのが好ましい。ホルダ31は、加熱ヘッド33によって加熱され、その縦貫通孔31aの内壁から、縦貫通孔31aに挿通されたノズル111に熱を伝える。
The material of the
図4(A)には、ヒートブロックHBに挿通させて加熱されるノズル111を底面側から見た図が示される。また、図4(B)には、ノズル111をヒートブロックHBのホルダ31に挿通して取り付けた状態の断面図を示す。
FIG. 4A shows a view of the
ノズル111は、バレルが取り付けられる取付穴が設けられた太い円柱状の上端部と、この上端部の下面中央部から下方へ延びる角柱形状の融解部と、先端部が細められて吐出口111aが形成された吐出部とを有する。ノズル111は、上端部の取付穴の底面から融解部を経て吐出部(ノズル111)の先端(下端)の吐出口111aに連通する通路117を有する。そして、ヒートブロックHBは、その縦貫通孔31aの内壁面をノズル111の融解部の外周面に当接するようにして、ノズル111に装着されている。なお、ノズル111の上端部の取付穴には、例えば、図1又は図2で示した例と同様にして、バレル、カバー、及び放熱部を取り付けることができる。
The
HE1、HE2 ホットエンド
11、21、111 ノズル
11a、21a 吐出口
12、22 バレル
12a、22a 供給口
121 外管
121a 開口
122 内管
13、23、33 加熱ヘッド
131、231 リード
14、21b 放熱部(放熱板)
14a 開口
14b 溝部
15、25 カバー
17、27、117 通路
18 ビス
26 断熱スペーサ
HB ヒートブロック
31 ホルダ
31a 縦貫通孔
31a1 上開口
31a2 下開口
31b 横貫通孔
33a 貫通孔
34 ワイヤ
111a 吐出口
HE1,
14a opening
Claims (3)
前記供給部から供給された前記造形材料を融解するための加熱手段を有する融解部と、
前記融解部で融解された前記造形材料を吐出する吐出口が形成された吐出部と、を備え、
前記加熱手段よりも前記吐出部側に、前記加熱手段による熱の放散を行う放熱部が設けられていることを特徴とする3Dプリンタ用のホットエンド。 A supply unit in which a supply port for supplying a filamentous modeling material is formed;
A melting part having a heating means for melting the modeling material supplied from the supply part;
A discharge part formed with a discharge port for discharging the modeling material melted in the melting part,
A hot end for a 3D printer, characterized in that a heat radiating part for radiating heat by the heating means is provided on the discharge part side of the heating means.
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