JP6454814B1 - Head module for 3D printer, 3D printer and modeling method - Google Patents

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Abstract

【課題】造形材料が300℃以上の融解温度を有する場合でも、造形材料供給部の供給口で、造形材料が軟化しないように温度上昇を抑制する。【解決手段】吐出ヘッド1内を流動させる造形材料92aを加熱する加熱ヘッド2と、吐出ヘッド1に、直接的、または間接的に接続され、吐出部12に造形材料91を供給するための造形材料供給孔61a、3aを有する熱伝導抑制部材(バレル61、断熱スペーサ3)を備えており、熱伝導抑制部材(バレル61、断熱スペーサ3)が、5W/(m・℃)以下、好ましくは3W/(m・℃)以下の熱伝導率の材料で形成されている。【選択図】図1AEven when a modeling material has a melting temperature of 300 ° C. or higher, a temperature rise is suppressed at a supply port of a modeling material supply unit so that the modeling material does not soften. A heating head that heats a modeling material 92a that flows in the discharge head 1 and a modeling for supplying a modeling material 91 to a discharge unit 12 that is directly or indirectly connected to the discharge head 1. A heat conduction suppressing member (barrel 61, heat insulating spacer 3) having material supply holes 61a and 3a is provided, and the heat conduction suppressing member (barrel 61, heat insulating spacer 3) is 5 W / (m · ° C.) or less, preferably It is made of a material having a thermal conductivity of 3 W / (m · ° C.) or less. [Selection] Figure 1A

Description

本発明は、3Dプリンタ用ヘッドモジュール、これを搭載した3次元(3D)プリンタおよび造形方法に関する。   The present invention relates to a head module for a 3D printer, a three-dimensional (3D) printer equipped with the head module, and a modeling method.

近年、コンピュータを利用して3次元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。このような造形材料を吐出する装置としては、例えば図6に示されるような構造のものが知られている。すなわち、図6において、ヒータブロック83の一端側にノズル81がねじ込まれ、他端部側にバレル82がねじ込まれ、バレル82にワイヤ状または棒状の造形材料が挿入される。そして、バレル82により造形材料が一定の割合で送り込まれ、ヒータブロック83の熱により造形材料が加熱されて融解し、ノズル81の先端部の吐出部81aから融解した造形材料が一定量ずつ吐出される。この吐出部81aの位置が、造形物を形成する造形テーブル(図示せず)とxyz方向に相対的に移動することにより、3次元の所望の造形物が製造される。   In recent years, manufacturing a three-dimensional model using a computer with a three-dimensional printer has been actively performed. As a device for discharging such a modeling material, for example, a device having a structure as shown in FIG. 6 is known. That is, in FIG. 6, the nozzle 81 is screwed into one end side of the heater block 83, the barrel 82 is screwed into the other end side, and a wire-shaped or rod-shaped modeling material is inserted into the barrel 82. Then, the modeling material is fed at a constant rate by the barrel 82, the modeling material is heated and melted by the heat of the heater block 83, and the molten modeling material is discharged from the discharge portion 81 a at the tip of the nozzle 81 by a certain amount. The A three-dimensional desired shaped article is manufactured by moving the position of the discharge unit 81a relative to a shaping table (not shown) that forms the shaped article in the xyz direction.

一方、特許文献1には、クイックスタートが可能な吐出ヘッドが開示されている。すなわち、図5に側面図が示されるように、少ない熱量で造形材料を融解して吐出する安価な吐出ヘッドとして、例えば板状体または金属ブロックによって流路構造体10を形成し、その流路構造体10の一壁面に、セラミック基板に発熱抵抗体を形成して通電できるようにした加熱ヘッド20を配置し、その流路構造体10の吐出部12と反対側に設けられた取付板85にバレル82が固定され、造形材料91が定ピッチで送り込まれるように図示しない送り機構がバレル82の外周に取り付けられている。この取付板85やバレル82はアルミニウム、ステンレスなどの金属によって形成されている。そのため、造形材料がバレル82に付着しないように、また、造形材料91のバレル82内での移動がスムーズに行われるように、バレル82の内面にフッ素系樹脂からなるチューブ82aが挿入されている。図6の例でもチューブが挿入されているが、図では省略されている。   On the other hand, Patent Document 1 discloses an ejection head capable of quick start. That is, as shown in a side view in FIG. 5, as a cheap discharge head that melts and discharges a modeling material with a small amount of heat, the flow path structure 10 is formed by, for example, a plate or a metal block, and the flow path A heating head 20 is provided on one wall surface of the structure body 10 so that a heating resistor is formed on the ceramic substrate so that it can be energized, and a mounting plate 85 provided on the opposite side of the flow path structure body 10 from the discharge portion 12. A feed mechanism (not shown) is attached to the outer periphery of the barrel 82 so that the barrel 82 is fixed to the barrel 82 and the modeling material 91 is fed at a constant pitch. The mounting plate 85 and the barrel 82 are made of metal such as aluminum or stainless steel. Therefore, a tube 82a made of a fluorine-based resin is inserted on the inner surface of the barrel 82 so that the modeling material does not adhere to the barrel 82 and the modeling material 91 moves smoothly in the barrel 82. . Although the tube is inserted also in the example of FIG. 6, it is abbreviate | omitted in the figure.

特許第6154055号公報Japanese Patent No. 6154055

前述のように、流路構造体10と接続される取付板85、およびその取付板85に接続されるバレル82は金属で形成されている。そのため、図6に示されるヒータブロック83や図5に示される加熱ヘッド20の熱がバレル82に容易に伝達する。特に最近では、造形物に、より高温に耐え得る材料を用いたり、添加物を加えたりして強度を強くし耐久性を有する造形物とするための材料など、高温で融解し得る種々の材料が用いられる傾向にある。その結果、造形材料を融解して造形物を製造する場合でも、スイッチ投入後直ちに300℃以上の高温で造形材料を融解(吐出できるように軟化)し得るようにする必要が出てきている。   As described above, the mounting plate 85 connected to the flow path structure 10 and the barrel 82 connected to the mounting plate 85 are formed of metal. Therefore, the heat of the heater block 83 shown in FIG. 6 and the heating head 20 shown in FIG. Especially recently, various materials that can be melted at high temperatures, such as materials that can withstand high temperatures, and materials that can be made stronger by adding additives to make them stronger and durable. Tends to be used. As a result, even when a modeling material is manufactured by melting the modeling material, it is necessary to be able to melt (soften so that the modeling material can be discharged) at a high temperature of 300 ° C. or higher immediately after the switch is turned on.

このように造形材料が高温で融解する材料になると、融解した造形材料を流動させる流路構造体の温度も非常に高温になる。その結果、流路構造体10を加熱した熱は、造形材料の供給部であるバレル82側に伝導する。造形材料供給部であるバレル82側に熱が伝わると、供給する造形材料91の温度が上昇し、融解状態には至らずとも、軟化して、僅かな量ずつで流路構造体10に送れなくなる。前述の特許文献1に示されるように、断熱スペーサが挿入されても、多孔質ガラスや多孔質セラミックスでは、充分に熱伝導を阻止することができない恐れがあり得る。従来の造形材料供給部(バレル82)は、加工の容易さから、ステンレス、アルミニウム、チタンなどの金属材料によって形成されている。そのため、断熱スペーサが挿入されても、その断熱スペーサを乗り越えた熱は、直ちに取付板85内を伝導し、造形材料の供給口であるバレル82まで温度が上昇する。その結果、前述したように、流路構造体10に送り込む造形材料91が軟化して正確な量で送り込みができなくなるという問題が起り得る。従来の図6に示される構造では、このバレル82の外周にフィンを取り付け、空冷などで冷却することが行われている。   When the modeling material becomes a material that melts at a high temperature in this way, the temperature of the flow path structure that causes the molten modeling material to flow also becomes very high. As a result, the heat which heated the flow-path structure 10 is conducted to the barrel 82 side which is a supply part of modeling material. When heat is transmitted to the barrel 82 side which is the modeling material supply unit, the temperature of the modeling material 91 to be supplied rises, and even if it does not reach the molten state, it softens and can be sent to the flow path structure 10 in small amounts. Disappear. As shown in Patent Document 1 described above, even if a heat insulating spacer is inserted, there is a possibility that heat conduction cannot be sufficiently prevented with porous glass or porous ceramics. The conventional modeling material supply unit (barrel 82) is formed of a metal material such as stainless steel, aluminum, titanium, or the like because of ease of processing. Therefore, even if the heat insulating spacer is inserted, the heat that has passed over the heat insulating spacer is immediately conducted through the mounting plate 85, and the temperature rises to the barrel 82 that is the supply port for the modeling material. As a result, as described above, there is a problem that the modeling material 91 to be fed into the flow channel structure 10 is softened and cannot be fed in an accurate amount. In the conventional structure shown in FIG. 6, fins are attached to the outer periphery of the barrel 82 and cooled by air cooling or the like.

前述のように、造形材料供給部側に熱が伝導すると、造形材料の送り込みの制御を充分に行えないという問題を有するのみならず、流路構造体を加熱する熱が充分に流路構造体に供給されず、加熱の無駄になるという問題もある。特に、この問題は造形材料の融解温度が例えば300℃以上などと高くなる程、より一層顕著になるという問題がある。   As described above, when heat is conducted to the modeling material supply unit side, not only has the problem that the feeding of the modeling material cannot be sufficiently controlled, but also the heat for heating the channel structure is sufficient. There is also a problem that heating is wasted without being supplied. In particular, this problem is more pronounced as the melting temperature of the modeling material becomes higher, for example, 300 ° C. or higher.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、造形材料が300℃以上の融解温度(吐出できる程度に軟化し得る温度)を有する場合でも、造形材料供給部の供給口で、造形材料が軟化するような温度に上昇しないようにすると共に、流路構造体(吐出ヘッド)で造形材料を融解するための熱を無駄なく利用し得る吐出ヘッドに用いられる熱伝導抑制部材を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation. Even when the modeling material has a melting temperature of 300 ° C. or higher (a temperature at which the modeling material can be softened to the extent that it can be discharged), the modeling material is supplied at the supply port of the modeling material supply unit. Provided is a heat conduction suppressing member used for a discharge head that prevents the temperature from rising to a temperature at which the material softens and can use the heat for melting the modeling material in the flow path structure (discharge head) without waste. For the purpose.

本発明の他の目的は、バレルを強制冷却しなくても高融点造形材料を用いて造形を行うことができる3Dプリンタ用ヘッドモジュール、3Dプリンタおよび造形方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a 3D printer head module, 3D printer, and modeling method that can perform modeling using a high melting point modeling material without forcibly cooling a barrel.

本発明の一実施形態の熱伝導抑制部材は、造形材料を吐出する吐出ヘッドに、直接的、または間接的に接続され、前記吐出ヘッドに造形材料を供給するための造形材料供給孔を有する熱伝導抑制部材であって、前記熱伝導抑制部材の材料は、熱伝導率が5W/(m・℃)以下の材料で形成されている。   The heat conduction suppressing member of one embodiment of the present invention is directly or indirectly connected to a discharge head that discharges a modeling material, and has a modeling material supply hole for supplying the modeling material to the discharge head. It is a conduction suppression member, Comprising: The material of the said heat conduction suppression member is formed with the material whose heat conductivity is 5 W / (m * degreeC) or less.

本発明の他の実施形態の3Dプリンタ用ヘッドモジュールは、造形材料を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを加熱する加熱ヘッドと、前記吐出ヘッドに、直接的、または間接的に接続され、前記吐出ヘッドに造形材料を供給するための造形材料導通孔を有する熱伝導抑制部材とを備えており、前記熱伝導抑制部材が、熱伝導率が5W/(m・℃)以下の材料で形成されている。   A head module for a 3D printer according to another embodiment of the present invention is directly or indirectly connected to a discharge head that discharges a modeling material, a heating head that heats the discharge head, and the discharge head, A heat conduction suppressing member having a modeling material conduction hole for supplying a modeling material to the discharge head, and the heat conduction suppressing member is formed of a material having a thermal conductivity of 5 W / (m · ° C.) or less. ing.

本発明の立体造形物の造形方法は、立体造形物の造形方法であって、前記3Dプリンタ用ヘッドモジュールおよび300℃以上の高温で軟化する造形材料を用いて立体造形物を形成することを含む。   The method for modeling a three-dimensional object according to the present invention is a method for forming a three-dimensional object, and includes forming a three-dimensional object using the 3D printer head module and a modeling material that softens at a high temperature of 300 ° C. or higher. .

本発明の別の実施形態の3Dプリンタ用ヘッドモジュールは、加熱融解させられた造形材料を吐出する吐出口を有する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドの外面に取付けられて前記吐出ヘッド内に供給された前記造形材料を加熱する加熱ヘッドと、前記吐出ヘッドに、直接的、または間接的に接続され、前記吐出ヘッドに前記造形材料を供給するための造形材料供給口であって前記吐出口に連通する供給口を有する筒状部材と、前記吐出口を突出させるとともに前記加熱ヘッドを覆うように前記吐出ヘッドの周囲を取り囲んで取付けられたカバーと、を備え、前記吐出ヘッドおよび前記カバーは、前記筒状部材よりも熱伝導率の高い材料からなり、前記カバーの上部内壁が前記吐出ヘッドの上部外壁と接触していることを特徴とする。 A 3D printer head module according to another embodiment of the present invention includes a discharge head having a discharge port for discharging a heated and melted modeling material, and is attached to the outer surface of the discharge head and supplied into the discharge head. A modeling material supply port for supplying the modeling material to the discharge head, which is directly or indirectly connected to the heating head for heating the modeling material and the discharge head, and communicates with the discharge port. a tubular member having a supply port, and a cover which is mounted surrounding the entire circumference of the discharge head to cover the heating head adapted to protrude said discharge port, the discharge head and the cover is , Ri Do material having a high thermal conductivity than the cylindrical member, the upper inner wall of the cover is characterized that you have contact with the upper outer wall of the discharge head.

前記本発明の別の実施形態の3Dプリンタ用ヘッドモジュールにおいて、前記カバーと前記吐出口との間であって、前記カバーの下端部に取付けられ、前記カバーから伝導された熱の放散を行う放熱部材を備えていることを特徴とする。 Wherein In another embodiment the head module 3D printer of the present invention, be between the cover and the discharge port, attached to the lower end of the cover, the dissipation of heat conducted from the cover A heat dissipating member is provided.

また、前記本発明の別の実施形態の3Dプリンタ用ヘッドモジュールにおいて、前記筒状部材の材料が、マシナブルセラミックス、エンジニアリングセラミックス、ガラス、チタン合金、またはマシナブルセラミックス、エンジニアリングセラミックスもしくはガラスからなる内管を金属の外管で覆った複合材料であることを特徴とする。 In the 3D printer head module according to another embodiment of the present invention, the cylindrical member is made of machinable ceramics, engineering ceramics, glass, titanium alloy, machinable ceramics, engineering ceramics, or glass. It is a composite material in which a tube is covered with a metal outer tube.

さらに、本発明の3Dプリンタは、前記3Dプリンタ用ヘッドモジュールを備えることを特徴とする。   Furthermore, the 3D printer of the present invention includes the 3D printer head module.

加えて、本発明の立体造形物の造形方法は、前記3Dプリンタ用ヘッドモジュールおよび300℃以上の高温で軟化する造形材料を用いて立体造形物を形成することを含むことを特徴とする。   In addition, the method for modeling a three-dimensional object according to the present invention includes forming the three-dimensional object using the 3D printer head module and a modeling material that softens at a high temperature of 300 ° C. or higher.

本発明の熱伝導抑制部材によれば、造形材料を吐出する吐出ヘッドに、造形材料を供給するための造形材料供給孔を有する熱伝導抑制部材であって、熱伝導率が5W/(m・℃)以下の材料が直接的または間接的に接続されている。そのため、吐出ヘッドの加熱される部分の熱が、造形材料の供給側に伝導し難い。その結果、造形材料が300℃以上の高温で融解する材料で吐出ヘッドの温度が300℃以上に上昇しても、その熱が造形材料の供給側に伝わり難くなる。その結果、造形材料であるフィラメントを送り込むところで造形材料が軟化して送り込み難くなるということがなくなる。さらに、吐出ヘッドの流路部分での加熱する熱量の逃げが少なくなるので、加熱する熱量を有効に利用することができ、無駄な加熱を抑制し得る。   According to the heat conduction suppressing member of the present invention, the heat conduction suppressing member having the modeling material supply hole for supplying the modeling material to the discharge head for discharging the modeling material, and having a thermal conductivity of 5 W / (m · ° C) The following materials are connected directly or indirectly. Therefore, it is difficult for the heat of the heated portion of the discharge head to be conducted to the modeling material supply side. As a result, even if the modeling material is a material that melts at a high temperature of 300 ° C. or higher and the temperature of the discharge head rises to 300 ° C. or higher, the heat is not easily transmitted to the modeling material supply side. As a result, the modeling material is not softened when the filament, which is the modeling material, is fed, and it becomes difficult to feed the filament. Furthermore, since the escape of the amount of heat to be heated in the flow path portion of the discharge head is reduced, the amount of heat to be heated can be used effectively, and useless heating can be suppressed.

本発明の3Dプリンタ用ヘッドモジュールによれば、吐出ヘッドおよびそのカバー部材を、吐出ヘッドへ造形材料を供給する熱伝導抑制部材よりも熱伝導率の高い材料で形成しているので、カバー部材によって吐出ヘッドを加熱した熱を効果的に閉じ込めることができるので、加熱ヘッドの発熱を造形材料の加熱により有効に用いることができ、加えて、熱伝導抑制部材を吐出ヘッドおよびそのカバー部材よりも低熱伝導率材料としているので、造形材料を供給する熱伝導抑制部材側に伝導するのを軽減できる。その結果、造形材料が300℃以上の高温で融解する材料で吐出ヘッドの温度が300℃以上に上昇した場合であっても、その熱が造形材料の供給側に伝わり難くなり、バレル(熱伝導抑制部材)を強制冷却しなくても造形材料であるフィラメントを送り込むところで造形材料が軟化して送り込み難くなるということがなくなる。さらに、カバー部材の下端部に放熱部材を取付けるようにしたときには、加熱ヘッドによる熱をカバー部材が効果的に放熱部材に逃がすことができ、放熱部材から放散した熱をこれから造形材料を積層しようとする既積層された造形物表面の加熱に利用することができ、PEEK等の高融点材料の造形材料であっても強固な結合において積層(造形)を行うことができる。   According to the 3D printer head module of the present invention, the discharge head and its cover member are formed of a material having a higher thermal conductivity than the heat conduction suppression member that supplies the modeling material to the discharge head. Since the heat that heats the discharge head can be effectively confined, the heat generated by the heating head can be effectively used by heating the modeling material. In addition, the heat conduction suppressing member is lower in heat than the discharge head and its cover member. Since it is set as a conductivity material, it can reduce that it conducts to the heat conduction suppression member side which supplies modeling material. As a result, even if the modeling material is a material that melts at a high temperature of 300 ° C. or higher and the temperature of the discharge head rises to 300 ° C. or higher, the heat is not easily transferred to the modeling material supply side. Even if the suppression member) is not forcibly cooled, the modeling material is not softened when the filament, which is the modeling material, is fed, and it becomes difficult to feed the filament. Furthermore, when the heat radiating member is attached to the lower end portion of the cover member, the cover member can effectively release the heat from the heating head to the heat radiating member, and the heat dissipated from the heat radiating member is tried to be laminated from now on. It can be used for heating the surface of an already-stacked shaped object, and even if it is a modeling material of a high melting point material such as PEEK, lamination (modeling) can be performed in a strong bond.

本発明の一実施形態の熱伝導抑制部材を用いた3Dプリンタ用ヘッドモジュールの断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the head module for 3D printers using the heat conduction suppression member of one Embodiment of this invention. 図1Aのヘッドモジュールに用いる吐出ヘッドを構成する板状体の例である。It is an example of the plate-shaped body which comprises the discharge head used for the head module of FIG. 1A. 図1Aの加熱ヘッドのカバー部材を除去した状態の平面説明図である。It is a plane explanatory view in the state where the cover member of the heating head of Drawing 1A was removed. 図2Aにカバー部材を取り付けた状態の側面図である。It is a side view of the state where the cover member was attached to Drawing 2A. 図2Aの加熱ヘッドの裏面を示す底面図である。It is a bottom view which shows the back surface of the heating head of FIG. 2A. 図1Aのヘッドモジュールの変形例である。It is a modification of the head module of FIG. 1A. 本発明の別の実施形態の3Dプリンタ用ヘッドモジュールの(A)断面説明図、および(B)底面説明図である。It is (A) cross-section explanatory drawing of the 3D printer head module of another embodiment of this invention, and (B) bottom explanatory drawing. 従来の吐出ヘッドモジュールの一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the conventional discharge head module. 従来の吐出ヘッドモジュールの他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the conventional discharge head module.

つぎに、図面を参照しながら本発明の実施形態の3Dプリンタ用ヘッドモジュールおよびその吐出ヘッドモジュールに用いる熱伝導抑制部材が説明される。本発明の一実施形態による3Dプリンタ用ヘッドモジュール100は、図1Aにその断面説明図が示されるように、造形材料を吐出する吐出部12、融解した造形材料を流動させる流路11を有する吐出ヘッド1と、吐出ヘッド1内を流動させる造形材料92aを加熱する加熱ヘッド2と、吐出ヘッド1に、直接的、または間接的に接続され、吐出ヘッド1に造形材料91を供給するための造形材料供給孔61a、3aを有する熱伝導抑制部材(バレル61、断熱スペーサ3)とを備えており、熱伝導抑制部材(バレル61、および/または断熱スペーサ3)が、5W/(m・℃)以下、好ましくは3W/(m・℃)以下の熱伝導率の材料で形成されている。   Next, a 3D printer head module according to an embodiment of the present invention and a heat conduction suppressing member used in the discharge head module will be described with reference to the drawings. A head module 100 for a 3D printer according to an embodiment of the present invention includes a discharge section 12 that discharges a modeling material and a flow path 11 that flows a molten modeling material, as shown in FIG. 1A. The head 1, the heating head 2 that heats the modeling material 92 a that flows in the ejection head 1, and the modeling for supplying the modeling material 91 to the ejection head 1 directly or indirectly connected to the ejection head 1. And a heat conduction suppressing member (barrel 61, heat insulating spacer 3) having material supply holes 61a and 3a, and the heat conduction suppressing member (barrel 61 and / or heat insulating spacer 3) is 5 W / (m · ° C.). Hereinafter, it is preferably formed of a material having a thermal conductivity of 3 W / (m · ° C.) or less.

すなわち、図1Aに示される例では、吐出ヘッド1内を融解した(軟化状態になった)造形材料92aが流動できるように流路11が形成されており、その流路11と連結して造形材料91を送り込む造形材料供給部6のバレル61が取付板5を介して接続されている。このバレル61には、造形材料であるフィラメント91を一定ピッチで送り込む送り機構が設けられて、造形材料供給部6が構成されているが、図では省略されている。このバレル61の中心部には、造形材料であるフィラメント91を流路11に供給するための貫通孔(造形材料供給孔)61aが形成されている。また、図1Aに示される実施形態では、必須ではないが、断熱スペーサ3が吐出ヘッド1と取付板5との間に挿入されている。この断熱スペーサ3も、その中心部には、造形材料であるフィラメント91を吐出ヘッド1に供給する貫通孔(造形材料供給孔)3aが形成されている。その結果、図1Aに示されるように、バレル61から吐出ヘッド1の吐出部12まで連通した造形材料の流通路が形成されている。このバレル61と断熱スペーサ3が前述の熱伝導抑制部材によって形成されている。この熱伝導抑制部材の使用は、バレル61および断熱スペーサ3の両方に用いられる必要はなく、いずれか一方のみ、または他の構成で用いられていてもよい。   That is, in the example shown in FIG. 1A, the flow path 11 is formed so that the modeling material 92a melted (softened) in the discharge head 1 can flow, and is connected to the flow path 11 for modeling. A barrel 61 of the modeling material supply unit 6 for feeding the material 91 is connected via the mounting plate 5. The barrel 61 is provided with a feeding mechanism for feeding the filament 91, which is a modeling material, at a constant pitch, and the modeling material supply unit 6 is configured, but is omitted in the drawing. A through hole (modeling material supply hole) 61 a for supplying the filament 91, which is a modeling material, to the flow path 11 is formed at the center of the barrel 61. In the embodiment shown in FIG. 1A, although not essential, the heat insulating spacer 3 is inserted between the ejection head 1 and the mounting plate 5. The heat insulating spacer 3 also has a through hole (modeling material supply hole) 3a for supplying a filament 91, which is a modeling material, to the discharge head 1 at the center thereof. As a result, as shown in FIG. 1A, a flow passage for the modeling material that communicates from the barrel 61 to the discharge portion 12 of the discharge head 1 is formed. The barrel 61 and the heat insulating spacer 3 are formed by the above-described heat conduction suppressing member. Use of this heat conduction suppression member does not need to be used for both the barrel 61 and the heat insulating spacer 3, and may be used for only one of them or in other configurations.

近年、リードなどを形成するため、導電性材料としての合金材料を吐出して形成することが要求されたり、強度の大きい造形物の要請から、樹脂などからなる造形材料に金属粉や金属酸化物などの融点の高いフィラーが混合された造形材料が要求されたり、各種センサ機能材料であることが要求されている。その結果、本発明者は、前述のように、300℃程度の高融点の造形材料でも、スイッチの投入後、直ちに温度を上昇させて融解させクイックスタートを可能としながら、造形材料の吐出ヘッドモジュールを開発して、前述の特許文献1で開示しているが、造形材料を300℃程度に加熱すると、造形材料供給部6の方も温度が上昇するという問題がある。   In recent years, in order to form leads and the like, it is required to discharge and form an alloy material as a conductive material, or because of a demand for a molded article with high strength, a metal powder or metal oxide is added to a molding material made of resin, etc. A modeling material in which a filler having a high melting point or the like is mixed is required, or various sensor functional materials are required. As a result, the present inventor, as described above, even with a molding material having a high melting point of about 300 ° C., immediately after the switch is turned on, the temperature is immediately raised to melt and a quick start can be performed. However, when the modeling material is heated to about 300 ° C., the modeling material supply unit 6 also has a problem that the temperature rises.

前述したように、造形材料の融解温度が300℃以上になると、造形材料91の供給部であるバレル61の温度が上昇して、造形材料(フィラメント)91の送り込みがスムーズに行えない場合が生じ得る。そこで本発明者が鋭意検討を重ねた結果、吐出ヘッド1から造形材料供給部6への熱伝導を抑制することを考えた。すなわち、従来の吐出ヘッドは、図6や図5に示されるバレル82や取付部85(ヒータブロック83)が、取付構造の容易化のため、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって形成されている。そのため、図6のヒータブロック83や図5の加熱ヘッド20の熱が容易にバレル82側に伝導して、バレル82の温度が上昇しやすい。そこで、その熱の伝導を少なくとも1/3程度以下、好ましくは1/5程度以下、さらに好ましくは1/10程度以下に抑制することによって、バレル61(図1A参照)での造形材料(フィラメント)91の軟化を抑制し得る程度にバレル61の温度上昇を抑制できることを見出した。   As described above, when the melting temperature of the modeling material reaches 300 ° C. or higher, the temperature of the barrel 61 that is the supply portion of the modeling material 91 rises, and the modeling material (filament) 91 may not be fed smoothly. obtain. Thus, as a result of extensive studies by the present inventor, it was considered to suppress heat conduction from the discharge head 1 to the modeling material supply unit 6. That is, in the conventional ejection head, the barrel 82 and the attachment portion 85 (heater block 83) shown in FIGS. 6 and 5 are formed of a metal such as aluminum or stainless steel in order to facilitate the attachment structure. Therefore, the heat of the heater block 83 of FIG. 6 and the heating head 20 of FIG. 5 is easily conducted to the barrel 82 side, and the temperature of the barrel 82 is likely to rise. Therefore, by controlling the heat conduction to at least about 1/3 or less, preferably about 1/5 or less, more preferably about 1/10 or less, a modeling material (filament) in the barrel 61 (see FIG. 1A). It has been found that the temperature rise of the barrel 61 can be suppressed to such an extent that the softening of 91 can be suppressed.

このバレル61は一例として、長さが25〜35mm程度で、直径がφ6mmのねじで取付板5に嵌め込まれ、中心部に内径φ2mmの造形材料供給孔61aが形成されている。従来構造では、この貫通孔をφ3.2mm程度にして円筒リング状のチューブ82a(図5参照)が挿入されていたが、本実施形態では、後述されるマシナブルセラミックスまたはジルコニアなどのエンジニアリングセラミックスが用いられるので、このチューブが不要になっている。   As an example, the barrel 61 has a length of about 25 to 35 mm and is fitted into the mounting plate 5 with a screw having a diameter of φ6 mm, and a modeling material supply hole 61 a having an inner diameter of φ2 mm is formed at the center. In the conventional structure, a cylindrical ring-shaped tube 82a (see FIG. 5) is inserted with the through hole having a diameter of about 3.2 mm. However, in this embodiment, an engineering ceramic such as machinable ceramic or zirconia described later is used. Since it is used, this tube is unnecessary.

この熱伝導の抑制は、熱伝導抑制部材を造形材料の供給口から吐出ヘッド1までの間に挿入することで達成することができ、具体的には、バレル61を熱伝導抑制部材で形成したり、吐出ヘッド1と取付板5との間に断熱スペーサ3を挿入して、その断熱スペーサ3を熱伝導抑制部材で形成したりすることによって達成し得る。   This suppression of heat conduction can be achieved by inserting a heat conduction suppression member between the modeling material supply port and the ejection head 1. Specifically, the barrel 61 is formed of a heat conduction suppression member. Or by inserting a heat insulating spacer 3 between the ejection head 1 and the mounting plate 5 and forming the heat insulating spacer 3 with a heat conduction suppressing member.

熱伝導抑制部材としては、熱伝導率の小さい材料を用いることによって得られる。従来の取付部85やバレル82(図5参照)の材料は、前述のように、Alやステンレス鋼が用いられているが、Alの熱伝導率は230W/(m・℃)であり、ステンレス鋼の熱伝導率は16.3〜27.2W/(m・℃)である。そのため、熱伝導率をこれらの1/5以下程度にすることが好ましく、具体的には、5W/(m・℃)以下が好ましく、さらに好ましくは3W/(m・℃)以下の材料を用いることで達成し得る。   The heat conduction suppressing member can be obtained by using a material having a low heat conductivity. As described above, Al and stainless steel are used as materials for the conventional mounting portion 85 and barrel 82 (see FIG. 5), but the thermal conductivity of Al is 230 W / (m · ° C.), and stainless steel is used. The thermal conductivity of steel is 16.3 to 27.2 W / (m · ° C.). Therefore, it is preferable to make the thermal conductivity about 1/5 or less of these, specifically, 5 W / (m · ° C.) or less is preferable, and more preferably 3 W / (m · ° C.) or less is used. Can be achieved.

固体で熱伝導率の小さい材料としては、例えばコーニング社製のマシナブルガラスセラミック(例えばマコール(登録商標):熱伝導率1.4W/(m・℃))、エンジニアリングセラミックス(例えばジルコニア:熱伝導率1.7〜3W/(m・℃))、ガラス(例えばホウ珪酸ガラス、石英ガラス:熱伝導率1.4W/(m・℃))などを用いることができる。   Examples of solid materials having low thermal conductivity include machinable glass ceramics (for example, Macor (registered trademark): thermal conductivity of 1.4 W / (m · ° C.)) manufactured by Corning, and engineering ceramics (for example, zirconia: thermal conductivity). Glass (for example, borosilicate glass, quartz glass: thermal conductivity 1.4 W / (m · ° C.)) or the like can be used.

前述の材料の中でも、マシナブルセラミックスは、熱伝導率が1.4W/(m・℃)程度と小さくステンレスの1/10以下であり、加工もしやすいため特に好ましい。しかも、この材料であればセラミックスであるため、この造形材料供給孔61a、3a内で、フィラメント91が一部融解しても、その融解した造形材料92aが付着しにくいので、造形材料供給孔61a、3a内に付着物がたまる恐れもない。すなわち、従来の金属材料で形成されたバレル82では、図5に示されるように、その内部にフッ素系樹脂からなるチューブ82aを挿入する必要があったが、本実施形態ではその必要もなくなる。このマシナブルガラスセラミックスでバレル61を形成する場合、図1Aに示されるように、一端部にネジを切って取付板5にねじ込むことによっても取り付けられるし、取付板5に形成した嵌合孔にバレル61を挿入して、取付板5の外部からネジで止めることもできる。   Among the materials described above, machinable ceramics are particularly preferable because they have a thermal conductivity of about 1.4 W / (m · ° C.), which is 1/10 or less that of stainless steel and can be easily processed. In addition, since this material is ceramic, even if the filament 91 partially melts in the modeling material supply holes 61a and 3a, the molten modeling material 92a is difficult to adhere, so the modeling material supply hole 61a. There is no fear of deposits in 3a. That is, in the barrel 82 made of a conventional metal material, as shown in FIG. 5, it is necessary to insert a tube 82a made of a fluororesin into the inside thereof. However, in this embodiment, this is not necessary. When forming the barrel 61 with this machinable glass ceramic, as shown in FIG. 1A, it can be attached by cutting a screw at one end and screwing it into the attachment plate 5, or in a fitting hole formed in the attachment plate 5. It is also possible to insert the barrel 61 and fix it with screws from the outside of the mounting plate 5.

図1Aに示される例では、この熱伝導抑制部材がバレル61に形成されている。バレル61はその中心部に貫通孔が形成され、造形材料供給孔61aが形成されている。この造形材料供給孔61aは、吐出ヘッド1の流路11と連結するように形成されている。バレル61が熱伝導抑制部材で形成されていることによって、例えばバレル61の吐出ヘッド1側の端部に熱が伝わったとしても、その熱はバレル61の吐出ヘッド1と反対側への伝導は抑制され、バレル全体の温度が上昇することは抑制される。その結果、造形材料であるフィラメント91がバレル61の入り口で軟化することはなく、スムーズにフィラメント91を送り込める。   In the example shown in FIG. 1A, this heat conduction suppressing member is formed on the barrel 61. The barrel 61 has a through-hole formed at the center thereof, and a modeling material supply hole 61a is formed. The modeling material supply hole 61 a is formed so as to be connected to the flow path 11 of the ejection head 1. Since the barrel 61 is formed of a heat conduction suppressing member, for example, even if heat is transmitted to the end portion of the barrel 61 on the discharge head 1 side, the heat is transmitted to the opposite side of the barrel 61 from the discharge head 1. It is suppressed and the temperature rise of the whole barrel is suppressed. As a result, the filament 91, which is a modeling material, is not softened at the entrance of the barrel 61, and the filament 91 can be smoothly fed.

図1Aに示される実施形態では、断熱スペーサ3が吐出ヘッド(流路構造体)1と取付板5との間に挿入され、その断熱スペーサ3も前述の熱伝導抑制部材で形成されている。この断熱スペーサ3が吐出ヘッド1と取付板5との間に設けられることによって、一番温度が高くなる吐出ヘッド1の熱のバレル61側への伝導が抑制されるので、最も効果的である。すなわち、バレル61の加熱を抑制できるだけでなく、吐出ヘッド1の熱を逃がさないで、吐出ヘッド1の内部の流路11内の軟化した造形材料92aの加熱に有効に利用されるからである。図1Aに示される例では、バレル61と断熱スペーサ3との両方が熱伝導抑制部材で形成されているが、この両方がこの材料で形成される必要はなく、いずれか一方のみでもよい。   In the embodiment shown in FIG. 1A, the heat insulating spacer 3 is inserted between the ejection head (flow channel structure) 1 and the mounting plate 5, and the heat insulating spacer 3 is also formed of the above-described heat conduction suppressing member. Since the heat insulating spacer 3 is provided between the ejection head 1 and the mounting plate 5, conduction of heat from the ejection head 1 having the highest temperature to the barrel 61 side is suppressed, which is most effective. . That is, not only can the heating of the barrel 61 be suppressed, but the heat of the discharge head 1 is not released, and the heat is effectively used for heating the soft modeling material 92 a in the flow path 11 inside the discharge head 1. In the example shown in FIG. 1A, both the barrel 61 and the heat insulating spacer 3 are formed of the heat conduction suppressing member, but both of them need not be formed of this material, and only one of them may be used.

また、断熱スペーサ3そのものが無くてもよい。バレル61の熱伝導率が小さければ、吐出ヘッド1側の温度が上昇していても、バレル61のフィラメント91の供給側の温度上昇が抑制され、フィラメント91の軟化という問題は生じにくいと考えられる。一方、これら以外に熱伝導抑制部材が介在されてもよい。例えば取付板5として、従来から金属材料が用いられているが、この取付板5も熱伝導抑制部材により形成されてもよい。前述のように、フッ素金雲母や、ホウケイ酸ガラスなどのマシナブルセラミックスや、ジルコニアなどのエンジニアリングセラミックスは加工することができるので、ネジ孔程度は容易に形成され得る。その結果、吐出ヘッド1で発生した熱を殆ど吐出ヘッド1の加熱に利用することができ、非常に熱効率が向上する。   Further, the heat insulating spacer 3 itself may be omitted. If the thermal conductivity of the barrel 61 is small, even if the temperature on the discharge head 1 side rises, the temperature rise on the supply side of the filament 91 of the barrel 61 is suppressed, and the problem of softening the filament 91 is unlikely to occur. . On the other hand, a heat conduction suppressing member may be interposed in addition to these. For example, a metal material has been conventionally used as the mounting plate 5, but this mounting plate 5 may also be formed of a heat conduction suppressing member. As described above, machinable ceramics such as fluorine phlogopite, borosilicate glass, and engineering ceramics such as zirconia can be processed, so that screw holes can be easily formed. As a result, most of the heat generated in the ejection head 1 can be used for heating the ejection head 1, and the thermal efficiency is greatly improved.

本実施形態の3Dプリンタ用ヘッドモジュール100は、図1Aに示されるように、吐出ヘッド1に取付板5やバレル61を含む造形材料供給部6と、その吐出ヘッド1の流路11の側面に設けられ、流路11内の軟化した造形材料92aを加熱する加熱ヘッド2とからなっている。   As shown in FIG. 1A, the 3D printer head module 100 according to the present embodiment includes a modeling material supply unit 6 including a mounting plate 5 and a barrel 61 in the discharge head 1, and a side surface of the flow path 11 of the discharge head 1. And a heating head 2 that heats the softened modeling material 92 a in the flow path 11.

すなわち、吐出ヘッド1は、例えば棒状の金属ブロックに流路11とする縦方向の貫通孔を形成し、その流路の少なくとも一壁面に加熱ヘッド2を貼り付ける構造にしてもよいし、図1Bに示される例のように、板状体1aに流路11の長さに合せた細長の貫通孔を形成し、その板状体1aの貫通孔が重なるように複数枚重ねて貫通孔の少なくとも一端部に加熱ヘッド2を設けることによって、流路11内の軟化した造形材料92aを加熱するように構成されてもよい。金属ブロックで形成する場合には、金属ブロックの流路11の一壁面を薄くするか、流路11が露出するようにして、加熱ヘッド2が設けられることが加熱効率を向上させ得るので好ましい。また板状体1aで形成する場合、図1Aに示される(図1Aでは、2枚の板状体重ねられ、図1Bの中心線での断面図が示されている)ように、貫通孔の両端部に加熱ヘッド2が形成されれば、流路11が形成されると共に充分に加熱され得るのでよいが、一端部だけに加熱ヘッド2が接合されてもよい。この場合には、貫通孔の他端部(流路11の他の側壁)は閉塞板で閉塞することで流路11が形成される。   That is, the discharge head 1 may have a structure in which, for example, a vertical through hole serving as the flow path 11 is formed in a rod-shaped metal block, and the heating head 2 is attached to at least one wall surface of the flow path. As shown in the example shown in FIG. 1, a plate-like body 1a is formed with an elongated through-hole that matches the length of the flow path 11, and a plurality of the through-holes are stacked so that the through-holes of the plate-like body 1a overlap. By providing the heating head 2 at one end portion, the softened modeling material 92a in the flow path 11 may be heated. In the case of forming with a metal block, it is preferable that the heating head 2 is provided such that one wall surface of the flow path 11 of the metal block is thinned or the flow path 11 is exposed because heating efficiency can be improved. Further, when the plate-like body 1a is formed, as shown in FIG. 1A (in FIG. 1A, two plate-like bodies are overlapped and a sectional view taken along the center line of FIG. 1B is shown), If the heating head 2 is formed at both ends, the flow path 11 is formed and the heating head 2 may be sufficiently heated. However, the heating head 2 may be bonded only to one end. In this case, the flow path 11 is formed by closing the other end of the through hole (the other side wall of the flow path 11) with the closing plate.

さらに詳細に説明すると、図1Bに示されるような板状体1aが用いられる。この板状体1aは、例えば厚さが1mm程度で、幅Wが4mm程度、長さHが20mm程度の板状体に、幅Lが2mm程度の流路11とする貫通孔が形成され、その先端部は流路11と連通するように、幅Mが0.3mm程度で深さが0.15mm程度の吐出部12とする溝が形成されている。この板状体1aは、吐出部12の先端からの長さJが13mm程度の位置Pで折り曲げられ、流路11(吐出部12)と反対側の端部は取付部15とされる。この取付部15には、取付用の孔16がφ2.2mm程度の大きさで形成され、図1Aに示される取付板5などに図示しないネジなどによって取り付けられるようになっている。なお、図1Aに示される例では、取付部15と取付板5との間に断熱スペーサ3が挿入されている。この取付部15の長さKは6.8mm程度で形成されているが、そのうち1.8mm程度は折り曲げ部に費やされる。そのため、図示されていないが、折り曲げやすいように、1.8mm程度の幅で0.6mm程度の深さの溝が形成されている。これらの孔や溝はエッチングにより形成されるが、打抜き金型により外形の形成と共に同時に形成されてもよい。この場合、貫通孔は金型により形成され、溝はエッチングにより形成されてもよい。この例では、1個の流路11を形成する例であるが、この流路11を複数個並べてラインヘッドにする場合には、図1Bの幅Wを大きくして、大きくした方向に貫通孔を複数個配置することで形成し得る。   More specifically, a plate-like body 1a as shown in FIG. 1B is used. In this plate-like body 1a, for example, a through hole serving as a flow path 11 having a width L of about 2 mm is formed in a plate-like body having a thickness of about 1 mm, a width W of about 4 mm, and a length H of about 20 mm. A groove is formed as a discharge part 12 having a width M of about 0.3 mm and a depth of about 0.15 mm so that the tip part communicates with the flow path 11. This plate-like body 1a is bent at a position P where the length J from the tip of the discharge portion 12 is about 13 mm, and the end opposite to the flow path 11 (discharge portion 12) is the attachment portion 15. An attachment hole 16 is formed in the attachment portion 15 with a size of about φ2.2 mm, and is attached to the attachment plate 5 shown in FIG. In the example shown in FIG. 1A, the heat insulating spacer 3 is inserted between the mounting portion 15 and the mounting plate 5. The length K of the mounting portion 15 is formed at about 6.8 mm, of which about 1.8 mm is spent on the bent portion. Therefore, although not shown, a groove having a width of about 1.8 mm and a depth of about 0.6 mm is formed so as to be easily bent. These holes and grooves are formed by etching, but may be formed simultaneously with the formation of the outer shape by a punching die. In this case, the through hole may be formed by a mold, and the groove may be formed by etching. In this example, one flow path 11 is formed. However, when a plurality of the flow paths 11 are arranged to form a line head, the width W in FIG. It can be formed by arranging a plurality.

このような板状体1aが、例えば2枚の取付部15がそれぞれ反対方向に折り曲げられてから、流路11とする貫通孔などが一致するように重ねて接合されることにより吐出ヘッド1が形成されている。この板状体1aの貼り付けが、造形材料の高融点の材料を融解する温度、例えば300℃程度の高温に耐えるような銀ロウによりロウ付けされることで接合される。この場合、例えばステンレスなどからなる金属板同士の接合であるため、メタライズの必要はなく、直接シート状のロウ材またはリボン状のロウ材などを点在させてフラックスを塗布して重ねた上で加熱炉により融解させることによりロウ付けすることができる。なお、真空炉または還元雰囲気炉でロウ付けすることにより、フラックスが無くてもロウ付けすることができる。このようにして形成された吐出ヘッド1は、板状体1aに形成された縦長の貫通孔が流路11となるため、2枚の板状体1aが接合されても、貫通孔の両端は開放されているので、流路11の対向する2つの側面が開放している。その両面に、図1Aに示されるように、加熱ヘッド2が貼り付けられている。   Such a plate-like body 1a is joined, for example, after the two attachment portions 15 are bent in opposite directions, and then overlapped and joined so that the through holes serving as the flow paths 11 coincide. Is formed. Bonding of the plate-like body 1a is performed by brazing with a silver brazing material that can withstand a high melting point of the modeling material, for example, a high temperature of about 300 ° C. In this case, since metal plates made of, for example, stainless steel are joined together, there is no need for metallization, and a sheet-like brazing material or a ribbon-like brazing material is directly scattered and applied with a flux and stacked. It can be brazed by melting in a heating furnace. Note that brazing can be performed without flux by brazing in a vacuum furnace or a reducing atmosphere furnace. In the discharge head 1 formed in this way, the vertically long through holes formed in the plate-like body 1a serve as the flow path 11. Therefore, even if the two plate-like bodies 1a are joined, both ends of the through-holes are Since it is open, the two opposing side surfaces of the flow path 11 are open. As shown in FIG. 1A, the heating head 2 is attached to both surfaces.

図1Aに示される加熱ヘッド2の構造は、図2A〜2Cに示される構造で以下に説明される。この加熱ヘッド2の吐出ヘッド1との接合は、吐出ヘッド1が形成された後に吐出ヘッド1と加熱ヘッド2とが接合されてもよいし、板状体1aを重ねて加熱ヘッド2と同時にロウ付けされてもよい。   The structure of the heating head 2 shown in FIG. 1A will be described below with the structure shown in FIGS. The heating head 2 may be joined to the ejection head 1 after the ejection head 1 is formed, and the ejection head 1 and the heating head 2 may be joined. It may be attached.

加熱ヘッド2は、図2A〜2Cに示されるように、絶縁基板21の一面に発熱抵抗体22などが形成され、その表面にカバー部材26が形成されているが、露出面としては絶縁基板21の他面(裏面)の方が平坦であること、絶縁基板21の方が、厚さが厚いので、温度が均一になりやすい(発熱抵抗体22の温度が一番高いが、その影響を受けにくい)こと、という点で絶縁基板21の他面側を吐出ヘッド1側にすることが好ましい。その構造にすることにより、前述のように、絶縁基板21の他面側に予めメタライズ21aを形成することによってロウ付けされ得る。   2A to 2C, the heating head 2 has a heating resistor 22 and the like formed on one surface of the insulating substrate 21, and a cover member 26 formed on the surface thereof. The exposed surface of the heating head 2 is the insulating substrate 21. Since the other surface (back surface) is flatter and the insulating substrate 21 is thicker, the temperature tends to be uniform (the temperature of the heating resistor 22 is the highest, but is affected by this). It is preferable that the other surface side of the insulating substrate 21 is set to the ejection head 1 side. With this structure, as described above, the metallization 21a can be brazed in advance on the other surface side of the insulating substrate 21.

さらに詳細に説明すると、加熱ヘッド2は、例えば図2A〜2Cにその一例のカバー部材26(図2B参照)を除去した平面図と、カバー部材26が設けられた側面図と、底面図(裏面)がそれぞれ示されるように形成されている。加熱ヘッド2は、例えば図2A〜2Cに示されるように、絶縁基板21の一面に、絶縁基板21を加熱する発熱抵抗体22が形成されている。その発熱抵抗体22には、その長手方向に電流を流すための電極23が発熱抵抗体22の両端部に接続して形成され、その端部は絶縁基板21の端部に形成されているスルーホールを介して、絶縁基板21の裏面まで延びる電極端子23aになっている。絶縁基板21の裏面に導出されることによりリード27の接続が容易になるが、必ずしもそうする必要はない。図2Aに示される例では、さらに、第2の発熱抵抗体22aが吐出部12側となる方向の半分くらいの長さに形成されている。吐出部12側の温度を高くして吐出しやすくすると共に、造形材料91の供給口13(図1B参照)側ではあまり温度が上昇しないようにするためである。しかし、発熱抵抗体22の配置や形状はこの例には限定されず、種々の形状に形成され得る。要は、吐出部12側の温度が造形材料供給口13側よりも高くなるように形成されることが好ましい。また、発熱抵抗体22の近傍に温度測定用抵抗体24が形成されている。   More specifically, the heating head 2 includes, for example, a plan view in which the cover member 26 (see FIG. 2B) of the example is removed in FIGS. 2A to 2C, a side view in which the cover member 26 is provided, and a bottom view (back surface). ) Are formed as shown. In the heating head 2, for example, as illustrated in FIGS. 2A to 2C, a heating resistor 22 that heats the insulating substrate 21 is formed on one surface of the insulating substrate 21. The heating resistor 22 is formed with electrodes 23 for flowing a current in the longitudinal direction connected to both ends of the heating resistor 22, and the end thereof is formed at the end of the insulating substrate 21. The electrode terminal 23a extends to the back surface of the insulating substrate 21 through the hole. Leading out to the back surface of the insulating substrate 21 facilitates connection of the leads 27, but it is not always necessary to do so. In the example shown in FIG. 2A, the second heating resistor 22a is further formed to have a length that is about half of the direction of the discharge portion 12 side. This is because the temperature on the discharge unit 12 side is increased to facilitate discharge, and the temperature is not increased excessively on the supply port 13 (see FIG. 1B) side of the modeling material 91. However, the arrangement and shape of the heating resistor 22 are not limited to this example, and can be formed in various shapes. In short, it is preferable that the temperature on the discharge unit 12 side is higher than that on the modeling material supply port 13 side. Further, a temperature measuring resistor 24 is formed in the vicinity of the heating resistor 22.

この温度測定用抵抗体24には、例えば両端部およびその中間部のように、所定の場所の電気抵抗を測定するための測温用配線25を介して測温端子25aが形成されている。この測温端子25aも電極端子23aと同様に、絶縁基板21のスルーホールを介して絶縁基板21の裏面に導出されている。この発熱抵抗体22や温度測定用抵抗体24などの材料、形成方法なども前述の特許第5981079号公報などに記載されているのと同様の材料で、同様の方法により形成される。これらの上にカバー部材26(図2B参照)がガラス材またはセラミック基板などにより形成され、発熱抵抗体22などの表面が保護されている。また、図2Cに示されるように、発熱抵抗体22の電極端子23aや温度測定用抵抗体24の測温端子25aと接続して、セラミック基板21の裏面側で配線23b、25bを介してリード27と接続されている。この配線23b、25bは無くて、直接リード27が電極端子23aや測温端子25aに接続されてもよい。   A temperature measuring terminal 25a is formed on the temperature measuring resistor 24 via a temperature measuring wiring 25 for measuring the electrical resistance at a predetermined location, for example, at both ends and an intermediate portion thereof. The temperature measuring terminal 25a is also led out to the back surface of the insulating substrate 21 through the through hole of the insulating substrate 21, like the electrode terminal 23a. The materials such as the heating resistor 22 and the temperature measuring resistor 24, the formation method, and the like are the same as those described in the above-mentioned Japanese Patent No. 5987979 and formed by the same method. A cover member 26 (see FIG. 2B) is formed on these by a glass material or a ceramic substrate, and the surface of the heating resistor 22 and the like is protected. Further, as shown in FIG. 2C, the electrode terminal 23a of the heat generating resistor 22 and the temperature measuring terminal 25a of the temperature measuring resistor 24 are connected to lead on the back side of the ceramic substrate 21 via the wirings 23b and 25b. 27. The wires 23b and 25b are not provided, and the lead 27 may be directly connected to the electrode terminal 23a or the temperature measuring terminal 25a.

このリード27と配線23b、25bや端子23a、25aとの接続は、300℃以上の温度に対して耐熱性を有する無機導電接着剤などで接続される。また、造形材料吐出ヘッドを使用するには、発熱抵抗体22の駆動回路や、絶縁基板21の温度を測定する測定回路を含む制御手段が設けられ得る。制御手段は、発熱抵抗体22の電流を制御して、絶縁基板21の温度が所定の温度になるように駆動回路を制御するが、この制御も前述の特許第5981079号公報などに記載の方法で行われ得る。なお、図示されていないが、リード27と電極端子23aまたは測温端子25aなどとの接続部は、その接続部でリード27が折れないように保護部材で保護される。なお、図2Aでは、リード27は、その接続部が絶縁基板21の裏面側になるため、省略されている。   The lead 27 is connected to the wirings 23b and 25b and the terminals 23a and 25a by an inorganic conductive adhesive having heat resistance with respect to a temperature of 300 ° C. or higher. In order to use the modeling material discharge head, a control unit including a driving circuit for the heating resistor 22 and a measurement circuit for measuring the temperature of the insulating substrate 21 can be provided. The control means controls the drive circuit by controlling the current of the heating resistor 22 so that the temperature of the insulating substrate 21 becomes a predetermined temperature. This control is also the method described in the above-mentioned Japanese Patent No. 598799. Can be done at. Although not shown, the connecting portion between the lead 27 and the electrode terminal 23a or the temperature measuring terminal 25a is protected by a protective member so that the lead 27 does not break at the connecting portion. In FIG. 2A, the lead 27 is omitted because the connecting portion is on the back side of the insulating substrate 21.

本実施形態では、この加熱ヘッド2の絶縁基板21の裏面に、図2Cに示されるように、メタライズ21aが形成されている。このメタライズ21aは吐出ヘッド1と接合するための接合領域に形成されている。すなわち、吐出ヘッド1の流路11の対向する側面(貫通孔の両端面)が露出しており、その流路11の露出する部分にはメタライズが形成されていない。この部分にもメタライズが形成されても支障はないが、材料の無駄になるからである。吐出部12側の端部は、吐出部12が流路11よりも細くなるため、吐出ヘッド1の側面が一部残っているので、流路11は露出していない。そのため、その部分もロウ付けできるように絶縁基板21にメタライズ21aが形成され、メタライズ21aの部分がU字状になっている。なお、吐出部12側と反対側は、取付部15と当て付けで加熱ヘッド2が設けられるため、セラミック系、ガラス系、金属系などの無機接着剤などからなる封止材を塗布して固化することにより、取付部15と加熱ヘッド2とが接合されて、造形材料が流出しないようにされている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2C, a metallized 21 a is formed on the back surface of the insulating substrate 21 of the heating head 2. The metallized 21 a is formed in a joining region for joining with the ejection head 1. That is, the opposite side surfaces (both end surfaces of the through hole) of the flow path 11 of the discharge head 1 are exposed, and no metallization is formed on the exposed portion of the flow path 11. Even if metallization is formed in this portion, there is no problem, but the material is wasted. Since the discharge part 12 becomes thinner than the flow path 11 at the end part on the discharge part 12 side, a part of the side surface of the discharge head 1 remains, so the flow path 11 is not exposed. Therefore, the metallized 21a is formed on the insulating substrate 21 so that the part can be brazed, and the part of the metallized 21a is U-shaped. In addition, since the heating head 2 is provided on the side opposite to the discharge part 12 side by being attached to the attachment part 15, a sealing material made of an inorganic adhesive such as ceramic, glass or metal is applied and solidified. By doing so, the attachment part 15 and the heating head 2 are joined, and the modeling material is prevented from flowing out.

このメタライズ21aは、例えばAg、Pd、Ptなどを主成分とする材料をペースト状にして絶縁基板21の裏面のメタライズの形成場所に塗布して600〜800℃程度で焼成することにより形成される。発熱抵抗体22、温度測定用抵抗体24、電極23なども同様に、Ag、Pdなどを混合したペーストの塗布と焼成により形成されるので、どちらを先に行ってもよいが、同様の方法で形成され得る。メタライズを先に形成した方が、充分に高温で焼きつけられるし、発熱抵抗体22などの抵抗値の変動を防止するという観点から好ましい。   This metallized 21a is formed by applying a material mainly composed of Ag, Pd, Pt or the like to a metallized formation place on the back surface of the insulating substrate 21 and baking it at about 600 to 800 ° C., for example. . Similarly, the heating resistor 22, the temperature measuring resistor 24, the electrode 23, and the like are formed by applying and baking a paste in which Ag, Pd, or the like is mixed. Can be formed. Forming the metallized first is preferable from the viewpoint of baking at a sufficiently high temperature and preventing the resistance value of the heating resistor 22 from fluctuating.

このようにメタライズされた絶縁基板21を有する加熱ヘッド2と吐出ヘッド1との間にシート状もしくはワイヤ状にし、または塗布し得るようにペースト状にした銀ロウ(例えば前述のJIS規格BAg−7を主成分とする銀ロウ)を挟んで重ねて700℃程度に加熱し、フラックスで表面を活性化させることにより、ロウ付けがなされる。ロウ材は、このようなロウ材を用いなくても、吐出ヘッド1のロウ付け部または絶縁基板21のメタライズ部分に銀メッキと銅メッキなどを施しておくことにより、重ねて温度を上昇させるだけで、両金属が合金化し、700℃程度で融解してロウ付けをすることができる。   A silver solder (for example, the above-mentioned JIS standard BAg-7 described above) that is formed into a sheet shape or a wire shape or a paste shape so that it can be applied between the heating head 2 having the metallized insulating substrate 21 and the discharge head 1. The brazing is carried out by heating the surface to about 700 ° C. with the silver brazing material having a main component of n. Even if such a brazing material is not used, the brazing portion of the discharge head 1 or the metallized portion of the insulating substrate 21 is subjected to silver plating, copper plating, etc., so that the temperature of the brazing material is simply raised. Thus, both metals can be alloyed and melted at about 700 ° C. for brazing.

図1Aに示される例では、吐出ヘッド1の流路11と直角方向に形成された貫通孔の両端部に加熱ヘッド2がそれぞれ設けられているが、加熱ヘッド2は一方の端部だけでもよい。その場合は、他方の端部に金属板が貼り付けられて閉塞板にされる。流路の一壁面とするためである。   In the example shown in FIG. 1A, the heating heads 2 are respectively provided at both ends of the through holes formed in the direction perpendicular to the flow path 11 of the ejection head 1, but the heating head 2 may be only at one end. . In that case, a metal plate is affixed to the other end portion to form a closing plate. This is because one wall surface of the flow path is used.

前述の吐出ヘッド1の取付部15が固定される取付板5は、例えばアルミニウムなどの3〜10mm厚程度の金属板からなっており、板状体の取付孔16を利用してネジなどによって取り付けられる。図1Aに示される例では、その間に断熱スペーサ3が挿入されている。この断熱スペーサ3は、前述の熱伝導抑制部材で形成されており、5〜10mm程度の厚さのものである。また、取付板5には前述のバレル61が取り付けられている。このバレル61の取付は、図に示されるようなネジ込みでなくても、嵌合孔に挿入して取付板5の横からネジで固定することもできる。   The mounting plate 5 to which the mounting portion 15 of the discharge head 1 is fixed is made of a metal plate having a thickness of about 3 to 10 mm, such as aluminum, and is attached by screws or the like using the mounting holes 16 of the plate-like body. It is done. In the example shown in FIG. 1A, a heat insulating spacer 3 is inserted therebetween. The heat insulating spacer 3 is formed of the above-described heat conduction suppressing member and has a thickness of about 5 to 10 mm. Further, the above-described barrel 61 is attached to the attachment plate 5. The attachment of the barrel 61 may be inserted into the fitting hole and fixed with screws from the side of the attachment plate 5 instead of being screwed as shown in the figure.

図3は、図1Aに示される3Dプリンタ用ヘッドモジュール100の変形例である。図3に示される3Dプリンタ用ヘッドモジュール101は、例えば厚さが0.2〜0.5mm厚程度の銅などの熱伝導の良い金属板、例えばステンレス板で吐出ヘッド1および加熱ヘッド2を取り囲むようにカバー4が形成されている。従って、ヘッドモジュールの外形が矩形であれば、カバー4の外形も矩形形状に形成され、ヘッドモジュールの外形が円形であれば、カバー4の外形も円形になる。このカバー4は底部側の端部が取付板5にビス止めされるか、バネ性をもたせた嵌め込みで固定される。取付板5に取り付けられる端部と反対側の端部は、吐出部12の周囲まで被覆するように伸びているが、吐出ヘッド1や加熱ヘッド2とは接触していない。   FIG. 3 is a modification of the 3D printer head module 100 shown in FIG. 1A. The 3D printer head module 101 shown in FIG. 3 surrounds the ejection head 1 and the heating head 2 with a metal plate having a good thermal conductivity such as copper having a thickness of about 0.2 to 0.5 mm, for example, a stainless steel plate. A cover 4 is formed as described above. Therefore, if the outer shape of the head module is rectangular, the outer shape of the cover 4 is also formed in a rectangular shape. If the outer shape of the head module is circular, the outer shape of the cover 4 is also circular. The cover 4 is fixed by screwing the end of the bottom side to the mounting plate 5 or by fitting with a spring property. The end opposite to the end attached to the attachment plate 5 extends so as to cover the periphery of the discharge unit 12, but is not in contact with the discharge head 1 or the heating head 2.

このカバー4は、取付板5側に伝導した熱を吐出部12側に戻す役目をすると共に、加熱ヘッド2から発せられる熱を外部にできるだけ逃がさないようにして、吐出ヘッド1の加熱に利用するものである。すなわち、このカバー4は、前述のように、熱伝導が良いため、取付板5に逃げた熱を吐出部12側に戻し、加熱ヘッド2の周囲の全体の温度を保持できるようになっている。   The cover 4 serves to return the heat conducted to the mounting plate 5 side to the discharge unit 12 side, and is used for heating the discharge head 1 so as not to let the heat generated from the heating head 2 escape to the outside as much as possible. Is. That is, since the cover 4 has good heat conduction as described above, the heat escaped to the mounting plate 5 can be returned to the discharge unit 12 side and the entire temperature around the heating head 2 can be maintained. .

また、本発明の立体造形物の造形方法は、図1に示されるような3Dプリンタ用ヘッドモジュールを形成し、そのモジュールを用いて立体造形物を形成することを含んでいる。   Moreover, the modeling method of the three-dimensional model | molding object of this invention includes forming the 3D printer head module as shown in FIG. 1, and forming a three-dimensional model | molding object using the module.

次に、本発明の3Dプリンタ用モジュール(ホットエンド)の他の実施形態を説明する。図4に本発明の別の実施形態である3Dプリンタ用モジュールを示す。3Dプリンタ用モジュールは、下端(図面下側)に融解した造形材料を吐出する吐出口111a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(吐出ヘッド)111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112aが形成された供給部を有するバレル(熱伝導抑制部材)112と、ノズル111の融解部の加熱手段である一対の加熱ヘッド113と、ノズル111に接して取り囲むように形成されているカバー(カバー部材)115と、カバー115に接してノズル111の吐出部を取り囲むように形成されている放熱板(放熱部材)114と、を備えている。また、3Dプリンタ用モジュールにおいて、ノズル111およびバレル112の内部には、供給口112aと吐出口111aとを直線に連通する通路117が形成されている。   Next, another embodiment of the 3D printer module (hot end) of the present invention will be described. FIG. 4 shows a 3D printer module according to another embodiment of the present invention. The 3D printer module includes a nozzle (discharge head) 111 having a discharge portion in which a discharge port 111a for discharging the melted modeling material is formed at the lower end (lower side of the drawing) and a melting portion for melting the modeling material, and an upper end ( A barrel (heat conduction suppressing member) 112 having a supply portion in which a supply port 112a of a filament (linear shaped material) is formed on the upper side of the drawing), and a pair of heating heads 113 as heating means for the melting portion of the nozzle 111; A cover (cover member) 115 formed so as to be in contact with and surrounding the nozzle 111, and a heat radiating plate (heat radiating member) 114 formed in contact with the cover 115 so as to surround the discharge portion of the nozzle 111. ing. In the 3D printer module, a passage 117 that communicates the supply port 112a and the discharge port 111a in a straight line is formed inside the nozzle 111 and the barrel 112.

バレル112は、円筒形状の外管1121と内管1122との2重構造になっており、供給部である外管1121の上端に形成された供給口112aから供給されたフィラメントをノズル111へと導く通路117が形成されている。外管1121の下部は、ノズル111の上部に螺合されている。   The barrel 112 has a double structure of a cylindrical outer tube 1121 and an inner tube 1122, and the filament supplied from the supply port 112 a formed at the upper end of the outer tube 1121 serving as a supply unit is supplied to the nozzle 111. A guide passage 117 is formed. The lower part of the outer tube 1121 is screwed into the upper part of the nozzle 111.

外管1121の中間部には、一対のスリット状(縦長)の開口1121aが対向して形成されている。また、外管1121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112aを構成する比較的小さな通路径とされている。外管1121の材質としては、金属等の高強度材料とすることが好ましい。例えば、SUS、アルミニウム、アルミニウム合金、真鍮、鉄、ニッケル、チタン等を用いることができる。なお、内管1122と外管1121とは、例えば無機接着剤等で固定してもよく、それぞれの材質の熱膨張率(線膨張率)に所定以上の差がある場合には、1点で固定するか或いは固定しなくてもよい。   A pair of slit-like (vertically long) openings 1121a are formed in the middle portion of the outer tube 1121 so as to face each other. Also, the inner diameter of the outer tube 1121 is formed to have a relatively large passage diameter upward from the lower end opening, and has a relatively small passage diameter constituting the supply port 112a at the upper end portion. The material of the outer tube 1121 is preferably a high strength material such as metal. For example, SUS, aluminum, aluminum alloy, brass, iron, nickel, titanium, or the like can be used. Note that the inner tube 1122 and the outer tube 1121 may be fixed with, for example, an inorganic adhesive or the like. If there is a predetermined difference or more in the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of each material, one point is used. It may or may not be fixed.

また、内管1122は、外管1121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117が形成された円筒形状とされている。内管1122の材質としては、外管1121との関係において、外管1121の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材質とするのが好ましい。内管1122としては、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、なかでも透明または半透明の石英ガラスとするのがより好ましい。透明または半透明の材質とすることにより、外管1121の開口1121aから通路117内を視認でき、通路117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。   The inner tube 1122 has an outer diameter that can be inserted from the lower end opening of the outer tube 1121, and has a cylindrical shape in which a passage 117 is formed in the length direction. The material of the inner tube 1122 is preferably a material having a thermal conductivity lower than that of the outer tube 1121 in relation to the outer tube 1121. The inner tube 1122 can be formed of a material having low thermal conductivity such as titanium alloy, engineering ceramics, machinable ceramics, quartz glass, borosilicate glass, polyimide resin, etc., among which transparent or translucent Quartz glass is more preferable. By using a transparent or translucent material, the inside of the passage 117 can be visually recognized from the opening 1121a of the outer tube 1121, and the state of the filament supplied into the passage 117 can be observed.

バレル112を、外管1121と、外管1121よりも熱伝導率の低い内管1122との2重構造としているので、また、外管1121に開口1121aを設けているので、ノズル111からの熱の伝播を効果的に抑制でき、バレル112の通路117内の温度を比較的低温に保つことができる。特に、外管1121の開口1121aが形成されている部分ではノズル111から供給口112a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1122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 112 has a double structure of the outer tube 1121 and the inner tube 1122 having a lower thermal conductivity than the outer tube 1121, and since the opening 1121a is provided in the outer tube 1121, the heat from the nozzle 111 Can be effectively suppressed, and the temperature in the passage 117 of the barrel 112 can be kept relatively low. In particular, the portion where the opening 1121a of the outer tube 1121 is formed functions as a heat insulating portion in which heat conduction from the nozzle 111 to the supply port 112a is suppressed. In this portion, the inner tube 1122 may have a thinner side surface and an opening in order to enhance its heat insulating function.

また、本実施形態ではバレル112を2重管としたが、これに代えて、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の単管とすることができる。なかでも、機械的強度の高い、チタン合金(例えば、64チタン)等の低熱伝導率の金属を用いるのがより好ましい。   In the present embodiment, the barrel 112 is a double pipe, but instead of this, a material having low thermal conductivity such as titanium alloy, engineering ceramics, machinable ceramics, quartz glass, borosilicate glass, polyimide resin, etc. Single tube. Among them, it is more preferable to use a metal having a high mechanical strength and a low thermal conductivity such as a titanium alloy (for example, 64 titanium).

なお、本実施形態では、バレル112において外管1121の中途部に一対の開口1121a、1121aを形成するようにしているが、これに代えて、外管1121の中途部全体を無くして、内管1122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 openings 1121a and 1121a are formed in the middle portion of the outer tube 1121 in the barrel 112. Instead, the entire middle portion of the outer tube 1121 is eliminated, and the inner tube The upper portion and the lower portion of 1122 may be separately covered with the upper outer tube and the lower outer tube.

ノズル111は、先端に吐出口111a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111a寄りに、一対の加熱ヘッド113、113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111の上部はバレル112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111の加熱ヘッド113、113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113、113からリード(線)1131が導出されている。   The nozzle 111 has a tapered discharge portion provided with a discharge port 111a at the tip, and a melted portion in which a pair of heating heads 113 and 113 are mounted facing the left and right direction near the discharge port 111a in the middle. Is formed. The upper portion of the nozzle 111 has a cylindrical shape that is thick to attach the barrel 112, the lower portion has a substantially prismatic cylinder shape (rectangular tube shape) that is cut from the left and right directions, and the tip portion is provided to be tapered. It has been. A portion of the nozzle 111 to which the heating heads 113 and 113 are attached is further provided with a flat portion cut out from the left and right sides, and leads (lines) 1131 are led out from the heating heads 113 and 113 attached to the flat portion. Has been.

ノズル111としては、バレル112よりも高い熱伝導率を有する材質(材料)とされ、金属を用いることができる。より具体的には、例えば、ステンレス、真鍮、鉄、銅、アルミニウム等を好ましく使用することができる。   The nozzle 111 is made of a material (material) having a higher thermal conductivity than the barrel 112, and a metal can be used. More specifically, for example, stainless steel, brass, iron, copper, aluminum and the like can be preferably used.

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を使用することができる。加熱ヘッドは、小型化、軽量化、高応答性の面で優れているので好ましい。図4に示される例での融解部であるノズル111の平面部に取付けられる加熱ヘッド113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113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111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 heating head in which a heating resistor layer is formed on an insulating substrate can be used. The heating head is preferable because it is excellent in miniaturization, weight reduction, and high responsiveness. The heating head 113 attached to the flat portion of the nozzle 111 which is the melting portion in the example shown in FIG. 4 includes, for example, a rectangular plate-like alumina zirconia ceramic substrate (insulating substrate) and a band-like shape formed on the surface of the insulating substrate. A thick heating resistor and two electrodes formed eccentrically at one end along the length direction of the insulating substrate so as to be connected to both ends of the heating resistor on the surface of the insulating substrate. . The surface of the heating resistor may be coated with a protective layer (dielectric layer) such as glass containing a filler. The heating head 113 is attached so that the surface of the insulating substrate on which the heating resistor is not formed faces the flat portion of the nozzle 111.

加熱ヘッド113は、ノズル111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また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113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113、113の発熱抵抗体を並列に接続するようにリード1131を引き出して制御するようにしてもよいし、加熱ヘッド113、113を別々に制御することもできる。さらに、加熱ヘッド113の絶縁基板上に複数の発熱抵抗体を上下に形成し、これらを共通にまたは別々に制御するようにしてもよい。   The heating head 113 may be divided into the length direction of the nozzle 111 (vertical direction in the drawing) and may be mounted with a plurality of heating heads, so that the heating heads can be controlled to have different temperatures or different heating / lowering patterns. It may be. Further, by adding an electrode in the middle (intermediate) of the heating resistor of the heating head 113 and pulling out another lead from this, it can be controlled separately as two heating resistors, or the two heating heads 113 can be controlled separately. , 113 may be controlled by pulling out the lead 1131 so that the heating resistors are connected in parallel, or the heating heads 113, 113 can be controlled separately. Furthermore, a plurality of heating resistors may be formed on the insulating substrate of the heating head 113 so as to be controlled in common or separately.

カバー115は、有底状の円筒状とされ、上部開口からノズル111が挿通され、底面に形成された開口から吐出口111aが形成されたノズル111の先端部(吐出部)を突出させて、ノズル111の側面全体を覆っている。カバー115の材質としては、加熱ヘッド113によって加熱されたノズル111の熱を内部に閉じ込めるとともに放熱板114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115は、ノズル111の熱を放熱板14へ伝導させる役割を果たすべく、ノズル111の上部の大きい外径部まで延設され、該外径部と接触または高熱伝導率材料を介してノズル111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115とノズル111および加熱ヘッド113との間には、断熱材を充填してもよい。なお、カバー115には、必要に応じて加熱ヘッド113に接続されているリード1131をカバー115の外部に導出するための貫通孔が形成される。   The cover 115 has a bottomed cylindrical shape, the nozzle 111 is inserted through the upper opening, and the tip (discharge portion) of the nozzle 111 where the discharge port 111a is formed protrudes from the opening formed on the bottom surface. The entire side surface of the nozzle 111 is covered. As a material of the cover 115, a material having high thermal conductivity is preferable in order to confine the heat of the nozzle 111 heated by the heating head 113 and transmit the heat to the heat radiating plate 114. For example, aluminum, stainless steel and the like have good workability. Metal can be used. The cover 115 is extended to a large outer diameter portion on the upper portion of the nozzle 111 in order to conduct the heat of the nozzle 111 to the heat radiating plate 14, and is in contact with the outer diameter portion or via the high thermal conductivity material. Preferably, it is mounted in contact with at least a portion of. A heat insulating material may be filled between the cover 115 and the nozzle 111 and the heating head 113. The cover 115 is formed with a through hole for leading the lead 1131 connected to the heating head 113 to the outside of the cover 115 as necessary.

本発明の3Dプリンタ用モジュールにおける放熱部材(放熱板114)は、造形材料の融解のために加熱ヘッド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。放熱部材の形状は、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。放熱部のサイズおよび形状は、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、および造形速度等との関係で適宜決定され得る。   The heat dissipating member (heat dissipating plate 114) in the 3D printer module of the present invention suppresses conduction of excess heat supplied by the heating head to the side to which the modeling material is supplied for melting the modeling material. And the function of heating the region where the melted molding material is discharged. The shape of the heat radiating member can be, for example, a plate shape or a block shape, 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4に示される例では、放熱部材(放熱板114)は円盤状とされ、その中央部にはノズル111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114aが設けられている。放熱板114は、例えば4つのビス118によって、ノズル111の先端部を囲むようにカバー115の底面に取り付けられている。   In the example shown in FIG. 4, the heat radiating member (heat radiating plate 114) has a disc shape, and the tip portion (discharge portion) of the nozzle 111 is inserted into the center portion to protrude in the direction of discharging the modeling material. An opening 114a is provided. The heat radiating plate 114 is attached to the bottom surface of the cover 115 so as to surround the tip of the nozzle 111 with, for example, four screws 118.

放熱板114の形状、サイズおよび材質は、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114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114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114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114を設けた3Dプリンタ用モジュール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111a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 heat radiating plate 114 are appropriately determined in consideration of a desired heating temperature or the like in the region where the modeling material is discharged. The thickness dimension of the heat sink 114 can be, for example, about 0.1 to 3.0 mm, and the diameter of the heat sink 114 can be, for example, about 20 to 50 mm. The shape of the heat radiating plate 114 may be an arbitrary shape such as an elliptical shape or a polygonal shape. Further, if the moving direction during the modeling operation of the 3D printer module provided with the heat radiating plate 114 can be changed by a rotation mechanism or the like, a structure that protrudes only to a part of the periphery of the discharge port 111a may be used.

放熱板114の材質としては熱放射率が高いものが好ましく、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、放熱板114からの熱放射を効率よく行うために、例えば、放熱板114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114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114の下面に凹凸部等を設けることで、造形物表面と放熱板114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114の下面を平滑面としてもよい。   A material having a high thermal emissivity is preferable as the material of the heat sink 114. For example, ceramics such as silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride, and metals such as aluminum, copper, and stainless steel can be used. Further, in order to efficiently perform heat radiation from the heat sink 114, for example, by providing a plurality of dimples on the lower surface of the heat sink 114 or by roughening the surface, the area of the lower surface of the heat sink 114 is increased. Alternatively, blackening such as forming a graphite film on the surface of the lower surface may be performed, an oxide film may be formed, or these may be used in combination. Thus, by providing a concavo-convex portion or the like on the lower surface of the heat sink 114, there is an effect that air turbulence easily occurs between the surface of the molded object and the heat sink 114, and more effective heating of the surface of the molded object. It can be performed. Note that the lower surface of the heat sink 114 may be a smooth surface.

放熱板114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また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114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114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114の上面側(3Dプリンタ用モジュールの供給口112a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 heat sink 114. The heat insulating layer may be a structural layer other than that formed by applying or sticking a heat insulating material having a relatively low thermal conductivity. A structural thing is formed between the upper surface of the heat sink 114 and a plate-shaped body formed by providing a plate-shaped body (heat | fever reflecting plate) through the spacer on the upper surface of the heat sink 114, for example. Insulated spaces can be mentioned. Heat radiation to the upper surface side (the 3D printer module supply port 112a side) of the heat radiating plate 114 is suppressed by the heat insulating layer, and heat radiation to the lower surface side is efficiently performed.

1 吐出ヘッド
1a 板状体
2 加熱ヘッド
3 断熱スペーサ
4 カバー
5 取付板
6 造形材料供給部
61 バレル
11 流路
12 吐出部
13 造形材料供給口
15 取付部
16 取付孔
21 絶縁基板
22 発熱抵抗体
22a 第2の発熱抵抗体
23 電極
23a 電極端子
24 温度測定用抵抗体
25 測温用配線
25a 測温端子
26 カバー部材
27 リード
100、101 3Dプリンタ用ヘッドモジュール
111 吐出ヘッド(ノズル)
112 熱伝導抑制部材(バレル)
113 加熱ヘッド
114 放熱部材(放熱板)
115 カバー部材(カバー)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge head 1a Plate-shaped body 2 Heating head 3 Heat insulation spacer 4 Cover 5 Mounting plate 6 Modeling material supply part 61 Barrel 11 Flow path 12 Discharge part 13 Modeling material supply port 15 Mounting part 16 Mounting hole 21 Insulating substrate 22 Heating resistor 22a Second heating resistor 23 Electrode 23a Electrode terminal 24 Temperature measuring resistor 25 Temperature measuring wiring 25a Temperature measuring terminal 26 Cover member 27 Lead 100, 101 3D printer head module 111 Discharge head (nozzle)
112 Heat conduction suppression member (barrel)
113 Heating head 114 Heat radiating member (heat radiating plate)
115 Cover member (cover)

Claims (5)

加熱融解させられた造形材料を吐出する吐出口を有する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドの外面に取付けられて前記吐出ヘッド内に供給された前記造形材料を加熱する加熱ヘッドと、前記吐出ヘッドに、直接的、または間接的に接続され、前記吐出ヘッドに前記造形材料を供給するための造形材料供給口であって前記吐出口に連通する供給口を有する筒状部材と、前記吐出口を突出させるとともに前記加熱ヘッドを覆うように前記吐出ヘッドの周囲を取り囲んで取付けられたカバーと、を備える3Dプリンタ用ヘッドモジュールであって、
前記吐出ヘッドおよび前記カバーは、前記筒状部材よりも熱伝導率の高い材料からなり、前記カバーの上部内壁が前記吐出ヘッドの上部外壁と接触していることを特徴とする3Dプリンタ用ヘッドモジュール。
A discharge head having a discharge port for discharging the heated and melted modeling material, a heating head attached to the outer surface of the discharge head and heating the modeling material supplied into the discharge head, and the discharge head, A tubular member that is directly or indirectly connected and has a supply port that is a modeling material supply port for supplying the modeling material to the discharge head and communicates with the discharge port, and causes the discharge port to protrude. the head module 3D printer and a cover mounted surrounding the entire circumference of the discharge head to cover the heating head with,
Said discharge head and said cover is Ri Do material having a high thermal conductivity than said tubular member, for 3D printer top inner wall of the cover is characterized that you have contact with the upper outer wall of the discharge head Head module.
前記カバーと前記吐出口との間であって、前記カバーの下端部に取付けられ、前記カバーから伝導された熱の放散を行う放熱部材を備えていることを特徴とする請求項1に記載の3Dプリンタ用ヘッドモジュール。 Be between the cover and the discharge port, attached to the lower end of the cover, to claim 1, characterized in that it comprises a heat dissipating member for dissipating the heat conducted from the cover The head module for 3D printer as described. 前記筒状部材の材料が、マシナブルセラミックス、エンジニアリングセラミックス、ガラス、チタン合金、またはマシナブルセラミックス、エンジニアリングセラミックスもしくはガラスからなる内管を金属の外管で覆った複合材料であることを特徴とする請求項1または2に記載の3Dプリンタ用ヘッドモジュール。 The material of the cylindrical member is machinable ceramics, engineering ceramics, glass, titanium alloy, or a composite material in which an inner tube made of machinable ceramics, engineering ceramics, or glass is covered with a metal outer tube. The head module for 3D printer according to claim 1 or 2. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の3Dプリンタ用ヘッドモジュールを備えた3Dプリンタ。 A 3D printer comprising the 3D printer head module according to claim 1. 立体造形物の造形方法であって、請求項1〜3のいずれか1項に記載の3Dプリンタ用ヘッドモジュールおよび300℃以上の高温で軟化する造形材料を用いて立体造形物を形成することを含む立体造形物の造形方法。 It is a modeling method of a three-dimensional molded item, Comprising: Forming a three-dimensional molded item using the 3D printer head module of any one of Claims 1-3, and the modeling material softened at a high temperature of 300 degreeC or more. The modeling method of the three-dimensional molded object to include.
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