JP6550455B2 - Resin melt forming head and three-dimensional forming apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂熔融型造形ヘッド及びこの造形ヘッドを用いた三次元造形装置に関する。   The present invention relates to a resin fusion molding head and a three-dimensional molding apparatus using the molding head.

三次元設計データに基づいて造形物を製造する三次元造形装置が、例えば、特許文献1により知られている。このような三次元造形装置の方式としては、光造形法、粉末焼結法、インクジェット法、熔融樹脂押し出し造形法など、様々な方式が提案され、製品化されている。   For example, Patent Document 1 discloses a three-dimensional modeling apparatus that manufactures a three-dimensional object based on three-dimensional design data. As a system of such a three-dimensional-modeling apparatus, various systems, such as an optical modeling method, a powder sintering method, an inkjet method, a fusion resin extrusion molding method, are proposed, and are commercialized.

例えば、熔融樹脂押し出し造形法を採用した三次元造形装置では、造形物の材料となる熔融樹脂を吐出するための造形ヘッドを三次元移動機構上に搭載し、造形ヘッドを三次元方向に移動させて熔融樹脂を吐出しつつ熔融樹脂を積層させて造形物を得る。   For example, in a three-dimensional shaping apparatus employing a melt resin extrusion molding method, a shaping head for discharging a molten resin as a material of a shaped object is mounted on a three-dimensional moving mechanism, and the shaping head is moved in three dimensions. The molten resin is laminated while discharging the molten resin to obtain a shaped article.

このような三次元造形装置においては、樹脂を高温で熔かして造形ヘッド先端のノズルから押し出すため、ヘッド本体を加熱するヒータを備えている。   In such a three-dimensional modeling apparatus, a heater for heating the head body is provided in order to melt the resin at high temperature and push it out from the nozzle at the tip of the modeling head.

しかしながら、上記ヒータとヘッド本体では材質の熱膨張係数が異なるため、確実に固定すると使用の度に加熱と冷却が繰り返されヒーターにストレスが溜まり、ヘッド本体とヒータの間に空隙が生じてしまう為、破損しやすくなるという問題が発生する。   However, since the thermal expansion coefficient of the material is different between the heater and the main body of the head, heating and cooling will be repeated every time it is fixed because the heating and cooling are repeated and stress will be accumulated in the heater and a gap will be generated between the main body and the heater. , The problem of becoming easily broken occurs.

特許第4860769号公報Patent No. 4860769

本発明は、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a resin-fusion-type forming head which can uniformly heat the entire head and which is less likely to be damaged by a heater, and a three-dimensional forming apparatus using the head.

上述の目的を達成するため、本発明の樹脂熔融型造形ヘッドは、造形物の材料となる樹脂を保持する保持部及び該保持部と連通して形成され前記樹脂が熔融状態で吐出される吐出部を有するヘッド本体と、前記ヘッドの外周に配置されたヒータと、前記ヒータの外周に配置され、前記ヘッド本体の中心方向に付勢した状態で取り付けられた弾性体とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the resin fusion molding head of the present invention is formed by communicating with a holding portion for holding a resin as a material of a shaped object and the holding portion, and discharging the resin in a molten state A head main body having a head, a heater disposed on the outer periphery of the head, and an elastic body disposed on the outer periphery of the heater and attached in a state of being biased toward the center of the head main body Do.

また、本明細書において、「九十九折りの状態」または「九十九折りヒータ」の構造とは、後述する実施の形態で開示されている構造だけでなく、ヒータの伸びに対して空間的な受け皿や逃げ代を有する構造、言い換えれば、ヒータの伸びに対して余裕度のある構造をいう。   Further, in the present specification, the “ninety nine fold state” or the “ninety nine fold heater” structure is not limited to the structure disclosed in the embodiment described later, but also the space for the extension of the heater. This means a structure having a common receptacle and clearance, in other words, a structure having a margin for the extension of the heater.

また、本発明によれば、このような造形ヘッドを備えた三次元造形装置が提供される。   Moreover, according to the present invention, a three-dimensional modeling apparatus provided with such a modeling head is provided.

本発明によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the three-dimensional modeling apparatus which used the resin fusion type | mold formation head which can heat the whole head uniformly and which a heater does not damage easily, and this head.

第1の実施の形態に係る三次元造形装置に含まれる3Dプリンタ100の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing a schematic structure of 3D printer 100 contained in a three-dimensional fabrication device concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態に係る三次元造形装置の概略構成を示す正面図である。It is a front view which shows schematic structure of the three-dimensional modeling apparatus which concerns on 1st Embodiment. XYステージ12の構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of an XY stage 12; ドライバ300の構造の詳細について説明するブロック図である。FIG. 7 is a block diagram for explaining the details of the structure of a driver 300. カートリッジヒータ39を有する造形ヘッドの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a modeling head having a cartridge heater 39. 螺旋状ヒータ48を有する造形ヘッドの概略図である。FIG. 5 is a schematic view of a build head having a helical heater 48; 第1の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25の概略図である。It is the schematic of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 25 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25の製造方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing method of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 25 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25の製造方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing method of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 25 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25の一部断面図である。It is a partial cross section figure of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 25 which concerns on 1st Embodiment. 九十九折りヒータの他の例を示す概略図であり、(a)は正弦波型の例、(b)はヒータの折り曲げ部分の構造例である。It is the schematic which shows the other example of a ninety-nine fold heater, (a) is an example of a sine wave type, (b) is a structural example of the bending part of a heater. 第2の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド50の概略図である。It is the schematic of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 50 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド50の製造方法を説明する概略図である。It is a schematic diagram explaining the manufacturing method of resin fusion type fabrication head 50 concerning a 2nd embodiment. 第3の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド60の概略図である。It is the schematic of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 60 which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド60の製造方法を説明する概略図である。It is a schematic diagram explaining the manufacturing method of resin fusion type fabrication head 60 concerning a 3rd embodiment. 他の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド70の概略図である。It is the schematic of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 70 which concerns on other embodiment. 他の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド80の概略図である。It is the schematic of the resin fusion | melting type | mold shaping | molding head 80 which concerns on other embodiment. バネ体の他の構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the other structure of a spring body. バネ体のさらに他の構造を示す概略図であり、(a)は螺旋構造、(b)は九十九折り構造、(c)は組立状態を示す。It is the schematic which shows the other structure of a spring body, (a) is a helical structure, (b) is a ninety-nine fold structure, (c) shows an assembled state.

次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
(全体構成)
図1は、第1の実施の形態で用いる3Dプリンタ100の概略構成を示す斜視図である。3Dプリンタ100は、フレーム11と、XYステージ12と、造形ステージ13と、昇降テーブル14と、ガイドシャフト15とを備えている。
First Embodiment
(overall structure)
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a 3D printer 100 used in the first embodiment. The 3D printer 100 includes a frame 11, an XY stage 12, a modeling stage 13, an elevating table 14, and a guide shaft 15.

この3Dプリンタ100を制御する制御装置としてコンピュータ200が、この3Dプリンタ100に接続されている。また、3Dプリンタ100中の各種機構を駆動するためのドライバ300も、この3Dプリンタ100に接続されている。   A computer 200 is connected to the 3D printer 100 as a control device for controlling the 3D printer 100. In addition, a driver 300 for driving various mechanisms in the 3D printer 100 is also connected to the 3D printer 100.

(フレーム11)
フレーム11は、図1に示すように、例えば直方体の外形を有し、アルミニウム等の金属材料の枠組を備えている。このフレーム11の4つの角部に、例えば4本のガイドシャフト15が、図1のZ方向、すなわち造形ステージ10の平面に対し垂直な方向に延びるように形成されている。ガイドシャフト15は、後述するように昇降テーブル14を上下方向に移動させる方向を規定する直線状の部材である。ガイドシャフト15の本数は4本には限られず、昇降テーブル14を安定的に維持・移動させることができる本数に設定される。
(Frame 11)
As shown in FIG. 1, the frame 11 has, for example, a rectangular outer shape, and is provided with a framework of a metal material such as aluminum. At four corners of the frame 11, for example, four guide shafts 15 are formed to extend in the Z direction of FIG. 1, that is, in the direction perpendicular to the plane of the molding stage 10. The guide shaft 15 is a linear member which defines the direction in which the elevating table 14 is moved in the vertical direction as described later. The number of guide shafts 15 is not limited to four, and is set to a number that can stably maintain and move the lifting table 14.

(造形ステージ13)
造形ステージ13は、造形物Sが載置される台であり、後述する造形ヘッドから吐出される熱可塑性樹脂が堆積される台である。
(Modeling stage 13)
The modeling stage 13 is a stage on which the model S is placed, and is a stage on which a thermoplastic resin discharged from a modeling head described later is deposited.

(昇降テーブル14)
昇降テーブル14は、図1及び図2に示すように、その4つの角部においてガイドシャフト15を貫通させており、ガイドシャフト15の長手方向(Z方向)に沿って移動可能に構成されている。昇降テーブル14は、ガイドシャフト15と接触するローラ34,35を備えており、このローラ34,35がガイドシャフト15上と接触しつつ回動することで、昇降テーブル14はZ方向にスムーズに移動することが可能とされている。また、昇降テーブル14は、図2に示すように、モータMzの駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、上下方向に所定間隔(例えば0.1mmピッチ)で移動する。モータMzは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。
(Lifting table 14)
As shown in FIGS. 1 and 2, the elevating table 14 has the guide shaft 15 penetrating at its four corners, and is configured to be movable along the longitudinal direction (Z direction) of the guide shaft 15. . The lifting table 14 is provided with rollers 34 and 35 in contact with the guide shaft 15. The lifting table 14 moves smoothly in the Z direction by rotating while the rollers 34 and 35 are in contact with the guide shaft 15. It is possible to do. Further, as shown in FIG. 2, the lifting table 14 transmits a driving force of the motor Mz by a power transmission mechanism including a timing belt, a wire, a pulley and the like, whereby predetermined intervals (for example, 0.1 mm pitch) are vertically generated To move. The motor Mz is preferably, for example, a servomotor, a stepping motor, or the like.

(XYステージ12)
XYステージ12は、この昇降テーブル14の上面に載置されている。図3は、このXYステージ12の概略構成を示す斜視図である。XYステージ12は、枠体21と、Xガイドレール22と、Yガイドレール23と、リール24と、造形ヘッド25と、造形ヘッドホルダHを備えている。Xガイドレール22は、その両端がYガイドレール23に嵌め込まれ、Y方向に摺動自在に保持されている。リール24は、造形ヘッドホルダHに固定されており、造形ヘッドホルダHによって保持された造形ヘッド25の動きに追従してXY方向を移動する。造形物Sの材料となる熱可塑性樹脂は、径が3〜1.75mm程度の紐状の樹脂(フィラメント43)であり、通常リール24に捲かれた状態で保持されているが、造形時には後述する造形ヘッド25に設けられたモータ(エクストルーダ)によって造形ヘッド25内に送り込まれる。なお、リール24を造形ヘッドホルダHに固定せずに枠体21等に固定し、造形ヘッド25の動きに追従させない構成とすることもできる。また、フィラメント43を露出した状態で造形ヘッド25内に送り込まれる構成としたが、ガイド(例えば、チューブ、リングガイド等)を介在させて造形ヘッド25内に送り込むようにしても良い。
(XY stage 12)
The XY stage 12 is mounted on the upper surface of the lift table 14. FIG. 3 is a perspective view showing a schematic configuration of the XY stage 12. The XY stage 12 includes a frame 21, an X guide rail 22, a Y guide rail 23, a reel 24, a forming head 25, and a forming head holder H. Both ends of the X guide rail 22 are fitted into the Y guide rail 23 and held slidably in the Y direction. The reel 24 is fixed to the modeling head holder H, and moves in the X and Y directions following the movement of the modeling head 25 held by the modeling head holder H. The thermoplastic resin used as the material of the object S is a string-like resin (filament 43) having a diameter of about 3 to 1.75 mm, and is usually held in a state of being wound by the reel 24. The molding head 25 is fed into the molding head 25 by a motor (extruder) provided on the molding head 25. Alternatively, the reel 24 may be fixed to the frame 21 or the like without being fixed to the modeling head holder H, and the movement of the modeling head 25 may not be followed. Further, although the configuration is such that the filament 43 is fed into the forming head 25 in a state of being exposed, it may be fed into the forming head 25 with a guide (for example, a tube, a ring guide, etc.) interposed.

フィラメント43は、リール24からチューブTbを介して造形ヘッド25内に送り込まれる。造形ヘッド25は、造形ヘッドホルダHにより保持され、リール24と共にX,Yのガイドレール22,23に沿って移動可能に構成されている。また、図2及び図3では図示を省略するが、造形ヘッド25内には、フィラメント43をZ方向下方へ送り込むためのエクストルーダモータが配置される。造形ヘッド25は、XY平面内においては互いに一定の位置関係を保って造形ヘッドホルダHと共に移動可能とされていればよいが、XY平面においても、互いの位置関係が変更可能なように構成されていてもよい。   The filament 43 is fed from the reel 24 into the shaping head 25 via the tube Tb. The forming head 25 is held by the forming head holder H, and is configured to be movable along the X and Y guide rails 22 and 23 together with the reel 24. Further, although not shown in FIGS. 2 and 3, an extruder motor for feeding the filament 43 downward in the Z direction is disposed in the shaping head 25. The forming head 25 may move along with the forming head holder H while maintaining a fixed positional relationship with each other in the XY plane, but it is configured such that the positional relationship can be changed in the XY plane as well. It may be

なお、図2及び図3では図示を省略するが、造形ヘッド25をXYステージ12に対し移動させるためのモータMx、Myも、このXYステージ12上に設けられている。モータMx、Myは、例えば、サーボモータ、ステッピングモータなどが好適である。なお、この実施の形態では、説明の簡単化のため、造形ヘッドの数を1個としているが、2個以上の造形ヘッドを用いてもよい。なお、造形ヘッド25については、後に更に詳しく説明する。 Although not shown in FIGS. 2 and 3, a motor Mx for moving the shaped head 25 to the XY stage 12, My is also provided on the XY stage 12. The motors Mx and My are preferably servomotors, stepping motors, etc., for example. In this embodiment, although the number of modeling heads is one for simplification of explanation, two or more modeling heads may be used. The forming head 25 will be described in more detail later.

(ドライバ300)
次に、図4のブロック図を参照してドライバ300の構造の詳細について説明する。ドライバ300は、CPU301、フィラメント送り装置302、ヘッド制御装置303、電流スイッチ304、及びモータドライバ306を含んでいる。
(Driver 300)
Next, the structure of the driver 300 will be described in detail with reference to the block diagram of FIG. The driver 300 includes a CPU 301, a filament feeding device 302, a head control device 303, a current switch 304, and a motor driver 306.

CPU301は、コンピュータ200から入出力インタフェース307を介して各種信号を受信して、ドライバ300の全体の制御を行う。フィラメント送り装置302は、CPU301からの制御信号に従い、造形ヘッド25内のエクストルーダモータに対して、フィラメント43の造形ヘッド25に対する送り量(押し込み量又は退避量)を指令し制御する。   The CPU 301 receives various signals from the computer 200 via the input / output interface 307 and controls the entire driver 300. The filament feeding device 302 instructs and controls the feed amount (pushing amount or retracting amount) of the filament 43 with respect to the forming head 25 to the extruder motor in the forming head 25 according to the control signal from the CPU 301.

電流スイッチ304は、ヒータ31に流れる電流量を切換えるためのスイッチ回路である。電流スイッチ304のスイッチング状態が切り替わることにより、ヒータ31に流れる電流が増加又は減少し、これにより造形ヘッド25の温度が変化する。また、モータドライバ306は、CPU301からの制御信号に従い、モータMx、My、Mzを制御するためのパルス信号を発生させる。   The current switch 304 is a switch circuit for switching the amount of current flowing to the heater 31. By switching the switching state of the current switch 304, the current flowing to the heater 31 is increased or decreased, whereby the temperature of the modeling head 25 is changed. The motor driver 306 also generates pulse signals for controlling the motors Mx, My and Mz in accordance with the control signal from the CPU 301.

(造形方法)
次に、上記のように構成された3Dプリンタ100を用いて造形物Sを造形する方法について説明する。
(Forming method)
Next, a method of forming the object S using the 3D printer 100 configured as described above will be described.

まず、CPU301からの制御信号に従い、モータドライバ306は、モータMx、My、Mzを制御するためのパルス信号を発生する。該パルス信号によって、モータMzはその駆動力をタイミングベルト、ワイヤ、プーリ等からなる動力伝達機構により伝達することにより、昇降テーブル14をZ方向(上下方向)に移動させる。また、該パルス信号によって、モータMx、MyはXYステージ12に対して造形ヘッド25を所定位置に移動させる。   First, in accordance with a control signal from the CPU 301, the motor driver 306 generates pulse signals for controlling the motors Mx, My, Mz. The motor Mz moves the elevating table 14 in the Z direction (up and down direction) by transmitting the driving force by the power transmission mechanism including the timing belt, the wire, the pulley and the like by the pulse signal. Further, the motors Mx and My move the modeling head 25 to a predetermined position with respect to the XY stage 12 by the pulse signal.

一方、造形ヘッド25内に押し込まれたフィラメント43が造形ヘッド25に設けられたヒータにより加熱されると、フィラメント43は熔融し、造形ヘッド25の先端から外部に吐出される。   On the other hand, when the filament 43 pushed into the forming head 25 is heated by the heater provided in the forming head 25, the filament 43 is melted and discharged from the tip of the forming head 25 to the outside.

造形ヘッド25を上記手法により三次元の所定位置に移動させつつ、造形ステージ13に熔融樹脂を吐出し、熔融樹脂を積層させることによって、造形物Sを得る。 While moving the modeling head 25 to the three-dimensional predetermined position by the said method, molten resin is discharged on the modeling stage 13, and the fused resin is laminated | stacked, and the molded article S is obtained.

なお、上記実施形態では、造形ステージ13を固定し、昇降テーブル14をZ方向(上下方向)に移動させることによって造形ヘッド25をZ方向に移動させたが、昇降テーブル14のZ方向の位置を固定して造形ヘッド25のZ方向の位置を固定し、造形ステージ13をZ方向(上下方向)に移動させることによって、造形を行う構成とすることもできる。   In the above embodiment, the modeling stage 13 is fixed, and the elevating table 14 is moved in the Z direction (vertical direction) to move the modeling head 25 in the Z direction. However, the position of the elevating table 14 in the Z direction It is also possible to fix the position of the forming head 25 in the Z direction and move the forming stage 13 in the Z direction (vertical direction) to perform forming.

以下、本実施の形態に係る造形ヘッド25について更に詳しく説明する。 Hereinafter, the forming head 25 according to the present embodiment will be described in more detail.

(造形ヘッド)
図5は、カートリッジヒータ39を使用した従来の造形ヘッド30の概略図である。造形ヘッド30は、ヘッド本体41と、該ヘッド本体41内に設けられた樹脂保持部38と、該樹脂保持部38と連通して形成されている吐出部29と、ヘッド本体41の温度を変化させるためのカートリッジヒータ39と、ヘッド本体41の温度を測定するための温度センサ42とを備えている。
(Forming head)
FIG. 5 is a schematic view of a conventional shaping head 30 using a cartridge heater 39. The shaping head 30 changes the temperature of the head main body 41, the resin holding portion 38 provided in the head main body 41, the discharge portion 29 formed in communication with the resin holding portion 38, and the head main body 41. And a temperature sensor 42 for measuring the temperature of the head main body 41. As shown in FIG.

樹脂保持部38は、前述したフィラメント43が進入する部分であり、樹脂保持部38に進入した固体状態のフィラメント43がカートリッジヒータ39により加熱されると、フィラメント43は熔融し、熔融状態のフィラメント43が樹脂保持部38内に溜まり、更に吐出部29から外部に吐出される。   The resin holding portion 38 is a portion into which the filament 43 described above enters, and when the filament 43 in a solid state entering the resin holding portion 38 is heated by the cartridge heater 39, the filament 43 is melted and the filament 43 in a melted state Is accumulated in the resin holding portion 38 and is further discharged from the discharge portion 29 to the outside.

しかし、カートリッジヒータ39では、図5に示すように、ヘッド本体41内の非対称な箇所に配置されているのでヘッド内部の樹脂を均一に加熱することができない。   However, in the cartridge heater 39, as shown in FIG. 5, the resin in the head can not be uniformly heated because the cartridge heater 39 is disposed at an asymmetric location in the head main body 41.

そこで、図6に示すような構造を有する造形ヘッド40が用いられる。   Then, the modeling head 40 which has a structure as shown in FIG. 6 is used.

造形ヘッド40は、図5に示すカートリッジヒータ39の代わりに、螺旋状ヒータ48を用いたものである。この造形ヘッド40では、ヘッド本体46の外周にポリイミド等からなる絶縁シート47を介してヒータを螺旋状に巻き付けて螺旋状ヒータ48を構成したものである。   The forming head 40 uses a spiral heater 48 in place of the cartridge heater 39 shown in FIG. In the shaping head 40, the heater is spirally wound around the outer periphery of the head main body 46 via the insulating sheet 47 made of polyimide or the like to configure the spiral heater 48.

このようにヒータをヘッド本体46の外周に螺旋状に巻き付けることによって、ヒータがヘッド本体46の中心軸に対して対称に配置されるため、ヘッドの中心軸から見て等方的に加熱することができる。   By spirally winding the heater around the outer periphery of the head main body 46 in this manner, the heaters are disposed symmetrically with respect to the central axis of the head main body 46, so that heating isotropically as viewed from the central axis of the head. Can.

しかし、螺旋状ヒータ48を構成するヒータとヘッド本体46では材質の熱膨張係数が異なるため、確実に固定すると使用の度に加熱と冷却が繰り返されヒーターにストレスが溜まり、ヘッド本体とヒータの間に空隙が生じてしまう為、破損しやすくなるという問題が発生する。   However, since the thermal expansion coefficient of the material is different between the heater constituting the spiral heater 48 and the head main body 46, if it is fixed securely, heating and cooling are repeated every time of use, stress is accumulated in the heater, and between the head main body and heater Since the air gap is generated, the problem of becoming easy to damage occurs.

(樹脂熔融型造形ヘッド25)
上記課題を解決すべくなされた本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25に関して、図7〜図10に基づいて説明する。
(Resin melt molding head 25)
The resin fusion molding head 25 according to the present embodiment, which has been made to solve the above problems, will be described based on FIGS. 7 to 10.

図7及び図10に、本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25の構造を示す。この樹脂熔融型造形ヘッド25は、ヘッド本体28の外周に絶縁シート32(図10)を被覆し、さらにその上に、ヒータをヘッド軸方向(図中縦方向)に所定長さだけ距離を取りつつ反対方向に折り返すことを繰り返した九十九折り(つづらおり)の状態(以下、「縦方向九十九折り」と記す)で配置することにより縦方向九十九折りヒータ31を設け、さらにその外周に絶縁シート36を介して螺旋状の固定バネ体37を弾性的に付勢された状態で取り付けたものである。   FIG. 7 and FIG. 10 show the structure of the resin fusion molding head 25 according to the present embodiment. The resin fusion molding head 25 covers the outer periphery of the head main body 28 with the insulating sheet 32 (FIG. 10), and further takes a distance on the heater by a predetermined length in the head axial direction (vertical direction in the drawing). While arranging in the state of ninety-nine fold (separating) repeated repeatedly in the opposite direction (hereinafter referred to as "longitudinal ninety-nine fold"), the longitudinal direction ninety-nine fold heater 31 is provided, and further A helical fixed spring 37 is attached to the outer periphery of the helical fixed spring 37 via an insulating sheet 36 in an elastically biased state.

縦方向九十九折りヒータ31において、用いられるヒータの材質、厚み、長手方向の任意の箇所で切断した場合の断面形状、ヘッド軸方向への長さ(l)、折返し数(n)、ピッチ間隔(p)等は任意に設定することができる。例えば、ヒータの断面形状は、真円状、楕円状、矩形状等の任意の形状とすることができる。真円状の場合の径、矩形状の場合のアスペクト比も任意の値に設定することが可能である。
また、九十九折りヒータとしては、図11(a)に示すように、ヒータ33を正弦波(サインカーブ)型の形状とすることもでき、さらに、この正弦波のピッチも任意の値とすることができる。また、直線と半円形を組み合わせた形状としたり、矩形波の角の部分を丸くした形状とすることもできる。この場合、角の部分は、図11(b)に示すように、ヒータ33における角部のr1〜r4の径が全て同じになることが余裕度の点から最も好ましいが、それ以外の構造でも良い。さらに、ヘッド本体28の外周にヒータを1重だけでなく多重に巻く構成であっても良い。
このような九十九折りヒータは、伸び縮みに対する余裕度があるので、熱膨張があってもストレスが溜まりづらく、ヘッド本体とヒータの間に空隙が生じることがなく、破損し辛くなる。
In the longitudinal direction ninety-nine fold heater 31, the material and thickness of the heater used, the cross-sectional shape in the case of cutting at an arbitrary position in the longitudinal direction, the length in the head axial direction (l), the number of folds (n), the pitch The interval (p) or the like can be set arbitrarily. For example, the cross-sectional shape of the heater can be any shape such as a perfect circle, an ellipse, or a rectangle. The diameter in the case of a perfect circle and the aspect ratio in the case of a rectangular can also be set to arbitrary values.
In addition, as the ninety-nine fold heater, as shown in FIG. 11A, the heater 33 may be in the shape of a sine wave (sine curve), and the pitch of this sine wave may be any value. can do. In addition, the shape may be a combination of a straight line and a semicircular shape, or the corner portion of the rectangular wave may be rounded. In this case, as shown in FIG. 11 (b), it is most preferable from the viewpoint of the margin that all the diameters of r1 to r4 at the corner of the heater 33 are the same, but other structures good. Furthermore, the heater may be wound around the outer periphery of the head body 28 in a single layer or in multiple layers.
Such a ninety-nine fold heater has an allowance for expansion and contraction, so that stress does not easily build up even if there is thermal expansion, and a gap does not occur between the head body and the heater, making it difficult to break.

また、固定バネ体37は、SUS304、SUS631又はインコネル(Inconel(R))等、高耐熱のバネ材を用いることができる。
固定バネ体37のヘッド軸方向長さ(L)は、図7に示すように、縦方向九十九折ヒータ31のヘッド軸方向長さ(l)よりも大きくする。固定バネ体37の内径dは、ヘッド本体28の外径Dよりも小さく設定する。また、固定バネ体37の内径dは、ヘッド軸方向長さ(L)全体に渡って一定の値でも良いし、一部を異なる値にしたり、連続的に変化させたりしても良い。さらに、バネ体を構成する1本のバネの断面形状が真円状の場合の径や矩形状の場合のアスペクト比、厚みも任意の値に設定することができる。
In addition, as the fixed spring body 37, a highly heat-resistant spring material such as SUS304, SUS631 or Inconel (Inconel (R)) can be used.
The length (L) in the head axial direction of the fixed spring 37 is made larger than the length (l) in the head axial direction of the heater 39 in the longitudinal direction, as shown in FIG. The inner diameter d of the fixed spring 37 is set smaller than the outer diameter D of the head body 28. Further, the inner diameter d of the fixed spring 37 may be a constant value over the entire length (L) in the axial direction of the head, or a part may be made a different value or continuously changed. Furthermore, the diameter in the case where the cross-sectional shape of one spring constituting the spring body is a perfect circle, the aspect ratio in the case of a rectangular shape, and the thickness can also be set to arbitrary values.

また、固定バネ体37のピッチ間隔等は任意に設定することができる。ピッチ間隔は、ヘッド軸方向長さ(L)全体に渡って一定の値でも良いし、一部を異なる値にしたり、連続的に変化させたりしても良い。また、バネ体のヘッド軸方向に対する角度も任意の値に設定することが可能である。また、本実施の形態では、固定バネ体37の両端を開放端とし周方向に対する余裕度を確保したが、一方が固定されていても良い。固定バネ体37は、樹脂熔融型造形ヘッド25の最外周に設けることができる。   Moreover, the pitch interval etc. of the fixed spring 37 can be set arbitrarily. The pitch interval may be a constant value over the entire axial axial length (L), or may be a part of different values or may be changed continuously. In addition, the angle of the spring with respect to the head axis direction can be set to any value. Further, in the present embodiment, both ends of the fixed spring 37 are open ends to secure a margin with respect to the circumferential direction, but one may be fixed. The fixed spring body 37 can be provided on the outermost periphery of the resin melt-type molding head 25.

さらに、絶縁シート32,36は、ヒータによる加熱温度よりも約100℃以上耐熱温度が高いものを用いることが好ましく、例えば、ポリイミドフィルム、マイカフィルム、フッ素樹脂フィルム、ガラステープ、シリカテープ、アルミナテープ等の耐熱性、絶縁性に優れたものを用いることができる。また、絶縁シート32と絶縁シート36は、同一の材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い。   Furthermore, it is preferable to use the insulating sheets 32 and 36 having a heat resistance temperature higher by about 100 ° C. or more than the heating temperature by the heater. For example, a polyimide film, mica film, fluorine resin film, glass tape, silica tape, alumina tape And the like can be used. Moreover, the insulating sheet 32 and the insulating sheet 36 may use the same material, and may use different materials.

また、ヘッド本体28内には、図10に示すように、吐出部29と連通して樹脂保持部38が設けられ、かつ、ヘッド本体28の温度を測定するための温度センサ42が設置されている。   Further, as shown in FIG. 10, a resin holding portion 38 is provided in the head body 28 in communication with the discharge portion 29, and a temperature sensor 42 for measuring the temperature of the head body 28 is provided. There is.

樹脂保持部38は、フィラメント43が進入する部分である。また、図示していないが、ヘッド本体28内には、フィラメント43をZ方向下方へ送り込むためのエクストルーダモータが配置される。樹脂保持部38に進入した固体状態のフィラメント43が縦方向九十九折ヒータ31により加熱されると、フィラメント43は熔融し、熔融状態のフィラメント43が樹脂保持部38内で押し込まれた状態で吐出部29から外部に吐出される。   The resin holding portion 38 is a portion into which the filament 43 enters. Although not shown, an extruder motor for feeding the filament 43 downward in the Z direction is disposed in the head body 28. When the filament 43 in the solid state entering the resin holding portion 38 is heated by the heater 31 in the longitudinal direction, the filament 43 melts, and the filament 43 in a molten state is pressed in the resin holding portion 38 The ink is discharged from the discharge unit 29 to the outside.

また、樹脂の熔融を制御するため、ヘッド本体28の温度が縦方向九十九折りヒータ31及び温度センサ42を用いて制御される。このため、温度センサ42が樹脂保持部38の内壁近傍に配置される。温度センサ42は、ヘッド本体28内の所定箇所の温度を測定し、その測定結果をコンピュータ200に向けてフィードバックする。コンピュータ200は、このフィードバックされた結果に従って縦方向九十九折ヒータ31を制御する。造形ヘッド25のヘッド本体41は、熱伝導を良くするため、アルミ合金で作製されることが多い。   Further, in order to control the melting of the resin, the temperature of the head main body 28 is controlled by using the heater 31 and the temperature sensor 42 in the longitudinal direction. Therefore, the temperature sensor 42 is disposed in the vicinity of the inner wall of the resin holding portion 38. The temperature sensor 42 measures the temperature of a predetermined place in the head body 28 and feeds back the measurement result to the computer 200. The computer 200 controls the heater 99 in the longitudinal direction according to the feedback result. The head body 41 of the shaping head 25 is often made of an aluminum alloy in order to improve heat conduction.

(樹脂熔融型造形ヘッド25の製造方法)
樹脂熔融型造形ヘッド25は、以下の手順によって製造することができる。まず、図8に示すように、ヘッド本体28の外側に順に、絶縁シート32、縦方向九十九折りヒータ31、絶縁シート36を用意し、ヘッド本体28の外周に絶縁シート32を被覆した後、縦方向九十九折りヒータ31をその外周に沿って配置する(図9参照)。さらに、その表面に絶縁シート36を被覆した後、内径(d)がヘッド本体28の外径(D)よりも小さな固定バネ体37を用意する。この固定バネ体37の内径(d)をヘッド本体28の外径(D)よりも拡張した状態で、絶縁シート36が被覆されたヘッド本体28に被せる。これによって、縦方向九十九折りヒータ31は、固定バネ体37により中心に向かった弾性力で付勢され、支持される。
ここで、本明細書において「付勢」とは、中心方向に力が掛かっているが、固定されておらず、移動可能な状態をいう。
(Manufacturing method of resin melt-type molding head 25)
The resin melt forming head 25 can be manufactured by the following procedure. First, as shown in FIG. 8, the insulation sheet 32, the longitudinal direction ninety-nine fold heater 31 and the insulation sheet 36 are prepared in order on the outside of the head body 28, and the periphery of the head body 28 is covered with the insulation sheet 32. The longitudinal direction ninety-nine fold heater 31 is disposed along the outer periphery (see FIG. 9). Furthermore, after covering the surface with the insulating sheet 36, a fixed spring 37 having an inner diameter (d) smaller than the outer diameter (D) of the head main body 28 is prepared. In a state where the inner diameter (d) of the fixed spring body 37 is expanded than the outer diameter (D) of the head main body 28, the head main body 28 covered with the insulating sheet 36 is covered. As a result, the longitudinal direction ninety-nine fold heater 31 is biased and supported by the elastic force toward the center by the fixed spring 37.
Here, in the present specification, "biasing" refers to a state in which a force is applied in the central direction but is not fixed but can be moved.

(樹脂熔融型造形ヘッド25の作用・効果)
本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25では、ヘッド本体28の外周に、絶縁シート32を介して、ヒータをヘッド軸方向に所定長さだけ伸ばして反対方向に折り返すことを繰り返す縦方向九十九折りヒータ31を設けているので、使用の度に加熱が繰り返されても、ヒータが絶縁シート32の表面に沿って伸長するため、絶縁シート32との界面に隙間が生じにくい。しかも、その外側に配置されている固定バネ体37によって付勢されているため、ヒータが伸長する際に隙間が生じることが防止される。
(Function and effect of resin melt-type molding head 25)
In the resin fusion molding head 25 according to the present embodiment, the heater is extended by a predetermined length in the axial direction of the head and repeatedly folded back in the opposite direction on the outer periphery of the head main body 28 via the insulating sheet 32. Since the 19-fold heater 31 is provided, the heater extends along the surface of the insulating sheet 32 even if heating is repeated each time it is used, so that a gap does not easily occur at the interface with the insulating sheet 32. And since it is urged | biased by the fixed spring body 37 arrange | positioned on the outer side, it is prevented that a clearance gap arises, when a heater extends.

このため、従来の螺旋状ヒータとは異なり、熱によるストレスが溜まりにくく、ヒータが破損しにくくなる。   Therefore, unlike the conventional helical heater, it is difficult for stress due to heat to be accumulated, and the heater is less likely to be damaged.

従って、本実施の形態によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a resin-fusion-type forming head which can uniformly heat the entire head and which is less likely to be damaged by the heater, and a three-dimensional forming apparatus using this head.

[第2の実施の形態]
次に、図12及び図13を参照して、第2の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド及び三次元造形装置について説明する。この第2の実施の形態では、樹脂熔融型造形ヘッドの構成が第1の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第1の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図12及び図13において、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Next, with reference to FIG.12 and FIG.13, the resin fusion | melting type | mold shaping head which concerns on 2nd Embodiment, and a three-dimensional shaping apparatus are demonstrated. In the second embodiment, the configuration of the resin melt-typed molding head is different from that of the first embodiment. The other structure of the three-dimensional structure forming apparatus and the method of manufacturing the formed structure may be substantially the same as in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted. Further, in FIG. 12 and FIG. 13, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted below.

図12に、第2の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド50の構造を示す。この樹脂熔融型造形ヘッド50は、ヒータをヘッドの外周方向(図中横方向)に所定長さだけ延びつつ反対方向に折り返すことを繰り返す九十九折りの状態(以下、「横方向九十九折り」と記す)で配置することで横方向九十九折りヒータ51を設けた以外は、第1の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25と同様に形成されている。   FIG. 12 shows the structure of a resin melt molding head 50 according to the second embodiment. The resin-fusion-type molding head 50 has a ninety-nine-fold state in which the heater is repeatedly extended in the opposite direction while extending the heater by a predetermined length in the outer peripheral direction (horizontal direction in the drawing) It is formed in the same manner as the resin melt-type molding head 25 according to the first embodiment except that the heater 51 in the transverse direction is provided by arranging in a “fold” manner.

横方向九十九折りヒータ51において、用いられるヒータの材質、厚み、長手方向の任意の箇所で切断した場合の断面形状、ヘッド軸方向への長さ(l)、折返し数(n)、ピッチ間隔(p)等は任意に設定することができる。例えば、ヒータの断面形状は、真円状、楕円状、矩形状等の任意の形状とすることができる。真円状の場合の径、矩形状の場合のアスペクト比も任意の値に設定することが可能である。また、この横方向九十九折りヒータ1のヘッド軸方向長さ(l)は、固定バネ体37のヘッド軸方向長さ(L)よりも小さくなるように設定される。さらに、図13に示すように、隣接する九十九折り部52,53において、その折返し点52a及び53aはヘッド軸方向において同一位置ではなく、互いにずらした位置に配置される。
In the transverse direction ninety-nine fold heater 51, the material and thickness of the heater used, the cross-sectional shape when cut at an arbitrary position in the longitudinal direction, the length in the head axial direction (l), the number of turns (n), the pitch The interval (p) or the like can be set arbitrarily. For example, the cross-sectional shape of the heater can be any shape such as a perfect circle, an ellipse, or a rectangle. The diameter in the case of a perfect circle and the aspect ratio in the case of a rectangular can also be set to arbitrary values. Further, the transverse winding road heater 5 1 head axial length (l) is set to be smaller than the head axial length of the fixing spring member 37 (L). Further, as shown in FIG. 13, in the adjacent ninety-nine folds 52, 53, the turning points 52a and 53a are not located at the same position in the head axial direction but at mutually offset positions.

樹脂熔融型造形ヘッド50は、図13に示すように、ヘッド本体28の外側に順に、絶縁シート32、横方向九十九折ヒータ51、絶縁シート36を用意し、ヘッド本体28の外周に絶縁シート32を被覆した後、横方向九十九折ヒータ51をその外周に沿って配置する。さらに、その表面に絶縁シート36を被覆した後、内径(d)がヘッド本体28の外径(D)よりも小さな固定バネ体37を用意し、その内径(d)をヘッド本体28の外径(D)よりも拡張した状態で、絶縁シート36が被覆されたヘッド本体28に被せる。これによって、横方向九十九折りヒータ51は、固定バネ体37により中心に向かった弾性力で付勢され、支持される。   As shown in FIG. 13, the resin-fusion-type molding head 50 prepares an insulating sheet 32, a transverse direction ninety-nine heater 51, and an insulating sheet 36 in this order on the outside of the head main body 28. After covering the sheet 32, the transverse direction ninety-nine heater 51 is disposed along the periphery thereof. Furthermore, after covering the surface with the insulating sheet 36, a fixed spring 37 having an inner diameter (d) smaller than the outer diameter (D) of the head main body 28 is prepared, and the inner diameter (d) is made the outer diameter of the head main body 28 In the state expanded more than (D), the insulating sheet 36 is put on the head main body 28 covered. As a result, the transverse direction ninety-nine fold heater 51 is biased and supported by the elastic force toward the center by the fixed spring body 37.

本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド50では、ヘッド本体28の外周に、絶縁シート32を介して、ヒータをヘッドの外周方向に所定長さだけ延びつつ反対方向に折り返すことを繰り返す横方向九十九折りヒータ51を設けているので、使用の度に加熱が繰り返されても、ヒータが絶縁シート32の表面に沿って伸長するため、絶縁シート32との界面に隙間が生じにくい。しかも、その外側に配置されている固定バネ体37によって加圧されているため、ヒータが伸長する際に隙間が生じることが防止される。   In the resin-fusion-type molding head 50 according to the present embodiment, the heater is repeatedly extended in the opposite direction while being extended by a predetermined length in the outer peripheral direction of the head via the insulating sheet 32 in the lateral direction. Since the ninety-nine fold heater 51 is provided, the heater extends along the surface of the insulating sheet 32 even if heating is repeated each time it is used, so that a gap does not easily occur at the interface with the insulating sheet 32. And since it is pressurized by the fixed spring body 37 arrange | positioned on the outer side, it is prevented that a clearance gap arises when a heater expand | extends.

さらに、隣接する九十九折り部52の折返し点52aと九十九折り部53の折返し点53aはヘッド軸方向において同一位置ではなく、互いにずらした位置に配置されているので、ヒータが熱により伸長しても接触してショートすることがない。   Furthermore, since the turn-back point 52a of the adjacent ninety-nine fold portion 52 and the turn-back point 53a of the ninety-nine fold portion 53 are not located at the same position in the head axial direction, they are offset from each other. There is no contact and short circuit even if it is extended.

以上のことにより、従来の螺旋状ヒータとは異なり、熱によるストレスが溜まりにくく、ヒータが破損しにくくなる。   By the above, unlike the conventional helical heater, stress due to heat is less likely to be accumulated, and the heater is less likely to be damaged.

従って、本実施の形態によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a resin-fusion-type forming head which can uniformly heat the entire head and which is less likely to be damaged by the heater, and a three-dimensional forming apparatus using this head.

[第3の実施の形態]
次に、図14及び図15を参照して、第3の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド及び三次元造形装置について説明する。この第3の実施の形態では、樹脂熔融型造形ヘッドの構成が第1の実施の形態とは異なっている。それ以外の三次元造形装置の構造、及び造形物の製造方法は第1の実施の形態と略同一で良いので、その説明は省略する。また、図14及び図15において、第1の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付し、以下ではその詳細な説明は省略する。
Third Embodiment
Next, with reference to FIG.14 and FIG.15, the resin fusion | melting type | mold shaping head which concerns on 3rd Embodiment, and a three-dimensional shaping apparatus are demonstrated. In the third embodiment, the configuration of the resin melt-typed molding head is different from that of the first embodiment. The other structure of the three-dimensional structure forming apparatus and the method of manufacturing the formed structure may be substantially the same as in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted. In FIGS. 14 and 15, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted below.

図14に、第3の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド60の構造を示す。この樹脂熔融型造形ヘッド60は、混合九十九折りヒータ61を設けた以外は、第1の実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド25と同様に形成されている。この混合九十九折りヒータ61は、第2の実施の形態で示した横方向九十九折りヒータの一部(横方向九十九折り部61a)と第1の実施の形態で示した縦方向九十九折りヒータの一部(縦方向九十九折り部61b)とを交互に組み合わせて構成されている。   FIG. 14 shows the structure of a resin melt forming head 60 according to the third embodiment. The resin-fusion-type molding head 60 is formed in the same manner as the resin-fusion-type molding head 25 according to the first embodiment except that the mixing ninety-nine fold heater 61 is provided. The mixed ninety-nine fold heater 61 is a part of the crosswise ninety nine fold heater shown in the second embodiment (the crosswise ninety nine fold portion 61a) and the vertical shown in the first embodiment. It is configured by alternately combining a part of the direction ninety-nine fold heater (longitudinal direction ninety-nine fold part 61b).

混合九十九折りヒータ61において、用いられるヒータの材質、厚み、長手方向の任意の箇所で切断した場合の断面形状、ヘッド軸方向への長さ(l)、折返し数(n)、ピッチ間隔(p)等は任意に設定することができる。例えば、ヒータの断面形状は、真円状、楕円状、矩形状等の任意の形状とすることができる。真円状の場合の径、矩形状の場合のアスペクト比も任意の値に設定することが可能である。また、この混合九十九折りヒータ61のヘッド軸方向長さ(l)は、固定バネ体37のヘッド軸方向長さ(L)よりも小さくなるように設定される。   In the mixed 99-fold heater 61, the material and thickness of the heater used, the cross-sectional shape in the case of cutting at an arbitrary position in the longitudinal direction, the length in the head axial direction (l), the number of turns (n), and the pitch interval (P) etc. can be set arbitrarily. For example, the cross-sectional shape of the heater can be any shape such as a perfect circle, an ellipse, or a rectangle. The diameter in the case of a perfect circle and the aspect ratio in the case of a rectangular can also be set to arbitrary values. Further, the length (l) in the head axial direction of the mixing 99-fold heater 61 is set to be smaller than the length (L) in the head axial direction of the fixed spring 37.

樹脂熔融型造形ヘッド60は、図15に示すように、ヘッド本体28の外側に順に、絶縁シート32、混合九十九折りヒータ61、絶縁シート36を用意し、ヘッド本体28の外周に絶縁シート32を被覆した後、混合九十九折りヒータ61をその外周に沿って配置する。さらに、その表面に絶縁シート36を被覆した後、内径(d)がヘッド本体28の外径(D)よりも小さな固定バネ体37を用意し、その内径(d)をヘッド本体28の外径(D)よりも拡張した状態で、絶縁シート36が被覆されたヘッド本体28に被せる。これによって、混合九十九折りヒータ61は、固定バネ体37により中心に向かった弾性力で付勢され、支持される。   As shown in FIG. 15, the resin-fusion-type molding head 60 prepares the insulating sheet 32, the mixed 99-fold heater 61, and the insulating sheet 36 in this order on the outer side of the head main body 28. After covering 32, the mixing ninety-nine fold heater 61 is placed along the outer periphery thereof. Furthermore, after covering the surface with the insulating sheet 36, a fixed spring 37 having an inner diameter (d) smaller than the outer diameter (D) of the head main body 28 is prepared, and the inner diameter (d) is made the outer diameter of the head main body 28 In the state expanded more than (D), the insulating sheet 36 is put on the head main body 28 covered. By this, the mixing 99-fold heater 61 is biased and supported by the elastic force toward the center by the fixed spring 37.

本実施の形態に係る樹脂熔融型造形ヘッド60では、ヘッド本体28の外周に、絶縁シート32を介して、混合九十九折りヒータ61を設けているので、使用の度に加熱が繰り返されても、ヒータが絶縁シート32の表面に沿って伸長するため、絶縁シート32との界面に隙間が生じにくい。しかも、その外側に配置されている固定バネ体37によって加圧されているため、ヒータが伸長する際に隙間が生じることが防止される。   In the resin melt-type molding head 60 according to the present embodiment, the mixing 99-fold heater 61 is provided on the outer periphery of the head main body 28 via the insulating sheet 32, so heating is repeated each time it is used. Also, since the heater extends along the surface of the insulating sheet 32, a gap does not easily occur at the interface with the insulating sheet 32. And since it is pressurized by the fixed spring body 37 arrange | positioned on the outer side, it is prevented that a clearance gap arises when a heater expand | extends.

以上のことにより、従来の螺旋状ヒータとは異なり、熱によるストレスが溜まりにくく、ヒータが破損しにくくなる。   By the above, unlike the conventional helical heater, stress due to heat is less likely to be accumulated, and the heater is less likely to be damaged.

従って、本実施の形態によれば、ヘッドの全体を均一に加熱できるとともにヒータが破損しにくい樹脂熔融型造形ヘッド及びこのヘッドを用いた三次元造形装置を提供することが可能になる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a resin-fusion-type forming head which can uniformly heat the entire head and which is less likely to be damaged by the heater, and a three-dimensional forming apparatus using this head.

[その他の実施の形態]
以上、各種実施の形態を説明したが、これらの実施の形態において、例えば以下のような変形、置換、追加等が可能である。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although various embodiments were described, the following modification, substitution, addition, etc. are possible in these embodiments, for example.

(1)上記実施の形態では、ヘッド本体28とヒータとの間、ヒータと固定バネ体37との間にそれぞれ絶縁シート32、36を介在させたが、ヒータの表面が絶縁被覆されたものを用いれば、ヘッド本体28や固定バネ体37とショートする虞もないため、絶縁シート32、36の片方又は両方を省略することもできる。 (1) In the above embodiment, the insulating sheets 32 and 36 are interposed between the head main body 28 and the heater, and between the heater and the fixed spring 37, but the surface of the heater is covered with an insulator. If used, there is no possibility of shorting with the head main body 28 or the fixed spring 37, so one or both of the insulating sheets 32, 36 can be omitted.

(2)上記実施の形態では、ヘッドを加熱するヒータとして縦、横及び混合九十九折りヒータの例を示したが、図16に示すように、ヘッド本体28の外周に絶縁シート32を介してヒータを多数の波型に形成したものを多重に巻き付けた波型ヒータ71を用い、さらにその外周に絶縁シート36を介して固定バネ体37を設けても良い。 (2) In the above embodiment, an example of the vertical, horizontal and mixed ninety-nine fold heater was shown as the heater for heating the head, but as shown in FIG. 16, the insulating sheet 32 is interposed around the head main body 28. It is also possible to use a corrugated heater 71 in which a large number of corrugated heaters are wound in multiple layers, and further, a fixed spring 37 is provided on the outer periphery of the corrugated heater 71 via an insulating sheet 36.

(3)また、図17に示すように、波型ヒータ71を用いる代わりに、スリット81を入れて伸びに対する余裕度を持たせたバンド状(帯状)ヒータ63を用いて加熱する構造としても良い。 (3) Also, as shown in FIG. 17, instead of using the wave-shaped heater 71, a structure may be used in which heating is performed using a band-shaped (strip-shaped) heater 63 having a slit 81 to allow room for elongation. .

(4)上記実施の形態では、絶縁シート32、36の固定に接着剤を用いない例を示したが、片方又は双方の固定に際して適宜接着剤を使用しても良い。 (4) Although the example which does not use an adhesive agent for fixation of the insulating sheets 32 and 36 was shown in the said embodiment, you may use an adhesive agent suitably in the case of fixation of one or both.

(5)上記実施の形態では、ヘッド本体の軸方向全体に渡って内径が同一の固定バネ体37を用いてヒータを付勢して支持したが、図18に示すように、中央部の内径が最も小さくなるような螺旋状バネ体90を用いても良い。この場合、螺旋状バネ体90を構成するバネ45の中央部の内径d1、端部の内径をd2、ヘッド本体28の外径をDとすると、d1<d2<Dの関係を満たすように設定される。また、バネ45として、SUS304、SUS631又はインコネル(Inconel(R))等の高耐熱の弾性体を用いても良い。 (5) In the above embodiment, the heater is supported by biasing using the fixed spring 37 having the same inner diameter throughout the axial direction of the head main body, but as shown in FIG. It is also possible to use a helical spring body 90 that minimizes. In this case, assuming that the inner diameter d1 of the central portion of the spring 45 constituting the helical spring 90, the inner diameter of the end portion is d2, and the outer diameter of the head body 28 is D, the relationship of d1 <d2 <D is satisfied. Be done. Further, as the spring 45, a high heat resistant elastic body such as SUS304, SUS631 or Inconel (R) may be used.

(6)上記実施の形態では、バネ形状として図19(a)に示すように、螺旋構造を有する固定バネ体37aを用いたが、他の構造であっても良いことは言うまでもない。例えば、図19(b)に示すように、九十九折り構造を有する固定バネ体37bを用いることもできる。九十九折り構造を有する固定バネ体37bも螺旋構造を有する固定バネ体37aと同様に、バネの自然径(内径)をdとすると、ヘッド本体28の外径Dよりも小さく設定され、その内径dをヘッド本体28の外径Dよりも拡張した状態で、絶縁シート36が被覆されたヘッド本体28に被せることによって組み立てられる。 (6) In the above embodiment, as shown in FIG. 19 (a) as the spring shape, the fixed spring 37a having a helical structure is used, but it goes without saying that other structures may be used. For example, as shown in FIG. 19 (b), a fixed spring 37b having a ninety-nine fold structure can also be used. Similarly to the fixed spring body 37a having the helical structure, the fixed spring body 37b having the ninety-nine fold structure is set to be smaller than the outer diameter D of the head main body 28 when the natural diameter (inner diameter) of the spring is d. In the state where the inner diameter d is expanded than the outer diameter D of the head main body 28, the insulating sheet 36 is assembled by covering the head main body 28 coated.

(7)以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 (7) While some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof as well as included in the scope and the gist of the invention.

1・・・基礎テーブル、11・・・フレーム、12・・・XYステージ、13・・・造形ステージ、14・・・昇降テーブル、15・・・ガイドシャフト、21・・・枠体、22・・・Xガイドレール、23・・・Yガイドレール、24・・・リール、25・・・樹脂熔融型造形ヘッド(造形ヘッド)、H・・・造形ヘッドホルダ、28・・・ヘッド本体、29・・・吐出部、30・・・造形ヘッド、31・・・縦方向九十九折りヒータ、32・・・絶縁シート、33・・・ヒータ、34、35・・・ローラ、36・・・絶縁シート、37・・・固定バネ体、37a・・・螺旋構造を有する固定バネ体、37b・・・九十九折り構造を有する固定バネ体、38・・・樹脂保持部、39・・・カートリッジヒータ、40・・・造形ヘッド、41・・・ヘッド本体、42・・・温度センサ、43・・・フィラメント、45・・・バネ体、46・・・ヘッド本体、47・・・絶縁シート、48・・・螺旋状ヒータ、50・・・樹脂熔融型造形ヘッド、51・・・横方向九十九折りヒータ、52・・・九十九折り部、52a・・・折返し点、53・・・九十九折り部、53a・・・折返し点、60・・・樹脂熔融型造形ヘッド、61・・・混合九十九折りヒータ、61a・・・横方向九十九折り部、61b・・・縦方向九十九折り部、63・・・バンド状(帯状)ヒータ、70・・・樹脂熔融型造形ヘッド、71・・・波型ヒータ、80・・・樹脂熔融型造形ヘッド、81・・・スリット、90・・・螺旋状バネ体、100・・・3Dプリンタ、200・・・コンピュータ、300・・・ドライバ、301・・・CPU、302・・・フィラメント送り装置、304・・・電流スイッチ、306・・・モータドライバ、307・・・インタフェース。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... base table, 11 ... frame, 12 ... XY stage, 13 ... modeling stage, 14 ... raising / lowering table, 15 ... guide shaft, 21 ... frame body, 22 · · X guide rail, 23 · · · Y guide rail, 24 · · · · · · · · · · · · 25 resin molding head (modeling head), H · · · · · · · · · · · head body, 29 ... Ejection part 30, 30 ... Modeling head, 31 ... Longitudinal 99-fold heater, 32 ... Insulation sheet, 33 ... Heater, 34, 35 ... Roller, 36 ... Insulating sheet 37: fixed spring body 37a: fixed spring body having a helical structure 37b: fixed spring body having a ninety-nine fold structure 38: resin holding portion 39: 39 Cartridge heater, 40 ... modeling head, 41 · · Head body, 42 · · · Temperature sensor, 43 · · · · · · · · · · · 45 spring body 46 head body 47 insulation sheet 48 spiral heater 50 · Resin melt-type molding head 51 · · · transverse direction ninety-nine fold heater, 52 · · · ninety-nine fold portion, 52a · · · return point, 53 · · · ninety-nine fold portion, 53a · · · 60: resin fusion type forming head, 61: mixed ninety-nine fold heater, 61a: transverse direction ninety nine fold part, 61b: longitudinal direction ninety nine fold part, 63 · · · Band-like (strip-like) heater, 70 · · · resin fusion molding head, 71 · · · wave heater, 80 · · · resin fusion molding head, 81 · · · slit, 90 · · · spiral spring Body 100 100 3D printer 200 computer 300 300 Driver, 301 ... CPU, 302 ... filament feeding device, 304 ... current switch, 306 ... motor driver, 307 ... interface.

Claims (14)

造形物の材料となる樹脂を保持する保持部及び該保持部と連通して形成され前記樹脂が融状態で吐出される吐出部を有する円筒状のヘッド本体と、
前記ヘッド本体の外周に配置されたヒータと、
前記ヒータの外周に前記ヒータの全体を覆うように配置され、前記ヘッド本体の中心方向に付勢した状態で取り付けられたらせん状の固定バネ体からなる弾性体と
を備えることを特徴とする樹脂融型造形ヘッド。
A cylindrical head body having a discharge portion to be discharged by the holding portion and the holding portion and the communication with said formed resin is molten state to hold the resin as a material for the shaped object,
A heater disposed on the outer periphery of the head body;
An elastic body formed of a spiral fixed spring body disposed on the outer periphery of the heater so as to cover the whole of the heater and attached in a state of being biased toward the center of the head main body; soluble Torugata shaped head.
前記弾性体の前記ヘッド本体の軸方向の長さは、前記ヒータの前記軸方向の長さよりも大きい、請求項1記載の樹脂溶融型造形ヘッド。   The resin melt molding head according to claim 1, wherein an axial length of the head body of the elastic body is larger than a length of the heater in the axial direction. 前記ヒータは九十九折りヒータであることを特徴とする請求項1記載の樹脂融型造形ヘッド。 The heater resin soluble Torugata shaped head according to claim 1, characterized in that the heater Ri meandering. 前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の軸方向に所定の長さだけ延び、周方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項3記載の樹脂融型造形ヘッド。 The winding road heater, the extending in the axial direction of the head main body by a predetermined length, the resin dissolved in claim 3, wherein the repeated folding back the opposite direction with a predetermined gap in the circumferential direction Fusion molding head. 前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の周方向に所定の長さだけ延び、軸方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項3記載の樹脂融型造形ヘッド。 The winding road heater, extends only circumferentially of the predetermined length of the head body, a resin soluble in claim 3, wherein the repeated folding back the opposite direction with a predetermined gap in the axial direction Fusion molding head. 前記九十九折りヒータは、複数の九十九折り部を備え、
前記周方向で隣接する2つの九十九折り部は、その折り返し部の前記軸方向の位置が互いに異なる、
請求項5記載の樹脂溶融型造形ヘッド。
The ninety-nine fold heater includes a plurality of ninety-nine fold portions,
In the two circumferentially adjacent ninety-nine folds, the positions in the axial direction of the folded back portions are different from each other.
The resin melt molding head according to claim 5.
前記ヘッド本体と前記ヒータの間に第1の絶縁シートを設けた請求項1に記載の樹脂融型造形ヘッド。 Resin soluble Torugata shaped head according to claim 1 provided with a first insulating sheet between the said head main body heater. 前記ヒータと前記弾性体の間に第2の絶縁シートを設けた請求項7記載の樹脂溶融型造形ヘッド。   The resin melt molding head according to claim 7, wherein a second insulating sheet is provided between the heater and the elastic body. 造形物が形成される造形ステージと、
前記造形ステージに対し前記造形物を形成するための融樹脂を吐出する樹脂融型造形ヘッドと
を備え、
前記樹脂融型造形ヘッドは、
造形物の材料となる樹脂を保持する保持部及び該保持部と連通して形成され前記樹脂が 融状態で吐出される吐出部を有する円筒状のヘッド本体と、
前記ヘッド本体の外周に配置されたヒータと、
前記ヒータの外周に前記ヒータの全体を覆うように配置され、前記ヘッド本体の中心方向に付勢した状態で取り付けられたらせん状の固定バネ体からなる弾性体と
を備えることを特徴とする三次元造形装置。
A modeling stage on which a model is formed;
And a resin soluble Torugata shaped head for ejecting molten resin for forming the molded object with respect to the modeling stage,
The resin soluble Torugata shaped head,
A cylindrical head body having a discharge portion to be discharged by the holding portion and the holding portion and the communication with said formed resin is molten state to hold the resin as a material for the shaped object,
A heater disposed on the outer periphery of the head body;
An elastic body comprising a helical fixed spring body disposed on the outer periphery of the heater so as to cover the whole of the heater and attached in a state of being biased toward the center of the head main body; Original modeling device.
前記ヒータは九十九折りヒータであることを特徴とする請求項9記載の三次元造形装置 。   The three-dimensional shaping apparatus according to claim 9, wherein the heater is a ninety-nine fold heater. 前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の軸方向に所定の長さだけ延び、周方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項10記載の三次元造形装置。   11. The three-dimensional sensor according to claim 10, wherein the ninety-nine fold heater extends a predetermined length in the axial direction of the head main body, repeats a predetermined gap in the circumferential direction, and turns back in the opposite direction. Modeling device. 前記九十九折りヒータは、前記ヘッド本体の周方向に所定の長さだけ延び、軸方向に所定の間隙を開け反対方向に折り返すことを繰り返したことを特徴とする請求項10記載の三次元造形装置。   11. The three-dimensional sensor according to claim 10, wherein the ninety-nine fold heater extends a predetermined length in the circumferential direction of the head main body, repeats a predetermined gap in the axial direction, and turns back in the opposite direction. Modeling device. 前記九十九折りヒータは、複数の九十九折り部を備え、
前記周方向で隣接する2つの九十九折り部は、その折り返し部の前記軸方向の位置が互いに異なる、請求項12記載の三次元造形装置。
The ninety-nine fold heater includes a plurality of ninety-nine fold portions,
The three-dimensional shaping apparatus according to claim 12, wherein the two axially-adjacent folded portions in the circumferential direction have different positions in the axial direction of the folded back portion.
前記ヘッド本体と前記ヒータの間に第1の絶縁シートを設け、
前記ヒータと前記弾性体の間に第2の絶縁シートを設けた
ことを特徴とする請求項9に記載の三次元造形装置。
Providing a first insulating sheet between the head body and the heater;
The 3D modeling apparatus according to claim 9, wherein a second insulating sheet is provided between the heater and the elastic body.
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