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.
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.
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
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
(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
(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
(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
(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
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
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
(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
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
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
(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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
In addition, as the ninety-nine fold heater, as shown in FIG. 11A, the
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
The length (L) in the head axial direction of the fixed
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
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
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
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
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
(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
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
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
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51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
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-
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-
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-
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
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
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-
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-
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
(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
(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
(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
(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
(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
(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 ...
Claims (14)
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溶融型造形ヘッド。 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.
前記造形ステージに対し前記造形物を形成するための溶融樹脂を吐出する樹脂溶融型造形ヘッドと
を備え、
前記樹脂溶融型造形ヘッドは、
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 溶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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