JP6837793B2 - Head mechanism in 3D modeling equipment - Google Patents

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本発明は、三次元造形装置におけるヘッド機構に関し、さらに詳細には、熱溶解積層法(FDM(Fused Deposition Modeling)法またはFFF(Fused Filament Fabrication)法とも称する。)により三次元造形物を作製する三次元造形装置におけるヘッド機構に関する。 The present invention relates to a head mechanism in a three-dimensional modeling apparatus, and more specifically, a three-dimensional model is produced by a fused deposition modeling method (FDM) or FFF (Fused Fused Fabrication) method. The present invention relates to a head mechanism in a three-dimensional modeling apparatus.

従来より、作成する三次元造形物の形状を表す三次元データに基づいて、熱溶解積層法、即ち、線状に加工した熱可塑性樹脂(本明細書においては、「線状に加工した熱可塑性樹脂」を、「フィラメント樹脂」と適宜に称する。)を溶解して積層することにより三次元造形物を作製する三次元造形装置が知られている。 Conventionally, based on three-dimensional data representing the shape of a three-dimensional model to be created, a fused deposition modeling method, that is, a linearly processed thermoplastic resin (in the present specification, "linearly processed thermoplastic" A three-dimensional modeling apparatus is known that produces a three-dimensional model by dissolving and laminating "resin", which is appropriately referred to as "filament resin").

こうした三次元造形装置は、そのヘッド機構として、外部から供給されたフィラメント樹脂を送り出す送出部と、送出部から送り出されたフィラメント樹脂を溶解して溶解樹脂を生成するヒーター部と、ヒーター部で生成された溶解樹脂を吐出するノズル部とを備えている。 Such a three-dimensional modeling device is generated by a delivery unit that sends out filament resin supplied from the outside, a heater unit that melts the filament resin sent out from the transmission unit to generate a molten resin, and a heater unit as its head mechanism. It is provided with a nozzle portion for discharging the melted resin.

ここで、ヒーター部は、図1に示すように、送出部から送り出されたフィラメント樹脂F1を導入するヒートブロック120と、ヒートブロック120を加熱して当該ヒートブロック120内に導入されるフィラメント樹脂を溶解するヒーター124とを有して構成されている。 Here, as shown in FIG. 1, the heater unit uses a heat block 120 for introducing the filament resin F1 sent out from the delivery unit and a filament resin for heating the heat block 120 and introducing the filament resin into the heat block 120. It is configured to have a heater 124 that melts.

また、ノズル部140は、図1に示すように、ヒートブロック120の開口部120aに直に接続されている。 Further, as shown in FIG. 1, the nozzle portion 140 is directly connected to the opening 120a of the heat block 120.

なお、符号F2は、ノズル部140から吐出された溶解樹脂である。 Reference numeral F2 is a molten resin discharged from the nozzle portion 140.

ところで、上記した従来の三次元造形装置におけるヘッド機構のノズル部140においては、ノズル部140の容量に見合う限られた量の溶解樹脂しかノズル部140内に導入できないため、ノズル部140から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量に制限があり、これが三次元造形装置における造形速度を高速化する際の隘路となっていたという問題点があった。 By the way, in the nozzle portion 140 of the head mechanism in the conventional three-dimensional modeling apparatus described above, since only a limited amount of dissolved resin corresponding to the capacity of the nozzle portion 140 can be introduced into the nozzle portion 140, the resin is discharged from the nozzle portion 140. There is a problem that there is a limit to the discharge speed and the discharge amount of the molten resin, which has become a barrier when increasing the molding speed in the three-dimensional modeling apparatus.

なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、本願明細書に記載すべき先行技術文献情報はない。 Since the prior art that the applicant of the present application knows at the time of filing the patent application is not an invention related to an invention known in the literature, there is no prior art document information to be described in the specification of the present application.

本発明は、従来の技術の有する上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三次元造形装置におけるヘッド機構の送出部、ヒーター部ならびにノズル部の既存の構成を変更することなく、三次元造形装置における造形速度を高速化することのできる三次元造形装置におけるヘッド機構を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is the existing transmission part, heater part, and nozzle part of the head mechanism in the three-dimensional modeling apparatus. It is an object of the present invention to provide a head mechanism in a three-dimensional modeling apparatus capable of increasing the modeling speed in the three-dimensional modeling apparatus without changing the configuration.

上記目的を達成するために、本発明は、熱溶解積層法によりフィラメント樹脂を溶解して吐出することにより三次元造形物を作製する三次元造形装置におけるヘッド機構において、フィラメント樹脂を引き込んで送り出す送出部と、上記送出部から送り出された上記フィラメント樹脂を溶解して溶解樹脂を生成するヒーター部と、上記ヒーター部で生成された溶解樹脂を吐出するノズル部とを有し、上記ヒーター部は、上記送出部から送り出された上記フィラメント樹脂を導入するヒートブロックと、上記ヒートブロックを加熱して上記ヒートブロック内に導入される上記フィラメント樹脂を溶解する熱源とを有し、上記ヒートブロックと上記ノズル部との間に、中空パイプ形状を備えたジョイント部を配設したものである。 In order to achieve the above object, the present invention draws in and sends out a filament resin in a head mechanism in a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional model by melting and discharging the filament resin by a fused deposition modeling method. The heater unit has a unit, a heater unit that melts the filament resin sent out from the delivery unit to generate a molten resin, and a nozzle unit that discharges the molten resin generated by the heater unit. It has a heat block for introducing the filament resin sent out from the delivery unit, and a heat source for heating the heat block and melting the filament resin introduced into the heat block, and the heat block and the nozzle. A joint portion having a hollow pipe shape is arranged between the portions.

また、本発明は、上記した本発明において、上記ジョイント部の外周にセラミック製の断熱材を被覆したものである。 Further, in the present invention described above, the present invention is obtained by coating the outer periphery of the joint portion with a ceramic heat insulating material.

本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形装置におけるヘッド機構の送出部、ヒーター部ならびにノズル部の既存の構成を変更することなく、三次元造形装置における造形速度を高速化することができるという優れた効果を奏するものである。 Since the present invention is configured as described above, the modeling speed in the three-dimensional modeling apparatus can be increased without changing the existing configurations of the transmission unit, the heater unit, and the nozzle unit of the head mechanism in the three-dimensional modeling apparatus. It has an excellent effect of being able to be transformed.

図1は、従来の三次元造形装置におけるヘッド機構のヒーター部およびノズル部の構成を示す概略断面説明図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view showing the configurations of a heater portion and a nozzle portion of a head mechanism in a conventional three-dimensional modeling apparatus. 図2は、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構の実施の形態の一例を備えた三次元造形装置の概略構成斜視説明図である。FIG. 2 is a schematic configuration perspective explanatory view of a three-dimensional modeling apparatus including an example of an embodiment of a head mechanism in the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention. 図3は、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構のヒーター部およびノズル部の構成を示す概略断面説明図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional explanatory view showing the configuration of the heater portion and the nozzle portion of the head mechanism in the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of the head mechanism in the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図2には、本発明による三次元造形装置におけるヘッド機構の実施の形態の一例を備えた三次元造形装置が示されている。 FIG. 2 shows a three-dimensional modeling apparatus including an example of an embodiment of the head mechanism in the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention.

この図2に示す三次元造形装置10は、筐体12内の底部に配置されたガイドレール14上に、XYZ直交座標系におけるY軸方向に移動自在に配設されて三次元造形物が積層されるテーブル16を備えている。 The three-dimensional modeling device 10 shown in FIG. 2 is movably arranged in the Y-axis direction in the XYZ Cartesian coordinate system on a guide rail 14 arranged at the bottom of the housing 12, and three-dimensional shaped objects are laminated. The table 16 is provided.

テーブル16の上方側には、X軸方向に平行に延長し、筐体12の左側面部12aと右側面部12bにその両端部をそれぞれ係止される一対のガイドレール18が配設されている。 On the upper side of the table 16, a pair of guide rails 18 extending parallel to the X-axis direction and having both ends locked to the left side surface portion 12a and the right side surface portion 12b of the housing 12 are arranged.

一対のガイドレール18には、移動部材22がX軸方向に沿って移動可能に支持されて配設されている。 A moving member 22 is movably supported and arranged along the X-axis direction on the pair of guide rails 18.

移動部材22のY軸方向前方側には、左側面部12aに穿設された孔12aaから筐体12内に引き込まれたフィラメント樹脂200を溶解して吐出するヘッド機構100が、ケース100a内に収納されてZ軸方向に移動自在に配設されている。 On the front side of the moving member 22 in the Y-axis direction, a head mechanism 100 that dissolves and discharges the filament resin 200 drawn into the housing 12 from the hole 12aa drilled in the left side surface portion 12a is housed in the case 100a. It is arranged so as to be movable in the Z-axis direction.

なお、この三次元造形装置10の全体の動作は、マイクロコンピューター(図示せず。)により制御される。 The overall operation of the three-dimensional modeling apparatus 10 is controlled by a microcomputer (not shown).

図2は、ケース100aを取り外したヘッド機構100のヒーター部およびノズル部の構成を示す概略断面説明図である。なお、図1に示す従来のヘッド機構のヒーター部およびノズル部と同一の構成については、図1において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その構成および作用の詳細な説明は省略する。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view showing the configuration of the heater portion and the nozzle portion of the head mechanism 100 from which the case 100a is removed. The same configuration as the heater portion and nozzle portion of the conventional head mechanism shown in FIG. 1 is shown by using the same reference numerals as those used in FIG. 1, and detailed description of the configuration and operation is omitted. To do.

ヒーター部は、送出部から送り出されたフィラメント樹脂200を導入するヒートブロック120と、ヒートブロック120を加熱して当該ヒートブロック120内に導入されるフィラメント樹脂200を溶解するヒーター124とを有して構成されている。 The heater unit has a heat block 120 for introducing the filament resin 200 sent out from the delivery unit, and a heater 124 for heating the heat block 120 and melting the filament resin 200 introduced into the heat block 120. It is configured.

ヒートブロック120の開口部120aには、中空パイプ形状を備えたジョイント部500の上方端部500aが連結されている。 An upper end portion 500a of a joint portion 500 having a hollow pipe shape is connected to the opening 120a of the heat block 120.

また、ジョイント部500の下方端部500bには、ノズル部140が連結されており、ジョイント部500を介してヒートブロック120の開口部120aとノズル部140とが連通している。 A nozzle portion 140 is connected to the lower end portion 500b of the joint portion 500, and the opening 120a of the heat block 120 and the nozzle portion 140 communicate with each other via the joint portion 500.

ヒートブロック120とノズル部140との間にジョイント部500を配設することにより、従来のヘッド機構と比較すると、ノズル部140の容量が実質的に増加し、これによりノズル部140に実質的に導入される溶解樹脂量も増加することになり、ノズル部140から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量を増加することができる。 By disposing the joint portion 500 between the heat block 120 and the nozzle portion 140, the capacity of the nozzle portion 140 is substantially increased as compared with the conventional head mechanism, whereby the nozzle portion 140 is substantially increased in capacity. The amount of the dissolved resin introduced will also increase, and the discharge rate and the discharge amount of the dissolved resin discharged from the nozzle unit 140 can be increased.

なお、上記したジョイント部500に関連する構成を除くヘッド機構100の構成、例えば、送出部などの構成は、従来のヘッド機構の構成と異なるところがないので、その構成ならびに作用の詳細な説明は省略する。 Since the configuration of the head mechanism 100 excluding the configuration related to the joint portion 500 described above, for example, the configuration of the sending portion and the like is not different from the configuration of the conventional head mechanism, detailed description of the configuration and the operation is omitted. To do.

また、三次元造形装置10においては、マイクロコンピューターの制御により駆動源(図示せず。)を駆動して、移動部材22をX軸方向において左方側および右方側の任意の移動し、かつ、移動部材22に配設されたヘッド機構100をZ軸方向において上方側および下方側の任意の移動し、かつ、テーブル16をガイドレール14上でY軸方向において前方側および後方側の任意の移動することにより、ヘッド機構100のノズル部140とテーブル16との相対的な位置関係が三次元で変化するような構成となっている。 Further, in the three-dimensional modeling apparatus 10, a drive source (not shown) is driven by the control of a microcomputer to move the moving member 22 arbitrarily on the left side and the right side in the X-axis direction, and , The head mechanism 100 arranged on the moving member 22 can be arbitrarily moved upward and downward in the Z-axis direction, and the table 16 can be arbitrarily moved on the guide rail 14 in the Y-axis direction on the front side and the rear side. By moving, the relative positional relationship between the nozzle portion 140 of the head mechanism 100 and the table 16 changes in three dimensions.

以上の構成において、本発明による三次元造形装置10においては、ヘッド機構100のノズル部140とテーブル16との相対的な位置関係を三次元で変化させて三次元造形物を作製する。 In the above configuration, in the three-dimensional modeling apparatus 10 according to the present invention, a three-dimensional model is produced by changing the relative positional relationship between the nozzle portion 140 of the head mechanism 100 and the table 16 in three dimensions.

ヘッド機構100においては、ヒートブロック120とノズル140との間にジョイント部500が設けられているため、従来のヘッド機構と比較すると、ノズル部140の容量が実質的に増加し、これによりノズル部140に実質的に導入される溶解樹脂量も増加することになり、ノズル部140から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量を増加することができる。 In the head mechanism 100, since the joint portion 500 is provided between the heat block 120 and the nozzle 140, the capacity of the nozzle portion 140 is substantially increased as compared with the conventional head mechanism, whereby the nozzle portion The amount of the dissolved resin substantially introduced into the 140 is also increased, and the discharge rate and the discharge amount of the dissolved resin discharged from the nozzle portion 140 can be increased.

以上において説明したように、本発明による三次元造形装置10におけるヘッド機構100によれば、ヘッド機構100の送出部、ヒーター部ならびにノズル部140の既存の構成を変更することなく、ノズル部140から吐出される溶解樹脂の吐出速度ならびに吐出量を増加することができ、三次元造形装置10における造形速度を高速化することができるようになる。 As described above, according to the head mechanism 100 in the three-dimensional modeling apparatus 10 according to the present invention, from the nozzle unit 140 without changing the existing configurations of the delivery unit, the heater unit, and the nozzle unit 140 of the head mechanism 100. The discharge speed and the discharge amount of the molten resin to be discharged can be increased, and the modeling speed in the three-dimensional modeling apparatus 10 can be increased.

なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(6)に示すように変形するようにしてもよい。 The above-described embodiment may be modified as shown in (1) to (6) below.

(1)上記した実施の形態において、ジョイント部500の外周にセラミック製の断熱材を被覆するようにしてもよい。このようにすると、ジョイント部500内に導入された溶解樹脂の保温効果が向上するとともに、ユーザーがジョイン部500に誤って触れた際におけ火傷の発生を防止することができる。 (1) In the above-described embodiment, the outer periphery of the joint portion 500 may be covered with a ceramic heat insulating material. By doing so, the heat retaining effect of the molten resin introduced into the joint portion 500 is improved, and it is possible to prevent the occurrence of burns when the user accidentally touches the joint portion 500.

(2)上記した実施の形態においては、ジョイント部500の長さや容量についての詳細な説明は省略したが、ヒートブロック120やノズル部140の設計条件などに応じて、ジョイント部500の長さや容量は適宜に選択すればよい。勿論、ジョイント部500についても、既存の中空パイプ形状を備えた構造物を用いてもよい。 (2) In the above-described embodiment, detailed description of the length and capacity of the joint portion 500 has been omitted, but the length and capacity of the joint portion 500 may be determined according to the design conditions of the heat block 120 and the nozzle portion 140. May be selected as appropriate. Of course, as for the joint portion 500, a structure having an existing hollow pipe shape may be used.

(3)上記した実施の形態においては、ヒートブロック120の開口部120aとジョイント部500の上方端部500aとの接続方法や、ノズル140とジョイント部500の下方端部500bとの接続方法についての詳細な説明は省略したが、こうした接続方法は特に限定されるものではない。例えば、開口部120aの内周面にネジ溝を形成するとともにジョイント部500の上方端部500aの外周面にネジ山を形成して、両者をネジ結合すればよい。同様に、ノズル140の開口部の内周面にネジ溝を形成するとともにジョイント部500の下方端部500bの外周面にネジ山を形成して、両者をネジ結合すればよい。 (3) In the above-described embodiment, the method of connecting the opening 120a of the heat block 120 and the upper end portion 500a of the joint portion 500 and the method of connecting the nozzle 140 and the lower end portion 500b of the joint portion 500 are described. Although detailed description is omitted, such a connection method is not particularly limited. For example, a screw groove may be formed on the inner peripheral surface of the opening 120a and a screw thread may be formed on the outer peripheral surface of the upper end portion 500a of the joint portion 500, and the two may be screwed together. Similarly, a screw groove may be formed on the inner peripheral surface of the opening of the nozzle 140, and a screw thread may be formed on the outer peripheral surface of the lower end portion 500b of the joint portion 500, and the two may be screwed together.

(4)上記した実施の形態においては、ジョイント部500の材料についての詳細な説明は省略したが、こうした材料は特に限定されるものではない。ジョイント部500の材料としては、例えば、比較的熱伝導率の低い真鍮などを用いることができる。 (4) In the above-described embodiment, detailed description of the material of the joint portion 500 has been omitted, but such a material is not particularly limited. As the material of the joint portion 500, for example, brass having a relatively low thermal conductivity can be used.

(5)上記した実施の形態においては、ヘッド機構100がX軸方向およびZ軸方向に移動するようにし、テーブル16がY軸方向に移動するようにして、ヘッド機構100とテーブル16との位置関係が三次元で変化するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、テーブル16が固定され、ヘッド機構100がX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動するような構成としてもよいし、ヘッド機構100が固定され、テーブル16がX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動するような構成としてもよく、要は、ヘッド機構100とテーブル16との位置関係が三次元で変化するような構成であれば、どのような構成としてもよい。 (5) In the above-described embodiment, the head mechanism 100 and the table 16 are positioned so that the head mechanism 100 moves in the X-axis direction and the Z-axis direction and the table 16 moves in the Y-axis direction. I tried to change the relationship in three dimensions, but of course it is not limited to this. That is, the table 16 may be fixed and the head mechanism 100 may move in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, or the head mechanism 100 may be fixed and the table 16 may move in the X-axis direction and the Y-axis. It may be configured to move in the direction and the Z-axis direction, and in short, any configuration may be used as long as the positional relationship between the head mechanism 100 and the table 16 changes in three dimensions.

(6)上記した実施の形態ならびに上記した(1)乃至(5)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (6) The above-described embodiment and the above-mentioned modifications (1) to (5) may be combined as appropriate.

本発明は、溶解したフィラメント樹脂を積層して三次元造形物を作製する三次元造形装置に用いて好適である。 The present invention is suitable for use in a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional model by laminating melted filament resins.

10 三次元造形装置、12 筐体、12a 左側面部、12b 右側面部、12aa 孔、14 ガイドレール、16 テーブル、18 ガイドレール、22 移動部材、100 ヘッド機構、100a ケース、120 ヒートブロック、120a 開口部、、124 ヒーター、140 ノズル部、500 ジョイント部、500a 上方端部、500b 下方端部 10 3D modeling device, 12 housing, 12a left side surface, 12b right side surface, 12aa hole, 14 guide rail, 16 table, 18 guide rail, 22 moving member, 100 head mechanism, 100a case, 120 heat block, 120a opening ,, 124 heater, 140 nozzle part, 500 joint part, 500a upper end part, 500b lower end part

Claims (1)

熱溶解積層法によりフィラメント樹脂を溶解して吐出することにより三次元造形物を作製する三次元造形装置におけるヘッド機構において、
フィラメント樹脂を引き込んで送り出す送出部と、
前記送出部から送り出された前記フィラメント樹脂を溶解して溶解樹脂を生成するヒーター部と、
前記ヒーター部で生成された溶解樹脂を吐出するノズル部と
を有し、
前記ヒーター部は、
前記送出部から送り出された前記フィラメント樹脂を導入するヒートブロックと、
前記ヒートブロックを加熱して前記ヒートブロック内に導入される前記フィラメント樹脂を溶解する熱源とを有し、
前記ヒートブロックと前記ノズル部との間に、中空パイプ形状を備えたジョイント部を配設した三次元造形装置におけるヘッド機構であって、
前記ジョイント部の外周にセラミック製の断熱材を被覆した
ことを特徴とする三次元造形装置におけるヘッド機構。
In the head mechanism in a three-dimensional modeling device that produces a three-dimensional model by melting and discharging the filament resin by the fused deposition modeling method.
A delivery unit that draws in and sends out filament resin,
A heater unit that melts the filament resin sent out from the delivery unit to generate a dissolved resin, and a heater unit.
It has a nozzle part that discharges the molten resin generated in the heater part, and has a nozzle part.
The heater unit
A heat block for introducing the filament resin sent out from the sending unit, and
It has a heat source that heats the heat block and melts the filament resin introduced into the heat block.
A head mechanism in a three-dimensional modeling apparatus in which a joint portion having a hollow pipe shape is arranged between the heat block and the nozzle portion.
A head mechanism in a three-dimensional modeling apparatus, characterized in that the outer periphery of the joint portion is coated with a ceramic heat insulating material.
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