JP6864385B2 - 3D printer, 3D printer module device, and 3D modeling method - Google Patents

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本発明は、熱溶解積層方式を用いた3次元プリンタ、3次元プリンタ用モジュール装置、及び立体造形物の造形方法に関し、特にフィラメント状(線状、棒状等)の造形材料(フィラメント)を加熱して融解し吐出させるホットエンド、造形材料をホットエンドに供給するための送り手段、及びホットエンドの加熱を制御する制御手段を備える3次元プリンタ、3次元プリンタ用モジュール装置、及び立体造形物の造形方法、に関する。 The present invention relates to a three-dimensional printer using a fused deposition modeling method, a module device for a three-dimensional printer, and a method for forming a three-dimensional object, and particularly heats a filament-like (linear, rod-like, etc.) modeling material (filament). A 3D printer equipped with a hot end for melting and discharging, a feeding means for supplying the modeling material to the hot end, and a control means for controlling the heating of the hot end, a module device for a 3D printer, and modeling of a three-dimensional modeled object. Regarding the method.

近年、コンピュータを利用して3次元プリンタにより立体造形物を製造することが盛んに行われている。このような3次元プリンタによる主要な造形方式として、熱溶解積層方式(FDM)がよく知られている。この種の3次元プリンタに用いられるホットエンド(吐出ヘッド)として、例えば図10に示されるような構造のものが提案されている(特許文献1参照)。図10に示されるホットエンドは、内部に造形材料の流路(通路)が形成された、金属ブロックからなる流路構造体100の側面に、絶縁基板101a、発熱抵抗体101b、温度測定用抵抗体(図示せず)及びカバー部材101cからなる加熱板101が取付けられている。流路構造体100には取付部102を介して造形材料供給部103が取付けられ、フィラメント105が図示されない送り手段によって流路構造体100の流路に送り込まれる。流路内に送り込まれた造形材料は、加熱板101から与えられる熱により融解され、流路構造体100の先端に設けられる吐出口104から融解された造形材料106が吐出される。 In recent years, it has been actively carried out to manufacture a three-dimensional model by a three-dimensional printer using a computer. The Fused Deposition Modeling Method (FDM) is well known as a major modeling method using such a three-dimensional printer. As a hot end (discharge head) used in this type of three-dimensional printer, for example, one having a structure as shown in FIG. 10 has been proposed (see Patent Document 1). The hot end shown in FIG. 10 has an insulating substrate 101a, a heat generating resistor 101b, and a temperature measurement resistor on the side surface of the flow path structure 100 made of a metal block in which a flow path (passage) of a modeling material is formed. A heating plate 101 composed of a body (not shown) and a cover member 101c is attached. The modeling material supply unit 103 is attached to the flow path structure 100 via the attachment portion 102, and the filament 105 is fed into the flow path of the flow path structure 100 by a feeding means (not shown). The modeling material sent into the flow path is melted by the heat given from the heating plate 101, and the melted modeling material 106 is discharged from the discharge port 104 provided at the tip of the flow path structure 100.

このFDMに用いられるホットエンドでは、加熱板101に設けられる温度測定用抵抗やヒートブロックに設けられるサーミスタ等の加熱手段に設けられる温度センサが、フィラメントの種類に応じて設定される所定の温度範囲の下限値以下になったことを検知すると加熱手段への電力供給を再開して加熱を開始し、所定の温度範囲の上限値に達したことを検知すると加熱手段への電力供給を停止するといった加熱温度制御が行われている。つまり、加熱手段への電力供給のON/OFFによって、加熱温度を所望の温度範囲に維持するといった温度制御が行われている。 In the hot end used for this FDM, a temperature sensor provided in a heating means such as a temperature measuring resistor provided in the heating plate 101 or a thermista provided in the heat block has a predetermined temperature range set according to the type of filament. When it is detected that the temperature is below the lower limit of, the power supply to the heating means is restarted and heating is started, and when it is detected that the upper limit of the predetermined temperature range is reached, the power supply to the heating means is stopped. The heating temperature is controlled. That is, temperature control is performed such that the heating temperature is maintained in a desired temperature range by turning on / off the power supply to the heating means.

特開2018−66056号公報JP-A-2018-66056

しかしながら、上述のFDM用のホットエンドの温度制御では、立体造形物を造形している最中、次造形とのインターバル中、造形途中の立体造形物の観察による造形過程の確認時などに、造形動作(融解した造形材料の吐出)を一時的に停止し、その後に造形動作を再開する際、良好な造形動作が実施できない事態が発生する虞がある。すなわち、ホットエンド本体や加熱手段の小型化により熱容量が小さくなったり、積層速度を上げるためにフィラメントの送り速度が速くなったりすると、例えば、加熱手段の温度が所定の温度範囲の下限値に近付き加熱を再開すべく電力供給をONにする直前のタイミングでフィラメントが送り込まれ(押し込まれ)て造形が開始されると、低温のフィラメントに熱が奪われるなどして温度が下限値よりも低下してしまうのである。 However, in the above-mentioned temperature control of the hot end for FDM, during modeling of a three-dimensional model, during an interval with the next model, when confirming the modeling process by observing the three-dimensional model during modeling, etc. When the operation (discharge of the melted modeling material) is temporarily stopped and then the modeling operation is restarted, a situation may occur in which a good modeling operation cannot be performed. That is, if the heat capacity is reduced due to the miniaturization of the hot end body or the heating means, or the filament feed rate is increased in order to increase the stacking speed, for example, the temperature of the heating means approaches the lower limit of the predetermined temperature range. When the filament is fed (pushed) and molding is started at the timing immediately before the power supply is turned on to restart heating, the temperature drops below the lower limit due to heat being taken away by the low temperature filament. It will end up.

フィラメントとして、特に、スーパーエンジニアリングプラスチック(例えば、PEEK)等、300℃以上で融解する必要のある高温融解材料(高温材料)を使用する場合には、この温度が低下する影響が大きくなりやすく、流路内での造形材料の粘度が一時的に上昇し、造形材料の送り込み(押し込み)及び吐出がスムースに行えなくなり、吐出される造形材料の途切れや、吐出した造形材料の密着性の低下をも引き起こしかねない。 When a high-temperature melting material (high-temperature material) that needs to be melted at 300 ° C. or higher is used as the filament, in particular, such as super engineering plastic (for example, PEEK), the effect of lowering this temperature tends to be large, and the flow tends to increase. The viscosity of the modeling material in the road temporarily increases, making it impossible to smoothly feed (push) and discharge the modeling material, interrupting the discharged modeling material, and reducing the adhesion of the discharged modeling material. It can cause it.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的は、FDMの3次元プリンタにおいて、造形動作を断続的に繰り返し実行した場合であっても、良好な造形動作を実行し得る信頼性の高い、3次元プリンタ、3次元プリンタ用のモジュール装置、立体造形物の造形方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is that a good modeling operation can be performed even when the modeling operation is intermittently and repeatedly executed in an FDM three-dimensional printer. An object of the present invention is to provide a highly reliable three-dimensional printer, a module device for a three-dimensional printer, and a method for modeling a three-dimensional model.

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、3次元プリンタのホットエンドにおける造形材料を融解させる加熱手段の制御において、一時停止した造形動作の再開時のフィラメントの送り込みの開始に同期して加熱手段への供給電力の追加を行うことにより、良好な造形動作を行えることを見出した。 As a result of intensive research to achieve the above object, the present inventor starts feeding filaments when the paused modeling operation is resumed in the control of the heating means for melting the modeling material at the hot end of the three-dimensional printer. It was found that good modeling operation can be performed by adding the power supply to the heating means in synchronization with the above.

すなわち、本発明は、フィラメント状の造形材料を加熱して融解し吐出するホットエンドと、前記フィラメント状の造形材料を前記ホットエンドに供給するための送り手段と、前記フィラメント状の造形材料の加熱を制御する制御手段と、を備えた3次元プリンタであって、前記ホットエンドは、前記フィラメント状の造形材料が供給される供給口を有する供給部、加熱手段が取付けられ前記供給部から供給された前記フィラメント状の造形材料を融解する融解部、前記融解部で融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び、前記融解部を介して前記供給口と前記吐出口を連通する通路を備え、前記制御手段は、前記送り手段による前記造形材料の供給を一時停止している間、前記融解部内の前記造形材料の融解状態を維持するために前記加熱手段に所定量の電力を供給する制御、及び、前記送り手段が前記造形材料の供給を再開するのと略同期して前記加熱手段に前記所定量よりも大きい量の電力を供給する制御、を実行可能とすることを特徴とする3次元プリンタ、に係る。 That is, in the present invention, a hot end that heats, melts, and discharges a filament-shaped modeling material, a feeding means for supplying the filament-shaped modeling material to the hot end, and heating of the filament-shaped modeling material. A three-dimensional printer including a control means for controlling the above, wherein the hot end is supplied from a supply unit having a supply port to which the filament-shaped molding material is supplied, and a heating means to which a heating means is attached. melting unit for melting the filamentary shaped material, a discharge section having a discharge port for discharging the molding material is melted by the melting unit, and, communicating the supply port and the discharge port through the melting portion comprising a through passage for said control means, while pausing the supply of the build material by said feeding means, a predetermined amount of said heating means to maintain the molten state of the build material in the melting unit It is possible to execute the control of supplying electric power and the control of supplying the heating means with an amount of electric power larger than the predetermined amount substantially in synchronization with the restart of the supply of the modeling material. The present invention relates to a three-dimensional printer.

本発明においては、造形材料の供給を再開するのと略同期して加熱手段に所定量よりも大きい量の電力を供給する制御を実行可能としているが、本発明において「同期」とは、造形材料の供給開始と同時もしくは造形材料の供給開始時点より少し前(供給開始に前もって)を意味する。つまり、造形材料の供給の再開されるのと同時もしくは前もって加熱手段に供給する電力(W)を大きくすることで、造形材料の供給により融解部の温度が低下するのを事前にもしくは同時に補おうとするものである。なお、造形材料の供給開始時点より少し前、例えば約1.0〜0.3秒前、に加熱手段へ追加した電力(所定量よりも大きな量の電力)を供給するのがより好ましい。造形材料の供給開始(再開)時には融解部の温度(加熱温度)が低下するため、造形材料の供給再開時点より少し前に余剰な加熱をすることで、融解部内の融解造形材料の粘度が必要以上に高くなるのを軽減でき、円滑な吐出を行うことができる。 In the present invention, it is possible to execute control of supplying electric power larger than a predetermined amount to the heating means substantially in synchronization with restarting the supply of the modeling material. However, in the present invention, "synchronization" means modeling. It means at the same time as the start of supply of the material or a little before the start of supply of the modeling material (prior to the start of supply). That is, by increasing the electric power (W) supplied to the heating means at the same time as or in advance when the supply of the modeling material is restarted, it is attempted to compensate for the decrease in the temperature of the melting part due to the supply of the modeling material in advance or at the same time. To do. It is more preferable to supply the electric power (a larger amount than a predetermined amount) added to the heating means shortly before the start of supply of the modeling material, for example, about 1.0 to 0.3 seconds before. Since the temperature of the melting part (heating temperature) drops when the supply of the modeling material is started (restarted), the viscosity of the molten modeling material in the melting part is required by performing excess heating slightly before the time when the supply of the modeling material is restarted. It is possible to reduce the increase above and to perform smooth discharge.

また、本発明は、フィラメント状の造形材料を加熱融解し吐出するホットエンドと、前記フィラメント状の造形材料を前記ホットエンドに供給するための送り手段と、前記フィラメント状の造形材料の加熱を制御する制御手段と、を備えた3次元プリンタ用モジュール装置であって、前記ホットエンドは、前記フィラメント状の造形材料が供給される供給口を有する供給部、加熱手段が取付けられ前記供給部から供給された前記フィラメント状の造形材料を融解する融解部、前記融解部で融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び、前記融解部を介して前記供給口と前記吐出口を連通する通路を備え、前記制御手段は、前記送り手段による前記造形材料の供給を一時停止している間、前記融解部内の前記造形材料の融解状態を維持するために前記加熱手段に所定量の電力を供給する制御、及び、前記送り手段が前記造形材料の供給を再開するのと略同期して前記加熱手段に前記所定量よりも大きい量の電力を供給する制御、を実行可能とすることを特徴とする3次元プリンタ用モジュール装置、に係る。 Further, the present invention controls a hot end that heats and melts and discharges a filament-shaped modeling material, a feeding means for supplying the filament-shaped modeling material to the hot end, and heating of the filament-shaped modeling material. A module device for a three-dimensional printer provided with a control means for the above, wherein the hot end is supplied from a supply unit having a supply port to which the filament-shaped modeling material is supplied, and a heating means to which a heating means is attached. melting unit for melting the filamentary building material that is, a discharge section having a discharge port for discharging the molding material is melted by the melting unit, and the melting portion of the supply port through the and said discharge port comprising a through channel communicating, the control means, during the pauses the supply of the build material by said feeding means, a predetermined amount of said heating means to maintain the molten state of the build material in the melting unit The control for supplying the power of the above and the control for supplying the heating means with an amount of power larger than the predetermined amount in substantially the same time as the feeding means restarts the supply of the modeling material can be executed. The present invention relates to a module device for a three-dimensional printer.

本発明の3次元プリンタ又は3次元プリンタ用モジュールにおいて、ホットエンドは、加熱手段と供給部との間に、ホットエンドを取り囲むように設けられた温度調整部を備えていてもよい。温度調整部が設けられることによって、フィラメント状の造形材料は融解部に至る前に予熱され、造形材料の送り込みが再開された際の融解部の温度の低下が抑制され得る。また、温度調整部を設けることによって、ホットエンドの下端部(先端部)から供給部にかけて適切な温度勾配とし得、融解した造形材料が必要以上に供給部側へ逆流することを防止でき、一度融解した造形材料がホットエンドの上部側で再び固化することによる詰りの問題を軽減することができる。 In the three-dimensional printer or the module for a three-dimensional printer of the present invention, the hot end may include a temperature adjusting unit provided so as to surround the hot end between the heating means and the supply unit. By providing the temperature adjusting portion, the filament-shaped modeling material is preheated before reaching the melting portion, and the decrease in temperature of the melting portion when the feeding of the modeling material is resumed can be suppressed. In addition, by providing a temperature control section, an appropriate temperature gradient can be obtained from the lower end (tip) of the hot end to the supply section, and it is possible to prevent the melted modeling material from flowing back to the supply section side more than necessary. The problem of clogging due to the melted molding material resolidifying on the upper side of the hot end can be alleviated.

本発明の3次元プリンタ又は3次元プリンタ用モジュールにおいて、加熱手段を、ホットエンド(融解部)を取り囲むように(周方向に)例えば2〜4個を配置して用いてもよく、また、ホットエンドの上下方向(長さ方向)に複数個、例えば2〜3個配置して用いてもよく、これらを組み合わせて用いてもよい。複数の加熱手段は、融解部に対向する加熱面積が同じもの(サイズが同じもの)であっても異なるもの(サイズが異なるもの)であってもよく、ホットエンドの長さ方向に互いにずれた位置に設けるようにしてもよい。 In the three-dimensional printer or the module for a three-dimensional printer of the present invention, for example, 2 to 4 heating means may be arranged (circumferentially) so as to surround the hot end (melting portion), or hot. A plurality, for example, two or three may be arranged and used in the vertical direction (length direction) of the end, or these may be used in combination. The plurality of heating means may have the same heating area facing the melting portion (same size) or different heating areas (different sizes), and are displaced from each other in the length direction of the hot end. It may be provided at a position.

さらに、本発明は、フィラメント状の造形材料が供給される供給口を有する供給部、加熱手段が取付けられ前記供給部から供給された前記フィラメント状の造形材料を融解する融解部、前記融解部で融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び、前記融解部を介して前記供給口と前記吐出口とを連通する通路を備えたホットエンドに、フィラメント状の造形材料を所定のピッチで供給して立体造形物を造形する造形方法であって、前記造形材料の供給が一時停止しているときに前記融解部内の前記造形材料の融解状態を維持するために前記加熱手段に所定量の電力を供給する工程、及び前記造形材料の供給を再開するのと略同期して前記加熱手段に前記所定量よりも大きい量の電力を供給する工程を有することを特徴とする立体造形物の造形方法、に係る。 Further, in the present invention, there are a supply unit having a supply port to which the filament-shaped modeling material is supplied, a melting unit to which a heating means is attached and the filament-shaped modeling material supplied from the supply unit is melted, and the melting unit. A filamentous modeling material is specified at a hot end having a discharge port for discharging the melted modeling material and a passage for communicating the supply port and the discharge port via the melting portion. a molding method for molding a three-dimensional object by supplying at a pitch, Tokoro said heating means to maintain the molten state of the build material in the melting unit when the supply of the building material is suspended A three-dimensional model characterized by having a step of supplying a fixed amount of electric power and a step of supplying an amount of electric power larger than the predetermined amount to the heating means substantially in synchronization with restarting the supply of the modeling material. It relates to the modeling method of.

なお、本発明において、「加熱手段」としては、特に限定されず、例えば、絶縁基板上に発熱抵抗体を厚膜形成した加熱ヘッドのような加熱板、ヒートブロック等の公知のもの等を用いることができるが、発熱応答性に優れる加熱ヘッドを用いるのがより好ましい。 In the present invention, the "heating means" is not particularly limited, and for example, a known heating plate such as a heating head in which a heat generating resistor is formed on an insulating substrate, a heat block, or the like is used. However, it is more preferable to use a heating head having excellent heat generation response.

本発明によれば、造形動作の再開(開始)時に、フィラメント状の造形材料(フィラメント)の送り込みの開始と同時もしくは少し前に(同期して)加熱手段へ供給する電力の量を、フィラメント送りの一時停止時に加熱手段へ供給する電力の量よりも大きくするようにしたので、造形動作を一時停止した後に再開すべくフィラメントが送り込まれたときに、融解部の熱が新たに供給されたフィラメントに奪われることにより一瞬融解部の温度が低下して造形材料の粘度が必要以上に高くなることを抑制できて、良好な造形動作を行うことができる3次元プリンタ、3次元プリンタ用モジュール装置、及び立体造形物の造形方法を提供することができる。また、ホットエンドの小型化の促進、積層速度の向上、消費電力の低減を図ることができる。 According to the present invention, when the molding operation is restarted (started), the amount of electric power supplied to the heating means at the same time as or shortly before the start of feeding the filament-shaped molding material (filament) is the filament feed. Since the amount of electric power supplied to the heating means at the time of pausing is set to be larger than the amount of electric power supplied to the heating means, the heat of the melted portion is newly supplied when the filament is sent to resume the modeling operation after pausing. A module device for a 3D printer or a 3D printer, which can suppress the temperature of the melting part from being momentarily lowered and the viscosity of the modeling material from becoming higher than necessary due to being deprived of the electric power, and can perform a good modeling operation. And a method of modeling a three-dimensional model can be provided. In addition, it is possible to promote miniaturization of the hot end, improve the stacking speed, and reduce power consumption.

なお、温度調整部を用いるときには、融解部に供給される前のフィラメントが幾分予熱されることで、フィラメントが再度送り込まれとしても融解部の温度が所定の温度未満に低下することの抑制効果をさらに向上し得る。また、温度調整部を設けることによって、ホットエンドの下端部(先端部)から供給部にかけて適切な温度勾配とし得、融解した造形材料が必要以上に供給部側へ逆流することを防止できて詰りの問題を軽減することができるので、より信頼性が高い3次元プリンタ、3次元プリンタ用モジュール装置、及び立体造形物の造形方法を提供することができる。 When the temperature adjusting unit is used, the filament before being supplied to the melting unit is preheated to some extent, so that the temperature of the melting unit does not drop below a predetermined temperature even if the filament is fed again. Can be further improved. Further, by providing the temperature adjusting portion, an appropriate temperature gradient can be obtained from the lower end portion (tip portion) of the hot end to the supply portion, and the melted modeling material can be prevented from flowing back to the supply portion side more than necessary, resulting in clogging. Therefore, it is possible to provide a more reliable three-dimensional printer, a module device for a three-dimensional printer, and a method for modeling a three-dimensional model.

本発明の一実施形態の3次元プリンタにおけるホットエンドの(A)正面図及び(B)側面図である。It is (A) front view and (B) side view of the hot end in the 3D printer of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の3次元プリンタにおけるホットエンドの、ヘッド本体の(A)正面図及び(B)底面図である。It is (A) front view and (B) bottom view of the head body of the hot end in the 3D printer of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の3次元プリンタを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the 3D printer of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の3次元プリンタにおけるホットエンドの、加熱手段である加熱板を説明する図である。It is a figure explaining the heating plate which is the heating means of the hot end in the 3D printer of one Embodiment of this invention. 制御手段による加熱の制御を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the control of heating by a control means. 制御手段による加熱の制御を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the control of heating by a control means. 本発明の一実施形態の3次元プリンタにおけるホットエンドの、別の例を示す側面図である。It is a side view which shows another example of the hot end in the 3D printer of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の3次元プリンタにおけるホットエンドの、さらに別の例を示す側面図である。It is a side view which shows still another example of the hot end in the 3D printer of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の3次元プリンタにおけるホットエンドの、さらに別の例を示す側面図である。It is a side view which shows still another example of the hot end in the 3D printer of one Embodiment of this invention. 従来の3次元プリンタにおけるホットエンドの一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of a hot end in a conventional 3D printer.

以下に、図面を参照しながら本発明の一実施形態の3次元造形装置(3次元プリンタ)用のホットエンドを説明する。図1(A)には本発明の3次元プリンタに用いられるホットエンドの一例であるホットエンド10の正面図が、図1(B)にはホットエンド10の側面図が示され、図2(A)にはヘッド本体1の正面図が、図2(B)にはヘッド本体1の底面図が示されている。ホットエンド10は、フィラメント状の造形材料の供給口111を有する供給部11、供給されたフィラメント状の造形材料を融解する融解部13、融解された造形材料を吐出する吐出口141を有する吐出部14、供給部11と融解部13との間であって融解部13の熱が供給部11へ伝導するのを抑制する断熱部12、及び供給口111と吐出口141とを連通する通路2を有するヘッド本体1に、融解部13を加熱する加熱手段である加熱板15と、融解部13と断熱部12との間の境界部又は境界部近傍に温度調整部16が設けられている。図示される例では、一対の加熱板15がヘッド本体1の融解部13の対向する両面に接してヘッド本体1を挟むように設けられているが、加熱板15はいずれか一方にのみに設けられてもよい。なお、図1(B)においては、加熱板15はその構成要素である、発熱抵抗体152、電極153(図4参照)、及びリード150(図1A参照)は省略されて描かれている。 Hereinafter, a hot end for a three-dimensional modeling apparatus (three-dimensional printer) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 (A) shows a front view of the hot end 10 which is an example of the hot end used in the three-dimensional printer of the present invention, and FIG. 1 (B) shows a side view of the hot end 10. A) shows a front view of the head main body 1, and FIG. 2 (B) shows a bottom view of the head main body 1. The hot end 10 has a supply unit 11 having a filament-shaped modeling material supply port 111, a melting unit 13 for melting the supplied filament-shaped modeling material, and a discharge unit having a discharge port 141 for discharging the melted modeling material. 14. A heat insulating portion 12 between the supply unit 11 and the melting unit 13 that suppresses the heat of the melting unit 13 from being conducted to the supply unit 11, and a passage 2 that communicates the supply port 111 and the discharge port 141. The head body 1 is provided with a heating plate 15 which is a heating means for heating the melting portion 13 and a temperature adjusting portion 16 at or near the boundary portion between the melting portion 13 and the heat insulating portion 12. In the illustrated example, a pair of heating plates 15 are provided so as to be in contact with both facing surfaces of the melting portion 13 of the head body 1 so as to sandwich the head body 1, but the heating plates 15 are provided on only one of them. May be done. In FIG. 1B, the heating plate 15 is drawn with the heat generating resistor 152, the electrode 153 (see FIG. 4), and the lead 150 (see FIG. 1A), which are the components thereof, omitted.

ホットエンド10は、3次元プリンタ又は3次元プリンタ用モジュール装置に、アダプター(図示せず)を介して取付けられ得る。例えば、アダプターに設けられた開口に、ホットエンド10の供給部11が挿入され、押しネジなどによって固定することができる。アダプターには供給口111に連通する通路が設けられ、フィラメント状の造形材料がこの通路を通じ、ホットエンド10の流路(通路)2に挿通される。供給部11の外周にネジ溝を切って螺合によってアダプターに取付けることもできる。 The hot end 10 can be attached to a 3D printer or a module device for a 3D printer via an adapter (not shown). For example, the supply portion 11 of the hot end 10 is inserted into the opening provided in the adapter and can be fixed by a set screw or the like. The adapter is provided with a passage communicating with the supply port 111, and the filament-shaped modeling material is inserted into the flow path (passage) 2 of the hot end 10 through this passage. It is also possible to cut a thread groove on the outer circumference of the supply unit 11 and attach it to the adapter by screwing.

図3には、ホットエンド10が取付けられた、熱溶解積層方式(FDM)の3次元プリンタの構成の一例が模式的に示されている。図3では、造形室301内の3次元プリンタ用モジュール装置が概略的な斜視図として示され、z軸方向に可動なステージ3011に、xy平面方向に回転自在の造形台座3012が載置されている。プリンタヘッド3013には、y軸方向レール3014と摺動自在に係合してx軸方向に延びる支持シャフト3016と、x軸方向レール3015と摺動自在に係合してy軸方向にのびる支持シャフト3017とが結合しており、プリンタヘッド3013はx軸及びy軸方向に可動とされている。ホットエンド10はアダプターを介してプリンタヘッド3013に取付けられている。プリンタヘッド3013にはフィラメントリール304から送り手段305によって送られたフィラメントが供給される。この供給されたフィラメントはホットエンド10の流路内へと挿通され、ホットエンド10の融解部13の熱によって融解した造形材料は、回転台座3012上に吐出され、立体造形物が造形される。 FIG. 3 schematically shows an example of the configuration of a Fused Deposition Modeling (FDM) three-dimensional printer to which the hot end 10 is attached. In FIG. 3, the module device for a three-dimensional printer in the modeling chamber 301 is shown as a schematic perspective view, and the modeling pedestal 3012 rotatable in the xy plane direction is placed on the stage 3011 movable in the z-axis direction. There is. The printer head 3013 has a support shaft 3016 that slidably engages with the y-axis direction rail 3014 and extends in the x-axis direction, and a support that slidably engages with the x-axis direction rail 3015 and extends in the y-axis direction. The shaft 3017 is coupled, and the printer head 3013 is movable in the x-axis and y-axis directions. The hot end 10 is attached to the printer head 3013 via an adapter. The filament fed from the filament reel 304 by the feeding means 305 is supplied to the printer head 3013. The supplied filament is inserted into the flow path of the hot end 10, and the modeling material melted by the heat of the melting portion 13 of the hot end 10 is discharged onto the rotary pedestal 3012 to form a three-dimensional model.

プリンタヘッド3013、ステージ3011、及び回転台座3012の動作は、例えばステッピングモータである駆動手段302が、造形制御手段303からの制御信号によって制御される。送り手段305のフィラメント送り動作の制御も造形制御手段303からの制御信号によって制御され、フィラメントの送り動作の開始、停止、及び送り速度の調整は、送り手段305が有するローラーの回転数によって調整され得る。ホットエンド10から吐出される融解された造形材料の吐出量は、送り手段305によるフィラメント送り速度の制御により調整される。図3で示された例の3次元プリンタはプリントヘッド3013がxy平面で移動し、ステージ3011がz軸方向で移動(上下動作)するが、プリントヘッドがxyz方向で3次元に移動する、例えばデルタ式の3次元プリンタであってもよい。造形台座3012が設けられずにxy平面方向の回転動作がステージ3011によって上下動作と併せて行われてもよい。 The operation of the printer head 3013, the stage 3011, and the rotary pedestal 3012 is controlled by, for example, the driving means 302, which is a stepping motor, by a control signal from the modeling control means 303. The control of the filament feeding operation of the feeding means 305 is also controlled by the control signal from the modeling control means 303, and the start, stop, and adjustment of the feeding speed of the filament feeding operation are adjusted by the rotation speed of the rollers of the feeding means 305. obtain. The discharge amount of the melted molding material discharged from the hot end 10 is adjusted by controlling the filament feed rate by the feed means 305. In the example 3D printer shown in FIG. 3, the print head 3013 moves in the xy plane and the stage 3011 moves in the z-axis direction (up and down movement), but the print head moves in three dimensions in the xy z direction, for example. It may be a delta type three-dimensional printer. The rotation operation in the xy plane direction may be performed by the stage 3011 together with the vertical operation without providing the modeling pedestal 3012.

前述のように、ホットエンドを用いた造形動作においては、造形材料の吐出を一時的に停止した後に造形動作を再開する際に良好な造形動作を行うことができない事態が発生し得る。本発明者がこの原因について鋭意検討を重ねて調べた結果、造形動作の再開に際して造形材料を融解させる領域における通路(流路)内の温度が低下して造形材料の粘度が一時的に上昇するために、造形材料を吐出しにくくなる状況が発生することを見出した。 As described above, in the modeling operation using the hot end, a situation may occur in which a good modeling operation cannot be performed when the modeling operation is restarted after the discharge of the modeling material is temporarily stopped. As a result of intensive studies on this cause by the present inventor, the temperature in the passage (flow path) in the region where the modeling material is melted decreases and the viscosity of the modeling material temporarily increases when the modeling operation is restarted. Therefore, it has been found that a situation occurs in which it becomes difficult to discharge the modeling material.

本発明者がさらに鋭意検討を重ねて、造形動作の再開時に流路内の温度低下が生じる原因を調べた結果、造形動作の再開時に送り込まれるフィラメントに、融解に必要な熱が奪われることによることを見出した。すなわち、造形動作が一時停止された場合には、図10を参照すると、流路構造体100の流路において加熱板101により加熱される領域にある造形材料は所定の温度範囲に維持されて融解した状態であるが、加熱板101よりも造形材料供給部103側の流路内においては、フィラメントは固体状態である。造形動作が再開(フィラメントの送り込みが開始)されることにより、加熱板101より造形材料供給部103側にある固体状のフィラメントが、加熱板101が設けられている領域に送り込まれると、フィラメントの融解熱によって加熱板101が設けられている領域の流路内の温度低下を引き起こすことになる。この温度低下は、ホットエンドのサイズが小型であるほど、その熱容量が小さくなることが要因となって顕著に現れ得る。また、PEEKなどの比較的融点が高い造形材料を使用する場合にはその融解に必要な熱量も大きくなることから、温度の低下はさらに顕著になる傾向にある。 As a result of further diligent studies by the present inventor and investigating the cause of the temperature drop in the flow path when the modeling operation is restarted, the filament sent when the modeling operation is restarted is deprived of the heat required for melting. I found that. That is, when the modeling operation is temporarily stopped, referring to FIG. 10, the modeling material in the region heated by the heating plate 101 in the flow path of the flow path structure 100 is maintained in a predetermined temperature range and melted. However, the filament is in a solid state in the flow path on the modeling material supply unit 103 side of the heating plate 101. When the molding operation is restarted (the feeding of the filament is started), the solid filament on the molding material supply unit 103 side of the heating plate 101 is fed to the region where the heating plate 101 is provided, and the filament is fed. The heat of fusion causes a temperature drop in the flow path of the region where the heating plate 101 is provided. This temperature drop can be more pronounced as the size of the hot end becomes smaller due to the smaller heat capacity. Further, when a modeling material having a relatively high melting point such as PEEK is used, the amount of heat required for melting is also large, so that the temperature decrease tends to be more remarkable.

そこで本発明者は、詳しくは後述するように、造形動作を再開する際には、造形動作の一時停止中に行われる加熱手段への供給電力の量より大きい量の電力を、フィラメントの送り込み開始に同期して、加熱手段に供給を行うように制御することで、温度の低下を防止し、造形動作の不良を回避し得ることを見出した。また、さらに、詳しくは後述するように、温度調整部16を設けることにより、融解部13に送り込まれる前の固体状のフィラメントを、融解部13の余熱を利用して予熱しておくことで、造形動作の不良の発生を効果的に抑制し得ることを見出した。 Therefore, as will be described in detail later, when the modeling operation is restarted, the present inventor starts feeding a filament in an amount larger than the amount of power supplied to the heating means performed during the suspension of the modeling operation. It was found that by controlling the heating means to supply the electric power in synchronization with the above, it is possible to prevent a decrease in temperature and avoid a defect in the molding operation. Further, as will be described in detail later, by providing the temperature adjusting unit 16, the solid filament before being sent to the melting unit 13 is preheated by utilizing the residual heat of the melting unit 13. It has been found that the occurrence of defects in modeling operation can be effectively suppressed.

続いて、先ず、ヘッド本体1について詳しく説明する。図2(A)にはヘッド本体1の正面図、図2(B)にはヘッド本体1の底面図が示されている。ヘッド本体1は、供給部11、断熱部12、融解部13及び吐出部14が、金属やセラミックス等の耐熱材料から一体的に形成されているものであってもよいし、一部又は全部が独立可能に形成されていてもよいし、各部の間のいずれか或いはすべてに他の部材を介在させるなど非連続的なものであってもよい。図示される例では、ヘッド本体1は、全長が例えば32mmで、直径が例えば4mmφの、例えば64チタン(チタンにアルミニウム6質量%、バナジウム4質量%を混ぜた合金)からなる円柱状の金属棒を、例えば切削加工してなるものである。 Subsequently, first, the head main body 1 will be described in detail. FIG. 2A shows a front view of the head main body 1, and FIG. 2B shows a bottom view of the head main body 1. The head body 1 may have a supply portion 11, a heat insulating portion 12, a melting portion 13, and a discharge portion 14 integrally formed of a heat-resistant material such as metal or ceramics, or a part or all of the head main body 1. It may be formed independently, or it may be discontinuous, such as interposing another member between any or all of the parts. In the illustrated example, the head body 1 is a columnar metal rod having a total length of, for example, 32 mm and a diameter of, for example, 4 mmφ, made of, for example, 64 titanium (an alloy of titanium mixed with 6% by mass of aluminum and 4% by mass of vanadium). , For example, by cutting.

ヘッド本体1には、一端側のフィラメントの供給口111から他端側の融解された造形材料を吐出する吐出口141へ一直線に延びる、直径が例えば2mmφの通路(貫通孔)2が形成されている。なお、ヘッド本体1及び通路2のサイズは、フィラメントのサイズに応じて適宜変更され得る。 The head body 1 is formed with a passage (through hole) 2 having a diameter of, for example, 2 mmφ extending in a straight line from the filament supply port 111 on one end side to the discharge port 141 for discharging the melted molding material on the other end side. There is. The sizes of the head body 1 and the passage 2 can be appropriately changed according to the size of the filament.

ヘッド本体1の供給部11は、例えば長さ5mm、直径4mmφの円柱形状(円筒形状)とされている。供給部11は、先端に供給口111が形成され、例えば2mmφの通路2が供給口111近傍において供給口111側に向けて、例えば3mmφまで拡がるようにテーパ状に形成されている。供給部11は、3次元プリンタに取付けるためのアダプター(図示せず)への取付部としての役割も兼ねている。 The supply unit 11 of the head body 1 has, for example, a cylindrical shape (cylindrical shape) having a length of 5 mm and a diameter of 4 mmφ. The supply port 11 has a supply port 111 formed at the tip thereof, and is formed in a tapered shape so that, for example, a 2 mmφ passage 2 extends toward the supply port 111 side in the vicinity of the supply port 111 to, for example, 3 mmφ. The supply unit 11 also serves as a mounting unit for an adapter (not shown) for mounting on a three-dimensional printer.

断熱部12は、融解部13よりも熱抵抗が大きくなるように形成されており、図示される例では、断熱部12は、供給部11と融解部13との間に位置し、例えば長さ11mm、直径3mmφの円柱形状(円筒形状)とされている。断熱部12は、上述のように直径3mmφとされ、その中心部を貫通する直径2mmφの通路2が形成されることから、外壁の肉厚が0.5mmの肉薄部とされている。また、断熱部12の中央部には、断熱部12の断面積を小さくしてその熱抵抗を高くし得る、例えば長さ8mm、幅1.8mmの開口部121が、通路2に対向して一対で形成され得る。開口部121は、ヘッド本体1の長さ方向及び/又は幅方向に1つ又は複数設けてもよく、サイズも適宜決定すればよい。熱抵抗との関係で断面積を、強度が保証される範囲内で適宜決定することができる。 The heat insulating portion 12 is formed so as to have a higher thermal resistance than the melting portion 13, and in the illustrated example, the heat insulating portion 12 is located between the supply portion 11 and the melting portion 13, and has a length, for example. It has a cylindrical shape (cylindrical shape) with a diameter of 11 mm and a diameter of 3 mmφ. As described above, the heat insulating portion 12 has a diameter of 3 mmφ, and since a passage 2 having a diameter of 2 mmφ penetrating the central portion thereof is formed, the heat insulating portion 12 is a thin portion having a wall thickness of 0.5 mm. Further, in the central portion of the heat insulating portion 12, for example, an opening 121 having a length of 8 mm and a width of 1.8 mm, which can reduce the cross-sectional area of the heat insulating portion 12 and increase its thermal resistance, faces the passage 2. It can be formed in pairs. One or a plurality of openings 121 may be provided in the length direction and / or the width direction of the head body 1, and the size may be appropriately determined. The cross-sectional area can be appropriately determined within the range in which the strength is guaranteed in relation to the thermal resistance.

融解部13は、例えば長さ13mm、直径4mmφとされている。融解部13には、平面側(図2(A)における紙面の表面側)と背面側(図2(A)における紙面の裏面側)が切削されて2つの平面部が、例えば3mm隔てて対向するように形成されている。平面部の中央部には、例えば長さ8mm、幅1mmの開口部131が、通路2を露出するように形成されている。開口部131は、長さ方向に複数並設するようにしてもよい。なお、加えて、平面部の表面を粗面化してもよいし、開口部131を形成せずに粗面化のみしてもよい。また、融解部13の吐出部14近傍において、通路2は吐出部14に向かってテーパ状に狭くされ、吐出部14内で例えば直径0.6mmφ程度とされる。 The melting portion 13 has, for example, a length of 13 mm and a diameter of 4 mmφ. The flat surface side (the front surface side of the paper surface in FIG. 2 (A)) and the back surface side (the back surface side of the paper surface in FIG. 2 (A)) are cut into the melting portion 13, and the two flat surface portions face each other with a distance of, for example, 3 mm. It is formed to do. At the center of the flat surface portion, for example, an opening 131 having a length of 8 mm and a width of 1 mm is formed so as to expose the passage 2. A plurality of openings 131 may be arranged side by side in the length direction. In addition, the surface of the flat surface may be roughened, or the surface of the flat surface may be roughened without forming the opening 131. Further, in the vicinity of the discharge portion 14 of the melting portion 13, the passage 2 is narrowed in a taper shape toward the discharge portion 14, and has a diameter of, for example, about 0.6 mmφ in the discharge portion 14.

吐出部14は、例えば長さ3mmとされ、正面側と背面側から切削されて、例えば幅3mmとされ、吐出部14の長さ方向の途中まで、吐出口141に向かってテーパ状に細められ、吐出口141が形成された先端部は、例えば直径1.5mmφとされ、吐出口141は、例えば直径0.6mmφとされる。 The discharge portion 14 has a length of, for example, 3 mm, is cut from the front side and the back side, has a width of, for example, 3 mm, and is tapered toward the discharge port 141 halfway in the length direction of the discharge portion 14. The tip portion on which the discharge port 141 is formed has a diameter of, for example, 1.5 mmφ, and the discharge port 141 has a diameter of, for example, 0.6 mmφ.

ホットエンド10における融解部13を加熱する加熱手段としては、例えば絶縁基板上に厚膜抵抗体層を形成した加熱板(加熱ヘッド)、ヒートブロック等公知のものを広く使用することができるが、応答性やサイズの点において加熱板を用いるのが好ましい。本実施形態のホットエンド10に用いられる加熱板15の構造の一例を図4に示す。ヘッド本体1の融解部13に取付けられる加熱板15は、例えば厚さ0.3mm、長さ12mm、幅5mmの矩形板状のアルミナ又はジルコニアなどのセラミック基板(絶縁基板)151と、絶縁基板151の表面に形成された帯状の発熱抵抗体152と、絶縁基板151の表面において発熱抵抗体152の両端部のそれぞれに接続するように形成された電極153を有する。なお、発熱抵抗体152の表面を、例えばフィラーを含むガラス等の保護層(誘電体層)でコートしてもよい。 As a heating means for heating the melting portion 13 in the hot end 10, for example, a heating plate (heating head) in which a thick film resistor layer is formed on an insulating substrate, a heat block, or the like can be widely used. It is preferable to use a heating plate in terms of responsiveness and size. FIG. 4 shows an example of the structure of the heating plate 15 used for the hot end 10 of the present embodiment. The heating plate 15 attached to the melting portion 13 of the head body 1 is, for example, a rectangular plate-shaped ceramic substrate (insulating substrate) 151 having a thickness of 0.3 mm, a length of 12 mm, and a width of 5 mm, such as alumina or zirconia, and an insulating substrate 151. It has a band-shaped heat-generating resistor 152 formed on the surface of the insulating substrate 151, and an electrode 153 formed on the surface of the insulating substrate 151 so as to connect to both ends of the heat-generating resistor 152. The surface of the heat generating resistor 152 may be coated with, for example, a protective layer (dielectric layer) such as glass containing a filler.

加熱板15は、絶縁基板151に、例えばAg、Pd、Pt等の合金粉末や酸化ルテニウムを含む厚膜用ペースト等を所定のパターンに印刷、乾燥後、所定温度で焼成することで発熱抵抗体152、電極153を形成することができる。 The heating plate 15 is a heat generating resistor obtained by printing, for example, an alloy powder such as Ag, Pd, Pt, etc., a thick film paste containing ruthenium oxide, or the like on an insulating substrate 151 on a predetermined pattern, drying, and firing at a predetermined temperature. 152, the electrode 153 can be formed.

また、絶縁基板151の電極153の形成部には、電極153とリード150(図1(A)参照)との接続強度を向上させるために切欠部が形成され得る。図4に示される例では切欠部は1つの電極153に対して2つずつ設けるようにしたが、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。さらに、切欠部に代えて貫通孔(スルーホール)を1つ若しくは複数設けてもよいし、切欠部と貫通孔とを組み合わせて用いるようにしてもよい。つまり、切欠部や貫通孔を設けるのは、電極153とリード150との接続強度を向上させるために、接続面積を増やしたり、アンカー効果等機械的係合が得られる対策をとることで、高温に加熱したり、2次元的又は3次元的に移動操作させた場合であっても接続不良が生じないようにしている。 Further, a notch may be formed in the forming portion of the electrode 153 of the insulating substrate 151 in order to improve the connection strength between the electrode 153 and the lead 150 (see FIG. 1A). In the example shown in FIG. 4, two notches are provided for each electrode 153, but the number of notches may be one or three or more. Further, one or a plurality of through holes may be provided instead of the notch portion, or the notch portion and the through hole may be used in combination. That is, the notch and the through hole are provided at a high temperature by increasing the connection area and taking measures such as an anchor effect to obtain mechanical engagement in order to improve the connection strength between the electrode 153 and the lead 150. Even when it is heated or moved two-dimensionally or three-dimensionally, a connection failure does not occur.

ヘッド本体1に加熱板15が取付けられた状態では、加熱板15は、その裏面(絶縁基板151の発熱抵抗体152が形成されていない面)側をヘッド本体1の融解部13の平面部に、開口部131を覆うように、例えば銀系の厚膜ペースト(Agに例えばガラス、Cuが含有されたもの)を接合材料として塗布、焼成して、接合されている。このとき、接合材料が開口部131に入り込み、アンカー効果が得られることで、加熱部材をヘッド本体1の融解部13に強固に接合して取付けることができる。ここでは、融解部13の外壁面に対向するように研削して設けられた平面部に、一対の加熱板15を対向配置するようにしているが、加熱板15は、1つであってもよいし3つ以上であってもよい。例えば、融解部の外周に研削平面を4面設け、3つ乃至4つの加熱板15を設けてもよく、さらに、加熱板15のサイズや設置位置を一部乃至全部の面を変えたり、ヘッド本体1の長さ方向にも複数の加熱板を並設したり、長さ方向の設置位置を変えたりして、融解部13の平面部により適切な温度勾配を形成するようにしてもよい。 In the state where the heating plate 15 is attached to the head body 1, the back surface (the surface of the insulating substrate 151 on which the heat generating resistor 152 is not formed) side of the heating plate 15 is the flat surface portion of the melting portion 13 of the head body 1. , For example, a silver-based thick film paste (Ag containing, for example, glass or Cu) is applied and fired as a bonding material so as to cover the opening 131, and the bonding is performed. At this time, the joining material enters the opening 131 and an anchor effect is obtained, so that the heating member can be firmly joined and attached to the melting portion 13 of the head body 1. Here, a pair of heating plates 15 are arranged to face each other on a flat surface portion provided by grinding so as to face the outer wall surface of the melting portion 13, but even if there is only one heating plate 15. It may be 3 or more. For example, four grinding planes may be provided on the outer periphery of the melting portion, and three to four heating plates 15 may be provided. Further, the size and installation position of the heating plates 15 may be changed in part or all of the surfaces, or the head may be provided. A plurality of heating plates may be arranged side by side in the length direction of the main body 1 or the installation position in the length direction may be changed so that an appropriate temperature gradient is formed by the flat portion of the melting portion 13.

本実施の形態では、加熱板の幅(5mm)を、ヘッド本体1の融解部13の平面部の幅(4mm)よりも僅かに広くし、加熱板15とリード150との接続部をヘッド本体1の融解部13の平面部の一方側の側縁から外方へ飛び出させて、ヘッド本体1に加熱板15を接合させるようにしている。 In the present embodiment, the width of the heating plate (5 mm) is slightly wider than the width of the flat surface portion (4 mm) of the melting portion 13 of the head main body 1, and the connecting portion between the heating plate 15 and the lead 150 is connected to the head main body. The heating plate 15 is joined to the head body 1 by protruding outward from one side edge of the flat surface portion of the melting portion 13 of 1.

図5は、ホットエンド10において、加熱板15の発熱抵抗体152によって温度測定をも行い、測定された温度に応じて発熱抵抗体152による加熱を調整することで温度制御をする場合の駆動回路の一例を示すブロック図である。すなわち、この駆動回路は直流又は交流の電源154で駆動する例で、電源154としては、電池、商用電源又は商用電源をトランスなどにより電圧や印加時間を調整して、調整部を介して発熱抵抗体152に接続されている。 FIG. 5 shows a drive circuit in the case where the temperature is also measured by the heat generating resistor 152 of the heating plate 15 at the hot end 10 and the temperature is controlled by adjusting the heating by the heat generating resistor 152 according to the measured temperature. It is a block diagram which shows an example. That is, this drive circuit is an example of driving with a DC or AC power supply 154. As the power supply 154, a battery, a commercial power supply, or a commercial power supply is adjusted in voltage and application time by a transformer or the like, and a heat generating resistor is passed through an adjusting unit. It is connected to the body 152.

加熱板15の温度は、発熱抵抗体152を利用して、その抵抗値の変化によって検出することができる。発熱抵抗体152の抵抗値の変化は、図5に示されるように、発熱抵抗体152と直列にシャント抵抗155が接続され、その両端の電圧を測定することによって、電流の変化を検出できる。発熱抵抗体152に印加する電圧が一定のとき、電流の変化が分れば、抵抗値の変化を知ることができる。すなわち、発熱抵抗体152の抵抗値は温度によって変る温度特性を有している。そのため、その温度特性(温度係数)を予め検出しておくことによって、抵抗値が分れば、発熱抵抗体152、すなわち絶縁基板151の温度を知ることができる。この温度検出は制御手段によってなされる。また、シャント抵抗155は、発熱の影響を避けるため温度検知が可能な限り抵抗値の低い方がよい。また、できるだけ温度係数の小さい抵抗が好ましく、電流による発熱を避けるため、電流が小さくなるように設定される。なお、温度検出は、発熱抵抗体152とは別に温度測定用抵抗体を絶縁基板151の発熱抵抗体152付近に設けて、温度測定用抵抗体に接続される測定用電源から供給される電流と、温度測定用抵抗体の両端の電圧の測定により導出される抵抗値の変化を測定することによって、絶縁基板151の温度を検出してもよい。また、加熱板15の温度は、絶縁基板151の吐出部14側から断熱部12側にかけて温度勾配が生じたりして、絶縁基板151の下端部と上端部とで異なる温度となっている場合があるので、絶縁基板151の複数カ所で温度を測定し、その平均を検出温度として制御するようにしてもよい。複数の加熱板を用いるときも、各加熱板の温度の平均を検出してもよい。絶縁基板151を通して、融解部13の外壁面である平面部の全面の平均温度を検出するようにしてもよい。さらに、融解部13の外壁面に熱電対を溶着(融着)して温度勾配を測定してもよく、この測定温度に基づき、低温側に追加加熱したりして、温度勾配を変化させたり、温度勾配の中間点位置を変化させるようにしてもよい。 The temperature of the heating plate 15 can be detected by using the heat generating resistor 152 and changing its resistance value. As shown in FIG. 5, the change in the resistance value of the heat generation resistor 152 can be detected by measuring the voltage across the shunt resistor 155 connected in series with the heat generation resistor 152. When the voltage applied to the heat generating resistor 152 is constant, the change in the resistance value can be known if the change in the current is known. That is, the resistance value of the heat generating resistor 152 has a temperature characteristic that changes depending on the temperature. Therefore, by detecting the temperature characteristic (temperature coefficient) in advance, if the resistance value is known, the temperature of the heat generating resistor 152, that is, the insulating substrate 151 can be known. This temperature detection is performed by a control means. Further, the shunt resistor 155 should have a resistance value as low as possible in order to avoid the influence of heat generation. Further, a resistor having a temperature coefficient as small as possible is preferable, and the current is set to be small in order to avoid heat generation due to the current. In the temperature detection, a temperature measurement resistor is provided in the vicinity of the heat generation resistor 152 of the insulating substrate 151 separately from the temperature measurement resistor 152, and the current is supplied from the measurement power supply connected to the temperature measurement resistor. The temperature of the insulating substrate 151 may be detected by measuring the change in the resistance value derived by measuring the voltage across the temperature measuring resistor. Further, the temperature of the heating plate 15 may be different between the lower end portion and the upper end portion of the insulating substrate 151 due to a temperature gradient generated from the discharge portion 14 side to the heat insulating portion 12 side of the insulating substrate 151. Therefore, the temperature may be measured at a plurality of locations on the insulating substrate 151, and the average thereof may be controlled as the detected temperature. When using a plurality of heating plates, the average temperature of each heating plate may be detected. The average temperature of the entire surface of the flat surface portion, which is the outer wall surface of the melting portion 13, may be detected through the insulating substrate 151. Further, a thermocouple may be welded (fused) to the outer wall surface of the melting portion 13 to measure the temperature gradient, and based on this measured temperature, additional heating may be performed on the low temperature side to change the temperature gradient. , The position of the midpoint of the temperature gradient may be changed.

制御手段は、造形動作が一時停止された待機状態(融解部内のフィラメント(樹脂)が融解した状態)では、加熱板15に所定量の電力(例えば、10W)を供給し続けることで、融解部内に融解したフィラメントがある状態を維持する。一方、造形動作中は、検出した温度に応じて、発熱抵抗体152に印加される発熱用の電圧の量を調整しながら発熱抵抗体152の温度を所定の温度範囲内に維持されるよう調整する。すなわち、制御手段にはあらかじめ、発熱抵抗体152の温度を所定の温度範囲内に維持するための上限値と下限値が与えられており、検出した温度が上限値を上回る場合には、調整部に発熱用の電力供給量を下げる信号が、下限値を下回った場合には、発熱用の電力供給量を上げる制御信号が調整部に出力される。 The control means keeps supplying a predetermined amount of electric power (for example, 10 W) to the heating plate 15 in the standby state in which the modeling operation is temporarily stopped (the state in which the filament (resin) in the melting portion is melted), thereby forming the inside of the melting portion. Maintain the presence of melted filaments in the. On the other hand, during the modeling operation, the temperature of the heat generating resistor 152 is adjusted so as to be maintained within a predetermined temperature range while adjusting the amount of the heating voltage applied to the heat generating resistor 152 according to the detected temperature. To do. That is, the control means is given in advance an upper limit value and a lower limit value for maintaining the temperature of the heat generating resistor 152 within a predetermined temperature range, and when the detected temperature exceeds the upper limit value, the adjusting unit When the signal for lowering the power supply amount for heat generation falls below the lower limit value, a control signal for increasing the power supply amount for heat generation is output to the adjusting unit.

先述したように、造形動作が一時停止された後に再開される際、フィラメントの供給による融解部13における温度低下を抑制するために、制御手段は、造形動作を再開する際のフィラメント送り開始に同期して、調整部に対して発熱抵抗体152に対する発熱用の電力の量を、一時停止時の所定量(例えば、10W)よりも大きい量の電力(例えば、13W)に増加させる信号を調整部に伝達する。具体的には、造形動作を制御する手段である造形制御手段303(図3参照)からフィラメントの送りを開始する信号が、送り手段305(図3参照)に出力されるのと前後して、加熱板15の加熱を制御する制御手段にも出力され、この信号に応じて制御手段は調整部に対して、フィラメントの送り動作開始よりも少し前(例えば、0.5秒前)、或いは同時に発熱用の電力の量を大きくする(例えば、13W)信号を伝達する。すなわち、造形動作の一時停止中には、所定量(例えば、10W)の電力を供給して融解部内のフィラメントを融解した状態に維持し、造形動作が再開されフィラメントの送り込みが再開されると、これと同期して加熱板15(発熱抵抗体152)への供給電力の量を大きくする制御を実行する。なお、加熱を制御する制御手段は、造形制御手段303に含まれるものであってよく、別途設けられるものであってもよく、図3においては図示せずに省略している。なお、一時停止時の電力の所定量、再開時に追加供給される電力の量は、フィラメントの種類、太さ及び送り速度に合せて適宜決定され得る。換言すれば、一時停止時に加熱手段に供給されている電力の量よりもフィラメント送り再開時の供給電力量を大きくすれば、大きくした分、低温のフィラメントが新たにホットエンドに押し込まれることで奪われる熱量を前もって補うことができるのである。なお、上述及び後述に示す温度及び電力の量は、平均直径1.75mmφのPEEKからなるフィラメントを用い、送り速度を2mm/秒としたときの例である。 As described above, when the molding operation is paused and then restarted, the control means synchronizes with the start of filament feeding when the molding operation is restarted in order to suppress the temperature drop in the melting portion 13 due to the supply of the filament. Then, a signal for increasing the amount of heat generation power for the heat generation resistor 152 to the power generation unit 152 is increased to a larger amount of power (for example, 13W) than a predetermined amount (for example, 10W) at the time of pause. Communicate to. Specifically, before and after the signal for starting the filament feeding from the molding control means 303 (see FIG. 3), which is a means for controlling the molding operation, is output to the feeding means 305 (see FIG. 3), It is also output to the control means that controls the heating of the heating plate 15, and in response to this signal, the control means tells the adjusting unit a little before (for example, 0.5 seconds) before the start of the filament feeding operation, or at the same time. A signal that increases the amount of power for heat generation (for example, 13 W) is transmitted. That is, during the suspension of the modeling operation, a predetermined amount (for example, 10 W) of electric power is supplied to maintain the filament in the melting portion in a molten state, and when the modeling operation is restarted and the filament feeding is restarted, In synchronization with this, control is performed to increase the amount of power supplied to the heating plate 15 (heat generating resistor 152). The control means for controlling the heating may be included in the modeling control means 303 or may be separately provided, and is omitted in FIG. 3 without being shown. The predetermined amount of electric power at the time of pausing and the amount of electric power additionally supplied at the time of resuming can be appropriately determined according to the type, thickness and feed rate of the filament. In other words, if the amount of power supplied when resuming filament feeding is made larger than the amount of power supplied to the heating means at the time of suspension, the increased amount will cause the low-temperature filament to be newly pushed into the hot end. The amount of heat generated can be supplemented in advance. The temperatures and amounts of electric power shown above and below are examples when a filament made of PEEK having an average diameter of 1.75 mmφ is used and the feed rate is 2 mm / sec.

この造形動作の再開時のフィラメント送り開始に同期した制御動作の一例を説明するフローチャートが図6に示される。先ず、3次元プリンタ本体の電源がONにされると(S1)、融解部(加熱手段)の温度が、例えば、約430℃まで予備加熱され、待機状態になるのを待つ。予備加熱は、加熱手段に、例えば、10Wの電力を供給することで実行される。また、待機状態において、融解部の温度が、例えば、約450℃を超えないよう加熱手段に供給する電力の量を調整する制御が行われる。具体的には、例えば、約400℃〜450℃の所定温度範囲内になるよう供給電力(10W)のON/OFFの制御が行われる。 FIG. 6 shows a flowchart illustrating an example of a control operation synchronized with the start of filament feeding at the time of resuming the modeling operation. First, when the power of the 3D printer main body is turned on (S1), the temperature of the melting portion (heating means) is preheated to, for example, about 430 ° C., and waits for the standby state. Preheating is performed by supplying, for example, 10 W of electric power to the heating means. Further, in the standby state, control is performed to adjust the amount of electric power supplied to the heating means so that the temperature of the melting portion does not exceed, for example, about 450 ° C. Specifically, for example, ON / OFF control of the supply power (10 W) is performed so as to be within a predetermined temperature range of about 400 ° C. to 450 ° C.

その後、造形開始の信号が与えられると(S2)、待機状態にあるのを確認又は融解部の温度が所定温度範囲内(約400℃〜450℃)にあるのを確認した後に、フィラメントが送り込まれ造形が開始される(S3)。このフィラメントの送り込みが開始されるのと同期して加熱手段への供給電力の量の追加(例えば、+3W)が行われる。具体的には、例えば、造形データ記憶装置から3Dプリンタの制御部(造形制御手段303)へ造形開始信号と造形データを送り、制御部から送り手段302に駆動信号を送る間にバッファを介在させておくことで、開始信号が送られてからフィラメント送り開始までの間にインターバルを設けることができて実際にフィラメントの送り込みが開始されて造形が開始される時点がわかり、造形が開始される(フィラメントの送り込みが開始される)時点よりも少し前(例えば、0.5秒前)に、加熱手段に追加された電力(例えば、13W)を供給するようにすることができる。 After that, when a signal to start modeling is given (S2), the filament is fed after confirming that it is in a standby state or that the temperature of the melting part is within a predetermined temperature range (about 400 ° C. to 450 ° C.). The modeling is started (S3). The amount of power supplied to the heating means is added (for example, + 3W) in synchronization with the start of feeding the filament. Specifically, for example, a modeling start signal and modeling data are sent from the modeling data storage device to the control unit (modeling control means 303) of the 3D printer, and a buffer is interposed between the control unit and the drive signal to be sent to the sending means 302. By doing so, an interval can be provided between the transmission of the start signal and the start of filament feeding, and the time when the filament feeding is actually started and the modeling is started can be known, and the modeling is started ( The additional power (eg, 13W) can be supplied to the heating means shortly before (eg, 0.5 seconds before) the time when the filament feeding is started.

以降のフロー(S4〜S8)で、造形中でフィラメント送りがされている間、加熱手段(融解部)の温度が所定温度範囲内となるように、電力の供給調整制御が行われるが、造形が開始されてからフィラメント送りが停止(一時停止)される前の所定時間経過した時点で、S3で加熱手段へ追加した分の電力の量の3Wを取り除き、例えば10Wに戻すようにしてもよい。これは、仮にフィラメント送りを停止した状態でずっと3W追加して13Wの電力を供給し続けると融解部内の温度が約480℃まで上昇し、この状態でフィラメントを押し込むとホットエンドの供給部側へ融解した樹脂(フィラメント)が逆流して通路の詰まりを引き起こす危険性があるからで、このことから、所定温度範囲の上限値を上回り(S4:YES)電力の供給をOFF(S5)するのと関係なく、造形開始後速やかに(所定時間経過した後に)待機状態のときの供給電力(10W)に戻しておくのがより好ましい。 In the subsequent flows (S4 to S8), power supply adjustment control is performed so that the temperature of the heating means (melting portion) is within a predetermined temperature range while the filament is fed during modeling. 3W of the amount of electric power added to the heating means in S3 may be removed and returned to, for example, 10W when a predetermined time has elapsed from the start of the operation to the time before the filament feeding is stopped (paused). .. This is because if the filament feed is stopped and 3 W is added and 13 W of power is continuously supplied, the temperature inside the melting part rises to about 480 ° C, and if the filament is pushed in this state, it goes to the hot end supply part side. This is because there is a risk that the melted resin (filament) will flow back and cause clogging of the passage. Therefore, the upper limit of the predetermined temperature range is exceeded (S4: YES) and the power supply is turned off (S5). Regardless, it is more preferable to return to the power supply (10 W) in the standby state immediately after the start of modeling (after a predetermined time has elapsed).

次に、S8でフィラメント送りが停止されたことが確認されると、その停止が造形終了の停止であるか否か(一時停止であるか)が判断され(S9)、造形終了(本体電源OFF)の場合は電源供給がOFFされる(S11)。S9において一時停止(待機状態)であると判断された場合には、融解部を所定温度範囲内に維持する電力の供給調整制御が継続される。この待機状態において、フィラメント送り再開信号の入力があると(S10)、S3の前段階に移行し、フィラメント送り再開と同期して電力供給量の増加制御が実行される。すなわち、造形動作が一時停止した後のフィラメント送り再開時には、融解部が所定温度範囲内であっても、加熱手段に追加した電力である13Wの電力が供給されて造形が再開される。 Next, when it is confirmed that the filament feed has been stopped in S8, it is determined whether or not the stop is a stop of the end of modeling (whether it is a temporary stop) (S9), and the end of modeling (main unit power off). ), The power supply is turned off (S11). When it is determined in S9 that the unit is temporarily stopped (standby state), the power supply adjustment control for maintaining the melting portion within a predetermined temperature range is continued. In this standby state, when the filament feed restart signal is input (S10), the process shifts to the stage prior to S3, and the power supply amount increase control is executed in synchronization with the filament feed restart. That is, when the filament feeding is restarted after the molding operation is temporarily stopped, even if the melting portion is within a predetermined temperature range, 13 W of electric power added to the heating means is supplied and the molding is restarted.

上述の制御により、造形動作の再開によって融解部13に送り込まれたフィラメント状の造形材料は効果的に加熱され、先述した造形動作の再開時におけるフィラメント融解熱に起因する温度低下は抑制され得る。その結果、融解部13の流路2内における融解した造形材料の粘度が一時的に上昇することによる造形動作の不良の発生は抑制される。 By the above-mentioned control, the filament-like molding material sent to the melting portion 13 by resuming the molding operation is effectively heated, and the temperature drop due to the heat of fusion of the filament at the time of restarting the molding operation described above can be suppressed. As a result, the occurrence of defects in the modeling operation due to the temporary increase in the viscosity of the melted modeling material in the flow path 2 of the melting section 13 is suppressed.

ホットエンド10は、図1(A)及び(B)に示されるように、断熱部12と融解部13の境界付近に接して取り囲むように設けられた温度調整部16を有している。温度調整部16は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの所定の厚みを有する金属ブロックのように、断熱部12と融解部13の境界付近の熱容量を増加させる手段であり得る。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the hot end 10 has a temperature adjusting portion 16 provided so as to be in contact with and surround the boundary between the heat insulating portion 12 and the melting portion 13. The temperature adjusting unit 16 can be a means for increasing the heat capacity near the boundary between the heat insulating portion 12 and the melting portion 13, such as a metal block having a predetermined thickness such as aluminum or stainless steel.

先述したように、温度調整部16は、造形動作再開時の造形動作の不良の発生を効果的に抑制し得る。すなわち、温度調整部16は、ヘッド本体1の断熱部12と融解部13の境界付近に接して取り囲むように設けられることによって、断熱部12と融解部13の境界部分の熱容量を増大させ、放熱量を増大でき、融解部13から断熱部12にかけての温度勾配を緩やかにする。融解部13の余熱で境界付近の流路2内にある固体状のフィラメントを予熱することができる。造形動作が一時停止した際に、断熱部12と融解部13の境界付近、特に断熱部12側の流路2内にあるフィラメント状の造形材料が予熱されることによって、造形動作の再開時に融解部13に送り込まれても、造形材料の融解に必要とする熱量が少なくてすむので、予熱されていない場合と比較して、融解に際して周囲から奪う熱量が減少する。これにより、造形動作の再開時における融解部13の温度低下がさらに抑制され、造形動作は良好に行われる。 As described above, the temperature adjusting unit 16 can effectively suppress the occurrence of defects in the modeling operation when the modeling operation is restarted. That is, the temperature adjusting unit 16 is provided so as to be in contact with and surround the boundary between the heat insulating portion 12 and the melting portion 13 of the head body 1, thereby increasing the heat capacity of the boundary portion between the heat insulating portion 12 and the melting portion 13 and releasing the heat capacity. The amount of heat can be increased, and the temperature gradient from the melting portion 13 to the heat insulating portion 12 is made gentle. The residual heat of the melting portion 13 can preheat the solid filament in the flow path 2 near the boundary. When the modeling operation is temporarily stopped, the filamentous modeling material in the vicinity of the boundary between the heat insulating portion 12 and the melting portion 13, particularly in the flow path 2 on the heat insulating portion 12 side, is preheated to melt when the modeling operation is resumed. Even if it is sent to the portion 13, the amount of heat required for melting the molding material is small, so that the amount of heat taken from the surroundings at the time of melting is reduced as compared with the case where it is not preheated. As a result, the temperature drop of the melting portion 13 when the modeling operation is restarted is further suppressed, and the modeling operation is performed satisfactorily.

ここに融解部13と断熱部12との境界部又は境界部近傍とは、融解部13と断熱部12との間(境界)、又は融解部13と断熱部12の少なくとも何れか一方側に属する部分を含み、このとき融解部13と断熱部12の境界を含む必要はない。このような位置に温度調整部16は設けられ得る。温度調整部16サイズ、形状、重量、容量などは、造形材料の種類、造形動作中の造形材料の送り出し速度などに応じて適宜決定され得る。例えば、形状の具体例としては、リング状、円筒状、多角柱状などを挙げることができる。形状をリング状とした場合、温度調整部16の外周の直径は例えば5mmφとされる。 Here, the boundary portion between the melting portion 13 and the heat insulating portion 12 or the vicinity of the boundary portion belongs between the melting portion 13 and the heat insulating portion 12 (boundary), or at least one side of the melting portion 13 and the heat insulating portion 12. The portion is included, and it is not necessary to include the boundary between the melting portion 13 and the heat insulating portion 12 at this time. The temperature adjusting unit 16 may be provided at such a position. The size, shape, weight, capacity, etc. of the temperature adjusting unit 16 can be appropriately determined according to the type of the modeling material, the feeding speed of the modeling material during the modeling operation, and the like. For example, specific examples of the shape include a ring shape, a cylindrical shape, and a polygonal columnar shape. When the shape is ring-shaped, the diameter of the outer circumference of the temperature adjusting unit 16 is, for example, 5 mmφ.

また、図7に示されるように、断熱部12及び融解部13の境界部に接して取り囲む、例えばリング状の金属ブロックである温度調整部16の外周に、加熱板15及び断熱部12の中途部までを取り囲むように被覆するカバー160が取付けられてもよい。カバー160は熱放射率の良い材料で形成されることが好ましく、例えば酸化処理が施された銅やステンレスなどを使用することができる。カバー160は、その取り囲む領域を閉塞するように設けられる。このような構成にすることによって、融解部13の余熱をより効率的に断熱部12側のフィラメントの予熱に利用することが可能となる。また、加熱板15からの輻射熱を融解部13近傍に留めることができるので、融解部13の加熱をより効率的に行うことが可能となる。フィラメントの予熱には、別途、予熱の手段が設けられてもよく、ホットエンド10周囲の雰囲気温度を上げておくことで予熱することもできる。 Further, as shown in FIG. 7, the heating plate 15 and the heat insulating portion 12 are located in the middle of the heating plate 15 and the heat insulating portion 12 on the outer periphery of the temperature adjusting portion 16 which is a ring-shaped metal block, for example, which is in contact with and surrounds the boundary portion between the heat insulating portion 12 and the melting portion 13. A cover 160 that covers up to the portion may be attached. The cover 160 is preferably made of a material having a good heat emissivity, and for example, copper or stainless steel that has been subjected to an oxidation treatment can be used. The cover 160 is provided so as to block the surrounding area. With such a configuration, the residual heat of the melting portion 13 can be more efficiently used for preheating the filament on the heat insulating portion 12 side. Further, since the radiant heat from the heating plate 15 can be kept in the vicinity of the melting portion 13, the melting portion 13 can be heated more efficiently. A separate preheating means may be provided for preheating the filament, and the filament can be preheated by raising the ambient temperature around the hot end 10.

図1(A)及び(B)に示されるホットエンド10ではヘッド本体1の融解部13の切削された一対の平面の両方に一対の加熱板15、15が取付けられている。上述の、融解部13の温度を所定の範囲内に制御する為の、上限値を上回った場合の電力供給の停止、及び、下限値を下回った場合の電力供給の開始をする制御と、造形動作の再開時にフィラメント送り開始と同期して電力供給を開始する制御とは、その両方が一方の第1の加熱板15、及び、もう一方の第2の加熱板15の各々で実行され得る。しかし、一対の加熱板15、15の片方で(例えば第1の加熱板で)温度を所定の範囲内にする為の制御が行われ、他方で(例えば第2の加熱板で)フィラメント送り開始と同期して電力供給を開始する制御が行われてもよい。 In the hot end 10 shown in FIGS. 1A and 1B, a pair of heating plates 15 and 15 are attached to both of the pair of cut flat surfaces of the melting portion 13 of the head body 1. The above-mentioned control for controlling the temperature of the melting unit 13 within a predetermined range, the control of stopping the power supply when the upper limit value is exceeded, and the start of the power supply when the temperature falls below the lower limit value, and modeling. The control to start the power supply in synchronization with the start of filament feeding at the time of resuming the operation can be executed by each of the first heating plate 15 on one side and the second heating plate 15 on the other side. However, one of the pair of heating plates 15 and 15 (for example, on the first heating plate) is controlled to keep the temperature within a predetermined range, and the other (for example, on the second heating plate) starts filament feeding. Control may be performed to start the power supply in synchronization with the above.

温度測定は一対の加熱板15、15の各々で行われ、検出された温度に基づいて各々の加熱板15の加熱の制御が行われてよいが、片方の加熱板15で温度測定がされ、その検出温度に基づいて一対の加熱板15、15両方の加熱が制御されてもよい。また、片方の加熱板15が温度測定のみを行うようにして、他方の加熱板15で、温度を所定の範囲内にするための制御、及び造形動作の再開時にフィラメント送り開始と同期して電力供給を開始する温度制御の両方が行われてもよい。 The temperature measurement is performed by each of the pair of heating plates 15 and 15, and the heating of each heating plate 15 may be controlled based on the detected temperature, but the temperature is measured by one of the heating plates 15. The heating of both the pair of heating plates 15 and 15 may be controlled based on the detected temperature. Further, one heating plate 15 measures only the temperature, and the other heating plate 15 controls the temperature within a predetermined range, and when the molding operation is restarted, the electric power is synchronized with the start of filament feeding. Both temperature controls to start the supply may be performed.

図1(B)に示される例では一対の加熱板15、15は同じサイズに描かれ、融解部13に接する面積(加熱部分の面積)も同じ大きさとなるように描かれているが、一対の加熱板15、15はサイズが異なってよく、一方の加熱板15の融解部13に接する加熱部分の面積と、他方の加熱板15の融解部13に接する加熱部分の面積とは異なるように設けられてもよく、融解部13に接する加熱部分は、ホットエンド10の長さ方向における位置を一対の加熱板15、15でずらして設置することもできる。一方と他方でサイズが異なる一対の加熱板15、15を設けたホットエンド10の例が、図8に示される。一対の加熱板15、15の加熱部分の位置やサイズ異ならせることで、流路2内の熱分布をフィラメントの種類、サイズ、及び送り速度にあわせて適切に調整し得る。 In the example shown in FIG. 1 (B), the pair of heating plates 15 and 15 are drawn to have the same size, and the area in contact with the melting portion 13 (the area of the heating portion) is also drawn to have the same size. The heating plates 15 and 15 may be of different sizes, so that the area of the heating portion in contact with the melting portion 13 of one heating plate 15 and the area of the heating portion in contact with the melting portion 13 of the other heating plate 15 are different. The heating portion in contact with the melting portion 13 may be provided, and the heating portion may be installed by shifting the position of the hot end 10 in the length direction by the pair of heating plates 15 and 15. An example of a hot end 10 provided with a pair of heating plates 15 and 15 having different sizes on one side and the other side is shown in FIG. By making the positions and sizes of the heating portions of the pair of heating plates 15 and 15 different, the heat distribution in the flow path 2 can be appropriately adjusted according to the type, size, and feed rate of the filament.

ホットエンド10の加熱手段である加熱板15は、一対の加熱板15、15として設けられずに、ヘッド本体1の片側にのみ接して設けられてもよい。図9には、ヘッド本体1の融解部13に片側のみ切削された平面部が設けられ、加熱板15がその平面部に接して設けられた例が示されている。この例では、融解部13の片側のみが切削されて平面部とされるので、融解部13の両面が切削されて平面部が設けられたものと比較して容積が大きく、すなわち熱容量が大きく形成されるので、先述の造形動作の再開の際の温度低下が緩和され得る。この場合、複数の、加熱板15を小型化した加熱板を融解部13の平面部に貼り付けてもよい。 The heating plate 15 which is the heating means of the hot end 10 may not be provided as a pair of heating plates 15 and 15, but may be provided in contact with only one side of the head main body 1. FIG. 9 shows an example in which a flat surface portion cut on only one side is provided on the melting portion 13 of the head main body 1, and the heating plate 15 is provided in contact with the flat surface portion. In this example, since only one side of the melting portion 13 is cut to form a flat portion, the volume is larger, that is, the heat capacity is formed larger than that in which both sides of the melting portion 13 are cut to provide the flat portion. Therefore, the temperature drop at the time of restarting the above-mentioned modeling operation can be alleviated. In this case, a plurality of heating plates obtained by miniaturizing the heating plates 15 may be attached to the flat surface portion of the melting portion 13.

上述した実施形態のホットエンド、フィラメントの送り手段、及び造形材料の加熱を制御する制御手段を備えた3次元プリンタを用いて、耐熱温度が高いスーパーエンジニアリングプラスチックとして知られるPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)をフィラメントに用いて良好に造形できることが確認されている。上述の実施形態のホットエンド10は、全体として長さ32mm、幅5mm程度とされ、現存するホットエンドに比べて格段に小型となっているが、造形動作を一時的に停止した後にフィラメントの送り動作を再開した際の融解部13における温度低下は抑制され、粘度が一時的に上昇した造形材料の粘度を低下させる為の加熱に要する時間が短縮されることで積層時間の遅れは軽減され、積層速度が向上し、併せて消費電力の軽減(省エネ化)も図られており、良好に立体造形物が造形されることが確認されている。 PEEK (polyetheretherketone) known as a super engineering plastic having a high heat resistant temperature using a three-dimensional printer provided with the hot end of the above-described embodiment, the filament feeding means, and the control means for controlling the heating of the modeling material. It has been confirmed that can be satisfactorily formed by using the filament. The hot end 10 of the above-described embodiment has a length of about 32 mm and a width of about 5 mm as a whole, and is much smaller than the existing hot end. However, the filament feeding is performed after the molding operation is temporarily stopped. The temperature drop in the melting portion 13 when the operation is restarted is suppressed, and the delay in the laminating time is reduced by shortening the time required for heating for lowering the viscosity of the modeling material whose viscosity has temporarily increased. It has been confirmed that the stacking speed is improved, the power consumption is reduced (energy saving), and the three-dimensional model is formed well.

また、上述した実施形態のホットエンドは、500℃の高温に迅速昇温可能であることから、造形材料として低融点金属類や低融点ガラス類にも使用することもできる。 Further, since the hot end of the above-described embodiment can be rapidly heated to a high temperature of 500 ° C., it can also be used for low melting point metals and low melting point glasses as a modeling material.

1 ヘッド本体
2 通路
10 ホットエンド
11 供給部
111 供給口
12 断熱部
121 開口部
13 融解部
131 開口部
14 吐出部
141 吐出口
15 加熱板
150 リード
151 絶縁基板
152 発熱抵抗体
153 電極
154 電源
155 シャント抵抗
16 温度調整部
160 カバー
100 流路構造体
101 加熱板(加熱ヘッド)
102 取付部
103 造形材料供給部
104 吐出口
105 フィラメント状の造形材料
106 融解された造形材料
301 造形室
302 駆動手段
303 造形制御手段
304 フィラメントリール
305 送り手段
3011 ステージ
3012 造形台座
3013 プリンタヘッド
3014 y軸方向レール
3015 x軸方向レール
3016、3017 支持シャフト
1 Head body 2 Passage 10 Hot end 11 Supply part 111 Supply port 12 Insulation part 121 Opening part 13 Melting part 131 Opening part 14 Discharge part 141 Discharge port 15 Heating plate 150 Lead 151 Insulation board 152 Heat generation resistor 153 Electrode 154 Power supply 155 Shunt Resistance 16 Temperature control unit 160 Cover 100 Flow path structure 101 Heating plate (heating head)
102 Mounting part 103 Modeling material supply unit 104 Discharge port 105 Filament-like modeling material 106 Melted modeling material 301 Modeling chamber 302 Driving means 303 Modeling control means 304 Filament reel 305 Feeding means 3011 Stage 3012 Modeling pedestal 3013 Printer head 3014 y-axis Directional rail 3015 x Axial direction rail 3016, 3017 Support shaft

Claims (3)

フィラメント状の造形材料を加熱して融解し吐出するホットエンドと、
前記フィラメント状の造形材料を前記ホットエンドに供給するための送り手段と、
前記フィラメント状の造形材料の加熱を制御する制御手段と、を備えた3次元プリンタであって、
前記ホットエンドは、
前記フィラメント状の造形材料が供給される供給口を有する供給部、
加熱手段が取付けられ前記供給部から供給された前記フィラメント状の造形材料を融解する融解部、
前記融解部で融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び、
前記融解部を介して前記供給口と前記吐出口を連通する通路を備え、
前記制御手段は、
前記送り手段による前記造形材料の供給を一時停止している間、前記融解部内の前記造形材料の融解状態を維持するために前記加熱手段に所定量の電力を供給する制御、及び、
前記送り手段が前記造形材料の供給を再開するのと略同期して前記加熱手段に前記所定量よりも大きい量の電力を供給する制御、を実行可能とすることを特徴とする3次元プリンタ。
A hot end that heats and melts and discharges filamentous modeling material,
A feeding means for supplying the filament-shaped modeling material to the hot end, and
A three-dimensional printer provided with a control means for controlling the heating of the filament-shaped modeling material.
The hot end
A supply unit having a supply port to which the filament-shaped modeling material is supplied,
A melting part, to which a heating means is attached and which melts the filamentous modeling material supplied from the supply part,
Discharge portion having a discharge port for discharging the molding material is melted by the melting unit, and,
Comprising a through passage communicating with said supply port and said discharge port via said melting unit,
The control means
Control to supply a predetermined amount of electric power to the heating means in order to maintain the molten state of the modeling material in the melting portion while the supply of the modeling material by the feeding means is temporarily stopped, and
A three-dimensional printer characterized in that it is possible to execute a control of supplying electric power in an amount larger than the predetermined amount to the heating means substantially in synchronization with the feeding means restarting the supply of the modeling material.
フィラメント状の造形材料を加熱融解し吐出するホットエンドと、
前記フィラメント状の造形材料を前記ホットエンドに供給するための送り手段と、
前記フィラメント状の造形材料の加熱を制御する制御手段と、を備えた3次元プリンタ用モジュール装置であって、
前記ホットエンドは、
前記フィラメント状の造形材料が供給される供給口を有する供給部、
加熱手段が取付けられ前記供給部から供給された前記フィラメント状の造形材料を融解する融解部、
前記融解部で融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び、
前記融解部を介して前記供給口と前記吐出口を連通する通路を備え、
前記制御手段は、
前記送り手段による前記造形材料の供給を一時停止している間、前記融解部内の前記造形材料の融解状態を維持するために前記加熱手段に所定量の電力を供給する制御、及び、
前記送り手段が前記造形材料の供給を再開するのと略同期して前記加熱手段に前記所定量よりも大きい量の電力を供給する制御、を実行可能とすることを特徴とする3次元プリンタ用モジュール装置。
A hot end that heats and melts filamentous modeling material and discharges it,
A feeding means for supplying the filament-shaped modeling material to the hot end, and
A module device for a three-dimensional printer including a control means for controlling heating of the filament-shaped modeling material.
The hot end
A supply unit having a supply port to which the filament-shaped modeling material is supplied,
A melting part, to which a heating means is attached and which melts the filamentous modeling material supplied from the supply part,
Discharge portion having a discharge port for discharging the molding material is melted by the melting unit, and,
Comprising a through passage communicating with said supply port and said discharge port via said melting unit,
The control means
Control to supply a predetermined amount of electric power to the heating means in order to maintain the molten state of the modeling material in the melting portion while the supply of the modeling material by the feeding means is temporarily stopped, and
For a three-dimensional printer, the feeding means can be controlled to supply an electric power larger than a predetermined amount to the heating means substantially in synchronization with restarting the supply of the modeling material. Modular device.
フィラメント状の造形材料が供給される供給口を有する供給部、加熱手段が取付けられ前記供給部から供給された前記フィラメント状の造形材料を融解する融解部、前記融解部で融解された造形材料を吐出する吐出口を有する吐出部、及び、前記融解部を介して前記供給口と前記吐出口とを連通する通路を備えたホットエンドに、フィラメント状の造形材料を所定のピッチで供給して立体造形物を造形する造形方法であって、
前記造形材料の供給が一時停止しているときに前記融解部内の前記造形材料の融解状態を維持するために前記加熱手段に所定量の電力を供給する工程、及び
前記造形材料の供給を再開するのと略同期して前記加熱手段に前記所定量よりも大きい量の電力を供給する工程を有することを特徴とする立体造形物の造形方法。
A supply unit having a supply port to which the filament-shaped modeling material is supplied, a melting unit to which a heating means is attached to melt the filament-shaped modeling material supplied from the supply unit, and a modeling material melted in the melting unit. A filamentous molding material is supplied at a predetermined pitch to a hot end having a discharge portion having a discharge port for discharging and a passage for communicating the supply port and the discharge port via the melting portion. It is a modeling method for modeling a modeled object,
Providing a power of a predetermined amount of said heating means to maintain the molten state of the build material in the melting unit when the supply of the building material is paused, and resumes supply of the build material A method for forming a three-dimensional object, which comprises a step of supplying electric power in an amount larger than the predetermined amount to the heating means substantially in synchronization with the above.
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