WO2016121796A1 - Dispensing head, three-dimensional fabrication device, and three-dimensional fabrication method - Google Patents
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Abstract
The purpose of the present invention is to provide: a dispensing head with which a solid filament is stably fed even when a solid filament obtained from an elastomer material is used, the dispensing head therefore being able to stably discharge a thermally fused polymer material; as well as a three-dimensional fabrication device and three-dimensional fabrication method using said dispensing head. This dispensing head, which is used in a three-dimensional fabrication device for manufacturing three-dimensional shapes by thermal fusion lamination, is characterized in being provided with: a material-supplying means for supplying a solid filament obtained from a thermally-fusible polymer material; a heating means for thermally fusing the solid filament supplied by the material-supplying means; and a material-discharging means for discharging the fused polymer material obtained as a result of the solid filament being heated by the heating means.
Description
本発明は、熱融解積層法によって立体形状物を作製するための立体造形装置に用いられるディスペンスヘッド、このディスペンスヘッドを使用した立体造形装置および立体造形方法に関する。
The present invention relates to a dispensing head used in a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional object by a hot melt lamination method, a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method using this dispensing head.
立体形状物を作製するための立体造形法の一つとして、熱融解積層法が知られている。この熱融解積層法による立体造形装置としては、ABS樹脂やPLA樹脂等の熱可塑性樹脂よりなる固体フィラメントを造形材料として用いるものが知られている(例えば特許文献1参照。)。
かかる立体造形装置は3次元的に移動可能なディスペンスヘッドを有し、このディスペンスヘッドは、固体フィラメントを供給する材料供給手段と、この材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、融解状態の熱可塑性樹脂を吐出するオリフィスを有する材料吐出手段とにより構成されている。材料供給手段は、固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この駆動ローラ機構は、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラと、駆動ローラに対向して配置された支持ローラとにより構成されている。駆動ローラの表面には、固体フィラメントとのスリップを防止または抑制するため、例えば平目のローレット加工が施されている(特許文献2および特許文献3参照。)。 As one of three-dimensional modeling methods for producing a three-dimensional object, a thermal melting lamination method is known. As a three-dimensional modeling apparatus using this hot-melt lamination method, one using a solid filament made of a thermoplastic resin such as an ABS resin or a PLA resin as a modeling material is known (for example, see Patent Document 1).
Such a three-dimensional modeling apparatus has a three-dimensionally movable dispense head. The dispense head includes a material supply unit that supplies a solid filament, and a heating unit that thermally melts the solid filament supplied by the material supply unit. And a material discharge means having an orifice for discharging a molten thermoplastic resin. The material supply means is composed of a drive roller mechanism that pinches and feeds the solid filament. This drive roller mechanism is composed of a drive roller that is rotationally driven by an appropriate drive source, and a support roller that is disposed opposite the drive roller. The surface of the drive roller is subjected to, for example, flat knurling in order to prevent or suppress slippage with the solid filament (see Patent Document 2 and Patent Document 3).
かかる立体造形装置は3次元的に移動可能なディスペンスヘッドを有し、このディスペンスヘッドは、固体フィラメントを供給する材料供給手段と、この材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、融解状態の熱可塑性樹脂を吐出するオリフィスを有する材料吐出手段とにより構成されている。材料供給手段は、固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この駆動ローラ機構は、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラと、駆動ローラに対向して配置された支持ローラとにより構成されている。駆動ローラの表面には、固体フィラメントとのスリップを防止または抑制するため、例えば平目のローレット加工が施されている(特許文献2および特許文献3参照。)。 As one of three-dimensional modeling methods for producing a three-dimensional object, a thermal melting lamination method is known. As a three-dimensional modeling apparatus using this hot-melt lamination method, one using a solid filament made of a thermoplastic resin such as an ABS resin or a PLA resin as a modeling material is known (for example, see Patent Document 1).
Such a three-dimensional modeling apparatus has a three-dimensionally movable dispense head. The dispense head includes a material supply unit that supplies a solid filament, and a heating unit that thermally melts the solid filament supplied by the material supply unit. And a material discharge means having an orifice for discharging a molten thermoplastic resin. The material supply means is composed of a drive roller mechanism that pinches and feeds the solid filament. This drive roller mechanism is composed of a drive roller that is rotationally driven by an appropriate drive source, and a support roller that is disposed opposite the drive roller. The surface of the drive roller is subjected to, for example, flat knurling in order to prevent or suppress slippage with the solid filament (see Patent Document 2 and Patent Document 3).
このような立体造形装置においては、固体フィラメントは、ディスペンスヘッドの材料供給手段における駆動ローラと支持ローラとの間に挟持されて繰り出されることにより、加熱手段に供給される。この加熱手段において、固体フィラメントが加熱されることにより、融解状態の熱可塑性樹脂が形成される。この融解状態の熱可塑性樹脂は、後続の固体フィラメントによって押し出されることにより、材料吐出手段のオリフィスから成形ステージに向かってストランド状に吐出される。そして、ディスペンスヘッドが、予め設定されたパターンに従って移動することにより、成形ステージ上に所要の立体形状物が作製される。
In such a three-dimensional modeling apparatus, the solid filament is supplied to the heating means by being sandwiched and fed between the drive roller and the support roller in the material supply means of the dispense head. In this heating means, the solid filament is heated to form a molten thermoplastic resin. The molten thermoplastic resin is extruded in the form of a strand from the orifice of the material discharge means toward the forming stage by being extruded by the subsequent solid filament. Then, the dispense head moves according to a preset pattern, whereby a required three-dimensional shape is produced on the molding stage.
しかしながら、上記の立体造形装置においては、固体フィラメントとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合に、以下のような問題があることが判明した。
エラストマー材料は、常温において柔らかく容易に変形しやすいものである。そのため、エラストマー材料よりなる固体フィラメントが、材料供給手段における駆動ローラと支持ローラとの間に挟持されると、当該固体フィラメントには、駆動ローラの表面に施されたローレット加工による凹凸に対応する凹凸が形成される。そして、固体フィラメントに凹凸が形成されると、その凹部の曲げ強度が低下するため、当該固体フィラメントは、その凹部において座屈してしまう。その結果、固体フィラメントを安定して供給することができず、従って、所要の立体形状物を得ることが困難となる。 However, it has been found that the above three-dimensional modeling apparatus has the following problems when an elastomer material is used as the solid filament.
Elastomer materials are soft and easily deformable at room temperature. Therefore, when a solid filament made of an elastomer material is sandwiched between the driving roller and the support roller in the material supply means, the solid filament has irregularities corresponding to irregularities caused by knurling applied to the surface of the driving roller. Is formed. And when unevenness | corrugation is formed in a solid filament, since the bending strength of the recessed part will fall, the said solid filament will buckle in the recessed part. As a result, the solid filament cannot be stably supplied, and therefore it is difficult to obtain a required three-dimensional shape.
エラストマー材料は、常温において柔らかく容易に変形しやすいものである。そのため、エラストマー材料よりなる固体フィラメントが、材料供給手段における駆動ローラと支持ローラとの間に挟持されると、当該固体フィラメントには、駆動ローラの表面に施されたローレット加工による凹凸に対応する凹凸が形成される。そして、固体フィラメントに凹凸が形成されると、その凹部の曲げ強度が低下するため、当該固体フィラメントは、その凹部において座屈してしまう。その結果、固体フィラメントを安定して供給することができず、従って、所要の立体形状物を得ることが困難となる。 However, it has been found that the above three-dimensional modeling apparatus has the following problems when an elastomer material is used as the solid filament.
Elastomer materials are soft and easily deformable at room temperature. Therefore, when a solid filament made of an elastomer material is sandwiched between the driving roller and the support roller in the material supply means, the solid filament has irregularities corresponding to irregularities caused by knurling applied to the surface of the driving roller. Is formed. And when unevenness | corrugation is formed in a solid filament, since the bending strength of the recessed part will fall, the said solid filament will buckle in the recessed part. As a result, the solid filament cannot be stably supplied, and therefore it is difficult to obtain a required three-dimensional shape.
本発明の目的は、エラストマー材料よりなる固体フィラメントを使用した場合であっても、当該固体フィラメントが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができるディスペンスヘッド、並びにこのディスペンスヘッドを使用した立体造形装置および立体造形方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a dispensing head in which a solid filament made of an elastomeric material is used, so that the solid filament is stably supplied, and thus a thermally melted polymer material can be stably discharged. Another object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method using the dispensing head.
本発明のディスペンスヘッドは、熱融解積層法によって立体形状物を作製するための立体造形装置に用いられるディスペンスヘッドであって、
熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントを供給する材料供給手段と、
前記材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、
前記固体フィラメントが前記加熱手段によって加熱されることにより得られる融解状態の前記高分子材料を吐出する材料吐出手段と
を備えてなることを特徴とする。 The dispense head of the present invention is a dispense head used in a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional object by a hot melt lamination method,
A material supply means for supplying a solid filament made of a heat-meltable polymer material;
Heating means for thermally melting the solid filament supplied by the material supply means;
And a material discharge means for discharging the polymer material in a molten state obtained by heating the solid filament by the heating means.
熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントを供給する材料供給手段と、
前記材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、
前記固体フィラメントが前記加熱手段によって加熱されることにより得られる融解状態の前記高分子材料を吐出する材料吐出手段と
を備えてなることを特徴とする。 The dispense head of the present invention is a dispense head used in a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional object by a hot melt lamination method,
A material supply means for supplying a solid filament made of a heat-meltable polymer material;
Heating means for thermally melting the solid filament supplied by the material supply means;
And a material discharge means for discharging the polymer material in a molten state obtained by heating the solid filament by the heating means.
本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントの繰り出し方向に沿って配置された2つ以上のローラと、これらのローラの間に前記固体フィラメントに接するよう張架されたガイドベルトとを備えてなることが好ましい。
In the dispensing head of the present invention, the material supply means is constituted by a driving roller mechanism that pinches and feeds the solid filament, and the driving roller mechanism is arranged along the feeding direction of the solid filament. It is preferable to include one or more rollers, and a guide belt stretched between the rollers so as to contact the solid filament.
また、本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラにおける周面には、前記固体フィラメントにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部が設けられていることが好ましい。
In the dispensing head of the present invention, the material supply means is constituted by a drive roller mechanism that sandwiches and feeds out the solid filament, and the drive roller mechanism includes a roller disposed so as to contact the solid filament. It is preferable that a notch forming portion for forming a notch extending in the longitudinal direction of the solid filament is provided on the peripheral surface of the roller.
本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラは、ローラ本体と、このローラ本体の周面に前記固体フィラメントと接するよう配置された、当該ローラ本体の周面に沿って伸びるゴム状リング部材とよりなることが好ましい。
In the dispensing head of the present invention, it is constituted by a driving roller mechanism that pinches and feeds out the solid filament, and the driving roller mechanism includes a roller arranged so as to contact the solid filament, It is preferable that the roller main body and a rubber ring member arranged along the peripheral surface of the roller main body and extending along the peripheral surface of the roller main body are disposed on the peripheral surface of the roller main body.
本発明のディスペンスヘッドにおいては、前記加熱手段は、前記固体フィラメントが通過する、厚み方向に伸びる貫通孔を有する加熱板を備えてなることが好ましい。
また、前記材料供給手段の端部から前記加熱手段までの距離が10~30mmであることが好ましい。
また、前記材料供給手段と前記加熱手段との間に、断熱手段および冷却手段の少なくとも一方が設けられていることが好ましい。 In the dispense head of the present invention, it is preferable that the heating means includes a heating plate having a through hole extending in the thickness direction through which the solid filament passes.
The distance from the end of the material supply means to the heating means is preferably 10 to 30 mm.
Moreover, it is preferable that at least one of a heat insulation means and a cooling means is provided between the material supply means and the heating means.
また、前記材料供給手段の端部から前記加熱手段までの距離が10~30mmであることが好ましい。
また、前記材料供給手段と前記加熱手段との間に、断熱手段および冷却手段の少なくとも一方が設けられていることが好ましい。 In the dispense head of the present invention, it is preferable that the heating means includes a heating plate having a through hole extending in the thickness direction through which the solid filament passes.
The distance from the end of the material supply means to the heating means is preferably 10 to 30 mm.
Moreover, it is preferable that at least one of a heat insulation means and a cooling means is provided between the material supply means and the heating means.
本発明の立体造形装置は、上記のディスペンスヘッドと、このディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って3次元的に移動する移動手段と、前記ディスペンスヘッドにおける材料供給手段を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
A three-dimensional modeling apparatus of the present invention includes the above-described dispense head, a moving unit that moves the dispense head three-dimensionally according to a preset pattern, and a control unit that controls a material supply unit in the dispense head. It is characterized by becoming.
本発明の立体造形方法は、上記のディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って3次元的に移動させながら、当該ディスペンスヘッドから融解状態の高分子材料を成形ステージに向かって吐出させることにより、当該成形ステージ上に立体形状物を作製することを特徴とする。
本発明の立体造形方法は、前記高分子材料がエラストマー材料である場合に好適である。 In the three-dimensional modeling method of the present invention, the above molding head is three-dimensionally moved according to a preset pattern, and the molten polymer material is discharged from the dispensing head toward the molding stage, thereby forming the molding. A three-dimensional object is produced on a stage.
The three-dimensional modeling method of the present invention is suitable when the polymer material is an elastomer material.
本発明の立体造形方法は、前記高分子材料がエラストマー材料である場合に好適である。 In the three-dimensional modeling method of the present invention, the above molding head is three-dimensionally moved according to a preset pattern, and the molten polymer material is discharged from the dispensing head toward the molding stage, thereby forming the molding. A three-dimensional object is produced on a stage.
The three-dimensional modeling method of the present invention is suitable when the polymer material is an elastomer material.
本発明によれば、エラストマー材料よりなる固体フィラメントを使用した場合であっも、当該固体フィラメントが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
According to the present invention, even when a solid filament made of an elastomer material is used, the solid filament is stably supplied, and therefore, the thermally melted polymer material can be stably discharged.
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明のディスペンスヘッドの一例における構成を示す説明図である。このディスペンスヘッド10は、熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントFを熱融解積層法によって造形して立体形状物を作製するための立体造形装置に搭載されるものである。 Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an example of a dispensing head according to the present invention. Thedispense head 10 is mounted on a three-dimensional modeling apparatus for modeling a solid filament F made of a heat-meltable polymer material by a hot-melt laminating method to produce a three-dimensional object.
図1は、本発明のディスペンスヘッドの一例における構成を示す説明図である。このディスペンスヘッド10は、熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントFを熱融解積層法によって造形して立体形状物を作製するための立体造形装置に搭載されるものである。 Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an example of a dispensing head according to the present invention. The
立体形状物を作製するための造形材料である固体フィラメントFとしては、直径が例えば1.75~3mmの線状のものが用いられる。
固体フィラメントFを構成する高分子材料としては、熱融解可能な樹脂材料、エラストマー材料を用いることができ、特にエラストマー材料を用いる場合に、本発明のディスペンスヘッド10は好適である。
樹脂材料の具体例としては、ABS樹脂、PLA樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
エラストマー材料の具体例としては、ジエン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。 As the solid filament F that is a modeling material for producing a three-dimensional object, a linear filament having a diameter of, for example, 1.75 to 3 mm is used.
As the polymer material constituting the solid filament F, a heat-meltable resin material or an elastomer material can be used, and thedispense head 10 of the present invention is suitable particularly when an elastomer material is used.
Specific examples of the resin material include thermoplastic resins such as ABS resin and PLA resin.
Specific examples of the elastomer material include thermoplastic elastomers such as diene thermoplastic elastomer, styrene thermoplastic elastomer, olefin thermoplastic elastomer, vinyl chloride thermoplastic elastomer, urethane thermoplastic elastomer, and amide thermoplastic elastomer. Can be mentioned.
固体フィラメントFを構成する高分子材料としては、熱融解可能な樹脂材料、エラストマー材料を用いることができ、特にエラストマー材料を用いる場合に、本発明のディスペンスヘッド10は好適である。
樹脂材料の具体例としては、ABS樹脂、PLA樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
エラストマー材料の具体例としては、ジエン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。 As the solid filament F that is a modeling material for producing a three-dimensional object, a linear filament having a diameter of, for example, 1.75 to 3 mm is used.
As the polymer material constituting the solid filament F, a heat-meltable resin material or an elastomer material can be used, and the
Specific examples of the resin material include thermoplastic resins such as ABS resin and PLA resin.
Specific examples of the elastomer material include thermoplastic elastomers such as diene thermoplastic elastomer, styrene thermoplastic elastomer, olefin thermoplastic elastomer, vinyl chloride thermoplastic elastomer, urethane thermoplastic elastomer, and amide thermoplastic elastomer. Can be mentioned.
ディスペンスヘッド10は、固体フィラメントFを供給する材料供給手段11を有する。この材料供給手段11は、固体フィラメントFを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この例の駆動ローラ機構は、固体フィラメントFの繰り出し方向に沿って配置された、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラ12aおよびリターンローラ12bと、駆動ローラ12aおよびリターンローラ12bの間に固体フィラメントFに接するよう張架された無端状のガイドベルト13と、駆動ローラ12aおよびリターンローラ12bの各々にガイドベルト13を介して対向して固体フィラメントFに接するよう配置された2つの支持ローラ14a,14bとにより構成されている。固体フィラメントFに接する支持ローラ14a,14bの周面およびガイドベルト13の表面は、いずれもローレット加工が施されていない平滑面とされている。
Dispensing head 10 has material supply means 11 for supplying solid filament F. The material supply means 11 is constituted by a drive roller mechanism that pinches and feeds the solid filament F. In this example, the drive roller mechanism is arranged between the drive roller 12a and the return roller 12b, and the drive roller 12a and the return roller 12b, which are arranged along the feeding direction of the solid filament F and rotated by an appropriate drive source. An endless guide belt 13 stretched to be in contact with the filament F, and two support rollers 14a arranged to be in contact with the solid filament F so as to face each of the drive roller 12a and the return roller 12b via the guide belt 13 , 14b. The peripheral surfaces of the support rollers 14a and 14b that are in contact with the solid filament F and the surface of the guide belt 13 are both smooth surfaces that are not knurled.
ガイドベルト13において、固体フィラメントFに接する領域における繰り出し方向の長さは、20~40mmであることが好ましい。
ガイドベルト13と支持ローラ14a,14bと間のギャップの距離は、固体フィラメントFの径の0.1~0.8倍である。
ガイドベルト13を構成する材料としては、ポリウレタン・エラストマーなどを用いることができ、補強材料としてはガラス繊維、アラミド繊維などを用いることができる。
固体フィラメントFに接する支持ローラ14a,14bを構成する材料としては、回転部の回転軸には、ステンレス、焼結金属、ポリアミド、ポリアセタール(POM),ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いることができ、また、回転部のフィラメントとの接触部としては、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム(FKM、FFKM)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ウレタンゴムなどを用いることができる。 In theguide belt 13, the length in the feeding direction in the region in contact with the solid filament F is preferably 20 to 40 mm.
The gap distance between theguide belt 13 and the support rollers 14a and 14b is 0.1 to 0.8 times the diameter of the solid filament F.
As the material constituting theguide belt 13, polyurethane elastomer or the like can be used, and as the reinforcing material, glass fiber, aramid fiber or the like can be used.
As a material constituting thesupport rollers 14a and 14b in contact with the solid filament F, stainless steel, sintered metal, polyamide, polyacetal (POM), polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used for the rotating shaft of the rotating portion. In addition, as the contact part with the filament of the rotating part, nitrile rubber (NBR), fluorine rubber (FKM, FFKM), ethylene propylene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), urethane Rubber or the like can be used.
ガイドベルト13と支持ローラ14a,14bと間のギャップの距離は、固体フィラメントFの径の0.1~0.8倍である。
ガイドベルト13を構成する材料としては、ポリウレタン・エラストマーなどを用いることができ、補強材料としてはガラス繊維、アラミド繊維などを用いることができる。
固体フィラメントFに接する支持ローラ14a,14bを構成する材料としては、回転部の回転軸には、ステンレス、焼結金属、ポリアミド、ポリアセタール(POM),ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を用いることができ、また、回転部のフィラメントとの接触部としては、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム(FKM、FFKM)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ウレタンゴムなどを用いることができる。 In the
The gap distance between the
As the material constituting the
As a material constituting the
材料供給手段11の下方には、材料供給手段11によって供給された固体フィラメントFを熱融解する加熱手段20が設けられている。この例の加熱手段20は、固体フィラメントFが通過する、厚み方向に伸びる貫通孔22を有する金属製の加熱板21によって構成されている。
加熱手段20として加熱板21を用いることにより、固体フィラメントFに対する長手方向の加熱範囲が小さくなる。そのため、融解状態の高分子材料に対して、後続の固体フィラメントFによる押圧力を十分に作用させることができ、その結果、融解状態の高分子材料を、後述する材料吐出手段30のオリフィス32から確実に吐出させることができる。
加熱板21の厚みは、0.1~3mmであることが好ましい。この厚みが過大である場合には、固体フィラメントFに対する長手方向の加熱範囲が大きいため、融解状態の高分子材料に対して、後続の固体フィラメントFによる押圧力を十分に作用せず、融解状態の高分子材料を、材料吐出手段30のオリフィス32から確実に吐出させることが困難となることがある。
加熱板21の貫通孔22の内径は、例えば固体フィラメントFの径の1.1~1.2倍である。 Below the material supply means 11, a heating means 20 for thermally melting the solid filament F supplied by the material supply means 11 is provided. The heating means 20 in this example is constituted by ametal heating plate 21 having a through hole 22 extending in the thickness direction through which the solid filament F passes.
By using theheating plate 21 as the heating means 20, the heating range in the longitudinal direction with respect to the solid filament F is reduced. Therefore, the pressing force by the subsequent solid filament F can be sufficiently applied to the molten polymer material, and as a result, the molten polymer material is discharged from the orifice 32 of the material discharge means 30 described later. It can discharge reliably.
The thickness of theheating plate 21 is preferably 0.1 to 3 mm. When this thickness is excessive, the heating range in the longitudinal direction with respect to the solid filament F is large, so that the pressing force by the subsequent solid filament F does not sufficiently act on the molten polymer material, and the molten state It may be difficult to reliably discharge the polymer material from the orifice 32 of the material discharge means 30.
The inner diameter of the throughhole 22 of the heating plate 21 is 1.1 to 1.2 times the diameter of the solid filament F, for example.
加熱手段20として加熱板21を用いることにより、固体フィラメントFに対する長手方向の加熱範囲が小さくなる。そのため、融解状態の高分子材料に対して、後続の固体フィラメントFによる押圧力を十分に作用させることができ、その結果、融解状態の高分子材料を、後述する材料吐出手段30のオリフィス32から確実に吐出させることができる。
加熱板21の厚みは、0.1~3mmであることが好ましい。この厚みが過大である場合には、固体フィラメントFに対する長手方向の加熱範囲が大きいため、融解状態の高分子材料に対して、後続の固体フィラメントFによる押圧力を十分に作用せず、融解状態の高分子材料を、材料吐出手段30のオリフィス32から確実に吐出させることが困難となることがある。
加熱板21の貫通孔22の内径は、例えば固体フィラメントFの径の1.1~1.2倍である。 Below the material supply means 11, a heating means 20 for thermally melting the solid filament F supplied by the material supply means 11 is provided. The heating means 20 in this example is constituted by a
By using the
The thickness of the
The inner diameter of the through
また、材料供給手段11の端部から加熱手段20までの距離は10~30mmであることが好ましい。この距離が上記範囲であれば、固体フィラメントFが座屈することを確実に防止することができる。この距離が過小である場合には、材料供給手段11において、固体フィラメントFが加熱手段20からの熱により軟化する虞が生ずる。一方、この距離が過大である場合には、材料供給手段10と加熱手段20との間において、固体フィラメントFの座屈が生じやすくなることがある。
Further, the distance from the end of the material supply means 11 to the heating means 20 is preferably 10 to 30 mm. If this distance is in the above range, the solid filament F can be reliably prevented from buckling. When this distance is too small, the solid filament F may be softened by the heat from the heating unit 20 in the material supply unit 11. On the other hand, if this distance is excessive, buckling of the solid filament F may easily occur between the material supply unit 10 and the heating unit 20.
材料供給手段11と加熱手段20との間には、固体フィラメントFを案内する筒孔26を有する筒状の断熱部材25が設けられている。
断熱部材25の筒孔26の内径は、例えば固体フィラメントFの径の1.1~1.2倍である。また、断熱部材25の筒孔26の内径は、加熱板21の貫通孔22の内径と比較して大きいことが好ましく、例えば加熱板21の貫通孔22の内径の1.1~1.2倍である。
断熱部材25を構成する材料としては、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリ間(LCP)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などを用いることができる。
このような断熱部材25を設けることにより、加熱手段20からの熱が後続の固体フィラメントFに伝達されることを防止または抑制することができる。その結果、固体フィラメントFが軟化または融解することを防止または抑制することができ、従って、固体フィラメントFが座屈することを確実に防止することができる。 Between the material supply means 11 and the heating means 20, a cylindricalheat insulating member 25 having a cylindrical hole 26 for guiding the solid filament F is provided.
The inner diameter of thecylindrical hole 26 of the heat insulating member 25 is 1.1 to 1.2 times the diameter of the solid filament F, for example. The inner diameter of the cylindrical hole 26 of the heat insulating member 25 is preferably larger than the inner diameter of the through hole 22 of the heating plate 21, for example, 1.1 to 1.2 times the inner diameter of the through hole 22 of the heating plate 21. It is.
The material constituting theheat insulating member 25 is polyphenylene sulfide (PPS), liquid crystal poly-poly (LCP), polyarylate (PAR), polyethersulfone (PES), polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK). Polyamide (PA), polyacetal (POM), polybutylene terephthalate (PBT), polytetrafluoroethylene (PTFE), and the like can be used.
By providing such aheat insulating member 25, it is possible to prevent or suppress the heat from the heating means 20 from being transmitted to the subsequent solid filament F. As a result, the solid filament F can be prevented or suppressed from being softened or melted, and thus the solid filament F can be reliably prevented from buckling.
断熱部材25の筒孔26の内径は、例えば固体フィラメントFの径の1.1~1.2倍である。また、断熱部材25の筒孔26の内径は、加熱板21の貫通孔22の内径と比較して大きいことが好ましく、例えば加熱板21の貫通孔22の内径の1.1~1.2倍である。
断熱部材25を構成する材料としては、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、液晶ポリ間(LCP)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などを用いることができる。
このような断熱部材25を設けることにより、加熱手段20からの熱が後続の固体フィラメントFに伝達されることを防止または抑制することができる。その結果、固体フィラメントFが軟化または融解することを防止または抑制することができ、従って、固体フィラメントFが座屈することを確実に防止することができる。 Between the material supply means 11 and the heating means 20, a cylindrical
The inner diameter of the
The material constituting the
By providing such a
加熱板21の下面には、固体フィラメントFが加熱手段20によって加熱されることにより得られる融解状態の高分子材料を吐出する材料吐出手段30が設けられている。この例の材料吐出手段30は、固体フィラメントFが加熱されて得られる融解状態の高分子材料が流通する材料流路31と、この材料流路31に連通して形成された、融解状態の高分子材料が吐出されるオリフィス32とを有する金属製のノズルによって構成されている。この材料吐出手段30は、加熱板21の下面において、材料流路31が加熱板21の貫通孔22に連通すると共に、オリフィス32が水平な成形ステージSに対向するよう配置されている。
材料吐出手段30における材料流路31の内径は、例えば固体フィラメントFの径の1.05~1.1倍である。
また、材料吐出手段30におけるオリフィス32の内径は、例えば0.5~3mmである。 On the lower surface of theheating plate 21, there is provided a material discharge means 30 for discharging a molten polymer material obtained by heating the solid filament F by the heating means 20. The material discharge means 30 in this example includes a material flow path 31 through which a molten polymer material obtained by heating the solid filament F flows, and a high melt state formed in communication with the material flow path 31. It is constituted by a metal nozzle having an orifice 32 from which a molecular material is discharged. The material discharge means 30 is arranged on the lower surface of the heating plate 21 so that the material flow path 31 communicates with the through hole 22 of the heating plate 21 and the orifice 32 faces the horizontal molding stage S.
The inner diameter of thematerial flow path 31 in the material discharge means 30 is, for example, 1.05 to 1.1 times the diameter of the solid filament F.
Further, the inner diameter of theorifice 32 in the material discharge means 30 is, for example, 0.5 to 3 mm.
材料吐出手段30における材料流路31の内径は、例えば固体フィラメントFの径の1.05~1.1倍である。
また、材料吐出手段30におけるオリフィス32の内径は、例えば0.5~3mmである。 On the lower surface of the
The inner diameter of the
Further, the inner diameter of the
上記のディスペンスヘッド10においては、固体フィラメントFが、材料供給手段11におけるガイドベルト13と支持ローラ14a,14bとの間に挟持されて繰り出されることにより、断熱部材25の筒孔26を介して加熱手段20における加熱板21の貫通孔22に供給される。加熱手段20においては、固体フィラメントFが加熱板21によって加熱されることにより、融解状態の高分子材料が形成される。そして、融解状態の高分子材料は、後続の固体フィラメントFによって押し出されることにより、材料吐出手段30の材料流路31を介してオリフィス32からストランド状に吐出される。
以上において、加熱手段20による固体フィラメントFの加熱温度は、固体フィラメントFの材質に応じて適宜設定されるが、通常、140~180℃である。
また、材料吐出手段30のオリフィス32から吐出される高分子材料の吐出量は、例えば400~5000mm3 /minである。 In the dispensinghead 10 described above, the solid filament F is heated between the guide belt 13 and the support rollers 14a and 14b in the material supply means 11 and fed out through the cylindrical hole 26 of the heat insulating member 25. It is supplied to the through hole 22 of the heating plate 21 in the means 20. In the heating means 20, the solid filament F is heated by the heating plate 21, whereby a molten polymer material is formed. Then, the molten polymer material is extruded by the subsequent solid filament F, and is discharged from the orifice 32 in a strand shape via the material flow path 31 of the material discharge means 30.
In the above, the heating temperature of the solid filament F by the heating means 20 is appropriately set according to the material of the solid filament F, but is usually 140 to 180 ° C.
Further, the discharge amount of the polymer material discharged from theorifice 32 of the material discharge means 30 is, for example, 400 to 5000 mm 3 / min.
以上において、加熱手段20による固体フィラメントFの加熱温度は、固体フィラメントFの材質に応じて適宜設定されるが、通常、140~180℃である。
また、材料吐出手段30のオリフィス32から吐出される高分子材料の吐出量は、例えば400~5000mm3 /minである。 In the dispensing
In the above, the heating temperature of the solid filament F by the heating means 20 is appropriately set according to the material of the solid filament F, but is usually 140 to 180 ° C.
Further, the discharge amount of the polymer material discharged from the
このようなディスペンスヘッド10によれば、材料供給手段11を構成する駆動ローラ機構がガイドベルト13を有するため、当該駆動ローラ機構における固体フィラメントFに対する接触面積が相当に大きくなる。これにより、固体フィラメントFに接する支持ローラ14a,14bの周面およびガイドベルト13の表面が、ローレット加工が施されていない平滑面とされていても、材料供給手段11における固体フィラメントFのスリップを防止または抑制することができる。そして、支持ローラ14a,14bの周面およびガイドベルト13の表面にローレット加工を施すことが不要であるため、材料供給手段11によって固体フィラメントFを供給する際には、当該固体フィラメントFに凹凸が形成されることが回避される。このため、固体フィラメントFとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合であっても、固体フィラメントFが座屈することがない。その結果、固体フィラメントFが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
According to such a dispense head 10, since the drive roller mechanism constituting the material supply means 11 has the guide belt 13, the contact area with the solid filament F in the drive roller mechanism is considerably increased. As a result, even if the peripheral surfaces of the support rollers 14a and 14b that are in contact with the solid filament F and the surface of the guide belt 13 are smooth surfaces that are not subjected to knurling, the slip of the solid filament F in the material supply means 11 is prevented. Can be prevented or suppressed. Since it is not necessary to knurle the peripheral surfaces of the support rollers 14 a and 14 b and the surface of the guide belt 13, when the solid filament F is supplied by the material supply unit 11, the solid filament F has irregularities. It is avoided that it is formed. For this reason, even if it is a case where what consists of an elastomer material is used as the solid filament F, the solid filament F does not buckle. As a result, the solid filament F is stably supplied, and accordingly, the polymer material melted by heat can be stably discharged.
図2は、本発明のディスペンスヘッドの他の例における構成を示す説明図である。このディスペンスヘッド10は、材料供給手段11の構成を除き、図1に示すディスペンスヘッド10と同様の構成である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of another example of the dispensing head of the present invention. The dispense head 10 has the same configuration as the dispense head 10 shown in FIG. 1 except for the configuration of the material supply means 11.
このディスペンスヘッド10における材料供給手段11は、固体フィラメントFを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この例の駆動ローラ機構は、固体フィラメントFを介して互いに対向して当該固体フィラメントFに接するよう配置された、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラ15および支持ローラ18により構成されている。図3にも示すように、駆動ローラ15は、ローラ本体16と、このローラ本体16の周面に設けられた、それぞれ断面円形の2つのゴム状リング部材17とにより構成されている。具体的に説明すると、ローラ本体16の周面には、それぞれ周方向に伸びる2つの溝16aおよび16bが互いに軸方向に離間して形成されている。そして、ゴム状リング部材17の各々は、ローラ本体16の溝16aおよび16bに固定されることにより、ローラ本体16の周面に沿って伸び、ローラ本体16の軸方向に互いに離間して配置されている。
The material supply means 11 in the dispensing head 10 is constituted by a drive roller mechanism that pinches and feeds the solid filament F. The drive roller mechanism of this example is configured by a drive roller 15 and a support roller 18 which are arranged to face each other through the solid filament F and are rotated by an appropriate drive source. . As shown also in FIG. 3, the drive roller 15 includes a roller body 16 and two rubber-like ring members 17 each having a circular cross section provided on the circumferential surface of the roller body 16. More specifically, the circumferential surface of the roller body 16 is formed with two grooves 16a and 16b extending in the circumferential direction and spaced apart from each other in the axial direction. Each of the rubber ring members 17 is fixed to the grooves 16a and 16b of the roller body 16 so as to extend along the peripheral surface of the roller body 16 and be spaced apart from each other in the axial direction of the roller body 16. ing.
ゴム状リング部材17における断面の直径は、例えば1.0~2.0mmである。
ゴム状リング部材17におけるローラ本体16の表面からの突出高さは、例えば0.5~1.0mmである。
ゴム状リング部材17を構成する材料としては、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム(FKM、FFKM)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ウレタンゴムなどを用いることができる。 The diameter of the cross section of therubber ring member 17 is, for example, 1.0 to 2.0 mm.
The protruding height of the rubber-like ring member 17 from the surface of the roller body 16 is, for example, 0.5 to 1.0 mm.
Examples of the material constituting the rubber-like ring member 17 include nitrile rubber (NBR), fluorine rubber (FKM, FFKM), ethylene propylene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), hydrogenated nitrile rubber (HNBR), urethane rubber, and the like. Can be used.
ゴム状リング部材17におけるローラ本体16の表面からの突出高さは、例えば0.5~1.0mmである。
ゴム状リング部材17を構成する材料としては、ニトリルゴム(NBR)、フッ素ゴム(FKM、FFKM)、エチレンプロピレンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、水素化ニトリルゴム(HNBR)、ウレタンゴムなどを用いることができる。 The diameter of the cross section of the
The protruding height of the rubber-
Examples of the material constituting the rubber-
上記のディスペンスヘッド10においては、固体フィラメントFが、材料供給手段11における駆動ローラ15のゴム状リング部材17と支持ローラ18との間に挟持されて繰り出されることにより、断熱部材25の筒孔26を介して加熱手段20における加熱板21の貫通孔22に供給される。加熱手段20においては、固体フィラメントFが加熱板21によって加熱されることにより、融解状態の高分子材料が形成される。そして、融解状態の高分子材料は、後続の固体フィラメントFによって押し出されることにより、材料吐出手段30の材料流路31を介してオリフィス32からストランド状に吐出される。
In the dispensing head 10 described above, the solid filament F is sandwiched between the rubber-like ring member 17 of the driving roller 15 and the support roller 18 in the material supply unit 11 and fed out, so that the cylindrical hole 26 of the heat insulating member 25 is provided. To the through hole 22 of the heating plate 21 in the heating means 20. In the heating means 20, the solid filament F is heated by the heating plate 21, whereby a molten polymer material is formed. Then, the molten polymer material is extruded by the subsequent solid filament F, and is discharged from the orifice 32 in a strand shape via the material flow path 31 of the material discharge means 30.
このようなディスペンスヘッド10によれば、材料供給手段11を構成する駆動ローラ15には、その周面に沿って伸びるゴム状リング部材17が設けられているため、駆動ローラ15における固体フィラメントFに対する摩擦力が相当に大きくなる。これにより、駆動ローラ15のローラ本体16の周面および支持ローラ18の周面がローレット加工が施されていない平滑面とされていても、材料供給手段11における固体フィラメントFのスリップを防止または抑制することができる。そして、駆動ローラ15のローラ本体16の周面および支持ローラ18の周面にローレット加工を施すことが不要であるため、材料供給手段11によって固体フィラメントFを供給する際には、当該固体フィラメントFに凹凸が形成されることが回避される。このため、固体フィラメントFとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合であっても、固体フィラメントFが座屈することがない。その結果、固体フィラメントFが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
According to such a dispense head 10, the drive roller 15 constituting the material supply means 11 is provided with the rubber-like ring member 17 extending along the peripheral surface thereof. The friction force is considerably increased. Thereby, even if the peripheral surface of the roller main body 16 of the drive roller 15 and the peripheral surface of the support roller 18 are smooth surfaces not subjected to knurling, the slip of the solid filament F in the material supply means 11 is prevented or suppressed. can do. Since it is not necessary to knurling the peripheral surface of the roller body 16 and the peripheral surface of the support roller 18 of the driving roller 15, when the solid filament F is supplied by the material supply unit 11, the solid filament F It is avoided that irregularities are formed on the surface. For this reason, even if it is a case where what consists of an elastomer material is used as the solid filament F, the solid filament F does not buckle. As a result, the solid filament F is stably supplied, and accordingly, the polymer material melted by heat can be stably discharged.
図4は、本発明のディスペンスヘッドの更に他の例における構成を示す説明図である。このディスペンスヘッド10は、材料供給手段11の構成を除き、図1に示すディスペンスヘッド10と同様の構成である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of still another example of the dispensing head of the present invention. The dispense head 10 has the same configuration as the dispense head 10 shown in FIG. 1 except for the configuration of the material supply means 11.
このディスペンスヘッド10における材料供給手段11は、固体フィラメントFを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されている。この例の駆動ローラ機構は、固体フィラメントFを介して互いに対向して当該固体フィラメントFに接するよう配置された、適宜の駆動源によって回転駆動される駆動ローラ15および支持ローラ18により構成されている。図5にも示すように、駆動ローラ15は、ローラ本体16と、このローラ本体16の周面に設けられた、それぞれ断面円形の2つのゴム状リング部材17とにより構成されている。具体的に説明すると、ローラ本体16の周面には、それぞれ周方向に伸びる2つの溝16aおよび16bが互いに軸方向に離間して形成されている。そして、ゴム状リング部材17の各々は、ローラ本体16の溝16aおよび16bに固定されることにより、ローラ本体16の周面に沿って伸び、ローラ本体16の軸方向に互いに離間して配置されている。ゴム状リング部材17は、図2および図3に示す材料供給手段11におけるゴム状リング部材17と同様の構成である。
The material supply means 11 in the dispensing head 10 is constituted by a drive roller mechanism that pinches and feeds the solid filament F. The drive roller mechanism of this example is configured by a drive roller 15 and a support roller 18 which are arranged to face each other through the solid filament F and are rotated by an appropriate drive source. . As shown also in FIG. 5, the drive roller 15 includes a roller body 16 and two rubber-like ring members 17 each having a circular cross section provided on the peripheral surface of the roller body 16. More specifically, the circumferential surface of the roller body 16 is formed with two grooves 16a and 16b extending in the circumferential direction and spaced apart from each other in the axial direction. Each of the rubber ring members 17 is fixed to the grooves 16a and 16b of the roller body 16 so as to extend along the peripheral surface of the roller body 16 and be spaced apart from each other in the axial direction of the roller body 16. ing. The rubber-like ring member 17 has the same configuration as that of the rubber-like ring member 17 in the material supply means 11 shown in FIGS.
駆動ローラ15の周面および支持ローラ18の周面の各々には、固体フィラメントFにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部16c,18cが設けられている。具体的に説明すると、駆動ローラ15においては、ローラ本体16の2つの溝16a,16bの間に、断面が三角形の突条よりなるノッチ形成部16cが形成されている。また、支持ローラ18においては、その周面に、それぞれ周方向に伸びる2つのV字型の溝18a,18bが隣接して形成されることにより、断面が三角形の突条よりなるノッチ形成部18cが形成されている。
ノッチ形成部16c,18cを構成する突条の高さは、例えば固体フィラメントFの直径の0.1~0.4倍である。
ノッチ形成部16c,18cを構成する突条の幅は、例えば固体フィラメントFの直径の0.1~0.4倍である。
ノッチ形成部16c,18cを構成する突条の頂部の角度は、例えば30~90°である。 On each of the peripheral surface of thedrive roller 15 and the peripheral surface of the support roller 18, notch forming portions 16 c and 18 c that form notches extending in the longitudinal direction of the solid filament F are provided. Specifically, in the drive roller 15, a notch forming portion 16c having a triangular cross section is formed between the two grooves 16a and 16b of the roller body 16. Further, the support roller 18 is formed with two V-shaped grooves 18a and 18b extending in the circumferential direction adjacent to each other on the peripheral surface thereof, so that a notch forming portion 18c having a triangular cross section is formed. Is formed.
The height of the protrusions forming thenotch forming portions 16c and 18c is, for example, 0.1 to 0.4 times the diameter of the solid filament F.
The width of the protrusion constituting thenotch forming portions 16c and 18c is, for example, 0.1 to 0.4 times the diameter of the solid filament F.
The angle of the top of the ridge constituting thenotch forming portions 16c, 18c is, for example, 30 to 90 °.
ノッチ形成部16c,18cを構成する突条の高さは、例えば固体フィラメントFの直径の0.1~0.4倍である。
ノッチ形成部16c,18cを構成する突条の幅は、例えば固体フィラメントFの直径の0.1~0.4倍である。
ノッチ形成部16c,18cを構成する突条の頂部の角度は、例えば30~90°である。 On each of the peripheral surface of the
The height of the protrusions forming the
The width of the protrusion constituting the
The angle of the top of the ridge constituting the
上記のディスペンスヘッド10においては、固体フィラメントFが、材料供給手段11における駆動ローラ15と支持ローラ18との間に挟持されて繰り出されることにより、断熱部材25の筒孔26を介して加熱手段20における加熱板21の貫通孔22に供給される。このとき、固体フィラメントFが、駆動ローラ15におけるローラ本体16のノッチ形成部16cおよび支持ローラ18のノッチ形成部18cの各々に押圧されることにより、図6に示すように、固体フィラメントFには、その長手方向(図6において紙面に垂直な方向)に伸びるノッチNが形成される。加熱手段20においては、固体フィラメントFが加熱板21によって加熱されることにより、融解状態の高分子材料が形成される。そして、融解状態の高分子材料は、後続の固体フィラメントFによって押し出されることにより、材料吐出手段30の材料流路31を介してオリフィス32からストランド状に吐出される。
In the dispensing head 10 described above, the solid filament F is sandwiched between the drive roller 15 and the support roller 18 in the material supply unit 11 and fed out, so that the heating unit 20 is passed through the cylindrical hole 26 of the heat insulating member 25. Is supplied to the through hole 22 of the heating plate 21. At this time, the solid filament F is pressed against each of the notch forming portion 16c of the roller main body 16 and the notch forming portion 18c of the support roller 18 in the driving roller 15, so that the solid filament F has a shape as shown in FIG. A notch N extending in the longitudinal direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 6) is formed. In the heating means 20, the solid filament F is heated by the heating plate 21, whereby a molten polymer material is formed. Then, the molten polymer material is extruded by the subsequent solid filament F, and is discharged from the orifice 32 in a strand shape via the material flow path 31 of the material discharge means 30.
このようなディスペンスヘッド10によれば、材料供給手段11における駆動ローラ15および支持ローラ18に設けられたノッチ形成部16c,18cによって、固体フィラメントFには、その長手方向に伸びるノッチNが形成される。これにより、固体フィラメントFにおける材料供給手段11による挟圧方向(図6において左右方向)の断面二次モーメントが増加する。そのため、固体フィラメントFとしてエラストマー材料よりなるものを使用した場合であっても、固体フィラメントFが座屈することを確実に防止することができる。その結果、固体フィラメントFが安定して供給され、従って、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができる。
また、材料供給手段11を構成する駆動ローラ15には、その周面に沿って伸びるゴム状リング部材17が設けられているため、駆動ローラ15における固体フィラメントFに対する摩擦力が相当に大きくなる。これにより、駆動ローラ15のローラ本体16の周面および支持ローラ18の周面がローレット加工が施されていない平滑面とされていても、材料供給手段11における固体フィラメントFのスリップを防止または抑制することができる。 According to such a dispensehead 10, the notch N extending in the longitudinal direction is formed in the solid filament F by the notch forming portions 16 c and 18 c provided in the driving roller 15 and the support roller 18 in the material supply unit 11. The Thereby, the cross-sectional secondary moment in the clamping direction (left and right direction in FIG. 6) by the material supply means 11 in the solid filament F increases. Therefore, even when the solid filament F is made of an elastomer material, the solid filament F can be reliably prevented from buckling. As a result, the solid filament F is stably supplied, and accordingly, the polymer material melted by heat can be stably discharged.
Further, since thedrive roller 15 constituting the material supply means 11 is provided with the rubber-like ring member 17 extending along the peripheral surface thereof, the frictional force on the solid filament F in the drive roller 15 is considerably increased. Thereby, even if the peripheral surface of the roller main body 16 of the drive roller 15 and the peripheral surface of the support roller 18 are smooth surfaces not subjected to knurling, the slip of the solid filament F in the material supply means 11 is prevented or suppressed. can do.
また、材料供給手段11を構成する駆動ローラ15には、その周面に沿って伸びるゴム状リング部材17が設けられているため、駆動ローラ15における固体フィラメントFに対する摩擦力が相当に大きくなる。これにより、駆動ローラ15のローラ本体16の周面および支持ローラ18の周面がローレット加工が施されていない平滑面とされていても、材料供給手段11における固体フィラメントFのスリップを防止または抑制することができる。 According to such a dispense
Further, since the
図7は、本発明の立体造形装置の一例における構成の概略を示す説明図である。この立体造形装置は、熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントFが巻き回された材料保持リール40と、固体フィラメントFを熱融解して吐出するディスペンスヘッド10と、このディスペンスヘッド10を移動させる移動手段45と、ディスペンスヘッド10における材料供給手段11および移動手段45を制御する制御手段50とを備えてなる。
ディスペンスヘッド10は、図1、図2または図4に示す構成のものである。
移動手段45は、ディスペンスヘッド10を3次元的に移動する、すなわち成形ステージSに対してその面方向(x方向およびy方向)および垂直方向(z方向)に移動するものである。
制御手段50は、材料供給手段11における駆動ローラ(図示省略)を制御することによって、材料吐出手段30から吐出される高分子材料の吐出量を調整すると共に、ディスペンスヘッドが予め設定されたパターンに従って3次元的に移動するよう、移動手段45を制御するものである。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration in an example of the three-dimensional modeling apparatus of the present invention. The three-dimensional modeling apparatus includes amaterial holding reel 40 around which a solid filament F made of a heat-meltable polymer material is wound, a dispense head 10 that melts and discharges the solid filament F, and moves the dispense head 10. And a control unit 50 for controlling the material supplying unit 11 and the moving unit 45 in the dispensing head 10.
The dispensinghead 10 has the configuration shown in FIG. 1, FIG. 2, or FIG.
The moving means 45 moves the dispensehead 10 three-dimensionally, that is, moves in the surface direction (x direction and y direction) and the vertical direction (z direction) with respect to the molding stage S.
The control means 50 controls the drive roller (not shown) in the material supply means 11 to adjust the discharge amount of the polymer material discharged from the material discharge means 30, and the dispense head follows a preset pattern. The moving means 45 is controlled so as to move three-dimensionally.
ディスペンスヘッド10は、図1、図2または図4に示す構成のものである。
移動手段45は、ディスペンスヘッド10を3次元的に移動する、すなわち成形ステージSに対してその面方向(x方向およびy方向)および垂直方向(z方向)に移動するものである。
制御手段50は、材料供給手段11における駆動ローラ(図示省略)を制御することによって、材料吐出手段30から吐出される高分子材料の吐出量を調整すると共に、ディスペンスヘッドが予め設定されたパターンに従って3次元的に移動するよう、移動手段45を制御するものである。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration in an example of the three-dimensional modeling apparatus of the present invention. The three-dimensional modeling apparatus includes a
The dispensing
The moving means 45 moves the dispense
The control means 50 controls the drive roller (not shown) in the material supply means 11 to adjust the discharge amount of the polymer material discharged from the material discharge means 30, and the dispense head follows a preset pattern. The moving means 45 is controlled so as to move three-dimensionally.
上記の立体造形装置においては、材料保持リール40に保持された固体フィラメントFが、ディスペンスヘッド10の材料供給手段11によって加熱手段20に供給され、加熱手段20によって加熱される。これにより、固体フィラメントFが融解して融解状態の高分子材料が形成され、この高分子材料が材料吐露出手段30のオリフィス(図示省略)から成形ステージSに向かって吐出される。また、ディスペンスヘッド10は、移動手段45によって、予め設定されたパターンに従って3次元的に移動する。これにより、成形ステージS上には、多数の高分子材料層が積層されてなる立体形状物が作製される。
以上において、移動手段45によるディスペンスヘッド10の移動速度は、例えば10~200mm/minである。
また、立体形状物を構成する高分子材料層の厚みは、例えば0.2~1.5mmである。 In the three-dimensional modeling apparatus, the solid filament F held on thematerial holding reel 40 is supplied to the heating unit 20 by the material supply unit 11 of the dispense head 10 and is heated by the heating unit 20. Thereby, the solid filament F is melted to form a molten polymer material, and this polymer material is discharged from the orifice (not shown) of the material discharge exposing means 30 toward the molding stage S. Further, the dispensing head 10 is moved three-dimensionally according to a preset pattern by the moving means 45. As a result, a three-dimensional object formed by laminating a large number of polymer material layers on the molding stage S is produced.
In the above, the moving speed of the dispensinghead 10 by the moving means 45 is, for example, 10 to 200 mm / min.
The thickness of the polymer material layer constituting the three-dimensional object is, for example, 0.2 to 1.5 mm.
以上において、移動手段45によるディスペンスヘッド10の移動速度は、例えば10~200mm/minである。
また、立体形状物を構成する高分子材料層の厚みは、例えば0.2~1.5mmである。 In the three-dimensional modeling apparatus, the solid filament F held on the
In the above, the moving speed of the dispensing
The thickness of the polymer material layer constituting the three-dimensional object is, for example, 0.2 to 1.5 mm.
このような立体造形装置によれば、熱融解した高分子材料を安定して吐出することができるディスペンスヘッド10を備えてなるため、所要の立体形状物を確実に作製することができる。
According to such a three-dimensional modeling apparatus, since the dispense head 10 capable of stably discharging the hot-melt polymer material is provided, a required three-dimensional object can be reliably produced.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、例えば以下のような種々の変更を加えることが可能である。
(1)ディスペンスヘッド10において、材料供給手段11と加熱手段20との間に設けられた断熱部材25は必須のものではない。また、材料供給手段11と加熱手段20との間には、断熱部材25の代わりに固体フィラメントFを案内する筒孔を有する筒状の冷却部材が設けられていてもよく、断熱部材25および冷却部材の両方が設けられていてもよい。
(2)加熱手段20としては、加熱板21を有するものに限定されず、種々の形態のものを採用することができる。
(3)図1に示すディスペンスヘッド10においては、ガイドベルト13の表面および支持ローラ14a若しくは支持ローラ14bの周面のいずれか一方または両方に、固体フィラメントFにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部が設けられていてもよい。
(4)図4および図5に示すディスペンスヘッド10においては、駆動ローラ15および支持ローラ18のいずれか一方のみに、ノッチ形成部が設けられていてもよい。
また、駆動ローラ15が、周面に平目のローレット加工が施されたローラ本体のみよりなるものであってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as the following can be added.
(1) In the dispensinghead 10, the heat insulating member 25 provided between the material supply unit 11 and the heating unit 20 is not essential. Further, a cylindrical cooling member having a cylindrical hole for guiding the solid filament F may be provided between the material supply unit 11 and the heating unit 20 instead of the heat insulating member 25. Both of the members may be provided.
(2) The heating means 20 is not limited to the one having theheating plate 21, and various forms can be adopted.
(3) In the dispensinghead 10 shown in FIG. 1, a notch extending in the longitudinal direction is formed in the solid filament F on one or both of the surface of the guide belt 13 and the peripheral surface of the support roller 14a or the support roller 14b. A notch forming portion may be provided.
(4) In the dispensehead 10 shown in FIGS. 4 and 5, only one of the drive roller 15 and the support roller 18 may be provided with a notch forming portion.
Alternatively, thedrive roller 15 may be composed only of a roller body having a flat knurled peripheral surface.
(1)ディスペンスヘッド10において、材料供給手段11と加熱手段20との間に設けられた断熱部材25は必須のものではない。また、材料供給手段11と加熱手段20との間には、断熱部材25の代わりに固体フィラメントFを案内する筒孔を有する筒状の冷却部材が設けられていてもよく、断熱部材25および冷却部材の両方が設けられていてもよい。
(2)加熱手段20としては、加熱板21を有するものに限定されず、種々の形態のものを採用することができる。
(3)図1に示すディスペンスヘッド10においては、ガイドベルト13の表面および支持ローラ14a若しくは支持ローラ14bの周面のいずれか一方または両方に、固体フィラメントFにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部が設けられていてもよい。
(4)図4および図5に示すディスペンスヘッド10においては、駆動ローラ15および支持ローラ18のいずれか一方のみに、ノッチ形成部が設けられていてもよい。
また、駆動ローラ15が、周面に平目のローレット加工が施されたローラ本体のみよりなるものであってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as the following can be added.
(1) In the dispensing
(2) The heating means 20 is not limited to the one having the
(3) In the dispensing
(4) In the dispense
Alternatively, the
10 ディスペンスヘッド
11 材料供給手段
12a 駆動ローラ
12b リターンローラ
13 ガイドベルト
14a,14b 支持ローラ
15 駆動ローラ
16 ローラ本体
16a,16b 溝
16c ノッチ形成部
17 ゴム状リング部材
18 支持ローラ
18a,18b 溝
18c ノッチ形成部
20 加熱手段
21 加熱板
22 貫通孔
25 断熱部材
26 筒孔
30 材料吐出手段
31 材料流路
32 オリフィス
40 材料保持リール
45 移動手段
50 制御手段
F 固体フィラメント
N ノッチ
S 成形ステージ DESCRIPTION OFSYMBOLS 10 Dispense head 11 Material supply means 12a Drive roller 12b Return roller 13 Guide belt 14a, 14b Support roller 15 Drive roller 16 Roller body 16a, 16b Groove 16c Notch formation part 17 Rubber-like ring member 18 Support roller 18a, 18b Groove 18c Notch formation Section 20 Heating means 21 Heating plate 22 Through hole 25 Heat insulating member 26 Tube hole 30 Material discharge means 31 Material flow path 32 Orifice 40 Material holding reel 45 Moving means 50 Control means F Solid filament N Notch S Molding stage
11 材料供給手段
12a 駆動ローラ
12b リターンローラ
13 ガイドベルト
14a,14b 支持ローラ
15 駆動ローラ
16 ローラ本体
16a,16b 溝
16c ノッチ形成部
17 ゴム状リング部材
18 支持ローラ
18a,18b 溝
18c ノッチ形成部
20 加熱手段
21 加熱板
22 貫通孔
25 断熱部材
26 筒孔
30 材料吐出手段
31 材料流路
32 オリフィス
40 材料保持リール
45 移動手段
50 制御手段
F 固体フィラメント
N ノッチ
S 成形ステージ DESCRIPTION OF
Claims (10)
- 熱融解積層法によって立体形状物を作製するための立体造形装置に用いられるディスペンスヘッドであって、
熱融解可能な高分子材料よりなる固体フィラメントを供給する材料供給手段と、
前記材料供給手段によって供給された固体フィラメントを熱融解する加熱手段と、
前記固体フィラメントが前記加熱手段によって加熱されることにより得られる融解状態の前記高分子材料を吐出する材料吐出手段と
を備えてなることを特徴とするディスペンスヘッド。 A dispensing head used in a three-dimensional modeling apparatus for producing a three-dimensional object by a hot melt lamination method,
A material supply means for supplying a solid filament made of a heat-meltable polymer material;
Heating means for thermally melting the solid filament supplied by the material supply means;
A dispensing head comprising: a material discharge means for discharging the polymer material in a molten state obtained by heating the solid filament by the heating means. - 前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントの繰り出し方向に沿って配置された2つ以上のローラと、これらのローラの間に前記固体フィラメントに接するよう張架されたガイドベルトとを備えてなることを特徴とする請求項1に記載のディスペンスヘッド。 The material supply means is configured by a drive roller mechanism that pinches and feeds the solid filament, and the drive roller mechanism includes two or more rollers arranged along the feed direction of the solid filament, and these The dispensing head according to claim 1, further comprising a guide belt stretched between the rollers so as to be in contact with the solid filament.
- 前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラにおける周面には、前記固体フィラメントにその長手方向に伸びるノッチを形成するノッチ形成部が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のディスペンスヘッド。 The material supply means includes a drive roller mechanism that sandwiches and feeds out the solid filament, and the drive roller mechanism includes a roller disposed so as to be in contact with the solid filament, on a peripheral surface of the roller. The dispensing head according to claim 1, wherein the solid filament is provided with a notch forming portion for forming a notch extending in a longitudinal direction thereof.
- 前記材料供給手段は、前記固体フィラメントを挟持して繰り出す駆動ローラ機構により構成されており、当該駆動ローラ機構は、前記固体フィラメントに接するよう配置されたローラを備えてなり、当該ローラは、ローラ本体と、このローラ本体の周面に前記固体フィラメントと接するよう配置された、当該ローラ本体の周面に沿って伸びるゴム状リング部材とよりなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のディスペンスヘッド。 The material supply means includes a drive roller mechanism that sandwiches and feeds out the solid filament, and the drive roller mechanism includes a roller disposed in contact with the solid filament, and the roller includes a roller body. And a rubber-like ring member arranged on the peripheral surface of the roller body so as to be in contact with the solid filament, and extending along the peripheral surface of the roller body. Dispensing head according to crab.
- 前記加熱手段は、前記固体フィラメントが通過する、厚み方向に伸びる貫通孔を有する加熱板を備えてなることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のディスペンスヘッド。 The dispensing head according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating means includes a heating plate having a through hole extending in a thickness direction through which the solid filament passes.
- 前記材料供給手段の端部から前記加熱手段までの距離が10~30mmであることを特徴とする請求項5に記載のディスペンスヘッド。 The dispensing head according to claim 5, wherein the distance from the end of the material supply means to the heating means is 10 to 30 mm.
- 前記材料供給手段と前記加熱手段との間に、断熱手段および冷却手段の少なくとも一方が設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載のディスペンスヘッド。 The dispensing head according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of a heat insulating means and a cooling means is provided between the material supply means and the heating means.
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のディスペンスヘッドと、このディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って3次元的に移動させる移動手段と、前記ディスペンスヘッドにおける材料供給手段を制御する制御手段とを備えてなることを特徴とする立体造形装置。 A dispensing head according to any one of claims 1 to 7, a moving means for moving the dispensing head three-dimensionally according to a preset pattern, and a control means for controlling a material supply means in the dispensing head. 3D modeling apparatus characterized by comprising.
- 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のディスペンスヘッドを予め設定されたパターンに従って3次元的に移動させながら、当該ディスペンスヘッドから融解状態の高分子材料を成形ステージに向かって吐出させることにより、当該成形ステージ上に立体形状物を作製することを特徴とする立体造形方法。 While the dispensing head according to any one of claims 1 to 7 is moved three-dimensionally according to a preset pattern, the molten polymer material is discharged from the dispensing head toward the molding stage. A three-dimensional modeling method characterized by producing a three-dimensional object on the molding stage.
- 前記高分子材料がエラストマー材料であることを特徴とする請求項8に記載の立体造形方法。 The three-dimensional modeling method according to claim 8, wherein the polymer material is an elastomer material.
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Legal Events
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16743399 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |