JP2015168135A - Manufacturing device and manufacturing method of three-dimensional object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元物体の製造装置および三次元物体の製造方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional object manufacturing apparatus and a three-dimensional object manufacturing method.
三次元物体の製造装置、すなわちいわゆる3Dプリンタとしては、インクジェット方式のもの、レーザ光の照射により光硬化性樹脂を硬化させる方式のもの、および、溶融積層を行う方式のものなどがある。 As a three-dimensional object manufacturing apparatus, that is, a so-called 3D printer, there are an inkjet type, a type that cures a photocurable resin by laser light irradiation, and a type that performs melt lamination.
このうち溶融積層を行う方式の装置としては、例えば特許文献1に記載のものがある。特許文献1の装置は、所望のパターンで基材上で凝固する材料の多数の層を順次堆積することによって、所定の形状の三次元物体を製造する。特許文献1の装置では、ロッド状などに形成された固形の材料を徐々に加熱部に供給して溶融させ、溶融材料を得る。
Among these, there is an apparatus described in
ところで、三次元物体の製造装置において、溶融積層を行う場合、ノズルから容易に滴下できるよう粘度の低い(MFRで言えば100以上)樹脂、すなわち低分子量の樹脂を使用する必要がある。このため、溶融積層を行う方式の三次元物体の製造装置は、デザイン確認など意匠的な目的には使用できても、実際に量産される製品の物性評価などの目的への適用は困難である。 By the way, when performing melt lamination in a three-dimensional object manufacturing apparatus, it is necessary to use a resin having a low viscosity (more than 100 in terms of MFR), that is, a low molecular weight resin so that it can be easily dropped from a nozzle. For this reason, even though a manufacturing apparatus for a three-dimensional object using a melt lamination method can be used for design purposes such as design confirmation, it is difficult to apply it for purposes such as physical property evaluation of products that are actually mass-produced. .
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、使用する樹脂が高分子量のものであっても、溶融成形により三次元物体を容易に製造することが可能な三次元物体の製造装置および三次元物体の製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and a three-dimensional object manufacturing apparatus capable of easily manufacturing a three-dimensional object by melt molding, even if the resin used has a high molecular weight. A method for manufacturing a three-dimensional object is provided.
本発明は、
固形材料を溶融させる溶融部と、
前記溶融部を加熱する加熱部と、
前記溶融部へ前記固形材料を圧送するプランジャーと、
前記溶融部にて前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部と、
前記貯留部と連通し、前記貯留部の前記溶融材料を外部に吐出する吐出部と、
前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるピストンと、
前記溶融部、前記プランジャー、前記貯留部、及び前記ピストンを内部に有するシリンダーと、
前記吐出部から吐出された前記溶融材料が積層される積層台と、
前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる移動機構と、
前記移動機構の動作制御を行う制御部と、
を有し、
前記ピストンは、前記溶融部を貫通して、前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるものであり、
前記制御部は、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記移動機構を制御する三次元物体の製造装置を提供する。
The present invention
A melting part for melting the solid material;
A heating section for heating the melting section;
A plunger for pumping the solid material to the melting part;
A storage part for temporarily storing the molten material obtained by melting the solid material in the melting part;
A discharge part that communicates with the storage part and discharges the molten material of the storage part to the outside;
A piston that discharges the molten material of the storage part to the outside through the discharge part;
A cylinder having the melting part, the plunger, the storage part, and the piston inside;
A stacking table on which the molten material discharged from the discharge unit is stacked;
A moving mechanism for relatively moving the discharge unit and the stacking table;
A control unit for controlling the operation of the moving mechanism;
Have
The piston penetrates the melting portion and discharges the molten material of the storage portion to the outside through the discharge portion.
The control unit provides a three-dimensional object manufacturing apparatus that controls the moving mechanism such that the molten material discharged from the discharge unit is stacked on the stacking base based on a predetermined order and pattern. .
また、本発明は、
固形材料をプランジャーにより溶融部へ圧送する工程と、
前記プランジャーにより圧送された前記固形材料を前記溶融部において加熱して溶融させる工程と、
前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を貯留部において一時的に貯留する工程と、
前記貯留部に一時的に貯留されている前記溶融材料を、前記溶融部を貫通しているピストンによって、前記貯留部と連通している吐出部を介して外部へ吐出させる工程と、
前記吐出部から吐出される前記溶融材料を積層台上に積層させる工程と、
を有し、
前記溶融材料を積層台上に積層させる工程では、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる三次元物体の製造方法を提供する。
The present invention also provides:
A step of pumping a solid material to a melting part by a plunger;
Heating and melting the solid material pumped by the plunger in the melting section;
Temporarily storing the molten material obtained by melting the solid material in the storage unit;
A step of discharging the molten material temporarily stored in the storage portion to the outside via a discharge portion communicating with the storage portion by a piston penetrating the melting portion;
Laminating the molten material discharged from the discharge unit on a stacking table;
Have
In the step of laminating the molten material on the lamination table, the discharge unit and the lamination table are arranged such that the molten material discharged from the discharge unit is laminated on the lamination table based on a predetermined order and pattern. A method for manufacturing a three-dimensional object is provided.
本発明によれば、使用する樹脂が高分子量のものであっても、溶融成形により三次元物体を容易に製造することができる。 According to the present invention, even if the resin used has a high molecular weight, a three-dimensional object can be easily produced by melt molding.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
〔第1の実施形態〕
図1は第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置(図2(a))の材料供給装置100の模式図である。このうち図1(a)は材料供給装置100の模式的な正面断面図、図1(b)は材料供給装置100の模式的な平断面図、図1(c)はピストン7の先端部の模式的な正面図である。
図2は第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置の模式図である。このうち図2(a)は三次元物体の製造装置の模式的な正面図、図2(b)は三次元物体の製造装置の移動機構500のX駆動機構530およびY駆動機構540を図2(a)の矢印A方向から見た模式的な側面図である。図2(b)において、X駆動機構530およびY駆動機構540以外の構成は図示を省略している。
図3は第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置の制御ブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram of a
FIG. 2 is a schematic diagram of the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the first embodiment. 2A is a schematic front view of the three-dimensional object manufacturing apparatus, and FIG. 2B is a diagram illustrating the
FIG. 3 is a control block diagram of the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the first embodiment.
本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、固形材料(例えば造粒して得られる樹脂ペレット1や、樹脂を破砕して得られる樹脂チップなどの粒状の固形材料)を溶融させる溶融部2と、溶融部2を加熱する加熱部3と、溶融部2へ固形材料を圧送するプランジャー4と、を有している。三次元物体の製造装置は、更に、溶融部2にて固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料(例えば溶融樹脂5)を一時的に貯留する貯留部6と、貯留部6と連通し、貯留部6の溶融材料を外部に吐出する吐出部(吐出口61)と、を有している。三次元物体の製造装置は、更に、貯留部6の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させるピストン7と、溶融部2、プランジャー4、貯留部6、及びピストン7を内部に有するシリンダー8と、を有している。三次元物体の製造装置は、更に、吐出部から吐出された溶融材料が積層される積層台501と、吐出部と積層台501とを相対的に移動させる移動機構500と、移動機構500の動作制御を行う制御部561(図3)と、を有している。ピストン7は、溶融部2を貫通して、貯留部6の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させるものである。制御部561は、吐出部から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台501上に積層されるように、移動機構500を制御する。
吐出部から吐出された溶融材料が積層台501上において所定のパターンで積層されることによって、積層台501上に三次元物体(図示略)が成形される。
The three-dimensional object manufacturing apparatus according to this embodiment includes a
A molten material discharged from the discharge unit is stacked in a predetermined pattern on the stacking table 501, thereby forming a three-dimensional object (not shown) on the stacking table 501.
ここで、三次元物体の製造装置の構成のうち、溶融材料を生成し、この溶融材料を積層台501上に吐出する部分を、材料供給装置100と称する。
以下、材料供給装置100について詳細に説明する。
Here, in the configuration of the three-dimensional object manufacturing apparatus, a part that generates a molten material and discharges the molten material onto the stacking
Hereinafter, the
図1に示すように、材料供給装置100は、シリンダー8へ樹脂ペレット1を供給する材料供給部9を有している。材料供給部9は、貯留容器91と、固形材料供給配管92と、第1電磁弁93と、ガス配管94と、第2電磁弁95と、を有している。
As shown in FIG. 1, the
貯留容器91は、樹脂ペレット1を貯留している。固形材料供給配管92は、貯留容器91とシリンダー8とを連通させており、樹脂ペレット1を貯留容器91からシリンダー8へ供給する。第1電磁弁93は、固形材料供給配管92の出口に設けられている。第1電磁弁93は、開閉動作によりシリンダー8内への樹脂ペレット1の供給状態と非供給状態との切替を行う他、開度の調整により、シリンダー8内への樹脂ペレット1の供給量の調整を行う。ガス配管94は、貯留容器91へN2などの高圧ガスを供給する。貯留容器91内の樹脂ペレット1は、高圧ガスにより圧送されることによって、固形材料供給配管92を通してシリンダー8へ供給される。第2電磁弁95は、ガス配管94の出口に設けられている。第2電磁弁95は、開閉動作により貯留容器91への高圧ガスの供給状態と非供給状態との切替を行う。
The
なお、シリンダー8には、樹脂ペレット1とともに供給される高圧ガスを排出するためのエアベント(図示略)が形成されている。
The
プランジャー4は、シリンダー8内へ供給された樹脂ペレット1を溶融部2へ圧送する。プランジャー4は、ピストン7の周囲に配置されている。プランジャー4の横断面形状は、例えば、ドーナツ状であることが挙げられる。
The
或いは、複数個のプランジャー4がピストン7の周囲に配置されていても良い。例えば、円柱状の複数のプランジャー4が、円周上に並んで配置されていることが挙げられる。
Alternatively, a plurality of
プランジャー4は、樹脂ペレット1を圧送する本体部41と、本体部41に対して螺合しているスクリューネジ42と、このスクリューネジ42に対してプランジャー用モータ4a(図1では不図示:図3参照)の回転力を伝達する回転伝達部43と、を有している。スクリューネジ42の長手方向は、プランジャー4の移動方向(例えば上下方向)に延在している。回転伝達部43は、本体部41を基準として、溶融部2とは反対側(例えば上側)に配置されている。回転伝達部43は、図示しないタイミングベルトを介して、プランジャー用モータ4aの回転軸と連結されている。
The
モーターが一方向に回転することにより、スクリューネジ42が一方向に回転し、本体部41は、樹脂ペレット1を溶融部2へ圧送する方向(例えば下方)に移動する。モーターが逆方向に回転することにより、スクリューネジ42が逆方向に回転し、本体部41は、溶融部2から遠ざかる方向(例えば上方)へ移動する。図1に示すように、本体部41は、第1電磁弁93を閉塞しない位置まで、溶融部2から遠ざかることができるようになっている。本体部41がその位置に存在する状態において、材料供給部9からシリンダー8へ樹脂ペレット1が供給される。
When the motor rotates in one direction, the
プランジャー4は、ピストン7の外周面と、シリンダー8の内周面とにそれぞれ接しており、移動の際に、ピストン7の外周面と、シリンダー8の内周面とにそれぞれガイドされる。
The
溶融部2は、シリンダー8の内部に形成されている。本実施形態の場合、溶融部2は、シリンダー8の内周面と、ピストン7の外周面と、の間の空隙により構成されている。すなわち、溶融部2は、横断面形状がドーナツ状であり、ピストンの周囲に配置されている。後述する加熱部3により溶融部2の樹脂ペレット1が加熱されて溶融する。
The
貯留部6は、シリンダー8の内腔領域のうち、溶融部2を基準としてプランジャー4とは反対側に隣接する領域により構成されている。本実施形態の場合、貯留部6は、溶融部2の下側に隣接している。
The
貯留部6における溶融部2とは反対側の端部には、該貯留部6と連通している吐出口61が形成されている。吐出口61は、貯留部6の溶融樹脂5を貯留部6の外部に(具体的には積層台501上に)吐出するものである。なお、吐出口61を含む吐出ノズル60はシリンダー8の先端部(下端部)に対して着脱可能に設けられて交換可能となっており、吐出ノズル60を交換することによって吐出口61のサイズを変更できるようになっていても良い。
A
ピストン7は、柱状(具体的には、例えば、円柱状)に形成されている。ピストン7から材料(固形材料、溶融材料)に対して加えられるせん断力を極力抑制するために、ピストン7の外周面において材料に接する部位には、凹凸(例えば、一般的なスクリューにおける溝のような凹凸)が形成されていないことが好ましい。ただし、必要に応じて、ピストン7の外周面において材料に接する部位に、凹凸が形成されていても良く、せん断の低減は必須ではない。ピストン7は、その一部分がシリンダー8内に配置され、他の一部分はシリンダー8の外部に突出している。例えば、ピストン7の上部は、シリンダー8の上端より上方に突出している。
The
ピストン7は、例えば、その上部が保持部材72に対して螺合することによって、該保持部材72により保持されている。すなわち、ピストン7の上部には、雄ネジ部71が形成され、この雄ネジ部71は、保持部材72に形成された雌ネジ部73と螺合している。
For example, the upper portion of the
更に、ピストン7は、保持部材72よりも上方において、油圧シリンダ19(図1では不図示:図3参照)に連結されている。この油圧シリンダ19により、ピストン7は、該ピストン7の軸心方向に移動させられる。油圧シリンダ19とピストン7とは、ピストン7がその軸周りに回転可能なように、相互に連結されている。また、上記のように、ピストン7は、保持部材72に対して螺合することによって、保持部材72により保持されている。このため、油圧シリンダ19がピストン7をその軸方向に移動させることにより、ピストン7は保持部材72に対して相対的に回転するようになっている。
Further, the
油圧シリンダ19がピストン7を貯留部6側へ押圧することにより、すなわち油圧シリンダ19がピストン7を下降させることにより、ピストン7は、一方向に回転しながら、貯留部6内に進入し、貯留部6の溶融樹脂5を吐出口61より押し出す。
When the
なお、ここでは、ピストン7が軸周りに回転する例を説明したが、ピストン7は、軸周りに回転せずに、油圧シリンダ19により軸方向に直線移動しても良い。この場合、ピストン7は油圧シリンダ19により保持されている構成とすることができ、ピストン7の雄ネジ部71が不要であるとともに、雌ネジ部73を含む保持部材72が不要である。
また、ここでは、油圧シリンダ19によってピストン7を軸方向に移動させるときに、ピストン7の雄ネジ部71が保持部材72の雌ネジ部73に対して回転する例を説明したが、この例に限らない。例えば、ピストン7を図示しないモーターにより軸周りに回転させることによって、ピストン7の雄ネジ部71が保持部材72の雌ネジ部73に対して回転しながら、ピストン7が軸方向に直線移動するようにしても良い。
Here, an example in which the
Further, here, an example has been described in which when the
ここで、本実施形態の場合、ピストン7において、少なくとも貯留部6に進入する部位の外径は、貯留部6の内径と等しい。このため、貯留部6内の樹脂を効率的に吐出口61を介して外部へ吐出させることができる。具体的には、ピストン7の外径は、その先端のテーパー形状部を除き一定となっている。
Here, in the case of the present embodiment, at least the outer diameter of the portion that enters the
一方、油圧シリンダ19がピストン7を上昇させることにより、ピストン7は、逆方向に回転しながら、貯留部6より引き抜かれ、元の位置に戻る(図1)。
On the other hand, when the
加熱部3は、例えば、シリンダー8における溶融部2の周囲に配置されている第1ヒータ31と、ピストン7に組み込まれている第2ヒータ32と、を有している。第2ヒータ32は、ピストン7に内蔵されていても良いし、第2ヒータ32の表面の一部がピストン7から露出していても良い。
The
第1ヒータ31は、例えば、バンドヒータ、カートリッジヒータ、又はIH(インダクションヒーティング)ヒータである。また、第2ヒータ32は、例えば、カートリッジヒータである。
The
このうちIHヒータについて説明する。IHヒータは、溶融部2を誘導加熱する電磁誘導装置である。IHヒータは、樹脂又はセラミック製の断熱材コイルボビンにIH(インダクションヒーティング)コイルを巻くことにより構成されている。IHコイルへ交流電力を入力することにより、溶融部2の配置領域における磁束が変化し、シリンダー8において溶融部2の周囲に位置する部分の内部に生じる渦電流により、当該部分にジュール熱が生じる。すなわち、シリンダー8における溶融部2の周囲の部分が発熱する。シリンダー8における溶融部2の周囲の部分は、IHヒータによる加熱によって、樹脂ペレット1の溶融温度以上の温度に加熱される。
Of these, the IH heater will be described. The IH heater is an electromagnetic induction device that induction-heats the
シリンダー8は、その横断面形状が円形である。シリンダー8において、溶融部2を基準として、貯留部6とは反対側の部分は、一定の径に形成されている。
The
一方、溶融部2は、例えば、貯留部6側に向けてテーパー状に縮径している。ここで、直線的なテーパー状に限らず、曲線的なテーパー状でも良い。図1に示すように、テーパー状に且つ段階的に縮径していても良い。また、溶融部2は、貯留部6側に向けて階段状に縮径していても良い。つまり、溶融部2は、貯留部6側に向けて、徐々に横断面積が小さくなっている。
On the other hand, the fusion | melting
ここで、溶融部2内の材料の温度は、溶融部2の入り口側から、出口側(貯留部6側)に向けて、徐々に高温となるようになっている。
上記のように溶融部2の横断面積が貯留部6側に向けて徐々に小さくなっているため、例えば、加熱部3による溶融部2内の材料の加熱能力を位置によらず均一に設定することにより、このような温度勾配を実現できる。
Here, the temperature of the material in the
As described above, since the cross-sectional area of the
溶融部2内の樹脂ペレット1は、溶融部2の出口側に近づくにつれて徐々に溶融して小さくなり、最終的に溶融樹脂5となる。この溶融樹脂5は、ピストン7の外周面とシリンダー8の内周面との間隙を通して、溶融部2から貯留部6へ流出する。
The
ここで、ピストン7とシリンダー8との隙間を通して溶融樹脂5が溶融部2から貯留部6へ流れ込みやすいように、ピストン7の先端部の外周面には、図1(c)に示すように溝74が形成されていることが好ましい。この溝74は、ピストン7の軸心方向に延在している。
Here, a groove is formed on the outer peripheral surface of the tip of the
図10(a)は第1の実施形態に係る材料供給装置100の変形例を示す模式的な平断面図である。
シリンダー8とピストン7の間に形成される溶融部2は、空洞でも良いが、図10(a)に示すように、シリンダー8の内面よりピストン7側に向けて突出し且つ鉛直に延在する1つ又は複数の仕切り板18によって、水平方向において複数の領域に仕切られていても良い。仕切り板18は、シリンダー8の内面によって片持ち式に支持される。また、ピストン7の動作を阻害しないように、ピストン7と仕切り板18との間にクリアランスを設ける。仕切り板18はシリンダー8およびピストン7からの伝熱により加温されるため、樹脂ペレット1に熱がより伝わり易くなり、樹脂ペレット1を効率的に溶解できる。またシリンダー8と仕切り板18との少なくとも何れか一方の表面に凹凸を形成し、シリンダー8と仕切り板18との少なくとも何れか一方と樹脂ペレット1との接触面積を増やしても良い。
FIG. 10A is a schematic plan sectional view showing a modification of the
The
また、例えば、貯留部6の先端部は、吐出口61側に向けて、テーパー状に縮径している。これに合わせて、ピストン7の先端部は、テーパー状の突起形状に形成されていることも好ましい。これにより、貯留部6の溶融樹脂5を一層効率的に射出することができる。
Further, for example, the distal end portion of the
材料供給装置100は、更に、貯留部6の周囲に配置されたヒータ12を更に有している。これにより、貯留部6内の溶融樹脂5が固化してしまうことを抑制し、貯留部6内の溶融樹脂5を流動状態に維持することができるようになっている。
The
材料供給装置100は、更に、当該材料供給装置100における溶融部2の入口(例えば上端部)の近傍の部分を冷却する冷却部11を有している。これにより、溶融部2の入口の近傍で樹脂ペレット1が溶融してしまうことを抑制できる。その結果、溶融した樹脂がプランジャー4に付着してしまうことを抑制できる。
The
シリンダー8の材料としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。ピストン7の材料としては、窒化鋼、耐摩耗性及び耐食性のある硬化処理されたクロム(Cr)鋼、ステンレス等の金属であることが挙げられる。ただし、ピストン7の材料は、これらに限定されるものではなく、必要とされる耐熱性、耐久性(耐摩耗性)、耐腐食性を満たすものであれば、どのような材料のものであってもかまわない。プランジャー4の材料は、ピストン7と同様である。
Examples of the material of the
以上のような材料供給装置100は、樹脂ペレット1を溶融させることによって溶融材料を生成し、該溶融材料を吐出口61から積層台501上へ吐出する。
なお、吐出口61からの溶融材料の吐出速度は、吐出口61のサイズ、溶融材料の温度、ピストン7を下方に移動させる移動速度などにより調節される。また、吐出口61から溶融材料が吐出される状態と、その吐出が停止された状態と、の切り替えは、ピストン7を下方に移動させる状態と、ピストン7の下方への移動を停止させた状態と、を後述する制御部561によって切り替えることにより行うことができる。
材料供給装置100の寸法は、特に限定されないが、一例として50cm以下程度のコンパクトなものとすることができる。
The
Note that the discharge speed of the molten material from the
Although the dimension of the
次に、移動機構500について詳細に説明する。
Next, the moving
図2に示すように、移動機構500は、例えば、吐出口61の下方に配置された積層台501を支持するステージ502と、ステージ502を鉛直方向(Z軸方向)に移動させるZ駆動機構520と、ステージ502を水平方向における第1の方向(X軸方向)に移動させるX駆動機構530と、ステージ502を水平方向における第2の方向(X軸方向に対して直交するY軸方向)に移動させるY駆動機構540と、基台550と、を備えている。
As illustrated in FIG. 2, the moving
Y駆動機構540は、基台550上に設けられたY駆動アクチュエータ541と、Y駆動アクチュエータ541と対向する配置で基台550上に設けられた保持ブラケット545(図2(b))と、Y駆動アクチュエータ541と保持ブラケット545との間に水平に保持されている駆動ネジ542と、を備えている。駆動ネジ542は、当該駆動ネジ542の軸周りに回転可能な状態で保持されている。駆動ネジ542の長手軸は、Y軸方向に延在している。Y駆動アクチュエータ541は、モータ等により構成され、駆動ネジ542を軸周りに回転駆動させる。Y駆動機構540は、更に、Y駆動アクチュエータ541と保持ブラケット545との間において駆動ネジ542と螺合しているY移動ブロック543と、Y移動ステージ548と、を備えている。Y移動ブロック543は、Y移動ステージ548の下面に固定されている。Y駆動機構540は、更に、駆動ネジ542と平行に配置されたガイド軸544と、このガイド軸544の両端を保持している一対の保持ブラケット547と、Y移動ガイドブロック546と、を備えている。一対の保持ブラケット547の各々は、基台550上に固定されている。Y移動ガイドブロック546は、一対の保持ブラケット547の間に配置されているとともに、Y移動ガイドブロック546にはガイド軸544が挿通されている。これにより、Y移動ガイドブロック546はガイド軸544に沿って移動可能となっている。Y移動ガイドブロック546は、Y移動ステージ548の下面に固定されている。Y駆動アクチュエータ541が駆動ネジ542を軸周りにおいて順方向に回転駆動させることにより、Y移動ブロック543は駆動ネジ542に沿ってY軸方向における一方向に移動する。また、Y駆動アクチュエータ541が駆動ネジ542を軸周りにおいて逆方向に回転駆動させることにより、Y移動ブロック543は、駆動ネジ542に沿ってY軸方向における上記一方向に対する反対方向に移動する。Y移動ブロック543の移動に伴い、Y移動ステージ548およびY移動ガイドブロック546も、Y軸方向における一方向又は反対方向へ、基台550に対して相対的に移動する。ここで、Y移動ステージ548の下面に固定されたY移動ブロック543およびY移動ガイドブロック546が、互いに平行且つ各々水平に配置された駆動ネジ542およびガイド軸544に沿ってそれぞれ移動するため、Y移動ステージ548は、水平に維持された状態で、Y軸方向における一方向又は反対方向へ、基台550に対して相対的に移動する。
The
X駆動機構530は、Y移動ステージ548上に設けられたX駆動アクチュエータ531と、X駆動アクチュエータ531と対向する配置でY移動ステージ548上に設けられた保持ブラケット535と、X駆動アクチュエータ531と保持ブラケット535との間に水平に保持されている駆動ネジ532と、を備えている。駆動ネジ532は、当該駆動ネジ532の軸周りに回転可能な状態で保持されている。駆動ネジ532の長手軸は、X軸方向に延在している。X駆動アクチュエータ531は、モータ等により構成され、駆動ネジ532を軸周りに回転駆動させる。X駆動機構530は、更に、X駆動アクチュエータ531と保持ブラケット535との間において駆動ネジ532と螺合しているX移動ブロック533と、X移動ステージ538と、を備えている。X移動ブロック533は、X移動ステージ538の下面に固定されている。X駆動機構530は、更に、駆動ネジ532と平行に配置されたガイド軸534と、このガイド軸534の両端を保持している一対の保持ブラケット537と、X移動ガイドブロック536と、を備えている。一対の保持ブラケット537の各々は、Y移動ステージ548上に固定されている。X移動ガイドブロック536は、一対の保持ブラケット537の間に配置されているとともに、X移動ガイドブロック536にはガイド軸534が挿通されている。これにより、X移動ガイドブロック536はガイド軸534に沿って移動可能となっている。X移動ガイドブロック536は、X移動ステージ538の下面に固定されている。X駆動アクチュエータ531が駆動ネジ532を軸周りにおいて順方向に回転駆動させることにより、X移動ブロック533は駆動ネジ532に沿ってX軸方向における一方向に移動する。また、X駆動アクチュエータ531が駆動ネジ532を軸周りにおいて逆方向に回転駆動させることにより、X移動ブロック533は、駆動ネジ532に沿ってX軸方向における上記一方向に対する反対方向に移動する。X移動ブロック533の移動に伴い、X移動ステージ538およびX移動ガイドブロック536もX軸方向における一方向又は反対方向へ、Y移動ステージ548に対して相対的に移動する。ここで、X移動ステージ538の下面に固定されたX移動ブロック533およびX移動ガイドブロック536が、互いに平行且つ各々水平に配置された駆動ネジ532およびガイド軸534に沿ってそれぞれ移動するため、X移動ステージ538は、水平に維持された状態で、X軸方向における一方向又は反対方向へ、Y移動ステージ548に対して相対的に移動する。
The
Z駆動機構520は、X移動ステージ538と対向する配置でX移動ステージ538の上方に配置された対向保持体525と、X移動ステージ538と対向保持体525との間に保持されている駆動ネジ522およびガイド軸524と、を備えている。駆動ネジ522およびガイド軸524は、各々の長手軸方向がZ軸方向(鉛直方向)となるように互いに平行に配置されている。駆動ネジ522は、当該駆動ネジ522の軸周りに回転可能となるように、X移動ステージ538および対向保持体525により保持されている。対向保持体525は、ガイド軸524を介してX移動ステージ538により支持されている。なお、X移動ステージ538が対向保持体525を支持するための部材として、ガイド軸524以外の支持体を更に備えていても良い。Z駆動機構520は、更に、Z移動ブロック523と、Z移動ブロック523より立設されてた支持体526と、Z駆動アクチュエータ521と、を備えている。Z移動ブロック523は、X移動ステージ538と対向保持体525との間において駆動ネジ522と螺合している。更に、Z移動ブロック523にはガイド軸524が挿通されている。Z駆動アクチュエータ521は、モータ等により構成され、駆動ネジ522を軸周りに回転駆動させる。Z駆動アクチュエータ521が駆動ネジ522を軸周りにおいて順方向に回転駆動させることにより、Z移動ブロック523は、ガイド軸524によりガイドされつつ、駆動ネジ522に沿って上方に移動する。また、Z駆動アクチュエータ521が駆動ネジ522を軸周りにおいて逆方向に回転駆動させることにより、Z移動ブロック523は、ガイド軸524によりガイドされつつ、駆動ネジ522に沿って下方に移動する。支持体526は、対向保持体525よりも上方においてステージ502を水平に支持している。Z移動ブロック523の上下動に伴い、支持体526、ステージ502および積層台501も上下動する。
The
なお、基台550に対するステージ502の移動は、基台550に対するY移動ステージ548の水平移動と、Y移動ステージ548に対するX移動ステージ538の水平移動と、X移動ステージ538に対するステージ502の上下動と、を合成したものとなる。
ステージ502上には積層台501が設けられているため、基台550に対して相対的にステージ502をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動させることによって、積層台501を基台550に対して相対的にX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動させることができる。
The movement of the
Since the stacking table 501 is provided on the
更に、三次元物体の製造装置は、基台550上に立設された支持体505と、この支持体505によって支持された保持ブラケット506と、を備え、保持ブラケット506により材料供給装置100が保持されている。ここで、材料供給装置100は、吐出口61が積層台501の上方、且つ、積層台501の近傍に位置するように、保持ブラケット506によって固定的に保持されている。
Furthermore, the three-dimensional object manufacturing apparatus includes a
したがって、積層台501を所定の動作パターンで基台550に対して相対的に移動させることによって、吐出口61に対して相対的に、積層台501をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向へ、任意に移動させることができる。
Therefore, by moving the stacking table 501 relative to the base 550 in a predetermined operation pattern, the stacking table 501 is moved relative to the
図3に示すように、三次元物体の製造装置は、制御部561を備えている。制御部561は、プランジャー用モータ4a、油圧シリンダ19、第1ヒータ31、第2ヒータ32、ヒータ12、第1電磁弁93、第2電磁弁95、X駆動アクチュエータ531、Y駆動アクチュエータ541、Z駆動アクチュエータ521等の動作制御を行う。制御部561は、吐出口61から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台501上に積層されるように、X駆動アクチュエータ531、Y駆動アクチュエータ541およびZ駆動アクチュエータ521を制御する。
As shown in FIG. 3, the three-dimensional object manufacturing apparatus includes a
なお、吐出口61から飛散した溶融材料が三次元物体の製造装置の周囲へと飛散してしまうことを抑制するため、三次元物体の製造装置は、材料供給装置100および移動機構500を収容する筐体(図示略)を備えていることが好ましい。
The three-dimensional object manufacturing apparatus accommodates the
次に、本実施形態に係る三次元物体の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a three-dimensional object according to the present embodiment will be described.
本実施形態に係る三次元物体の製造方法は固形材料をプランジャー4により溶融部2へ圧送する工程と、プランジャー4により圧送された固形材料を溶融部2において加熱して溶融させる工程と、固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を貯留部6において一時的に貯留する工程と、貯留部6に一時的に貯留されている溶融材料を溶融部2を貫通しているピストン7によって貯留部6と連通している吐出部を介して外部へ吐出させる工程と、吐出部から吐出される溶融材料を積層台501上に積層させる工程と、を有する。溶融材料を積層台501上に積層させる工程では、吐出部から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台501上に積層されるように、吐出部と積層台501とを相対的に移動させる。
以下、詳細に説明する。
The method of manufacturing a three-dimensional object according to the present embodiment includes a step of feeding a solid material to the
Details will be described below.
先ず、材料供給装置100においては、固形材料を、貯留容器91から固形材料供給配管92を通して、シリンダーへ供給する。
First, in the
ここで、固形材料としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては種々のものを用いることができ、たとえば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリアセタール、ポリスチレン、スチレン系共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリ塩化ビニルが用いられる。
すなわち、固形材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリアセタール、ポリスチレン、スチレン系共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイドおよびポリ塩化ビニルからなる群より選択される少なくとも1種の樹脂を含む。
ポリオレフィンとして具体的には、エチレン系重合体、プロピレン系重合体、ブテン系重合体、4−メチル−1−ペンテン系重合体、3−メチル−1−ブテン系重合体、ヘキセン系重合体などが挙げられる。
ポリエステルとして具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等の芳香族系ポリエステル;ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレートなどを挙げることができる。
ポリ(メタ)アクリル酸エステルとして具体的には、メチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート、ポリプロピル(メタ)アクリレート、ポリn−ブチル(メタ)アクリレート、ポリイソブチル(メタ)アクリレート、ポリtert− ブチル(メタ)アクリレート、ポリ2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ポリステアリル(メタ)アクリレート、ポリトリデシル(メタ)アクリレート、ポリラウロイル(メタ)アクリレート、ポリシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ポリベンジル(メタ)アクリレート、ポリフェニル(メタ)アクリレート、ポリジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ポリジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。
ポリアセタールとして具体的には、ポリホルムアルデヒド(ポリオキシメチレン)、ポリアセトアルデヒド、ポリプロピオンアルデヒド、ポリブチルアルデヒドなどを挙げることができる。
スチレン系共重合体として具体的には、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体(ABS)などを挙げることができる。
ポリカーボネートとしては、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタンなどから得られるポリマーを挙げることができる。
ポリフェニレンオキシドとしては、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンオキシド)などを挙げることができる。
固形材料は、上述のように、例えば樹脂ペレット1や樹脂チップなどの形態のものとすることができる。
Here, as the solid material, for example, a thermoplastic resin can be used. Various thermoplastic resins can be used. For example, polyolefin, polyester, poly (meth) acrylic ester, polyacetal, polystyrene, styrene copolymer, polycarbonate, polyphenylene oxide, and polyvinyl chloride are used. .
That is, the solid material includes at least one resin selected from the group consisting of polyolefin, polyester, poly (meth) acrylic ester, polyacetal, polystyrene, styrene copolymer, polycarbonate, polyphenylene oxide, and polyvinyl chloride. .
Specific examples of polyolefins include ethylene polymers, propylene polymers, butene polymers, 4-methyl-1-pentene polymers, 3-methyl-1-butene polymers, and hexene polymers. Can be mentioned.
Specific examples of the polyester include aromatic polyesters such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polybutylene terephthalate; polycaprolactone, polyhydroxybutyrate, and the like.
Specific examples of poly (meth) acrylic acid esters include methyl (meth) acrylate, polyethyl (meth) acrylate, polypropyl (meth) acrylate, poly n-butyl (meth) acrylate, polyisobutyl (meth) acrylate, poly tert -Butyl (meth) acrylate, poly 2-ethylhexyl (meth) acrylate, polystearyl (meth) acrylate, polytridecyl (meth) acrylate, polylauroyl (meth) acrylate, polycyclohexyl (meth) acrylate, polybenzyl (meth) acrylate, poly Examples thereof include phenyl (meth) acrylate, polydimethylaminoethyl (meth) acrylate, polydiethylaminoethyl (meth) acrylate, and the like.
Specific examples of the polyacetal include polyformaldehyde (polyoxymethylene), polyacetaldehyde, polypropionaldehyde, polybutyraldehyde and the like.
Specific examples of the styrene copolymer include acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer (ABS).
Examples of polycarbonate include bis (4-hydroxyphenyl) methane, 1,1-bis (4-hydroxyphenyl) ethane, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, and 2,2-bis (4-hydroxyphenyl). A polymer obtained from butane and the like can be mentioned.
Examples of polyphenylene oxide include poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide).
As described above, the solid material can be in the form of, for example, a
次に、固形材料をプランジャー4により溶融部2へ圧送する。
次に、プランジャー4により圧送された固形材料を溶融部2において加熱して溶融させる。
次に、固形材料を溶融させることにより得られた溶融樹脂5を貯留部6において一時的に貯留する。
次に、貯留部6に一時的に貯留されている溶融樹脂5を、溶融部2を貫通しているピストン7によって、吐出口61を介して、貯留部6の外部の積層台501上へ吐出させる。
Next, the solid material is pumped to the
Next, the solid material pumped by the
Next, the
Next, the
吐出口61から積層台501へ溶融樹脂5を吐出しつつ、製造すべき三次元物体の形状と対応する動作パターンで積層台501を移動させることにより、溶融樹脂5からなる層を、所定の順序およびパターンに基づいて積層台501上に積層し、該積層台501上に任意の形状の三次元物体を成形することができる。
While discharging the
ここで、制御部561には、製造すべき三次元物体の形状と対応するパラメータが予め入力されるようになっており、制御部561は、このパラメータに従って、移動機構500の動作を制御する。これにより、溶融樹脂5が、所定の順序及びパターンで積層台501上に積層されて、所望の形状の三次元物体が作製される。
Here, parameters corresponding to the shape of the three-dimensional object to be manufactured are input to the
以上のような第1の実施形態によれば、三次元物体の製造装置は、固形材料を溶融させる溶融部2と、溶融部2を加熱する加熱部3と、溶融部2へ固形材料を圧送するプランジャー4と、溶融部2にて固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部6と、貯留部6の溶融材料を外部に吐出する吐出部と、貯留部6の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させるピストン7と、溶融部2、プランジャー4、貯留部6、及びピストン7を内部に有するシリンダー8と、吐出部から吐出された溶融材料が積層される積層台501と、吐出部と積層台501とを相対的に移動させる移動機構500と、移動機構500の動作制御を行う制御部561と、を有している。そして、ピストン7は、溶融部2を貫通して、貯留部6の溶融材料を吐出部を介して外部へ吐出させる。また、制御部561は、吐出部から吐出される溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて積層台501上に積層されるように、移動機構500を制御する。
According to the first embodiment as described above, the three-dimensional object manufacturing apparatus includes a
このような構成の三次元物体の製造装置によれば、ピストン7により貯留部6の溶融材料を吐出するので、固形材料として使用する樹脂が高分子量のものであっても、溶融成形により三次元物体を容易に製造することができる。このため、高分子量の樹脂を用いて三次元物体を製造することにより、当該三次元物体を、デザイン確認など意匠的な目的に使用できることは勿論、実際に量産される製品の物性評価などの目的にも好適に用いることができる。
According to the three-dimensional object manufacturing apparatus having such a configuration, since the molten material of the
なお、特許文献1の技術では、固形のロッド材料(またはストランド材料)を徐々に加熱部に向けて漸進させることによって供給し、溶融材料を得る必要があるため、固形材料の搬送動作と溶融材料の吐出動作(XYZ駆動など)との同期制御が複雑且つ難易度が高いものとなると思われる。一方、本実施形態の技術では、溶融部2にて生成された溶融材料を貯留部6にて一時的に貯留し、この貯留された溶融材料をピストン7による圧送により吐出部から積層台501上に吐出して積層するため、溶融部2への固形材料の供給動作と、貯留部6からの溶融材料の吐出動作との同期制御の精度が緩くても良い。
In the technique of
また、プランジャー4により固形の樹脂ペレット1を溶融部2へ圧送し、且つ、貯留部6の溶融樹脂5をピストン7により貯留部6の外部へ圧送する。よって、スクリュータイプの場合におけるような、せん断による材料の分解を抑制することができる。また、ピストン7は、溶融部2を貫通して、貯留部6の溶融樹脂5を圧送するので、プランジャー4及び溶融部2を収容するシリンダー8と、ピストン7を収容するシリンダー8とを共通化することができる。よって、材料供給装置100の大型化を抑制することができる。よって、せん断による材料の分解と、装置の大型化とを抑制することができる。
Further, the
また、本実施形態に係る三次元物体の製造装置によって得られる成形体すなわち三次元物体は、溶融に伴う熱履歴が少ないため、優れた物性を有することが期待され、特に剛性、表面硬度および耐衝撃強度などに優れることが期待される。 In addition, a molded body obtained by the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the present embodiment, that is, a three-dimensional object, is expected to have excellent physical properties because it has a small heat history associated with melting. It is expected to be excellent in impact strength.
また、溶融部2は、横断面形状がドーナツ状であり、ピストン7の周囲に配置されている。このような構造により、ピストン7が溶融部2を貫通して貯留部6の溶融材料を圧送する構成を実現することができる。
Further, the
また、ピストン7の先端部の外径が、貯留部6の内径と等しいことにより、貯留部6の溶融樹脂5を効率的に射出することができる。
Moreover, when the outer diameter of the front-end | tip part of
ピストン7が回転しながら軸方向に移動することにより、固形材料として使用する樹脂が高分子量のものであっても、ピストン7に対する溶融樹脂5の付着を抑制することができる。
By moving the
また、加熱部3は、溶融部2の周囲に配置されている第1ヒータ31を有しているだけでなく、ピストン7に組み込まれている第2ヒータ32を有している。これにより、溶融部2内の材料を外側及び内側の双方から効率的にスムーズに加熱溶融させることができる。
The
また、材料供給装置100は、当該材料供給装置100における溶融部2の入口側の近傍の部分を冷却する冷却部11を有している。これにより、溶融部2の入り口側の近傍の部分での樹脂ペレット1の溶融を抑制し、プランジャー4に溶融樹脂5が付着してしまうことを抑制することができる。
Further, the
〔第2の実施形態〕
図4は第2の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置200の模式図である。このうち図4(a)は材料供給装置200の模式的な正面断面図、図4(b)は材料供給装置200の模式的な平断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a schematic diagram of a
本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、材料供給装置100の代わりに材料供給装置200を備えている点で、上記の第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置と相違し、その他の点では、上記の第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置と同様に構成されている。
The three-dimensional object manufacturing apparatus according to the present embodiment is different from the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the first embodiment in that it includes a
材料供給装置200は、以下に説明する点で、上記の第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置100と相違し、その他の点では、材料供給装置100と同様に構成されている。
The
本実施形態の場合、シリンダー8の内側に、筒状の内筒部81が配置されている。この内筒部81は、シリンダー8に固定されている。図4では、内筒部81とシリンダー8とが、それらの上端部において相互に固定されている例を示しているが、内筒部81とシリンダー8とは、例えば、溶融部2において、部分的に(材料を通過可能な状態で)、相互に固定されていても良いし、溶融部2よりも上方の部位において、部分的に、相互に固定されていても良い。図4では内筒部81の径が一定で、シリンダー8がテーパー形状である態様を示しているが、逆の形状すなわちシリンダー8を一定径とし、内筒部81をテーパー形状としても良い。より具体的には、溶融部2の横断面積が貯留部6側に向けて小さくなるように、内筒部81を貯留部6側に向けて拡径することができる。この場合シリンダー8がストレート形状なので第1ヒータ31を取り付けやすい利点がある。
In the case of this embodiment, a cylindrical
内筒部81は、例えば、溶融部2の出口側部分(下端部)から、シリンダー8における吐出口61とは反対側の端部に亘って延在している。
The
図10(b)は材料供給装置200の変形例を示す模式的な平断面図である。
シリンダー8と内筒部81との間に形成される溶融部2は、空洞でも良いが、図10(b)に示すように、鉛直に配置された仕切り板18によって、水平方向において複数の領域に仕切られていても良い。本実施形態の場合、仕切り板18は、シリンダー8の内面から内筒部81の外面に亘って架設する。仕切り板18はシリンダー8および内筒部81からの伝熱により加温されるため、樹脂ペレット1と熱源との接触面積が増えて、樹脂ペレット1に熱がより伝わり易くなり、樹脂ペレット1を効率的に溶解できる。またシリンダー8、内筒部81および仕切り板18のうちの少なくとも何れか1つ以上の表面に凹凸を形成し、これらの少なくとも何れか1つ以上と樹脂ペレット1との接触面積を増やしても良い。
FIG. 10B is a schematic plan sectional view showing a modification of the
The
本実施形態の場合、溶融部2は、内筒部81の下部における外周面と、シリンダー8の内周面と、の間の空隙により構成されている。
内筒部81の下端付近には、シリンダー8と内筒部81との間に、溶融樹脂5の流動方向を一方向に規制する図示しない逆止弁を設けても良い。ピストン7の下降に伴い、貯留部6内の溶融樹脂5を溶融部2の方向(図4の上方向)に押し戻そうとする圧がかかるが、逆止弁により溶融樹脂5の逆流を防止することができる。
In the case of this embodiment, the
A check valve (not shown) that restricts the flow direction of the
内筒部81の下部における内側には、第3ヒータ33が設けられている。第3ヒータ33は、例えば、バンドヒータ、カートリッジヒータ、又はIHヒータである。
A
なお、本実施形態の場合、ピストン7に第2ヒータ32(図1)が組み込まれていなくても良いし、組み込まれていても良い。
前者の場合、第3ヒータ33が第2ヒータ32の代わりに溶融部2を内側から加熱する。後者の場合、第3ヒータ33が第2ヒータ32とともに溶融部2を内側から加熱する。
In the case of this embodiment, the second heater 32 (FIG. 1) may not be incorporated into the
In the former case, the
また、本実施形態の場合、内筒部81の内側にピストン7の一部分が配置されている。
In the case of this embodiment, a part of the
更に、内筒部81は、上記の第1の実施形態における保持部材72の機能を兼ねる。すなわち、内筒部81は、例えば、その上部の内周面に雌ネジ部82が形成されており、この雌ネジ部82に対して、ピストン7の雄ネジ部71が螺合している。
Further, the
内筒部81の材料としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。
Examples of the material of the
本実施形態の場合、溶融樹脂5は、例えば、内筒部81の外周面とシリンダー8の内周面との間隙を通して、溶融部2から貯留部6へ流出する。
In the case of the present embodiment, the
ここで、具体的な動作の例を説明する。先ず、プランジャー4により固形の樹脂ペレット1を溶融部2へ圧送する。溶融部2にて溶融した樹脂すなわち溶融樹脂5は貯留部6へと送られる。ピストン7を前進(図の下方へ移動)させることにより必要量の溶融樹脂5を吐出口61から吐出させる。吐出後にピストン7を後退(図では上方へ移動)させることにより、貯留部6が負圧となるため、溶融部2の溶融樹脂5が貯留部6の方へ引きこまれることになる。すなわち、ピストン7の後退動作により貯留部6への溶融樹脂充填が促進され、成形サイクルを効率的に行うことができる利点が得られる。
Here, an example of a specific operation will be described. First, the
以上のような第2の実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。 According to the second embodiment as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
〔第3の実施形態〕
図5は第3の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置300の模式図である。このうち図5(a)は材料供給装置300の模式的な正面断面図、図5(b)は材料供給装置300の模式的な平断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram of a
本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、材料供給装置100の代わりに材料供給装置300を備えている点で、上記の第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置と相違し、その他の点では、上記の第1の実施形態に係る三次元物体の製造装置と同様に構成されている。
The three-dimensional object manufacturing apparatus according to the present embodiment is different from the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the first embodiment in that a
材料供給装置300は、以下に説明する点で、上記の第2の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置200と相違し、その他の点では、材料供給装置200と同様に構成されている。
The
材料供給装置300は、材料を加熱する溶融部材15を溶融部2内に有している。溶融部材15は、横断面形状がドーナツ状のものであり、内筒部81の外周面と、シリンダー8の内周面と、の間に固定されている。
The
溶融部材15には、材料を上流側から下流側へ通過させる多数の(複数の)溶融孔16が、溶融部材15の上端から下端に向けて貫通して形成されている。溶融孔16の各々は、例えば、錐台状(例えば円錐台状)などのテーパー形状であることが挙げられるが、テーパーを持たないストレート形状であっても良い。また、溶融孔16には、段差部や湾曲部が形成されていても良い。溶融部材15の材料としては、鉄、ステンレス、アルミ等の金属であることが挙げられるが、熱伝導度の観点からは、銅またはベリリウム銅が好ましい。
In the melting
なお、溶融部材15を配置する都合上、本実施形態の場合、シリンダー8は、溶融部2の配置領域において、テーパー状に縮径しておらず、ストレート状に形成されている。
ピストン7の下降に伴い、貯留部6内の溶融樹脂5を溶融部2の方向に押し戻そうとする圧がかかる。これを防止するため、溶融部材15の下端付近に、図示しない逆止弁を設けても良い。
For convenience of disposing the melting
As the
本実施形態の場合、樹脂ペレット1は、プランジャー4により溶融孔16内に圧送され、溶融孔16を通過する際に次第に細径化し、最終的には溶融孔16内において溶融樹脂5となる。
In the case of this embodiment, the
以上のような第3の実施形態によっても、第1または第2の実施形態と同様の効果が得られる。 According to the third embodiment as described above, the same effects as those of the first or second embodiment can be obtained.
〔第4の実施形態〕
図6は第4の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置400の模式的な正面断面図である。
図7は材料供給装置400のピストン7の先端部の構造を示す模式図である。このうち図7(a)は正面図、図7(b)及び図7(c)は図7(a)のA−A線に沿った平断面図、図7(d)は下面図である。図7(b)及び図7(d)は、開閉部170が閉状態となっているときの状態を示し、図7(c)は、開閉部170が開状態となっているときの状態を示す。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a schematic front cross-sectional view of a
FIG. 7 is a schematic diagram showing the structure of the tip of the
本実施形態に係る三次元物体の製造装置は、材料供給装置100の代わりに材料供給装置300を備えている点で、上記の第3の実施形態に係る三次元物体の製造装置と相違し、その他の点では、上記の第3の実施形態に係る三次元物体の製造装置と同様に構成されている。
The three-dimensional object manufacturing apparatus according to the present embodiment is different from the three-dimensional object manufacturing apparatus according to the third embodiment in that a
材料供給装置400は、以下に説明する点で、上記の第3の実施形態に係る三次元物体の製造装置の材料供給装置300と相違し、その他の点では、材料供給装置300と同様に構成されている。
The
上記の第1乃至第3の実施形態では、ピストン7の外径が貯留部6の内径と等しい例を説明したが、本実施形態の場合、ピストン7は、柱状(例えば円柱状)の本体部700と、本体部700の先端に設けられた開閉部170と、を有している。
本体部700の外径は、貯留部6の内径よりも小さい。
その代わり、開閉部170は、貯留部6の横断面を閉塞する閉状態と、閉塞しない開状態と、に切り替わり可能に構成されており、ピストン7により貯留部6の溶融樹脂5を圧送する時に、開閉部170が閉状態となるようになっている。
In the first to third embodiments, the example in which the outer diameter of the
The outer diameter of the
Instead, the opening /
図7に示すように、開閉部170は、それぞれ扇状に形成された複数枚の羽根部を有している。開閉部170は、例えば、8枚の羽根部171、172、173、174、175、176、177、178を有している。各羽根部171〜178は、板状に形成され、各々の板面がピストン7の軸方向に対して直交している。
As shown in FIG. 7, the opening /
これら羽根部171〜178が互いに重ならない状態において、これら羽根部171〜178が協働して貯留部6の横断面を閉塞する(図7(b))。すなわち、開閉部170が閉状態となる。
In a state where these
この開状態で、ピストン7が下降することにより、貯留部6の溶融樹脂5を吐出口61より効率的に射出することができるようになっている。なお、閉状態では、羽根部171、173、175、177、172、174、176、178が円周上にこの順で並んで配置されている。
When the
一方、例えば、羽根部171、173、175、177が互いに重なり合うとともに、羽根部172、174、176、178が互いに重なり合うことにより、開閉部170は、開状態となる(図7(c))。
On the other hand, for example, when the
この開状態で、ピストン7を上昇させることにより、ピストン7を抵抗なく貯留部6から容易に引き抜くことができる。また、開状態において、開閉部170を通して、溶融樹脂5を溶融部2から貯留部6へ流入させることができる。
By raising the
ピストン7の本体部700は、第1軸部75と、第2軸部76と、第3軸部77と、第4軸部78と、を有している。第1軸部75は、円筒状に形成され、第1軸部75の内部に第2軸部76が配置されている。第2軸部76は、円筒状に形成され、第2軸部76の内部には第3軸部77が配置されている。第3軸部77は円筒状に形成され、第3軸部77の内部には第4軸部78が配置されている。第1軸部75、第2軸部76、第3軸部77及び第4軸部78は、互いに同軸に配置されている。
The
例えば、第1軸部75の先端(例えば下端)には、羽根部171及び羽根部172が180度間隔で固定されている。同様に、第2軸部76の先端(例えば下端)には羽根部173及び羽根部174が180度間隔で固定され、第3軸部77の先端(例えば下端)には羽根部175及び羽根部176が180度間隔で固定され、第4軸部78の先端(例えば下端)には羽根部177及び羽根部178が180度間隔で固定されている。
For example, the
本実施形態の場合、第1軸部75が油圧シリンダ19(図3)に連結されており、油圧シリンダ19によって第1軸部75が軸方向に移動(昇降)するようになっている。
In the case of this embodiment, the 1st
第2軸部76の基端(例えば上端)は、第1軸部75の基端(例えば上端)よりも基端側(例えば上方)に突出している(図6)。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第2軸部76は第1軸部75に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転(例えば、45°回転)により、羽根部171に羽根部173を重ねるとともに、羽根部172に羽根部174を重ねることができる。
The base end (for example, the upper end) of the
同様に、第3軸部77の基端(例えば上端)は、第2軸部76の基端(例えば上端)よりも基端側(例えば上方)に突出している。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第3軸部77は第1軸部75に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転(例えば、90°回転)により、羽根部171に羽根部175を重ねるとともに、羽根部172に羽根部176を重ねることができる。
Similarly, the base end (for example, the upper end) of the
同様に、第4軸部78の基端(例えば上端)は、第3軸部77の基端(例えば上端)よりも基端側(例えば上方)に突出している。この突出部に対して、図示しないモーターの駆動力が加えられて、第4軸部78は第1軸部75に対して相対的に、軸周りに回転するようになっている。この回転(例えば、135°回転)により、羽根部171に羽根部177を重ねるとともに、羽根部172に羽根部178を重ねることができる。
Similarly, the base end (for example, the upper end) of the
なお、例えば、図6に示すように、第4軸部78の外周面には、リング状の突起78aが形成され、この突起78aが、第3軸部77の内周面に嵌合している。同様に、第3軸部77の外周面には、リング状の突起77aが形成され、この突起77aが、第2軸部76の内周面に嵌合している。同様に、第2軸部76の外周面には、リング状の突起76aが形成され、この突起76aが、第1軸部75の内周面に嵌合している。これにより、第1軸部75、第2軸部76、第3軸部77及び第4軸部78は、軸周りに相互に回動自在、且つ、軸方向には一体的に移動するように、相互に連結されている。
For example, as shown in FIG. 6, a ring-shaped
また、本実施形態の場合、材料供給装置400は、内筒部81と一体的な第2内筒部81aを、内筒部81の周囲に有している。第3ヒータ33は、内筒部81の外側、且つ、第2内筒部81aの内側に設けられている。溶融部材15は、第2内筒部81aの外周面と、シリンダー8の内周面との間に固定されている。
In the case of the present embodiment, the
以上のような第4の実施形態によっても、上記の第1乃至第3の実施形態と同様の効果が得られる。 Also by the fourth embodiment as described above, the same effects as those of the first to third embodiments can be obtained.
なお、上記の第3及び第4の実施形態では、溶融孔16の形状が、円錐台形状などの錐台形状である例を説明したが、溶融孔16は、入り口側から出口側へ向けて細くなる形状として、その他の形状を選択しても良い。
例えば、図8(a)に示すように、溶融孔16は、内径が段階的に(階段状に)細くなる形状であっても良い。或いは、図8(b)及び(c)に示すように、内径が2次曲線状に細くなる形状であっても良い。このうち図8(b)の例では、溶融孔16は、入り口側に近い部位での径の変化量が大きい竜巻形状である。図8(c)の例では、溶融孔16は、出口側に近い部位での径の変化量が大きい逆釣鐘形状である。
In the third and fourth embodiments, the example in which the shape of the
For example, as shown in FIG. 8A, the
また、図9はピストン7の変形例を示す下面図である。図9に示すように、上記の第1乃至第3の実施形態におけるピストン7の先端には、下方に向けて突出する放射状のリブ7aを形成しても良い。この場合、ピストン7が回転することにより、リブ7aが貯留部6内の溶融樹脂5を攪拌し、貯留部6内の溶融樹脂5の温度を均一にすることができる。
FIG. 9 is a bottom view showing a modified example of the
また、図示は省略するが、第4の実施形態におけるピストン7の先端にも、リブを形成しても良い。この場合、例えば、一番下の羽根部171、172にリブを形成することが挙げられる。
Moreover, although illustration is abbreviate | omitted, you may form a rib also in the front-end | tip of
また、ピストン7は、溶融樹脂5の逆流を防止する逆流防止機構を備えていても良い。逆流防止機構は、例えば、特開2005−169899号公報の逆流防止装置と同様のものとすることができる。或いは、逆流防止機構は、実用プラスチック成形加工事典編集委員会編、「実用プラスチック成形加工事典」、株式会社産業調査会事典出版センター、1997年6月30日発行、第256頁〜第257頁の逆流防止リングと同様のものとすることができる。
Further, the
なお、上記の各形態では、積層台501側にX駆動機構530、Y駆動機構540およびZ駆動機構520が設けられている例を説明したが、X駆動機構530、Y駆動機構540およびZ駆動機構520の各々は、吐出部(吐出口61)側と積層台501側とのいずれに設けられていても良い。
In each of the above embodiments, the example in which the
1 樹脂ペレット
2 溶融部
3 加熱部
4 プランジャー
4a プランジャー用モータ
5 溶融樹脂
6 貯留部
7 ピストン
7a リブ
8 シリンダー
9 材料供給部
11 冷却部
12 ヒータ
15 溶融部材
16 溶融孔
18 仕切り板
19 油圧シリンダ
31 第1ヒータ
32 第2ヒータ
33 第3ヒータ
41 本体部
42 スクリューネジ
43 回転伝達部
60 吐出ノズル
61 吐出口
71 雄ネジ部
72 保持部材
73 雌ネジ部
74 溝
75 第1軸部
76 第2軸部
76a 突起
77 第3軸部
77a 突起
78 第4軸部
78a 突起
81 内筒部
81a 第2内筒部
82 雌ネジ部
91 貯留容器
92 固形材料供給配管
93 第1電磁弁
94 ガス配管
95 第2電磁弁
100 材料供給装置
170 開閉部
171、172、173、174、175、176、177、178 羽根部
200 材料供給装置
300 材料供給装置
400 材料供給装置
500 移動機構
501 積層台
502 ステージ
505 支持体
506 保持ブラケット
520 Z駆動機構
521 Z駆動アクチュエータ
522 駆動ネジ
523 Z移動ブロック
524 ガイド軸
525 対向保持体
526 支持体
530 X駆動機構
531 X駆動アクチュエータ
532 駆動ネジ
533 X移動ブロック
534 ガイド軸
535 保持ブラケット
536 X移動ガイドブロック
537 保持ブラケット
538 X移動ステージ
540 Y駆動機構
541 Y駆動アクチュエータ
542 駆動ネジ
543 Y移動ブロック
544 ガイド軸
545 保持ブラケット
546 Y移動ガイドブロック
547 保持ブラケット
548 Y移動ステージ
550 基台
561 制御部
700 本体部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Resin pellet 2 Melting part 3 Heating part 4 Plunger 4a Plunger motor 5 Molten resin 6 Storage part 7 Piston 7a Rib 8 Cylinder 9 Material supply part 11 Cooling part 12 Heater 15 Melting member 16 Melting hole 18 Partition plate 19 Hydraulic cylinder 31 1st heater 32 2nd heater 33 3rd heater 41 Main body part 42 Screw screw 43 Rotation transmission part 60 Discharge nozzle 61 Discharge port 71 Male screw part 72 Holding member 73 Female screw part 74 Groove 75 1st axis part 76 2nd axis Part 76a Projection 77 Third shaft part 77a Projection 78 Fourth shaft part 78a Projection 81 Inner cylinder part 81a Second inner cylinder part 82 Female thread part 91 Storage container 92 Solid material supply pipe 93 First solenoid valve 94 Gas pipe 95 Second Solenoid valve 100 Material supply device 170 Opening / closing part 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178 Blade part 00 Material supply device 300 Material supply device 400 Material supply device 500 Movement mechanism 501 Stacking stage 502 Stage 505 Support body 506 Holding bracket 520 Z drive mechanism 521 Z drive actuator 522 Drive screw 523 Z movement block 524 Guide holder 526 Supporting support body 526 Support Body 530 X drive mechanism 531 X drive actuator 532 Drive screw 533 X movement block 534 Guide shaft 535 Holding bracket 536 X movement guide block 537 Holding bracket 538 X movement stage 540 Y drive mechanism 541 Y drive actuator 542 Drive screw 543 Y movement block 544 Guide shaft 545 Holding bracket 546 Y moving guide block 547 Holding bracket 548 Y moving stage 550 Base 561 Control unit 700 Main body
Claims (13)
前記溶融部を加熱する加熱部と、
前記溶融部へ前記固形材料を圧送するプランジャーと、
前記溶融部にて前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を一時的に貯留する貯留部と、
前記貯留部と連通し、前記貯留部の前記溶融材料を外部に吐出する吐出部と、
前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるピストンと、
前記溶融部、前記プランジャー、前記貯留部、及び前記ピストンを内部に有するシリンダーと、
前記吐出部から吐出された前記溶融材料が積層される積層台と、
前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる移動機構と、
前記移動機構の動作制御を行う制御部と、
を有し、
前記ピストンは、前記溶融部を貫通して、前記貯留部の前記溶融材料を前記吐出部を介して外部へ吐出させるものであり、
前記制御部は、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記移動機構を制御する三次元物体の製造装置。 A melting part for melting the solid material;
A heating section for heating the melting section;
A plunger for pumping the solid material to the melting part;
A storage part for temporarily storing the molten material obtained by melting the solid material in the melting part;
A discharge part that communicates with the storage part and discharges the molten material of the storage part to the outside;
A piston that discharges the molten material of the storage part to the outside through the discharge part;
A cylinder having the melting part, the plunger, the storage part, and the piston inside;
A stacking table on which the molten material discharged from the discharge unit is stacked;
A moving mechanism for relatively moving the discharge unit and the stacking table;
A control unit for controlling the operation of the moving mechanism;
Have
The piston penetrates the melting portion and discharges the molten material of the storage portion to the outside through the discharge portion.
The control unit is a three-dimensional object manufacturing apparatus that controls the moving mechanism such that the molten material discharged from the discharge unit is stacked on the stacking base based on a predetermined order and pattern.
前記固形材料を前記貯留容器から前記シリンダーへ供給する固形材料供給配管と、
を有する請求項1乃至10の何れか一項に記載の三次元物体の製造装置。 A storage container for storing the granular solid material;
A solid material supply pipe for supplying the solid material from the storage container to the cylinder;
The apparatus for manufacturing a three-dimensional object according to claim 1, comprising:
前記プランジャーにより圧送された前記固形材料を前記溶融部において加熱して溶融させる工程と、
前記固形材料を溶融させることにより得られた溶融材料を貯留部において一時的に貯留する工程と、
前記貯留部に一時的に貯留されている前記溶融材料を、前記溶融部を貫通しているピストンによって、前記貯留部と連通している吐出部を介して外部へ吐出させる工程と、
前記吐出部から吐出される前記溶融材料を積層台上に積層させる工程と、
を有し、
前記溶融材料を積層台上に積層させる工程では、前記吐出部から吐出される前記溶融材料が所定の順序およびパターンに基づいて前記積層台上に積層されるように、前記吐出部と前記積層台とを相対的に移動させる三次元物体の製造方法。 A step of pumping a solid material to a melting part by a plunger;
Heating and melting the solid material pumped by the plunger in the melting section;
Temporarily storing the molten material obtained by melting the solid material in the storage unit;
A step of discharging the molten material temporarily stored in the storage portion to the outside via a discharge portion communicating with the storage portion by a piston penetrating the melting portion;
Laminating the molten material discharged from the discharge unit on a stacking table;
Have
In the step of laminating the molten material on the lamination table, the discharge unit and the lamination table are arranged such that the molten material discharged from the discharge unit is laminated on the lamination table based on a predetermined order and pattern. A method for manufacturing a three-dimensional object.
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