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技術 樹脂材加熱装置及び樹脂材加熱方法

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 萬谷俊一伊藤遼山本大介木下結以高野文朋
出願日 2019年6月6日 (9ヶ月経過) 出願番号 2019-106037
公開日 2019年8月29日 (6ヶ月経過) 公開番号 2019-142241
状態 未査定
技術分野 プラスチック等のその他の成形、複合成形(変更なし)
主要キーワード 合流管路 分配管路 保温管 本体管 三次元印刷 貯留管 通過管 円盤部材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年8月29日)のものです。
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図面 (6)

課題

長尺固形状の樹脂材を円滑に通過させながら、該樹脂材の全体を略均等に加熱することが可能な樹脂材加熱装置及び樹脂材加熱方法を提供する。

解決手段

長尺の固形状の樹脂材を加熱する樹脂材加熱装置10は、通過管路40と、熱風供給手段42とを備える。通過管路40は、樹脂材の直径よりも内径が大きく、樹脂材を内壁面と離間させた状態で通過させる。熱風供給手段42は、通過管路40の内部に熱風を供給する。

概要

背景

簡素な構成で安価に立体造形物を得ることが可能な三次元印刷方法として、可塑化溶融)させた樹脂製のフィラメントを所望の形状となるように積層し、該形状を維持したまま固化させる、いわゆる、熱溶解積層方法が知られている。この方法による三次元印刷装置は、例えば、特許文献1に示すように、連続的に供給される長尺固形状のフィラメントを加熱し、可塑化状態としてからステージ等の被積層部に排出する樹脂材可塑化手段を備える。

具体的には、この樹脂材可塑化手段は、金属等の熱伝導性材料からなる液化チューブと、液化チューブを加熱するヒータとを有する。ヒータによって液化チューブを加熱するとともに、該液化チューブにその一端側から、長尺の固形状のフィラメントを連続的に供給すると、該フィラメントが液化チューブと熱交換しながら液化チューブの他端側に向かって移動する。これによって、可塑化されたフィラメントが、液化チューブの他端側を介して被積層部に排出される。

概要

長尺の固形状の樹脂材を円滑に通過させながら、該樹脂材の全体を略均等に加熱することが可能な樹脂材加熱装置及び樹脂材加熱方法を提供する。長尺の固形状の樹脂材を加熱する樹脂材加熱装置10は、通過管路40と、熱風供給手段42とを備える。通過管路40は、樹脂材の直径よりも内径が大きく、樹脂材を内壁面と離間させた状態で通過させる。熱風供給手段42は、通過管路40の内部に熱風を供給する。

目的

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、長尺の固形状の樹脂材を円滑に通過させながら、該樹脂材の全体を略均等に加熱することが可能な樹脂材加熱装置及び樹脂材加熱方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

長尺固形状の樹脂材を加熱する樹脂材加熱装置であって、前記樹脂材の直径よりも内径が大きく、前記樹脂材を内壁面と離間させた状態で通過させる直線状又は円弧状の複数の通過管路と、前記複数の通過管路のそれぞれの一端側と連通する分配管路と、前記分配管路を介して前記複数の通過管路の内部に熱風を供給する熱風供給手段と、前記複数の通過管路のそれぞれの他端側と連通して、前記複数の通過管路から排出された前記熱風が流入する合流管路と、を有することを特徴とする樹脂材加熱装置。

請求項2

請求項1記載の樹脂材加熱装置において、前記熱風供給手段は、前記分配管路と前記合流管路とを接続して、前記熱風を循環させる循環管路と、前記循環管路の内部の前記熱風を加熱する加熱源と、前記加熱源で加熱された前記熱風を前記分配管路に向かって送風するとともに、前記合流管路に排出された前記熱風を前記加熱源に向かって送風する送風機と、を有することを特徴とする樹脂材加熱装置。

請求項3

請求項1記載の樹脂材加熱装置において、前記樹脂材は、前記合流管路に設けられた複数の樹脂材供給口を介して前記複数の通過管路にそれぞれ供給され、且つ前記分配管路に設けられた複数の樹脂材排出口を介して前記複数の通過管路の他端側からそれぞれ排出され、前記樹脂材供給口及び前記樹脂材排出口と前記樹脂材との間がシール部材によりシールされる、ことを特徴とする樹脂材加熱装置。

請求項4

長尺の固形状の樹脂材を加熱する樹脂材加熱方法であって、前記樹脂材の直径よりも大きい内径の直線状又は円弧状である複数の通過管路に熱風を供給する熱風供給工程と、前記通過管路の内壁面と前記樹脂材とを離間させた状態で、前記通過管路のそれぞれに前記樹脂材を通過させて、前記熱風と前記樹脂材とを熱交換させる加熱工程と、を有し、前記熱風供給工程では、前記複数の通過管路のそれぞれの一端側と連通する分配管路を介して前記複数の通過管路に前記熱風を供給し、且つ前記複数の通過管路のそれぞれの他端側に連通する合流管路に複数の前記通過管路を通過した前記熱風を排出することを特徴とする樹脂材加熱方法。

請求項5

請求項4記載の樹脂材加熱方法において、前記熱風供給工程では、前記合流管路に排出される前記熱風を加熱して、前記分配管路に再び供給することを特徴とする樹脂材加熱方法。

請求項6

請求項4記載の樹脂材加熱方法において、前記加熱工程では、前記合流管路に設けられた複数の樹脂材供給口を介して前記複数の通過管路のそれぞれに前記樹脂材を供給し、前記分配管路に設けられた複数の樹脂材排出口を介して前記複数の通過管路から前記樹脂材をそれぞれ排出することを特徴とする樹脂材加熱方法。

技術分野

0001

本発明は、長尺固形状の樹脂材を加熱する樹脂材加熱装置及び樹脂材加熱方法に関する。

背景技術

0002

簡素な構成で安価に立体造形物を得ることが可能な三次元印刷方法として、可塑化溶融)させた樹脂製のフィラメントを所望の形状となるように積層し、該形状を維持したまま固化させる、いわゆる、熱溶解積層方法が知られている。この方法による三次元印刷装置は、例えば、特許文献1に示すように、連続的に供給される長尺の固形状のフィラメントを加熱し、可塑化状態としてからステージ等の被積層部に排出する樹脂材可塑化手段を備える。

0003

具体的には、この樹脂材可塑化手段は、金属等の熱伝導性材料からなる液化チューブと、液化チューブを加熱するヒータとを有する。ヒータによって液化チューブを加熱するとともに、該液化チューブにその一端側から、長尺の固形状のフィラメントを連続的に供給すると、該フィラメントが液化チューブと熱交換しながら液化チューブの他端側に向かって移動する。これによって、可塑化されたフィラメントが、液化チューブの他端側を介して被積層部に排出される。

先行技術

0004

特表2011−511719号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、上記の三次元印刷装置において、固形状のフィラメントの可塑化効率を向上させるためには、例えば、樹脂材可塑化手段に供給される前のフィラメントを予備加熱することが考えられる。この場合、樹脂材可塑化手段の前段に、搬送中の長尺の固形状の樹脂材(フィラメント)を通過させながら加熱する樹脂材加熱装置を設ければよい。

0006

このような樹脂材加熱装置として、上記の樹脂材可塑化手段のように、ヒータで加熱した液化チューブの内部をフィラメントが通過するようにした構成を適用すると、フィラメントの周面が溶融して液化チューブの内壁面に付着することにより、フィラメントの円滑な搬送が妨げられる懸念がある。

0007

これを回避するべく、例えば、上記のヒータ及び液化チューブに代えて赤外線ヒータを用い、該赤外線ヒータの赤外線放射範囲内を通過させることでフィラメントを加熱することが考えられる。しかしながら、この場合、赤外線ヒータとフィラメントとの相対位置に応じて昇温特性が異なってしまうため、均等に昇温させたフィラメントを得ることが困難になる懸念がある。

0008

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、長尺の固形状の樹脂材を円滑に通過させながら、該樹脂材の全体を略均等に加熱することが可能な樹脂材加熱装置及び樹脂材加熱方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記の目的を達成するため、本発明は、長尺の固形状の樹脂材を加熱する樹脂材加熱装置であって、前記樹脂材の直径よりも内径が大きく、前記樹脂材を内壁面と離間させた状態で通過させる通過管路と、前記通過管路の内部に熱風を供給する熱風供給手段と、を有することを特徴とする。

0010

本発明に係る樹脂材加熱装置では、樹脂材を通過管路の内壁面に接触させることなく、該通過管路の内部に供給した熱風により加熱する。これによって、通過管路を通過させながら樹脂材を加熱しても、該通過管路の内壁面に樹脂材が付着することなく、樹脂材を円滑に搬送することができる。また、通過管路の内部で樹脂材の周面全体が熱風に曝されるため、例えば、赤外線ヒータによって樹脂材を加熱するような場合と異なり、樹脂材の全体を略均等に昇温させることができる。

0011

以上から、この樹脂材加熱装置によれば、長尺の固形状の樹脂材を円滑に通過させながら、該樹脂材の全体を略均等に加熱することができる。

0012

上記の樹脂材加熱装置において、前記通過管路の内部を気密に維持するシール部材をさらに備え、前記熱風供給手段は、前記通過管路の前記熱風が供給される一端側と、前記熱風を排出する他端側とを接続して、前記熱風を循環させる循環管路と、前記循環管路の内部の前記熱風を加熱する加熱源と、前記加熱源で加熱された前記熱風を前記通過管路の一端側に向かって送風するとともに、前記通過管路の他端側から排出された前記熱風を前記加熱源に向かって送風する送風機と、を有する。

0013

このように、加熱源が設けられた循環管路を介して通過管路に熱風を循環させることで、熱風を効率的に加熱して、樹脂材の加熱に適した温度に容易に維持することができる。また、この熱風を利用することにより、樹脂材の加熱効率を向上させることができる。

0014

上記の樹脂材加熱装置において、前記通過管路は、前記熱風を排出する他端側から前記樹脂材が供給され、前記熱風が供給される一端側から前記樹脂材を排出する。上記の通り、熱風は、循環管路内で加熱源により加熱された後に、通過管路にその一端側から供給され、樹脂材と熱交換した後に、通過管路の他端側から排出される。このため、通過管路の一端側における熱風の温度の方が、通過管路の他端側における熱風の温度よりも高温になり易い。このように、高温の熱風が供給される通過管路の一端側から樹脂材を排出することにより、樹脂材を効果的に加熱した状態で、樹脂材加熱装置の後段に供給することが可能になる。

0015

上記の樹脂材加熱装置において、前記通過管路は複数からなり、複数の前記通過管路のそれぞれの一端側と連通する分配管路と、それぞれの他端側と連通する合流管路と、をさらに備え、前記循環管路は、前記分配管路及び前記合流管路を介して前記熱風を複数の前記通過管路のそれぞれに循環させ、前記樹脂材は、前記合流管路に設けられた複数の樹脂材供給口を介して複数の前記通過管路にそれぞれ供給され、且つ前記分配管路に設けられた複数の樹脂材排出口を介して複数の前記通過管路の他端側からそれぞれ排出され、前記シール部材は、前記樹脂材供給口及び前記樹脂材排出口にそれぞれ設けられる。

0016

この場合、複数の樹脂材を一度に加熱して排出することができるため、樹脂材を一層効率的に加熱することが可能になる。

0017

また、本発明は、長尺の固形状の樹脂材を加熱する樹脂材加熱方法であって、前記樹脂材の直径よりも大きい内径の通過管路に熱風を供給する熱風供給工程と、前記通過管路の内壁面と前記樹脂材とを離間させた状態で、前記通過管路に前記樹脂材を通過させて、前記熱風と前記樹脂材とを熱交換させる加熱工程と、を有することを特徴とする。

0018

本発明に係る樹脂材加熱方法によれば、樹脂材を通過させる通過管路の内壁面と樹脂材とを接触させることなく、該通過管路の内部で樹脂材の全体を熱風に曝すことができる。これによって、長尺の固形状の樹脂材の搬送を妨げることなく、樹脂材の全体を略均等に加熱することができる。

0019

上記の樹脂材加熱方法において、前記熱風供給工程では、前記通過管路の一端側から前記熱風を供給し、且つ前記通過管路の他端側から排出される前記熱風を加熱して、前記通過管路の一端側に再び供給する。この場合、通過管路に熱風を循環させながら加熱することができるため、熱風を樹脂材の加熱に適した温度に容易に維持することができ、ひいては、樹脂材の加熱効率を向上させることができる。

0020

上記の樹脂材加熱方法において、前記加熱工程では、前記通過管路の前記熱風を排出する他端側から前記樹脂材を供給し、前記通過管路の前記熱風が供給される一端側から前記樹脂材を排出する。通過管路の他端側から排出される熱風に比して、通過管路の一端側に供給される熱風の方が高温であるため、該通過管路の一端側から樹脂材を排出することにより、効果的に加熱された樹脂材を得ることができる。

発明の効果

0021

本発明によれば、樹脂材を通過管路の内壁面に接触させることなく、該通過管路の内部に供給した熱風により加熱する。これによって、通過管路を通過させながら樹脂材を加熱しても、該通過管路の内壁面に樹脂材が付着することを回避できる。また、通過管路の内部で樹脂材の周面全体が熱風に曝されるため、樹脂材を略均等に昇温させることができる。つまり、長尺の固形状の樹脂材の搬送を妨げることなく、樹脂材の全体を略均等に加熱することができる。

図面の簡単な説明

0022

図1は、本発明の実施形態に係る樹脂材加熱装置を備える三次元印刷装置の要部概略図である。
図2は、図1の樹脂材加熱装置の断面図である。
図3は、図1の三次元印刷装置のノズルの断面図である。
図4は、三次元印刷装置の移動手段を構成するロボット図記号である。
図5A〜図5Cは、図3のノズルから排出されたフィラメントを積層して一体化する工程を説明する説明図である。

実施例

0023

本発明に係る樹脂材加熱装置及び樹脂材加熱方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

0024

本発明に係る樹脂材加熱装置は、長尺の固形状の樹脂材を加熱するものであり、該樹脂材加熱装置によって加熱した樹脂材の供給先や用途は、特に限定されるものではない。

0025

本実施形態では、図1に示すように、樹脂材加熱装置10が、三次元印刷装置12を構成する場合を例に挙げて説明する。この三次元印刷装置12は、フィラメント14をステージ16上に積層して立体造形物(不図示)を作製する。

0026

フィラメント14は、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)や、ポリ乳酸PLA)等の熱可塑性樹脂からなり、図5A〜5Cに示すように、芯材18(18a、18b)と、該芯材18の外周面に付着した被覆材20(20a、20b)とからなる。なお、芯材18と被覆材20とは互いに異なる種類の樹脂から構成されても、同じ種類の樹脂から構成されてもよい。

0027

三次元印刷装置12は、樹脂材加熱装置10の他に、樹脂材供給部22と、芯材搬送手段24と、被覆材搬送手段26と、被覆材可塑化手段27と、ノズル28と、移動手段30(図4参照)とを主に備える。

0028

樹脂材供給部22は、長尺の固形状の芯材18が巻回された1個の芯材リール32と、長尺の固形状の被覆材20がそれぞれ巻回された3個の被覆材リール34と、芯材リール32及び被覆材リール34を回転可能に保持する保持部材36とを有する。なお、被覆材リール34の個数は、特に限定されるものではなく、フィラメント14を形成するために必要な被覆材20の量に応じて適宜設定することができる。また、本実施形態では、芯材リール32及び被覆材リール34に巻回された芯材18及び被覆材20のそれぞれは互いに同じ直径であることとするが、特にこれに限定されるものではない。

0029

芯材リール32及び被覆材リール34のそれぞれから引き出された芯材18及び被覆材20は、後述するように芯材搬送手段24及び被覆材搬送手段26によって搬送される。

0030

本実施形態に係る樹脂材加熱装置10は、上記のようにして搬送される芯材18及び被覆材20(以下では、これらを総称して樹脂材ともいう)を通過させながら、後述するように、被覆材可塑化手段27で被覆材20を加熱して可塑化する温度よりも低い温度に加熱する。具体的には、樹脂材加熱装置10は、図1及び図2に示すように、複数の通過管路40と、熱風供給手段42と、分配管路44と、合流管路46と、シール部材48a、48bとを主に備える。通過管路40は、樹脂材の直径よりも内径が大きい管体からなり、樹脂材を該通過管路40の内壁面と離間させた状態で通過させる。通過管路40の本数は、供給される樹脂材の本数に応じて適宜設定することができる。本実施形態では、通過管路40は、1本の芯材18と3本の被覆材20をそれぞれ通過させる合計4本からなる。

0031

通過管路40のそれぞれの一端側は分配管路44と連通し、他端側は合流管路46と連通する。図1に示すように、通過管路40の分配管路44側と合流管路46側との間は、略円弧状に湾曲し、該円弧の内側に芯材リール32及び被覆材リール34が配設されることが好ましい。この場合、三次元印刷装置12を大型化することなく、通過管路40を、該通過管路40の内部で樹脂材を所望の温度となるように十分に加熱可能な長さとすることができる。

0032

熱風供給手段42は、循環管路50と、加熱源52と、送風機54とを有する。循環管路50は、通過管路40のそれぞれに熱風を循環させるべく、分配管路44と合流管路46を接続する。加熱源52は、循環管路50の内部の熱風を加熱する。送風機54は、加熱源52で加熱された熱風を分配管路44に向かって送風するとともに、通過管路40から合流管路46に排出された熱風を加熱源52に向かって送風する。

0033

分配管路44は、循環管路50と4本の通過管路40の一端側との間に介在する。循環管路50を介して分配管路44に送られた熱風は、該分配管路44内で分配されながら通過管路40のそれぞれに供給される。また、図2に示すように、分配管路44には、4本の通過管路40の一端側の開口とそれぞれ対向する部位に、4個の樹脂材排出口56が形成されている。これらの樹脂材排出口56を介して、通過管路40を通過した樹脂材が樹脂材加熱装置10から排出される。

0034

合流管路46は、通過管路40の他端側と循環管路50との間に介在する。複数の通過管路40のそれぞれから排出された熱風は、合流管路46の内部で合流して循環管路50へと送られる。また、図2に示すように、合流管路46には、4本の通過管路40の他端側の開口とそれぞれ対向する部位に、4個の樹脂材供給口58が形成されている。これらの樹脂材供給口58を介して、樹脂材供給部22から樹脂材が通過管路40に供給される。

0035

図2に示すように、シール部材48a、48bは、樹脂材排出口56及び樹脂材供給口58のそれぞれに設けられる。これによって、互いに連通した合流管路46と、通過管路40と、分配管路44と、循環管路50との内部の気密を維持したまま、樹脂材供給口58から通過管路40に樹脂材を供給すること、及び該樹脂材を樹脂材排出口56から排出することが可能になる。

0036

上記のように構成される樹脂材加熱装置10では、加熱源52により熱風を加熱して所定の温度に維持しながら、循環管路50と通過管路40との間で熱風を循環させることができる。熱風の所定の温度とは、樹脂材のガラス転移点以下の温度であり、本実施形態では、さらに、被覆材可塑化手段27で被覆材20を加熱して可塑化する温度よりも低い温度に樹脂材を加熱することが可能な温度である。

0037

つまり、樹脂材加熱装置10では、熱風が、通過管路40の内部を一端側から他端側に向かって移動し、樹脂材が、通過管路40の内部を他端側から一端側に向かって移動する。これによって、熱風と熱交換した樹脂材は、被覆材可塑化手段27で被覆材20を加熱して可塑化する温度よりも低い温度に加熱されて樹脂材加熱装置10から排出される。

0038

芯材搬送手段24は、例えば、樹脂材加熱装置10の芯材18を排出する樹脂材排出口56とノズル28との間であって、該ノズル28の近傍に配設される一組の駆動ローラ60と、該駆動ローラ60を回転させるモータ(不図示)とを有する。一組の駆動ローラ60の間に芯材18を挟んだ状態で、該駆動ローラ60を回転させることにより、芯材18が樹脂材加熱装置10を通ってノズル28に供給されるように、芯材18を搬送することができる。また、駆動ローラ60は正逆回転可能であり、この回転方向に応じて、芯材18をノズル28に向かって進行する方向と後退する方向との間で切り換えて搬送することができる。

0039

樹脂材加熱装置10と芯材搬送手段24との間には、断熱材料から形成された配管62が設けられる。樹脂材加熱装置10から排出された芯材18は、外部と断熱された配管62の内部を通ることで、温度が維持されたままノズル28へと搬送される。

0040

被覆材搬送手段26は、例えば、樹脂材加熱装置10の被覆材20を排出する樹脂材排出口56と被覆材可塑化手段27との間であって、該被覆材可塑化手段27の近傍に配設される一組の駆動ローラ64と、該駆動ローラ64を回転させるモータ(不図示)とを有する。この被覆材搬送手段26は、樹脂材加熱装置10に供給された被覆材20の本数に応じた個数(本実施形態では3個)設けられ、被覆材20が樹脂材加熱装置10を通って被覆材可塑化手段27に供給されるように、該被覆材20のそれぞれを搬送する。これらの駆動ローラ64も、前記駆動ローラ60と同様に正逆回転可能であり、この回転方向に応じて、被覆材20を被覆材可塑化手段27に向かって進行する方向と後退する方向との間で切り換えて搬送することができる。

0041

樹脂材加熱装置10と被覆材搬送手段26との間には、前記配管62と同様に、断熱材料から形成された配管66が、樹脂材加熱装置10に供給された被覆材20の本数に応じた本数(本実施形態では3本)設けられる。樹脂材加熱装置10から排出された被覆材20は、外部と断熱された配管66の内部を通ることで、温度が維持されたまま被覆材可塑化手段27へと搬送される。

0042

被覆材可塑化手段27は、被覆材20を加熱して可塑化させるヒータ等からなり、上記の通り、樹脂材加熱装置10で加熱された3本の被覆材20を液状樹脂にして、該被覆材可塑化手段27とノズル28とを連通する連通管68に排出する。この際、被覆材可塑化手段27には、上記の通り、前段に設けられた樹脂材加熱装置10によって予備加熱された被覆材20が供給される。このため、被覆材可塑化手段27を大型化することなく、被覆材20の内部まで速やかに熱を伝達させて、被覆材20の可塑化効率を向上させることができる。換言すると、被覆材可塑化手段27の小型化を図ることができる。

0043

図1及び図3に示すように、ノズル28は、ステージ16に向かってフィラメント14を排出する。具体的には、ノズル28は、樹脂材加熱装置10で加熱した芯材18を排出する芯材排出部80と、被覆材可塑化手段27で可塑化した被覆材20を排出する被覆材排出部82とを有する。

0044

芯材排出部80は、本体管84と保温管86とを有する。本体管84は、芯材18が供給される基端側(図3の矢印X方向側)に設けられる大径部88と、芯材18を排出する先端側(図3の矢印Y方向側)に設けられ、且つ大径部88よりも小径の小径部90とを有する。大径部88の先端側は、小径部90に向かってテーパ状に縮径している。また、この大径部88の先端部と小径部90の基端部との間には互いの径差に基づく段差が形成されている。

0045

保温管86は、断熱材料から形成され、内径が本体管84の小径部90の内径と略等しく、外径が大径部88の内径よりも小さい。この保温管86は、先端側の端面が、上記の通り、大径部88と小径部90との間に形成される段差面に当接するように、該大径部88の内側に配設される。

0046

本体管84と保温管86との間には、遮熱部92が設けられる。遮熱部92は、大径部88と保温管86との間に形成される空間94や、該空間94に設けられる断熱材96等からなり、芯材排出部80の内部と外部を遮熱する。また、遮熱部92は、例えば、空気等の冷媒を空間94に流通させることが可能な冷媒流通機構(不図示)をさらに備えてもよい。この場合、芯材排出部80の内部と外部を一層良好に遮熱することが可能になる。

0047

被覆材排出部82は、貯留管部98と、貯留管部98の基端側の開口を閉塞する蓋部100と、貯留管部98の先端側に設けられたテーパ状部102とを有する。

0048

貯留管部98は、断熱材料から形成され、その内径が、本体管84の大径部88の外径よりも大きく、該大径部88の基端側の一部を除く外周面を覆うように配設される。つまり、貯留管部98の内周面と大径部88の外周面との間に、可塑化した被覆材20を貯留することが可能な貯留部104が形成される。

0049

図3に示すように、貯留部104内には、円盤部材106が配設されていてもよい。円盤部材106は、径方向の略中心に本体管84が挿通される挿通孔107が形成されるとともに、該挿通孔107よりも外周側を厚さ方向に沿って貫通する複数の貫通孔108が形成されている。この貫通孔108を介して、貯留部104の基端側から先端側に向かって可塑化した被覆材20が流れることによって、該被覆材20の圧力や温度を均等化することが可能になる。

0050

蓋部100には、径方向の略中心に本体管84の基端側が挿通される挿通孔110が形成されるとともに、該挿通孔110よりも外周側に連通管68が接続される供給口112が形成される。この供給口112を介して貯留部104に、可塑化した被覆材20が供給される。

0051

テーパ状部102は、貯留管部98から先端側に向かって縮径するように延在し、その先端には、貯留部104内の被覆材20を排出することが可能な排出口114が設けられる。排出口114の内径は、小径部90の先端側の外径よりも大きく、排出口114の内側に小径部90の先端側が配設される。

0052

つまり、上記のように構成されるノズル28は、小径部90の先端側から可塑化した被覆材20より低い温度の芯材18を排出するとともに、テーパ状部102の排出口114から可塑化した被覆材20を排出する。これによって、芯材18の外周面に被覆材20を付着させたフィラメント14を形成し、排出することができる。

0053

また、このノズル28では、上記の通り、被覆材排出部82の内側に芯材排出部80が配置されているため、例えば、芯材排出部80及び被覆材排出部82を並設するような場合に比して、ノズル28の小型化を図ることができる。ひいては、三次元印刷装置12全体の小型化を図ることが可能になる。

0054

ノズル28からフィラメント14を連続的に排出する場合、芯材搬送手段24及び被覆材搬送手段26の駆動ローラ60、64のそれぞれを一方の方向に連続的に回転させればよい。一方、ノズル28からのフィラメント14の排出を停止する場合、前記駆動ローラ60、64のそれぞれの回転を停止すればよい。この場合、被覆材搬送手段26の駆動ローラ64については、一時的に他方の方向に回転させてから停止することによって、被覆材排出部82から可塑化した被覆材20が余分に排出される懸念を払拭することができる。また、ノズル28は、小径部90の先端側及び排出口114の両方又は排出口114のみを開閉自在に閉塞する蓋(不図示)が設けられていてもよい。

0055

図4に図記号を用いて模式的に示すように、移動手段30は、ロボット120と、制御部(不図示)とを有する。ロボット120は、三次元直交座標系に基づいて動作する本体部122と、該本体部122に取り付けられた多関節型アーム124とを有する。アーム124は、基端から先端の手首126に向かって順に第1関節128及び第2関節130を有する。手首126には、例えば、芯材搬送手段24と、被覆材搬送手段26と、被覆材可塑化手段27と、ノズル28(図1において二点鎖線で囲んだ構成要素、以下、これらを総称してノズル28等ともいう)とが固定されている。

0056

移動手段30は、制御部の制御下に、ロボット120を駆動させることで、ステージ16に対して、ノズル28等を三次元的に移動させることができる。この際、上記の通りノズル28及び被覆材可塑化手段27の小型化が図られているため、移動手段30によるノズル28等の移動を容易且つ高精度にすることが可能である。

0057

本実施形態に係る樹脂材加熱装置10を備える三次元印刷装置12は、基本的には以上のように構成されるものである。すなわち、三次元印刷装置12に適用された樹脂材加熱装置10は、フィラメント14を形成するべく、上記の温度に加熱した樹脂材を被覆材可塑化手段27及びノズル28に供給する。

0058

以下では、本実施形態に係る樹脂材加熱方法につき、樹脂材加熱装置10の動作を含む三次元印刷装置12の動作との関係で説明する。

0059

三次元印刷装置12では、芯材搬送手段24及び被覆材搬送手段26を駆動することにより、芯材リール32及び被覆材リール34からそれぞれ引き出された長尺の固形状の芯材18及び被覆材20を樹脂材加熱装置10に連続的に供給する。

0060

この際、樹脂材加熱装置10では、加熱源52及び送風機54を駆動することによって、循環管路50と通過管路40のそれぞれとの間で熱風を循環させる。具体的には、加熱源52で加熱した直後の高温の熱風を、循環管路50を介して分配管路44に供給することで、4本の通過管路40のそれぞれに、その一端側から前記高温の熱風を供給する。

0061

この際、熱風の温度は、樹脂材のガラス転移点以下であり、該熱風との熱交換によって樹脂材を、被覆材可塑化手段27で被覆材20を加熱して可塑化する温度よりも低い温度にすることが可能な温度である。そして、通過管路40を通過して、その他端側から合流管路46に排出された低温の熱風を、循環管路50を介して再び加熱源52に供給する。つまり、本実施形態に係る樹脂材加熱方法における熱風供給工程を行うことができる。

0062

このように、熱風を排出する通過管路40の他端側から合流管路46の樹脂材供給口58を介して、該通過管路40の内部に樹脂材をそれぞれ供給する。これによって、通過管路40の内壁面と樹脂材とを離間させた状態で、通過管路40に樹脂材を通過させて、熱風と樹脂材とを熱交換させる。つまり、本実施形態に係る樹脂材加熱方法における加熱工程を行う。そして、上記のようにして昇温させた樹脂材を、分配管路44の樹脂材排出口56を介して樹脂材加熱装置10からそれぞれ排出する。これらの樹脂材のうち、芯材18は配管62に供給し、被覆材20は配管66に供給する。

0063

以上から、本実施形態に係る樹脂材加熱装置10及び樹脂材加熱方法では、通過管路40を通過させながら樹脂材を加熱しても、該通過管路40の内壁面に樹脂材が付着することなく、樹脂材を円滑に搬送することができる。また、通過管路40の内部で樹脂材の周面全体が熱風に曝されるため、例えば、赤外線ヒータによって樹脂材を加熱するような場合と異なり、樹脂材の全体を略均等に昇温させることができる。従って、搬送中の長尺の固形状の樹脂材を円滑に通過させながら、該樹脂材の全体を略均等に加熱することができる。

0064

また、加熱源52が設けられた循環管路50を介して通過管路40に熱風を循環させることで、熱風を効率的に加熱して、該熱風を樹脂材の加熱に適した温度に容易に維持することができる。この熱風を利用することにより、樹脂材の加熱効率を向上させることができる。

0065

さらに、上記の通り、熱風は、循環管路50内で加熱源52により加熱された後に、通過管路40にその一端側から供給され、樹脂材と熱交換した後に、通過管路40の他端側から排出される。このため、通過管路40の一端側における熱風の温度の方が、通過管路40の他端側における熱風の温度よりも高温になり易い。このように、高温の熱風が供給される通過管路40の一端側から樹脂材を排出することにより、樹脂材を効果的に加熱した状態で、樹脂材加熱装置10の後段に供給することが可能になる。

0066

樹脂材加熱装置10から配管66に供給された被覆材20は、被覆材可塑化手段27にそれぞれ供給される。そして、被覆材可塑化手段27において可塑化され、液状樹脂となった被覆材20は、連通管68を介して、ノズル28の被覆材排出部82に供給され、貯留部104に貯留される。

0067

一方、樹脂材加熱装置10から配管62に供給された芯材18は、ノズル28の芯材排出部80に供給される。芯材排出部80において、芯材18は、遮熱部92等により外部と遮熱された芯材排出部80の保温管86の内部を通る。このため、上記のように、芯材排出部80の本体管84の外周面と、被覆材排出部82の貯留管部98の内周面との間に形成された貯留部104に、溶融した高温の被覆材20が貯留されても、該被覆材20の熱が芯材18に伝わることを抑制できる。

0068

このため、芯材排出部80は、可塑化した被覆材20よりも低温の芯材18を、小径部90から排出する。一方、被覆材排出部82では、テーパ状部102の排出口114から可塑化した被覆材20を排出して、小径部90から排出された芯材18の外周面に付着させる。これによって、ノズル28では、可塑化した被覆材20と、塑性変形可能であるが可塑化した被覆材20よりも低温の芯材18と、からなるフィラメント14を形成しながら排出する。

0069

なお、可塑化した被覆材20よりも低温の芯材18は、被覆材20を付着させる前の段階で、換言すると、樹脂材加熱装置10における加熱によって、塑性変形可能な温度に達していてもよいし、可塑化した被覆材20を付着させて、その熱を伝導させることによって塑性変形可能な温度に達することとしてもよい。すなわち、芯材18に被覆材20を付着させる前及び付着させた直後においては、該芯材18の温度は、塑性変形可能な温度に達していても、達していなくてもよい。被積層部にフィラメント14を積層する際に、該フィラメント14を構成する芯材18が可塑化した被覆材20よりも低温でありながら塑性変形可能な温度になっていればよい。

0070

上記のようにノズル28からフィラメント14を排出するとともに、移動手段30によってノズル28等を三次元的に移動させることで、フィラメント14を、ステージ16上の被積層部に対して押圧しつつ積層することができる。

0071

ここで、被積層部とは、ノズル28から排出されるフィラメント14が、ステージ16に積層する第1層目である場合は、該ステージ16の所定の位置である。また、ノズル28から排出されるフィラメント14が、先に積層されたフィラメント14に積層される第2層目以降である場合は、先に積層されたフィラメント14の所定の位置である。

0072

図5A〜図5Cは、フィラメント14を積層して、一体化させる工程を説明する説明図であり、具体的には、先に積層されたフィラメント14aと、該フィラメント14aを被積層部とするフィラメント14bの断面図である。

0073

ノズル28から排出された直後のフィラメント14bは、図5Aに示すように、可塑化した被覆材20bが、該被覆材20bよりも低温の芯材18bの外周面に付着した状態である。図5Bに示すように、先に積層されたフィラメント14aに対して、フィラメント14bを押圧しつつ積層すると、フィラメント14bとフィラメント14aとの間を埋めるように、被覆材20bが流動する。この状態で、被覆材20bが固化することにより、図5Cに示すように、被覆材20a、20bを介してフィラメント14aとフィラメント14bとを一体化することができる。

0074

なお、図5A〜図5Cでは、芯材18a、18bと被覆材20a、20bとがそれぞれ同心となるように配置された状態、換言すると、芯材18a、18bの外周面全体に周方向にわたって略均一の厚さとなるように被覆材20a、20bが付着した状態のフィラメント14a、14b同士を積層して一体化する様子を示している。しかしながら、芯材18a、18bに対する被覆材20a、20bの相対位置や、被覆材20a、20bの形状は、フィラメント14a、14bに加わる重力や、可塑化した被覆材20a、20bの粘度等に応じて種々の形態を取り得ることは勿論である。少なくとも、芯材18aと芯材18bの間に被覆材20bが介在する状態で、該被覆材20bを固化させることにより、フィラメント14aとフィラメント14bとを一体化することができる。

0075

このように、フィラメント14a、14bを含む必要な量のフィラメント14の全てを所望の形状となるように積層し、固化させることで、立体造形物を得ることができる。

0076

以上から、この三次元印刷装置12によれば、例えば、全体が均一な温度に加熱された可塑化フィラメントを積層、固化させる場合に比して、芯材18bが低温である分、換言すると、被覆材20bのみが高温に加熱されている分、フィラメント14bを速やかに固化させることが可能である。その一方で、被覆材20bは、十分に加熱して可塑化することができるため、隣接するフィラメント14aと良好に一体化することが可能である。つまり、フィラメント14a、14b同士の接着性が低下することを回避しつつ、可塑化したフィラメント14bが固化する時間を短縮することができる。

0077

その結果、ノズル28の移動速度にフィラメント14bの固化を容易に追従させて、フィラメント14a、14bを含むフィラメント14を所望の形状に積層することができる。また、積層後のフィラメント14が固化するまでの間に、たわみや垂れ等の変形が生じることを抑制できる。さらに、上記の通り、高温に加熱されて可塑化している部分の量を少なくできる分、フィラメント14が固化により収縮する量を小さくすることができる。

0078

従って、三次元印刷装置12では、製造効率及び成形精度の両方に優れた立体造形物を得ることができる。本実施形態に係る樹脂材加熱装置10は、三次元印刷装置12に適用されることで、該三次元印刷装置12による立体造形物の製造効率及び成形精度をさらに向上させることができる。

0079

すなわち、樹脂材加熱装置10を三次元印刷装置12に適用して、芯材18を円滑に通過させながら、その全体を略均等に加熱することによって、可塑化した被覆材20よりも低温でありながら塑性変形可能な温度の芯材18を有するフィラメント14を効率的に得ることができる。このように、芯材18が昇温されていることで、フィラメント14を容易に変形させつつ積層することが可能になる。しかも、フィラメント14を変形させても、その内部に歪みが残ることを回避することが可能になる。

0080

また、被覆材20についても、樹脂材加熱装置10を円滑に通過させながら、その全体を略均等に予備加熱することができるため、被覆材可塑化手段27において、効率的に被覆材20を可塑化することができる。これによって、上記の通り、被覆材可塑化手段27の小型化を図ることもできるため、移動手段30によるノズル28等の移動を容易且つ高精度にして、フィラメント14の積層精度を向上させることができる。これらによって、立体造形物の製造効率や、成形精度及び品質を良好に向上させることができる。

0081

本発明は、上記した実施形態に特に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

0082

例えば、上記の実施形態に係る樹脂材加熱装置10では、1本の芯材18及び3本の被覆材20をそれぞれ通過させる4本の通過管路40を備えることとしたが、特にこれに限定されるものではない。樹脂材加熱装置10は、通過管路40を1本のみ備えてもよいし、4本以外の複数本備えてもよい。また、樹脂材加熱装置10は、通過管路40を1本のみ備える場合、分配管路44及び合流管路46を備えず、通過管路40と循環管路50との間で直接熱風を循環させてもよい。この場合、シール部材48a、48bは、通過管路40の内部を気密に維持するべく、例えば、通過管路40の両端の開口に設ければよい。

0083

また、樹脂材加熱装置10は、通過管路40と循環管路50との間で熱風を循環させる構成を備えず、通過管路40の一端側から他端側に熱風を通過させることとしてもよい。

0084

上記の実施形態に係る樹脂材加熱装置10では、熱風を排出する通過管路40の他端側から樹脂材が供給されることとしたが、熱風が供給される通過管路40の一端側から樹脂材が供給されてもよい。

0085

上記の実施形態に係る樹脂材加熱装置10では、フィラメント14を形成するべく、芯材18及び被覆材20を加熱する場合に適用することとしたが、特にこれに限定されるものではない。例えば、三次元印刷法により立体造形物を造形する際に用いられる一般的なフィラメントを予備加熱する場合に適用してもよい。また、樹脂材加熱装置10によって加熱する樹脂材の温度は、その用途等に応じて適宜設定することができる。

0086

なお、上記の三次元印刷装置12では、芯材18の外周面全体に周方向にわたって略均一の厚さとなるように被覆材20を付着させることで、円柱状の芯材18と環状の被覆材20とが同心となるように配置されたフィラメント14を形成することとした。しかしながら、芯材18の外周面の一部にのみ被覆材20を付着させることでフィラメント14を形成してもよいし、円柱状の芯材18と環状の被覆材20とが偏心するように配置されたフィラメント14を形成してもよい。

0087

また、移動手段30は、図4に示すロボット120を備えることとしたが、ステージ16に対して、ノズル28等を三次元的に移動させることができるものであれば、特に限定されるものではなく、種々の構成を採用することができる。

0088

10…樹脂材加熱装置18…芯材
20…被覆材22…樹脂材供給部
24…芯材搬送手段 26…被覆材搬送手段
27…被覆材可塑化手段 28…ノズル
30…移動手段 32…芯材リール
34…被覆材リール 36…保持部材
40…通過管路 42…熱風供給手段
44…分配管路46…合流管路
48a、48b…シール部材50…循環管路
52…加熱源54…送風機
56…樹脂材排出口58…樹脂材供給口

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