三维打印机制造技术

本发明专利技术提供一种三维打印机，其能够使用各种材质的颗粒，无需非活性气体就能够制造大型的造形物。所述三维打印机具有如下构造，具备：挤出装置，其构成为，在工作缸的下端侧设置有喷嘴，在该工作缸的内部配置有螺杆，在螺杆的前端侧配置有齿轮泵，且该挤出装置设置有用于加热工作缸的内部的加热器、以及用于向该工作缸内部供给树脂材料的料斗；与所述挤出装置的喷嘴对置的工作台装置；以及控制装置，其控制树脂从所述挤出装置中的喷嘴的排出し，并且控制挤出装置以及/或者工作台装置的、相对于基准面的朝向X轴、Y轴、Z轴方向的移动，挤出装置以及/或者工作台装置以在X轴、Y轴、Z轴方向上被控制装置控制位置的方式移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三维打印机、特别涉及通过热熔融层叠法制造三维造形物的三维打印机(3D打印机)的材料挤出部的构造。
技术介绍
以往，作为通过熔融层叠造形法制造三维造形物的方法，例如在下述的专利文献1中公开了一种制造方法，在该方法中，反复进行一边根据三维构造物的形状数据控制微小的注射器和与之对置的造形用工作台的移动，一边从注射器喷嘴排出生物降解性树脂的细线状的热熔融物的工序，从而形成微小的医疗用三维构造物。另外，作为不需要细丝状材料的三维构造体的形成方法，在下述的专利文献2中公开了使用气体加压分配器将加热融解后的融解高分子材料从喷嘴挤出并控制此时的喷嘴的排出位置的方法。然而，在专利文献1记载的方法的情况下，由于收容在注射器内的树脂的体积小，因此存在无法制造出大造形物的问题，另外，在专利文献2的方法的情况下，为了抑制热分解所导致的氧化物的生成，需要准备氮气、二氧化碳作为相对于高分子材料不活性的气体，并且，由于通过气体加压来进行熔融树脂的挤出，因此存在难以控制树脂的排出，容易产生来自喷嘴前端的树脂滴落的问题。此外，在基于最近广泛使用的三维打印机的三维造形物的制造中，作为所层叠的材料，使用以细丝状供给的PLA(聚乳酸)、ABS(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)的细丝，利用进给马达对该细丝进行加压，经过被加热后的模块从喷嘴的前端挤出而形成造形物。但是，在使用这样的细丝的以往的三维打印机的情况下，不容易进行细丝的进给速度的控制，容易产生细丝的堵塞，存在因喷嘴堵塞而使得制造工序停止的问题、适合细丝的材质有限而无法使用市售的各种材质的颗粒(粒状材料)的问题。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-99494号公报专利文献2：日本特开2008-194968号公报本专利技术解决了上述的现有技术中的问题，其课题在于提供能够使用各种材质的颗粒，无需非活性气体就能够制造大型的造形物的三维打印机。本专利技术的专利技术人进行了各种研究，其结果是发现，通过将三维打印机中的熔融树脂挤出部设为在工作缸内部配置有螺杆的小型的挤出机(挤出装置)，在该挤出机上安装能够供给粒状的树脂材料的料斗，利用螺杆马达控制螺杆的旋转并且利用齿轮泵马达控制设置在螺杆的前端侧的齿轮泵，由此能够调节从喷嘴前端排出的熔融树脂的量，能够防止来自喷嘴前端的树脂滴落，能够不使用材质受限的细丝而使用市售的各种材质的颗粒，也适合于大型的造形物的制造，从而完成了本专利技术。用于解决课题的手段能够解决上述课题的本专利技术的三维打印机的特征在于，具备：挤出装置，其构成为，在工作缸的下端侧设置有喷嘴，在该工作缸的内部配置有被螺杆马达控制旋转的螺杆，在所述螺杆的前端侧配置有被齿轮泵马达控制旋转的齿轮泵，且该挤出装置设置有用于加热所述工作缸的内部的加热器、以及用于向该工作缸内部供给树脂材料的料斗；工作台装置，其与所述挤出装置的喷嘴对置；以及控制装置，其控制树脂从所述挤出装置中的所述喷嘴的排出，并且控制所述挤出装置以及/或者所述工作台装置的、相对于基准面的朝向X轴、Y轴、Z轴方向的移动，所述挤出装置以及/或者所述工作台装置以在X轴、Y轴、Z轴方向上被所述控制装置控制位置的方式移动。另外，本专利技术在具有上述特征的三维打印机的基础上，特征在于，在所述螺杆的前端侧，设置有用于测定该螺杆的前端位置处的树脂压力的第一压力计，在所述齿轮泵的排出侧，设置有用于测定喷嘴内部的树脂压力的第二压力计，根据利用所述第一以及第二压力计测定的树脂压力，通过所述控制装置控制树脂从所述喷嘴的排出。另外，本专利技术在具有上述特征的三维打印机的基础上，在所述喷嘴设置有用于控制所述喷嘴内部的压力的压力控制装置，能够利用所述压力控制装置改变所述喷嘴的内部空间的容积，在设置有这样的压力控制装置的三维打印机的情况下，具有粘度的树脂的喷嘴前端处的控制响应变快，能够瞬间使喷嘴内部的压力减压或者加压。另外，本专利技术在具有上述特征的三维打印机的基础上，特征在于，所述压力控制装置包括能够在相对于所述喷嘴的轴向垂直的方向上前后移动的活塞构件，通过利用所述压力控制装置控制该活塞构件的移动，由此改变所述喷嘴的内部空间的容积。此外，本专利技术在具有上述特征的三维打印机的基础上，特征在于，所述挤出装置安装有通过所述控制装置控制程序X轴以及Y轴方向的移动的XY定位装置，所述工作台装置是通过所述控制装置控制朝向Z轴方向的移动的Z工作台装置。专利技术效果根据本专利技术，能够利用配置在螺杆的前端侧的齿轮泵控制树脂自喷嘴的排出，准确地控制排出量，能够通过层叠树脂而制作房屋、船等大造形物。另外，在本专利技术的三维打印机的情况下，无需使用细丝状材料，能够使用市售的各种树脂颗粒，由于不限制材质，因此熔融层叠的三维打印机的用途也变宽。附图说明图1是示出本专利技术的三维打印机的一个例子的结构图。图2是示出本专利技术的三维打印机中的挤出装置A(材料挤出部)的内部构造的一个例子的剖视图。图3是示出具有与图2不同的构造的本专利技术的三维打印机中的挤出装置A(材料挤出部)的内部构造的剖视图。具体实施方式如图1所示，本专利技术的三维打印机具备：挤出装置A，其将颗粒加热熔融并将熔融树脂供给到喷嘴的前端侧，且具有用于控制从喷嘴前端排出
的熔融树脂的量的机构；工作台装置B，其以与挤出装置A的喷嘴对置的方式设置；以及控制装置C，其控制从挤出装置A的喷嘴排出的熔融树脂的量，并且控制挤出装置A以及/或者工作台装置B的、相对于基准面的朝向X轴、Y轴、Z轴三个方向的移动。此时，在本专利技术中，可以采用如下构造，挤出装置A与工作台装置B的任一方相对于基准面朝向X轴、Y轴、Z轴方向以受到位置控制的方式移动，而另一方的装置的位置被固定，但也可以如图1所示采用如下构造，挤出装置A相对于基准面朝向X轴以及Y轴方向以受到位置控制的方式移动，工作台装置B相对于基准面朝向Z轴方向以受到位置控制的方式移动。通过将上述挤出装置A安装于市售的XY定位装置，能够利用控制装置C进行位置控制，将市售的Z工作台装置配置在与挤出装置A的喷嘴对置的位置，能够利用控制装置C进行位置控制，由此能够制造出具有图1所示的结构的本专利技术的三维打印机。图2是示出本专利技术的三维打印机中的挤出装置A的内部构造的剖视图，挤出装置A在相对于工作台装置垂直配置的工作缸1的下端侧具有喷嘴2，在工作缸1的内部配置有被螺杆马达3控制旋转且用于将颗粒熔融并向喷嘴侧供给的螺杆4。并且，在螺杆4的前端侧配置有齿轮泵6，在工作缸1的周壁面设置有用于对工作缸内部进行加热的加热器7，在工作缸1的上方侧，设置有用于向工作缸内部供给树脂材料的料斗8。需要说明的是，在图1例示的挤出装置A中，附图标记11是用于将喷嘴部处的熔融树脂的温度保持为恒定的喷嘴加热器，附图标记12是用于将齿轮泵部处的熔融树脂的温度保持为恒定的齿轮泵加热器。在具有上述构造的挤出装置A中，优选如图2所示，在螺杆4的前端侧设置有用于测定该螺杆的前端位置处的树脂压力的第一压力计9，并且在齿轮泵6的排出侧设置有用于测定喷嘴内部的树脂压力的第二压力计10，在该情况下，根据利用第一压力计9以及第二压力计10测定出的压力的值，控制装置C分别控制挤出装置A的螺杆马达3、齿轮泵马达5、加热器(工作缸加热器)7、喷嘴加热器11、齿轮泵加热器12，以便从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维打印机，其特征在于，具备：挤出装置，其在工作缸的下端侧设置有喷嘴，在该工作缸的内部配置有通过螺杆马达控制旋转的螺杆，在所述螺杆的前端侧配置有通过齿轮泵马达控制旋转的齿轮泵，且该挤出装置设置有用于加热所述工作缸的内部的加热器、以及用于向该工作缸内部供给树脂材料的料斗；工作台装置，其设置为与所述挤出装置的喷嘴对置；以及控制装置，其控制树脂从所述挤出装置中的所述喷嘴的排出，并且控制所述挤出装置以及/或者所述工作台装置的、相对于基准面的朝向X轴、Y轴、Z轴方向的移动，所述挤出装置以及/或者所述工作台装置通过所述控制装置在X轴、Y轴、Z轴方向上受到位置控制而移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.25 JP 2014-0339061.一种三维打印机，其特征在于，具备：挤出装置，其在工作缸的下端侧设置有喷嘴，在该工作缸的内部配置有通过螺杆马达控制旋转的螺杆，在所述螺杆的前端侧配置有通过齿轮泵马达控制旋转的齿轮泵，且该挤出装置设置有用于加热所述工作缸的内部的加热器、以及用于向该工作缸内部供给树脂材料的料斗；工作台装置，其设置为与所述挤出装置的喷嘴对置；以及控制装置，其控制树脂从所述挤出装置中的所述喷嘴的排出，并且控制所述挤出装置以及/或者所述工作台装置的、相对于基准面的朝向X轴、Y轴、Z轴方向的移动，所述挤出装置以及/或者所述工作台装置通过所述控制装置在X轴、Y轴、Z轴方向上受到位置控制而移动。2.根据权利要求1所述的三维打印机，其特征在于，在所述螺杆的前端侧，设置有用于测定该螺杆的前端...

【专利技术属性】
技术研发人员：柚山精一，
申请(专利权)人：柚山精一，
类型：发明
国别省市：日本;JP