三維打印機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三維打印機(jī)，其能夠使用各種材質(zhì)的顆粒，無(wú)需非活性氣體就能夠制造大型的造形物。所述三維打印機(jī)具有如下構(gòu)造，具備：擠出裝置，其構(gòu)成為，在工作缸的下端側(cè)設(shè)置有噴嘴，在該工作缸的內(nèi)部配置有螺桿，在螺桿的前端側(cè)配置有齒輪泵，且該擠出裝置設(shè)置有用于加熱工作缸的內(nèi)部的加熱器、以及用于向該工作缸內(nèi)部供給樹(shù)脂材料的料斗；與所述擠出裝置的噴嘴對(duì)置的工作臺(tái)裝置；以及控制裝置，其控制樹(shù)脂從所述擠出裝置中的噴嘴的排出し，并且控制擠出裝置以及/或者工作臺(tái)裝置的、相對(duì)于基準(zhǔn)面的朝向X軸、Y軸、Z軸方向的移動(dòng)，擠出裝置以及/或者工作臺(tái)裝置以在X軸、Y軸、Z軸方向上被控制裝置控制位置的方式移動(dòng)。
【專利說(shuō)明】
三維打印機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及三維打印機(jī)、特別涉及通過(guò)熱熔融層疊法制造三維造形物的三維打印機(jī)(3D打印機(jī))的材料擠出部的構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為通過(guò)熔融層疊造形法制造三維造形物的方法，例如在下述的專利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了一種制造方法，在該方法中，反復(fù)進(jìn)行一邊根據(jù)三維構(gòu)造物的形狀數(shù)據(jù)控制微小的注射器和與之對(duì)置的造形用工作臺(tái)的移動(dòng)，一邊從注射器噴嘴排出生物降解性樹(shù)脂的細(xì)線狀的熱熔融物的工序，從而形成微小的醫(yī)療用三維構(gòu)造物。
[0003]另外，作為不需要細(xì)絲狀材料的三維構(gòu)造體的形成方法，在下述的專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了使用氣體加壓分配器將加熱融解后的融解高分子材料從噴嘴擠出并控制此時(shí)的噴嘴的排出位置的方法。
[0004]然而，在專利文獻(xiàn)I記載的方法的情況下，由于收容在注射器內(nèi)的樹(shù)脂的體積小，因此存在無(wú)法制造出大造形物的問(wèn)題，另外，在專利文獻(xiàn)2的方法的情況下，為了抑制熱分解所導(dǎo)致的氧化物的生成，需要準(zhǔn)備氮?dú)?、二氧化碳作為相?duì)于高分子材料不活性的氣體，并且，由于通過(guò)氣體加壓來(lái)進(jìn)行熔融樹(shù)脂的擠出，因此存在難以控制樹(shù)脂的排出，容易產(chǎn)生來(lái)自噴嘴前端的樹(shù)脂滴落的問(wèn)題。
[0005]此外，在基于最近廣泛使用的三維打印機(jī)的三維造形物的制造中，作為所層疊的材料，使用以細(xì)絲狀供給的PLA(聚乳酸)、ABS(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)的細(xì)絲，利用進(jìn)給馬達(dá)對(duì)該細(xì)絲進(jìn)行加壓，經(jīng)過(guò)被加熱后的模塊從噴嘴的前端擠出而形成造形物。但是，在使用這樣的細(xì)絲的以往的三維打印機(jī)的情況下，不容易進(jìn)行細(xì)絲的進(jìn)給速度的控制，容易產(chǎn)生細(xì)絲的堵塞，存在因噴嘴堵塞而使得制造工序停止的問(wèn)題、適合細(xì)絲的材質(zhì)有限而無(wú)法使用市售的各種材質(zhì)的顆粒(粒狀材料)的問(wèn)題。
[0006]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)I:日本特開(kāi)2010-99494號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2008-194968號(hào)公報(bào)
[0010]本發(fā)明解決了上述的現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，其課題在于提供能夠使用各種材質(zhì)的顆粒，無(wú)需非活性氣體就能夠制造大型的造形物的三維打印機(jī)。
[0011]本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了各種研究，其結(jié)果是發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將三維打印機(jī)中的熔融樹(shù)脂擠出部設(shè)為在工作缸內(nèi)部配置有螺桿的小型的擠出機(jī)(擠出裝置)，在該擠出機(jī)上安裝能夠供給粒狀的樹(shù)脂材料的料斗，利用螺桿馬達(dá)控制螺桿的旋轉(zhuǎn)并且利用齒輪栗馬達(dá)控制設(shè)置在螺桿的前端側(cè)的齒輪栗，由此能夠調(diào)節(jié)從噴嘴前端排出的熔融樹(shù)脂的量，能夠防止來(lái)自噴嘴前端的樹(shù)脂滴落，能夠不使用材質(zhì)受限的細(xì)絲而使用市售的各種材質(zhì)的顆粒，也適合于大型的造形物的制造，從而完成了本發(fā)明。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]能夠解決上述課題的本發(fā)明的三維打印機(jī)的特征在于，具備:
[0014]擠出裝置，其構(gòu)成為，在工作缸的下端側(cè)設(shè)置有噴嘴，在該工作缸的內(nèi)部配置有被螺桿馬達(dá)控制旋轉(zhuǎn)的螺桿，在所述螺桿的前端側(cè)配置有被齒輪栗馬達(dá)控制旋轉(zhuǎn)的齒輪栗，且該擠出裝置設(shè)置有用于加熱所述工作缸的內(nèi)部的加熱器、以及用于向該工作缸內(nèi)部供給樹(shù)脂材料的料斗；
[0015]工作臺(tái)裝置，其與所述擠出裝置的噴嘴對(duì)置;以及
[0016]控制裝置，其控制樹(shù)脂從所述擠出裝置中的所述噴嘴的排出，并且控制所述擠出裝置以及/或者所述工作臺(tái)裝置的、相對(duì)于基準(zhǔn)面的朝向X軸、Y軸、Z軸方向的移動(dòng)，
[0017]所述擠出裝置以及/或者所述工作臺(tái)裝置以在X軸、Y軸、Z軸方向上被所述控制裝置控制位置的方式移動(dòng)。
[0018]另外，本發(fā)明在具有上述特征的三維打印機(jī)的基礎(chǔ)上，特征在于，在所述螺桿的前端側(cè)，設(shè)置有用于測(cè)定該螺桿的前端位置處的樹(shù)脂壓力的第一壓力計(jì)，在所述齒輪栗的排出側(cè)，設(shè)置有用于測(cè)定噴嘴內(nèi)部的樹(shù)脂壓力的第二壓力計(jì)，根據(jù)利用所述第一以及第二壓力計(jì)測(cè)定的樹(shù)脂壓力，通過(guò)所述控制裝置控制樹(shù)脂從所述噴嘴的排出。
[0019]另外，本發(fā)明在具有上述特征的三維打印機(jī)的基礎(chǔ)上，在所述噴嘴設(shè)置有用于控制所述噴嘴內(nèi)部的壓力的壓力控制裝置，能夠利用所述壓力控制裝置改變所述噴嘴的內(nèi)部空間的容積，在設(shè)置有這樣的壓力控制裝置的三維打印機(jī)的情況下，具有粘度的樹(shù)脂的噴嘴前端處的控制響應(yīng)變快，能夠瞬間使噴嘴內(nèi)部的壓力減壓或者加壓。
[0020]另外，本發(fā)明在具有上述特征的三維打印機(jī)的基礎(chǔ)上，特征在于，所述壓力控制裝置包括能夠在相對(duì)于所述噴嘴的軸向垂直的方向上前后移動(dòng)的活塞構(gòu)件，通過(guò)利用所述壓力控制裝置控制該活塞構(gòu)件的移動(dòng)，由此改變所述噴嘴的內(nèi)部空間的容積。
[0021]此外，本發(fā)明在具有上述特征的三維打印機(jī)的基礎(chǔ)上，特征在于，所述擠出裝置安裝有通過(guò)所述控制裝置控制程序X軸以及Y軸方向的移動(dòng)的XY定位裝置，所述工作臺(tái)裝置是通過(guò)所述控制裝置控制朝向Z軸方向的移動(dòng)的Z工作臺(tái)裝置。
[0022]發(fā)明效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，能夠利用配置在螺桿的前端側(cè)的齒輪栗控制樹(shù)脂自噴嘴的排出，準(zhǔn)確地控制排出量，能夠通過(guò)層疊樹(shù)脂而制作房屋、船等大造形物。另外，在本發(fā)明的三維打印機(jī)的情況下，無(wú)需使用細(xì)絲狀材料，能夠使用市售的各種樹(shù)脂顆粒，由于不限制材質(zhì)，因此熔融層疊的三維打印機(jī)的用途也變寬。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是示出本發(fā)明的三維打印機(jī)的一個(gè)例子的結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖2是示出本發(fā)明的三維打印機(jī)中的擠出裝置A(材料擠出部)的內(nèi)部構(gòu)造的一個(gè)例子的剖視圖。
[0026]圖3是示出具有與圖2不同的構(gòu)造的本發(fā)明的三維打印機(jī)中的擠出裝置A(材料擠出部)的內(nèi)部構(gòu)造的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的三維打印機(jī)具備:擠出裝置A，其將顆粒加熱熔融并將熔融樹(shù)脂供給到噴嘴的前端側(cè)，且具有用于控制從噴嘴前端排出的熔融樹(shù)脂的量的機(jī)構(gòu)；工作臺(tái)裝置B，其以與擠出裝置A的噴嘴對(duì)置的方式設(shè)置；以及控制裝置C，其控制從擠出裝置A的噴嘴排出的熔融樹(shù)脂的量，并且控制擠出裝置A以及/或者工作臺(tái)裝置B的、相對(duì)于基準(zhǔn)面的朝向X軸、Y軸、Z軸三個(gè)方向的移動(dòng)。
[0028]此時(shí)，在本發(fā)明中，可以采用如下構(gòu)造，擠出裝置A與工作臺(tái)裝置B的任一方相對(duì)于基準(zhǔn)面朝向X軸、Y軸、Z軸方向以受到位置控制的方式移動(dòng)，而另一方的裝置的位置被固定，但也可以如圖1所示采用如下構(gòu)造，擠出裝置A相對(duì)于基準(zhǔn)面朝向X軸以及Y軸方向以受到位置控制的方式移動(dòng)，工作臺(tái)裝置B相對(duì)于基準(zhǔn)面朝向Z軸方向以受到位置控制的方式移動(dòng)。通過(guò)將上述擠出裝置A安裝于市售的XY定位裝置，能夠利用控制裝置C進(jìn)行位置控制，將市售的Z工作臺(tái)裝置配置在與擠出裝置A的噴嘴對(duì)置的位置，能夠利用控制裝置C進(jìn)行位置控制，由此能夠制造出具有圖1所示的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的三維打印機(jī)。
[0029]圖2是示出本發(fā)明的三維打印機(jī)中的擠出裝置A的內(nèi)部構(gòu)造的剖視圖，擠出裝置A在相對(duì)于工作臺(tái)裝置垂直配置的工作缸I的下端側(cè)具有噴嘴2，在工作缸I的內(nèi)部配置有被螺桿馬達(dá)3控制旋轉(zhuǎn)且用于將顆粒熔融并向噴嘴側(cè)供給的螺桿4。并且，在螺桿4的前端側(cè)配置有齒輪栗6，在工作缸I的周壁面設(shè)置有用于對(duì)工作缸內(nèi)部進(jìn)行加熱的加熱器7，在工作缸I的上方側(cè)，設(shè)置有用于向工作缸內(nèi)部供給樹(shù)脂材料的料斗8。
[0030]需要說(shuō)明的是，在圖1例示的擠出裝置A中，附圖標(biāo)記11是用于將噴嘴部處的熔融樹(shù)脂的溫度保持為恒定的噴嘴加熱器，附圖標(biāo)記12是用于將齒輪栗部處的熔融樹(shù)脂的溫度保持為恒定的齒輪栗加熱器。
[0031]在具有上述構(gòu)造的擠出裝置A中，優(yōu)選如圖2所示，在螺桿4的前端側(cè)設(shè)置有用于測(cè)定該螺桿的前端位置處的樹(shù)脂壓力的第一壓力計(jì)9，并且在齒輪栗6的排出側(cè)設(shè)置有用于測(cè)定噴嘴內(nèi)部的樹(shù)脂壓力的第二壓力計(jì)10，在該情況下，根據(jù)利用第一壓力計(jì)9以及第二壓力計(jì)10測(cè)定出的壓力的值，控制裝置C分別控制擠出裝置A的螺桿馬達(dá)3、齒輪栗馬達(dá)5、加熱器(工作缸加熱器)7、噴嘴加熱器11、齒輪栗加熱器12，以便從噴嘴前端穩(wěn)定地排出熔融樹(shù)脂。
[0032]在本發(fā)明中，裝入擠出裝置A的料斗8內(nèi)的顆粒被連續(xù)地供給到工作缸I內(nèi)，利用旋轉(zhuǎn)的螺桿4在被加熱后的工作缸I的內(nèi)部一邊朝向噴嘴2側(cè)移動(dòng)一邊被熔融、混揉，向配置在螺桿4的前端側(cè)的齒輪栗6供給。并且，該齒輪栗6被齒輪栗馬達(dá)5控制齒輪的旋轉(zhuǎn)，從噴嘴的前端定量地排出熔融樹(shù)脂，由于采用通過(guò)齒輪栗6送出熔融樹(shù)脂的構(gòu)造，因此不易產(chǎn)生噴嘴的堵塞。作為這樣的齒輪栗6，能夠利用擠出成形機(jī)用的市售品。
[0033]需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明中，在停止熔融樹(shù)脂的排出時(shí)，通過(guò)使螺桿4與齒輪栗6反轉(zhuǎn)一定量而釋放噴嘴內(nèi)部的壓力，能夠有效地防止從噴嘴2的前端產(chǎn)生樹(shù)脂滴落。另外，在使用樹(shù)脂滴落明顯的粘度低的材料的情況下，通過(guò)將圖3所示的壓力控制裝置13設(shè)置于噴嘴2來(lái)瞬間增加噴嘴的內(nèi)部空間的容積，由此釋放噴嘴內(nèi)部的壓力，從而也能夠有效地防止粘度低的樹(shù)脂的滴落。
[0034]作為該壓力控制裝置13，優(yōu)選在內(nèi)部設(shè)置有活塞構(gòu)件14(圖3中用點(diǎn)劃線示出)，該活塞構(gòu)件14通過(guò)壓力控制裝置13而受到位置控制從而能夠在一軸方向(相對(duì)于噴嘴的軸向垂直的方向)上前后移動(dòng)，平時(shí)，活塞構(gòu)件14的噴嘴側(cè)的前端面位于與噴嘴的內(nèi)部壁面一致的位置(參照?qǐng)D3)，但在使噴嘴內(nèi)部的壓力減壓時(shí)，活塞構(gòu)件14向噴嘴內(nèi)部空間的容積增加方向(圖3的右側(cè)方向)移動(dòng)。相反，在使噴嘴內(nèi)部的壓力增壓時(shí)，活塞構(gòu)件14向噴嘴內(nèi)部側(cè)的方向(圖3的左側(cè)方向)被擠出，噴嘴內(nèi)部空間的容積減小。驅(qū)動(dòng)該活塞構(gòu)件14的致動(dòng)器既可以采用空壓式也可以采用電動(dòng)式，但為了準(zhǔn)確控制噴嘴內(nèi)容積，優(yōu)選為電動(dòng)致動(dòng)器。
[0035]使用本發(fā)明的三維打印機(jī)制造造形物時(shí)所使用的顆粒狀的樹(shù)脂材料不特別限定，例如能夠使用聚丙烯樹(shù)脂(PP)、聚乙烯樹(shù)脂(PE)、聚甲醛樹(shù)脂(POM)、聚氯乙烯樹(shù)脂(PVC)、聚酰胺樹(shù)脂(PA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹(shù)脂(ABS)、聚乳酸樹(shù)脂(PLA)、聚苯硫醚樹(shù)脂(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等市售的顆粒。
[0036]本發(fā)明的三維打印機(jī)中的擠出裝置A的大小(料斗的容量、螺桿長(zhǎng)度、螺桿直徑、齒輪栗的單位排出量、噴嘴直徑等)根據(jù)要制造的造形物的大小適當(dāng)?shù)剡x擇，不特別限定。
[0037]實(shí)施例
[0038]〔本發(fā)明的三維打印機(jī)的制造例I〕
[0039]作為Z軸工作臺(tái)裝置，制作如下構(gòu)造的裝置:采用鋁制，內(nèi)置有儲(chǔ)料器加熱器與熱電偶，能夠進(jìn)行溫度控制，能夠利用Φ 20導(dǎo)程5的滾珠絲杠(THK公司制)使工作臺(tái)升降。此時(shí)，工作臺(tái)尺寸設(shè)為100mm見(jiàn)方，另外，升降范圍設(shè)為1000mm。另一方面，利用直線導(dǎo)軌(THK制)與滾珠絲杠(THK制)組裝用于安裝擠出裝置的XY運(yùn)動(dòng)單元，朝向X軸-Y軸方向的移動(dòng)距離設(shè)為100mm見(jiàn)方的范圍。此時(shí)，作為用于進(jìn)行擠出裝置朝向XYZ軸方向的移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，均使用安川電機(jī)制的伺服馬達(dá)，采用僅Z軸方向帶制動(dòng)器的規(guī)格。并且，通過(guò)利用控制裝置控制所述驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，由此控制擠出裝置的XYZ軸上的位置。
[0040]作為擠出裝置，內(nèi)置φ 20mm的螺桿L/D20，排出量為5kg/h(10rpm時(shí))，使用在下端部設(shè)置噴嘴且在上部側(cè)設(shè)置有料斗的工作缸，對(duì)于螺桿的驅(qū)動(dòng)使用齒輪式的無(wú)刷馬達(dá)。作為工作缸部加熱用的工作缸加熱器，使用兩臺(tái)500W的帶式加熱器。另外，作為齒輪栗，使用模數(shù)I齒數(shù)20的齒輪栗，對(duì)于齒輪栗的驅(qū)動(dòng)使用齒輪式的步進(jìn)電機(jī)。噴嘴孔的直徑設(shè)為1.0mm，用于測(cè)定樹(shù)脂壓力的第一以及第二壓力計(jì)使用額定20MPa的理化工業(yè)制的壓力計(jì)。并且，將該擠出裝置安裝于上述XY運(yùn)動(dòng)單元，利用上述控制裝置控制樹(shù)脂自噴嘴的排出，制造出具有圖2所示的內(nèi)部構(gòu)造的本發(fā)明的三維打印機(jī)。
[0041]〔使用本發(fā)明的三維打印機(jī)得到的造形物的制作例I〕
[0042]作為顆粒材料，準(zhǔn)備ABS(東麗T0Y0LAC grade600、顆粒直徑3mm)，利用小型的自動(dòng)裝載機(jī)將該顆粒材料供給至料斗。
[0043 ]使用以上述方式制成的本發(fā)明的三維打印機(jī)擠出上述顆粒材料時(shí)的工作缸溫度設(shè)為230 °C，齒輪栗以及噴嘴溫度設(shè)為240 °C。
[0044]造形物設(shè)為模擬人體的上半身部分的等比例大模型，將用于制作該模型的數(shù)據(jù)輸入控制裝置。在使用本發(fā)明的三維打印機(jī)制作該造形物時(shí)，利用控制裝置控制為排出樹(shù)脂時(shí)的第一壓力計(jì)(圖2的附圖標(biāo)記9)的值指示2MPa，并且，在進(jìn)行防止樹(shù)脂滴落的動(dòng)作時(shí)，對(duì)螺桿以及齒輪栗進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，以使得第二壓力計(jì)(圖2的附圖標(biāo)記10)的值達(dá)到0.2MPa以下。
[0045]恪融樹(shù)脂的層疊間距設(shè)為0.8mm，造形速度設(shè)定為，僅最初層以40mm/s成形，第二層之后以120mm/s進(jìn)行成形。
[0046]按照上述條件，在室溫23°C、濕度40%的環(huán)境下開(kāi)始使用三維打印機(jī)制作造形物時(shí)，能夠以110小時(shí)的造形時(shí)間高精度地造形出模擬人體的上半身部分的等比例大模型。
[0047]〔本發(fā)明的三維打印機(jī)的制造例2〕
[0048]作為Z軸工作臺(tái)裝置，其表面經(jīng)過(guò)噴砂處理且采用鋁制，內(nèi)置有儲(chǔ)料器加熱器(總?cè)萘?kw)與熱電偶，能夠利用溫度調(diào)整器(歐姆龍制)進(jìn)行PID控制，使用兩根Φ 25mm導(dǎo)程5mm的用于進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的滾珠絲杠(THK公司制)，利用正時(shí)帶輪與正時(shí)皮帶同步地連接。對(duì)于滑動(dòng)，使用四個(gè)線性套筒(THK公司制)與Φ 30mm的線性軸，制造工作臺(tái)能夠升降的構(gòu)造。此時(shí)，工作臺(tái)尺寸設(shè)為X方向1200mm、Y方向1200mm，另外，Z軸方向升降范圍設(shè)為1000mm。另一方面，利用直線導(dǎo)軌(THK公司制)與Φ 20mm導(dǎo)程1mm的加壓滾珠絲杠(THK公司$丨」)組裝出用于安裝擠出裝置的XY移動(dòng)臺(tái)單元，X軸方向的移動(dòng)距離設(shè)為1000mm，Y軸方向的移動(dòng)距離設(shè)為1000mm。此時(shí)，作為用于進(jìn)行擠出裝置朝向XYZ軸方向的移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，均使用三菱電機(jī)制的伺服馬達(dá)(Ikw)，采用僅Z軸方向帶制動(dòng)器的規(guī)格。
[0049]將伺服馬達(dá)的功率放大器的分辨能力設(shè)定為I萬(wàn)脈沖/周，將理論最小分辨能力設(shè)為:Z軸上每單位脈沖為0.5微米，XY軸上每單位脈沖為I微米。并且，通過(guò)利用控制裝置控制所述伺服馬達(dá)功率放大器，從而控制擠出裝置的XYZ軸上的位置。
[0050]作為擠出裝置，使用如下的工作缸，其內(nèi)置有Φ20mm的全螺紋螺桿L/D2，在下端部設(shè)置有噴嘴且在上部側(cè)設(shè)置有料斗，螺桿的驅(qū)動(dòng)使用帶減速機(jī)的無(wú)刷馬達(dá)。作為工作缸部加熱用的工作缸加熱器，使用兩臺(tái)500w的帶式加熱器，能夠分成料斗側(cè)與齒輪栗側(cè)這兩個(gè)區(qū)域利用熱電偶與溫度調(diào)整器進(jìn)行控制。另外，作為齒輪栗，使用齒輪與殼體均由高速鋼制且模數(shù)為I齒數(shù)為20的齒輪栗，齒輪栗的驅(qū)動(dòng)使用帶1/5減速機(jī)的步進(jìn)電機(jī)。將步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的微步進(jìn)設(shè)定為1/16，能夠以每單位脈沖0.03度以下的分度角控制排出量。噴嘴孔的直徑設(shè)為1.0mm，用于測(cè)定樹(shù)脂壓力的第一以及第二壓力計(jì)使用額定20MPa的壓力計(jì)(理化工業(yè)公司制)。齒輪栗使用300W的加熱器，噴嘴使用150W的加熱器，能夠分別利用熱電偶與溫度調(diào)整器進(jìn)行控制。
[0051]并且，將該擠出裝置安裝于上述XY移動(dòng)臺(tái)單元，利用上述控制裝置控制樹(shù)脂自噴嘴的排出，制造出具有圖3所示的內(nèi)部構(gòu)造的本發(fā)明的三維打印機(jī)。
[0052]〔使用本發(fā)明的三維打印機(jī)得到的造形物的制作例2〕
[0053]作為顆粒材料，準(zhǔn)備聚乳酸(Nature Works Ingeo，顆粒直徑約3mm)，利用小型的自動(dòng)裝載器將該顆粒材料供給至料斗。
[0054]使用以上述方式制成的本發(fā)明的三維打印機(jī)擠出上述顆粒材料時(shí)的工作缸溫度設(shè)為220 °C，齒輪栗以及噴嘴溫度設(shè)為215 °C。
[0055]將工作臺(tái)調(diào)整為，Z軸坐標(biāo)為零的噴嘴前端與Z軸工作臺(tái)裝置的距離在XY軸可動(dòng)范圍1000_見(jiàn)方的整個(gè)區(qū)域內(nèi)處于0.2mm?0.4mm的范圍。
[0056]造形物設(shè)為模擬人體的上半身部分的等比例大模型，將用于制作該模型的數(shù)據(jù)輸入控制裝置。在使用本發(fā)明的三維打印機(jī)制作該造形物時(shí)，通過(guò)控制裝置控制為排出樹(shù)脂時(shí)的第一壓力計(jì)(圖3的附圖標(biāo)記9)的值指示2MPa。當(dāng)在造形中停止來(lái)自噴嘴(圖3的附圖標(biāo)記2)的排出，進(jìn)行防止樹(shù)脂滴落的動(dòng)作時(shí)控制為，螺桿(圖3的附圖標(biāo)記4)的速度為180rpm，反轉(zhuǎn)360度，并且齒輪栗(圖3的附圖標(biāo)記6)的速度為120rpm，反轉(zhuǎn)180度，并且樹(shù)脂壓力控制裝置(圖3的附圖標(biāo)記13)以300mm/秒的軸移動(dòng)速度向減壓方向移動(dòng)I Omm。另外，在再次開(kāi)始從噴嘴進(jìn)行排出時(shí)控制為，螺桿(圖3的附圖標(biāo)記4)的速度為180rpm，正轉(zhuǎn)360度，并且齒輪栗(圖3的附圖標(biāo)記6)的速度為120rpm，正轉(zhuǎn)180度，并且設(shè)置在樹(shù)脂壓力控制裝置(圖3的附圖標(biāo)記13)的內(nèi)部的活塞構(gòu)件(圖3的附圖標(biāo)記14)以300mm/秒的軸移動(dòng)速度向增壓方向移動(dòng)1mm0
[0057 ]恪融樹(shù)脂的層疊間距設(shè)為0.6mm，造形速度設(shè)定為，僅最初層以40mm/秒造形，第二層之后的內(nèi)部填充以120mm/秒進(jìn)行造型，層的外周以60mm/秒進(jìn)行造形。內(nèi)部填充率設(shè)為10%。
[0058]按照上述條件，在室溫23°C、濕度40%的環(huán)境下開(kāi)始使用三維打印機(jī)制作造形物時(shí)，能夠以135小時(shí)的造形時(shí)間不產(chǎn)生樹(shù)脂滴落所帶來(lái)的樹(shù)脂絲而高精度地造型出模擬人體的上半身部分的等比例大模型。
[0059]工業(yè)實(shí)用性
[0060]在本發(fā)明的三維打印機(jī)的情況下，由于不易產(chǎn)生噴嘴的堵塞，并且作為樹(shù)脂材料能夠使用市售的各種樹(shù)脂顆粒，因此能夠制造由各種材質(zhì)構(gòu)成的造形物，也適于制造大型的造形物。
[0061 ] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0062]A擠出裝置
[0063]B工作臺(tái)裝置
[0064]C控制裝置
[0065]I工作缸
[0066]2 噴嘴
[0067]3螺桿馬達(dá)
[0068]4 螺桿
[0069]5齒輪栗馬達(dá)
[0070]6齒輪栗
[0071]7加熱器(工作缸加熱器)
[0072]8 料斗
[0073]9第一壓力機(jī)
[0074]10第二壓力計(jì)
[0075]11噴嘴加熱器
[0076]12齒輪栗加熱器
[0077]13壓力控制裝置
[0078]14活塞構(gòu)件
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維打印機(jī)，其特征在于，具備: 擠出裝置，其在工作缸的下端側(cè)設(shè)置有噴嘴，在該工作缸的內(nèi)部配置有通過(guò)螺桿馬達(dá)控制旋轉(zhuǎn)的螺桿，在所述螺桿的前端側(cè)配置有通過(guò)齒輪栗馬達(dá)控制旋轉(zhuǎn)的齒輪栗，且該擠出裝置設(shè)置有用于加熱所述工作缸的內(nèi)部的加熱器、以及用于向該工作缸內(nèi)部供給樹(shù)脂材料的料斗； 工作臺(tái)裝置，其設(shè)置為與所述擠出裝置的噴嘴對(duì)置；以及 控制裝置，其控制樹(shù)脂從所述擠出裝置中的所述噴嘴的排出，并且控制所述擠出裝置以及/或者所述工作臺(tái)裝置的、相對(duì)于基準(zhǔn)面的朝向X軸、Y軸、Z軸方向的移動(dòng)， 所述擠出裝置以及/或者所述工作臺(tái)裝置通過(guò)所述控制裝置在X軸、Y軸、Z軸方向上受到位置控制而移動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維打印機(jī)，其特征在于， 在所述螺桿的前端側(cè)，設(shè)置有用于測(cè)定該螺桿的前端位置處的樹(shù)脂壓力的第一壓力計(jì)，在所述齒輪栗的排出側(cè)，設(shè)置有用于測(cè)定噴嘴內(nèi)部的樹(shù)脂壓力的第二壓力計(jì)，根據(jù)由所述第一壓力計(jì)以及第二壓力計(jì)測(cè)定出的樹(shù)脂壓力，通過(guò)所述控制裝置控制樹(shù)脂從所述噴嘴的排出。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維打印機(jī)，其特征在于， 在所述噴嘴設(shè)置有用于控制所述噴嘴內(nèi)部的壓力的壓力控制裝置，能夠利用所述壓力控制裝置改變所述噴嘴的內(nèi)部空間的容積。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維打印機(jī)，其特征在于， 所述壓力控制裝置包括能夠沿相對(duì)于所述噴嘴的軸向垂直的方向前后移動(dòng)的活塞構(gòu)件，通過(guò)利用所述壓力控制裝置控制該活塞構(gòu)件的移動(dòng)，由此改變所述噴嘴的內(nèi)部空間的容積。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的三維打印機(jī)，其特征在于， 所述擠出裝置安裝有通過(guò)所述控制裝置控制朝向X軸以及Y軸方向的移動(dòng)的XY定位裝置，所述工作臺(tái)裝置是通過(guò)所述控制裝置控制朝向Z軸方向的移動(dòng)的Z工作臺(tái)裝置。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK106029345SQ201580010025
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年2月25日
【發(fā)明人】柚山精, 柚山精一
【申請(qǐng)人】柚山精, 柚山精一