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公開番号2024032102
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-12
出願番号2022135560
出願日2022-08-29
発明の名称3Dプリンター及び3次元造形方法
出願人東レ株式会社
代理人
主分類B29C 64/118 20170101AFI20240305BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】柔軟性フィラメントをガラス転移温度以下まで冷却せずとも好適に造形できることができる3Dプリンターを提供すること。
【解決手段】長さL>径Dの関係を満たす円柱状のフィラメントが貫通可能な、円筒状の空間Sと、フィラメントを加熱する、ヒーターと、フィラメントを吐出する、ノズルと、
複数の円形のローラーと、を備え、上記ノズルは、上記空間Sの軸の延長線上に位置するように、上記空間Sの一端側に配置され、上記ヒーターは、上記空間Sの軸の延長線上に位置するように、上記空間Sと、上記ノズルとの間に配置され、上記複数のローラーは、その円周面が上記空間Sに対向するように、上記空間Sの周囲に配置され、その径方向に対し垂直な方向と、上記空間Sの径方向とが一致する方向を回転軸として回転する、3Dプリンター。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
長さＬ＞径Ｄの関係を満たす円柱状のフィラメントが貫通可能な、円筒状の空間Ｓと、
フィラメントを加熱する、ヒーターと、
フィラメントを吐出する、ノズルと、
複数の円形のローラーと、を備え、
前記ノズルは、前記空間Ｓの軸の延長線上に位置するように、前記空間Ｓの一端側に配置され、
前記ヒーターは、前記空間Ｓの軸の延長線上に位置するように、前記空間Ｓと、前記ノズルとの間に配置され、
前記複数のローラーは、その円周面が前記空間Ｓに対向するように、前記空間Ｓの周囲に配置され、その径方向に対し垂直な方向と、前記空間Ｓの径方向とが一致する方向を回転軸として回転する、３Ｄプリンター。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記複数のローラーの回転軸が、前記空間Ｓの長手方向に平行に整列して配置される、請求項１記載の３Ｄプリンター。
【請求項３】
前記複数のローラーの回転軸が、前記空間Ｓの径方向において平行に対向して配置される、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
【請求項４】
前記ローラーが、前記空間Ｓに当接するように配置される、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
【請求項５】
前記ローラーの最大径が、５０ｍｍ以下である、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
【請求項６】
前記空間Ｓの径Ｄに対する、前記ローラーの円周面の最大幅の比率が、７０～３００％である、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
【請求項７】
前記空間Ｓの長手方向における、前記ローラーと前記ヒーターとの最近接距離が、１～５０ｍｍである、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
【請求項８】
前記ローラーの円周部の材質が、シリコーン、ゴム若しくは金属、又はそれらの組み合わせである、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
【請求項９】
前記空間Ｓを冷却する、クーラーを備える、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
【請求項１０】
前記複数のローラーを冷却する、クーラーを備える、請求項１又は２記載の３Ｄプリンター。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄプリンター及び３次元造形方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂からなるフィラメントをフィーダーで搬送し、ノズル部分から溶融吐出することで造形を行う、熱溶解積層方式３Ｄプリンターの普及が進んでおり、個人向け用途だけでなく、産業用途としても部品製作などに広く用いられている。
【０００３】
フィラメントを構成する樹脂としてはポリ乳酸やアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ樹脂）など、硬い素材が主流であるが、近年柔軟性の高い素材も求められており、エラストマーからなるフィラメントの開発が進んでいる。一方で柔軟性の高いフィラメント（以下、「柔軟性フィラメント」とする）は、ガイドチューブ内を経由してノズルまで搬送される際、急なたわみ、すなわち座屈が生じやすく、それによりガイドチューブ内壁との摩擦が増大するため、ノズルから安定して吐出することが困難であった。このような柔軟性フィラメントを好適に造形するために、冷却機構を備えた３Ｄプリンターが報告されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－０８６８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の３Ｄプリンターは柔軟性フィラメントをガラス転移温度以下まで冷却し、柔軟性フィラメントをより硬くすることで、柔軟性フィラメントの搬送時に生じる座屈を低減し、ノズルから安定して吐出することを可能としている。しかしながら、ガラス転移温度が低い柔軟性フィラメントに適用する場合、冷却が不十分になって座屈が抑制できないという課題があり、更なる改良が必要であった。
【０００６】
そこで本発明は、柔軟性フィラメントをガラス転移温度以下まで冷却せずとも、柔軟性フィラメントの搬送時に生じる座屈を低減し、好適に造形できる３Ｄプリンター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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、以下のような構成を有する。
【０００８】
長さＬ＞径Ｄの関係を満たす円柱状のフィラメントが貫通可能な、円筒状の空間Ｓと、フィラメントを加熱する、ヒーターと、フィラメントを吐出する、ノズルと、複数の円形のローラーと、を備え、上記ノズルは、上記空間Ｓの軸の延長線上に位置するように、上記空間Ｓの一端側に配置され、上記ヒーターは、上記空間Ｓの軸の延長線上に位置するように、上記空間Ｓと、上記ノズルとの間に配置され、上記複数のローラーは、その円周面が上記空間Ｓに対向するように、上記空間Ｓの周囲に配置され、その径方向に対し垂直な方向と、上記空間Ｓの径方向とが一致する方向を回転軸として回転する、３Ｄプリンター。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、柔軟性フィラメントをガラス転移温度以下まで冷却せずとも好適に３Ｄプリンターによる３次元造形をすることができ、柔軟性が求められる用途に適した成形体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
一般的な熱溶解積層方式３Ｄプリンターの構成を示す概略図である。
本発明の３Ｄプリンターの構成の一例を示す概略図である。
本発明の３Ｄプリンターの構成の一例を示す概略図である。
加熱機構が、空間Ｓの軸の延長線上とは離れた位置に配置されたヒーターの一例を示す概略図である。
円周面が空間Ｓに対向するように空間Ｓの周囲に配置された、ローラーの一例を示す概略図（図５－Ａ）、及び本発明の３Ｄプリンターが備えるローラーの円周面及び各方向を示した概略図（図５―Ｂ）である。
ローラーの回転軸が空間Ｓの長手方向に平行に整列して配置されている一例を示した図である。
ローラーの回転軸が空間Ｓの径方向において平行に対向している一例を示した図である。
ローラーの回転軸が空間Ｓの長手方向に平行に整列して配置され、かつ空間Ｓの径方向において平行に対向している一例を示した図である。
溝付きローラーの例を示した図であり、ローラーの径方向から見た図である。
複数の溝付きローラーの溝によって形成される空間の例を示した図であり、空間Ｓの長手方向から見た図である。
ホットエンドの概略構成を示した図であり、（図１１－Ａ）は熱溶解積層方式３Ｄプリンターのホットエンド、（図１１－Ｂ）はヒートシンク部分がなく、ヒーターとノズルからホットエンドが構成される、本発明の一例を示した図である。
上記複数のローラーを冷却する、クーラーを備えた３Ｄプリンターの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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