JP6323823B1 - Three-dimensional modeling printer using unvulcanized rubber composition as modeling material - Google Patents
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Abstract
【課題】未加硫ゴム組成物を造形原料として三次元造形プリントを行い得る装置を提供すること。【解決手段】スクリュー式押出機内で未加硫ゴム組成物を加硫温度未満に加熱しながら撹拌及び混合し、吐出孔から造形シート上に未加硫ゴム組成物を吐出させる。吐出孔と造形シート又は既に積層された未加硫ゴム組成物の最上層との距離は、吐出孔から吐出される未加硫ゴム組成物の直径未満に保持される。可動式テーブルを水平方向に移動させる際に、スクリュー式押出機のノズル部が造形シート上に配置される未加硫ゴム組成物を押圧しながら移動する。【選択図】図４An apparatus capable of performing three-dimensional modeling printing using an unvulcanized rubber composition as a modeling raw material is provided. The unvulcanized rubber composition is stirred and mixed in a screw extruder while being heated to a temperature lower than the vulcanization temperature, and the unvulcanized rubber composition is discharged from a discharge hole onto a shaped sheet. The distance between the discharge hole and the shaped sheet or the uppermost layer of the unvulcanized rubber composition already laminated is kept below the diameter of the unvulcanized rubber composition discharged from the discharge hole. When moving the movable table in the horizontal direction, the nozzle portion of the screw type extruder moves while pressing the unvulcanized rubber composition disposed on the shaped sheet. [Selection] Figure 4
Description
本発明は、熱溶解積層法を利用する、未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタに関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling printer using an unvulcanized rubber composition as a modeling raw material using a hot melt lamination method.
三次元造形プリンタ（3Dプリンタ）は、コンピューターに入力された3次元(3D)のデータを元に、樹脂等を何層も塗り重ねたり、液状の樹脂を吹きつけてレーザ光線で固めたりして立体的な造形物を作るための装置をいう。造形物をつくりだす仕組みには、プリンターヘッドを水平に動かしながら、樹脂をノズルから噴出又は吐出して立体の断面にあたる層を形成し、固まった層を次々に積層し立体物を造形して方式が主流となっている。層を固める方法には、光によって硬化する性質を有する樹脂に紫外線を照射する方法、熱で柔らかくした樹脂をノズルから押し出し、冷やして固める方法等がある。熱可塑性樹脂であるABS樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合合成樹脂）を使用する方法では、使用される樹脂の材質が適合すれば、実際に機能を果たす部品として、造形物をそのまま利用することも可能である。 3D modeling printers (3D printers) are based on 3D (3D) data input to a computer, and are layered with several layers of resin, or sprayed with liquid resin and hardened with a laser beam. An apparatus for making a three-dimensional model. The mechanism for creating a model is to form a layer corresponding to a three-dimensional cross-section by ejecting or discharging resin from the nozzle while moving the printer head horizontally, and layering solid layers one after another to form a three-dimensional object It has become mainstream. As a method for solidifying the layer, there are a method of irradiating a resin having a property of being cured by light with ultraviolet rays, a method of extruding a resin softened by heat from a nozzle, and cooling and solidifying the resin. In the method of using ABS resin (acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer synthetic resin) which is a thermoplastic resin, if the material of the resin used matches, the molded object can be used as it is as a part that actually performs the function. Is also possible.
三次元造形プリンタを利用した造形物の製造方法は、鋳型の製造及び治具の作成が不要であることから、設計段階における試作品のように頻繁に形状を変更して迅速に造形物を作成する場合、又は医療機器のように個々の患者に合わせて形状を変更するような製品の製造等に向いているとされる。 The method of manufacturing a model using a 3D modeling printer does not require mold manufacturing and jig creation, so the model can be created quickly by changing the shape frequently like a prototype in the design stage. It is said that it is suitable for manufacturing a product that changes its shape according to an individual patient, such as a medical device.
一方、ゴム製品は、未加硫ゴム組成物原料を上下の金型によって挟み込むことによって成形するプレス成形か、未加硫ゴム組成物を圧力によって金型に押し込む射出成形によって成形し、その後、加硫工程を行うことによって物理的強度を向上させて最終製品とされる。いずれの方法においても、製品の形状に応じた金型が必要であるために、他品種少量生産には適さず、複雑な形状の製品を作製することも困難である。 On the other hand, a rubber product is molded by press molding in which an unvulcanized rubber composition raw material is sandwiched between upper and lower molds, or by injection molding in which an unvulcanized rubber composition is pressed into a mold by pressure, and then vulcanized. By performing the sulfur process, the physical strength is improved and the final product is obtained. In any of the methods, since a mold corresponding to the shape of the product is necessary, it is not suitable for small-scale production of other varieties, and it is difficult to produce a product having a complicated shape.
三次元造形プリンタの造形原料としては、ゴムのような柔らかさ及び伸び率を有する合成樹脂がゴムチューブ試作品又は臓器モデル等に使用されているが、未加硫ゴム組成物を造形原料として三次元造形プリントを行い得る装置は、未だ実用化されていない。 As a modeling raw material for three-dimensional modeling printers, synthetic resins with softness and elongation such as rubber are used for rubber tube prototypes or organ models, etc. An apparatus capable of performing original modeling printing has not been put into practical use yet.
本発明者等は、未加硫ゴム組成物をスクリュー式押出機に充填し、一定温度範囲に加熱して流動性を付与した後、スクリュー式押出機のノズルから下方へと吐出するようにすれば、溶融した樹脂組成物等と比較して流動性の低い未加硫ゴム組成物を平面上に配置し得ることを見出した。また、本発明者等は、ノズルの吐出孔と造形シート又は既に積層された未加硫ゴム組成物の最上層との距離を、吐出孔から吐出される未加硫ゴム組成物流動体の直径未満に保持することにより、可動式テーブルを水平方向に移動させる際に、ノズル部が造形シート上に配置される未加硫ゴム組成物を押圧しながら移動することにより、流動性が低い未加硫ゴム組成物を平面的に形成しつつ、安定して積層し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors filled the unvulcanized rubber composition into a screw type extruder, heated it to a certain temperature range to give fluidity, and then discharged it downward from the nozzle of the screw type extruder. For example, it has been found that an unvulcanized rubber composition having low fluidity compared to a molten resin composition or the like can be disposed on a plane. In addition, the present inventors set the distance between the discharge hole of the nozzle and the shaping sheet or the uppermost layer of the unvulcanized rubber composition already laminated, less than the diameter of the unvulcanized rubber composition fluid discharged from the discharge hole. When the movable table is moved in the horizontal direction by holding the nozzle, the nozzle portion moves while pressing the unvulcanized rubber composition arranged on the modeling sheet, so that the unvulcanized material has low fluidity. The present inventors have found that the rubber composition can be laminated stably while forming a rubber composition in a planar manner, and the present invention has been completed.
具体的に本発明は、
前記スクリュー式押出機が内蔵するスクリューの回転軸を回転させるギアモータと、
前記スクリュー式押出機の下方に位置する可動式テーブルと、
前記スクリュー式押出機を加熱するための第一ヒータと、
前記可動式テーブルの上面に設置された造形シートと、
前記造形シートを加熱するための第二ヒータと、
前記ギアモータの回転数、前記可動式テーブルの動作、前記第一ヒータの出力、及び前記第二ヒータの出力を制御する制御手段と、
を備える、未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタであって、
前記スクリュー式押出機は、
下部にテーパー状のノズル部と、
前記スクリューの回転軸に直交する側面に開口部及びガイドローラとを有し、
帯状に形成された未加硫ゴム組成物が前記開口部へと連続して供給され、
前記ノズル部は、最下部に吐出孔を有し、
前記制御手段は、
前記スクリュー式押出装置内に供給され、前記第一ヒータによって加熱され、かつ、前記スクリューによって撹拌及び混合された未加硫ゴム組成物は、前記吐出孔から下方の前記造形シート上に向かって吐出されることにより順次積層され、
前記吐出孔と前記造形シート又は既に積層された未加硫ゴム組成物の最上層との距離を、前記吐出孔から吐出される未加硫ゴム組成物の直径未満に保持し、
前記可動式テーブルは、水平方向に移動する際に、前記ノズル部が前記造形シート上に配置される未加硫ゴム組成物を押圧するように、
前記ギアモータの回転数、前記可動式テーブルの動作、前記第一ヒータの出力、及び前記第二ヒータの出力を制御することを特徴とする、
未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタに関する。
Specifically, the present invention
A gear motor that rotates a rotating shaft of a screw contained in the screw extruder;
A movable table located below the screw extruder;
A first heater for heating the screw extruder;
A modeling sheet installed on the upper surface of the movable table;
A second heater for heating the shaped sheet;
Control means for controlling the rotational speed of the gear motor, the operation of the movable table, the output of the first heater, and the output of the second heater;
A three-dimensional modeling printer using an unvulcanized rubber composition as a modeling raw material,
The screw extruder is
A tapered nozzle portion in a lower portion,
Having an opening and a guide roller on a side surface orthogonal to the rotation axis of the screw;
An unvulcanized rubber composition formed in a strip shape is continuously supplied to the opening,
The nozzle part has a discharge hole at the bottom,
The control means includes
The unvulcanized rubber composition supplied into the screw-type extrusion device, heated by the first heater, and stirred and mixed by the screw is discharged from the discharge hole onto the shaped sheet below. Are sequentially stacked,
The distance between the uppermost layer of the discharge hole and the shaped sheet or already stacked unvulcanized rubber composition was kept at less than the diameter of the unvulcanized rubber composition discharged from said discharge hole,
Said movable table, when you move in the horizontal direction, so as to press the unvulcanized rubber composition in which the nozzle part is disposed on the shaped sheet,
Controlling the number of rotations of the gear motor, the operation of the movable table, the output of the first heater, and the output of the second heater ,
The present invention relates to a printer for three-dimensional modeling using an unvulcanized rubber composition as a modeling raw material.
熱可塑性樹脂の場合には、加熱することによりノズル部から吐出（噴霧）させることが容易であるが、未加硫ゴム組成物の場合には、加熱されても粘度が高いために、ノズルから噴霧することはできない。そのため、押出機としては内部にスクリューを備えるスクリュー式押出機を使用する必要がある。押出機のノズル部から吐出された未加硫ゴム組成物は、粘度が高いために平面上にチューブ状となって配置される。そのような配置では、造形物内部に空隙ができて欠陥の原因となる。また、造形物の表面に凹凸が発生する原因ともなる。 In the case of a thermoplastic resin, it is easy to discharge (spray) from the nozzle part by heating, but in the case of an unvulcanized rubber composition, the viscosity is high even when heated, so Cannot be sprayed. Therefore, it is necessary to use a screw type extruder having a screw inside as an extruder. Since the unvulcanized rubber composition discharged from the nozzle part of the extruder has a high viscosity, it is arranged in a tube shape on a flat surface. In such an arrangement, voids are formed inside the shaped object, causing defects. Moreover, it also becomes a cause of unevenness on the surface of the modeled object.
ノズル部の吐出孔を小さくすれば、押し出される未加硫ゴム組成物を細くすることができるが、溶解した樹脂組成物と比較して未加硫ゴム組成物は粘度が高いため、吐出孔を小さくすると押し出し圧を高くしてもノズル部から押し出すことができなくなる。 If the discharge hole of the nozzle part is made small, the unvulcanized rubber composition to be extruded can be made thin, but the unvulcanized rubber composition has a higher viscosity than the dissolved resin composition, so If the pressure is reduced, the nozzle cannot be pushed out even if the pushing pressure is increased.
本発明の三次元造形プリンタでは、ノズル部の吐出孔と造形シートとの距離が、吐出孔から吐出される未加硫ゴム組成物の直径未満に保持されている。そのため、造形シート上に配置された未加硫ゴム組成物は、可動式テーブルを水平方向に移動させる際に、ノズル部の先端部によって押圧され、上面をノズル部先端によって平滑化されながら配置される。２層目以上の層を積層する場合には、ノズル部の吐出孔と既に積層された未加硫ゴム組成物の最上層との距離が、吐出孔から吐出される未加硫ゴム組成物の直径未満に保持されている。その結果、造形物内部の空隙発生を抑制し、表面を平滑に仕上げることが可能となる。 In the three-dimensional modeling printer of the present invention, the distance between the discharge hole of the nozzle portion and the modeling sheet is kept below the diameter of the unvulcanized rubber composition discharged from the discharge hole. Therefore, the unvulcanized rubber composition disposed on the modeling sheet is disposed while being pressed by the tip portion of the nozzle portion when the movable table is moved in the horizontal direction, and the upper surface is smoothed by the tip portion of the nozzle portion. The When two or more layers are laminated, the distance between the discharge hole of the nozzle part and the uppermost layer of the unvulcanized rubber composition already laminated is determined by the unvulcanized rubber composition discharged from the discharge hole. It is kept below the diameter. As a result, it is possible to suppress the generation of voids inside the modeled object and finish the surface smoothly.
スクリュー式押出機に未加硫ゴム組成物を供給する際、スクリュー式押出機の内蔵スクリューの回転軸に直交する側面に開口部及びガイドローラを設け、帯状に形成された未加硫ゴム組成物を供給するようにすれば、造形原料である未加硫ゴム組成物を連続して供給し得る。その結果、未加硫ゴム組成物の三次元造形物を安定して長時間作製することが可能となり、三次元造形物の品質の安定化を図ることも可能となる。 When supplying an unvulcanized rubber composition to a screw-type extruder, an unvulcanized rubber composition is formed in a belt shape by providing an opening and a guide roller on a side surface orthogonal to the rotation axis of the built-in screw of the screw-type extruder. If it is made to supply, the unvulcanized rubber composition which is a modeling raw material can be supplied continuously. As a result, it is possible to stably produce a three-dimensional structure of the unvulcanized rubber composition for a long time and to stabilize the quality of the three-dimensional structure.
前記スクリュー式押出機は、
材質がステンレスであり、
前記スクリューの回転軸が垂直方向を向いている円筒形状を有し、
さらに、帯状に形成された未加硫ゴム組成物のリールを保持する部材と、
帯状に形成された未加硫ゴム組成物から剥離された剥離材を巻き取る巻き取りリールとを備えていることが好ましい。
The screw extruder is
The material is stainless steel
The screw has a cylindrical shape in which the rotation axis of the screw faces the vertical direction,
Et al is a member for holding the reel of the unvulcanized rubber composition formed in a strip,
It is preferable to include a take-up reel that winds the release material peeled from the unvulcanized rubber composition formed in a band shape.
スクリュー式押出機は、未加硫ゴム組成物を加熱し、内蔵するスクリューによって混合してノズル部の吐出孔から圧力をかけて吐出しなければならないため、物理的強度を要求される。また、未加硫ゴム組成物を加熱するための第一ヒータを外部に取り付ける必要性から、熱伝導性の高く、化学的安定性も高い材質を使用することが要求される。そのため、ステンレス製であることが好ましい。 The screw-type extruder is required to have physical strength because the unvulcanized rubber composition must be heated, mixed by a built-in screw, and discharged from the discharge hole of the nozzle portion under pressure. In addition, since it is necessary to attach a first heater for heating the unvulcanized rubber composition to the outside, it is required to use a material having high thermal conductivity and high chemical stability. Therefore, it is preferable that it is made of stainless steel.
さらに、スクリュー式押出機は、回転軸が垂直方向に向いている円筒形状であることが好ましい。帯状に形成された未加硫ゴム組成物をリールとして用意し、剥離材を分離した後、開口部へと供給する構造であれば、スクリュー式押出機への未加硫ゴム組成物の供給をスムーズに行い得る。 Furthermore, a screw extruder is preferably rotating shaft is cylindrical and vertically oriented. If the unvulcanized rubber composition formed in a strip shape is prepared as a reel and the release material is separated and then supplied to the opening, the unvulcanized rubber composition can be supplied to the screw extruder. It can be done smoothly.
本発明の三次元造形用プリンタは、
前記スクリュー式押出機内の未加硫ゴム組成物の温度を測定する第一温度計と、
前記造形シートの温度を測定する第二温度計と、
を備え、
前記第一温度計の測定値に基づいて前記第一ヒータの出力を調整し、
前記第二温度計の測定値に基づいて前記第二ヒータの出力を調整することが好ましい。
The printer for three-dimensional modeling of the present invention is
A first thermometer for measuring the temperature of the unvulcanized rubber composition in the screw extruder;
A second thermometer for measuring the temperature of the shaped sheet;
With
Adjusting the output of the first heater based on the measured value of the first thermometer,
It is preferable to adjust the output of the second heater based on the measured value of the second thermometer.
未加硫ゴム組成物にスクリュー式押出機から吐出できる程度の流動性を付与するためには、50℃以上100℃以下に加熱する必要がある。また、未加硫ゴム組成物の粘着性を増加させ、造形シートとの密着性を高めるためには、造形シートの温度を30℃以上100℃以下に加熱する必要がある。第一温度計及び第二温度計の測定値に基づき、第一ヒータ及び第二ヒータの出力を調整して温度を調整することが好ましい。第一温度計をスクリュー式押出機の外部に取り付け、その測定値からスクリュー式押出機内部の未加硫ゴム組成物の温度を推定することが可能である。 In order to give the unvulcanized rubber composition fluidity that can be discharged from a screw extruder, it is necessary to heat the unvulcanized rubber composition to 50 ° C. or more and 100 ° C. or less. Moreover, in order to increase the adhesiveness of an unvulcanized rubber composition and improve the adhesiveness with a modeling sheet, it is necessary to heat the temperature of a modeling sheet to 30 degreeC or more and 100 degrees C or less. It is preferable to adjust the temperature by adjusting the outputs of the first heater and the second heater based on the measured values of the first thermometer and the second thermometer. It is possible to estimate the temperature of the unvulcanized rubber composition inside the screw type extruder from the measured value by attaching the first thermometer to the outside of the screw type extruder.
なお、吐出孔の孔径は、0.3mm以上3mm以下であることが好ましい。ノズル部の吐出孔が0.3mm未満であれば、未加硫ゴム組成物の流動性が低いため、押し出し圧を高めても安定して吐出孔から吐出させることが困難となる。一方、3mm超では吐出される未加硫ゴム組成物の圧力又は温度等の均一性が悪くなり、安定な吐出が困難となる。 The diameter of the discharge hole is preferably 0.3 mm or more and 3 mm or less. If the discharge hole of the nozzle part is less than 0.3 mm, the fluidity of the unvulcanized rubber composition is low, so that it is difficult to stably discharge from the discharge hole even if the extrusion pressure is increased. On the other hand, if it exceeds 3 mm, the uniformity of the pressure or temperature of the unvulcanized rubber composition to be discharged becomes worse, and stable discharge becomes difficult.
本発明によれば、未加硫ゴム組成物を造形原料とした三次元造形物を、容易かつ安定して製造することが可能である。 According to the present invention, it is possible to easily and stably manufacture a three-dimensional structure using an unvulcanized rubber composition as a forming raw material.
本発明を実施するための形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の記載に限定されない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The present invention is not limited to the following description.
図１は、本発明の三次元造形用プリンタの一実施形態について、その外観図を示す。図１に示される実施形態では、スクリュー式押出機２は円筒形状であり、内部にスクリュー３を有している。スクリュー３の回転軸は、垂直方向を向いており、スクリュー式押出機２の上部に位置するギアモータ１によって回転する。スクリュー式押出機２の側面には、開口部４及びガイドローラ５が設けられている。スクリュー式押出機２の下部には、テーパー状のノズル部７が設けられており、ノズル部７の最下部には吐出孔１２が設けられている。ノズル部７の上部にあたるスクリュー式押出機２の外周部分には、ジャケット式の第一ヒータ６が設けられている。 FIG. 1 is an external view of an embodiment of a three-dimensional modeling printer according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 1, the screw type extruder 2 has a cylindrical shape and has a screw 3 inside. The rotating shaft of the screw 3 is oriented in the vertical direction, and is rotated by the gear motor 1 located at the upper part of the screw type extruder 2. An opening 4 and a guide roller 5 are provided on the side surface of the screw type extruder 2. A tapered nozzle portion 7 is provided at the lower portion of the screw type extruder 2, and a discharge hole 12 is provided at the lowermost portion of the nozzle portion 7. A jacket-type first heater 6 is provided on the outer peripheral portion of the screw-type extruder 2 that is above the nozzle portion 7.
造形原料である未加硫ゴム組成物は、帯状に形成されている。帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、供給リール８から取り出され、開口部４からスクリュー式押出機２へと供給される。供給リール８に巻き取られている帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、未加硫ゴム組成物の帯同士が接着することを防止するため、剥離材を片面に介した状態で供給リール８に巻き取られていることが好ましい。その場合、開口部４へと帯状の未加硫ゴム組成物Ｐを供給する際に、剥離材を取り外し、剥離材用の巻き取りリール（図示せず）に巻き取る構成とすることが好ましい。 The unvulcanized rubber composition which is a modeling raw material is formed in a band shape. The belt-shaped unvulcanized rubber composition P is taken out from the supply reel 8 and supplied from the opening 4 to the screw extruder 2. The strip-shaped unvulcanized rubber composition P wound around the supply reel 8 prevents the strips of the unvulcanized rubber composition from adhering to each other, and the supply reel 8 with the release material interposed on one side. It is preferable that it is wound around. In that case, when supplying the strip-shaped unvulcanized rubber composition P to the opening 4, it is preferable to remove the release material and wind it up on a take-up reel (not shown) for the release material.
開口部４へと供給された帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、スクリュー３の溝及びガイドローラ５によって挟持される。スクリュー３が回転することにより、帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、スクリュー式押出機２の内部へと引き込まれ、順次ノズル部７方向（下方）へと搬送され、第一ヒータ６によって加熱され、撹拌及び混合されると共に、流動性が付与される。 The strip-shaped unvulcanized rubber composition P supplied to the opening 4 is sandwiched between the groove of the screw 3 and the guide roller 5. By rotating the screw 3, the strip-shaped unvulcanized rubber composition P is drawn into the screw type extruder 2, sequentially conveyed toward the nozzle portion 7 (downward), and heated by the first heater 6. It is stirred and mixed, and fluidity is imparted.
図２は、スクリュー式押出機２の開口部４付近の構造を示す。供給された帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、スクリュー２の溝１３とガイドローラ５の間へと供給される。ガイドローラ５は、ローラ固定部材１４によって保持されており、スクリュー３とガイドローラ５とが接触するように、ローラ固定部材１４によってガイドローラ５の位置が調整される。 FIG. 2 shows the structure near the opening 4 of the screw extruder 2. The supplied strip-shaped unvulcanized rubber composition P is supplied between the groove 13 of the screw 2 and the guide roller 5. The guide roller 5 is held by a roller fixing member 14, and the position of the guide roller 5 is adjusted by the roller fixing member 14 so that the screw 3 and the guide roller 5 are in contact with each other.
スクリュー２の溝１３の幅は、3mm〜10mmであることが好ましい。また、スクリュー２は、溝１３のピッチが溝幅と同じく3mm〜10mmであることが好ましく、4mm〜6mmであることがより好ましい。帯状の未加硫ゴム組成物Ｐの幅は、溝１３の幅と同程度（4mm〜6mm）とし、厚みは0.5mm以上5mm以下とすることが好ましく、1mm以上3mm以下とすることがより好ましい。スクリュー２が回転することにより、溝１３及びガイドローラ５によって挟持されている帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、連続的にスクリュー３によって搬送することが可能である。 The width of the groove 13 of the screw 2 is preferably 3 mm to 10 mm. Further, in the screw 2, the pitch of the grooves 13 is preferably 3 mm to 10 mm, and more preferably 4 mm to 6 mm, the same as the groove width. The width of the belt-shaped unvulcanized rubber composition P is approximately the same as the width of the groove 13 (4 mm to 6 mm), and the thickness is preferably 0.5 mm or more and 5 mm or less, more preferably 1 mm or more and 3 mm or less. . When the screw 2 rotates, the strip-shaped unvulcanized rubber composition P sandwiched between the groove 13 and the guide roller 5 can be continuously conveyed by the screw 3.
帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、スクリュー３によってノズル部７の下部に位置する吐出孔に向かって搬送される。開口部４の下方であって、ノズル部７の上部にあたるスクリュー式押出機２の外周部分には、ジャケット式の第一ヒータ６が設けられており、スクリュー式押出機２内の未加硫ゴム組成物を加硫することなく流動性を付与できる温度に加熱する。この加熱によって、未加硫ゴム組成物は、スクリュー式押出機２の内部で撹拌及び混合されて流動性を得る。 The strip-shaped unvulcanized rubber composition P is conveyed toward the discharge hole located at the lower part of the nozzle portion 7 by the screw 3. A jacket-type first heater 6 is provided at the outer peripheral portion of the screw extruder 2 below the opening 4 and above the nozzle portion 7, and unvulcanized rubber in the screw extruder 2. The composition is heated to a temperature at which fluidity can be imparted without vulcanization. By this heating, the unvulcanized rubber composition is stirred and mixed in the screw extruder 2 to obtain fluidity.
スクリュー３の回転によって、未加硫ゴム組成物は、吐出孔１２からチューブ状に吐出され、可動式テーブル１１の造形台１０上に置かれたシードベッド９表面に配置される。造形シート９は、造形台１０が内蔵する第二ヒータ（図示せず）によって30℃以上100℃以下の範囲に加熱されている。30℃未満では未加硫ゴム組成物の粘着性が低く、造形シートとの密着性が悪くなり、100℃以超では加硫が促進し、上層との密着性が悪くなるという問題がある。 By rotation of the screw 3, the unvulcanized rubber composition is discharged in a tube shape from the discharge hole 12 and is disposed on the surface of the seed bed 9 placed on the modeling table 10 of the movable table 11. The modeling sheet 9 is heated in a range of 30 ° C. or more and 100 ° C. or less by a second heater (not shown) built in the modeling table 10. If it is less than 30 ° C., the adhesiveness of the unvulcanized rubber composition is low and the adhesion to the shaped sheet is deteriorated, and if it exceeds 100 ° C., the vulcanization is accelerated and the adhesion to the upper layer is deteriorated.
吐出孔１２の孔径（内径、φ）は、後述する表１に示される組成の未加硫ゴム組成物の場合には、0.3mm以上3mm以下とすることが好ましく、0.3mm以上1.5mm以下とすることがより好ましい。吐出孔１２の孔径が小さいほど造形精度を理論上は向上し得るが、吐出孔１２から吐出される未加硫ゴム組成物は、半固形物であるため閉塞が起こりやすい。このため、実用的には、吐出孔１２の内径を0.4mm以上0.7mm以下とすることがさらにより好ましい。 In the case of an unvulcanized rubber composition having the composition shown in Table 1 described later, the hole diameter (inner diameter, φ) of the discharge hole 12 is preferably 0.3 mm or more and 3 mm or less, and is 0.3 mm or more and 1.5 mm or less. More preferably. Although the modeling accuracy can theoretically be improved as the hole diameter of the discharge hole 12 is smaller, the unvulcanized rubber composition discharged from the discharge hole 12 is semi-solid, and thus is likely to be clogged. Therefore, practically, the inner diameter of the discharge hole 12 is more preferably 0.4 mm or more and 0.7 mm or less.
造形シート９は、表面に配置される未加硫ゴム組成物と化学変化を起こさず、第二ヒータによる加熱が容易であるように、ステンレス製であることが好ましい。 The modeling sheet 9 is preferably made of stainless steel so that it does not cause a chemical change with the unvulcanized rubber composition disposed on the surface and can be easily heated by the second heater.
ノズル部７は、吐出孔１２及びスクリュー３のメインテナンスのため、着脱可能な構造であることが好ましい。 It is preferable that the nozzle portion 7 has a detachable structure for maintenance of the discharge hole 12 and the screw 3.
スクリュー３は、外径（φ）8mm〜12mm、内径（φ）5mm〜9mmであることが好ましい。スクリュー式押出機２は、金属製、特にステンレス製であることが好ましい。スクリュー式押出機２の筺体は、内径（φ）はスクリュー３の外径と同様の径であり、外径（φ）は25mm〜32mm程度であることが好ましい。開口部４は、幅10mm程度、高さ15mm程度とすることが好ましい。 The screw 3 preferably has an outer diameter (φ) of 8 mm to 12 mm and an inner diameter (φ) of 5 mm to 9 mm. The screw type extruder 2 is preferably made of metal, particularly stainless steel. The casing of the screw extruder 2 has an inner diameter (φ) that is the same as the outer diameter of the screw 3, and the outer diameter (φ) is preferably about 25 mm to 32 mm. The opening 4 is preferably about 10 mm wide and about 15 mm high.
吐出孔１２からの未加硫ゴム組成物の吐出量は、スクリュー３を駆動するギアモータ１の回転数を制御することにより調整される。吐出量は、スクリュー式押出機２の内容積及びスクリュー３の寸法等によっても変化するが、1mm3/秒以上30mm3/秒以下とすることが好ましい。1mm3/秒未満では過熱による閉塞が起こりやすくなり、30mm3/秒超では吐出が安定せず造形不良を起こしやすくなるためである。 The discharge amount of the unvulcanized rubber composition from the discharge hole 12 is adjusted by controlling the rotation speed of the gear motor 1 that drives the screw 3. The discharge amount varies depending on the internal volume of the screw extruder 2, the dimensions of the screw 3, and the like, but is preferably 1 mm 3 / sec or more and 30 mm 3 / sec or less. If it is less than 1 mm 3 / sec, clogging due to overheating tends to occur, and if it exceeds 30 mm 3 / sec, the ejection is not stable and molding defects are likely to occur.
第一ヒータ６及び造形シート９には、それぞれ温度計を取り付けて、第一ヒータ及び第二ヒータの出力を調整することが好ましい。温度計としては、熱電対式温度計又はサーミスタ式温度計が好ましい。温度計によって温度をリアルタイムで測定し、第一ヒータ及び第二ヒータの出力を制御する構成とすることが好ましい。 It is preferable to adjust the outputs of the first heater and the second heater by attaching thermometers to the first heater 6 and the modeling sheet 9, respectively. As the thermometer, a thermocouple thermometer or a thermistor thermometer is preferable. Preferably, the temperature is measured in real time with a thermometer, and the outputs of the first heater and the second heater are controlled.
図３は、本発明の三次元造形用プリンタの造形動作中における、吐出孔１２と造形シートとの位置関係を示す。図３において、線Ｓは、造形シート表面又は先に造形シート上に配置された未加硫ゴム組成物の最上層表面を示す。造形開始時、吐出孔１２から吐出された未加硫ゴム組成物は、吐出孔１２の下方に位置するシードベッド表面Ｓ上に配置される。このとき、吐出孔１２から吐出される未加硫ゴム組成物は、吐出孔１２の内径とほぼ同じ直径Ｄを有しているため、シードベッド表面Ｓ上に厚みＤで配置される。 FIG. 3 shows the positional relationship between the discharge holes 12 and the modeling sheet during the modeling operation of the three-dimensional modeling printer of the present invention. In FIG. 3, line S indicates the surface of the modeling sheet or the uppermost layer surface of the unvulcanized rubber composition previously disposed on the modeling sheet. At the start of modeling, the unvulcanized rubber composition discharged from the discharge holes 12 is disposed on the seed bed surface S located below the discharge holes 12. At this time, the unvulcanized rubber composition discharged from the discharge hole 12 has a diameter D that is substantially the same as the inner diameter of the discharge hole 12, and thus is disposed on the seed bed surface S with a thickness D.
従来の三次元造形用プリンタは、溶解させた樹脂組成物等を順次積層するために、吐出孔と造形シートとの間の距離は、積層される層の厚みよりも大きく設定される。一方、本発明の三次元造形用プリンタは、未加硫ゴム組成物という粘度の高い造形原料を積層するため、吐出された未加硫ゴム組成物は、ある程度の直径を有するチューブ状とならざるを得ない。このため、各層の厚みも従来の三次元造形プリンタよりも大きくなり、造形物の形態を調整することが困難である。 In the conventional three-dimensional modeling printer, since the dissolved resin composition and the like are sequentially stacked, the distance between the discharge hole and the modeling sheet is set larger than the thickness of the layer to be stacked. On the other hand, since the three-dimensional modeling printer of the present invention laminates a high-viscosity modeling material called an unvulcanized rubber composition, the discharged unvulcanized rubber composition does not have to be a tube having a certain diameter. I do not get. For this reason, the thickness of each layer also becomes larger than the conventional three-dimensional modeling printer, and it is difficult to adjust the form of the modeled object.
そこで、本発明の三次元造形用プリンタは、造形開始前に、吐出孔１２と造形シート９との距離が、未加硫ゴム組成物の直径Ｄ（造形シート９上に配置される１層の厚み）より小さな値「ｄ」に設定されており、吐出孔１２からが未加硫ゴム組成物を吐出しながら、可動式テーブル１１が水平方向（図１のＸ軸方向及びＹ軸方向）に移動する。このため、造形シート９上に配置される未加硫ゴム組成物は、ノズル部７の先端付近によって押圧されながら造形シート９上に配置される。可動式テーブル１１の動作は、パーソナルコンピュータに記録された造形物の三次元形状の情報に基づいて、テーブル制御装置によって制御される。 Therefore, in the three-dimensional modeling printer of the present invention, before the modeling is started, the distance between the discharge hole 12 and the modeling sheet 9 is the diameter D of the unvulcanized rubber composition (one layer disposed on the modeling sheet 9). (Thickness) is set to a smaller value “d”, and while the unvulcanized rubber composition is discharged from the discharge hole 12, the movable table 11 is in the horizontal direction (X-axis direction and Y-axis direction in FIG. 1). Moving. For this reason, the unvulcanized rubber composition disposed on the modeling sheet 9 is disposed on the modeling sheet 9 while being pressed by the vicinity of the tip of the nozzle portion 7. The operation of the movable table 11 is controlled by the table control device based on the information of the three-dimensional shape of the model recorded in the personal computer.
可動式テーブル１１を水平方向に移動させ、造形シート９上に未加硫ゴム組成物を１層配置した後、スクリュー３を停止し、吐出孔１２からの未加硫ゴム組成物の吐出を停止する。可動式テーブル１１を垂直方向（図１のＺ軸方向）に「ｄ」だけ降下させた後、再度スクリュー３を稼働させ、吐出孔１２から未加硫ゴム組成物を吐出させながら、可動式テーブル１１を水平方向に移動させる。このとき、吐出孔１２と、未加硫ゴム組成物の１層表面Ｓとの位置関係は、図３に示される状態となる。２層目を配置した後は、１層目を配置した後と同様に操作し、３層目以降を順次配置して三次元造形物を作製する。 After moving the movable table 11 in the horizontal direction and arranging one layer of the unvulcanized rubber composition on the modeling sheet 9, the screw 3 is stopped and the discharge of the unvulcanized rubber composition from the discharge hole 12 is stopped. To do. After the movable table 11 is lowered by “d” in the vertical direction (Z-axis direction in FIG. 1), the screw 3 is operated again, and the unvulcanized rubber composition is discharged from the discharge hole 12. 11 is moved in the horizontal direction. At this time, the positional relationship between the discharge hole 12 and the one-layer surface S of the unvulcanized rubber composition is as shown in FIG. After arranging the second layer, the same operation as that after arranging the first layer is performed, and the third and subsequent layers are sequentially arranged to produce a three-dimensional structure.
Ｄは、吐出孔１２の内径（φ）と同じであるため、表１に示される組成の未加硫ゴム組成物を使用する場合には0.3mm以上3mm以下（より好ましくは0.3mm以上1.5mm以下）となる。一方、ｄは、0.1mm以上1mm以下（ただし、ｄ＜D）に調整されることが好ましい。配置された未加硫ゴム組成物を押圧するために、未加硫ゴム組成物と接触するノズル部７の下端部は、テーパー形状であることが好ましい。 Since D is the same as the inner diameter (φ) of the discharge hole 12, when an unvulcanized rubber composition having the composition shown in Table 1 is used, it is 0.3 mm to 3 mm (more preferably 0.3 mm to 1.5 mm). The following. On the other hand, d is preferably adjusted to 0.1 mm or more and 1 mm or less (where d <D). In order to press the disposed unvulcanized rubber composition, the lower end portion of the nozzle portion 7 that comes into contact with the unvulcanized rubber composition is preferably tapered.
1〜3層程度、未加硫ゴム組成物を配置した後は、造形シート９の加熱を停止してもよい。 After placing the unvulcanized rubber composition in about 1 to 3 layers, heating of the shaped sheet 9 may be stopped.
表１に示される組成の未加硫ゴム組成物を使用する場合には、未加硫ゴム組成物の積層が終了した後、造形シート９を造形台１０から取り外し、乾燥機のような加熱装置内に移し、造形物を100℃以上150℃以下の温度で、30分以上90分以下の時間加熱し、加硫処理を行う。加熱する前に、造形シート９から造形物を取り外し、造形物のみを加熱装置に移してもよく、別の容器等に収納して加熱装置に移してもよい。なお、加硫処理の温度及び時間は、使用される未加硫ゴム組成物の種類によって、適宜変更することが好ましい。 When the unvulcanized rubber composition having the composition shown in Table 1 is used, after the lamination of the unvulcanized rubber composition is completed, the modeling sheet 9 is removed from the modeling table 10 and a heating device such as a dryer is used. The molded object is heated at a temperature of 100 ° C. to 150 ° C. for 30 minutes to 90 minutes and vulcanized. Before heating, the modeled object may be removed from the modeled sheet 9, and only the modeled object may be transferred to the heating device, or may be stored in another container or the like and transferred to the heating device. In addition, it is preferable to change suitably the temperature and time of a vulcanization process according to the kind of unvulcanized rubber composition used.
図４は、本発明の未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形物の製造方法における造形プロセスフローを示す。帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、開口部４からスクリュー式押出機２へと供給され、第一ヒータ６によって加熱され、スクリュー３の回転によって混合及び撹拌される（工程Ａ）。 FIG. 4 shows a modeling process flow in a method for manufacturing a three-dimensional structure using the unvulcanized rubber composition of the present invention as a forming material. The belt-shaped unvulcanized rubber composition P is supplied from the opening 4 to the screw extruder 2, heated by the first heater 6, and mixed and stirred by the rotation of the screw 3 (step A).
吐出された未加硫ゴム組成物Ｑは、吐出孔１２から可動式テーブルの造形台１０上に設置された造形シート９上へと押し出される。このとき、造形台１０は水平方向に移動しており（図４(a)においては右から左へと移動している）、吐出された未加硫ゴム組成物Ｑは、左から右へと向かって造形シート上に配置される（1回目の工程Ｂ）。未加硫ゴム組成物Ｑの吐出量は、スクリュー３の回転数によって調整し得る。 The discharged unvulcanized rubber composition Q is extruded from the discharge hole 12 onto the modeling sheet 9 installed on the modeling table 10 of the movable table. At this time, the modeling table 10 is moving in the horizontal direction (moving from right to left in FIG. 4A), and the discharged unvulcanized rubber composition Q is from left to right. It is arranged on the modeling sheet (first process B). The discharge amount of the unvulcanized rubber composition Q can be adjusted by the rotational speed of the screw 3.
１層目の配置が終了すれば、スクリュー３を停止して、吐出孔１２からの未加硫ゴム組成物Ｑの吐出を止める。造形台１０の移動も停止する（図４(b)）。 When the arrangement of the first layer is completed, the screw 3 is stopped and the discharge of the unvulcanized rubber composition Q from the discharge hole 12 is stopped. The movement of the modeling table 10 is also stopped (FIG. 4 (b)).
次に、造形台１０を下方へと移動させる（図４(c)、工程Ｃ）。造形台１０を降下させるかわりに、スクリュー式押出機２を上昇させてもよい。そして、２層目の配置を始める場所まで造形台１０を水平方向に移動させる。 Next, the modeling table 10 is moved downward (FIG. 4 (c), step C). Instead of lowering the modeling table 10, the screw type extruder 2 may be raised. And the modeling stand 10 is moved to a horizontal direction to the place which starts arrangement | positioning of the 2nd layer.
その後、スクリュー３を回転させる。未加硫ゴム組成物Ｑは、吐出孔１２から未加硫ゴム組成物の１層目上へと押し出される。このとき、造形台１０は水平方向に移動しており（図４(d)においては右から左へと移動している）、未加硫ゴム組成物Ｂは、左から右へと向かって未加硫ゴム組成物の１層目上に配置される（工程Ｄ）。 Thereafter, the screw 3 is rotated. The unvulcanized rubber composition Q is extruded from the discharge hole 12 onto the first layer of the unvulcanized rubber composition. At this time, the modeling table 10 has moved in the horizontal direction (moved from right to left in FIG. 4D), and the unvulcanized rubber composition B has not been moved from left to right. It arrange | positions on the 1st layer of a vulcanized rubber composition (process D).
未加硫ゴム組成物Ｑの２層目を配置した後、スクリュー３を停止し、工程Ｃを行う。その後、造形物の造形が完成するまで、工程Ａ、工程Ｃ及び工程Ｄを繰り返す。 After disposing the second layer of the unvulcanized rubber composition Q, the screw 3 is stopped and Step C is performed. Then, the process A, the process C, and the process D are repeated until the modeling of the modeled object is completed.
ここでは、造形原料である未加硫ゴム組成物は、帯状の未加硫ゴム組成物Ｐとしてスクリュー式押出機２へと連続的に供給されるため、工程Ｄを実行しながら工程Ａを同時に行い得る。しかし、スクリュー式押出機２を開閉式とし、その内部に造形原料の貯蔵スペースを設け、加硫ゴム組成物をバッチ式で供給する構造としてもよい。その場合、工程Ｂの終了時又は工程Ｄにおいて１つの層を積層した後、スクリュー３を停止しているときに、スクリュー式押出機２へと未加硫ゴム組成物を供給する。 Here, since the unvulcanized rubber composition which is a modeling raw material is continuously supplied to the screw extruder 2 as a strip-shaped unvulcanized rubber composition P, the process A is performed simultaneously with the process D being performed. Can be done. However, the screw-type extruder 2 may be of an open / close type, a storage space for forming raw materials may be provided therein, and a vulcanized rubber composition may be supplied in a batch manner. In that case, the unvulcanized rubber composition is supplied to the screw-type extruder 2 when the screw 3 is stopped after laminating one layer in the step B or in the step D.
未加硫ゴム組成物Ｑの配置（積層）が終了すれば、造形台１０から造形シート９と共に造形物Ｒを取り外し、加熱炉内で加熱し、造形物を構成する未加硫ゴム組成物を加硫処理する（図４(e)、工程Ｅ）。工程Ｅ終了後、加熱炉から造形物（加硫処理されたゴム組成物から構成される三次元造形物）を取り出す（図４(f)）。加熱炉としては、不活性雰囲気内で造形物を加熱できる加熱装置が好ましい。 If arrangement | positioning (lamination | stacking) of the unvulcanized rubber composition Q is complete | finished, the molded article R will be removed with the modeling sheet 9 from the modeling stand 10, and it will heat in a heating furnace, and the unvulcanized rubber composition which comprises a molded article will be obtained. Vulcanization is performed (FIG. 4 (e), step E). After the process E is completed, a modeled object (a three-dimensional modeled object composed of a vulcanized rubber composition) is taken out from the heating furnace (FIG. 4 (f)). As the heating furnace, a heating apparatus capable of heating a modeled object in an inert atmosphere is preferable.
なお、図１〜図４に示されるスクリュー式押出機２は、スクリュー３の回転軸が垂直方向であるが、図５に示されるスクリュー式押出機２１のように、内蔵するスクリュー３の回転軸が水平方向である押出機を使用してもよい。スクリュー式押出機２１は、本体がＬ字型であり、水平を向いている円筒部分の上面に開口部４が形成されている。開口物には、スクリュー式押出機２と同様、ガイドローラを設けることが好ましい。帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、開口部４に向けて上部から供給される。スクリュー式押出機２１は、不定形であるか、又は粘着性の高い未加硫ゴム組成物を造形原料とする場合に使用されることが好ましい。 1 to 4, the rotation axis of the screw 3 is in the vertical direction. However, like the screw extruder 21 illustrated in FIG. 5, the rotation axis of the screw 3 incorporated therein. An extruder with a horizontal orientation may be used. The screw-type extruder 21 has an L-shaped main body, and an opening 4 is formed on the upper surface of a horizontal cylindrical portion. As with the screw-type extruder 2, it is preferable to provide a guide roller in the opening. The strip-shaped unvulcanized rubber composition P is supplied from above toward the opening 4. The screw-type extruder 21 is preferably used when the molding raw material is an indeterminate shape or a highly adhesive unvulcanized rubber composition.
（未加硫ゴム組成物の組成）
本発明の三次元造形用プリンタにおいては、スクリュー式押出機内では未加硫ゴム組成物を加熱しながら撹拌及び混合して粘度を低下させる。そのため、本発明において使用される未加硫ゴム組成物は、加硫が起こらない温度範囲（後述する表１に示される未加硫ゴム組成物については50℃〜100℃）で加熱された場合にスクリュー式押出機から吐出し得る程度の流動性を発揮しなければならない。また、スクリュー式押出機からチューブ状に吐出された未加硫ゴム組成物は、一定の粘着性がなければ、平面上に積層された層同士が接着されないために、加硫後にも三次元造形物の形態を固定することができない。
(Composition of unvulcanized rubber composition)
In the three-dimensional modeling printer of the present invention, the viscosity is lowered by stirring and mixing the unvulcanized rubber composition while heating in the screw type extruder. Therefore, the unvulcanized rubber composition used in the present invention is heated in a temperature range where vulcanization does not occur (50 to 100 ° C. for the unvulcanized rubber composition shown in Table 1 described later). In addition, it must exhibit fluidity that can be discharged from a screw type extruder. In addition, the unvulcanized rubber composition discharged from the screw-type extruder into a tube shape does not adhere to the layers laminated on the plane unless there is a certain level of tackiness. The form of the object cannot be fixed.
本発明者等は、そのような未加硫ゴム組成物の組成について種々の実験を繰り返した結果、後述する表１に示される組成の未加硫ゴム組成物を造形原料として使用すれば、スクリュー式押出機から未加硫ゴム組成物を吐出させると共に、造形された三次元造形物の形態を固定できることを確認した。 As a result of repeating various experiments on the composition of such an unvulcanized rubber composition, the present inventors have used a non-vulcanized rubber composition having a composition shown in Table 1 described later as a molding raw material. It was confirmed that the unvulcanized rubber composition was discharged from the type extruder and that the shape of the shaped three-dimensional structure could be fixed.
［三次元造形物の製造例］
図１〜図３に示される構造の三次元造形用プリンタを使用し、加硫ゴム製インナーソールを製造した。図６は、加硫ゴム製インナーソールの製造に使用した三次元造形プリンタの外観写真を示す。また、図７は、図６の三次元造形プリンタのスクリュー式押出機付近の外観写真を示す。図６及び図７に示される三次元造形プリンタは、ギアモータ１及びスクリュー式押出機２がフレーム１４によって固定されており、スクリュー式押出機２の下部に可動式テーブルが位置している。供給リール８から取り出された帯状の未加硫ゴム組成物Ｐは、水平に設置されている支持板１５に沿って開口部４へと供給される。冷却ファン１８は、ギアモータ１を冷却する機能を有する。
[Example of manufacturing a three-dimensional structure]
An inner sole made of vulcanized rubber was manufactured using a three-dimensional modeling printer having the structure shown in FIGS. FIG. 6 shows a photograph of the appearance of the three-dimensional modeling printer used for manufacturing the vulcanized rubber inner sole. Moreover, FIG. 7 shows the external appearance photograph of the screw type extruder vicinity of the three-dimensional modeling printer of FIG. In the three-dimensional modeling printer shown in FIGS. 6 and 7, the gear motor 1 and the screw type extruder 2 are fixed by a frame 14, and a movable table is located below the screw type extruder 2. The strip-shaped unvulcanized rubber composition P taken out from the supply reel 8 is supplied to the opening 4 along the support plate 15 installed horizontally. The cooling fan 18 has a function of cooling the gear motor 1.
スクリュー式押出機が内蔵するスクリューは、外径φ10mm、内径7mm、ピッチ5mm、長さ64.5mmであり、材質はステンレスとした。この場合、未加硫ゴム組成物の吐出量は、143.3 mm/rev（スクリュー1回転あたりの吐出長さ）となる。スクリュー式押出機の筺体は、外径φ28mm、内径φ10mmのステンレス製であり、筺体側面には幅10mm、縦の長さ15mmであり、深さ1mmのアンダーカットとφ10mmのガイドローラを有する開口部が設けられた。ホッパー比（(幅＋長さ)/2×スクリュー径）は、1.25であった。ノズル部の最下部には、孔径φ0.6mmの吐出孔を設けた。吐出孔内面及びノズル部先端付近の外面には、潤滑性及び未加硫ゴム組成物の剥離性を向上させるために、テフロン（登録商標）加工を施した。 The screw incorporated in the screw type extruder has an outer diameter of 10 mm, an inner diameter of 7 mm, a pitch of 5 mm, and a length of 64.5 mm, and is made of stainless steel. In this case, the discharge amount of the unvulcanized rubber composition is 143.3 mm / rev (discharge length per screw rotation). The housing of the screw-type extruder is made of stainless steel with an outer diameter of φ28mm and an inner diameter of φ10mm. Was provided. The hopper ratio ((width + length) / 2 × screw diameter) was 1.25. At the lowermost part of the nozzle part, a discharge hole having a hole diameter of φ0.6 mm was provided. Teflon (registered trademark) processing was applied to the inner surface of the discharge hole and the outer surface near the tip of the nozzle portion in order to improve the lubricity and the peelability of the unvulcanized rubber composition.
筺体下部には、先端がテーパー形状となるステンレス製ノズル部を取り付けた。筺体下部には、バンドヒータ（第一ヒータ）を取り付け、吐出孔付近のノズル部が90℃、開口部付近が60℃となるようにバンドヒータの出力を調整した。吐出孔付近及び開口部付近の温度は、熱電対式温度計によって測定された。 A stainless steel nozzle portion having a tapered tip is attached to the lower portion of the housing. A band heater (first heater) was attached to the lower part of the housing, and the output of the band heater was adjusted so that the nozzle part near the discharge hole was 90 ° C. and the opening part was 60 ° C. The temperature in the vicinity of the discharge hole and in the vicinity of the opening was measured with a thermocouple thermometer.
造形原料としては、幅5mm、厚さ1mmの帯状に形成され、表１に示される組成を有する未加硫ゴム組成物を使用した。この未加硫ゴム組成物は、室温においても粘着性があるため、テフロン（登録商標）製剥離シート（剥離材）に挟んでリールに巻かれた状態で用意された。リールに巻かれた帯状の未加硫ゴム組成物は、分離ローラによって剥離シートと分離された後、送りローラを介してスクリュー式押出機の開口部へと供給された。 As the forming raw material, an unvulcanized rubber composition having a composition shown in Table 1 and having a width of 5 mm and a thickness of 1 mm was used. Since this unvulcanized rubber composition is sticky even at room temperature, it was prepared in a state of being wound around a reel sandwiched between Teflon (registered trademark) release sheets (release materials). The strip-shaped unvulcanized rubber composition wound around the reel was separated from the release sheet by the separation roller, and then supplied to the opening of the screw type extruder via the feed roller.
ゴム基材としては、天然ゴム（NR；RSS#3）及びスチレン・ブタジエンゴム（SBR；旭化成株式会社製、アサプレン6500P）を使用した。カーボンブラックは、FEF（Fast Extruding Furnace、平均粒子径43nm、ASTMコード：N550／旭カーボン株式会社製）を使用した。硫黄、酸化亜鉛及び酸化カルシウムは、試薬特級品を使用した。ステアリン酸は、ミヨシ油脂株式会社製、純度98％以上の製品を使用した。 Natural rubber (NR; RSS # 3) and styrene-butadiene rubber (SBR; manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., Asaprene 6500P) were used as the rubber base material. As the carbon black, FEF (Fast Extruding Furnace, average particle size 43 nm, ASTM code: N550 / Asahi Carbon Co., Ltd.) was used. Sulfur, zinc oxide and calcium oxide used reagent-grade products. As stearic acid, a product with a purity of 98% or more manufactured by Miyoshi Oil & Fat Co., Ltd. was used.
クマロン樹脂は粘着性付与剤であり、日塗化学株式会社「ニットレジン クマロン」を使用した。硬化剤としては、川口化学株式会社「グリーンDC」を使用した。老化防止剤としては、N-フェニル-N'-(1,3-ジメチルブチル)-p-フェニレンジアミン／大内新興化学工業株式会社「ノクラック6C」を使用した。潤滑油としては、JXTGエネルギー株式会社「コウモレックスH22」を使用した。加硫促進剤としては、N-オキシジエチレン-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド／三新化学工業株式会社「サンセラーNOB」を使用した。 Coumarone resin is a tackifier, and “Knit Resin Coumaron” manufactured by Nikkiso Chemical Co., Ltd. was used. Kawaguchi Chemical Co., Ltd. “Green DC” was used as a curing agent. As an anti-aging agent, N-phenyl-N ′-(1,3-dimethylbutyl) -p-phenylenediamine / Ouchi Shinsei Chemical Co., Ltd. “NOCRACK 6C” was used. As a lubricant, JXTG Energy Co., Ltd. “Koumo Rex H22” was used. As the vulcanization accelerator, N-oxydiethylene-2-benzothiazolylsulfenamide / Sanshin Chemical Co., Ltd. “Suncellor NOB” was used.
可動式造形テーブルとして、ＸＹＺ三軸方向に可動である造形テーブルを使用した。ステンレス製造形テーブルにはフィルムヒータ（第二ヒータ）が内蔵されており、その上に設置されているステンレス製造形シートを60℃に加熱した。造形シートの温度は、熱電対式温度計によって測定された。 As the movable modeling table, a modeling table that is movable in the XYZ triaxial directions was used. The stainless steel manufacturing table has a built-in film heater (second heater), and the stainless steel manufacturing sheet installed thereon was heated to 60 ° C. The temperature of the modeling sheet was measured with a thermocouple thermometer.
造形テーブル及びスクリュー式押出機の動作は、造形物の三次元データを記録しているパーソナルコンピュータに接続された制御装置によって制御されるようにした。また、温度計の実測値に基づいて、制御装置がヒータ出力を制御し、設定された温度が維持されるように調整した。 The operations of the modeling table and the screw-type extruder were controlled by a control device connected to a personal computer recording the three-dimensional data of the modeled object. Moreover, based on the measured value of a thermometer, the control apparatus controlled the heater output and adjusted so that the set temperature was maintained.
作製された未加硫ゴム組成物の三次元造形物は、140℃で40分間、電気炉内で加熱され、加硫処理された。 The produced three-dimensional structure of the unvulcanized rubber composition was heated in an electric furnace at 140 ° C. for 40 minutes and vulcanized.
（造形例１）
図８は、未加硫ゴム組成物を２層積層している作業中のノズル部付近の写真（上図）と、未加硫ゴム組成物を２層積層した後、加硫処理が行われたインナーソールの外観写真（下図）を示す。
(Modeling example 1)
FIG. 8 shows a photograph (upper figure) of the vicinity of the nozzle part during the operation of laminating two layers of the unvulcanized rubber composition, and the vulcanization treatment is performed after laminating two layers of the unvulcanized rubber composition An appearance photograph of the inner sole (shown below) is shown.
（造形例２及び３）
図９は、未加硫ゴム組成物を一部７層（造形例２）又は１１層（造形例３）積層して作製された中間製品を、加硫処理して得られたインナーソールの外観写真（下図）と、１１層積層されたインナーソールの踵部分の拡大写真（上図）を示す。
(Modeling examples 2 and 3)
FIG. 9 shows an outer appearance of an inner sole obtained by vulcanizing an intermediate product produced by laminating a part of 7 layers (modeling example 2) or 11 layers (modeling example 3) of an unvulcanized rubber composition. A photograph (lower figure) and an enlarged photograph (upper figure) of the heel portion of the inner sole laminated 11 layers are shown.
（造形例４）
図１０は、２層から構成され、ハニカム構造を有するインナーソールのパーツ（加硫処理後）を示す。図１１は、図１０に示されるパーツを、他の2つのパーツと接合した後、加硫処理することにより作製された26インチサイズ、厚み2.3mmのインナーソール（加硫処理後）を示す。
(Modeling example 4)
FIG. 10 shows an inner sole part (after vulcanization treatment) composed of two layers and having a honeycomb structure. FIG. 11 shows an inner sole (after vulcanization treatment) having a size of 26 inches and a thickness of 2.3 mm, which is produced by joining the part shown in FIG. 10 to the other two parts and then vulcanizing the part.
本発明の未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタ、未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形物の製造方法は、医療器具又は工業製品等の製造分野において有用である。 A printer for three-dimensional modeling using the unvulcanized rubber composition of the present invention as a modeling raw material, and a method for manufacturing a three-dimensional modeling product using an unvulcanized rubber composition as a modeling raw material are in the field of manufacturing medical instruments or industrial products. Useful.
１：ギアモータ
２：スクリュー式押出機
３：スクリュー
４：開口部
５：ガイドローラ（供給ローラ）
６：第一ヒータ
７：ノズル部
８：供給リール
９：造形シート
１０：造形台
１１：可動式テーブル
１２：吐出孔
１３：スクリューの溝
１４：フレーム
１５：支持板
１６：第一温度計
１７：第二温度計
１８：冷却ファン
Ｐ：帯状の未加硫ゴム組成物
Ｑ：吐出された未加硫ゴム組成物
Ｒ：造形物
1: Gear motor 2: Screw-type extruder 3: Screw 4: Opening 5: Guide roller (supply roller)
6: 1st heater 7: Nozzle part 8: Supply reel 9: Modeling sheet 10: Modeling table 11: Movable table 12: Discharge hole 13: Groove of screw 14: Frame 15: Support plate 16: First thermometer 17: Second thermometer 18: cooling fan P: strip-shaped unvulcanized rubber composition Q: discharged unvulcanized rubber composition R: shaped object
Claims (3)
前記スクリュー式押出機が内蔵するスクリューの回転軸を回転させるギアモータと、
前記スクリュー式押出機の下方に位置する可動式テーブルと、
前記スクリュー式押出機を加熱するための第一ヒータと、
前記可動式テーブルの上面に設置された造形シートと、
前記造形シートを加熱するための第二ヒータと、
前記ギアモータの回転数、前記可動式テーブルの動作、前記第一ヒータの出力、及び前記第二ヒータの出力を制御する制御手段と、
を備える、未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタであって、
前記スクリュー式押出機は、
下部にテーパー状のノズル部と、
前記スクリューの回転軸に直交する側面に開口部及びガイドローラとを有し、
帯状に形成された未加硫ゴム組成物が前記開口部へと連続して供給され、
前記ノズル部は、最下部に吐出孔を有し、
前記制御手段は、
前記スクリュー式押出装置内に供給され、前記第一ヒータによって加熱され、かつ、前記スクリューによって撹拌及び混合された未加硫ゴム組成物は、前記吐出孔から下方の前記造形シート上に向かって吐出されることにより順次積層され、
前記吐出孔と前記造形シート又は既に積層された未加硫ゴム組成物の最上層との距離を、前記吐出孔から吐出される未加硫ゴム組成物の直径未満に保持し、
前記可動式テーブルは、水平方向に移動する際に、前記ノズル部が前記造形シート上に配置される未加硫ゴム組成物を押圧するように、
前記ギアモータの回転数、前記可動式テーブルの動作、前記第一ヒータの出力、及び前記第二ヒータの出力を制御することを特徴とする、
未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタ。 A screw-type extruder,
A gear motor that rotates a rotating shaft of a screw contained in the screw extruder;
A movable table located below the screw extruder;
A first heater for heating the pre-Symbol screw extruder,
A modeling sheet installed on the upper surface of the movable table;
A second heater for heating the shaped sheet;
Control means for controlling the rotational speed of the gear motor, the operation of the movable table, the output of the first heater, and the output of the second heater;
A three-dimensional modeling printer using an unvulcanized rubber composition as a modeling raw material,
The screw extruder is
A tapered nozzle portion in a lower portion,
Having an opening and a guide roller on a side surface orthogonal to the rotation axis of the screw;
An unvulcanized rubber composition formed in a strip shape is continuously supplied to the opening,
The nozzle part has a discharge hole at the bottom,
The control means includes
The unvulcanized rubber composition supplied into the screw-type extrusion device, heated by the first heater, and stirred and mixed by the screw is discharged from the discharge hole onto the shaped sheet below. Are sequentially stacked,
The distance between the uppermost layer of the discharge hole and the shaped sheet or already stacked unvulcanized rubber composition was kept at less than the diameter of the unvulcanized rubber composition discharged from said discharge hole,
Said movable table, when you move in the horizontal direction, so as to press the unvulcanized rubber composition in which the nozzle part is disposed on the shaped sheet,
Controlling the number of rotations of the gear motor, the operation of the movable table, the output of the first heater, and the output of the second heater ,
A printer for three-dimensional modeling using an unvulcanized rubber composition as a modeling material.
材質がステンレスであり、
前記スクリューの回転軸が垂直方向を向いている円筒形状を有し、
さらに、帯状に形成された未加硫ゴム組成物のリールを保持する部材と、
帯状に形成された未加硫ゴム組成物から剥離された剥離材を巻き取る巻き取りリールと、
を備えている、請求項１に記載の未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタ。 The screw extruder is
The material is stainless steel
The screw has a cylindrical shape in which the rotation axis of the screw faces the vertical direction,
Et al is a member for holding the reel of the unvulcanized rubber composition formed in a strip,
A take-up reel that winds the release material peeled off from the unvulcanized rubber composition formed into a band shape;
A printer for three-dimensional modeling using the unvulcanized rubber composition according to claim 1 as a modeling raw material.
前記造形シートの温度を測定する第二温度計と、
を備え、
前記第一温度計の測定値に基づいて前記第一ヒータの出力を調整し、
前記第二温度計の測定値に基づいて前記第二ヒータの出力を調整する、請求項１又は２に記載の未加硫ゴム組成物を造形原料とする三次元造形用プリンタ。 A first thermometer for measuring the temperature of the unvulcanized rubber composition in the screw extruder;
A second thermometer for measuring the temperature of the shaped sheet;
With
Adjusting the output of the first heater based on the measured value of the first thermometer,
The printer for three-dimensional modeling using the unvulcanized rubber composition according to claim 1 or 2 , wherein the output of the second heater is adjusted based on a measurement value of the second thermometer.
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