用于三维造型装置的造型材料的热端、以及搭载热端的三维造型装置

摘要

一种热端，其用于三维造型装置，包括：排出头(100)和加热单元(60)，排出头(100)具有：供给口(11)，其供给丝状的造型材料；排出口(41)，其排出熔化的所述造型材料；以及通路(12)，其将供给口(11)与排出口(41)直线连通，加热单元(60)用于熔化通路(12)内的造型材料，其特征在于，在通路(12)中的加热单元(60)与供给口(11)之间的位置配置有环状逆流防止部件(50)，造型材料穿过环状逆流防止部件(50)，环状逆流防止部件(50)防止通过加热单元(60)熔化的造型材料在通路中(12)逆流至供给口(11)侧。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于FFF(FDM)方式的三维造型装置(三维打印机)的造型材料的热端、以及搭载热端的三维造型装置。

背景技术

近年，流行利用计算机通过三维打印机制造立体造型物。作为制造这样的立体造型物的热端，已知有例如图8所示的结构的热端(例如参照非专利文献1)。该热端包括如下结构：在加热器块103的一端侧以使排出部101a突出的方式拧入喷嘴101，在加热器块103的另一端侧拧入具有造型材料的供给部的筒102。通过向该筒102插入并送入线状的造型材料(长丝)，造型材料被加热器块103加热熔化而向排出部101a流动，并从排出部101a排出。此时，根据控制信号向筒102送入需要的量的长丝，从而从排出部101a排出需要的量，该排出部101a的位置与形成造型物的造型台(未图示)在xyz方向上相对地移动，从而将排出的造型材料层叠而形成期望的三维造型物。

另外，在这样的热端中，为了防止长丝在筒102内熔化，在筒102的上部设置散热片(未图示)，或者通过风扇或水冷对筒102进行强制冷却。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献门田和雄著、“从3D打印机开始的数字化制造”、日刊工业报社、103页

发明内容

本发明所要解决的技术问题

然而，在以往的热端中，存在筒102的通路中发生长丝堵塞而给造型带来障碍的问题。本发明的发明人发现，该问题的原因在于，在连续造形时为了预防长丝在筒102侧熔化而利用散热片等进行冷却，由此在筒102的长丝的通路(流路)内能够将长丝维持为固体的状态，即便如此，由于与被送入的长丝的直径相比排出被熔化的长丝的排出口的直径较小，因此，在长丝被按压、送入时，在喷嘴101侧熔化的长丝从通路内壁与长丝之间的间隙(间隔)、即固体状态的长丝与通路的内壁之间的间隙进入(逆流)至筒102侧，该间隙是由于通路的内径与长丝的丝径之间的差异产生的。即，在喷嘴101侧熔化的长丝从间隔进入到筒102侧，在筒102侧的通路中固定，在筒102内的通路中发生长丝的堵塞，阻碍长丝的送入，因此无法排出造型材料，从而对造型产生障碍。因此，虽然想要尝试通过使通路的内径接近长丝丝径而极力减小所述间隔来防止熔化的长丝逆流，但是原长丝丝径不恒定且包含公差，因此不能有效地防止逆流。

本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种能够通过防止熔化的造型材料在通路中过度地向长丝供给侧逆流来防止长丝在通路中堵塞的、能够良好地连续造型的可靠性高的热端以及搭载有热端的三维造型装置。

本发明的发明人为了实现上述目的反复进行深入研究，结果发现，在用于三维造型装置的热端中，通过将防止熔化的造型材料逆流的逆流防止部件设置在熔化长丝的熔化部与供给长丝的供给口之间，抑制造型材料逆流，不易发生热端通路堵塞。

即，本发明涉及一种热端，其用于三维造型装置，包括：排出头和加热单元，所述排出头具有:供给口，其供给丝状的造型材料；排出口，其排出熔化的所述造型材料；以及通路，其将所述供给口与所述排出口直线连通，所述加热单元用于熔化所述通路内的所述造型材料，其特征在于，在所述通路内的所述加热单元与所述供给口之间的位置配置有环状的逆流防止部件，所述造型材料与所述环状的逆流防止部件接触并穿过该环状的逆流防止部件，所述环状的逆流防止部件防止通过所述加热单元熔化的所述造型材料在所述通路中逆流至所述供给口侧。

根据本发明的热端，由于在通路内配置有环状的逆流防止部件，因此丝状的造型材料(长丝)与逆流防止部件接触并穿过该环状的逆流防止部件，所以能够使长丝与逆流防止部件的环形内壁之间的间隙小到实质上能够忽视的程度而压入(供给)长丝，因此能够防止通过加热单元的热熔化的造型材料在通路内越过逆流防止部而逆流至供给口侧(上游侧)。这样，能够有效地防止在下游侧的通路内融化的造型材料进入(逆流)至比逆流防止部件靠上游侧的通路内，因此能够防止供给造型材料的通路堵塞，实现能够良好地连续造型的、可靠性高的热端。另外，在本发明中，排出头也可以是一体形成的，例如也可以由设置有熔化长丝的加热单元的熔化部和将长丝向熔化部供给的供给部这2个单体构成，进一步地，也可以由3个单体构成。

也可包括金属部件，所述金属部件以包围所述通路的配置有所述逆流防止部件的区域的方式安装。另外，也可以包括壳体部件，所述壳体部件固定于所述金属部件并覆盖所述加热单元。

通过金属部件包围配置有逆流防止部件的区域，从而使通路内的温度分布适当，能够预防长丝在通路上游侧熔化。即，能够通过金属部件使逆流防止部件周围的区域的热容量以及表面积增大，能够防止由加热单元产生的热传递到比逆流防止部件靠上游侧的位置。即，金属部件作为冷却部件发挥功能。因此，能够使长丝的固体的部分与熔化而流体化的部分之间的边界更明确，能够抑制长丝在比逆流防止部件靠上游侧的通路内软化，因此能够更有效地防止在通路内长丝堵塞。另外，通过设置壳体部件(罩部件)，能够将由加热单元产生的热从壳体部件的外表面适当地散热，并且能够防止该热向通路上游侧传递，能够将热封入壳体部件内，能够更有效地将由加热单元产生的热用于长丝的熔化。其结果是，通过使通路中的温度分布适当，能够预防长丝在通路上游侧熔化，从而能够进一步防止在通路内长丝堵塞。

优选地，所述逆流防止部件与所述通路内的台阶部抵接而配置。通过将逆流防止部件与台阶部抵接配置，能够防止逆流防止部件被压入通路下游侧，从而能够将逆流防止部件保持在适当的位置。

另外，所述排出头具有筒状，所述通路的配置有所述逆流防止部件的区域的周壁的厚度可以比配置有所述加热单元的区域的周壁的厚度薄。通过使配置有排出头的逆流防止部件的区域的周壁的厚度变薄，能够抑制由加热单元产生的热沿着周壁传递至比逆流防止部件靠上游侧的位置。

在所述通路内的比所述逆流防止部件靠所述供给口侧的位置配置有用于防止所述逆流防止部件向所述供给口侧移动的、内径比所述逆流防止部件大的环状的防脱部件。这样，能够将逆流防止部件保持在流路内的期望位置。

所述逆流防止部件可以由具有耐热性的弹性体、超弹性合金、或超弹塑性型合金构成。这样，即使长丝直径存在公差，也能够使逆流防止部件的环形内径以追随长丝丝径变化的方式变化，能够与长丝之间实质上无间隙地密接而送入长丝，能够防止逆流。

另外，所述环状可以是螺旋状、线圈状或螺旋弹簧状。在所述逆流防止部件的内周能够形成有C面或R面。这样，当摩擦阻力(滑动阻力)根据逆流防止部件与长丝的接触面积而变化时，通过将逆流防止部件设为螺旋状、线圈状或螺旋弹簧状，或在逆流防止部件的内周形成C面或R面，能够调整上述摩擦阻力，从而能够适当地输送长丝(向熔化部供给长丝)，并且能够更有效地防止逆流防止部件与长丝之间产生间隙。

本发明的三维造型装置的特征在于搭载有用于上述三维造型装置的热端。

发明效果

根据本发明，能够提供一种热端以及搭载了该热端的三维造型装置，由于能够防止在通路下游侧熔化的造型材料(长丝)逆流至配置于通路内的逆流防止部件的通路上游侧，因此可以预防发生对造型动作造成障碍的通路堵塞并且能够使用热端，实现良好且连续的造型动作，可靠性高。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的热端的一例的剖视图。

图2是本发明的一实施方式的热端所使用的排出头的图2(A)主视图及图2(B)仰视图。

图3是本发明的一实施方式的热端所使用的金属部件的图3(A)主视图及图3(B)仰视图。

图4是本发明的一实施方式的热端所使用的壳体部件的图4(A)主视图及图4(B)仰视图。

图5是说明本发明的一实施方式的热端的加热单元的图。

图6是说明由加热单元产生的加热量的控制的一例的框图。

图7是本发明的一实施方式的热端的另一例的剖视图。

图8是表示以往的热端的一例的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一实施方式的用于三维造型装置的造型材料的热端进行说明。图1是本发明的热端1的剖面说明图。热端1采用排出头100而形成，所述排出头100具有供给部10、熔化部30、排出部40、隔热部20、以及造型材料的通路12，所述供给部10具有供给丝状的造型材料(长丝3a)的供给口11，所述熔化部30熔化所供给的造型材料，所述排出部40具备排出所熔化的造型材料的排出口41，所述隔热部20构成在供给部10与熔化部30之间，所述造型材料的通路12将供给口11至排出口41连通。另外，在供给部10安装有用于将热端1安装于三维造型装置的安装夹具A。

热端1包括安装于熔化部30的加热单元(加热头)60，通过从该加热单元60给与排出头100的熔化部30的热将通路12内的造型材料熔化。在图1所示的例子中，以两个加热单元60夹着排出头100的方式设置。在通路12内的加热单元60与供给口11之间的位置配置有环状的逆流防止部件50，所述逆流防止部件50防止通过加热单元60熔化的造型材料逆流至供给口11侧。

在图1所示的例子中，逆流防止部件50与台阶部21的上表面接触而设置，该台阶部21设置于排出头100的通路12内部的熔化部30的供给造型材料的入口(隔热部20和熔化部30之间的边界部)。以通过具有比逆流防止部件50大的内径的环状的固定部件(防脱部件)51和台阶部21夹持的方式固定逆流防止部件50。在熔化部30的入口处，熔化部30侧的通路12的直径形成为比隔热部20侧的通路12的直径小。逆流防止部件50与该通路12的直径变化的台阶部分(台阶部21)抵接而配置，以避免逆流防止部件50进入熔化部30中的通路12内。

长丝3a以固体状态从供给口11插入通路12，穿过设置于通路12内的环状的逆流防止部件50而被送入熔化部30，通过从加热单元60给与的热而熔化，并从设置于排出部40的排出口41排出。固体状态的长丝表示为3a，熔化状态的长丝表示为3b，固体与液体混合状态的长丝表示为3c。

在图1所示的例子中，防脱部件51的靠熔化部30侧的前端部(下端部)与逆流防止部件50抵接。逆流防止部件50以被防脱部件51和通路12的台阶部21夹持的方式固定，但也可以不设置防脱部件51，而是通过将逆流防止部件50压入通路12内而固定，也可以将排出头100形成为2个单体：将上游部侧的供给部10和隔热部20形成为筒状，将下游部侧的熔化部30和排出部40形成为喷嘴状，以将逆流防止部件50夹持在上述2个单体之间的方式将逆流防止部件50配置在通路12内。

在图1所示的例子中，逆流防止部件50形成为包围长丝的长度方向上的一部分的周缘并能够以与长丝接触的方式对其进行保持的环状。特别优选地，逆流防止部件50由具有能够维持其内径追随长丝丝径的公差内的变动而保持密接状态的弹性的材料形成，在该情况下，例如如果使用直径为1.75mm的长丝且丝径的公差为±0.05mm，则逆流防止部件50的内径形成为1.70mm，形成为能够追随1.70mm～1.80mm范围内的长丝的直径变动。

图1所示的热端1包括安装于排出头100的外周的金属部件(金属块)71和壳体部件(罩部件)72。金属部件71是在上部具有呈凸缘状扩展的部分的大致圆筒形的部件，在其中央设置有与排出头100的外形匹配的贯通孔。排出头100穿过该贯通孔，金属部件71与排出头100的配置有逆流防止部件50的区域的外周接触而安装。在金属部件71的侧面形成有安装用孔71a。金属部件71通过穿过该安装用孔71a的按压螺钉等固定部件而固定于排出头100。另外，在固定金属部件71时，在排出头100的熔化部30的上方的与隔热部20之间的边界的外周(与通路12内的台阶部21对置的位置)的一部分设置有下侧稍微伸出的台阶部22，金属部件71从排出头100的上端的供给口11侧嵌入，其下端部与台阶部22的上表面抵接而被定位。此外，金属部件71相对于排出头100的安装位置能够沿着排出头100的长度方向移动。

通过将金属部件71安装于排出头100的设置有逆流防止部件50的区域附近，排出头100的熔化部30与隔热部20之间的边界附近的热容量增大，该区域中的温度不易上升。另外，通过增大金属部件71、特别是金属部件71的凸缘状的部分等的表面积，能够得到散热效果。因此，能够抑制为了溶解长丝而从加热单元60给予排出头100的熔化部30的下游侧的热传递至上游侧的隔热部20，从而从隔热部20至供给部10能够保持适当的温度。即，抑制了以下担忧：长丝的固体部分与熔化状态的部分的交界移动至配置有逆流防止部件50的区域，导致逆流防止部件50所保持的部分的长丝熔化，进而影响通过逆流防止部件50防止长丝逆流的功能。换言之，能够更可靠地维持穿过逆流防止部件50的长丝的固体状态。

壳体部件72具有大致圆筒形的形状，其上部以与金属部件71的外周嵌合的方式安装并固定。在壳体部件72的上部形成有切口(槽部)72a，通过使形成于上述金属部件71的侧面的安装用孔71a与该槽部72a的位置一致，将按压螺钉等固定部件穿过槽部72a及安装用孔71a，壳体部件72与金属部件71一体地固定于排出头100。

壳体部件72覆盖排出头100的安装有加热单元60的熔化部30的整个周围。在壳体部件72的与金属部件71嵌合的一侧的相反侧(排出部40侧)设置有使排出口41突出的孔72b。壳体部件72具有使从排出头100向金属部件71传递的热回流至熔化部30侧而再利用的功能。通过在金属部件71的基础上设置罩部件72，能够根据长丝的种类，使从熔化部30的入口附近到排出部40的规定宽度的区域内的温度分布(温度梯度)成为不易发生通路12的堵塞的稳定的温度分布。另外，还可以期待壳体部件72的表面的散热效果，能够进一步抑制将为了溶解长丝而从加热单元60给予排出头100的熔化部30的下游侧的热传递至上游侧的隔热部20，从隔热部20至供给部10能够形成更适当的温度。也可以在壳体部件72与壳体部件72所覆盖的排出头100之间的空间中填充玻璃纤维等耐热性的绝缘材料。另外，由于形成于壳体部件72的上部的槽部72a在纵向上具有规定的长度，因此能够使壳体部件72相对于金属部件71的安装位置沿纵向移动。即，能够根据金属部件71以及壳体部件72相对于排出头100的安装位置而任意地调整壳体部件72所覆盖的范围。

图2(A)示出了图1所示的热端1所使用的排出头100的、从安装有加热单元60的面的一侧观察到的主视图，图2(B)示出了从排出口41侧观察到的仰视图。排出头100中，供给部10、隔热部20、熔化部30以及排出部40例如可以使用不锈钢、镍合金、钛、钛合金、陶瓷中的任意一种一体地形成。排出头100可以组合独立的部件而形成，也可以在各部件之间的任一个或全部夹置其他部件。在组合独立的部件而形成排出头100的情况下，从抑制向供给部10侧传递热同时有效地将加热单元60的热用于融化造型材料的观点出发，优选熔化部30及排出部40所使用的部件的材料的导热率比隔热部20所使用的部件的材料的导热率高。

图2所示的排出头100例如是对圆柱状的金属棒进行切削加工而成的。排出头100的图2(A)所图示的部分的全长例如为33mm。排出头100例如使用64钛(在钛中混合了铝6质量％、钒4质量％而形成的合金)而形成。

在图示的例子中，供给部10和隔热部20形成为直径例如为3mm的圆柱形状(圆筒形状)，其长度例如设为17.5mm。在供给部10及隔热部20的中心部形成有直径例如为2.3mm的通路12。隔热部20形成为热阻比熔化部30大。在隔热部20的周壁形成有一对开口20a，该开口20a与通路12对置地形成，能够减小隔热部20的截面积而提高其热阻，该开口20a例如长度为6mm、宽度为1.8mm。开口20a可以在排出头100的长度方向以及/或宽度方向上设置1个或多个，可以适当地确定其尺寸。

在图示的例子中，熔化部30形成为角部形成为C面的、例如具有一边为3.2mm的矩形截面形状的四棱柱状，其长度例如为12.5mm。在四棱柱状的熔化部30的4个侧面(平面部)可以分别安装有加热单元60。根据安装于熔化部30的加热单元60的尺寸、数量、位置等，熔化部30也可以形成为除了四棱柱以外的棱柱状(例如三棱柱状或五棱柱状)。在熔化部30的中心，直径例如为1.8mm的通路12与隔热部20的通路12连通形成。如上所述，熔化部30中的通路12的直径形成为比隔热部20中的通路12的直径小，在通路直径变化的熔化部30与隔热部20之间的交界形成有能够固定逆流防止部件50的台阶部21。即，与熔化部30中的通路12的周壁的厚度相比，隔热部20中的通路12的周壁的厚度形成得较薄。另外，为了更高效地对内部的造型材料进行加热从而使造型材料熔化，也可以在熔化部30的4个侧面形成使通路12露出的开口。通过以堵塞开口的方式安装加热单元60，造型材料被加热单元60直接加热，能够更高效地熔化造型材料。

排出部40例如形成为长度3mm的大致圆锥状，具有从熔化部30朝向排出部40的前端部(排出口41)侧变细的形状。排出部40在与熔化部30之间的边界处的直径例如形成为3mm，在形成有排出口41的前端部中直径例如形成为1.5mm，排出口41的直径例如形成为0.4mm。

安装夹具A与供给部10嵌合而连接。安装夹具A例如为长度5mm、直径4mm的圆柱形状(圆筒形状)。安装夹具A具有作为将热端1安装于三维造型装置的主体的安装部的作用。此外，上述的排出头100的各部以及通路12的尺寸能够根据长丝的尺寸等而适当地变更。

如上所述，本发明的热端1中的逆流防止部件50是为了防止熔化的造型材料向供给部10侧逆流而设置的。长丝穿过环状逆流防止部件50，逆流防止部件50实质上无间隙地与长丝的一部分的外周密接。通过逆流防止部件50以不阻碍伴随造型动作送入长丝的程度的力保持长丝。在三维造型中使用的长丝的长度方向上的直径可以变动。如果是直径为1.75mm的长丝，则例如可以具有±0.05mm的公差，因此逆流防止部件50由能够追随该直径的变动而与长丝密接的具有弹性的材料形成。

逆流防止部件50使用的材料优选相对于长丝熔化的温度具有耐热性，作为一例，可使用超弹性合金即Ni-Ti系合金。作为超弹性合金的Ni-Ti系合金因其超弹性而具有8％左右的恢复应变，能够充分追随长丝直径的变动。另外，也可以使用具有耐热性的弹性的树脂，例如能够使用即使在接近300℃的高温下也能够保持作为橡胶的物理性能的全氟弹性体(FFKM)。此外，还可以使用同时具有超弹性性质和超塑性性质的超弹塑性型合金。超弹塑性合金由于具有能够在室温下进行99.9％以上的冷加工的超塑性的性质，因此成形极其容易，加工性也优异，因此优选。作为超弹塑性型合金的一例，例如可以列举属于β型钛合金的丰通材料(株)制“橡胶金属”(注册商标)。

逆流防止部件50的内侧形状形成为能够与固体状态的长丝密接从而对其进行保持的环状。在此，所谓环状是指能够包围并保持长丝的外周的、包括例如螺旋状、线圈状、螺旋弹簧状、管状、筒状、垫圈状(平垫圈状、碟形垫圈状、圆片状)、O型环、带锥度的管状等广义的含义。在使用螺旋状、线圈状或螺旋弹簧状的防逆流部件50的情况下，优选线圈的匝数例如为2～3周。在追随长丝丝径的变化方面，不仅线圈内径的变化有助于追随长丝丝径的变化，尤其在螺旋弹簧状的情况下，弹簧的变形也有助于追随长丝丝径的变化，因此优选。在逆流防止部件50的内周可以形成C面或R面，能够调整长丝与逆流防止部件50的接触面积，从而能够适当地调整保持长丝的力。

另外，逆流防止部件50可以是两端相连或不相连的环状、连续的O型环状的结构，也可以是包括超弹塑性体或者伸缩大的橡胶状物的结构。特别是，更优选由具有弹性的材料构成的截面圆形状或椭圆形状的线材构成的螺旋状、线圈状或螺旋弹簧状。

在图1所示的例子中，在通路12内设置有一个逆流防止部件50，但也可以设置多个逆流防止部件50。即，多个环状的部件能够重叠地配置在通路12内。例如，环状的逆流防止部件50能够以相互密接地堆积的方式配置在通路12内的熔化部30的入口附近。由此，逆流防止部件50对长丝的保持更可靠。多个环状的逆流防止部件50也可以相互分离地配置。

如图1所示，环状的防脱部件51设置在逆流防止部件50的靠供给口11侧的位置，逆流防止部件50以被夹持在防脱部件51与通路12的台阶部之间的方式固定。从在通路12内稳定地固定逆流防止部件50的观点出发，防脱部件51优选使用例如不锈钢、镍合金、钛或钛合金等金属，更优选使用形状记忆合金即Ni-Ti系合金。也可以使用聚四氟乙烯(PTFE)或聚醚醚酮(PEEK)等工程塑料。另外，逆流防止部件50也可以通过使用例如金属膏或无机粘接剂之类的耐热性的粘接剂在通路12内接合而固定。

在逆流防止部件50中，从防止熔化后的长丝逆流的观点出发，需要所保持的部分的长丝为固体。即，在设置有逆流防止部件50的部分(熔化部30与隔热部20之间的边界附近)，需要将温度控制为防止长丝熔化的温度。为了抑制因来自加热单元60的热向熔化部30的长丝上游侧传递导致设置有逆流防止部件50的区域的温度上升，例如可以在熔化部30与隔热部20之间的边界附近的外周设置由铝或不锈钢等构成的金属部件71。

图3(A)表示金属部件71的一例的主视图，图3(B)表示仰视图。金属部件71例如可以使用铝、不锈钢等公知的金属形成。从增大排出头100的安装有金属部件71的部位的热容量的观点出发，优选金属部件71使用比热大的材料。另外，从散热的观点出发，优选对金属部件71实施提高散热性的处理。例如，优选使用对表面实施了氧化铝膜处理的铝。金属部件71是具有在其中心具有大致相同直径的内腔的圆筒形状的部件，在其一端侧具有外径形成得较大的凸缘状的部分。在图示的例子中，凸缘状的部分的外径例如形成为直径14mm。除了凸缘状的部分以外的具有圆筒形状的部分的外径例如形成为直径7.9mm。金属部件71的内腔与排出头100的隔热部20的形状以及尺寸匹配地形成，例如形成为直径3.1mm。

通过安装金属部件71，熔化部30与隔热部20之间的边界附近的区域的热容量增大。通过增大该区域的热容量，即使在停止排出造型材料的情况下等较多的热集中于停留在熔化部30与隔热部20之间的边界部附近的通路12内的造型材料，温度也不易上升。因此，能够抑制造型材料的固体部分与熔化而流体化的部分之间的边界向隔热部20侧移动。即，能够抑制逆流防止部件50所保持的部分的长丝熔化，从而能够抑制造型材料在通路12内堵塞。另外，金属部件71还具有对熔化部30与隔热部20之间的边界或边界部附近的热进行散热的效果，通过其形状提高散热效果，也能够进一步提高预防堵塞的效果。

在金属部件71的侧面形成有4个贯通孔(安装用孔)71a，用于向排出头100固定的固定部件能够穿过这些贯通孔。金属部件71能够安装于排出头100的隔热部20的长度方向上的任意位置。即，能够根据所使用的长丝的熔化温度或者长丝的进给速度等调整金属部件71的位置而进行安装，以适当地维持熔化部30与隔热部20之间的边界附近的区域的温度。此外，在图1中，示出了使金属部件71的内腔与排出头100的隔热部20的外周的形状匹配并安装于隔热部20的例子，但也可以使金属部件71的内腔匹配熔化部30的外周的形状并安装于熔化部30的外周。

图4(A)表示壳体部件72的一例的主视图，图4(B)表示仰视图。与金属部件71相同，壳体部件72例如使用铝、不锈钢等公知的金属形成。在使用铝的情况下，优选对表面实施氧化铝膜处理。壳体部件72是大致圆筒形状的部件，其一端侧与金属部件72嵌合。在与金属部件72嵌合的部分的相反侧具有底面，在该底面的中央部形成有用于使排出头100的排出口41排出的孔72b。在图示的例子中，嵌合有金属部件71的壳体部件71的内腔的直径例如形成为直径8mm。壳体部件71的长度例如为18.0mm。

壳体部件72是为了将从排出头100向金属部件71传递的热有效地用于熔化部30侧的加热而设置的。通过壳体部件72覆盖从熔化部30至排出部40的规定的区域，能够形成该区域中的稳定的温度分布(温度梯度)。即，壳体部件72带来有效利用从加热单元60给予排出头100的热的节能效果，并且使从熔化部30至排出部40的规定区域的温度分布稳定化，能够有助于稳定的造型动作。

在壳体部件72的与金属部件71连接的一侧形成有槽部72a。在将金属部件71和壳体部件72安装于排出头100的情况下，以金属部件71的安装用孔71a与壳体部件72的槽部72a的位置一致的方式配置，通过穿过槽部72a和安装用孔71a的按压螺钉等固定部件，将金属部件71和壳体部件72固定于排出头100。在该排出头100上安装金属部件71和壳体部件72时，金属部件71相对于排出头100的安装位置能够在排出头100的长度方向上移动，壳体部件72相对于金属部件71的安装位置能够在壳体部件72的长度方向上移动。即，壳体部件72所覆盖的区域形成为能够根据金属部件71相对于排出头100的安装位置以及壳体部件72相对于金属部件71的安装位置而变化的结构。

通过使壳体部件72所覆盖的区域变化，能够调整从排出部40至隔热部20的规定宽度的区域的温度分布(温度梯度)。能够接近与造型材料的种类或者特性(物理性能)相应的适当的温度梯度，能够抑制在热端1的供给部10侧的通路内发生造型材料堵塞，并且能够使处于适当的熔化状态的造型材料良好地从排出口41排出。

作为热端1的加热单元60，例如可以广泛使用在绝缘基板上形成有厚膜电阻体层的加热头、加热块等公知的加热单元，但在响应性、尺寸方面优选使用加热头。图5中示出了加热单元(加热头)60的结构的一例。排出头100的安装于熔化部30的加热头60例如具有：厚度0.3mm、长度12mm、宽度5mm的矩形板状的氧化铝或氧化锆等陶瓷基板(绝缘基板)61；形成于绝缘基板61的表面的带状的发热电阻体62；以及在绝缘基板61的表面以分别与发热电阻体62的两端部连接的方式形成的电极63。此外，可以例如用含有填料的玻璃等保护层(电介质层)对发热电阻体62的表面进行涂布，也可以用其他绝缘基板覆盖发热电阻体62的表面。

加热单元60能够通过在绝缘基板61上将例如Ag、Pd、Pt等合金粉末或含有氧化钌的厚膜用膏剂等印刷成规定的图案，干燥后，在规定温度下进行烧结，形成发热电阻体62、电极63。

另外，为了提高电极63与引线(未图示)的连接强度，在绝缘基板61的电极63的形成部形成有切口部。在图3所示的例子中，相对于1个电极63各设置2个切口部，但也可以设置1个，也可以设置3个以上。进一步地，可以设置1个或多个贯通孔(通孔)代替切口部，也可以组合使用切口部和贯通孔。即，设置切口部或者贯通孔是为了提高电极63与引线的连接强度，通过采取增加连接面积或者采取可以获得锚定效果等机械配合的对策，即使在加热至高温或者进行二维或三维移动操作的情况下，也不会发生连接不良。

如图1所示，在排出头100上安装了加热单元60的状态下，例如将银系的厚膜膏剂(在Ag中例如含有玻璃、Cu的膏剂)作为接合材料进行涂布、烧结，将加热单元60的背面(未形成绝缘基板61的发热电阻体62的面)侧接合在排出头100的熔化部30的平面部(四棱柱的侧面)上。另外，在图1的例子中，在发热电阻体62的与绝缘基板61相反的一侧设置有其他绝缘基板66。在热端1中，在排出头100的熔化部30对置地安装有2个加热单元60，但加热单元60能够分别安装于四棱柱状的熔化部30的4个平面部。例如，也可以构成为在4个平面部全部设置加热单元60，热端1包括4个加热单元60，也可以构成为仅在相邻的2个平面部设置加热单元60。

在加热单元60为小型的加热单元的情况下，也可以在1个平面部的长度方向上设置多个加热单元60。通过使熔化部30形成为四棱柱状并具有4个平面部，显著提高了加热单元60的安装位置的自由度，能够根据所使用的长丝的种类(物理性能)等，更适当地调整熔化部30中的通路12内的温度分布。例如，也可以在熔化部30的长丝的上游侧的2个对置的平面部配置加热单元60，在长丝的下游侧的4个平面部全部配置加热单元60，从而以在下游侧成为更高温的温度分布的方式构成加热单元60的配置。

图6是表示在热端1中通过加热单元60的发热电阻体62进行基板的温度测定并根据测定出的温度调整发热电阻体62的加热量来进行熔化部30的温度控制的情况下的控制电路的一例的框图。即，在该驱动电路是由直流或交流的电源64驱动的例子中，电源64借助电池、商用电源或通过变压器等对商用电源进行电压或施加时间调整从而调整施加电力的调整部而与发热电阻体62连接。

由商用交流电源64供给的电压以被调整成为期望的温度的方式通过电力的调整部进行调整。其结果是，不需要直流电源，也不需要电源冷却风扇。但是，也可以使用电池式直流电源。另外，虽然未图示，也可以通过施加脉冲的脉冲驱动进行加热。在该情况下，除了改变电压以外，也可以通过改变占空比或者进行相位控制等来调整发热相关的执行施加电力。

能够利用发热电阻体62并根据其电阻值的变化来检测温度。发热电阻体62的电阻值的变化如图6所示，能够通过分流电阻65与发热电阻体62串联连接，并测定分流电阻65两端的电压，检测电流的变化。当施加到发热电阻体62的电压恒定时，只要知道电流的变化，就能够知道电阻值的变化。即，发热电阻体62的电阻值具有根据温度而变化的温度特性。因此，通过预先检测其温度特性(温度系数)，只要知道电阻值，就能够知道发热电阻体62、即绝缘基板61的温度。通过控制单元进行该温度检测。另外，分流电阻65为了避免发热的影响，只要能够进行温度检测，电阻值越低越好。另外，优选温度系数尽可能小的电阻，为了避免电流引起的发热，以电流变小的方式设定。

根据通过该温度测定而测定出的温度，从控制单元发出控制信号，以利用调整部对施加于发热电阻体62的电压进行调整，发热电阻体62、即绝缘基板61的温度被调整为期望的温度。在通过加热单元60使造型材料软化而形成造型物的造型动作的过程中，以使通路12内的温度分布稳定的方式控制发热电阻体62的温度。

为了抑制上述排出头100中的安装有逆流防止部件50的区域被过度加热，防止通路12堵塞，例如可以通过热敏电阻或热电偶等温度监控单元(温度传感器)来测定设置有逆流防止部件50的部位的温度。另外，与发热电阻体62的温度测定不同，也可以将测定熔化部30的温度的温度传感器安装于熔化部30的平面部。由于熔化部30形成为四棱柱状，因此温度传感器的安装位置的自由度高，能够更精密地监控熔化部30的温度。在该情况下，通过基于温度传感器的测定温度的控制信号，控制施加于加热单元60的发热电阻体62的电压，能够控制设置有逆流防止部件50的部位的温度。也可以通过加热单元60的结构以具有温度梯度的方式对熔化部30进行加热。即，也能够使熔化部30的下部侧(排出部40侧)的加热温度比熔化部30的上部侧(隔热部20侧)的加热温度高，减少向逆流防止部件50传导的热，从而能够将设置有逆流防止部件50的部位的温度保持为期望的温度。

接着，参照图7对本发明的热端的其他例子进行说明。图7所示的热端1a具有除去了图1所示的热端1的供给部10及隔热部20的一部分的结构。即，构成热端1a的排出头100a由排出部40、熔化部30以及热端1中的安装有作为隔热部20的一部分的金属部件71的部分构成。在热端1a中，与热端1相同，逆流防止部件50设置于通路12的台阶部，通过防脱部件51固定。并且，为了防止由逆流防止部件50保持的长丝熔化，在热端100a的设置有逆流防止部件50的区域的外周设置有金属部件71，进一步地，设置有与金属部件71连接的壳体部件72。

在将本发明的热端1、1a安装于三维造型装置时，将热端的供给造型材料的一侧插入设置于接合器的开口，并从横向例如使用按压螺钉进行固定，所述接合器安装于三维造型装置主体侧。

确认得知：在上述本发明的热端1、1a中，如果长丝使用作为耐热温度较高的超级工程塑料而为人所知的PEEK(聚醚醚酮)，则能够良好地进行造型。确认得知：此时，通过逆流防止部件50抑制熔化的造型材料逆流，不会发生因通路12内造型材料的堵塞而导致的造型动作不良，能够良好地进行动作。另外，由于热端1、1a能够迅速升温至500℃的高温，因此也能够使用低熔点金属类的长丝。

另外，上述排出头100整体形成为长度33mm左右，热端1与现有的热端相比更小型。另外，在使用64钛合金形成排出头100的情况下，热端1不仅小型而且极其轻量化。因此，即使在使热端1二维或三维移动来进行造型的情况下，也能够实现驱动能量的省力化。由于上述的热端1a不需要供给部10及隔热部20的一部分，因此与热端1相比进一步小型化。而且，由于热端1、1a通过金属部件71及壳体部件72将给予排出头100、100a的热有效地再利用于长丝的熔化，因此实现了熔化能量的省力化。

另外，在使用钛合金(例如，64钛)作为排出头100、100a的材料，使用陶瓷基板(例如，氧化铝锆基板)作为加热单元60的绝缘基板61的情况下，由于钛合金与陶瓷的热膨胀率接近，因此能够有效地防止伴随造型动作的加热、冷却的循环造成的接合不良。另外，氧化铝锆基板与氧化铝基板相比机械强度较高，因此能够变薄，能够更进一步实现加热头的小型轻量化。

另外，由于排出头100、100a的四棱柱形状的熔化部30具有4面的平面部，因此能够自由度较高地选择安装于熔化部30的加热单元60的数量以及加热单元60的安装位置。进一步地，在根据需要将温度监控单元(温度传感器)安装于平面部的情况下，能够容易地安装于该平面部。

另外，为了防止发生逆流，从与长丝密接并且以不阻碍送入长丝的程度的适当的力保持长丝的观点出发，逆流防止部件50可以结合其材料的弹性等而适当地确定形状。

1、1a热端

3a固体状态的长丝

3b熔化状态的长丝

3c固体与液体混合状态的长丝

A安装夹具

10供给部

11供给口

12通路

20断热部

20a开口

21、22台阶部

30熔化部

40排出部

41排出口

50逆流防止部件

60加热单元(加热头)

61、66绝缘基板

62发热电阻体

63电极

64电源

65分流电阻

51防脱部件

71金属部材

71a安装用孔

72壳体部件

72a槽部

72b孔

100、100a排出头。