(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モデル材料を用いてベースの搬送面に３Ｄ物体を層毎に形成するよう構成されたプリントヘッドモジュールであって、
収容溝および支持体を含むブラケットと、
前記ブラケットの上に配置され、前記支持体に固定された押圧部材、前記押圧部材に枢接されたロック部材、および前記押圧部材と前記ロック部材の間にもたれかかる弾性部材を含み、前記ロック部材が、少なくとも１つの第１位置決め部および第１材料入口を有し、前記押圧部材が、前記第１材料入口に対応し、前記モデル材料を供給する第２材料入口を有するロック機構と、
前記収容溝内に取り外し可能に配置され、前記第１位置決め部と係合するよう構成された少なくとも１つの第２位置決め部を含み、前記弾性部材が押圧されると、前記押圧部材から離れようとする復元力が前記ロック部材に提供されて、前記ロック部材と前記ブラケットの間に制限されるプリントヘッドと
を含むプリントヘッドモジュール。
【請求項２】
前記第１位置決め部が、前記収容溝に面した凸部を含み、前記第２位置決め部が、前記プリントヘッドの上面に対応して配置された凹部を含む請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項３】
前記押圧部材が、さらに、少なくとも１つの開口を含み、前記ロック部材が、さらに、少なくとも１つのフックを含み、前記フックが、前記押圧部材と前記ロック部材が互いに接続されるよう、前記開口を通過し、且つ前記開口と係合する請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項４】
前記プリントヘッドが、さらに、ノズルを含み、前記ブラケットが、さらに、前記ノズルに対応する材料供給管を含み、前記材料供給管を介して前記モデル材料を前記ノズルに伝送する請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項５】
前記モデル材料が、熱溶融材料であり、前記プリントヘッドモジュールが、さらに、
前記プリントヘッドに結合されるとともに、前記ノズル内の前記モデル材料を加熱するよう構成され、前記モデル材料を溶かして溶融モデル材料にし、前記溶融モデル材料を前記ノズルから押し出す加熱ユニットを含む請求項４に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項６】
前記プリントヘッドに配置されたファンをさらに含み、前記ファンの空気出口面が、前記材料供給管に面した請求項５に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項７】
前記空気出口面と前記材料供給管の縦方向が鋭角となるよう、前記ファンと前記プリントヘッドの間に配置された傾斜部材をさらに含む請求項６に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項８】
前記ファンに接続された放熱ブロックをさらに含む請求項６に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項９】
前記ブラケットが、さらに、複数のスルーホールを含み、前記ブラケットがスライドレールに沿ってスライドできるよう、前記スライドレールが前記スルーホールを通過する請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項１０】
前記ブラケットに結合され、前記スライドレールに沿ってスライドするよう前記ブラケットを駆動するモータをさらに含む請求項９に記載のプリントヘッドモジュール。
【請求項１１】
前記プリントヘッドが、さらに、前記プリントヘッドの上面に設置された第３材料入口を含み、前記第３材料入口が、前記第１材料入口および前記第２材料入口に対応する請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリントヘッドモジュールに関するものであり、特に、取り外し可能なプリントヘッドモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ支援製造（computer-aided  manufacturing,  CAM）の進歩に伴い、製造業において３Ｄ印刷の技術が発展し、設計のオリジナル概念から製品を迅速に製造できるようになった。３Ｄ印刷技術は、事実上、一連のラピッドプロトタイピング（rapid  prototyping,  RP）技術の総称であり、基本原理は、ラピッドプロトタイピング機械を使用し、Ｘ‐Ｙ平面上にスキャンした加工物の断面形状を形成して、Ｚ座標で層厚を断続的に移動させ、最終的に３Ｄ物体を形成する積層製造である。３Ｄ印刷技術は、どの幾何形状にも応用可能であり、ＲＰ技術は、特に複雑な部品に対して優れた作品を生み出すため、労力と加工時間を大幅に節約することができる。３Ｄ印刷技術は、ＣＡＤ（computer-aided  design）ソフトウェアによって設計されたデジタル３Ｄモデルの物体を短時間でユーザーに提供し、モデルの幾何曲線を触ったり、実際に感じたりできるだけでなく、部品の組み立て可能性や可能な機能の試験を行うこともできる。
【０００３】
しかしながら、上述したＲＰ技術を利用する現在の３Ｄプリンタは、通常、スライドレールに沿ってスライドするよう適合されたブラケットにプリントヘッドが直接固定配設されるため、プリントヘッドがスライドレールに沿って前後にスライドして、３Ｄプリンタのベースに熱溶融材料を噴射することができる。このような配置により、プリントヘッドは、スライド可能なブラケットに固定配設されることから、プリントヘッドを単独で取り外すことは非常に困難であり、不可能でもある。したがって、プリントヘッドのクリーニング、交換またはメンテナンスが難しいため、現在の３Ｄプリンタは、メンテナンスの面で非常に不便であり、たくさんの労力もかかる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ブラケットから容易に取り外し、組み立てることができるプリントヘッドモジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施形態において、モデル材料を用いてベースの搬送面に３Ｄ物体を層毎に形成するよう構成されたプリントヘッドモジュールを提供する。プリントヘッドモジュールは、ブラケットと、ロック機構と、プリントヘッドとを含む。ブラケットは、収容溝と、支持体とを含む。ロック機構は、ブラケットの上に配置され、押圧部材と、ロック部材と、弾性部材とを含む。押圧部材は、収容溝の上に固定される。ロック部材は、弾性部材が押圧部材とロック部材の間にもたれかかるよう、押圧部材に枢接される（pivotally  connected）。ロック部材は、少なくとも１つの第１位置決め部および第１材料入口を有し、押圧部材は、第１材料入口に対応し、モデル材料を供給する第２材料入口を有する。プリントヘッドは、収容溝内に取り外し可能に配置され、第１位置決め部と係合するよう構成された少なくとも１つの第２位置決め部を含む。弾性部材は、押圧されると押圧部材から離れようとする復元力をロック部材に提供して、プリントヘッドをロック部材とブラケットの間に制限する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のプリントヘッドモジュールは、ブラケット上に配置されたロック機構とプリントヘッドの位置決め部の間の構造的係合を利用するため、プリントヘッドがブラケットの収容溝内に配置された時に、ロック機構がプリントヘッドの位置決め部と係合され、プリントヘッドをブラケットに固定し、且つそこから容易に取り外すことができる。これにより、本発明のプリントヘッドモジュールは、クリーニング、交換およびメンテナンス中に、ブラケットから容易に取り外したり、組み立てたりすることができるため、使用およびメンテナンス上のプリントヘッドモジュールの便利性を向上させる。
【０００７】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタに適用するプリントヘッドモジュールの概略図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの側面図である。
【図３】本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの拡大図である。
【図４】本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの部分的拡大図である。
【図５】本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの部分的拡大図である。
【図６】本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの部分図である。
【図７】本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのファンおよび放熱ブロックの概略図である。
【図８】本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのプリントヘッドおよび放熱ブロックの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
理解すべきこととして、前記および他の詳細な説明、特徴および効果は、以下の図面と併せた実施形態を提供することによって、より包括的に説明することを意図する。以下の実施形態において、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等の方向を示す用語は、単に添付の図面における方向を指すものである。そのため、方向性の用語は、説明のために用いるものであって、本発明を限定するものではない。また、以下の実施形態において、同一の、または類似する参照番号は、同一の、または類似する構成要素を示す。
【００１０】
図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタに適用するプリントヘッドモジュールの概略図である。図１を参照すると、本実施形態のプリントヘッドモジュール１００は、３Ｄプリンタ１０に適用することができる。３Ｄプリンタ１０は、例えば、デジタル３Ｄモデルに基づいて３Ｄ物体２０を印刷するよう構成される。３Ｄプリンタ１０は、本実施形態のプリントヘッドモジュール１００と、ベース２００と、スライドレール３００とを含む。プリントヘッドモジュール１００は、モデル材料を用いてベース２００上に３Ｄ物体２０を層毎に形成するよう構成される。図１に示したベース２００は、搬送面２１０を有し、プリントヘッドモジュール１００によって提供されたモデル材料を搬送する。モデル材料は、例えば、図１に示すように、熱溶融材料で構成された固体フィラメント４００であってもよく、ノズル１３９に伝送される。スライドレール３００は、ベース２００の上方に配置される。本実施形態において、スライドレール３００の延伸方向は、搬送面２１０に平行である。プリントヘッドモジュール１００は、スライドレール３００に沿って前後にスライドするよう構成され、ベース２００は、例えば、プリントヘッドモジュール１００に平行に、且つ相対して移動することができる。
【００１１】
詳しく説明すると、３Ｄプリンタ１０は、さらに、プリントヘッドモジュール１００に結合され、デジタル３Ｄモデルを処理するよう構成された制御ユニットを含む。デジタル３Ｄモデルは、ＣＡＤ（computer-aided  design）、アニメーションモデリングソフトウェア等を用いてコンピュータホストで作成したデジタル３Ｄ画像ファイルであってもよい。制御ユニットは、デジタル３Ｄモデルに基づいて、スライドレール３００に沿って移動するようプリントヘッドモジュール１００を制御し、プリントヘッドモジュール１００は、移動しながらモデル材料を搬送面２１０に層毎に分配して、３Ｄ物体２０を形成する。
【００１２】
図２は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの側面図である。図３は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの拡大図である。図２および図３を参照すると、本実施形態において、プリントヘッドモジュール１００は、ブラケット１１０と、ロック機構１２０と、プリントヘッド１３０とを含む。ブラケット１１０は、収容溝１１２と、支持体１１１とを含み、ブラケット１１０は、図１に示すように、スライドレール３００の上にスライド可能に配置される。本実施形態において、ブラケット１１０の底部は、スライドレール３００を通すための複数のスルーホール１１４を含む。つまり、スライドレール３００は、スルーホール１１４を通過するため、ブラケット１１０は、スライドレール３００に沿って前後にスライドすることができる。本実施形態において、プリントヘッドモジュール１００は、さらに、ブラケット１１０に結合されたモータ１４０を含み、スライドレール３００に沿ってスライドするようブラケット１１０を駆動する。本実施形態において、３Ｄプリンタ１０の制御ユニットは、デジタル３Ｄモデルに基づいてモータ１４０を制御し、スライドレール３００に沿ってスライドするようブラケット１１０を駆動することにより、プリントヘッドモジュール１００の全体の動きを制御する。
【００１３】
また、プリントヘッド１３０は、ロック機構１２０を介して収容溝１１２内に取り外し可能に配置される。ロック機構１２０は、ブラケット１１０の上に配置され、押圧部材１２２と、ロック部材１２４と、弾性部材１２６とを含む。押圧部材１２２は、支持体１１１に固定され、収容溝１１２の上方に設置される。本実施形態において、支持体１１１は、ロック孔１１１ａと、固定部１１１ｂとを含む。押圧部材１２２は、押圧部材１２２が支持体１１１に固定されるよう、ロック孔１１１ａを通過して、それと係合する第２フック１２２ｃを含む。ロック部材１２４は、押圧部材１２２に枢接され、回転方向Ｒ１に沿って押圧部材１２２に相対して回転する。詳しく説明すると、ロック部材１２４は、図３に示すように、ロック部材１２４が回転方向Ｒ１に沿って押圧部材１２２に相対して回転できるよう、さらに、押圧部材１２２の回転軸にスリーブ接続（sleeved  on）された旋回素子１２４ｃを含む。弾性部材１２６は、押圧部材１２２とロック部材１２４の間にもたれかかる。プリントヘッド１３０は、収容溝１１２内に取り外し可能に配置される。
【００１４】
図４は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの部分的拡大図である。図３および図４を参照しながら、詳細に説明すると、ロック部材１２４は、少なくとも１つの第１位置決め部１２４ａと、第１材料入口１２４ｄとを有する。押圧部材１２２は、モデル材料が第１材料入口１２４ｄおよび第２材料入口１２２ｂを通過してプリントヘッド１３０に供給されるよう、第１材料入口１２４ｄに対応し、且つ連結した第２材料入口１２２ｂを有する。プリントヘッド１３０は、第１位置決め部１２４ａに対応する少なくとも１つの第２位置決め部１３２と、プリントヘッド１３０の上面に設置された第３材料入口１３１とを含む。第３材料入口１３１は、モデル材料が材料入口１２２ｂ、１２４ｄおよび１３１を順番に通過してプリントヘッド１３０にスムーズに供給されるよう、第１材料入口１２４ｄおよび第２材料入口１２２ｂに対応する。プリントヘッド１３０を収容溝１２２内に配置する時は、使用者がロック部材１２４を持ち上げることにより、ロック部材１２４を押圧部材１２２に向かって回転させることができる。この時、押圧部材１２２とロック部材１２４の間に配置された弾性部材１２６が押圧され、押圧部材１２２から離れようとする復元力Ｆ１がロック部材１２４に提供される。プリントヘッド１３０を収容溝１２２内に配置した後、使用者は、ロック部材１２４を解放することができる。この時、ロック部材１２４は、弾性部材１２６によって提供された復元力Ｆ１を負っているため、元の位置に戻る。これにより、ロック部材１２４の第１位置決め部１２４ａがプリントヘッド１３０の第２位置決め部１３２と係合されて、プリントヘッド１３０をロック部材１２４とブラケット１１０の間に制限する。
【００１５】
同様に、プリントヘッド１３０をブラケット１１０から取り外す時は、使用者が再度ロック部材１２４を持ち上げることにより、ロック部材１２４を押圧部材１２２に向かって回転させることができるため、第１位置決め部１２４ａが第２位置決め部１３２から外れて、プリントヘッド１３０とブラケット１１０の間の構造的干渉を解放することができる。これにより、使用者は、プリントヘッド１３０をブラケット１１０から容易に取り外すことができる。
【００１６】
本実施形態において、第１位置決め部１２４ａは、収容溝１１２に面する凸部であってもよい。第２位置決め部１３２は、プリントヘッド１３０の上面１３４に配置され、凸部と係合するのに適した凹部であってもよい。また、プリントヘッド１３０は、図４に示すように、さらに、ケース１３８を含む。第２位置決め部１３２および第３材料入口１３１は、ケース１３８の上面１３４に配置される。詳しく説明すると、押圧部材１２２は、さらに、少なくとも１つの位置決め孔１２２ａを含む。ロック部材１２４は、さらに、少なくとも１つの第１フック１２４ｂを含む。第１フック１２４ｂは、押圧部材１２２とロック部材１２４が互いに接続されるよう、位置決め孔１２２ａを通過し、且つ位置決め孔１２２ａと構造的に干渉する。
【００１７】
上述した配置により、プリントヘッド１３０が収容溝１２２内に配置された時、ロック部材１２４の第１位置決め部１２４ａがプリントヘッド１３０の第２位置決め部１３２と係合され、プリントヘッド１３０がブラケット１１０に固定される。プリントヘッド１３０をブラケット１１０から取り外す時は、使用者が押圧部材１２２に向かってロック部材１２４を持ち上げるだけで、第１位置決め部１２４ａが第２位置決め部１３２から分離して、プリントヘッド１３０とブラケット１１０の間の構造的干渉が解放され、使用者は、プリントヘッド１３０をブラケット１１０から取り外すことができる。
【００１８】
図５は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの部分的拡大図である。図６は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの部分図である。図５および図６を参照すると、本実施形態において、プリントヘッド１３０は、さらに、ノズル１３９を含む。ブラケット１１０は、さらに、材料供給管１１６と、材料供給モジュール１１８とを含む。材料供給モジュール１１８は、材料供給管１１６とノズル１３９の間に設置され、モデル材料をノズル１３９に伝送する。材料供給管１１６は、支持体１１１の固定部１１１ｂに配置され、材料入口１２２ｂ、１２４ｄ、１３１およびノズル１３９に対応する。プリントヘッド１３０が収容溝１１２内に配置された時、ノズル１３９の位置が材料供給管１１６の位置と対応するため、モデル材料は、材料供給モジュール１１８により材料供給管１１６を通ってノズルに伝送される。また、プリントヘッドモジュール１００は、さらに、加熱ユニット１５０を含んでもよい。モデル材料は、図６に示すように、固体フィラメント４００の形状をした熱溶融材料であってもよい。モデル材料は、図３に示すように、材料供給管１１６を通ってノズル１３９に伝送される。加熱ユニット１５０は、ノズル１３９に伝送されたモデル材料を加熱するよう構成され、それにより、モデル材料を溶融状態の溶融モデル材料に変えて、プリントヘッド１３０から搬送面１２２に層毎に押し出し、図１に示すように、互いに積み重ねられた複数のモデル材料層で構成された３Ｄ物体２０を形成する。本実施形態において、モデル材料は、例えば、ポリ乳酸（polylactic  acid,  PLA）、ＡＢＳ樹脂（Acrylonitrile  Butadiene  Styrene）またはその他の熱溶融ポリマーであってもよい。
【００１９】
本実施形態において、プリントヘッドモジュール１００は、図３に示すように、さらに、プリントヘッド１３０の上に配置されたファン１６０を含む。ファン１６０の空気出口面は、材料供給管１１６に面し、空気出口面は、例えば、材料供給管１１６の縦方向に平行であってもよい。また、別の実施形態において、図２および図５に示すように、ファン１６０の空気出口面１６２と材料供給管１１６の縦方向Ａ１の間が鋭角となるよう、プリントヘッドモジュール１００は、図５に示すように、さらに、ファン１６０とプリントヘッド１３０の間にもたれかかる傾斜部材１８０を含む。これにより、ファン１６０によって提供された冷却空気がノズル１３９に向かって伝送され、ノズル１３９の温度が高くなりすぎてモデル材料が急に柔らかくなったり、溶けたりしないようにする。
【００２０】
また、プリントヘッド１３０は、さらに、ノズル１３９に結合された温度検知ユニット１３６を含み、ノズル１３９の温度を検知する。本実施形態において、３Ｄプリンタ１０の制御ユニットは、温度検知ユニット１３６を介してノズル１３９の温度を取得し、それに基づいてノズル１３９の温度を特定範囲内に制御する。言及すべきこととして、ノズル１３９の温度は、モデル材料の融点よりも実質的に高くなるよう制御されるため、モデル材料は、溶けて溶融モデル材料になることができる。
【００２１】
図７は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのファンおよび放熱ブロックの概略図である。図８は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのプリントヘッドおよび放熱ブロックの概略図である。図７および図８を参照すると、本実施形態において、上述した配置の他に、プリントヘッドモジュール１００は、さらに、放熱ブロック１７０を含み、材料供給管１３８の放熱をさらに行ってもよい。放熱ブロック１７０は、ファン１６０に接続されるため、ファン１６０によって提供された冷却空気が放熱ブロック１７０に伝送され、放熱ブロックの放熱を補助する。本実施形態において、ファン１６０は、図７に示すように、プリントヘッド１３０のケース１３８および放熱ブロック１７０と係合した複数のリベット（rivet）を有するため、プリントヘッド１３０、放熱ブロック１７０およびファン１６０の間の接続関係が固定される。
【００２２】
以上のように、本発明のプリントヘッドモジュールは、ブラケット上のロック機構とプリントヘッドの位置決め部の間の構造的係合を利用するため、プリントヘッドがブラケットの収容溝内に配置された時に、ロック機構がプリントヘッドの位置決め部と係合され、プリントヘッドをブラケットに固定し、且つそこから容易に取り外すことができる。それにより、本発明のプリントヘッドモジュールは、クリーニング、交換およびメンテナンス時に、プリントヘッドを取り外したり、組み立てたりすることができるため、プリントヘッドモジュールの使用およびメンテナンス上の便利性をさらに向上させることができる。
【００２３】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のプリントヘッドモジュールは、クリーニング、交換およびメンテナンス時に、プリントヘッドを取り外したり、組み立てたりすることができるため、プリントヘッドモジュールの使用およびメンテナンス上の便利性をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ３Ｄプリンタ
２０  ３Ｄ物体
１００  プリントヘッドモジュール
１１０  ブラケット
１１１  支持体
１１１ａ  ロック孔
１１１ｂ  固定部
１１２  収容溝
１１４  スルーホール
１１６  材料供給管
１１８  材料供給モジュール
１２０  ロック機構
１２２  押圧部材
１２２ａ  位置決め孔
１２４ｄ  第１材料入口
１２２ｃ  第２フック
１２４  ロック部材
１２４ａ  第１位置決め部
１２４ｂ  第１フック
１２４ｃ  旋回素子
１２２ｂ  第２材料入口
１２６  弾性部材
１３０  プリントヘッド
１３１  第３材料入口
１３２  第２位置決め部
１３４  上面
１３６  温度検知ユニット
１３８  材料供給管
１３９  ノズル
１４０  モータ
１５０  加熱ユニット
１６０  ファン
１６２  空気出口面
１７０  放熱ブロック
２００  ベース
２１０  搬送面
３００  スライドレール
Ａ１  縦方向
Ｆ１  復元力
Ｒ１  回転方向
【図１】
0005889966.tif 000002
【図２】
0005889966.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005889966.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005889966.tif 000008
【図８】
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