JP2000330468A - Manufacture of model and apparatus therefor - Google Patents

Manufacture of model and apparatus therefor

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JP2000330468A
JP2000330468A JP11136979A JP13697999A JP2000330468A JP 2000330468 A JP2000330468 A JP 2000330468A JP 11136979 A JP11136979 A JP 11136979A JP 13697999 A JP13697999 A JP 13697999A JP 2000330468 A JP2000330468 A JP 2000330468A
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container
model
powder
shape
manufacturing
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JP11136979A
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Japanese (ja)
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Taro Takagi
高木  太郎
Kikuo Umegaki
菊男 梅垣
Noriyuki Sadaoka
紀行 定岡
Ryuichiro Iwano
龍一郎 岩野
Seiji Hayano
誠治 早野
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Hitachi Ltd
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ASUPEKUTO KK
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To rapidly obtain a fluid model having the strength and rigidity necessary for experiment of the fluid model by packing an alloy fused at temperature below the softening point of the material of a container into the container and smoothing the surface of the container to a prescribed surface roughness. SOLUTION: A container manufacturing process P1 is the process for making the container having the same external shape as the design shape of the fluid parts stated by CAD data D by using an SLS molding apparatus for carrying out modeling by partially sintering material powder. This container is called an unpacked container M1. A liquid material packing process P2 is the process of pouring the fused fusible alloy into the unpacked container M1 and cooling the alloy to solidify. The unpacked container M1 into which the fusible alloy is poured is called a packed container M2. A surface smoothing process P3 is the process of smoothing the surface of the packed container M2 to the prescribed surface roughness by polishing or coating the surface. The surface of the packed container M2 is smoothed in the manner described above, by which the inertia model M3 is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、模型製作方法とそ
の装置に係り、特に水力機械の性能を試験するために使
われる流体模型の製作に好適な模型製作方法とその装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a model, and more particularly to a method and an apparatus suitable for manufacturing a fluid model used for testing the performance of a hydraulic machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピュータの立体データを迅速・簡便
に実体化する技術を、一般にラピッドプロトタイピング
(RP)と呼ぶ。液状の合成樹脂に露光を行って光化学
反応を起こさせて部分的に固化させていく光造形法や、
粉末にレーザビームを照射して部分的に焼結していくS
LS法などがよく知られている。RPについての詳細
は、たとえば「積層造形システム」(中川威雄・丸谷洋
二/工業調査会)などに記載されている。
2. Description of the Related Art A technique for rapidly and easily realizing three-dimensional data of a computer is generally called rapid prototyping (RP). An optical molding method in which a liquid synthetic resin is exposed to light to cause a photochemical reaction to partially solidify,
Irradiating powder with laser beam to partially sinter
The LS method and the like are well known. Details of the RP are described in, for example, "Laid Manufacturing System" (Takeo Nakagawa / Yoji Marutani / Industry Research Committee).

【0003】一般にRPでは、10μm〜1mmの厚さ
の薄層を多数積み重ねていくことによって造形を行うの
で、複雑な形状でも工程を変えずに創成することができ
る。そのためRPを流体実験用の模型の製作に利用しよ
うとする試みがなされてきた。ポンプ・水車などの水力
機械の設計・開発では、ブレードやロータやインペラの
模型がいくつも試作され、性能評価のための実験が行わ
れる。従来これらの流体模型は金属のバルク材(塊)か
ら機械加工によって削り出されて作られていたが、この
方法では数週間〜数ヶ月の製作期間が必要であった。流
体模型をRPで作ることができれば、水力機械の開発期
間を著しく短縮することができる。
Generally, in RP, molding is performed by stacking a large number of thin layers having a thickness of 10 μm to 1 mm, so that a complicated shape can be created without changing the process. For this reason, attempts have been made to use the RP for producing a model for a fluid experiment. In the design and development of hydraulic machines such as pumps and turbines, several models of blades, rotors and impellers are prototyped, and experiments are performed to evaluate their performance. Conventionally, these fluid models have been machined out of a metal bulk material (lumps) by machining, but this method required a manufacturing period of several weeks to several months. If the fluid model can be made with RP, the development period of the hydraulic machine can be significantly reduced.

【0004】しかしRPに用いられる材料は、一般に流
体模型として使用するために充分な引っ張り強さ(引っ
張りによって材料が破断するまでに生ずる応力の最大
値)やヤング率(わずかな引っ張りによって生じる応力
と伸び率の比)を持っておらず、そのためRPで作られ
た大きい直径のロータやインペラを水中で回転させる流
体実験では、流体模型の変形によって実際の製品とかけ
離れた性能が測定されたり、流体模型が破壊して実験装
置を壊したりする恐れがあった。そのため流体模型の直
径を小さくしたり、回転速度を遅くしたりするなどの対
応が必要となったので、水力機械が実際に使用される運
転条件での、正確な性能評価ができなかった。
However, the material used for the RP generally has a sufficient tensile strength (maximum stress generated until the material is broken by the tension) and a Young's modulus (stress generated by a slight tension) to be used as a fluid model. (Elongation ratio), so in a fluid experiment in which a large-diameter rotor or impeller made of RP is rotated in water, the performance of the fluid model is far from the actual product due to deformation of the fluid model. There was a risk of the model breaking and destroying the experimental equipment. Therefore, it was necessary to take measures such as reducing the diameter of the fluid model or reducing the rotation speed, and thus it was not possible to accurately evaluate the performance under the operating conditions under which the hydraulic machine was actually used.

【0005】この問題に対し、RPで用いられる樹脂材
料を、鋳造によって金属に置換する方法が利用されてい
る。よく用いられるのは、消失模型鋳造(インベストメ
ント鋳造)と呼ばれる方法である。この方法では、RP
で作った造形物を鋳物砂の中に埋め、上から溶融金属を
注ぎ込む。するとその熱で造形物が分解して気体とな
り、または溶融して砂にしみ込み、造形物の形状がその
まま金属で置き換えられるというものである。
[0005] To solve this problem, a method of replacing the resin material used in the RP with a metal by casting has been used. A method often used is a method called vanishing model casting (investment casting). In this method, the RP
The molded object made in step is buried in casting sand, and molten metal is poured from above. Then, the heat decomposes the modeled object into a gas, or melts and soaks into the sand, and the shape of the modeled object is directly replaced with metal.

【0006】光造形法やSLS法では、加工にかかる費
用が造形物の体積にほぼ比例する。鋳造によって材料を
置換する方法では、造形物の内部を中空にして体積を減
らすことができるので、模型の製作費用を節減する上で
も有利である。関連する公知例として、特開平7−19
5141号は、光造形法を用いて模型を作製し、これを
セラミックスラリに浸してから耐火性の粒子を振りか
け、その後模型を溶融させて除去することによって、鋳
型を迅速に作る方法を示している。また特開平5−20
0483号は、光造形法で一体物の皮殻を作り、これに
低融点材料を充填することによって、金属を精密鋳造す
る際に鋳型を破損させない消失パターンを作る方法を示
している。
[0006] In the optical shaping method and the SLS method, the cost required for processing is almost proportional to the volume of the formed object. The method of replacing the material by casting is advantageous in reducing the production cost of the model, because the volume of the model can be reduced by hollowing out the inside of the model. A related known example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-19 / 1995.
No. 5141 shows a method of rapidly making a mold by manufacturing a model using a stereolithography method, immersing it in ceramic slurry, sprinkling with refractory particles, and then melting and removing the model. I have. Also, Japanese Patent Laid-Open No. 5-20
No. 0483 shows a method of forming a one-piece crust by stereolithography and filling it with a low-melting-point material to form a disappearance pattern that does not damage the mold when precision casting of metal.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術におい
て、RPを利用して直接流体模型を作る方法では、充分
な強度や剛性(複合材料などにおける、見かけの引っ張
り強さ・ヤング率)を持つ実用的な模型を作ることがで
きなかった。また前記従来技術において、樹脂材料を鋳
造によって金属に置換する方法では、樹脂材料で作られ
た造形物を分解したり溶融させたりするため、600゜
C以上の温度にまで金属を加熱する大がかりな設備が必
要になった。また砂の目が模型の表面に転写されるの
で、流体模型として用いる場合には表面粗さが問題とな
り、後から表面を研摩する必要があった。そのため迅速
性・簡便性が損なわれていた。
In the above-mentioned prior art, in the method of making a fluid model directly using RP, a practical method having sufficient strength and rigidity (apparent tensile strength / Young's modulus in a composite material or the like) is required. Could not make a typical model. Further, in the above-mentioned conventional technique, in the method of replacing a resin material with a metal by casting, a molded article made of the resin material is decomposed or melted, so that the metal is heated to a temperature of 600 ° C. or more. Equipment was needed. Also, since the sand grains are transferred to the surface of the model, the surface roughness becomes a problem when used as a fluid model, and the surface must be polished later. Therefore, quickness and simplicity have been impaired.

【0008】本発明は、流体模型の実験に必要な強度・
剛性を持つ流体模型を迅速・簡便に作ることのできる模
型製作方法およびその装置を提供することを目的とす
る。
[0008] The present invention relates to the strength and strength required for a fluid model experiment.
It is an object of the present invention to provide a model manufacturing method and a device capable of quickly and easily forming a rigid fluid model.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題は、模型製作方
法を、SLS法によって容器を作る容器作製工程と、容
器の材質の軟化点以下の温度で溶融している合金を容器
に充填する液状物充填工程と、容器の表面を所定の表面
粗さにまで平滑化する表面平滑化工程によって構成する
ことにより、解決することができる。
The object of the present invention is to provide a model manufacturing method in which a container is manufactured by an SLS method, and a method of filling the container with an alloy melted at a temperature lower than the softening point of the material of the container. The problem can be solved by comprising a material filling step and a surface smoothing step of smoothing the surface of the container to a predetermined surface roughness.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明になる模型
製作方法による工程の流れを例示した流れ図で、容器作
製工程P1、液状物充填工程P2、及び表面平滑化工程
P3によって構成され、流体部品の設計形状を記述して
いるCADデータDから、完成模型M3を簡便・迅速に
製作するものである。各工程の概略は以下の通りであ
る。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a flow chart exemplifying a process flow according to a model manufacturing method according to the present invention. The flow diagram includes a container manufacturing process P1, a liquid material filling process P2, and a surface smoothing process P3, and describes a design shape of a fluid component. From the CAD data D, the completed model M3 is manufactured simply and quickly. The outline of each step is as follows.

【0011】容器作製工程P1は、材料粉末を部分的に
焼結させることによって造形を行うSLS造形装置を使
用し、CADデータDが記述している流体部品の設計形
状と同じ外形形状を持つ容器を作る工程である。この容
器を未充填容器M1と呼ぶ。液状物充填工程P2は、溶
融している易融合金を未充填容器M1の中に鋳込み、冷
却して凝固させる工程である。未充填容器M1に易融合
金を鋳込んだものを、充填済み容器M2と呼ぶ。表面平
滑化工程P3は、充填済み容器M2の表面を研磨または
塗装し、所定の表面粗さにまで平滑化する工程である。
充填済み容器M2の表面粗さは、SLS造形装置の加工
分解能や材料粉末にも依存するが、通常は0.1mmR
a程度である。これに対して水力実験に使用される流体
模型では、0.3μmRa以下の表面粗さが要求される
こともあるなど、ほとんどの場合に表面平滑化工程P3
が必要となる。充填済み容器M2の表面を平滑化する
と、完成模型M3が得られる。なおここでの「Ra」は
中心線平均粗さであり、これはJIS B 0601に
規定されている。以下、各工程P1〜P3について詳細
に述べる。
In the container manufacturing step P1, a container having the same outer shape as the design shape of the fluid part described by the CAD data D is used by using an SLS modeling device for performing the shaping by partially sintering the material powder. This is the process of making. This container is called an unfilled container M1. The liquid material filling step P2 is a step of casting the molten fusible alloy into the unfilled container M1, cooling, and solidifying. A container in which the unfused metal is cast into the unfilled container M1 is referred to as a filled container M2. The surface smoothing step P3 is a step of polishing or painting the surface of the filled container M2 to smooth the surface to a predetermined surface roughness.
The surface roughness of the filled container M2 depends on the processing resolution of the SLS molding apparatus and the material powder, but is usually 0.1 mmR.
a. On the other hand, in the fluid model used for the hydraulic experiment, the surface smoothing step P3 is almost always performed, for example, a surface roughness of 0.3 μmRa or less may be required.
Is required. When the surface of the filled container M2 is smoothed, a completed model M3 is obtained. Here, "Ra" is the center line average roughness, which is defined in JIS B0601. Hereinafter, each of the steps P1 to P3 will be described in detail.

【0012】図2は、容器作製工程P1の詳細工程を示
す流れ図である。同図において、データ受信工程P11
は、接続されているコンピュータからソリッドモデルで
あるCADデータDを受信し、これをサーフェイスモデ
ルである外形形状データD1に変換する工程である。容
器形状作成工程P12は、外形形状データD1をオフセ
ットさせて内形形状データD2を作り、これらを組み合
わせて容器形状データD3を作る工程である。
FIG. 2 is a flowchart showing a detailed process of the container producing process P1. In the figure, a data receiving process P11
Is a step of receiving CAD data D, which is a solid model, from a connected computer and converting it into external shape data D1, which is a surface model. The container shape creating step P12 is a step of offsetting the outer shape data D1 to create inner shape data D2, and combining these to create container shape data D3.

【0013】次に材料粉末混和工程P13を説明する。
容器形状データD3が作成されると、その形状の未充填
容器M1をSLS造形装置を用いて作成するが、この未
充填容器M1には図1の液状物充填工程P2で易融合金
の溶融物が未充填容器M1に鋳込まれる。このため、未
充填容器M1の材質と易融合金の親和性について配慮す
る必要がある。一般に樹脂と金属の親和性は非常に小さ
いので、未充填容器M1に易融合金溶融物が密着せず、
易融合金の表面張力の影響によってこのような容器M1
と易融合金との間に空隙が生じることがある。図12の
(A)はその様子を示しており、SLS法により層状に
形成された容器M1と充填された易融合金Fとの間に空
隙Vが生じている。空隙Vができると、完成模型M3の
表面が剥離する原因となる。こうした問題に対しては、
銅などの金属粉末S2をSLS法の造形材料としての材
料粉末Sとして使用する方法や、材料粉末Sに金属粉末
S2を混ぜる方法が有効である。銅などの金属と易融合
金Fの親和性は一般に非常に大きい。そのため金属粉末
S2や、金属粉末S2を含む材料粉末Sを使って未充填
容器M1を作れば、凝固した易融合金が未充填容器M1
と強固に一体化することになり、これによって図12の
(B)のように空隙のない状態で完成模型M3を作成で
き、その表面の剥離を防ぐことができる。
Next, the material powder mixing step P13 will be described.
When the container shape data D3 is created, an unfilled container M1 of that shape is created using the SLS molding apparatus, and the unfilled container M1 has a molten material of the fusible alloy in the liquid material filling step P2 of FIG. Is cast into the unfilled container M1. For this reason, it is necessary to consider the affinity between the material of the unfilled container M1 and the fusible alloy. Generally, the affinity between the resin and the metal is very small, so that the easily fused gold melt does not adhere to the unfilled container M1.
Due to the effect of the surface tension of the fusible alloy, such a container M1
In some cases, a gap may be formed between the metal and the fusible alloy. FIG. 12A shows this state, in which a gap V is formed between the container M1 formed in a layered form by the SLS method and the filled fusible alloy F. The formation of the gap V causes the surface of the completed model M3 to peel off. For these issues,
It is effective to use a metal powder S2 such as copper as the material powder S as a molding material of the SLS method, or to mix the metal powder S2 with the material powder S. Generally, the affinity between a metal such as copper and the easy-fusion gold F is very large. Therefore, if the unfilled container M1 is made using the metal powder S2 or the material powder S containing the metal powder S2, the solidified easy-fusion metal is filled with the unfilled container M1.
As a result, the completed model M3 can be formed without any voids as shown in FIG. 12B, and the surface can be prevented from peeling off.

【0014】なお、清浄な銅と易融合金Fの親和性は大
きいが、銅の表面が酸化している場合には親和性が小さ
くなる。銅の表面は時間の経過によって酸化するので、
このような問題を避けるため、材料粉末Sに少量の融剤
粉末S3を混合しておく。ホウ砂や松ヤニやなどの融剤
(フラックス)は、金属の酸化物を還元して除去する性
質を持ち、これによって易融合金溶融物と未充填容器M
1の密着が確保される。このため、所定の割合で樹脂粉
末S1・金属粉末S2・融剤粉末S3を混ぜ、SLS造
形工程P13で使われる材料粉末Sを提供する。これが
図2の材料粉末混和工程P13である。なお、この工程
では、材料粉末Sに融剤粉末S3を混ぜておく代わり
に、未充填容器M1の内側をクリーニングし、そこへ融
剤をコーティングする方法も利用することができる。
Although the affinity between clean copper and easy-fusion gold F is high, the affinity is low when the copper surface is oxidized. The copper surface oxidizes over time,
In order to avoid such a problem, a small amount of flux powder S3 is mixed with the material powder S. Fluxes such as borax, pine tar, and the like have the property of reducing and removing metal oxides.
1 is secured. Therefore, the resin powder S1, the metal powder S2, and the flux powder S3 are mixed at a predetermined ratio to provide the material powder S used in the SLS modeling process P13. This is the material powder mixing step P13 in FIG. In this step, instead of mixing the flux powder S3 with the material powder S, a method of cleaning the inside of the unfilled container M1 and coating the flux therewith can be used.

【0015】次のSLS造形工程P14は、容器形状デ
ータD3によって記述された形状を持つ未充填容器M1
を、SLS造形装置を使用して作製する工程である。S
LS造形工程P14で使われるSLS造形装置Aの構造
を図3に示す。SLS造形装置Aは、材料粉末Sを保持
するコンテナA1と、材料粉末Sの表面を平坦化するリ
コータA2と、送りねじA81を回してリコータA2を
往復させるリコータ駆動装置A3と、材料粉末Sの表面
にレーザビームを照射するレーザヘッドA4と、送りね
じA83(紙面垂直方向)と送りねじ82を回してレー
ザヘッドA4を前後左右に走査するスキャナA5と、材
料粉末Sや造形物を載せて支持するエレベータA6と、
エレベータA6を上下に移動させるエレベータ駆動装置
A7と、SLS造形装置Aの動作を全体的に制御する制
御装置A9によって構成されている。リコータ駆動信号
X1は、リコータ駆動装置A3を動作させ、電力を供給
する信号である。スキャナ・レーザ駆動信号X2は、レ
ーザヘッドA4の走査経路とレーザビームの明滅を制御
し、電力を供給する信号である。エレベータ駆動信号X
3は、エレベータA6の動作を制御し、電力を供給する
信号である。
The next SLS molding process P14 is performed in the unfilled container M1 having the shape described by the container shape data D3.
Is a step of using an SLS modeling apparatus. S
FIG. 3 shows the structure of the SLS modeling apparatus A used in the LS modeling step P14. The SLS modeling apparatus A includes a container A1 for holding the material powder S, a recoater A2 for flattening the surface of the material powder S, a recoater driving device A3 for turning the feed screw A81 to reciprocate the recoater A2, A laser head A4 for irradiating the surface with a laser beam, a scanner A5 for rotating the feed screw A83 (in the direction perpendicular to the paper surface) and the feed screw 82 to scan the laser head A4 back and forth, left and right, and supporting the material powder S and the formed object Elevator A6,
The system includes an elevator driving device A7 that moves the elevator A6 up and down, and a control device A9 that controls the entire operation of the SLS modeling device A. The recoater driving signal X1 is a signal for operating the recoater driving device A3 and supplying power. The scanner / laser drive signal X2 is a signal for controlling the scanning path of the laser head A4 and blinking of the laser beam and supplying power. Elevator drive signal X
A signal 3 controls the operation of the elevator A6 and supplies power.

【0016】SLS造形装置の動作を図4に示す。SL
S造形装置Aは、平坦化された材料粉末Sの表面にレー
ザビームを走査させながら照射していくことによって、
材料粉末Sを焼結し、容器形状データD3が記述してい
る造形物Wの断面形状を持つ層を作る。そして多数の層
を積み重ねていき、目的の立体形状を持つ造形物Wを作
製するものである。
FIG. 4 shows the operation of the SLS printing apparatus. SL
The S shaping device A irradiates the surface of the flattened material powder S while scanning it with a laser beam,
The material powder S is sintered to form a layer having the cross-sectional shape of the modeled object W described by the container shape data D3. Then, a plurality of layers are stacked to produce a modeled object W having a desired three-dimensional shape.

【0017】このためにまず、制御装置A9は、容器形
状データD3を受信すると、これをもとに造形物Wの立
体形状を持つ立体データを生成する。次に積層を行うた
め、この立体データと、それぞれの層の高さにある水平
面の交わりを計算し、造形物Wの断面形状を算出する。
そして層ごとにリコータ駆動信号X1、スキャナ・レー
ザ駆動信号X2、エレベータ駆動信号X3を自動的に生
成する。これによってSLS造形装置Aは次の手順
(1)、(2)、(3)を繰り返すように動作し、層を
積み重ねていく。手順(1)では、エレベータA6また
は造形物Wの上に材料粉末Sを盛り付け、リコータA2
を往復させて、材料粉末Sの表面を平坦化する。手順
(2)では、レーザヘッドA4からのレーザビームを材
料粉末Sの表面に照射する。スキャナA5はレーザヘッ
ドA4を造形物Wの断面に沿って走査させる。このレー
ザビームによって材料粉末Sが焼結され、薄層が作られ
る。手順(3)では、エレベータA6を層の厚さだけ下
降させ、造形物Wに新しい層を重ねるための準備を行
う。このような動作により、最終的に未充填容器M1が
作製される。
For this purpose, first, upon receiving the container shape data D3, the control device A9 generates three-dimensional data having a three-dimensional shape of the modeled object W based on the data. Next, in order to perform the lamination, the intersection of the three-dimensional data and the horizontal plane at the height of each layer is calculated, and the cross-sectional shape of the modeled object W is calculated.
Then, a recoater drive signal X1, a scanner / laser drive signal X2, and an elevator drive signal X3 are automatically generated for each layer. Thus, the SLS modeling apparatus A operates so as to repeat the following procedures (1), (2), and (3), and stacks layers. In the procedure (1), the material powder S is put on the elevator A6 or the shaped object W, and the recoater A2
Is reciprocated to flatten the surface of the material powder S. In step (2), the surface of the material powder S is irradiated with a laser beam from the laser head A4. The scanner A5 causes the laser head A4 to scan along the cross section of the object W. The material powder S is sintered by this laser beam to form a thin layer. In the procedure (3), the elevator A6 is lowered by the thickness of the layer, and preparations are made for stacking a new layer on the model W. By such an operation, the unfilled container M1 is finally manufactured.

【0018】次に、図1の液状物充填工程P2の詳細な
工程を、図5の流れ図を用いて説明する。図5におい
て、未焼結粉末除去工程P21は、未充填容器M1の内
部に残された材料粉末Sや、未充填容器M1に付着した
材料粉末Sを、洗浄や空気吹き付けによって取り除く工
程である。この工程によってクリーニング済み容器M1
1が作られる。易融合金溶解工程P22は、未充填容器
M1の材料の軟化点を越えないように易融合金Fを加熱
して融解させ、易融合金溶融物F1を提供する工程であ
る。易融合金鋳込み工程P23は、クリーニング済み容
器M11に易融合金溶融物F1を鋳込み、未凝固容器M
12を作る工程である。易融合金冷却工程P24は、未
凝固容器M12を冷却し、充填された易融合金溶融物F
1を凝固させる工程である。この工程により、充分な強
度・剛性を持つ充填済み容器M2が作られる。
Next, the detailed steps of the liquid filling step P2 of FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 5, the unsintered powder removing step P21 is a step of removing the material powder S left inside the unfilled container M1 and the material powder S adhered to the unfilled container M1 by washing or blowing air. This step cleans the container M1
One is made. The fusible alloy melting step P22 is a step of heating and melting the fusible alloy F so as not to exceed the softening point of the material of the unfilled container M1, thereby providing the fusible gold melt F1. In the easy-fusion gold casting step P23, the easy-fusion gold melt F1 is cast into the cleaned container M11 and the unsolidified container M
This is the process of making No. 12. In the fusible alloy cooling step P24, the unsolidified container M12 is cooled, and the filled fusible alloy melt F is filled.
This is a step of coagulating No. 1. By this step, a filled container M2 having sufficient strength and rigidity is produced.

【0019】次に、図1の表面平滑化工程P3の詳細工
程を、図6を用いて説明する。図6において、表面平滑
化工程P3は、研磨工程P3aかコーティング工程P3
bのいずれか、またはその組み合わせによって実現する
ことができる。研磨工程P3aは、充填済み容器M2の
表面をヤスリや研磨紙などで削ったり、研磨剤を付けた
バフなどで磨いたりして、完成模型M3を作る工程であ
る。この場合は、未充填容器の外形は、完成時の外形よ
り削りしろに見合うだけ大きめに作っておく。流体模型
の表面を研磨することは従来から普通に行われていた
が、この方法では流体模型の外側からヤスリや研磨紙を
押し当てて摩擦しなければならない。そのため流路に手
が届きにくいクローズ型の流体部品の場合、荒削りから
仕上げ削りまで多くの段階に分けて作業を行う研磨工程
P3aは大変な作業となる。
Next, a detailed process of the surface smoothing process P3 in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the surface smoothing step P3 includes a polishing step P3a or a coating step P3.
b, or a combination thereof. The polishing step P3a is a step of shaving the surface of the filled container M2 with a file, abrasive paper, or the like, or polishing it with a buff or the like to which an abrasive is applied, to produce a completed model M3. In this case, the outer shape of the unfilled container is made larger than the outer shape at the time of completion so as to allow for the shaving margin. Polishing the surface of a fluid model has conventionally been performed normally, but in this method, a file or abrasive paper must be pressed against the outside of the fluid model to rub it. Therefore, in the case of a closed-type fluid component in which it is difficult to reach the flow path, the polishing process P3a in which the work is divided into many stages from rough cutting to finish cutting is a serious operation.

【0020】これに対し、コーティング工程P3bは、
充填済み容器M2の表面に塗装することによって完成模
型M3を作る工程である。この場合には、未充填容器M
1の外形は、完成時の外形より塗り代に見合うだけ、小
さめに作っておく。ここではサーフェイサと呼ばれる塗
料を使用する。この方法では、サーフェイサを塗布する
ためにスプレーガンなどを利用することができるので、
クローズ型の流体部品の場合でも作業は簡単である。あ
るいは充填済み容器M2をサーフェイサに漬けてから引
き上げ、表面にサーフェイサを付着させてからしばらく
放置し、余分なサーフェイサを下に落としてもよい。充
填済み容器M2の表面に塗布されたサーフェイサは、表
面張力によって充填済み容器M2の表面の段差を埋め、
その後硬化して強固な皮膜を形成する。このためのサー
フェイサは合成樹脂の一種なので、主に樹脂で作られて
いる充填済み容器M2の表面との親和性が大きい。親和
性の大きい二つの物質は密着しやすく、剥がれにくい。
金属で作られている従来の流体模型では、合成樹脂であ
る塗料と、模型の材質である金属の間の親和性が小さい
ことによってサーフェイサの剥離が問題となったため、
コーティングによって模型の表面を平滑化することは難
しかったが、本発明による模型製作方法Pではサーフェ
イサの剥離が起きにくいので、模型の表面を平滑化する
方法として、研磨の他にコーティングを利用することが
できる。
On the other hand, the coating process P3b
This is a step of making a completed model M3 by painting the surface of the filled container M2. In this case, the unfilled container M
The outer shape of item 1 is made smaller than the outer shape at the time of completion, just as much as the coating allowance. Here, a paint called a surfacer is used. In this method, a spray gun or the like can be used to apply the surfacer,
The operation is simple even with closed-type fluid components. Alternatively, the filled container M2 may be immersed in a surfacer and then pulled up to allow the surfacer to adhere to the surface and then left for a while to drop the surplus surfacer down. The surfacer applied to the surface of the filled container M2 fills a step on the surface of the filled container M2 by surface tension,
Thereafter, it hardens to form a strong film. Since the surfacer for this is a kind of synthetic resin, it has a high affinity with the surface of the filled container M2 mainly made of resin. Two substances having high affinity are easy to adhere to each other and are hard to be separated.
In the conventional fluid model made of metal, the surfacer peeling became a problem due to the low affinity between the paint, which is a synthetic resin, and the metal, which is the material of the model,
Although it was difficult to smooth the surface of the model by coating, in the model manufacturing method P according to the present invention, peeling of the surfacer is unlikely to occur. Can be.

【0021】本発明になる模型製作方法では、以上に詳
述した工程により模型の製作を行うが、次にこの方法を
流体部品の例を示してさらに具体的に説明する。ここで
示す流体部品は、水力発電に使用されるカプラン水車の
羽根であり、図7は5枚の羽根BをハブHの周囲に取り
付けた水車の外観を、図8はシャンク部B1を除く羽根
Bの形状を示す。シャンク部B1は羽根BをハブHに取
り付けるための部分で、ネジが切られている。フィレッ
ト部B2は羽根Bの全体をシャンク部B1に結合する部
分で、ブレード部B3よりも厚く作られている。ブレー
ド部B3は水の流れから力を受け取る部分で、流れを妨
げないように薄く作られている。エッジ部B4はブレー
ド部B3の端の部分で、特に薄く作られている。また、
図9はCADデータが記述している羽根Bの形状を模式
的に示している。羽根Bの性能を評価するには、縮小模
型を使用して実験を行う。図9に記した寸法は縮小模型
の寸法であり、実際の製品は縮小模型の約20倍の寸法
を持つ。実験では羽根BをハブHに取り付け、毎分18
00回転の回転速度で回転させる。そのため縮小模型で
も、通常は50MPa以上の強度と50GPa以上の剛
性が要求される。
In the model manufacturing method according to the present invention, a model is manufactured by the steps described in detail above. Next, this method will be described more specifically with reference to examples of fluid parts. The fluid components shown here are the blades of a Kaplan turbine used for hydroelectric power generation. FIG. 7 shows the appearance of a turbine having five blades B mounted around a hub H, and FIG. 8 shows the blades excluding the shank portion B1. The shape of B is shown. The shank portion B1 is a portion for attaching the blade B to the hub H, and is threaded. The fillet portion B2 is a portion connecting the entire blade B to the shank portion B1, and is made thicker than the blade portion B3. The blade portion B3 is a portion that receives power from the flow of water and is made thin so as not to hinder the flow. The edge portion B4 is an edge portion of the blade portion B3, and is made particularly thin. Also,
FIG. 9 schematically shows the shape of the blade B described by the CAD data. In order to evaluate the performance of the blade B, an experiment is performed using a reduced model. The dimensions shown in FIG. 9 are the dimensions of the reduced model, and the actual product has a size about 20 times that of the reduced model. In the experiment, the blade B was attached to the hub H, and the blade B
Rotate at a rotation speed of 00 rotations. Therefore, a reduced model usually requires a strength of 50 MPa or more and a rigidity of 50 GPa or more.

【0022】図10は、CADデータDから作られる未
充填容器M1の断面を模式的に示したもので、閉じた容
器をその広い面に沿って切った断面図である。この未充
填容器M1には、易融合金溶融物F1を流し込むための
湯口T1を設ける。また模型の内部に気泡が残ると、模
型を回転させた時にトラブルになるので、テーパT2を
設けて気泡が残らないようにする。また未充填容器M1
を薄く作ると、易融合金溶融物F1の重さによって変形
する可能性がある。そのため必要に応じて内部にサポー
トT3を設ける。
FIG. 10 schematically shows a cross section of an unfilled container M1 made from CAD data D, and is a cross-sectional view of a closed container cut along a wide surface thereof. The unfilled container M1 is provided with a gate T1 for pouring the easily-fused gold melt F1. If bubbles remain inside the model, a trouble occurs when the model is rotated. Therefore, a taper T2 is provided to prevent bubbles from remaining. Unfilled container M1
May be deformed by the weight of the fusible gold melt F1. Therefore, a support T3 is provided inside as needed.

【0023】このような未充填容器M1は、材料粉末S
の中に埋まった形で造形される。そこで造形が終わった
ら、未充填容器M1を材料粉末Sの中から掘り出し、焼
結されなかった材料粉末Sを取り除く必要がある。内部
に入り込んでいる材料粉末Sは、未充填容器M1を逆さ
にして振り出す。付着している材料粉末Sを取り去るに
は、表面活性剤を含む水で洗浄し、真空で乾燥させる方
法が効果的である。
The unfilled container M1 is made of a material powder S
It is molded in a form buried inside. Therefore, when the shaping is completed, it is necessary to excavate the unfilled container M1 from the material powder S to remove the unsintered material powder S. The material powder S that has entered the interior is spun out with the unfilled container M1 upside down. To remove the attached material powder S, a method of washing with water containing a surfactant and drying in a vacuum is effective.

【0024】こうして作られた未充填容器M1を垂直に
保持し、易融合金溶融物F1を湯口T1から流し込む
と、図10の中空部V0に易融合金溶融物が充填され
る。易融合金は、スズ(融点は約240゜C)よりも低
い融点を持つ合金の総称で、その組成例を図11に示
す。これらの合金の中には、融点が材料粉末Sの軟化点
よりも低いものがある。そのような合金を使えば、未充
填容器M1を破損させずに充填済み容器M2を作ること
ができる。これらの易融合金のうち、ニュートン合金や
ウッド合金はビスマスを含む。多くの金属は凝固の際に
収縮を伴うが、ビスマス・アンチモンは膨張する性質を
持っており、特にビスマスは顕著である。そのためビス
マスを約50%含む易融合金溶融物F1は、凝固の際に
もほとんど体積が変化しない。薄く平たい形状を持つ羽
根などを鋳造する際、湯口T1の付近の金属が先に凝固
するとブレード部B3の厚さの精度が悪化する恐れがあ
るので、冷却方法を工夫する必要があるが、ビスマス・
アンチモンを含む易融合金を使えば、このような配慮を
しなくてもよい。
When the unfilled container M1 thus produced is held vertically and the easy-fusion gold melt F1 is poured from the gate T1, the hollow portion V0 in FIG. 10 is filled with the easy-fusion gold melt. Easy fusible alloy is a generic term for alloys having a melting point lower than tin (melting point is about 240 ° C.), and an example of the composition is shown in FIG. Some of these alloys have melting points lower than the softening point of the material powder S. If such an alloy is used, a filled container M2 can be made without damaging the unfilled container M1. Among these fusible alloys, Newton's alloy and wood alloy contain bismuth. While many metals shrink during solidification, bismuth and antimony have the property of expanding, especially bismuth. Therefore, the volume of the fusible gold melt F1 containing about 50% of bismuth hardly changes during solidification. When casting a thin flat blade, etc., if the metal in the vicinity of the gate T1 solidifies first, the accuracy of the thickness of the blade portion B3 may deteriorate, so it is necessary to devise a cooling method.・
If easy fusion gold containing antimony is used, such considerations need not be taken.

【0025】次に、以上のような本発明の模型製作方法
や作成された模型の特徴の既述した事項以外を列記す
る。まず、易融合金の流し込まれた未充填容器M1の外
面に直接水を噴霧し、急冷することも可能である。これ
によって易融合金溶融物を凝固させるために要する時間
を省くことができ、模型の製作時間を短縮する上で役立
つ。
Next, the features of the model manufacturing method and the created model other than those described above will be listed. First, it is also possible to spray water directly on the outer surface of the unfilled container M1 into which the easy-fusion gold has been poured, and to quench it. As a result, the time required for solidifying the easily-fused gold melt can be saved, which is useful in shortening the time required for manufacturing the model.

【0026】易融合金の中には、鉛、カドミウム、アン
チモンなどの有毒な重金属を含むものがある。しかし、
使い終わった完成模型M3を加熱すれば、充填されてい
る易融合金を簡単に回収することができる。そのため多
量の金属廃棄物が発生する心配はない。
Some fusible alloys contain toxic heavy metals such as lead, cadmium and antimony. But,
If the used finished model M3 is heated, the filled easy fusion metal can be easily collected. Therefore, there is no worry that a large amount of metal waste is generated.

【0027】固体の易融合金の引っ張り強さ・ヤング率
は、樹脂の5倍〜20倍である。したがって易融合金の
充填された完成模型M3は、樹脂で作られた模型よりも
大きい強さと剛性を持ち、これをそのまま流体実験に使
用する場合にも、変形・破損の危険性は小さい。またR
Pで造形する体積が小さくなるので、模型の製作費用も
節減される。金属のバルク材から模型を削り出す方法と
比べると、模型の製作期間を10分の1以下に短縮し、
かつ費用を5分の1以下に節減することが可能である。
The tensile strength and Young's modulus of the solid fusible alloy are 5 to 20 times that of the resin. Therefore, the completed model M3 filled with the easy fusion metal has greater strength and rigidity than the model made of resin, and even when used as it is in a fluid experiment, the risk of deformation and breakage is small. Also R
Since the volume formed by P becomes small, the production cost of the model is also reduced. Compared to the method of shaving a model from a metal bulk material, the time required to make the model is reduced to 1/10 or less,
In addition, costs can be reduced to less than one fifth.

【0028】完成模型M3では、表面に比べて内部のヤ
ング率が大きい構造となっている。このような構造で
は、表面にかかる圧力の勾配に起因する破壊が起こりに
くい。流体機械では、速い流れによって負圧が生じ、流
体部品の表面に気泡が発生する、キャビテーションと呼
ばれる現象が問題になることがある。キャビテーション
が起こると、気泡が消滅する際に生じる衝撃波のため、
流体部品の表面のわずかな部分にきわめて大きい圧力が
かかる。これによって流体部品の表面が腐食され、ひど
い時には流体部品が破損する。このような現象は、キャ
ビテーション腐食と呼ばれている。キャビテーション腐
食は、表面にかかる圧力の勾配に起因する破壊の典型的
なものである。これに対して、本発明の模型製作方法に
よって作られる流体模型では、表面よりも内部の材質の
ヤング率が大きいので、キャビテーション腐食が起こり
にくくなっている。そのためキャビテーションが起こる
ような速い流れの中での実験を、長い時間にわたって行
うことが可能である。
The completed model M3 has a structure in which the Young's modulus inside is larger than the surface. In such a structure, destruction due to the pressure gradient applied to the surface is unlikely to occur. In a fluid machine, a phenomenon called cavitation, in which a negative pressure is generated by a fast flow and bubbles are generated on the surface of a fluid component, may be a problem. When cavitation occurs, due to the shock wave generated when the bubbles disappear,
Very high pressure is applied to a small part of the surface of the fluid component. This corrodes the surface of the fluid component and, in severe cases, damages the fluid component. Such a phenomenon is called cavitation corrosion. Cavitation corrosion is typical of failures due to pressure gradients on surfaces. On the other hand, in the fluid model manufactured by the model manufacturing method of the present invention, the cavitation corrosion hardly occurs because the Young's modulus of the material inside is larger than the surface. Therefore, it is possible to perform an experiment in a fast flow in which cavitation occurs for a long time.

【0029】以上に説明した図1の模型製造方法では、
未充填容器M1の中へ易融合金を充填するものとした
が、完成模型M3にそれほど大きい強度・剛性が要求さ
れない場合などでは、易融合金の代わりに、充分な引っ
張り強さ・ヤング率を持つ非金属材料を未充填容器M1
に充填することももちろん可能である。最近では樹脂と
無機物の複合材料の中に、非常に大きい引っ張り強さ・
ヤング率を持つものも現れてきている。そしてこのよう
な非金属材料を使用するときは、樹脂焼結物との親和性
の問題も大きく緩和されるので、材料粉末Sに金属粉末
S2や融剤粉末S3を混ぜる必要がなくなり、図2の材
料粉末混和工程P13は不要にになる。
In the model manufacturing method of FIG. 1 described above,
The unfilled container M1 is filled with the easy fusion metal. However, when the finished model M3 does not require much strength and rigidity, a sufficient tensile strength and Young's modulus are used instead of the easy fusion metal. Container M1 not filled with non-metallic material
Of course, it is also possible to fill in. Recently, very high tensile strength has been developed in composite materials of resin and inorganic materials.
Some have a Young's modulus. When such a non-metallic material is used, the problem of affinity with the resin sintered product is greatly reduced, so that it is not necessary to mix the metal powder S2 or the flux powder S3 with the material powder S. The material powder mixing step P13 is unnecessary.

【0030】図13は、図1の容器作製工程P1と液状
物充填工程P2を自動化した充填容器製作装置Eの構成
例を示すもので、制御装置E1、容器搬送装置E2、洗
浄装置E3、液状物充填装置E4、冷却装置E5を備え
ている。制御装置E1は一種のCAD/CAM装置で、
容器搬送装置E2、洗浄装置E3、液状物充填装置E
4、冷却装置E5の動作を制御する。
FIG. 13 shows an example of the construction of a filling container manufacturing apparatus E in which the container preparing step P1 and the liquid filling step P2 of FIG. 1 are automated. The control apparatus E1, the container transporting apparatus E2, the cleaning apparatus E3, An object filling device E4 and a cooling device E5 are provided. The control device E1 is a kind of CAD / CAM device,
Container transport device E2, cleaning device E3, liquid material filling device E
4. Control the operation of the cooling device E5.

【0031】制御装置E1は、CADデータDを受信す
ると、図2のデータ受信工程P11と容器形状作成工程
P12を自動的に実行し、容器形状データD3を生成す
る。そしてSLS造形装置Aに、容器形状データD3・
SLS造形装置駆動信号X4を送る。SLS造形装置A
は、その制御装置A9に駆動信号X4を受けると動作を
開始し、容器形状データD3が記述している立体形状を
持つ未充填容器M1を作製する。未充填容器M1が完成
すると、制御装置E1は、容器搬送装置E2に容器搬送
装置駆動信号X5を送る。但しSLS造形装置Aによる
造形時に、材料Sには金属粉末や融剤粉末が必要なとき
は混ぜられているとする。
When receiving the CAD data D, the control device E1 automatically executes the data receiving step P11 and the container shape creating step P12 in FIG. 2 to generate the container shape data D3. Then, the container shape data D3
An SLS printing apparatus drive signal X4 is sent. SLS molding machine A
Starts the operation when the control device A9 receives the drive signal X4, and produces an unfilled container M1 having a three-dimensional shape described by the container shape data D3. When the unfilled container M1 is completed, the control device E1 sends a container transport device drive signal X5 to the container transport device E2. However, at the time of molding by the SLS molding apparatus A, it is assumed that the metal powder and the flux powder are mixed in the material S when necessary.

【0032】容器搬送装置E2は、伸縮可能なマニピュ
レータE21を備えており、駆動信号X5を受けるとこ
のマニピュレータE21を伸ばし、SLS造形装置Aか
ら未充填容器M1を取り出し、洗浄装置E3に搬送す
る。未充填容器M1が洗浄装置E3に送られると、制御
装置E1は、洗浄装置E3に洗浄装置駆動信号X6を送
る。洗浄装置E3には洗浄液が入れられており、未充填
容器M1はマニピュレータE21の下降により湯口T1
を下にして洗浄液に沈められる。洗浄装置E3は超音波
加振装置E31を備えており、洗浄装置駆動信号X6を
受けると超音波加振装置E31を動作させて、洗浄液を
加振する。これによって未充填容器M1に付着している
材料粉末Sを洗い落とし、クリーニング済み容器M11
とする。その後容器搬送装置E2は、クリーニング済み
容器M11を洗浄液から引き上げ、自然乾燥させてから
湯口T1を上にして液状物充填装置E4に搬送する。ク
リーニング済み容器M11が液状物充填装置E4に送ら
れると、制御装置E1は、液状物充填装置E4に液状物
充填装置駆動信号X7を送る。液状物充填装置駆動信号
X7を受けると、液状物充填装置E4はクリーニング済
み容器M11の中に易融合金溶融物もしくは非金属材料
の充填物を流し込む。これによって未凝固容器M12が
作られる。
The container transporting device E2 has an extendable manipulator E21. When the drive signal X5 is received, the manipulator E21 is extended, takes out the unfilled container M1 from the SLS modeling device A, and transports it to the cleaning device E3. When the unfilled container M1 is sent to the cleaning device E3, the control device E1 sends a cleaning device drive signal X6 to the cleaning device E3. The cleaning liquid is filled in the cleaning device E3, and the unfilled container M1 is moved by the lowering of the manipulator E21.
Is submerged in the washing solution. The cleaning device E3 includes an ultrasonic vibration device E31, and upon receiving the cleaning device drive signal X6, operates the ultrasonic vibration device E31 to vibrate the cleaning liquid. As a result, the material powder S adhering to the unfilled container M1 is washed away, and the cleaned container M11 is removed.
And Thereafter, the container transport device E2 pulls up the cleaned container M11 from the cleaning liquid, allows it to dry naturally, and transports the cleaned container M11 to the liquid filling device E4 with the gate T1 facing upward. When the cleaned container M11 is sent to the liquid filling device E4, the control device E1 sends a liquid filling device driving signal X7 to the liquid filling device E4. Upon receiving the liquid material filling device drive signal X7, the liquid material filling device E4 pours the easily fused gold melt or the nonmetallic material into the cleaned container M11. Thereby, the unsolidified container M12 is produced.

【0033】図14は、液状物充填装置E4の構造を示
すもので、易融合金溶融物F1を保持するタンクE41
と、易融合金Fを加熱して溶融させるヒータE42と、
液状物充填装置駆動信号X7によって動作する電磁弁E
43を備えている。易融合金溶融物F1は、クリーニン
グ済み容器M11の材質の軟化点よりいくらか低い温度
に保たれている。電磁弁E43から吐出される易融合金
溶融物F1の体積は、未充填容器M1の内形形状の体積
よりもわずかに少なくなるよう、液状物充填装置駆動信
号X7によって制御されている。そのため易融合金溶融
物F1が、クリーニング済み容器M11の湯口T1から
あふれることはない。
FIG. 14 shows the structure of the liquid material filling device E4. The liquid material filling device E4 has a tank E41 for holding the fusible gold melt F1.
And a heater E42 for heating and melting the easy fusion metal F,
Solenoid valve E operated by liquid material filling device drive signal X7
43. The fusible gold melt F1 is maintained at a temperature somewhat lower than the softening point of the material of the cleaned container M11. The volume of the fusible gold melt F1 discharged from the solenoid valve E43 is controlled by the liquid material filling device drive signal X7 so as to be slightly smaller than the volume of the inner shape of the unfilled container M1. Therefore, the easily fused gold melt F1 does not overflow from the gate T1 of the cleaned container M11.

【0034】易融合金溶融物が鋳込まれると、容器搬送
装置E2は未凝固容器M12を冷却装置E5に搬送す
る。未凝固容器M12が冷却装置E5に送られると、制
御装置E1は、冷却装置E5に冷却装置駆動信号X8を
送る。冷却装置E5は一種の送風機であって、冷却装置
駆動信号X8を受けて動作し、未凝固容器M12を外面
から空冷して易融合金溶融物を凝固させる。これによ
り、充填済み容器M2が作製される。このような動作に
よって模型製作装置Eは、CADデータDから自動的に
充填済み容器M2を作製し、模型製作工程を著しく省力
化することができる。
When the meltable gold melt is cast, the container transport device E2 transports the unsolidified container M12 to the cooling device E5. When the unsolidified container M12 is sent to the cooling device E5, the control device E1 sends a cooling device drive signal X8 to the cooling device E5. The cooling device E5 is a kind of a blower and operates in response to the cooling device drive signal X8 to air-cool the unsolidified container M12 from the outer surface to solidify the fusible gold melt. Thereby, the filled container M2 is manufactured. By such an operation, the model manufacturing apparatus E automatically manufactures the filled container M2 from the CAD data D, and the model manufacturing process can be significantly saved.

【0035】なお、クリーニング済み容器M11の中に
易融合金溶融物を鋳込むとき、易融合金溶融物の冷却・
凝固に伴い、クリーニング済み容器M11の内部に過渡
的な温度分布や流れが生じ、こうした過渡的な温度分布
や流れは、易融合金溶融物を流し込む条件や、クリーニ
ング済み容器M11の形状に依存して変わり、内部に空
隙を生じることがある。そこで図13の制御装置E1に
熱流体シミュレータを持たせ、このような易融合金溶融
物の温度分布や流れを予想することによって、易融合金
溶融物が空気を巻き込んで生じる空隙を避けるように、
易融合金溶融物の温度や流速を最適制御するのが望まし
い。このためには、易融合金溶融物が容器M11に流し
込まれてから凝固するまでの時間を長くする方法が有効
で、それには易融合金溶融物の温度を高くすればよい。
一方、易融合金溶融物の温度を高くすると、クリーニン
グ済み容器M11の材料が軟化する恐れもある。つまり
易融合金溶融物には最適な温度があり、これは流体模型
の形状にも依存する。そこでたとえば易融合金溶融物の
冷めやすい、薄く平たい流体模型を製作する場合には、
易融合金溶融物の温度をいくらか高くしたり、流し込む
流速を早くしたりして、充填済み容器M2の内部に空隙
が生じないようにする。
When casting the fusible melt into the cleaned container M11, the cooling of the fusible melt is performed.
With the solidification, a transient temperature distribution and a flow occur inside the cleaned container M11. The transitional temperature distribution and the flow depend on the conditions for pouring the fusible gold melt and the shape of the cleaned container M11. And may form voids inside. Therefore, the controller E1 of FIG. 13 is provided with a thermal fluid simulator, and by predicting the temperature distribution and the flow of such a fusible alloy melt, a gap generated by the fusible melt being entrained with air is avoided. ,
It is desirable to optimally control the temperature and flow rate of the fusible gold melt. For this purpose, it is effective to increase the time from the time when the meltable fusible melt is poured into the container M11 to the time when it is solidified, and the temperature of the meltable fusible melt may be increased.
On the other hand, if the temperature of the fusible gold melt is increased, the material of the cleaned container M11 may be softened. That is, the fusible gold melt has an optimal temperature, which also depends on the shape of the fluid model. Therefore, for example, when manufacturing a thin and flat fluid model that is easy to cool the easily fused gold melt,
The temperature of the fusible gold melt is raised somewhat, or the flow rate is increased, so that no void is formed inside the filled container M2.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、RPの特徴である簡便
性・迅速性を生かしながら、大きい強度・剛性を持つ大
型の模型を短時間、低価格で、かつ精度がよく、破損し
にくく、表面剥離もおこりにくい模型を作成できる効果
がある。
According to the present invention, a large model having high strength and rigidity can be produced in a short time, at a low cost, with good accuracy, and hardly broken while taking advantage of the simplicity and quickness characteristic of RP. In addition, there is an effect that a model in which surface peeling does not easily occur can be created.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明になる模型製作方法の例を示す流れ図で
ある。
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a model manufacturing method according to the present invention.

【図2】容器作製工程P1の詳細を示す流れ図である。FIG. 2 is a flowchart showing details of a container manufacturing step P1.

【図3】SLS造形装置Aの構造を示す図である。FIG. 3 is a view showing the structure of an SLS printing apparatus A;

【図4】SLS造形装置Aの動作を示す図である。FIG. 4 is a view showing the operation of the SLS printing apparatus A.

【図5】液状物充填工程P2の詳細を示す流れ図であ
る。
FIG. 5 is a flowchart showing details of a liquid material filling step P2.

【図6】表面平滑化工程P3の詳細を示す流れ図であ
る。
FIG. 6 is a flowchart showing details of a surface smoothing step P3.

【図7】水車の外観を示す図である。FIG. 7 is a view showing an appearance of a water wheel.

【図8】羽根Bの外観を示す図である。FIG. 8 is a view showing the appearance of a blade B;

【図9】CADデータDが記述している羽根Bの形状を
示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing the shape of a blade B described by CAD data D.

【図10】未充填容器M1の断面を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic view showing a cross section of an unfilled container M1.

【図11】易融合金の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an easy fusion gold.

【図12】充填済み容器M2の断面の一部を示す拡大図
である。
FIG. 12 is an enlarged view showing a part of a cross section of the filled container M2.

【図13】本発明による充填容器製作装置Eの構成例を
示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a filling container manufacturing apparatus E according to the present invention.

【図14】液状物充填装置E4の構造例を示す図であ
る。
FIG. 14 is a view showing a structural example of a liquid material filling device E4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A SLS造形装置 D CADデータ D3 容器形状データ E 模型製作装置 E1 制御装置 E2 容器搬送装置 E3 洗浄装置 E4 液状物充填装置 E5 冷却装置 F 易融合金 F1 易融合金溶融物 M1 未充填容器 M11 クリーニング済み容器 M12 未凝固容器 M2 充填済み容器 M3 完成模型 P1 容器作製工程 P11 データ受信工程 P12 容器形状作成工程 P13 SLS造形工程 P2 液状物充填工程 P21 未焼結粉末除去工程 P22 易融合金溶解工程 P23 易融合金鋳込み工程 P24 易融合金冷却工程 P3 表面平滑化工程 P3a 研磨工程 P3b コーティング工程 T1 湯口 T2 テーパ T3 サポート S 材料粉末 S1 樹脂粉末 S2 金属粉末 S3 融剤粉末 A SLS modeling device D CAD data D3 Container shape data E Model making device E1 Control device E2 Container transport device E3 Cleaning device E4 Liquid material filling device E5 Cooling device F Easy fusion F1 Easy fusion molten M1 Unfilled container M11 Cleaned Container M12 Unsolidified container M2 Filled container M3 Complete model P1 Container manufacturing process P11 Data receiving process P12 Container shape forming process P13 SLS modeling process P2 Liquid material filling process P21 Unsintered powder removing process P22 Easy fusion gold melting process P23 Easy fusion Gold casting process P24 Easy fusion cooling process P3 Surface smoothing process P3a Polishing process P3b Coating process T1 Gate T2 Taper T3 Support S Material powder S1 Resin powder S2 Metal powder S3 Flux powder

フロントページの続き (72)発明者 梅垣 菊男 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 定岡 紀行 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 岩野 龍一郎 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 早野 誠治 東京都稲城市東長沼3105−1 株式会社ア スペクト内 Fターム(参考) 2C032 BB01 4F213 AA49 AC04 WA22 WB01 WL03 WL10 WL22 WL26 WL96 4K018 AA03 AB01 AB02 AB03 AB04 AB10 AC01 CA44 EA51 JA07 JA09 JA16 JA27 JA29 KA70Continued on the front page (72) Inventor Kikuo Umegaki 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Noriyuki Sadaoka 7-2, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Ryuichiro Iwano 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Hayano Seiji 3105-1 Higashi Naganuma, Inagi City, Tokyo F-term in Aspect Co., Ltd. (reference) 2C032 BB01 4F213 AA49 AC04 WA22 WB01 WL03 WL10 WL22 WL26 WL96 4K018 AA03 AB01 AB02 AB03 AB04 AB10 AC01 CA44 EA51 JA07 JA09 JA16 JA27 JA29 KA70

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 模型の設計形状から外形形状を定め、そ
の外形形状を持つ容器を粉末の部分的焼結を繰り返して
生成し、その容器の内部へ当該容器の材質を傷めない硬
化性の液状物を充填したのち硬化させて前記容器と一体
化させることにより模型を製作することを特徴とする模
型製作方法。
An outer shape is determined from a design shape of a model, a container having the outer shape is generated by repeating partial sintering of powder, and a curable liquid that does not damage the material of the container is formed inside the container. A method for producing a model, comprising filling a product, curing the product, and integrating the product with the container to produce a model.
【請求項2】 請求項1に記載の模型製作方法におい
て、前記容器の材質が合成樹脂、セラミック、またはそ
れらの複合材料であり、前記硬化性の液状物が、前記容
器の材質の軟化点よりも低い温度で溶融している金属で
あることを特徴とする模型製作方法。
2. The method for manufacturing a model according to claim 1, wherein the material of the container is a synthetic resin, a ceramic, or a composite material thereof, and the curable liquid material is based on a softening point of the material of the container. A metal which is also molten at a low temperature.
【請求項3】 請求項1に記載の模型製作方法におい
て、前記容器の材質が金属、またはそれらの複合材料で
あり、前記硬化性の液状物が、前記容器の材質の軟化点
よりも低い温度で溶融している金属であることを特徴と
する模型製作方法。
3. The model manufacturing method according to claim 1, wherein the material of the container is a metal or a composite material thereof, and the temperature of the curable liquid material is lower than the softening point of the material of the container. A method for producing a model, characterized in that the metal is molten in step (1).
【請求項4】 請求項1に記載の模型製作方法におい
て、前記容器の材質が合成樹脂、セラミック、またはそ
れらの複合材料であり、前記硬化性の液状物が、合成樹
脂、またはその複合材料の未硬化物であることを特徴と
する模型製作方法。
4. The model manufacturing method according to claim 1, wherein the material of the container is a synthetic resin, ceramic, or a composite material thereof, and the curable liquid material is a synthetic resin or a composite material thereof. A model production method characterized by being an uncured material.
【請求項5】 請求項2に記載の模型製作方法におい
て、前記容器を生成する粉末を焼結する前に、前記粉末
に金属粉末を混和することを特徴とする模型製作方法。
5. The method according to claim 2, wherein a metal powder is mixed with the powder before sintering the powder forming the container.
【請求項6】 請求項3または請求項4に記載の模型製
作方法において、前記容器を生成する粉末を焼結する前
に、前記粉末に融剤粉末を混和することを特徴とする模
型製作方法。
6. The method according to claim 3, wherein a flux powder is mixed with the powder before sintering the powder for forming the container. .
【請求項7】 請求項2または3に記載の模型製作方法
において、前記溶融している金属が、ビスマスあるいは
アンチモンを含むことを特徴とする模型製作方法。
7. The model manufacturing method according to claim 2, wherein the molten metal contains bismuth or antimony.
【請求項8】 請求項1に記載の模型製作方法におい
て、前記容器の内部にその外壁を支持する強度部材を設
けたことを特徴とする模型製作方法。
8. The model manufacturing method according to claim 1, wherein a strength member for supporting an outer wall of the container is provided inside the container.
【請求項9】 請求項1に記載の模型製作方法におい
て、前記設計形状から定められる外形形状は設計形状よ
り大きく、かつ前記液状物充填・硬化後の容器の外形表
面を研磨して所定の表面粗さにまで平滑化することを特
徴とする模型製作方法。
9. The model manufacturing method according to claim 1, wherein an outer shape determined from the design shape is larger than the design shape, and the outer surface of the container after filling and curing the liquid material is polished to a predetermined surface. A model manufacturing method characterized by smoothing to a roughness.
【請求項10】 請求項1に記載の模型製作方法におい
て、前記設計形状から定められる外形形状は設計形状よ
り小さく、かつ容器の外形表面を塗装して所定の表面粗
さにまで平滑化することを特徴とする模型製作方法。
10. The method of manufacturing a model according to claim 1, wherein the outer shape determined from the design shape is smaller than the design shape, and the outer surface of the container is painted and smoothed to a predetermined surface roughness. A model production method characterized by the following.
【請求項11】 模型の設計形状から外形形状を定める
形状決定手段と、粉末の焼結を繰り返して前記外形形状
を持つ容器を生成する容器生成手段と、この手段により
生成された容器を洗浄する洗浄手段と、この手段により
洗浄された容器の内部へ液状物を充填する充填手段と、
この手段により液状物が充填された容器を冷却して液状
物を硬化させる冷却手段とを備えたことを特徴とする模
型製作装置。
11. A shape determining means for determining an external shape from a design shape of a model, a container generating means for generating a container having the external shape by repeating sintering of powder, and cleaning the container generated by this means. Washing means, filling means for filling the liquid material into the container washed by this means,
A cooling device for cooling the container filled with the liquid material by this means to harden the liquid material.
【請求項12】 請求項11に記載の模型製作装置にお
いて、前記容器生成手段から洗浄手段へ、洗浄手段から
充填手段へ、さらに充填手段から冷却手段へ容器を運ぶ
ための運搬手段と、前記容器生成手段、洗浄手段、充填
手段、冷却手段、及び運搬手段の動作を制御して液状物
が充填・硬化された容器が自動生成されるように制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とする模型製作装置。
12. The model manufacturing apparatus according to claim 11, wherein the container is configured to transport the container from the container generating unit to the cleaning unit, from the cleaning unit to the filling unit, and further from the filling unit to the cooling unit, and the container. Control means for controlling operations of the generating means, the cleaning means, the filling means, the cooling means, and the transporting means so as to automatically generate a container filled and cured with a liquid material. Model making equipment.
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