CN103167918A - 造型用材料、功能剂、造型制品和制品 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在能够浇注熔点超过1400℃这样的高熔点金属的粉末固着层积法中的造型用材料以及功能剂。制造粉末固着层积法中的造型用材料，是将70重量%以上的铸造砂与作为使该铸造砂相互粘结的粘合剂的粉状前驱体时的水泥或者具有耐热性的树脂相混合而成的。而且，与该种类的造型用材料一起，使用将所述粉状前驱体改性为粘合剂的功能剂。

Description

造型用材料、功能剂、造型制品和制品

技术领域

本发明涉及造型用材料、功能剂、造型制品和制品，特别涉及粉末固着层积法中的造型用材料、功能剂、造型制品和制品。

背景技术

以往有如下的制造铸模的方法：形成三维制品的横截面部分，然后将各自的横截面区域在层方向上集合从而制造铸模。该方法是对于含有型砂(鋳造砂)和灰泥（プラスタ一）的粒状材料，使用供给水性流体的喷墨印刷头来形成各自的横截面区域，其中，灰泥含有大量的矿物石膏来作为型砂的粘合剂而发挥作用。这种类型的铸模制造方法被称为粉末固着层积法（专利文献1）。

专利文献：日本特开2002-528375号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在这里，如果在1000℃左右的温度加热石膏，则作为石膏主成分的硫酸钙被热分解，产生二氧化硫气体。因此，相对于对比文件1中公开的技术，在以熔点超过1000℃的材料（例如，高熔点金属）作为铸造材料时，浇注温度超过1400℃，在熔融液接触到铸模时，铸模过热，产生二氧化硫气体等。其结果，铸模上产生气孔等的缺陷。因此，现实为，对于使用石膏而制造的铸模，可使用的铸造物材料为低熔点金属，即浇注温度被限定为1000℃以下的金属材料。

在这里，本发明的课题在于提供一种即使浇注温度超过1400℃这样的高熔点金属也可以浇注的粉末固着层积法中的造型用材料以及使用其制造的造型制品（例如，铸模），进而提供使用将该造型制品作为成型模而制造的制品（例如，铸造物）。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明为，将骨料和使该骨料相互粘结的粘合剂的粉状前驱体混合而成的粉末固着层积法中的造型用材料，所述骨料为人工铸造砂(鋳物砂)，所述粉状前驱体为以矾土为主成分的水泥。

即，根据本发明，通过采用以矾土为主成分的水泥来代替石膏，即使浇注熔融温度超过1400℃这样的高熔点金属等，也可以制作能够承受该温度的造型制品。

另外，使用本发明的造型用材料来制造的造型制品（例如，铸模），进而使用将该造型制品作为成型模而制造的制品（例如，铸造物）也包含在本发明的权利范围内。

另外，本发明为一种功能剂，其与将骨料和使该骨料相互粘结的粘合剂的粉状前驱体混合而成的粉末固着层积法中的造型用材料一起使用，是使所述粉状前驱体改性为粘合剂的功能剂，所述骨料为人工铸造砂，所述粉状前驱体为以矾土为主成分的水泥。该功能剂与上述造型用材料一起使用，使所述粉状前驱体改性为粘合剂。

在该功能剂中还可以进一步含有防腐剂、消泡剂、干燥剂中的至少任意一种。

具体实施方式

以下，说明有关本发明的实施方式。本实施方式的造型用材料和功能剂为采用粉末固着层积法的、在快速成型制造类型的立体造型物制造装置中使用的物质。立体造型物制造装置例如可以使用Z CORPORATION公司的SpectrumZ310-3DPrinter、EX ONE公司的Prometal-S15。

1.关于造型用材料

本实施方式的造型用材料为在粉末固着层积法中可以适宜使用的材料。该造型用材料具备平均粒径为10μm～90μm的骨料。骨料的平均粒径并不一定必须为该范围，但是该范围内的大小的骨料有难于产生层积不良这样的优点。在使用本实施方式的造型用材料来制造铸模时，可以认为作为骨料采用铸造砂，其平均粒径考虑铸造物表面的品质和将熔融金属浇注时产生的气体的通气性，铸造砂的平均粒径优选为20μm～75μm。

铸造砂如果从成分的观点出发，可以为天然铸造砂，也可以为陶瓷等的人工铸造砂。只是人工铸造砂，由于具有其平均粒径的大小没有不匀、可以得到低热膨胀化、粉状前驱体的高填充性这样的特点，因此优选。特别是由于人工铸造砂接近圆球形，因此，有与下述的粉状前驱体混合容易这样的效果。

另外，铸造砂不仅可以使用新砂，还可以使用再生砂。作为市售品，在本实施方式中适宜使用的铸造砂可以使用ルナモス（花王化学社制）、アルサンド（群荣化学工业(群栄ボ一デン社)制）、内外陶瓷珠(ナイガイセラビ一ズ)（伊藤忠陶瓷技术社制）、锆砂、铬铁矿砂等。铸造砂如果使用各种各样粒径的砂，则有因石垣效应(石垣効果)产生与下述的粉状前驱体容易混合这样的效果，因此可以使其具有广的粒径分布，为此，使用混合砂也是一种方法。

另外，本实施方式的造型用材料具备具有耐热性的粉状前驱体。该粉状前驱体例如可以是以矾土水泥等的矾土为主成分且以在止水水泥等的速硬性上优异的水泥为副成分的水泥混合物。在这里所说的耐热性是指，如果是关于铸造物的制造，则在铸造物材料浇注到铸模时，为满足在铸造物材料与铸模的接触面形成所需要的壳体这样的条件。因此，粉状前驱体的熔点不需要一定超过1400℃。

在这里，对于粉状前驱体进行补充说明。首先，从防止气体缺陷这样的观点出发，希望使用不含有石膏成分的水泥。作为这种水泥的典型例子可以举出矾土水泥。矾土水泥由于进一步具有上述这样的耐热性等优点，因此是适宜的。只是在本发明申请时存在的矾土水泥，在固化速度方面比其他的速硬性水泥要差。

而另一方面，本实施方式的发明的情况，有需要将铸造物表面成为高解析度这样的要求。由此，希望使用在速硬性上优异的水泥。作为这种水泥的典型例子可以举出止水水泥。只是在止水水泥中由于含有石膏成分，因此不否认发生气体缺陷。

从以上的考虑出发，作为粉状前驱体使用除了具有耐热性之外，还满足没有石膏成分且在速硬性上优异这样条件的水泥。但是，由于像这样单一的水泥在本发明申请时不存在，因此，为了补充上述两水泥的优点，在本实施方式中以使用矾土水泥和止水水泥的混合水泥这样的方式来进行。此时，作为粉状前驱体，以矾土水泥作为主成分，矾土水泥与具有速硬性这样的一方面优点的止水水泥相比，具备具有耐热性且抑制气体缺陷这样的两方面的优点。

另外，水泥其勃氏比表面积值越大，水泥的粒径越小，容易促进水合反应，也减少泌水量。另外，勃氏比表面积值越大，初期强度越大。因此，在本实施方式的情况，勃氏比表面积值越大越优选。在这里，例如波兰特水泥其勃氏比表面积值为2500cm²/g左右，速硬水泥为4000cm²/g左右，而矾土水泥为4600cm²/g左右。

进一步，在造型用材料中可以混合各种调节剂。作为调节剂例如可以举出如后面所述的、当对造型用材料喷雾功能剂时，为抑制将功能剂的剩余部分染进应喷雾位置的周围的调节剂。如果使用该种调节剂，可以提高铸模的解析度，而且还可以试图使铸造物表面高品质化。

另外，如果使用该种调节剂，通过功能剂的剩余部分的存在，由于可以使将熔融金属浇注时产生的气体减少，因此，可以防止因该气体而引起的在铸造物上产生缺陷。调节剂可以根据铸造砂或者粉状前驱体的种类而选择的调节剂。

例如，粉状前驱体为水泥时，作为功能剂主体而使用水，但是这种情况下，作为调节剂可以混合硅酸钠、聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）、糊精或者这些的混合物。由此，作为功能剂主体时的水的剩余部分变得被硅酸钠等吸收。另外，根据铸造砂的粒径的大小，可以适宜选择调节剂的混合比例。

如果例示铸造砂和粉状前驱体的混合比例，在本实施方式中例如使用人工铸造砂作为铸造砂，使用矾土水泥和止水水泥作为粉状前驱体，使用PVA作为水分调节剂时，这些大概可以以70～75重量%、25～30重量%、0.5～1.5重量%来进行混合。

另外，作为粉状前驱体的矾土水泥和止水水泥的混合比例根据这些的成分条件而不同，如果以通用的水泥为例子，使用AGC陶瓷社的朝日矾土水泥1号(アサヒアルミナセメント)作为矾土水泥，使用电气化学工业社的デンカキユ一テツクスTYPE0作为止水水泥时，大概可以为70～80重量%、20～30重量%。

对于造型用材料的制造没有限定，只要是将铸造砂、粉状前驱体和调节剂充分地搅拌就可以。因此，例如大约制造100kg的造型用材料时，准备铸造砂大约为70kg，粉状前驱体大约为29kg，调节剂大约为1kg，将这些放入搅拌器，进行适宜搅拌就可以。

表1～表5为显示有关作为粉状前驱体的矾土水泥和止水水泥的差热分析（DTA：differential thermal analysis）和热重分析（TG：Thermo Gravimetry）的分析结果的图。

表1

表2

表3

表4

表5

在表1中显示了在已经论述的ZPrinter450、650中作为纯正品而被使用的ZP150，在表2和表3中分别显示了已经论述的朝日矾土水泥1号，在表4和表5中分别显示了デンカキユ一テツクスTYPE0。另外，表2和表3显示仅纵轴的尺寸不同而相同的分析结果。同样地，表4和表5也仅纵轴的尺寸不同。

首先，如果观察表1，则在TG曲线上在150℃～250℃附近和1200℃附近出现质量的减少，且在DTA曲线上出现吸热峰。这显示作为ZP150主成分的石膏（CaSO₄）·2H₂O在200℃附近产生热变化，进一步在1200℃附近产生热分解。而相对于此，如果观察表2，则没有确认出如表1中出现的热变化、热分解这样的现象。由此可知，由于在矾土水泥中不含有石膏成分，因此，通过将矾土水泥作为粉状前驱体的主成分，可以抑制气体缺陷的产生。

接下来，如果观察表4、表5，则在TG曲线上分别在150℃附近、400℃附近、700℃附近和1300℃附近出现质量的减少，且在DTA曲线上出现吸热峰。这显示除了止水水泥中含有的石膏成分之外，氢氧化钙Ca(OH)₂、碳酸钙CaCO₃产生热分解。如果将表4与表1进行对比可知，由于对TG曲线没有大的变化，因此，因温度变化而引起的重量变化少。

根据以上的考察，首先可知，在铸模的制造时，作为粉状前驱体并不优选使用ZP150。另外，可知如果将粉状前驱体的主成分为止水水泥，由于产生并不像ZP150程度的石膏的热分解，因此可以将矾土水泥作为主成分。

2．关于功能剂

本实施方式的功能剂只要是使粉状前驱体改性为粘合剂而使得造型用材料的铸造砂相互粘结的功能剂就可以。因此，作为功能剂例如对于使用水泥作为粉状前驱体时，可以为含有水的功能剂，使用树脂时可以为使该树脂固化的功能剂（例如，水系树脂固化剂）。本来使用树脂时，作为从喷嘴出来的水系树脂固化剂等的喷雾的取代，可以附加树脂固化用的能量（例如，热或紫外线）。

在这里，作为粉状前驱体使用水泥时，在原理上仅水为粘合剂就可以，但是有时由于水与其的喷雾手段（喷嘴头）之间的摩擦，使该喷雾手段发热。作为粉状前驱体使用陶瓷等的情况也同样。进一步，作为粉状前驱体使用陶瓷等时，有时需要抑制喷嘴头的网眼堵塞。在这里，在与该发热对应的功能剂中可以混合抑制温度上升的抑制剂和/或调整功能剂本体的表面张力的表面活性剂。

抑制剂等相对于功能剂本体的混合比例例如使用水泥作为粉状前驱体时、使用惠普社的墨盒Hp11作为喷雾手段时，作为功能剂本体的水可以为90容量%～95容量%（例如94容量%），作为抑制剂的甘油可以为4容量%～10容量%（例如5容量%），表面活性剂可以为1容量%～2容量%（例如1容量%），进一步，考虑保存性、操作性等，在该粘合剂中还可以选择性地含有防腐剂、消泡剂、干燥剂等。

如以上说明的在本实施方式中，选择粉状前驱体来代替石膏，构成粉末固着层积法中的造型用材料。由此，即使浇注熔融温度超过1400℃这样的高熔点金属，也可以得到能够承受该温度的铸模。

在本实施方式中，作为主要的以例子说明了制造铸模的情况，但是不仅铸模，也可以制造其它的成型模，例如使用树脂系、玻璃系或者橡胶系等的流动固化性材料来制造成型模。

Claims (5)

1.一种造型用材料，其由骨料和使该骨料相互粘结的粘合剂的粉状前驱体混合而成，是粉末固着层积法中的造型用材料，其特征在于，

所述骨料为人工铸造砂，

所述粉状前驱体为以矾土为主成分的水泥。

2.一种功能剂，其为与造型用材料一起使用的功能剂，所述造型用材料是由骨料和使该骨料相互粘结的粘合剂的粉状前驱体混合而成的、粉末固着层积法中的造型用材料，所述功能剂是使所述粉状前驱体改性为粘合剂的功能剂，其特征在于，

所述骨料为人工铸造砂，

所述粉状前驱体为以矾土为主成分的水泥。

3.根据权利要求2所述的功能剂，其中，进一步含有防腐剂、消泡剂、干燥剂中的至少任意一种。

4.一种造型制品，其特征在于，由使用权利要求1所述的造型用材料来制造。

5.一种制品，其特征在于，将权利要求4所述的造型制品作为成型模来制造。