JP2000500404A - 制御された有孔度を有する三次元的な原型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 受け面上に所定のパターンにて材料を堆積配置することにより三次元的な物品を製造する方法にして、物品中に空気又は他の流体のポケットが形成されるよう材料を堆積配置し、ディスペンサより供給される材料の供給速度を調節することにより、物品に所定の有孔度を与えることを含む方法。物品に与えられる最適の有孔度は供給される際の材料の形状次第であるが、一般に１〜２６％の範囲である。

Description

【発明の詳細な説明】 制御された有孔度を有する三次元的な原型の製造方法 発明の背景 本発明は三次元的な原型の製造に係り、特に原型部品の形成に使用される充填 配置パターンの型式により決定される所定の０以外の有孔度を有する原型モデル を製造する方法に係る。 許容し得る原型部品を形成するためには、現在のところ、順次適用される材料 の配置が厳密に制御されなければならない。何故ならば、材料の配置に誤差があ ると、原型部品全体に広がる寸法誤差が発生するからである。更に一つの層に於 ける材料の配置の誤差が原型の種々の層の精度に与える影響を正確に判定するこ とは非常に困難である。 連続的な要素の堆積配置を使用する三次元的な原型の製造のための理想的な条 件に於いては、堆積配置ガン又は押し出しヘッドが全ての押し出し速度に於いて 一様な面積Ａのビードを押し出し、またビードがそれらの間にｂの水平方向の間 隔及びａの上下方向の間隔を有し、Ａ＝ａｂであるようビードの軌道が設計され る場合に、適正な寸法を有する原型部品が得られる。非連続的な要素の堆積配置 に於いては、堆積配置ジェットが体積Ｖの小滴を堆積配置し、配置位置がそれら の間にｂの水平方向の間隔及びａの上下方向の間隔を有し、Ｖ＝ａｂｃである場 合に、適正な寸法を有する原型部品が得られる。 しかし理想的な条件が存在することはまれであり、充実 の原型部品の寸法精度に関する多数の問題が急速原型製造プロセスに発生する。 例えば連続的なビードの堆積配置に於いては、定容積型ポンプが使用されない場 合には、単位時間当りに押し出される材料の量はポンプの運転速度に比例しない 。連続的な要素の堆積配置及び非連続的な要素の堆積配置の何れの場合にも、表 面の湾曲度合が高い領域に於いて材料の物理的性質に起因してビードの間に間隙 が発生し、その場合の物理的性質として内部粘性、表面張力、急速凝固がある。 連続的なビードの押し出しによる急速原型製造法に於いては、ビードの充填配 置パターンに関し二つの限られた態様、即ち矩形列及び六角形列がある。矩形列 の充填配置に於いては、ビード材料は空間を完全に充填するよう非常に小さい半 径を有する９０°の角部に流入しなければならない。角部の角度が１２０°であ る六角形列の充填配置に於いては種々の問題が発生する。ビードは一般に粘性が 高過ぎて１２０°の角部を充填することができない。 他の一つの問題は、押し出し材料がバッチ毎に変化するということである。更 に空気中の水分や酸素の如き物質の吸収やこれらとの反応に起因して、押し出し 材料はそれが加熱されたポット内にある間に性質を変化する。バッチに与える全 ての影響により、或る与えられたポンプ速度にてビード又は小滴として押し出さ れる材料の量がバッチ毎に変化するだけでなくバッチ内に於いても変化する。 更に他の一つの問題は、原型部品に発生する誤差が原型部品全体に広がる傾向 があるということである。押し出しの遅れや過剰の押し出しの如き誤差が原型部 品に発生すると、材料が正確に計量される場合にも誤差がその後の全ての層に於 いて発生する。同様の誤差が最初の層に近接して発生すると、問題はその後の層 に於いて更に悪化する。 また押し出しされたビードは押し出し後に変化する。連続的な押し出しに於い ては、押し出し材料はそれが温度低下する際に収縮し、さらにビードはノズルを 経て強制的に押し出された後に軸線方向に収縮すると共に半径方向に膨張する。 上述の全ての理由から、三次元的な原型製造装置に於いて任意の与えられた時間 に於いて押し出される材料の体積を正確に決定することは困難である。また最下 層に於ける固有の不確定性に起因して、一つのビード層が隣接する層上に如何に 配置されるかを判定することも困難である。 現在使用されている原型製造法には幾つかの種類のものがある。連続押し出し による急速原型製造法は、原型を順次形成すべく、プラットホーム上に材料の連 続的なロード（road）、リボン、又はビードの複数のセグメントを堆積配置する ことを含んでいる。かかる局部的に互いに平行な多数のビードのそれらの軸線に 垂直な断面には、ビードが如何に充填配置されるかに関し二つの限られた態様、 即ち矩形列又は六角形列がある。矩形列の場合には、四つのビ ードが互いに隣接する線に沿って長手方向の間隙又は小孔が発生し、六角形列の 場合には、三つのビードが互いに隣接する線に沿って小孔が発生する。 ラミネーションによる急速原型製造法は充実の原型を順次形成すべく成形され たシート又は膜を堆積配置することを含んでいる。一般にこれらのシートは連続 的な面にて接合し、従って必然的に小孔は存在しない。シートに溝や孔を形成す ることにより有孔度が導入され、このことは後述の如きロストワックス鋳造法の 場合に有用である。この例外を除き、シートラミネーションにて製造される原型 部品の有孔度は一般に０である。 非連続的な要素の押し出しによる急速原型製造法は、小滴が順次充実の原型を 形成するようノズル又はプロジェクタより材料の小滴又は粒子を堆積配置するこ とを含んでいる。原型を通る任意の方向の断面には、三つ又は四つ又はそれ以上 の小滴が互いに隣接する位置に或る大きさの小孔が現れる。 急速原型製造プロセスを制御するための後述の方法は幾つかの既存の技術に適 用可能である。これらの技術を概観すると、それらの従業者は特に最適のレベル にて有孔度を意識的に導入することの利点については認識していないことが解る 。 例えば米国特許第５，３０３，１４１号公報に於いては、原型部品の有孔度の 役割については述べられていない。こ の公報の図９ａ〜図９ｃは可能な最大の有孔度にて堆積配置されたビード（隣接 するビードと線接触する円筒形のビード）を示しており、これは実際の原型部品 の形成にとって好ましい実施形態ではない。 また特開昭６２−２３４９１０号公報には、その図４及びそれに関する明細書 の説明の箇所に於いて充実の原型が球形の粒子より形成されることが記載されて いる。かかる原型部品は推奨される値よりも大きい有孔度を有する。この公報の 図４は、原型を形成する複数の球体の体心立方格子を示しており、原型は実質的 に４５％の有孔度を有するものと考えられる。各球体は隣接する六つの球体と点 接触しかしておらず、そのため脆弱な原型部品しか形成されない。またこの公報 の図６ａ及び図６ｂは他の原型部品の断面を示しており、これらの場合にも原型 部品は点接触した球体にて形成されている。 米国特許第４，６６５，４９２号公報の図２ａ〜図２ｃには、インクジェット に似たメカニズムにより堆積配置される材料が或る残留有孔度を有することが示 されているが、この公報に於いても有孔度の重要性や最適値については述べられ ていない。 更に米国特許第５，２０４，０５５号公報及び同第３４０，６５６号公報には 、インクジェットにより粉末にバインダを適用して三次元的な原型部品を製造す ることが記載されている。バインダが粉末中に浸透するよう粉末は多孔 質であると仮定されているが、これらの公報に於いても有孔度の役割や重要性に ついては言及されていない。 発明の簡単な概要 本発明の一つの目的は、原型部品の全体としての強度、材料の使用、後処理の 改善、寸法精度にとって最適の範囲にて０よりも大きい所定の有孔度を有する完 成した原型を形成すべく、三次元的な原型を形成する材料の堆積配置速度を調節 する方法を提供することである。 本発明の他の一つの目的は、ロード（road）、ビード、リボン、小滴、粒子、 シートを含む種々の要素の形態をなす材料にて原型を形成することのできる方法 を提供することである。 本発明は、材料の要素がそれらの間に流体ポケットが形成されるよう配置され る態様にて凝固可能な材料を所定のパターンにて供給し、所定の範囲内の有孔度 を与えるよう材料の供給速度を調節することによって三次元的な原型を製造する 方法により上記目的を達成する。 迅速に成型される原型部品は、残留する流体ポケットが原型部品全体に分散さ れる場合に堆積配置による急速成型装置に於いて最も良好に形成される。かかる 流体ポケット、即ち小孔は原型部品の一般には充実の部分内に含まれていなけれ ばならない。かかる原型部品はその強度及び密度が非多孔質の原型部品よりも小 さいが、これらの原型部品は寸法精度が高く、原型部品を広範囲の材料にて形成 するこ とが可能であり、原型部品がロストワックス鋳造工程中にセラミック鋳型を破損 する虞れが小さく、繰返し形成可能であり、場合によっては機械加工工程を省略 することが可能である。 非連続的な押し出し又は連続的な押し出しにより材料を追加することによりコ ンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルより三次元的な充実の原型を形成する場 合には、ＣＡＤファイルにより郭定される原型部品の内部を完全に充填する量よ りも少ない材料を意識的に且つ系統的に適用することに利点がある。原型部品の 全ての充実の領域を完全に充填する必要はない。押し出しされたビードの間の流 体ポケットは調節可能なバッファを形成する。 本発明は、許容し得ない原型部品発生の原因になる押し出し速度の変動や要素 配置の変動を適正に且つ効率的に補償する方法を提供する。本発明は製造中に原 型部品に有孔度を導入することによって上記目的を達成する。この有孔度は原型 部品の強度が信頼し得る強度になるよう或る範囲内に制限されなければならない 。原型部品に有孔度を導入することにより、バッチ間に於ける押し出し速度の僅 かな変動やバッチ内に於ける押し出し速度の僅かな変動に敏感ではない原型部品 を形成することができる。更に原型部品に有孔度を導入することにより、押し出 し材料の粘性や表面張力を高くすることができ、また原型部品内に膨張クッショ ンを与えてロストワックス鋳造中に鋳型が破損するこ とを防止することができる。また機械加工の如き追加の工程を省略することがで きる。 本発明のこれらの目的や他の目的及び利点は添付の図面を参照して以下の詳細 な説明を理解することにより明らかとなる。 図面の簡単な説明 図１はビードの矩形列の縦断面図である。 図２はビードの六角形列の縦断面図である。 図３は小滴の矩形列の斜視図である。 好ましい実施形態の説明 物体１０、１６、３０の如き三次元的な充実の原型を規定するコンピュータ支 援設計（ＣＡＤ）ファイルは、一般に原型の充実部分を画定する面を含んでいる 。急速成型装置に於いて原型形成材料が原型の対応する面内にのみ存在するよう 原型を形成すべく密度ρの形成材料が使用される場合には、得られる原型部品は ρの密度を有し、その有孔度は０になる。この場合原型部品の全ての充実の領域 が１００％原型形成材料である。原型部品の全ての充実の領域が原型を形成する 前にその空間の一部を充填する流体（本発明の用途に於いては空気が最も一般的 に使用される流体であるので、流体は密度ρairを有するものとする）の如き他 の物質を含む系統的な小孔１２を有していれば、得られる原型部品はρ_partの密 度を有し、原型部品の有孔度（Ｐ）は以下の如くになる。 小孔１２の如き小孔は窒素、アルゴン、水、オイル、紫外線により硬化可能な モノマー、真空、水、グリコール、液体金属の如き種々の流体にて充填されてよ い。一般に実際の実施に於いては空気が捕捉されるので、有孔度の制御に関する 以下の説明に於いては捕捉される流体は空気であるとして説明されるが、他の流 体であってもよい。空気は典型的な原型形成材料の密度の約１０００分の１であ るので、原型部品の有孔度は以下の如く表される。 以下の説明に於いては、一定断面のビードや一定体積の小滴の如き同一の大き さ及び形状の複数の要素にて原型を形成することについて考える。種々の大きさ の要素を組み合わせることにより有孔度の範囲を大きくすることができる。 三つの例について考える。まず第一の例に於いては、対応するＣＡＤファイル に於いて特定される原型部品を完全に充填するに十分な材料を堆積配置するに必 要な断面積よりも５％小さい断面積のビードを堆積配置する押し出しによる急速 成型装置を使用して原型部品が形成される。原型部品を完全に充填するに必要な ビードの直径が０．０１５inch（０．３８１mm）である場合には、実際のビード の平 均直径は０．０１４６inch（０．３７１mm）になる。かくしてビードの直径が小 さいことにより、０．０００５inch（０．０１２７mm）程度原型部品の内部側へ 変位した原型部品の外面が形成される。かかる外面の変位の他に、ビードの間に 僅かな量の空気が捕捉されることによっても原型部品が良好に形成される。かか る原型部品はビードの間の空隙に起因して０よりも大きい有孔度を有する。 第二の例に於いては、通常の値よりも２０％小さいビード断面積にて押し出し 装置により同一の部材が形成される。かかる状況に於いては、ビードの間の間隙 が非常に大きく互いに隣接するビードが互いに接触しない原型部品の領域が存在 する。一般にかかる大きさのビードにて形成される原型部品は有孔度が過剰であ ることに起因して剥離したり機能が損なわれたりする。 第三の例に於いては、原型部品を完全に充填する値よりも５％大きいビード断 面積にて押し出し装置により同一の部材が形成される。原型部品の各層に於いて 材料はその層の体積よりも多い量にて堆積配置される。この場合原型部品の高さ は押し出しノズルの高さよりも速く上昇する。そのためノズルは次第に原型部品 内に潜り込んだ状態になり、特徴が損なわれたり原型部品が破壊されたりする。 これらの例のポイントは、材料の堆積配置速度が或る狭い範囲内にある限り堆 積配置される材料の量の変動を実際には検出することができないということであ る。材料が堆 積配置される速度が狭い範囲外になると、誤差が許されなくなるだけでなく、誤 差が蓄積する。 図１に於いて、ビード（リボン）１４の矩形列１０については、ビードの高さ がａであり、ビードの幅がｂであるとすると、最大有孔度Ｐmaxは下記の式に従 って演算される。 ここに、ａ≦ｂである。 図２に於いて、ビード（リボン）１８の六角形列１６については、ビードの高 さがａであり、ビードの幅がｂであり、これらの寸法が互いに異なっているもの とすると、最大有孔度は下記の式に従って演算される。 ビードが円筒形であり、正方形の列に配列され、互いに隣接する四つのビード に接触する場合に約２１％の最も高い有孔度が得られる。かかる状況は非常に粘 性の高い材料又は迅速に凝固する材料が層状に又はビードの層として適用される 場合である。かかる条件下に於いては、押し出しされた円筒形のビードは変形し て隣接するビードに密に接 触した状態になることに抵抗する。場合によっては隣接する水平の層内のビード は局部的にのみ互いに平行であり、直径の半分だけ互いに横方向にオフセットす る。かかる状況に於いては、比較的堅い材料や迅速に凝固する材料も締まって有 孔度が約９％になる。 原型部品全体としての強度及び内部接着を向上させるためには円筒形のビード がある程度変形することが好ましい。剛固な円筒体は９％の有孔度になるよう配 列することが可能になり、また大抵の押し出し材料はビードが１％未満の有孔度 になるよう変形し得ないほど十分な粘性を有するので、押し出しによる有孔度の 最適値は５％である。この値によればプロセスウインドウは±４％になる。ビー ドの高さａ及び幅ｂが互いに異なり、ａがｂよりも小さくなるよう材料が押し出 される場合には、最適の有孔度のプロセスウインドウは以下の如くになる。 押し出し成型されるビードの寸法公差は有孔度の公差の約半分、即ち０．０２ ａ／ｂである。かくして押し出し成型されるビード要素の最適の有孔度の範囲は 約２〜１０％であり、最適の有孔度は約５％である。この種の成型に於いては楕 円形のビード要素が使用されてもよい。 十分に平坦に変形されたビードはより高い押し出し精度を必要とするので形成 することが困難である。例えば幅が 高さよりも４倍大きいロード（road）は±１％の体積又は断面積の精度にて押し 出し成型されなければならない。 以上説明した内容によれば、互いに隣接するビードが線接触し、ビードが互い に平行な軸線を有するビード押し出しによる急速成型に於いて最大の有孔度が得 られる。互いに隣接するビードが互いに接触しないほど一つの層内のビードが互 いに十分に隔置されている場合には、かなり大きい有孔度が得られる。このこと は一つの層内のビードが隣接する層内のビードと局部的に平行ではない場合にの み可能である。例えばビードの軸線が層１に於いてはＸ軸に沿い、層２に於いて はＹ軸に沿い、層３に於いてはＸ軸に沿うというような直交Ｘ−Ｙ軸系の如き系 にてビードの軸線が配向される場合である。かかる条件下に於いては、前述のプ ロセス限界によれば有孔度の最大の下限値しか得られない。 インクジェット又は弾丸粒子による急速成型は、原型を順次形成するよう材料 の小滴又は粒子を堆積配置することを含んでいる。このことは一般に、図３に示 されている如く、ノズルの列が最終の部品形成材料又は支持材料の小滴２０を僅 かに互いに隔置された矩形のグリッドの各位置に堆積配置するラスター堆積配置 パターンにて実行される。各層の高さがａであり、各グリッド要素の長さ及び幅 がそれぞれｂ及びｃとすると、最大の有孔度は以下の如くになる。 最大の有孔度はａ＝ｂ＝ｃである場合に達成される。最大の有孔度が達成され る他の二つの場合は面心立方格子及び体心立方格子である。それらの最大の有孔 度は以下の如くである。 剛固な球が密に詰められた場合の有孔度は約２６％である。最適の条件下に於 いても１〜２％未満の有孔度にて材料を堆積配置することは困難であるので、小 滴の堆積配置の有孔度のプロセスウインドウは１４±１２％になる。配置される 小滴の平均高さａが横方向の寸法ｂよりも小さい場合には、最適の有孔度のプロ セスウインドウは以下の如くになる。 上記式９は実質的に丸い小滴にて印刷することが好ましいことを示している。 例えば典型的なワックスジェットプリンタは幅が高さよりも約３倍大きい凝固す る小滴を形成する。この種の印刷の有孔度のプロセスウインドウは１． ６±１．４％である。各小滴の体積を±１．４％の直径公差の範囲内に維持する ことができない場合には、体積の変動を吸収するに十分な空間が凝固する小滴の 間に確保されず、そのため原型部品が不均一に形成される。そのため平坦な小滴 については堆積配置後の機械加工が必要であるが、実質的に対称的な小滴の場合 には機械加工は不要である。押し出し成型される小滴の寸法公差は有孔度の公差 の約３分の１、即ち０．０４（ａ／ｂ）²である。かくして押し出し成型される 要素を使用する急速成型については、最適の有孔度の範囲は約２〜２６％であり 、最適の有孔度は１４％である。実質的に対称的な小孔は、実質的に凝固する小 孔の形状を変化させることなく小滴の入射角を変更することができるという点に 於いてこの種の成型に於いて追加の利点を有する。このことは小滴ノズルが方向 の自由度を有する堆積配置装置に於いて重要である。 また物体は粒子を選択的に結合させるべく粉末層にバインダの小滴を適用した り既に形成された原型にバインダの小滴を適用することにより、或いは粒子を選 択的に焼結することによっても印刷される。これらの原型部品の有孔度は粒径分 布、しまりの度合、粒子の形状、粒子の溶融量（焼結の場合）の関数であるので 、これらの原型部品の有孔度を指示することは困難である。主として後に説明す る鋳造工程の点から、これらの原型部品については残留有孔度が望ましい。 「小さいプロセスウインドウの必要性」 急速成型装置は全製造工程を一つの小さい空間に小型化しようとする。デスク トップによる急速成型は、通常の使用者が信頼性よく且つ繰返し任意の形状の原 型を形成することができるよう、特定の公差にチューニングされた製造プロセス を維持するに必要な全ての製造技術の知識がデスクトップ装置に包含されている ことを必要とする。信頼性のある製造工程を作るための少なくとも四つの基本的 な方法がある。 容易に製造可能な最終製品をデザインする。この手段は急速成型に於いて は一般に利用不可能である。問題のデザインは製造が困難であるので、それらの デザインは一般に急速成型装置を使用して正確に印刷される。 全ての入力パラメータを正確に制御する。この手段は一般にデスクトップ による急速成型に利用不可能である。大気の温度や湿度が変化し、堆積配置され る材料の時効や状態が制御されないことが多く、次第にある程度解らない状態に なる軸受摩耗の如く成型装置内に多数の内部プロセスが存在する。 アクティブフィードバックを適用する。例えば米国特許第５，３０３，１ ４１号公報を参照されたい。 公差の大きいプロセスを使用する。固有のプロセスが設定されたウインド ウ内に於ける入力パラメータの 変動に敏感ではない場合には、そのプロセスのロバスト性を高くすることができ る。 種々の急速成型法は広いプロセスウインドウを必要とする種々の破壊モードを 有する。押し出しによる急速成型は一般に以下の何れかである。 圧力の変化に応じて大きさを変化するガスポケットが供給通路の加圧され る領域に発生する。そのため或る与えられた瞬間に押し出される材料の量を予測 することができない。 粘性ポンプが使用される場合には、単位時間当りに押し出される材料の量 はポンプが運転される際の速度に線形的に比例する。歯車ポンプ又はこれと同様 の連続的な定容積型ポンプが使用される場合には、材料の瞬間的な堆積配置速度 に影響を及ぼす脈動や流量の変動が存在する。 堆積配置される材料は一般に良好な自己接着、剛性、迅速な凝固が達成さ れるよう選定される。一方これらの特性は、堆積配置される材料のメニスカスの 半径が小さく且つ正であるクレバスに材料が充填することを妨げる。 材料やポンプの特性は時間の経過と共に変化する。これらの変化は軸受摩 耗、水の吸収、温度変化、酸化、バッチ毎の材料の変化に起因する。 誤差は原型部品全体に広がる傾向がある。空気がビ ードを隣接する位置へ移動させ、或いは材料が付着するのではなく角部より引き 剥がされ、或いはガスポケットがビードより一時的に抜け出す。材料が正確に計 量され、誤差の余地がない場合にも、発生する欠陥は原型部品のその後の全ての 層に発生し、その後の層に於いて悪化する。 「ロストワックス鋳造を補助するための有孔度」 ロストワックス鋳造によれば、高温度の鋳造が可能な材料にて溶融可能な原型 部品のレプリカを形成することができる。一般に原型部品はワックス材料にて形 成される。最終の材料が流入可能であり、またワックスが流出し得るよう、ワッ クス材料よりなる湯口及びガス抜きが追加される。次いで原型部品はセラミック スラリーの幾つかの層にて被覆され、セラミックスラリーは硬質のセラミックシ ェルを形成するよう硬化される。ワックス原型部品はシェルごと炉内に配置され 、ワックスの大部分が溶融によって除去され、次いで部品を形成すべく最終の材 料（例えば鋼）がシェルに注がれ、残留するワックスが燃焼によって除去される 。 ロストワックス鋳造用のワックスは特に軟化前には殆ど膨張しないよう成分調 整される。急速成型のための大抵の材料は主として急速成型プロセスに於ける追 加の要件に起因して同一の条件下に於いて大きく膨張する。セラミックシェル及 び充填材料は何れも実質的に非圧縮性であるので、 それらの熱膨張係数の差はセラミックシェルに割れを発生させるに十分な力を発 生することがある。 空気の介入の如き０以外の有孔度が原型部品に導入される場合には、有孔度は 原型部品の圧縮性を増大させ、熱膨張係数の差を補償する。原型部品の小孔に捕 捉される気体が理想気体として挙動するものと仮定すると、原型部品よりの圧力 がシェルを破壊しないようにするために必要な有孔度を計算することができる。 原型部品材料の熱膨張係数をη_nとし、硬化したセラミックシェルの熱膨張係数 をη_sとし、周囲温度をＴaとし、ワックス材料をシェルより流出させるに必要な 温度変化をΔＴとし、周囲圧力をＰaとし、シェルが加熱サイクル中にワックス 材料の膨張に耐えなければならない最大圧力をＰhとすると、必要な最小有孔度 は以下の如くである。 大抵の状況に於いて上記有孔度は以下の如く近似可能である。 例えば典型的な材料は２５×１０^-6／℃の熱膨張係数を有し、鋳型より流出さ せるためにはＳＴＰ（標準状態）よ りも１５０℃高い温度に加熱されなければならず、鋳型は高温の材料よりの１気 圧の差圧を担持し得るものでなければならない（Ｐh＝２Ｐa）。この場合必要な 最小有孔度は４．６％である。またロストワックス鋳造に於ける有孔度の要件は 信頼性のある原型部品の形成に於ける有孔度の要件と両立する。 この解析は、有孔度が原型部品全体に均一に分布し小孔が気体にて充填されて いる限り、原型部品の有孔度に依存しない。このことは従来の鋳造ワックス以外 のロストワックスがマスタ部品に形成されたことを意味する。 従って形成される原型部品の有孔度を以下の如く制御するよう凝固可能な材料 を堆積配置することにより三次元的な原型が形成される。所定の大きさ及び形状 にて材料を押し出すディスペンサは所定のパターンにて移動する。かかる材料の 供給は材料の要素を順次堆積配置して原型部品を形成するよう制御される。材料 の要素の形状及びディスペンサの移動は、押し出し速度と要素の寸法及び形状と の間の関係により決定される有孔度にて原型部品を形成する。材料供給速度は有 孔度が種々の性質の原型部品を形成するに適した範囲内になるよう調節される。 以上に於いては急速成型に意識的に有孔度を導入することの利点について説明 したので、これより所定の有孔度を有する原型部品を形成する方法について説明 する。所定の有孔度を有する原型部品を製造する必要がある場合には、 形成される製品が所望の有孔度を有するよう材料の要素の供給速度が変化される 。材料は使用者により設定されたパターンにて受け面上にディスペンサによって 順次配置される。材料の要素はそれらの間に空気ポケット又は他の流体のポケッ トが形成されるよう所定の位置に堆積配置される。また材料の供給速度も所定の 有孔度を有する原型部品の形成が補助されるよう調節される。 ディスペンサは流体状態の材料供給源として機能する加圧式材料供給源を使用 するノズルの如く、急速成型工業に於いて使用されている任意の型式の公知のデ ィスペンサであってよい。また加圧された材料は定容積型ポンプにより供給され てよい。このディスペンサは断面楕円形のビード要素を供給する際に最も良好に 機能する。使用されてよい他の型式のディスペンサは実質的に球形の小滴を供給 するインクジェット型のディスペンサである。 添付の図に示されている如く、ビードが矩形列又は六角形列にて配列されるこ とにより水平方向及び上下方向に互いに隣接するよう、ビード要素は連続的な水 平の複数の層として堆積配置される。ビードは図には示されていない広範囲の種 々のパターンにて堆積配置されてよいことに留意されたい。 以上の詳細な説明は本発明の原理を説明するためのものである。種々の変更や 修正が当業者によって行われてよく、以上の詳細な説明は本発明の範囲を限定す るものではない。 好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は以下の請求の範囲 によって決定されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 受け面上に凝固可能な材料を堆積配置することにより、所定の有孔度を有 し物品の一部に前記凝固可能な材料が存在しない部分を含む三次元的な物品を製 造する方法にして、 所定の大きさ及び形状の三次元的な物品が形成されるよう所定のパターンにて 移動されるディスペンサより受け面上に凝固可能な材料を供給する工程であって 、前記材料の供給は前記材料を順次堆積して所望の物品を形成するよう制御され る工程と、 前記材料を複数の互いに隣接する要素として堆積配置する工程であって、前記 要素はそれらの間に流体ポケットが形成されるよう堆積配置される工程と、 形成される物品に所定の有孔度を与えるよう前記材料の供給速度を調節する工 程と、 を含んでいることを特徴とする方法。 ２． 前記流体ポケットは空気にて充填されることを特徴とする請求項１に記載 の方法。 ３． 前記ディスペンサはノズルであり、前記材料は加圧供給源より流体の状態 にて前記ノズルへ供給され、前記材料は前記要素を郭定する連続的なビードの形 態にて前記ノズルより押し出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ４． 前記ビードは実質的に断面楕円形であることを特徴 とする請求項３に記載の方法。 ５． 前記加圧供給源は前記物品に１〜９％の有孔度を与えるよう調節されるこ とを特徴とする請求項３に記載の方法。 ６． 前記加圧供給源は前記物品に実質的に５％の有孔度を与えるよう調節され ることを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７． 前記ディスペンサはインクジェット型の小滴ディスペンサであり、前記材 料は前記要素を郭定する小滴の形態にて堆積配置されることを特徴とする請求項 １に記載の方法。 ８． 前記小滴の堆積配置は前記物品に２〜２８％の有孔度を与えるよう制御さ れることを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９． 前記小滴の堆積配置は前記物品に実質的に１４％の有孔度を与えるよう制 御されることを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０． 堆積配置される際の前記小滴は実質的に球形であることを特徴とする請 求項７に記載の方法。 １１． 前記材料は前記加圧供給源を含む定容積型ポンプより前記ノズルへ供給 されることを特徴とする請求項３に記載の方法。 １２． 前記ビードが上下方向及び水平方向に互いに隣接し垂直断面が実質的に 矩形の列になるよう水平方向に連続 的な層状に前記ビード要素が堆積配置されることを特徴とする請求項３に記載の 方法。 １３． 前記ビードが上下方向及び水平方向に互いに隣接し垂直断面が実質的に 六角形の列になるよう水平方向に連続的な層状に前記ビード要素が堆積配置され ることを特徴とする請求項３に記載の方法。 １４． 前記ビード要素が相互にずれて所定の最小の有孔度を与えるよう水平方 向に連続的な層状に前記ビード要素が堆積配置されることを特徴とする請求項３ に記載の方法。 １５． 前記所定の最小の有孔度は実質的に１％であることを特徴とする請求項 １４に記載の方法。 １６． 前記供給速度は１〜２０％の有孔度を与えるよう調節されることを特徴 とする請求項１に記載の方法。