JP2001038812A - 粉粒体積層造形法における粉粒体循環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】未硬化の粉粒体の有効利用を図り得る粉粒体積
層造形法における粉粒体循環装置を提供する。 【解決手段】この装置は、粉粒体を散布して形成した散
布層に光または熱を与えて硬化層を形成し、この硬化層
を積層して三次元的な積層造形物９を形成する粉粒体積
層造形方法に用いられる。この装置は、積層造形物９を
形成するための造形装置１と、造形装置１に対して相対
移動し相対移動に伴い粉粒体を散布して散布層を造形装
置１に形成する散布装置２と、散布の際に余剰物として
造形装置１から除かれた粉粒体、または、積層造形物か
ら余剰物として排出された粉粒体を受ける受け部３と、
受け部３に受けた未硬化の粉粒体を散布装置２に戻し、
再使用に供する戻し装置４とを具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉粒体積層造形法に
おける粉粒体循環装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９−１３６１３９号公報には、レ
ジンコーティドサンドを散布して散布層を形成し、この
散布層にレーザビームを照射して硬化層を形成し、この
硬化層を積層して三次元的な積層造形物を形成する粉粒
体積層造形方法が開示されている。散布層を形成する際
には、未硬化のレジンコーティドサンドが余剰物として
取り除かれる。

【０００３】また積層造形物の砂落とし時には、未硬化
のレジンコーティドサンドが余剰物として積層造形物か
ら取り除かれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】余剰物として取り除か
れた未硬化のレジンコーティドサンドは、必ずしも有効
利用が図られていない。

【０００５】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、未硬化のレジンコーティドサンド等の粉粒体
の有効利用を図り得る粉粒体積層造形法における粉粒体
循環装置を提供することを解決すべき課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る粉粒体積層
造形法における粉粒体循環装置は、粉粒体を散布して形
成した散布層に光または熱を与えて硬化層を形成し、こ
の硬化層を積層して三次元的な積層造形物を形成する粉
粒体積層造形方法に用いられるものであり、積層造形物
を形成するための造形装置と、造形装置に対して相対移
動し相対移動に伴い粉粒体を散布して散布層を造形装置
に形成する散布装置と、散布の際に余剰物として造形装
置から除かれた粉粒体、または、積層造形物から余剰物
として排出された粉粒体を受ける受け部と、受け部に受
けた未硬化の粉粒体を散布装置に戻し、再使用に供する
戻し装置とを具備していることを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明装置によれば、積層造形物
を形成するための造形装置に対して散布装置が相対移動
し、相対移動に伴い粉粒体が散布される。これにより散
布層が造形装置に形成される。散布の際に、余剰物の粉
粒体は造形装置から除かれ、受け部に受けられる。

【０００８】散布層は光または熱の照射により硬化し、
硬化層が形成される。このような散布工程及び照射工程
がこの順に繰り返されて硬化層が多数積層され、積層造
形物が得られる。積層造形が完了したら、積層造形物か
ら未硬化の粉粒体が除かれる。積層造形物から除かれた
未硬化の粉粒体は、受け部に受けられる。

【０００９】上記のようにして受け部に受けられた未硬
化の粉粒体は、戻し装置によって散布装置に戻される。
これにより未硬化の粉粒体は再利用に供される。

【００１０】戻し部としては、受け部に貯まっている未
硬化の粉粒体を散布装置に戻すことができる機能をもつ
ものである。戻し部としては、例えば、受け部と散布装
置との間をエンドレス状に移動できる可動体と、可動体
に装備された複数個のバケットとを備えたバケット方式
を採用することができる。

【００１１】本発明装置の好ましい形態によれば、受け
部は、造形装置から除かれた粉粒体を受けると共に、再
使用可能な未硬化の粉粒体と再使用に不適切な粉粒体と
を選別する振動フィルタと、振動フィルタで選別された
再使用可能な未硬化の粉粒体を収容する収容部とを備え
ている構成を採用することができる。

【００１２】振動フィルタの振動が造形装置に伝達され
ないように、振動の伝達の絶縁を図るための方策を施す
ことが好ましい。これにより振動フィルタの振動が造形
装置に伝達されることが抑制され、積層造形を良好にな
し得る。

【００１３】粉粒体としては、砂粒子にレジンが被覆さ
れたレジンコーティドサンドを採用することができる。
砂粒子の平均粒径としては、レジンが被覆されていない
状態で、１０〜２００μｍ程度、３０〜１５０μｍ程
度、５０〜１００μｍ程度を採用することができる。レ
ジンとしては熱硬化性樹脂、特にフェノール樹脂を採用
することができる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を図面を参照して説明する。

【００１５】本実施例に係る装置は、粉粒体としてのレ
ジンコーティドサンドを散布して形成した散布層に光ま
たは熱を与えて硬化層を形成し、この硬化層を積層して
三次元的な積層造形物を形成する粉粒体積層造形方法に
用いられるものである。

【００１６】本実施例の装置は、造形装置１と、散布装
置２と、受け部３と、戻し装置４とを具備している。

【００１７】造形装置１は、造形物を形成するためのも
のであり、造形空間１０ａをもつ四角枠状をなす枠体１
０と、枠体１０の底部を形成する昇降盤１１と、昇降盤
１１を昇降させる駆動源としての油圧または空圧式の駆
動シリンダ装置１２とをもつ。枠体１０から砂落とし作
業場７に向けて、横方向に架設されたスライド板１４が
設けられている。スライド板１４は積層造形物９をスラ
イド移送できるものであり、上下方向に貫通する多数の
砂落とし孔１４ａをもつ。

【００１８】散布装置２は、造形装置１に対して水平方
向に沿って相対移動し、相対移動に伴いレジンコーティ
ドサンド８を散布して散布層６（目標平均厚み：約１０
０μｍ〜１５０μｍ）を造形装置１に形成するものであ
る。散布装置２は、上面開口を備えた収容室２０と収容
室２０の底に形成された吐出口２２ともつ容器２４と、
容器２４の吐出口２２に回転可能に装備された回転可能
な掻き出しローラ２６と、掻き出しローラ２６の下方に
連結具２８ｃを介して設けられた板状をなす掻き取り部
材２８とをもつ。

【００１９】容器２４の収容室２０に、砂粒子にレジン
が被覆されたレジンコーティドサンド８が収容されてい
る。レジンコーティドサンド８の平均粒径は１００μｍ
以下と微細である。

【００２０】図２に示すように、散布装置２が水平方向
に沿ってつまり矢印Ｘ１方向に沿って移動しつつ、掻き
出しローラ２６が回転すると、吐出口２２からレジンコ
ーティドサンド８が少量ずつ吐出され、堆積される。掻
き取り部材２８は容器２４に一体的に保持されており、
容器２４の移動に伴い掻き取り部材２８は同方向に移動
する。そのため、堆積された余剰のレジンコーティドサ
ンド８を掻き取り部材２８は掻き取り、造形装置１の枠
体１０の上端１０ｕから除去する。

【００２１】図１に示すように、受け部３は、濾過機能
を奏する広面積の金属製の振動フィルタ３０と、振動フ
ィルタ３０の下方に配置された収容部３５とを備えてい
る。収容部３５は、振動フィルタ３０で選別された再使
用可能な未硬化のレジンコーティドサンドを収容するも
のである。振動フィルタ３０は、散布装置２の吐出口２
２及び造形装置１の枠体１０の上端１０ｕよりも下方に
位置しており、砂落とし作業場７に向かうにつれて下降
傾斜している。振動フィルタ３０のフィルタ目は、未硬
化のレジンコーティドサンド８を通過させると共に、散
布層の厚みより大きな砂粒や異物等が混入しないような
大きさとされている。振動フィルタ３０は振動駆動源３
０ｋにより振動される。従って振動フィルタ３０に載せ
られたレジンコーティドサンド８は、振動フィルタ３０
の振動に伴い、砂落とし作業場７に向けて矢印Ｍ１方向
に振動を伴って次第に搬送される。

【００２２】搬送中において、未硬化のレジンコーティ
ドサンド８は振動フィルタ３０のフィルタ目を通過して
落下し、収容部３５に収容される。このとき、粗大化し
ているため使用に不適切なレジンコーティドサンド８は
フィルタ目を通らず、振動フィルタ３０による振動搬送
に伴い、砂落とし作業場７に向かい、砂落とし作業場７
の下方の異物容器５に異物として排出される。更に、フ
ィルタ目を通過できない他の異物が振動フィルタ３０上
に存在するときであっても、その異物は、振動フィルタ
３０による振動搬送に伴い、砂落とし作業場７に向か
い、砂落とし作業場７の下方の異物容器５に異物として
排出される。

【００２３】前記した戻し部４はレジンコーティドサン
ド８を循環させる循環コンベヤとして機能するものであ
る。戻し部４は、受け部３と散布装置２との間を昇降で
きるエンドレス状の可動体４０と、可動体４０に所定間
隔毎に装備された複数個のカップ状をなすバケット４２
とを備えている。

【００２４】造形装置１の枠体１０の上方に設けられて
いるカバー部材５７には、レーザビーム５５ｃをスキャ
ン照射するためのレーザスキャナー装置５５が照射源と
して設けられている。なおカバー部材５７は下方に垂下
した垂下壁部５７ｓ，５７ｔをもつ。

【００２５】積層造形の際を行う場合について説明す
る。まず最初の散布層６を形成するにあたっては、図２
に示すように、掻き出しローラ２６を回転させつつ、散
布装置２を水平方向に沿ってつまり矢印Ｘ１方向に移動
させることにより、散布装置２の吐出口２２から容器２
４内のレジンコーティドサンド８を少量ずつ吐出し、昇
降盤１１の設置面１１ｍの上に堆積させる。堆積したレ
ジンコーティドサンド８は掻き取り部材２８により掻き
取られるため、平坦な散布層６が形成される。

【００２６】図２に示すように、余剰の未硬化のレジン
コーティドサンド８は掻き取り部材２８により掻き取ら
れて枠体１０の上端１０ｕから落下し、振動フィルタ３
０の上に載せられ、振動フィルタ３０で濾別される。再
使用できる正常な未硬化のレジンコーティドサンド８は
微細なままであるため、振動フィルタ３０のフィルタ目
を落下し、収容部３５に受けられる。しかしフィルタ目
よりも大きなサイズに粗粒化したレジンコーティドサン
ド８等の異物は、振動フィルタ３０上に残り、振動に伴
い下流側つまり矢印Ｍ１方向に移送され、砂落とし作業
場７に至り、更に振動フィルタ３０の端３ｅから落下し
て異物容器５に排出される。

【００２７】上記のようにした散布層６を形成したら散
布装置２を元の位置に待機させ、散布工程を終える。

【００２８】その後、照射工程を行う。即ち、図１に示
すレーザスキャナー装置５５（ＣＯ ₂レーザまたはＹＡ
Ｇレーザ）から、所定スポット径をもつレーザビーム５
５ｃを散布層６に向けて照射する。レーザビーム５５ｃ
は所定のパターンを描くように散布層６にスキャン照射
しても良い。あるいは、所定のパターンをもつマスク
（図示せず）を用い、レーザスキャナー装置５５からレ
ーザビーム５５ｃをマスク越しに散布層６に照射するこ
とにしても良い。

【００２９】散布層６のうち、レーザビーム５５ｃが照
射された部分では、レジンコーティドサンド８のレジン
が熱硬化するため、隣接するレジンコーティドサンド８
同士が互いに結合する。この結果、図３に示すように硬
化層９０が形成される。

【００３０】これに対して散布層６のうち、レーザビー
ム５５ｃが照射されなかった部分では、レジンコーティ
ドサンド８のレジンが熱硬化しないため未硬化のままで
ある。即ち、未硬化層９５として残る。未硬化層９５は
後処理において容易に崩壊可能であるため、崩壊させれ
ば硬化層９０から容易に除去できる。

【００３１】このようにして照射工程を終えたら、再
び、散布工程を行ない、前の層の上にレジンコーティド
サンド８を堆積させると共に、掻き取り部材２８で余剰
のレジンコーティドサンド８を掻き取り、平坦な散布層
６を形成する。掻き取りに伴い、余剰のレジンコーティ
ドサンド８は振動フィルタ３０の上に載せられて、振動
フィルタ３０により濾別される。その後、その散布層６
に対してレーザビーム５５ｃを照射する照射工程を再び
行う。

【００３２】このように散布工程及び照射工程を多数回
繰り返すことにより、硬化層９０を多数層（例えば２０
０〜１０００層）積層し、これにより三次元的な積層造
形物９（例えば鋳造用の砂型）を造形する。このように
積層造形物９の造形が終了したら、駆動シリンダ装置１
２の駆動により昇降盤１１を上昇させ、枠体１０の造形
空間１０ａから積層造形物９を取り出す。

【００３３】枠体１０から取り出した積層造形物９をス
ライド板１４に載せ、スライド板１４に沿って作業者Ｐ
の手前側に移送する。スライド板１４上の積層造形物９
に対して、作業者Ｐは砂落とし処理を行なう。これによ
り、積層造形物９に付着されていた余剰のレジンコーテ
ィドサンド８を積層造形物９から取り除き、スライド板
１４の砂落とし孔１４ａから振動フィルタ３０に落下さ
せる。

【００３４】即ち、積層造形物９に付着されていた余剰
のレジンコーティドサンド８は、砂落とし処理の際に振
動フィルタ３０上に落下し、濾別作用を受ける。再使用
できる正常な未硬化のレジンコーティドサンド８は、微
細なままであるため、振動フィルタ３０のフィルタ目を
落下し、収容部３５に受けられる。積層造形物９に付着
されていた余剰のレジンコーティドサンド８は、照射工
程を経ているため、部分的に熱硬化し、隣接するレジン
コーティドサンド８同士が結合し、粗粒化しているおそ
れがある。粗粒化した場合には、積層造形での再使用に
は不適である。そのため、粗粒化したため再使用に不適
切なレジンコーティドサンド８は、振動フィルタ３０の
フィルタ目を落下することなく、振動フィルタ３０によ
り矢印Ｍ１方向に移送され、砂落とし作業場７に至り、
振動フィルタ３０の端３ｅから落下して異物容器５に異
物として排出される。

【００３５】ところで、散布装置２の容器２４内のレジ
ンコーティドサンド８の量は、造形の進行につれて次第
に減少する。そこでレジンコーティドサンド８を散布装
置２の容器２４内に補給する必要がある。この点本実施
例においては、収容部３５に収容されている未硬化のレ
ジンコーティドサンド８は、戻し装置４の作動に伴い、
戻し装置４のバケット４２にすくわれ、バケット４２に
より散布装置２の容器２４まで持ち上げられ、バケット
４２の反転に伴い散布装置２の容器２４内に戻される。
このようにして収容部３５に収容されている未硬化のレ
ジンコーティドサンド８は、散布装置２の容器２４内に
補給され、積層造形での再使用に供される。

【００３６】照射工程のときには、散布装置２は待機位
置ＳＡで静止状態で待機している。そのため戻し装置４
を作動させれば、戻し装置４のバケット４２により散布
装置２の容器２４内にレジンコーティドサンド８を容易
に補給することができる。

【００３７】広面積の振動フィルタ３０の上方には、補
給用の新しいレジンコーティドサンドを投入するための
補給用投入空間３０ｘが設けられている。そのため、装
置全体のレジンコーティドサンド８の消費量が増加し、
装置で保有しているレジンコーティドサンド８の保有量
が減少してきたときには、新しいレジンコーティドサン
ド８を振動フィルタ３０上にそのまま投入する。この場
合には、新しいレジンコーティドサンド８は微細であ
り、振動フィルタ３０のフィルタ目よりも小さいため、
振動フィルタ３０のフィルタ目を通過して落下し、収容
部３５に貯まり、そしてバケット４２により散布装置２
の容器２４まで持ち上げられ、散布装置２の容器２４内
に投入される。

【００３８】補給用の新しいレジンコーティドサンド８
にも異物が混入されているおそれがあるが、この異物を
振動フィルタ３０による濾別作用により取り除くことが
でき、異物を取り除いた正常なレジンコーティドサンド
８のみを振動フィルタ３０のフィルタ目を介して落下さ
せ、収容部３５で収容し、再使用に供することができ
る。

【００３９】積層造形後のレジンコーティドサンド８
は、照射工程を経るため、部分硬化したものも含まれて
いることがある。部分硬化したものは粗粒化となり易
い。非振動タイプのフィルタを用いた場合には、レジン
コーティドサンド８の自重だけでは、粗粒化したレジン
コーティドサンド８を容易に濾別することができない。
そこで本実施例では、振動フィルタ３０を上下方向に振
動させる方式が採用されている。これにより異物の濾別
の容易化、効率化を達成できる。

【００４０】しかしながら振動フィルタ３０を用いた場
合には、振動フィルタ３０の振動が、積層造形中の造形
装置１に伝達されるおそれがある。積層造形中の造形装
置１に振動が伝達されると、造形精度が低下するおそれ
がある。そこで本実施例では、振動フィルタ３０の振動
と造形装置１の枠体１０の全周との間に隙間３３を形成
し、振動フィルタ３０と枠体１０とを非接触としてい
る。これにより振動フィルタ３０の振動が造形装置１の
枠体１０に伝達されないようにされている。更に、レジ
ンコーティドサンド８が振動フィルタ３０を通過するこ
となく隙間３３から落下することを防止すべく、隙間３
３を覆う機能をもつひさし部材３４を枠体１０の外部に
設けている。

【００４１】以上の説明から理解できるように本実施例
によれば、余剰のレジンコーティドサンド８を循環さ
せ、散布装置２の容器２４内に戻し、積層造形の再使用
に供することができる。故にレジンコーティドサンド８
を有効利用を図ることができ、製造コストの低減に貢献
できる。

【００４２】更に本実施例においては、新しいレジンコ
ーティドサンド８を装置に補給する場合には、新しいレ
ジンコーティドサンド８を振動フィルタ３０上にそのま
ま投入すればよい。故に、新しいレジンコーティドサン
ド８を散布装置２の小容積の容器２４に逐一投入せずと
も良い。従ってレジンコーティドサンド８の補給作業が
容易である。

【００４３】また新しいレジンコーティドサンド８は、
補給の際に振動フィルタ３０の濾別工程を経るため、補
給する新しいレジンコーティドサンド８に異物が万一混
入していた場合であっても、その異物を取り除くことが
でき、積層造形に支障をきたさない。

【００４４】（他の実施例）なお上記した実施例では、
散布層を硬化させるための照射源としてにレーザスキャ
ナー装置５５を使用しているが、これに限らず、赤外線
を散布層に向けて照射する赤外線ランプ装置を照射源と
して採用することもできる。

【００４５】その他、本発明は上記し且つ図面に示した
実施例のみに限定されるものではなく、必要に応じて適
宜変更できるものである。

【００４６】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握することもできる。・請求項２において、振動フ
ィルタは未硬化の粉粒体が排出される直下に配置されて
いることを特徴とする粉粒体積層造形法における粉粒体
循環装置。・請求項２において、広面積の振動フィルタ
の上には、補給用の新しいレジンコーティドサンドを投
入する補給用投入空間が設けられていることを特徴とす
る粉粒体積層造形法における粉粒体循環装置。

【００４７】

【発明の効果】本発明装置によれば、散布の際に、余剰
物の粉粒体は造形装置から除かれ、受け部に受けられ
る。砂落とし時において、積層造形物から除かれた未硬
化の粉粒体も、受け部に受けられる。受け部に貯まって
いる未硬化の粉粒体は、戻し装置によって散布装置に戻
される。そのため未硬化の粉粒体を散布層の形成に再び
使用することができる。即ち、未硬化の粉粒体を再利用
に供することができ、コスト低減に有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例装置を模式的に示す概念図である。

【図２】最初の散布層を形成する形態を示す断面図であ
る。

【図３】積層造形により積層造形物を形成している形態
を示す断面図である。

【符号の説明】

図中、１は造形装置、２は散布装置、３は受け部、４は
戻し装置、５は異物容器、６は散布層、８はレジンコー
ティドサンド（粉粒体）、９は積層造形物を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉粒体を散布して形成した散布層に光また
   は熱を与えて硬化層を形成し、この硬化層を積層して三
   次元的な積層造形物を形成する粉粒体積層造形方法に用
   いられるものであり、 積層造形物を形成するための造形装置と、 前記造形装置に対して相対移動し相対移動に伴い粉粒体
   を散布して散布層を前記造形装置に形成する散布装置
   と、 散布の際に余剰物として前記造形装置から除かれた粉粒
   体、または、積層造形物から余剰物として排出された粉
   粒体を受ける受け部と、 前記受け部に受けた未硬化の粉粒体を前記散布装置に戻
   し、再使用に供する戻し装置とを具備していることを特
   徴とする粉粒体積層造形法における粉粒体循環装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記受け部は、前記造
   形装置から除かれた粉粒体を受けると共に、再使用可能
   な未硬化の粉粒体と再使用に不適切な粉粒体とを選別す
   る振動フィルタと、前記振動フィルタで選別された再使
   用可能な未硬化の粉粒体を収容する収容部とを備えてい
   ることを特徴とする粉粒体積層造形法における粉粒体循
   環装置。