JP2001113605A - 三次元積層造形物の設計方法 - Google Patents
三次元積層造形物の設計方法Info
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- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
Abstract
(57)【要約】
【課題】熱硬化させたくない非照射領域が熱硬化されて
しまうことが生じるのを抑えるのに有利な三次元積層造
形物の設計方法を提供すること。 【解決手段】熱硬化可能な熱硬化物質を散布して形成し
た散布層に熱硬化用光を照射して熱硬化させることによ
り熱硬化層を形成し、更に熱硬化層を積層して形成する
三次元積層造形物を設計する設計方法である。熱硬化用
光を照射した照射領域における初期温度を設定すると共
に、初期温度から伝熱された温度分布を熱伝導式に基づ
いて求める。散布層の非照射領域の温度分布において過
熱部が発生しているときには、過熱部の温度を低くくす
る過熱防止対策を三次元積層造形物に施す。散布層の非
照射領域の温度分布において過熱部が発生していないと
きには、散布層における温度分布が良好であると判定す
る。
しまうことが生じるのを抑えるのに有利な三次元積層造
形物の設計方法を提供すること。 【解決手段】熱硬化可能な熱硬化物質を散布して形成し
た散布層に熱硬化用光を照射して熱硬化させることによ
り熱硬化層を形成し、更に熱硬化層を積層して形成する
三次元積層造形物を設計する設計方法である。熱硬化用
光を照射した照射領域における初期温度を設定すると共
に、初期温度から伝熱された温度分布を熱伝導式に基づ
いて求める。散布層の非照射領域の温度分布において過
熱部が発生しているときには、過熱部の温度を低くくす
る過熱防止対策を三次元積層造形物に施す。散布層の非
照射領域の温度分布において過熱部が発生していないと
きには、散布層における温度分布が良好であると判定す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は三次元積層造形物の
設計方法に関する。本発明は例えば鋳造用鋳型の設計方
法に適用できる。
設計方法に関する。本発明は例えば鋳造用鋳型の設計方
法に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】近年、熱硬化可能な熱硬化物質を散布し
て形成した散布層にレーザビームまたは遠赤外線を照射
して熱硬化させることにより熱硬化層を形成し、更に熱
硬化層を積層して三次元積層造形物を造形する積層造形
技術が本出願人により開発されている。熱硬化物質とし
ては、砂粒子を熱硬化性樹脂で被覆したレジンコーティ
ドサンドが使用されている。
て形成した散布層にレーザビームまたは遠赤外線を照射
して熱硬化させることにより熱硬化層を形成し、更に熱
硬化層を積層して三次元積層造形物を造形する積層造形
技術が本出願人により開発されている。熱硬化物質とし
ては、砂粒子を熱硬化性樹脂で被覆したレジンコーティ
ドサンドが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記した積層
造形技術では、散布層のうち熱硬化させたい領域には、
レーザビームや遠赤外線を照射して熱硬化させるもので
ある。そして、散布層のうち熱硬化させたくない領域に
ついては、レーザビームや遠赤外線を遮光する機能をも
つマスクの遮光部などで散布層を覆って、レーザビーム
や遠赤外線が散布層に照射されないようにするものであ
る。
造形技術では、散布層のうち熱硬化させたい領域には、
レーザビームや遠赤外線を照射して熱硬化させるもので
ある。そして、散布層のうち熱硬化させたくない領域に
ついては、レーザビームや遠赤外線を遮光する機能をも
つマスクの遮光部などで散布層を覆って、レーザビーム
や遠赤外線が散布層に照射されないようにするものであ
る。
【０００４】しかしながら、散布層のうち熱硬化させた
くない領域であっても、つまりレーザビームや遠赤外線
を照射していない非照射領域であっても、レーザビーム
や遠赤外線が照射されて加熱された照射領域からの熱が
伝達されて熱硬化してしまうことが往々にしてある。換
言すれば、散布層には、熱硬化させたくない領域であっ
ても、熱硬化されてしまう部分が生じる。その理由は上
記した熱硬化物質は熱伝達率が低いため、熱が内部に蓄
積されて熱こもりを発生させ易いためである。
くない領域であっても、つまりレーザビームや遠赤外線
を照射していない非照射領域であっても、レーザビーム
や遠赤外線が照射されて加熱された照射領域からの熱が
伝達されて熱硬化してしまうことが往々にしてある。換
言すれば、散布層には、熱硬化させたくない領域であっ
ても、熱硬化されてしまう部分が生じる。その理由は上
記した熱硬化物質は熱伝達率が低いため、熱が内部に蓄
積されて熱こもりを発生させ易いためである。
【０００５】上記したように散布層のうち熱硬化させた
くない非照射領域であっても、レーザビームや遠赤外線
等を照射した照射領域からの熱が伝達されて熱硬化して
しまう場合には、三次元積層造形物の形状、寸法の精度
が低下するため、好ましくない。
くない非照射領域であっても、レーザビームや遠赤外線
等を照射した照射領域からの熱が伝達されて熱硬化して
しまう場合には、三次元積層造形物の形状、寸法の精度
が低下するため、好ましくない。
【０００６】熱こもりを防止するためには、レーザビー
ムや遠赤外線の出力パワーを低下させることにより、レ
ーザビームや遠赤外線のエネルギ密度を小さくして単位
面積あたりの入熱量を減少させることが考えられる。し
かしこの場合には、熱硬化層における硬化が不充分とな
るおそれがある。
ムや遠赤外線の出力パワーを低下させることにより、レ
ーザビームや遠赤外線のエネルギ密度を小さくして単位
面積あたりの入熱量を減少させることが考えられる。し
かしこの場合には、熱硬化層における硬化が不充分とな
るおそれがある。
【０００７】また、三次元積層造形物を複数個に分割し
て造形することにより、三次元積層造形物の内部におけ
る熱こもり性を軽減することも考えられるが、やはり限
界がある。
て造形することにより、三次元積層造形物の内部におけ
る熱こもり性を軽減することも考えられるが、やはり限
界がある。
【０００８】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、熱硬化させたくない非照射領域が熱硬化され
てしまうことが生じるのを抑えるのに有利であり、これ
により三次元積層造形物の形状、寸法の精度を確保する
のに有利な三次元積層造形物の設計方法を提供すること
を課題とするにある。
のであり、熱硬化させたくない非照射領域が熱硬化され
てしまうことが生じるのを抑えるのに有利であり、これ
により三次元積層造形物の形状、寸法の精度を確保する
のに有利な三次元積層造形物の設計方法を提供すること
を課題とするにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る三次元積層
造形物の設計方法は、熱硬化可能な熱硬化物質を散布し
て形成した散布層に熱硬化用光を照射して熱硬化させる
ことにより熱硬化層を形成し、更に熱硬化層を積層して
形成する三次元積層造形物を設計する設計方法であっ
て、熱硬化用光を照射した照射領域における初期温度を
設定すると共に、初期温度から伝熱された温度分布を熱
伝導式に基づいて求め、散布層の非照射領域の温度分布
において過熱部が発生しているときには、過熱部の温度
を低くくする過熱防止対策を三次元積層造形物に施し、
散布層の非照射領域の温度分布において過熱部が発生し
ていないときには、散布層における温度分布が良好であ
ると判定することを特徴とするものである。
造形物の設計方法は、熱硬化可能な熱硬化物質を散布し
て形成した散布層に熱硬化用光を照射して熱硬化させる
ことにより熱硬化層を形成し、更に熱硬化層を積層して
形成する三次元積層造形物を設計する設計方法であっ
て、熱硬化用光を照射した照射領域における初期温度を
設定すると共に、初期温度から伝熱された温度分布を熱
伝導式に基づいて求め、散布層の非照射領域の温度分布
において過熱部が発生しているときには、過熱部の温度
を低くくする過熱防止対策を三次元積層造形物に施し、
散布層の非照射領域の温度分布において過熱部が発生し
ていないときには、散布層における温度分布が良好であ
ると判定することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係る三次元積層造形物
は、熱硬化可能な熱硬化物質を散布して形成した散布層
に熱硬化用光を照射して熱硬化させることにより熱硬化
層を形成し、更に熱硬化層を厚み方向に積層して形成さ
れる。熱硬化物質としては、例えば、砂粒子などのコア
に熱硬化性樹脂を被覆したレジンコーティドサンドを採
用することができる。代表的な熱硬化性樹脂としてはフ
ェノールレジンがある。熱硬化用光としてはレーザビー
ムまたは遠赤外線があげられる。レーザビームとして
は、エネルギ密度が高く工業的に使用されるＣＯ2レー
ザビーム、ＹＡＧレーザビーム等を採用できる。
は、熱硬化可能な熱硬化物質を散布して形成した散布層
に熱硬化用光を照射して熱硬化させることにより熱硬化
層を形成し、更に熱硬化層を厚み方向に積層して形成さ
れる。熱硬化物質としては、例えば、砂粒子などのコア
に熱硬化性樹脂を被覆したレジンコーティドサンドを採
用することができる。代表的な熱硬化性樹脂としてはフ
ェノールレジンがある。熱硬化用光としてはレーザビー
ムまたは遠赤外線があげられる。レーザビームとして
は、エネルギ密度が高く工業的に使用されるＣＯ2レー
ザビーム、ＹＡＧレーザビーム等を採用できる。
【００１１】本発明に係る設計方法においては、レーザ
ビームまたは遠赤外線等の熱硬化用光を照射した照射領
域における初期温度を設定する。初期温度としては、熱
硬化物質の材質、熱硬化用光の種類、三次元積層造形物
の形状等に応じて選択される。初期温度としては、実際
の照射試験を繰り返して決定することが好ましい。照射
された照射領域の初期温度としては例えば１００〜１６
０℃の範囲内で決定することができるが、これに限定さ
れるものではない。照射されなかった領域の初期温度と
しては例えば２０〜８０℃の範囲内で決定することがで
きるが、これに限定されるものではない。
ビームまたは遠赤外線等の熱硬化用光を照射した照射領
域における初期温度を設定する。初期温度としては、熱
硬化物質の材質、熱硬化用光の種類、三次元積層造形物
の形状等に応じて選択される。初期温度としては、実際
の照射試験を繰り返して決定することが好ましい。照射
された照射領域の初期温度としては例えば１００〜１６
０℃の範囲内で決定することができるが、これに限定さ
れるものではない。照射されなかった領域の初期温度と
しては例えば２０〜８０℃の範囲内で決定することがで
きるが、これに限定されるものではない。
【００１２】更に本発明方法においては、初期温度から
伝熱された散布層における温度分布を熱伝導式に基づい
て求める。
伝熱された散布層における温度分布を熱伝導式に基づい
て求める。
【００１３】散布層の非照射領域の温度分布において過
熱部が発生しているときには、過熱部の温度を低くくす
る過熱防止対策を三次元積層造形物に施す。過熱部は一
般的には三次元積層造形物の内部における熱こもりに起
因して発生する。過熱防止対策としては、三次元積層造
形物における熱こもりを防止するために、熱こもり箇所
における三次元積層造形物の厚みを薄くすることにより
熱伝達の促進を図る手段を採用することができる。すな
わち、薄肉化手段を採用することができる。
熱部が発生しているときには、過熱部の温度を低くくす
る過熱防止対策を三次元積層造形物に施す。過熱部は一
般的には三次元積層造形物の内部における熱こもりに起
因して発生する。過熱防止対策としては、三次元積層造
形物における熱こもりを防止するために、熱こもり箇所
における三次元積層造形物の厚みを薄くすることにより
熱伝達の促進を図る手段を採用することができる。すな
わち、薄肉化手段を採用することができる。
【００１４】更には、過熱部となる部分において、熱硬
化物質の材質を熱伝達率が良好なものに変更する材質変
更手段を採用することもできる。
化物質の材質を熱伝達率が良好なものに変更する材質変
更手段を採用することもできる。
【００１５】本発明方法において、散布層の非照射領域
の温度分布において過熱部が発生していないときには、
散布層における温度分布が良好であると判定する。この
場合には、過熱防止対策を特に施さなくても良い。
の温度分布において過熱部が発生していないときには、
散布層における温度分布が良好であると判定する。この
場合には、過熱防止対策を特に施さなくても良い。
【００１６】
【実施例】以下、実施例を図面を参照して説明する。
【００１７】説明の便宜上、実際の積層造形方法につい
てまず説明する。本実施例は三次元造形物での代表例で
ある鋳造用鋳型（砂型）に適用している。鋳型は内部空
間である成形キャビティを備えており、高温の金属溶湯
が注入固化されるものであり、金属溶湯が固化した鋳物
を形成する。
てまず説明する。本実施例は三次元造形物での代表例で
ある鋳造用鋳型（砂型）に適用している。鋳型は内部空
間である成形キャビティを備えており、高温の金属溶湯
が注入固化されるものであり、金属溶湯が固化した鋳物
を形成する。
【００１８】図１に示すように、造形装置１は、内部に
造形空間１０ａをもつ枠状をなすメインフレーム１０
と、メインフレーム１０に矢印Ｙ１，Ｙ２方向に昇降可
能に保持され造形された三次元造形物を保持する昇降盤
１１と、昇降盤１１の駆動軸１１ａを昇降させる昇降駆
動源１２と、メインフレーム１０の近傍に設けられた散
布装置１３と、メインフレーム１０の造形空間１０ａの
上方に配置された照射装置１４とを備えている。照射装
置１４は、レーザビームまたは遠赤外線等の熱硬化用光
１５を照射するものである。
造形空間１０ａをもつ枠状をなすメインフレーム１０
と、メインフレーム１０に矢印Ｙ１，Ｙ２方向に昇降可
能に保持され造形された三次元造形物を保持する昇降盤
１１と、昇降盤１１の駆動軸１１ａを昇降させる昇降駆
動源１２と、メインフレーム１０の近傍に設けられた散
布装置１３と、メインフレーム１０の造形空間１０ａの
上方に配置された照射装置１４とを備えている。照射装
置１４は、レーザビームまたは遠赤外線等の熱硬化用光
１５を照射するものである。
【００１９】図１に示す散布装置１３は、駆動源である
駆動モータにより散布層１００の上方で散布層１００に
沿って走行されるものであり、駆動モータにより昇降盤
１１に沿って横方向つまり矢印Ｘ１，Ｘ２方向に沿って
移動できる。散布装置１３は、粉粒体であるレジンコー
ティドサンド２００を収容する収容室２０をもつ容器２
１と、容器２１の下端開口である吐出口２２に回転可能
に保持された吐出ローラ２３とをもつ。レジンコーティ
ドサンド２００は、コアとして機能する砂粒子に、熱硬
化性をもつレジン（例えばフェノールレジン）を被覆し
て構成されている。
駆動モータにより散布層１００の上方で散布層１００に
沿って走行されるものであり、駆動モータにより昇降盤
１１に沿って横方向つまり矢印Ｘ１，Ｘ２方向に沿って
移動できる。散布装置１３は、粉粒体であるレジンコー
ティドサンド２００を収容する収容室２０をもつ容器２
１と、容器２１の下端開口である吐出口２２に回転可能
に保持された吐出ローラ２３とをもつ。レジンコーティ
ドサンド２００は、コアとして機能する砂粒子に、熱硬
化性をもつレジン（例えばフェノールレジン）を被覆し
て構成されている。
【００２０】次に造形する場合について説明する。散布
工程において、散布層１００を形成するときには、昇降
盤１１を矢印Ｙ１方向に上昇させて所定の高さ位置にセ
ットする。この状態で散布装置１３を矢印Ｘ１方向に昇
降盤１１に沿って移動させて、容器２１内のレジンコー
ティドサンド２００を昇降盤１１の設置面に散布し、散
布層１００を散布する。散布層１００の平均厚みは約
０．１ｍｍとする。但しこれに限定されるものではな
い。
工程において、散布層１００を形成するときには、昇降
盤１１を矢印Ｙ１方向に上昇させて所定の高さ位置にセ
ットする。この状態で散布装置１３を矢印Ｘ１方向に昇
降盤１１に沿って移動させて、容器２１内のレジンコー
ティドサンド２００を昇降盤１１の設置面に散布し、散
布層１００を散布する。散布層１００の平均厚みは約
０．１ｍｍとする。但しこれに限定されるものではな
い。
【００２１】上記した散布工程を終えたら、散布装置１
３を矢印Ｘ２方向に移動させてメインフレーム１０から
退避させる。
３を矢印Ｘ２方向に移動させてメインフレーム１０から
退避させる。
【００２２】次に熱硬化工程を行う。熱硬化工程では、
散布層１００の上方にマスク３をセットする。マスク３
は、熱硬化用光１５を遮断する機能をもつ遮光部３０
と、熱硬化用光１５を透過する機能をもつ透光部３１と
をもつ。このようにマスク３を散布層１００の上方にセ
ットした状態で、レーザビームまたは遠赤外線等の熱硬
化用光１５を照射装置１４からマスク３越しに散布層１
００に照射する。散布層１００のうち熱硬化用光１５が
照射された部分は、熱硬化して熱硬化層１５０となる。
また、散布層１００のうち熱硬化用光１５が照射されな
かった部分は、熱硬化しないため、熱硬化層１５０とは
ならない。
散布層１００の上方にマスク３をセットする。マスク３
は、熱硬化用光１５を遮断する機能をもつ遮光部３０
と、熱硬化用光１５を透過する機能をもつ透光部３１と
をもつ。このようにマスク３を散布層１００の上方にセ
ットした状態で、レーザビームまたは遠赤外線等の熱硬
化用光１５を照射装置１４からマスク３越しに散布層１
００に照射する。散布層１００のうち熱硬化用光１５が
照射された部分は、熱硬化して熱硬化層１５０となる。
また、散布層１００のうち熱硬化用光１５が照射されな
かった部分は、熱硬化しないため、熱硬化層１５０とは
ならない。
【００２３】以下、このようにして散布工程及び熱硬化
工程を交互に多数回交互に繰り返して行い、熱硬化層１
５０を厚み方向に順に積層し、三次元積層造形物である
鋳型を造形する。積層回数は三次元積層造形物（つまり
鋳型）の種類によっても相違するものの、例えば５０〜
５０００回、２００〜２０００回とすることができる。
工程を交互に多数回交互に繰り返して行い、熱硬化層１
５０を厚み方向に順に積層し、三次元積層造形物である
鋳型を造形する。積層回数は三次元積層造形物（つまり
鋳型）の種類によっても相違するものの、例えば５０〜
５０００回、２００〜２０００回とすることができる。
【００２４】三次元積層造形物の造形が終了したら、未
硬化部分のレジンコーティドサンド２００をエアブロア
などで飛散させて除去し、鋳型とする。このようにして
鋳型が造形されたら、鋳型の内部の成形キャビティに金
属溶湯を注入固化させ、鋳物を形成する。
硬化部分のレジンコーティドサンド２００をエアブロア
などで飛散させて除去し、鋳型とする。このようにして
鋳型が造形されたら、鋳型の内部の成形キャビティに金
属溶湯を注入固化させ、鋳物を形成する。
【００２５】ところで、上記した積層造形方法によれ
ば、散布層１００のうち熱硬化させたい領域にマスク３
の透光部３１を対面させ、この状態で、レーザビームや
遠赤外線等の熱硬化用光１５を照射して該領域を熱硬化
させるものである。また、前述したように、散布層１０
０のうち熱硬化させたくない領域には、マスク３の遮光
部３０で覆ってレーザビームや遠赤外線等の熱硬化用光
１５が散布層１００に照射されないようにするものであ
る。
ば、散布層１００のうち熱硬化させたい領域にマスク３
の透光部３１を対面させ、この状態で、レーザビームや
遠赤外線等の熱硬化用光１５を照射して該領域を熱硬化
させるものである。また、前述したように、散布層１０
０のうち熱硬化させたくない領域には、マスク３の遮光
部３０で覆ってレーザビームや遠赤外線等の熱硬化用光
１５が散布層１００に照射されないようにするものであ
る。
【００２６】しかしながら、散布層１００のうち本来的
には熱硬化させたくない領域であっも、レーザビームや
遠赤外線等の熱硬化用光１５を照射した照射領域からの
熱が伝達され、熱硬化してしまうことがある。換言する
と、散布層１００には、本来的には熱硬化させたくない
領域であっても、熱硬化されてしまう部分が生じる。こ
の場合には、三次元積層造形物の形状や寸法の精度が低
下するため、好ましくない。
には熱硬化させたくない領域であっも、レーザビームや
遠赤外線等の熱硬化用光１５を照射した照射領域からの
熱が伝達され、熱硬化してしまうことがある。換言する
と、散布層１００には、本来的には熱硬化させたくない
領域であっても、熱硬化されてしまう部分が生じる。こ
の場合には、三次元積層造形物の形状や寸法の精度が低
下するため、好ましくない。
【００２７】そこで本実施例においては、レジンコーテ
ィドサンド２００を散布して構成された散布層１００に
レーザビームや遠赤外線等の熱硬化用光１５を照射した
とき、どのように熱伝達され、どうような温度分布が発
生するかを計算で求める伝熱シミュレーションを実施す
る。この場合には、散布層１００のうち、熱硬化用光１
５が照射された照射領域における初期温度をＴ１（=１
５０℃）として設定する。また、散布層１００のうち、
熱硬化用光１５が照射されなかった領域における初期温
度をＴ２（=６０℃）として設定する。Ｔ１，Ｔ２の値
は実験を加味して設定されているが、レジンコーティド
サンド２００の材質、散布層１００の厚み等によっても
適宜変更できるものである。
ィドサンド２００を散布して構成された散布層１００に
レーザビームや遠赤外線等の熱硬化用光１５を照射した
とき、どのように熱伝達され、どうような温度分布が発
生するかを計算で求める伝熱シミュレーションを実施す
る。この場合には、散布層１００のうち、熱硬化用光１
５が照射された照射領域における初期温度をＴ１（=１
５０℃）として設定する。また、散布層１００のうち、
熱硬化用光１５が照射されなかった領域における初期温
度をＴ２（=６０℃）として設定する。Ｔ１，Ｔ２の値
は実験を加味して設定されているが、レジンコーティド
サンド２００の材質、散布層１００の厚み等によっても
適宜変更できるものである。
【００２８】更に、高温側の初期温度Ｔ１の領域から、
低温側の初期温度Ｔ２の領域へと熱伝達された散布層１
００における温度分布を熱伝導式に基づいて求める。
低温側の初期温度Ｔ２の領域へと熱伝達された散布層１
００における温度分布を熱伝導式に基づいて求める。
【００２９】仮に、散布層１００の非照射領域の温度分
布において過熱部が発生しているとシミュレーションさ
れたときには、過熱部の温度を低くくするための過熱防
止対策を三次元積層造形物に施す。本実施例において
は、過熱防止対策としては、過熱部における厚み、また
は、過熱部付近における厚みを薄くすることにより、内
部における熱こもりを抑える方策を採用する。このよう
に内部における熱こもりが抑制されると、三次元積層造
形物の外部への熱伝達が促進されるため、非照射領域に
おける過熱部の発生が抑制される。
布において過熱部が発生しているとシミュレーションさ
れたときには、過熱部の温度を低くくするための過熱防
止対策を三次元積層造形物に施す。本実施例において
は、過熱防止対策としては、過熱部における厚み、また
は、過熱部付近における厚みを薄くすることにより、内
部における熱こもりを抑える方策を採用する。このよう
に内部における熱こもりが抑制されると、三次元積層造
形物の外部への熱伝達が促進されるため、非照射領域に
おける過熱部の発生が抑制される。
【００３０】本実施例においては、散布層１００の温度
分布において過熱部が発生していないときには、散布層
１００における温度分布が良好であると判定する。
分布において過熱部が発生していないときには、散布層
１００における温度分布が良好であると判定する。
【００３１】図２は本実施例のアルゴリズムを示す。図
２に示すように、まず、三次元積層造形物についての形
状を設定する（ステップＳ１００）。次に、散布層１０
０のうち熱硬化用光１５が照射された照射領域における
初期温度をＴ１（=１５０℃）として設定すると共に、
散布層１００のうち熱硬化用光が照射されなかった照射
領域における初期温度をＴ２（=６０℃）として設定す
る（ステップＳ１１０）。次に、数式１で示す伝熱計算
式に基づいて散布層における伝熱解析を実行する（ステ
ップＳ１２０）。
２に示すように、まず、三次元積層造形物についての形
状を設定する（ステップＳ１００）。次に、散布層１０
０のうち熱硬化用光１５が照射された照射領域における
初期温度をＴ１（=１５０℃）として設定すると共に、
散布層１００のうち熱硬化用光が照射されなかった照射
領域における初期温度をＴ２（=６０℃）として設定す
る（ステップＳ１１０）。次に、数式１で示す伝熱計算
式に基づいて散布層における伝熱解析を実行する（ステ
ップＳ１２０）。
【００３２】
【数１】
【００３３】数式１において、ρは散布層の密度、Ｃｐ
は散布層の比熱、λは散布層の熱伝導率、Ｔは温度、ｔ
は時間、ｘは伝熱距離を示す。
は散布層の比熱、λは散布層の熱伝導率、Ｔは温度、ｔ
は時間、ｘは伝熱距離を示す。
【００３４】次に三次元積層造形物の温度分布を求める
（ステップＳ１３０）。
（ステップＳ１３０）。
【００３５】そして、散布層１００の非照射領域の温度
分布において過熱部が発生しているか否かを判定する
（ステップＳ１４０）。本実施例においては、過熱部
は、本実施例に係るレジンコーティドサンドの硬化開始
温度であるＴｓ（＝１００℃）を越えた温度を有する領
域とする。
分布において過熱部が発生しているか否かを判定する
（ステップＳ１４０）。本実施例においては、過熱部
は、本実施例に係るレジンコーティドサンドの硬化開始
温度であるＴｓ（＝１００℃）を越えた温度を有する領
域とする。
【００３６】散布層１００の非照射領域の温度分布にお
いて過熱部が発生しているときには、非照射領域におけ
る過熱部の温度を低くくする過熱防止対策を三次元積層
造形物に施すことにより、三次元積層造形物の形状を補
正する（ステップＳ１５０）。具体的には、熱こもり部
分における厚み、または、熱こもり部分の近傍における
厚みを薄くするように補正する。
いて過熱部が発生しているときには、非照射領域におけ
る過熱部の温度を低くくする過熱防止対策を三次元積層
造形物に施すことにより、三次元積層造形物の形状を補
正する（ステップＳ１５０）。具体的には、熱こもり部
分における厚み、または、熱こもり部分の近傍における
厚みを薄くするように補正する。
【００３７】このように三次元積層造形物の形状を補正
した後に、再びステップＳ１１０に戻り、散布層１００
のうち熱硬化用光１５が照射された照射領域における初
期温度をＴ１（=１５０℃）として再設定すると共に、
散布層１００のうち熱硬化用光が照射されなかった照射
領域における初期温度をＴ２（=６０℃）として再設定
する。次に上記した伝熱計算式に基づいて、散布層１０
０における伝熱解析を実行する。次に温度分布を求める
（ステップＳ１３０）。そして散布層１００の非照射領
域の温度分布において過熱部が発生しているか否かを判
定する（ステップＳ１４０）。
した後に、再びステップＳ１１０に戻り、散布層１００
のうち熱硬化用光１５が照射された照射領域における初
期温度をＴ１（=１５０℃）として再設定すると共に、
散布層１００のうち熱硬化用光が照射されなかった照射
領域における初期温度をＴ２（=６０℃）として再設定
する。次に上記した伝熱計算式に基づいて、散布層１０
０における伝熱解析を実行する。次に温度分布を求める
（ステップＳ１３０）。そして散布層１００の非照射領
域の温度分布において過熱部が発生しているか否かを判
定する（ステップＳ１４０）。
【００３８】散布層１００の非照射領域の温度分布にお
いて過熱部が発生しているときには、前述同様に、非照
射領域における過熱部の温度を低くくする過熱防止対策
を三次元積層造形物に施すことにより、ステップＳ１５
０に進み、三次元積層造形物の形状を補正する。過熱部
が解消されるまで、上記のようなステップを繰り返して
行なう。
いて過熱部が発生しているときには、前述同様に、非照
射領域における過熱部の温度を低くくする過熱防止対策
を三次元積層造形物に施すことにより、ステップＳ１５
０に進み、三次元積層造形物の形状を補正する。過熱部
が解消されるまで、上記のようなステップを繰り返して
行なう。
【００３９】散布層１００の非照射領域における温度分
布において過熱部が解消されていれば、散布層１００に
おける温度分布が良好であると判定し、三次元積層造形
物についての形状を決定する（ステップＳ１７０）。
布において過熱部が解消されていれば、散布層１００に
おける温度分布が良好であると判定し、三次元積層造形
物についての形状を決定する（ステップＳ１７０）。
【００４０】上記したように熱伝達式に基づいて散布層
１００の温度分布を計算で予め求めて伝熱シミュレーシ
ョンを実行しておけば、鋳型となる三次元積層造形物を
実際に造形したときにおいて、伝熱不良部分である過熱
部が三次元積層造形物に発生することを防止するのに有
利となる。故に、熱硬化させたくない領域が熱硬化され
てしまうことを防止することができる。従って三次元積
層造形物の形状、寸法の精度を確保することができる。
１００の温度分布を計算で予め求めて伝熱シミュレーシ
ョンを実行しておけば、鋳型となる三次元積層造形物を
実際に造形したときにおいて、伝熱不良部分である過熱
部が三次元積層造形物に発生することを防止するのに有
利となる。故に、熱硬化させたくない領域が熱硬化され
てしまうことを防止することができる。従って三次元積
層造形物の形状、寸法の精度を確保することができる。
【００４１】さらに本実施例においては、上記した伝熱
シミュレーションを実施する前または後に、応力シミュ
レーションを実施し、造形される三次元積層造形物の応
力負荷分布を判定し、三次元積層造形物を構成する熱硬
化層の強度が不充分と判定されるときには、補強リブな
どを設ける補正を三次元積層造形物に対して付け加え
る。これにより三次元積層造形物の形状を強度の面から
も予め適切化することができる。
シミュレーションを実施する前または後に、応力シミュ
レーションを実施し、造形される三次元積層造形物の応
力負荷分布を判定し、三次元積層造形物を構成する熱硬
化層の強度が不充分と判定されるときには、補強リブな
どを設ける補正を三次元積層造形物に対して付け加え
る。これにより三次元積層造形物の形状を強度の面から
も予め適切化することができる。
【００４２】さらに、上記した伝熱シミュレーションを
実施する前または後に、凝固シミュレーションを実施し
て、三次元積層造形物を鋳型として使用し高温の金属溶
湯を鋳造したときに引け巣などの鋳造欠陥の発生が予想
されるか否か判定する。引け巣などの鋳造欠陥が鋳物に
発生することが予想されるときには、鋳造方案などを変
更する補正を加える。これにより引け巣などの鋳造欠陥
の発生を予め防止し、三次元積層造形物の形状を鋳造欠
陥の防止の面からも予め適切化することができる。
実施する前または後に、凝固シミュレーションを実施し
て、三次元積層造形物を鋳型として使用し高温の金属溶
湯を鋳造したときに引け巣などの鋳造欠陥の発生が予想
されるか否か判定する。引け巣などの鋳造欠陥が鋳物に
発生することが予想されるときには、鋳造方案などを変
更する補正を加える。これにより引け巣などの鋳造欠陥
の発生を予め防止し、三次元積層造形物の形状を鋳造欠
陥の防止の面からも予め適切化することができる。
【００４３】このように伝熱シミュレーションを応力シ
ミュレーション及び凝固シミュレーションと共に実行す
れば、鋳型となる三次元積層造形物の最適形状化を図り
得る。
ミュレーション及び凝固シミュレーションと共に実行す
れば、鋳型となる三次元積層造形物の最適形状化を図り
得る。
【００４４】図３（Ａ）（Ｂ）は熱硬化層１５０で形成
した三次元積層造形物である鋳型４００に係り、熱こも
り部分における厚みを薄くするように補正する形態例を
示す断面図である。図３（Ａ）は伝熱シミュレーション
を実施する前の形態を示す。図３（Ｂ）は伝熱シミュレ
ーションを実施した後に、鋳型４００に対して過熱防止
対策を行った形態を示す。図３（Ａ）に示すように、伝
熱シミュレーションを実施する前においては、鋳型４０
０の外枠部分４１０に熱こもり箇所が発生する。熱こも
り箇所が発生すると、鋳造キャビティ５００を形成する
ため、鋳造キャビティ５００から本来的には排出される
はずのレジンコーティドサンドまで熱硬化されて鋳造キ
ャビティ５００内で固着されてしまう。即ち、排出困難
サンド部位５１０が生じる。この場合には鋳造欠陥とな
り易い。
した三次元積層造形物である鋳型４００に係り、熱こも
り部分における厚みを薄くするように補正する形態例を
示す断面図である。図３（Ａ）は伝熱シミュレーション
を実施する前の形態を示す。図３（Ｂ）は伝熱シミュレ
ーションを実施した後に、鋳型４００に対して過熱防止
対策を行った形態を示す。図３（Ａ）に示すように、伝
熱シミュレーションを実施する前においては、鋳型４０
０の外枠部分４１０に熱こもり箇所が発生する。熱こも
り箇所が発生すると、鋳造キャビティ５００を形成する
ため、鋳造キャビティ５００から本来的には排出される
はずのレジンコーティドサンドまで熱硬化されて鋳造キ
ャビティ５００内で固着されてしまう。即ち、排出困難
サンド部位５１０が生じる。この場合には鋳造欠陥とな
り易い。
【００４５】この点、図３（Ｂ）に示すように、伝熱シ
ミュレーションに基づいて、鋳型４００の外枠部分４１
０のうち熱こもり箇所またはその近傍に、外枠部分４１
０の外面側に開放された凹部４３０を形成して鋳型４０
０の肉厚を薄くすれば、上記した熱こもりを抑制するこ
とができる。これにより本来的には排出されるレジンコ
ーティドサンドが熱硬化されて排出されなくなることを
防止でき、鋳造欠陥を回避できる。
ミュレーションに基づいて、鋳型４００の外枠部分４１
０のうち熱こもり箇所またはその近傍に、外枠部分４１
０の外面側に開放された凹部４３０を形成して鋳型４０
０の肉厚を薄くすれば、上記した熱こもりを抑制するこ
とができる。これにより本来的には排出されるレジンコ
ーティドサンドが熱硬化されて排出されなくなることを
防止でき、鋳造欠陥を回避できる。
【００４６】
【発明の効果】本発明方法によれば、鋳造用の鋳型等を
構成する三次元積層造形物を実際に造形したときにおい
て、レーザビームや遠赤外線などの熱硬化用光を照射し
ていない非照射領域において、過熱部が発生することを
防止するのに有利となる。故に、熱硬化させたくない領
域が熱硬化されてしまうことを防止することができる。
従って、三次元積層造形物の形状や寸法の精度を確保す
ることができる。
構成する三次元積層造形物を実際に造形したときにおい
て、レーザビームや遠赤外線などの熱硬化用光を照射し
ていない非照射領域において、過熱部が発生することを
防止するのに有利となる。故に、熱硬化させたくない領
域が熱硬化されてしまうことを防止することができる。
従って、三次元積層造形物の形状や寸法の精度を確保す
ることができる。
【００４７】本発明方法によれば、熱硬化用光の出力パ
ワーを必要以上に低下させることなく、非照射領域にお
いて過熱部が発生することを防止することができる。こ
のため、熱硬化用光の出力を必要以上に低下させて熱硬
化層の硬化不良を発生させる不具合を防止することがで
きる。
ワーを必要以上に低下させることなく、非照射領域にお
いて過熱部が発生することを防止することができる。こ
のため、熱硬化用光の出力を必要以上に低下させて熱硬
化層の硬化不良を発生させる不具合を防止することがで
きる。
【図１】積層造形を行う際の構成図である。
【図２】実施例に係るアルゴリズムを示すフローチャー
トである。
トである。
【図３】熱こもり部分における厚みを薄くするように補
正する形態例を示す断面図である。
正する形態例を示す断面図である。
図中、１は造形装置、１１は昇降盤、１３は散布装置、
１４は照射装置、１５は熱硬化用光、１００は散布層、
１５０は熱硬化層を示す。
１４は照射装置、１５は熱硬化用光、１００は散布層、
１５０は熱硬化層を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】熱硬化可能な熱硬化物質を散布して形成し
た散布層に熱硬化用光を照射して熱硬化させることによ
り熱硬化層を形成し、更に前記熱硬化層を積層して形成
する三次元積層造形物を設計する設計方法であって、 熱硬化用光を照射した照射領域における初期温度を設定
すると共に、前記初期温度から伝熱された温度分布を熱
伝導式に基づいて求め、 前記散布層の非照射領域の温度分布において過熱部が発
生しているときには、前記過熱部の温度を低くくする過
熱防止対策を三次元積層造形物に施し、 前記散布層の非照射領域の温度分布において前記過熱部
が発生していないときには、前記散布層における温度分
布が良好であると判定することを特徴とする三次元積層
造形物の設計方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29554199A JP2001113605A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 三次元積層造形物の設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29554199A JP2001113605A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 三次元積層造形物の設計方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001113605A true JP2001113605A (ja) | 2001-04-24 |
Family
ID=17821989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29554199A Pending JP2001113605A (ja) | 1999-10-18 | 1999-10-18 | 三次元積層造形物の設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001113605A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014508668A (ja) * | 2011-01-28 | 2014-04-10 | ア−カム アーベー | 三次元体の製造方法 |
-
1999
- 1999-10-18 JP JP29554199A patent/JP2001113605A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014508668A (ja) * | 2011-01-28 | 2014-04-10 | ア−カム アーベー | 三次元体の製造方法 |
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