JP2001162351A - 含浸液体の化学結合により補強された粉体造形品の製造方法 - Google Patents

含浸液体の化学結合により補強された粉体造形品の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な実用強度を有する粉体造形品を迅速に
成形することができる含浸液体の化学結合により補強さ
れた粉体造形品の製造方法を提供すること。 【解決手段】 粉体造形機の容器内に粉体原料を薄い層
状に敷設した後、層表面に粉体凝固液を予め設計したパ
ターンに基づきインクジェット方式で塗布して粉体原料
を所定パターンに凝固させた粉体凝固層を形成し、この
粉体凝固層の表面に前記と同様に粉体原料を薄い層状に
敷設後、粉体凝固液をインクジェット方式で塗布して所
定パターンに凝固させた第2の粉体凝固層を形成し、以
後、同様の工程を繰り返して粉体凝固層を多数積層した
立体状の粉体凝固品を形成し、次いで該粉体凝固品を乾
燥後、真空下で熱硬化性樹脂を含浸させ、その後、粉体
原料の熱変質温度以下に加熱して熱硬化性樹脂を硬化さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂を含浸させる
ことにより十分な実用強度を有する粉体造形品を迅速に
成形することができる含浸液体の化学結合により補強さ
れた粉体造形品の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、プラスチック成形や各種鋳造
技術の分野においては、最終製品の本生産に先立ち木型
や石膏型などで成形した立体形状モデルを準備し、最終
製品の成形可能性や強度確認やデザイン等の大まかなチ
ェックを行うことが広く行われている。特に最近では、
モデルを製作するのに要する期間の短縮およびコスト低
減を図ることを目的に、従来の木型等に替え3次元CA
Dシステムで成形した粉体造形品を利用する安価な方法
も提案されいる。
【0003】ところが、この安価な粉体造形品は図面で
は現れにくい立体的なデザイン形状を視覚的に確認する
ことを主目的としたものであり、最終製品の成形可能性
や強度の確認などを実製品に近づけて精度よく行うこと
はできないものであった。即ち、この粉体造形品は粉体
間の結合が弱くて脆いために、嵌合状態や各種の機能性
の実態的な調査をすることはできず、その上、粉体造形
品をマスターモデルとしてシリコーンや石膏の注型型を
製作する際には外表面に細かな凹凸や微細な開気孔があ
るため、離型が困難であるという問題点があった。ま
た、例えばプラスチック製品の成形型のようなモデルの
場合には、このモデルを使用して実際に最終製品を少量
だけ成形したいという要求があるが、耐熱性や耐久性等
の強度的な面でほとんど不可能であるという問題点があ
った。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来の問題点を解決して、十分な耐熱性や耐久性等の優
れた強度を有し最終製品と同様の強度確認や各種の機能
テストを行うことができ、樹脂含浸粉体造形マスターモ
デルとしては外表面が平滑で注型型の製作が容易にでき
るようになるとともに、製作期間の短縮化と製作コスト
の大幅な低減化を図ることができる粉体造形品を効率的
に生産可能な樹脂を含浸した粉体造形品の製造方法を提
供することを目的として完成されたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明の含浸液体の化学結合により補強さ
れた粉体造形品の製造方法は、粉体造形機の容器内に粉
体原料を薄い層状に敷設した後、層表面に予め設計した
パターンに基づき粉体凝固液をインクジェット方式で塗
布して粉体原料を所定パターンに凝固させた粉体凝固層
を形成し、この粉体凝固層の表面に前記と同様に粉体原
料を薄い層状に敷設後、粉体凝固液をインクジェット方
式で塗布して所定パターンに凝固させた第2の粉体凝固
層を形成し、以後、同様の工程を繰り返して粉体凝固層
を多数積層した立体状の粉体凝固品を形成し、次いで該
粉体凝固品を乾燥後、真空下で熱硬化性樹脂を含浸さ
せ、その後、粉体原料の熱変質温度以下に加熱して熱硬
化性樹脂を硬化させることを特徴とするものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好ましい実施の
形態を示す。本発明における粉体造形品とは、実験用モ
デルや木型代替品或いは射出成形用簡易型などであっ
て、以下の手順により成形する。先ず、上面の開いた受
け皿状の成形型内に有機化合物や金属やセラミック等か
らなる粉体原料を入れ、その表面を水平にならして薄い
層状とする。次いで、この層表面に接着剤の役目を発揮
する粉体凝固液を塗布して粉体凝固層を形成するが、こ
の時、粉体凝固液の塗布は3次元CADシステム等で予
め設計したパターンに基づきインクジェット方式で塗布
することにより、粉体原料が所定パターンに凝固した状
態の粉体凝固層を形成するようにする。
【0007】次に、この粉体凝固層の表面に、前記と同
様にして粉体原料を1mm以下の薄い層状に敷設し、更
に、この層表面に粉体凝固液を予め設計したパターンに
基づきインクジェット方式で塗布し、所定パターン通り
に凝固した第2の粉体凝固層を形成する。その後、同様
の工程を繰り返すことにより、3次元CADシステム等
で予め設計した通りの所定パターンに凝固した粉体凝固
層を多数積層成形し、立体状の粉体凝固品とする。
【0008】次に、得られた粉体凝固品を乾燥した後、
真空下でこの粉体凝固品の隙間内に熱硬化性樹脂を十分
に含浸させる。その後、粉体原料の熱変形温度以下に加
熱して熱硬化性樹脂を硬化させることにより、十分に樹
脂が含浸されて耐熱性や耐久性等に優れ、かつ形状変化
もなく所定寸法とおりの樹脂を含浸した立体形状の強靱
な粉体造形品を得る。
【0009】この場合、前記熱硬化性樹脂の含浸を真空
下で行うのは樹脂の含浸を促進するためであり、この真
空条件としては、真空度が4torr以下の真空下で行うこ
とが好ましく、真空度が4torrより大きいと十分な樹脂
の含浸が的確に行われず、実用的強度に耐え得るだけの
十分な耐熱性や耐久性等が得られなくなる。
【0010】また、含浸させる熱硬化性樹脂としては、
例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂のような熱硬化性樹脂を主成分とし、これに
脂肪族アミンや芳香族アミン、酸無水物、第3級アミン
のような硬化剤を加え、更に必要に応じて希釈剤や促進
剤を適量加えたものを利用する。
【0011】また、前記粉体原料として石膏を用い、粉
体凝固液として水を主体とする液体を用いることもで
き、この場合には、CADの3次元図で設定の寸法とお
りの立体状石膏モデルが短時間で簡単に得られることと
なり、しかも樹脂が含浸されているために十分な機械的
強度があり、嵌合状態試験等を実製品とほぼ同等のレベ
ルで行えることとなる。更に、粉体原料として珪砂ある
いはアルミナを用い、粉体凝固液として水ガラスを用い
て、該粉体凝固液をインクジェット方式で塗布後、炭酸
ガス雰囲気中で粉体凝固層を形成するようにすることも
できる。この場合は、炭酸ガスの接触により粉体凝固液
である水ガラスが即座に固化するため、より短時間で砂
中子を成形することが可能となる。
【0012】
【実施例】(実施例1)成形型内に石膏粉体原料を入れ
表面を水平にならして薄い層状にした。次いで、層表面
に予め3次元CADデータに基づいて設計したパターン
に基づき水と増粘剤を主体とする粉体凝固液をインクジ
ェット方式で塗布し、粉体原料を所定パターンに凝固さ
せた粉体凝固層を形成した。更に、この粉体凝固層の表
面に前記と同様に粉体原料を薄い層状に敷設後、粉体凝
固液をインクジェット方式で塗布して所定パターンに凝
固させた第2の粉体凝固層を形成し、以後、同様の工程
を繰り返して粉体凝固層を多数積層した立体状の粉体凝
固品を形成した。次いで、この粉体凝固品を乾燥後、真
空度が4torr以下の真空下で熱硬化性樹脂を含浸させ
た。樹脂含浸液としてはエポキシ樹脂100重量部、硬
化剤124重量部、希釈剤20重量部、促進剤2重量部
を混合したものを用いた。その後、造形品の熱変質温度
以下である140℃の下で2時間加熱して熱硬化性樹脂
を硬化させ、含浸液体の化学結合により補強された粉体
造形品を得た。得られた粉体造形品の引張強度および耐
熱強度は、実用強度試験を行うのに十分なものであり、
従来品のものは脆くて直ぐに崩れてしまい実用試験がで
きなかったのに比べて、本発明品は本生産に入る前に精
度の高い強度試験等を行うことができた。
【0013】(実施例2)実施例1と同様にして、木型
代替品となる含浸液体の化学結合により補強された粉体
造形品を成形した。得られた造形品は引張強度および耐
熱性に優れているため、充分木型代替品としての性能を
有するものであった。
【0014】(実施例3)実施例1と同様にして、射出
成形金型となる含浸液体の化学結合により補強された粉
体造形品を成形した。得られた造形品は引張強度および
耐熱性に優れているため、この金型を使用して実際に数
十個のプラスチック製品の射出成形を行うできた。
【0015】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明は十分な耐熱性や耐久性等の優れた強度を有し最終製
品と同様の強度確認や各種の機能テストを行うことがで
きるとともに、製作期間の短縮化と製作コストの大幅な
低減化を図ることができる粉体造形品を効率的に生産可
能なものである。よって本発明は従来の問題点を一掃し
た含浸液体の化学結合により補強された粉体造形品の製
造方法として、産業の発展に寄与するところは極めて大
である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉体造形機の容器内に粉体原料を薄い層
    状に敷設した後、層表面に予め設計したパターンに基づ
    き粉体凝固液をインクジェット方式で塗布して粉体原料
    を所定パターンに凝固させた粉体凝固層を形成し、この
    粉体凝固層の表面に前記と同様に粉体原料を薄い層状に
    敷設後、粉体凝固液をインクジェット方式で塗布して所
    定パターンに凝固させた第2の粉体凝固層を形成し、以
    後、同様の工程を繰り返して粉体凝固層を多数積層した
    立体状の粉体凝固品を形成し、次いで該粉体凝固品を乾
    燥後、真空下で熱硬化性樹脂を含浸させ、その後、粉体
    原料の熱変質温度以下に加熱して熱硬化性樹脂を硬化さ
    せることを特徴とする含浸液体の化学結合により補強さ
    れた粉体造形品の製造方法。
  2. 【請求項2】 粉体原料として石膏を用い、粉体凝固液
    として水を主体とする液体を用いる請求項1に記載の含
    浸液体の化学結合により補強された粉体造形品の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 粉体造形品が実験用モデルである請求項
    1または2に記載の含浸液体の化学結合により補強され
    た粉体造形品の製造方法。
  4. 【請求項4】 粉体造形品が木型代替品である請求項1
    または2に記載の含浸液体の化学結合により補強された
    粉体造形品の製造方法。
  5. 【請求項5】 粉体造形品が射出成形用簡易型、ブロー
    成形用簡易型、板金プレス用簡易型のいずれかである請
    求項1または2に記載の含浸液体の化学結合により補強
    された粉体造形品の製造方法。
  6. 【請求項6】 粉体原料として珪砂あるいはアルミナを
    用い、粉体凝固液として水ガラスを用いて、炭酸ガスに
    より粉体凝固層を形成するようにした請求項1に記載の
    含浸液体の化学結合により補強された粉体造形品の製造
    方法。
  7. 【請求項7】 粉体造形品が鋳型用砂中子である請求項
    6に記載の含浸液体の化学結合により補強された粉体造
    形品の製造方法。
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