JP2002012901A - 立体品及び立体品製作方法並びに立体品造形システム - Google Patents

立体品及び立体品製作方法並びに立体品造形システム

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JP2002012901A
JP2002012901A JP2000196781A JP2000196781A JP2002012901A JP 2002012901 A JP2002012901 A JP 2002012901A JP 2000196781 A JP2000196781 A JP 2000196781A JP 2000196781 A JP2000196781 A JP 2000196781A JP 2002012901 A JP2002012901 A JP 2002012901A
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English (en)
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Hiroshi Ito
寛志 伊藤
Noriyuki Sadaoka
紀行 定岡
Koji Kuwabara
皓二 桑原
Hiroharu Sasaki
弘治 佐々木
Taro Takagi
高木  太郎
Shinichi Iida
伸一 飯田
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Hitachi Ltd
Kinzoku Giken Co Ltd
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Hitachi Ltd
Kinzoku Giken Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 RPを活用して寸法精度と強度特性に優れた
大型の立体品を提供すること。 【解決手段】 位置決め形状を有する多孔質品の立体形
状を設計するCAD準備工程P1と、CADデータをも
とにSLS法により造形品を作成するSLS造形工程P
2、粉末の選択的焼結によって複数の多孔質部品を作製
する焼結工程P3、複数の多孔質部品を組立てて複合多
孔質品とする多孔質品組立工程P3、それに複合多孔質
品に溶浸を施す溶浸工程P5工程によって立体品を作成
するようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、模型・金型・部品
・製品などの立体品とその製作方法に係り、特に大型で
高い強度が要求される立体品とその製作に好適な製作方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータのCADデータを迅速、簡
便に実体化する技術はRP(ラピッドプロトタイピング
の略称)と呼ばれるが、この方法は、一般に10μm〜
1mmの厚さの薄層を多数積み重ねていくことによって
造形を行うものであり、このため、複雑な形状でも工程
を変えずに創成することができるという特徴がある。
【0003】そこで、例えば実験を繰り返しながら部品
の形状を最適化していくような設計業務に導入すること
により、RPの特徴を充分に活かし、実験用の模型など
の立体品を、3次元CADデータから随時安価に作成す
ることができる。
【0004】そして、この結果、3次元CADを中心と
した形態に設計業務を移行させ、コンカレント化を実現
することができ、且つ、利用者に製品の意匠設計を任
せ、需要に応じた一品生産を行って製品の付加価値を高
めるという、カスタムデザイン生産を実現することもで
きる。
【0005】ところで、このRPにおいて、原材料の粉
末にレーザビームを照射し、粉末材を部分的に焼結して
造形する方法を、選択的レーザ焼結法(SLS法)という
が、このSLS法の最大の特徴は、金属やセラミックを
用いて立体品が製作できるところにある。
【0006】この場合の立体品の製作工程は、一般的に
次の3段階からなる。 (1) 樹脂をコーティングした金属やセラミックスの粉末
を用い、コーティングされている樹脂をSLS法により
焼結して造形を得るSLS造形工程。 (2) 得られた造形品を加熱し、焼結されている樹脂を熱
分解して除去すると共に粉末を焼結して空孔率が10%
〜50%の多孔質品とする焼結工程。 (3) 多孔質品に溶浸処理を施して内部空洞を埋め、真密
度の金属・セラミックス立体品、つまり真密度立体品に
する溶浸工程。
【0007】ここで、溶浸処理とは、毛細管現象を利用
して、液体の状態にある物質を多孔質品の空洞部に浸透
させる処理のことで、例えばステンレス粉末の多孔質品
の場合、銅を溶浸材として用い、その融点以上に加熱し
て溶融させ、多孔質品の空洞部に浸透させることにな
る。
【0008】このとき、銅などの金属に代えて、溶浸材
として樹脂(合成樹脂)を用い、これを液状にして浸透さ
せる方法や、もともと液状の反応硬化性樹脂を浸透させ
る方法もあり、ここでは、これも同じく溶浸処理と呼ぶ
ことにする。
【0009】しかし、このSLS法の場合、従来技術で
は、工程の始めにあるSLS造形工程で製作可能な造形
品の大きさにより、製作可能な立体品の大きさの最大値
が決められるので、大型の造形品を得るためには、それ
に対応してSLS造形装置も大型にしなければならず、
この結果、装置コストの上昇を招くので、好ましくな
い。
【0010】その上、溶浸前の材料の強度が小さい場合
は造形品の強度に限度があり、大型の造形品を得たとし
ても、強度が不足で自重による破損する虞れがあり、さ
らに、僅かな破損によって造形品全体が不良品になり、
使いものにならなくなってしまう。
【0011】そこで、例えば、特開平11−77238
号公報では、SLS造形品による寸法の小さい部分と、
機械加工可能なワックスにより製作した寸法の大きい部
分とを一体に組立てることにより、インベストメント鋳
造法に用いる大型の消失模型を得る方法について開示し
ている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、大型
の立体品にSLS法による造形を適用する点について配
慮がされておらず、RP法の利点を活かした造形が困難
であるという問題があった。
【0013】上記公報に開示されている従来技術は、あ
くまでもインベストメント鋳造法における消失模型を対
象としたもので、この場合はマスタモデルとして鋳型に
転写する工程が必要なため、作成に時間を要することに
なり、簡便性と迅速性が損なわれる。また、鋳造工程自
体も、溶解炉等の大規模な設備を必要とする。
【0014】また、この従来技術では、ワックスにより
製作した部品とSLS造形品とを一体化して消失模型と
するとき、はり合わせが必要であるが、このとき、はり
合わせ位置がずれて形状精度が損なわれてしまう虞れが
あり、さらに、はり合わせに使用した接着剤による接着
強度が得られるまでに時間を要するので、迅速性が損な
われる。
【0015】本発明の目的は、RPを活用して寸法精度
と強度特性に優れた大型の立体品を提供することにあ
り、更に、このような立体品が迅速且つ簡便に製作でき
るようにした立体品製作方法と立体品造形システムを提
供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的は、多孔質立体
品の溶浸処理により真密度立体品として形成された立体
品において、前記多孔質立体品が、複数の多孔質部品に
分けて作成された後、これらの多孔質部品を組合わせて
作成された複合多孔質立体品であり、前記真密度立体品
が、前記溶浸処理により、前記複数の多孔質部品の組合
わせ部分も含めて溶浸されていることにより達成され
る。
【0017】また、上記目的は、多孔質立体品を溶浸処
理して真密度立体品を作成する方式の立体品製作方法に
おいて、前記溶浸処理工程の前に、前記多孔質立体品を
複数の多孔質部品に分けて作成する工程と、前記複数の
多孔質部品を組合わせて前記多孔質立体品にする工程を
設け、前記複数の多孔質部品の組合わせ部分も含めて溶
浸された真密度立体品が得られるようにして達成され
る。
【0018】更に、上記目的は、多孔質品の形状を設計
してCADデータを作成するCAD装置と、前記CAD
データに基づいて前記多孔質品を作製する多孔質品造形
装置と、前記多孔質品を組み立てて複合多孔質品とする
組立装置と、前記複合多孔質品に溶浸材を溶浸して立体
品を得る溶浸装置とで立体品造形システムを構成するこ
とにより達成される。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明による立体品及び立
体品製作方法並びに立体品造形システムについて、図示
の実施の形態により詳細に説明する。図1は、所望の立
体品を分割して記述しているCADデータ(D1,D
2,……)から立体品を製作するようにした本発明の一
実施形態による処理をフローチャートで示したもので、
この図1に示した立体品製作方法Pは、図示のように、
CAD準備工程P1とSLS造形工程P2、焼結工程P
3、組立工程P4、それに溶浸工程P5から構成されて
いる。
【0020】CAD準備工程P1は、摺り合せ面付位置
決め形状を有する複数の多孔質部品の形状を設計してC
ADデータを得る工程で、ここで、要求された所望の立
体品について、それを複数の部品に分割して記述したC
ADデータ(D1,D2,……)が作成される。
【0021】SLS造形工程P2は、CADデータ(D
1,D2,……)が記述している立体品を、SLS造形
装置を使用して造形し、造形品を作成する工程である。
焼結工程P3は、造形品を形成している粉末のコーティ
ング層を600℃以上で加熱除去し、造形品の粉末を焼
結させて多孔質部品を作成する工程である。
【0022】組立工程P4は、多孔質部品を互いの位置
決め形状部で嵌合させ、複合多孔質立体品を作成する工
程である。溶浸工程P5は、複合多孔質立体品に溶浸材
を溶浸して真密度立体品を作成する工程である。
【0023】次に、この実施形態による処理について、
要求された完成品、つまり真密度立体品がプロペラ水車
(固定翼のカプラン水車)ランナである場合を例にして説
明する。
【0024】従って、この場合、CAD準備工程P1で
は、水車ランナの作成に必要なCADデータを作成する
ことになるが、このとき、上記したように、本発明で
は、要求された立体品を複数の所定の大きさの部分に分
割した部品として作成し、これを造形して多孔質部品と
してから組合わせ、複合多孔質立方品とした後、溶浸処
理するものであり、このため、図3に示すように、水車
ランナ全体を、ハブ部K10と、ランナベーン部K20
に分割して設計するようになっている。
【0025】そこで、まず、図3(a)に示すハブ部K1
0の場合、CADデータD1が記述するのは、ハブ本体
K11と、水車の主軸を取付けるための軸孔K12を有
するボスK13の形状と、嵌合孔K14とキー溝K15
を有するハブ側嵌合部K16の形状となる。
【0026】次に、図3(b)に示すランナベーン部K2
0の場合、CADデータD2が記述するのは、翼部K2
1の形状と、嵌合軸K22とキー部K23及びテーパ孔
K24を設けるための軸部とを有するベーン側嵌合部K
25の形状となる。なお、このランナベーン部K20は
複数枚あるが、全て同一の形状なので、CADデータD
2は1種類でよい。
【0027】ここで、嵌合孔K14とキー溝K15を有
するハブ側嵌合部K16の形状と、嵌合軸K22とキー
部K23及びテーパ孔K24を設けるための軸部とを有
するベーン側嵌合部K25の形状が、上記したCAD準
備工程P1における摺り合せ面付位置決め形状のことで
ある。
【0028】このとき、ハブ側嵌合部K16の嵌合孔K
14とベーン側嵌合部K25の嵌合軸K22には夫々所
定の勾配を持ったテーバが付けられており、従って、嵌
合孔K14に嵌合軸K22を挿入することにより、翼部
K21をハブ本体K11に強固に組付けることができ、
且つ、このとき、キー溝K15にキー部K23が入り込
むことにより、翼部K21の回動が抑えられ、テーパ孔
K24に図示してないキーを挿入することにより、翼部
K21がハブ本体K11から抜け出すのが抑えられるよ
うにする。
【0029】次に、SLS造形工程P2において、CA
D形状データD(D1又はD2)が記述している形状から
造形品の造形を得る方法について説明する。図4は、こ
のSLS造形に使用されるSLS造形装置の一例で、こ
こに示したSLS造形装置Aは、まず、樹脂コーティン
グしたステンレス粉末からなる材料粉末Bを充填し保持
するためのコンテナA1を備えている。
【0030】そして、更に、このコンテナA1内に充填
されている材料粉末Bの表面を平坦化するリコータA2
と、このリコータA2を往復移動させるリコータ駆動装
置A3、材料粉末Bの表面にレーザビームを照射するレ
ーザヘッドA4、このレーザヘッドA4を前後左右に走
査するスキャナA5を備えている。
【0031】また、コンテナA1には、材料粉末Bと共
に造形品が載置されるエレベータA6と、このエレベー
タA6を上下に移動させるエレベータ駆動装置A7が設
けてある。ここで、A15はリコータA2の送りネジ
で、A16はレーザヘッドA4の送りネジである。
【0032】A10は制御装置で、SLS造形装置A全
体の動作は、この制御装置A9から発生される信号Xに
より制御されるが、ここで、まず、信号X1は、リコー
タ駆動装置A3を動作させ、電力を供給するリコータ駆
動信号で、次に信号X2は、レーザヘッドA4の走査経
路とレーザビームの明減を制御し、電力を供給するスキ
ャナ・レーザ駆動信号であり、更に信号X3は、エレベ
ータ駆動装置A7を動作させ、電力を供給するエレベー
タ駆動信号である。
【0033】次に、このSLS造形装置Aの動作を図5
により説明する。このSLS造形装置Aは、平坦化され
た材料粉末Bの表面にレーザビームを走査させながら照
射していくことにより、表面にある材料粉末Bを焼結し
て(即ち、コーティング層を溶融させ、粉末粒子を相互
に結合させて)CAD形状データDが記述している造形
品の、或る高さ位置での断面形状を持つ層を作る。そし
て、この断面形状を持つ層を、最初の高さから順次積み
重ねてゆくことにより、所望の立体形状の造形品を造形
するのである。
【0034】制御装置A10は、3次元CAD11から
CAD形状データDを受信すると、これをもとに造形品
の立体形状を持つ立体データを生成する。次に、積層の
ため、この立体データと、それぞれの高さにある水平面
の交わりを計算し、造形品の断面形状を算出する。この
とき、材料粉末Bの表面の水平面上を(x、y)の直角座
標系とし、各層毎に、リコータ駆動信号X1、スキャナ
・レーザ駆動信号X2、エレベータ駆動信号X3を自動
的に生成する。
【0035】まず、リコータ駆動信号X1により、リコ
ータ駆動装置A3のモータA20が動作して送りネジA
16が回転し、これがボール歯車A18により直線運動
に変換され、リコータA2が移動される。また、このと
き、同じくリコータ駆動信号X1により、モータ内蔵の
ローラA18が回転し、材料粉末Bの表面がならされて
リコート(再被覆)される。
【0036】次に、スキャナ・レーザ駆動信号X2によ
り、x軸方向モータA13が動作してx方向送りネジA
15が回転すると、ボールナットA12によりレーザヘ
ッドA4はx方向に動かされる。同様に、y軸方向モー
タA14が動作され、y方向送りネジA16が回転する
と、レーザヘッドA4はy方向に動かされる。
【0037】従って、レーザヘッドA4は、スキャナ・
レーザ駆動信号X2により、材料粉末Bの表面を(x、
y)直角座標にして任意の経路で走査され、同時にレー
ザビームの照射点滅が任意に制御されることになる。
【0038】また、エレベータ駆動信号X3により、エ
レベータ駆動装置A7のモータA21が動作すると、ボ
ール歯車A19により送りネジA17が上下に動かさ
れ、これによりエレベータA6が昇降される。
【0039】こうして、SLS造形装置Aは、図6に示
すように、以下の手順1、手順2、手順3を繰り返え
し、層を積み重ねてゆき、造形品Fを造形する。手順1
エレベータA6、又は造形品Fの上に材料粉末Bを盛り
付け、リコータA2を往復させて材料粉末Bの表面を平
坦化する。
【0040】手順2レーザビームを、レーザヘッドA4
から材料粉末Bの表面に照射する。このとき、スキャナ
A5は、レーザヘッドA4を造形品Fの断面に沿って走
査させ、材料粉末Bの断面内にある部分の表面だけがレ
ーザビームで焼結され、薄層が作られるようにする。
【0041】手順3エレベータA6を層の厚さだけ降下
させ、造形品の新しい層を重ねて形成するための準備を
行う。このような動作により、最終的に造形品Fが作ら
れる。
【0042】次に、焼結工程P3による造形品Fから多
孔質部品、すなわち、この場合は図3におけるハブ部K
10とランナベーン部K20となる多孔質部品を作る方
法について説明する。なお、以下、ハブ部K10となる
多孔質部品については、多孔質部品S1とし、ランナベ
ーン部K20となる多孔質部品については、多孔質部品
S2とする。
【0043】この焼結工程P3では、図7に示すよう
に、黒鉛坩堝T2に造形品Fを入れた上で、加熱時のダ
レ落ち防止用として、更にアルミナ粉末T5を充填し、
これを電気炉T6内において加熱し、多孔質部品S1又
は多孔質部品S2を得る。
【0044】このとき、加熱開始時は、歪が生じないよ
うに保熱しながら1180度まで炉内の温度を上昇さ
せ、その後、炉内温度を一定にして2時間保ち、造形品
F内のコーティング層が加熱除去され、更にステンレス
粉末が焼結されるようにし、最後に自然冷却させ炉内温
度を常温に戻し、多孔質部品S1又は多孔質部品S2を
得るのである。
【0045】組立工程P4では、図8(a)に示すよう
に、ハブ形状データD1が記述する形状を持つ多孔質部
品S1の嵌合孔K14に、ランナベーン形状データD2
が記述する形状を持つ多孔質部品S2の嵌合軸K22の
先端を合わせ、金槌などの工具を用いて嵌合孔K14の
中に嵌合軸K22を嵌め込む。
【0046】このとき、これら嵌合孔K14と嵌合軸K
22の嵌合面がテーパーになっているので、嵌合面に大
きな圧力が発生し、静摩擦が高まるので、多孔質部品S
1と多孔質部品S2が強固に結合されることになり、完
成した複合多孔質品Mの組立位置が狂う虞れがなく、形
状精度が向上する。
【0047】しかも、このとき、多孔質部品S1に対す
る多孔質部品S2の組み付けを1回で終了させるのでは
なくて、嵌合孔K14の中に嵌合軸K22を仮に嵌め込
んでは抜き取り、再度、挿入する作業を繰り返し、且
つ、嵌め込んだとき摺動させ、接触面がよく擦り合わさ
れるようにする。
【0048】そして、この組み付け作業の繰り返しの結
果、図8(b)に示すように、嵌合孔K14と嵌合軸K2
2の嵌合面が崩れ、粉末状になった材料粉末が嵌合面に
残ってしまう空隙M2を埋めている状態にしておく。こ
れにより、後の溶浸工程P5において、銅が嵌合面を通
過浸透し易くなる。
【0049】そして、この後、多孔質部品S2のテーパ
孔K24にステンレス製のテーパピンEを係合させ、複
合多孔質品Mを作製するのであるが、このテーパピンE
のテーパ孔K24に対する係合に際しても、嵌合面の摺
動を繰り返し行うようにしてもよい。
【0050】最後に、溶浸工程P5では、複合多孔質品
Mに存在する内部空孔M1と空隙M2に銅を溶浸して充
填する作業が行われる。この作業では、図9に示すよう
に、まず多孔質の板材で作られたタブT1を用意し、そ
の上に複合多孔質品Mを載置し、これらを黒鉛坩堝T2
中のセラミックス板T3を敷いた上に置く。
【0051】次に、タブT1上に、このときの溶浸に必
要となる分量の銅片T4を置き、加熱時のダレ落ち防止
用のアルミナ粉末T5を黒鉛坩堝T2内に充填した後、
黒鉛坩堝T2を電気炉T6に入れて加熱するのである。
このとき、加熱開始時には、歪が生じないように除熱し
ながら炉内の温度を1080度まで上昇させ、その後、
炉内温度を2時間一定に保つ。
【0052】そうすると、銅片T4が溶融し、この結
果、毛細管現象により、溶融した銅がタブT2に溶浸
し、これを通過して複合多孔質品Mの底部に達した後、
複合多孔質品Mの内部空孔M1に溶浸し、更に空隙M1
2を溶浸して多孔質部品S1から多孔質部品S2にも溶
浸して行き、遂には複合多孔質品Mの全体が溶浸される
ようになる。
【0053】そこで、この後、自然冷却を行って炉内温
度を常温に戻すと、複合多孔質品M内に溶浸した銅が凝
固し、内部空孔M1と空隙M12を埋め、複合多孔質品
Mと同じ形状の真密度立体品が得られることになる。
【0054】従って、この実施形態によれば、複合多孔
質品Mが、複数の造形品Fとして形成されるので、完成
品として要求される立体品が大型の場合でも、その造形
に必要なSLS造形装置が小型で済み、各造形品Fも小
型にできるので、取扱いが容易で、運搬などに際して破
損の虞れが少なくて済む。
【0055】また、この実施形態では、複数の多孔質部
品S1、S2の組合せが、嵌合孔K14と嵌合軸K22
の嵌め合わせで行えるので、完成した立体品の精度が向
上でき、且つ、複合多孔質品Mの組合せが、造形品Fを
多孔質部品S1、S2に形成した後で行えるので、破損
の虞れなく組合せることができる。
【0056】また、この結果、複合多孔質品Mの強度も
充分に得られるので、移動などに際して振動や衝撃力が
与えられても破損の虞れがなく、大型の立体品にも容易
に対応することができる。
【0057】ところで、上記した図1の実施形態では、
焼結工程P3の後、そのまま組立工程P4に進んでいる
が、この間で、一旦、造形品Fの何れかに機械加工など
を施すようにしても良く、この場合、焼結工程P3まで
の間にたとえ何らかの不具合があっても、修正が可能に
なるので、歩留まりの低下が抑えられ、完成した立体品
の形状精度も向上させることができる。
【0058】また、上記図1の実施形態では、溶浸工程
P5において、図9に示すように、銅片T4をタブT1
上に載置しているが、これに加えて、複合多孔質品M上
に他の銅片を直接載置したり、或いは他の銅片を別のタ
ブに載せた上で載置するようにしてもよい。こうすれ
ば、立体品が大型になった場合でも容易に、溶浸材(こ
の場合は銅)を複合多孔質品M全体に行き渡らせること
ができる。
【0059】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。既に説明したように、本発明は、多孔質立体品を
溶浸処理して真密度立体品を作成する際、溶浸処理工程
の前に、多孔質立体品を複数の多孔質部品に分けて作成
しておき、これら複数の多孔質部品を組合わせた上で、
それらの組合わせ部分も含めて溶浸させて真密度立体品
とするものである。
【0060】しかし、このとき、幾つかの多孔質部品又
は全部については、組合わせる前に溶浸させておいても
良く、これが次に説明する第2の実施形態であり、図2
に示すように、この実施形態では、図1の実施形態にお
ける組立工程P4の前にも溶浸工程、すなわち、部品溶
浸工程P6を設けたもので、その他の工程は図1の実施
形態と同じである。
【0061】そして、この部品溶浸工程P6では、複数
個の多孔質部品S1、S2などの内の1個、又は複数
個、或いは全部について、予め溶浸させておくようにし
たものであり、具体的に説明すると、この図2の実施形
態でも、例えば図3に示した水車ランナの場合、それを
ハブ部K10とランナベーン部K20に分割し、ハブ部
K10を多孔質部品S1とし、ランナベーン部K20を
多孔質部品S2とした上で、部品溶浸工程P6では、多
孔質部品S2を予め溶浸させておくようにしたものであ
る。
【0062】ここで、予め溶浸させておくべき対象とし
て、多孔質部品S2が選ばれている理由は、溶浸工程P
5において、溶浸材が行き渡る経路が長い方になってい
るからで、この場合、図9で既に説明したように、溶浸
材は、まず複合多孔質品Mのハブ部K10を通ってから
ランナベーン部K20に溶浸され、しかも、このとき空
隙M2を通るので毛細管現象が弱まり、ランナベーン部
K20に溶浸材が供給され難くなる。
【0063】しかして、この図2の場合には、空隙M2
が大きい場合でも、既にランナベーン部K20は溶浸済
みなので、複合多孔質品M全体に容易に溶浸材が行き渡
り、しかも、溶浸工程P5において、予め溶浸してある
銅が再び溶融され、これが空隙M2に充填されるので、
更に充分な溶浸が得られ、強度の高い真密度の立体品を
容易に得ることができる。
【0064】また、溶浸前の多孔質部品S1、S2は、
切削油を吸収するので機械加工ができないが、第2の実
施形態においては、多孔質部品S1、S2に予め機械化
工を施すことができる。これにより、さらに高精度の組
立を行なうことが可能となる。
【0065】次に、図1の実施形態において説明した、
各種の多孔質部品Sの組合せに使用する摺り合せ面付位
置決め形状の他の例について、図10により説明する。
図1の実施形態では、図3に示すように、ハブ側嵌合部
K16と、ベーン側嵌合部K25を用いているが、この
図10では、形状N1、N2と形状L1、L2を用いる
ようになっている。
【0066】まず、差込形状N1、N2は、図10(a)
に示すように、テーパを付けた円柱状の突出部N11
と、この突出部N11の形状に合わせてテーパを付けた
円形の差込穴N21で構成されている。そして、突出部
N11の外周面と差込穴N21の内周面は、互いに面接
触する摺り合せ面になっている。
【0067】また、差込形状L1、L2は、図10(b)
に示すように、底になるほど幅広になっている、いわゆ
る鳩尾形の突起部L11と、この突起部L11の形状に
合わせて鳩尾形に作られているキー溝部L21で構成さ
れている。そして、突起部L11の表面とキー溝部L2
1の表面は、互いに面接触する摺り合せ面になってい
る。
【0068】そこで、差込形状N1、N2と差込形状L
1、L2は、それぞれが設けられている多孔質部品の組
合時に、各多孔質部品同士を押し付けながら、矢印で図
示されている方向に動かすことにより、摺り合せ面同士
が擦れて表面が削られ、粉が摺り合せ面の間の空隙を埋
めている状態にすることができる。
【0069】従って、この図10に示した差込形状を用
いることにより、図1の実施形態の場合と同様、空隙に
溶浸材を充分に溶浸させることができ、強度の高い真密
度立体品を容易に得ることができる。
【0070】ここで、使用した溶浸材と多孔質品の機械
的強度が類似していた場合には、本発明の実施形態によ
り作成した立体品の強度は、単体の多孔質品に溶浸して
得た立体品に比して遜色がない。
【0071】従って、上記実施形態によれば、従来のS
LS法により作成した立体品と同じ形状精度と機械的強
度を有する立体品が容易に得られることになり、上記し
た試験用のモデルとなる水車に限らず、各種の大型の立
体品を容易に作成することができる。
【0072】
【発明の効果】本発明によれば、以下に列挙する効果が
得られる。 a.装置コストを抑えつつ、高い強度を持つ大型の立体
品を容易に得ることができる。 b.市販の造形装置を活用して大型の立体品を迅速・簡
便に製作することができる。 c.組立工程において、容易に複合多孔質品の相互の位
置を決めて組立ることができる。
【0073】d.組立工程において、多孔質品同士の相
対位置のずれが小さくできるので、形状精度が向上す
る。また、溶浸処理により、すり合わせ面の間の空隙が
溶浸されて完成立体品の強度が増す。 e.複合多孔質品を移動する際、振動又は衝撃的な力な
どにより複合多孔質品の一部が分離して床などに落ちて
破損するのが容易に防止でき、且つ完成立体品の形状精
度・強度が向上する。
【0074】f.完成した立体品の形状精度の向上が得
られる。 g.大きい立体品であっても、むらなく確実に、溶浸材
を複合多孔質品全体に溶浸できるので、完成立体品の強
度が向上する。
【0075】h.確実に、溶浸材を複合多孔質品全体及
び摺り合せ面の間の空隙に溶浸できるので、完成立体品
の強度が向上する。 i.市販の造形装置を活用して、大きな強度を持つ大型
の立体品を迅速・簡便に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すフローチャートであ
る。
【図2】本発明の他の一実施形態を示すフローチャート
である。
【図3】本発明の一実施形態による立体品の説明図であ
る。
【図4】SLS造形装置の一例を示す説明図である。
【図5】SLS造形装置の制御系統を示す説明図であ
る。
【図6】SLS造形装置の動作説明図である。
【図7】焼結処理の一例を示す説明図である。
【図8】本発明の一実施形態における多孔質部品の組合
せ処理の説明図である。
【図9】溶浸処理の一例を示す説明図である。
【図10】本発明の一実施形態における摺り合せ面付位
置決め形状の説明図である。
【符号の説明】
A SLS造形装置 A1 コンテナ A2 リコータ A3 リコータ駆動装置 A4 レーザヘッド A5 スキャナ A6 エレベータ A7 エレベータ駆動装置 A10 制御装置 A15、A16 送りネジ B 粉末材料 D CADデータ(D1,D2,……) D1 ハブ形状データ D2 ランナベーン形状データ E テーパピン F 造形品(F1,F2,…) F1 ハブ形状を持つ造形品 F2 ランナベーン形状を持つ造形品 K10 ハブ部 K11 ハブ本体 K12 軸孔 K13 ボス K14 嵌合孔 K15 キー溝 K16 ハブ側嵌合部 K20 ランナベーン部 K21 翼部 K22 嵌合軸 K23 キー部 K24 テーパ孔 K25 ベーン側嵌合部 M 複合多孔質品 M1 内部空孔 M2 摺り合せ面の間の空隙 P 立体品製作方法 P1 CAD準備工程 P2 SLS造形工程 P3 焼結工程 P4 組立工程 P5 溶浸工程 S 多孔質部品(S1,S2,…) S1 ハブ形状を持つ多孔質部品 S2 ランナベーン形状を持つ多孔質部品 T1 タブ T2 黒鉛坩堝 T3 セラミックス板 T4 銅片 T5 アルミナ粉末 T6 電気炉 X1 リコータの駆動信号 X2 スキャナ・レーザ駆動信号 X3 エレベータ駆動信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定岡 紀行 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 桑原 皓二 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 佐々木 弘治 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 高木 太郎 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 飯田 伸一 茨城県水戸市元石川町276番地21号 金属 技研株式会社茨城工場内 Fターム(参考) 4F213 AC01 AG20 WA22 WA25 WA40 WB01 WC06 WE03 WL03 WL12 WL32 WL67 WL92 WW06 WW50 4K018 AA33 BA17 BC30 CA50 DA11 FA36 FA42 HA10 JA32

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 多孔質立体品の溶浸処理により真密度立
    体品として形成された立体品において、 前記多孔質立体品が、複数の多孔質部品に分けて作成さ
    れた後、これらの多孔質部品を組合わせて作成された複
    合多孔質立体品であり、 前記真密度立体品が、前記溶浸処理により、前記複数の
    多孔質部品の組合わせ部分も含めて溶浸されていること
    を特徴とする立体品。
  2. 【請求項2】 多孔質立体品を溶浸処理して真密度立体
    品を作成する方式の立体品製作方法において、 前記溶浸処理工程の前に、前記多孔質立体品を複数の多
    孔質部品に分けて作成する工程と、前記複数の多孔質部
    品を組合わせて前記多孔質立体品にする工程を設け、 前記複数の多孔質部品の組合わせ部分も含めて溶浸され
    た真密度立体品が得られるように構成したことを特徴と
    する立体品製作方法。
  3. 【請求項3】 請求項2の発明において、 前記複数の多孔質部品の少なくとも一部が溶浸処理され
    ていることを特徴とする立体品製作方法。
  4. 【請求項4】 請求項2の発明において、 前記複数の多孔質部品を組合わせる部分が摺動嵌め合い
    構造に作られていることを特徴とする立体品製作方法。
  5. 【請求項5】 多孔質品の形状を設計してCADデータ
    を作成するCAD装置と、 前記CADデータに基づいて前記多孔質品を作製する多
    孔質品造形装置と、 前記多孔質品を組み立てて複合多孔質品とする組立装置
    と、 前記複合多孔質品に溶浸材を溶浸して立体品を得る溶浸
    装置とで構成されていることを特徴とする立体品造形シ
    ステム。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106424722A (zh) * 2015-08-11 2017-02-22 株式会社日立制作所 金属制品制造方法
CN112792352A (zh) * 2021-03-31 2021-05-14 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种利用钨粉熔丝喷射3d打印钨坯渗铜的方法

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CN112792352B (zh) * 2021-03-31 2021-06-29 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种利用钨粉熔丝喷射3d打印钨坯渗铜的方法

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