JP2002347126A - 光造形方法 - Google Patents

光造形方法

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JP2002347126A
JP2002347126A JP2001155103A JP2001155103A JP2002347126A JP 2002347126 A JP2002347126 A JP 2002347126A JP 2001155103 A JP2001155103 A JP 2001155103A JP 2001155103 A JP2001155103 A JP 2001155103A JP 2002347126 A JP2002347126 A JP 2002347126A
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JP
Japan
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powder
recess
molding
uncured
stereolithography
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JP2001155103A
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English (en)
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Hiroshi Uesugi
浩 植杉
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NAKAKIN KK
Nakakin Co Ltd
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NAKAKIN KK
Nakakin Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉体造形方式による光造形方法として、造形
後の光造形物の凹所に入り込んでいる未硬化粉体を能率
よく確実に除去でき、除去時に硬化部分が削り取られた
り傷を受けるのを回避し得る手段を提供する。 【解決手段】 三次元モデルを多数層に平行スライスし
た際の各層を、粉体層へのレーザービームの照射による
結着硬化層として順次に積層形成し、得られた光造形物
1の凹所2に残る未硬化粉体3をエアー噴射4又は/及
びエアー吸引5によって除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末を用いた光造
形方法、つまり三次元モデルを多数層に平行スライスし
た際の各層を、粉体層へのレーザービームの照射による
結着硬化層として順次に積層形成し、該三次元モデルを
粉体の結着硬化物として具象化した光造形物を得る方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車、航空機、建造物、家電、
玩具、日用雑貨等の各種工業分野における製品や部品の
設計・デザイン構成をCAD、CAM、CAE等のコン
ピュター上で行う手法が広く普及している。そして、こ
のようなコンピュター上で設計された三次元モデルを具
象化した実体モデルを製作する最新の手段として、光造
形法が登場している。
【0003】この光造形法は、コンピュター上で設計モ
デルを厚さ数十〜数百μm単位の多数層に平行スライス
した時の各断面パターンのデータを作成し、このデータ
を光造形装置のコントローラーに入力し、造形材料に各
層の断面パターンに沿ってレーザービームを照射するこ
とにより、前記スライスした多数層を最下層から順次一
層ずつ積層形成してゆき、最終的に設計モデルに対応し
た実体モデルを形成するものであるが、使用する造形材
料によって溶液造形方式と粉体造形方式とに大別され
る。
【0004】前記の溶液造形方式は、紫外線硬化型樹脂
等の光硬化性樹脂の溶液を造形材料とし、レーザー光に
て該樹脂成分を反応硬化させて樹脂造形物とするもので
ある。一方、粉体造形方式は、造形材料として金属粉や
型砂等の固形粉末を用い、レーザービームの熱により、
粉体粒子自体を焼結させるか、混入されたバインダー成
分を介して融着させ、もって粉体粒子が結着硬化した造
形物とするものであり、形態確認用の実体モデルのみな
らず、鋳造用の鋳型や樹脂成形用の金型等として実際の
製品製造に用いる成形型枠の製作に利用されている。
【0005】しかして、粉体造形方式にて得られた光造
形物は、凹所に未硬化の粉体が充填した状態にあるた
め、造形後に未硬化粉体を除去した上で、表面部の硬度
を高めるためにバーナーで全体を炙ったり、加熱による
ポストキュアを行い、更に要すれば研磨や孔開け、不要
部の切除等の後加工を施し、所期の用途に供される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来におい
ては、前記造形後の光造形物に付随している未硬化粉体
を刷毛によって除去しているため、作業能率が悪い上、
凹所のコーナー部や入り組んだ内奥部等に未硬化粉体が
残留したり、刷毛で擦られて硬化部分まで削り取られる
ことが多々あり、また凹所の表面に傷を受け易いという
問題があった。特に、成形型枠として用いる光造形物で
は、凹所が成形材料の入るキャビティになることから、
前記の未硬化粉体の残留や削り取りによる凹所の形状変
化は成形不良に繋がり、表面の傷もそのまま成形品側に
転写されて品質低下を生じる。
【0007】本発明は、上述の事情に鑑みて、粉体造形
方式による光造形方法として、造形後の光造形物の凹所
に入り込んでいる未硬化粉体を能率よく確実に除去でき
ると共に、その除去時に硬化部分が削り取られたり傷を
受けるのを回避し得る手段を提供することを目的として
いる。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係る光造形方法は、図面の参照
符号を付して示せば、三次元モデルを多数層に平行スラ
イスした際の各層を、粉体層30へのレーザービームL
の照射による結着硬化層31として順次に積層形成し、
得られた光造形物1の凹所2に残る未硬化粉体3をエア
ー噴射4又は/及びエアー吸引5によって除去すること
を特徴としている。
【0009】上記構成によれば、光造形物1の凹所2に
残る未硬化粉体3をエアー圧にて吹き飛ばすか、もしく
は真空吸引力によって吸い込むことにより、極めて能率
よく除去できる上、光造形物の表面に対して非接触で除
去を行えるから、硬化部分が削られたり傷を受ける懸念
もない。
【0010】請求項2の発明は、上記請求項1の光造形
方法において、前記凹所2のコーナー部2bに残る未硬
化粉体3をエアー吸引5によって除去すると共に、該凹
所2の他の部位2aに残る未硬化粉体3をエアー噴射4
によって除去する構成としている。この場合、凹所2の
コーナー部2b以外の未硬化粉体3はエアー圧によって
効率よく吹き払われる。しかして、コーナー部2bで
は、圧力の抜けが悪いため、強いエアー噴射4を行った
場合は硬化部分が風圧で欠ける懸念があるが、エアー吸
引5によれば硬化部分の欠けを回避できることになる。
【0011】請求項3の発明は、上記請求項1又は2の
光造形方法において、光造形物1が成形型枠である構成
としている。この場合、光造形物1が成形型枠であるた
めに、特にキャビティとなる凹所2に高い形態精度が要
求されるが、該凹所2に残る未硬化粉体3をエアー噴射
4又は/及びエアー吸引5によって除去することによっ
て、当該凹所の高い形態精度を確保できる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光造形方法の
実施例について、図面を参照して具体的に説明する。
【0013】図1に示す光造形物1は、4気筒自動車エ
ンジン用インテークマニホールドの鋳造用鋳型の下型と
して使用するものであり、型本体10に、中子11とし
て、横長箱型のサージタンク内空間構成部11aと、4
本の曲管状の分配管内空間構成部11b…とが一体形成
されており、この中子11の周囲部に鋳物肉部用のキャ
ビティとなる凹所2を備えると共に、上段部10a及び
下段部10bの上面に注湯口用凹所21,22を有し、
またサージタンク内空間構成部11aの一端側に吸気口
フランジ部形成用凹所23を有している。
【0014】この光造形物1を製作するには、コンピュ
ター上で設計モデルを厚さ数十〜数百μm単位の多数層
に平行スライスした時の各断面パターンのデータを作成
し、このデータを光造形装置のコントローラーに入力
し、型砂を造形材料とする粉体造形方式によって自動的
に光造形する。
【0015】光造形は、図2(イ)に示すように、箱型
の造形枠6内に配置した昇降台7上にべースプレート8
を載置し、図示を省略した粉体散布装置及び均しブレー
ドの駆動により、樹脂バインダーにてコーティングされ
た極めて細かい型砂からなる粉体3を前記平行スライス
した一層分の厚みでべースプレート8上に載せ、この粉
体層30の表面にレーザービームLを最下層P1 の断面
パターンに沿って照射して結着硬化層31を形成し、次
いで昇降台7を前記一層分の厚みだけ下降させ、新たに
粉体3を該一層分に相当する厚みで載せ、同様にレーザ
ービームLを照射して第二層P2 に対応する結着硬化層
31を形成し、以降同様にして順次一層分ずつ昇降台7
を下降させて粉体3の供給とレーザービームLの照射を
繰り返すことにより、最終的に図2(ロ)に示すように
前記平行スライスした全ての層を積層一体化する。
【0016】かくして光造形が終了すれば、造形枠6の
内側に突設したストッパー6aでペースプレート8を係
止し、造形枠6ごと昇降台7から取り外し、所定の場所
で形成した光造形物1を取り出すことになるが、該光造
形物1の凹所2,21〜23には未硬化の粉体3が充填
された状態になっている。そこで、これら凹所2,21
〜23に残った未硬化の粉体3を除去するが、この除去
に際して本発明ではエアー噴射又はエアー吸引を採用す
る。
【0017】図3(イ)はエアー噴射4によって光造形
物1の凹所2に残る未硬化の粉体3を除去している様子
を示す。40はエアーガンであり、そのノズル41から
出る高圧エアーを凹所2に向けて噴射することにより、
凹所2に入っていた未硬化の粉体3が吹き払われてい
る。
【0018】図3(ロ)はエアー吸引5によって光造形
物1の凹所2のコーナー部2aに残る未硬化の粉体3を
除去している様子を示す。50は真空吸引筒であり、そ
の吸引口51を凹所2のコーナー部2aに接近させるこ
とにより、該コーナー部2aに残っていた未硬化の粉体
3を吸い込んで除去している。
【0019】このようなエアー噴射4及びエアー吸引5
によれば、光造形物1の凹所2に残る未硬化粉体3を極
めて能率よく除去できる上、得られた光造形物1の形状
精度及び表面性が損なわれない。すなわち、造形を終え
た段階の光造形物1は、粉体3が結着硬化していても脆
く、擦るだけで粒子が剥がれ落ちる程度の硬化状態であ
るため、刷毛等で凹所2に残る未硬化の粉体3を掻き落
とした場合には硬化部分が削り取られたり傷を受けると
が多々あるが、エアー噴射4及びエアー吸引5では光造
形物1の表面に対して非接触で除去を行えるから、前記
の削り取りや傷付きを生じる懸念はない。
【0020】また、凹所2のコーナー部2bでは圧力の
抜けが悪いため、強いエアー噴射4を行った場合は硬化
部分が風圧で欠ける恐れがあるが、前記のように該コー
ナー部2bにおける未硬化の粉体3の除去をエアー吸引
5にて行うことにより、風圧による欠けも回避できる。
【0021】このようにして凹所2の未硬化の粉体3を
除去した光造形物1は、通常、ガスバーナーで炙る等の
方法で表面の硬度を高め、次に加熱炉内で所要時間の加
熱処理を行って内部まで焼結させることにより、鋳型と
して必要な強度を付与し、更に要すれば研磨や孔開け、
不要部の切除等の後加工を施してインテークマニホール
ドの鋳造用下型として使用する。しかして、この光造形
物1からなる鋳型は、設計モデルに対する高い形態精度
を有して且つキャビティ表面の傷付きもないから、高品
質のインテークマニホールドを鋳造できるものとなる。
【0022】上記実施例では造形材料の粉体3として型
砂を用いているが、本発明は金属粉等の他の粉体を造形
材料とした光造形方法にも適用可能である。また、本発
明を適用する光造形物1の形態ならびにその凹所2の形
状については全く制約はないが、本発明は鋳造用の鋳型
や樹脂成形用の金型等の成形型枠とする光造形物の製作
手段として特に有用である。なお、エアー噴射4及びエ
アー吸引5を行う機器については、前記実施例のエアー
ガン40や真空吸引筒50に限らず、様々な形態及び構
造のものを使用できる。
【0023】
【発明の効果】請求項1の発明に係る光造形方法によれ
ば、粉体造形方式による光造形において、造形後の光造
形物の凹所に入り込んでいる未硬化粉体の除去にエアー
噴射又は/及びエアー吸引を利用することから、該未硬
化粉体を能率よく確実に除去できると共に、その除去時
に硬化部分が削り取られたり傷を受けるのを回避でき、
設計モデルに対する高い形態精度を有して表面性のよい
光造形品が得られる。
【0024】請求項2の発明によれば、上記の光造形方
法において、凹所の部位によってエアー噴射とエアー吸
引を使い分けて未硬化粉体の除去を行うため、高い除去
能率を確保して、且つ凹所のコーナー部における硬化部
分の欠けを防止できるという利点がある。
【0025】請求項3の発明によれば、上記の光造形方
法における光造形物が成形型枠であり、そのキャビティ
となる凹所の高い形態精度と表面性を確保できるため、
高品質の成形品を製造できる該成形型枠が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光造形方法の一実施例で対象と
する光造形物の斜視図である。
【図2】 同光造形物の光造形操作を示し、(イ)図は
造形途上の縦断側面図、(ロ)図は造形終了時の縦断側
面図である。
【図3】 同実施例における未硬化粉体の除去操作を示
し、(イ)図はエアー噴射による除去状態を示す要部の
縦断側面図、(ロ)図はエアー吸引による除去状態を示
す要部の縦断側面図である。
【符号の説明】
1 光造形物 10 型本体 11 中子 2 凹所 2a コーナー部 3 粉体 30 粉体層 31 結着硬化層 4 エアー噴射 40 エアーガン 5 エアー吸引 50 真空吸引筒 L レーザービーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22C 9/24 B22C 9/24 Z // B23K 26/14 B23K 26/14 A

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 三次元モデルを多数層に平行スライスし
    た際の各層を、粉体層へのレーザービームの照射による
    結着硬化層として順次に積層形成し、得られた光造形物
    の凹所に残る未硬化粉体をエアー噴射又は/及びエアー
    吸引によって除去することを特徴とする光造形方法。
  2. 【請求項2】 前記凹所のコーナー部に残る未硬化粉体
    をエアー吸引によって除去すると共に、該凹所の他の部
    位に残る未硬化粉体をエアー噴射によって除去する請求
    項1記載の光造形方法。
  3. 【請求項3】 光造形物が成形型枠である請求項1又は
    2に記載の光造形方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005153013A (ja) * 2003-10-31 2005-06-16 Seiko Epson Corp 基板の加工方法、マイクロレンズシートの製造方法、透過型スクリーン、プロジェクタ、表示装置並びに基板の加工装置
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