JP2015193035A - Method of manufacturing three-dimensional laminated formed object - Google Patents

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康弘 永井
Yasuhiro Nagai
康弘 永井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a three-dimensional laminated formed object, which enables a granular material of an unprinted part to be recycled without being regenerated, and which enables recoating to be properly performed without reference to the kind of the granular material.SOLUTION: A method of manufacturing a three-dimensional laminated formed object 20c includes a step (A) of stacking granular materials and performing an operation for carrying out printing by discharging a binder thereonto from a printing nozzle head 13, and a step (B) of making a gas hardener pass through a laminate of the granular materials and the binder.

Description

本発明は、三次元積層造形物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional layered object.

鋳物を製造するには鋳型が必要である。鋳型には熱硬化鋳型、自硬性鋳型、ガス硬化鋳型などがある。例えば自硬性鋳型は、木型や樹脂型(以下、これらを総称して「模型」という。)に、耐火性粒状材料、硬化剤、およびバインダ(粘結剤)を含む混練砂を充填し、バインダを硬化させる方法で製造されるのが一般的である。
しかし、複雑な形状の鋳型を製造するには、必然的に模型の数を増やす必要があり、工程の煩雑化を招いていた。また、模型の数を増やすことができても、鋳型を模型から外すことができなければ、鋳型を製造することはできない。
A mold is required to produce a casting. Examples of the mold include a thermosetting mold, a self-hardening mold, and a gas curing mold. For example, a self-hardening mold is a wooden mold or resin mold (hereinafter collectively referred to as “model”) filled with kneaded sand containing a refractory granular material, a curing agent, and a binder (binder). In general, it is produced by a method of curing the binder.
However, in order to manufacture a mold having a complicated shape, it is inevitably necessary to increase the number of models, resulting in complicated processes. Even if the number of models can be increased, the mold cannot be manufactured unless the mold can be removed from the model.

こうした問題を解決するために、近年、模型を用いなくても直接鋳型を製造することが可能な、三次元積層造形による鋳型の製造方法が提案されている。
三次元積層造形とは、CAD(computer aided design)システム上で入力された三次元形状を、直接立体モデル(三次元モデル)として鋳型を製造する方法である。
In order to solve these problems, in recent years, a method for producing a mold by three-dimensional additive manufacturing has been proposed, which can directly produce a mold without using a model.
The three-dimensional additive manufacturing is a method of manufacturing a mold using a three-dimensional shape input on a CAD (computer aided design) system as a direct three-dimensional model (three-dimensional model).

三次元積層造形による鋳型の製造方法としては、耐火性粒状材料と液状の硬化剤とを含む混練砂を積層(リコーティング)し、その上にCADデータに基づいてバインダを印刷する操作を繰り返し、バインダが硬化した後に非印刷部分の混練砂を取り除く方法(2液式自硬性型)が知られている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for producing a mold by three-dimensional additive manufacturing, the operation of laminating (recoating) kneaded sand containing a refractory granular material and a liquid curing agent, and printing a binder on the basis of CAD data thereon is repeated, A method of removing the kneaded sand in the non-printed part after the binder is cured (two-component self-hardening type) is known (for example, see Patent Document 1).

特許第5249447号公報Japanese Patent No. 5249447

しかしながら、2液式自硬性型の三次元積層造形により鋳型を製造する場合、非印刷部分の混練砂には硬化剤が配合されているため、鋳型の製造後に混練砂を再利用するには焙焼等の再生処理が必要であった。
また、耐火性粒状材料の種類によっては、混練砂の流動性が悪く、リコーティングしにくい場合もあった。
However, when a mold is manufactured by three-dimensional additive manufacturing of a two-component self-hardening mold, a hardener is blended in the non-printed portion of the kneaded sand. Regeneration such as baking was necessary.
In addition, depending on the type of the refractory granular material, the kneaded sand has poor fluidity and may be difficult to recoat.

本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、非印刷部分の粒状材料を再生処理することなく再利用でき、しかも粒状材料の種類にかかわらず良好にリコーティングできる三次元積層造形物の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a method for producing a three-dimensional layered object that can be reused without regenerating the granular material of the non-printed portion and can be satisfactorily recoated regardless of the type of the granular material. The purpose is to provide.

本発明は以下の態様を有する。
[1]粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷ノズルヘッドから吐出させて印刷する操作を行う工程(A)と、前記粒状材料とバインダの積層物にガス硬化剤を通気させる工程(B)とを有する、三次元積層造形物の製造方法。
[2]脱気しながらガス硬化剤を導入する雰囲気下で工程(A)と工程(B)とを同時に行い、ガス硬化剤の導入位置が印刷ノズルヘッドの吐出口よりも下であり、かつ脱気位置がガス硬化剤の導入位置よりも下である、[1]に記載の三次元積層造形物の製造方法。
[3]ガス硬化剤が空気よりも重い、[2]に記載の三次元積層造形物の製造方法。
[4]ガス硬化剤が通気された積層物をさらに硬化する、[1]〜[3]のいずれか1つに記載の三次元積層造形物の製造方法。
[5]バインダが酸硬化性バインダであり、ガス硬化剤が酸性ガスである、[1]〜[4]のいずれか1つに記載の三次元積層造形物の製造方法。
[6]酸性ガスが炭酸ガスである、[5]に記載の三次元積層造形物の製造方法。
[7]酸硬化性バインダが酸硬化性樹脂である、[5]または[6]に記載の三次元積層造形物の製造方法。
[8]酸硬化性バインダが水ガラスである、[5]または[6]に記載の三次元積層造形物の製造方法。
[9]バインダがアルカリフェノール樹脂であり、ガス硬化剤が有機エステルガスである、[1]〜[4]のいずれか1つに記載の三次元積層造形物の製造方法。
[10]粒状材料が耐火性粒状材料である、[1]〜[9]のいずれか1つに記載の三次元積層造形物の製造方法。
[11]耐火性粒状材料が溶融法、焼結法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる人工砂である、[10]に記載の三次元積層造形物の製造方法。
[12]三次元積層造形物が鋳型である、[1]〜[11]のいずれか1つに記載の三次元積層造形物の製造方法。
The present invention has the following aspects.
[1] A step (A) of laminating a granular material, and performing a printing operation by discharging a binder from the printing nozzle head thereon, and a step of passing a gas curing agent through the laminate of the granular material and the binder (B And a method for producing a three-dimensional layered object.
[2] Steps (A) and (B) are simultaneously performed in an atmosphere in which a gas curing agent is introduced while degassing, and the introduction position of the gas curing agent is below the discharge port of the print nozzle head; and The method for producing a three-dimensional layered object according to [1], wherein the deaeration position is below the introduction position of the gas curing agent.
[3] The method for producing a three-dimensional layered object according to [2], wherein the gas curing agent is heavier than air.
[4] The method for producing a three-dimensional layered object according to any one of [1] to [3], wherein the laminate through which the gas curing agent has been passed is further cured.
[5] The method for producing a three-dimensional layered object according to any one of [1] to [4], wherein the binder is an acid curable binder and the gas curing agent is an acidic gas.
[6] The method for producing a three-dimensional layered object according to [5], wherein the acidic gas is carbon dioxide.
[7] The method for producing a three-dimensional layered object according to [5] or [6], wherein the acid curable binder is an acid curable resin.
[8] The method for producing a three-dimensional layered object according to [5] or [6], wherein the acid curable binder is water glass.
[9] The method for producing a three-dimensional layered object according to any one of [1] to [4], wherein the binder is an alkali phenol resin and the gas curing agent is an organic ester gas.
[10] The method for producing a three-dimensional layered object according to any one of [1] to [9], wherein the granular material is a refractory granular material.
[11] The method for producing a three-dimensional layered object according to [10], wherein the refractory granular material is artificial sand obtained by any one of a melting method, a sintering method, and a flame melting method.
[12] The method for producing a three-dimensional layered object according to any one of [1] to [11], wherein the three-dimensional layered object is a mold.

本発明によれば、非印刷部分の粒状材料を再生処理することなく再利用でき、しかも粒状材料の種類にかかわらず良好にリコーティングできる三次元積層造形物の製造方法を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a three-dimensional layered object that can be reused without regenerating the granular material of the non-printed portion and can be satisfactorily recoated regardless of the type of the granular material.

工程(A)と工程(B)とを同時に行いながら三次元積層造形物を製造する方法を模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the method of manufacturing a three-dimensional laminate modeling thing, performing a process (A) and a process (B) simultaneously. [実施例]で作製した円柱状の積層物を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the column-shaped laminated body produced in [Example].

「三次元積層造形物の製造方法」
本発明の三次元積層造形物の製造方法は、粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷ノズルヘッドから吐出させて印刷する操作を行う工程(以下、「工程(A)」という。)と、前記粒状材料とバインダの積層物にガス硬化剤を通気させる工程(以下、「工程(B)」という。)とを有する。
"Method for manufacturing three-dimensional layered objects"
The method for producing a three-dimensional layered object of the present invention includes a step of performing a printing operation (hereinafter referred to as “step (A)”) in which granular materials are laminated and a binder is discharged from a printing nozzle head on the printed material. And a step of passing a gas curing agent through the laminate of the particulate material and the binder (hereinafter referred to as “step (B)”).

<工程(A)>
工程(A)は、粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷ノズルヘッドから吐出させて印刷する操作を行う工程である。
粒状材料は乾燥状態で用いる。ここで、「乾燥状態」とは、JACT試験法S−9(鋳物砂の水分試験法)に基づいて測定した遊離水分が0.1%以下であることを意味する。具体的な測定方法は以下の通りである。
まず、粒状材料50gをはかりとり、これを乾燥器に入れ、105〜110℃で乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却したのち質量をはかる。この操作を繰り返して恒量になったときの減量から、下記式(1)によって遊離水分を算出する。
遊離水分[%]=(乾燥前の粒状材料の質量[g]−乾燥後の粒状材料の質量[g])/乾燥前の粒状材料の質量[g]×100 ・・・(1)
<Process (A)>
Step (A) is a step in which a granular material is laminated, and a binder is ejected from the print nozzle head to perform printing.
The granular material is used in a dry state. Here, the “dry state” means that the free moisture measured based on JACT test method S-9 (casting sand moisture test method) is 0.1% or less. The specific measurement method is as follows.
First, 50 g of the granular material is weighed, put in a drier, dried at 105 to 110 ° C., cooled to room temperature in a desiccator, and then weighed. From the weight loss when this operation is repeated to reach a constant weight, free water is calculated by the following formula (1).
Free moisture [%] = (mass of granular material before drying [g] −mass of granular material after drying [g]) / mass of granular material before drying [g] × 100 (1)

粒状材料としては、砂、樹脂ビーズ、金属ビーズなどが挙げられる。
砂としては、耐火性を有するものが好ましく、耐火性を有する砂(以下、「耐火性粒状材料」という)としては、珪砂、オリビン砂、ジルコン砂、クロマイト砂、アルミナ砂、ムライト砂等の天然砂や、人工砂などが挙げられる。また、使用済みの人工砂や天然砂を回収したものや、これらを再生処理したものなども使用できる。
人工砂は、一般的にボーキサイトを原料とし、溶融法(アトマイズ法)、焼結法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる。溶融法、焼結法、火炎溶融法の具体的な条件等は特に限定されず、例えば特開平5−169184号公報、特開2003−251434号公報、特開2004−202577号公報等に記載された公知の条件等を用いて人工砂を製造すればよい。
Examples of the particulate material include sand, resin beads, and metal beads.
Sand having fire resistance is preferable, and natural sand such as quartz sand, olivine sand, zircon sand, chromite sand, alumina sand, mullite sand, etc. is used as the sand having fire resistance (hereinafter referred to as “fire-resistant granular material”). Examples include sand and artificial sand. Moreover, the thing which collect | recovered used artificial sand and natural sand, and the thing which recycled these can be used.
Artificial sand is generally obtained from bauxite as a raw material by any one of a melting method (atomizing method), a sintering method, and a flame melting method. Specific conditions of the melting method, sintering method, flame melting method and the like are not particularly limited, and are described in, for example, JP-A-5-169184, JP-A-2003-251434, and JP-A-2004-202577. Artificial sand may be manufactured using known conditions.

樹脂ビーズの原料となる樹脂としては、ナイロン−6、ナイロン−6,6、ナイロン−11、ナイロン12、ポリプロピレン、ポリスチレンなどが挙げられる。
金属ビーズの原料となる金属としては、鉄、チタンなどが挙げられる。
Examples of the resin used as a raw material for the resin beads include nylon-6, nylon-6,6, nylon-11, nylon-12, polypropylene, and polystyrene.
Examples of the metal used as a raw material for the metal beads include iron and titanium.

粒状材料の平均粒子径は、50〜300μmが好ましく、75〜150μmがより好ましい。平均粒子径が300μm以下であれば、面粗度に優れた三次元積層造形物が得られる。
また、工程(A)では、粒状材料とバインダとが交互に積層した積層物が得られる。粒状材料が細かすぎると、工程(B)においてガス硬化剤が積層物の積層方向に浸透しにくくなる傾向にある。粒状材料の平均粒子径が50μm以上であれば、ガス硬化剤が積層物に浸透しやすく、バインダが充分に硬化する。なお、詳しくは後述するが、工程(A)と工程(B)とを交互に行う場合などは、積層物が薄い状態のうちからガス硬化剤を通気させることができる。よって、工程(B)を工程(A)の後で行う場合に比べて、粒状材料が細かくてもガス硬化剤が浸透しやすい。
The average particle diameter of the granular material is preferably 50 to 300 μm, more preferably 75 to 150 μm. When the average particle diameter is 300 μm or less, a three-dimensional layered object having excellent surface roughness can be obtained.
In the step (A), a laminate in which the granular material and the binder are alternately laminated is obtained. When the granular material is too fine, the gas curing agent tends to hardly penetrate in the laminating direction of the laminate in the step (B). When the average particle diameter of the granular material is 50 μm or more, the gas curing agent easily penetrates into the laminate, and the binder is sufficiently cured. In addition, although mentioned later in detail, when performing a process (A) and a process (B) alternately, a gas hardening | curing agent can be ventilated from the state with a thin laminated body. Therefore, compared with the case where a process (B) is performed after a process (A), even if a granular material is fine, a gas hardening | curing agent penetrate | infiltrates easily.

ここで、粒状材料の平均粒子径は、動的光散乱法により測定した粒状材料の体積累計50%のメディアン径である。
また、「面粗度」とは、三次元積層造形物の積層方向の表面粗さのことである。
Here, the average particle diameter of the granular material is a median diameter of 50% cumulative volume of the granular material measured by the dynamic light scattering method.
The “surface roughness” is the surface roughness in the stacking direction of the three-dimensional layered object.

粒状材料は、得られる三次元積層造形物の使用目的に応じて選択される。例えば、三次元積層造形物が鋳型である場合、粒状材料としては耐火性粒状材料が適している。特に、人工砂は、耐火度が高く、熱により膨張しにくい(低熱膨張性に優れる)。熱膨張性が大きいと、ベーニング欠陥が発生しやすい。ここで、ベーニング欠陥とは、鋳型が鋳造時の熱で膨張することで鋳型にクラックが発生し、そのクラック内に溶融金属が流れ込むことで発生するバリ状の欠陥のことである。粒状材料として人工砂を用いれば、大型の鋳型や、高温の溶融金属を注湯する場合にも耐えられる(すなわち、ベーニング欠陥が起こりにくい)鋳型を製造できる。
なお、天然砂は人工砂に比べて安価であるため、製造コストを抑える観点では、天然砂を単独または人工砂と混合して用いるのが好ましく、鋳型の耐火度も考慮するのであれば、天然砂と人工砂とを混合して用いるのが好ましい。
天然砂としては、珪砂が好ましい。その理由は、例えばジルコン砂は天然砂の中では価格が比較的高く、クロマイト砂はクロムを含むため廃棄に手間がかかり、オリビン砂は三次元積層造形物の面粗度が高くなる傾向にあるためである。
また、鋳型の冷却効果を目的とする観点では、粒状材料として金属ビーズを用いてもよく、特にコスト面から鉄ビーズが適している。
A granular material is selected according to the intended purpose of the obtained three-dimensional layered object. For example, when the three-dimensional layered object is a mold, a refractory granular material is suitable as the granular material. In particular, artificial sand has high fire resistance and is not easily expanded by heat (excellent in low thermal expansion). If the thermal expansibility is large, vaning defects are likely to occur. Here, the vaning defect is a burr-like defect that is generated when a crack is generated in the mold due to expansion of the mold due to heat during casting, and molten metal flows into the crack. When artificial sand is used as the granular material, it is possible to produce a large mold or a mold that can withstand even when pouring high-temperature molten metal (that is, a vaning defect is unlikely to occur).
Since natural sand is cheaper than artificial sand, it is preferable to use natural sand alone or mixed with artificial sand from the viewpoint of reducing manufacturing costs. It is preferable to use a mixture of sand and artificial sand.
As natural sand, quartz sand is preferred. The reason is that, for example, zircon sand is relatively expensive among natural sands, chromite sand contains chromium, so it takes time to dispose of it, and olivine sand tends to increase the surface roughness of the three-dimensional layered object. Because.
In addition, from the viewpoint of cooling the mold, metal beads may be used as the granular material, and iron beads are particularly suitable from the viewpoint of cost.

鋳型は鋳物を鋳造するための型であり、鋳造後は鋳物を取り出すために解体される。すなわち、鋳物を最終目的物(最終製品)とすると、鋳型は最終的に壊される前提のものである。
一方、三次元積層造形物が最終目的物(最終的に壊されることを前提としていないもの)である場合、粒状材料は最終目的物の用途に応じて選択すればよい。例えば、最終目的物として人形、スクリュー等に用いられる羽根、トレイなどを製造する場合は、粒状材料として樹脂ビーズが適している。
The mold is a mold for casting a casting. After casting, the mold is disassembled to take out the casting. In other words, if the casting is the final object (final product), the mold is premised on being finally broken.
On the other hand, when the three-dimensional layered object is a final object (not premised on being finally destroyed), the granular material may be selected according to the use of the final object. For example, when manufacturing final blades such as wings and trays used for dolls, screws, etc., resin beads are suitable as the granular material.

バインダとしては、酸硬化性バインダ、アルカリフェノール樹脂(ただし、後述のホウ素化合物と併用しない)などが挙げられる。
酸硬化性バインダとしては、酸硬化性樹脂、水ガラスなどが挙げられる。ここで、酸硬化性樹脂とは、酸性ガスの作用により硬化する樹脂のことである。
酸硬化性樹脂としては、アルカリフェノール樹脂とホウ素化合物との混合物、レゾール型フェノール樹脂、フラン樹脂、尿素変性フラン樹脂、フェノール変性フラン樹脂などが挙げられる。
Examples of the binder include an acid curable binder and an alkali phenol resin (but not used in combination with a boron compound described later).
Examples of the acid curable binder include acid curable resins and water glass. Here, the acid curable resin is a resin that is cured by the action of an acid gas.
Examples of the acid curable resin include a mixture of an alkali phenol resin and a boron compound, a resol type phenol resin, a furan resin, a urea-modified furan resin, and a phenol-modified furan resin.

アルカリフェノール樹脂とホウ素化合物との混合物におけるアルカリフェノール樹脂は、後述のように有機エステルガスの作用により硬化する樹脂であるが、ホウ素化合物と併用することで酸性ガスの作用により硬化する樹脂となる。
アルカリフェノール樹脂は、アルカリ金属の水酸化物の存在下、常法により、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選択される1種以上(以下、「フェノール系化合物」という。)と、アルデヒド類とを水系で反応させることで得られる。
フェノール類としては、例えばフェノール、クレゾール、レゾルシン、ノニルフェノール、カシューナッツ殻液などが挙げられる。
ビスフェノール類としては、例えばビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールC、ビスフェノールS、ビスフェノールZなどが挙げられる。
アルデヒド類としては、例えばホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラール、グリオキザール、グルタルジアルデヒド、フタル酸ジアルデヒドなどが挙げられる。
The alkali phenol resin in the mixture of the alkali phenol resin and the boron compound is a resin that is cured by the action of the organic ester gas as described later, but becomes a resin that is cured by the action of the acidic gas when used in combination with the boron compound.
The alkali phenol resin is one or more selected from the group consisting of phenols and bisphenols (hereinafter referred to as “phenolic compounds”) and aldehydes in the presence of an alkali metal hydroxide in a conventional manner. Can be obtained by reacting in an aqueous system.
Examples of phenols include phenol, cresol, resorcin, nonylphenol, cashew nut shell liquid, and the like.
Examples of bisphenols include bisphenol A, bisphenol F, bisphenol C, bisphenol S, and bisphenol Z.
Examples of aldehydes include formaldehyde, paraformaldehyde, acetaldehyde, furfural, glyoxal, glutardialdehyde, phthalic acid dialdehyde, and the like.

フェノール系化合物としては、フェノール類およびビスフェノール類のいずれか一方を単独で用いてもよいし、フェノール類およびビスフェノール類を混合して用いてもよい。特に、強度の高い三次元積層造形物が得られやすい点で、フェノール系化合物としてはフェノール類およびビスフェノール類からなる共縮合型樹脂が好ましい。   As the phenolic compound, either one of phenols and bisphenols may be used alone, or a mixture of phenols and bisphenols may be used. In particular, a co-condensation type resin composed of phenols and bisphenols is preferable as the phenolic compound in that a three-dimensional layered product having high strength is easily obtained.

アルカリ金属の水酸化物としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどが挙げられる。これらの中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。これらアルカリ金属の水酸化物は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルカリ金属の水酸化物の使用量は、フェノール系化合物の総モル数に対して0.5〜4.0倍モルが好ましく、0.8〜3.5倍モルがより好ましく、1.0〜3.0倍モルが特に好ましい。アルカリ金属の水酸化物の使用量がフェノール系化合物の総モル数に対して0.5倍モル以上であれば、三次元積層造形物の強度が高まる。一方、アルカリ金属の水酸化物の使用量がフェノール系化合物の総モル数に対して4.0倍モル以下であれば、アルカリ金属の水酸化物が過剰量となるのを防げるので、アルカリ金属の水酸化物により作業環境が悪化するのを抑制できる。
Examples of the alkali metal hydroxide include sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide. Among these, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable. These alkali metal hydroxides may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the alkali metal hydroxide used is preferably 0.5 to 4.0 times mol, more preferably 0.8 to 3.5 times mol, and 1.0 to 1.0 mol based on the total number of moles of the phenolic compound. 3.0 times mole is particularly preferable. If the usage-amount of an alkali metal hydroxide is 0.5 times mol or more with respect to the total number of moles of a phenolic compound, the intensity | strength of a three-dimensional laminate molding will increase. On the other hand, if the amount of the alkali metal hydroxide used is 4.0 times or less the total number of moles of the phenolic compound, it is possible to prevent the alkali metal hydroxide from becoming excessive. It is possible to prevent the working environment from being deteriorated by the hydroxide.

アルデヒド類の使用量は、フェノール系化合物の総モル数に対して1.0〜3.5倍モルが好ましく、1.1〜2.5倍モルがより好ましく、1.5〜2.0倍モルが特に好ましい。アルデヒド類の使用量がフェノール系化合物の総モル数に対して1.0倍モル以上であれば、三次元積層造形物の強度が高まる。一方、アルデヒド類の使用量がフェノール系化合物の総モル数に対して3.5倍モル以下であれば、アルカリフェノール樹脂中に残存する未反応のアルデヒド類の量を減らすことができる。アルカリフェノール樹脂中に未反応のアルデヒド類が多く残存していると、積層造形時に有害なアルデヒド類の発生が多くなる傾向にある。   The amount of aldehyde used is preferably 1.0 to 3.5 times mole, more preferably 1.1 to 2.5 times mole, and 1.5 to 2.0 times the total number of moles of the phenolic compound. Mole is particularly preferred. If the usage-amount of aldehydes is 1.0 times mole or more with respect to the total number of moles of a phenol type compound, the intensity | strength of a three-dimensional laminate molding will increase. On the other hand, when the amount of aldehyde used is 3.5 times or less of the total number of moles of the phenolic compound, the amount of unreacted aldehyde remaining in the alkali phenol resin can be reduced. When many unreacted aldehydes remain in the alkali phenol resin, there is a tendency for harmful aldehydes to be generated more frequently during additive manufacturing.

なお、フェノール系化合物とアルデヒド類とを反応させる際に、反応系中にアルデヒドと縮合可能なモノマー(例えば尿素、シクロヘキサノン、メラミン等)を加えてもよい。また、得られたアルカリフェノール樹脂を1価のアルコール類(例えばメタノール、エタノール、プロパノール等)で所望の濃度となるように希釈してもよい。   In addition, when making a phenol type compound and aldehyde react, you may add the monomer (For example, urea, cyclohexanone, a melamine etc.) which can be condensed with an aldehyde in a reaction system. Moreover, you may dilute the obtained alkali phenol resin so that it may become a desired density | concentration with monohydric alcohols (for example, methanol, ethanol, propanol, etc.).

アルカリフェノール樹脂とホウ素化合物との混合物におけるホウ素化合物は、酸性ガスの作用によりアルカリフェノール樹脂を迅速に硬化させる役割を果たす。
ホウ素化合物としては、例えば四ホウ酸ナトリウム10水和物(ホウ砂)、ホウ酸カリウム10水和物、メタホウ酸ナトリウム、五ホウ酸ナトリウム、五ホウ酸カリウムなどが挙げられる。また、ホウ素化合物としてホウ酸を用いてもよい。なお、ホウ酸は、アルカリフェノール樹脂と混合することでアルカリと反応し、ホウ酸塩となる。これらホウ素化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ホウ素化合物の添加量は、アルカリフェノール樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部が好ましく、1〜10質量部がより好ましい。ホウ素化合物の添加量が0.1質量部以上であれば、硬化速度が充分に得られ、また三次元積層造形物の強度が高まる。一方、ホウ素化合物の添加量が20質量部以下であれば、粒状材料との混和性が充分なものとなる。
The boron compound in the mixture of the alkali phenol resin and the boron compound serves to rapidly cure the alkali phenol resin by the action of the acid gas.
Examples of the boron compound include sodium tetraborate decahydrate (borax), potassium borate decahydrate, sodium metaborate, sodium pentaborate, potassium pentaborate and the like. Further, boric acid may be used as the boron compound. In addition, boric acid reacts with an alkali by mixing with alkali phenol resin, and becomes borate. These boron compounds may be used alone or in combination of two or more.
0.1-20 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of alkali phenol resins, and, as for the addition amount of a boron compound, 1-10 mass parts is more preferable. If the addition amount of the boron compound is 0.1 parts by mass or more, a sufficient curing speed can be obtained, and the strength of the three-dimensional layered object can be increased. On the other hand, if the addition amount of the boron compound is 20 parts by mass or less, the miscibility with the particulate material is sufficient.

さらに、アルカリフェノール樹脂とホウ素化合物との混合物には、三次元積層造形物の強度を高める目的で、フェノール系化合物とアイオノマー結合する金属の塩、グリコール類、シランカップリング剤などを添加してもよい。   Furthermore, for the purpose of increasing the strength of the three-dimensional layered object, a salt of a metal that binds the phenolic compound to an ionomer, a glycol, a silane coupling agent, or the like may be added to the mixture of the alkali phenol resin and the boron compound. Good.

フェノール系化合物とアイオノマー結合する金属の塩としては、例えばアルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸リチウム等のアルミン酸塩;スズ酸ナトリウム、スズ酸カリウム、スズ酸リチウム等のスズ酸塩;チタン酸ナトリウム、チタン酸カリウム等のチタン酸塩などが挙げられる。これら金属の塩は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
金属の塩の添加量は、アルカリフェノール樹脂100質量部に対して0.1〜1.0質量部が好ましく、0.3〜0.6質量部がより好ましい。金属の塩の添加量が0.1質量部以上であれば、三次元積層造形物の強度を向上させる効果が充分に得られる。三次元積層造形物の強度の向上効果は、金属の塩の添加量が増えるほど得られやすくなる傾向にあるが、増えすぎると逆に硬化阻害を生じる場合がある。よって、金属の塩の添加量の添加量は1.0質量部以下が好ましい。
Examples of the metal salt that forms an ionomer bond with a phenol compound include aluminates such as sodium aluminate, potassium aluminate, and lithium aluminate; stannates such as sodium stannate, potassium stannate, and lithium stannate; titanic acid Examples thereof include titanates such as sodium and potassium titanate. These metal salts may be used alone or in combination of two or more.
0.1-1.0 mass part is preferable with respect to 100 mass parts of alkali phenol resins, and, as for the addition amount of a metal salt, 0.3-0.6 mass part is more preferable. If the addition amount of the metal salt is 0.1 parts by mass or more, the effect of improving the strength of the three-dimensional layered object can be sufficiently obtained. The effect of improving the strength of the three-dimensional layered object tends to be obtained as the amount of the metal salt added increases. Therefore, the addition amount of the metal salt is preferably 1.0 part by mass or less.

グリコール類としては、例えばジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルなどが挙げられる。これらグリコール類は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
グリコール類の添加量は、アルカリフェノール樹脂100質量部に対して1〜20質量部が好ましい。グリコール類の添加量が1質量部以上であれば、三次元積層造形物の強度を向上させる効果が充分に得られる。三次元積層造形物の強度の向上効果は、グリコール類の添加量が増えるほど得られやすくなる傾向にあるが、増えすぎると逆に硬化阻害を生じる場合がある。よって、グリコール類の添加量の添加量は20質量部以下が好ましい。
Examples of glycols include diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl. Ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monopropyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, etc. These glycols may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
As for the addition amount of glycols, 1-20 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of alkali phenol resins. If the addition amount of glycols is 1 part by mass or more, the effect of improving the strength of the three-dimensional layered object is sufficiently obtained. The effect of improving the strength of the three-dimensional layered object tends to be obtained as the added amount of glycols increases. Therefore, the addition amount of glycols is preferably 20 parts by mass or less.

シランカップリング剤としては、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらシランカップリング剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シランカップリング剤の添加量は、アルカリフェノール樹脂100質量部に対して0.01〜3.0質量部が好ましく、0.1〜2.0質量部がより好ましい。シランカップリング剤の添加量が0.01質量部以上であれば、三次元積層造形物の強度を向上させる効果が充分に得られる。三次元積層造形物の強度の向上効果は、シランカップリング剤の添加量が増えるほど得られやすくなる傾向にあるが、増えすぎても効果は頭打ちとなるだけである。よって、シランカップリング剤の添加量の添加量は3.0質量部以下が好ましい。
Examples of the silane coupling agent include γ-aminopropyltriethoxysilane, γ- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxysilane, and γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane. These silane coupling agents may be used alone or in combination of two or more.
0.01-3.0 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of alkali phenol resins, and, as for the addition amount of a silane coupling agent, 0.1-2.0 mass parts is more preferable. If the addition amount of a silane coupling agent is 0.01 mass part or more, the effect which improves the intensity | strength of a three-dimensional laminate modeling thing will fully be acquired. The effect of improving the strength of the three-dimensional layered object tends to be obtained as the addition amount of the silane coupling agent increases, but the effect only reaches a limit even if it increases too much. Therefore, the addition amount of the silane coupling agent is preferably 3.0 parts by mass or less.

水ガラスとしては特に限定されず、従来公知のものを使用できる。例えば珪酸ナトリウム(具体的にはJIS K 1408:1966に記載されている1号、2号、3号やメタ珪酸ナトリウム(1種、2種))、珪酸カリウムや、これらの混合物を用いることができる。
また、水ガラスとしては、SiOとM(M=KOまたはNaO)のモル比(SiO/M)が1.6〜4.0である水ガラスを用いることが好ましく、モル比が2.15〜2.5である水ガラスを用いることがより好ましい。モル比が小さくなると硬化速度が遅くなり、接着強度が高くなる傾向にある。逆に、モル比が大きくなると硬化速度が速くなり、接着強度が低くなる傾向にある。
It does not specifically limit as water glass, A conventionally well-known thing can be used. For example, sodium silicate (specifically, No. 1, No. 2, No. 3, sodium metasilicate (1 type, 2 types) described in JIS K 1408: 1966), potassium silicate, or a mixture thereof may be used. it can.
As the water glass, it is preferable that SiO 2 and M (M = K 2 O or Na 2 O) molar ratio of (SiO 2 / M) is used water glass is 1.6 to 4.0, moles It is more preferable to use water glass having a ratio of 2.15 to 2.5. When the molar ratio is small, the curing rate is slow and the adhesive strength tends to be high. Conversely, when the molar ratio is increased, the curing rate is increased and the adhesive strength tends to be decreased.

水ガラスの25℃におけるボーメ度は36〜44であることが好ましい。水ガラスのボーメ度が小さくなると、水分量が多くなりすぎて三次元積層造形物の強度が低下する場合がある。逆に、水ガラスのボーメ度が大きくなると、水ガラスの粘度が増加して扱いにくくなる傾向にある。   The degree of Baume at 25 ° C. of water glass is preferably 36-44. When the Baume degree of water glass becomes small, the amount of water increases so that the strength of the three-dimensional layered object may be lowered. Conversely, when the baume degree of the water glass increases, the viscosity of the water glass tends to increase and become difficult to handle.

アルカリフェノール樹脂(ただし、上述したホウ素化合物と併用しない)をバインダとして用いる場合、このアルカリフェノール樹脂は、有機エステルガスの作用により硬化する樹脂である。
アルカリフェノール樹脂としては、酸硬化性樹脂の説明において先に例示したアルカリフェノール樹脂が挙げられる。
When an alkali phenol resin (but not used in combination with the above-described boron compound) is used as a binder, the alkali phenol resin is a resin that is cured by the action of an organic ester gas.
As an alkali phenol resin, the alkali phenol resin illustrated previously in description of acid curable resin is mentioned.

バインダとしては、上述した酸硬化性バインダおよびアルカリフェノール樹脂以外のものを用いてもよく、例えばフェノール樹脂とウレタン樹脂との混合物を用いることができる。ただし、バインダとしてフェノール樹脂とウレタン樹脂との混合物を用いる場合、詳しくは後述するが、工程(B)において用いるガス硬化剤としてはアミンガスが適している。このアミンガスは作業環境を悪化させることがある。よって、バインダとしてはアミンガス以外のガス硬化剤の作用により硬化が可能な酸硬化性バインダやアルカリフェノール樹脂が好ましい。   As the binder, those other than the above-mentioned acid curable binder and alkali phenol resin may be used. For example, a mixture of a phenol resin and a urethane resin can be used. However, when a mixture of a phenol resin and a urethane resin is used as the binder, an amine gas is suitable as the gas curing agent used in the step (B), as will be described in detail later. This amine gas may worsen the working environment. Therefore, the binder is preferably an acid curable binder or an alkali phenol resin that can be cured by the action of a gas curing agent other than amine gas.

粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷ノズルヘッドから吐出させて印刷する操作を行う工程は、例えば以下のようにして行われる。
まず、印刷造形法を用いた三次元積層装置(例えばPrometal RCT S−print(登録商標)、販売元:株式会社EX ONE)を用い、リコーターを有するブレード機構により粒状材料を三次元積層装置に設置された金属ケースの底面に積層する。ついで、積層した粒状材料の上に、三次元積層造形物の形状を3DCAD設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッドを走査させて、バインダを印刷する。金属ケースの底面は造形テーブルとなっており、上下に可動することができる。バインダを印刷した後、金属ケースの底面(造形テーブル)を一層分降下させ、先と同様にして粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷する。これら積層と印刷からなる工程(A)を繰り返す。一層の厚さは、100〜500μmが好ましく、200〜300μmがより好ましい。
The step of performing the operation of stacking the granular material and discharging the binder from the print nozzle head for printing is performed as follows, for example.
First, a granular material is installed in the three-dimensional laminating apparatus using a blade mechanism having a recoater using a three-dimensional laminating apparatus (for example, Professional RCT S-print (registered trademark), distributor: EX ONE Co., Ltd.) using a printing modeling method Laminated on the bottom of the metal case. Next, a binder is printed on the laminated granular material by scanning the print nozzle head based on data obtained by 3D CAD design of the shape of the three-dimensional layered object. The bottom surface of the metal case serves as a modeling table and can be moved up and down. After printing the binder, the bottom surface (modeling table) of the metal case is lowered further, the granular material is laminated in the same manner as described above, and the binder is printed thereon. The process (A) consisting of these lamination and printing is repeated. The thickness of one layer is preferably 100 to 500 μm, and more preferably 200 to 300 μm.

バインダを印刷する際の塗布量としては特に制限されないが、一層分の粒状材料の質量を100質量部としたときに、0.4〜10質量部となる塗布量が好ましく、0.8〜5質量部となる塗布量がより好ましい。   Although it does not restrict | limit especially as an application quantity at the time of printing a binder, When the mass of the granular material for one layer is 100 mass parts, the application quantity used as 0.4-10 mass parts is preferable, 0.8-5 A coating amount that is part by mass is more preferable.

<工程(B)>
工程(B)は、粒状材料とバインダの積層物にガス硬化剤を通気させる工程である。ガス硬化剤を通気させることでバインダが硬化し、三次元積層造形物が得られる。
ガス硬化剤は、硬化剤をガス化したものであり、工程(A)にて用いるバインダの種類に応じて、適宜選択されて用いられる。
例えば、バインダとして酸硬化性バインダを用いる場合、ガス硬化剤としては酸性ガスが適している。酸性ガスとしては、例えば炭酸ガス、亜硫酸ガス、塩化水素ガスなどが挙げられる。これらの中でも、取り扱い性に優れ、作業環境にも影響を与えにくい点で、炭酸ガスが好ましい。
一方、バインダとしてアルカリフェノール樹脂(ただし、上述したホウ素化合物と併用しない)を用いる場合、ガス硬化剤としては有機エステルガスが適している。有機エステルガスとしては、例えばギ酸メチルガス、ギ酸エチルガスなどが挙げられる。
また、バインダとしてフェノール樹脂とウレタン樹脂との混合物を用いる場合、ガス硬化剤としてはアミンガスが適している。アミンガスとしては、例えばトリエチルアミンガス、ジメチルエチルアミンガスなどが挙げられる。
<Process (B)>
Step (B) is a step of passing a gas curing agent through the laminate of the particulate material and the binder. By passing the gas curing agent, the binder is cured, and a three-dimensional layered product is obtained.
The gas curing agent is a gasification of the curing agent, and is appropriately selected and used according to the type of binder used in the step (A).
For example, when an acid curable binder is used as the binder, an acid gas is suitable as the gas curing agent. Examples of the acid gas include carbon dioxide gas, sulfurous acid gas, and hydrogen chloride gas. Among these, carbon dioxide is preferable because it is easy to handle and hardly affects the work environment.
On the other hand, when an alkali phenol resin (but not used in combination with the above-described boron compound) is used as the binder, an organic ester gas is suitable as the gas curing agent. Examples of the organic ester gas include methyl formate gas and ethyl formate gas.
Moreover, when using the mixture of a phenol resin and a urethane resin as a binder, amine gas is suitable as a gas hardening | curing agent. Examples of the amine gas include triethylamine gas and dimethylethylamine gas.

工程(B)は、繰り返し行う複数の工程(A)が全て終了した後に行ってもよいし、工程(A)と工程(B)とを交互に行ってもよいし、工程(A)と工程(B)とを同時に行ってもよい。ただし、工程(A)と工程(B)とを交互に行う場合は、最後が工程(B)である。   The step (B) may be performed after all the plurality of steps (A) to be repeated are completed, the step (A) and the step (B) may be performed alternately, or the step (A) and the step (B) may be performed simultaneously. However, when the process (A) and the process (B) are performed alternately, the last is the process (B).

工程(B)を工程(A)が全て終了した後に行う場合、粒状材料とバインダの積層物を金属ケースごと三次元積層装置から取り出し、この金属ケースを密閉ケースの中に設置し、密閉ケース内を減圧状態にした後にガス硬化剤に置換して、バインダを硬化させる。この方法は、VRH法(Vacuum Replacement Hardening Process)と呼ばれる。
工程(B)を工程(A)が全て終了した後に行う場合、密閉ケース内の空気をガス硬化剤に置換するのに必要な量(置換量)は密閉ケースの容積で異なるが、容積の0.9〜2.0倍量が好ましく、容積と同量がより好ましい。例えば、密閉ケースの大きさが1000mm×800mm×700mmである場合、その容積は560Lであることから、ガス硬化剤の置換量は、本容積の0.9倍量にあたる504L以上、本容積の2倍量にあたる1120L以下が好ましく、本容積と同量の560Lであることがより好ましい。ガス硬化剤の置換量が容積の0.9倍量以上であれば、バインダが充分に硬化する。一方、ガス硬化剤の置換量が容積の2.0倍量以下であれば、ガス圧力に密閉ケースが充分に耐えられる。
また、バインダを硬化反応させる時間(硬化反応時間)は、60〜300秒であることが好ましく、120〜180秒であることがより好ましい。硬化反応時間が60秒以上であれば、バインダが充分に硬化するが、300秒を超えてもバインダの硬化は頭打ちとなる。なお、硬化反応時間は、密閉ケース内のガス硬化剤への置換を開始した直後から、密閉ケースを開放するまでの時間である。
When the step (B) is performed after the completion of the step (A), the laminate of the particulate material and the binder is taken out from the three-dimensional laminating apparatus together with the metal case, and the metal case is installed in the sealed case. After reducing the pressure to a gas curing agent, the binder is cured. This method is called a VRH method (Vacuum Replacement Hardening Process).
When the step (B) is performed after the completion of the step (A), the amount (replacement amount) required to replace the air in the sealed case with the gas curing agent varies depending on the volume of the sealed case, but the volume is 0%. .9 to 2.0 times the amount is preferable, and the same amount as the volume is more preferable. For example, when the size of the sealed case is 1000 mm × 800 mm × 700 mm, the volume is 560 L. Therefore, the replacement amount of the gas curing agent is 504 L or more, which is 0.9 times the main volume, and 2 of the main volume. It is preferably 1120 L or less, which is a double amount, and more preferably 560 L which is the same amount as the main volume. If the replacement amount of the gas curing agent is 0.9 times the volume or more, the binder is sufficiently cured. On the other hand, if the replacement amount of the gas curing agent is 2.0 times the volume or less, the sealed case can sufficiently withstand the gas pressure.
The time for curing the binder (curing reaction time) is preferably 60 to 300 seconds, and more preferably 120 to 180 seconds. If the curing reaction time is 60 seconds or more, the binder is sufficiently cured, but the binder is hardened even if it exceeds 300 seconds. The curing reaction time is the time from immediately after the start of replacement with the gas curing agent in the sealed case until the sealed case is opened.

工程(A)と工程(B)とを交互に行う場合は、例えば三次元積層装置の金属ケース設置部分が密閉かつ減圧状態となるようにし、一層目の粒状材料を金属ケースの底面(造形テーブル)に積層し、その上にバインダを印刷した後、減圧しながらガス硬化剤を通気させる。ついで、減圧およびガス硬化剤の通気を停止し、金属ケースの底面(造形テーブル)を一層分降下させ、先と同様にして粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷した後に、ガス硬化剤を通気させる操作を繰り返す。
工程(A)と工程(B)とを交互に行う場合、ガス硬化剤の通気流量は、バインダが硬化するのに充分な量であればよいが、1ピッチで積層される積層物の体積の3〜25倍の流量であることが好ましく、8〜15倍の流量であることがより好ましい。例えば、1分間に1ピッチで積層される積層物の体積が1Lであれば、ガス硬化剤の通気流量は1分間あたり3〜25Lであることが好ましく、8〜15Lであることがより好ましい。ガス硬化剤の通気流量が1ピッチで積層される積層物の体積の3倍以上であれば、バインダが充分に硬化する。一方、ガス硬化剤の通気流量が1ピッチで積層される積層物の体積の25倍以下であれば、三次元積層造形物の強度を維持できる。また、風圧が強くなりすぎず、粒状材料が飛散しにくい。
また、ガス硬化剤を通気させる時間は特に制限されないが、バインダを完全に硬化させた後に次の層を積層すると、層間の密着性が充分に得られず、層間剥離が生じる場合がある。よって、工程(A)と工程(B)とを交互に行う場合は、バインダが完全に硬化する前に次の層を積層することが好ましく、バインダの硬化時間等を考慮して通気時間を設定することが好ましい。
When the step (A) and the step (B) are performed alternately, for example, the metal case installation part of the three-dimensional laminating apparatus is hermetically sealed and decompressed, and the first granular material is placed on the bottom surface of the metal case (the modeling table ), A binder is printed thereon, and then a gas curing agent is aerated while reducing the pressure. Next, the pressure reduction and the aeration of the gas curing agent are stopped, the bottom surface (modeling table) of the metal case is lowered further, the granular material is laminated in the same manner as described above, and the binder is printed on the gas curing agent. Repeat the operation to ventilate.
When the step (A) and the step (B) are alternately performed, the flow rate of the gas curing agent may be an amount sufficient for the binder to be cured, but the volume of the laminate laminated at one pitch is sufficient. The flow rate is preferably 3 to 25 times, and more preferably 8 to 15 times. For example, if the volume of the laminate laminated at 1 pitch per minute is 1 L, the gas curing agent aeration flow rate is preferably 3 to 25 L, more preferably 8 to 15 L per minute. If the flow rate of the gas curing agent is at least three times the volume of the laminate laminated at one pitch, the binder is sufficiently cured. On the other hand, if the flow rate of the gas curing agent is 25 times or less the volume of the laminate laminated at one pitch, the strength of the three-dimensional laminate shaped article can be maintained. Further, the wind pressure does not become too strong, and the granular material is not easily scattered.
The time for allowing the gas curing agent to pass is not particularly limited. However, if the next layer is laminated after the binder is completely cured, sufficient adhesion between layers may not be obtained, and delamination may occur. Therefore, when the step (A) and the step (B) are performed alternately, it is preferable to stack the next layer before the binder is completely cured, and the ventilation time is set in consideration of the curing time of the binder. It is preferable to do.

工程(A)と工程(B)とを同時に行う場合は、脱気しながらガス硬化剤を導入する雰囲気下で行うことが好ましい。以下、工程(A)と工程(B)とを同時に行う方法の一例について、図1を参照しながら具体的に説明する。なお、図1に示す方法は、印刷造形法を用いた三次元積層装置を用いて工程(A)と工程(B)とを同時に行う方法である。
金属ケース10内にガス硬化剤を導入するための導入口11と、金属ケース10内を脱気するための脱気口12とを所定の箇所に有する金属ケース10を設置した三次元積層装置を用い、脱気口12に脱気ポンプ(図示略)を接続し、金属ケース10内を脱気する。脱気と同時に導入口11からガス硬化剤を金属ケース10に導入する。このような脱気しながらガス硬化剤を導入する雰囲気下において、一層目の粒状材料を金属ケースの底面(造形テーブル)10aに積層し、その上にバインダを印刷ノズルヘッド13から吐出させて印刷する。引き続き、脱気しながらガス硬化剤を導入する雰囲気下において、金属ケース10の底面(造形テーブル)10aを一層分降下させ、先と同様にして粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷する操作を繰り返す。
When performing a process (A) and a process (B) simultaneously, it is preferable to carry out in the atmosphere which introduce | transduces a gas hardening agent, deaerating. Hereinafter, an example of a method for simultaneously performing the step (A) and the step (B) will be described in detail with reference to FIG. In addition, the method shown in FIG. 1 is a method of performing a process (A) and a process (B) simultaneously using the three-dimensional laminating apparatus using the printing modeling method.
A three-dimensional laminating apparatus in which a metal case 10 having an introduction port 11 for introducing a gas curing agent into the metal case 10 and a deaeration port 12 for degassing the inside of the metal case 10 at predetermined positions is installed. The deaeration pump (not shown) is connected to the deaeration port 12 and the inside of the metal case 10 is deaerated. Simultaneously with the deaeration, the gas curing agent is introduced into the metal case 10 from the inlet 11. Under such an atmosphere in which a gas curing agent is introduced while degassing, the first-layer granular material is laminated on the bottom surface (modeling table) 10a of the metal case, and a binder is discharged from the printing nozzle head 13 on the printed material. To do. Subsequently, in an atmosphere in which a gas curing agent is introduced while degassing, the bottom surface (modeling table) 10a of the metal case 10 is lowered by one layer, a granular material is laminated in the same manner as above, and a binder is printed thereon. Repeat the operation.

ガス硬化剤の導入位置(図1に示す場合は導入口11の位置)は、印刷ノズルヘッド13の吐出口13aよりも下に位置することが好ましい。ガス硬化剤の導入位置が印刷ノズルヘッド13の吐出口13aよりも下であれば、印刷ノズルヘッド13内にてバインダがガス硬化剤に曝されにくいので硬化しにくい。よって、印刷ノズルヘッド13が目詰まりするのを抑制できる。
脱気位置(図1に示す場合は脱気口12の位置)は、ガス硬化剤の導入位置よりも下に位置することが好ましい。脱気位置がガス硬化剤の導入位置よりも下であれば、金属ケース10内にて上方から下方、すなわち導入口11から脱気口12へとガス硬化剤が流れるので、粒状材料とバインダの積層物20にガス硬化剤が充分に行き渡る。
図1の場合、導入口11は金属ケース10の壁10bの上部、具体的には印刷ノズルヘッド13の吐出口13aよりも下、かつ積層物20の積層面20a近傍の高さの位置に設けられ、脱気口12は金属ケース10の底面(造形テーブル)10aに設けられている。ここで、「積層面」とは、積層物の最上層の表面のことである。
特に、導入口11と脱気口12は、ほぼ対角線上に位置していることが好ましい。導入口11と脱気口12が対角線上に位置していれば、金属ケース10内の全体にガス硬化剤がより行き渡りやすくなるので、バインダがより硬化しやすくなる。
The introduction position of the gas curing agent (in the case of FIG. 1, the position of the introduction port 11) is preferably located below the discharge port 13 a of the print nozzle head 13. If the introduction position of the gas curing agent is below the discharge port 13 a of the print nozzle head 13, the binder is not easily exposed to the gas curing agent in the print nozzle head 13, so that it is difficult to cure. Therefore, clogging of the print nozzle head 13 can be suppressed.
The deaeration position (the position of the deaeration port 12 in the case shown in FIG. 1) is preferably located below the introduction position of the gas curing agent. If the deaeration position is below the gas curing agent introduction position, the gas curing agent flows from the upper side to the lower side in the metal case 10, that is, from the introduction port 11 to the deaeration port 12. The gas curing agent is sufficiently distributed to the laminate 20.
In the case of FIG. 1, the introduction port 11 is provided at a position above the wall 10 b of the metal case 10, specifically below the discharge port 13 a of the print nozzle head 13 and at a height near the lamination surface 20 a of the laminate 20. The deaeration port 12 is provided on the bottom surface (modeling table) 10 a of the metal case 10. Here, the “lamination surface” is the surface of the uppermost layer of the laminate.
In particular, it is preferable that the introduction port 11 and the deaeration port 12 are positioned substantially on a diagonal line. If the introduction port 11 and the deaeration port 12 are located on a diagonal line, the gas curing agent is more easily spread throughout the metal case 10, and the binder is more easily cured.

工程(A)と工程(B)とを同時に行う場合、ガス硬化剤の導入量は、バインダが硬化するのに充分な量であればよいが、1ピッチで積層される積層物の体積の3〜25倍の導入量であることが好ましく、8〜15倍の導入量であることがより好ましい。例えば、1分間に1ピッチで積層される積層物の体積が1Lであれば、ガス硬化剤の導入量は1分間あたり3〜25Lであることが好ましく、8〜15Lであることがより好ましい。ガス硬化剤の導入量が1ピッチで積層される積層物の体積の3倍以上であれば、バインダが充分に硬化する。一方、ガス硬化剤の導入量が1ピッチで積層される積層物の体積の25倍以下であれば、三次元積層造形物の強度を維持できる。また、風圧が強くなりすぎず、粒状材料が飛散しにくい。
特に、工程(A)と工程(B)とを同時に行う場合は、ガス硬化剤が空気よりも重いことが好ましい。ガス硬化剤が空気よりも重ければ、金属ケース10に導入されたときに金属ケース10の底に沈みやすく、積層物20にガス硬化剤がより充分に行き渡る。また、印刷ノズルヘッド13内にてバインダがガス硬化剤により曝されにくくなるので、印刷ノズルヘッド13が目詰まりするのをより抑制できる。
When performing the step (A) and the step (B) at the same time, the amount of the gas curing agent introduced may be an amount sufficient for the binder to be cured, but the volume of the laminate laminated at one pitch is 3 The introduction amount is preferably ˜25 times, more preferably 8 to 15 times. For example, if the volume of the laminate laminated at 1 pitch per minute is 1 L, the amount of the gas curing agent introduced is preferably 3 to 25 L, more preferably 8 to 15 L per minute. If the amount of the gas curing agent introduced is at least three times the volume of the laminate laminated at one pitch, the binder is sufficiently cured. On the other hand, if the introduction amount of the gas curing agent is not more than 25 times the volume of the laminate laminated at one pitch, the strength of the three-dimensional laminate shaped article can be maintained. Further, the wind pressure does not become too strong, and the granular material is not easily scattered.
In particular, when the step (A) and the step (B) are performed simultaneously, the gas curing agent is preferably heavier than air. If the gas curing agent is heavier than air, the gas curing agent is likely to sink to the bottom of the metal case 10 when introduced into the metal case 10, and the gas curing agent spreads more sufficiently to the laminate 20. Moreover, since it becomes difficult for the binder to be exposed to the gas curing agent in the print nozzle head 13, the clogging of the print nozzle head 13 can be further suppressed.

なお、工程(A)と工程(B)とを交互に行う場合や、工程(A)と工程(B)とを同時に行う場合は、これらの工程が終わった後に、ガス硬化剤が通気された積層物をさらに硬化してもよい。ここで、工程(A)と工程(B)とを交互に行うときの硬化、または工程(A)と工程(B)とを同時に行うときの硬化を「プレキュア」といい、工程(A)と工程(B)とを交互に行った後に行う硬化、または工程(A)と工程(B)とを同時に行った後に行う硬化を「ポストキュア」という。
プレキュアの後にポストキュアを行うことで、バインダがより充分に硬化する。
ポストキュアの方法としては、積層物を加熱する方法、積層物にマイクロ波を照射する方法、VRH法などが挙げられる。
In addition, when performing a process (A) and a process (B) alternately, or when performing a process (A) and a process (B) simultaneously, the gas hardening | curing agent was ventilated after these processes were completed. The laminate may be further cured. Here, the curing when the step (A) and the step (B) are alternately performed, or the curing when the step (A) and the step (B) are performed simultaneously is called “precure”, and the step (A) and Curing performed after alternately performing the step (B) or curing performed after performing the step (A) and the step (B) at the same time is referred to as “post cure”.
By performing post-cure after pre-cure, the binder is more fully cured.
Examples of the post-cure method include a method of heating the laminate, a method of irradiating the laminate with microwaves, and a VRH method.

例えば図1に示すように、積層物20のバインダ印刷部分20bは、工程(A)のみの段階では非結合状態であるが、工程(B)においてガス硬化剤を通気させることで、バインダが硬化し、結合状態とすることができる。
一方、積層物20のバインダ非印刷部分20cは、バインダが存在していないので、工程(B)の後も非結合状態である。よって、このバインダ非印刷部分の粒状材料をブラシや掃除機等で除去し、三次元積層造形物を得る。
For example, as shown in FIG. 1, the binder printed portion 20 b of the laminate 20 is in a non-bonded state only in the step (A), but the binder is cured by passing a gas curing agent in the step (B). Then, it can be in a combined state.
On the other hand, the binder non-printing portion 20c of the laminate 20 is in a non-bonded state even after the step (B) because no binder is present. Therefore, the particulate material of the binder non-printing part is removed with a brush or a vacuum cleaner to obtain a three-dimensional layered object.

<作用効果>
本発明によれば、バインダの硬化剤としてガス硬化剤を用いるので、粒状材料には硬化剤を配合しない。よって、積層物のバインダ非印刷部分は粒状材料のみからなるので、この非印刷部分の粒状材料を再生処理することなく再利用できる。しかも、粒状材料には硬化剤を配合しないので、粒状材料の種類にかかわらず良好にリコーティングできる。
<Effect>
According to the present invention, since the gas curing agent is used as the binder curing agent, no curing agent is added to the particulate material. Therefore, since the binder non-printing part of the laminate is made of only the granular material, the non-printing part of the granular material can be reused without reprocessing. In addition, since the hardener is not blended in the granular material, it can be satisfactorily recoated regardless of the type of the granular material.

ところで、珪砂などの天然砂を粒状材料として用い、三次元積層造形物として鋳型を製造した場合、得られる鋳型は上述したベーニング欠陥が発生しやすい。かかる理由は以下のように考えられる。
天然砂は相転移点を有するため、鋳造時の熱で体積膨張する。特に、鋳型の内側(溶融金属と接する部分)は溶融金属の熱が伝わりやすく膨張しやすいが、鋳型の外側に近づくほど溶融金属の熱が伝わりにくいため膨張しにくい。この内側と外側の膨張の差により、鋳型の内側でクラックが発生すると考えられる。
By the way, when natural sand such as silica sand is used as a granular material and a mold is manufactured as a three-dimensional layered object, the obtained mold is likely to have the above-mentioned vaning defects. The reason for this is considered as follows.
Since natural sand has a phase transition point, it expands in volume by heat during casting. In particular, the inner side of the mold (the part in contact with the molten metal) is easily expanded due to the heat of the molten metal, but is less likely to expand because the heat of the molten metal is less likely to be transmitted closer to the outer side of the mold. It is considered that cracks are generated inside the mold due to the difference in expansion between the inside and the outside.

対して、人工砂は相転移を起こしにくいため、鋳造時の熱で膨張しにくい。よって、人工砂を用いて製造される鋳型は、ベーニング欠陥を起こしにくい。
しかし、上述したように2液式自硬性型により鋳型を製造する場合、人工砂に液状の硬化剤を配合してリコーティングするが、人工砂に液状の硬化剤を配合すると流動性が低下し、リコーティング性が低下しやすかった。
On the other hand, artificial sand hardly undergoes a phase transition, and therefore hardly expands due to heat during casting. Therefore, a mold manufactured using artificial sand is less likely to cause vaning defects.
However, as described above, when a mold is manufactured by a two-component self-hardening mold, a liquid curing agent is blended with artificial sand and recoated. However, when a liquid curing agent is blended with artificial sand, fluidity is lowered. The recoating property was apt to decrease.

人工砂の流動性を改善するために、人工砂と天然砂との混合物に液状の硬化剤を配合する方法もある。
しかし、この方法により得られる鋳型は、溶融金属の注湯温度が低い場合(例えばアルミニウムを注湯する場合)はその温度に耐えられるが、注湯温度が高くなると(例えば鉄を注湯する場合)その温度に耐えられない。そのため、大型の鋳型を製造することが困難であった。これは、ベーニング欠陥は鋳型が大型になるほど起こりやすいことによるが、その理由は以下のように考えられる。
鋳型に流し込んだ溶融金属は、中央部分よりも外側(鋳型と接している部分)から冷えて固まっていく。鋳型が小さい場合は、短時間で溶融金属が冷えるので、鋳型にクラックが生じる前に外側の溶融金属が冷えて固まり、その後鋳型にクラックが生じてもクラック内に溶融金属が流れ込むのを防止できると考えられる。一方、鋳型が大きい場合は、溶融金属が冷えるのに時間がかかるため、外側の溶融金属が固まりきる前に鋳型にクラックが発生してしまい、ベーニング欠陥が起こると考えられる。
In order to improve the fluidity of artificial sand, there is also a method of blending a liquid hardener with a mixture of artificial sand and natural sand.
However, the mold obtained by this method can withstand the molten metal pouring temperature when it is low (for example, when pouring aluminum), but when the pouring temperature becomes high (for example, when pouring iron) ) Unable to withstand that temperature. Therefore, it has been difficult to produce a large mold. This is because vaning defects are more likely to occur as the mold becomes larger. The reason is considered as follows.
The molten metal poured into the mold cools and hardens from the outside (the part in contact with the mold) from the central part. When the mold is small, the molten metal cools in a short time, so that the outer molten metal cools and solidifies before the crack occurs in the mold, and even if a crack occurs in the mold, the molten metal can be prevented from flowing into the crack. it is conceivable that. On the other hand, when the mold is large, it takes a long time for the molten metal to cool down, so that it is considered that a crack occurs in the mold before the outer molten metal hardens, resulting in a vaning defect.

しかし、本発明であれば、粒状材料に硬化剤を配合しないので、粒状材料として人工砂を用いる場合に生じる流動性の問題を解決できる。すなわち、本発明であれば、人工砂を単独で用いてもリコーティングできるので、大型で、高温の溶融金属を注湯する場合にも耐えられる(すなわち、ベーニング欠陥が起こりにくい)鋳型を製造できる。   However, if it is this invention, since a hardening | curing agent is not mix | blended with a granular material, the problem of the fluidity | liquidity which arises when using artificial sand as a granular material can be solved. That is, according to the present invention, since artificial sand can be used alone, recoating can be performed, so that a mold that can endure even when pouring high-temperature molten metal (that is, less likely to cause vaning defects) can be manufactured. .

また、上述したような2液式自硬性型の場合は可使時間があるが、本発明であればガス硬化剤によりバインダを硬化させるので可使時間がなく、作業性にも優れる。   In the case of the two-component self-hardening type as described above, there is a usable time, but in the present invention, the binder is cured with a gas curing agent, so there is no usable time and the workability is excellent.

ところで、ガス硬化剤の通気性は粒状材料の平均粒子径に影響され、平均粒子径が大きいほど通気性に優れる傾向にある。
ガス硬化鋳型等の通常の鋳型に用いられる粒状材料の平均粒子径は、350μm程度と比較的大きいので、ガス硬化剤の通気性は良好である。
一方、三次元積層造形により鋳型を製造する場合、用いられる粒状材料の平均粒子径は50〜300μmと小さいため、ガス硬化剤の通気性が充分に得られにくい。そのため、VRH法等により粒状材料とバインダの積層物にガス硬化剤を通気させる際には、密閉ケース内を充分に減圧しないとガス硬化剤が積層物の内部にまで浸透しにくく、積層物の表面だけが硬化してしまう。しかし、減圧しすぎると粒状材料が飛散しやすくなる傾向にある。また、VRH法の場合、上述したように積層物を金属ケースごと密閉ケースの中に設置してバインダを硬化させる。すなわち、バインダが未硬化の状態の積層物を移動させるので、積層物にズレが生じる恐れもある。
By the way, the air permeability of the gas curing agent is affected by the average particle diameter of the granular material, and the larger the average particle diameter, the better the air permeability.
Since the average particle diameter of a granular material used for a normal mold such as a gas curing mold is relatively large at about 350 μm, the gas curing agent has good air permeability.
On the other hand, when a mold is manufactured by three-dimensional additive manufacturing, the average particle diameter of the granular material used is as small as 50 to 300 μm, so that it is difficult to obtain sufficient gas curing agent breathability. Therefore, when the gas curing agent is passed through the laminate of the particulate material and the binder by the VRH method or the like, the gas curing agent is difficult to penetrate into the laminate unless the inside of the sealed case is sufficiently depressurized. Only the surface is cured. However, if the pressure is reduced too much, the particulate material tends to scatter. In the case of the VRH method, as described above, the laminate is placed in the sealed case together with the metal case to cure the binder. That is, since the laminate in which the binder is in an uncured state is moved, there is a possibility that the laminate is displaced.

しかし、工程(A)と工程(B)とを交互に行う場合は、1層ずつバインダを硬化させることができる。一方、工程(A)と工程(B)とを同時に行う場合は、積層した分をその都度硬化させることができる。よって、粒状材料の平均粒子径が小さくても粒状材料にガス硬化剤が浸透しやすく、バインダを充分に硬化できる。しかも、粒状材料にガス硬化剤が浸透しやすいので、強い減圧下に曝す必要がなく、粒状材料が飛散するのも抑制できる。
また、工程(A)と工程(B)とを交互に行った後や、工程(A)と工程(B)とを同時に行った後に、VRH法等によって積層物をさらに硬化(ポストキュア)する場合であっても、すでに積層物はある程度硬化しているので、積層物を移動させても積層物はズレにくい。
However, when the step (A) and the step (B) are performed alternately, the binder can be cured layer by layer. On the other hand, when performing a process (A) and a process (B) simultaneously, the part laminated | stacked can be hardened each time. Therefore, even if the average particle diameter of the granular material is small, the gas curing agent easily penetrates into the granular material, and the binder can be sufficiently cured. In addition, since the gas curing agent easily penetrates into the granular material, it is not necessary to expose it to a strong reduced pressure, and the scattering of the granular material can be suppressed.
Further, after alternately performing the step (A) and the step (B) or simultaneously performing the step (A) and the step (B), the laminate is further cured (post-cured) by the VRH method or the like. Even in this case, since the laminate is already cured to some extent, even if the laminate is moved, the laminate is not easily displaced.

<他の実施形態>
本発明の三次元積層造形物の製造方法は、上述した方法に限定されない。例えば工程(A)と工程(B)とを同時に行う場合、図1に示す例では、脱気口12は金属ケース10の底面10aに一か所設けられているが、底面10aの複数個所に設けられていてもよいし、導入口11よりも下であれば壁10bに1箇所以上設けられていてもよい。
また、例えば壁10bの内側に1つ以上の突起を設けて、金属ケース10内でガス硬化剤が旋回できるようにしてもよい。
<Other embodiments>
The manufacturing method of the three-dimensional layered object of the present invention is not limited to the method described above. For example, when performing the step (A) and the step (B) at the same time, in the example shown in FIG. 1, the deaeration port 12 is provided at one place on the bottom surface 10a of the metal case 10, but at a plurality of places on the bottom surface 10a. It may be provided, or may be provided at one or more locations on the wall 10b as long as it is below the inlet 11.
Further, for example, one or more protrusions may be provided on the inner side of the wall 10 b so that the gas curing agent can be swiveled in the metal case 10.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各例で用いたバインダを以下に示す。また、各例で用いた粒状材料の遊離水分の測定方法、および各例で得られたテストピースの熱膨張率の測定方法を以下に示す。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but the present invention is not limited thereto. The binder used in each example is shown below. Moreover, the measuring method of the free water | moisture content of the granular material used in each example, and the measuring method of the thermal expansion coefficient of the test piece obtained in each example are shown below.

「バインダ」
<酸硬化性樹脂の調製>
温度計、攪拌機、冷却器を備えた1Lの四つ口フラスコにフェノール94g(1モル)を仕込み、攪拌しながらこれに50質量%水酸化カリウム101g(0.9モル)、92質量%パラホルムアルデヒド65.2g(2.17モル)を徐々に加えた。次に、この溶液を90℃に昇温し、90℃で3時間反応させて、アルカリフェノール樹脂を得た。
反応終了後、40℃以下まで冷却した上記アルカリ性フェノール樹脂260.2gに、50質量%水酸化カリウム123.4g、四ホウ酸ナトリウム10水和物30g、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン1.9g、水125.0gを加えて、酸硬化性樹脂を得た。
"Binder"
<Preparation of acid curable resin>
A 1 L four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, and a condenser was charged with 94 g (1 mol) of phenol, and while stirring, 101 g (0.9 mol) of 50 wt% potassium hydroxide, 92 wt% paraformaldehyde 65.2 g (2.17 mol) was added slowly. Next, this solution was heated to 90 ° C. and reacted at 90 ° C. for 3 hours to obtain an alkali phenol resin.
After the reaction, 260.2 g of the above alkaline phenol resin cooled to 40 ° C. or lower, 123.4 g of 50 mass% potassium hydroxide, 30 g of sodium tetraborate decahydrate, 1.9 g of γ-aminopropyltriethoxysilane, 125.0 g of water was added to obtain an acid curable resin.

<水ガラス>
水ガラスとして、珪酸ナトリウムの水溶液(モル比(SiO/NaO):2.50、ボーメ度:40(25℃))を用いた。
<Water glass>
As water glass, an aqueous solution of sodium silicate (molar ratio (SiO 2 / Na 2 O): 2.50, Baume degree: 40 (25 ° C.)) was used.

<フラン系バインダの調製>
フルフリルアルコールを88.2質量部と、ビスフェノールAを9.0質量部と、レゾルシノールを1.0質量部と、アミノシランを0.2質量部混合し、フラン系バインダを得た。
<Preparation of furan binder>
88.2 parts by mass of furfuryl alcohol, 9.0 parts by mass of bisphenol A, 1.0 part by mass of resorcinol, and 0.2 parts by mass of aminosilane were mixed to obtain a furan binder.

「測定方法」
<遊離水分の測定>
粒状材料の遊離水分は、JACT試験法S−9(鋳物砂の水分試験法)に基づいて、以下のようにして測定した。
粒状材料50gをはかりとり、これを乾燥器に入れ、105〜110℃で乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却したのち質量をはかった。この操作を繰り返して恒量になったときの減量から、下記式(1)によって遊離水分を算出した。
遊離水分[%]=(乾燥前の粒状材料の質量[g]−乾燥後の粒状材料の質量[g])/乾燥前の粒状材料の質量[g]×100 ・・・(1)
"Measuring method"
<Measurement of free water>
The free moisture of the granular material was measured as follows based on JACT test method S-9 (water test method for foundry sand).
50 g of the granular material was weighed, put in a drier, dried at 105 to 110 ° C., cooled to room temperature in a desiccator, and then weighed. From the weight loss when this operation was repeated to reach a constant weight, free water was calculated by the following formula (1).
Free moisture [%] = (mass of granular material before drying [g] −mass of granular material after drying [g]) / mass of granular material before drying [g] × 100 (1)

<熱膨張率の測定>
テストピースの熱膨張率は、JACT試験法M−2(熱膨張量試験法のうちの急熱膨張率測定試験法)に基づいて、以下のようにして測定した。
テストピースを1000℃に加熱した炉中に差し込み、熱膨張計により膨張量を5分間測定し、下記式(2)によって熱膨張率を算出した。
熱膨張率[%]=膨張量[mm]/加熱前のテストピースの長さ[mm]×100 ・・・(2)
<Measurement of thermal expansion coefficient>
The thermal expansion coefficient of the test piece was measured as follows based on JACT test method M-2 (rapid thermal expansion coefficient measurement test method in the thermal expansion test method).
The test piece was inserted into a furnace heated to 1000 ° C., the amount of expansion was measured with a thermal dilatometer for 5 minutes, and the coefficient of thermal expansion was calculated by the following formula (2).
Coefficient of thermal expansion [%] = expansion amount [mm] / length of test piece before heating [mm] × 100 (2)

「実験例1」
粒状材料として、溶融法で得られた人工砂(伊藤機工株式会社製、「アルサンド#1000」、平均粒子径106μm、遊離水分0%)を使用した。
バインダとして、酸硬化性樹脂を使用した。
ガス硬化剤として、炭酸ガスを使用した。
"Experiment 1"
Artificial sand obtained by a melting method (“Isandaki # 1000”, average particle size 106 μm, free water 0%) obtained by a melting method was used as a granular material.
An acid curable resin was used as the binder.
Carbon dioxide gas was used as a gas curing agent.

印刷造形法を用いた三次元積層装置(Prometal RCT S−print(登録商標)、販売元:株式会社EX ONE)を用い、リコーターを有するブレード機構により粒状材料を三次元積層装置に設置された金属ケースの底面に積層した。ついで、積層した粒状材料の上に、三次元積層造形物の形状を3DCAD設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッドを走査させて、バインダを印刷した。バインダを印刷した後、金属ケースの底面(造形テーブル)を一層分(280μm)降下させ、先と同様にして粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷した(工程(A))。これら積層と印刷からなる工程(A)を繰り返し、図2に示すような直径dが30mm、長さlが50mmの円柱状の積層物30を作製した。
なお、積層物は、図2に示すX軸、Y軸、Z軸の3方向で粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷する工程(A)を繰り返して、3種類作製した。その際、各方向で積層可能であるかどうか(積層造形の可否)を目視にて確認した。結果を表1に示す。
A metal using a three-dimensional laminating apparatus (Prometal RCT S-print (registered trademark), sold by EX ONE Co., Ltd.) using a printing molding method, and a granular material placed in the three-dimensional laminating apparatus by a blade mechanism having a recoater Laminated on the bottom of the case. Next, a binder was printed on the laminated granular material by scanning the print nozzle head based on data obtained by 3D CAD design of the shape of the three-dimensional layered object. After printing the binder, the bottom surface (modeling table) of the metal case was lowered by one layer (280 μm), the granular material was laminated in the same manner as before, and the binder was printed thereon (step (A)). The step (A) consisting of lamination and printing was repeated to produce a cylindrical laminate 30 having a diameter d of 30 mm and a length l of 50 mm as shown in FIG.
Note that three types of laminates were produced by repeating the step (A) of laminating granular materials in three directions of the X axis, Y axis, and Z axis shown in FIG. 2 and printing a binder thereon. At that time, whether or not lamination was possible in each direction (whether or not lamination modeling was possible) was visually confirmed. The results are shown in Table 1.

印刷終了後、粒状材料とバインダの積層物を金属ケースごと三次元積層装置から取り出し、この金属ケースを密閉ケース(容積:1000mm×800mm×700mm)の中に設置し、VRH法により密閉ケース内の空気をガス硬化剤に置換してバインダを硬化させた(工程(B))。ガス硬化剤の置換量は560Lとし、硬化反応時間は180秒とした。
ついで、バインダ非印刷部分の粒状材料をブラシで除去し、直径30mm、長さ50mmの円柱状のテストピース(三次元積層造形物)を得た。
得られた各テストピースの熱膨張率を測定した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
After printing, the laminate of the particulate material and the binder is taken out from the three-dimensional laminating apparatus together with the metal case, and the metal case is placed in a sealed case (volume: 1000 mm × 800 mm × 700 mm). The binder was cured by replacing air with a gas curing agent (step (B)). The replacement amount of the gas curing agent was 560 L, and the curing reaction time was 180 seconds.
Subsequently, the granular material of the binder non-printing part was removed with a brush to obtain a cylindrical test piece (three-dimensional layered object) having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm.
The thermal expansion coefficient of each obtained test piece was measured. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「実験例2」
粒状材料として焼結法で得られた人工砂(伊藤忠セラテック株式会社製、「セラビーズ#1450」、平均粒子径106μm、遊離水分0%)を使用した以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
"Experimental example 2"
Test piece in the same manner as in Experimental Example 1, except that artificial sand obtained by a sintering method (“Cerabead # 1450”, average particle size 106 μm, free water 0%) manufactured by the sintering method was used as a granular material. Were made and evaluated. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「実験例3」
粒状材料として火炎溶融法で得られた人工砂(花王クエーカー株式会社製、「ルナモスMS#110」、平均粒子径106μm、遊離水分0.02%)を使用した以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
"Experiment 3"
Artificial sand obtained by the flame melting method (“Lunamos MS # 110” manufactured by Kao Quaker Co., Ltd., average particle size 106 μm, free water 0.02%) was used as a granular material in the same manner as in Experimental Example 1. Test pieces were prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「実験例4」
バインダとして水ガラスを使用した以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
"Experimental example 4"
A test piece was prepared and evaluated in the same manner as in Experimental Example 1 except that water glass was used as the binder. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「実験例5」
粒状材料として焼結法で得られた人工砂(伊藤忠セラテック株式会社製、「セラビーズ#1450」、平均粒子径106μm、遊離水分0%)を使用し、バインダとして水ガラスを使用した以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
“Experimental Example 5”
Experiments were conducted except that artificial sand obtained by a sintering method (“Cerabead # 1450”, average particle size 106 μm, free moisture 0%) was used as a granular material, and water glass was used as a binder. Test pieces were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「実験例6」
粒状材料として火炎溶融法で得られた人工砂(花王クエーカー株式会社製、「ルナモスMS#110」、平均粒子径106μm、遊離水分0.02%)を使用し、バインダとして水ガラスを使用した以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
"Experimental example 6"
Artificial sand obtained by the flame melting method (“Lunamos MS # 110” manufactured by Kao Quaker Co., Ltd., average particle size 106 μm, free water 0.02%) is used as a granular material, and water glass is used as a binder. Produced a test piece in the same manner as in Experimental Example 1 and evaluated it. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「実験例7」
粒状材料として溶融法で得られた人工砂(伊藤機工株式会社製、「アルサンド#1000」、平均粒子径106μm、遊離水分0%)と、珪砂(FS−001−EU、販売元:株式会社EX ONE、平均粒子径106μm、遊離水分0.02%)とを60:40の質量比で混合した混合砂を使用した以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
"Experimental example 7"
Artificial sand (Ito Kiko Co., Ltd., “Alsand # 1000”, average particle size 106 μm, free moisture 0%) obtained by the melting method as a granular material and silica sand (FS-001-EU, distributor: EX Co., Ltd.) A test piece was prepared and evaluated in the same manner as in Experimental Example 1 except that mixed sand in which ONE, an average particle size of 106 μm, and a free water content of 0.02% were mixed at a mass ratio of 60:40 was used. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「実験例8」
粒状材料として珪砂(FS−001−EU、販売元:株式会社EX ONE、平均粒子径106μm、遊離水分0.02%)を使用した以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。結果を表1に示す。
また、バインダ非印刷部分の粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
"Experimental example 8"
A test piece was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that silica sand (FS-001-EU, distributor: EX ONE Co., Ltd., average particle size 106 μm, free water 0.02%) was used as the granular material. evaluated. The results are shown in Table 1.
Moreover, the granular material of the binder non-printing part was reused as reusable sand without being recycled.

「比較例1」
パラトルエンスルホン酸55質量部と水45質量部とを混合して硬化剤を調製した。この硬化剤0.3質量部を、溶融法で得られた人工砂(伊藤機工株式会社製、「アルサンド#1000」、平均粒子径106μm、遊離水分0%)100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
得られた混練砂を粒状材料の代わりに用いた以外は、実験例1と同様にしてテストピースを作製しようとしたが、砂同士の凝集が激しく、混練砂をリコーティングできなかった。
"Comparative Example 1"
A curing agent was prepared by mixing 55 parts by mass of para-toluenesulfonic acid and 45 parts by mass of water. 0.3 parts by mass of this curing agent was added to 100 parts by mass of artificial sand (“Isanda # 1000” manufactured by Ito Kiko Co., Ltd., average particle size 106 μm, free water 0%) obtained by a melting method, and kneaded. It was kneaded sand.
A test piece was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the obtained kneaded sand was used instead of the granular material. However, the sand was agglomerated and the kneaded sand could not be recoated.

「比較例2」
比較例1で調製した硬化剤0.3質量部を、珪砂(FS−001−EU、販売元:株式会社EX ONE、平均粒子径106μm、遊離水分0.02%)100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
得られた混練砂を粒状材料の代わりに用い、バインダとしてフラン系バインダを使用した以外は、実験例1と同様にして直径30mm、長さ50mmの円柱状の積層物を作製した(2液式自硬性型)。なお、積層物は、X軸、Y軸、Z軸の3方向で混練砂を積層し、その上にバインダを印刷する工程(A)を繰り返して、3種類作製した。
印刷終了後、バインダの硬化が完了した後に、バインダ非印刷部分の混練砂をブラシで除去し、直径30mm、長さ50mmの円柱状のテストピース(三次元積層造形物)を得た。
得られた各テストピースの熱膨張率を測定した。結果を表2に示す。
また、バインダ非印刷部分の混練砂は、焙焼により再生処理を施した後に、再使用砂として再利用した。
"Comparative Example 2"
0.3 parts by mass of the curing agent prepared in Comparative Example 1 is added to 100 parts by mass of silica sand (FS-001-EU, distributor: EX ONE Corporation, average particle size 106 μm, free water 0.02%) and kneaded. And kneaded sand.
A cylindrical laminate having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the obtained kneaded sand was used in place of the particulate material and a furan binder was used as the binder (two-component type). Self-hardening type). Three types of laminates were produced by repeating the step (A) of laminating kneaded sand in three directions of the X axis, Y axis, and Z axis, and printing a binder thereon.
After the completion of printing, after the binder was cured, the kneaded sand in the non-printed portion of the binder was removed with a brush to obtain a cylindrical test piece (three-dimensional layered object) having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm.
The thermal expansion coefficient of each obtained test piece was measured. The results are shown in Table 2.
Further, the kneaded sand of the binder non-printed part was reused as reused sand after being regenerated by roasting.

「比較例3」
比較例1で調製した硬化剤0.3質量部を、人工砂(伊藤機工株式会社製、「アルサンド#1000」、平均粒子径106μm、遊離水分0%)と、珪砂(FS−001−EU、販売元:株式会社EX ONE、平均粒子径106μm、遊離水分0.02%)とを60:40の質量比で混合した混合砂100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
得られた混練砂を粒状材料の代わりに用い、バインダとしてフラン系バインダを使用した以外は、実験例1と同様にして直径30mm、長さ50mmの円柱状の積層物を作製した(2液式自硬性型)。なお、積層物は、X軸、Y軸、Z軸の3方向で混練砂を積層し、その上にバインダを印刷する工程(A)を繰り返して、3種類作製した。
印刷終了後、バインダの硬化が完了した後に、バインダ非印刷部分の混練砂をブラシで除去し、直径30mm、長さ50mmの円柱状のテストピース(三次元積層造形物)を得た。
得られた各テストピースの熱膨張率を測定した。結果を表2に示す。
また、バインダ非印刷部分の混練砂は、焙焼により再生処理を施した後に、再使用砂として再利用した。
“Comparative Example 3”
0.3 parts by mass of the curing agent prepared in Comparative Example 1 was mixed with artificial sand (manufactured by Ito Kiko Co., Ltd., “Alsand # 1000”, average particle size 106 μm, free water 0%) and quartz sand (FS-001-EU, Vendor: EX ONE Co., Ltd., average particle size 106 μm, free water 0.02%) was added to 100 parts by mass of mixed sand mixed at a mass ratio of 60:40 and kneaded to obtain kneaded sand.
A cylindrical laminate having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the obtained kneaded sand was used in place of the particulate material and a furan binder was used as the binder (two-component type). Self-hardening type). Three types of laminates were produced by repeating the step (A) of laminating kneaded sand in three directions of the X axis, Y axis, and Z axis, and printing a binder thereon.
After the completion of printing, after the binder was cured, the kneaded sand in the non-printed portion of the binder was removed with a brush to obtain a cylindrical test piece (three-dimensional layered object) having a diameter of 30 mm and a length of 50 mm.
The thermal expansion coefficient of each obtained test piece was measured. The results are shown in Table 2.
Further, the kneaded sand of the binder non-printed part was reused as reused sand after being regenerated by roasting.

Figure 2015193035
Figure 2015193035

Figure 2015193035
Figure 2015193035

各実験例で用いた粒状材料は流動性に優れ、X軸、Y軸、Z軸のいずれの方向にも良好にリコーティングできた。また、非印刷部分の粒状材料を再生処理することなく再利用できた。特に、粒状材料として人工砂のみを用いた実験例1〜6は、熱膨張率が小さかった。熱膨張率が小さことは、耐火度が高く、高温の溶融金属を注湯してもベーニング欠陥が発生しにくいことを意味する。
対して、人工砂に硬化剤を配合した混練砂を用いた比較例1の場合、混練砂の流動性が悪く、リコーティングできなかった。そのため、テストピースを作製することができなかった。
天然砂に硬化剤を配合した混練砂を用いた比較例2、および人工砂と天然砂との混合砂に硬化剤を配合した混練砂を用いた比較例3の場合、X軸、Y軸、Z軸のいずれの方向にも良好にリコーティングできた。しかし、非印刷部分の混練砂には硬化剤が混ざっているため、再利用するためには再生処理が必要であった。
The granular material used in each experimental example was excellent in fluidity, and could be recoated well in any of the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. In addition, the granular material in the non-printed part could be reused without reprocessing. In particular, Experimental Examples 1 to 6 using only artificial sand as a granular material had a low coefficient of thermal expansion. A small coefficient of thermal expansion means that the fire resistance is high, and even when hot molten metal is poured, vaning defects are unlikely to occur.
On the other hand, in the case of Comparative Example 1 using the kneaded sand in which the hardener was blended with the artificial sand, the fluidity of the kneaded sand was poor and re-coating could not be performed. Therefore, a test piece could not be produced.
In Comparative Example 2 using kneaded sand in which a hardener is blended with natural sand, and Comparative Example 3 in which kneaded sand is blended with a mixed sand of artificial sand and natural sand, X axis, Y axis, Recoating was successfully performed in any direction of the Z axis. However, since the hardened agent is mixed in the kneaded sand in the non-printed part, a regeneration process is necessary for reuse.

10 金属ケース
10a 金属ケースの底面(造形テーブル)
10b 金属ケースの壁
11 導入口
12 脱気口
13 印刷ノズルヘッド
13a 吐出口
20 積層物
20a 積層面
20b バインダ印刷部分
20c バインダ非印刷部分
30 積層物


10 Metal Case 10a Bottom of Metal Case (Modeling Table)
10b Metal Case Wall 11 Inlet 12 Deaeration Port 13 Print Nozzle Head 13a Discharge Port 20 Laminate 20a Laminate Surface 20b Binder Print Part 20c Binder Non-Print Part 30 Laminate


Claims (12)

粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷ノズルヘッドから吐出させて印刷する操作を行う工程(A)と、前記粒状材料とバインダの積層物にガス硬化剤を通気させる工程(B)とを有する、三次元積層造形物の製造方法。   A step (A) of performing a printing operation by laminating a granular material and discharging a binder from the print nozzle head thereon, and a step (B) of passing a gas curing agent through the laminate of the granular material and the binder. A method for manufacturing a three-dimensional layered object. 脱気しながらガス硬化剤を導入する雰囲気下で工程(A)と工程(B)とを同時に行い、ガス硬化剤の導入位置が印刷ノズルヘッドの吐出口よりも下であり、かつ脱気位置がガス硬化剤の導入位置よりも下である、請求項1に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The step (A) and the step (B) are simultaneously performed in an atmosphere in which the gas curing agent is introduced while degassing, the introduction position of the gas curing agent is below the discharge port of the print nozzle head, and the deaeration position. The method for producing a three-dimensional layered object according to claim 1, wherein is lower than a position where the gas curing agent is introduced. ガス硬化剤が空気よりも重い、請求項2に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional layered object according to claim 2, wherein the gas curing agent is heavier than air. ガス硬化剤が通気された積層物をさらに硬化する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The manufacturing method of the three-dimensional layered object as described in any one of Claims 1-3 which hardens | cures further the laminated body by which the gas hardening | curing agent was ventilated. バインダが酸硬化性バインダであり、ガス硬化剤が酸性ガスである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional layered object according to any one of claims 1 to 4, wherein the binder is an acid curable binder and the gas curing agent is an acid gas. 酸性ガスが炭酸ガスである、請求項5に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional layered object according to claim 5, wherein the acidic gas is carbon dioxide. 酸硬化性バインダが酸硬化性樹脂である、請求項5または6に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional layered object according to claim 5 or 6, wherein the acid curable binder is an acid curable resin. 酸硬化性バインダが水ガラスである、請求項5または6に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional layered object according to claim 5 or 6, wherein the acid curable binder is water glass. バインダがアルカリフェノール樹脂であり、ガス硬化剤が有機エステルガスである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The manufacturing method of the three-dimensional layered object as described in any one of Claims 1-4 whose binder is alkali phenol resin and whose gas hardening | curing agent is organic ester gas. 粒状材料が耐火性粒状材料である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The manufacturing method of the three-dimensional layered object as described in any one of Claims 1-9 whose granular material is a refractory granular material. 耐火性粒状材料が溶融法、焼結法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる人工砂である、請求項10に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional layered object according to claim 10, wherein the refractory granular material is artificial sand obtained by any one of a melting method, a sintering method, and a flame melting method. 三次元積層造形物が鋳型である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の三次元積層造形物の製造方法。   The manufacturing method of the three-dimensional layered object according to any one of claims 1 to 11, wherein the three-dimensional layered object is a mold.
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