JP2017136829A - Method for creating mold, mold creation device, and method for molding model material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a mold formable on-demand, reduced in a load upon release, and also high in dimensional accuracy.SOLUTION: Provided is a method for creating a mold made of the laminate of gel, using a polymer solution having a sol-gel transition temperature, formed under a temperature environment where a stage 20 or its atmosphere is higher than a sol-gel transition temperature, comprising: a step where a droplet discharge mechanism 10 discharging a polymer solution and the stage 20 are relatively moved to form a layer of gel having the locus of the relative movement on the stage 20; and a step where a polymer solution is further discharged to the surface of the layer of the gel by the droplet discharge mechanism 10.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、鋳型の作成方法及び鋳型作成装置、並びにモデル材の成型方法に関する。   The present invention relates to a mold creation method, a mold creation apparatus, and a model material molding method.

ハイドロゲルや生体材料などのもろい材料の三次元構造を、従来の金属やプラスチックからなる鋳型で成型する際、2つの問題点がある。
1つ目の問題点は、オンデマンド性が低い点である。鋳型を形成するために、まず金属やプラスチックの素材を切削などにより加工する工程が必要になる。また成型したいゲルの形状が変わった場合、鋳型を切削加工で新たに製造する必要がある。
2つ目の問題点は、離型による負荷がかかる点である。鋳型から成型したゲルを外す場合、鋳型内壁と成型物との間に摩擦が生じ、成型物が破壊される可能性がある。
When a three-dimensional structure of a fragile material such as a hydrogel or a biomaterial is molded with a conventional mold made of metal or plastic, there are two problems.
The first problem is that the on-demand property is low. In order to form a mold, a process of machining a metal or plastic material by cutting or the like is first required. When the shape of the gel to be molded changes, it is necessary to newly manufacture the mold by cutting.
The second problem is that a load due to mold release is applied. When the molded gel is removed from the mold, friction may occur between the inner wall of the mold and the molded product, and the molded product may be destroyed.

また、温度応答性ゾル−ゲル転移材料を積層して三次元構造物を得る方法として、特許文献1(特表2013−542728号公報)に記載された方法が知られている。しかし、特許文献1には、三次元構造物を鋳型として用いるための思想は記載されていない。   Further, as a method for obtaining a three-dimensional structure by laminating a temperature-responsive sol-gel transition material, a method described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 2013-542728) is known. However, Patent Document 1 does not describe a concept for using a three-dimensional structure as a mold.

本発明は、もろい材料を鋳造する場合における従来の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、オンデマンドに形成でき、かつ離型時の負荷が小さい鋳型を形成して、もろい材料の三次元構造物を鋳造可能にすることである。   The present invention has been made in view of the conventional problems in the case of casting a fragile material, and the object thereof is to form a fragile material by forming a mold that can be formed on demand and has a small load during mold release. It is possible to cast a three-dimensional structure.

本発明は、ゾル−ゲル転移温度より低い温度でゾル化し、ゾル−ゲル転移温度より高い温度でゲル化するゾル−ゲル転移温度を有する高分子溶液を液滴吐出機構によりステージに吐出する工程と、前記ステージに吐出された前記高分子溶液をゾル−ゲル転移温度より高い温度に保持する工程と、前記液滴吐出機構と前記ステージとを相対移動させて、前記ステージ上に前記相対移動の軌跡の形状のゲルの層を形成する工程と、前記液滴吐出機構でゲルの層の上にさらに前記高分子溶液を吐出する工程と、を有することを特徴とする鋳型の作成方法である。   The present invention includes a step of discharging a polymer solution having a sol-gel transition temperature, which is solated at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature, onto a stage by a droplet discharge mechanism; A step of maintaining the polymer solution discharged to the stage at a temperature higher than a sol-gel transition temperature, and moving the droplet discharge mechanism and the stage relative to each other to move the relative movement locus on the stage. And a step of discharging the polymer solution further onto the gel layer by the droplet discharge mechanism.

本発明によれば、オンデマンドに形成でき、かつ離型時の負荷が小さく、もろい材料の三次元構造物を鋳造可能な鋳型を形成することができる。   According to the present invention, it is possible to form a mold that can be formed on demand, has a small load during mold release, and can cast a three-dimensional structure of a fragile material.

第1の実施形態にかかる鋳型の作成方法を実施する積層造形装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the additive manufacturing apparatus which enforces the production method of the casting_mold | template concerning 1st Embodiment. 積層物の上面図である。It is a top view of a laminated body. 図2中のA−B線で垂直方向に切り取った断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 2 in the vertical direction. 冷風を用いて積層物の内部の段差を取り除く工程について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the process of removing the level | step difference inside a laminated body using cold air. 工程Aから工程Fの操作により、内壁の層間の段差を取り除いた状態を示す積層物の断面図である。It is sectional drawing of the laminated body which shows the state which removed the level | step difference between the layers of an inner wall by operation of the process A to the process F. 内壁だけでなく、積層物全体に冷風を当てた場合の、層間の段差を取り除いた状態を示す積層物の断面図である。It is sectional drawing of the laminated body which shows the state which removed the level | step difference between layers at the time of applying cold air not only to an inner wall but the whole laminated body. 第2の実施形態に係る鋳型の作成方法を実施する積層造形装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the additive manufacturing apparatus which enforces the preparation method of the casting_mold | template concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る鋳型の作成方法を実施する積層造形装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the additive manufacturing apparatus which enforces the preparation method of the casting_mold | template concerning 3rd Embodiment. ステージ上にゲルを1層ないし数層積層して得られる積層物の断面図である。It is sectional drawing of the laminated body obtained by laminating | stacking 1 layer or several layers of gel on a stage. 図9に示す積層物のゲルの表面を冷却し、層間の段差を取り除いた状態を示す積層物の断面図である。It is sectional drawing of the laminated body which shows the state which cooled the surface of the gel of the laminated body shown in FIG. 9, and removed the level | step difference between layers. 図10に示す積層物の積層したゲルの上に再度ゲルを1層ないし数層積層した状態を示す積層物の断面図である。It is sectional drawing of the laminated body which shows the state which laminated | stacked one layer or several layers of gel again on the laminated | stacked gel of the laminated body shown in FIG. 図11に示す積層物の積層したゲルの最上段付近の表面を冷却し、層間の段差を取り除いた状態を示す積層物の断面図である。It is sectional drawing of the laminated body which shows the state which cooled the surface near the uppermost step of the gel which laminated | stacked the laminated body shown in FIG. 11, and removed the level | step difference between layers. モデル材の溶液を注入する方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to inject | pour the solution of a model material. 硬化したモデル材について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the hardened | cured model material. 目的形状に鋳造したモデル材を取り出す方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to take out the model material cast to the target shape. 実施例5に係るゲルの鋳型の概略図である。6 is a schematic view of a gel mold according to Example 5. FIG. 実施例5に係るゲルの鋳造物の概略図である。7 is a schematic view of a gel casting according to Example 5. FIG. 実施例6に係るゲルの鋳型の概略図である。6 is a schematic view of a gel mold according to Example 6. FIG. 実施例6に係るゲルの鋳造物の概略図である。6 is a schematic view of a gel casting according to Example 6. FIG.

本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
本実施形態に係る鋳型作成方法は、鋳型に用いるゾル−ゲル転移材料のゾル−ゲル転移温度が、後述する積層造形装置を用いる空間の室温より高い場合、室温より低い場合で異なる。
ゾル−ゲル転移温度が室温より低い場合、ゲル状態の高分子溶液を吐出して鋳型を造形し、ゾル−ゲル転移温度が室温より高い場合、ゾル状態の高分子溶液を吐出して鋳型を造形する。つまり、本発明においては、高分子溶液の吐出時はゾル状態でもゲル状態でも構わない。
また、ゾル−ゲル転移温度が室温より高い場合、造形物を構成しているゲル状態の高分子溶液がゾル化することを防ぐため、積層造形装置におけるステージもしくは周辺雰囲気をゾル−ゲル転移温度以上に保持することが望ましい。それを実現する手段として、ステージとシリンジをペルチェ素子で加熱する、恒温槽内部の加熱環境下で造形する、などの加熱機構を用いることができる。
一般に常温の範囲が20±15℃であるとして、後述する積層造形装置を用いる室温は15℃から25℃程度が好ましい。ここでは、積層造形装置を用いる室温を20℃とする。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The mold making method according to the present embodiment differs depending on whether the sol-gel transition temperature of the sol-gel transition material used for the mold is higher than room temperature or lower than room temperature in the space where the layered manufacturing apparatus described later is used.
When the sol-gel transition temperature is lower than room temperature, the mold is formed by discharging a polymer solution in a gel state. When the sol-gel transition temperature is higher than room temperature, the mold is formed by discharging a sol-state polymer solution. To do. In other words, in the present invention, the polymer solution may be discharged in a sol state or a gel state.
In addition, when the sol-gel transition temperature is higher than room temperature, the stage or surrounding atmosphere in the layered manufacturing apparatus is higher than the sol-gel transition temperature in order to prevent the gel polymer solution constituting the modeled object from being solated. It is desirable to hold on. As means for realizing this, it is possible to use a heating mechanism such as heating the stage and the syringe with a Peltier element, or modeling in a heating environment inside the thermostat.
In general, the room temperature is 20 ± 15 ° C., and the room temperature using the layered manufacturing apparatus described later is preferably about 15 ° C. to 25 ° C. Here, the room temperature using the additive manufacturing apparatus is set to 20 ° C.

[第1の実施形態]
先ず、高分子溶液のゾル−ゲル転移温度が室温より低く、ゲル状態の高分子溶液を吐出して鋳型を造形する場合について説明する。
鋳型を形成するための鋳型作成装置は、大分して積層造形装置と、積層物冷却手段の2つに分けられる。
図1は、第1の実施形態に係る鋳型の作成方法を実施する積層造形装置1Aを概略的に示す図である。
積層造形装置1Aは、高分子溶液を吐出する液滴吐出機構10、吐出された高分子溶液を受けるステージ20、液滴吐出機構10の液滴吐出手段12とステージ20とを相対移動させる駆動部30など、を備える。
[First Embodiment]
First, a case where a sol-gel transition temperature of a polymer solution is lower than room temperature and a polymer solution in a gel state is discharged to mold a mold will be described.
A mold making apparatus for forming a mold is roughly divided into two types: a layered modeling apparatus and a laminate cooling means.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an additive manufacturing apparatus 1A that implements a method for producing a mold according to a first embodiment.
The additive manufacturing apparatus 1A includes a droplet discharge mechanism 10 that discharges a polymer solution, a stage 20 that receives the discharged polymer solution, and a drive unit that relatively moves the droplet discharge unit 12 of the droplet discharge mechanism 10 and the stage 20. 30 and so on.

液滴吐出機構10は、空圧式ディスペンサ、シリンジポンプなどによる機械的な押し出し、静電吐出などが挙げられるが、これに限定されない。ここでは、空圧式のディスペンサ35を用いた場合について説明する。この場合、液滴吐出手段12はシリンジが用いられる。
ステージ20は、上面が平らな形状(ほぼ平らな形状も含む)であり、その材質は、高分子溶液が付着すればよく、金属、ガラス、プラスチックフィルムなどが挙げられ、とくに限定されない。
駆動部30は、液滴吐出手段12とステージ20の少なくとも一方を動かして、液滴吐出手段12とステージ20とを三次元方向に相対移動させるものであり、駆動力としてモーターや空気圧が挙げられる。モーター駆動の場合、ボールねじもしくはベルト駆動のアクチュエータが挙げられる。空気圧駆動の場合、空圧シリンダが挙げられる。ただし、駆動ステージの駆動力および構成は任意であり、これに限定されない。
Examples of the droplet discharge mechanism 10 include, but are not limited to, mechanical extrusion using a pneumatic dispenser, a syringe pump, and electrostatic discharge. Here, the case where the pneumatic dispenser 35 is used will be described. In this case, a syringe is used as the droplet discharge means 12.
The stage 20 has a flat upper surface (including a substantially flat shape), and the material of the stage 20 is not particularly limited as long as the polymer solution is attached thereto, and examples thereof include metals, glass, and plastic films.
The drive unit 30 moves at least one of the droplet discharge unit 12 and the stage 20 to relatively move the droplet discharge unit 12 and the stage 20 in a three-dimensional direction, and examples of the driving force include a motor and air pressure. . In the case of a motor drive, a ball screw or a belt drive actuator can be used. In the case of pneumatic driving, a pneumatic cylinder is used. However, the driving force and the configuration of the driving stage are arbitrary and are not limited thereto.

次に、積層物冷却手段について説明する。
後に詳述するように、積層造形によって得られた鋳型は、積層による段差が表面に生じうる。鋳型の段差をモデル材に転写することを防ぐため、必須ではないが、鋳型の一部をゾル化させることで、鋳型の表面の段差を除去する工程を挟んでもよい。
なお、本明細書では、液体形状で鋳型に注入し、鋳型内で硬化し、鋳型から取り出して得られる固形の鋳造物、およびその材料をモデル材と表現する。
鋳型の表面の段差を除去するために、鋳型の表面を一時的に冷却する工程として用いられる積層物冷却手段2(図4)は、積層造形装置1Aで造形したゲルの三次元造形物(以下、積層物という)40(図2、図3)の表面をゾル−ゲル転移温度以下に冷却する冷却手段であり、冷風を当てる、冷蔵庫に入れる、冷却したコテを当てるなどの手段が挙げられるが、これらに限定されない。
とくに、入り組んだ構造の表面を局所的に冷却する場合は、非接触で局所的に冷却できる冷風C(図4)を用いた手段が望ましい。冷風Cの発生方法としては、例えば圧縮空気を用いたジェットクーラーが挙げられるが、これに限定されない。
Next, the laminate cooling means will be described.
As will be described in detail later, the mold obtained by the layered manufacturing may cause a step due to the layering on the surface. Although it is not essential to prevent the step of the mold from being transferred to the model material, a step of removing the step on the surface of the mold may be sandwiched by solification of a part of the mold.
In the present specification, a solid casting obtained by pouring into a mold in a liquid form, curing in the mold, and taking out from the mold, and its material are expressed as a model material.
In order to remove the step on the surface of the mold, the laminate cooling means 2 (FIG. 4) used as a step of temporarily cooling the surface of the mold is a three-dimensional modeled gel (hereinafter referred to as a three-dimensional modeled object) modeled by the additive manufacturing apparatus 1A. It is a cooling means for cooling the surface of 40 (FIGS. 2 and 3) to a sol-gel transition temperature or lower, and includes means such as applying cold air, putting it in a refrigerator, or applying a cooled iron. However, it is not limited to these.
In particular, when locally cooling the surface of an intricate structure, means using cold air C (FIG. 4) that can be locally cooled without contact is desirable. Examples of the method for generating the cold air C include, but are not limited to, a jet cooler using compressed air.

高分子溶液は、ゾル−ゲル転移温度を持ち、ゾル−ゲル転移時間が10分以内であるものを含む。そのため、高分子溶液をゾル−ゲル転移温度以下に冷却する時間が長いと、積層物40全体がゾル化し、構造が崩壊する場合がある。そのため、積層物冷却手段を用いる時間は5秒以上10分以内が望ましい。さらには、10秒以上5分以内が望ましい。   The polymer solution includes one having a sol-gel transition temperature and a sol-gel transition time within 10 minutes. Therefore, if the time for cooling the polymer solution below the sol-gel transition temperature is long, the entire laminate 40 may be solated and the structure may be collapsed. Therefore, the time for using the laminate cooling means is preferably 5 seconds or more and 10 minutes or less. Furthermore, 10 seconds or more and 5 minutes or less are desirable.

また、ゲルの積層物40の表面を上記時間内に冷却してゾル化を完了するため、冷却する温度はゾル−ゲル転移温度より5℃以上低い温度であることが望ましい。
そのため、冷却する温度はゾル−ゲル転移温度より5℃以上低い温度であることが望ましい。
Further, in order to complete the sol formation by cooling the surface of the gel laminate 40 within the above time, the cooling temperature is preferably 5 ° C. or more lower than the sol-gel transition temperature.
Therefore, the cooling temperature is desirably 5 ° C. or more lower than the sol-gel transition temperature.

次に、用いる高分子溶液について説明する。
本実施形態では、鋳型を形成する材料として、ゾル−ゲル転移温度より低い温度でゾル化し、且つ、ゾル−ゲル転移温度より高い温度でゲル化するゾル−ゲル転移温度を有する高分子溶液を用いる。
この高分子溶液は、その水溶液が温度応答性ゾルゲル転移材料となる、温度応答性、即ち、水溶液がゾル−ゲル転移温度より低い温度でゾル化し、且つ、ゾル−ゲル転移温度より高い温度でゲル化するゾル−ゲル転移温度を有するハイドロゲル形成性高分子の水溶液である。
このハイドロゲル形成性高分子の例として、メチルセルロース、特許文献2(特許5019851号公報)に示される8-arms PEG-block-PLLA-cholesterol・コンジュゲイトや、特許文献3(特許5264103号公報)に示されるPoly[(Glc-Asp)-r-DL-LA]-g-PEG、Pluronic(商標) F127やKolliphor(商標) P407の名称で市販されているポロキサマー407がある。ただしこれらに限定されない。
Next, the polymer solution to be used will be described.
In this embodiment, a polymer solution having a sol-gel transition temperature that forms a sol at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gels at a temperature higher than the sol-gel transition temperature is used as a material for forming the template. .
This polymer solution is a temperature-responsive sol-gel transition material whose aqueous solution becomes a temperature-responsive sol-gel transition material, that is, the aqueous solution is solated at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and is gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. It is an aqueous solution of a hydrogel-forming polymer having a sol-gel transition temperature.
Examples of this hydrogel-forming polymer include methylcellulose, 8-arms PEG-block-PLLA-cholesterol conjugate shown in Patent Document 2 (Patent No. 5019851), and Patent Document 3 (Patent No. 5264103). Poly [(Glc-Asp) -r-DL-LA] -g-PEG shown, poloxamer 407 is commercially available under the names Pluronic ™ F127 and Kolliphor ™ P407. However, it is not limited to these.

水溶液が室温付近でゾル−ゲル転移できること、および入手容易性、利用実績からポロキサマー407(以下、ポロキサマー)が望ましい。
ゾル−ゲル転移温度を有する高分子溶液としてポロキサマー水溶液を用いる場合、ポロキサマーの濃度を変化させることでゾル−ゲル転移温度を調整できる。
例えば、濃度20重量パーセントの場合は約20℃であり、濃度15重量パーセントでは30℃から40℃付近である。また、濃度25重量パーセントのポロキサマー水溶液は転移温度が15℃付近であるが、塩化ナトリウムを添加した場合では、ゾル−ゲル転移温度が5℃から10℃付近に調節できる。
ポロキサマーの濃度および添加物を変えることで、鋳型内部で成形したい材料の鋳造温度より低いゾル−ゲル転移温度を選択することができる。
また、食品添加物に用いられるメチルセルロースとソルビトールの組み合わせも、水溶液が40℃未満にゾル−ゲル転移温度を有し、かつ入手性がよい。
以下、温度応答性のハイドロゲル形成性高分子のハイドロゲルを「鋳型用ゲル」と表記することがある。
Poloxamer 407 (hereinafter referred to as poloxamer) is desirable from the viewpoint that an aqueous solution can undergo a sol-gel transition near room temperature, availability, and actual use.
When using a poloxamer aqueous solution as a polymer solution having a sol-gel transition temperature, the sol-gel transition temperature can be adjusted by changing the concentration of the poloxamer.
For example, when the concentration is 20 weight percent, the temperature is about 20 ° C., and when the concentration is 15 weight percent, the temperature is about 30 to 40 ° C. The aqueous poloxamer solution having a concentration of 25 weight percent has a transition temperature of around 15 ° C., but when sodium chloride is added, the sol-gel transition temperature can be adjusted from 5 ° C. to about 10 ° C.
By varying the poloxamer concentration and additives, a sol-gel transition temperature lower than the casting temperature of the material to be molded inside the mold can be selected.
Also, the combination of methylcellulose and sorbitol used for food additives has a sol-gel transition temperature below 40 ° C. and is highly available.
Hereinafter, a hydrogel of a temperature-responsive hydrogel-forming polymer may be referred to as a “template gel”.

次に、鋳型用ゲルからなる円筒形状の積層物40である鋳型の造形方法について説明する。なお、本実施の形態で示す鋳型の形状はあくまで一例であり、これに限定されるものではない。例えば枡形状、カップ形状や、四角柱・球体などの立体形状の表面に窪みを持たせた形状などが挙げられる。鋳型の形状は、立体物であり、立体物の表面と連通する空洞ないしは窪みを有する形状であれば特に制限しない。
室温でゲル状態の高分子溶液を入れた液滴吐出手段12を用意する。その上で以下の各工程を実行する。即ち、
工程1;液滴吐出機構10を用いて、液滴吐出手段12から高分子溶液をステージ20上に吐出する。この場合、ステージ20は、ゾル−ゲル転移温度よりも高い温度環境下にあるものとする。また、液滴吐出手段12は、ゾル−ゲル転移温度以上の温度でゲル状態の高分子溶液を吐出しても、或いはゾル−ゲル転移温度未満の温度でゾル状態の高分子溶液を吐出し、ステージ上で昇温してゲル化してもよい。
工程2;駆動部30を用いて液滴吐出手段12とステージ20とを水平方向に相対移動させる。
工程3;相対移動の軌跡の形状の鋳型用ゲルの層をステージ20上に形成する。
Next, a method for forming a mold which is a cylindrical laminate 40 made of a mold gel will be described. In addition, the shape of the casting_mold | template shown in this Embodiment is an example to the last, It is not limited to this. Examples include a bowl shape, a cup shape, and a shape in which a depression is provided on the surface of a three-dimensional shape such as a quadrangular prism or a sphere. The shape of the mold is a three-dimensional object, and is not particularly limited as long as it has a cavity or a depression communicating with the surface of the three-dimensional object.
A droplet discharge means 12 containing a polymer solution in a gel state at room temperature is prepared. Then, the following steps are executed. That is,
Step 1: The polymer solution is discharged from the droplet discharge means 12 onto the stage 20 using the droplet discharge mechanism 10. In this case, the stage 20 is assumed to be in a temperature environment higher than the sol-gel transition temperature. Further, the droplet discharge means 12 discharges the polymer solution in a gel state at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature, or discharges the polymer solution in a sol state at a temperature lower than the sol-gel transition temperature, It may be gelled by raising the temperature on the stage.
Step 2: Using the driving unit 30, the droplet discharge means 12 and the stage 20 are relatively moved in the horizontal direction.
Step 3: Form a mold gel layer in the shape of a relative movement locus on the stage 20.

工程4;駆動部30を動かしながら、形成された鋳型用ゲルの層の上に高分子溶液をさらに吐出し、鋳型用ゲルの層を重ねる。鋳型用ゲルの層を形成する際、層の外周の内側において高分子溶液を吐出しない領域を確保することにより、鋳型用ゲルが形成されない部分を含む層を形成する。
工程1〜4を繰り返すことにより、高分子溶液の鋳型用ゲルの層を重ねる操作を繰り返し、鋳型用ゲルからなる積層物である鋳型を形成する。
積層物の上面図を図2に、図2中のA−B線で垂直方向に切り取った断面図を図3に示す。
以上の方法によって鋳型を形成することができる。ただし、本発明において鋳型の造形方法は積層造形方法である限り、ゲルを吐出する手段、駆動部、ステージについて、特に制限されない。
なお、積層造形によって得られた鋳型は、積層による段差が表面に生じうる。鋳型の段差をモデル材に転写することを防ぐため、必須ではないが、鋳型の表面の段差を除去する工程を挟んでもよい。この工程としては、積層途中及び/又は積層終了後において、以下で説明するゲルの積層物40を一時的に冷却する工程が挙げられる。鋳型の表面部分のみを一時的にゾル化することにより、ゾル化した温度応答性ハイドロゲルが鋳型の段差を埋めることにより段差を除去する。
Step 4: While moving the drive unit 30, the polymer solution is further discharged onto the formed mold gel layer, and the mold gel layer is stacked. When forming the template gel layer, a layer including a portion where the template gel is not formed is formed by securing a region where the polymer solution is not discharged inside the outer periphery of the layer.
By repeating steps 1 to 4, the operation of overlapping the layers of the polymer gel for the polymer solution is repeated to form a template that is a laminate made of the template gel.
FIG. 2 is a top view of the laminate, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 2 in the vertical direction.
A mold can be formed by the above method. However, in the present invention, as long as the molding method of the mold is a layered modeling method, the means for discharging the gel, the drive unit, and the stage are not particularly limited.
In the mold obtained by the layered modeling, a step due to the layering may occur on the surface. In order to prevent the step of the mold from being transferred to the model material, although not essential, a step of removing the step on the surface of the mold may be interposed. Examples of this step include a step of temporarily cooling the gel laminate 40 described below during and / or after the lamination. By temporarily solating only the surface portion of the mold, the solated temperature-responsive hydrogel fills the steps of the mold to remove the steps.

次に、鋳型用ゲルの積層物40を一時的に冷却する方法について説明する。
まず、積層造形装置1を用いて形成されたゲルの積層物40は、ステージ20上でゾル−ゲル転移温度以上に保たれているものとする。
次に、ゲルの積層物40の表面を、前述の積層物冷却手段を用いて一時的にゾル−ゲル転移温度以下に戻す。これにより、積層物40の表面部分をゾル化させると、表面部分のゾルは、重力により下側に流れてゆき、積層による層間の段差の隙間に流れ込む。
Next, a method for temporarily cooling the mold gel laminate 40 will be described.
First, it is assumed that the gel laminate 40 formed using the layered manufacturing apparatus 1 is maintained on the stage 20 at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature.
Next, the surface of the gel laminate 40 is temporarily returned to the sol-gel transition temperature or lower using the laminate cooling means described above. As a result, when the surface portion of the laminate 40 is made into a sol, the sol on the surface portion flows downward due to gravity and flows into the gap between the steps due to the lamination.

その後、ゲルの積層物40をゾル−ゲル転移温度より高い温度に戻すことにより、ゲルの積層物40のゾル化した表面を再度ゲル化させる。これにより、積層による層間の段差を取り除くことができる。
なお、ここで、「一時的」とは5秒以上10分以内であり、10秒以上5分以内が望ましい。冷却する温度は0℃以上、且つ、ゾル−ゲル転移温度より5℃以上低い温度である。また、積層物40は鋳型として用いるため、その段差を取り除く部位は、少なくとも内壁であるが積層物40全体の段差を取り除いてもよい。
また、一時的な冷却は、積層途中及び/又は積層終了後においてもよい。
After that, the gel laminate 40 is returned to a temperature higher than the sol-gel transition temperature, whereby the sol-formed surface of the gel laminate 40 is gelled again. Thereby, the level | step difference between the layers by lamination can be removed.
Here, “temporary” means 5 seconds or more and 10 minutes or less, preferably 10 seconds or more and 5 minutes or less. The cooling temperature is 0 ° C. or higher and 5 ° C. or lower than the sol-gel transition temperature. In addition, since the laminate 40 is used as a mold, the step where the step is removed is at least the inner wall, but the step of the entire laminate 40 may be removed.
Temporary cooling may be performed during the lamination and / or after the lamination.

次に、圧縮空気を用いたジェットクーラーなど、冷風を用いて積層物40の内壁の段差を取り除く場合を例に図2及び図4を参照して説明する。
図4は冷風を用いて積層物40の内部の段差を取り除く工程について説明するための図である。
以下の工程で層間の段差を取り除く。
工程A. 積層物40の内部空洞40aに対して上部から冷風を流し込む。
工程B. 積層物40の内壁44の表面のゲルの温度が下がり、ゾル化する。
工程C. ゾル化した高分子溶液が下層との段差に流れ込む。
工程D. 冷風を流し込む操作を止める。
工程E. 加熱機構で積層物40を加熱し、積層物40全体をゾル−ゲル転移温度以上に保持する。
工程F. ゾル化した高分子溶液を再度ゲル化させる。
以上の工程AからFにより、積層物40の内壁44の段差を取り除くことができる。
Next, an example of removing a step on the inner wall of the laminate 40 using cold air, such as a jet cooler using compressed air, will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a diagram for explaining a process of removing the step inside the laminate 40 using cold air.
The steps between the layers are removed by the following steps.
Step A. Cold air is poured into the internal cavity 40a of the laminate 40 from above.
Step B. The temperature of the gel on the surface of the inner wall 44 of the laminate 40 is lowered and sol is formed.
Step C. The sol polymer solution flows into the step with the lower layer.
Step D. Stop the operation of flowing cold air.
Step E. The laminate 40 is heated by a heating mechanism, and the entire laminate 40 is maintained at a sol-gel transition temperature or higher.
Step F. The sol polymer solution is gelled again.
Through the above steps A to F, the step of the inner wall 44 of the laminate 40 can be removed.

本実施形態では、積層物40の表面部のみをゲル化させるため、工程AからDにおいて冷風を当てる続ける時間は、検討の結果、5秒以上10分以内が望ましいことが分かった。また、10分より長い間冷風を当て続けた場合、積層物40全体が冷却され、ゾル化し構造が破壊されてしまうことが分かった。なお、以上の冷却時間は一例であり、高分子溶液の種類や、積層物40の大きさにより適宜決定できる。   In the present embodiment, since only the surface portion of the laminate 40 is gelled, it has been found that the time for which the cold air is continuously applied in steps A to D is preferably 5 seconds or more and 10 minutes or less. Further, it was found that when the cold air was kept applied for longer than 10 minutes, the entire laminate 40 was cooled and sol was formed and the structure was destroyed. In addition, the above cooling time is an example and can be suitably determined according to the type of the polymer solution and the size of the laminate 40.

図5は、工程Aから工程Fの操作により、内壁の層42間の段差を取り除いた状態を示す断面図である。
図6は、内壁44だけでなく、積層物40全体に冷風を当てた場合の、層42間の段差を取り除いた状態を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the step between the inner wall layers 42 has been removed by the operation from the process A to the process F.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the step between the layers 42 is removed when the cold air is applied not only to the inner wall 44 but also to the entire laminate 40.

次に、以上の方法により、作成した鋳型の段差の評価方法について説明する。
鋳型の段差の評価方法は、ゲルの積層物40全体の層42間の段差を取り除いた鋳型に対して、側面の段差を以下の工程1〜工程4からなる方法で算出することで評価を行った。即ち、
工程1.作成した鋳型の側面にガラススケールを当て、鋳型に対して水平方向からデジタルカメラで写真を撮影する。
工程2.撮影した写真をコンピュータで解析し、鋳型側面に積層によって生じる段差の凹部の深さの画素数を計測する。
工程3.撮影した写真中のガラススケールの1mmに相当する画素数と、凹部の深さの画素数を比較し、凹部の深さを計算する。
工程4.工程2から3を繰り返して10箇所の凹部の深さを計算し、その平均値を算出する。
Next, a method for evaluating the level difference of the mold created by the above method will be described.
The mold step evaluation method performs evaluation by calculating the step on the side surface by the method consisting of the following steps 1 to 4 with respect to the mold from which the step between the layers 42 of the entire gel laminate 40 is removed. It was. That is,
Step 1. A glass scale is applied to the side of the mold, and a photograph is taken with a digital camera from the horizontal direction.
Step 2. The photograph taken is analyzed by a computer, and the number of pixels at the depth of the concave portion of the step generated by the lamination on the side surface of the mold is measured.
Step 3. The number of pixels corresponding to 1 mm of the glass scale in the photograph taken is compared with the number of pixels of the depth of the recess, and the depth of the recess is calculated.
Step 4. Steps 2 to 3 are repeated to calculate the depth of the 10 recesses, and the average value is calculated.

(実施例1)
以上の方法により、ゾル−ゲル転移温度15℃となるよう濃度調整したポロキサマー407水溶液を用いて、ノズル内径610μmのテーパ形状のポリエチレン製ノズルを装着したディスペンサ35で、40℃のステージ20上に内径18mm、外径23mm、高さ17mmの円筒形のゲルの積層物40を造形した。
Example 1
Using the poloxamer 407 aqueous solution whose concentration was adjusted to a sol-gel transition temperature of 15 ° C. by the above method, the dispenser 35 equipped with a taper-shaped polyethylene nozzle with a nozzle inner diameter of 610 μm was used to place the inner diameter on the stage 20 at 40 ° C. A cylindrical gel laminate 40 having a diameter of 18 mm, an outer diameter of 23 mm, and a height of 17 mm was formed.

得られた積層物40は、(積層物40の断面は図4のようになり、層42間の段差が残り、)積層によって生じる層42間の段差の凹部の深さが250μmであった。
積層物40の造形後に10℃のジェットクーラーを用いて2分冷却し、層42間の段差を取り除いて得られたゲルの積層物40即ち鋳型では、積層によって生じる層42間の段差の凹部の深さが100μmとなった。
以上により、一時的な冷却によってゲルの積層物40の層42間の段差を取り除けることが分かった。よって、段差を取り除く工程を行うことで、寸法精度が向上し、鋳型としてより適切なものとなった。
In the obtained laminate 40 (the cross section of the laminate 40 is as shown in FIG. 4 and the step between the layers 42 remains), the depth of the concave portion of the step between the layers 42 caused by the lamination was 250 μm.
After forming the laminate 40, the gel laminate 40 obtained by cooling for 2 minutes using a jet cooler at 10 ° C. and removing the step between the layers 42, that is, the mold, has a recess in the step between the layers 42 caused by the lamination. The depth was 100 μm.
From the above, it was found that the step between the layers 42 of the gel laminate 40 can be removed by temporary cooling. Therefore, by performing the process of removing the step, the dimensional accuracy is improved and the mold becomes more suitable.

[第2の実施形態]
高分子溶液のゾル−ゲル転移温度が室温より高い場合で、ゾル状態の高分子溶液を吐出して鋳型を造形する場合について説明する。
鋳型を形成するための手段は、大きく分けて積層造形装置1と、積層物冷却手段の2つに分けられる。
図7は、第2の実施形態に係る鋳型の作成方法を実施する積層造形装置1Bを概略的に示す図である。
積層造形装置1Bは、高分子溶液を吐出する液滴吐出機構10、吐出された高分子溶液を受けるステージ20、液滴吐出機構10の液滴吐出手段12とステージ20とを相対移動させる駆動部30、吐出された高分子溶液をステージ20上で加熱してゲル化させる加熱機構22、を備える。
ここで、ステージ20、駆動部30は第1の実施形態と同様である。また、液滴吐出機構10については第1の実施形態と同様であり、さらにインクジェットを挙げても良い。
[Second Embodiment]
A case will be described where the sol-gel transition temperature of the polymer solution is higher than room temperature and the mold is formed by discharging the sol polymer solution.
The means for forming the mold can be broadly divided into two types: a layered manufacturing apparatus 1 and a laminate cooling means.
FIG. 7 is a diagram schematically showing an additive manufacturing apparatus 1B that performs the method for creating a mold according to the second embodiment.
The additive manufacturing apparatus 1B includes a droplet discharge mechanism 10 that discharges a polymer solution, a stage 20 that receives the discharged polymer solution, and a drive unit that relatively moves the droplet discharge unit 12 of the droplet discharge mechanism 10 and the stage 20. 30. A heating mechanism 22 that heats the discharged polymer solution on the stage 20 to be gelled is provided.
Here, the stage 20 and the drive unit 30 are the same as those in the first embodiment. The droplet discharge mechanism 10 is the same as that in the first embodiment, and an ink jet may be used.

加熱機構22はステージ20を加熱するヒーターであり、ステージ20上面の温度を高分子溶液のゾル−ゲル転移温度以上に保持することが出来る。加熱機構22は伝導性のヒーター、恒温槽、放射加熱器、熱交換器、ペルチェ素子などが挙げられるが、これに限定されない。   The heating mechanism 22 is a heater that heats the stage 20 and can maintain the temperature of the upper surface of the stage 20 at or above the sol-gel transition temperature of the polymer solution. Examples of the heating mechanism 22 include, but are not limited to, a conductive heater, a thermostatic bath, a radiant heater, a heat exchanger, and a Peltier element.

次に、ゲルの積層物40の造形方法について説明する。
ゲルの積層物40は以下の工程1〜工程5により造形される。即ち、
工程1.室温下でゾル状態の高分子溶液を、液滴吐出機構10を用いて吐出する。
工程2.吐出された高分子溶液を加熱機構22を用いてステージ20上で加熱し、ゲル化する。
工程3.駆動部30を用いて液滴吐出手段12のシリンジとステージ20とを水平方向に相対移動させる。
工程4.相対移動の軌跡の形状のゲルの層42をステージ20上に形成する。
工程5.駆動部30を動かしながら、形成されたゲルの層42の上に高分子溶液をさらに吐出し、ゲルの層42を重ねる。ゲルの層42を形成する際、層42の外周の内側において高分子溶液を吐出しない領域を確保することにより、ゲルが形成されない部分を含む層42を形成する。
工程1〜工程5を繰り返すことにより、高分子溶液のゲルの層42を重ねる操作を繰り返し、空洞構造を含むゲルの積層物40が形成される。
Next, a method for forming the gel laminate 40 will be described.
The gel laminate 40 is formed by the following steps 1 to 5. That is,
Step 1. A polymer solution in a sol state is discharged using a droplet discharge mechanism 10 at room temperature.
Step 2. The discharged polymer solution is heated on the stage 20 using the heating mechanism 22 and gelled.
Step 3. Using the drive unit 30, the syringe of the droplet discharge means 12 and the stage 20 are relatively moved in the horizontal direction.
Step 4. A gel layer 42 in the shape of a relative movement locus is formed on the stage 20.
Step 5. While moving the driving unit 30, the polymer solution is further discharged onto the formed gel layer 42 to overlap the gel layer 42. When the gel layer 42 is formed, a region 42 in which a gel is not formed is formed by securing a region where the polymer solution is not discharged inside the outer periphery of the layer 42.
By repeating Step 1 to Step 5, the operation of overlapping the polymer solution gel layer 42 is repeated to form a gel laminate 40 including a cavity structure.

次に、ゲルの積層物40の層42間の凹凸を取り除く方法について説明する。
積層造形装置1Bを用いて形成されたゲルの積層物40は、ステージ20上でゾル−ゲル転移温度以上に保たれているとする。
ここで、ゲルの積層物40の表面を、積層物冷却手段を用いて一時的にゾル−ゲル転移温度以下にすることにより、積層物40の表面部分をゾル化させる。重力により、表面部分のゾルは下側に流れてゆき、積層による層42間の段差の隙間に流れ込む。
Next, a method for removing irregularities between the layers 42 of the gel laminate 40 will be described.
It is assumed that the gel laminate 40 formed using the additive manufacturing apparatus 1 </ b> B is kept at the sol-gel transition temperature or higher on the stage 20.
Here, the surface portion of the laminate 40 is made into a sol by temporarily setting the surface of the gel laminate 40 to a sol-gel transition temperature or lower using a laminate cooling means. Due to gravity, the sol on the surface portion flows downward, and flows into the gaps between the layers 42 formed by the lamination.

その後、ゲルの積層物40をゾル−ゲル転移温度より高い温度に戻すことにより、ゾル化した表面を再度ゲル化させる。これにより、積層による層42間の段差を取り除くことができる。
冷却工程は、第1の実施形態同様であるが、ゾル化した高分子溶液を再度ゲル化させる工程は、加熱機構22を用いる。
第1の実施形態同様、検討の結果、冷却時間は5秒以上10分以内が望ましい。さらには、10秒以上5分以内が望ましいことが分かった。
以上の方法により形成したゾル−ゲル転移温度を持つゲルによる鋳型の形状は、第1の実施形態同様である。
Thereafter, the gel laminate 40 is returned to a temperature higher than the sol-gel transition temperature, whereby the sol-formed surface is gelled again. Thereby, the level | step difference between the layers 42 by lamination | stacking can be removed.
The cooling step is the same as in the first embodiment, but the heating mechanism 22 is used in the step of gelling the sol polymer solution again.
As in the first embodiment, as a result of the examination, the cooling time is preferably 5 seconds or more and 10 minutes or less. Furthermore, it was found that 10 seconds or more and 5 minutes or less are desirable.
The shape of the mold made of the gel having the sol-gel transition temperature formed by the above method is the same as that of the first embodiment.

(実施例2)
以上の方法により、ゾル−ゲル転移温度25℃となるよう濃度調整したポロキサマー407水溶液を用いて、内径0.61mmのステンレス製ニードルを装着したディスペンサ35で、加熱温度40℃のステージ20上に、内径18mm、外径23mm、高さ17mmの円筒形のゲルの積層物40を造形した。
10℃のジェットクーラーを用いて2分冷却して層42間の段差を取り除いた積層物40の層42間の段差の凹部の深さは、冷却する前は280μmであった。なお冷却後は100μmとなった。
以上の方法により、高分子溶液のゾル−ゲル転移温度が室温より高い場合においても、積層による層42間の段差形状を取り除いた鋳型を作成できることが分かる。
(Example 2)
By using the poloxamer 407 aqueous solution whose concentration is adjusted to a sol-gel transition temperature of 25 ° C. by the above method, the dispenser 35 equipped with a stainless needle having an inner diameter of 0.61 mm is placed on the stage 20 having a heating temperature of 40 ° C. A cylindrical gel laminate 40 having an inner diameter of 18 mm, an outer diameter of 23 mm, and a height of 17 mm was formed.
The depth of the concave portion of the step between the layers 42 of the laminate 40 after removing the step between the layers 42 by cooling for 2 minutes using a 10 ° C. jet cooler was 280 μm before cooling. In addition, it became 100 micrometers after cooling.
According to the above method, it can be seen that even when the sol-gel transition temperature of the polymer solution is higher than room temperature, a mold in which the step shape between the layers 42 due to lamination is removed can be produced.

[第3の実施形態]
次に、雰囲気をゾル−ゲル転移温度より高い温度環境にすることで、高分子溶液のゾル−ゲル転移温度が室温以上および室温以下のいずれの場合でも適用できる鋳型造形方法について説明する。なお、本発明では、雰囲気とは積層造形装置の周囲の空気を表現する。第3・第4の実施形態において恒温槽を用いる場合は、恒温槽内部で温度調節された空気を意味する。
図8は、第3の実施形態に係る鋳型の作成方法を実施する積層造形装置1Cを概略的に示す図である。
本実施形態に係る積層造形装置1Cは、高分子溶液を吐出する液滴吐出機構10、吐出された高分子溶液を着弾させるステージ20、液滴吐出機構10の液滴吐出手段12とステージ20とを相対移動させる駆動部30、及び恒温槽50等を含んでいる。
[Third Embodiment]
Next, a description will be given of a mold forming method that can be applied to the case where the sol-gel transition temperature of the polymer solution is higher than room temperature and lower than room temperature by setting the atmosphere to a temperature environment higher than the sol-gel transition temperature. In the present invention, the atmosphere represents the air around the additive manufacturing apparatus. When using a thermostat in the third and fourth embodiments, it means air whose temperature is adjusted inside the thermostat.
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an additive manufacturing apparatus 1 </ b> C that performs the method for creating a mold according to the third embodiment.
The additive manufacturing apparatus 1C according to the present embodiment includes a droplet discharge mechanism 10 that discharges a polymer solution, a stage 20 that landes the discharged polymer solution, a droplet discharge unit 12 and a stage 20 of the droplet discharge mechanism 10. The drive part 30 which relatively moves, and the thermostat 50 grade | etc., Are included.

恒温槽50は内部空間の温度を一定に保持する装置である。恒温槽50の設定温度を高分子溶液のゾル−ゲル転移温度以上に設定し保持し、それにより液滴吐出手段12内部およびステージ20上の高分子溶液をゲル状態に維持する。
ここで、液滴吐出機構10、ステージ20、駆動部30は、第1の実施形態と同様であり、少なくともステージ20、駆動部30、液滴吐出機構10の液滴吐出手段12が恒温槽50の内部に収容されている点で第1の実施形態と相違する。
The thermostat 50 is a device that keeps the temperature of the internal space constant. The set temperature of the thermostatic chamber 50 is set and maintained at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature of the polymer solution, thereby maintaining the polymer solution inside the droplet discharge means 12 and the stage 20 in a gel state.
Here, the droplet discharge mechanism 10, the stage 20, and the drive unit 30 are the same as those in the first embodiment, and at least the stage 20, the drive unit 30, and the droplet discharge unit 12 of the droplet discharge mechanism 10 are the constant temperature bath 50. This is different from the first embodiment in that it is housed inside the first embodiment.

本実施形態に係る積層造形装置1Cの積層物冷却手段、及びゲルの積層物40を形成する手段も第1の実施形態と同様である。
本積層造形装置1Cにおいて、ゾル−ゲル転移温度以上に保持されたゲル状態の高分子溶液をステージ20上に吐出する。本実施形態におけるステージ20及び恒温槽50内の空間温度はゾル−ゲル転移温度より高い温度のため、吐出された高分子溶液がゲル状態を保持する。
ゲルの積層物40の層42間の段差を取り除く方法は第1もしくは第2の実施形態と同様である。
The laminate cooling means of the additive manufacturing apparatus 1C according to the present embodiment and the means for forming the gel laminate 40 are the same as those in the first embodiment.
In this additive manufacturing apparatus 1 </ b> C, a polymer solution in a gel state maintained at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature is discharged onto the stage 20. Since the space temperature in the stage 20 and the thermostat 50 in this embodiment is higher than the sol-gel transition temperature, the discharged polymer solution maintains a gel state.
The method for removing the step between the layers 42 of the gel laminate 40 is the same as in the first or second embodiment.

(実施例3)
以上の方法により、空間温度40℃に保持した恒温槽50内において、ゾル−ゲル転移温度25℃となるよう濃度調整したポロキサマー407水溶液を用いて、ノズル内径0.61mmのテーパ形状のポリエチレン製ノズルを装着したディスペンサ35でステージ20上に内径18mm、外径23mm、高さ17mmの円筒形のゲルの積層物40を造形した。
次に、10℃のジェットクーラーを用いて2分間冷却し、層42間の段差を取り除いて得られた鋳型は、積層によって生じる層42間の段差の凹部の深さは、冷却前は250μmであったものが、100μmとなった。
(Example 3)
By using the poloxamer 407 aqueous solution whose concentration is adjusted so as to have a sol-gel transition temperature of 25 ° C. in a constant temperature bath 50 maintained at a space temperature of 40 ° C. by the above method, a tapered polyethylene nozzle having a nozzle inner diameter of 0.61 mm. A cylindrical gel laminate 40 having an inner diameter of 18 mm, an outer diameter of 23 mm, and a height of 17 mm was modeled on the stage 20 with the dispenser 35 equipped with the above.
Next, the mold obtained by cooling for 2 minutes using a jet cooler at 10 ° C. and removing the step between the layers 42 has a depth of the recess of the step between the layers 42 generated by the lamination of 250 μm before cooling. What was present was 100 μm.

なお、第2の実施形態のようにゾル状態で吐出し、ステージ20を加熱して積層物40をゲル化する場合、下層部と比べて上層部の温度が低くなり易い。そのため、積層を続けて積層物40が高くなった場合、上層部ほど、高分子溶液を吐出してからゲル化するまでの時間が長くなり、1層分積層するための所要時間が長くなる問題がある。
この点、第3の実施形態では、雰囲気が用いる高分子溶液のゾル−ゲル転移温度よりも高く、したがって、用いる高分子溶液のゾル−ゲル転移温度によらずゲル状態で吐出するため、積層高さに関わらず積層時間が安定した鋳型を形成することができる。
以上の方法により、高分子溶液のゾル−ゲル転移温度が室温以上および室温以下のいずれの場合でも適応した鋳型形成を行える。
In addition, when discharging in a sol state and heating the stage 20 and gelatinizing the laminated body 40 like 2nd Embodiment, the temperature of an upper layer part tends to become low compared with a lower layer part. Therefore, when the stack 40 continues to be stacked and the stack 40 becomes higher, the upper layer portion has a longer time from the discharge of the polymer solution to the gelation, and the required time for stacking one layer becomes longer. There is.
In this respect, in the third embodiment, since the atmosphere is higher than the sol-gel transition temperature of the polymer solution used, and therefore, it is discharged in a gel state regardless of the sol-gel transition temperature of the polymer solution used, Nevertheless, it is possible to form a mold having a stable lamination time.
By the above method, suitable template formation can be performed even when the sol-gel transition temperature of the polymer solution is not less than room temperature and not more than room temperature.

[第4の実施形態]
次に、鋳型の注入口が狭く、ゲルを積層した後から内壁を冷却することが困難な形状の鋳型を形成するための方法について説明する。積層造形装置1は第3の実施形態と同様である。
以下の工程1〜工程4でゲルを積層し、鋳型を形成する。
即ち、
工程1.ステージ20上にゲルを1層ないし数層積層する。
図9は、ステージ20上にゲルを1層ないし数層積層して得られる積層物40の断面を示す図である。
工程2.ゲルの表面を冷風Cにより冷却し、層42間の段差を取り除く。
図10は、ゲルの表面を冷却し、層42間の段差を取り除いた状態を示す積層物40の断面図である。
[Fourth Embodiment]
Next, a method for forming a mold having a shape in which the mold inlet is narrow and it is difficult to cool the inner wall after the gel is laminated will be described. The additive manufacturing apparatus 1 is the same as that of the third embodiment.
The gel is laminated in the following steps 1 to 4 to form a mold.
That is,
Step 1. One or several layers of gel are laminated on the stage 20.
FIG. 9 is a view showing a cross section of a laminate 40 obtained by laminating one or several layers of gel on the stage 20.
Step 2. The surface of the gel is cooled with cold air C, and the step between the layers 42 is removed.
FIG. 10 is a cross-sectional view of the laminate 40 showing a state in which the surface of the gel is cooled and the step between the layers 42 is removed.

工程3.積層したゲルの上に再度ゲルを1層ないし数層積層する。
図11は、積層したゲルの上に再度ゲルを1層ないし数層積層した状態を示す積層物40の断面図である。
工程4.積層したゲルの最上段付近の表面を冷却し、層42間の段差を取り除く。
図12は、積層したゲルの最上段付近の表面を冷却し、層42間の段差を取り除いた状態を示す積層物40の断面図である。
鋳型は、以上の工程1〜工程4を繰り返すことにより作成される。
Step 3. One or several layers of the gel are again laminated on the laminated gel.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a laminate 40 showing a state in which one or several layers of gel are again laminated on the laminated gel.
Step 4. The surface in the vicinity of the uppermost step of the laminated gel is cooled, and the step between the layers 42 is removed.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the laminate 40 showing a state in which the surface in the vicinity of the uppermost step of the laminated gel is cooled and the step between the layers 42 is removed.
The mold is created by repeating the above steps 1 to 4.

(実施例4)
以上の方法により、空間温度40℃に保持した恒温槽内において、ゾル−ゲル転移温度25℃となるよう濃度調整したポロキサマー407水溶液を用いて、ノズル内径0.61mmのテーパ形状のポリエチレン製ノズルを装着したディスペンサ35でステージ20上に積層造形した。3層積層する毎に10℃のジェットクーラーを用いて30秒間冷却し、層42間の段差を取り除いた。得られた鋳型は、内径18mm、外径23mm、高さ17mmの円筒形であり、積層によって生じる層42間の段差の凹部の深さが110μmとなった。
Example 4
By using the poloxamer 407 aqueous solution whose concentration was adjusted to a sol-gel transition temperature of 25 ° C. in a thermostatic chamber maintained at a space temperature of 40 ° C. by the above method, a tapered polyethylene nozzle having a nozzle inner diameter of 0.61 mm was formed. Layered modeling was performed on the stage 20 with the dispenser 35 attached. Each time the three layers were laminated, it was cooled for 30 seconds using a 10 ° C. jet cooler, and the step between the layers 42 was removed. The obtained mold was a cylindrical shape having an inner diameter of 18 mm, an outer diameter of 23 mm, and a height of 17 mm, and the depth of the concave portion of the step between the layers 42 caused by lamination was 110 μm.

この方法では、ゲルを積層し終えた時点で既に層42間の凹凸を取り除いた鋳型を形成することができる。また、表面を冷却する工程は、常に積層中の最上段付近であるため、積層後の注入口の大きさや形状によらず冷却可能である。   In this method, it is possible to form a mold in which the unevenness between the layers 42 has already been removed when the gel is laminated. Further, since the process of cooling the surface is always near the uppermost stage during lamination, it can be cooled regardless of the size and shape of the inlet after lamination.

次にモデル材の溶液を注入する方法について説明する。
温度応答性ハイドロゲルの積層物40である鋳型をゾル−ゲル転移温度以上に保持した状態において、鋳型の開口部に未硬化のモデル材の溶液49を注入する(図13)。
鋳型をゾル−ゲル転移温度以上の温度に保持する方法は、鋳型を積層造形する際の手段と同様である。モデル材の溶液49を注入する手段60は、ピペット、スポイト、シリンジ、空圧式ディスペンサ、インクジェットなどが挙げられるが、特に制限されない。
Next, a method of injecting a model material solution will be described.
In a state where the mold which is the temperature-responsive hydrogel laminate 40 is maintained at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature, an uncured model material solution 49 is injected into the opening of the mold (FIG. 13).
The method for maintaining the mold at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature is the same as the means for layered modeling of the mold. Examples of the means 60 for injecting the model material solution 49 include, but are not limited to, a pipette, a dropper, a syringe, a pneumatic dispenser, and an inkjet.

次にモデル材および硬化(固化)方法について説明する。
モデル材は、鋳型用ゲルのゾル−ゲル転移温度以上の温度領域において硬化する材料であれば、特に制限されない。また、モデル材は、内部に粒子等の固形物が分散されていても構わない。
モデル材の硬化方法は、モデル材の種類によって、放熱、UV(紫外線)照射、架橋剤の添加、などが挙げられるが、特に制限されない。放熱によって硬化するモデル材としてアガロースゲルやカラギーナンゲル、ゼラチンゲルなどが挙げられる。これらのゲルを溶解温度以上に加熱して溶解し、鋳型に注入して鋳型の温度まで放熱することによってゲル化させても良い。
また、UV照射で硬化するモデル材としてPDMS(ポリジメチルシロキサン)等が挙げられる。
架橋剤の添加による硬化方法としては、アルギン酸ナトリウム水溶液に塩化カルシウムを添加する、ポリビニルアルコール水溶液にホウ砂を添加する、などが挙げられる。
注入前に架橋剤を添加しておき、徐々に硬化する反応を利用して注入後に硬化させる方法を用いてもよい。アルジネート印象材と呼ばれる、アルギン酸ナトリウムと難溶性カルシウム塩、キレート剤とが混合された粉末に対して水を添加し混合すると、数分〜十数分で徐々に硬化する特性がある。アルジネート印象材を水に混合して直ちに鋳型に注入し、数分〜十数分放置することによってモデル材を硬化させてもよい。
ただし、本発明はもろいモデル材に対して特に有効な成型方法であるが、モデル材および硬化方法は限り特に限定しない。鋳型(積層物40)に注入され、硬化したモデル材51を図14に示す。
Next, the model material and the curing (solidification) method will be described.
The model material is not particularly limited as long as it is a material that cures in a temperature range equal to or higher than the sol-gel transition temperature of the mold gel. The model material may have solids such as particles dispersed therein.
The method of curing the model material includes heat dissipation, UV (ultraviolet) irradiation, addition of a crosslinking agent, and the like depending on the type of the model material, but is not particularly limited. Agarose gel, carrageenan gel, gelatin gel and the like are listed as model materials that are cured by heat dissipation. These gels may be melted by heating to a melting temperature or higher, poured into a mold, and dissipated to the temperature of the mold to be gelled.
Moreover, PDMS (polydimethylsiloxane) etc. are mentioned as a model material hardened | cured by UV irradiation.
Examples of the curing method by adding a crosslinking agent include adding calcium chloride to an aqueous sodium alginate solution, adding borax to an aqueous polyvinyl alcohol solution, and the like.
A method may be used in which a crosslinking agent is added before injection and cured after the injection using a reaction of gradually curing. When water is added to and mixed with a powder called sodium alginate, a sparingly soluble calcium salt, and a chelating agent, which is called an alginate impression material, it has a characteristic of gradually hardening in a few minutes to a few dozen minutes. The model material may be cured by mixing the alginate impression material with water and immediately pouring it into the mold and leaving it for a few minutes to a few dozen minutes.
However, the present invention is a particularly effective molding method for a brittle model material, but the model material and the curing method are not particularly limited. FIG. 14 shows the model material 51 injected into the mold (laminated product 40) and cured.

次に目的形状に鋳造したモデル材と鋳型とを分離する方法、即ち離型方法について説明する。
鋳型を除去することで離型する方法としては、力学的な除去方法と、ゾル化による除去方法が挙げられる。形成した鋳型は脆く可塑性があるため、ピンセットやコテで取り除くことも可能である。ただし、モデル材に対して力学的負荷が生じる。そのため、鋳型を冷却してゾル化し、除去することが望ましい。鋳型用ゲルは温度応答性ゾル−ゲル転移材料から成るため、鋳型は鋳型用ゲルのゾル化温度未満まで冷却することによってゾル化してゾル状態45となり、流出する(図15)。
冷却する手段は、冷蔵庫・冷凍庫に入れて放置する、冷却物を鋳型に当てる、水に漬ける、などが挙げられるが、鋳型を冷却できる手段であれば特に制限されない。
この方法においては、鋳造したモデル材51に対する力学的負荷がなく、鋳型用ゲルの構造物(積層物40)も流出により容易に除去できる。
Next, a method for separating the model material cast into the target shape and the mold, that is, a mold release method will be described.
Examples of the method for releasing the mold by removing the template include a dynamic removal method and a removal method using sol formation. Since the formed mold is brittle and plastic, it can be removed with tweezers or a trowel. However, a mechanical load is generated on the model material. Therefore, it is desirable to cool the mold to sol and remove it. Since the mold gel is made of a temperature-responsive sol-gel transition material, the mold is solated by cooling to a temperature below the solation temperature of the mold gel to be in a sol state 45 and flows out (FIG. 15).
Examples of the cooling means include placing in a refrigerator / freezer, leaving it to stand, placing a cooling object on a mold, and immersing in water, but there is no particular limitation as long as the mold can be cooled.
In this method, there is no mechanical load on the cast model material 51, and the mold gel structure (laminate 40) can be easily removed by outflow.

(実施例5)
周囲を氷で冷却したビーカーを用いて10℃以下に保持した純水に対し、温度応答性のハイドロゲル形成性高分子としてポロキサマー407(BASFジャパン株式会社、Kolliphor(商標) P407)を添加し、攪拌溶解させた水溶液Aを作成した。ポロキサマー407の濃度が25重量%となった。
ゾル−ゲル転移温度15℃である水溶液Aを37℃に昇温して透明なゲルを得た。
4℃の水溶液Aを容積10mLのシリンジに充填し、先端内径250μmのシリンジノズル(武蔵エンジニアリング株式会社製)を取り付けた。室温20℃下において、シリンジを10分室温放置して水溶液Aをゲル化させた。シリンジを圧縮空気式ディスペンサ(武蔵エンジニアリング株式会社:ML-5000XII)を用いて加圧し、シリンジノズル先端から水溶液Aのゲルを吐出した。
シリンジノズル下部にステージと、ステージの上にPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムを敷き、ステージとシリンジとを相対移動させることによってPETフィルム上に水溶液Aのゲルの鋳型を形成した。PETフィルム60上の鋳型70の概略図を図16に示す。鋳型70は円筒形状であり、外径6.0mm、厚みが1.5mm、全体の高さが10mmとなった。
モデル材として、κ-カラギーナン(三晶株式会社、CSK-01)を70℃の水に2重量%濃度で溶解した水溶液Bを調整した。
水溶液Bの一部を取り出し、40℃まで冷却した後、水溶液Aのゲルの構造物の開口部にスポイトで注入し、室温で30分放置して水溶液Bをゲル化させた。
鋳型70と鋳造物が合わさった円柱状の構造物Dを基材のPETフィルムと一緒に4℃の冷蔵庫に入れて2時間放置した。冷蔵庫から取り出し、得られた水溶液Bのゲルの鋳造物の概略図を図17に示す。外径3mm、高さ10mmの円柱状の鋳造物80が得られた。
実施例5より、温度応答性ハイドロゲルの鋳型により、モデル材を鋳造できることが分かった。
(Example 5)
Poloxamer 407 (BASF Japan Ltd., Kolliphor ™ P407) was added as a temperature-responsive hydrogel-forming polymer to pure water kept at 10 ° C. or lower using a beaker cooled with ice. An aqueous solution A dissolved by stirring was prepared. The concentration of poloxamer 407 was 25% by weight.
The aqueous solution A having a sol-gel transition temperature of 15 ° C. was heated to 37 ° C. to obtain a transparent gel.
A syringe having a volume of 10 mL was filled with 4 ° C. aqueous solution A, and a syringe nozzle (manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd.) having a tip inner diameter of 250 μm was attached. Under a room temperature of 20 ° C., the syringe was left at room temperature for 10 minutes to gel the aqueous solution A. The syringe was pressurized using a compressed air dispenser (Musashi Engineering Co., Ltd .: ML-5000XII), and the aqueous solution A gel was discharged from the tip of the syringe nozzle.
A stage of a syringe nozzle and a PET (polyethylene terephthalate) film were laid on the lower part of the syringe nozzle, and the stage and the syringe were moved relative to each other to form an aqueous solution A gel mold on the PET film. A schematic view of the mold 70 on the PET film 60 is shown in FIG. The mold 70 had a cylindrical shape, an outer diameter of 6.0 mm, a thickness of 1.5 mm, and an overall height of 10 mm.
As a model material, an aqueous solution B in which κ-carrageenan (Sanki Co., Ltd., CSK-01) was dissolved in 70 ° C. water at a concentration of 2% by weight was prepared.
A part of the aqueous solution B was taken out and cooled to 40 ° C., and then injected into the opening of the gel structure of the aqueous solution A with a dropper, and left at room temperature for 30 minutes to gel the aqueous solution B.
The cylindrical structure D in which the mold 70 and the casting were combined was placed in a refrigerator at 4 ° C. together with the base PET film and left for 2 hours. FIG. 17 shows a schematic view of a gel casting of the aqueous solution B obtained after being taken out of the refrigerator. A cylindrical casting 80 having an outer diameter of 3 mm and a height of 10 mm was obtained.
From Example 5, it was found that the model material could be cast using a temperature-responsive hydrogel mold.

(実施例6)
室温20℃下において、10℃以下に冷却した水溶液Aを容積10mLのシリンジに充填し、先端内径250μmのシリンジノズル(武蔵エンジニアリング株式会社製)を取り付けた。シリンジを10分室温放置して水溶液Aをゲル化させた。シリンジを圧縮空気式ディスペンサ(武蔵エンジニアリング株式会社:ML-5000XII)を用いて加圧し、シリンジノズル先端から水溶液Aのゲルを吐出した。
シリンジノズル下部にステージと、ステージの上にPETフィルムを敷き、ステージとシリンジとを相対移動させることによってPETフィルム上に水溶液Aのゲルの鋳型を形成した。PETフィルム60上の鋳型90の概略図を図18に示す。鋳型90は円筒と柱の形状であり、円筒の外径18mm、厚みが3mm、柱の外径6mm、全体の高さは10mmとなった。
モデル材として、アルギン酸ナトリウム(株式会社キミカ、IL-2)2重量%水溶液、第二りん酸カルシウム2重量%水溶液、クエン酸4重量%水溶液、径10μmのポリアクリル粒子(綜研化学株式会社、MX-1000)をそれぞれ5:1:1:1で混合した水溶液Eを作成した。
作成した水溶液Eをただちに水溶液Aのゲルの構造物の円筒と柱との隙間にスポイトで注入し、室温で15分放置して水溶液Eを硬化させた。
その後、水溶液Aのゲルの構造物と、硬化した水溶液EとをPET基材ごと4℃の冷水に沈めた。30分静置した後に水中から水溶液Cの硬化した構造物を取り出した。
得られた水溶液Eの硬化した鋳造物の概略図を図19に示す。
外径12mm、内径6mm、長さ10mmの円筒状の構造物100が得られた。得られた円筒状の構造物は、アルギン酸のハイドロゲルにポリアクリル粒子が分散して全体が白濁した形態であった。
(Example 6)
Under a room temperature of 20 ° C., the aqueous solution A cooled to 10 ° C. or lower was filled into a syringe with a volume of 10 mL, and a syringe nozzle (manufactured by Musashi Engineering Co., Ltd.) having a tip inner diameter of 250 μm was attached. The syringe was allowed to stand at room temperature for 10 minutes to gel the aqueous solution A. The syringe was pressurized using a compressed air dispenser (Musashi Engineering Co., Ltd .: ML-5000XII), and the aqueous solution A gel was discharged from the tip of the syringe nozzle.
A stage of the syringe nozzle was placed under the syringe nozzle, a PET film was laid on the stage, and the stage and the syringe were moved relative to each other to form an aqueous solution A gel mold on the PET film. A schematic view of the mold 90 on the PET film 60 is shown in FIG. The mold 90 has a cylindrical and columnar shape. The outer diameter of the cylinder is 18 mm, the thickness is 3 mm, the outer diameter of the column is 6 mm, and the overall height is 10 mm.
As model materials, sodium alginate (Kimika, IL-2) 2% by weight aqueous solution, dicalcium phosphate 2% by weight aqueous solution, citric acid 4% by weight aqueous solution, polyacrylic particles having a diameter of 10 μm (Soken Chemical Co., Ltd., MX -1000) were mixed in a ratio of 5: 1: 1: 1, respectively.
The prepared aqueous solution E was immediately poured into the gap between the cylinder and the column of the gel structure of the aqueous solution A with a dropper and allowed to stand at room temperature for 15 minutes to cure the aqueous solution E.
Thereafter, the gel structure of the aqueous solution A and the cured aqueous solution E were immersed in cold water at 4 ° C. together with the PET substrate. After standing for 30 minutes, the cured structure of the aqueous solution C was taken out of the water.
FIG. 19 shows a schematic view of the resulting casting obtained by hardening the aqueous solution E.
A cylindrical structure 100 having an outer diameter of 12 mm, an inner diameter of 6 mm, and a length of 10 mm was obtained. The obtained cylindrical structure was in a form in which polyacrylic particles were dispersed in a hydrogel of alginic acid and the whole was clouded.

以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、これによれば、
(1)温度応答性ハイドロゲルの鋳型をオンデマンドに形成できるため、オンデマンドに脆い材料を鋳造成型できる。
(2)鋳型を冷却するだけで離型できるため、鋳造したモデル材への力学的負荷なく離型できる。
(3)モデル材の溶液に粒子を含ませた場合は、粒子を分散や沈降させたモデル材を鋳造できる。
(4)形成した層の一部をゾル化することで、ゾル化した高分子溶液が層間の段差の間に流れ込み、層間の段差を取り除く。そのため、鋳型内部が平滑化し、寸法精度の良い鋳型を作成することができる。
(5)鋳型の作成方法においては、ゲル状態の高分子溶液を吐出してゲルを積み重ねることにより鋳型を形成することができる。
(6)ゾル状態の高分子溶液を吐出し、且つ吐出後にゲル化するため、ゲルを積み重ねることにより鋳型を形成できる。
(7)積層途中および積層終了後において、ゲルの積層物を一時的に冷却する温度を0℃以上、且つ、ゾル−ゲル転移温度より5℃以上低い温度にすることにより、凍結を防ぎつつ、表面をゾル化し、寸法精度を向上することができる。
(8)積層途中および積層終了後においてゲルの積層物を一時的に冷却する時間を5秒以上10分以内にすることにより、過剰な冷却によるゲルの積層物の破壊を防ぎつつ、表面をゾル化し、寸法精度を向上することができる。
(9)冷却手段として、ゲルの積層物に冷風を当てる、冷蔵庫に入れる、冷却したコテを当てる、積層物をステージから外して室温下に置く、のいずれかの手段を用いることで、ゲルの積層物をゾル−ゲル転移温度以下に冷却でき、寸法精度を向上することが出来る。
(10)ゲルの積層物を冷却する冷却手段としてジェットクーラーの冷風を用いることで、鋳型が入り組んだ形状であっても冷却でき、寸法精度を向上することが出来る。
(11)吐出した高分子溶液を加熱することで、ゾル−ゲル転移温度が室温より高い高分子溶液をゲル化し、ゲルの層を積層することができる。
(12)液滴機構、液滴吐出手段、ステージ、液滴吐出手段とステージとを相対移動させる駆動部と、を備えた、積層造形装置のため、ゲルの鋳型を積層造形できる。また、積層物冷却手段を備えることで、積層造形した鋳型を一時的にゾル化し、寸法精度を向上することができる。
As mentioned above, although embodiment and the Example of this invention were described, according to this,
(1) Since a temperature-responsive hydrogel mold can be formed on demand, a brittle material can be cast on demand.
(2) Since the mold can be released simply by cooling the mold, the mold can be released without any mechanical load on the cast model material.
(3) When the particles are included in the solution of the model material, the model material in which the particles are dispersed or settled can be cast.
(4) By forming a part of the formed layer into a sol, the sol polymer solution flows between the steps between the layers, and the steps between the layers are removed. Therefore, the inside of the mold can be smoothed and a mold with good dimensional accuracy can be created.
(5) In the method for producing a mold, a mold can be formed by stacking gels by discharging a polymer solution in a gel state.
(6) Since a polymer solution in a sol state is discharged and gelates after discharge, a mold can be formed by stacking gels.
(7) During the lamination and after the completion of the lamination, the temperature for temporarily cooling the gel laminate is set to 0 ° C. or more and 5 ° C. or more lower than the sol-gel transition temperature, thereby preventing freezing. The surface can be made into a sol and the dimensional accuracy can be improved.
(8) The time for temporarily cooling the gel laminate during the lamination and after the completion of the lamination is set to 5 seconds or more and 10 minutes or less, thereby preventing the destruction of the gel laminate due to excessive cooling and the surface of the sol Dimensional accuracy can be improved.
(9) As a cooling means, use any means of applying cold air to the gel laminate, putting in a refrigerator, applying a cooled iron, and removing the laminate from the stage at room temperature. The laminate can be cooled below the sol-gel transition temperature, and the dimensional accuracy can be improved.
(10) By using the cool air of a jet cooler as a cooling means for cooling the laminate of gels, it is possible to cool even a shape in which a mold is complicated, and to improve dimensional accuracy.
(11) By heating the discharged polymer solution, the polymer solution having a sol-gel transition temperature higher than room temperature is gelled, and a gel layer can be laminated.
(12) A gel mold can be layered because of the layered modeling apparatus including a droplet mechanism, a droplet discharge unit, a stage, and a drive unit that relatively moves the droplet discharge unit and the stage. In addition, by providing the laminate cooling means, the layered and molded mold can be temporarily solated and the dimensional accuracy can be improved.

1・・・積層造形装置、10・・・液滴吐出機構、12・・・液滴吐出手段、20・・・ステージ、22・・・加熱機構、30・・・駆動部、35・・・ディスペンサ、40・・・積層物、42・・・層、50・・・恒温槽。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminate shaping apparatus, 10 ... Droplet discharge mechanism, 12 ... Droplet discharge means, 20 ... Stage, 22 ... Heating mechanism, 30 ... Drive part, 35 ... Dispenser, 40 ... laminate, 42 ... layer, 50 ... constant temperature bath.

特表2013−542728号公報Special table 2013-542728 gazette 特許5019851号公報Japanese Patent No. 5019851 特許5264103号公報Japanese Patent No. 5264103

Claims (14)

ゾル−ゲル転移温度より低い温度でゾル化し、ゾル−ゲル転移温度より高い温度でゲル化するゾル−ゲル転移温度を有する高分子溶液を液滴吐出機構によりステージに吐出する工程と、
前記ステージに吐出された前記高分子溶液をゾル−ゲル転移温度より高い温度に保持する工程と、
前記液滴吐出機構と前記ステージとを相対移動させて、前記ステージ上に前記相対移動の軌跡の形状のゲルの層を形成する工程と、
前記液滴吐出機構でゲルの層の上にさらに前記高分子溶液を吐出する工程と、
を有することを特徴とする鋳型の作成方法。
A step of discharging a polymer solution having a sol-gel transition temperature, which is solated at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature, onto a stage by a droplet discharge mechanism;
Maintaining the polymer solution discharged to the stage at a temperature higher than the sol-gel transition temperature;
Relatively moving the droplet discharge mechanism and the stage to form a gel layer in the shape of the locus of relative movement on the stage;
Discharging the polymer solution further onto the gel layer by the droplet discharge mechanism;
A method for producing a mold characterized by comprising:
請求項1に記載された鋳型の作成方法において、
前記ゲルの積層物の積層途中及び/又は積層終了後において、前記ゲルの積層物を一時的に冷却する工程を有することを特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in Claim 1,
A method for producing a mold, comprising the step of temporarily cooling the gel laminate during and / or after the lamination of the gel laminate.
請求項2に記載された鋳型の作成方法において、
前記ゲルの積層物を一時的に冷却する工程は、形成した層の一部をゾル化することにより、積層で生じる層間の段差を取り除く工程であることを特徴とする鋳型の作成方法。
In the method for producing a mold according to claim 2,
The method for producing a mold, wherein the step of temporarily cooling the gel laminate is a step of removing a step between layers caused by lamination by forming a part of the formed layer into a sol.
請求項1〜3のいずれか1項に記載された鋳型の作成方法において、
前記ステージ上にゲルの層を形成する工程では、前記液滴吐出機構がゾル−ゲル転移温度以上の温度でゲル状態の高分子溶液を吐出することを特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in any one of Claims 1-3,
In the step of forming a gel layer on the stage, the droplet discharge mechanism discharges a polymer solution in a gel state at a temperature equal to or higher than a sol-gel transition temperature.
請求項1〜3のいずれか1項に記載された鋳型の作成方法において、
前記ステージ上にゲルの層を形成する工程では、ゾル−ゲル転移温度未満の温度でゾル状態の高分子溶液を吐出し、ステージ上で昇温してゲル化すること、を特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in any one of Claims 1-3,
In the step of forming the gel layer on the stage, a polymer solution in a sol state is discharged at a temperature lower than the sol-gel transition temperature, and the temperature is raised on the stage to cause gelation. How to make.
請求項2〜4のいずれか1項に記載された鋳型の作成方法において、
前記ゲルの積層物を一時的に冷却する工程でゲルの積層物を一時的に冷却する際の冷却温度は、0℃以上、且つ、ゾル−ゲル転移温度より5℃以上低い温度であることを特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in any one of Claims 2-4,
The cooling temperature when the gel laminate is temporarily cooled in the step of temporarily cooling the gel laminate is 0 ° C or higher and 5 ° C or lower than the sol-gel transition temperature. A method for creating a featured mold.
請求項2〜4のいずれか1項に記載された鋳型の作成方法において、
前記ゲルの積層物を一時的に冷却する工程でゲルの積層物を一時的に冷却する時間は、5秒以上10分以内であることを特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in any one of Claims 2-4,
The method for producing a mold, wherein the time for temporarily cooling the gel laminate in the step of temporarily cooling the gel laminate is 5 seconds or more and 10 minutes or less.
請求項2〜4のいずれか1項に記載された鋳型の作成方法において、
前記ゲルの積層物を一時的に冷却する工程では、冷風を当てる、冷蔵庫に入れる、冷却したコテを当てる、前記積層物を前記ステージから外して室温下に置く、のいずれかの冷却手段により、ゲルの積層物を冷却することを特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in any one of Claims 2-4,
In the step of temporarily cooling the gel laminate, the cooling means is any one of applying cold air, putting in a refrigerator, applying a cooled iron, and removing the laminate from the stage at room temperature. A method for producing a mold, comprising cooling a laminate of gels.
請求項2〜4のいずれか1項に記載された鋳型の作成方法において、
前記ゲルの積層物を一時的に冷却する工程では、圧縮空気を用いたジェットクーラーからなる冷却手段により、ゲルの積層物を冷却することを特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in any one of Claims 2-4,
In the step of temporarily cooling the gel laminate, the gel laminate is cooled by cooling means comprising a jet cooler using compressed air.
請求項1〜9のいずれか1項に記載された鋳型の作成方法において、
前記ステージ上にゲルの層を形成する工程では、伝導性のヒーター、恒温槽、放射加熱器、熱交換器、ペルチェ素子のいずれかの加熱手段により、吐出された高分子溶液を加熱してゲル化ないしゲル状態を保持することを特徴とする鋳型の作成方法。
In the manufacturing method of the casting_mold | template described in any one of Claims 1-9,
In the step of forming a gel layer on the stage, the discharged polymer solution is heated by a heating means of any one of a conductive heater, a thermostatic bath, a radiant heater, a heat exchanger, and a Peltier element to form a gel. A method for producing a mold characterized by maintaining a gel or gel state.
ゾル−ゲル転移温度より低い温度でゾル化し、ゾル−ゲル転移温度より高い温度でゲル化するゾル−ゲル転移温度を有する高分子溶液を用い、ゲルの積層物からなる鋳型を形成する鋳型作成装置であって、
前記高分子溶液を吐出する液滴吐出手段と、吐出された前記高分子溶液を受けるステージと、前記液滴吐出手段と前記ステージとを相対移動させる駆動部と、を備えた積層造形装置と、
を有することを特徴とする鋳型作成装置。
A mold making apparatus for forming a mold comprising a gel laminate using a polymer solution having a sol-gel transition temperature that is solated at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. Because
An additive manufacturing apparatus comprising: a droplet discharge unit that discharges the polymer solution; a stage that receives the discharged polymer solution; and a drive unit that relatively moves the droplet discharge unit and the stage;
A mold producing apparatus characterized by comprising:
請求項1〜10のいずれか1項に記載された鋳型作成方法により作成された鋳型にモデル材の溶液を注入する工程と、
前記モデル材の溶液を固化する工程と、
前記固化したモデル材と前記鋳型とを分離する工程と、
を有することを特徴とするモデル材の成型方法。
Injecting a solution of a model material into a mold created by the mold creation method according to any one of claims 1 to 10;
Solidifying the model material solution;
Separating the solidified model material and the mold;
A method for molding a model material, comprising:
請求項12に記載されたモデル材の成型方法において、
前記分離する工程は、前記鋳型を冷却することによって鋳型をゾル化して除去し、分離することを特徴とするモデル材の成型方法。
The method for molding a model material according to claim 12,
The method for molding a model material is characterized in that, in the separating step, the mold is cooled to form a sol by removing the mold and separated.
請求項12又は13に記載されたモデル材の成型方法において、
前記モデル材の溶液中に粒子を含むことを特徴とするモデル材の成型方法。
In the molding method of the model material according to claim 12 or 13,
A method for molding a model material, comprising particles in the solution of the model material.
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