JP2017209888A - サンプル模擬品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立体構造のサンプル品の形状を模したサンプル模擬品の新たな製造手法を提供する。
【解決手段】立体構造のサンプル品の形状を模したサンプル模擬品を製造するに当たり、造形工程では、粉末材料を用いて形成した薄膜を積層しつつ、形成済みの前記薄膜ごとにレーザー光を照射してレーザー光照射箇所を燒結させて立体造形を図る粉末積層造形手法により、サンプル品の外観形状が反映した薄肉の表皮部で空洞を取り囲んだ中空の立体造形品を、サンプル品の形状を模したサンプル模擬品として形成する。続く樹脂充填工程では、表皮部で取り囲まれた空洞に、単位体積当たりの重量が粉末材料より軽量の充填材を注入して空洞を充填材で埋める。
【選択図】図７

Description

本発明は、サンプル模擬品の製造方法に関する。

立体構造のサンプル品の形状を模したサンプル模擬品を得るに当たり、粉末積層造形手法が活用されている（例えば、特許文献１）。この粉末積層造形手法は、粉末材料を用いて形成した薄膜を積層しつつ、形成済みの薄膜ごとにレーザー光を照射してレーザー光照射箇所を燒結させることで、立体構造のサンプル品と同一の外観形状を有するサンプル模擬品を立体造形する。

特開２００８−１５５５３８号公報

粉末積層造形手法によれば、サンプル品と同一の外観形状を有するサンプル模擬品を容易に得られるものの、次のような更なる改善が要請されるに到った。形状模擬の対象となるサンプル品は、多種多様であり、例えば、車両室内のソファーやその周辺の内装部品では、柔軟性が求められるので軟質材料が用いられ、比較的、軽量となる。しかしながら、粉末積層造形手法を用いた既存の造形手法で得られたサンプル模擬品は、立体造形品内部が全て粉末材料の燒結で形成されているので、車両室内の内装部品に比べて重くなる。このため、外観形状の確認や、サンプル模擬品に対して行われる各種工程、例えばサンプル品表面に模した表面を得るための表面処理工程や他部品の組み付け工程等において、取扱い性に欠けるという新たな問題点が指摘されるに到った。こうしたことから、粉末積層造形手法により立体造形されるサンプル模擬品の軽量化をもたらし得る新たなサンプル模擬品の製造手法が要請されるに到った。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、サンプル模擬品の製造方法が提供される。このサンプル模擬品の製造方法は、立体構造のサンプル品の形状を模したサンプル模擬品の製造方法であって、粉末材料を用いて形成した薄膜を積層しつつ、形成済みの前記薄膜ごとにレーザー光を照射してレーザー光照射箇所を燒結させて立体造形を図る粉末積層造形手法により、中空の立体造形品であって前記サンプル品の外観形状が反映した薄肉の表皮部で空洞を取り囲んだ前記立体造形品を、前記サンプル品の形状を模した前記サンプル模擬品として形成する造形工程と、前記表皮部で取り囲まれた前記空洞に、単位体積当たりの重量が前記粉末材料より軽量の充填材を注入し、前記空洞を前記充填材で埋める樹脂充填工程とを備える。

この形態のサンプル模擬品の製造方法で得られたサンプル模擬品は、サンプル品の外観形状が反映した薄肉の表皮部で粉末材料より軽量の充填材を取り囲む。この結果、この形態のサンプル模擬品の製造方法によれば、軽量なサンプル模擬品を容易に製造できると共に、表面処理工程や他部品の組み付け工程等の各種工程における取扱い性が高まる。

（２）上記形態のサンプル模擬品の製造方法において、前記充填材は、前記重量が前記粉末材料より軽量の樹脂にしてもよい。こうすれば、サンプル模擬品の軽量化をより高めることができると共に、空洞への注入対象が樹脂となるので、注入が容易となり、注入後の樹脂硬化により形状維持も容易となる。

（３）上記形態のサンプル模擬品の製造方法において、前記樹脂を、前記サンプル品が有する弾発性状を発現可能な発泡樹脂にしてもよい。こうすれば、サンプル模擬品の軽量化をより一層高めることができると共に、サンプル模擬品をサンプル品と同じように柔らかくできる。また、次のような利点もある。サンプル品に他部品を嵌合等して組み付ける場合、他部品は、柔軟性のあるサンプル品に対して嵌合組み付け可能であり、サンプル模擬品に対しても、このサンプル模擬品がサンプル品と同じように柔らかいので、嵌合組み付け可能となる。

（４）上記いずれかの形態のサンプル模擬品の製造方法において、前記サンプル品が、前記粉末積層造形手法により立体造形を図る粉末積層造形装置の造形可能な大きさを超える大きさであると、前記造形工程では、前記サンプル品を前記粉末積層造形装置の造形可能な大きさに収まる大きさの複数のサンプルパーツ品に分離した前記複数のサンプルパーツ品ごとのサンプルバーツ模擬品を、前記サンプルパーツ品の外観形状を有する表皮部で空洞を取り囲んだ中空の立体造形品として形成し、前記樹脂充填工程では、前記複数のサンプルパーツ品ごとの前記サンプルバーツ模擬品を前記サンプル品の全体形状をなすように接触させた状態で、前記サンプルバーツ模擬品ごとの前記空洞に前記樹脂を注入して、前記サンプルバーツ模擬品ごとの前記空洞を前記樹脂で一体的に埋めるようにしてもよい。こうすれば、サンプル品の全体形状をなすよう接触したサンプルバーツ模擬品同士の接触強度を、サンプルバーツ模擬品ごとの空洞を一体的に埋めた硬化済み樹脂で高めることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、サンプル模擬品の製造装置で実現することができる。

本発明の実施形態のサンプル模擬品の製造方法に用いる粉末積層造形装置の概要を示す説明図である。 車両室内の柔軟で軽量な内装部品としてのサンプル品の上面視をＡ−Ａ線に沿った断面視と共に示す説明図である。 立体構造のサンプル品の形状を模したサンプル模擬品をサンプル品のＡ−Ａ線断面に対応して断面視して示す説明図である。 第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法における製造手順を示す工程図である。 サンプル品の３次元的な造形データをサンプル模擬中間品の造形データに展開する様子を概念的に示す説明図である。 薄膜の積層形成の様子を本実施形態のサンプル模擬中間品の形状と従来形態のサンプル模擬品の形状とを対比して示す説明図である。 形成済みの薄膜へのレーザー光照射により燒結・硬化した部位の推移を本実施形態のサンプル模擬中間品の形状と従来形態のサンプル模擬品の形状とを対比して示す説明図である。 発泡樹脂の注入の様子を概略的に示す説明図である。 キャップの組み付けの様子を第１実施形態のサンプル模擬品と既存の従来形態サンプル模擬品を対比して示す説明図である。 造形エリアを超える大きさのサンプル品を斜視して示す説明図である。 サンプル品を１１−１１線に沿って断面視して示す説明図である。 造形エリアを超える大きさのサンプル品の形状を模したサンプル模擬品をサンプル品の断面に対応して断面視して示す説明図である。 中央とその左右のサンプルパーツ模擬品の断面視とそれぞれのサンプルパーツ模擬品から最終的なサンプル模擬品を得る様子を概略的に示す説明図である。

図１は本発明の実施形態のサンプル模擬品の製造方法に用いる粉末積層造形装置１００の概要を示す説明図である。本実施形態のサンプル模擬品の製造方法に用いる粉末積層造形装置１００は、既存の造形装置と変わるものではないので、図１では、装置概要を模式的に示すに留める。

粉末積層造形装置１００は、造形テーブル１１０と、薄膜積層形成ユニット１２０と、レーザー光照射ユニット１５０と、制御装置２００を主要の装置要素として備える。薄膜積層形成ユニット１２０は、薄膜形成部１３０と、昇降機構部１４０と、成膜機構部１４５とを備える。昇降機構部１４０は、後述の制御装置２００の制御を受けて、造形テーブル１１０を下降駆動する。成膜機構部１４５は、制御装置２００の制御を受けて、薄膜形成部１３０を造形テーブル１１０に対して往復駆動する。薄膜形成部１３０は、レーザー光の照射を受けて硬化する粉末材料、例えば、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂粉末、アルミ、アルミ合金等の金属粉末を用いて、造形テーブル１１０の造形エリアＷｒに、薄膜Ｐｓを形成する。薄膜Ｐｓが未形成の初期状態では、造形テーブル１１０は、図示する最上位ポジションにあり、薄膜形成部１３０は、図示する待機ポジションにある。この初期状態から、薄膜形成部１３０は、成膜機構部１４５により往復動する間に、造形テーブル１１０に薄膜Ｐｓを形成し、待機ポジションに戻る。次いで、造形テーブル１１０は、昇降機構部１４０により薄膜Ｐｓの膜厚分だけ下降し、薄膜形成部１３０は、既に形成済みの薄膜Ｐｓに重ねて新たな薄膜Ｐｓを形成する。この繰り返しにより、薄膜Ｐｓが造形エリアＷｒに積層形成される。造形エリアＷｒは、粉末積層造形装置１００における立体造形物の造形可能な領域であり、図１においては、ＸＹ平面における造形可能領域を示している。図１では、図示の都合から薄膜Ｐｓを造形エリアＷｒより狭く示しているが、薄膜Ｐｓは造形エリアＷｒとほぼ同じ広さで造形テーブル１１０に積層形成される。造形テーブル１１０は、造形テーブル１１０のテーブル周囲を取り囲む図示しない凹状のテーブル案内孔部において下降するので、積層形成された薄膜Ｐｓは、積層状態を維持したままである。

薄膜Ｐｓの厚みは、造形対象のサンプル模擬品形状やレーザー光の種別、レーザー光の到達深度・焦点距離、レーザー照射により起きる硬化部位の厚みなどに応じて種々設定される。本実施形態のサンプル模擬品の製造方法では、サンプル品ＳＷが車両室内の柔軟で軽量な後述の内装部品であること、および、後述するようにサンプル模擬品ＩＳを中空の立体造形品とすることから、ナイロン粉末を用いて最小厚みが０．１〜０．１５ｍｍ程度となるよう薄膜Ｐｓを形成して、積層する。薄膜Ｐｓの最小厚みを０．１〜０．１５ｍｍとすることで、後述の表皮部の強度を確保できると共に、それぞれの薄膜Ｐｓにおけるレーザー光照射箇所での粉末材料の確実な燒結・硬化を図ることができる。

レーザー光照射ユニット１５０は、レーザー光照射部１６０と、３次元駆動機構部１７０とを備える。３次元駆動機構部１７０は、制御装置２００の制御を受けて、レーザー光照射部１６０を造形テーブル１１０の造形エリアＷｒにおいてＸＹＺの直交３次元座標軸に沿って３次元的に駆動する。レーザー光照射部１６０は、レーザー光源やレーザー光の焦点調整機器、光路形成ミラー群等を備え、制御装置２００の制御を受けて、レーザー光を造形エリアＷｒの最上層の薄膜Ｐｓに照射する。レーザー光照射箇所は、制御装置２００が有する立体造形データにより規定され、造形エリアＷｒに順次形成された薄膜Ｐｓごとに異なる。３次元駆動機構部１７０は、薄膜Ｐｓごとに異なるレーザー光照射箇所にレーザー光が照射されるよう、レーザー光照射部１６０を３次元的に駆動する。粉末積層造形装置１００は、順次、積層形成される薄膜Ｐｓへのレーザー光照射部１６０からのレーザー光照射を繰り返すことで、レーザー光照射箇所を燒結させて立体造形を図る。本実施形態では、レーザー光照射部１６０からＣＯ_２レーザー光を０．４〜０．６ｍｍのレーザー照射径で照射するように構成したが、薄膜Ｐｓの粉末材料に応じて、レーザー光を適宜選択してもよい。

制御装置２００は、論理演算を行うＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるコンピューターとして構成され、図示しない内部記憶領域に、後述のサンプル模擬品ＩＳの粉末積層造形に必要なプログラムやデータを記憶する。そして、この制御装置２００は、プログラムで定めた手順で薄膜形成部１３０や昇降機構部１４０、およびレーザー光照射部１６０や３次元駆動機構部１７０を駆動制御することで、薄膜Ｐｓの積層形成、形成された薄膜Ｐｓごとのレーザー光照射を実行させ、粉末積層造形装置１００による立体造形を図る。

次に、第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法での模擬の対象となるサンプル品ＳＷとサンプル模擬品ＩＳの形状対比について説明する。図２は車両室内の柔軟で軽量な内装部品としてのサンプル品ＳＷの上面視をＡ−Ａ線に沿った断面視と共に示す説明図であり、図３は立体構造のサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳをサンプル品ＳＷのＡ−Ａ線断面に対応して断面視して示す説明図である。

図２に示すように、サンプル品ＳＷは、厚みのある矩形形状をなし、他部品への組み付け部となる基材部ＳＷｂに、表皮部ＳＷｈを装着して備える。この表皮部ＳＷｈは、発泡ウレタン等の発泡樹脂から形成され、柔軟性を有し、表面には装飾のための表層加工が施されている。また、サンプル品ＳＷは、表皮部ＳＷｈの中央に、他部品であるキャップＡＷを嵌合して備える。キャップＡＷは、樹脂製であり、環状の下端脚部を湾曲させないことから、キャップＡＷの嵌合・装着の際には、表皮部ＳＷｈが撓むことになる。

上記したサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳは、その上面視が図２のサンプル品ＳＷと同一とされ、既述した粉末積層造形装置１００でなされる粉末積層造形手法により造形される。図３に示したサンプル模擬品ＩＳは、粉末積層造形手法により模擬基材部ＩＳｂと模擬表層部ＩＳｓとを一体的に形成して備え、その内部を発泡樹脂部ＩＪｈとする。模擬基材部ＩＳｂは、サンプル品ＳＷの基材部ＳＷｂに対応した部位であり、この基材部ＳＷｂと同一形状をなす。よって、図における模擬基材部ＩＳｂの下面の外観形状は、基材部ＳＷｂの下面の外観形状が反映した形状となる。模擬表層部ＩＳｓは、サンプル品ＳＷの表皮部ＳＷｈにおける表層領域に対応した部位であって、表皮部ＳＷｈにおける表層領域と外観において同一形状をなす。よって、図における模擬表層部ＩＳｓの外観形状は、表皮部ＳＷｈの外観形状が反映した形状となる。この模擬表層部ＩＳｓの肉厚は、サンプル品ＳＷにおける表皮部ＳＷｈの柔軟性によって、０．５〜１ｍｍ程度となるよう、調整されている。このため、発泡樹脂部ＩＪｈを備えない状態のサンプル模擬品ＩＳ、即ち粉末積層造形手法により模擬基材部ＩＳｂと模擬表層部ＩＳｓとが一体的に形成された状態のサンプル模擬品ＩＳ（以下、サンプル模擬中間品ＩＳ０）は、サンプル品ＳＷの外観形状が反映した薄肉の模擬表層部ＩＳｓで後述の空洞Ｃａ（図５参照）を模擬基材部ＩＳｂと共に取り囲んだ中空の立体造形品となる。そして、発泡樹脂部ＩＪｈは、模擬表層部ＩＳｓと模擬基材部ＩＳｂとで取り囲まれた空洞Ｃａ（図５参照）を埋めることになる。この発泡樹脂部ＩＪｈは、本発明における充填材の一つであり、単位体積当たりの重量は、薄膜Ｐｓの形成に用いる粉末材料（ナイロン粉末）より軽量である。なお、模擬表層部ＩＳｓの最小肉厚は、レーザー光照射部１６０から照射されたレーザー光のレーザー照射径（本実施形態では０．４〜０．６ｍｍ）となる。

次に、粉末積層造形装置１００を用いた第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法について説明する。図４は第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法における製造手順を示す工程図である。図４の工程図では、制御装置２００によるレーザー光照射部１６０等の駆動制御を、一つの工程と模して示している。

第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法によりサンプル模擬中間品ＩＳ０を製造するに当たっては、まず、制御装置２００は、粉末積層造形手法によるサンプル模擬品ＩＳの造形（立体造形）に必要な造形データを制御装置内の記憶領域、或いは外部の記憶機器から読み込む（工程Ｓ１００）。図５はサンプル品ＳＷの３次元的な造形データをサンプル模擬中間品ＩＳ０の造形データに展開する様子を概念的に示す説明図である。サンプル模擬中間品ＩＳ０の製造に先立って、サンプル模擬中間品ＩＳ０の部位別の造形データ、則ち、模擬基材部ＩＳｂの３次元的な造形データと模擬表層部ＩＳｓの３次元的な造形データが用意されている。模擬基材部ＩＳｂの造形データは、基材部ＳＷｂの造形データと同一の造形データとして用意され、模擬表層部ＩＳｓの造形データについては次のように展開して用意される。まず、模擬表層部ＩＳｓのアウト側輪郭ＩＳｓｏの造形データについては、表皮部ＳＷｈのアウト側輪郭の造形データと同一とする。そして、模擬表層部ＩＳｓのイン側輪郭ＩＳｓｉの造形データを、アウト側輪郭ＩＳｓｏの造形データから模擬表層部ＩＳｓの肉厚ｔに相当する分だけイン側に控えた造形データに展開する。こうすることで、模擬基材部ＩＳｂに肉厚ｔで一体的に形成される模擬表層部ＩＳｓの造形データが得られる。この際、模擬表層部ＩＳｓの造形データは、模擬表層部ＩＳｓの一部部位に後述の樹脂注入用の開口Ｈが形成されるよう、データ調整される。こうして得られた造形データで後述するように模擬基材部ＩＳｂと模擬表層部ＩＳｓとが一体的に造形されると、模擬表層部ＩＳｓが空洞Ｃａを取り囲むことになる。

上記した造形データの読込に続き、制御装置２００の制御下で粉末積層造形工程Ｓ２００がなされる。この粉末積層造形工程Ｓ２００では、粉末積層造形装置１００における造形テーブル１１０の造形エリアＷｒに、最下層の側から薄膜Ｐｓが薄膜積層形成ユニット１２０により順次積層して形成され（工程Ｓ２１０）、形成直後の薄膜Ｐｓごとに、レーザー光照射ユニット１５０のレーザー光照射部１６０からレーザー光が照射される（工程Ｓ２２０）。レーザー光の照射位置は、図５で得られたサンプル模擬中間品ＩＳ０の造形データによって規定され、レーザー光照射箇所では薄膜Ｐｓごとに粉末材料が燒結・硬化する。形成直後の薄膜Ｐｓへのレーザー光照射に続き、制御装置２００は、レーザー光の照射対象であった現状の薄膜Ｐｓは最上位層の薄膜Ｐｓであるか否かを判定し（工程Ｓ２３０）、現状の薄膜Ｐｓが最上位層の薄膜Ｐｓとなるまで、上記した薄膜Ｐｓの積層形成工程Ｓ２１０とレーザー光照射工程Ｓ２２０を繰り返す。

図６は薄膜Ｐｓの積層形成の様子を本実施形態のサンプル模擬中間品ＩＳ０の形状と従来形態のサンプル模擬品の形状とを対比して示す説明図であり、図７は形成済みの薄膜Ｐｓへのレーザー光照射により燒結・硬化した部位の推移を本実施形態のサンプル模擬中間品ＩＳ０の形状と従来形態のサンプル模擬品の形状とを対比して示す説明図である。

図６に示すように、本実施形態のサンプル模擬品の製造方法における工程Ｓ２１０における薄膜Ｐｓの積層形成は、既存の従来形態サンプル模擬品ＩＪＳを立体造形する場合と同様である。ところが、従来形態サンプル模擬品ＩＪＳの造形データは、サンプル品ＳＷ（図２参照）の外観形状が反映しているとは言え、従来形態サンプル模擬品ＩＪＳの内部全域をレーザー光照射により燒結・硬化した粉末材料で埋める造形データである。よって、図７に示すように、形成済みの薄膜Ｐｓごとにレーザー光照射により燒結・硬化する図中黒色の硬化部位Ｌｓａは、本実施形態のサンプル模擬品の造形過程において、既存の従来形態サンプル模擬品の造形過程と相違する。

薄膜Ｐｓの積層形成工程Ｓ２１０とレーザー光照射工程Ｓ２２０とが繰り返される粉末積層造形の過程において、本実施形態では、模擬基材部ＩＳｂが先に形成されてから、この模擬基材部ＩＳｂに一体的に連続するよう、模擬表層部ＩＳｓが模擬基材部ＩＳｂの側から徐々に造形されていく。そして、模擬表層部ＩＳｓは、その造形の過程で空洞Ｃａを徐々に形成し、造形終了の時点で空洞Ｃａを取り囲み、サンプル模擬中間品ＩＳ０が得られる。

工程Ｓ２３０でレーザー光の照射対象であった現状の薄膜Ｐｓは最上位層の薄膜Ｐｓであると判定すると、制御装置２００は、レーザー光照射部１６０や薄膜形成部１３０を初期位置に復帰駆動させ、新たなサンプル模擬中間品ＩＳ０の立体造形に備える。工程Ｓ２１０〜Ｓ２３０までの粉末積層造形工程Ｓ２００に続く余剰粉末材料の除去工程Ｓ３００では、サンプル模擬中間品ＩＳ０が造形テーブル１１０（図１参照）ごと、図示しない粉末除去ブロックに搬入され、サンプル模擬中間品ＩＳ０の外側に残った状態の薄膜Ｐｓにおける未燒結の粉末材料が除去される。粉末材料除去は、種々の手法でなされ、例えば振動による粉末材料除去の他、微小なガラスビーズをエアー噴出するいわゆるショットブラストによる粉末材料除去がなされる。サンプル模擬中間品ＩＳ０の空洞Ｃａに残った状態の薄膜Ｐｓにおける未燒結の粉末材料は、模擬表層部ＩＳｓに形成された開口Ｈから外部に排出・除去される。

未燒結の粉末材料の除去に続く工程Ｓ４００では、発泡樹脂Ｒｈの注入と発泡がなされる。図８は発泡樹脂Ｒｈの注入の様子を概略的に示す説明図である。発泡樹脂Ｒｈの注入・発泡工程Ｓ４００では、図示するように、作業テーブルＳＴに載置されたサンプル模擬中間品ＩＳ０の開口Ｈに、樹脂注入装置３００の注入管を接続し、エアー圧を掛ける等の手法で、未発泡の発泡樹脂Ｒｈを開口Ｈから空洞Ｃａに注入する。発泡樹脂Ｒｈは、薄膜Ｐｓの形成に用いた粉末材料より軽量であり、発泡状態においては、図２に示すサンプル品ＳＷの表皮部ＳＷｈが有する柔軟性や弾発性状を発現可能である。本実施形態では、発泡樹脂Ｒｈを表皮部ＳＷｈと同質の発泡ウレタンとした。この場合、表皮部ＳＷｈと異なる発泡樹脂Ｒｈを用いるようにしてもよいほか、発泡倍率を調整することで、表皮部ＳＷｈが有する柔軟性や弾発性状を発現するようにしてもよい。樹脂注入後は、発泡樹脂Ｒｈの性状に応じた手法、例えば、加熱や振動付与等を行って、空洞Ｃａに注入済みの未発泡の発泡樹脂Ｒｈを発泡させる。これにより、模擬表層部ＩＳｓで取り囲まれた空洞Ｃａは、発泡・硬化済みの発泡樹脂Ｒｈで埋められ、図３に示したサンプル模擬品ＩＳが得られる。発泡樹脂Ｒｈの注入・発泡を行う工程Ｓ４００は、本発明における樹脂充填工程に相当する。なお、サンプル模擬中間品ＩＳ０への樹脂注入は、図８に示した作業テーブルＳＴを用いないで行うようにしてもよい。

以上説明した第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法では、図２に示す立体構造のサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳを得るに当たり、まず、基材部ＳＷｂの外観形状が反映した模擬基材部ＩＳｂに、表皮部ＳＷｈの外観形状が反映した薄肉の模擬表層部ＩＳｓが一体的に形成されたサンプル模擬中間品ＩＳ０を粉末積層造形手法により造形する。このサンプル模擬中間品ＩＳ０は、中空の立体造形品である。次いで、このサンプル模擬中間品ＩＳ０において模擬表層部ＩＳｓが取り囲んだ空洞Ｃａを薄膜Ｐｓの形成に用いた粉末材料より軽量な発泡済みの発泡樹脂Ｒｈで埋め、表皮部ＳＷｈの外観形状が反映した薄肉の模擬表層部ＩＳｓで粉末材料より軽量な発泡済みの発泡樹脂Ｒｈを取り囲んだサンプル模擬品ＩＳを得る。こうして得られたサンプル模擬品ＩＳは、従来形態の粉末積層造形手法で得られる図６の従来形態サンプル模擬品ＩＪＳに比して、軽量となる。よって、第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法によれば、軽量なサンプル模擬品ＩＳを容易に製造できると共に、サンプル模擬品ＩＳの模擬表層部ＩＳｓに対して行う表面処理工程や図３のキャップＡＷの組み付け工程等の各種工程における取扱い性が高まる。

第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法では、サンプル模擬中間品ＩＳ０において模擬表層部ＩＳｓが取り囲んだ空洞Ｃａを、サンプル品ＳＷにおける表皮部ＳＷｈと同質の発泡樹脂Ｒｈ（発泡ウレタン）で埋める。よって、第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法によれば、サンプル模擬品ＩＳの軽量化を高めた上で、サンプル品ＳＷにおける表皮部ＳＷｈと同様の柔軟性を発揮できる。このように、サンプル品ＳＷの表皮部ＳＷｈと同様の柔軟性を発揮できることから、次の利点もある。

図９はキャップＡＷの組み付けの様子を第１実施形態のサンプル模擬品ＩＳと既存の従来形態サンプル模擬品ＩＪＳを対比して示す説明図である。従来形態サンプル模擬品ＩＪＳは、その内部全域をレーザー光照射により燒結・硬化した粉末材料で埋めているので、環状の下端脚部を湾曲させない樹脂製のキャップＡＷの嵌合・装着の際、従来形態サンプル模擬品ＩＪＳでは撓みが起きずにキャップＡＷが組み付けられない。よって、キャップＡＷの組み付け確認や、キャップＡＷが組み付けられた状態での従来形態サンプル模擬品ＩＪＳのデザイン確認（外観確認）ができない。これに対して、本実施形態のサンプル模擬品ＩＳでは、薄肉の模擬表層部ＩＳｓで発泡樹脂部ＩＪｈを取り囲んでいることから、キャップＡＷの嵌合・装着の際、発泡樹脂部ＩＪｈとこれを取り囲む模擬表層部ＩＳｓが図中の黒色矢印のように撓むことになる。よって、本実施形態のサンプル模擬品ＩＳによれば、キャップＡＷを支障なくサンプル模擬品ＩＳに嵌合・装着できると共に、キャップＡＷが組み付けられた状態でのデザイン確認（外観確認）を行うことができる。

第１実施形態のサンプル模擬品の製造方法では、サンプル模擬中間品ＩＳ０における空洞Ｃａを埋める充填材を、重量が粉末材料より軽量の樹脂の一種である発泡樹脂部ＩＪｈとしたので、注入が容易となり、注入後の樹脂硬化により容易にサンプル模擬品ＩＳの形状を維持できる。

次に、第２実施形態のサンプル模擬品の製造方法について説明する。第２実施形態は、図１に示す粉末積層造形装置１００の造形エリアＷｒを超える大きさのサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳを製造対象とする点に特徴がある。図１０は造形エリアＷｒを超える大きさのサンプル品ＳＷを斜視して示す説明図であり、図１１はサンプル品ＳＷを１１−１１線に沿って断面視して示す説明図であり、図１２は造形エリアＷｒを超える大きさのサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳをサンプル品ＳＷの断面に対応して断面視して示す説明図である。

図１０と図１１に示すように、厚みのある矩形形状をなすサンプル品ＳＷは、基材部ＳＷｂに表皮部ＳＷｈを装着して備え、図１の粉末積層造形装置１００における造形エリアＷｒを超える大きさである。よって、この大きさのサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳは、粉末積層造形装置１００により一度では立体造形できないことから、図１１に示すように、サンプル品ＳＷを造形エリアＷｒに収まる大きさの複数のサンプルパーツ品、具体的には中央サンプルパーツ品ＳＷＣとその左右の左方サンプルパーツ品ＳＷＬと右方サンプルパーツ品ＳＷＲの複数に分離する。このパーツ分離は、サンプル品ＳＷを構成する造形データにおいてなされればよく、実際のサンプル品ＳＷを切断分離する必要はない。そして、サンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳについては、図１２に示すように、中央サンプルパーツ品ＳＷＣの形状を模した中央サンプルパーツ模擬品ＩＳＣと、左方サンプルパーツ品ＳＷＬの形状を模した左方サンプルパーツ模擬品ＩＳＬと、右方サンプルパーツ品ＳＷＲの形状を模した右方サンプルパーツ模擬品ＩＳＲとに分ける。その上で、それぞれのサンプルパーツ模擬品を次のようにする。

中央サンプルパーツ模擬品ＩＳＣは、中央サンプルパーツ品ＳＷＣにおける表皮部ＳＷｈの外観形状を有する薄肉の中央模擬表層部ＩＳｓＣと中央サンプルパーツ品ＳＷＣにおける基材部ＳＷｂと同一形状の中央模擬基材部ＩＳｂＣとを、粉末積層造形手法により一体的に形成して備え、その内部を中央発泡樹脂部ＩＪｈＣとする。左方サンプルパーツ模擬品ＩＳＬは、左方サンプルパーツ品ＳＷＬにおける表皮部ＳＷｈの外観形状を有する薄肉の左方模擬表層部ＩＳｓＬと左方サンプルパーツ品ＳＷＬにおける基材部ＳＷｂと同一形状の左方模擬基材部ＩＳｂＬとを、粉末積層造形手法により一体的に形成して備え、その内部を左方発泡樹脂部ＩＪｈＬとする。右方サンプルパーツ模擬品ＩＳＲは、右方サンプルパーツ品ＳＷＲにおける表皮部ＳＷｈの外観形状を有する右方模擬表層部ＩＳｓＲと右方サンプルパーツ品ＳＷＲにおける基材部ＳＷｂと同一形状の右方模擬基材部ＩＳｂＲとを、粉末積層造形手法により一体的に形成して備え、その内部を右方発泡樹脂部ＩＪｈＲとする。

中央サンプルパーツ模擬品ＩＳＣと左方サンプルパーツ模擬品ＩＳＬおよび右方サンプルパーツ模擬品ＩＳＲは、個別の模擬品として別個に粉末積層造形手法により立体造形される。図１３は中央とその左右のサンプルパーツ模擬品の断面視とそれぞれのサンプルパーツ模擬品から最終的なサンプル模擬品ＩＳを得る様子を概略的に示す説明図である。図１２の中央サンプルパーツ模擬品ＩＳＣを得るに当たり、中空の立体造形品である図１３の中央サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｃの立体造形データが、図５で説明したようなデータ展開を経て、図１２の中央サンプルパーツ品ＳＷＣの３次元的な造形データから予め用意される。この中央サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｃの立体造形データには、中央サンプルパーツ品ＳＷＣにおける基材部ＳＷｂに対応した中央模擬基材部ＩＳｂＣの３次元的な造形データと、中央サンプルパーツ品ＳＷＣにおける表皮部ＳＷｈに対応した中央模擬表層部ＩＳｓＣの３次元的な造形データが含まれる。そして、中央模擬表層部ＩＳｓＣの３次元的な造形データには、既述したようにアウト側輪郭ＩＳｓｏとイン側輪郭ＩＳｓｉの造形データが含まれるほか、樹脂注入用の開口Ｈを含む区画壁ＫＷの形成に必要な造形データが含まれる。この場合、開口Ｈは、図における紙面手前側から紙面面奥側に掛けて、区画壁ＫＷに複数、或いは長孔の開口として設けられる。左方サンプルパーツ模擬品ＩＳＬと右方サンプルパーツ模擬品ＩＳＲについても同様である。

中央サンプルパーツ模擬品ＩＳＣと左方サンプルパーツ模擬品ＩＳＬおよび右方サンプルパーツ模擬品ＩＳＲは、図１３に示すように、中空の立体造形品である中央サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｃ、左方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｌ、右方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｒとして、それぞれの造形データから粉末積層造形手法により得られる。この際には、中央とその左右のサンプルパーツ模擬品ごとに、図４に示した工程Ｓ１００〜工程Ｓ３００までがなされる。最終的なサンプル模擬品ＩＳを得るには、中央サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｃと左方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｌおよび右方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｒを、図１３の中段に示すように、作業テーブルＳＴにおいて、図１０のサンプル品ＳＷの全体形状をなすようにそれぞれの区画壁ＫＷを接触させ、開口Ｈを連通させた状態とする。この際、隣り合うサンプルパーツ模擬品を区画壁ＫＷにおいて接着する。次いで、左方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｌの開口Ｈに、樹脂注入装置３００の注入管を接続し、エアー圧を掛ける等の手法で、未発泡の発泡樹脂Ｒｈを開口Ｈから空洞Ｃａに注入する。この樹脂注入は、中央サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｃと右方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｒの空洞Ｃａが未発泡の発泡樹脂Ｒｈが埋まるまで継続される。その後、空洞Ｃａに注入済みの未発泡の発泡樹脂Ｒｈを発泡させる。これにより、中央サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｃと左方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｌおよび右方サンプル模擬中間品ＩＳ０Ｒのそれぞれの空洞Ｃａは発泡・硬化済みの発泡樹脂Ｒｈで一体的に埋められる。そして、発泡済みの発泡樹脂Ｒｈで一体となった中央サンプルパーツ模擬品ＩＳＣと左方サンプルパーツ模擬品ＩＳＬと右方サンプルパーツ模擬品ＩＳＲが接触して構成される最終的なサンプル模擬品ＩＳが得られる。なお、それぞれのサンプルパーツ模擬中間品への樹脂注入は、図１３に示した作業テーブルＳＴを用いないで行うようにしてもよい。

以上説明した第２実施形態のサンプル模擬品の製造方法によれば、粉末積層造形装置１００の造形エリアＷｒを超える大きさのサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳを容易に得ることができる。しかも、得られたサンプル模擬品ＩＳは、造形エリアＷｒを超える大きさのサンプル品ＳＷの全体形状をなすよう接触した中央サンプルパーツ模擬品ＩＳＣと左方サンプルパーツ模擬品ＩＳＬと右方サンプルパーツ模擬品ＩＳＲの接触強度を、中央とその左右のサンプルバーツ模擬品ごとの空洞Ｃａを一体的に埋めた発泡・硬化済み発泡樹脂Ｒｈで高めることができる。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

既述した実施形態では、模擬表層部ＩＳｓで取り囲んだ空洞Ｃａに発泡樹脂Ｒｈを注入して発泡させたが、発泡性状を有しない軟質の樹脂を空洞Ｃａに注入するようにしてもよい。或いは、軽量な低温易融合金であるウッドメタルで空洞Ｃａを埋めるようにしたり、炭素繊維、ガラス繊維等の短繊維（フィラー）を空洞Ｃａに注入して、フィラーにて空洞Ｃａを埋めるようにしてもよい。フィラーを注入する場合、形状維持が求められるのであれば、フィラー混入済みの軟質樹脂溶液を空洞Ｃａに注入後、樹脂を硬化させればよい。こうすれば、空洞Ｃａは、フィラー混在のいわゆる樹脂補強複合材料にて埋められることから、サンプル模擬品ＩＳとしての強度確保も可能となる。

既述した実施形態では、造形エリアＷｒを超える大きさのサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品ＩＳを得るに当たり、図１０に示すように、矩形形状でサンプル品ＳＷを中央とその左右の三つのサンプルパーツ品に分離したが、それぞれのサンプルパーツ品が造形エリアＷｒに収まれば、二つ、或いは四つ以上のパーツに分離したサンプルパーツ品を模したサンプルパーツ模擬品としてもよい。また、それぞれのサンプルパーツ品の分離は、直線的な区画線で分離することの他、例えばジグザク状に屈曲した区画線で分離してもよい。

既述した実施形態では、車室内装部品として外表全域が柔軟なサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品を得る場合について説明したが、これに限らない。例えば、椅子のように、着座部や背もたれ部では柔軟であるが脚やフレーム部分では硬質な構造のサンプル品ＳＷも存在し、こうしたサンプル品ＳＷの形状を模したサンプル模擬品を得る場合にも適用できる。つまり、椅子としてのサンプル品ＳＷの全体の外観形状が反映した立体構造物を粉末積層造形手法により造形し、脚やフレーム部分に該当する部位については、中空の立体造形品とはしないように立体造形し、着座部や背もたれ部に該当する部位については、これら部位の外観形状が反映した薄肉の表皮部で空洞を取り囲むよう、立体造形を図る。そして、空洞を既述した実施形態のように発泡樹脂Ｒｈで埋めればよい。

１００…粉末積層造形装置
１１０…造形テーブル
１２０…薄膜積層形成ユニット
１３０…薄膜形成部
１４０…昇降機構部
１４５…成膜機構部
１５０…レーザー光照射ユニット
１６０…レーザー光照射部
１７０…３次元駆動機構部
２００…制御装置
３００…樹脂注入装置
ＳＷ…サンプル品
ＳＷＣ…中央サンプルパーツ品
ＳＷＬ…左方サンプルパーツ品
ＳＷＲ…右方サンプルパーツ品
ＳＷｂ…基材部
ＳＷｈ…表皮部
ＡＷ…キャップ
ＩＳ…サンプル模擬品
ＩＳ０…サンプル模擬中間品
ＩＳＣ…中央サンプルパーツ模擬品
ＩＳＬ…左方サンプルパーツ模擬品
ＩＳＲ…右方サンプルパーツ模擬品
ＩＳ０Ｃ…中央サンプル模擬中間品
ＩＳ０Ｌ…左方サンプル模擬中間品
ＩＳ０Ｒ…右方サンプル模擬中間品
ＩＳｂ…模擬基材部
ＩＳｂＣ…中央模擬基材部
ＩＳｂＬ…左方模擬基材部
ＩＳｂＲ…右方模擬基材部
ＩＳｓ…模擬表層部
ＩＳｓＣ…中央模擬表層部
ＩＳｓＬ…左方模擬表層部
ＩＳｓＲ…右方模擬表層部
ＩＳｓｉ…イン側輪郭
ＩＳｓｏ…アウト側輪郭
ＩＪｈ…発泡樹脂部
ＩＪｈＣ…中央発泡樹脂部
ＩＪｈＬ…左方発泡樹脂部
ＩＪｈＲ…右方発泡樹脂部
Ｌｓａ…硬化部位
Ｐｓ…薄膜
Ｒｈ…発泡樹脂
ＳＴ…作業テーブル
Ｗｒ…造形エリア
ＫＷ…区画壁
Ｃａ…空洞
Ｈ…開口
ＩＪＳ…従来形態サンプル模擬品

Claims (4)

1. 立体構造のサンプル品の形状を模したサンプル模擬品の製造方法であって、
   粉末材料を用いて形成した薄膜を積層しつつ、形成済みの前記薄膜ごとにレーザー光を照射してレーザー光照射箇所を燒結させて立体造形を図る粉末積層造形手法により、中空の立体造形品であって前記サンプル品の外観形状が反映した薄肉の表皮部で空洞を取り囲んだ前記立体造形品を、前記サンプル品の形状を模した前記サンプル模擬品として形成する造形工程と、
   前記表皮部で取り囲まれた前記空洞に、単位体積当たりの重量が前記粉末材料より軽量の充填材を注入し、前記空洞を前記充填材で埋める樹脂充填工程とを備える、
   サンプル模擬品の製造方法。
2. 前記充填材は、前記重量が前記粉末材料より軽量の樹脂である請求項１に記載のサンプル模擬品の製造方法。
3. 前記樹脂は、前記サンプル品が有する弾発性状を発現可能な発泡樹脂である請求項２に記載のサンプル模擬品の製造方法。
4. 請求項２または請求項３に記載のサンプル模擬品の製造方法であって、
   前記サンプル品が、前記粉末積層造形手法により立体造形を図る粉末積層造形装置の造形可能な大きさを超える大きさであると、
   前記造形工程では、前記サンプル品を前記粉末積層造形装置の造形可能な大きさに収まる大きさの複数のサンプルパーツ品に分離した前記複数のサンプルパーツ品ごとのサンプルバーツ模擬品を、前記サンプルパーツ品の外観形状を有する表皮部で空洞を取り囲んだ中空の立体造形品として形成し、
   前記樹脂充填工程では、前記複数のサンプルパーツ品ごとの前記サンプルバーツ模擬品を前記サンプル品の全体形状をなすように接触させた状態で、前記サンプルバーツ模擬品ごとの前記空洞に前記樹脂を注入して、前記サンプルバーツ模擬品ごとの前記空洞を前記樹脂で一体的に埋める、サンプル模擬品の製造方法。

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