JP2019119116A - セラミックスコアの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、ステップS10の造形工程には、無機材料と水溶性有機材料とを含む造形用粉体を用いて、上記内部形状に対応する形状を有する造形物を造形することが含まれる。ステップS20の固化工程には、上記セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型内に上記造形物を配置して、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで固化(典型的には凝固)させることが含まれる。ステップS30の消失工程には、上記固化させた固化物に内包された上記造形物を消失させることにより、上記内部形状を有するセラミックスコアを得ることが含まれる。このように、造形工程、固化工程および消失工程の各ステップを経ることにより、表面平滑性に優れ、なおかつ、複雑な内部形状を有するセラミックスコアを製造することができる。以下、各工程をより詳細に説明する。
ステップS10の造形工程では、無機材料と水溶性有機材料とを含む造形用粉体を用いて、セラミックスコアの内部形状に対応する形状を有する造形物を造形する。この実施形態では、無機材料と水溶性有機材料とを含む積層造形用粉体を調製し、この積層造形用粉体を用いて粉末固着式積層法により積層造形物を造形する。
操作1:上記積層造形用粉体を、造形対象となる積層造形物の各層に対応する厚さ(例えば0.01mm〜0.3mm)となるように、裁置台上に層状に充填(堆積)する。
操作2:層状に充填された積層造形用粉体(堆積物)のうち硬化すべき部分(すなわち造形対象となる積層造形物の一部に相当する部分)に対してインクジェットヘッドから水を含む造形液を滴下する。そして当該滴下部分に含まれる水溶性接着粒子を溶解して非水和反応母材粒子間を接着することで、硬化層(層状固形物)を形成する。
操作3:裁置台を鉛直下方に上記積層造形物の各層に対応する厚さの分だけ下降させる。
ステップS20の固化工程では、セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型を用意し、該金型内に上記造形工程で得られた造形物を配置する。そして、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで凝固させる。
次いで、金型20は、バインダ成分が硬化するような温度に維持される。これにより、流し込まれた溶融状態のセラミックスコア形成用材料40が放熱固化(もしくは冷却固化)される。その結果、上記金型20の空洞10に対応する形状を有した固化物(典型的には凝固物)が得られる。
ステップS30の消失工程では、上記固化した固化物を金型20から取り出し、該固化物に内包された造形物30を消失させる。消失工程は、例えば、固化物に内包された積層造形物を水に溶解して除去する処理を含み得る。具体的には、固化物を積層造形物とともに水に浸漬するとよい。これにより、固化物に内包された積層造形物中の水溶性有機材料が水に溶け出して造形物が崩壊する。
好ましい一態様では、消失工程は、水に浸漬した積層造形物に対して超音波振動を付与する処理を含む。積層造形物の形状が複雑なほど取り除きにくくなりがちであるが、上記のように水中で超音波振動を与えることで、積層造形物を効率よく除去することができる。積層造形物に対して超音波振動を付与する手段としては特に限定されない。例えば、適当な超音波装置を用いて、水に浸漬した積層造形物に対して超音波振動を付与するとよい。超音波の諸条件は特に限定されないが、超音波の好ましい周波数は10kHz〜100kHzとすることができ、好ましくは15kHz〜80kHz、より好ましくは20kHz〜50kHzである。超音波の好ましい出力は50W〜600Wとすることができ、好ましくは100W〜500Wである。
本例では、複雑な内部形状を有するセラミックスコアを作製した。具体的には、無機材料としてのアルミナ粒子と、水溶性有機材料としてのポリビニルアルコール(PVA)とを混合して積層造形用粉体を調製し、3Dプリンタを用いて上記内部形状に対応する形状を有する積層造形物を造形した(図4(A)参照)。PVAとしては、20℃における水に対する溶解度が90%のものを使用した。また、積層造形用粉体におけるPVAの体積割合Xは50体積%とした。
次いで、セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型を用意し、該金型内に積層造形物を配置した(図5参照)。そして、金型を温めながら、金型と積層造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を射出して冷却固化した。セラミックスコア形成用材料としては、セラミック粒子としてのシリカ粒子およびジルコン粒子に対して、バインダ成分としてのワックスを射出成形に適した流動性となるよう加熱・混合したものを用いた。得られた固化物を金型から取り出し、該固化物を積層造形物とともに水に浸漬して超音波振動を付与した。超音波の周波数は20kHz〜50kHzに設定した。これにより固化物に内包された積層造形物を除去した。このようにして、図4(B)に示すセラミックスコアを得た。
本例では、超音波振動における周波数が造形物の溶解性に与える影響を確認するため、以下の試験を行った。無機材料としてのアルミナ粒子と、水溶性有機材料としてのPVA粒子とを混合して積層造形用粉体を調製し、3Dプリンタを用いて、縦4mm×横40mm×高さ3mmの積層造形物(試験片)を造形した。PVAとしては、20℃における水に対する溶解度が90%のもの(以下、「PVA1」と表記する。)と、20℃における水に対する溶解度が30%のもの(以下、「PVA2」と表記する。)を使用した。また、各例の積層造形用粉体におけるPVAの体積割合Xは50体積%とした。
本例では、積層造形用粉体における水溶性有機材料の体積割合が積層造形物の強度に与える影響を確認するため、以下の試験を行った。無機材料としてのアルミナ粒子と、水溶性有機材料としてのPVAとを混合して積層造形用粉体を調製し、3Dプリンタを用いて、縦3mm×横3mm×高さ30mmの積層造形物(試験片)を造形した。各例に係る積層造形物について、使用した積層造形用粉体における無機材料(アルミナ粒子)の含有量、水溶性有機材料(PVA)の含有量および体積割合Xを表2に纏めて示す。
20 金型
30 積層造形物
40 セラミックスコア形成用材料
Claims (7)
- 所定の内部形状を有するセラミックスコアの製造方法であって:
無機材料と水溶性有機材料とを含む造形用粉体を用いて、前記内部形状に対応する形状を有する造形物を造形すること;
前記セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型内に前記造形物を配置して、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで固化すること;および
前記固化した固化物に内包された前記造形物を消失させることにより、前記内部形状を有するセラミックスコアを得ること;
を包含する、セラミックスコアの製造方法。 - 前記造形物を消失させる工程は、前記造形物を水に浸漬して除去する処理を含む、請求項1に記載のセラミックスコアの製造方法。
- 前記造形物を消失させる工程は、前記造形物に対して超音波振動を付与する処理を含む、請求項1または2に記載のセラミックスコアの製造方法。
- 前記超音波振動の周波数は、20kHz以上50kHz以下である、請求項3に記載のセラミックスコアの製造方法。
- 前記造形物を造形する工程は、層状に充填した前記造形用粉体の層の少なくとも一部に水を含む造形液を混合して固化させ、該固化した層を繰り返し積層する処理を含む、請求項1〜4の何れか一つに記載のセラミックスコアの製造方法。
- 前記無機材料は、Al、Zr,Ti、Zn、Ni、FeおよびSiからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む酸化物を主体として構成されている、請求項1〜5の何れか一つに記載のセラミックスコアの製造方法。
- 前記水溶性有機材料は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂および多糖類からなる群から選択される少なくとも1種を主体として構成されている、請求項1〜6の何れか一つに記載のセラミックスコアの製造方法。
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