JP2020059051A - Sand-lamination molding machine - Google Patents

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正之 畑中
Masayuki Hatanaka
正之 畑中
孝明 曽根
Takaaki Sone
孝明 曽根
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HATANAKA SEISAKUSHO KK
HISAGOYA KK
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HATANAKA SEISAKUSHO KK
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Abstract

To provide a sand-lamination molding machine that is inexpensive but improved in the accuracy of molding, and adapted to irradiate a laser beam for curing resin to a layer of a resin-coated sand.SOLUTION: The sand-lamination molding machine comprises: a container unit 30 that receives resin-coated sand rs; layer forming means 20 that forms a layer SL of the resin-coated sand rs received in the container unit 30; and irradiation units 40, 50, 60 that irradiate a laser beam for curing resin to the layer SL. When the irradiation of the laser beam to the layer SL is completed, the layer forming means 20 forms the new layer SL of resin-coated sand on the layer SL. The container unit 30 receives the resin-coated sand rs in which the surface of a sand particle is coated with a resin having an ortho ratio of 55% or higher and 75% or lower. The irradiation units 40, 50, 60 irradiate a laser beam at an output of 10 W or higher and 80 W or lower.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、レジンを硬化させるレーザ光をレジンコーテッドサンドの層に照射する砂積層造形機に関する。   The present invention relates to a sand laminating machine for irradiating a layer of resin coated sand with laser light for curing a resin.

鋳造用の鋳型は、主型と中子から構成され、主型は砂型や金型で作られるが、中子は有機粘結材(バインダー)で強度を維持した砂型で作られるのが一般的である。中子は、鋳物の中空部を形成するためのものであり、鋳造後に中空を形成していた中子はバインダーの燃焼も生じるため、容易に鋳物から分離できる。特に複雑な形状品や細溝形状などの場合には熱硬化性樹脂であるフェノールレジンをバインダーにして砂にコーティングした「コーテッドサンド」を用いて、加熱金型に吹き込んで成型する「シェルモールド法」が多用される。また鋳物内部に細穴形状を形成する中子の場合には樹脂から発生するガス圧によるガス欠陥が発生し、その対策として中空中子にすることで中子の通気性を確保してガスを排出してガス欠陥を回避できることが知られている。一方、非熱硬化性バインダーの場合は硬化剤添加やガス硬化反応で固めるため、常温での成型が可能であり、金型でなくても成型が可能であり、金型の加熱も必要がない反面、中空形状の中子成型ができないため、ガス逃げが不十分でガス欠陥が生じやすい。   The casting mold is composed of a main mold and a core, and the main mold is made of sand mold or metal mold, but the core is generally made of sand mold that maintains the strength with an organic binder (binder). Is. The core is for forming the hollow portion of the casting, and the core that has formed the hollow after casting also causes the binder to burn, so that the core can be easily separated from the casting. Especially in the case of complicated shapes and narrow groove shapes, use the "Coated Sand", which is a thermosetting resin such as phenolic resin as a binder coated on sand, and blow it into a heating mold for molding. Is often used. Also, in the case of a core that forms a small hole shape inside the casting, gas defects due to the gas pressure generated from the resin occur, and as a countermeasure against this, a hollow core is used to ensure air permeability of the core It is known that gas defects can be evacuated to avoid gas defects. On the other hand, in the case of a non-thermosetting binder, it hardens by adding a curing agent or a gas curing reaction, so it can be molded at room temperature and can be molded even if it is not a mold, and there is no need to heat the mold. On the other hand, since hollow core molding is not possible, gas escape is insufficient and gas defects are likely to occur.

シェルモールド法では金型に吹き込んで表面層が熱硬化した時点で金型反転により、中子内部の未硬化部分を排出(反転排砂)することで中空中子を成型できる利点がある。しかし普及している汎用機でなく、専用の成型機が必要になり、また、より効率よく鋳造時の中子発生ガスを逃がすための細穴や、中空部を中子各部に配置したい場合には中空形状に限界があり、砂は吹込口からしか排砂を行うことができず、複雑な中空形状は困難である。さらに、試作品や非量産品の場合には金型が高価なため、中子成形が困難であったり、複数の金型を用いて中子の形状を検討することが資金的に難しい等の問題もある。   The shell mold method has an advantage that a hollow core can be molded by discharging the uncured portion inside the core (reversal sand removal) by reversing the mold when the surface layer is blown into the mold and cured by heat. However, it is not a general-purpose machine that is widespread, but a dedicated molding machine is required.Moreover, if you want to arrange small holes and hollow parts in each part of the core more efficiently to escape the generated core gas during casting. Has a limited hollow shape, and sand can be discharged only from the blowing port, and a complicated hollow shape is difficult. Furthermore, in the case of prototypes and non-mass production products, the mold is expensive, so core molding is difficult, and it is financially difficult to examine the shape of the core using multiple molds. There are also problems.

これらの問題を解決するために、近年、積層造形技術を用いて鋳型を造型することが提案されている(例えば、特許文献1等参照)。この特許文献1に記載された積層造形技術では、コーテッドサンドの層を形成し、その層に選択的に硬化剤を散布することで、硬化剤が散布された部分が硬化部になる。硬化剤の散布が完了すると、硬化部が設けられた層の上に新たなコーテッドサンドの層を形成し、硬化剤を再び選択的に散布して、新たなコーテッドサンドの層に硬化部を設ける。以降も、層形成と硬化剤の選択的な散布とを繰り返し、硬化部が積層された三次元的な鋳型を得ることができる。   In order to solve these problems, it has been proposed in recent years to mold a mold using a layered molding technique (see, for example, Patent Document 1). In the layered manufacturing technique described in Patent Document 1, a layer of coated sand is formed, and a curing agent is selectively dispersed in the layer, so that the portion where the curing agent is dispersed becomes a curing portion. When the application of the curing agent is completed, a new coated sand layer is formed on the layer having the cured portion, and the curing agent is selectively applied again to provide the cured portion on the new coated sand layer. . After that, the layer formation and the selective spraying of the curing agent are repeated to obtain a three-dimensional mold in which the cured portions are laminated.

しかしながら、特許文献1に記載された、硬化剤を用いた積層造形技術を実現しようとうすると、非常に高額な投資が必要になる。   However, in order to realize the additive manufacturing technology using a curing agent described in Patent Document 1, a very expensive investment is required.

ところで、積層造形技術を用いれば、鋳型に限らず様々な三次元的な造形物を得ることができる。上述した硬化剤を用いた積層造形技術の他、レーザ光を用いた積層造形技術も開発されている(例えば、特許文献2等参照)。特許文献2に記載された積層造形技術では、レジンを硬化させるレーザ光をレジンコーテッドサンドの層に照射し、レジンコーテッドサンドの層のうちレーザ光が照射された部分が硬化部になる。レーザ光の照射が完了すると、硬化部が設けられた層の上に新たなレジンコーテッドサンドの層を形成し、レーザ光を再び照射して、新たなレジンコーテッドサンドの層に硬化部を設ける。以降も、層形成とレーザ光の照射とを繰り返し、硬化部が積層された三次元的な造形物を得ることができる。   By the way, by using the additive manufacturing technique, various three-dimensional molded objects can be obtained without being limited to the mold. In addition to the additive manufacturing technology using the curing agent described above, additive manufacturing technology using laser light has also been developed (see, for example, Patent Document 2). In the layered manufacturing technique described in Patent Document 2, a layer of resin coated sand is irradiated with laser light for curing a resin, and a portion of the layer of resin coated sand irradiated with laser light serves as a cured portion. When the irradiation of the laser light is completed, a new resin coated sand layer is formed on the layer having the cured portion, and the laser light is irradiated again to provide the cured portion on the new resin coated sand layer. After that, the layer formation and the laser light irradiation are repeated to obtain a three-dimensional structure in which the hardened portions are laminated.

国際公開第2015/29935号International Publication No. 2015/29935 特開2005−169434号公報JP, 2005-169434, A

しかしながら、特許文献2に記載された、レーザ光を用いた積層造形技術では、5kWといった高出力なレーザ光を照射するものであるため、必然的に装置のコストが上昇してしまう。また、高出力なレーザ光を用いると、硬化部に隣接する、外側の領域や下層の領域までレーザ光の熱が伝わってしまい、出来上がった造形物の形状や寸法精度が設計通りにならない場合がある。   However, the additive manufacturing technology using laser light described in Patent Document 2 irradiates a high-output laser light of 5 kW, so that the cost of the device inevitably increases. In addition, when high-power laser light is used, the heat of the laser light may be transmitted to the outer region and lower region adjacent to the cured part, and the shape and dimensional accuracy of the finished model may not be as designed. is there.

本発明は上記事情に鑑み、安価でありながら成形精度が高められた砂積層造形機を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a sand additive molding machine that is inexpensive and has improved molding accuracy.

上記目的を解決する砂積層造形機は、
レジンコーテッドサンドを収納した収納部と、
前記収納部に収納されているレジンコーテッドサンドの層を形成する層形成手段と、
レジンを硬化させるレーザ光を前記層に照射する照射部とを備え、
前記層形成手段が、前記層への前記レーザ光の照射が完了すると、該層の上に新たなレジンコーテッドサンドの層を形成するものであり、
前記収納部は、砂粒子の表面がオルソ率が55%以上75%以下のレジンで被覆されたレジンコーテッドサンドを収納したものであり、
前記照射部が、10W以上80W以下の出力でレーザ光を照射するものであることを特徴とする。
The sand additive molding machine that solves the above object,
A storage part that stores the resin coated sand,
Layer forming means for forming a layer of resin coated sand stored in the storage section,
An irradiation unit that irradiates the layer with laser light for curing the resin,
The layer forming means, when the irradiation of the laser beam to the layer is completed, to form a new resin coated sand layer on the layer,
The storage section stores a resin coated sand in which the surface of the sand particles has an ortho rate of 55% or more and 75% or less and is coated with resin.
It is characterized in that the irradiation unit irradiates the laser light with an output of 10 W or more and 80 W or less.

ここで、前記層は基台の上に積層され、前記基台は、前記層への前記レーザ光の照射が完了すると、所定のピッチで下降するものであり、前記層形成手段は、前記基台が前記所定のピッチで下降した後、新たなレジンコーテッドサンドの層を形成するものであってもよい。加えて、前記基台を所定のピッチで昇降させる昇降手段を備えていてもよい。あるいは、前記層は枠内に配置された基台の上に積層され、前記枠は、前記層への前記レーザ光の照射が完了すると、所定のピッチで上昇するものであり、前記層形成手段は、前記枠が前記所定のピッチで上昇した後、新たなレジンコーテッドサンドの層を形成するものであってもよい。加えて、前記枠を所定のピッチで昇降させる昇降手段を備えていてもよい。   Here, the layer is laminated on a base, and the base descends at a predetermined pitch when the irradiation of the laser beam onto the layer is completed. A new layer of resin coated sand may be formed after the platform descends at the predetermined pitch. In addition, an elevating means for elevating the base at a predetermined pitch may be provided. Alternatively, the layers are stacked on a base placed in a frame, and the frame rises at a predetermined pitch when irradiation of the laser light onto the layers is completed. May form a new layer of resin coated sand after the frame rises at the predetermined pitch. In addition, an elevating means for elevating and lowering the frame at a predetermined pitch may be provided.

また、前記層は基台の上に積層され、前記層形成手段は、前記層への前記レーザ光の照射が完了すると、所定のピッチで上昇するものであって、該所定のピッチで上昇した後、新たなレジンコーテッドサンドの層を形成するものであってもよい。さらに、前記層形成手段を所定のピッチで上昇させる昇降手段を備えていてもよい。   Further, the layer is laminated on a base, and the layer forming means rises at a predetermined pitch when the irradiation of the laser beam onto the layer is completed, and rises at the predetermined pitch. After that, a new layer of resin coated sand may be formed. Further, an elevating means for elevating the layer forming means at a predetermined pitch may be provided.

また、前記収納部に収納されているレジンコーテッドサンドを前記基台の上に供給する供給手段を備えていてもよいし、前記層形成手段が、前記収納部に収納されているレジンコーテッドサンドを前記基台の上に供給しながら前記層を前記基台の上に形成するものであってもよい。   Further, the resin coated sand stored in the storage portion may be provided on the base, and the layer forming means may supply the resin coated sand stored in the storage portion. The layer may be formed on the base while being supplied onto the base.

上記砂積層造形機によれば、オルソ結合している割合を表すオルソ率が55%以上75%以下のレジン(以下、ハイオルソレジンと称する。)によって表面が被覆されている砂粒子を用いる。強度を重視した一般的なレジンであれば、250℃前後まで加熱することではじめて極めて高い強度を得ることができるが、ハイオルソレジンでは、150℃程度まで加熱される間に硬化が進み、ある程度の強度が確保される。前記照射部は、10W以上80W以下のレーザ光しか出力することができないようにすることで、装置の低価格が実現される。そして、このような低出力であっても、上述のごとく、ハイオルソレジンは150℃程度まで加熱される間に硬化が進み、ある程度の強度が確保されるため、レーザ光が照射されて硬化が進んだ硬化部が積層された三次元的な造形物は、砂積層造形機から取り出すことができる程度の強度を少なくとも有することになる。さらに、レーザ光の出力を低出力に抑えることで、硬化部に隣接する、外側の領域や下層の領域までレーザ光の熱が伝わることが低減され、成形精度が高められる。   According to the sand laminating machine, the sand particles whose surface is coated with a resin having an ortho ratio showing an ortho-bonding ratio of 55% or more and 75% or less (hereinafter referred to as high ortho resin) are used. With a general resin that emphasizes strength, it is possible to obtain extremely high strength only by heating it up to around 250 ° C, but with high ortho resin, curing progresses while heating up to around 150 ° C, and The strength of is secured. The irradiation unit can output only the laser light of 10 W or more and 80 W or less, so that the low cost of the device is realized. Even with such a low output, as described above, the high orthoresin is cured while being heated up to about 150 ° C. and a certain degree of strength is secured, so that the high orthoresin is irradiated with laser light to be cured. The three-dimensional modeled object in which the advanced hardening portion is laminated has at least strength enough to be taken out from the sand laminating machine. Furthermore, by suppressing the output of the laser light to a low output, the heat of the laser light is prevented from being transmitted to the outer region and the lower region adjacent to the cured portion, and the molding accuracy is improved.

また、前記照射部における、レーザ光の出力をP[W]、レーザ走査速度をv[mm/s]、レーザ走査ピッチをw[mm]とし、前記層形成手段における積層ピッチをh[mm]とした場合に、P/(vwh)[ws/mm]=E[J/mm]としてエネルギー密度(E[J/mm])が表される。上記砂積層造形機では、レーザ光の出力(P)が10W以上80W以下の条件下で、エネルギー密度が1.3J/mm以上であることが好ましい。 Further, in the irradiation section, the laser light output is P [W], the laser scanning speed is v [mm / s], the laser scanning pitch is w [mm], and the stacking pitch in the layer forming means is h [mm]. In such a case, the energy density (E [J / mm 3 ]) is expressed as P / (vwh) [ws / mm 3 ] = E [J / mm 3 ]. In the sand laminating machine, the energy density is preferably 1.3 J / mm 3 or more under the condition that the output (P) of the laser light is 10 W or more and 80 W or less.

また、前記収納部は、収納しているレジンコーテッドサンドの砂粒子が、セラミック系の人工砂であるものであってもよい。すなわち、セラミック系の人工砂が100質量%であってもよい。セラミック系の人工砂は、一般的に使用される珪砂よりも熱伝導率が低く、レーザ光の熱が外側の領域や下層の領域へ拡散してしまうことがより低減され、成形精度がさらに高められる。   Moreover, the storage part may be such that the sand particles of the resin coated sand stored in the storage part are ceramic artificial sand. That is, the ceramic-based artificial sand may be 100% by mass. Ceramic-based artificial sand has a lower thermal conductivity than commonly used silica sand, and the heat of laser light is less likely to diffuse to the outer and lower layers, further improving molding accuracy. To be

また、上記砂積層造形機において、
前記照射部が、走査することによって所望の形状全体にレーザ光を照射した後、該形状の輪郭をなぞるようにレーザ光を照射するものであることを特徴としてもよい。
Also, in the above sand laminating machine,
The irradiating unit may irradiate the entire shape with laser light by scanning, and then irradiate the laser light so as to trace the contour of the shape.

また、上記砂積層造形機において、
前記照射部が、前記形状全体にレーザ光を照射するときのレーザ光の出力と、該形状の輪郭をなぞるときのレーザ光の出力は同じ出力であることを特徴としてもよい。
Also, in the above sand laminating machine,
The output of the laser light when the irradiation unit irradiates the entire shape with the laser light and the output of the laser light when tracing the contour of the shape may be the same output.

また、前記照射部が、前記形状の輪郭をなぞるときのレーザ光の出力を、該形状全体にレーザ光を照射するときのレーザ光の出力よりも下げてレーザ光を照射するものであることを特徴としてもよい。   Further, the irradiating unit may irradiate the laser light by lowering the output of the laser light when tracing the contour of the shape than the output of the laser light when irradiating the entire shape with the laser light. It may be a feature.

また、上記砂積層造形機において、
前記照射部が、走査することによって所望の形状全体にレーザ光を照射した後、該形状の輪郭に接した、該輪郭よりも外側の最外周縁をなぞるようにレーザ光を照射するものであることを特徴としてもよい。
Also, in the above sand laminating machine,
The irradiation unit irradiates the entire desired shape with laser light by scanning, and then irradiates the laser light so as to trace the outermost peripheral edge that is in contact with the contour of the shape and outside the contour. It may be characterized.

また、上記砂積層造形機において、
前記照射部が、積層された複数のレジンコーテッドサンドの層にわたってレーザ光を照射することで、上部ほど細くなる複数の支持部を分散した位置で硬化させた後、該複数の支持部の上に積層された複数のレジンコーテッドサンドの層にわたってレーザ光を照射することで、該複数の支持部それぞれに接続した製品部を硬化させるものであることを特徴とする態様であってもよい。
Also, in the above sand laminating machine,
The irradiation unit irradiates a laser beam over a plurality of stacked resin-coated sand layers to cure a plurality of support portions that become thinner toward the upper portion at dispersed positions, and then, onto the plurality of support portions. A mode may be characterized in that the product portion connected to each of the plurality of supporting portions is cured by irradiating the laminated resin coated sand layers with laser light.

ここにいう分散とは、前記製品部が曲がらないように複数箇所で支持することをいう。   The term "dispersion" as used herein means that the product portion is supported at a plurality of points so as not to bend.

上記態様によれば、前記製品部の変形が抑えられる。また、前記製品部を、この砂積層造形機から取り出す際に、前記支持部が上部ほど細くなっているため、該製品部と該支持部との境目で折れやすく、該製品部を容易に取り出すことができる。   According to the above aspect, the deformation of the product portion can be suppressed. Further, when the product part is taken out from the sand laminating machine, the support part is thinner toward the upper part, so that the product part is easily broken at the boundary, and the product part is easily taken out. be able to.

なお、前記支持部は、中実のものである場合には、上端面の直径が2mm以上7mm以下のものであってもよい。2mm未満であると、前記製品部を支持することが困難になり、該製品部が変形してしまう場合がある。一方、前記製品部と前記支持部との境目付近(前記上端面付近)で折った後の前記製品部の仕上げ面積が、7mmを超えると大きくなりすぎて作業が大変になるばかりか、仕上げ作業によって寸法精度が狂ってしまう恐れがある。また、前記支持部は、中空のものであってもよく、この場合には、外径と内径の差である厚みが0.5mm以上3.5mm以下であって、上端の外径は、下限値は中実のものである場合と同じく2mmであるのに対して、上限値は7mmを超えて20mmになる。   When the support portion is solid, the diameter of the upper end surface may be 2 mm or more and 7 mm or less. If it is less than 2 mm, it becomes difficult to support the product part, and the product part may be deformed. On the other hand, if the finishing area of the product portion after folding near the boundary between the product portion and the support portion (near the upper end surface) exceeds 7 mm, not only the work becomes difficult but also the finishing work. There is a risk that the dimensional accuracy will be changed. The supporting part may be hollow, and in this case, the thickness which is the difference between the outer diameter and the inner diameter is 0.5 mm or more and 3.5 mm or less, and the outer diameter of the upper end is the lower limit. The value is 2 mm as in the case of a solid one, whereas the upper limit value exceeds 20 mm and becomes 20 mm.

また、上記砂積層造形機において、
前記収納部に収納されていたレジンコーテッドサンドが供給され、該レジンコーテッドサンドを塊状に一時貯留する貯留部を備え、
前記層形成手段が、前記貯留部に一時貯留されているレジンコーテッドサンドの塊を層状に掻き拡げ該レジンコーテッドサンドの層を形成するものであることを特徴としてもよい。
Also, in the above sand laminating machine,
The resin coated sand stored in the storage section is supplied, and a storage section for temporarily storing the resin coated sand in a lump form is provided,
The layer forming means may be characterized by scraping a lump of resin coated sand temporarily stored in the storage portion into a layer to form a layer of the resin coated sand.

こうすることで、簡単な構造で均一な厚さの層を形成することができる。   By doing so, a layer having a uniform structure and a uniform thickness can be formed.

なお、前記層が積層される基台を備え、前記貯留部が、前記基台に設けられたものであってもよいし、該基台よりも上流側に設けられたものであってもよく、前記層形成手段が、前記貯留部に一時貯留されているレジンコーテッドサンドの塊を前記基台上に掻き拡げるものであってもよい。   It should be noted that the base may be provided on which the layers are laminated, and the storage unit may be provided on the base, or may be provided on the upstream side of the base. The layer forming means may scrape and spread a lump of resin coated sand temporarily stored in the storage section on the base.

本発明によれば、安価でありながら成形精度が高められた砂積層造形機を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a sand additive molding machine that is inexpensive and has improved molding accuracy.

本発明の一実施形態である砂積層造形機の断面図である。It is a sectional view of a sand layered modeling machine which is one embodiment of the present invention. 図1に示す砂積層造形機においてレーザ光を照射している様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the laser beam is irradiated in the sand laminating machine shown in FIG. レジンコーテッドサンドにレーザ光が照射された様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode that the laser beam was irradiated to the resin coated sand. コンピュータ上の断面パターンと実際の照射領域との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the cross-sectional pattern on a computer, and an actual irradiation area. コンピュータ上の断面パターンと実際の照射領域との関係の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the relationship between the cross-sectional pattern on a computer, and an actual irradiation area. 本実施形態の砂積層造形機で成形された造形物の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the molded article shape | molded by the sand laminating machine of this embodiment.

以下、本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

図1は、本発明の一実施形態である砂積層造形機の断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a sand additive molding machine that is an embodiment of the present invention.

図1に示す砂積層造形機1は、造形枠10と、ならし部材20と、供給装置30を有する。造形枠10は矩形の枠部材であり、内側には積層プレート11と、昇降機構12が設けられている。積層プレート11は、昇降機構12によって昇降される。昇降機構12には、降下ピッチの値を設定することができ、積層プレート11は、昇降機構12に設定された降下ピッチごとに段階的に降下していく。本実施形態では、降下ピッチは、0.1mm以上0.7mm以下の範囲で設定可能であるが、後述するレジンコーテッドサンドの粒径の1倍より大きく3倍未満の長さに設定することが好ましい。積層プレート11の初期状態は、積層プレート11の表面11aの高さ位置が、造形枠10の上縁10tの高さ位置に一致した状態である。造形枠10の一端側(図1では左側)と、反対側の他端側(図1では右側)それぞれにはフランジ部101,102が設けられており、一端側のフランジ部101の上方には、供給装置30が配置されている。   The sand laminating machine 1 shown in FIG. 1 has a modeling frame 10, a leveling member 20, and a supply device 30. The modeling frame 10 is a rectangular frame member, and a laminated plate 11 and a lifting mechanism 12 are provided inside. The laminated plate 11 is moved up and down by the lifting mechanism 12. A value of the descending pitch can be set in the elevating mechanism 12, and the laminated plate 11 descends stepwise for each descending pitch set in the elevating mechanism 12. In the present embodiment, the descent pitch can be set in the range of 0.1 mm or more and 0.7 mm or less, but it can be set to a length greater than 1 time and less than 3 times the particle size of the resin coated sand described later. preferable. The initial state of the laminated plate 11 is a state in which the height position of the surface 11a of the laminated plate 11 matches the height position of the upper edge 10t of the shaping frame 10. Flange portions 101 and 102 are provided on one end side (the left side in FIG. 1) of the molding frame 10 and the other end side (the right side in FIG. 1) on the opposite side, respectively, and above the flange portion 101 on the one end side. The supply device 30 is arranged.

ならし部材20は、造形枠10の幅方向(図1では紙面に対して垂直な方向)に延在したブレードであり、初期位置は、造形枠10の一端側のフランジ部101上の位置になる。ならし部材20は、下端20bの位置を造形枠10の上縁10tの高さ位置に合わせて、供給装置30が配置された一端側から反対側の他端側に向かって走行する(図1(b)に示す白抜きの矢印参照)。   The leveling member 20 is a blade extending in the width direction of the modeling frame 10 (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1), and the initial position is a position on the flange portion 101 on one end side of the modeling frame 10. Become. The leveling member 20 travels from one end side where the supply device 30 is arranged to the other end side on the opposite side with the position of the lower end 20b aligned with the height position of the upper edge 10t of the shaping frame 10 (FIG. 1). (Refer to the outline arrow shown in (b)).

供給装置30は、レジンコーテッドサンドrsを収納しておくとともに、供給口301から一定量のレジンコーテッドサンドrsを造形枠10の一端側のフランジ部101上に供給する。供給口301は、造形枠10の幅方向(図1では紙面に対して垂直な方向)に延在したスリット状の開口であり、一端側のフランジ部101には、造形枠10の幅方向にわたってレジンコーテッドサンドrsの塊が一時貯留される。供給装置30は、収納部の一例に相当し、一端側のフランジ部101は、貯留部の一例に相当する。   The supply device 30 stores the resin coated sand rs, and supplies a fixed amount of the resin coated sand rs from the supply port 301 onto the flange portion 101 on one end side of the molding frame 10. The supply port 301 is a slit-shaped opening extending in the width direction of the modeling frame 10 (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1), and the flange portion 101 on the one end side extends across the width direction of the modeling frame 10. A lump of resin coated sand rs is temporarily stored. The supply device 30 corresponds to an example of a storage section, and the flange portion 101 on the one end side corresponds to an example of a storage section.

供給装置30に収納されているレジンコーテッドサンドrsは、セラミック系の人工球形砂の表面を、オルソ率が55%以上75%以下のレジンで被覆したものである。   The resin coated sand rs housed in the supply device 30 is obtained by coating the surface of ceramic artificial spherical sand with a resin having an ortho rate of 55% or more and 75% or less.

ここにいうセラミック系とは、ムライトの結晶構造を有するもののことであったり、アルミナ、カオリン、シリカ等の一又は複数を主成分とするもののことをいう。また、人工球形砂は、焼結法や溶融法で製造され、真球度が高く、粒度分布の最大ピークが0.05mm以上0.45mm以下の範囲に入るものであり、0.1mm以上0.25mm以下の範囲に入るものがより好ましい。真球度は、凹凸度合いを表す値として、(砂粒子の周囲長)÷(4π×砂粒子の投影面積)の式より求めた値を基準に判断される。この凹凸度合いを表す値が1であれば真円であり、値が大きくなるほど凹凸度合いも大きいことになる。人工球形砂は、この凹凸度合いを表す値が1.15以下である。凹凸度合いを表す値が1.15以下であると、レジンコーテッドサンドrsの充填率が高まり、レジンコーテッドサンドrs同士の接触面積が広くなって結合力が強まる。なお、砂として、珪砂、あるいはジルコンサンド、クロマイトサンド等の天然砂を配合してもよいが、熱伝導率が天然砂よりもセラミック系の人工砂の方が低いことから、レーザ光の熱の不必要な拡散を抑えるには、セラミック系の人工砂のみを用いる方が好ましい。ただし、レーザ光の出力をできる限り低く設定する場合には、熱伝導率が高い天然砂(例えば、珪砂)をあえて多く配合し(例えば、50%以上)、少ない熱エネルギーを効率よく伝達させることを優先させてもよい。 The ceramic system as used herein refers to one having a mullite crystal structure or one containing one or more of alumina, kaolin, silica and the like as a main component. The artificial spherical sand is produced by a sintering method or a melting method, has a high sphericity, and has a maximum particle size distribution peak in the range of 0.05 mm or more and 0.45 mm or less. It is more preferable that the diameter falls within the range of 0.25 mm or less. The sphericity is determined based on the value obtained from the formula (perimeter of sand particle) 2 ÷ (4π × projected area of sand particle) as a value representing the degree of unevenness. If the value indicating the degree of unevenness is 1, it is a perfect circle, and the larger the value, the greater the degree of unevenness. The artificial spherical sand has a value representing the degree of unevenness of 1.15 or less. When the value representing the degree of unevenness is 1.15 or less, the filling rate of the resin coated sand rs is increased, the contact area between the resin coated sands rs is widened, and the bonding strength is strengthened. As the sand, silica sand, or natural sand such as zircon sand or chromite sand may be blended, but since the thermal conductivity of ceramic artificial sand is lower than that of natural sand, the heat of laser light In order to suppress unnecessary diffusion, it is preferable to use only ceramic-based artificial sand. However, when setting the output of the laser light as low as possible, intentionally mix a large amount of natural sand (for example, silica sand) having a high thermal conductivity (for example, 50% or more) to efficiently transfer a small amount of heat energy. May be prioritized.

本実施形態におけるレジンは、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂であり、フェノールとホルムアルデヒドを反応させるにあたり、ホルムアルデヒドに対してフェノールを過剰にし、2価金属塩を触媒に用いることで、フェノールがオルト位でメチレンによって結合した以下の式(1)で表される熱硬化性樹脂である。   The resin in the present embodiment is a high ortho novolac type phenol resin, and when reacting phenol and formaldehyde, phenol is added to formaldehyde in excess and a divalent metal salt is used as a catalyst, whereby phenol is methylene at the ortho position. A thermosetting resin represented by the following formula (1) bonded by

ハイオルソノボラック型フェノール樹脂は、pHが4以上5以下、オルソ率が55%以上75%以下であって、パラ位が多く空いており、速硬化性といった性質を有する。   The high ortho novolac type phenol resin has a pH of 4 or more and 5 or less, an ortho rate of 55% or more and 75% or less, has a large number of para positions, and has a property of rapid curing.

図1(a)に示す積層プレート11は、一段下げられた状態であり、造形枠10の上縁10tの高さ位置よりも上記降下ピッチの厚さ分の積層空間sp(図1(a)参照)が設けられている。フランジ部101上に供給されたレジンコーテッドサンドrsは、他端側に向かって走行するならし部材20によってならされ、積層空間spは、一端側からレジンコーテッドサンドrsによって埋められていく。すなわち、一端側のフランジ部101に、造形枠10の幅方向にわたって一時貯留されたレジンコーテッドサンドrsの塊を、ならし部材20が積層空間spに層状に掻き拡げ、積層空間spには、レジンコーテッドサンドrsの、降下ピッチの厚さ分の層が形成されていく。ならし部材20は、層形成手段の一例に相当する。図1では、積層プレート11の表面11aに複数の層SLが形成されており、同図(b)では、それら複数の層SLの上で、一端側から他端側までのうち、半分を超えたところまでならし部材20が移動しており、さらに新たな層形成が行われている。本実施形態の砂積層造形機1によれば、簡単な構造で均一な厚さの層SLを形成することができる。また、供給口301は、レジンコーテッドサンドrsによって摩耗し、開口面積が大きくなる場合がある。開口面積が大きくなると、一端側のフランジ部101に一時貯留させるレジンコーテッドサンドrsの量が多くなる。しかしながら、本実施形態の砂積層造形機1によれば、レジンコーテッドサンドrsの塊を層状に掻き拡げるならし部材20の高さ位置によって層SLの厚さは決まるため、一時貯留させるレジンコーテッドサンドrsの量が多くなったとしても、層SLの厚さが厚くなることはない。また、ならし部材20がレジンコーテッドサンドrsによって摩耗したとしても、ならし部材20の交換は、供給装置30の交換に比べて遙かに容易である。   The laminated plate 11 shown in FIG. 1A is in a state of being lowered by one step, and the laminated space sp having a thickness of the above-described descending pitch is higher than the height position of the upper edge 10t of the shaping frame 10 (FIG. 1A). (See) is provided. The resin coated sand rs supplied onto the flange portion 101 is leveled by the leveling member 20 that travels toward the other end side, and the laminated space sp is filled with the resin coated sand rs from one end side. That is, the leveling member 20 scrapes the mass of the resin coated sand rs temporarily stored in the flange portion 101 on the one end side in the width direction of the modeling frame 10 into the stacking space sp in a layered manner, and the stacking space sp contains the resin. A layer of the coated sand rs having a thickness of the descending pitch is formed. The leveling member 20 corresponds to an example of a layer forming means. In FIG. 1, a plurality of layers SL are formed on the surface 11a of the laminated plate 11, and in FIG. 1 (b), more than half of the plurality of layers SL from one end side to the other end side is exceeded. The leveling member 20 has moved up to the point where a new layer is being formed. According to the sand additive molding machine 1 of the present embodiment, it is possible to form the layer SL having a uniform structure and a uniform thickness. Further, the supply port 301 may be worn by the resin coated sand rs, and the opening area may be increased. As the opening area increases, the amount of resin coated sand rs temporarily stored in the flange portion 101 on the one end side increases. However, according to the sand laminate molding machine 1 of the present embodiment, the thickness of the layer SL is determined by the height position of the leveling member 20 that scrapes and spreads the lump of the resin coated sand rs in a layered manner, and thus the resin coated sand to be temporarily stored. Even if the amount of rs increases, the thickness of the layer SL does not increase. Even if the leveling member 20 is worn by the resin coated sand rs, the leveling member 20 can be replaced much more easily than the supply device 30.

図2は、図1に示す砂積層造形機においてレーザ光を照射している様子を示す断面図である。この図2では、図1(b)に示す、半分を超えたところまで形成されていた層SLが、造形枠10内側の全面(積層プレート11の全面)に形成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing how the sand laminating machine shown in FIG. 1 is radiating laser light. In FIG. 2, the layer SL that has been formed up to more than half as shown in FIG. 1B is formed on the entire surface inside the shaping frame 10 (the entire surface of the laminated plate 11).

砂積層造形機1は、レーザ発振器40とスキャナ50と制御部60も有する。レーザ発振器40は、半導体レーザ光を発振するものであり、出力値は10W以上80W以下の範囲で設定可能である。10W未満ではレーザ光から供給される熱エネルギーが不足して、レジンコーテッドサンドの温度が十分に上がらず、熱硬化しにくくなり、80Wに抑えることで装置の低価格が実現される。さらに、出力値を25W以上50W以下の範囲で設定可能なレーザ発振器を用いることがより好ましい。25W以上の出力値になると、造形時間が短くなり、造形効率が向上し、50Wに抑えることで装置がより一段と低価格になる。   The sand laminating machine 1 also has a laser oscillator 40, a scanner 50, and a control unit 60. The laser oscillator 40 oscillates a semiconductor laser beam, and the output value can be set in the range of 10 W or more and 80 W or less. If it is less than 10 W, the thermal energy supplied from the laser beam is insufficient, the temperature of the resin coated sand does not rise sufficiently, and it becomes difficult to thermally cure, and the cost of the apparatus is reduced by suppressing the temperature to 80 W. Further, it is more preferable to use a laser oscillator whose output value can be set in the range of 25 W or more and 50 W or less. When the output value is 25 W or more, the molding time is shortened, the molding efficiency is improved, and by suppressing the output value to 50 W, the apparatus becomes much lower in price.

スキャナ50には、レーザ発振器40で発振されたレーザ光を集光する集光レンズ501と、レーザ光の照射角を連続して変更する回転ミラー502が備えられている。図2では、レーザ光が灰色の矢印線で示されている。   The scanner 50 is provided with a condenser lens 501 that condenses the laser light oscillated by the laser oscillator 40, and a rotating mirror 502 that continuously changes the irradiation angle of the laser light. In FIG. 2, the laser light is shown by a gray arrow line.

この砂積層造形機1で所望の三次元構造の造形物を形成するには、まず、形成したい造形物をコンピュータ上で三次元的に表し、その造形物を上記降下ピッチで複数層に平行にスライスした場合の各層ごとの断面パターンを表すデータを予め作成しておく。そして、このデータを、制御部60に入力する。制御部60は、入力されたデータに基づいて、レーザ発振器40でレーザ光を発振させたり、回転ミラー502を回転させる。すなわち、制御部60は、断面パターンに相当する部位にはレーザ光が照射され、断面パターンに相当しない部位にはレーザ光が照射されないように、レーザ発振器40および回転ミラー502を制御する。   In order to form a molded article having a desired three-dimensional structure with this sand laminating machine 1, first, the molded article to be formed is three-dimensionally expressed on a computer, and the molded article is made parallel to a plurality of layers at the descending pitch. Data representing a cross-sectional pattern for each layer when sliced is created in advance. Then, this data is input to the control unit 60. The control unit 60 causes the laser oscillator 40 to oscillate a laser beam or rotate the rotating mirror 502 based on the input data. That is, the control unit 60 controls the laser oscillator 40 and the rotating mirror 502 so that the portion corresponding to the sectional pattern is irradiated with the laser light and the portion not corresponding to the sectional pattern is not irradiated with the laser light.

各層SLのうち、レーザ光が照射された領域では、レジンコーテッドサンドrsのレジンが150℃程度までに加熱されることで溶融して硬化反応し、隣り合うレジンコーテッドサンドrsの人工球形砂どうしが硬化したレジンを介して結着し、硬化部になる。図1及び2では、各層SLのうち、黒い部分が硬化部になる。図2では、一番上の層SLにおいて硬化部が形成されている途中である。   In the region of each layer SL irradiated with the laser beam, the resin of the resin coated sand rs is heated to about 150 ° C. to be melted and undergo a curing reaction, so that the artificial spherical sands of the adjacent resin coated sand rs are bonded to each other. It is bound through the cured resin and becomes a cured part. In FIGS. 1 and 2, the black portion of each layer SL is the cured portion. In FIG. 2, the hardened part is being formed in the uppermost layer SL.

図3は、レジンコーテッドサンドにレーザ光が照射された様子を模式的に示す図である。この例では、レジンコーテッドサンドの一粒子の直径は、粒度分布の最大ピークが0.1mmとなるものであり、この図3では、いずれのレジンコーテッドサンドの粒子も、直径0.1mmで表している。また、降下ピッチは0.2mmである。したがって、レジンコーテッドサンドの層SLの一層分の厚さは0.2mmとなり、レジンコーテッドサンドの2粒子分に相当し、一層は2列構成であり、図3では、3つの層SLが示されている。以下、これら3つの層を区別する場合には、下層SL1と中層SL2と上層SL3と称することにする。また、未硬化のレジンコーテッドサンドrspでは、人工球形砂csと、その表面を覆うハイオルソノボラック型フェノール樹脂hofとが区別して示されている。一方、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂hofが溶融して硬化した硬化済レジンコーテッドサンドは、その区別がなされておらず、rshの符号が付されている。   FIG. 3 is a diagram schematically showing how the resin coated sand is irradiated with laser light. In this example, the diameter of one particle of the resin-coated sand is such that the maximum peak of the particle size distribution is 0.1 mm, and in this FIG. 3, all the resin-coated sand particles are represented by a diameter of 0.1 mm. There is. Further, the descending pitch is 0.2 mm. Therefore, the thickness of one layer of the resin-coated sand layer SL is 0.2 mm, which corresponds to two particles of the resin-coated sand, and one layer has a two-row configuration. In FIG. 3, three layers SL are shown. ing. Hereinafter, when distinguishing these three layers, they are referred to as a lower layer SL1, an intermediate layer SL2, and an upper layer SL3. In the uncured resin coated sand rsp, the artificial spherical sand cs and the high ortho novolac type phenol resin hof covering the surface thereof are shown separately. On the other hand, the cured resin coated sand obtained by melting and hardening the high ortho novolac type phenolic resin hof is not distinguished, and is denoted by the symbol rsh.

図3(a)は、5kWのレーザ光B5kをレジンコーテッドサンドの層SLに照射した様子を模式的に示す図である。   FIG. 3A is a diagram schematically showing a state in which the layer SL of the resin coated sand is irradiated with the laser beam B5k of 5 kW.

5kWのレーザ光B5kは、出力が高いことから、上層SL3を通過しその下の中層SL2にまで達している。また、5kWのレーザ光B5kから供給される熱エネルギーは大きいことから、硬化済レジンコーテッドサンドrshが大きく拡がって存在している。さらに、この図3(a)では、前回のレーザ光照射で硬化が完了した中層SL2を構成する未硬化のレジンコーテッドサンドの一部までもが、上層SL3に照射されたレーザ光B5kによって硬化済レジンコーテッドサンドrshになってしまっている。   Since the laser beam B5k of 5 kW has a high output, it passes through the upper layer SL3 and reaches the intermediate layer SL2 below it. Further, since the thermal energy supplied from the laser beam B5k of 5 kW is large, the cured resin coated sand rsh is widely spread. Further, in FIG. 3A, even a part of the uncured resin coated sand constituting the middle layer SL2, which has been cured by the previous laser light irradiation, has been cured by the laser light B5k irradiated on the upper layer SL3. It has become resin coated sand rsh.

図3(b)は、本実施形態の例であって、25Wのレーザ光B25をレジンコーテッドサンドrsの層SLに照射した様子を模式的に示す図である。   FIG. 3B is a diagram schematically showing an example of the present embodiment, in which the layer SL of the resin coated sand rs is irradiated with the laser beam B25 of 25 W.

25Wのレーザ光B25は、出力が相対的に低いことから、上層SL3内で止まり、その下の中層SL2までは達していない。すなわち、図3(b)に示す上層SL3を構成する上の列までレーザ光B25が照射されている。より具体的には、上層SL3を構成する上の列のレジンコーテッドサンドの、全てではなく、上から5/6程度まで照射されている。また、25Wのレーザ光B25から供給される熱エネルギーは相対的に小さいことから、硬化済レジンコーテッドサンドrshは、図3(a)に示すほど横方向に大きく拡がっておらず、下方向も上層SL3内に留まっている。すなわち、上述のごとくレーザ光B25は、上層SL3を構成する上の列のレジンコーテッドサンドの上から5/6程度までしか照射されていないが、熱伝導によって、上層SL3を構成する下の列のレジンコーテッドサンドまで硬化済レジンコーテッドサンドrshになっている。なお、中層SL2を構成するレジンコーテッドサンドまで硬化済レジンコーテッドサンドrshにはなっていない。したがって、図3(b)に示す本実施形態の例では、出来上がった造形物の形状や寸法精度が設計通りになり、高い成形精度が保証される。   Since the laser beam B25 of 25 W has a relatively low output, it stops in the upper layer SL3 and does not reach the intermediate layer SL2 below it. That is, the laser beam B25 is irradiated up to the upper row forming the upper layer SL3 shown in FIG. More specifically, not all of the upper row of resin-coated sand that constitutes the upper layer SL3 is irradiated, but about 5/6 from the top. In addition, since the thermal energy supplied from the 25 W laser light B25 is relatively small, the cured resin coated sand rsh does not greatly spread in the lateral direction as shown in FIG. It stays in SL3. That is, as described above, the laser beam B25 is irradiated only up to about 5/6 from above the resin coated sand in the upper row constituting the upper layer SL3, but due to heat conduction, the laser beam B25 in the lower row constituting the upper layer SL3 is irradiated. The resin coated sand rsh has been cured to the resin coated sand. It should be noted that the resin coated sand forming the middle layer SL2 is not the cured resin coated sand rsh. Therefore, in the example of the present embodiment shown in FIG. 3B, the shape and dimensional accuracy of the finished modeled product are as designed, and high molding accuracy is guaranteed.

図3(b)に示した硬化済レジンコーテッドサンドrshは、150℃程度まで加熱された結果、溶融して硬化反応し、曲げ強さで300N/cm程度の強度が確保されている。 The cured resin coated sand rsh shown in FIG. 3 (b) is heated to about 150 ° C., and as a result, melts and undergoes a curing reaction, and a bending strength of about 300 N / cm 2 is secured.

図4は、コンピュータ上の断面パターンと実際の照射領域との関係の一例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the cross-sectional pattern on the computer and the actual irradiation area.

この図4では、実際の照射領域を真上から見た図であり、図中の2点鎖線の矩形はコンピュータ上の断面パターンの外縁(輪郭)を表すものである。図4(a)に示すように、矩形の断面パターンは、左側縁p1と右側縁p2と手前側縁p3と奥側縁p4とからなっている。また、図4(a)に示すX方向は、図1や図2では左右方向になり、Y方向は、造形枠10の幅方向(図1や図2では紙面に対して垂直な方向)になる。   In FIG. 4, the actual irradiation region is viewed from directly above, and the rectangle of the two-dot chain line in the drawing represents the outer edge (outline) of the cross-sectional pattern on the computer. As shown in FIG. 4A, the rectangular cross-section pattern includes a left side edge p1, a right side edge p2, a front side edge p3, and a back side edge p4. Further, the X direction shown in FIG. 4A is the left-right direction in FIGS. 1 and 2, and the Y direction is the width direction of the modeling frame 10 (direction perpendicular to the paper surface in FIGS. 1 and 2). Become.

また、図4では、照射された領域は黒色で表す。ここで、本実施形態のレーザスポット径は直径0.1mmであり、Y方向の走査に対するX方向の間隔であるレーザ走査ピッチは0.15mmである。このため、隣り合うY方向の走査線におけるレーザ照射領域どうしは重なっておらず、0.5mmの隙間が生じていることになり、厳密には図4では白色で表されることになるが、図示省略され、黒色で表されている。   Further, in FIG. 4, the irradiated area is shown in black. Here, the laser spot diameter of this embodiment is 0.1 mm in diameter, and the laser scanning pitch, which is the interval in the X direction with respect to the scanning in the Y direction, is 0.15 mm. For this reason, the laser irradiation areas in the adjacent scanning lines in the Y direction do not overlap with each other, and a gap of 0.5 mm is generated. Strictly speaking, it is represented by white in FIG. It is omitted in the drawing and is shown in black.

図4(b)は、走査を開始して少し時間が経過した段階であり、X方向への走査が5回完了し、6回目におけるY方向への走査中の様子を示す図である。1回目のY方向への走査では、コンピュータ上の断面パターンの右側縁p2を断面パターンの手前側縁p3から奥側縁p4まで走査している。   FIG. 4B is a diagram showing a state in which a little time has passed after the start of scanning, the scanning in the X direction has been completed 5 times, and the scanning in the Y direction is being performed for the sixth time. In the first scanning in the Y direction, the right side edge p2 of the sectional pattern on the computer is scanned from the front side edge p3 to the rear side edge p4 of the sectional pattern.

図4(c)は、X方向への走査が全て完了し、最後のY方向への走査中の様子を示す図であり、図4(d)は、最後のY方向への走査が終了した様子を示す図である。最後のY方向への走査では、コンピュータ上の断面パターンの左側縁p1を断面パターンの手前側縁p3から奥側縁p4まで走査している。この図4(d)に示すように、この例では、コンピュータ上の断面パターンの全域にわたってレーザ光を照射する。   FIG. 4C is a diagram showing a state in which the scanning in the X direction is all completed and the final scanning in the Y direction is being performed, and FIG. 4D is the final scanning in the Y direction. It is a figure which shows a mode. In the final scanning in the Y direction, the left side edge p1 of the sectional pattern on the computer is scanned from the front side edge p3 to the rear side edge p4 of the sectional pattern. As shown in FIG. 4D, in this example, laser light is emitted over the entire area of the cross-sectional pattern on the computer.

その上で、コンピュータ上の断面パターンの外周縁(輪郭)にレーザ光を再度照射する。すなわち、断面パターンの輪郭をなぞるようにレーザ光を照射する。図4(e)および同図(f)では、断面パターンの外周縁(p1〜p4)に照射したレーザ光を灰色で示している。図4(e)に示す例は、断面パターンの外周縁に再度照射するレーザ光の出力を、断面パターンの全域にわたって照射したときのレーザ光の出力(例えば、50W)と同じ出力にした例である。この図4(e)に示す例では、同図(d)に示す例に比べて、造形物の外表面がよりしっかりと結着し、表面安定性が向上する。一方、図4(f)に示す例は、断面パターンの外周縁に再度照射するレーザ光の出力を、断面パターンの全域にわたって照射したときのレーザ光の出力よりも弱い出力(例えば、30W)に落とした例である。照射したレーザ光を示す灰色の線は、レーザ光の出力が弱ければ細く示され、図4(e)における灰色の線よりも、同図(f)における灰色の線の方が細く示されている。この図4(f)に示す例では、同図(e)に示す例に比べて、表面安定性がやや劣る場合があるかもしれないが、成形精度は高いレベルに維持される。すなわち、図4(e)に示す例では、レジンコーテッドサンドに、先の照射による熱エネルギーが残っている場合には、再照射により先の照射と同じ量の熱エネルギーが加算され、硬化済レジンコーテッドサンドの領域が同図(d)に示す状態に比べて拡大することがあるのに対し、この図4(f)に示す例では、レーザ光の出力を下げることにより、再照射による熱エネルギーの加算を抑え、表面安定性と成形精度の両方を高いレベルでバランスさせることに期待することができる。   Then, the outer peripheral edge (contour) of the sectional pattern on the computer is irradiated again with laser light. That is, the laser light is irradiated so as to trace the contour of the cross-sectional pattern. In FIG. 4E and FIG. 4F, the laser light applied to the outer peripheral edges (p1 to p4) of the cross-sectional pattern is shown in gray. The example shown in FIG. 4 (e) is an example in which the output of the laser light that is irradiated again to the outer peripheral edge of the cross-section pattern is the same as the output of the laser light when it is irradiated over the entire cross-section pattern (for example, 50 W). is there. In the example shown in FIG. 4 (e), the outer surface of the modeled object is more firmly bound and the surface stability is improved, as compared with the example shown in FIG. 4 (d). On the other hand, in the example shown in FIG. 4F, the output of the laser light that is irradiated again to the outer peripheral edge of the cross-sectional pattern is weaker than the output of the laser light when it is irradiated over the entire area of the cross-sectional pattern (for example, 30 W). This is an example of dropping. The gray line showing the irradiated laser light is shown thinner if the output of the laser light is weak, and the gray line in FIG. 4 (f) is shown thinner than the gray line in FIG. 4 (e). There is. In the example shown in FIG. 4 (f), the surface stability may be slightly inferior to the example shown in FIG. 4 (e), but the molding accuracy is maintained at a high level. That is, in the example shown in FIG. 4E, when the thermal energy from the previous irradiation remains in the resin coated sand, the same amount of thermal energy as the previous irradiation is added by the re-irradiation, and the cured resin While the area of the coated sand may expand compared to the state shown in FIG. 4D, in the example shown in FIG. 4F, the thermal energy due to re-irradiation is reduced by lowering the output of the laser light. Can be expected to balance the surface stability and the molding precision at a high level.

図5は、コンピュータ上の断面パターンと実際の照射領域との関係の別の例を示す図である。以下、図4に示す例との相違点を中心に説明する。   FIG. 5 is a diagram showing another example of the relationship between the cross-sectional pattern on the computer and the actual irradiation area. Hereinafter, differences from the example shown in FIG. 4 will be mainly described.

この図5でも、図4と同じように、実際の照射領域を真上から見た図であり、図中の2点鎖線の矩形はコンピュータ上の断面パターンの外縁(輪郭)を表すものである。また、図5でも、照射された領域は黒色で表す。なお、この図5でも、図4と同様に、Y方向の走査線における照射領域の間は厳密には白色で表されることになるが、図示省略され、黒色で表されている。   Similar to FIG. 4, this FIG. 5 is also a view of the actual irradiation area as viewed from directly above, and the two-dot chain line rectangle in the drawing represents the outer edge (outline) of the cross-sectional pattern on the computer. . Also in FIG. 5, the irradiated area is shown in black. In FIG. 5 as well, similarly to FIG. 4, the space between the irradiation regions in the scanning lines in the Y direction is strictly represented by white, but is omitted from the drawing and represented by black.

図5(a)は、図4(a)と同じく、走査を開始して少し時間が経過した段階であり、X方向への走査が5回完了し、6回目におけるY方向への走査中の様子を示す図である。図5(a)に示す例では、1回目のY方向への走査では、コンピュータ上の断面パターンの右側縁p2からX方向内側に1走査分空けて、断面パターンの手前側縁p3からY方向内側にレーザスポット径分空けた位置から断面パターンの奥側縁p4からY方向内側に同じくレーザスポット径分空けた位置までY方向に走査している。   Similar to FIG. 4A, FIG. 5A is a stage in which a little time has passed after the start of scanning, the scanning in the X direction is completed five times, and the sixth scanning in the Y direction is performed. It is a figure which shows a mode. In the example shown in FIG. 5A, in the first scanning in the Y direction, one scan is left inward in the X direction from the right side edge p2 of the sectional pattern on the computer, and the front side edge p3 of the sectional pattern is moved in the Y direction. Scanning is performed in the Y direction from a position vacant inward by the laser spot diameter to a position vacant inward in the Y direction from the inner side edge p4 of the cross-sectional pattern.

図5(b)は、X方向への走査が全て完了し、コンピュータ上の断面パターンの左側縁p1からX方向内側に1走査分空けて、最後のY方向への走査中の様子を示す図であり、図5(c)は、最後のY方向への走査が終了した様子を示す図である。最後のY方向への走査では、コンピュータ上の断面パターンの左側縁p1からX方向内側に1走査分空けて、断面パターンの手前側縁p3からY方向内側にレーザスポット径分空けた位置から断面パターンの奥側縁p4からY方向内側に同じくレーザスポット径分空けた位置までY方向に走査している。この図5(c)に示すように、この例では、コンピュータ上の断面パターンよりも一回り小さな領域にレーザ光を照射する。すなわち、この後、図5(d)に示すように、コンピュータ上の断面パターンの外周縁上を1周走査するため、その1周分を空けて内側の全領域にわたってレーザ光を照射する。図5(d)では、コンピュータ上の断面パターンの外周縁(輪郭)にレーザ光を照射する。すなわち、断面パターンの輪郭をなぞるようにレーザ光を照射する。言い換えれば、所望の形状全体(ここではコンピュータ上の断面パターンよりも一回り小さな矩形状の領域全体)にレーザ光を照射した後、その形状の輪郭に接した、その輪郭よりも外側の最外周縁(ここでは、断面パターンの外周縁)をなぞるようにレーザ光を照射する。図5(d)でも、断面パターンの外周縁(p1〜p4)に照射したレーザ光を灰色で示している。この図5(d)に示す例は、断面パターンの外周縁に照射するレーザ光の出力を、断面パターンよりも一回り小さな領域に照射したときのレーザ光の出力(例えば、50W)と同じ出力にした例である。ただし、断面パターンよりも小さな領域の大きさを少し大きくしておくことで、断面パターンの外周縁に照射するレーザ光の出力を低く(例えば、30W)設定することもできる。以上説明した図5に示す例は、Y方向への走査をX方向に沿って繰り返すことでコンピュータ上の断面パターンよりも小さな領域にレーザ光を照射した後、その領域の輪郭に接した、その輪郭よりも外側の最外周縁にレーザ光を照射することで、コンピュータ上の断面パターンの全域にレーザ光を照射する例である。   FIG. 5B is a diagram showing a state in which all the scans in the X direction are completed, one scan is left inward in the X direction from the left side edge p1 of the sectional pattern on the computer, and the last scan is performed in the Y direction. FIG. 5C is a diagram showing a state in which the final scanning in the Y direction is completed. In the final scanning in the Y direction, one scan is left inward in the X direction from the left edge p1 of the cross-sectional pattern on the computer, and a section is opened from the front side edge p3 of the cross-sectional pattern inward in the Y direction by the laser spot diameter. Scanning is also performed in the Y direction from the back side edge p4 of the pattern to a position spaced inward in the Y direction by the laser spot diameter. As shown in FIG. 5C, in this example, the laser beam is applied to a region slightly smaller than the sectional pattern on the computer. That is, thereafter, as shown in FIG. 5D, since the outer peripheral edge of the cross-sectional pattern on the computer is scanned once, the laser light is applied to the entire inner region with one cycle left. In FIG. 5D, the outer peripheral edge (outline) of the sectional pattern on the computer is irradiated with laser light. That is, the laser light is irradiated so as to trace the contour of the cross-sectional pattern. In other words, after irradiating the entire desired shape (here, the entire rectangular area that is one size smaller than the cross-sectional pattern on the computer) with laser light, the outermost portion outside the contour that touches the contour of the shape Laser light is irradiated so as to trace the peripheral edge (here, the outer peripheral edge of the cross-sectional pattern). Also in FIG. 5D, the laser light applied to the outer peripheral edges (p1 to p4) of the cross-sectional pattern is shown in gray. In the example shown in FIG. 5D, the output of the laser light applied to the outer peripheral edge of the cross-section pattern is the same as the output of the laser light when the area slightly smaller than the cross-section pattern is irradiated (for example, 50 W). It is an example. However, by slightly increasing the size of the area smaller than the cross-sectional pattern, the output of the laser light with which the outer peripheral edge of the cross-sectional pattern is irradiated can be set low (for example, 30 W). In the example shown in FIG. 5 described above, the scanning in the Y direction is repeated along the X direction to irradiate a region smaller than the cross-sectional pattern on the computer with laser light, and then contact the contour of the region. This is an example of irradiating the laser light to the outermost peripheral edge outside the contour to irradiate the entire area of the sectional pattern on the computer with the laser light.

図6は、本実施形態の砂積層造形機で成形された造形物の一例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing an example of a modeled object molded by the sand laminating machine of this embodiment.

図6に示す造形物は、ベース板Bから立設した複数の支持部Fに支持された中空中子Cである。図1及び図2には、図6に示す造形物が造形されている途中の様子が示されている。中空中子Cは、製品部に相当する。ベース板Bは、積層プレート11の表面11aに成形されたものであり、中空中子Cの投影面積よりも大きな面積を有する。支持部Fは、ベース板Bに分散配置されており、上部にいくほど細くなり、上端面は中空中子Cに接続している。すなわち、支持部Fは、ベース板Bと中空中子Cを連結するものである。ベース板Bは、その面積と厚みから自身が反ることが抑えられ、支持部Fは、中空中子Cが反ったり歪んだりしないように複数箇所で中空中子Cを支持するものである。本実施形態の砂積層造形機1によれば、複数の支持部Fを分散した位置で硬化させた後、これら複数の支持部Fの上に積層された複数のレジンコーテッドサンドの層SLにわたってレーザ光を照射することで、複数の支持部Fそれぞれに接続した中空中子Cを硬化させる。   The modeled object shown in FIG. 6 is a hollow core C supported by a plurality of support portions F provided upright from the base plate B. 1 and 2 show a state in which the modeled object shown in FIG. 6 is being modeled. The hollow core C corresponds to the product part. The base plate B is formed on the surface 11a of the laminated plate 11 and has an area larger than the projected area of the hollow core C. The support portions F are dispersedly arranged on the base plate B, and become thinner toward the top, and the upper end surface is connected to the hollow core C. That is, the support portion F connects the base plate B and the hollow core C. The base plate B is prevented from warping due to its area and thickness, and the supporting portion F supports the hollow core C at a plurality of points so that the hollow core C does not warp or distort. According to the sand laminating machine 1 of the present embodiment, after curing the plurality of supporting portions F at dispersed positions, the laser is spread over the plurality of resin coated sand layers SL laminated on the plurality of supporting portions F. By irradiating with light, the hollow core C connected to each of the plurality of supporting portions F is cured.

中空中子Cを、砂積層造形機1から取り出す際に、支持部Fが上部にいくほど細くなっているため、中空中子Cと支持部Fとの境目で折れやすく、中空中子Cを容易に取り出すことができる。支持部Fは、上端面の直径が2mm以上15mm以下のものである。2mm未満であると、中空中子Cを支持することが困難になり、中空中子Cが変形してしまう場合がある。一方、中空中子Cと支持部Fとの境目付近(上端面付近)で折った後の中空中子Cの仕上げ面積が、15mmを超えると大きくなりすぎて作業が大変になるばかりか、仕上げ作業によって寸法精度が狂ってしまう恐れがある。   When the hollow core C is taken out of the sand additive molding machine 1, the supporting part F becomes thinner toward the upper part, so that the hollow core C easily breaks at the boundary between the supporting part F and the hollow core C. It can be taken out easily. The support portion F has an upper end surface having a diameter of 2 mm or more and 15 mm or less. If it is less than 2 mm, it becomes difficult to support the hollow core C, and the hollow core C may be deformed. On the other hand, if the finishing area of the hollow core C after folding near the boundary between the hollow core C and the supporting portion F (near the upper end surface) exceeds 15 mm, not only the work becomes too large but also the finishing is difficult. There is a risk that the dimensional accuracy will change due to the work.

以上説明したように、本実施形態の砂積層造形機1によれば、低出力のレーザ光しか出力することができないようにすることで、装置の低価格を実現している。そして、低出力であっても、ハイオルソノボラック型フェノール樹脂は150℃程度まで加熱される間に硬化が進み、ある程度の強度が確保されるため、レーザ光が照射されて硬化が進んだ硬化部が積層された中空中子Cは、砂積層造形機1から取り出すことができる程度の強度を少なくとも有することになる。   As described above, according to the sand laminate molding machine 1 of the present embodiment, by making it possible to output only a low output laser beam, a low price of the device is realized. Even if the output is low, the high ortho novolac type phenolic resin is cured while being heated up to about 150 ° C. and a certain degree of strength is ensured. Therefore, the cured portion irradiated with laser light and cured is advanced. The hollow core C in which the is laminated has at least a strength that can be taken out from the sand laminating machine 1.

砂積層造形機1から取り出された中空中子Cは、支持部Fの付け根部分の仕上げを行った後、二次焼成を行う。この二次焼成では、中空中子Cの周囲に粒子を充填した状態で加熱する。例えば、オーブンレンジによって250℃で6時間ほど加熱する。二次焼成で充填される粒子は、中空中子Cの変形防止のためのもの、すなわち形状維持部材であり、表面がレンジで被覆されていない、例えば、ガラスビーズや黒鉛の粒子やアルミナの粒子やシリカの粒子が用いられる。   The hollow core C taken out from the sand additive molding machine 1 is subjected to secondary firing after finishing the root portion of the support portion F. In this secondary firing, the hollow core C is heated while being filled with particles. For example, it is heated in a microwave oven at 250 ° C. for about 6 hours. The particles filled in the secondary firing are for preventing the deformation of the hollow core C, that is, a shape maintaining member, and the surface of which is not covered with a range, for example, glass beads, graphite particles, or alumina particles. And silica particles are used.

本発明は、上述の実施の形態に限られることはなく、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変更を行うことができる。例えば、積層プレート11の上に形成(積層)されたレジンコーテッドサンドの層SLへのレーザ光の照射が完了すると、積層プレート11は所定のピッチで上昇するものであり、ならし部材20は、積層プレート11が所定のピッチで上昇した後、新たなレジンコーテッドサンドの層SLを積層プレート11の上に形成(積層)するものであってもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, when the irradiation of the laser beam to the layer SL of the resin coated sand formed (laminated) on the laminated plate 11 is completed, the laminated plate 11 is raised at a predetermined pitch, and the leveling member 20 is A new resin-coated sand layer SL may be formed (laminated) on the laminated plate 11 after the laminated plate 11 has risen at a predetermined pitch.

また、積層プレート11が昇降するのではなく、ならし部材20が昇降する態様であってもよく、積層プレート11の昇降とならし部材20の昇降を組み合わせた態様であってもよい。   Further, the mode in which the leveling member 20 moves up and down instead of the leveling up and down of the laminated plate 11 may be adopted, or the mode in which the lifting and lowering of the layered plate 11 and the leveling member 20 are combined may be adopted.

さらに、ならし部材20は、供給装置30に収納されているレジンコーテッドサンドrs、あるいは一端側のフランジ部101に一時貯留されたレジンコーテッドサンドrsを積層プレート11の上に供給する供給手段を兼ねているが、供給装置30が、ならし部材20のように一端側から他端側に向かって移動しながら、レジンコーテッドサンドrsを積層プレート11の上に供給するものであってもよい。   Further, the leveling member 20 also serves as a supply means for supplying the resin coated sand rs stored in the supply device 30 or the resin coated sand rs temporarily stored in the flange portion 101 on the one end side onto the laminated plate 11. However, the supply device 30 may supply the resin coated sand rs onto the laminated plate 11 while moving from the one end side to the other end side like the leveling member 20.

また、レジンコーテッドサンドrsの塊を、一端側のフランジ部101に一時貯留させる代わりに、積層プレート11の上に一時貯留させ、本実施形態と同様に、ならし部材20で掻き拡げてもよい。   Further, instead of temporarily storing the mass of the resin coated sand rs on the flange portion 101 on the one end side, it may be temporarily stored on the laminated plate 11 and spread by the leveling member 20 as in the present embodiment. .

続いて、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明は、以下に説明する実施例によって何ら限定されることはない。各実施例および比較例では、造形物として図6に示す形状の中空な中子を造形した。   Next, the present invention will be described more specifically by way of examples, but the present invention is not limited to the examples described below. In each of the examples and comparative examples, a hollow core having the shape shown in FIG. 6 was formed as a formed object.

(実施例1)
人工球形砂として、伊藤忠セラテック株式会社製のセラビーズ(登録商標)#1450を使用した。粒度分布は単一ピークであり、その最大ピークは0.106mmである。
(Example 1)
Cera beads (registered trademark) # 1450 manufactured by ITOCHU CERATECH CORPORATION was used as the artificial spherical sand. The particle size distribution has a single peak, and the maximum peak is 0.106 mm.

レジンとしては、速硬化タイプのハイオルソノボラック型フェノール樹脂(オルソ率が55%以上75%以下)を使用した。なお、オルソ率は、赤外分光光度計を用いてKBr法により吸光度を測定し、次式により算出することができる。
オルソ率(%)=D760÷(D760+1.44×D820)×100
ここで、D760とは760cm−1の吸光度をいい、D820とは820cm−1の吸光度をいう。
As the resin, a fast curing type high ortho novolac type phenol resin (ortho ratio of 55% or more and 75% or less) was used. The ortho rate can be calculated by the following formula by measuring the absorbance by the KBr method using an infrared spectrophotometer.
Ortho rate (%) = D760 ÷ (D760 + 1.44 × D820) × 100
In this case, it refers to the absorbance at 760cm -1 and D760, refers to the absorbance at 820cm -1 and D820.

降下ピッチ(積層ピッチ)は0.30mmとした。また、レーザ出力は25W、レーザスポット径は直径0.1mm、レーザ走査速度は300mm/秒、レーザ走査ピッチを0.15mmとした。レーザ走査ピッチとは、図4及び図5に示すY方向の走査に対するX方向の間隔であり、実施例1では、直径0.1mmのレーザスポット径であることから、隣り合うY方向の走査線におけるレーザ照射領域どうしは重なっておらず、0.5mmの隙間が生じていることになる。   The descending pitch (stacking pitch) was 0.30 mm. The laser output was 25 W, the laser spot diameter was 0.1 mm, the laser scanning speed was 300 mm / sec, and the laser scanning pitch was 0.15 mm. The laser scanning pitch is an interval in the X direction with respect to the scanning in the Y direction shown in FIGS. 4 and 5, and in the first embodiment, since the laser spot diameter is 0.1 mm, the adjacent scanning lines in the Y direction. The laser irradiation areas in 2 do not overlap with each other, and a gap of 0.5 mm is generated.

レーザ光の出力をP[W]、レーザ走査速度をv[mm/s]、レーザ走査ピッチをw[mm]とし、積層ピッチをh[mm]とした場合に、P/(vwh)[ws/mm]=E[J/mm]としてエネルギー密度(E[J/mm])を求めると、実施例1の場合には、エネルギー密度は1.85J/mmになる。 When the output of laser light is P [W], the laser scanning speed is v [mm / s], the laser scanning pitch is w [mm], and the stacking pitch is h [mm], P / (vwh) [ws / mm 3] = E [when obtaining the J / mm 3] as the energy density (E [J / mm 3] ), in the case of example 1, the energy density becomes 1.85J / mm 3.

2次焼成前の実施例1における中子の曲げ強さは、300N/cmであった。 The bending strength of the core in Example 1 before the secondary firing was 300 N / cm 2 .

各条件およびエネルギー密度と曲げ強さを表1に示す。   Table 1 shows each condition, energy density, and bending strength.

この表1には、実施例2以降の実施例および比較例それぞれの、各条件およびエネルギー密度と曲げ強さも示す。 Table 1 also shows each condition, the energy density, and the bending strength of each of Examples 2 and 3 and Comparative Examples.

(実施例2)
レーザ出力を30Wにした以外は、実施例1と同じ条件で行った。この実施例2のエネルギー密度は2.22J/mmになる。2次焼成前の実施例2における中子の曲げ強さは、639N/cmであった。
(Example 2)
The same conditions as in Example 1 were used except that the laser output was set to 30 W. The energy density of this Example 2 is 2.22 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 2 before the secondary firing was 639 N / cm 2 .

(実施例3)
レーザ出力を50Wにし、レーザ走査速度を500mm/秒にした以外は、実施例1と同じ条件で行った。この実施例3のエネルギー密度は2.22J/mmになる。2次焼成前の実施例3における中子の曲げ強さは、684N/cmであった。
(Example 3)
The conditions were the same as in Example 1 except that the laser output was 50 W and the laser scanning speed was 500 mm / sec. The energy density of this Example 3 is 2.22 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 3 before the secondary firing was 684 N / cm 2 .

(実施例4)
レーザ走査速度を750mm/秒にした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例4のエネルギー密度は1.48J/mmになる。2次焼成前の実施例4における中子の曲げ強さは、234N/cmであった。
(Example 4)
The conditions were the same as in Example 3 except that the laser scanning speed was 750 mm / sec. The energy density of this Example 4 is 1.48 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 4 before the secondary firing was 234 N / cm 2 .

(実施例5)
降下ピッチ(積層ピッチ)を0.35mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例5のエネルギー密度は1.90J/mmになる。2次焼成前の実施例5における中子の曲げ強さは、720N/cmであった。
(Example 5)
The conditions were the same as in Example 3 except that the descending pitch (stacking pitch) was 0.35 mm. The energy density of this Example 5 is 1.90 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 5 before the secondary firing was 720 N / cm 2 .

(実施例6)
積層ピッチを0.40mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例6のエネルギー密度は1.67J/mmになる。2次焼成前の実施例6における中子の曲げ強さは、700N/cmであった。
(Example 6)
The same conditions as in Example 3 were used except that the stacking pitch was 0.40 mm. The energy density of this Example 6 is 1.67 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 6 before the secondary firing was 700 N / cm 2 .

(実施例7)
積層ピッチを0.45mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例7のエネルギー密度は1.48J/mmになる。2次焼成前の実施例7における中子の曲げ強さは、733N/cmであった。
(Example 7)
The conditions were the same as in Example 3 except that the stacking pitch was 0.45 mm. The energy density of this Example 7 is 1.48 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 7 before the secondary firing was 733 N / cm 2 .

(実施例8)
積層ピッチを0.50mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例8のエネルギー密度は1.33J/mmになる。2次焼成前の実施例8における中子の曲げ強さは、597N/cmであった。
(Example 8)
The same conditions as in Example 3 were used except that the stacking pitch was 0.50 mm. The energy density of this Example 8 is 1.33 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 8 before the secondary firing was 597 N / cm 2 .

(実施例9)
レーザ走査ピッチを0.16mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例9のエネルギー密度は2.08J/mmになる。2次焼成前の実施例9における中子の曲げ強さは、642N/cmであった。
(Example 9)
The conditions were the same as in Example 3 except that the laser scanning pitch was 0.16 mm. The energy density of this Example 9 is 2.08 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 9 before the secondary firing was 642 N / cm 2 .

(実施例10)
レーザ走査ピッチを0.17mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例10のエネルギー密度は1.96J/mmになる。2次焼成前の実施例10における中子の曲げ強さは、728N/cmであった。
(Example 10)
The conditions were the same as in Example 3 except that the laser scanning pitch was 0.17 mm. The energy density of this Example 10 is 1.96 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 10 before the secondary firing was 728 N / cm 2 .

(実施例11)
レーザ走査ピッチを0.18mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例11のエネルギー密度は1.85J/mmになる。2次焼成前の実施例11における中子の曲げ強さは、609N/cmであった。
(Example 11)
The conditions were the same as in Example 3 except that the laser scanning pitch was 0.18 mm. The energy density of this Example 11 is 1.85 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 11 before the secondary firing was 609 N / cm 2 .

(実施例12)
レーザ走査ピッチを0.19mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例12のエネルギー密度は1.75J/mmになる。2次焼成前の実施例12における中子の曲げ強さは、600N/cmであった。
(Example 12)
The conditions were the same as in Example 3 except that the laser scanning pitch was 0.19 mm. The energy density of this Example 12 is 1.75 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 12 before the secondary firing was 600 N / cm 2 .

(実施例13)
レーザ走査ピッチを0.20mmにした以外は、実施例3と同じ条件で行った。この実施例13のエネルギー密度は1.67J/mmになる。2次焼成前の実施例13における中子の曲げ強さは、374N/cmであった。
(Example 13)
The conditions were the same as in Example 3 except that the laser scanning pitch was 0.20 mm. The energy density of this Example 13 is 1.67 J / mm 3 . The bending strength of the core in Example 13 before the secondary firing was 374 N / cm 2 .

(比較例)
人工球形砂の表面を被覆するレジンとして、ランダムノボラック型フェノール樹脂を使用した以外は、実施例1と同じ条件で行った。ランダムノボラック型フェノール樹脂は、オルソ率が40%以上50%以下であって、pHは1以下である。
(Comparative example)
The same conditions as in Example 1 were used except that a random novolac type phenolic resin was used as the resin for coating the surface of the artificial spherical sand. The random novolac type phenolic resin has an ortho rate of 40% or more and 50% or less and a pH of 1 or less.

比較例では、中子(製品部)を砂積層造形機から取り出す際に、中子が壊れてしまった。壊れた中子の破片を用いて曲げ強さを測定したところ、83N/cmしかなかった。 In the comparative example, the core was broken when the core (product part) was taken out from the sand additive molding machine. When the bending strength was measured using the broken pieces of the core, it was only 83 N / cm 2 .

実施例4でも、中子(製品部)を砂積層造形機から取り出す際に、壊さずに取り出せたが、中子が壊れそうになった。一方、実施例1では、中子(製品部)を砂積層造形機から全く問題なく取り出すことができた。これらの結果から、2次焼成前となる製品部を砂積層造形機から取り出す際に、その製品部が形崩れせずに形状を維持するためには、曲げ強さが250N/cm以上あると安心であると推測する。 In Example 4 as well, when the core (product part) was taken out from the sand additive molding machine, it could be taken out without breaking it, but the core was about to break. On the other hand, in Example 1, the core (product part) could be taken out from the sand laminating machine without any problem. From these results, when the product part before the secondary firing is taken out from the sand laminating machine, the bending strength is 250 N / cm 2 or more in order to maintain the shape of the product part without losing its shape. And guess that it is safe.

砂積層造形機から取り出された、各実施例おける中子には、図6に示す支持部はついておらず、支持部は、レジンコーテッドサンドに埋もれたまま造形枠の内側に残っていた。   The core in each of the examples taken out from the sand laminating machine did not have the supporting portion shown in FIG. 6, and the supporting portion remained inside the molding frame while being buried in the resin coated sand.

砂積層造形機から取り出された、各実施例における中子は、支持部の付け根部分の仕上げを行った後、二次焼成を行った。二次焼成では、中子の周囲にガラスビーズを充填した状態で、オーブンレンジによって250℃で6時間加熱した。また、比較例における壊れた中子の破片も、同じく、オーブンレンジによって250℃で6時間加熱した。   The core in each example taken out from the sand laminating machine was subjected to secondary firing after finishing the root of the supporting portion. In the secondary firing, the core was filled with glass beads and heated in a microwave oven at 250 ° C. for 6 hours. The broken pieces of the core in the comparative example were also heated in the microwave oven at 250 ° C. for 6 hours.

各実施例における二次焼成後の中子の曲げ強さは、1000N/cm以上1500N/cm以下であり、二次焼成前に比べ曲げ強さが大幅に向上した。一方、比較例における二次焼成後の破片の曲げ強さは、1750N/cmであり、二次焼成前に比べ曲げ強さが各実施例よりも飛躍的に向上した。 The bending strength of the core after the secondary firing in each example was 1000 N / cm 2 or more and 1500 N / cm 2 or less, and the bending strength was significantly improved compared to before the secondary firing. On the other hand, the bending strength of the shards after the secondary firing in the comparative example was 1750 N / cm 2 , and the bending strength was dramatically improved as compared with the respective examples before the secondary firing.

各実施例における二次焼成後の中子の曲げ強さは、一般的に使用されているシェル中子の曲げ強さ以上であり、シェル中子に代えて使用することができることが確認された。   The bending strength of the core after the secondary firing in each example is equal to or higher than the bending strength of the commonly used shell core, and it was confirmed that the core can be used in place of the shell core. .

また、実際の鋳造において中子が壊れずに機能する曲げ強さは600N/cmあれば良いことを突き止めた。従来のシェル中子では、オーバースペックであるとも言え、鋳造後の中子の崩壊性を考慮すると、曲げ強さは1750N/cmも必要はなく、実施例2、3、5〜7、9〜12では、砂積層造形機から取り出したままの中子を、二次焼成を行わずに鋳造に使用することができる。 Further, it has been found that the bending strength that allows the core to function without breaking in actual casting is 600 N / cm 2 . In the conventional shell core, it can be said that it is over-spec, but considering the disintegration property of the core after casting, the bending strength does not need to be 1750 N / cm 2 , and Examples 2, 3, 5 to 7, 9 In Nos. 12 to 12, the core as taken out from the sand laminating machine can be used for casting without performing secondary firing.

さらに、実施例1〜13では、エネルギー密度は1.3J/mm以上であることがわかる。また、実施例2と実施例3を比較すると、エネルギー密度は同じであり、ともに曲げ強さは600N/cmを超えている。中子の造形条件としては、レーザ走査速度が速いほど造形時間が短くなるため、実施例2よりも実施例3の方が好ましいといえる。しかも、実施例2よりも実施例3の方が曲げ強さの値は高い。 Furthermore, in Examples 1 to 13, it can be seen that the energy density is 1.3 J / mm 3 or more. Further, comparing Example 2 and Example 3, the energy densities are the same, and the bending strengths of both are over 600 N / cm 2 . As for the molding conditions of the core, since the molding time becomes shorter as the laser scanning speed becomes faster, it can be said that the working example 3 is more preferable than the working example 2. Moreover, the bending strength value of Example 3 is higher than that of Example 2.

また、積層ピッチについてみると、レーザ出力を50Wに揃えた、積層ピッチが0.30mmの実施例3、0.35mmの実施例5、0.40mmの実施例6、0.45mmの実施例7ではいずれも、曲げ強さは600N/cmを遙かに超えているが、積層ピッチを0.50mmに拡げた実施例8では、曲げ強さが600N/cmを下回っている。人工球形砂の粒度分布では最大ピークが0.106mmであることから、積層ピッチ、すわちレジンコーテッドサンドの一層分の厚さは、その最大ピークの、実施例3では2〜3倍、実施例5では約3倍、実施例6では3〜4倍、実施例7では約4倍、実施例8では4〜5倍であるといえる。レーザ出力が50Wであれば、積層ピッチ(レジンコーテッドサンドの一層分の厚さ)は、用いる砂粒子の粒度分布における最大ピークの5倍未満であることが好ましいことになる。5倍以上であると、レーザ光から供給される熱エネルギーが不足して、レジンコーテッドサンドの一つの層のうちの下部のレジンコーテッドサンドの温度が十分に上がらず、熱硬化しにくくなって、曲げ強さが低下する。なお、レーザ出力が25Wの場合についても調査した結果、この場合には、積層ピッチ(レジンコーテッドサンドの一層分の厚さ)は、用いる砂粒子の粒度分布における最大ピークの3倍未満であることが好ましいことがわかった。これらをまとめると、積層ピッチは、レジンコーテッドサンドの粒径の1倍より大きく3倍未満の長さに設定することが好ましい。1倍では、加熱効率が悪く、積層回数が多くなって造形時間が長引いてしまう。一方、3倍では、レーザ光の熱が下まで完全に伝わらず、硬化不足や結着不足が問題になる場合がある。 Regarding the stacking pitch, the laser output was made uniform to 50 W, the stacking pitch was 0.30 mm in Example 3, 0.35 mm in Example 5, 0.40 mm in Example 6, and 0.45 mm in Example 7. In each case, the bending strength far exceeds 600 N / cm 2 , but in Example 8 in which the stacking pitch is expanded to 0.50 mm, the bending strength is less than 600 N / cm 2 . Since the maximum peak in the particle size distribution of the artificial spherical sand is 0.106 mm, the layer pitch, that is, the thickness of one layer of the resin coated sand is 2-3 times the maximum peak, which is 2 to 3 times in Example 3. It can be said that it is about 3 times in Example 5, about 3 to 4 times in Example 6, about 4 times in Example 7, and 4 to 5 times in Example 8. When the laser output is 50 W, the lamination pitch (thickness of one layer of resin coated sand) is preferably less than 5 times the maximum peak in the particle size distribution of the sand particles used. When it is 5 times or more, the thermal energy supplied from the laser beam is insufficient, the temperature of the lower resin coated sand in one layer of the resin coated sand does not rise sufficiently, and it becomes difficult to thermally cure, Bending strength decreases. As a result of investigating the case where the laser output is 25 W, the stacking pitch (thickness of one layer of the resin coated sand) is less than 3 times the maximum peak in the particle size distribution of the sand particles used in this case. Was found to be preferable. In summary, the lamination pitch is preferably set to a length that is larger than 1 time and smaller than 3 times the particle size of the resin coated sand. When it is 1 time, the heating efficiency is poor, the number of laminations increases, and the modeling time is prolonged. On the other hand, when the amount is 3 times, the heat of the laser beam is not completely transmitted to the bottom, and insufficient curing or insufficient binding may be a problem.

また、レーザ走査ピッチについてみると、レーザ出力を50Wに揃えた、レーザ走査ピッチが0.16mmの実施例9、0.17mmの実施例10、0.18mmの実施例11、0.19mmの実施例12ではいずれも、曲げ強さは600N/cm以上であるが、レーザ走査ピッチを0.20mmに拡げた実施例13では、曲げ強さが600N/cmを大きく下回っている。レーザスポット径が直径0.1mmであることから、隣り合うY方向の走査線におけるレーザ照射領域の間には、レーザ走査ピッチを0.20mmに拡げた実施例13では、0.1mmの隙間が生じていることなる。ここで、人工球形砂の粒度分布における最大ピークが0.106mmであることから、隣り合う走査線におけるレーザ照射領域の間隔は、レーザ出力が50Wの場合には、およそ砂粒子の粒径以下であることが好ましいことになる。なお、レーザ出力が25Wの場合についても調査した結果、隣り合う走査線におけるレーザ照射領域の間隔は、この場合には、およそ砂粒子の粒径の1/2以下であることが好ましいことがわかった。また、レーザ出力が、50Wの場合であっても25Wの場合であっても、隣り合う走査線におけるレーザ照射領域が重なってしまうと、重なった部分では熱エネルギーが大きくなりすぎてしまうため、重ならないことが好ましい。 As for the laser scanning pitch, the laser output was set to 50 W, the laser scanning pitch was 0.16 mm in Example 9, 0.17 mm in Example 10, 0.18 mm in Example 11, and 0.19 mm. In each of Example 12, the bending strength is 600 N / cm 2 or more, but in Example 13 in which the laser scanning pitch is expanded to 0.20 mm, the bending strength is far below 600 N / cm 2 . Since the diameter of the laser spot is 0.1 mm, in Example 13 in which the laser scanning pitch is expanded to 0.20 mm, a gap of 0.1 mm is provided between the laser irradiation areas in the adjacent scanning lines in the Y direction. It's happening. Here, since the maximum peak in the particle size distribution of the artificial spherical sand is 0.106 mm, the interval between the laser irradiation regions on the adjacent scanning lines is about the particle size of the sand particles or less when the laser output is 50 W. It would be preferable to have. In addition, as a result of investigating the case where the laser output is 25 W, it is found that the interval between the laser irradiation regions on the adjacent scanning lines is preferably about 1/2 or less of the particle diameter of the sand particles in this case. It was In addition, regardless of whether the laser output is 50 W or 25 W, if the laser irradiation areas in adjacent scanning lines overlap, thermal energy becomes too large in the overlapped portion. Preferably not.

1 砂積層造形機
10 造形枠
11 積層プレート
12 昇降機構
20 ならし部材
30 供給装置
40 レーザ発振器
50 スキャナ
60 制御部
cs 人工球形砂
hof ハイオルソノボラック型フェノール樹脂
rs レジンコーテッドサンド
sp 積層空間
SL 層
B ベース板
C 中空中子
F 支持部
1 Sand Laminating Machine 10 Forming Frame 11 Laminating Plate 12 Elevating Mechanism 20 Leveling Member 30 Feeding Device 40 Laser Oscillator 50 Scanner 60 Control Unit cs Artificial Spherical Sand hof High Orthonovolak Phenolic Resin rs Resin Coated Sand sp Laminating Space SL Layer B Base plate C Hollow core F Support

Claims (7)

レジンコーテッドサンドを収納した収納部と、
前記収納部に収納されているレジンコーテッドサンドの層を形成する層形成手段と、
レジンを硬化させるレーザ光を前記層に照射する照射部とを備え、
前記層形成手段が、前記層への前記レーザ光の照射が完了すると、該層の上に新たなレジンコーテッドサンドの層を形成するものであり、
前記収納部は、砂粒子の表面がオルソ率が55%以上75%以下のレジンで被覆されたレジンコーテッドサンドを収納したものであり、
前記照射部が、10W以上80W以下の出力でレーザ光を照射するものであることを特徴とする砂積層造形機。
A storage part that stores the resin coated sand,
Layer forming means for forming a layer of resin coated sand stored in the storage section,
An irradiation unit that irradiates the layer with laser light for curing the resin,
The layer forming means, when the irradiation of the laser beam to the layer is completed, to form a new resin coated sand layer on the layer,
The storage section stores a resin coated sand in which the surface of the sand particles has an ortho rate of 55% or more and 75% or less and is coated with resin.
A sand additive molding machine, wherein the irradiation unit irradiates a laser beam with an output of 10 W or more and 80 W or less.
前記照射部が、走査することによって所望の形状全体にレーザ光を照射した後、該形状の輪郭をなぞるようにレーザ光を照射するものであることを特徴とする請求項1記載の砂積層造形機。   2. The sand laminate molding according to claim 1, wherein the irradiation unit irradiates the entire shape with laser light by scanning and then irradiates the laser light so as to trace the contour of the shape. Machine. 前記照射部が、前記形状全体にレーザ光を照射するときのレーザ光の出力と、該形状の輪郭をなぞるときのレーザ光の出力は同じ出力であることを特徴とする請求項2記載の砂積層造形機。   3. The sand according to claim 2, wherein the output of the laser light when the irradiation unit irradiates the entire shape with laser light and the output of the laser light when tracing the contour of the shape are the same. Additive modeling machine. 前記照射部が、前記形状の輪郭をなぞるときのレーザ光の出力を、該形状全体にレーザ光を照射するときのレーザ光の出力よりも下げてレーザ光を照射するものであることを特徴とする請求項2記載の砂積層造形機。   The irradiation unit lowers the output of the laser light when tracing the contour of the shape below the output of the laser light when irradiating the entire shape with the laser light, and irradiates the laser light. The sand laminate molding machine according to claim 2. 前記照射部が、走査することによって所望の形状全体にレーザ光を照射した後、該形状の輪郭に接した、該輪郭よりも外側の最外周縁をなぞるようにレーザ光を照射するものであることを特徴とする請求項1記載の砂積層造形機。   The irradiation unit irradiates the entire desired shape with laser light by scanning, and then irradiates the laser light so as to trace the outermost peripheral edge that is in contact with the contour of the shape and outside the contour. The sand additive molding machine according to claim 1, wherein 前記照射部が、積層された複数のレジンコーテッドサンドの層にわたってレーザ光を照射することで、上部ほど細くなる複数の支持部を分散した位置で硬化させた後、該複数の支持部の上に積層された複数のレジンコーテッドサンドの層にわたってレーザ光を照射することで、該複数の支持部それぞれに接続した製品部を硬化させるものであることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項記載の砂積層造形機。   The irradiation unit irradiates a laser beam over a plurality of stacked resin-coated sand layers to cure a plurality of support portions that become thinner toward the upper portion at dispersed positions, and then, onto the plurality of support portions. 6. The product portion connected to each of the plurality of supporting portions is cured by irradiating the laminated resin coated sand layers with laser light. A sand additive molding machine according to item 1. 前記収納部に収納されていたレジンコーテッドサンドが供給され、該レジンコーテッドサンドを塊状に一時貯留する貯留部を備え、
前記層形成手段が、前記貯留部に一時貯留されているレジンコーテッドサンドの塊を層状に掻き拡げ該レジンコーテッドサンドの層を形成するものであることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項記載の砂積層造形機。
The resin coated sand stored in the storage section is supplied, and a storage section for temporarily storing the resin coated sand in a lump form is provided,
7. The layer forming means scrapes and spreads a lump of resin coated sand temporarily stored in the storage portion into a layer to form a layer of the resin coated sand. The sand additive molding machine according to item 1.
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