JP2022531659A - 剛性が強化された積層造形部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

積層造形部品は、積層造形粉末と、固体の形状で粉末を支持する結合剤材料と、固体内に注入される強化樹脂とを含む固体材料として形成される。積層造形粉末は砂であってもよい。注入される樹脂は、混合中に２液型樹脂の２液の混合物に不活性ガスが添加される２液型樹脂であり得る。注入される樹脂は、固体の周面から内側に注入することができ、固体の厚さを部分的又は完全に浸透することができる。

Description

積層造形処理では、完成部品の形状を一緒に規定する連続した層状に粉末を堆積させることによって部品を形成することができる。

粉末と共に結合剤材料が堆積されて、粉末を所望の形状に支持及び保持する。場合によっては、粉末として砂が使用される。

積層造形部品は、積層造形粉末と、固体の形状で粉末を支持する結合剤材料と、固体内に注入される強化樹脂とを含む固体材料で構成される。

積層造形粉末は砂であってもよい。注入される樹脂は、エポキシ樹脂とエポキシ硬化剤とを含む２液型樹脂であってもよい。注入される樹脂は、固体の周面から内側に注入することができ、固体の厚さを部分的又は完全に浸透することができる。

所与の実例では、固体は工具の構成で形成される。一実例では、工具は斧頭である。別の実例では、工具は、成形面と、成形面と連通する空気流チャネルとを有する真空金型工具である。金型工具は、真空金型アセンブリのベースを横切ってスライドするようにレール上に支持され得る。そのような金型工具は、複数の工具のうちの１つであって、複数の工具が隣接する位置にスライドし、そこで、組み合わされた成形面を規定するものであってもよい。金型工具は、成形面の切り込みによって規定されるトリムラインを有することもできる。

部品を形成する方法は、最初に積層造形粉末と結合剤材料との多孔質体を形成する。次に、強化樹脂が、多孔質体に注入され、多孔質体内で硬化される。

部品は、金型工具として使用する場合、金型工具の空気流チャネルと連通する空気流チャネルを有するベース上に配置される。金型工具の成形面上に真空成形材料のシートが配置される。ベース内の空気流チャネルと金型工具とに真空圧を加えて、成形材料のシートを成形面に引き寄せる。

１つの方法では、２液型注入樹脂及び／又は２液型ツーリングゲルコートに、２液を一緒に混合する間に不活性ガスが導入される。一態様では、不活性ガスは、窒素ガス又はアルゴンガスであり得る。

一態様では、方法が提供され、方法は、積層造形処理で積層造形粉末と結合剤材料との多孔質体を形成するステップと、多孔質体に樹脂を注入するステップであって、樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、樹脂と硬化剤との混合中に２液型樹脂に不活性ガスが印加される、ステップと、多孔質体内に注入される樹脂を硬化させるステップと、を含む。

別の態様では、方法が提供され、方法は、空気流チャネルを有するベース上に金型工具を配置するステップであって、金型工具は、成形面と、成形面をベース内の空気流チャネルと連通させる空気流チャネルとを有し、金型工具は、積層造形粉末と、成形面を有する固体として積層造形粉末を支持する結合剤とを含み、固体内に注入される樹脂を更に含み、樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、樹脂と硬化剤との混合中に２液型樹脂に不活性ガスが印加される、ステップと、成形面上に真空成形材料のシートを配置するステップと、ベース内の空気流チャネルと金型工具とに真空圧を加えて、成形材料のシートを成形面に引き寄せるステップと、を含む。

一態様では、装置が提供され、装置は、形状を有する固体材料を備え、材料は、積層造形粉末と、固体の形状で積層造形粉末を支持する結合剤材料と、固体内に注入される樹脂とを含み、樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、樹脂と硬化剤との混合中に２液型樹脂に不活性ガスが印加される。

別の態様では、装置が提供され、装置は、成形面と、成形面と連通する空気流チャネルとを有する金型工具を備え、金型工具は、積層造形粉末と、成形面を有する固体として積層造形粉末を支持する結合剤と、固体内に注入される樹脂とを含み、樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、樹脂と硬化剤との混合中に２液型樹脂に不活性ガスが印加される。

一態様では、混合工具が提供され、混合工具は、中空穴を有するハウジングと、中空穴を通って延在する混合シャフトであって、混合シャフトは、混合シャフトの遠位端に混合ヘッドを含み、混合シャフトは、回転誘導装置によって係合される近接端を含む、混合シャフトと、遠位端にノズルを有する空気ラインであって、空気ラインは、ノズルを通るように方向付けられた不活性ガスの流れを含み、ノズルは、混合ヘッドの近くに配向されている、空気ラインと、を備える。

別の態様では、装置が提供され、装置は、成形面と、成形面と連通する空気流チャネルとを有する金型工具を備え、金型工具は、積層造形粉末と、成形面を有する固体として積層造形粉末を支持する結合剤と、固体内に注入される樹脂とを含み、樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、樹脂と硬化剤との混合中に２液型樹脂に不活性ガスが印加され、金型工具は、成形面を通って延在する放出器要素を含む。

積層造形部品を形成する方法で取られるステップのフローチャートである。 同様に、積層造形部品を形成する方法で取られるステップのフローチャートである。 積層造形部品を形成する方法で取られるステップの別のフローチャートである。 部分的に成形された積層造形部品の図である。 積層造形部品の図である。 積層造形部品の部分断面図である。 部品の代替構造を示す図５Ａと同様の図である。 真空金型工具として構成された積層造形部品の図である。 真空金型工具として構成された積層造形部品の図である。 真空金型工具として構成された積層造形部品の図である。 真空金型工具として構成された積層造形部品の図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品の図である。 真空金型アセンブリのベース上の図７Ａの装置を示す図である。 真空金型工具として構成された積層造形部品の底面図である。 真空金型アセンブリ内のベースの概略側面断面図である。 図９のベース上の真空金型工具を示す概略側面断面図である。 真空金型工具として構成された別の積層造形部品の図である。 真空金型工具として構成された別の積層造形部品の図である。 真空金型工具として構成された一対の積層造形部品を示す図であり、真空金型アセンブリの部品も示している。 真空金型工具として構成された一対の積層造形部品を示す図であり、真空金型アセンブリの部品も示している。 真空金型工具として構成された一対の積層造形部品を示す図であり、真空金型アセンブリの部品も示している。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品の図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品の断面図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品の図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品の図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた一対の積層造形部品の図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた一対の積層造形部品の図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品の断面図である。 図１５Ａに示される積層造形部品の部分断面図である。 部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品の図である。 混合物に不活性ガスを導入しながら、２液型樹脂及び／又はコーティングを混合するための工具の図である。 混合物に不活性ガスを導入しながら、２液型樹脂及び／又はコーティングを混合するための工具の図である。 混合物に不活性ガスを導入しながら、２液型樹脂及び／又はコーティングを混合するための工具の断面図である。 積層造形部品を形成する方法で取られるステップのフローチャートである。 空気圧放出器要素を備えた真空金型工具を示す側面断面図である。 空気圧放出器要素の図である。 空気圧放出器要素の図である。 格納位置にある空気圧放出器要素の断面図である。 伸長位置にある空気圧放出器要素の断面図である。

図面に示されている装置は、装置請求項に記載されている要素の実例であり、方法請求項に記載されているステップを実行するために使用することができる構造を含む。したがって、図示された装置は、特許請求された発明を当業者がどのように作製及び使用することができるかの実例を含む。これらの実例は、特許請求の範囲に記載されていない限定を課すことなく、特許法の記載要件及び実施可能要件を満たすように記載されている。１つの態様の１つ又は複数の要素は、特許請求される発明の任意の特定の実施に必要な場合、別の態様の１つ又は複数の要素と組み合わせて、或いはその代わりとして使用することができる。

図１、図２及び図３に示されるように、積層造形部品を形成及び使用する方法は、要約されたステップで実行することができる。

方法１００は、積層造形を使用して砂と結合剤との混合物から部品を作製するステップ（１０２）と、砂及び結合剤部品の表面に浸透する樹脂を砂及び結合剤部品に注入するステップ（１０４）と、を含み得る。

方法２００は、積層造形を使用して砂と結合剤との混合物から部品を作製するステップ（２０２）であって、部品は、ガイドレール用の正方形の開口部と均一な真空印加用のチャネル穴とを含む、ステップと、砂及び結合剤部品の表面に浸透する樹脂を砂及び結合剤部品に注入するステップ（２０４）と、部品の成形面を所望の表面仕上げに研磨するステップ（２０６）と、部品の成形面にトリムラインを追加するステップ（２０８）と、部品をベースに取り付けるステップ（２１０）であって、ベースは、真空を印加するための真空穴とチャネルとを含む、ステップと、成形する加熱材料のシートを部品の成形面に適用するステップ（２１２）と、部品に真空を印加し、ベースの真空穴とチャネル、及び部品内のチャネル穴内に負圧を作成するステップ（２１４）と、を含み得る。

方法３００は、積層造形を使用して砂と結合剤との混合物から部品を作製するステップ（３０２）であって、部品は、ガイドレール用の正方形の開口部と均一な真空印加用のチャネル穴とを含む、ステップと、砂及び結合剤部品の表面に浸透する樹脂を砂及び結合剤部品に注入するステップ（３０４）と、部品の成形面を所望の表面仕上げに研磨するステップ（３０６）と、部品の成形面にトリムラインを追加するステップ（３０８）と、同じ方法で成形された追加の部品に部品を取り付け、複数部品成形面を作製するステップ（３１０）と、部品をベースに取り付けるステップ（３１２）であって、ベースは、真空を印加するための真空穴とチャネルとを含む、ステップと、成形する加熱材料のシートを複数部品成形面に適用するステップ（３１４）と、部品に真空を印加し、ベースの真空穴とチャネル、及び部品内のチャネル穴内に負圧を作成するステップ（３１６）と、を含み得る。

図４は、材料４００の多孔質体の部分図である。多孔質体４００は、工具、具体的には図４Ｂの斧頭４０２の形状を有する。本体４００が形成される材料は、積層造形粉末を含み、更に、本体４００の形状で粉末を支持するように硬化される結合剤材料を含む。この実例の積層造形粉末は砂である。結合剤材料は、当技術分野で知られている任意の適切な結合剤材料であり得る。

図４Ａに示す状態では、本体４００は、砂と、砂を斧頭の形状に保持する硬化した結合剤のみを含む。したがって、本体４００は「生（ｇｒｅｅｎ）」と呼ばれることがある。しかしながら、図４Ｂの状態では、本体４００の多孔質構造に樹脂４０４が注入されている。注入される樹脂４０４は、本体４００の周面４０６（図４Ａ）上に重なり、周面４０６から内側に浸透する。樹脂４０４は、周面４０６に手動で塗布することができ、浸透は、本体４００の多孔質構造における吸上作用によって達成することができる。硬化すると、注入される樹脂４０４は、本体４００が全体として斧頭４０２として機能できるように追加の剛性を与えるが、生砂／結合剤材料だけでは、斧頭に必要な剛性を有さないであろう。エポキシ樹脂とエポキシ硬化剤の両方を含む樹脂材料が好ましい場合がある。

積層造形部品５００の別の実例が、図５Ａの断面図に部分的に示されている。部品５００の図示されたセクション５０２は、対向する周面部５０４と５０６との間に厚さＴを有する。樹脂５１０は、対向する面部のうちの１つ５０４から内側に注入され、生砂／結合剤材料５１２を厚さＴよりも浅い深さＤまで浸透する。或いは、注入される樹脂５１０は、厚さＴ全体を浸透することができ、又は図５Ｂの実例に示されるように、対向する表面部５０４及び５０６の両方から内側に注入することができる。浸透の深さは、完成部品５００の使用目的に必要に応じて、対応する程度の強化された剛性を提供するように選択することができる。

図６Ａ～図６Ｄの実例は、真空金型工具として使用するために構成された積層造形部品である。工具６００は、真空ポート６０３を備えた輪郭成形面６０２を有する。真空ポート６０３は、真空圧源に繋がる内部空気流路と連通している。成形面６０２は、ポート６０３での真空圧によって成形面６０２に対して引き寄せられる真空成形材料のシートに対応する輪郭を与えるように輪郭が描かれている。

工具６００が形成される材料は、この実例では砂である積層造形粉末を含み、更に、真空金型工具の形状で粉末を支持するように硬化される結合剤材料を含む。更に、樹脂６１０は、砂／結合剤材料の周面から内側に注入される。注入される樹脂６１０は、砂／結合剤材料の本体に、工具６００を真空金型工具として使用するために必要な剛性を提供する。上記のように、注入される樹脂６１０は、エポキシ樹脂及びエポキシ硬化剤を含み得る。工具６００は、成形面６０２の反対側の下部６０８を含み得る。下部６０８は、ベースと相互作用及び／又はベースと係合することができる。側面部６１２は、成形面６０２と下部６０８との間に配向され得る。側面部６１２の少なくとも一部は、工具６００の設計、及び真空成形材料が側面部６１２に接触することを意図されているかどうかに応じて、成形面の一部であってもよく、成形面の一部でなくてもよい。

図６Ａ～図６Ｄに更に示されるように、工具６００は、真空成形アセンブリ内のベース上で部品６００を支持するレールを受け入れるための通路６２０を有する。そのようなベースは、真空源をポート６０３及び工具６００の通路と連通させるための空気流路及びポートを有する。また、成形面６０２の反対側の工具６００の底面にある切り欠き６２２も示されている。切り欠き６２２は、材料を低減し、延いては工具６００の重量を低減し、リブ６２４は、強度のために設けられる。ポート６２９を備えた空気流チャネル６２７は、真空成形ベースの空気流機構と連通するように配置されている。ポート６２９は、ポート６０３と流体連通していてもよい。

図７Ａ及び図７Ｂの実例は、図６Ａ～図６Ｄの工具６００と実質的に同じである真空金型工具７００を含む。したがって、工具７００は、真空ポート７０３を備えた輪郭成形面７０２を有する。真空ポート７０３は、真空圧源に繋がる内部空気流路と連通している。成形面７０２は、ポート７０３での真空圧によって成形面７０２に対して引き寄せられる真空成形材料のシートに対応する輪郭を与えるように輪郭が描かれている。同様に、工具７００は、工具６００を参照して説明したように、切り欠き、空気流チャネル、及びポートを備えた底面を有する。

工具７００が形成される材料は、この実例では砂である積層造形粉末を含み、更に、真空金型工具の形状で粉末を支持するように硬化される結合剤材料を含む。樹脂７１０は、砂／結合剤材料の周面から内側に注入される。注入される樹脂７１０は、砂／結合剤材料の本体に、工具７００が真空金型工具として機能するのに必要な剛性を提供する。注入される樹脂７１０は、エポキシ樹脂及びエポキシ硬化剤を含み得る。

また、図７Ａ及び図７Ｂには、工具７００の通路７２０を通って延びるレール７１４が示されている。レール７１４は、真空成形ベース７２６（図７Ｂ）上で工具７００を支持する。木材、又は機械加工されて工具７００の重量を支えることができる任意の材料で形成することができるベース７２６は、上記のような空気流機構で構成される。留め具７２４は、工具７００がベース７２６内の空気流機構と位置調整するためにレール７１４に沿ってスライドできるように、ベース７２６上のレール７１４を支持する。留め具７１４はまた、工具７００の重量のかなりの部分を支える。

図８は、底面８０８に切り欠き８２２、リブ８２４、及び空気流チャネル８２７の異なる構成のアレイを有することによって工具７００とは異なる工具８００の底面図である。空気流チャネル８２７は、リブ８２４にノッチ８２９を含む。

真空成形ベース９００の別の実例が図９に示されている。このベース９００は、上部及び下部パネル９０２及び９０４を含み、これらのそれぞれは、木材、又は機械加工されて工具１０００の重量を支えることができる任意の材料で形成することができる（図１０）。上部パネル９０２は、上記のように積層造形された真空金型工具を支持するための平面輪郭を備えた上面９０６を有する。下部パネル９０４は、中央ポート９０９を備えた下面９０８を有する。ポート９０９を真空空気ラインに接続するために、継手９１０が提供される。パネル９０２と９０４との間の通路９１３のアレイは、ポート９０９を、上部パネル９０２を通って上面９０６の真空ポート９１７に延びる追加の通路９１５と連通している。パネル９０２と９０４との間に周辺シール９２０が設けられている。

図１０に示されるように、積層造形された真空金型工具１０００の別の実例が、図９のベース９００上の動作位置に示されている。上記の金型工具と同様に、この工具１０００は、積層造形粉末、好ましくは砂、及び真空金型工具の形状で粉末を支持するように硬化される結合剤材料を含む材料で形成されている。砂／結合剤材料の本体の周面から樹脂が内側に注入される。注入される樹脂は、砂／結合剤材料の本体に、工具１０００を真空金型工具として使用するために必要な剛性を提供する。注入される樹脂は、エポキシ樹脂及びエポキシ硬化剤を含み得る。

工具１０００は、ベース９００の上面９０６の真空ポート９１７上に配置された空気流チャネル１００７を備えた底面１００４を有する。工具１０００の内部空気流路１００９は、チャネル１００７を、工具１０００の成形面１０１４にある真空ポート１０１３と連通している。使用の際、真空成形材料の加熱されたシート１０２０は、図１０に示されるように、工具１０００上に配置される。次に、相互接続されたチャネル９１３、１００７、１００９及びポート９０９、９１７、１０１３を介して真空圧が加えられ、シート１０２０を成形面１０１４に引き寄せ、それにより、成形面１０１４の輪郭に対応する輪郭を有するシート１０２０を形成する。

図１１の実例では、積層造形された真空金型工具１１００は、成形面１１０４にトリムライン１１０２を備える。トリムライン１１０２は、図１０を参照して上記の方法で成形面１１０４に対して成形された真空成形材料のシートから切り取られる成形部品の輪郭を横切る。そのようなトリムライン１１０２は、成形面１１０４に切り込むことによって規定することができる。

図１２の実例はまた、成形面１２０４に切り込まれたトリムライン１２０２を備えた積層造形された金型工具１２００を示している。工具１２００は更に、注入される強化樹脂の上に塗布された強化樹脂の追加の層を有して、成形面１２０４にトップコートを提供する。樹脂の追加の層は手動で塗布することができ、研くこと及び／又は研磨することができる。

図１３Ａ～図１３Ｃは、成形面１３０４及び１３０６を備えた一対の積層造形された真空金型工具１３００及び１３０２を示している。成形面１３０４及び１３０６は、図１３Ｃに示されるように、２つの金型工具１３００及び１３０２がベース１３１０上の隣接する位置に配置されるときに、組み合わされた成形面１３０８を規定するように構成される。金型工具１３００及び１３０２は、図７を参照して上記のレール７１４のようにレール１３１２に沿って工具１３００及び１３０２をスライドさせることによって隣接する位置に移動される。

図１４Ａ～図１４Ｆは、部品を真空金型工具として使用するためのレールを備えた積層造形部品を示している。金型工具１４００は、真空成形材料のシートを成形するように構成された成形面１４０４を含み得る。金型工具１４００は、工具１４００を通って延びる通路１４２０を通って延在するレール１４１２を含み得る。通路１４２０は、工具１４００の底部１４０８の近くに配向することができる。

レール１４１２は、工具１４００を支持、処理、及び／又はインデックスを付けるように構成され得る。支持及び取り扱いの目的で、レール１４１２の長さは、レール１４１２が工具１４００を通って完全に延在し、工具１４００の片側又は両側から約２０．３ｃｍ～２５．４ｃｍ（８インチ～１０インチ）で終端できるような長さであり得る。レール１４１２のそれぞれは、隣接するレール１４１２から約３０．５ｃｍ～６１．０ｃｍ（１２インチ～２４インチ）離して配置することができる。

レール１４１２のそれぞれは、工具１４００の重量を取り扱い、支えることができる、様々な寸法のいずれかを備えた、様々な材料のいずれかから作製され得る。例えば、レール１４１２は、金属材料、木質材料などから作製され得、直径又は幅は、約２．５ｃｍ～５．０ｃｍ（１インチ～２インチ）であり得る。

図１４Ｃ及び図１４Ｄに示されるように、レール１４１２は、オープンエンドテーブル、ラックなどのような支持装置１４３０上で工具１４００を支持するために使用され得る。図１４Ｄに示されるように、工具１４００は、レール１４１２を使用して工具１４００を処理及び支持することにより、反転させることができる。このようにして、工具１４００の周辺に沿った全ての領域は、工具を準備及び仕上げる際の処理のためにアクセスされ得る。

図１４Ｅ及び図１４Ｆに示されるように、レール１４１２は、複数の真空成形部品を一度に形成するために互いに隣接する複数の工具１４００、１４０２にインデックスを付けるために、又はモジュール式のより大きな工具の複数の部品を組み立てるために使用され得る。第１の工具１４００は、第１の成形面１４０４を有し得、第２の工具１４０２は、第２の成形面１４０６を有し得る。必要に応じて、第１及び第２の成形面１４０４、１４０６は、より大きな成形面のセクションであり得る。第１の工具１４００及び第２の工具１４０２は、レール１４１２に沿って、互いに対して所望の配向にスライドすることができる。

図１５Ａは、通路１５２０を通って延在するレール１５１２を含む金型工具１５００の断面図を示す。留め具１５３２は、工具１５００をレール１５１２に固定するために、工具１５００の底部１５０８を通って延在し得る。即ち、留め具１５３２は、レール１５１２が軸方向にスライドして工具１５００から出入りするのを防ぐことができる。留め具１５３２は、ねじを含む様々な留め具のいずれかを含み得る。図１５Ｂは、レール１５１２及び工具１５００を互いに固定する留め具１５３２を含む、図１５Ａに示される工具１５００の部分断面図を示す。

図１６は、成形面１６０４を含む金型工具１６００を示している。工具１６００は、通路１６２０を通って延在する複数のレール１６１２を含み得る。工具１６００が他の工具１６００で処理され、支持され、又はインデックスを付ける必要がなくなると、レール１６１２は、工具１６００の使用の邪魔にならないように、工具１６００の側面とほぼ同一平面にトリミングされ得る。

図１７Ａ～図１７Ｃは、混合物に不活性ガスを導入している間の混合工具１７００の２液型樹脂及び／又はコーティングを示している。

混合工具１７００は、ハウジング１７５０を含み得る。ハウジング１７５０は、混合工具１７００を操作するためにユーザの手によって把持されるように構成されたハンドル１７５２を含み得る。

ハウジング１７５０は、中空穴を含むことができ、ハウジング１７５０の中空穴内に、混合シャフト１７５４を延在することができる。混合シャフト１７５４は、例えば、１つ又は複数のボールベアリングを介して、ハウジング１７５０に回転可能に取り付けることができる。混合シャフト１７５４は、ハウジング１７５０とは独立して回転するように構成される。混合シャフト１７５４の遠位端は、混合ヘッド１７５６を含み得る。混合ヘッド１７５６は、例えば、２液型樹脂及び／又は２液型コーティングの２液（例えば、樹脂及び硬化剤）を含む要素を混合するように構成された様々なデバイスのいずれかであり得る。

混合工具１７００は、回転誘導装置１７５８を含み得る。回転誘導装置１７５８は、混合シャフト１７５４及び混合シャフト１７５４の遠位端に接続された混合ヘッド１７５６を回転させることができる。回転誘導装置１７５８は、混合シャフト１７５４の近接端に係合することができる。

混合工具１７００は、空気ライン１７６０を含み得る。空気ライン１７６０は、例えば、２液型樹脂及び／又は２液型コーティングの２液（例えば、樹脂及び硬化剤）の混合物を含む混合物に不活性ガスを導入するように構成された可撓性配管であり得る。混合ヘッド１７５６による２液の混合中に、混合工具１７００の使用者は、空気ライン１７６０を通って不活性ガスを、空気ラインの遠位端に取り付けられたノズル１７６２から流出させることができる。不活性ガスは、窒素とアルゴンの一方又は両方であり得る。ノズル１７６２は、不活性ガスが要素の混合部位に直接導入されるように、不活性ガスを混合ヘッド１７５６に方向付けるように配向することができる。或いは、ノズル１７６２は、不活性ガスが混合部位の下に導入され、要素の混合部位を通って泡立つように、混合ヘッド１７５６のすぐ下に不活性ガスを方向付けるように配向され得る。

混合中に不活性ガスを導入すると、２液型樹脂及び／又は２液型コーティングのガラス転移（Ｔｇ）が上昇する場合がある。混合中に不活性ガスを導入すると、２液型樹脂及び／又は２液型コーティングのＴｇが、製造業者が示した樹脂及び／又はコーティングのＴｇの最大３０％上昇する可能性がある。Ｔｇの上昇は、それらの材料で最大のＴｇポテンシャルを達成するため、不活性ガスの導入が、２液型樹脂及び／又はコーティングの２液（例えば、樹脂及び硬化剤）を均一に混合するのを助ける混合サイクロン効果を生み出す結果である可能性がある。

不活性ガスの導入は、例えば方法１００、２００、３００を含む、金型工具を製造する前述の方法のいずれかに含まれ得る。実際には、粉末（砂など）と結合剤との混合物から成形された部品に樹脂が注入され、樹脂が部品の表面に浸透する。樹脂は、上記のように不活性ガスが樹脂に印加されている間に混合される２液型樹脂であり得る。混合されると、樹脂は、部品の第１の側（例えば、上面）の砂及び結合剤部品に塗布される。樹脂を一定時間（例えば、２４時間）硬化させ、その後、部品を反転させ、樹脂を、部品の第２の側（例えば、底部）の砂及び結合剤部品に塗布することができる。樹脂を一定時間（例えば、２４時間）硬化させる。この時点で、部品はセメントとほぼ同じくらい硬い。

樹脂の塗布及び硬化に続いて、２液型コーティングなどの表面処理を部品に塗布することができる。２液型コーティングは、ツーリングゲルコーティングであり得る。上記のように不活性ガスを混合物に導入しながら、２液型コーティングを混合することができる。コーティングは部品に塗布することができる（部品が金型工具である場合、コーティングは成形面に塗布することができる）。コーティングは一定時間（例えば、２４時間）硬化することができ、処理は完了する。必要に応じて、サンドブラスト材料などの微粒子を、塗布後、硬化する前にコーティングに塗布することができる。微粒子を追加すると、最終的な工具表面にテクスチャが追加される。

図１８は、積層造形部品を形成する方法１８００で取られるステップのフローチャートである。方法１８００は、積層造形を使用して、砂と結合剤との混合物から部品を作製するステップ（１８０２）と、砂及び結合剤部品に２液型樹脂を注入するステップであって、不活性ガス（窒素及び／又はアルゴン）が混合物に導入されている間に２液が混合され、樹脂が砂及び結合剤部品の表面に浸透する、ステップ（１８０４）と、樹脂が注入された部品に２液型コーティングを塗布し、不活性ガス（窒素及び／又はアルゴン）が混合物に導入されている間に２液が混合され、コーティングは少なくとも部品の成形面を覆うステップ（１８０６）と、を含み得る。

図１９は、空気圧放出器要素１９７０を備えた真空金型工具１９００を示す側面断面図である。金型工具１９００は、成形面１９０４と、通路１９２０を通って延在する複数のレール１９１２とを含み得る。

放出器要素１９７０は、成形面１９０４を通って延在し得る。即ち、成形面１９０４は、放出器要素１９７０が通って延在し得る開口部を含み得る。図１９に示されるように、放出器要素１９７０は、放出器要素１９７０がその格納位置にある間、それを取り囲む成形面１９０４とほぼ同一平面にあり得る。空気ライン１９７２は、放出器要素１９７０の下側から延在し得る。空気ライン１９７２は、成形面１９０４で放出器要素１９７０に流体的に接続され、そこから工具１９００の底部１９０８まで延在し得る。空気ライン１９７２は、加圧空気を放出器要素１９７０に供給するように構成され得る。空気ライン１９７２は、底部１９０８から又はその近くに延在し、空気圧縮機から延在する別の空気ラインなどの加圧空気源を取り付けるように構成された空気継手１９７４を含み得る。放出器要素１９７０の動作は、図２１Ａ及び図２１Ｂを参照して以下で更に説明される。

図２０Ａは、空気ライン２０７２に接続され、次に空気継手２０７４に接続された空気圧放出器要素２０７０を示している。この配置は、図１９に示されるものと実質的に同様であり、放出器要素２０７０が成形面とほぼ同一平面に延在し、空気継手２０７４が工具の外側／表面に延在するように、金型工具内に配置することができ（例えば、工具の底部）、空気ライン２０７２は、空気継手２０７４と放出器要素２０７０との間に延在する。実際には、加圧空気（例えば、空気圧縮機から）は、選択的に空気継手２０７４に供給され、空気ライン２０７２を通って空気圧放出器要素２０７０に流れるようにすることができる。

図２０Ｂは、空気圧放出器要素２０７０の分解図を示している。放出器要素２０７０は、ポペット２０７６、ブッシング２０７８、及び空気継手２０８０を含み得る。空気継手２０８０は、空気ライン２０７２と係合するように構成され得るか、或いは、金型工具が、空気ライン２０７２の必要性を完全に回避するのに十分に薄い厚さを有する場合、空気継手２０８０は、加圧空気源に直接接続され得る。

ブッシング２０７８は、成形面に形成された金型工具の開口部内に適合するように構成された外径を備えた、実質的に円筒形の形状であり得る。ポペット２０７６は、ブッシング２０７８内に適合するようなサイズ及び形状であり得るし、ポペット２０７６をブッシング２０７８内の位置に維持するための付勢要素（図示せず）を含み得る。放出器要素２０７０の動作は、以下で更に説明される。

図２１Ａは、金型工具２１００においてその場で使用される放出器要素２１７０を示している。工具２１００は、成形面２１０４を含む。成形面２１０４への開口部開口内で、放出器要素２１７０は、放出器要素２１７０が格納位置にあるときに、その上面が成形面２１０４とほぼ同一平面になるように配向される。真空成形された材料２１９０は、成形面２１０４と接触する工具２１００内に配向されている。

放出器要素２１７０は、ポペット２１７６、ブッシング２１７８、及び空気継手２１８０を含み得る。真空成形された材料２１９０は、ポペット２１７６（その格納位置にある）及び／又はブッシング２１７８のうちの少なくとも１つに接触するように、工具２１００内に配向され得る。ブッシング２１７８は、成形面２１０４への開口部開口内に適合し得る。放出器要素２１７０は、ポペット２１７６を格納位置に付勢する付勢装置２１８２を含むことができる（格納位置は下にあり、放出器要素２１７０内にある）。付勢装置２１８２は、任意の付勢装置であり得、例えば、コイルばねであり得る。

図２１Ａに示される放出器要素２１７０は、「オフ」の格納位置にある。この格納位置は、空気継手２１８０を通して加圧空気が印加されていないときの放出器要素２１７０の初期設定位置である。図２１Ｂは、「オン」の伸長位置にある放出器要素２１７０を示しており、ポペット２１７６は伸長位置にある（伸長位置は、放出器要素２１７０の残りの部分から離れて上にある）。

実際には、放出器要素２１７０は、真空成形された材料２１９０の真空成形中、「オフ」の位置にある。真空処理中に放出器要素２１７０が漏れないことが重要であるため、ポペット２１７６及びブッシング２１７８は、ポペット２１７６が格納位置にあるときに、成形面２１０４で空気圧に対して気密シールを形成することができる。真空成形処理が完了すると、真空成形された材料２１９０は、工具２１００から除去する準備ができており、放出器要素２１７０は、真空成形された材料２１９０と成形面２１０４との間の接着力を遮断することを支援するために「オン」の位置に移動される。

放出器要素２１７０が適切な圧力及び流量で加圧空気２１８４の供給を受けると、ポペット２１７６は、付勢装置２１８２に打ち勝って、伸長位置に移動する。伸長された位置では、ポペット２１７６は、真空成形された材料２１９０と係合し、真空成形された材料２１９０を成形面２１０４から押しのける。ポペット２１７６によって真空成形された材料２１９０に与えられる物理的に押し込む力に加えて、加圧空気２１８４は、放出器要素２１７０を通って、真空成形された材料２１９０と成形面２１０４との間を流れることができる。加圧空気２１８４のこの流れは、真空成形された材料２１９０を成形面２１０４から更に分離及び解放するように作用し得、したがって、工具２１００からの真空成形された材料２１９０の除去を容易にする。加圧空気２１８４の圧力及び体積流量は、真空成形された材料２１９０の除去をもたらすように、真空成形された材料２１９０を損傷することなく、サイズ、形状の複雑さ、及び真空成形された材料２１９０の成形面２１０４との接着力に応じて調整することができる。

金型工具内には単一の放出器要素のみが示されているが、複数の放出器要素を任意の与える工具に適用して、工具からの真空成形された材料の除去を支援することができると考えられる。

上記の様々な実例は、放出器要素と共に使用するための加圧空気の使用を列挙しているが、空気の代わりに、又はそれに加えて、任意の種類の加圧流体を使用できることが企図されている。

「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」又は「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語が明細書又は特許請求の範囲で使用されている限りにおいて、「含む」という用語は、請求項の移行句として使用される場合に「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が解釈されるのと同様に包括的であることが意図されている。更に、「又は」という用語が使用される限り（例えば、Ａ又はＢ）、それは「Ａ又はＢ又はその両方」を意味することを意図している。出願人が「Ａ又はＢのみで両方ではない」を示すことを意図した場合は、「Ａ又はＢのみで両方ではない」という用語が使用される。したがって、本明細書における「又は」という用語の使用は包括的であり、排他的使用ではない。Ｂｒｙａｎ Ａ．Ｇａｍｅｒ、Ａ Ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ｏｆ Ｍｏｄｅｍ Ｌｅｇａｌ Ｕｓａｇｅ ６２４ （２ｄ．Ｅｄ．１９９５）を参照されたい。また、「中（ｉｎ）」又は「中に（ｉｎｔｏ）」という用語が明細書又は特許請求の範囲で使用されている限り、それは更に「上（ｏｎ）」又は「上に（ｏｎｔｏ）」を意味することを意図している。「実質的に」という用語が明細書又は特許請求の範囲で使用されている限り、それは、製造において利用可能な精度の程度を考慮に入れることを意図している。「選択的に」という用語が明細書又は特許請求の範囲で使用されている限りにおいて、それは、装置の使用者が、装置の使用において必要又は望まれるように、構成要素の特徴又は機能を活性化又は非活性化することができる構成要素の状態を指すことを意図している。「動作可能に接続された」という用語が明細書又は特許請求の範囲で使用されている限りにおいて、識別された構成要素が指定された機能を実行する方法で接続されていることを意味することを意図する。本明細書及び特許請求の範囲で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、複数形を含む。最後に、「約」という用語が数字と併せて使用される場合、それは数字の±１０％を含むことを意図している。言い換えれば、「約１０」は９から１１を意味する場合がある。

上記のように、本出願はその態様の説明によって例示されており、態様はかなり詳細に説明されているが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に制限することも、何らかの方法で限定することも出願人の意図ではない。追加の効果及び変更は、本出願の利益を有する当業者には容易に明らかとなろう。したがって、本出願は、そのより広い態様において、特定の詳細、示されている例示的な実例、又は参照されている任意の装置に限定されない。一般的な発明概念の趣旨又は範囲から逸脱することなく、そのような詳細、実例、及び装置から発展させることができる。

Claims (42)

1. 積層造形処理で積層造形粉末と結合剤材料との多孔質体を形成するステップと、
   前記多孔質体に樹脂を注入するステップであって、
   前記樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、
   前記樹脂と前記硬化剤との混合中に前記２液型樹脂に不活性ガスが印加される、前記樹脂を注入するステップと、
   前記多孔質体内に注入される前記樹脂を硬化させるステップと、
   を含む、方法。
2. 前記積層造形粉末は砂を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記多孔質体は周面を有して形成され、注入される前記樹脂は、前記周面から内側に注入される、請求項１に記載の方法。
4. 前記多孔質体は、前記周面の対向する部分どうしの間に厚さを有して形成され、注入される前記樹脂は、前記厚さを部分的に通って注入される、請求項３に記載の方法。
5. 前記多孔質体は、前記周面の対向する部分どうしの間に厚さを有して形成され、注入される前記樹脂は、前記厚さ全体を通って注入される、請求項４に記載の方法。
6. 前記多孔質体は、工具の構成で形成される、請求項１に記載の方法。
7. 前記工具は、成形面と、前記成形面と連通する空気流チャネルとを有する真空金型工具である、請求項６に記載の方法。
8. 前記金型工具の前記成形面にトリムラインを成形するステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記トリムラインは、前記トリムラインを前記成形面に切り込むことによって形成される、請求項８に記載の方法。
10. 空気流チャネルを有するベース上に金型工具を配置するステップであって、前記金型工具は、成形面と、前記成形面を前記ベース内の前記空気流チャネルと連通させる空気流チャネルとを有し、
    前記金型工具は、積層造形粉末と、前記成形面を有する固体として前記積層造形粉末を支持する結合剤とを含み、前記固体内に注入される樹脂を更に含み、
    前記樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、
    前記樹脂と前記硬化剤との混合中に前記２液型樹脂に不活性ガスが印加される、前記金型工具を配置するステップと、
    前記成形面上に真空成形材料のシートを配置するステップと、
    前記ベース内の前記空気流チャネルと前記金型工具とに真空圧を加えて、前記成形材料のシートを前記成形面に引き寄せるステップと、
    を含む、方法。
11. 前記積層造形粉末は砂を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記金型工具は、一緒に複数の成形面を有する複数の金型工具の１つであり、前記成形面を接合して組み合わされた成形面にするために、前記ベースを横切って前記複数の金型工具を相互に移動させるステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
13. 前記複数の金型工具は、前記ベース上に延びるレールに沿って前記複数の金型工具のうちの１つ又は複数をスライドさせることによって、前記ベースを横切って相互に移動される、請求項１２に記載の方法。
14. 装置であって、
    形状を有する固体材料を備え、前記材料は、積層造形粉末と、前記固体の形状で前記積層造形粉末を支持する結合剤材料と、前記固体内に注入される樹脂とを含み、
    前記樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、
    前記樹脂と前記硬化剤との混合中に前記２液型樹脂に不活性ガスが印加される、
    装置。
15. 前記積層造形粉末は砂を含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記固体は周面を有し、注入される前記樹脂は前記周面から内側に浸透する、請求項１４に記載の装置。
17. 前記固体は、前記周面の対向する部分どうしの間に厚さを有し、注入される前記樹脂は、前記厚さを部分的に浸透する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記固体は、前記周面の対向する部分どうしの間に厚さを有し、注入される前記樹脂は前記厚さを完全に浸透する、請求項１６に記載の装置。
19. 前記固体は工具の構成を有する、請求項１４に記載の装置。
20. 前記工具は、成形面と、前記成形面と連通する空気流チャネルとを有する真空金型工具である、請求項１９に記載の装置。
21. 前記真空金型工具は、前記成形面上にトリムラインを有する、請求項２０に記載の装置。
22. 前記トリムラインは、前記成形面の切り込みによって規定されている、請求項２１に記載の装置。
23. 装置であって、
    成形面と、前記成形面と連通する空気流チャネルとを有する金型工具を備え、
    前記金型工具は、積層造形粉末と、前記成形面を有する固体として前記積層造形粉末を支持する結合剤と、前記固体内に注入される樹脂とを含み、
    前記樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、
    前記樹脂と前記硬化剤との混合中に前記２液型樹脂に不活性ガスが印加される、
    装置。
24. 前記積層造形粉末は砂を含む、請求項２３に記載の装置。
25. 前記固体は周面を有し、注入される前記樹脂は前記周面から内側に浸透する、請求項２３に記載の装置。
26. 前記固体は、前記周面の対向する部分どうしの間に厚さを有し、注入される前記樹脂は、前記厚さを部分的に浸透する、請求項２５に記載の装置。
27. 前記固体は、前記周面の対向する部分どうしの間に厚さを有し、注入される前記樹脂は前記厚さを完全に浸透する、請求項２５に記載の装置。
28. 前記金型工具は、前記成形面上にトリムラインを有する、請求項２３に記載の装置。
29. 前記トリムラインは、前記成形面の切り込みによって規定されている、請求項２８に記載の装置。
30. 前記金型工具内の空気流チャネルと連通するように構成された空気流チャネルを有するベースと、前記ベースを横切ってスライド運動させるように前記金型工具を支持するレールとを更に備える、請求項２３に記載の装置。
31. 中空穴を有するハウジングと、
    前記中空穴を通って延在する混合シャフトであって、
    前記混合シャフトは、前記混合シャフトの遠位端に混合ヘッドを含み、
    前記混合シャフトは、回転誘導装置によって係合される近接端を含む、前記混合シャフトと、
    遠位端にノズルを有する空気ラインであって、
    前記空気ラインは、前記ノズルを通るように方向付けられた不活性ガスの流れを含み、
    前記ノズルは、前記混合ヘッドの近くに配向されている、前記空気ラインと、
    を備える、混合工具。
32. 前記ハウジングは更にハンドルを含む、請求項３１に記載の混合工具。
33. 前記空気ラインは可撓性の空気ラインである、請求項３１に記載の混合工具。
34. 前記混合シャフトは、１つ又は複数のボールベアリングを介して前記ハウジングに回転可能に取り付けられている、請求項３１に記載の混合工具。
35. 装置であって、
    成形面と、前記成形面と連通する空気流チャネルとを有する金型工具を備え、
    前記金型工具は、積層造形粉末と、前記成形面を有する固体として前記積層造形粉末を支持する結合剤と、前記固体内に注入される樹脂とを含み、
    前記樹脂は、樹脂と硬化剤とを含む２液型樹脂であり、
    前記樹脂と前記硬化剤との混合中に前記２液型樹脂に不活性ガスが印加され、
    前記金型工具は、前記成形面を通って延在する放出器要素を含む、
    装置。
36. 前記放出器要素は、前記成形面と同一平面にある、請求項３５に記載の装置。
37. 前記放出器要素は、前記放出器要素の下側から延在する空気ラインを含む、請求項３５に記載の装置。
38. 前記空気ラインから延在する空気継手を更に備える、請求項３７に記載の装置。
39. 前記放出器要素は、ポペットを更に含む、請求項３５に記載の装置。
40. 前記ポペットは、格納位置と伸長位置との間を移動することができる、請求項３９に記載の装置。
41. 前記放出器要素は加圧空気の流れを受け取り、前記加圧空気は前記ポペットを伸長位置に移動させ、前記加圧空気は前記放出器要素を通って流れる、請求項４０に記載の装置。
42. 真空成形された材料が前記成形面と接触して配向され、前記ポペットは、前記ポペットが前記伸長位置にあるときに前記真空成形された材料に力を加える、請求項４１に記載の装置。

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