JP5745154B1 - 立体形状物の製造方法及びタイヤ金型 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2では、3次元造形法による3次元形状造形物の造形において、3次元形状造形物の要素に応じて要求される強度等の物性を得るために、3次元形状造形物を物性の異なる要素毎に分割し、粉末に照射する光ビームの走査速度,走査ピッチ,集光径等を変化させるための光ビーム照射条件を要素毎に設定して造形することにより、3次元形状造形物に高密度領域と低密度領域を設ける3次元形状造形物の製造方法が開示されている。
そこで、本発明では上記課題を解決すべく、初めて積層造形法による金型の製造において、立体形状物の中の異なる焼結層の粗密や高密度領域と低密度領域の部品と部品との間に隙間が生じることなく一体に製造できるとともに、部品と部品との接合に必要な強度を得ることができる金型の部位毎に必要とされる強度や熱伝導性等の物性特性を設定することが可能な金型の製造方法等を簡易な方法により提供することを目的とする。
また、他の立体形状物の製造方法として、部品データ修正工程において、前記立体形状物のモデルデータのうち、互いに接する部品データの少なくとも一方の部品データに含まれる形状情報を修正し、前記部品データ同士を所定の重なり量で重ね合せるので、所定の重なり量が設定された部分において、例えば粉体を焼結するための光が2回照射されて焼結されるため、一方の部品と他方の部品との間に隙間が生じることなく一体に製造できるとともに、一方の部品と他方の部品との接合に必要な強度を得ることができる。すなわち、立体形状物の部位毎に必要とされる強度や熱伝導性等の物性特性を設定することが可能となる。
また、他の立体形状物の製造方法として、重なり量の最小値が、粉体に照射される光の照射径の半分の寸法、及び焼結層の厚さのうちいずれか大きい値に設定されるので、少ない修正により互いに隣接する部品同士を確実に接合させることができる。
また、他の立体形状物の製造方法として、粉体に照射される光は、部品形状データ毎に光の照射条件が設定されるので、立体形状物を構成する部品毎に要求される物性特性を得ることができる。
また、上記課題を解決するタイヤ金型の構成として、タイヤ金型のモデルデータをスライスデータに変換し、当該変換後のスライスデータに基づいて粉体を焼結し、複数の焼結層を積層して形成する積層造形法により製造されたタイヤ金型であって、タイヤ金型は、タイヤ踏面を形成する表面と、当該表面から突出し、タイヤ踏面に溝を形成する突部とを有し、表面と突部との境界面下にある焼結層が、境界面の範囲内にある一の領域と、境界面の範囲外にある他の領域とを含み、境界面の範囲内の領域の密度が、境界面の範囲外にある他の領域を形成する一部の焼結層、及び突部を形成する焼結層の密度よりも高い構成とした。本構成によれば、表面と突部同士を確実に接合させることができるとともに、部位毎に必要とされる強度や熱伝導性等の物性特性を設定することができる。また、境界面の範囲内の領域の密度が、境界面の範囲外にある他の領域を形成する一部の焼結層、及び突部を形成する焼結層の密度よりも高いので、部品同士を確実に接合させることができる。
金型モデル30において踏面部品データD1とサイプ部品データD3との分割面33は、互いに共通する面として処理されるが、金型モデル30を造形データに変換する際、踏面部品データD1及びサイプ部品データD3は個別に変換処理される。このため、造形データへの変換後の踏面部品データD1とサイプ部品データD3における分割面33には、互いに共通する面としての関連付けがなくなって隙間pが生じることになる。このような造形データへの変換は、積層造形装置24を動作させるときの金属粉末Sの積層厚さδh、レーザLaの照射ピッチQの寸法を最小単位として分割面31a及び分割面33aを近似するため、階段状となり、分割面31a及び分割面33aは、頂点同士が接する状態に変換される。このように、頂点同士が接する状態のまま積層造形装置24により金型が製造されると、製造後の踏面部品31とサイプ部品33との接合強度が不足する又は接合しないという不都合が生じ得る。
具体的には、造形データ変換処理手段22Bは、設計手段21において3次元の金型モデル30を生成したときに設定される座標系に、スライスする方向及びスライスする厚さを指定し、各部品データD1〜D4それぞれを複数層のスライスデータに変換する。変換後の造形データは、造形装置制御手段23に出力される。
[ステップ101]
まず、設計手段21により、製造対象となる金型の3次元の金型モデル30が生成される。
[ステップ102]
次に、金型において要求される物性特性が異なる部位(金型要素)毎に金型モデル30が分割される。なお、本実施形態では、金型モデル30から上述した各部品データD1〜D4が分割して生成される。
[ステップ103]
次に、部品データ修正処理手段22Aにより、分割された部品データ同士において、互いに接する一方の部品データの分割面の位置が、他方の部品データ側に食い込むように修正され、所定の重なり量が設定される。なお、上述の部品データ修正処理では、踏面データD1に対して接するサイプ部品データD3を例として説明したが、踏面データD1に対して接する溝部品データD2についても同様に修正される。
[ステップ104]
次に、修正処理後の金型モデル30を造形データに変換する。即ち、上記金型モデル30を層状をなす複数のスライスデータに変換する。
次に、上記造形データに基づいて金型を製造する。
図8は、積層造形装置24により造形されたトレッド金型11の一部を示す部分拡大図である。なお、同図に示す重なり部37は誇張して記載してある。
積層造形装置24は、造形装置制御手段から出力される造形データに基づいて動作し、1つのスライスデータの形状に焼結された焼結層を造形データの下層側から形成する毎に、ワークテーブル43を下降させ、先に形成された焼結層の上に、積層ピッチ分の金属粉末Sを堆積させて、再びレーザを照射することで、焼結層が順次積層される。
従来の方法では、立体形状物を光による焼結方法で製造する際、立体形状物の部位に応じて強度や熱伝導性等の物性特性を異ならせるには、特許文献1では、金属粉末に照射するレーザの強さ、照射時間、走査速度等の複数のレーザ照射条件を部位ごとに変化させるという煩雑な前処理が必要となる。
また、特許文献2では、3次元形状造形物を物性の異なる要素毎に分割し、要素毎に粉末に照射する光ビームの走査速度,走査ピッチ,集光径等を変化させる光ビーム照射条件を設定することで、立体形状物の部位に応じて強度や熱伝導性等の物性特性を設けるようにしているが、分割した要素の隣接する要素同士(一方の部品と他方の部品同士)との間に隙間が生じたり、境界面において強度の弱い結合で接合したりするため、実際のところ立体形状物を一体に製造することができないという問題があった。
一方、本願発明では、立体形状物のモデルデータのうち、互いに接する部品データの少なくとも一方の部品データの位置情報を修正し、前記部品データ同士を所定の重なり量で重ね合せる部品データ修正工程を採用することで、初めて一方の部品と他方の部品との間に隙間が生じることなく一体に製造できるとともに、一方の部品と他方の部品との接合に必要な強度を得ることが可能となる。
34 取付部品、S 金属粉末、La レーザ、61乃至63 焼結層、
α 移動量。
Claims (5)
- 立体形状物のモデルデータをスライスデータに変換し、当該変換後のスライスデータに基づいて粉体を焼結し、複数の焼結層を積層して形成する積層造形法により立体形状物を製造する立体形状物の製造方法であって、
前記立体形状物のモデルデータのうち、互いに接する部品データの少なくとも一方の部品データの位置情報を修正し、前記部品データ同士を所定の重なり量で重ね合せる部品データ修正工程を備え、
前記部品データ修正工程により修正されたモデルデータをスライスデータに変換し、一方の部品と対応するスライスデータに基づいて焼結層を形成した後、他方の部品と対応するスライスデータに基づいて焼結層を形成することを特徴とする立体形状物の製造方法。 - 立体形状物のモデルデータをスライスデータに変換し、当該変換後のスライスデータに基づいて粉体を焼結し、複数の焼結層を積層して形成する積層造形法により立体形状物を製造する立体形状物の製造方法であって、
前記立体形状物のモデルデータのうち、互いに接する部品データの少なくとも一方の部品データに含まれる形状情報を修正し、前記部品データ同士を所定の重なり量で重ね合せる部品データ修正工程を備え、
前記部品データ修正工程により修正されたモデルデータをスライスデータに変換し、一方の部品と対応するスライスデータに基づいて焼結層を形成した後、他方の部品と対応するスライスデータに基づいて焼結層を形成することを特徴とする立体形状物の製造方法。 - 前記重なり量の最小値が、前記粉体に照射される光の照射径の半分の寸法、及び前記焼結層の厚さのうちいずれか大きい値に設定されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の立体形状物の製造方法。
- 前記粉体に照射される光は、部品形状データ毎に光の照射条件が設定されることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載の立体形状物の製造方法。
- タイヤ金型のモデルデータをスライスデータに変換し、当該変換後のスライスデータに基づいて粉体を焼結し、複数の焼結層を積層して形成する積層造形法により製造されたタイヤ金型であって、
前記タイヤ金型は、タイヤ踏面を形成する表面と、当該表面から突出し、前記タイヤ踏面に溝を形成する突部とを有し、
前記表面と前記突部との境界面下にある焼結層が、前記境界面の範囲内にある一の領域と、前記境界面の範囲外にある他の領域とを含み、
前記境界面の範囲内の領域の密度が、前記境界面の範囲外にある他の領域を形成する一部の焼結層、及び前記突部を形成する焼結層の密度よりも高いことを特徴とするタイヤ金型。
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