JP6027263B1 - 有機バインダ、粒状材料、3次元積層造形鋳型の製造装置および3次元積層造形鋳型の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
3次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として、溶媒を揮発させた酸のコーティング層を有する。
粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
フルフリルアルコール単独、または、
2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フラン、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選ばれる1種または2種以上と、フルフリルアルコールとの混合物のいずれかである。
粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる1種または2種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物のいずれかである。
粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる1種または2種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる1種または2種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである。
粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである。
層状に敷き詰めて選択的に結合する造形材料として、溶媒を揮発させた酸のコーティング層を有する粒状材料を使用し、
溶媒を揮発させた前記酸のコーティング層を有する前記粒状材料を選択的に結合するためのバインダとして、有機バインダを使用する。
3次元積層鋳型造形に使用する粒状材料を酸でコーティングして、溶媒を揮発させた前記酸のコーティング層を有する粒状材料を生成する工程と、
溶媒を揮発させた前記酸のコーティング層を有する前記粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の3次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に有機バインダを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の3次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含む。
図1は、本実施形態の3次元積層造形鋳型の製造装置100の造形手順の概要を示す図である。
以下、本実施形態の3次元積層造形鋳型の製造装置100に使用される製造材料として、粒状材料とバインダとについて詳細に説明する。
本実施形態の粒状材料としては、耐火性の粒状材料(以下、耐火性粒状材料とも称す)である、珪砂、オリビン砂、ジルコン砂、クロマイト砂、アルミナ砂、ムライト砂等の天然砂や、人工砂などが挙げられる。また、使用済みの天然砂や人工砂を回収したものや、これらを再生処理したものなども使用できる。
本実施形態では、耐火性粒状材料表面に酸をコーティングして造形物の材料とする。まず、あらかじめ耐火性粒状材料を約120℃程度に加温しておく。次に、その加温した耐火性粒状材料に対して、溶媒(主に水)に溶解させた酸溶液を添加し、加温された耐火性粒状材料が持つ熱および酸溶液の撹拌により、酸溶液の溶媒を揮発させる。こうした一連の工程により、耐火性粒状材料表面に酸をコーティングする。
バインダは、フルフリルアルコール単独、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フラン、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選ばれる1種または1種以上と、フルフリルアルコールとの混合物であるか、フェノール類およびビスフェノール類とアルデヒド類との縮合物または共縮合物であるか、フェノール類およびビスフェノール類とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、フェノール類およびビスフェノール類とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物であるか、尿素とアルデヒド類との縮合物と、フルフリルアルコールの混合物、または、尿素とアルデヒド類との縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物である。
酸をコーティングした耐火性粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷する操作を行う工程は、例えば、以下のようにして行われる。
本実施形態によれば、耐火性粒状材料にバインダを硬化させる触媒としてコーティングされた酸を用いるので、従来のように酸を混合させるものよりも、流動性が優れ、非印刷部分の耐火性粒状材料はそのまま再利用可能である。
フルフリルアルコール90質量部、ビスフェノールA 10質量部の混合溶液100質量部に、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランを0.3質量部添加混合し、バインダとした。
サンドヒータにて耐火性粒状材料を120℃まで加温した。その加温した耐火性粒状材料100質量部に、常温(20℃)で固体であるパラトルエンスルホン酸を65質量部、乳酸10質量部の混合物を水に溶解させて、75質量%水溶液とした。その水溶液を0.3質量部添加した後、5分間撹拌し、溶媒としての水を揮発させた。そして、室温(25℃)まで冷却した後、目開き0.6mmの篩を通過させて、コーティングサンドを作製した。
テストピースの熱膨張率は、JACT試験法M-2(熱膨張量試験法のうちの急熱膨張率測定試験法)に基づいて、以下のようにして測定した。
《実施例および比較例の結果》
以下、表1の実施例の結果、および、表2の比較例の結果を参照しながら、実施例1〜4、比較例1〜5について順に説明する。
[実施例1]
耐火性粒状材料として、焼結法で得られた人工砂(伊藤忠セラテック株式会社製、セラビーズX #1450、平均粒子径106μm)を使用したコーティングサンドを用意した。
耐火性粒状材料として、溶融法で得られた人工砂(伊藤機工株式会社製、アルサンド #1000、平均粒子径106μm)を使用したコーティングサンド、リコータ開口部を1mmに調整した以外は、実施例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。実施例2の評価結果を表1に示す。
耐火性粒状材料として火炎溶融法で得られた人工砂(花王クエーカー株式会社製、ルナモスMS#110、平均粒子径106μm)を使用したコーティングサンド、リコータ開口部を1mmに調整した以外は、実施例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。実施例3の評価結果を表1に示す。
耐火性粒状材料として珪砂(FS001−EU、販売元:株式会社EX ONE、平均粒子径106μm)を使用したコーティングサンド以外は、実施例1と同様にしてテストピースを作製し、評価した。実施例4の評価結果を表1に示す。
[比較例1]
常温(20℃)で液体のキシレンスルホン酸55質量部、硫酸10質量部、水35質量部からなる硬化剤溶液を用意した。この硬化剤0.3質量部を、焼結法で得られた人工砂(伊藤忠セラッテク株式会社製、セラビーズX #1450、平均粒子径106μm)100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
比較例1で調製した硬化剤0.3質量部を、溶融法で得られた人工砂(伊藤機工株式会社製、アルサンド#1000、平均粒子径106μm)100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
比較例1で調製した硬化剤0.3質量部を、火炎溶融法で得られた人工砂(花王クエーカー株式会社製、ルナモスMS#110、平均粒子径106μm)100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
比較例1で調製した硬化剤0.3質量部を、珪砂(FS001−EU、販売元:株式会社EX ONE、平均粒子径106μm)100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
比較例1で調製した硬化剤0.3質量部を、人工砂(伊藤機工株式会社製、アルサンド#1000、平均粒子径106μm)と珪砂(FS001−EU、販売元:株式会社EX ONE、平均粒子径106μm)とを60:40の質量比で混合した混合砂100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
各実施例で用いた耐火性粒状材料は、流動性に優れ、X軸、Y軸、Z軸のいずれの方向にも良好にリコーティングできた。また、非印刷部分の耐火性粒状材料を再生処理することなく再利用できた。特に、耐火性粒状材料として人工砂を用いた実施例1〜3は、線熱膨張率が小さかった。
Claims (12)
- 3次元積層鋳型造形に使用する粒状材料であって、
前記粒状材料を結合するための有機バインダを活性化して硬化させる触媒として、溶媒を揮発させた酸のコーティング層を有する粒状材料。 - 前記酸は、硫酸、燐酸、スルホン酸類、および、カルボン酸類の少なくとも1つを含む、請求項1に記載の粒状材料。
- 前記酸は、硫酸と他の酸との混合物、燐酸単独および燐酸と他の酸との混合物、スルホン酸単独およびスルホン酸と他の酸との混合物、または、カルボン酸類と他の酸との混合物のいずれかである、請求項2に記載の粒状材料。
- 前記スルホン酸類は、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、および、メタンスルホン酸の少なくとも1つを含み、
前記カルボン酸類は、乳酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、マロン酸、マレイン酸、シュウ酸、および、安息香酸の少なくとも1つを含む、請求項2または3に記載の粒状材料。 - 前記酸は、溶媒に溶解させた前記酸の溶液を加温した前記粒状材料に添加し、加温された前記粒状材料が持つ熱および前記酸の溶液の撹拌により前記溶媒を揮発させることで、前記粒状材料にコーティングされる、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の粒状材料。
- 前記粒状材料は、焼結法、溶融法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる耐火性の人工砂である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の粒状材料。
- 粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
フルフリルアルコール単独、または、
2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フラン、フェノール類およびビスフェノール類よりなる群から選ばれる1種または2種以上と、フルフリルアルコールとの混合物のいずれかである、有機バインダ。 - 粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる1種または2種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物のいずれかである、有機バインダ。 - 粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる1種または2種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
フェノール類およびビスフェノール類から選ばれる1種または2種とアルデヒド類との縮合物または共縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである、有機バインダ。 - 粒状材料が有する、溶媒を揮発させた酸のコーティング層の前記酸を触媒として活性化して硬化する、3次元積層鋳型造形に使用する有機バインダであって、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールとの混合物、または、
尿素と、アルデヒド類の縮合物と、フルフリルアルコールと、2,5-ビス(ヒドロキシメチル)フランとの混合物のいずれかである、有機バインダ。 - 層状に敷き詰めて選択的に結合する造形材料として、溶媒を揮発させた酸のコーティング層を有する粒状材料を使用し、
溶媒を揮発させた前記酸のコーティング層を有する前記粒状材料を選択的に結合するためのバインダとして、有機バインダを使用する、
3次元積層造形鋳型の製造装置。 - 3次元積層鋳型造形に使用する粒状材料を酸でコーティングして、溶媒を揮発させた前記酸のコーティング層を有する粒状材料を生成する工程と、
溶媒を揮発させた前記酸のコーティング層を有する前記粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の3次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に有機バインダを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の3次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含む3次元積層造形鋳型の製造方法。
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