JP6269338B2 - 中空体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ブロー成形品の代用試作品としての中空体の製造方法に関する。
ブロー成形品の試作中空体の製造方法に関する従来技術としては特許文献１や特許文献２に開示されているようなものがある。しかし、特許文献１に開示されているような金型による成形試作方法では、高価なブロー成形用金型が欠かせないから、コストダウンできないという欠点があった。
また、特許文献２に開示されているような光造形による代用試作方法では、光造形用の完全な３次元ＣＡＤデータが必要であるが、ブロー成形品の場合外面形状は人為的に規定できるのに対して内面はパリソンの膨張、延伸のされ方によって勝手に変化してしまうから射出成形品のように特定の肉厚には規定できず、パリソンの膨張延伸過程によってすべての箇所の肉厚値が連続して変化してしまうので一箇所として厳密には同じ値の箇所はない。
従ってその肉厚分布は実際に金型によって成形するまで不明であり、金型による成形なしでは完全な３次元ＣＡＤデータを準備できないという欠点があった。
従ってその肉厚分布は実際に金型によって成形するまで不明であり、金型による成形なしでは完全な３次元ＣＡＤデータを準備できないという欠点があった。
尚、肉厚値が連続して変化するとは該肉厚値を位置の変数の函数として表したとき、その定義域の全域において該肉厚値の函数の１次と２次の導函数の値が同時にはゼロにならないということを意味する。
解決しようとする課題は、光造形による代用試作方法では光造形用の完全な３次元ＣＡＤデータが必要であるが、ブロー成形品の場合その肉厚分布は実際に成形するまで不明であり、金型による成形なしでは完全な３次元ＣＡＤデータを準備できず、無理にでも造形するためには金型を用いて成形するまでは本来不明である肉厚を仮に一定と見做して造形せざるを得ないという点である。本発明は上記の点を解決するためになされた。
ブロー成形によって形成される成形品の代用試作において、該成形品の外面形状の３次元ＣＡＤデータを離散化解析手法によるブロー成形シミュレーションソフトにインプットし、
パリソンを模擬した要素のブロー成形シミュレート後の各要素の形状に基づくファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形することを最も主要な特徴とする。
パリソンを模擬した要素のブロー成形シミュレート後の各要素の形状に基づくファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形することを最も主要な特徴とする。
また、パリソンを模擬した要素が３次元の要素であることを第２の主要な特徴とする。
また、ファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成するにあたり、パリソンを模擬した要素が２次元の要素であって該要素のブロー成形後の成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の該金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成することを第３の主要な特徴とする。
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の該金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成することを第３の主要な特徴とする。
また、中空体の材質がポリアミドであることを第４の主要な特徴とする。
また、ブロー成形によって形成される成形品の代用試作において、該成形品の外面形状の３次元ＣＡＤデータを離散化解析手法によるブロー成形シミュレーションソフトにインプットし、
パリソンを模擬した２次元の要素のブロー成形後の該成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形することを第２の主要な特徴とする。
パリソンを模擬した２次元の要素のブロー成形後の該成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形することを第２の主要な特徴とする。
本発明によれば、ブロー成形用金型による成形をしなくてもすべての箇所の肉厚値が連続して変化しており一箇所として同じ値の箇所はないという、ブロー成形品に極めて近似した代用試作中空体が得られるという利点がある。
ブロー成形用金型による成形をしなくてもすべての箇所の肉厚値が連続して変化しており、一箇所として同じ値の箇所はないブロー成形品に極めて近似した代用試作中空体を得るという目的を、
ブロー成形品の外面形状の３次元ＣＡＤデータを離散化解析手法によるブロー成形シミュレーションソフトにインプットしてブロー成形後の該成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形することによって、経済性を損なわずに達成、実現した。
ブロー成形品の外面形状の３次元ＣＡＤデータを離散化解析手法によるブロー成形シミュレーションソフトにインプットしてブロー成形後の該成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形することによって、経済性を損なわずに達成、実現した。
本発明の構成を発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。
図１は自動車のエアコン用ダクト１の試作品の斜視図である。
図１は自動車のエアコン用ダクト１の試作品の斜視図である。
該ダクト１のブロー成形による試作に代えて、まず該ダクト１の外面の３次元ＣＡＤデータをブロー成形シミュレーションソフトにインプットし、ブロー成形シミュレーション解析することによって該ダクトの成形後の肉厚分布を予測する。
該ブロー成形シミュレーションソフトは該ダクト１の外面形状、即ちブロー成形用金型のキャビティー面形状をＣＡＤ上のサーフェイスとして、或いはメッシュやファセットとして模擬し、やはり三角メッシュ、四角メッシュ等の２次元の要素や、四面体メッシュ、五面体メッシュ、六面体メッシュ等の３次元の要素や、またはそれらのアイソパラメトリック要素で模擬したパリソンを模擬キャビティーで模擬型締めし、次いで該模擬型締めの状態のまま該模擬パリソン内にエア吹込みを模擬した内圧を作用させて模擬的に膨張延伸させ、該模擬パリソンのメッシュの各要素が模擬キャビティー面に全要素接触するまでをコンピューターでシミュレートするソフトである。
尚、四面体メッシュ、五面体メッシュ、六面体メッシュ等の場合は元々が３次元の要素なので膨張後のパリソンの内面形状は要素の節点座標で自動的に表されるが、三角メッシュ、四角メッシュ等の場合は２次元の要素なので以下の操作が必要となる。
即ち、該ブロー成形シミュレーションソフトは有限要素法に基づきブロー成形後の該ダクト１の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出しているから、各節点に対応する金型キャビティー面上における座標値に該ダクトの各節点に対応する該肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算すれば、加算後の座標値は各節点における該ダクトの内面の座標値を示すことになる。
即ち、該ブロー成形シミュレーションソフトは有限要素法に基づきブロー成形後の該ダクト１の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出しているから、各節点に対応する金型キャビティー面上における座標値に該ダクトの各節点に対応する該肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算すれば、加算後の座標値は各節点における該ダクトの内面の座標値を示すことになる。
上記では有限要素法を例として説明したがこれに限るものではなく、境界要素法や体積要素法等、形状を要素や節点として離散化する解析手法ならば何でもよい。
従って、パリソンの膨張後の３次元の要素の節点座標を用いて該ダクトのファセットボディーデータを出力したり、２次元の要素の節点の金型キャビティー面上における各節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて該ダクトのファセットボディーデータを出力したりすることができるので、該ファセットボディーデータを３次元造形装置に入力すれば、該３次元造形装置はシミュレーションによって予測された肉厚値分布を具現化した該ダクトの３次元造形物を自動的に製造することができる。
ここで、３次元造形装置とは即ち光造形装置、粉末造形装置、熱溶解積層造形装置、シート積層造形装置、インクジェット積層造形装置等のいわゆる３Ｄプリンターや３Ｄプロッター、ラピッドプロトタイピング装置等を指すものである。
また、ファセットボディーデータの代わりにソリッドボディーデータやそれ以外の形式の３次元造形用データでもよい。
また、該ダクト１の量産品の材質としては高密度ポリエチレン等が適用されることが多いが、代用試作品の材質は量産品と同材質でもよいし量産品と異なる材質であってもよい。例えば、ポリアミド等の粉末積層造形品であってもよい。
このような量産品と異なる材質の代用試作品であっても、自動車内部のレイアウトチェックや通気性能テストなどには問題なく適用可能である。
このような量産品と異なる材質の代用試作品であっても、自動車内部のレイアウトチェックや通気性能テストなどには問題なく適用可能である。
以上の方法で製造した該ダクト１の３次元造形物の肉厚分布は決して一定にはならず、該ダクト１をブロー成形にて形成したものの肉厚分布を非常に良く近似しており、該ダクト１をブロー成形にて形成したものと同様に、すべての箇所の肉厚値が連続して変化しており、一箇所として同じ値の箇所はない。
従って、特に上記通気性能テストにおいては金型を用いて成形するまでは不明である肉厚を仮に一定と見做して造形した代用試作品よりも、ブロー成形品の肉厚分布を近似した３次元造形物は、本来のブロー成形品の通気性能をより忠実に再現することができる。
以上実施例に述べたように本発明によれば、
３次元の要素はシミュレート後の形状そのままで、また２次元の要素の場合はブロー成形後の該成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形したため、
ブロー成形用金型による成形をしなくてもブロー成形にて形成したものの肉厚分布に非常に良く近似しており、ブロー成形にて形成したものと同様にすべての箇所の肉厚値が連続して変化して、一箇所として同じ値の箇所はない中空体が得られるという効果がある。
３次元の要素はシミュレート後の形状そのままで、また２次元の要素の場合はブロー成形後の該成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形したため、
ブロー成形用金型による成形をしなくてもブロー成形にて形成したものの肉厚分布に非常に良く近似しており、ブロー成形にて形成したものと同様にすべての箇所の肉厚値が連続して変化して、一箇所として同じ値の箇所はない中空体が得られるという効果がある。
本発明は、自動車のエアコン用ダクトの代用試作に限定されるものではなく、一般のブロー成形品の代用試作に広く利用可能である。
１ ダクト
Claims (4)
- ブロー成形によって形成される成形品の代用試作において、該成形品の外面形状の３次元ＣＡＤデータを離散化解析手法によるブロー成形シミュレーションソフトにインプットし、
パリソンを模擬した要素のブロー成形シミュレート後の各要素の形状に基づくファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成し、
該３次元造形用データを３次元造形装置にインプットして３次元造形することを特徴とする中空体の製造方法 - 請求項１におけるパリソンを模擬した要素が３次元の要素であることを特徴とする中空体の製造方法
- 請求項１におけるファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成するにあたり、パリソンを模擬した要素が２次元の要素であって該要素のブロー成形後の成形品の各要素の節点における予測肉厚値情報を算出し、
該成形品の金型キャビティー面上における該節点に対応する座標値に該成形品の該予測肉厚値情報を該金型キャビティー面の面直内側方向にベクトル加算して、該節点における該成形品の内面の座標値を算出し、
該成形品の該金型キャビティー面上における該節点に対応する加算前の座標値と、加算後の座標値を用いて生成された該成形品のファセットボディーデータあるいはソリッドボディーデータを元に３次元造形用データを生成することを特徴とする中空体の製造方法 - 請求項１ないし請求項３における中空体の材質がポリアミドであることを特徴とする中空体の製造方法
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