JP6563380B2 - 付加製造した物体等への注入方法及び装置 - Google Patents
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Description
一般に、アクリル樹脂は、(毒性のために好ましくない)シアノアクリレートであり、物体の孔又は空洞に吸収され、水(具体的には水酸化物イオン)の存在下で急速に重合し、粒子及び/又は層を結合する長く強い鎖を作る。しかし、シアノアクリレートは湿気があると固まってしまうため、空気中の湿気によりシアノアクリレートの容器は急速に劣化し、時間が経つと使用できなくなる。これを避けるため、シアノアクリレートはシリカゲル等の乾燥剤のパッケージと共に密閉容器に保存しなければならない。
ワックスはシアノアクリレートよりも取り扱いが安全であり、「再溶解」して物体の再加工を可能にするが、孔内で「収縮する」ため、一般に不満足な仕上がりとなる。また、疎水性により、ワックスを含浸させた物体の仕上げは困難である。
熱硬化性樹脂やUV硬化性樹脂等の硬化性樹脂は、シアノアクリレートと同様に永久仕上げをもたらし、仕上げが不満足な場合に再加工することができない。硬化性樹脂はまた、孔内で収縮し、その粘性のために最も外側の表面のみに含浸しやすい。これは、硬化物が良好な構造的完全性を欠くことを意味する。
一般的に、後で「固まる」ように2つの成分は前もって混合され、物体に含浸するように使用されるが、加工可能である。例としては、ポリエステル、エポキシ樹脂及びポリアクリレートが挙げられる。不利な点は、不可逆的に固まること、品質仕上げが不良であること、及び混合が無駄になること等である。
i)低融点結晶性ポリマー、より具体的には、(開環付加重合によって決定される)高い官能性及び低粘度を有するカプロラクトンを使用して、物体表面からの浸透性及び流動性に優れ、再生及び高品質の表面処理を可能にし、
ii)また、熱可塑性プラスチック材料を圧力下で注入し、本質的ではないが一般に、負圧と正圧の間の振動により、熱可塑性プラスチック材料を物体の中に押し込む。
a)熱可塑性プラスチック(110)が注入される物体に注入を行う注入チャンバ(12)と、
b)使用時に熱可塑性プラスチックが充填される容器(14)と、
c)物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ(16)と、
d)装置の動作機能を制御するためのコントローラ(18)とを備え、
容器は、熱可塑性プラスチックが規定された温度(T)範囲内で溶解できるようにする加熱手段(20)及びセンサ(22、26、28)を備え、コントローラは装置内で連続する注入ステップ及び硬化ステップを可能にすることを特徴とする装置が提供される。
a)熱可塑性プラスチック(110)が注入される物体に注入を行う注入チャンバ(12)と、
b)使用時に熱可塑性プラスチックが充填される容器(14)と、
c)物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ(16)と、
d)装置の動作機能を制御するためのコントローラ(18)とを備え、
少なくとも1つのチャンバは、反応を負圧(P1)及び正圧(P2/P3)下で実施することができるよう構成されることを特徴とする装置が提供される。
処理対象の物体(100)をレベルL1でプラットフォーム(30)上に(必要に応じてしっかりと固定して)、或いは蓋(34)に機械的に取り付けられたコンテナ内に配置する。大気圧(P0)で物体内の温度の完全な均一性を達成できる十分な時間をかけて、物体を室温T0から「第1の目標温度」(T1)(例えば、60℃)に加熱する。当業者は、目標温度(T1)は注入対象の物体及び使用される熱可塑性プラスチックによって異なることを理解するであろう。
第1の目標温度(T1)に達したら、プラットフォーム上の物体を注入チャンバ(12)の位置L0に下降させ、負圧P1下(例えば、−1バール)で乾燥させる。圧力センサ(28、図2)は水又は溶剤がないことを検知する。
負圧又は大気圧(P1又はP0)下で、注入チャンバ(12)を空の状態(l0)から物体が完全に浸漬する(l1)まで注入材料(110)で充填する。充填レベルは容器のレベルセンサ(26、図2)を用いて制御される。所望の充填レベル(l1)に達したら(物体が浸漬したら)、熱可塑性プラスチック注入材料(110)を熱可塑性プラスチックの粘度が十分に低く熱可塑性プラスチックが物体から流れ出るように選択された第2の目標温度(T2)に加熱する。通常、この温度は好ましいカプロラクトンの場合で、例えば90〜150℃であるが、高分子量(10,000より大きい)のポリマーの場合にはより高い温度及び圧力(P2)を使用できる。
注入チャンバ内が第2の目標温度(T2)に達したら、圧力を2つの異なる圧力、すなわち負圧(P1)(又は大気圧P0)及び構成要素(50)を介して油圧によって得られる超過圧力(P3)を含む正圧(P2)、例えば−1〜1000バールの間で振動させる。振動の周波数及び振幅は、処理する物体の形状及び材料特性に合わせて変えることができる。チャンバ内のレベルセンサ(26、図2)は過剰な発泡を検知及び制御し、十分な注入材料(110)の存在を確保する。
注入が終わったら、注入材料(110)は容器へ排出される。排出は、正圧又は標準大気圧(P0)における重力又は容器からの負圧により行われてもよい。
プラットフォームを観察/硬化チャンバ内の位置(L1)に上昇させ、任意の方向(X、Y、Z平面)に回転させてすべての注入材料が再生されるようにすることができる。プラットフォームの速度は、材料の除去を支援するために高めることができる。
使用可能なすべての注入材料を再生したら、物体を検査のために手で扱うことができる例えば40〜90℃の間の1つ又は複数の中間温度(T3)に冷却する。検査の際、固まっていない材料は、新規の手持ち式の送風及び真空装置(46)を用い、開いた窓(36、図2)を利用して除去することができる。装置から吹き込まれる空気の温度をT3以上の温度に維持する。このことは、物体が不要な熱可塑性プラスチック材料を保持するおそれのある形状及び空洞を有する場合に特に有効である。検査が完了したら、物体を注入チャンバ(12)内に下降させ、中間温度T3より低く、最大結晶化構造のために材料の焼き戻しが行われる1つ又は複数の焼き戻し温度(T4、T5、T6)に正圧(P2)下で冷却する。焼き戻しは、T4、T5又はT6の間で温度を上下させることであってもよい。これに関連して、注入チャンバはまた、部分的に硬化チャンバとして使用されている。
焼き戻しが行われたら、プラットフォームをL1に上昇させ、物体を取り出すことができる。
物体の処理を
a)カプロラクトン(分子量25,000)を用いて120℃で行った(図4a);また、
b)−1から4バールの間の振動圧力で、同じカプロラクトンを用いて120℃で行った(図4b)。
Claims (29)
- 3次元印刷、自由造形又は付加製造された物体を構成する粒子又は材料シートの内部又は間に孔又は空洞を有する物体に注入、浸潤又は含浸を行う方法であって、前記物体に温度及び圧力が制御された状態で導入された熱可塑性プラスチック材料を注入し、前記物体を前記熱可塑性プラスチックに浸漬し、前記物体への十分な注入を確保するために圧力振動の周波数及び振幅を制御することによって前記熱可塑性プラスチックを前記物体に浸透させ、前記孔又は空洞を少なくとも部分的に充填し、前記物体を構成する粒子又は材料シートを結合することを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記圧力を負圧又は大気圧と超過圧力を含む正圧との間で振動させることを特徴とする方法。
- 請求項1又は2に記載の方法において、前記粒子又は材料シートは層状に堆積していることを特徴とする方法。
- 請求項3に記載の方法において、前記材料シートは、紙、プラスチック、又は織物を含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記物体を構成する前記粒子は、色吸収材又は塗色可能な材料を含むことを特徴とする方法。
- 請求項5に記載の方法において、前記色吸収材又は塗色可能な粒子は石膏又はプラスチックを含むことを特徴とする方法。
- 請求項6に記載の方法において、前記石膏はさらに溶剤型共重合体を含むことを特徴とする方法。
- 請求項7に記載の方法において、前記溶剤型共重合体はポリ酢酸ビニル(PVA)であることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、前記粒子又はシートは着色されていることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至9の何れか1つに記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックは、融点が40〜65℃で、凝固/結晶点が20〜40℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステルであることを特徴とする方法。
- 請求項10に記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックは、カプロラクトン又は1つ又は複数のカプロラクトンを含む混合物であることを特徴とする方法。
- 請求項10又は11に記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックを注入する前に、前記孔又は空洞から水及び/又は他の揮発性物質を追い出すために前記物体を第1の温度(T1)に加熱し、負圧(P1)に維持することを特徴とする方法。
- 請求項10乃至12の何れか1つに記載の方法において、前記物体を前記熱可塑性プラスチックに浸漬し、真空圧(P1)又は大気圧(P0)下で、90〜220℃の第2の粘度低下温度(T2)にすることを特徴とする方法。
- 請求項13に記載の方法において、前記第2の温度(T2)に達する時、注入工程が始まることを特徴とする方法。
- 請求項14に記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックを排出するために、前記第2の粘度低下温度(T2)を維持し、前記熱可塑性プラスチックを正圧(P2/P3)下で排出することを特徴とする方法。
- 請求項15に記載の方法において、前記物体を前記第2の粘度低下温度(T2)で様々な方向に動かし、熱可塑性プラスチック材料を変位させることを特徴とする方法。
- 請求項15に記載の方法において、前記物体を検査に供し、温度を前記第2の粘度低下温度(T2)から前記第1の温度(T1)と前記第2の粘度低下温度(T2)の中間の第3の取り扱い可能温度(T3)に低下させ、必要に応じて熱可塑性プラスチック除去装置(46)を用いて材料を除去することができることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至17の何れか1つに記載の方法において、前記物体は、前記熱可塑性プラスチックの再結晶化を制御するために焼き戻しされることを特徴とする方法。
- 請求項18に記載の方法において、前記焼き戻しは、前記物体が正圧(P2/P3)下で1つ又は複数の別の中間温度(T4及びT5)になるように温度を調節することを含むことを特徴とする方法。
- 3次元印刷、自由造形又は付加製造された物体(100)を処理するための装置(10)であって、
a)熱可塑性プラスチック(110)が注入される前記物体に注入を行う注入チャンバ(12)と、
b)使用時に前記熱可塑性プラスチックが充填される容器(14)と、
c)前記物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ(16)と、
d)前記装置の動作機能を制御するためのコントローラ(18)と、を備え、
前記容器は、前記熱可塑性プラスチックが規定された温度(T)範囲内で溶解できるようにする加熱手段(20)及びセンサ(22、26、28)を備え、前記コントローラは前記装置内で連続する注入ステップ及び硬化ステップを可能にすることを特徴とする装置。 - 3次元印刷、自由造形又は付加製造された物体(100)を処理するための装置(10)であって、
a)熱可塑性プラスチック(110)が注入される前記物体に注入を行う注入チャンバ(12)と、
b)使用時に前記熱可塑性プラスチックが充填される容器(14)と、
c)前記物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ(16)と、
d)前記装置の動作機能を制御するためのコントローラ(18)と、を備え、
少なくとも1つの前記チャンバは、反応を負圧(P1)及び正圧(P2/P3)下で実施することができるよう構成されることを特徴とする装置。 - 請求項20又は21に記載の装置であって、前記硬化チャンバ(16)又は前記注入チャンバ(12)は、減圧下又は昇圧下で温度制御を可能にする関連付けられた真空ポンプ(24)を有することを特徴とする装置。
- 請求項20乃至22の何れか1つに記載の装置において、前記硬化チャンバ(16)又は前記注入チャンバ(12)は、少なくとも1つの熱センサ(22)、圧力センサ(26)及び/又はレベルセンサ(28)のうちの1つ又は複数を備えることを特徴とする装置。
- 請求項20乃至23の何れか1つに記載の装置において、前記物体を支持するためのプラットフォーム、コンテナ又はアーム(30)をさらに備えることを特徴とする装置。
- 請求項20乃至24の何れか1つに記載の装置において、前記注入チャンバを加圧し、扉(36)、蓋(34)、ボールバルブ(44)、容器(14)、前記注入チャンバ(12)及び材料除去装置(46)の空気圧制御などの他の動作機能を支援するコンプレッサをさらに備えることを特徴とする装置。
- 請求項20乃至25の何れか1つに記載の装置において、前記注入チャンバ(12)及び前記硬化チャンバ(16)の1つ又は複数と関連付けられた加熱手段(20)をさらに備えることを特徴とする装置。
- 請求項24に記載の装置において、前記反応チャンバを密封し、プラットフォーム(30)を支持する蓋(34)をさらに備えることを特徴とする装置。
- 請求項20乃至27の何れか1つに記載の装置において、観察窓及び扉(36)をさらに備えることを特徴とする装置。
- 請求項20乃至28の何れか1つに記載の装置において、1つ又は複数のファン(38)をさらに備えることを特徴とする装置。
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