JP6724974B2 - Sinter modeling method, liquid binder, and sinter model - Google Patents

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本発明は、焼結造形方法、焼結造形に用いる液状結合剤、および焼結造形物に関する。 The present invention relates to a sintering modeling method, a liquid binder used in sintering modeling, and a sintering model.

3次元形状の立体モデル(造形物)を形成する造形方法の一つに積層造形法がある。積層造形法としては、例えば、光硬化性樹脂を積層させながらレーザーで選択的に硬化させて造形物の断面各層を形成する光造形法、粉末材料を積層させながらレーザーで選択的に溶着し固化させて各層を形成する粉末焼結法、熱可塑性材料を加熱しノズルから押し出して堆積させることにより各層を形成する溶融物堆積法、紙などのシート材をモデルの断面形状にカットして積層し接着することにより形成するシート積層法、などが提案されている。 One of the modeling methods for forming a three-dimensional solid model (model) is a layered modeling method. Examples of the layered modeling method include an optical modeling method in which a photocurable resin is laminated and selectively cured by a laser to form each layer of a cross section of a modeled object, and a powder material is laminated and selectively welded and solidified by a laser. Powder sintering method to form each layer, melt material deposition method to form each layer by heating and extruding a thermoplastic material from a nozzle and depositing, sheet material such as paper cut into a model cross-sectional shape and laminated A sheet stacking method of forming by bonding is proposed.

特許文献1には、次のような三次元プリント技術(三次元造形物の製造方法)が開示されている。
まず、セラミックや金属等を含む粉末材料を層状に沈積する。次いで、粉末材料同士を結合させる結合剤材料を、粉末材料の層の選択された領域に塗布する。すると、粉末材料間の空隙に浸透した結合剤材料が、粉末材料同士を接合することによって、三次元造形物の二次元断面層に対応する造形物が形成される。こうした粉末材料の沈積と、結合剤材料の塗布とを交互に繰り返すことによって二次元断面層が積層され、三次元構造を有した造形物が形成(造形)される。
Patent Document 1 discloses the following three-dimensional printing technology (method for manufacturing a three-dimensional structure).
First, a powder material containing ceramic, metal, etc. is deposited in layers. A binder material that binds the powder materials together is then applied to selected areas of the layer of powder material. Then, the binder material that has penetrated into the voids between the powder materials joins the powder materials to each other to form a modeled object corresponding to the two-dimensional cross-sectional layer of the three-dimensional modeled object. By alternately repeating the deposition of the powder material and the application of the binder material, the two-dimensional cross-sectional layers are laminated to form (model) a modeled article having a three-dimensional structure.

特開平6−218712号公報JP-A-6-218712

しかしながら、特許文献1の三次元造形物の製造方法は、粉末材料(造形材料)に塗布した結合剤材料によって粉末材料同士を接合するものであって、例えば、レーザーを照射するなどして選択的に金属材料(造形材料)を溶着して固化させる方法とは、造形材料を固化する方法、つまり造形材料が結び付く形態が異なる。得られた三次元造形物の強度は、この造形材料の結び付きの形態によって大きく異なってくる。一般的に、特許文献1のような粉末材料同士を結合剤材料によって接合する造形方法の方が、金属材料を溶着し固化させる方法と比較して、強度が劣ってしまう。そこで、粉末材料にセラミックや金属材料を用い、粉末材料同士の結びつきを向上させるために焼結工程を導入することにより、三次元造形物の強度を上げることが考えられた。しかしながら、この方法によると、粉末材料同士を接合する材料が熱分解によって除去(脱脂)され粉末材料同士が焼結するため、三次元造形物の寸法収縮が大きくなってしまい、形状の変化を起こしやすいという問題があった。つまり、特許文献1の三次元造形物の製造方法によって造形された三次元造形物は、その強度を上げるために焼結した場合に、基の寸法を維持することが難しく、より強度が高く高精細な三次元造形物の形成を安定してできないという問題があった。 However, the method for manufacturing a three-dimensional structure of Patent Document 1 is to bond the powder materials to each other by the binder material applied to the powder material (modeling material), and for example, selectively irradiate a laser. The method of solidifying the modeling material, that is, the form in which the modeling material is bound is different from the method of welding and solidifying the metal material (modeling material). The strength of the obtained three-dimensional structure greatly differs depending on the binding form of this structure material. Generally, the molding method of joining powder materials with a binder material as in Patent Document 1 is inferior in strength to the method of welding and solidifying a metal material. Therefore, it has been considered to increase the strength of the three-dimensional structure by using a ceramic or metal material as the powder material and introducing a sintering process in order to improve the binding between the powder materials. However, according to this method, the material that joins the powder materials is removed (degreased) by thermal decomposition and the powder materials are sintered, so that the dimensional shrinkage of the three-dimensional structure becomes large and the shape change occurs. There was a problem that it was easy. That is, when the three-dimensional structure manufactured by the method for manufacturing the three-dimensional structure of Patent Document 1 is sintered to increase its strength, it is difficult to maintain the dimensions of the base, and the strength is higher and higher. There is a problem that it is not possible to stably form a fine three-dimensional structure.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following application examples or modes.

[適用例1] 本適用例に係る焼結造形方法は、第1の無機粒子が含まれる焼結造形材料を用いて造形層を形成する造形層形成工程と、前記造形層の所望の領域に第2の無機粒子が含まれる液状結合剤を付与する工程と、付与された前記液状結合剤を硬化させて造形断面層を形成する工程と、前記造形層の前記液状結合剤が付与されていない領域を除去する工程と、前記造形断面層を加熱して焼結処理する工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 1 A sintering modeling method according to this application example includes a modeling layer forming step of forming a modeling layer using a sintering modeling material containing a first inorganic particle, and a desired region of the modeling layer. A step of applying a liquid binder containing second inorganic particles, a step of curing the applied liquid binder to form a modeling cross-section layer, and a step of not applying the liquid binder of the modeling layer The method is characterized by including a step of removing a region and a step of heating and sintering the shaped cross-section layer.

本適用例の焼結造形方法は、第1の無機粒子が含まれる焼結造形材料を用いて造形層を形成する造形層形成工程と、造形層の所望の領域に第2の無機粒子が含まれる液状結合剤を付与する工程と、付与された液状結合剤を硬化させて造形断面層を形成する工程とを含む。これらの工程を含むことにより、造形断面層には、第1の無機粒子に加え、更に第2の無機粒子を含ませることができる。また、造形層の液状結合剤が付与されていない領域を除去する工程と、積層された造形断面層を加熱して焼結処理する工程と、を含む。これらの工程を含むことにより、積層された造形断面層によって三次元造形物が造形され、また焼結処理をすることによって、その強度を高めることができる。 The sintering modeling method of this application example includes a modeling layer forming step of forming a modeling layer using a sintering modeling material containing the first inorganic particles, and a second layer containing the second inorganic particles in a desired region of the modeling layer. And a step of curing the applied liquid binder to form a shaped cross-section layer. By including these steps, the shaped cross-sectional layer can further contain the second inorganic particles in addition to the first inorganic particles. The method also includes a step of removing a region of the shaping layer to which the liquid binder is not applied, and a step of heating the laminated shaping cross-section layers to perform a sintering treatment. By including these steps, the three-dimensional modeled object is modeled by the laminated modeled cross-section layers, and the strength can be increased by performing the sintering process.

本適用例によれば、造形断面層には、第1の無機粒子に加え、更に第2の無機粒子を含ませるため、より無機粒子(第1および第2の無機粒子)の密度(体積充填率)が高い三次元造形物を得ることができる。その結果、焼結処理を行った場合の三次元造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い三次元造形物を造形することができる。 According to this application example, since the modeling cross-section layer further contains the second inorganic particles in addition to the first inorganic particles, the density (volume filling) of the inorganic particles (first and second inorganic particles) is further increased. It is possible to obtain a three-dimensional structure having a high rate. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the three-dimensional modeled product when the sintering process is performed is further suppressed, and the three-dimensional modeled product with higher dimensional accuracy can be modeled.

[適用例2] 上記適用例に係る焼結造形方法において、前記焼結処理する工程は、前記第2の無機粒子を、前記第1の無機粒子が焼結を開始する焼結開始温度より低い温度において前記第1の無機粒子に融着させる加熱工程を含むことを特徴とする。 Application Example 2 In the sintering modeling method according to the above application example, in the step of performing the sintering treatment, the second inorganic particles are lower than a sintering start temperature at which the first inorganic particles start sintering. The method is characterized by including a heating step of fusing the first inorganic particles at a temperature.

本適用例によれば、焼結処理する工程は、第2の無機粒子を、第1の無機粒子が焼結を開始する焼結開始温度より低い温度において第1の無機粒子に融着させることにより、第2の無機粒子を、第1の無機粒子同士を結着させるバインダーとして機能させることができる。その結果、焼結処理を行った場合の三次元造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い三次元造形物を造形することができる。 According to this application example, in the step of performing the sintering treatment, the second inorganic particles are fused to the first inorganic particles at a temperature lower than the sintering start temperature at which the first inorganic particles start sintering. This allows the second inorganic particles to function as a binder that binds the first inorganic particles together. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the three-dimensional modeled product when the sintering process is performed is further suppressed, and the three-dimensional modeled product with higher dimensional accuracy can be modeled.

[適用例3] 上記適用例に係る焼結造形方法において、前記焼結造形材料は、前記第1の無機粒子同士を結着する熱可塑性バインダーを含み、前記造形層形成工程は、前記焼結造形材料を前記熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱して行うことを特徴とする。 Application Example 3 In the sintering modeling method according to the above application example, the sintering modeling material includes a thermoplastic binder that binds the first inorganic particles to each other, and the modeling layer forming step includes the sintering. It is characterized in that the molding material is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic binder.

本適用例によれば、焼結造形材料は、第1の無機粒子同士を結着する熱可塑性バインダーを含んでいる。また、造形層形成工程は、焼結造形材料を熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱して行う。焼結造形材料を熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱することで焼結造形材料の流動性が高まるため、焼結造形材料をより容易に展延させることが可能となり、より寸法精度の高い造形層を形成することが可能となる。また、焼結処理を進める加熱工程では、熱可塑性バインダーが熱分解されるまでの間(脱脂が完了するまでの間)熱可塑性バインダーが第1の無機粒子同士の結着に寄与する。本適用例によれば、これらの結果、より寸法精度の高い三次元造形物を造形することができる。 According to this application example, the sintering modeling material includes the thermoplastic binder that binds the first inorganic particles to each other. The modeling layer forming step is performed by heating the sintering modeling material to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic binder. By heating the sinter-molding material to a temperature above the melting point of the thermoplastic binder, the fluidity of the sinter-molding material is increased, making it possible to spread the sinter-molding material more easily and with higher dimensional accuracy. It becomes possible to form a modeling layer. Further, in the heating step for proceeding the sintering treatment, the thermoplastic binder contributes to the binding of the first inorganic particles until the thermoplastic binder is thermally decomposed (until degreasing is completed). According to this application example, as a result of these, it is possible to form a three-dimensional object with higher dimensional accuracy.

[適用例4] 上記適用例に係る焼結造形方法において、前記造形断面層に含まれる前記第1の無機粒子の重量と前記第2の無機粒子の重量との比率が400:1〜3:1の範囲であることを特徴とする。 Application Example 4 In the sintering modeling method according to the above application example, the ratio of the weight of the first inorganic particles and the weight of the second inorganic particles included in the modeling cross-section layer is 400:1 to 3: It is characterized in that it is in the range of 1.

本適用例によれば、造形断面層に含まれる第1の無機粒子の重量と第2の無機粒子の重量との比率が400:1〜3:1の範囲であるため、第1の無機粒子を主材として造形することができる。また、この主材に付与する第2の無機粒子によって、より無機粒子の密度が高い三次元造形物を得ることができる。その結果、焼結処理を行った場合の三次元造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い三次元造形物を造形することができる。 According to this application example, the ratio of the weight of the first inorganic particles and the weight of the second inorganic particles included in the modeling cross-section layer is in the range of 400:1 to 3:1. Can be molded using as a main material. In addition, the second inorganic particles applied to the main material makes it possible to obtain a three-dimensional structure having a higher density of inorganic particles. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the three-dimensional modeled product when the sintering process is performed is further suppressed, and the three-dimensional modeled product with higher dimensional accuracy can be modeled.

[適用例5] 上記適用例に係る焼結造形方法において、前記第1の無機粒子の平均粒子径と前記第2の無機粒子の平均粒子径との比率が50000:1〜10:1の範囲であることを特徴とする。 Application Example 5 In the sintering and shaping method according to the above application example, the ratio of the average particle diameter of the first inorganic particles to the average particle diameter of the second inorganic particles is in the range of 50,000:1 to 10:1. Is characterized in that

本適用例によれば、第1の無機粒子の平均粒子径と第2の無機粒子の平均粒子径との比率が50000:1〜10:1の範囲であるため、第1の無機粒子を主材として造形することができ、また、付与する第2の無機粒子が、液状結合剤と共に主材(第1の無機粒子)の間に浸透しやすい。その結果、より均質に無機粒子の密度を高めた造形断面層を形成することができ、より均質に無機粒子の密度を高めた三次元造形物を得ることができる。その結果、焼結処理を行った場合の三次元造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い三次元造形物を造形することができる。 According to this application example, since the ratio of the average particle diameter of the first inorganic particles and the average particle diameter of the second inorganic particles is in the range of 50,000:1 to 10:1, the first inorganic particles are mainly used. It can be shaped as a material, and the second inorganic particles to be applied easily penetrate between the main material (first inorganic particles) together with the liquid binder. As a result, it is possible to form a modeling cross-section layer in which the density of the inorganic particles is increased more uniformly, and it is possible to obtain a three-dimensional structure in which the density of the inorganic particles is increased more uniformly. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the three-dimensional modeled product when the sintering process is performed is further suppressed, and the three-dimensional modeled product with higher dimensional accuracy can be modeled.

[適用例6] 上記適用例に係る焼結造形方法において、前記第2の無機粒子の平均粒
子径が0.001μm以上10μm以下であることを特徴とする。
Application Example 6 In the sintering and shaping method according to the above application example, the second inorganic particles have an average particle diameter of 0.001 μm or more and 10 μm or less.

本適用例によれば、第2の無機粒子の平均粒子径が0.001μm以上10μm以下である。つまり、第2の無機粒子がナノ粒子レベル(1〜1万nm)の大きさの無機粒子であるため、第1の無機粒子が含まれる焼結造形材料の所望の領域に液状結合剤を付与した場合に、第1の無機粒子の空隙に容易に入り込ませることができる。つまり、より均質に無機粒子(第1および第2の無機粒子)の密度を高めることができ、より均質に無機粒子の密度を高めた三次元造形物を得ることができる。また、第2の無機粒子がナノ粒子レベルの大きさの無機粒子であるため、第2の無機粒子を付与することによって三次元造形物の焼結開始温度を降下させることができる。つまり、第2の無機粒子のサイズ効果により、第2の無機粒子と第1の無機粒子との焼結がより低い温度で開始されるため、例えば、第1の無機粒子と第2の無機粒子とが同じ金属の場合には、第1の無機粒子だけの場合の焼結開始温度に比較し、より低い温度で焼結を開始することができる。その結果、焼結処理のための加熱工程における寸法の変化(例えば、焼結造形材料に含まれるバインダー材料の熱分解(脱脂)による寸法の変化)を、より低い温度から抑制することができるため、三次元造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い三次元造形物を造形することができる。 According to this application example, the average particle diameter of the second inorganic particles is 0.001 μm or more and 10 μm or less. That is, since the second inorganic particles are inorganic particles having a size of nano-particle level (10 to 10,000 nm), the liquid binder is applied to a desired region of the sintered molding material containing the first inorganic particles. In this case, the voids of the first inorganic particles can easily enter. That is, the density of the inorganic particles (first and second inorganic particles) can be increased more uniformly, and a three-dimensional structure having a more uniform density of the inorganic particles can be obtained. In addition, since the second inorganic particles are inorganic particles having a size of a nanoparticle level, the sintering start temperature of the three-dimensional structure can be lowered by adding the second inorganic particles. That is, because the size effect of the second inorganic particles causes the sintering of the second inorganic particles and the first inorganic particles to start at a lower temperature, for example, the first inorganic particles and the second inorganic particles When the same metal is used, the sintering can be started at a lower temperature than the sintering start temperature in the case of only the first inorganic particles. As a result, it is possible to suppress a dimensional change (for example, a dimensional change due to thermal decomposition (degreasing) of the binder material included in the sintering and shaping material) from a lower temperature in the heating step for the sintering process. The dimensional change (shrinkage) of the three-dimensional model is further suppressed, and the three-dimensional model having higher dimensional accuracy can be modeled.

[適用例7] 上記適用例に係る焼結造形方法において、前記第1の無機粒子および前
記第2の無機粒子が、セラミック粒子または金属粒子であることを特徴とする。
Application Example 7 In the sintering and shaping method according to the above application example, the first inorganic particles and the second inorganic particles are ceramic particles or metal particles.

本適用例によれば、第1の無機粒子および第2の無機粒子が、セラミック粒子または金属粒子であるため、これらが主材の三次元造形物に対して焼結処理を行うことができ、その結果、より強固な三次元造形物を得ることができる。 According to this application example, since the first inorganic particles and the second inorganic particles are ceramic particles or metal particles, it is possible to perform a sintering process on the three-dimensional structure whose main material is these. As a result, a stronger three-dimensional structure can be obtained.

[適用例8] 本適用例に係る液状結合剤は、第1の無機粒子が含まれる焼結造形材料の所望の領域に液状結合剤を付与する工程と、付与した前記液状結合剤を硬化する工程と、を含む三次元造形物の製造に用い、第2の無機粒子が含まれていることを特徴とする。 Application Example 8 The liquid binder according to this application example includes a step of applying the liquid binder to a desired region of the sintered molding material containing the first inorganic particles, and curing the applied liquid binder. The method is used for manufacturing a three-dimensional structure including the step, and includes the second inorganic particles.

本適用例の液状結合剤は、三次元造形物の製造に用いる液状結合剤であり、第1の無機粒子が含まれる焼結造形材料の所望の領域に付与され、付与された領域が硬化することで三次元造形物を構成する領域が形成される。また、この液状結合剤には、第2の無機粒子が含まれている。つまり、本適用例の液状結合剤によれば、三次元造形物を造形するための所望の領域には、第1の無機粒子に加え、更に第2の無機粒子を含ませることができる。その結果、より無機粒子の密度が高い三次元造形物を得ることができる。 The liquid binder of this application example is a liquid binder used for manufacturing a three-dimensional structure, and is applied to a desired region of the sintered modeling material containing the first inorganic particles, and the applied region is cured. As a result, a region forming the three-dimensional structure is formed. In addition, the liquid binder contains second inorganic particles. That is, according to the liquid binder of this application example, in addition to the first inorganic particles, the second region can further include the second inorganic particles in a desired region for forming the three-dimensional structure. As a result, it is possible to obtain a three-dimensional structure having a higher density of inorganic particles.

[適用例9] 上記適用例に係る液状結合剤において、前記第2の無機粒子の平均粒子径が0.001μm以上10μm以下であることを特徴とする。 Application Example 9 In the liquid binder according to the application example described above, the average particle diameter of the second inorganic particles is 0.001 μm or more and 10 μm or less.

本適用例によれば、液状結合剤に含まれる第2の無機粒子の平均粒子径が0.001μm以上10μm以下である。つまり、第2の無機粒子は、ナノ粒子レベルの大きさの無機粒子であるため、第1の無機粒子が含まれる焼結造形材料の所望の領域に液状結合剤を付与した場合に、第1の無機粒子の空隙に容易に入り込ませることができる。つまり、より均質に無機粒子(第1および第2の無機粒子)の密度を高めることができ、より均質に無機粒子の密度を高めた三次元造形物を得ることができる。 According to this application example, the average particle diameter of the second inorganic particles contained in the liquid binder is 0.001 μm or more and 10 μm or less. That is, since the second inorganic particles are inorganic particles having a size of a nanoparticle level, when the liquid binder is applied to a desired region of the sintered molding material containing the first inorganic particles, It can easily enter the voids of the inorganic particles. That is, the density of the inorganic particles (first and second inorganic particles) can be increased more uniformly, and a three-dimensional structure having a more uniform density of the inorganic particles can be obtained.

[適用例10] 上記適用例に係る液状結合剤において、前記第2の無機粒子がセラミック粒子または金属粒子であることを特徴とする。 Application Example 10 In the liquid binder according to the application example described above, the second inorganic particles are ceramic particles or metal particles.

本適用例によれば、例えば、第1の無機粒子が第2の無機粒子と同様のセラミック粒子である場合、または、第1の無機粒子が第2の無機粒子と同様の金属粒子である場合において、これらを主材とした三次元造形物の焼結処理を行うことができ、その結果、より強固な三次元造形物を得ることができる。 According to this application example, for example, when the first inorganic particles are the same ceramic particles as the second inorganic particles, or when the first inorganic particles are the same metal particles as the second inorganic particles. In the above, it is possible to perform a sintering treatment of a three-dimensional modeled product using these as main materials, and as a result, a stronger three-dimensional modeled product can be obtained.

[適用例11] 本適用例に係る焼結造形物は、適用例1ないし適用例7のいずれか一例に記載の焼結造形方法により造形されたことを特徴とする。 Application Example 11 The sintered shaped article according to this application example is characterized by being shaped by the sintering shaping method described in any one of Application Examples 1 to 7.

上記適用例に記載の焼結造形方法により造形された焼結造形物は、焼結処理を行った場合の三次元造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い三次元造形物として提供される。 The sinter-molded article manufactured by the sinter-molding method described in the above application example has a three-dimensional shape with a higher dimensional accuracy in which the dimensional change (shrinkage) of the three-dimensional model when the sintering treatment is performed is further suppressed It is provided as a model.

[適用例12] 本適用例に係る焼結造形物は、適用例8ないし適用例10のいずれか一例に記載の液状結合剤を用いて造形されたことを特徴とする。 Application Example 12 The sintered shaped article according to this application example is characterized by being molded using the liquid binder described in any one of Application Examples 8 to 10.

上記適用例に記載の液状結合剤を用いて造形された焼結造形物は、より寸法精度の高い三次元造形物として提供される。 The sintered shaped article shaped using the liquid binder described in the above application example is provided as a three-dimensional shaped article with higher dimensional accuracy.

[適用例13] 本適用例に係る焼結造形物は、積層する焼結造形材料に予め含まれる第1の無機粒子と、積層された前記焼結造形材料に付与する液状結合剤に含まれる第2の無機粒子と、を含んで構成されることを特徴とする。 Application Example 13 The sintered shaped article according to this application example is included in the first inorganic particles that are contained in advance in the laminated sintering modeling material and the liquid binder that is applied to the laminated sintering modeling material. And a second inorganic particle.

本適用例によれば、焼結造形物は、積層する焼結造形材料に予め含まれる第1の無機粒子と、積層された焼結造形材料に付与する液状結合剤に含まれる第2の無機粒子と、を含んで構成される。つまり、焼結造形物は、第1の無機粒子に加え、第2の無機粒子を含んで構成されるため、第1の無機粒子のみで構成される焼結造形物に比較して、より無機粒子の充填率が高い焼結造形物を得ることができる。 According to this application example, the sinter-molded article includes the first inorganic particles contained in advance in the sinter-molded material to be laminated, and the second inorganic particles contained in the liquid binder applied to the sinter-molded material to be laminated. And particles. That is, since the sintered shaped article is configured to include the second inorganic particles in addition to the first inorganic particles, it is more inorganic than the sintered shaped article configured to include only the first inorganic particles. It is possible to obtain a sintered shaped article having a high particle packing rate.

焼結造形材料の常温における状態を示す概念図Conceptual diagram showing the state of the sintered molding material at room temperature 焼結造形装置を説明する模式図Schematic diagram explaining the sintering modeling device 実施形態1に係る液状結合剤の概念図Conceptual diagram of the liquid binder according to the first embodiment 造形層の所望の領域に液状結合剤を付与した様子を示す概念図A conceptual diagram showing a state in which a liquid binder is applied to a desired region of the modeling layer 脱脂、焼結の熱処理工程を従来技術と比較する概念図Conceptual diagram comparing the heat treatment process of degreasing and sintering with conventional technology

以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。 Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is an embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In addition, in each of the following drawings, the scale may be different from the actual scale in order to make the description easy to understand.

(実施形態1)
実施形態1として、3次元形状の立体モデル(焼結造形物)を造形する一つの手法としての積層造形における焼結造形材料、焼結造形装置、「焼結造形方法」、焼結造形に用いる「液状結合剤」、およびこれらによって造形された「焼結造形物」を説明する。
積層造形の方法としては、三次元造形物の断面形状を形成すべく焼結造形材料で構成された薄い層にインクジェット法により選択的に液状結合剤を付与し、液状結合剤を付与した部分を硬化させながら次々と積層することにより三次元造形物を形成する方法を用いている。
以下、それぞれについて具体的に説明する。
(Embodiment 1)
As the first embodiment, it is used for a sintering modeling material in a layered modeling, a sintering modeling apparatus, a “sintering modeling method”, and a sintering modeling as one method for modeling a three-dimensional solid model (sintered modeling). The "liquid binder" and the "sintered shaped article" shaped by these are described.
As a method of additive manufacturing, a liquid binder is selectively applied by an inkjet method to a thin layer composed of a sintering modeling material to form a cross-sectional shape of a three-dimensional structure, and a portion to which the liquid binder is applied is applied. A method of forming a three-dimensional structure by laminating one after another while curing is used.
Hereinafter, each will be specifically described.

<焼結造形材料>
図1は、焼結造形材料1の常温(15〜25℃)における状態を示す概念図である。
焼結造形材料1は、積層造形法により3次元形状の立体モデル(焼結造形物)を造形する際に使用する材料(主材)であり、焼結造形材料1によって焼結造形物の基本となる各層、つまり焼結造形物の各断面形状を形成するための層(以下造形層という)を形成する。
焼結造形材料1は、粉末の「第1の無機粒子」から成る粉末材料2および「熱可塑性バインダー」としてのバインダー材料3などによって構成される。
<Sintered molding material>
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a state of the sintered molding material 1 at room temperature (15 to 25° C.).
Sintering modeling material 1 is a material (main material) used when modeling a three-dimensional solid model (sintering modeling object) by the additive manufacturing method. That is, each layer, that is, a layer for forming each cross-sectional shape of the sintered shaped article (hereinafter referred to as a shaping layer) is formed.
The sintered molding material 1 is composed of a powder material 2 made of powder “first inorganic particles”, a binder material 3 as a “thermoplastic binder”, and the like.

粉末材料2は、焼結造形材料1を用いて形成される焼結造形物の主要な構成材料である。
粉末材料2は、「第1の無機粒子」としての無機粒子2aの集合体として構成される。 無機粒子2aには、金属粒子やセラミック粒子を用いることができる。無機粒子2aは、平均粒子径が0.1μm以上30μm以下の略球形である。平均粒子径は、1μm以上15μm以下であることが更に好ましい。また、真球形状に近いほどより好ましい。これにより、焼結造形物の形状に係る制御性、特に焼結造形物の外形を規定する辺や角部における形状の制御性が向上する。
The powder material 2 is a main constituent material of a sintered shaped article formed by using the sintered shaping material 1.
The powder material 2 is configured as an aggregate of the inorganic particles 2a as the "first inorganic particles". Metal particles or ceramic particles can be used as the inorganic particles 2a. The inorganic particles 2a have a substantially spherical shape with an average particle diameter of 0.1 μm or more and 30 μm or less. The average particle diameter is more preferably 1 μm or more and 15 μm or less. Moreover, it is more preferable that the shape is closer to a true sphere. This improves the controllability of the shape of the sintered shaped article, particularly the shape controllability of the sides and corners that define the outer shape of the sintered shaped article.

また、無機粒子2aの粒径は、焼結造形材料1によって形成される造形層の平均厚さ以下であることが好ましく、造形層の平均厚さの2分の1以下であることがより好ましい。これにより、造形層における無機粒子2aの密度(体積充填率)を向上させ、ひいては、焼結造形物の機械的強度を向上させることができる。 The particle size of the inorganic particles 2a is preferably equal to or less than the average thickness of the modeling layer formed by the sintering modeling material 1, and more preferably ½ or less of the average thickness of the modeling layer. .. As a result, the density (volume filling rate) of the inorganic particles 2a in the modeling layer can be improved, and the mechanical strength of the sintered model can be improved.

また、粉末材料2には、上記粒径の範囲内で、互いに異なる粒径の無機粒子2aが含まれていることが好ましい。なお、無機粒子2aの粒径の分布としては、ガウス分布(正規分布)に近い分布であってもよいし、最大径側あるいは最小径側に粒径分布の最大値を有するような分布(片分散)であってもよい。 Moreover, it is preferable that the powder material 2 contains the inorganic particles 2a having different particle diameters within the above-mentioned particle diameter range. The distribution of the particle size of the inorganic particles 2a may be a distribution close to a Gaussian distribution (normal distribution), or a distribution having the maximum value of the particle size distribution on the maximum diameter side or the minimum diameter side. Dispersion).

無機粒子2aの粒径が単一の値である場合、焼結造形物を形成したときの無機粒子2aによる体積充填率は、最密充填時の理論値である69.8%を超えることはなく、実際には50〜60%程度の充填率となる。これに対し、粉末材料2に互いに異なる粒径の無機粒子2aが含まれる(粒径が範囲を持って分布する)ようにすれば、例えば相対的に大きな粒径を有した無機粒子2a同士によって形成された空隙に、相対的に粒径の小さい無機粒子2aが配置されることによって体積充填率が向上する。これにより、焼結造形物の機械的強度を向上させることができる。このようにして、具体的には、体積充填率が、約70%となるようにすることが好ましい。 When the particle size of the inorganic particles 2a is a single value, the volume filling rate by the inorganic particles 2a when forming the sintered shaped article exceeds 69.8% which is the theoretical value at the time of close packing. In reality, the filling rate is about 50 to 60%. On the other hand, if the powder material 2 contains the inorganic particles 2a having different particle diameters (the particle diameters are distributed over a range), for example, the inorganic particles 2a having relatively large particle diameters may be mixed with each other. The volume filling rate is improved by arranging the inorganic particles 2a having a relatively small particle size in the formed voids. Thereby, the mechanical strength of the sintered shaped article can be improved. In this way, specifically, it is preferable that the volume filling rate is about 70%.

粉末材料2(無機粒子2a)には、好適例としてステンレス合金粉末を使用している。なお、粉末材料2は、ステンレス合金粉末に限定するものではなく、例えば、銅、青銅(Cu/Sn)、真鍮(Cu/Zn)、錫、鉛、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、チタン、タンタル、鉄、カルボニル鉄などの粉末、また、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金、金合金などの金属合金粉末、また、Fe/Ni、Fe/Si、Fe/Al、Fe/Si/Al、Fe/Co、Fe/Co/Vなどを含む磁性合金粉末、あるいはチタンアルミニウムなどの金属間化合物粉末などであっても良い。また、セラミック粉末の場合、アルミナ粉末、ジルコニア粉末などであっても良い。 As the powder material 2 (inorganic particles 2a), stainless alloy powder is used as a suitable example. The powder material 2 is not limited to the stainless alloy powder, and for example, copper, bronze (Cu/Sn), brass (Cu/Zn), tin, lead, gold, silver, platinum, palladium, iridium, titanium. , Powders of tantalum, iron, carbonyl iron, etc., metal alloy powders of titanium alloy, cobalt alloy, aluminum alloy, magnesium alloy, iron alloy, nickel alloy, chromium alloy, silicon alloy, zirconium alloy, gold alloy, etc. It may be a magnetic alloy powder containing Fe/Ni, Fe/Si, Fe/Al, Fe/Si/Al, Fe/Co, Fe/Co/V or the like, or an intermetallic compound powder such as titanium aluminum. In the case of ceramic powder, alumina powder, zirconia powder, etc. may be used.

バインダー材料3は、熱可塑性の高分子化合物であり、焼結造形材料1において粉末材料2とバインダー材料3とを混ぜ、無機粒子2aを略均一に分散させたときに無機粒子2a同士を結着する機能を有する。図1に示すように、粉末材料2とバインダー材料3とが略均一に分散するように混ぜ合わせたとき、バインダー材料3は、例えば、フレーク状のバインダーフレーク3aとして無機粒子2aを結着している。 The binder material 3 is a thermoplastic polymer compound, and when the powder material 2 and the binder material 3 are mixed in the sintering molding material 1 to disperse the inorganic particles 2a substantially uniformly, the inorganic particles 2a are bound to each other. Have the function to As shown in FIG. 1, when the powder material 2 and the binder material 3 are mixed so as to be dispersed substantially uniformly, the binder material 3 binds the inorganic particles 2a as, for example, flake-shaped binder flakes 3a. There is.

バインダー材料3には、例えば、好適例として、融点が55℃〜58℃、熱分解開始温度が、約200℃のポリカプロラクトンジオールを用いている。
なお、バインダー材料3は、ポリカプロラクトンジオールに限定するものではなく、常温で固体の熱可塑性を有し、その熱分解開始温度が50℃以上で無機粒子2aの焼結温度より低いものを用いる。例えば、融点が50〜100℃、熱分解開始温度が約250℃のエチレン酢酸ビニル共重合体や、融点が約120℃、熱分解開始温度が約400℃のポリエチレンなどであっても良い。
それぞれ、常温では、ろう状、ワセリン状、フレーク状などの固体で、融点を超えると融解し液状となる。
As the binder material 3, for example, as a suitable example, polycaprolactone diol having a melting point of 55° C. to 58° C. and a thermal decomposition starting temperature of about 200° C. is used.
The binder material 3 is not limited to polycaprolactone diol, and a material having solid thermoplasticity at room temperature and having a thermal decomposition starting temperature of 50° C. or higher and lower than the sintering temperature of the inorganic particles 2a is used. For example, ethylene vinyl acetate copolymer having a melting point of 50 to 100° C. and a thermal decomposition starting temperature of about 250° C., polyethylene having a melting point of about 120° C. and a thermal decomposition starting temperature of about 400° C., and the like may be used.
At room temperature, each is a solid such as wax, petrolatum, and flakes, and melts above the melting point to become a liquid.

焼結造形物において粉末材料2を構成する無機粒子2aの充填率が高くなるほど、焼結造形物の形状に係る精度が高められる。それゆえに、焼結造形物の形状に係る精度を高める上では、無機粒子2aが密に充填されるべく、密に充填された無機粒子2aの空隙よりもバインダー材料3の占める体積が小さくなるような配合比が好ましい。したがって、粉末材料2:バインダー材料3の体積比として、7:3〜9:1の範囲が好ましい。 The higher the filling rate of the inorganic particles 2a constituting the powder material 2 in the sintered shaped article, the higher the accuracy of the shape of the sintered shaped article. Therefore, in order to enhance the accuracy of the shape of the sintered shaped article, the volume occupied by the binder material 3 is smaller than the voids of the densely packed inorganic particles 2a so that the inorganic particles 2a are densely packed. Such a blending ratio is preferable. Therefore, the volume ratio of the powder material 2 to the binder material 3 is preferably in the range of 7:3 to 9:1.

なお、焼結造形材料1には、溶媒を含んでも良い。溶媒としては、水および無機塩の水溶液等の非有機系溶媒を含む水系溶媒が好ましい。水系溶媒としては、水を用いることが更に好ましい。焼結造形材料1に溶媒を含むことで、粉末材料2が均一に分散したペースト状の焼結造形材料をより容易に得ることができる。また、溶媒によって、ペースト状の焼結造形材料をより展延させやすくなるため、造形層をより薄く形成することができる。 The sintered molding material 1 may contain a solvent. As the solvent, an aqueous solvent containing a non-organic solvent such as water and an aqueous solution of an inorganic salt is preferable. It is more preferable to use water as the aqueous solvent. By including the solvent in the sinter-molding material 1, it is possible to more easily obtain a paste-form sinter-molding material in which the powder material 2 is uniformly dispersed. Further, the solvent makes it easier to spread the paste-shaped sintered molding material, so that the molding layer can be formed thinner.

<焼結造形装置>
図2は、焼結造形装置100を説明する模式図である。
図2において、Z軸方向が上下方向、−Z方向が鉛直方向、Y軸方向が前後方向、+Y方向が手前方向、X軸方向が左右方向、+X方向が左方向、X−Y平面が、焼結造形装置100が設置される平面と平行な面としている。
<Sintering modeling device>
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the sintering modeling apparatus 100.
In FIG. 2, the Z-axis direction is the vertical direction, the -Z direction is the vertical direction, the Y-axis direction is the front-back direction, the +Y direction is the front direction, the X-axis direction is the left-right direction, the +X direction is the left direction, and the XY plane is The surface is parallel to the plane on which the sintering modeling apparatus 100 is installed.

焼結造形装置100は、焼結造形材料1を用いて積層造形法により3次元形状の立体モデル(焼結造形物)を造形する装置である。
焼結造形装置100は、材料供給部10、加熱部20、展延部30、造形部40、描画部50、硬化部60、現出部70、脱脂焼結部80、およびそれぞれを制御する制御部(図示省略)などを備えている。
The sinter modeling apparatus 100 is an apparatus that uses the sinter modeling material 1 to model a three-dimensional solid model (sinter model) by a layered modeling method.
The sintering and shaping apparatus 100 controls the material supply unit 10, the heating unit 20, the spreading unit 30, the shaping unit 40, the drawing unit 50, the curing unit 60, the revealing unit 70, the degreasing and sintering unit 80, and each. A unit (not shown) and the like are provided.

材料供給部10は、収容された焼結造形材料1を加熱部20に供給する部分であり、例えば、図2に示すようなホッパー11を備えている。ホッパー11は加熱部20の上方に位置する材料吐出口12から内部に収容された焼結造形材料1を加熱部20に供給する。
なお、材料供給部10は、この構成に限定するものではなく、例えば、焼結造形材料1を収容したカートリッジを装填し加熱する装填部を備え、装填されたカートリッジをバインダー材料3の融点以上に加熱することで焼結造形材料1に流動性を持たせて加熱部20に供給する構成(図示省略)などであっても良い。
The material supply unit 10 is a unit that supplies the housed sintered modeling material 1 to the heating unit 20, and includes a hopper 11 as shown in FIG. 2, for example. The hopper 11 supplies the sintering molding material 1 housed therein to the heating unit 20 through the material discharge port 12 located above the heating unit 20.
Note that the material supply unit 10 is not limited to this configuration, and includes, for example, a loading unit that loads and heats the cartridge containing the sintering and shaping material 1, and the loaded cartridge has a temperature equal to or higher than the melting point of the binder material 3. A configuration (not shown) in which the sintered modeling material 1 is made fluid by heating and is supplied to the heating unit 20 may be used.

加熱部20は、焼結造形材料1をバインダー材料3の融点以上の温度に加熱し維持するホットプレート21を備えている。材料供給部10から供給された焼結造形材料1は、ホットプレート21上でバインダー材料3が融解することで、流動性の有る流動性造形材料4となる。 The heating unit 20 includes a hot plate 21 that heats and maintains the sintering modeling material 1 at a temperature equal to or higher than the melting point of the binder material 3. The sintering molding material 1 supplied from the material supply unit 10 becomes a fluid molding material 4 having fluidity by melting the binder material 3 on the hot plate 21.

展延部30は、スクイージ31を備えている。
スクイージ31は、X軸方向に移動可能に設けられたY軸方向に延在する細長い板状体であり、X―Y平面上で流動性造形材料4を−X方向にすり押すように移動させることで、流動性造形材料4を薄く展延させることができる。
展延部30は、造形部40が備えるステージ41上に流動性造形材料4を展延し造形層5を形成する。
なお、流動性造形材料4を薄く展延させる方法は、スクイージ31により展延する方法に限定するものでない。例えば、エアにより押圧して展延する方法や、加熱部を備えたステージを回転させて遠心力により展延する方法などであっても良い。
The spreading section 30 includes a squeegee 31.
The squeegee 31 is an elongated plate-like member that is provided so as to be movable in the X-axis direction and that extends in the Y-axis direction. The squeegee 31 moves the fluid molding material 4 so as to rub it in the -X direction on the XY plane. As a result, the flowable molding material 4 can be spread thinly.
The spreading unit 30 spreads the fluid modeling material 4 on the stage 41 included in the modeling unit 40 to form the modeling layer 5.
The method of thinly spreading the fluid modeling material 4 is not limited to the method of spreading with the squeegee 31. For example, a method of pressing and spreading with air, a method of rotating a stage equipped with a heating unit and spreading with a centrifugal force, and the like may be used.

造形部40は、ステージ41と、ステージ41をZ軸方向に昇降させるステージ昇降機構42などを備えている。ステージ41は、ホットプレート21と同一の面内(同一の高さ)に位置する初期位置において、スクイージ31によって、流動性造形材料4が展延されるX―Y平面を構成する。 The modeling unit 40 includes a stage 41 and a stage elevating mechanism 42 that elevates and lowers the stage 41 in the Z-axis direction. The stage 41 constitutes an XY plane on which the fluid molding material 4 is spread by the squeegee 31 at an initial position located in the same plane (same height) as the hot plate 21.

ステージ41は、常温(例えば室温)に維持され、ステージ41上に展延された流動性造形材料4は、融点未満になると流動性を失い、先に形成された造形層5上に新たに造形層5として積層される。展延された流動性造形材料4は、融点未満になるまで放置しても良いし、冷却しても良い。冷却方法としては、ファンなどを用いて造形層5に常温あるいは冷却した風を送風する方法や、造形層5に冷却プレートを接触させる方法などが可能である。 The stage 41 is maintained at room temperature (for example, room temperature), and the fluidity modeling material 4 spread on the stage 41 loses fluidity when the temperature is lower than the melting point, and a new modeling is performed on the modeling layer 5 previously formed. Stacked as layer 5. The spreadable flowable molding material 4 may be left to stand until it is below the melting point, or may be cooled. As a cooling method, a method of blowing normal temperature or cooled air to the modeling layer 5 using a fan or a method of bringing a cooling plate into contact with the modeling layer 5 is possible.

ステージ昇降機構42は、ステージ41上に展延され形成された造形層5の層厚みに応じてステージ41を降下させる。ステージ41が降下することで、造形層5の表面がホットプレート21と同一の面内(同一の高さ)に位置するようになり、再び、スクイージ31によって流動性造形材料4が展延され造形層5として積層されるX―Y平面が構成される。 The stage elevating mechanism 42 lowers the stage 41 according to the layer thickness of the modeling layer 5 that is spread and formed on the stage 41. When the stage 41 descends, the surface of the modeling layer 5 comes to be located in the same plane (same height) as the hot plate 21, and the squeegee 31 spreads the fluid modeling material 4 again to model it. An XY plane is formed which is laminated as layer 5.

描画部50は、吐出ヘッド51、カートリッジ装填部52、キャリッジ53、キャリッジ移動機構54(構成図省略)などを備えている。
吐出ヘッド51は、インクジェット法により液状結合剤8をステージ41上の造形層5に吐出するノズル(図示省略)を備えている。
カートリッジ装填部52は、液状結合剤8を収容したインクカートリッジを装填し、液状結合剤8を吐出ヘッド51に供給する。
キャリッジ53は、吐出ヘッド51、カートリッジ装填部52(つまりはインクカートリッジ)を搭載し、キャリッジ移動機構54によって、ステージ41の上面を移動する。
キャリッジ移動機構54は、X−Y軸直動搬送機構を有し、キャリッジ53をX―Y平面で移動(走査)させる。
The drawing unit 50 includes an ejection head 51, a cartridge loading unit 52, a carriage 53, a carriage moving mechanism 54 (configuration diagram omitted), and the like.
The ejection head 51 includes a nozzle (not shown) that ejects the liquid binder 8 onto the modeling layer 5 on the stage 41 by an inkjet method.
The cartridge loading unit 52 loads an ink cartridge containing the liquid binder 8 and supplies the liquid binder 8 to the ejection head 51.
The carriage 53 has an ejection head 51 and a cartridge loading unit 52 (that is, an ink cartridge) mounted thereon, and is moved on the upper surface of the stage 41 by a carriage moving mechanism 54.
The carriage moving mechanism 54 has an X-Y axis linear transfer mechanism, and moves (scans) the carriage 53 on the XY plane.

描画部50は、制御部による制御によって、ステージ41上に展延された造形層5に、液状結合剤8による所望の画像(焼結造形物の断面形状を反映した画像)を形成する。具体的には、制御部は、予め入力された焼結造形物を構成する各断面層の画像情報を有し、この画像情報に応じて、吐出ヘッド51を移動する位置、液状結合剤8を吐出するタイミングを制御し、対応する各造形層5に液状結合剤8を付与する。 Under the control of the control unit, the drawing unit 50 forms a desired image (image reflecting the cross-sectional shape of the sintered shaped object) on the modeling layer 5 spread on the stage 41 by the liquid binder 8. Specifically, the control unit has pre-input image information of each cross-sectional layer forming the sintered shaped article, and according to the image information, the position to move the ejection head 51 and the liquid binder 8 are set. The ejection timing is controlled, and the liquid binder 8 is applied to each corresponding modeling layer 5.

硬化部60は、造形層5に付与された液状結合剤8を硬化させて造形断面層6を形成する液状結合剤硬化機構61を備えている。例えば、液状結合剤8に紫外線硬化性樹脂を含む材料を用いる場合には、液状結合剤硬化機構61は、紫外線照射機により構成され、また、例えば、液状結合剤8に熱硬化性樹脂を含む材料を用いる場合には、液状結合剤硬化機構61は、加熱装置により構成される。 The curing unit 60 includes a liquid binder curing mechanism 61 that cures the liquid binder 8 applied to the modeling layer 5 to form the modeling cross-section layer 6. For example, when a material containing an ultraviolet curable resin is used for the liquid binder 8, the liquid binder curing mechanism 61 is configured by an ultraviolet irradiator, and, for example, the liquid binder 8 contains a thermosetting resin. When a material is used, the liquid binder curing mechanism 61 is composed of a heating device.

現出部70は、造形層5の液状結合剤8が付与されていない領域(非造形部5b)を除去して造形物7を現出する部分であり、造形部40の−X側に配置されている。現出部70は、切削ナイフ、回転ブラシなどの不要部除去手段(図示省略)を備えており、搬送機構43によって造形部40から搬送された造形物(造形層5の積層物)に対して現出処理を行う。
なお、現出処理は、バインダー材料3が水溶性の場合において、水洗などにより非造形部5bを洗い流し除去する方法であってもよいため、不要部除去手段として、水洗槽などを備える構成であっても良い。
The exposed portion 70 is a portion that exposes the molded article 7 by removing the region (non-molded portion 5b) of the modeling layer 5 to which the liquid binder 8 is not applied, and is arranged on the −X side of the modeling portion 40. Has been done. The exposed portion 70 is provided with an unnecessary portion removing device (not shown) such as a cutting knife or a rotating brush, and with respect to the modeled object (laminated product of the modeling layer 5) transferred from the modeling section 40 by the transfer mechanism 43. Perform appearance processing.
The revealing process may be a method of rinsing and removing the non-shaped part 5b by rinsing with water when the binder material 3 is water-soluble, so that it is configured to include a rinsing tank as an unnecessary part removing means. May be.

脱脂焼結部80は、非造形部5bが除去された造形物7(積層された造形断面層6)を脱脂し、焼結処理する部分であり、現出部70の−X側に配置されている。脱脂焼結部80は、脱脂焼結炉81、加熱ヒーター82、脱脂ガス供給設備83、排気設備84などを備えており、搬送機構43によって現出部70から搬送された造形物7に対して脱脂焼結処理を行う。 The degreasing and sintering part 80 is a part for degreasing and sintering the modeled object 7 (the laminated modeling cross-section layer 6) from which the non-modeling part 5b has been removed, and is arranged on the −X side of the exposed part 70. ing. The degreasing and sintering unit 80 includes a degreasing and sintering furnace 81, a heater 82, a degreasing gas supply facility 83, an exhaust facility 84, and the like, and with respect to the modeled object 7 that is transported from the revealing unit 70 by the transport mechanism 43. Degreasing and sintering treatment is performed.

なお、焼結造形装置100は、現出部70および脱脂焼結部80が、造形部40から連続して設けられている構成を例に説明したが、これに限定するものではない。例えば、現出部70および脱脂焼結部80と、あるいは、現出部70と脱脂焼結部80のそれぞれとが別体で構成されていても良い。 The sintering modeling apparatus 100 has been described by taking the configuration in which the revealing section 70 and the degreasing and sintering section 80 are continuously provided from the modeling section 40 as an example, but the configuration is not limited to this. For example, the exposed portion 70 and the degreasing and sintering portion 80, or the exposing portion 70 and the degreasing and sintering portion 80 may be configured separately.

<液状結合剤>
図3は、実施形態1に係る「液状結合剤」としての液状結合剤8の概念図である。
液状結合剤8は、液状の液体部9に「第2の無機粒子」としての無機粒子8aを含んでいることを特徴としている。また、液体部9には、硬化剤8bを含んでいる。
<Liquid binder>
FIG. 3 is a conceptual diagram of the liquid binder 8 as the “liquid binder” according to the first embodiment.
The liquid binder 8 is characterized in that the liquid portion 9 in the liquid state contains inorganic particles 8a as "second inorganic particles". Further, the liquid portion 9 contains a curing agent 8b.

無機粒子8aには、無機粒子2aと同様に、金属粒子やセラミック粒子を用いることができる。好適例として無機粒子2aと同様に、ステンレス合金粉末を使用している。なお、無機粒子8aは、ステンレス合金に限定するものではなく、例えば、銅、青銅(Cu/Sn)、真鍮(Cu/Zn)、錫、鉛、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、チタン、タンタル、鉄、カルボニル鉄など、また、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金、金合金などの金属合金、また、Fe/Ni、Fe/Si、Fe/Al、Fe/Si/Al、Fe/Co、Fe/Co/Vなどを含む磁性合金、あるいはチタンアルミニウムなどの金属間化合物などであっても良い。また、セラミックの場合、アルミナ、ジルコニアなどであっても良い。 As the inorganic particles 8a, metal particles or ceramic particles can be used as in the case of the inorganic particles 2a. As a suitable example, stainless alloy powder is used as in the case of the inorganic particles 2a. The inorganic particles 8a are not limited to stainless alloys, and include, for example, copper, bronze (Cu/Sn), brass (Cu/Zn), tin, lead, gold, silver, platinum, palladium, iridium, titanium, Tantalum, iron, carbonyl iron, etc., metal alloys such as titanium alloy, cobalt alloy, aluminum alloy, magnesium alloy, iron alloy, nickel alloy, chromium alloy, silicon alloy, zirconium alloy, gold alloy, Fe/Ni, It may be a magnetic alloy containing Fe/Si, Fe/Al, Fe/Si/Al, Fe/Co, Fe/Co/V, or an intermetallic compound such as titanium aluminum. Further, in the case of ceramic, alumina, zirconia or the like may be used.

無機粒子8aは、平均粒子径が0.001μm以上10μm以下の略球形である。なお、無機粒子8aの平均粒子径は、0.001μm以上5μm以下であることが更に好ましく、真球形状に近いほどより好ましい。また、無機粒子2aの平均粒子径と無機粒子8aの平均粒子径との比率は、50000:1〜10:1の範囲である。これにより、無機粒子8aを無機粒子2aの空隙に容易に入り込ませることができる。つまり、より均質に無機粒子(無機粒子2aおよび無機粒子8a)の密度を高めることができ、より均質に無機粒子の密度を高めた三次元造形物を得ることができる。 The inorganic particles 8a have a substantially spherical shape with an average particle diameter of 0.001 μm or more and 10 μm or less. The average particle diameter of the inorganic particles 8a is more preferably 0.001 μm or more and 5 μm or less, and the closer to a true spherical shape, the more preferable. The ratio of the average particle size of the inorganic particles 2a and the average particle size of the inorganic particles 8a is in the range of 50,000:1 to 10:1. This allows the inorganic particles 8a to easily enter the voids of the inorganic particles 2a. That is, the density of the inorganic particles (the inorganic particles 2a and the inorganic particles 8a) can be increased more uniformly, and a three-dimensional structure having the inorganic particles more uniformly increased in density can be obtained.

硬化剤8bとしては、好適例として紫外線硬化性樹脂(紫外線重合性化合物)を用いているが、これに限定するものではなく、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、可視光領域の光により硬化する可視光硬化性樹脂(狭義の光硬化性樹脂)、赤外線硬化性樹脂等の各種光硬化性樹脂、X線硬化性樹脂など、また、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせる構成であっても良い。 As the curing agent 8b, an ultraviolet curable resin (ultraviolet polymerizable compound) is used as a suitable example, but the curing agent 8b is not limited to this and may be, for example, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or a light in the visible light range. Visible light curable resin (light curable resin in a narrow sense) that cures, various light curable resins such as infrared curable resin, X-ray curable resin, etc., and one or more kinds selected from these are combined. It may be configured.

また、液状結合剤8(液体部9)は、例えば、分散剤、界面活性剤、重合開始剤、重合促進剤、溶媒、浸透促進剤、湿潤剤(保湿剤)、定着剤、防黴剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート剤、pH調整剤、増粘剤、凝集防止剤、消泡剤などの成分を含むものであってもよい。 The liquid binder 8 (liquid part 9) is, for example, a dispersant, a surfactant, a polymerization initiator, a polymerization accelerator, a solvent, a penetration accelerator, a wetting agent (humectant), a fixing agent, a fungicide, It may contain components such as an antiseptic, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a chelating agent, a pH adjusting agent, a thickener, an anti-agglomeration agent, and an antifoaming agent.

<焼結造形方法>
次に、上述した焼結造形材料1および液状結合剤8を用い、焼結造形装置100を使用して「焼結造形物」を造形する「焼結造形方法」について説明する。
本実施形態に係る焼結造形方法は、以下の工程を含んでいる。
(1)無機粒子2aが含まれる焼結造形材料1を用いて造形層5を形成する造形層形成工程
(2)造形層5の所望の領域に無機粒子8aが含まれる液状結合剤8を付与する工程
(3)付与された液状結合剤8を硬化させて造形断面層6を形成する工程
(4)造形層5の液状結合剤8が付与されていない領域を除去する工程
(5)積層された造形断面層6を加熱して焼結処理する工程
<Sintering modeling method>
Next, the “sintering modeling method” for modeling the “sintering model” using the sintering modeling apparatus 100 using the above-described sintering modeling material 1 and the liquid binder 8 will be described.
The sintering modeling method according to the present embodiment includes the following steps.
(1) Forming layer forming step of forming the forming layer 5 using the sintering forming material 1 containing the inorganic particles 2a (2) Applying the liquid binder 8 containing the inorganic particles 8a to a desired region of the forming layer 5 Step (3) Step of curing the applied liquid binder 8 to form the modeling cross-section layer (4) Step of removing a region of the modeling layer 5 to which the liquid binder 8 is not applied (5) Lamination Step of heating the shaped cross-section layer 6 and sintering treatment

以下、図2を参照して順に説明する。
なお、焼結造形装置100に焼結造形材料1を供給した後の工程から造形物7の焼結処理を行う工程までは、焼結造形装置100が備える制御部の制御によって行われる。
Hereinafter, description will be made in order with reference to FIG.
In addition, from the step after the sintering modeling material 1 is supplied to the sintering modeling apparatus 100 to the step of performing the sintering process of the molded article 7, the control is performed by the control unit included in the sintering modeling apparatus 100.

まず、無機粒子2aおよびバインダー材料3を含む焼結造形材料1を準備し、材料供給部10(ホッパー11)に充填する。それぞれの比率は、無機粒子2aの粒径、粒径の分布、無機粒子2aによる体積充填率、展延して形成する造形層5の層厚みなど、焼結造形物の造形仕様に応じ、適宜設定することが望ましい。具体的には、例えば、無機粒子2aの体積充填率が約70%となるようにする。また、それぞれの分散が均一になることが好ましい。 First, the sintering modeling material 1 including the inorganic particles 2a and the binder material 3 is prepared and filled in the material supply unit 10 (hopper 11). The respective ratios are appropriately determined according to the molding specifications of the sintered molded product such as the particle size of the inorganic particles 2a, the particle size distribution, the volume filling rate of the inorganic particles 2a, and the layer thickness of the modeling layer 5 formed by spreading. It is desirable to set. Specifically, for example, the volume filling rate of the inorganic particles 2a is set to about 70%. Further, it is preferable that the respective dispersions are uniform.

また、無機粒子8aおよび硬化剤8bを含む液状結合剤8を準備し、インクカートリッジに充填してカートリッジ装填部52にセットする。
無機粒子8aには、好適例として、無機粒子2aと同じ素材の無機粒子を用いるが、これに限定するものではない。また、液状結合剤8に含む無機粒子8aの量は、形成された造形断面層6に含まれる無機粒子2aの重量と無機粒子8aの重量との比率が400:1〜3:1の範囲となるように調整する。具体的には、好適例として、焼結造形材料1において体積充填率が約70%となるように調整された無機粒子2aに対して、無機粒子2aの重量と無機粒子8aの重量との比率が9.5:1となるように無機粒子8aの含有量を調整する。
硬化剤8bには、好適例として紫外線硬化性樹脂を使用する。
Further, the liquid binder 8 including the inorganic particles 8a and the curing agent 8b is prepared, filled in the ink cartridge, and set in the cartridge loading portion 52.
As a suitable example, inorganic particles made of the same material as the inorganic particles 2a are used as the inorganic particles 8a, but the present invention is not limited to this. The amount of the inorganic particles 8a contained in the liquid binder 8 is such that the ratio of the weight of the inorganic particles 2a contained in the formed modeling cross-section layer 6 to the weight of the inorganic particles 8a is in the range of 400:1 to 3:1. Adjust so that Specifically, as a preferred example, the ratio of the weight of the inorganic particles 2a and the weight of the inorganic particles 8a to the inorganic particles 2a adjusted to have a volume filling rate of about 70% in the sintered molding material 1. Is adjusted to be 9.5:1, and the content of the inorganic particles 8a is adjusted.
As the curing agent 8b, a UV curable resin is used as a suitable example.

次に、材料供給部10から加熱部20(ホットプレート21)に焼結造形材料1を供給する。一度に加熱部20に供給される焼結造形材料1の量は、造形層5の1層分の量に見合う量に制御されている。
加熱部20は、ホットプレート21により焼結造形材料1をバインダー材料3の融点以上の温度に加熱し、バインダー材料3を融解することで、流動性造形材料4を形成する。
Next, the sintering molding material 1 is supplied from the material supply unit 10 to the heating unit 20 (hot plate 21). The amount of the sintering modeling material 1 supplied to the heating unit 20 at one time is controlled to be an amount corresponding to the amount of one modeling layer 5.
The heating unit 20 heats the sintering molding material 1 to a temperature equal to or higher than the melting point of the binder material 3 by the hot plate 21 and melts the binder material 3 to form the fluid molding material 4.

次に、展延部30により流動性造形材料4をステージ41上に展延する。具体的には、流動性を帯びた焼結造形材料1(流動性造形材料4)の+X側に当接させたスクイージ31を−X方向に移動させることによってステージ41の表面に押し伸ばす。 Next, the flowable molding material 4 is spread on the stage 41 by the spreading part 30. Specifically, the squeegee 31 brought into contact with the +X side of the fluidity-based sintered modeling material 1 (fluidic modeling material 4) is moved in the −X direction to be pushed to the surface of the stage 41.

ステージ41は、常温(例えば室温)に維持されており、ステージ41上に展延された流動性造形材料4が常温に冷却される。流動性造形材料4は、常温に冷却されることで、バインダー材料3が凝固し、造形層5が形成され、造形層形成工程が完了する。
造形層5の層厚みは、スクイージ31による展延の仕様によって制御される。具体的には、造形層5の層厚みは、スクイージ31の下端とX−Y平面(例えば初期位置におけるステージ41の表面)との間隙の大きさ、スクイージ31の移動速度、流動性造形材料4の粘度などによって変化するため、所望の厚みになるように適宜設定を行うことが望ましい。
The stage 41 is maintained at room temperature (for example, room temperature), and the fluid modeling material 4 spread on the stage 41 is cooled to room temperature. When the fluidity modeling material 4 is cooled to room temperature, the binder material 3 is solidified, the modeling layer 5 is formed, and the modeling layer forming step is completed.
The layer thickness of the modeling layer 5 is controlled by the specification of spreading by the squeegee 31. Specifically, the layer thickness of the modeling layer 5 is the size of the gap between the lower end of the squeegee 31 and the XY plane (for example, the surface of the stage 41 at the initial position), the moving speed of the squeegee 31, and the fluid modeling material 4. Since it changes depending on the viscosity of the above, it is desirable to appropriately set the thickness so as to obtain a desired thickness.

次に、描画部50は、ステージ41上に形成された造形層5の所望の領域に無機粒子8aが含まれる液状結合剤8を付与し、液状結合剤8による所望の画像を形成する。具体的には、予め制御部に入力された焼結造形物を構成する各断面層の画像情報に応じて、吐出ヘッド51を移動させながら液状結合剤8を吐出して、焼結造形物の断面形状に対応する位置に液状結合剤8を付与する。 Next, the drawing unit 50 applies the liquid binder 8 containing the inorganic particles 8 a to a desired region of the modeling layer 5 formed on the stage 41, and forms a desired image with the liquid binder 8. Specifically, the liquid binder 8 is ejected while moving the ejection head 51 in accordance with the image information of each cross-sectional layer that constitutes the sintered shaped object that is input to the control unit in advance, and the sintered shaped object is The liquid binder 8 is applied to the position corresponding to the cross-sectional shape.

図4は、焼結造形装置100によって造形層5の所望の領域に液状結合剤8を付与した様子を示す概念図である。
図1においてフレーク状に分散していたバインダー材料3は、一旦融解し凝固することで、無機粒子2aの体積充填率を高め、無機粒子2aの表面を覆うようにして造形層5の全体に略均一に分布する。所望の位置に選択的に付与された液状結合剤8は、図4に示すように、無機粒子2a、バインダー材料3を含む領域(バインダー材料3に覆われた無機粒子2aの空隙部)に浸透し、造形部5aが形成される。また、無機粒子2aに比較して粒径の小さい無機粒子8aは、液状結合剤8(液体部9)が造形層5の内部に浸透するのに伴って無機粒子2aの隙間に入り込んでいく。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state in which the liquid binder 8 is applied to a desired region of the modeling layer 5 by the sintering modeling apparatus 100.
The binder material 3 that has been dispersed in the form of flakes in FIG. 1 is once melted and solidified to increase the volume filling rate of the inorganic particles 2a, and to cover the surface of the inorganic particles 2a so that the entire modeling layer 5 is substantially covered. Evenly distributed. As shown in FIG. 4, the liquid binder 8 selectively applied to a desired position permeates the region containing the inorganic particles 2a and the binder material 3 (the void portion of the inorganic particles 2a covered with the binder material 3). Then, the modeling portion 5a is formed. In addition, the inorganic particles 8a having a smaller particle size than the inorganic particles 2a enter into the gaps between the inorganic particles 2a as the liquid binder 8 (the liquid portion 9) penetrates into the modeling layer 5.

次に、硬化部60は、造形層5に付与された液状結合剤8を硬化させて造形断面層6を形成する。具体的には、好適例として紫外線硬化性樹脂を含んだ液状結合剤8を使用しているため、キャリッジ53をステージ41上から退避させた後に、紫外線照射機(液状結合剤硬化機構61)によって造形層5に紫外線を照射し、造形層5に付与された液状結合剤8を硬化させることで、造形部5aを硬化させる。
なお、液状結合剤8の硬化は、次に積層される造形層5に付与される液状結合剤8との界面の接合強度を保つために、硬化が完了しない程度に硬化させることが好ましい。
Next, the curing section 60 cures the liquid binder 8 applied to the modeling layer 5 to form the modeling cross-section layer 6. Specifically, since the liquid binder 8 containing an ultraviolet curable resin is used as a suitable example, after the carriage 53 is evacuated from the stage 41, an ultraviolet irradiator (liquid binder curing mechanism 61) is used. The modeling layer 5a is cured by irradiating the modeling layer 5 with ultraviolet rays to cure the liquid binder 8 applied to the modeling layer 5.
The liquid binder 8 is preferably cured to such an extent that the curing is not completed in order to maintain the bonding strength at the interface with the liquid binder 8 applied to the modeling layer 5 to be laminated next.

次に、ステージ昇降機構42は、ステージ41上に展延され形成された造形層5の層厚みに応じてステージ41を降下させる。ステージ41が降下することで、造形層5の表面がホットプレート21と同一の面内に位置するようになり、再び、スクイージ31によって流動性造形材料4が展延され造形層5として積層されるX―Y平面が構成される。 Next, the stage elevating mechanism 42 lowers the stage 41 according to the layer thickness of the modeling layer 5 formed by being spread on the stage 41. When the stage 41 descends, the surface of the modeling layer 5 comes to be located in the same plane as the hot plate 21, and the fluid modeling material 4 is spread again by the squeegee 31 and laminated as the modeling layer 5. An XY plane is constructed.

以降、材料供給部10から加熱部20に焼結造形材料1を供給する工程から上記の工程までを繰り返し、造形層5を積層する。つまり、2層目以降の造形層5は、先に形成された造形層5の上に積層される。
なお、流動性造形材料4を展延して造形層5を形成する工程をステージ41上以外の場所で行い、造形層5を順次ステージ41に移送することで積層する方法であっても良い。
After that, the steps from the step of supplying the sintering modeling material 1 from the material supply unit 10 to the heating unit 20 to the above steps are repeated to stack the modeling layer 5. That is, the second and subsequent modeling layers 5 are stacked on the previously formed modeling layer 5.
Alternatively, the step of forming the modeling layer 5 by spreading the fluid modeling material 4 may be performed at a place other than the stage 41, and the modeling layer 5 may be sequentially transferred to the stage 41 to be laminated.

造形層5の積層が造形物7の造形に対応した高さに達し積層が完了したら、これを造形部40から取り出し、造形物7を現出させる。具体的には、搬送機構43によって造形物(造形層5の積層物)を造形部40から現出部70に搬送し、不要部除去手段によって液状結合剤8が付与されていない非造形部5bを除去することで造形物7(積層された造形断面層6)を現出させる。 When the stacking of the modeling layer 5 reaches the height corresponding to the modeling of the modeled article 7 and the stacking is completed, the modeled layer 40 is taken out, and the modeled article 7 is exposed. Specifically, the transporting mechanism 43 transports the modeled object (laminated product of the modeling layer 5) from the modeling section 40 to the revealing section 70, and the non-modeling section 5b to which the liquid binder 8 is not applied by the unnecessary portion removing means. Then, the molded article 7 (laminated modeling cross-section layer 6) is exposed.

次に、現出させた造形物7を脱脂焼結部80に移し、脱脂処理をする。具体的には、まず、搬送機構43によって現出部70から脱脂焼結炉81の内部に造形物7を搬送し、造形物7の脱脂を行う。脱脂は、バインダー材料3および付与し硬化した液状結合剤8(硬化剤8b)を加熱分解し除去することを目的として行う。脱脂工程では、バインダー材料3の脱脂が開始する温度範囲(好適例においては、ポリカプロラクトンジオールの熱分解開始温度(約200℃)を超える温度(300℃))で加熱処理をし、バインダー材料3および液状結合剤8(硬化剤8b)の脱脂を進める。バインダー材料3および液状結合剤8(硬化剤8b)が熱分解することによって発生した分解成分は、脱脂ガス供給設備83から供給される脱脂用ガスによって、排気設備84から排出される。 Next, the modeled object 7 that has been exposed is transferred to the degreasing and sintering unit 80, where it is degreased. Specifically, first, the molded article 7 is transported from the exposed portion 70 to the inside of the degreasing and sintering furnace 81 by the transport mechanism 43, and the molded article 7 is degreased. Degreasing is performed for the purpose of thermally decomposing and removing the binder material 3 and the applied and cured liquid binder 8 (curing agent 8b). In the degreasing step, heat treatment is performed at a temperature range in which debinding of the binder material 3 starts (in a preferred example, a temperature (300° C.) exceeding the thermal decomposition start temperature (about 200° C.) of polycaprolactone diol), and the binder material 3 And degreasing of the liquid binder 8 (curing agent 8b) is promoted. Decomposition components generated by thermal decomposition of the binder material 3 and the liquid binder 8 (curing agent 8b) are discharged from the exhaust equipment 84 by the degreasing gas supplied from the degreasing gas supply equipment 83.

次に、脱脂された造形物7の焼結処理を行う。具体的には、脱脂処理を行った温度を更に超える温度に徐々に加熱していき、無機粒子2aが焼結される温度で加熱処理を行う。好適例として、例えば、無機粒子2aに、ステンレス合金粉末を用いた場合には、ステンレス合金が焼結される1300℃まで徐々に加熱温度を上昇させる。無機粒子2aおよび無機粒子8aの焼結が完了することで、所望の焼結造形物が得られる。 Next, the degreased shaped article 7 is sintered. Specifically, the temperature is further gradually increased to a temperature higher than the temperature at which the degreasing treatment is performed, and the heat treatment is performed at a temperature at which the inorganic particles 2a are sintered. As a preferred example, for example, when a stainless alloy powder is used for the inorganic particles 2a, the heating temperature is gradually raised to 1300° C. at which the stainless alloy is sintered. By completing the sintering of the inorganic particles 2a and the inorganic particles 8a, a desired sintered shaped article can be obtained.

徐々に加熱する温度を上昇させる加熱工程では、無機粒子8aを、無機粒子2aが焼結を開始する焼結開始温度(無機粒子2aのみで焼結させた場合の焼結開始温度)より低い温度において無機粒子2aに融着)させることができる。これは、無機粒子8aがナノ粒子レベルの大きさの無機粒子であるため、無機粒子8aを付与することによって焼結開始温度を降下させることができるサイズ効果(融点降下)によるものである。 In the heating step of gradually increasing the heating temperature, the temperature of the inorganic particles 8a is lower than the sintering start temperature at which the inorganic particles 2a start to be sintered (the sintering start temperature in the case of sintering only the inorganic particles 2a). In (1), it can be fused to the inorganic particles 2a). This is due to the size effect (melting point decrease) in which the sintering start temperature can be lowered by adding the inorganic particles 8a, because the inorganic particles 8a are the inorganic particles having a size of the nanoparticle level.

図5は、脱脂、焼結の熱処理工程を従来技術(液状結合剤8が無機粒子8aを含まない場合)と比較する概念図である。熱処理温度の推移に応じて焼結造形物を構成する主材(無機粒子)の結び付き方が変化する様子を示している。
主材(無機粒子2a)は、バインダー材料および付与し硬化した液状結合剤によって支えられているが、脱脂工程(図5に示すAのゾーン)では、バインダー材料および付与し硬化した液状結合剤が徐々に加熱分解されるため、主材(無機粒子2a)を結び付ける力は徐々に弱くなる。これは、従来技術においても、本実施例においても同様である。
FIG. 5 is a conceptual diagram comparing a heat treatment process of degreasing and sintering with a conventional technique (when the liquid binder 8 does not include the inorganic particles 8a). It is shown that the way in which the main materials (inorganic particles) forming the sintered shaped article are bound changes according to the transition of the heat treatment temperature.
The main material (inorganic particles 2a) is supported by the binder material and the applied and cured liquid binder, but in the degreasing step (zone A shown in FIG. 5), the binder material and the applied and cured liquid binder are Since it is gradually decomposed by heating, the force for binding the main material (inorganic particles 2a) gradually weakens. This is the same both in the prior art and in this embodiment.

脱脂を完了し、徐々に加熱温度を上昇させて、焼結が完了する状態まで熱処理を継続する間(図5に示すBおよびCのゾーン)では、主材(無機粒子)を支える状態が、従来技術と異なっている。
従来技術では、脱脂が完了し、無機粒子同士の焼結が開始するまでの範囲(図5に示すBのゾーン)では、主材(無機粒子2a)を結び付ける力が極小となる。そのため、無機粒子の体積充填率が本実施形態と比較して低い(無機粒子2aのみのため)ことの影響も合わせて、造形物7の寸法変化が起こりやすい。
これに対し、本実施形態では、同様のBのゾーンにおいて無機粒子8aと無機粒子2aとの融着が開始するため、また無機粒子の体積充填率が従来技術と比較して高いため(無機粒子2aの空隙に無機粒子8aが入り込んでいるため)、造形物7の寸法変化が起こりにくい。
While the degreasing is completed, the heating temperature is gradually increased, and the heat treatment is continued until the sintering is completed (zones B and C shown in FIG. 5), the state of supporting the main material (inorganic particles) is Different from the prior art.
In the conventional technique, the force for binding the main material (inorganic particles 2a) is extremely small in the range (zone B shown in FIG. 5) from the completion of degreasing to the start of sintering of the inorganic particles. Therefore, the dimensional change of the modeled article 7 is likely to occur together with the effect that the volume filling rate of the inorganic particles is lower than that of the present embodiment (because only the inorganic particles 2a are included).
On the other hand, in the present embodiment, the fusion of the inorganic particles 8a and the inorganic particles 2a starts in the same zone B, and the volume filling rate of the inorganic particles is higher than that of the conventional technique (inorganic particles Since the inorganic particles 8a enter the voids 2a), the dimensional change of the molded article 7 is unlikely to occur.

また、脱脂工程中に無機粒子8aと無機粒子2aとの融着が開始してもよい(この場合、融着開始温度は、バインダー材料3および液状結合剤8(硬化剤8b)の熱分解開始温度が低い)。このようにすることで、バインダー材料3および液状結合剤8(硬化剤8b)が脱脂されて主材(無機粒子2a)を結び付ける力が極小となる前に無機粒子8aと無機粒子2aとの融着が開始するため、造形物7の寸法変化が起こりにくい。また、脱脂工程が完了した後に無機粒子2aとの融着が開始してもよい。(この場合、融着開始温度は、バインダー材料3および液状結合剤8(硬化剤8b)の熱分解開始温度が低い)。このようにすることで、主材(無機粒子2a)と主材(無機粒子2a)の空隙には、無機粒子2aが入り混んでいるので、バインダー材料3および液状結合剤8(硬化剤8b)が脱脂されても主材(無機粒子2a)が動きにくく、造形物7の寸法変化が起こりにくい。 Further, the fusion of the inorganic particles 8a and the inorganic particles 2a may start during the degreasing step (in this case, the fusion start temperature is the thermal decomposition start of the binder material 3 and the liquid binder 8 (curing agent 8b)). Low temperature). By doing so, before the binder material 3 and the liquid binder 8 (curing agent 8b) are degreased and the force for binding the main material (inorganic particles 2a) is minimized, the melting of the inorganic particles 8a and the inorganic particles 2a is performed. Since the wearing starts, the dimensional change of the molded article 7 is unlikely to occur. Further, fusion with the inorganic particles 2a may start after the degreasing step is completed. (In this case, the fusion start temperature is the low thermal decomposition start temperature of the binder material 3 and the liquid binder 8 (curing agent 8b)). By doing so, since the inorganic particles 2a are mixed in the voids of the main material (inorganic particles 2a) and the main material (inorganic particles 2a), the binder material 3 and the liquid binder 8 (curing agent 8b) are mixed. Even if degreased, the main material (inorganic particles 2a) is hard to move, and the dimensional change of the molded article 7 is hard to occur.

以上述べたように、本実施形態による焼結造形方法、焼結造形に用いる液状結合剤、および焼結造形物によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態の焼結造形方法は、無機粒子2aが含まれる焼結造形材料1を用いて造形層5を形成する造形層形成工程と、造形層5の所望の領域に無機粒子8aが含まれる液状結合剤8を付与する工程と、付与された液状結合剤8を硬化させて造形断面層6を形成する工程とを含む。これらの工程を含むことにより、造形断面層6には、無機粒子2aに加え、更に無機粒子8aを含ませることができる。また、造形層5の液状結合剤8が付与されていない領域を除去する工程と、積層された造形断面層6を加熱して焼結処理する工程と、を含む。これらの工程を含むことにより、積層された造形断面層6によって三次元造形物(焼結造形物)が造形され、また焼結処理をすることによって、その強度を高めることができる。
As described above, according to the sintering modeling method, the liquid binder used for sintering modeling, and the sintering model according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The sintering modeling method of the present embodiment includes a modeling layer forming step of forming the modeling layer 5 using the sintering modeling material 1 containing the inorganic particles 2a, and the inorganic particles 8a included in a desired region of the modeling layer 5. The method includes a step of applying the liquid binder 8 and a step of curing the applied liquid binder 8 to form the modeling cross-section layer 6. By including these steps, the modeling cross-section layer 6 can further include the inorganic particles 8a in addition to the inorganic particles 2a. Further, the method includes a step of removing a region of the modeling layer 5 to which the liquid binder 8 is not applied, and a step of heating the stacked modeling cross-section layers 6 and performing a sintering process. By including these steps, a three-dimensional model (sintered model) is modeled by the laminated model cross-section layers 6, and the strength can be increased by performing a sintering process.

また、造形断面層6には、無機粒子2aに加え、更に無機粒子8aを含ませるため、より無機粒子の密度(体積充填率)が高い焼結造形物を得ることができる。その結果、焼結処理を行った場合の焼結造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い焼結造形物を造形することができる。 Moreover, since the modeling cross-section layer 6 further includes the inorganic particles 8a in addition to the inorganic particles 2a, a sintered modeled product having a higher density (volume filling rate) of the inorganic particles can be obtained. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the sintered shaped article when the sintering process is performed is further suppressed, and the sintered shaped article with higher dimensional accuracy can be formed.

また、無機粒子8aを、無機粒子2aが焼結を開始する焼結開始温度より低い温度において無機粒子2aに融着させることにより、無機粒子8aを、無機粒子2a同士を結着させるバインダーとして機能させることができる。その結果、焼結処理を行った場合の焼結造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い焼結造形物を造形することができる。 Further, the inorganic particles 8a function as a binder for binding the inorganic particles 2a to each other by fusing the inorganic particles 2a to the inorganic particles 2a at a temperature lower than the sintering start temperature at which the inorganic particles 2a start sintering. Can be made. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the sintered shaped article when the sintering process is performed is further suppressed, and the sintered shaped article with higher dimensional accuracy can be formed.

また、焼結造形材料1は、無機粒子2a同士を結着する熱可塑性のバインダー材料3を含んでおり、造形層形成工程は、焼結造形材料1をバインダー材料3の融点以上の温度に加熱して行う。焼結造形材料1をバインダー材料3の融点以上の温度に加熱することで焼結造形材料1の流動性が高まるため、焼結造形材料1をより容易に展延させることが可能となり、より寸法精度の高い造形層5を形成することが可能となる。また、焼結処理を進める加熱工程では、バインダー材料3が熱分解されるまでの間(脱脂が完了するまでの間)バインダー材料3が無機粒子2a同士の結着に寄与する。本実施形態によれば、これらの結果、より寸法精度の高い焼結造形物を造形することができる。 In addition, the sintering modeling material 1 includes a thermoplastic binder material 3 that binds the inorganic particles 2 a to each other. In the modeling layer forming step, the sintering modeling material 1 is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the binder material 3. Then do. Since the fluidity of the sintered molding material 1 is increased by heating the sintered molding material 1 to a temperature equal to or higher than the melting point of the binder material 3, the sintered molding material 1 can be spread more easily, and the size can be further increased. It becomes possible to form the modeling layer 5 with high accuracy. In addition, in the heating step that advances the sintering process, the binder material 3 contributes to the binding of the inorganic particles 2a until the binder material 3 is thermally decomposed (until degreasing is completed). According to the present embodiment, as a result of these, it is possible to form a sintered shaped article with higher dimensional accuracy.

また、造形断面層6に含まれる無機粒子2aの重量と無機粒子8aの重量との比率が400:1〜3:1の範囲であるため、無機粒子2aを主材として造形することができる。また、この主材に付与する無機粒子8aによって、より無機粒子の密度が高い焼結造形物を得ることができる。その結果、焼結処理を行った場合の焼結造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い焼結造形物を造形することができる。 Moreover, since the ratio of the weight of the inorganic particles 2a and the weight of the inorganic particles 8a included in the modeling cross-section layer 6 is in the range of 400:1 to 3:1, it is possible to mold the inorganic particles 2a as the main material. Further, by the inorganic particles 8a added to the main material, it is possible to obtain a sintered shaped article having a higher density of inorganic particles. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the sintered shaped article when the sintering process is performed is further suppressed, and the sintered shaped article with higher dimensional accuracy can be formed.

また、無機粒子2aの平均粒子径と無機粒子8aの平均粒子径との比率が50000:1〜10:1の範囲であるため、無機粒子2aを主材として造形することができ、また、付与する無機粒子8aが、液状結合剤8と共に主材(無機粒子2a)の間に浸透しやすい。その結果、より均質に無機粒子の密度を高めた造形断面層6を形成することができ、より均質に無機粒子の密度を高めた焼結造形物を得ることができる。その結果、焼結処理を行った場合の焼結造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い焼結造形物を造形することができる。 Moreover, since the ratio of the average particle diameter of the inorganic particles 2a and the average particle diameter of the inorganic particles 8a is in the range of 50,000:1 to 10:1, the inorganic particles 2a can be molded using the main material as a main material, and imparting The inorganic particles 8a to be formed easily penetrate between the liquid binder 8 and the main material (inorganic particles 2a). As a result, it is possible to form the shaped cross-section layer 6 in which the density of the inorganic particles is increased more uniformly, and it is possible to obtain the sintered shaped article in which the density of the inorganic particles is increased more uniformly. As a result, the dimensional change (shrinkage) of the sintered shaped article when the sintering process is performed is further suppressed, and the sintered shaped article with higher dimensional accuracy can be formed.

また、無機粒子8aの平均粒子径が0.001μm以上10μm以下である。つまり、無機粒子8aがナノ粒子レベル(1〜1万nm)の大きさの無機粒子であるため、無機粒子2aが含まれる焼結造形材料1の所望の領域に液状結合剤8を付与した場合に、無機粒子2aの空隙に容易に入り込ませることができる。つまり、より均質に無機粒子の密度を高めることができ、より均質に無機粒子の密度を高めた焼結造形物を得ることができる。また、無機粒子8aがナノ粒子レベルの大きさの無機粒子であるため、無機粒子8aを付与することによって焼結造形物の焼結開始温度を降下させることができる。つまり、無機粒子8aのサイズ効果により、無機粒子8aと無機粒子2aとの焼結がより低い温度で開始されるため、例えば、無機粒子2aと無機粒子8aとが同じ金属の場合には、無機粒子2aだけの場合の焼結開始温度に比較し、より低い温度で焼結を開始することができる。その結果、焼結処理のための加熱工程における寸法の変化(例えば、焼結造形材料1に含まれるバインダー材料3の熱分解(脱脂)による寸法の変化)を、より低い温度から抑制することができるため、焼結造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い焼結造形物を造形することができる。 The average particle diameter of the inorganic particles 8a is 0.001 μm or more and 10 μm or less. That is, when the liquid binder 8 is applied to a desired region of the sintered molding material 1 containing the inorganic particles 2a, since the inorganic particles 8a are inorganic particles having a size of a nanoparticle level (10 to 10,000 nm). In addition, it can easily enter the voids of the inorganic particles 2a. That is, the density of the inorganic particles can be increased more uniformly, and a sintered shaped article with the density of the inorganic particles increased more uniformly can be obtained. Further, since the inorganic particles 8a are inorganic particles having a size of nano-particle level, the sintering start temperature of the sintered shaped article can be lowered by adding the inorganic particles 8a. That is, because of the size effect of the inorganic particles 8a, the sintering of the inorganic particles 8a and the inorganic particles 2a is started at a lower temperature. For example, when the inorganic particles 2a and the inorganic particles 8a are the same metal, Sintering can be started at a lower temperature than the sintering start temperature in the case of only particles 2a. As a result, it is possible to suppress a dimensional change (for example, a dimensional change due to thermal decomposition (degreasing) of the binder material 3 included in the sintering modeling material 1) in a heating step for the sintering process from a lower temperature. Therefore, the dimensional change (shrinkage) of the sintered shaped article is further suppressed, and the sintered shaped article with higher dimensional accuracy can be formed.

また、無機粒子2aおよび無機粒子8aが、セラミック粒子または金属粒子であるため、これらが主材の焼結造形物に対して焼結処理を行うことができ、その結果、より強固な焼結造形物を得ることができる。 Further, since the inorganic particles 2a and the inorganic particles 8a are ceramic particles or metal particles, it is possible to perform a sintering process on the sintered molded product of the main material, and as a result, a stronger sintered molded product can be obtained. You can get things.

本実施形態の液状結合剤8は、焼結造形物の製造に用いる液状結合剤8であり、無機粒子2aが含まれる焼結造形材料1の所望の領域に付与され、付与された領域が硬化することで焼結造形物を構成する領域が形成される。また、この液状結合剤8には、無機粒子8aが含まれている。つまり、本実施形態の液状結合剤8によれば、焼結造形物を造形するための所望の領域には、無機粒子2aに加え、更に無機粒子8aを含ませることができる。その結果、より無機粒子の密度が高い焼結造形物を得ることができる。 The liquid binder 8 of the present embodiment is a liquid binder 8 used for manufacturing a sintered shaped article, and is applied to a desired area of the sintered molding material 1 containing the inorganic particles 2a, and the applied area is cured. By doing so, a region constituting the sintered shaped article is formed. Further, the liquid binder 8 contains inorganic particles 8a. That is, according to the liquid binder 8 of the present embodiment, in addition to the inorganic particles 2a, the inorganic particles 8a can be further included in a desired region for forming the sintered shaped article. As a result, it is possible to obtain a sintered shaped article having a higher density of inorganic particles.

また、液状結合剤8に含まれる無機粒子8aの平均粒子径が0.001μm以上10μm以下である。つまり、無機粒子8aは、ナノ粒子レベルの大きさの無機粒子であるため、無機粒子2aが含まれる焼結造形材料1の所望の領域に液状結合剤8を付与した場合に、無機粒子2aの空隙に容易に入り込ませることができる。つまり、より均質に無機粒子(無機粒子2aおよび無機粒子8a)の密度を高めることができ、より均質に無機粒子の密度を高めた焼結造形物を得ることができる。 The average particle size of the inorganic particles 8a contained in the liquid binder 8 is 0.001 μm or more and 10 μm or less. That is, since the inorganic particles 8a are inorganic particles having a size of a nanoparticle level, when the liquid binder 8 is applied to a desired region of the sintered molding material 1 containing the inorganic particles 2a, the inorganic particles 2a are It can easily enter the void. That is, the density of the inorganic particles (the inorganic particles 2a and the inorganic particles 8a) can be increased more uniformly, and a sintered shaped article in which the density of the inorganic particles is increased more uniformly can be obtained.

また、例えば、焼結造形材料1に含まれる無機粒子2aが液状結合剤8に含まれる無機粒子8aと同様のセラミック粒子である場合、または、焼結造形材料1に含まれる無機粒子2aが液状結合剤8に含まれる無機粒子8aと同様の金属粒子である場合において、これらを主材とした焼結造形物の焼結処理を行うことができ、その結果、より強固な焼結造形物を得ることができる。 Further, for example, when the inorganic particles 2a contained in the sintered molding material 1 are ceramic particles similar to the inorganic particles 8a contained in the liquid binder 8, or the inorganic particles 2a contained in the sintered molding material 1 are liquid. In the case of the same metal particles as the inorganic particles 8a contained in the binder 8, it is possible to perform a sintering process of a sintered shaped product using these as a main material, and as a result, a stronger solid shaped molded product can be obtained. Obtainable.

上述した焼結造形方法により造形された焼結造形物は、つまりは、液状結合剤8を用いて造形された焼結造形物は、更に言えば、積層する焼結造形材料1に予め含まれる無機粒子2aと、積層された焼結造形材料1に付与する液状結合剤8に含まれる無機粒子8aと、を含んで構成された焼結造形物は、焼結処理を行った場合の焼結造形物の寸法変化(収縮)がより抑制され、より寸法精度の高い焼結造形物として提供される。 The sinter modeled by the sinter modeling method described above, that is, the sinter modeled using the liquid binder 8 is included in the sinter model material 1 to be laminated in advance. A sintered molded article including the inorganic particles 2a and the inorganic particles 8a contained in the liquid binder 8 applied to the laminated sintered modeling material 1 is a sintered product obtained by performing a sintering process. The dimensional change (shrinkage) of the modeled object is further suppressed, and it is provided as a sintered modeled object with higher dimensional accuracy.

1…焼結造形材料、2…粉末材料、2a…無機粒子、3…バインダー材料、3a…バインダーフレーク、4…流動性造形材料、5…造形層、5a…造形部、5b…非造形部、6…造形断面層、7…造形物、8…液状結合剤、8a…無機粒子、8b…硬化剤、9…液体部、10…材料供給部、11…ホッパー、12…材料吐出口、20…加熱部、21…ホットプレート、30…展延部、31…スクイージ、40…造形部、41…ステージ、42…ステージ昇降機構、43…搬送機構、50…描画部、51…吐出ヘッド、52…カートリッジ装填部、53…キャリッジ、54…キャリッジ移動機構、60…硬化部、61…液状結合剤硬化機構、70…現出部、80…脱脂焼結部、81…脱脂焼結炉、82…加熱ヒーター、83…脱脂ガス供給設備、84…排気設備、100…焼結造形装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Sintered modeling material, 2... Powder material, 2a... Inorganic particle, 3... Binder material, 3a... Binder flake, 4... Fluid modeling material, 5... Modeling layer, 5a... Modeling part, 5b... Non-modeling part, 6... Modeling cross-section layer, 7... Modeling object, 8... Liquid binder, 8a... Inorganic particles, 8b... Curing agent, 9... Liquid part, 10... Material supply part, 11... Hopper, 12... Material discharge port, 20... Heating part, 21... Hot plate, 30... Spreading part, 31... Squeegee, 40... Modeling part, 41... Stage, 42... Stage elevating mechanism, 43... Conveying mechanism, 50... Drawing part, 51... Ejecting head, 52... Cartridge loading section, 53... Carriage, 54... Carriage moving mechanism, 60... Curing section, 61... Liquid binder curing mechanism, 70... Exposing section, 80... Degreasing and sintering section, 81... Degreasing and sintering furnace, 82... Heating Heater, 83... Degreasing gas supply equipment, 84... Exhaust equipment, 100... Sinter molding device.

Claims (3)

ステージ上に第1の無機粒子を含む焼結造形材料を供給する材料供給部と、
前記焼結造形材料を展延させ、造形層を形成する展延部と、
前記造形層の所望の領域に第2の無機粒子を含む熱可塑性樹脂を付与する描画部と、
前記造形層の前記熱可塑性樹脂が付与されていない領域を除去する現出部と、
前記造形層から前記熱可塑性樹脂を脱脂し、前記造形層を加熱して焼結処理する脱脂焼結部と、
前記脱脂焼結部を制御する制御部と、を備え、
前記第2の無機粒子の焼結開始温度は、前記熱可塑性樹脂の加熱分解開始温度以上、前記第1の無機粒子の焼結開始温度以下であり、
前記制御部は、前記脱脂焼結部が、前記第2の無機粒子の焼結開始温度以上、前記第1の無機粒子の焼結開始温度以下の温度で、前記造形層を加熱し、前記熱可塑性樹脂が脱脂されて前記第1の無機粒子を結び付ける力が極小となる前に前記第2の無機粒子を前記第1の無機粒子に融着させる第1制御と、
前記脱脂焼結部が、前記第1の無機粒子の焼結開始温度以上の温度で、前記造形層を加熱する第2制御と、を実行することを特徴とする焼結造形装置。
A material supply unit for supplying a sintering molding material containing the first inorganic particles onto the stage;
A spreading portion that spreads the sintered molding material to form a molding layer,
A drawing unit for applying a thermoplastic resin containing second inorganic particles to a desired region of the modeling layer;
An exposed portion for removing a region to which the thermoplastic resin of the shaping layer is not applied,
Degreasing the thermoplastic resin from the modeling layer, a degreasing and sintering unit that heats and sintering the modeling layer,
A control unit for controlling the degreasing and sintering unit,
The sintering start temperature of the second inorganic particles is equal to or higher than the thermal decomposition start temperature of the thermoplastic resin and is equal to or lower than the sintering start temperature of the first inorganic particles,
In the control unit, the degreasing and sintering unit heats the modeling layer at a temperature that is equal to or higher than a sintering start temperature of the second inorganic particles and is equal to or lower than a sintering start temperature of the first inorganic particles, and the heat treatment is performed. A first control for fusing the second inorganic particles to the first inorganic particles before the force for binding the first inorganic particles to the minimum by degreasing the plastic resin;
The sintering modeling apparatus, wherein the degreasing and sintering unit executes a second control of heating the modeling layer at a temperature equal to or higher than a sintering start temperature of the first inorganic particles.
前記脱脂焼結部は、脱脂焼結炉、加熱ヒーター、脱脂ガス供給設備および、排気設備を備え、
前記排気設備は、前記熱可塑性樹脂が熱分解することによって発生した分解成分を、脱脂用ガスによって排出することを特徴とする請求項1に記載の焼結造形装置。
The degreasing and sintering unit includes a degreasing and sintering furnace, a heater, a degreasing gas supply facility, and an exhaust facility,
The sintering modeling apparatus according to claim 1, wherein the exhaust facility discharges a decomposition component generated by thermal decomposition of the thermoplastic resin by a degreasing gas.
前記ステージを備える造形部、前記現出部および、前記脱脂焼結部は、前記造形部、前記現出部、前記脱脂焼結部の順に連続して設けられることを特徴とする請求項1に記載の焼結造形装置。 The modeling part including the stage, the exposed part, and the degreasing and sintering part are continuously provided in the order of the modeling part, the revealing part, and the degreasing and sintering part. The described sintering modeling apparatus.
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