JP7108334B2 - バインダーによる積層造形方法 - Google Patents
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Description
フェノール樹脂系は、熱硬化性樹脂であり、砂材による予備混合を行うことなく、直接ノズルを介してコンピュータ支援設計(computer aided design、CAD)の図面に従って樹脂を乾燥砂材の表面に吹き付けた後、加熱して硬化させることができる。
従来技術では、鋳造過程中、フラン樹脂は硬化して成型できずバインダーとして使用できないので、フェノール樹脂鋳物砂を選択して鋳物砂の焼結及び粘結の課題を解決している。
前記バインダーが適当な粘度であると、前記バインダーと粉末との結合効果が良好であり、乾燥成型速度が速い。一方、前記バインダーの粘度が高すぎると、バインダーが前記ノズルから吐出されにくくなり、前記ノズルに付着するので、前記ノズルの目詰まりが発生しやすい。よって、前記ノズルの目詰まり現象を排除するためには、定期的な清掃やメンテナンスを行う必要がある。そのため、前記バインダーは、プリントヘッドを操作する際にバインダーが前記ノズルに付着しないとともに前記ノズルからの吐出速度が速すぎないような粘度を有することが好適である。
バインダーは150℃で反応せず、高温のノズルにおいて、自己分解(autodecomposition)反応を起こさないので、耐薬品性及び耐高温性を有する。
また、フェノール類化合物90~110重量部、ポリオキシメチレン80~150重量部、塩基触媒2~5重量部を常温でバインダーの混合物となるように撹拌し、カップリング剤を加えて、アルカリ性フェノール樹脂を有するバインダーを得ることを含む、アルカリ性フェノール樹脂を有するバインダーの製造方法を開示する。
前記硬化剤と砂材とを前記砂材に対する前記硬化剤の質量割合が0.1~1.0%となるように混合し、前記硬化剤を前記砂材の表面に均一に被覆させ、100~110℃の高温で加熱し混合して乾燥させた後、前記硬化剤を前記砂材の表面に均一に被覆させ、その後、ノズルから前記砂材に対する質量割合が0.5~2.5%である前記バインダーを吐出する。ノズルから吐出された前記バインダーと前記硬化剤で均一に被覆された前記砂材の表面とが反応することで砂型を硬化させる。
本発明は、積層造形用バインダーを提供する。
その配合成分は、フルフリルアルコール1500重量部、酸触媒2重量部、フェノール類化合物160重量部、ポリオキシメチレン70重量部、及びカップリング剤6重量部を含む。
本発明は、別の積層造形用バインダーを提供する。
その配合成分は、フルフリルアルコール1650重量部、酸触媒3重量部、フェノール類化合物170重量部、ポリオキシメチレン85重量部、及びカップリング剤7重量部を含む。
本発明は、以下の工程を含む積層造形用バインダーの製造方法を提供する。
バインダーの製造
フルフリルアルコール1500重量部、酸触媒2重量部、フェノール類化合物150重量部、ポリオキシメチレン75重量部を投入し、常温でバインダーの混合物となるように撹拌し、120℃まで昇温させ、2時間合成反応させた後、80℃で脱水を行い、45℃まで降温させた後、カップリング剤6重量部を加えて、バインダーを得た。
本発明は、前記硬化剤を砂材と混合し、100℃の高温で加熱し混合して乾燥させた後、前記硬化剤を前記砂材の表面に均一に被覆させ、その後、ノズルからバインダーを吐出し、ノズルから吐出されたバインダーと前記硬化剤で均一に被覆された前記砂材の表面とが反応することで砂型を硬化させる、アルカリ性フェノール樹脂バインダーによる積層造形方法を提供する。
フルフリルアルコール1500重量部、酸触媒2重量部、フェノール類化合物150重量部、ポリオキシメチレン70重量部を投入し、常温でバインダーの混合物となるように撹拌し、120℃まで昇温させ、2時間合成反応させた後、70℃で脱水を行い、40℃まで降温させた後、カップリング剤6重量部及びアルカリ性フェノール樹脂15重量部を加えて、0.5μm~1μmの濾過材で濾過し、バインダーを得た。
比重(25℃):1.11~1.15
粘度(30℃):8~20CPS
pH(25℃):7~8
水分:3%以下
固形分:35%以下
遊離アルデヒド:1%以下
酸触媒は酢酸亜鉛、フェノール類化合物はフェノール、カップリング剤はγ-アミノプロピルトリエトキシシランとした。
p-トルエンスルホン酸と純水を75重量部:25重量部の割合でp-トルエンスルホン酸と純水の混合物となるように混合し、リン酸と、p-トルエンスルホン酸と純水の混合物を95重量部:5重量部の割合で混合し、前記リン酸及びp-トルエンスルホン酸と純水の混合物を60℃まで昇温させてから3時間撹拌し、硬化剤を得た。
まず、前記硬化剤と砂材とを前記砂材に対する前記硬化剤の割合が0.7重量%となるように混合し、100℃の高温で加熱し混合して乾燥させた後、前記硬化剤を前記砂材の表面に均一に被覆させた。その後、ノズルから前記砂材に対する割合が1.5重量%である酸化ケイ素バインダーを吐出し、ノズルから吐出された前記酸化ケイ素バインダーと前記硬化剤で均一に被覆された砂材の表面とが反応することで砂型を硬化させた。
試験片の圧縮強度を測定し、材料が脆性破壊前に受ける最大応力値を、材料が破断して破壊されるまで測定した。
本発明に係るアルカリ性フェノール樹脂を有するバインダーによる積層造形方法では、表2に示すように、前記砂材に対する前記アルカリ性フェノール樹脂を有するバインダーの質量割合は、0.5~2.5%であることが好ましく、表3に示すように、前記砂材に対する前記硬化剤の質量割合は、0.1~1.0%であることが好ましい。
S201~S203 積層造形用バインダーの製造工程
S301~S306 アルカリ性フェノール樹脂を有するバインダーの製造方法の工程
S401~S406 別のアルカリ性フェノール樹脂を有するバインダーの製造方法の工程
Claims (11)
- 3D樹脂砂型印刷技術によって三次元オブジェクトを製造するための、バインダーによる積層造形方法であって、
フルフリルアルコール1350~1650重量部、酸触媒2~5重量部、フェノール類化合物120~180重量部、及びポリオキシメチレン60~90重量部をバインダーの混合物となるように撹拌し、120~150℃まで昇温させ、1~2時間合成反応させた後、85℃以下で脱水を行い、その後、45℃以下まで降温させ、カップリング剤5~10重量部を加えて、バインダーを得る工程と、
p-トルエンスルホン酸と純水を70~80重量部:20~30重量部の割合でp-トルエンスルホン酸と純水の混合物となるように混合し、リン酸と、p-トルエンスルホン酸と純水の混合物を90~100重量部:3~7重量部の割合で混合し、前記リン酸及びp-トルエンスルホン酸と純水の混合物を60~80℃まで昇温させてから1~3時間撹拌し、硬化剤を得る工程と、
前記硬化剤と砂材とを前記砂材に対する前記硬化剤の質量割合が0.1~1.0%となるように混合し、100~110℃の高温で加熱し混合して乾燥させた後、前記硬化剤を前記砂材の表面に均一に被覆させ、その後、ノズルから前記砂材に対する質量割合が0.5~2.5%である前記バインダーを吐出する工程と、
ノズルから吐出された前記バインダーと前記硬化剤で均一に被覆された前記砂材の表面とが反応することで砂型を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする、
積層造形方法。 - 前記ポリオキシメチレンは、70~80重量部であることを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。
- 前記砂材に対する前記硬化剤の割合は0.3~0.7%であり、前記砂材に対する前記バインダーの割合は0.8~1.5%であることを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。
- 前記酸触媒は、p-トルエンスルホン酸、酢酸、塩酸、硫酸、リン酸及びホウ酸からなる群より選ばれることを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。
- 前記酸触媒は、p-トルエンスルホン酸であることを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。
- 前記フェノール類化合物は、フェノール、ビスフェノールA、キシレノール、メタクレゾール、レソルシノール及びフロログルシノールからなる群より選ばれることを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。
- 前記カップリング剤は、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2,3)エポキシ(プロポキシ)プロピルトリメトキシシラン及びN-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシランからなる群より選ばれることを特徴とする請求項1に記載の積層造形方法。
- 3D樹脂砂型印刷技術によって三次元オブジェクトを製造するための、積層造形用バインダーの製造方法であって、
フルフリルアルコール1350~1650重量部、酸触媒2~5重量部、フェノール類化合物120~180重量部、及びポリオキシメチレン60~90重量部をバインダーの混合物となるように撹拌し、120~150℃まで昇温させ、1~2時間合成反応させた後、85℃以下で脱水を行い、45℃以下まで降温させ、カップリング剤5~10重量部を加えて、バインダーを得る工程、を含むことを特徴とする、
積層造形用バインダーの製造方法。 - 前記ポリオキシメチレンは、70~80重量部であることを特徴とする請求項8に記載の積層造形用バインダーの製造方法。
- 前記酸触媒は、p-トルエンスルホン酸であることを特徴とする請求項8に記載の積層造形用バインダーの製造方法。
- 3D樹脂砂型印刷技術によって三次元オブジェクトを製造するための、アルカリ性フェノール樹脂バインダーによる積層造形方法であって、
フルフリルアルコール1350~1650重量部、酸触媒2~5重量部、フェノール類化合物120~180重量部、及びポリオキシメチレン60~90重量部をバインダーの混合物となるように撹拌し、120~150℃まで昇温させ、1~2時間合成反応させた後、85℃以下で脱水を行い、45℃以下まで降温させ、カップリング剤5~10重量部、アルカリ性フェノール樹脂5~20重量部を加えて、バインダーを得る工程と、
p-トルエンスルホン酸と純水を70~80重量部:20~30重量部の割合でp-トルエンスルホン酸と純水の混合物となるように混合し、リン酸と、p-トルエンスルホン酸と純水の混合物を90~100重量部:3~7重量部の割合で混合し、前記リン酸及びp-トルエンスルホン酸と純水の混合物を60~80℃まで昇温させてから1~3時間撹拌し、硬化剤を得る工程と、
前記硬化剤と砂材とを前記砂材に対する前記硬化剤の質量割合が0.1~1.0%となるように混合し、前記硬化剤を前記砂材の表面に均一に被覆させ、その後、ノズルから前記砂材に対する質量割合が0.5~2.5%である前記バインダーを吐出し、100~110℃の高温で加熱し混合して乾燥させた後、前記硬化剤を前記砂材の表面に均一に被覆させる工程と、
ノズルから吐出された前記バインダーと前記硬化剤で均一に被覆された前記砂材の表面とが反応することで砂型を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする、
アルカリ性フェノール樹脂バインダーによる積層造形方法。
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