JP7343939B1 - 鋳造用模型及び鋳造用模型の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋳型に鋳型空隙部を形成するための鋳造用模型であって、製品部の寸法精度を維持しつつ、低コストかつ短納期で製造可能な鋳造用模型及び鋳造用模型の製造方法を提供する。【解決手段】製品部２と方案部３とから構成され、ＡＢＳ樹脂又は／及び炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって０．０７ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の積層ピッチで３次元に積層して形成した鋳造用模型。【選択図】図１
Description
本発明は、鋳型に鋳型空隙部を形成するための鋳造用模型及び鋳造用模型の製造方法に関する。
従来、鋳型を造型するときには、鋳型に空隙部を形成するための模型を使用している。この鋳造用模型には、木材、金属又はプラスチックを切削加工した模型が一般的に使用されている。金属を切削加工した金型は耐久性に優れるものの、コストが高く納期も長くなる。一方、木材を切削加工した木型は低コストで納期は短くなるものの、耐久性と精度が劣っている。
特許文献１には、鋳造用の消失模型として、層状にした硬化性組成物にパターン状に紫外線を照射し、照射領域に硬化物層を形成する工程を繰り返すことで立体的な形状の硬化物を得る光造形法が開示され、３Ｄプリンタを用いて光造形法を実施することが示唆されている。
従来、鋳造用模型として用いられている木型、金型、樹脂型は、コストや納期と耐久性や精度の両方を満たすものがなく、いずれも一長一短があるため、模型のうち製品部の精度を維持しつつ、低コストかつ短納期で製造可能な鋳造用模型が求められていた。
また、特許文献１に記載の消失模型は、「造形精度の評価に関して、造形物の寸法が幅２０ｍｍ±０．２ｍｍ×高さ４０ｍｍ±０．２ｍｍ×厚さ１ｍｍ±０．０５ｍｍである場合は○」と記載されているように、製品部の寸法精度として満足できるものではないという課題があった。
そこで、本発明は、製品部の寸法精度を維持しつつ、低コストかつ短納期で製造可能な鋳造用模型及び鋳造用模型の製造方法を提供するものである。
本発明は、上記課題を解決するために、製品部と方案部とから構成される鋳造用模型であって、ＡＢＳ樹脂又は／及び炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって０．０７ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の積層ピッチで３次元に積層して形成した鋳造用模型を提供するものである。
また、本発明の鋳造用模型は、前記製品部又は／及び前記方案部の内部を充填率２５％以上５０％以下の中空構造に形成したものである。
また、本発明の鋳造用模型は、断面が三角形、四角形又は六角形の筒状体を連続して配列し、前記中空構造を形成したものである。
また、本発明の鋳造用模型は、前記製品部を炭素繊維強化ナイロン樹脂で形成し、前記方案部をＡＢＳ樹脂で形成したものである。
また、本発明の鋳造用模型は、木材を切削加工して前記製品部を形成し、３ＤプリンタによってＡＢＳ樹脂を３次元に積層して前記方案部を形成したものである。
また、本発明は、炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して製品部を形成し、ＡＢＳ樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して方案部を形成する鋳造用模型の製造方法を提供するものである。
本発明の鋳造用模型は、製品部と方案部とから構成される鋳造用模型であって、ＡＢＳ樹脂又は／及び炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって０．０７ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の積層ピッチで３次元に積層して形成した構成を有することにより、模型の表面を研磨する必要がなく、寸法精度が比較的高い模型を低コストかつ短納期で製造することができる効果がある。
また、本発明の鋳造用模型は、前記製品部又は／及び前記方案部の内部を充填率２５％以上５０％以下の中空構造に形成したことにより、模型の強度を維持しつつ、さらに低コストかつ短納期で模型を製造することができる効果がある。
また、本発明の鋳造用模型は、断面が三角形、四角形又は六角形の筒状体を連続して配列し、前記中空構造を形成したことにより、模型の強度を維持しつつ、充填率を少なくすることができる効果がある。
また、本発明の鋳造用模型は、前記製品部を炭素繊維強化ナイロン樹脂で形成し、前記方案部をＡＢＳ樹脂で形成したことにより、高い寸法精度を必要とする製品部の精度を高めつつ、変更の多い方案部をコストの安い樹脂で形成するから、寸法精度が高い模型を低コストかつ短納期で製造することができる効果がある。
また、本発明の鋳造用模型は、木材を切削加工して前記製品部を形成し、３ＤプリンタによってＡＢＳ樹脂を３次元に積層して前記方案部を形成したことにより、高い寸法精度が要求されない製品では、さらに低コストかつ短納期で模型を製造することができる効果がある。
また、本発明の鋳造用模型の製造方法は、炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して製品部を形成し、ＡＢＳ樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して方案部を形成する構成を有することにより、寸法精度を必要とする製品部の精度を維持しつつ、変更の多い方案部をコストの安い樹脂で形成するから、寸法精度が高い模型を低コストかつ短納期で製造することができる効果がある。
本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
本発明の鋳造用模型は、製品部２と方案部３とから構成される鋳造用模型１であって、ＡＢＳ樹脂又は／及び炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって０．０７ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の積層ピッチで３次元に積層して形成している。
本発明の鋳造用模型は、製品部２と方案部３とから構成される鋳造用模型１であって、ＡＢＳ樹脂又は／及び炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって０．０７ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の積層ピッチで３次元に積層して形成している。
鋳造とは、溶融金属を所定形状寸法の鋳型４に注入し、凝固させて所要の鋳物製品をつくる方式である。このため、鋳型４には、内部に製品と同形の空間をつくる模型１が必要となる。模型１は、鋳型４内に製品と同形の空間をつくるための製品部２と、鋳型４に溶融金属を注ぎ込む入口である湯口、溶融金属が流れる経路である湯道、溶融金属が製品部２に流れ込む入口の部分である堰、鋳物の冷却及び凝固の際に鋳物が収縮したり内部に空隙ができたりするのを防ぐための余分に溶融金属を補給する部分である押湯などの方案部３とから構成されている。
本実施例において、鋳造用模型１は、３Ｄプリンタによって、熱可塑性樹脂を熱で溶融し、ノズルから吐出して層を形成し、その繰り返しで一層ずつ積み重ねて造形する熱溶解積層方式（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）で形成される。模型１に使用する樹脂としては、耐久性や耐熱性に優れたＡＢＳ樹脂や、仕上がりが良好で寸法精度もよい炭素繊維強化ナイロン樹脂が好ましい。
炭素繊維強化ナイロン樹脂としては、短繊維カーボンをナイロン樹脂に混錬して強化した樹脂、例えば商品名ＯＮＹＸ（Ｍａｒｋｆｏｒｇｅｄ社製）を用いることが好ましい。ＯＮＹＸは、ナイロンの耐熱性・柔軟性にカーボンの剛性・耐衝撃性が付加された特殊樹脂であり、模型１の仕上がりが良好で、寸法精度もよい。
３Ｄプリンタとしては、ＯＮＹＸなどの炭素繊維強化ナイロンを用いて寸法精度の高い模型を形成することができるから、例えばＸ３（Ｍａｒｋｆｏｒｇｅｄ社製）を用いることが好ましい。
鋳造用模型１は、軽量かつ製作期間を短縮できることから、製品部２又は方案部３の内部を中空構造に形成していることが好ましい。実施例において、中空構造１０は、断面が三角形、四角形又は六角形の筒状体を連続して配列して形成している。充填率などの違いによる中空構造１０の評価結果を表１に示す。
表１に示すように、炭素繊維強化ナイロン（ＯＮＹＸ）を用いて充填率３７％で三角形を連続配列した中空構造は、良好であった。この中空構造の上面と下面は０．４ｍｍの厚さで形成し、壁は０．８ｍｍの厚さで形成した。また、ＡＢＳ樹脂を用いて充填率３０％で六角形を連続配列（ハニカム）した中空構造も、良好であった。この中空構造の上面と下面は１．０ｍｍの厚さで形成し、壁は２．０ｍｍの厚さで形成した。一方、ＡＢＳ樹脂を用いて充填率１５％で四角形を連続配列（格子）した中空構造は、模型１を砂に埋めて鋳型を製作する際の圧によって変形した。この中空構造の上面と下面は１．０ｍｍの厚さで形成し、壁は２．０ｍｍの厚さで形成した。
製品部２又は方案部３の内部を中空構造にするときは、模型１を砂に埋めて鋳型を製作する際の圧に耐えられるように充填率を２５％以上にすることが好ましい。また、模型１の軽量化や製作期間の短縮のために充填率を５０％以下にすることが好ましい。
表２は、模型１の材料別に積層ピッチと寸法精度との関係を示している。炭素繊維強化ナイロン（ＯＮＹＸ）を用いて０．１ｍｍの積層ピッチで積層したときの寸法精度は、±０．０５ｍｍであった。同じ材料で積層ピッチを０．０５ｍｍにしたときの寸法精度は、±０．１ｍｍと少し精度が悪くなった。また、ＡＢＳ樹脂を用いて０．１ｍｍの積層ピッチで積層したときの寸法精度は、±０．２ｍｍであった。同じく積層ピッチを０．０５ｍｍにしたときの寸法精度は、±０．５ｍｍと精度が悪くなった。
炭素繊維強化ナイロン（ＯＮＹＸ）とＡＢＳ樹脂の何れの場合も、０．１ｍｍの積層ピッチで積層したときの寸法精度がよく、そこから積層ピッチを小さくしても寸法精度が悪化することが分かった。一方、０．２ｍｍ以上の積層ピッチで積層した場合は、模型１の表面が荒くなって砂型から模型を引き抜く際に引っ掛かるため、模型１の表面を研磨する必要が生じる。以上より、模型１は、０．０７ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の積層ピッチで３次元に積層して形成していることが好ましい。
また、０．１ｍｍの積層ピッチで積層したときに、炭素繊維強化ナイロン（ＯＮＹＸ）の寸法精度は±０．０５ｍｍであり、製品部２の一般的な寸法許容度の±０．１ｍｍ以内に収まっている。一方、ＡＢＳ樹脂の寸法精度は±０．２ｍｍであり、高い寸法精度を要求される製品部２には適さない。しかし、ＡＢＳ樹脂は、取り扱いが容易で炭素繊維強化ナイロン樹脂に比べて安価であるから、高い寸法精度を要求されず、形状変更を行うことが多い方案部３の材料としては適している。このため、鋳造用模型１は、製品部２を炭素繊維強化ナイロン樹脂で形成し、方案部３をＡＢＳ樹脂で形成することが好ましい。
本発明の鋳造用模型１は、３ＤプリンタによってＡＢＳ樹脂又は炭素繊維強化ナイロン樹脂を３次元に積層して形成するから、従来の木型や金型、樹脂型のように切削による削り屑が発生しないため、環境にも優しい。
鋳造用模型１は、木材を切削加工して製品部２を形成し、３ＤプリンタによってＡＢＳ樹脂を３次元に積層して方案部３を形成してもよい。製品の高い寸法精度を要求されない場合には、木材を切削加工した木型で製品部２を形成することにより、さらに短納期で模型１を製作することが可能になる。一方、方案部３は、製品部２と比較して体積が小さく形状の変更が多いため、ＡＢＳ樹脂を積層して形成する方が時間短縮になる。
１ 模型
２ 製品部
３ 方案部
４ 鋳型
１０ 中空構造
１１ 積層ピッチ
２ 製品部
３ 方案部
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Claims (6)
- 炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して製品部を形成し、ＡＢＳ樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して方案部を形成し、前記製品部と前記方案部を砂に埋めて鋳型を製作する際の圧に耐えられる強度に形成する鋳造用模型の製造方法。
- 前記ＡＢＳ樹脂及び前記炭素繊維強化ナイロン樹脂を０．０７ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下の積層ピッチで３次元に積層して形成する請求項１に記載の鋳造用模型の製造方法。
- 前記製品部又は／及び前記方案部の内部を充填率２５％以上５０％以下の中空構造に形成する請求項１又は２に記載の鋳造用模型の製造方法。
- 断面が三角形、四角形又は六角形の筒状体を連続して配列し、前記中空構造を形成する請求項３に記載の鋳造用模型の製造方法。
- 炭素繊維強化ナイロン樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して充填率１５％超えの中空構造又は非中空構造に形成した製品部と、ＡＢＳ樹脂を３Ｄプリンタによって３次元に積層して充填率１５％超えの中空構造又は非中空構造に形成した方案部と、を有する鋳造用模型。
- 木材を切削加工して形成した製品部と、３ＤプリンタによってＡＢＳ樹脂を３次元に積層して充填率１５％超えの中空構造又は非中空構造に形成した方案部と、を有する鋳造用模型。
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