JP7362433B2 - Additive manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、積層造形方法に関する。 The present invention relates to an additive manufacturing method.
積層造形法は、造形ボックス内で原料粉末を積層しながら、一層を積層するごとにその層の所定領域を固化させることを繰り返すことにより、三次元形状の積層造形品を成形する方法である。 The additive manufacturing method is a method of forming a three-dimensional additive-molded product by repeatedly layering raw material powder in a modeling box and solidifying a predetermined area of the layer each time the layer is laminated.
造形ボックス内で積層造形品を形成した後、造形ボックスから積層造形品を取り出し、積層造形品の表面に付着した、固化していない原料粉末(以下、「未固化粉末」ともいう)を除去する必要がある。例えば下記の特許文献1では、造形ボックス内で積層造形品を形成した後、造形ボックスから積層造形品を取り出してジェットノズルを備えた金属粉末除去室に設置し、ジェットノズルから高圧の気体を噴射することで積層造形品に付着した金属粉末を除去している。 After forming the additively manufactured product in the modeling box, remove the additively manufactured product from the modeling box and remove unsolidified raw material powder (hereinafter also referred to as "unsolidified powder") that has adhered to the surface of the additively manufactured product. There is a need. For example, in Patent Document 1 listed below, after forming a layered product in a modeling box, the layered product is taken out from the modeling box and placed in a metal powder removal chamber equipped with a jet nozzle, and high-pressure gas is injected from the jet nozzle. By doing this, metal powder adhering to the additively manufactured product is removed.
しかし、上記の方法では、金属粉末除去室を設置するためのスペースが必要となるため、積層造形設備が大型化する。また、積層造形品を造形ボックスから金属粉末除去室に移動させる必要があるため、手間がかかる上、積層造形品に付着した粉末の飛散や、移動中の積層造形品の破損のリスクがある。 However, the above method requires a space for installing a metal powder removal chamber, which increases the size of the additive manufacturing equipment. In addition, it is necessary to move the additively manufactured product from the modeling box to the metal powder removal chamber, which is time-consuming, and there is a risk of powder adhering to the additively manufactured product scattering and damage to the additively manufactured product during movement.
そこで、本発明は、積層造形設備を小型化すると共に、積層造形における工数の削減、原料粉末の飛散防止、及び、積層造形品の破損防止を目的とする。 Therefore, the present invention aims to downsize additive manufacturing equipment, reduce the number of man-hours in additive manufacturing, prevent scattering of raw material powder, and prevent damage to additively manufactured products.
前記課題を解決するために、本発明は、造形ボックス内に原料粉末層を積層しながら、前記原料粉末層を一層積層するごとに当該原料粉末層の所定領域を固めることにより、積層造形品を形成する造形工程と、前記造形ボックスから固化していない原料粉末を排出する排出工程と、前記造形ボックス内で、前記積層造形品の表面に付着した原料粉末を除去する清掃工程とを備えた積層造形方法を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention creates an additively manufactured product by stacking raw material powder layers in a modeling box and solidifying a predetermined area of the raw material powder layers each time the raw material powder layers are laminated. A lamination process comprising: a modeling step of forming, a discharge step of discharging raw material powder that has not solidified from the modeling box, and a cleaning step of removing raw material powder adhering to the surface of the layered product in the modeling box. Provide a modeling method.
このように、本発明に係る積層造形方法では、造形ボックス内を、積層造形品の清掃工程を行うスペースとして活用した。これにより、清掃工程を行うための別途のスペースが不要となり、積層造形設備の小型化が図られる。また、積層造形品を造形ボックスから清掃エリアに移動させる必要がなくなるため、工数が削減されると共に、積層造形品の移動による原料粉末の飛散や積層造形品の破損を回避することができる。 In this way, in the additive manufacturing method according to the present invention, the inside of the modeling box is utilized as a space for performing the cleaning process of the additively manufactured product. This eliminates the need for a separate space for the cleaning process, allowing the additive manufacturing equipment to be downsized. Furthermore, since there is no need to move the additively manufactured product from the modeling box to the cleaning area, the number of man-hours is reduced, and it is possible to avoid scattering of raw material powder and damage to the additively manufactured product due to movement of the additively manufactured product.
排出工程において、造形ボックスの底部に設けた穴から未固化粉末を排出すれば、造形ボックス内に、清掃工程を行うためのスペースを容易に確保することができる。 In the discharge process, if the unsolidified powder is discharged from the hole provided at the bottom of the modeling box, a space for performing the cleaning process can be easily secured in the modeling box.
以上のように、本発明によれば、積層造形設備を小型化できると共に、積層造形における工数の削減、原料粉末の飛散防止、及び、積層造形品の破損防止を実現できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to downsize additive manufacturing equipment, reduce the number of man-hours in additive manufacturing, prevent scattering of raw material powder, and prevent damage to additively manufactured products.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
本発明の一実施形態に係る積層造形装置は、図1及び図2に示すように、底部に造形テーブル11を有する造形ボックス10と、原料粉末供給部としてのリコータ20と、固化部としてのバインダ供給部30と、破壊手段40と、造形テーブル11、リコータ20、バインダ供給部30及び破壊手段40をそれぞれ駆動する駆動手段(図示省略)と、これらの駆動手段を制御する制御部(図示省略)とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the additive manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
造形ボックス10は、造形テーブル11と、造形テーブル11の周囲を囲む側壁12とを備える。本実施形態では、造形テーブル11及び側壁12が、平面視で矩形状を成している(図1参照)。造形テーブル11は、電動シリンダ等の駆動手段で昇降される。
The
造形テーブル11は、穴13aが形成されたテーブル本体13と、穴13aを閉塞する閉塞部材14とを有する。テーブル本体13に設けられる穴13aの数は特に限定されず、例えば複数の穴13aが設けられ、具体的には縦横複数列ずつ(図1に示す例では、縦3列、横4列)の穴13aが設けられる。閉塞部材14は、各穴13aに一つずつ設けられる。本実施形態では、穴13aの内周面及び閉塞部材14の外周面が、下方に向けて徐々に縮径したテーパ状を成し、両者がテーパ嵌合している(図2参照)。閉塞部材14の上面は、テーブル本体13の上面と同じ高さか、あるいはテーブル本体13の上面よりも僅かに下方に配される。
The modeling table 11 includes a table
閉塞部材14は、積層造形品の原料粉末と同じ原料粉末で形成され、例えば後述する積層造形品Pと同様の方法で製造される。本実施形態の閉塞部材14は、図3に示すように、原料粉末を固化させた固化層14aが表面に形成され、固化層14aの内部に固化されていない原料粉末14bが密封されている。この場合、固化層14aの厚さによって、閉塞部材14の強度を調整することができる。尚、閉塞部材14を、積層造形品の原料粉末と異なる材料(好ましくは、原料粉末の再使用に影響を及ぼさない材料)で形成したり、積層造形品Pと異なる方法(例えば、圧縮成形等)で製造したりしてもよい。
The
破壊手段40は、例えば、昇降可能な複数のピン41で構成される(図2参照)。各ピン41は、それぞれ閉塞部材14の真下に配置される。破壊手段40は、電動シリンダ等の駆動手段により昇降される。
The destruction means 40 is composed of, for example, a plurality of
以下、上記の積層造形装置を用いて、積層造形品(例えば鋳造品の中子)を形成する手順を説明する。積層造形品は、造形工程、排出工程及び清掃工程を経て製造される。 Hereinafter, a procedure for forming a layered product (for example, a core of a cast product) using the layered layer manufacturing apparatus described above will be described. Laminated manufactured products are manufactured through a modeling process, a discharge process, and a cleaning process.
[造形工程]
造形工程では、まず、リコータ20の内部に原料粉末を投入する。原料粉末としては、積層造形に適用可能な公知の材料を使用することができ、例えば、鋳物砂、樹脂粉、セラミックス粉、ガラス粉、金属粉などを使用できる。本実施形態では、鋳物砂が使用され、具体的には、砂と酸触媒とがリコータ20に投入されて混合されることで原料粉末(鋳物砂)が作製される。砂としては、例えば、天然珪砂や人工砂を使用できる。酸触媒としては、例えば、脂肪族スルホン酸(例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸など)、芳香族スルホン酸(例えば、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸など)、無機酸(例えば、硫酸、リン酸、塩酸など)、カルボン酸(例えば、マレイン酸、シュウ酸など)などが使用できる。酸触媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。
[Modeling process]
In the modeling process, raw material powder is first put into the
そして、図4及び図5に示すように、造形ボックス10の上方でリコータ20を水平移動させながら、リコータ20から造形テーブル11の上に原料粉末を供給し、所定厚さの原料粉末層Mを形成する。具体的に、造形テーブル11上に原料粉末を供給し、この原料粉末の上面をリコータ20に設けられた摺り切り部材(図示省略)で摺り切ることで、原料粉末層Mの上面が平坦になる。その後、必要に応じて、上記と同様の工程を繰り返して、原料粉末層Mをさらに積層する。
Then, as shown in FIGS. 4 and 5, while horizontally moving the
造形テーブル11上に所定数の原料粉末層Mが積層されたら、図6及び図7に示すように、造形ボックス10の上方でバインダ供給部30を水平移動させながら、バインダ供給部30から造形テーブル11上の原料粉末層Mの所定領域にバインダを供給する。バインダとしては、例えば、フラン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、レゾール型フェノール樹脂などを使用でき、本実施形態ではフラン樹脂が使用される。このフラン樹脂と、原料粉末に混合された酸触媒とが化学反応することで、原料粉末(砂)の粒子同士が結合される。これにより、最も上の原料粉末層Mの所定領域に、原料粉末が固化された固化領域P0が形成される。原料粉末層Mのうち、固化領域P0以外の領域は、未固化粉末M’として残る。
When a predetermined number of raw material powder layers M are stacked on the modeling table 11, as shown in FIGS. 6 and 7, while the
その後、図8に示すように、造形テーブル11を僅かに降下させてから、造形ボックス10の上方でリコータ20を水平移動させながらリコータ20から原料粉末を供給して、造形テーブル11上に原料粉末層Mをさらに積層する。そして、図9に示すように、造形ボックス10の上方でバインダ供給部30を水平移動させながら、最も上の原料粉末層Mの所定領域にバインダ供給部30からバインダを供給し、当該領域の原料粉末を固化させて固化領域P0を形成すると共に、この固化領域P0を、下方に隣接する原料粉末層Mの固化領域P0と結合させる。以上を繰り返すことにより、図10に示すように、造形ボックス10の内部に積層造形品Pが形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 8, the modeling table 11 is lowered slightly, and the raw material powder is supplied from the
[排出工程]
次に、造形ボックス10内の未固化粉末M’を排出する。本実施形態では、造形ボックス10の底部(造形テーブル11)に設けられた穴13aから未固化粉末M’を排出する。具体的には、図11に示すように破壊手段40のピン41を上昇させて、ピン41の上端で閉塞部材14を下方から突き刺すことにより、閉塞部材14を破壊する。これにより、テーブル本体13の穴13aが開放され、この穴13aを介して造形ボックス10内の未固化粉末M’が自重により落下し、造形ボックス10の下方に配された回収ボックス50に回収される。回収した未固化粉末M’は、リコータ20に投入する原料粉末として再利用される。
[Discharge process]
Next, the unsolidified powder M' in the
[清掃工程]
その後、図12に示すように、造形ボックス10の内部で、積層造形品Pの表面に付着した未固化粉末M’を除去する。例えば、造形ボックス10内に配置した積層造形品Pに対して、エアノズル60から噴射したエアを吹き付けることにより、積層造形品Pの表面に付着した未固化粉末M’を吹き飛ばして除去する。除去された未固化粉末M’は、造形テーブル11のテーブル本体13の穴13aを介して造形ボックス10から排出され、回収ボックス50(図11参照)に回収される。こうして表面の未固化粉末M’が除去された積層造形品Pが、造形ボックス10から取り出される。
[Cleaning process]
Thereafter, as shown in FIG. 12, unsolidified powder M' adhering to the surface of the layered product P is removed inside the
このように、造形ボックス10内のスペースを、積層造形品Pの清掃工程を行うためのスペースとして活用することで、清掃工程を行う別途のスペースが不要となるため、積層造形設備の小型化が図られる。また、積層造形品Pを、別途の清掃エリアに移動させる必要が無いため、工数が削減されると共に、積層造形品Pの移動による未固化粉末M’の飛散や積層造形品Pの破損を回避できる。さらに、上記のように、造形ボックス10の底部(造形テーブル11)の穴13aを介して造形ボックス10内の未固化粉末M’を排出することで、造形ボックス10内に、清掃工程を行うためのスペースを容易に確保することができる。
In this way, by utilizing the space inside the
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、閉塞部材14をピン41で破壊する場合を示したが、これに限らず、ドリルで閉塞部材を破壊したり、閉塞部材を加熱して破壊したりしてもよい。あるいは、閉塞部材を破壊するのではなく、閉塞部材を昇降させて造形テーブルの穴を開閉してもよい。また、排出工程において、造形ボックス10の底部の穴13aから未固化粉末M’を排出するのではなく、例えば吸引手段により造形ボックス10内の未固化粉末M’を吸引してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the case where the
また、上記の実施形態では、原料粉末をバインダで固化することで積層造形品を形成する場合を示したが、これに限らず、原料粉末をレーザ等の他の手段で固化することで積層造形品を形成してもよい。 Further, in the above embodiment, a case is shown in which an additively manufactured product is formed by solidifying the raw material powder with a binder, but the invention is not limited to this, and the additively manufactured product is formed by solidifying the raw material powder with other means such as a laser. It may also be used to form products.
10 造形ボックス
11 造形テーブル
12 側壁
13 テーブル本体
13a 穴
14 閉塞部材
14a 固化層
20 リコータ(原料粉末供給部)
30 バインダ供給部(固化部)
40 破壊手段
41 ピン
50 回収ボックス
60 エアノズル
M 原料粉末層
M’ 未固化粉末
P 積層造形品
P0 固化領域
10
30 Binder supply section (solidification section)
40 Destruction means 41
Claims (1)
前記造形ボックスが、底部に設けられた穴と、前記穴を閉塞する閉塞部材とを有し、
前記閉塞部材が、原料粉末を固化させて表面に形成された固化層と、前記固化層の内部に密封された固化されていない原料粉末とを有し、
前記排出工程において、前記閉塞部材を破壊することにより、前記造形ボックスの穴から固化していない原料粉末を排出する積層造形方法。 a modeling step of forming a layered product by solidifying a predetermined area of the layer of raw material powder each time the layer of raw material powder is laminated in a modeling box; After that, a discharge step of discharging unsolidified raw material powder from the modeling box while the additively manufactured product is housed in the modeling box without raising or lowering the product, and a discharge step of discharging the raw material powder that has not been solidified from the manufacturing box; Equipped with a cleaning process to remove raw material powder adhering to the surface ,
The modeling box has a hole provided at the bottom and a closing member that closes the hole,
The closing member has a solidified layer formed on the surface by solidifying raw material powder, and unsolidified raw material powder sealed inside the solidified layer,
The additive manufacturing method includes, in the discharge step, discharging unsolidified raw material powder from the hole of the modeling box by destroying the closing member .
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