WO2022176974A1 - 成形型の製造法 - Google Patents

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良博 橋爪
隆 鈴木
一雄 中島
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有限会社スワニー
ナパック株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a mold.
  • the object of the present invention is to provide a speedy manufacturing method for a molding die made by powder metallurgy, which can significantly reduce the cost.
  • the method for manufacturing a mold of the present invention includes a step of forming an inversion mold for molding the mold with a 3D printer, a step of compression molding metal powder with the inversion mold, and a step of compression molding. and sintering the resulting product.
  • a photo-curing resin is photo-cured and laminated, and the laminate may have one or more kinds of materials.
  • the metal powder is one or more selected from iron, aluminum, tungsten, stainless steel, titanium, zinc, tin, copper, lead, magnesium, chromium, cobalt, nickel, zirconium, molybdenum, silver, neodymium, platinum, gold, and samarium. of metals may be included.
  • the metal powder it is possible to bury the member that disappears after compression molding of the metal powder and make it disappear to provide an air pipe and/or a water pipe and/or a space for gas venting.
  • the sintering temperature may be 600 to 1000°C for metals containing 50% by weight or more of iron, and 200 to 1000°C for other metals.
  • the sintering temperature is It may be 100°C to 2000°C.
  • the second metal may contain aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver in an amount of 1% by weight or more and 40% by weight.
  • the metal containing 50% by weight or more of iron may contain 1% by weight or more and 40% by weight of aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver.
  • the metal powder may contain aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver in an amount of 1% by weight or more and 40% by weight.
  • FIG. 4 is a flow diagram of a method for manufacturing a cavity and a core according to this embodiment
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a container-like compacting mold for a cavity, a resin compacting plate, and a lid.
  • 3 is a front view of FIG. 2 with iron powder in a container
  • FIG. FIG. 2 is an exploded perspective view of a container-shaped powder mold for the core, a resin powder plate, and a lid.
  • 5 is a front view of FIG. 4 with iron powder in a container
  • FIG. It is a figure explaining how to use the shaping
  • molding makes a material into a certain shape using a mold or the like is called “molding”, and making a shape with a three-dimensional (3D) printer or the like described later is called “molding”. It is called “shaping”.
  • a "patterned surface” refers to a reverse type unevenness.
  • Pattern refers to unevenness resulting from transfer of the pattern surface of the reverse mold to the molding die.
  • 3D printer shall include all modeling machines using additive manufacturing (AM).
  • the cavity in the molding stage before sintering is described as “cavity 30" and the core as “core 31”
  • the cavity after sintering is described as “cavity 30a” and the core as “core 31a”.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for manufacturing a mold 1 according to this embodiment. Since this flow is common to the cavity 30 and the core 31, it is written together, but the cavity 30 and the core 31 are manufactured separately. When collectively expressing the cavity 30 and the core 31, they are referred to as a "molding die 1".
  • FIG. 2 shows a cavity 30 of a container-shaped powder mold 12 containing iron powder 11 (metal powder) before compression, an inverted mold 14 accommodated in a container 13 of the powder mold 12, and a lid 15 of the container 13. , an exploded perspective view.
  • FIG. 3 is a front view of FIG. 2 with the iron powder 11 placed in the container 13.
  • FIG. 3 is a front view of FIG. 2 with the iron powder 11 placed in the container 13.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the container-shaped powder mold 12 for containing the iron powder 11 before compression, the inverted mold 14c accommodated in the container 13 of the powder mold 12, and the lid 15 of the container 13 of the core 31.
  • is. 5 is a front view of FIG. 4 with the iron powder 11 placed in the container 13.
  • a 3D printer is used to form the reversal molds 14 and 14c on which the pattern surfaces 14a and 14d are formed.
  • the inversion type 14, 14c is designed.
  • Three-dimensional CAD data can be partially or wholly obtained by modeling, for example, by operating three-dimensional CAD software on a computer.
  • the mold 1 is also designed, for example, by operating three-dimensional CAD software on a computer.
  • the resin material of the reversal type 14, 14c is formed by photo-curing and laminating a photo-curing resin, and the lamination has one or more kinds of materials.
  • the shape of the reversal mold 14 for the cavity 30 is a rectangular parallelepiped plate shape, and convex portions 17a, 17b, 17c and 17d are formed at the four corners of the pattern surface 14a.
  • an elongated projection 18a having a triangular cross section and a circular projection 18b connected thereto are formed on the patterned surface 14a of the reversal mold 14 for the cavity 30.
  • the reversal mold 14c for the core 31 has a rectangular parallelepiped plate shape, and convex portions 17f, 17g, 17h, and 17j are formed at the four corners of the pattern surface 14d. Unlike the reversal mold 14 for the cavity 30, the patterned surface 14d of the reversal mold 14c for the core 31 does not have the projections 18a having a long and narrow triangular cross section and the circular projections 18b connected thereto.
  • iron powder 11 to which a lubricant and/or a binder has been added is placed on a flat bottom surface 19 using a container-shaped compaction mold 12, and the patterned surfaces 14a and 14d are placed downward, that is, the reversal mold 14, 14d.
  • the iron powder 11 is brought into contact with the patterned surfaces 14a and 14d of 14c, and the iron powder 11 is compressed by the reversal dies 14 and 14c (together with the lid 15).
  • the compression pressure is 1 ton/cm 2 or higher. This step is performed for both the cavity 30 and the core 31 (S2). Thereafter, the compressed iron powder 11 is degreased (S3).
  • the shape of the compressed iron powder 11 in the cavity 30 is plate-like, and holes ( Patterns) 20a, 20b, 20c and 20d are formed.
  • an inlet 21 (pattern) for the resin material and a pattern 21a (pattern) connected to the inlet 21 are formed by the protrusion 18a (pattern surface) and the protrusion 18b (pattern surface) connected thereto. ing.
  • the shape of the compressed iron powder 11 of the core 31 is a rectangular parallelepiped plate, and holes are formed in the four corners by the convex portions 17f, 17g, 17h, and 17j of the pattern surface 14c of the reversal mold 14c. (Pattern) 20f, 20g, 20h and 20j are formed. However, the plate surface of the core 31 does not have an entrance 20a and a recess 20b connected to the entrance 20a which are opened by the projection 18a and the projection 18b connected thereto.
  • the cavity 30 and the compressed iron powder 11 of the core 31 are subjected to finishing including sintering (S4).
  • the sintering temperature is between 600°C and 1000°C.
  • the finishing time including the sintering time is 1 to 2 hours. This "finishing" includes deburring and the like.
  • a test (S5) is carried out to measure the shape and strength of the sintered product. If it passes, it is completed. If it fails, the steps S1 to S4 are repeated until the desired shape and strength are obtained. These steps are also performed for two, one for the cavity 30 and one for the core 31 .
  • the reversal molds 14, 14c can be designed and manufactured in just 1-2 days. That is, the mold 1 can be provided speedily.
  • you want to make a mold for multi-lot production you have to use a metal that can withstand a large amount of pressure. Machining, lathe processing, etc. must be performed.
  • the processing takes several weeks, which incurs labor costs during that time.
  • the reverse molds 14 and 14c are laminated by photocuring a photocurable resin, and the laminated one has one or more kinds of materials. As a result, sufficient strength for compressing the iron powder 11 can be obtained.
  • a metal plate or the like may be included in the laminated body.
  • the compression pressure for compressing the iron powder 11 with the reversal molds 14, 14c is 2 to 3 tons/cm 2 .
  • the compression pressure for compressing the iron powder 11 is 5 to 7 tons/cm 2 in the case of manufacturing a mold for multi-lot production.
  • an inexpensive compression device can be used.
  • the present embodiment is a construction method that requires extremely less amount than construction methods such as metal injection molding (MIM) or metal 3D printers. Therefore, this embodiment can shorten the time required for the degreasing step (S3).
  • the sintering temperature is 600 to 1000°C.
  • the sintering temperature for mold manufacturing for large-lot production is about 1100°C.
  • sintering in the air is possible, whereas sintering in a reducing atmosphere or an inert gas atmosphere is possible at the sintering temperature in the case of manufacturing the mold 1 for multi-lot production. is required. Therefore, in this embodiment, the electric furnace or the like can be downsized, and the sintering cost can be reduced.
  • shrinkage of the mold 1 can be reduced and distortion can be reduced.
  • the finishing time including the sintering time is 1 to 2 hours.
  • the finishing time including the sintering time in the case of manufacturing molds for multi-lot production is 4 hours to 3 days.
  • the cost of mold manufacturing in the case of mold manufacturing for multi-lot production is about several hundred thousand yen to several million yen when the mold size is 60 mm ⁇ 60 mm ⁇ 20 mm or less.
  • the mold 1 for small-lot production according to the present embodiment costs several tens of thousands of yen to several hundred thousand yen (less than the minimum mold manufacturing cost in the case of manufacturing molds for large-lot production). has made it possible to cut costs significantly.
  • the present invention can be applied to die technology such as casting, forging, and electrical discharge machining.
  • the material of the reversal molds 14, 14c is not limited to resin, and may be metal or the like. Further, the material of the reversal molds 14, 14c may be thermosetting resin instead of photo-curing resin.
  • the material of the mold 1 is not limited to the iron powder 11, aluminum, tungsten, stainless steel, titanium, zinc, tin, copper, lead, magnesium, chromium, cobalt, nickel, zirconium, molybdenum, silver, neodymium, platinum, Metals such as gold and samarium alone, or containing iron, aluminum, tungsten, stainless steel, titanium, zinc, tin, copper, lead, magnesium, chromium, cobalt, nickel, zirconium, molybdenum, silver, neodymium, platinum, gold, and samarium It may contain one or more metals or ceramics selected from alloys and ceramics.
  • ferrous alloys examples include alloy steels, tool steels, stainless steels, nickel steels, nickel-chromium steels, chromium steels, and maraging steels. Copper alloys, aluminum alloys, titanium alloys, cemented carbides, etc. can also be used.
  • the reverse molds 14 and 14c are laminated by photocuring a photocurable resin, and the laminated one is a laminate of a plurality of types of materials, and the compression pressure distribution of at least one layer is different from that of another layer.
  • the material is different from the layer. However, since this is not an essential element of this embodiment, another material may be employed.
  • the iron powder 11 there may be formed members such as water pipes that are buried in the iron powder 11 and disappear during sintering or by dissolving in a solvent such as water.
  • members such as water pipes that are buried in the iron powder 11 and disappear during sintering or by dissolving in a solvent such as water.
  • the material is different from that of the inverted mold.
  • a member (tube forming member) may be provided.
  • the mold 1 is inspected for shape and strength after sintering. However, this check can be omitted. Also, when inspecting, inspection items other than shape and strength may be added.
  • a molding die 1 consisting of two parts, the cavity 30 of the present embodiment and the core 31, was made.
  • a mold that is divided into three or more can also be made by modifying this embodiment.
  • the mold 1 of this embodiment is for injection molding.
  • the present embodiment can be applied to other molding methods such as vacuum molding, blow molding, and other resin molds.
  • the iron powder 11 is compressed by the reversing dies 14, 14c under a compression pressure of 2 to 3 tons/cm 2 .
  • the compression pressure for compressing the iron powder 11 with the inverted dies 14, 14c may be less than 2 tons/cm 2 or may exceed 3 tons.
  • the sintering temperature is 600°C to 1000°C. This temperature is effective for metals containing 50% by weight or more of iron. However, the sintering temperature for these may be less than 600°C or greater than 1000°C. In the case of aluminum, tungsten, stainless steel, titanium, zinc, tin, copper, lead, magnesium, chromium, cobalt, nickel, zirconium, molybdenum, silver, neodymium, platinum, gold, samarium, or alloys thereof, Alternatively, when other metals or the like are included, the temperature is preferably 200°C to 1000°C. Further, in the present embodiment, the finishing time (S4) including the sintering time is 1 to 2 hours. However, the finish processing time including the sintering time may be less than 1 hour or may exceed 2 hours.
  • adding a lubricant and/or a binder to the iron powder 11 is permitted, but only one of these may be permitted, or neither of them may be permitted.
  • the sintering temperature is 100°C to 2000°C. This makes it possible, for example, to lower the sintering temperature.
  • the mixing ratio of iron, copper and tin in the second metal does not exceed 100% by weight.
  • the second metal contains metals other than iron, copper, and tin, the mixing ratio of iron, copper, tin, and other metals is 100% by weight.
  • the second metal of the modified example is used, the cost of manufacturing the mold is equivalent to the cost of manufacturing the mold of the above-described embodiment, and significant cost reduction is possible.
  • the second metal may contain aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver in an amount of 1 wt% or more and 40 wt%.
  • the aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver are metals other than the above iron, copper and tin.
  • the metal containing 50% by weight or more of iron may contain 1% by weight or more and 40% by weight of aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver.
  • This aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver is easily plated with iron and has good compatibility, so the strength increases after sintering, and the durability and heat resistance as a mold increases.
  • metal powder may contain aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver in an amount of 1% by weight to 40% by weight.
  • This aluminum and/or zinc and/or lead and/or chromium and/or gold and/or silver is easily alloyed with the metal powder, is easy to be plated, and has good compatibility with the metal powder. As the durability and heat resistance increase.

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Abstract

【課題】大幅なコストの低減をし、且つスピーディーな粉末冶金で作成した成形型の製造法を提供する。　【解決手段】３Ｄプリンタで成形型１を成形するための反転型１４，１４ｃを造形する工程と、反転型１４，１４ｃで鉄粉１１を圧縮成形する工程と、圧縮成形したものを焼結する工程と、を有する。

Description

成形型の製造法
　本発明は、成形型の製造法に関する。
　粉末冶金（固相焼結または液相焼結）の技術を使ってプラスチック射出成形用等の金型を作製する際には、コストが多くかかるため、少ロットの成形品を成形するための金型は作らず、そのコストを回収するため、通常は多ロットの成形品を成形するための金型、たとえば材料に溶製材等を用いるもの等を作ることが多い。
実開平０６－０３０１２８号公報
　そこで、金型のコストを低減し、コストの回収を容易にするための粉末冶金の技術を使って、金型を作製する方法が考えられてきた（たとえば特許文献１）。しかし、粉末冶金の技術の大幅なコストの低減は難しいところ、本発明者らは、鋭意努力の結果、それを実現できた。
　そこで本発明の目的は、大幅なコストの低減をし、且つスピーディーな、粉末冶金で作成した成形型の製造法を提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明の、成形型の製造法は、３Ｄプリンタで成形型を成形するための反転型を造形する工程と、反転型で金属粉末を圧縮成形する工程と、圧縮成形したものを焼結する工程と、を有する。
　ここで、反転型は、光硬化性樹脂を光硬化させて積層し、積層したものは、単数種もしくは複数種の材料を有するものとしても良い。
　また、金属粉末は、鉄、アルミニウム、タングステン、ステンレス、チタン、亜鉛、すず、銅、鉛、マグネシウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、銀、ネオジウム、白金、金、サマリウムから選ばれる１以上の金属を含むこととしても良い。
　また、金属粉末の中には、金属粉末を圧縮成形後に消失する部材を埋もれさせ、消失させることで空気管および／または水管および／またはガス抜きの空間を設けることが出来るものとしても良い。
　また、焼結温度は、鉄を５０重量％以上含む金属の場合は、６００～１０００℃、その他の金属の場合は、２００℃～１０００℃、であることとしても良い。
　また、焼結温度は、鉄を１重量％以上、４０重量％以下、銅を２０重量％以上、８０重量％以下、すずを１重量％以上、４０重量％以下含む第２金属の場合は、１００℃～２０００℃、であることとしても良い。
　また、第２金属は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含むこととしても良い。
　また、鉄を５０重量％以上含む金属は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含むこととしても良い。
　また、金属粉末は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含むこととしても良い。
　本発明では、大幅なコストの低減をし、且つスピーディーな、粉末冶金で作成した成形型の製造法を提供することができる。
本実施の形態に係るキャビティおよびコアの製造法のフロー図である。 キャビティの容器状の圧粉型と、樹脂製圧粉板と、蓋の、分解斜視図である。 鉄粉を容器に入れた状態の図２の正面図である。 コアの容器状の圧粉型と、樹脂製圧粉板と、蓋の、分解斜視図である。 鉄粉を容器に入れた状態の図４の正面図である。 本発明の実施の形態にかかる成形型の使い方について説明する図である。
　以下、本実施形態について、図面に基づいて説明する。ここで、本明細書では、成形型等を用いて素材を一定の形に作ることを「成形」（molding）といい、後述する三次元（３Ｄ）プリンタ等で形のあるものをつくることを「造形」（shaping）という。「模様面」とは、反転型の凹凸のことをいう。「模様」とは、反転型の模様面が成形型に転写した凹凸のことをいう。また、「３Ｄプリンタ」とは、アディティブ・マニュファクチャリング（ＡＭ）を用いた造形機全てを含むものとする。さらに、焼結前の成形段階のキャビティは「キャビティ３０」、コアは「コア３１」と記し、焼結後のキャビティは「キャビティ３０ａ」、コアは「コア３１ａ」と記すこととする。
（本実施の形態に係る成形型の製造法）
　以下、本実施の形態に成形型１の製造法について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係る成形型１の製造法のフロー図である。このフローは、キャビティ３０とコア３１で共通するので、まとめて書いたが、キャビティ３０とコア３１は別々に製造する。キャビティ３０とコア３１をまとめて表現する際に「成形型１」という。図２はキャビティ３０の、圧縮前の鉄粉１１（金属粉末）を入れる容器状の圧粉型１２と、圧粉型１２の容器１３に収容される反転型１４と、容器１３の蓋１５の、分解斜視図である。図３は、鉄粉１１を容器１３に入れた状態の図２の正面図である。
　図４はコア３１の、圧縮前の鉄粉１１を入れる容器状の圧粉型１２と、圧粉型１２の容器１３に収容される反転型１４ｃと、容器１３の蓋１５の、分解斜視図である。図５は、鉄粉１１を容器１３に入れた状態の図４の正面図である。
　まず、３Ｄプリンタを用いて模様面１４ａ，１４ｄが形成された反転型１４，１４ｃを造形する。そのためには、反転型１４，１４ｃの設計をする。３Ｄプリンタで反転型１４，１４ｃの造形をするには、反転型１４，１４ｃの三次元ＣＡＤデータを生成する必要がある。三次元ＣＡＤデータは、たとえば、コンピュータで三次元ＣＡＤのソフトウェアを操作して、モデリングにより、その一部または全部を得ることができる。なお、成形型１の設計も、たとえば、コンピュータで三次元ＣＡＤのソフトウェアを操作して行う。
　反転型１４，１４ｃを作る（Ｓ１）には、キャビティ３０用と、コア３１用との、三次元ＣＡＤデータを作成する。そして、それらの三次元ＣＡＤデータに基づいて、３Ｄプリンタを用いて、キャビティ３０用と、コア３１用の反転型１４，１４ｃをそれぞれ造形する。反転型１４，１４ｃの樹脂材料は、光硬化性樹脂を光硬化させて積層し、積層したものは、単数種もしくは複数種の材料を有するものである。
　キャビティ３０用の反転型１４の形状は直方体の板状で、模様面１４ａの４隅には凸部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが形成されている。キャビティ３０用の反転型１４の模様面１４ａには、細長い断面が３角形の凸部１８ａとそれに繋がる円形の凸部１８ｂが形成されている。
　コア３１用の反転型１４ｃの形状は直方体の板状で、模様面１４ｄの４隅には凸部１７ｆ，１７ｇ，１７ｈ，１７ｊが形成されている。コア３１用の反転型１４ｃの模様面１４ｄには、キャビティ３０用の反転型１４のように、細長い断面が３角形の凸部１８ａとそれに繋がる円形の凸部１８ｂが形成されていない。
　そして、容器状の圧粉型１２を用いて平面な底面１９に潤滑材、および／またはバインダーを加えた鉄粉１１を置き、上から模様面１４ａ，１４ｄを下にして、すなわち反転型１４，１４ｃの模様面１４ａ，１４ｄに鉄粉末１１を当接させ、鉄粉１１を反転型１４，１４ｃ（蓋１５と共に）で圧縮する。圧縮の圧力は１トン／ｃｍ２以上である。この工程は、キャビティ３０用と、コア３１用の２つについて行う(Ｓ２)。その後、圧縮した鉄粉１１に脱脂処理を行う（Ｓ３）。
　キャビティ３０の圧縮された鉄粉１１の形状は、板状で、４隅には、反転型１４の模様面１４ａの４隅にある凸部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄによって開けられた、穴（模様）２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが形成されている。キャビティ３０の板面には、凸部１８ａ（模様面）とそれに繋がる凸部１８ｂ（模様面）によって開けられた、樹脂材料の入り口２１（模様）と入り口２１と繋がる２１ａ（模様）が形成されている。
　コア３１の圧縮された鉄粉１１の形状は、直方体の板状で、４隅には、反転型１４ｃの模様面１４ｃの４隅の凸部１７ｆ，１７ｇ，１７ｈ，１７ｊによって開けられた、穴（模様）２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｊが形成されている。しかしコア３１の板面には、凸部１８ａとそれに繋がる凸部１８ｂによって開けられた、入り口２０ａと入り口２０ａに繋がる凹部２０ｂが形成されていない。
　そして、キャビティ３０と、コア３１の圧縮された鉄粉１１に対して、焼結を含む仕上げ加工をする（Ｓ４）。焼結温度は、６００℃～１０００℃である。そして、焼結時間を含む仕上げ加工時間は、１～２時間である。この「仕上げ加工」には、バリ取り等が含まれる。その後、試験（Ｓ５）をして、焼結物の形状と強度を測定し、合格ならば完成で、不合格なら、欲しい形状と強度のものが得られるまで工程Ｓ１～Ｓ４を繰り返す。これらの工程も、キャビティ３０用と、コア３１用の２つについて行う。
　これで、キャビティ３０と、コア３１が完成する（Ｓ６）。これらキャビティ３０と、コア３１を高温にして、それらの模様を対向させ、穴２０ａと穴２０ｆの位置、穴２０ｂと穴２０ｇの位置、穴２０ｃと穴２０ｈの位置、穴２０ｄと穴２０ｊの位置とを合わせる。そして、キャビティ３０と、コア３１をそれぞれの穴の位置にビス等で固定する。そして、キャビティ３０と、コア３１の隙間に、入り口２１から樹脂材料を流し、キャビティ３０と、コア３１を冷却し、成形物２２を硬化させ、取り出した、図６に示す状態を示した（射出成形（Ｓ７））。以上で、本発明の実施の形態にかかる成形型１（金型）で成形物（部品（Ｓ８））を得る方法について説明した。
（本実施の形態によって得られる主な効果）
　本実施の形態では、大幅なコストの低減をし、且つスピーディーに粉末冶金で作成した成形型１の製造法を提供することができる。
　また、本実施の形態では、反転型１４，１４ｃは、わずか１～２日で設計、製造できる。すなわち、スピーディーに成形型１を提供できる。これに対して、多ロット生産用の金型を作ろうとすれば、大きな加圧力に耐え得る金属を用いるため、超硬金属等を用いざるを得ない他、その超硬金属を放電加工、フライス加工、旋盤加工等しなければならない。また、金属の反転型を作ろうとすれば、それらの手間のコストの他、加工に数週間かかるため、その間の人件費等がかかる。
　また、反転型１４，１４ｃは、光硬化性樹脂を光硬化させて積層し、積層したものは、単数種もしくは複数種の材料を有するものである。このことにより、鉄粉１１を圧縮するのに十分な強度を得ることが出来る。この、積層したものの中には、金属板等が含まれていても良い。
　また、鉄粉１１を反転型１４，１４ｃで圧縮する、圧縮の圧力は２～３トン／ｃｍ２である。これに対して、多ロット生産用の金型製造の場合の鉄粉１１を圧縮する、圧縮の圧力は５～７トン／ｃｍ２である。本実施の形態では、安価な圧縮装置を使うことができる。また、多ロット生産用の金型製造の場合の鉄粉末には、多くの潤滑剤を混ぜる必要があるが、本実施の形態では、無くても良い。潤滑材、および／またはバインダー（樹脂繋ぎ粉末）についても、メタルインジェクションモールド（ＭＩＭ）または金属３Ｄプリンタ等の工法に比べて、本実施の形態は極端に少なくても良い工法である。そのため、本実施の形態は、脱脂工程（Ｓ３）にかかる時間を短縮できる。
　また、本実施の形態では、焼結温度は、６００～１０００℃である。それに対し、多ロット生産用の金型製造の場合の焼結温度は、約１１００℃である。本実施の形態では、大気中での焼結が可能であるのに対し、多ロット生産用の金型１製造の場合の焼結温度では、還元雰囲気下もしくは不活性ガス雰囲気下での焼結が必要である。そのため、本実施の形態では、電気炉等を小型設備化でき、焼結コストを下げることができる。焼結温度が低いと、成形型１の収縮が少なく歪を少なくすることができる。
　また、本実施の形態では、焼結時間を含む仕上げ加工時間は、１～２時間である。それに対し、多ロット生産用の金型製造の場合の焼結時間を含む仕上げ加工時間は、４時間～３日である。
　以上のことから、多ロット生産用の金型製造の場合の金型製造のコストは、金型サイズが６０ｍｍ×６０ｍｍ×２０ｍｍ以下の場合、数十万円から数百万円ほどであるのに対し、本実施の形態の少ロット生産用の金型１では、数万円から数十万円（多ロット生産用の金型製造の場合の金型製造のコストの最低額より少ない）であり、大幅なコストカットが可能となった。
（他の形態）
　上述した本実施の形態に成形型１の製造法は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々の変形実施が可能である。
　たとえば、鋳造および鍛造および放電加工等の金型技術にも本発明を適用することができる。
　反転型１４，１４ｃの材質は、樹脂に限らず金属等でも良い。また、反転型１４，１４ｃの材質は、光硬化性樹脂ではなく、熱硬化性樹脂等でも良い。
　また、成形型１の材質は、鉄粉１１に限らず、アルミニウム、タングステン、ステンレス、チタン、亜鉛、すず、銅、鉛、マグネシウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、銀、ネオジウム、白金、金、サマリウム等の金属単独、または鉄、アルミニウム、タングステン、ステンレス、チタン、亜鉛、すず、銅、鉛、マグネシウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、銀、ネオジウム、白金、金、サマリウムを含む合金、セラミックスから選ばれる１以上の金属またはセラミックスを含むものであっても良い。たとえば、鉄系合金では、合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、ニッケル鋼、ニッケルクロム鋼、クロム鋼、マルエージング鋼等である。また、銅合金、アルミ合金、チタン合金、超硬合金等も使用することができる。
　また、反転型１４，１４ｃは、光硬化性樹脂を光硬化させて積層し、積層したものは、複数種の材料を積層したものであって、少なくとも１つの層の圧縮圧力分布を、他の層とは異ならせたものを材料としている。しかし、これは、本実施の形態の必須の要素ではないため、別の材料を採用しても良い。
　また、鉄粉１１中には、鉄粉１１に埋もれて配設され、焼結の際または、水等の溶媒に溶ける等して消失する水管等形成部材が設けられていても良い。たとえば、鉄粉１１中には、反転型とは材質が異なる、焼結温度以下で焼失等して、焼結後に成形型の空気管および／または水管および／またはガス抜き等の空間の役割をする部材（管形成部材）が設けられていても良い。
　また、成形型１は、焼結後に、形状および強度を検査される。しかし、この検査は省略可能である。また、検査をする場合には、形状および強度以外の検査項目を加えても良い。
　また、本実施の形態のキャビティ３０と、コア３１の２つからなる成形型１を作った。しかし、３つ以上に分かれる成形型も、本実施の形態を変形させて作ることができる。また、本実施の形態の成形型１は、射出成形用のものである。しかし、他の成形方法、例えば真空成形、ブロー成形等の樹脂型に対して、本実施の形態を適用することができる。
　また、本実施の形態では、鉄粉１１を反転型１４，１４ｃで圧縮する、圧縮の圧力は２～３トン／ｃｍ２である。しかし、鉄粉１１を反転型１４，１４ｃで圧縮する、圧縮の圧力は２トン／ｃｍ２未満であっても良いし、３トンを超えても良い。
　また、本実施の形態では、焼結温度は、６００℃～１０００℃である。この温度は、鉄を５０重量％以上含む金属の場合に有効である。しかし、これらの焼結温度は、６００℃未満でも良いし、１０００℃を超えても良い。また、アルミニウム、タングステン、ステンレス、チタン、亜鉛、すず、銅、鉛、マグネシウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、銀、ネオジウム、白金、金、サマリウムの金属単体、またはこれらの合金の場合、若しくはそれ以外の金属等を含む場合は、２００℃～１０００℃であることが好ましい。また、本実施の形態では、焼結時間を含む仕上げ加工時間（Ｓ４）は、１～２時間である。しかし、焼結時間を含む仕上げ加工時間は、１時間未満でも良いし、２時間を超えても良い。
　また、本実施の形態では、鉄粉１１に潤滑剤および／またはバインダーを加えることを許容しているが、これらのうち一方のみを許容したり、双方ともに許容しなかったりしても良い。
　（変形例）
　また、焼結温度は、鉄を１重量％以上、４０重量％以下、銅を２０重量％以上、８０重量％以下、すずを１重量％以上、４０重量％以下含む第２金属の場合は、１００℃～２０００℃、とすることができる。このことにより、たとえば焼結温度を下げることができる。この第２金属は、鉄と銅とすずとの混合比率は、１００重量％を超えない。また、第２金属は、鉄と銅とすず以外の金属を含む場合は、鉄と銅とすずとそれ以外の金属を合わせて、混合比率は、１００重量％となるものとする。変形例の第２金属を用いた場合の、金型製造のコストは、前述した本実施の形態の金型製造のコストと同等であり、大幅なコストカットが可能となった。
　さらに第２金属は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含んでも良い。このアルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀は、上記の鉄と銅とすず以外の金属である。このアルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀は、銅成分を有する粉体に添加することにより、焼結後に強度が上がり、金型としての耐久性や耐熱性が増し、また、黄銅製の金型等を製作できる。
　さらに、鉄を５０重量％以上含む金属は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含むこととしても良い。このアルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀は、鉄とメッキされやすく、相性が良いため焼結後に強度が上がり、金型としての耐久性や耐熱性が増す。
　さらに、金属粉末（鉄、アルミニウム、タングステン、ステンレス、チタン、亜鉛、すず、銅、鉛、マグネシウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、銀、ネオジウム、白金、金、サマリウムから選ばれる１以上の金属粉末）は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含むこととしても良い。このアルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀は、上記金属粉末と合金化し易かったり、メッキされやすく、相性が良いため焼結後に強度が上がり、金型としての耐久性や耐熱性が増す。
　１　成形型
１１　鉄粉（金属粉末）
１４，１４ｃ　反転型
１４ａ，１４ｄ　模様面
 

Claims (9)

  1. 　３Ｄプリンタで成形型を成形するための反転型を造形する工程と、
    　前記反転型で金属粉末を圧縮成形する工程と、
    　前記圧縮成形したものを焼結する工程と、を有する成形型の製造法。
  2. 　請求項１に記載の成形型の製造法において、
    　前記反転型は、光硬化性樹脂を光硬化させて積層し、
    　前記積層したものは、単数種もしくは複数種の材料を有するものである、成形型の製造法。
  3. 　請求項１または２に記載の成形型の製造法において、
    　前記金属粉末は、鉄、アルミニウム、タングステン、ステンレス、チタン、亜鉛、すず、銅、鉛、マグネシウム、クロム、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、銀、ネオジウム、白金、金、サマリウムから選ばれる１以上の金属を含む、成形型の製造法。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の成形型の製造法において、
    　前記金属粉末の中には、前記金属粉末を前記圧縮成形後に消失する部材を埋もれさせ、前記消失させることで空気管および／または水管および／またはガス抜きの空間を設けることが出来る、成形型の製造法。
  5. 　請求項３に記載の成形型の製造法において、
    　前記焼結の温度は、鉄を５０重量％以上含む金属の場合は、６００℃～１０００℃である、成形型の製造法。
  6. 　請求項５に記載の成形型の製造法において、
    　前記焼結温度は、鉄を１重量％以上、４０重量％以下、銅を２０重量％以上、８０重量％以下、すずを１重量％以上、４０重量％以下含む第２金属の場合は、１００℃～２０００℃、である、成形型の製造法。
  7. 　請求項６に記載の成形型の製造法において、
    　前記第２金属は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含む、成形型の製造法。
  8. 　請求項５に記載の成形型の製造法において、
    　前記鉄を５０重量％以上含む金属は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含む、成形型の製造法。
  9. 　請求項３に記載の成形型の製造法において、
    　前記金属粉末は、アルミニウムおよび／または亜鉛および／または鉛および／またはクロムおよび／または金および／または銀を、１重量％以上４０重量％、含む、成形型の製造法。
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Citations (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000355703A (ja) * 1999-06-11 2000-12-26 Honda Motor Co Ltd 金属焼結体の製造方法および装置
JP2004090434A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Sumitomo Metal Ind Ltd 金型およびその製造方法
WO2020041320A1 (en) * 2018-08-21 2020-02-27 Laird Technologies, Inc. Patterned materials and films and systems and methods for making the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000355703A (ja) * 1999-06-11 2000-12-26 Honda Motor Co Ltd 金属焼結体の製造方法および装置
JP2004090434A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Sumitomo Metal Ind Ltd 金型およびその製造方法
WO2020041320A1 (en) * 2018-08-21 2020-02-27 Laird Technologies, Inc. Patterned materials and films and systems and methods for making the same

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