JP2021094728A - 積層造形方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】工程時間を短縮可能な積層造形方法を提供すること。【解決手段】熱溶解積層法により、多数の層を順次積層して所望の三次元構造体を形成する積層造形方法であって、骨材と熱可塑性樹脂とを含むフィラメント状の造形材料Ｆを溶融する工程と、溶融された前記造形材料Ｆをノズル１１から供給することによって積層する工程と、を繰り返し、所望の三次元構造体を造形する。【選択図】図１
Description
本発明は、積層造形方法に関する。
近年、三次元構造体を構成する各層を積層方向に積層していくことで三次元構造体を造形する方法として、様々な方法が知られている。例えば、フィラメント状の樹脂材料を溶融しながらノズルよりステージへ供給することによって積層し、三次元構造体を造形する熱溶解積層法（Fused Deposition Molding、ＦＤＭ）、敷き詰められた粉末材料に対して光硬化性樹脂等を含む微少な液滴をインクジェットノズルから噴射し、紫外線などを照射することによって三次元構造体を造形するインクジェット方式、敷き詰められた粉末材料に光ビームを照射し、焼結または溶融固化させて三次元構造体を造形する粉末焼結方法等が知られている。特許文献１には、インクジェット方式による積層鋳型の製造方法が開示されている。
インクジェット方式や粉末焼結方法によって三次元構造体を造形する場合、造形後の目的とする造形物の周囲には、硬化していない不要な粉末が残存した状態となる。目的とする造形物を取り出すためには不要な粉末の除去を行う必要があり、当該除去のための工程に時間を要するという問題がある。
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、工程時間を短縮可能な積層造形方法を提供するものである。
本発明に係る積層造形方法は、
熱溶解積層法により、多数の層を順次積層して所望の三次元構造体を形成する積層造形方法であって、
骨材と熱可塑性樹脂とを含むフィラメント状の造形材料を溶融する工程と、
溶融された前記造形材料をノズルから供給することによって積層する工程と、を繰り返し、所望の三次元構造体を造形する。
熱溶解積層法により、多数の層を順次積層して所望の三次元構造体を形成する積層造形方法であって、
骨材と熱可塑性樹脂とを含むフィラメント状の造形材料を溶融する工程と、
溶融された前記造形材料をノズルから供給することによって積層する工程と、を繰り返し、所望の三次元構造体を造形する。
本発明に係る積層造形方法では、骨材と熱可塑性樹脂とを含むフィラメント状の造形材料から所望の三次元構造体を形成するために、熱溶解積層法を用いている。よって、造形後に不要な粉末が残存することがなく、工程時間を短縮可能である。
本発明により、積層造形方法における工程時間を短縮できる。
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜実施の形態＞
本実施の形態に係る積層造形方法は、長尺のフィラメント状に形成した造形材料を用いた熱溶解積層法である。本実施の形態に係る積層造形方法で造形可能な三次元構造体は、例えば、鋳物を製造する際に用いる中子である。まず、本実施の形態に係る積層造形方法で用いる造形材料について説明する。
＜実施の形態＞
本実施の形態に係る積層造形方法は、長尺のフィラメント状に形成した造形材料を用いた熱溶解積層法である。本実施の形態に係る積層造形方法で造形可能な三次元構造体は、例えば、鋳物を製造する際に用いる中子である。まず、本実施の形態に係る積層造形方法で用いる造形材料について説明する。
＜造形材料＞
造形材料は、造形する三次元構造体の用途や機能等に応じて様々な材料を選択可能である。本明細書では、造形材料のうち、造形対象とする三次元構造体を構成する材料を「構造材料」と呼ぶ。当該構造材料から構成される部分を「構造部」と呼ぶ。また、造形時に造形途中の構造部を支持するための構造を「サポート部」と呼ぶ。サポート部を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。サポート部とは、例えば、オーバーハング部を下から支える柱等である。なお、サポート部は造形する三次元構造体の形状に応じて適宜設けられるものであり、造形する三次元構造体の形状によっては、サポート部を必要としない場合もある。
造形材料は、造形する三次元構造体の用途や機能等に応じて様々な材料を選択可能である。本明細書では、造形材料のうち、造形対象とする三次元構造体を構成する材料を「構造材料」と呼ぶ。当該構造材料から構成される部分を「構造部」と呼ぶ。また、造形時に造形途中の構造部を支持するための構造を「サポート部」と呼ぶ。サポート部を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。サポート部とは、例えば、オーバーハング部を下から支える柱等である。なお、サポート部は造形する三次元構造体の形状に応じて適宜設けられるものであり、造形する三次元構造体の形状によっては、サポート部を必要としない場合もある。
構造材料は、骨材と、骨材同士を結合するバインダーとしての熱可塑性樹脂を含む。
骨材は、例えば人工砂や珪砂等を用いることができる。人工砂および珪砂は、混合して使用してもよいし、単体で使用してもよい。
骨材は、例えば人工砂や珪砂等を用いることができる。人工砂および珪砂は、混合して使用してもよいし、単体で使用してもよい。
熱可塑性樹脂は、フィラメント形状に形成可能な樹脂を用いることが好ましい。より具体的には、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile, Butadiene, Styrene）、ポリアミド（polyamide、ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマー等を用いることができる。
サポート材料は、造形対象とする三次元構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を用いることができる。より具体的には、例えば、水溶性糖類などの水溶性炭水化物、ポリ乳酸（polyactic acid、ＰＬＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）等を含む材料を用いることができる。
上記造形材料をフィラメント状に形成するために、骨材と、上記熱可塑性樹脂とを加熱した状態で混練する。混練した造形材料を、フィラメント成形用の微少孔を備える金型を通して押し出すことによって、長尺のフィラメント状に形成する。骨材と熱可塑性樹脂との混合割合は、例えば形成したフィラメントを用いて所望の積層体である中子等を造形した際に、鋳造において中子として所望の強度を得られるような混合割合であることが好ましい。
次に、図１及び図２を用いて本実施の形態に係る積層造形方法の一連の流れを説明する。図１は、本実施の形態に係る積層造形方法を示すフローチャートである。
図１に示すように、骨材を含むフィラメント状の造形材料を溶融する（ステップＳ１）。続いて、当該フィラメント状の造形材料を積層する（ステップＳ２）。所望の形状を得るまで、ステップＳ１とステップＳ２とを繰り返す。所望の形状を得た場合（ステップＳ３）、終了する。以下、各ステップの詳細について説明する。
＜ステップＳ１：造形材料溶融＞
骨材を含むフィラメント状の造形材料を溶融する。ここで「溶融」とは、溶融または半溶融状態の両方を含む。溶融は、積層造形装置の内部に設置された加熱装置によって行われてもよいし、積層造形装置の外部において加熱溶融した状態で積層造形装置内に供給してもよい。積層造形装置の内部に設置された加熱装置としては、例えば、溶融した造形材料をステージ上へ供給可能なノズルの内部に設置されたものを用いることができる。
骨材を含むフィラメント状の造形材料を溶融する。ここで「溶融」とは、溶融または半溶融状態の両方を含む。溶融は、積層造形装置の内部に設置された加熱装置によって行われてもよいし、積層造形装置の外部において加熱溶融した状態で積層造形装置内に供給してもよい。積層造形装置の内部に設置された加熱装置としては、例えば、溶融した造形材料をステージ上へ供給可能なノズルの内部に設置されたものを用いることができる。
＜ステップＳ２：造形材料積層＞
図２は、本実施の形態にかかる積層造形方法を用いて材料を積層する様子を示す模式図である。積層工程では、図２に示すように、ノズル１１が所望の三次元構造を造形する方向に動作する（白抜き矢印で示す）。本実施の形態では、まず、ステップＳ１において溶融または半溶融状態となったフィラメント状の造形材料Ｆが、ノズル１１よりステージ１２上に線状に供給され、第１層Ｌ１を形成する。図２では、ステージ１２上に第１層Ｌ１が形成され、さらにその上に第２層Ｌ２、第３層Ｌ３が積層され、さらに第４層Ｌ４が積層されつつある状態を示している。造形材料Ｆを積層しつつ冷却固化させ、所望の三次元構造体を造形する。ノズル１１の動作の制御は、制御部（不図示）が行う。なお、図２では１つのノズル１１を用いて積層造形を行っているが、これに限定されず、複数のノズルを併用して積層造形を行ってもよい。
図２は、本実施の形態にかかる積層造形方法を用いて材料を積層する様子を示す模式図である。積層工程では、図２に示すように、ノズル１１が所望の三次元構造を造形する方向に動作する（白抜き矢印で示す）。本実施の形態では、まず、ステップＳ１において溶融または半溶融状態となったフィラメント状の造形材料Ｆが、ノズル１１よりステージ１２上に線状に供給され、第１層Ｌ１を形成する。図２では、ステージ１２上に第１層Ｌ１が形成され、さらにその上に第２層Ｌ２、第３層Ｌ３が積層され、さらに第４層Ｌ４が積層されつつある状態を示している。造形材料Ｆを積層しつつ冷却固化させ、所望の三次元構造体を造形する。ノズル１１の動作の制御は、制御部（不図示）が行う。なお、図２では１つのノズル１１を用いて積層造形を行っているが、これに限定されず、複数のノズルを併用して積層造形を行ってもよい。
＜ステップＳ３＞
上記ステップＳ１及びステップＳ２を繰り返し、所望の形状を得た場合は、工程を終了する。
以上が、本実施の形態に係る積層造形方法である。
上記ステップＳ１及びステップＳ２を繰り返し、所望の形状を得た場合は、工程を終了する。
以上が、本実施の形態に係る積層造形方法である。
従来、インクジェット方式や粉末焼結方法によって三次元構造体である立体造形物を形成する場合、形成後の目的とする造形物の周囲には、硬化していない不要な粉末が残存した状態となる。目的とする造形物を取り出すためには、当該不要な粉末の除去を行う必要があり、当該除去のための工程に時間を要するという問題があった。
これに対し本発明は、骨材と熱可塑性樹脂とを含むフィラメント状の造形材料から所望の三次元構造体を形成するために、熱溶解積層法を用いている。よって、造形後に不要な粉末が残存することがなく、工程時間を短縮可能である。
さらに、インクジェット方式や粉末焼結方法によって三次元構造体である立体造形物を形成する場合、不要な粉末の除去のためには、粉末を回収するためのバキューム等の回収装置を設置する必要があった。さらに、作業環境中に当該粉末が粉塵として拡散するため、集塵機等を設置し作業環境を向上させる必要があった。すなわち、当該装置を設置するためのコストがかかっていた。
これに対し本発明は、積層造形方法として熱溶解積層法を用いている。よって、不要な粉末が残存することがなく、粉末回収のための回収装置や集塵機等の設置が不要となり、生産コストを低減することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１１ ノズル
１２ ステージ
Ｆ 造形材料
Ｌ１ 第１層
Ｌ２ 第２層
Ｌ３ 第３層
Ｌ４ 第４層
１２ ステージ
Ｆ 造形材料
Ｌ１ 第１層
Ｌ２ 第２層
Ｌ３ 第３層
Ｌ４ 第４層
Claims (1)
- 熱溶解積層法により、多数の層を順次積層して所望の三次元構造体を形成する積層造形方法であって、
骨材と熱可塑性樹脂とを含むフィラメント状の造形材料を溶融する工程と、
溶融された前記造形材料をノズルから供給することによって積層する工程と、を繰り返し、所望の三次元構造体を造形する、
積層造形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019226224A JP2021094728A (ja) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 積層造形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019226224A JP2021094728A (ja) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 積層造形方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021094728A true JP2021094728A (ja) | 2021-06-24 |
Family
ID=76430316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019226224A Pending JP2021094728A (ja) | 2019-12-16 | 2019-12-16 | 積層造形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021094728A (ja) |
-
2019
- 2019-12-16 JP JP2019226224A patent/JP2021094728A/ja active Pending
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