JP2001079641A

JP2001079641A - 模型製作方法

Info

Publication number: JP2001079641A
Application number: JP26318499A
Authority: JP
Inventors: Taro Takagi; 高木　　太郎; Kikuo Umegaki; 菊男梅垣; Noriyuki Sadaoka; 紀行定岡; Ryuichiro Iwano; 龍一郎岩野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2001-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ＲＰで造形した型に固形材料の液状
物を流し込んでから硬化させる方法により、大きい強度
・剛性を持つ模型を迅速・簡便に作ることのできる模型
製作方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による模型製作方法は、ＲＰを使用
して溶媒に溶ける性質を持つ材料で型を造形する型作製
工程と、要求される材料特性を持つ固形材料の液状物を
型に流し込んでから硬化させる材料充填工程と、溶媒で
型を溶かして除去する型除去工程によって構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は機械部品などの模型
の製作方法に関し、特に大きい強度・剛性の要求される
模型の製作方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの立体データを迅速・簡便
に実体化する技術を、一般にラピッドプロトタイピング
（ＲＰ）と呼ぶ。液状の合成樹脂に露光を行って光化学
反応を起こさせて部分的に固化させていく光造形法や、
粉末にレーザビームを照射して部分的に焼結していく選
択的レーザ焼結法（ＳＬＳ法）などがよく知られてい
る。ＲＰについての詳細は、たとえば「積層造形システ
ム」（中川威雄・丸谷洋二／工業調査会）などに記載さ
れている。

【０００３】一般にＲＰでは、１０μｍ〜１ｍｍの厚さ
の薄層を多数積み重ねていくことによって造形を行うの
で、複雑な形状でも工程を変えずに創成することができ
る。

【０００４】この特徴を生かし、ＲＰを機械部品などの
模型の製作に利用しようとする試みがなされてきた。機
械部品の設計では、模型を試作しては評価実験を行い、
これを繰り返して設計を最適化していく。従来は金属の
バルク材（塊）から機械加工によって削り出すなどの方
法で模型を作っていたが、この方法では製作期間が長く
かかる上、複雑な形状の模型を作ることが難しかった。
模型をＲＰで作ることができれば、機械の開発期間を著
しく短縮することができる。

【０００５】しかし従来のＲＰ用の材料は、機械部品の
模型としての使用に耐える引っ張り強さ（引っ張りによ
って材料が破断するまでに生ずる応力の最大値）やヤン
グ率（わずかな引っ張りによって生じる応力と伸び率の
比）を持っておらず、ＲＰで作った模型を使って評価実
験を行うと、模型が変形して実際の製品とかけ離れた性
能が測定されたり、模型が破壊して実験装置を壊したり
する恐れがあった。

【０００６】この問題に対し、ＲＰで用いられる樹脂材
料を、鋳造によって金属に置換する方法が利用されてい
る。よく用いられるのは、消失模型鋳造（インベストメ
ント鋳造）と呼ばれる方法である。この方法ではＲＰで
作った造形物を鋳物砂の中に埋め、上から溶融金属を注
ぎ込む。するとその熱で造形物が分解して気体となり、
または溶融して砂にしみ込み、造形物の形状がそのまま
金属で置き換えられるというものである。しかしこの方
法では、鋳造に大がかりな設備が必要となるので、適用
範囲が比較的高価な製品に限定される、あるいは鋳造を
行う業者との物流に時間がかかるなどの難点があった。

【０００７】関連する公知例として、特開平７−１９５
１４１号は、光造形法を用いて模型を作製し、これをセ
ラミックスラリに浸してから耐火性の粒子を振りかけ、
その後模型を溶融させて除去することによって、鋳型を
迅速に作る方法を示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、光
造形法によって非常に迅速に型を作ることができるにも
かかわらず、模型を高温に加熱して模型を除く必要があ
り、そのため光造形法の利点が大きく失われてしまって
いた。

【０００９】本発明は、ＲＰで造形した型に固形材料の
液状物を流し込んでから硬化させる方法により、大きい
強度・剛性を持つ模型を迅速・簡便に作ることのできる
模型製作方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題は、模型製作方
法を、ＲＰを使用して溶媒に溶ける性質を持つ材料で型
を造形する型作製工程と、要求される材料特性を持つ固
形材料の液状物を型に流し込んでから硬化させる材料充
填工程と、溶媒で型を溶かして除去する型除去工程によ
って構成することにより、解決することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）本発明による模
型製作方法Ｐを図１に示す。模型製作方法Ｐは、鋳型作
製工程Ｐ１と、易融合金充填工程Ｐ２と、鋳型除去工程
Ｐ３とによって構成されており、模型の立体形状を記述
しているＣＡＤデータＤから完成模型Ｍ３を製作する。

【００１２】鋳型作製工程Ｐ１は、ＣＡＤデータＤをも
とに水溶性の材料で鋳型Ｍ１を作る工程である。この工
程は、ＳＬＳ造形装置Ａによって自動的に行われる。

【００１３】易融合金充填工程Ｐ２は、溶融している易
融合金を鋳型Ｍ１に流し込んでから、冷まして凝固させ
る工程である。易融合金を鋳込んだ鋳型Ｍ１を、鋳造済
み鋳型Ｍ２と呼ぶ。

【００１４】鋳型除去工程Ｐ３は、鋳造済み鋳型Ｍ２を
水で洗い、鋳型Ｍ１を溶かし去って、易融合金で作られ
た完成模型Ｍ３を残す工程である。

【００１５】次に鋳型作製工程Ｐ１の実現方法を図２に
示す。

【００１６】データ受信工程Ｐ１１は、接続されている
コンピュータからソリッドモデルであるＣＡＤデータＤ
を受信し、これをサーフェイスモデルである表面形状デ
ータＤ１に変換する工程である。

【００１７】容器形状作成工程Ｐ１２は、表面形状デー
タＤ１をオフセットさせて外形形状データＤ２を作り、
これらを組み合わせて鋳型形状データＤ３を作る工程で
ある。

【００１８】ＳＬＳ造形工程Ｐ１３は、鋳型形状データ
Ｄ３によって記述された形状を持つ鋳型Ｍ１を、ＳＬＳ
法によって作製する工程である。

【００１９】ＳＬＳ造形工程Ｐ１３で使われるＳＬＳ造
形装置Ａの構造と動作を、それぞれ図３・図４に示す。
ＳＬＳ造形装置Ａは、材料粉末Ｓを保持するコンテナＡ
１と、材料粉末Ｓの表面を平坦化するリコータＡ２と、
送りネジＡ８を回してリコータＡ２を往復させるリコー
タ駆動装置Ａ３と、材料粉末Ｓの表面にレーザビームを
照射するレーザヘッドＡ４と、レーザヘッドＡ４を前後
左右に走査するスキャナＡ５と、材料粉末Ｓや造形物Ｗ
を載せて支持するエレベータＡ６と、エレベータＡ６を
上下に移動させるエレベータ駆動装置Ａ７と、ＳＬＳ造
形装置Ａの動作を全体的に制御する制御装置Ａ９によっ
て構成されている。

【００２０】リコータ駆動信号Ｘ１は、リコータ駆動装
置Ａ３を動作させ、電力を供給する信号である。スキャ
ナ・レーザ駆動信号Ｘ２は、レーザヘッドＡ４の走査経
路とレーザビームの明滅を制御し、電力を供給する信号
である。エレベータ駆動信号Ｘ３は、エレベータＡ６の
動作を制御し、電力を供給する信号である。

【００２１】ＳＬＳ造形装置の動作を図４に示す。ＳＬ
Ｓ造形装置Ａは、平坦化された材料粉末Ｓの表面にレー
ザビームを走査させながら照射していくことによって、
材料粉末Ｓを焼結し、鋳型形状データＤ３が記述してい
る造形物Ｗの断面形状を持つ層を作る。そして多数の層
を積み重ねていき、目的の立体形状を持つ造形物Ｗを作
製する。

【００２２】制御装置Ａ９は、鋳型形状データＤ３を受
信すると、これをもとに造形物Ｗの立体形状を持つ立体
データを生成する。次に積層を行うため、この立体デー
タと、それぞれの層の高さにある水平面の交わりを計算
し、造形物Ｗの断面形状を算出する。そして層ごとにリ
コータ駆動信号Ｘ１・スキャナ・レーザ駆動信号Ｘ２・
エレベータ駆動信号Ｘ３を自動的に生成する。これによ
ってＳＬＳ造形装置Ａは次の手順１・２・３を繰り返す
ように動作し、層を積み重ねていく。

【００２３】１．エレベータＡ６または造形物Ｗの上に
材料粉末Ｓを盛り付け、リコータＡ２を往復させて、材
料粉末Ｓの表面を平坦化する。

【００２４】２．レーザヘッドＡ４からのレーザビーム
を材料粉末Ｓの表面に照射する。スキャナＡ５はレーザ
ヘッドＡ４を造形物Ｗの断面に沿って走査させる。レー
ザビームによって材料粉末Ｓが焼結され、薄層が作られ
る。

【００２５】３．エレベータＡ６を層の厚さだけ下降さ
せ、造形物Ｗに新しい層を重ねるための準備を行う。

【００２６】このような動作により、最終的に鋳型Ｍ１
が作られる。

【００２７】ＳＬＳ造形工程Ｐ１３では、ＳＬＳ法に通
常使われる材料粉末Ｓである樹脂の代わりに、グルタミ
ン酸水素ナトリウムを使う。グルタミン酸水素ナトリウ
ムの融点は１９５℃であり、易融合金の融点よりも高い
ので、造形物Ｗを易融合金の鋳型として利用することが
できる。無機物を溶融させると金属を腐食する性質を持
つことが多いが、グルタミン酸水素ナトリウムは有機物
なので金属を腐食せず、そのため既存のＳＬＳ造形装置
Ａをそのまま利用することができる。

【００２８】グルタミン酸水素ナトリウムは２００℃以
上の温度では徐々に熱分解するが、ＳＬＳ造形装置Ａは
レーザビームを走査させて材料粉末Ｓを加熱しており、
材料粉末Ｓの温度が分解点を上回っている時間はきわめ
て短いので、造形を問題なく行うことができる。熱分解
に伴って多少の着色が生じるが、これは鋳型としての使
用には差し支えない。グルタミン酸水素ナトリウムは調
味料としても使われており、非常に廉価である。また環
境汚染の原因にもならない。

【００２９】次に易融合金充填工程Ｐ２の実現方法を図
５に示す。

【００３０】鋳型クリーニング工程Ｐ２１は、鋳型Ｍ１
の内部に残されている材料粉末Ｓや、鋳型Ｍ１に付着し
ている材料粉末Ｓを取り除き、クリーニング済み鋳型Ｍ
１１を作る工程である。

【００３１】易融合金溶解工程Ｐ２２は、鋳型Ｍ１の材
料の融点を越えないように易融合金Ｆを加熱して融解さ
せ、易融合金溶融物Ｆ１を提供する工程である。利用で
きる易融合金Ｆの組成の例を図６に示す。ただしこれら
の易融合金Ｆのうち、有毒なカドミウムや鉛を含むもの
は使いにくいので、融点が１３８℃のビスマス・スズ共
晶合金などが実際的な材料となる。

【００３２】易融合金鋳込み工程Ｐ２３は、クリーニン
グ済み鋳型Ｍ１１に易融合金溶融物Ｆ１を鋳込み、未凝
固鋳型Ｍ１２を作る工程である。

【００３３】易融合金冷却工程Ｐ２４は、未凝固鋳型Ｍ
１２を冷却し、鋳込まれた易融合金溶融物Ｆ１を凝固さ
せることによって、鋳造済み鋳型Ｍ２を作る工程であ
る。

【００３４】次に鋳型除去工程Ｐ３の実現方法を図７に
示す。

【００３５】洗浄工程Ｐ３１は、鋳造済み鋳型Ｍ２に水
を吹き付け、鋳型Ｍ１を溶かし去る工程である。この工
程によって完成模型Ｍ３が得られる。排出される洗浄水
には鋳型Ｍ１の材料が溶け込んでいるので、貯蔵して洗
浄水処理工程Ｐ３２に回す。

【００３６】洗浄水処理工程Ｐ３２は、洗浄工程Ｐ３１
で排出される洗浄水を捨てるために処理する工程であ
る。グルタミン酸水素ナトリウムを溶かした洗浄水の場
合には、まず水分を蒸発させてから、残ったグルタミン
酸水素ナトリウムを焼却する。

【００３７】次に模型製作方法Ｐについて、例を示して
説明する。この例では、電化製品の筐体部品の模型を作
る。模型の立体形状は、ＣＡＤデータＤによって記述さ
れている。

【００３８】データ受信工程Ｐ１１では、ＣＡＤデータ
Ｄをサーフェイスモデルに変換して表面形状データＤ１
を作る。表面形状データＤ１が記述している表面形状Ｒ
１を、図８の（Ａ）に断面として模式的に示す。

【００３９】容器形状作成工程Ｐ１２では、表面形状デ
ータＤ１を外側にオフセットさせて外形形状データＤ２
を作る。外形形状データＤ２が記述している外形形状Ｒ
２を図８の（Ｂ）に示す。外形形状Ｒ２から表面形状Ｒ
１を差し引き、支持脚Ｔ１・湯口Ｔ２・空気抜きＴ３な
どの部分的な形状を付加することによって、鋳型形状Ｒ
３を作る。鋳型形状Ｒ３が記述している鋳型形状Ｒ３を
図８の（Ｃ）に示す。

【００４０】必要に応じ、鋳型形状Ｒ３に補強用の部材
を付加してもよい。

【００４１】ＳＬＳ造形工程Ｐ１３では、市販のＳＬＳ
造形装置Ａに鋳型形状データＤ３を送信し、鋳型形状Ｒ
３を立体形状とする造形物Ｗを作る。ここでは材料粉末
Ｓとして、平均粒径が５０μｍのグルタミン酸水素ナト
リウムの粉末を使う。これによって水溶性の鋳型Ｍ１が
得られる。

【００４２】鋳型クリーニング工程Ｐ２１では、鋳型Ｍ
１を逆さまにして振動させることで、鋳型Ｍ１の内部に
詰まっている材料粉末Ｓを落とす。鋳型Ｍ１の内面に付
着した材料粉末Ｓは、細いゴムチューブを鋳型Ｍ１の中
に挿入し、その端面から空気を吹き出させて取り除く。

【００４３】易融合金溶解工程Ｐ２２・易融合金鋳込み
工程Ｐ２３では、易融合金Ｆを融解させるために専用の
電気炉Ｈを使う。電気炉Ｈの構造を図９に示す。電気炉
Ｈは、易融合金Ｆの一種であるビスマス・スズ共晶合金
を、ヒータＨ１で加熱して融解させるものである。易融
合金溶融物Ｆ１は過熱すると空気中の酸素によって酸化
されるので、グリセリン浴Ｈ２を使用して過熱を防いで
いる。また注出口Ｈ３が底部に付いており、易融合金溶
融物Ｆ１の表面に浮いている酸化物が鋳型Ｍ１の中に流
れ込まないようになっている。この電気炉Ｈを使用し、
湯口Ｔ２が注出口Ｈ３の真下に来るようにクリーニング
済み鋳型Ｍ１１を置いて、易融合金溶融物Ｆ１を鋳込
む。

【００４４】易融合金冷却工程Ｐ２４では、未凝固鋳型
Ｍ１２をしばらく放冷し、易融合金溶融物Ｆ１を凝固さ
せる。こうして作られる鋳造済み鋳型Ｍ２の構造を図１
０に示す。

【００４５】最後に洗浄工程Ｐ３１で鋳造済み鋳型Ｍ２
に水を吹き付け、グルタミン酸水素ナトリウムを除去す
る。このようにして最終的に完成模型Ｍ３が得られる。
鋳型作製工程Ｐ１はＳＬＳ造形装置Ａによってほとんど
自動的に行われるので、残る易融合金充填工程Ｐ２と鋳
型除去工程Ｐ３だけを人手で行えばよい。つまり鋳型Ｍ
１に易融合金Ｆを流し込み、これが冷めてから水で洗う
だけで、大きい強度・剛性を持つ完成模型Ｍ３を迅速・
簡便に作ることができる。

【００４６】完成模型Ｍ３の用途によっては、仕上げが
必要となる場合もある。表面粗さを改善するには研磨や
塗装を行い、特に高い精度が要求される部分には機械加
工を行う。

【００４７】（第２の実施例）完成模型Ｍ３に金属と同
等の強度・剛性が必要とされない場合、易融合金充填工
程Ｐ２を液状物充填工程Ｐ２ａに置き換えてもよい。液
状物充填工程Ｐ２ａは、易融合金Ｆの代わりに液状のコ
ンクリート・樹脂・複合材などを鋳型Ｍ１に流し込み、
硬化させる工程である。この工程によって充填済み鋳型
Ｍ２ａが作られる。

【００４８】その後の鋳型除去工程Ｐ３では、充填済み
鋳型Ｍ２ａを鋳造済み鋳型Ｍ２と同じように水で洗うこ
とにより、コンクリート・樹脂・複合材などでできた完
成模型Ｍ３を得る。コンクリートや樹脂の密度は易融合
金Ｆの１０％〜５０％なので、これらの材料を使えば軽
い完成模型Ｍ３を作ることができる。

【００４９】（第３の実施例）完成模型Ｍ３に高い精度
が必要とされない場合など、ＳＬＳ造形工程Ｐ１３をＦ
ＤＭ造形工程Ｐ１３ａに置き換えてもよい。ＦＤＭ造形
工程Ｐ１３ａは、溶融材料堆積法（ＦＤＭ法）によって
鋳型Ｍ１を作る工程である。ＦＤＭ法はＲＰの一種であ
り、溶融した熱可塑性材料Ｓａをノズルから吐出して、
加工物Ｗに付着させながら凝固させていくことによって
造形を行う。ＦＤＭ法では、造形物Ｗの精度・表面粗さ
はＳＬＳ法にやや劣るが、鋳型Ｍ１の内部に材料粉末Ｓ
が残らず、鋳型クリーニング工程Ｐ２１を著しく省力化
することができるという利点がある。

【００５０】また鋳型Ｍ１の作製に要する時間が、ＳＬ
Ｓ法より短いという利点もある。

【００５１】ＦＤＭ造形工程Ｐ１３ａでは、ＳＬＳ造形
装置Ａの代わりに、ＦＤＭ造形装置Ａａを使う。ＦＤＭ
造形装置Ａａの構造と動作をそれぞれ図１１・図１２に
示す。

【００５２】ＦＤＭ造形装置Ａａの構造はＳＬＳ造形装
置Ａに似ているが、コンテナＡ１と、リコータＡ２と、
リコータ駆動装置Ａ３と、レーザヘッドＡ４とを備えて
おらず、代わりに材料タンクＡ２ａと、ノズルＡ４ａと
を備えている点が異なる。

【００５３】材料タンクＡ２ａは、熱可塑性材料Ｓａを
加熱して溶融させ、ノズルＡ４ａに供給するものであ
る。ノズルＡ４ａは、溶融している熱可塑性材料Ｓａを
必要な量だけ吐出し、加工物Ｗに付着させるものであ
る。熱可塑性材料Ｓａをひも状に押し出す方式と、液滴
にして飛ばす方式とがある。

【００５４】制御装置Ａ９は、スキャナ・レーザ駆動信
号Ｘ２の代わりにスキャナ・ノズル駆動信号Ｘ２ａを生
成する。スキャナ・ノズル駆動信号Ｘ２ａはノズルＡ４
ａの走査経路と熱可塑性材料Ｓａの吐出を制御し、また
電力を供給するものである。

【００５５】ＦＤＭ造形装置Ａａも、ＳＬＳ造形装置Ａ
と同じように、薄層を積層していくことによって加工物
Ｗを造形する。つまりＦＤＭ造形装置Ａａは、次の手順
１・２を繰り返すように動作し、層を積み重ねていく。

【００５６】１．溶融した熱可塑性材料ＳａをノズルＡ
４ａから吐出し、エレベータＡ６あるいは造形物Ｗの上
面に付着させる。スキャナＡ５はノズルＡ４ａを造形物
Ｗの断面に沿って走査させる。エレベータＡ６や造形物
Ｗに付着した熱可塑性材料Ｓａは熱を奪われ、凝固して
薄層を作る。

【００５７】２．エレベータＡ６を層の厚さだけ下降さ
せ、造形物Ｗに新しい層を重ねるための準備を行う。

【００５８】このような動作により、最終的に鋳型Ｍ１
が作られる。

【００５９】（第４の実施例）ＳＬＳ造形工程Ｐ１３で
使用する材料粉末Ｓとしては、水溶性の物質で、かつ融
点あるいは軟化点が易融合金Ｆの融点を超えていれば、
第１の実施例で挙げたグルタミン酸水素ナトリウムに限
らず、いろいろな材料が利用できる。たとえば溶性デン
プン・グラニュ糖・水溶性のセルロース誘導体・ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂などである。これらの材
料の特性を図１３に示す。

【００６０】第３の実施例でも、ＦＤＭ造形工程Ｐ１３
ａで、これらの材料を熱可塑性材料Ｓａとして使用する
ことができる。

【００６１】また鋳型除去工程Ｐ３で水の代わりにアル
コールなどの有機溶剤が使用できる場合には、さらに多
くの材料が考えられる。有機溶剤に溶解する材料の中に
は、水溶性の材料よりも壊れにくいものがあると考えら
れる。そのような材料で鋳型Ｍ１を作ることにより、易
融合金鋳込み工程Ｐ２３での鋳型Ｍ１の破損を避けるこ
とができ、完成模型Ｍ３が確実に作れる可能性がある。

【００６２】（第５の実施例）ＳＬＳ造形工程Ｐ１３で
使用する材料粉末Ｓには、複数の物質の混合物を使用す
ることができる。この場合、一つの物質の融点あるいは
軟化点が易融合金Ｆの融点よりも高く、かつ他の物質が
水溶性である場合にも、同様の効果が得られる可能性が
ある。たとえば水溶性の無機塩の粉末と、熱可塑性の樹
脂の粉末を混合した材料粉末Ｓは、ＳＬＳ法で造形する
ことができ、しかも水で洗い去ることができる。したが
って本発明による模型製作方法Ｐに利用することが可能
である。

【００６３】（第６の実施例）ＳＬＳ造形工程Ｐ１３で
使用する材料粉末Ｓには、非水溶性の砂や金属粉末を混
ぜておいてもよい。この場合、洗浄水処理工程Ｐ３２で
洗浄水の濾過を行って砂や金属粉末を回収する。強度・
剛性の大きい砂や金属を材料粉末Ｓに配合することによ
り、鋳型Ｍ１の強度・剛性を高めることができるので、
高い精度の完成模型Ｍ３を安全に作ることができる。さ
らに洗浄水処理工程Ｐ３２で回収される砂や金属粉末を
再利用することで、材料粉末Ｓの消費量を抑えることが
できる。

【００６４】（第７の実施例）ＳＬＳ造形工程Ｐ１３で
は、材料粉末Ｓの平均粒径や複数の物質の配合比率を工
夫したり、レーザビームの出力を調節したりすること
で、鋳型Ｍ１を多孔質に作ることができる。第３の実施
例のＦＤＭ造形工程Ｐ１３ａでも、熱可塑性材料Ｓａの
吐出量を調節したり、ノズルＡ４ａの走査経路を工夫し
たりすることで、鋳型Ｍ１を多孔質に作ることができ
る。

【００６５】第１の実施例の容器形状作成工程Ｐ１２で
は、鋳型Ｍ１の内部に残った空気による欠陥を避けるた
め、鋳型形状Ｒ３に空気抜きＴ３を付加しなければなら
ない。

【００６６】しかし鋳型Ｍ１を多孔質にしておけば、空
気は空孔を通って外部に逃げることができるのに対し、
表面張力の大きい易融合金溶融物Ｆ１は空孔の中に流れ
込んでいかないので、空気抜きＴ３を省いても空気によ
る欠陥が生じない。

【００６７】空気抜きＴ３を適切に配置するには高度な
ノウハウが必要であり、また模型の形状によっては空気
抜きＴ３を配置することができない。そのような場合、
鋳型Ｍ１を多孔質に作る方法が有効である。

【００６８】

【発明の効果】請求項１によれば、ＲＰの特徴である簡
便性・迅速性を生かしながら、大きい強度・剛性を持つ
模型を低価格に製作することができる。

【００６９】請求項２によれば、複雑な立体形状を持つ
模型を、工程を煩雑にすることなく製作することができ
る。

【００７０】請求項３によれば、大がかりな設備を必要
とせず、金属でできた模型を簡便・迅速に製作すること
ができる。

【００７１】請求項４によれば、模型の洗浄に有害・危
険な有機溶剤を使う必要性を避けることができ、安全に
模型を製作することができる。

【００７２】請求項５によれば、市販のＲＰ装置を利用
し、さらに低価格に模型を製作することができる。

【００７３】請求項６・請求項７によれば、環境汚染の
原因になりにくく、かつ廉価で入手しやすい材料を使う
ことができ、低価格・安全に模型を製作することができ
る。

【００７４】請求項８によれば、大きい強度・剛性を持
ちつつ、しかも軽い模型を製作することができる。

【００７５】請求項９によれば、鋳型の内部に詰まって
いる材料粉末を取り除く作業を省くことができ、より簡
便・迅速に模型を製作することができる。

【００７６】請求項１０・請求項１１によれば、模型の
型を作るための材料を変えることができるようになり、
壊れにくい材料で型を作れば、複雑な立体形状を持つ模
型を確実に製作することができる。

【００７７】請求項１２によれば、模型の型を作るため
の材料の消費量を抑えることができ、環境汚染が避けら
れるとともに、低価格に模型を製作することができる。

【００７８】請求項１３によれば、易融合金を鋳込む際
にも模型の型が壊れにくくなるので、複雑な立体形状を
持つ模型を確実に製作することができる。

【００７９】請求項１４によれば、複雑な立体形状を持
つ模型を作る場合にも、鋳型に空気抜きを付加する必要
がなく、より短い時間で模型を製作することができる。

【００８０】請求項１５・請求項１６によれば、模型の
型を作るための材料をその都度調合する手間が省け、よ
り簡便・迅速に模型を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による模型製作方法Ｐを示すフローチャ
ート。

【図２】鋳型作製工程Ｐ１の実現方法を示すフローチャ
ート。

【図３】ＳＬＳ造形装置Ａの構造を示す図。

【図４】ＳＬＳ造形装置Ａの動作を示す図。

【図５】易融合金充填工程Ｐ２の実現方法を示すフロー
チャート。

【図６】易融合金Ｆの組成の例を示す図。

【図７】鋳型除去工程Ｐ３の実現方法を示すフローチャ
ート。

【図８】表面形状Ｒ１・外形形状Ｒ２・鋳型形状Ｒ３を
模式的に示す図。

【図９】電気炉Ｈの構造を示す図。

【図１０】鋳造済み鋳型Ｍ２の構造を示す図。

【図１１】ＦＤＭ造形装置Ａａの構造を示す図。

【図１２】ＦＤＭ造形装置Ａａの動作を示す図。

【図１３】材料粉末Ｓの例を示す図。

【符号の説明】

Ａ…ＳＬＳ造形装置、Ａ１…コンテナ、Ａ２…リコー
タ、Ａ３…リコータ駆動装置、Ａ４…レーザヘッド、Ａ
５…スキャナ、Ａ６…エレベータ、Ａ７…エレベータ駆
動装置、Ａ８…送りネジ、Ａ９…制御装置、Ａａ…ＦＤ
Ｍ造形装置、Ａ２ａ…材料タンク、Ａ４ａ…ノズル、Ｄ
…ＣＡＤデータ、Ｄ１…表面形状データ、Ｄ２…外形形
状データ、Ｄ３…鋳型形状データ、Ｆ…易融合金、Ｆ１
…易融合金溶融物、Ｈ…電気炉、Ｈ１…ヒータ、Ｈ２…
グリセリン浴、Ｈ３…注出口、Ｍ１…鋳型、Ｍ１１…ク
リーニング済み鋳型、Ｍ１２…未凝固鋳型、Ｍ２…鋳造
済み鋳型、Ｍ２ａ…充填済み鋳型、Ｍ３…完成模型、Ｐ
…模型製作方法、Ｐ１…鋳型作製工程、Ｐ１１…データ
受信工程、Ｐ１２…鋳型形状作成工程、Ｐ１３…ＳＬＳ
造形工程、Ｐ１３ａ…ＦＤＭ造形工程、Ｐ２…易融合金
充填工程、Ｐ２ａ…液状物充填工程、Ｐ２１…鋳型クリ
ーニング工程、Ｐ２２…易融合金溶解工程、Ｐ２３…易
融合金鋳込み工程、Ｐ２４…易融合金冷却工程、Ｐ３…
鋳型除去工程、Ｐ３１…洗浄工程、Ｐ３２…洗浄水処理
工程、Ｒ１…表面形状、Ｒ２…外形形状、Ｒ３…鋳型形
状、Ｓ…材料粉末、Ｓａ…熱可塑性材料、Ｔ１…支持
脚、Ｔ２…湯口、Ｔ３…空気抜き、Ｗ…造形物、Ｘ１…
リコータ駆動信号、Ｘ２…スキャナ・レーザ駆動信号、
Ｘ２ａ…スキャナ・ノズル駆動信号、Ｘ３…エレベータ
駆動信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者定岡紀行茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者岩野龍一郎茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内Ｆターム(参考） 4E093 GA01 GA05 GA09 GD01 HA03 HA10 HB03 4F213 AA19 AA49 AB16 AB19 AC04 WA25 WL03 WL12 WL23 WL24 WL26 WL96

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶媒に溶解する性質を持つ材料で型を作
る工程と、模型の材料の液状物を前記型に流し込み、硬
化させて固形物とする工程と、前記溶媒で前記型を溶か
し去る工程とを含むことを特徴とする模型製作方法。
【請求項２】請求項１の模型製作方法において、前記
溶剤に溶解する性質を持つ材料の粉末を部分的に焼結す
ることにより、前記型を作ることを特徴とする模型製作
方法。
【請求項３】請求項１の模型製作方法において、前記
模型の材料の液状物が、前記型を破損しない温度で溶融
している易融合金であり、前記型の材料の融点あるいは
軟化点が前記易融合金の融点を越えることを特徴とする
模型製作方法。
【請求項４】請求項１の模型製作方法において、前記
溶剤が水または水を含む液状物であり、前記型の材料が
水溶性の物質を含むことを特徴とする模型製作方法。
【請求項５】請求項４の模型製作方法において、前記
型の材料が、糖またはその誘導体、セルロース・デンプ
ンまたはその誘導体、アミノ酸・カルボン酸またはその
塩、ポリビニルアルコールまたはその誘導体、ポリエチ
レングリコールまたはその誘導体のうち、少なくとも一
つの物質を含むことを特徴とする模型製作方法。
【請求項６】請求項５の模型製作方法において、前記
型の材料が、グルタミン酸水素ナトリウムを含むことを
特徴とする模型製作方法。
【請求項７】請求項５の模型製作方法において、前記
型の材料が、セルロースの水溶性の誘導体を含むことを
特徴とする模型製作方法。
【請求項８】請求項１の模型製作方法において、前記
模型の材料の液状物が、コンクリートまたはその複合材
の未硬化物であるか、樹脂またはその複合材の未硬化物
であることを特徴とする模型製作方法。
【請求項９】請求項１の模型製作方法において、前記
溶剤に溶解する性質を持つ材料を溶融させ、前記材料を
ノズルから吐出して造形物に付着させることによって前
記型を作ることを特徴とする模型製作方法。
【請求項１０】請求項１の模型製作方法において、前
記溶剤が有機溶剤または有機溶剤を含む液状物であり、
前記型の材料が前記有機溶剤に溶解する性質を持つ物質
を含むことを特徴とする模型製作方法。
【請求項１１】請求項１の模型製作方法において、前
記模型の材料の液状物が、前記型を破損しない温度で溶
融している易融合金であり、前記型の材料が、前記溶媒
に溶解する性質を持つ物質と、融点あるいは軟化点が前
記易融合金の融点を越える物質とを含むことを特徴とす
る模型製作方法。
【請求項１２】請求項１の模型製作方法において、前
記型の材料が、前記溶媒に溶解する性質を持つ物質と、
前記溶媒に溶解しない性質を持つ物質との混合物であ
り、前記溶媒で前記型を溶かし去る工程で排出される前
記溶媒を濾過し、前記溶媒に溶解しない性質を持つ物質
を分離する工程を含むことを特徴とする模型製作方法。
【請求項１３】請求項１２の模型製作方法において、
前記溶媒に溶解しない性質を持つ前記成分のうちの一つ
が、砂または金属粉末であることを特徴とする模型製作
方法。
【請求項１４】請求項２、または請求項９の模型製作
方法において、前記型に微細な貫通孔を明け、あるいは
前記型を多孔質に作ることで、前記型に通気性を持たせ
ることを特徴とする模型製作方法。
【請求項１５】材料の粉末を部分的に焼結することに
よって造形物を作るＲＰ装置用の材料であり、請求項
３、請求項４、請求項１０、請求項１１、請求項１２の
うち、少なくとも一つに記載のＲＰ材料。
【請求項１６】溶融させた材料をノズルから吐出して
造形物に付着させることによって造形物を作るＲＰ装置
用の材料であり、請求項３、請求項４、請求項１０、請
求項１１、請求項１２のうち、少なくとも一つに記載の
ＲＰ材料。