JP6027264B1 - 粒状材料、３次元積層造形鋳型の製造装置および３次元積層造形鋳型の製造方法 - Google Patents
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Abstract
３次元積層造形鋳型の製造において、注湯時に有害ガスの発生がなく、鋳物欠陥の１つであるガス欠陥の低減をするための、３次元積層造形鋳型の製造装置で使用する粒状材料であって、水溶性エステルにより活性化されて硬化する水ガラスをコーティングした粒状材料を提供する。粒状材料の残留水分は１％以下である。また、水ガラスは、アルカリ金属珪酸塩溶液である珪酸ナトリウム溶液と、珪酸カリウム溶液とから選ばれる１種または２種の混合物である。
Description
本発明は、３次元積層造形鋳型の製造技術に関する。
鋳物を製造するには鋳型が必要である。鋳型には、熱硬化鋳型、自硬性鋳型、または、ガス硬化性鋳型などがある。例えば、自硬性鋳型は、木型や樹脂型（以下、これらを総称して「模型」という）に、耐火性の粒状材料、硬化剤、およびバインダ（粘結剤）を含む混練砂を充填し、バインダを硬化させる方法で製造されるのが一般的である。しかし、複雑な形状の鋳型を製造するには、必然的に模型の数を増やす必要があり、工程の煩雑化を招いていた。また、模型の数を増やすことができても、鋳型から模型を外すことができなければ、鋳型を製造することができない。
こうした問題を解決するために、近年、模型を用いなくても直接、鋳型を製造することが可能な、３次元積層造形による鋳型の製造技術が提案されている。３次元積層造形とは、ＣＡＤ（Computer Aided Design）システム上で入力された３次元形状を、直接、立体モデル（３次元モデル）として鋳型を製造する方法である。
３次元積層造形による鋳型の製造技術としては、耐火性の粒状材料と液状の硬化剤とを混合させた混練砂を積層（リコーティング）し、その上にＣＡＤデータに基づいてバインダを印刷する操作を繰り返し、バインダが硬化した後に、非印刷部分の混練砂を取り除く方法（２液式自硬性鋳型）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、２液式自硬性鋳型の３次元積層造形により製造された鋳型は、有機バインダを用いて作製されているため、注湯時（溶けた金属を鋳型に流し込むこと）に鋳型を構成する有機バインダが熱分解し、有害なガスが発生する。こうした有害なガスは、作業環境悪化へ繋がり、また、鋳物鋳造欠陥の１つであるガス欠陥（ピンホール、ブローホール）を誘発させる原因の１つにもなっている。
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る粒状材料は、
３次元積層造形鋳型の製造装置で使用する粒状材料であって、
水に溶解された水溶性エステルにより活性化されて硬化する、溶媒を揮発させた水ガラスのコーティングを有する。
３次元積層造形鋳型の製造装置で使用する粒状材料であって、
水に溶解された水溶性エステルにより活性化されて硬化する、溶媒を揮発させた水ガラスのコーティングを有する。
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形鋳型の製造装置は、
層状に敷き詰めて選択的に結合する造形材料として、溶媒を揮発させた水ガラスのコーティングを有する粒状材料を使用し、
溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する前記粒状材料を選択的に結合するための活性化材料として、水に溶解された水溶性エステルを使用する。
層状に敷き詰めて選択的に結合する造形材料として、溶媒を揮発させた水ガラスのコーティングを有する粒状材料を使用し、
溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する前記粒状材料を選択的に結合するための活性化材料として、水に溶解された水溶性エステルを使用する。
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形鋳型の製造方法は、
３次元積層造形鋳型に使用する粒状材料を水ガラスでコーティングして、溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する工程と、
溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する前記粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の３次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に水に溶解された水溶性エステルを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含む。
３次元積層造形鋳型に使用する粒状材料を水ガラスでコーティングして、溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する工程と、
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前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含む。
本発明によれば、３次元積層造形鋳型の製造において、注湯時に有害ガスの発生がなく、鋳物欠陥の１つであるガス欠陥の低減をすることができる。
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は単なる例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
《３次元積層造形鋳型の製造装置》
図１は、本実施形態の３次元積層造形鋳型の製造装置１００の造形手順の概要を示す図である。
図１は、本実施形態の３次元積層造形鋳型の製造装置１００の造形手順の概要を示す図である。
３次元積層造形鋳型の製造装置１００は、主要には、ブレード機構１０１と、印刷ノズルヘッド機構１０２と、支持テーブル機構１０３と、を備える。さらに、各構造の動作を造形対象物の３次元データを用いて制御する制御部（図示せず）を備える。
ブレード機構１０１は、リコータを含み、水溶性エステルからなる活性化材料で結合済みの造形部の上層に、３次元積層造形鋳型の材料となる水ガラスでコーティングされた粒状材料（以下、コーティングサンドとも称す）を所定の厚みで積層する。印刷ノズルヘッド機構１０２は、積層された粒状材料に対して水溶性エステルによる印刷をして、水ガラスでコーティングされた粒状材料を選択的に結合することによって１層毎の造形をする。造形テーブル機構１０３は、１層の造形が終了すると１層分の距離だけ下降して、所定の厚みでの積層造形を実現する。
図１には、途中層までの造形物２０１と、完成した造形物２０２とが図示されている。
《３次元積層造形鋳型の製造材料》
以下、本実施形態の３次元積層造形鋳型の製造装置１００に使用される製造材料として、粒状材料とバインダとについて詳細に説明する。
以下、本実施形態の３次元積層造形鋳型の製造装置１００に使用される製造材料として、粒状材料とバインダとについて詳細に説明する。
（粒状材料）
本実施形態の粒状材料としては、耐火性の粒状材料（以下、耐火性粒状材料とも称す）である、珪砂、オリビン砂、ジルコン砂、クロマイト砂、アルミナ砂、ムライト砂等の天然砂や、人工砂などが挙げられる。また、使用済みの天然砂や人工砂を回収したものや、これらを再生処理したものなども使用できる。
本実施形態の粒状材料としては、耐火性の粒状材料（以下、耐火性粒状材料とも称す）である、珪砂、オリビン砂、ジルコン砂、クロマイト砂、アルミナ砂、ムライト砂等の天然砂や、人工砂などが挙げられる。また、使用済みの天然砂や人工砂を回収したものや、これらを再生処理したものなども使用できる。
人工砂は、一般的にボーキサイトを原料とし、焼結法、溶融法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる。焼結法、溶融法、火炎溶融法の具体的な条件等は特に限定されず、例えば特開平５−１６９１８４号公報、特開２００３−２５１４３４号公報、特開２００４−２０２５７７号公報等に記載された公知の条件等を用いて人工砂を製造すればよい。
耐火性粒状材料の平均粒子径は、50〜300μmが好ましく、75〜150μmがより好ましい。平均粒子径が300μm以下であれば、面相度に優れた３次元積層造形鋳型が得られる。
ここで、面相度とは、３次元積層造形鋳型の積層方向の表面粗さのことである。
耐火性粒状材料は、人工砂が、耐火度、熱により膨張しにくい（低熱膨張性に優れる）。熱膨張性が大きいと、ベーニング欠陥が発生し易い。ここで、ベーニング欠陥とは、鋳型が鋳造時の熱で膨張することで鋳型にクラックが発生し、そのクラック内に溶融金属が流れ込むことで発生するバリ状の欠陥のことである。耐火性粒状材料として人工砂を用いれば、大型の鋳型や、高温の溶融金属を注湯する場合にも耐えられる（すなわち、ベーニング欠陥が起こりにくい）鋳型を製造できる。
なお、天然砂は人工砂に比べて安価であるため、製造コストを抑える観点では、天然砂と人工砂とを混合して用いるのが好ましい。
天然砂としては、珪砂が好ましい。その理由は、例えばジルコン砂は天然砂の中では価格が比較的高く、クロマイト砂はクロムを含むため廃棄に手間がかかり、オリビン砂は３次元積層造形鋳型の面相度が高くなる傾向にあるためである。珪砂は、これらの問題点を小さくすることができる。
鋳型は鋳物を鋳造するための型であり、鋳造後は鋳物を取り出すために解体される。すなわち、鋳物を最終目的物（最終製品）とすると、鋳型は最終的に壊される前提のものである。したがって、面相度が充分に低く、かつ、より廉価で廃棄が簡単である材料が好適である。
（水ガラスのコーティング）
本実施形態では、耐火性粒状材料表面に無機バインダとして水ガラスをコーティングして造形物の材料とする。まず、あらかじめ耐火性粒状材料を約１１０℃程度に加温しておく。次に、その加温した耐火性粒状材料に水ガラスとして珪酸ナトリウム溶液等を添加し、加温された耐火性粒状材料が持つ熱および撹拌により、溶媒を揮発させる。こうした一連の工程により、耐火性粒状材料表面に無機バインダである水ガラスをコーティングする。
本実施形態では、耐火性粒状材料表面に無機バインダとして水ガラスをコーティングして造形物の材料とする。まず、あらかじめ耐火性粒状材料を約１１０℃程度に加温しておく。次に、その加温した耐火性粒状材料に水ガラスとして珪酸ナトリウム溶液等を添加し、加温された耐火性粒状材料が持つ熱および撹拌により、溶媒を揮発させる。こうした一連の工程により、耐火性粒状材料表面に無機バインダである水ガラスをコーティングする。
なお、コーティングされた耐火性粒状材料に含まれる水分は、１％以下が好ましい。１％を超える水分量であると、コーティングされた耐火性粒状材料の流動性が低下し、リコーティングが困難となる。
水ガラスは、珪酸ナトリウム（具体的にはJIS K 1408：1966に記載されている1号、2号、3号やメタ珪酸ナトリウム（1種、2種）、珪酸カリウムや、これらの混合物を用いることができる。
好ましい水ガラスの形態は、SiO2とM（M=K2OまたはNa2O）のモル比（SiO2／M）が1.6〜4.0である水ガラスを用いることが好ましく、モル比が2.1〜2.6である水ガラスを用いることが好ましく、モル比が2.15〜2.5の水ガラスを用いることがさらに好ましい。モル比が低いと、硬化時の硬化速度が遅くなり、モル比が高いと、硬化速度が速くなる傾向にある。
水ガラスの20℃におけるボーメ度は30〜60であることが好ましく、45〜55であることがより好ましい。水ガラスのボーメ度が小さくなると、粘性が下がり、耐火性粒状材料にコーティングしやすくなる一方で、残留する水分が多くなる傾向にある。逆に、水ガラスのボーメ度が大きくなると、粘性があがり、耐火性粒状材料にコーティングしにくくなる一方で、残留する水分が少なくなる傾向にある。
耐火性粒状材料100質量部に対して、水ガラスの配合量は1〜8質量部であることが好ましく、2〜5質量部であることがより好ましく、2.5〜3.5質量部であることがさらに好ましい。水ガラスの配合量が1質量部以上であれば、積層造形鋳型を作製する際に十分な鋳型強度が得られる。
一方、水ガラスの配合量が8質量部以下であれば、注湯時にガラス化するのをより抑制でき、鋳造後の鋳型の崩壊性を良好に維持できる。また、より経済的なコストで積層造形鋳型を作製することができる。
（活性化材料としての水溶性エステル）
水溶性エステルとしては、トリエチレングリコールジアセテート、γ-ブチロラクトンから選ばれる１種または２種の混合物を、水に溶解させた状態で用いる。好ましい水溶液の濃度は、10〜90質量%、より好ましくは20〜50質量%である。
水溶性エステルとしては、トリエチレングリコールジアセテート、γ-ブチロラクトンから選ばれる１種または２種の混合物を、水に溶解させた状態で用いる。好ましい水溶液の濃度は、10〜90質量%、より好ましくは20〜50質量%である。
また、水ガラスをコーティングした耐火性骨材100質量部に対し、印刷する水溶性エステルは、エステル分として0.2〜1.6質量部であることが好ましく、0.4〜1質量部であることがさらに好ましい。水溶性エステルのエステル分が0.2質量部以上であれば、コーティングされた水ガラスを十分に硬化させることができる。
一方、水溶性エステルのエステル分が1.6質量部以下であれば、硬化反応に関与しない過剰な水溶性エステルがもたらす、溶剤効果による接着力低下を防止できる。
《粒状材料の積層処理および無機バインダの印刷処理》
水ガラスをコーティングした耐火性粒状材料を積層し、その上に、水に溶解された水溶性エステルを印刷する操作を行う工程は、例えば以下のようにして行われる。
水ガラスをコーティングした耐火性粒状材料を積層し、その上に、水に溶解された水溶性エステルを印刷する操作を行う工程は、例えば以下のようにして行われる。
まず、印刷造形法を用いた３次元積層造形装置（シーメット株式会社製）を用い、リコータを有するブレード機構１０１により耐火性粒状材料を３次元積層装置に設置された金属ケースの底面に積層する。ついで、積層した耐火性粒状材料の上に、３次元積層造形鋳型の形状を3DCAD設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッド機構１０２により印刷ノズルヘッドを走査させて、トリエチレングリコールジアセテートの50質量%水溶液(以下、エステル水溶液)を、積層砂100質量部に対して1.2質量部となる吐出量で印刷する。金属ケースの底面は造形テーブルとなっており、上下に可動することができる。エステル水溶液を印刷した後、金属ケースの底面（造形テーブル）を一層降下させ、先と同様にして耐火性粒状材料を積層し、その上にエステル水溶液を印刷する。これらの操作を繰り返す。一層の厚さは、100〜500μmが好ましく、200〜300μmがより好ましい。
エステル水溶液を印刷する際の塗布量としては特に制限されないが、一層分の粒状材料の質量100質量部としたときに、エステル量換算で0.1〜10質量部となる塗布量が好ましく、0.2〜3質量部となる塗布量がより好ましい。
《本実施形態の作用効果》
本実施形態によれば、耐火性粒状材料に水ガラスをコーティングしたものを用いるので、乾燥砂に近い流動性が確保される。さらに、非印刷部分の耐火性粒状材料はそのまま再利用可能である。
本実施形態によれば、耐火性粒状材料に水ガラスをコーティングしたものを用いるので、乾燥砂に近い流動性が確保される。さらに、非印刷部分の耐火性粒状材料はそのまま再利用可能である。
ところで、珪砂などの天然砂を耐火性粒状材料として用い、３次元積層造形鋳型として製造した場合、得られる鋳型はベーニング欠陥が発生しやすい。かかる理由は以下のように考えられる。
天然砂は相転移点を有するため、鋳造時の熱で体積膨張する。特に、鋳型の内部（溶融金属と接する部分）は溶融金属の熱が伝わりやすく膨張しやすいが、鋳型の外側に近づくほど溶融金属の熱が伝わりにくいため膨張しにくい。この内側と外側の膨張の差により、鋳型の内側でクラックが発生すると考えられる。
これに対して、本実施形態の人工砂は相転移を起こしにくいため、鋳造時の熱で膨張しにくい。よって、人工砂を用いて製造される鋳型は、ベーニング欠陥を起こしにくい。また、ベーニング欠陥は鋳型が大型になるほど起こりやすいことによるが、その理由は以下のように考える。
鋳型に流し込んだ溶融金属は、中央部分よりも外側（鋳型と接している部分）から冷えて固まっていく。鋳型が小さい場合は、短時間で溶融金属が冷えるので、鋳型にクラックが生じる前に外側の溶融金属が冷えて固まり、その後鋳型にクラックが生じてもクラック内に溶融金属が流れ込むのを防止できると考えられる。一方、鋳型が大きい場合は、溶融金属が冷えるのに時間がかかるため、外側の溶融金属が固まりきる前に鋳型にクラックが発生してしまい、ベーニング欠陥が起こると考えられる。
また、本実施形態の水ガラスをコーティングした粒状材料と、水溶性エステルとを使用する３次元積層造形鋳型の製造装置は、３次元積層造形鋳型の製造を50,000ccより高速，例えば、100,000ccで行なうことも可能となり、かつ、３次元積層造形鋳型の強度を保つことが可能である。
例えば、特許文献１の２液自硬性鋳型の製造速度は、50,000ccが限度である。これは、粒状材料に加える液状硬化剤により流動性が落ちるため、液状硬化剤を少なくして流動性を維持してバインダを多くするなどにより、硬化時間が長くなることによる。さらに、粒状材料の流動性が悪い場合には、リコータを含むブレード機構１０１にバイブレーションを加えることも必要となる。
本実施形態の水ガラスをコーティングした粒状材料は球体で乾燥しているので、リコート性がよく高速の３次元積層造形鋳型の製造を可能にする。さらに、水溶性エステルの印刷により迅速な水ガラスの選択的な結合が実現できる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各例で用いた水溶性エステルとコーティングサンドとを以下に示し、各例で得られたテストピースの熱膨張率の測定方法と発生ガス成分測定方法とを以下に示す。
（水溶性エステル）
トリエチレングリコールジアセテートを50質量部、水を50質量部混合してエステル水溶液とした。
トリエチレングリコールジアセテートを50質量部、水を50質量部混合してエステル水溶液とした。
（コーティングサンド）
サンドヒータにて耐火性粒状材料を110℃まで加温した。その加温した耐火性粒状材料100質量部に、水ガラス（モル比（SiO2／Na2O）：2.50、ボーメ度：50（20℃）を3.0質量部添加した後、5分間撹拌し、溶媒としての水を揮発させた。室温（25℃）まで冷却した後、目開き0.6mmの篩を通過させて、コーティングサンドを作製した。
サンドヒータにて耐火性粒状材料を110℃まで加温した。その加温した耐火性粒状材料100質量部に、水ガラス（モル比（SiO2／Na2O）：2.50、ボーメ度：50（20℃）を3.0質量部添加した後、5分間撹拌し、溶媒としての水を揮発させた。室温（25℃）まで冷却した後、目開き0.6mmの篩を通過させて、コーティングサンドを作製した。
（熱膨張率の測定）
テストピースの熱膨張率は、JACT試験法M-2（熱膨張量試験法のうちの急熱膨張率測定試験法）に基づいて、以下のようにして測定した。
テストピースの熱膨張率は、JACT試験法M-2（熱膨張量試験法のうちの急熱膨張率測定試験法）に基づいて、以下のようにして測定した。
テストピースを1000℃に加熱した炉中に差し込み、熱膨張計により膨張量を5分間測定し、下記式によって熱膨張率を算出した。
熱膨張率(%)＝｛膨張量(mm)／加熱前のテストピースの長さ(mm)｝×100
熱膨張率(%)＝｛膨張量(mm)／加熱前のテストピースの長さ(mm)｝×100
（ガス成分測定）
積層造形後の砂型をGC-MS（日本電子製Q1000-GCMS）を使用し、温度350℃におけるガス成分の定性分析を実施した。
積層造形後の砂型をGC-MS（日本電子製Q1000-GCMS）を使用し、温度350℃におけるガス成分の定性分析を実施した。
《実施例および比較例の結果》
以下、表１の実施例および比較例の結果を参照しながら、実施例１と２、比較例１と２について順に説明する。
以下、表１の実施例および比較例の結果を参照しながら、実施例１と２、比較例１と２について順に説明する。
《実施例１および２》
［実施例１］
耐火性粒状材料として、珪砂（ＦＳ００１−EU、販売元：株式会社EX ONE、平均粒子径106μm）を使用し、水ガラスをコーティングしたコーティングサンドを用意した。
［実施例１］
耐火性粒状材料として、珪砂（ＦＳ００１−EU、販売元：株式会社EX ONE、平均粒子径106μm）を使用し、水ガラスをコーティングしたコーティングサンドを用意した。
印刷造形法を用いた３次元積層装置（シーメット株式会社製）を用い、リコータを有するブレード機構によりコーティングサンドを３次元積層装置に設置された金属ケースの底面に積層した。
ついで、積層したコーティングサンドの上に、３次元積層造形鋳型の形状を3DCAD設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッドを走査させて、エステル水溶液を積層砂100質量部に対して1.2質量部となる吐出量で印刷した。エステル水溶液を印刷した後、金属ケースの底面（造形テーブル）を一層分（280μm）降下させ、先と同様にしてコーティングサンドを積層し、その上にエステル水溶液を印刷した。これら積層と印刷とからなる工程を繰り返し、図２に示すような直径dが30mm、長さlが50mmの円柱状の積層物を作製した。
なお、積層物は、図２に示すX軸、Y軸、Z軸の3方向で粒状材料を積層し、その上にエステル水溶液を印刷する工程を繰り返して、３種類作製した。その際、各方向で積層可能かであるか否か（積層の可否）を目視にて確認した。積層の可否の確認結果を表１に示す。
印刷終了後、エステル水溶液による非印刷部分のコーティングサンドをブラシで除去し、直径30mm、長さ50mmの円柱状のテストピース（３次元積層造形鋳型）を得た。
得られた各テストピースの熱膨張率とガス成分とを測定した。熱膨張率とガス成分との測定結果を表１に示す。
また、エステル水溶液による非印刷部分のコーティングサンドは、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
［実施例２］
耐火性粒状材料として、焼結法で得られた人工砂（伊藤忠セラテック株式会社製、セラビーズX #1450、平均粒子径106μm）を使用した以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価した。実施例２の評価結果を表１に示す。
耐火性粒状材料として、焼結法で得られた人工砂（伊藤忠セラテック株式会社製、セラビーズX #1450、平均粒子径106μm）を使用した以外は、実施例１と同様にしてテストピースを作製し、評価した。実施例２の評価結果を表１に示す。
また、エステル水溶液による非印刷部分の耐火性粒状材料は、再生処理することなく再使用砂として再利用した。
《比較例１および２》
［比較例１］
常温（20℃）で液体のキシレンスルホン酸55質量部、硫酸10質量部、水35質量部からなる硬化剤溶液を用意した。この硬化剤0.3質量部を、珪砂（ＦＳ００１−EU、販売元：株式会社EX ONE、平均粒子径106μm）を使用し、混練砂とした。
［比較例１］
常温（20℃）で液体のキシレンスルホン酸55質量部、硫酸10質量部、水35質量部からなる硬化剤溶液を用意した。この硬化剤0.3質量部を、珪砂（ＦＳ００１−EU、販売元：株式会社EX ONE、平均粒子径106μm）を使用し、混練砂とした。
バインダは、フルフリルアルコール90質量部、ビスフェノールA 10質量部の混合溶液100質量部に、N−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランを0.3質量部添加混合して、バインダとした。
印刷造形法を用いた３次元積層装置（シーメット株式会社製）を用い、リコータを有するブレード機構により混練砂を３次元積層装置に設置された金属ケースの底面に積層した。ついで、積層した混練砂の上に、３次元積層造形鋳型の形状を3DCAD設計して得られたデータに基づいて印刷ノズルヘッドを走査させて、バインダを印刷した。バインダを印刷した後、金属ケースの底面（造形テーブル）を一層分（280μm）降下させ、先と同様にして耐火性粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷した。これら積層と印刷からなる工程を繰り返し、図２に示すような直径dが30mm、長さlが50mmの円柱状の積層物を作製した。
なお、積層物は、図２に示すX軸、Y軸、Z軸の3方向で粒状材料を積層し、その上にバインダを印刷する工程を繰り返して、３種類作製した。その際、各方向で積層可能であるか否か（積層の可否）を目視にて確認した。積層の可否の確認結果を表１に示す。
印刷終了後、バインダによる非印刷部分の混練砂をブラシで除去し、直径30mm、長さ50mmの円柱状のテストピース（３次元積層造形鋳型）を得た。
得られた各テストピースの熱膨張率とガス成分とを測定した。熱膨張率とガス成分との測定結果を表１に示す。
また、バインダによる非印刷部分の混練砂は、湿態性があり、焙焼により再生処理を施した後、再使用した。
[比較例２]
比較例１で調製した硬化剤0.3質量部を、焼結法で得られた人工砂（伊藤忠セラッテック株式会社製、セラビーズX #1450、平均粒子径106μm）100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
比較例１で調製した硬化剤0.3質量部を、焼結法で得られた人工砂（伊藤忠セラッテック株式会社製、セラビーズX #1450、平均粒子径106μm）100質量部に加えて混練し、混練砂とした。
得られた混練砂を耐火性粒状材料の代わりに用いた以外は、比較例１と同様にテストピースを作製し、評価した。比較例２の評価結果を表１に示す。
また、バインダによる非印刷部分の混練砂は、湿態性があり、焙焼により再生処理を施した後、再使用砂として再利用した。
《実施例と比較例との評価》
各実施例で用いた耐火性粒状材料は流動性に優れ、X軸、Y軸、Z軸のいずれの方向にも良好にリコーティングできた。また、実施例では水の発生があったものの、有害ガスの発生がなかった。
各実施例で用いた耐火性粒状材料は流動性に優れ、X軸、Y軸、Z軸のいずれの方向にも良好にリコーティングできた。また、実施例では水の発生があったものの、有害ガスの発生がなかった。
これに対して、各比較例は、鋳型から有害ガス成分であるメチルフラン、エチルベンゼン、キシレン、二酸化硫黄の発生があり、作業環境悪化が懸念される。また、これらの有害ガス成分は、鋳物ガス欠陥の基になる成分でもあることから、鋳造欠陥発生が懸念される。
Claims (8)
- ３次元積層造形鋳型の製造装置で使用する粒状材料であって、
水に溶解された水溶性エステルにより活性化されて硬化する、溶媒を揮発させた水ガラスのコーティングを有する粒状材料。 - 前記粒状材料の残留水分は１％以下である、請求項１記載の粒状材料。
- 前記水ガラスは、アルカリ金属珪酸塩溶液である珪酸ナトリウム溶液と、珪酸カリウム溶液とから選ばれる１種または２種の混合物である、請求項１または２に記載の粒状材料。
- 前記水ガラスは、溶媒に溶解させた前記水ガラスの溶液を、加温した前記粒状材料に添加し、加温された前記粒状材料が持つ熱および前記溶液の撹拌により前記溶媒を揮発させることで、前記粒状材料にコーティングされている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒状材料。
- 前記粒状材料は、焼結法、溶融法、火炎溶融法のいずれかの方法で得られる耐火性の人工砂である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の粒状材料。
- 前記水溶性エステルは、トリエチレングリコールジアセテートと、γ-ブチロラクトンとから選ばれる１種または２種の混合物を水に溶解させた状態である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粒状材料。
- 層状に敷き詰めて選択的に結合する造形材料として、溶媒を揮発させた水ガラスのコーティングを有する粒状材料を使用し、
溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する前記粒状材料を選択的に結合するための活性化材料として、水に溶解された水溶性エステルを使用する、
３次元積層造形鋳型の製造装置。 - ３次元積層造形鋳型に使用する粒状材料を水ガラスでコーティングして、溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する工程と、
溶媒を揮発させた前記水ガラスのコーティングを有する前記粒状材料を層状に敷き詰める工程と、
前記層状に敷き詰められた粒状材料を目的の３次元積層鋳型造形物に対応して結合するように、前記層状に敷き詰められた粒状材料に水に溶解された水溶性エステルを選択的に射出して硬化させる工程と、
前記敷き詰める工程と前記硬化させる工程とを、前記目的の３次元積層鋳型造形物が造形されるまで繰り返す工程と、
を含む３次元積層造形鋳型の製造方法。
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