JP4131230B2 - Mold as stereolithography - Google Patents
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Description
本発明は、光造形物として形成された金型、殊に雄型と雌型とで構成される金型に関するものである。 The present invention relates to a mold formed as an optically shaped object, and particularly to a mold composed of a male mold and a female mold.
光造形法として知られている粉末焼結部品の製造方法がある。特許第2620353号公報(特許文献1)などに示された該製造方法は、金属粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すことで、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品を作成するものであり、得ようとする部品の設計データ(CADデータ)であるモデルを所望の層厚みにスライスして生成する各層の断面形状データをもとに光ビームを照射することから、いわゆる任意形状の粉末焼結部品を容易に得ることができるとともに、切削加工などによる製造方法に比して、迅速に所望の形状の造形物を得ることができる。 There is a method of manufacturing a powder sintered part known as an optical modeling method. The manufacturing method disclosed in Japanese Patent No. 2620353 (Patent Document 1) and the like sinters a powder of a corresponding portion by irradiating a predetermined portion of the layer of the metal powder material to form a sintered layer. Then, a new layer of powder material is coated on the sintered layer, and a predetermined portion of the powder is irradiated with a light beam to sinter the powder at the corresponding location, so that a new one integrated with the lower sintered layer is obtained. By repeating the formation of the sintered layer, a powder sintered part in which a plurality of sintered layers are laminated and integrated is created, and a model that is the design data (CAD data) of the part to be obtained is created. Since the light beam is irradiated based on the cross-sectional shape data of each layer generated by slicing to a desired layer thickness, a so-called arbitrarily shaped powder sintered part can be easily obtained, and a manufacturing method by cutting or the like Compared to the desired shape quickly It can be obtained form thereof.
しかし光造形法で作成した造形物には、反りが生じやすく、これを金型に用いた場合、雄型と雌型とが型締め圧力が加わる方向において接触する面、いわゆるパーティング面に隙間が生じてしまう。
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、反りによる問題を解消することができる光造形物としての金型を提供することを課題とするものである。 The present invention has been invented in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a mold as an optically shaped article that can solve the problem caused by warpage.
上記課題を解決するために本発明に係る光造形物としての金型は、金属粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射することで該当個所の粉末を焼結させて下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返して得られる光造形物として形成された金型であり、対をなす他の金型と型締め圧力が加わる方向において接触する面もしくはその背後には、型締め時の圧力で変形する変形部が光造形時に形成されていることに特徴を有している。型締め時の圧力による変形部の変形で反りが吸収されてしまうようにしたものである。 In order to solve the above problems, the mold as an optically shaped object according to the present invention forms a sintered layer by irradiating a predetermined portion of the layer of the metal powder material with a light beam to sinter the powder at the corresponding portion. Then, a new layer of powder material is coated on the sintered layer, and a predetermined portion of the powder is irradiated with a light beam to sinter the powder at the corresponding location, so that a new one integrated with the lower sintered layer is obtained. A mold formed as an optically shaped object obtained by repeating the formation of a sintered layer, and a mold clamp is placed on the surface in contact with the other mold in a pair in the direction in which mold clamping pressure is applied or behind it. It has the characteristic that the deformation | transformation part which deform | transforms with the pressure of time is formed at the time of optical modeling. The warpage is absorbed by the deformation of the deformed portion due to the pressure during mold clamping.
密度が高い高密度部と、この高密度部よりも密度が低い低密度部とが選択的に形成されている場合、上記変形部は型締め時の圧力で塑性変形する低密度部で形成されている部分であっても、あるいは高密度部が型締め方向において隙間もしくは低密度部を介して対向して型締め時の圧力で弾性変形する部分として形成された部分であってもよい。 When a high-density part having a high density and a low-density part having a density lower than that of the high-density part are selectively formed, the deformed part is formed by a low-density part that is plastically deformed by pressure during clamping. Or a portion where the high-density portion is formed as a portion that is elastically deformed by the pressure at the time of clamping by facing the gap or the low-density portion in the clamping direction.
本発明によれば、光造形物につきまとう反りの問題を、光造形であるが故に可能な造形物の密度操作や中空構造化によって解消することができる。 According to the present invention, the problem of warping associated with an optically shaped object can be solved by density manipulation of a shaped object or a hollow structure that is possible because of optical modeling.
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図2及び図3は光造形法による粉末焼結部品の製造装置の一例を示すもので、昇降テーブル27を備えた粉末タンク26に収めた金属粉末材料をスキージング用ブレード21によって造形タンク25側に供給するとともに表面をならすことで、造形用のステージ上、つまり造形タンク25で外周が囲まれた空間内を上下に昇降する昇降テーブル20上に、所定厚みの粉末層10を形成する粉末層形成手段Fと、レーザー発振器30から出力されたレーザーをガルバノミラー31等のスキャン光学系を介して上記粉末層10に照射することで粉末を焼結して焼結層11を形成する焼結層形成手段Sとを備えるとともに、上記粉末層形成手段Fのベース部にXY駆動機構40を介してミーリングヘッド41を設けた切削除去手段4を備えている。
Hereinafter, the present invention will be described based on an embodiment shown in the accompanying drawings. FIGS. 2 and 3 show an example of an apparatus for producing a powder sintered part by an optical shaping method, and a
このものにおける粉末焼結部品の製造は、昇降テーブル20上面の造形用ベース3表面に粉末材料を供給してブレード21でならすことで第1層目の粉末層10を形成し、この粉末層10の硬化させたい箇所に光ビーム(レーザー)Lを照射して粉末を焼結させてベース3と一体化した焼結層11を形成する。
In the production of the sintered powder part, the
この後、昇降テーブル20を少し下げて再度粉末材料を供給してブレード21でならすことで第2層目の粉末層10を形成し、この粉末層10の硬化させたい箇所に光ビーム(レーザー)Lを照射して粉末を焼結させて下層の焼結層11と一体化した焼結層11を形成するものであり、昇降テーブル20を下降させて新たな粉末層10を形成し、光ビームを照射して所要箇所を焼結層11とすることをを繰り返すことで、目的とする粉末焼結部品を製造する。
Thereafter, the lifting table 20 is slightly lowered, the powder material is supplied again, and the
光ビームの照射経路は、得ようとする粉末焼結部品の三次元CADモデルのデータから予め作成しておく。すなわち、三次元CADモデルから生成したSTLデータを等ピッチ(たとえば0.05mm)でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。光ビームの照射に際しては、そのエネルギー強度や操作速度等の調整によって密度を粉末焼結部品の密度をコントロールすることができるが、粉末焼結部品の少なくとも最表面は高密度(気孔率5%以下)となるように焼結させることができる光ビーム照射を行うのが好ましい。 The irradiation path of the light beam is created in advance from the data of the three-dimensional CAD model of the powder sintered part to be obtained. That is, contour shape data of each cross section obtained by slicing STL data generated from a three-dimensional CAD model at an equal pitch (for example, 0.05 mm) is used. When irradiating with a light beam, the density of the powder-sintered part can be controlled by adjusting the energy intensity, operation speed, etc., but at least the outermost surface of the powder-sintered part has a high density (porosity of 5% or less) It is preferable to irradiate with a light beam that can be sintered.
そして、上記粉末層10を形成しては光ビームを照射して焼結層11を形成するということを繰り返していくのであるが、焼結層11の積層厚みがたとえば切削除去手段4におけるミーリングヘッド41の切削工具長などから求めた所要の値になれば(m層の積層が終われば)、いったん切削除去手段4を作動させてそれまでに造形した粉末焼結部品の表面部(側面を含む)を切削する。なお、このような切削除去手段を有しておらず、積層途中での切削加工を行わないものであってもよい。
Then, the
図1は上記の製造装置による光造形法で作成された対の金型1,2を示しており、合成樹脂成形品の成形用であるこれら金型1,2は、その光造形時に光ビームのエネルギー強度や走査速度等を調整することにより、高密度部Hと低密度部Lとが選択的に形成されているとともに、前述のように表面は高密度部Hで形成されていることを基本としているが、図1に示す金型1,2においては、両者における型締め圧力が加わる方向において接触する面に夫々低密度部Lを形成している。
FIG. 1 shows a pair of
いわゆるパーティング面Pに位置している上記低密度部Lは、対の金型1,2の少なくとも一方に反りがあったならば、型締め圧力を加えた時にこの圧力で塑性変形することで反りを吸収し、金型1,2のパーティング面P同士を密着させる。なお、パーティング面Pの全面を低密度部Lで形成するのではなく、最内周部だけ高密度部Hで形成しているのは、樹脂成形時の樹脂漏れを防ぐためである。両金型1,2で形成されるキャビティの幅をeとする時、パーティング面Pにおける最内周部の高密度部Hの幅fは、e+1mm程度が好適であるが、金型1,2のサイズや構造によっては更に大きくしてもよい。
The low density portion L located on the so-called parting surface P is plastically deformed by this pressure when a clamping pressure is applied if at least one of the pair of
塑性変形する低密度部Lは、図4に示すように、対をなす他の金型と型締め圧力が加わる方向において接触する面の背後に配置してもよい。パーティング面P自体は高密度部Hで形成されているものの、型締め圧力が加われば、その背後に位置する低密度部Lが潰れることで反りを吸収するために、金型1,2のパーティング面Pにおける高密度部Hからなる表面同士は密着する。なお、この場合の低密度部Lは、外周ほど厚みが大きくなる楔形状とすると、低密度部Lを形成することが金型1,2に生じる反りが大きくなる原因になってしまう場合の反り量を抑制することができる。
As shown in FIG. 4, the low-density portion L that undergoes plastic deformation may be disposed behind a surface that contacts another mold in a pair in the direction in which the clamping pressure is applied. Although the parting surface P itself is formed by the high density portion H, if the clamping pressure is applied, the low density portion L located behind the part P will be crushed to absorb warpage. The surfaces consisting of the high density portions H in the parting surface P are in close contact with each other. In this case, if the low density portion L has a wedge shape whose thickness increases toward the outer periphery, the formation of the low density portion L causes warpage in the
また図4に示すものにおいては、パーティング面Pだけでなく、いわゆるタッチ面Tについても背後に塑性変形する低密度部Lを設けることで、反りの影響を受けることなく他方の金型2,1に対して密着状態が得られるようにしている。このタッチ面Tに対応する低密度部Lは、どちらか一方の金型1,2のみに設けることが好ましい。
In the case shown in FIG. 4, not only the parting surface P but also the so-called touch surface T is provided with a low density portion L that is plastically deformed behind, so that the
ところで、型締め圧力で塑性変形する部分は、低密度部Lのほか、図5に示すように、柱状部Qや空洞部Aを光造形時に形成することによっても得ることができる。また、これら柱状部Qや空洞部Aが占める割合を適宜調整することにより、柱状部Qや空洞部Aが存在する領域を次に述べる弾性変形部として利用することもできる。なお、図5において、金型1の中央部に設けた低密度部Lと中密度部Mは、金型1の光造形による製造時間の短縮及び軽量化のために設けたものである。 By the way, the part which is plastically deformed by the clamping pressure can be obtained by forming the columnar part Q and the hollow part A at the time of optical modeling as shown in FIG. In addition, by appropriately adjusting the ratio of the columnar portion Q and the cavity portion A, the region where the columnar portion Q and the cavity portion A are present can be used as an elastic deformation portion described below. In FIG. 5, a low density portion L and a medium density portion M provided at the center of the mold 1 are provided for shortening the manufacturing time and reducing the weight of the mold 1 by optical modeling.
図6に他例を示す。これは型締め圧力が加わる方向において、高密度部Hが隙間を介して対向する部分が存在するように光造形を行うことで、型締め圧力が加わった時、対をなす他方の金型2,1と接触する高密度部Hが弾性変形するようにしたものである。隙間を設けることが金型1に生じる反りの量の増大につながる場合は、上下に対向する部分間を繋ぐとともに樹脂成形時の圧力がかかる時には圧壊するサポートを設けておくとよい。サポートによって反りを抑制し、樹脂成形時にはサポートが圧壊して金型1の弾性変形を妨げることがないようにするのである。この場合においても、金型1,2における反りが吸収されて両者のパーティング面Pが密着する状態を得ることができる。
FIG. 6 shows another example. This is because optical shaping is performed so that there is a portion where the high-density portion H is opposed to the gap in the direction in which the clamping pressure is applied, so that when the clamping pressure is applied, the
弾性変形部は、図7に示すように、型締め圧力が加わる方向において、高密度部Hが低密度部Lを介して対向する部分が存在するように光造形を行うことによっても得ることができ、また、上述のように空洞部Aや柱状部Qの形成で弾性変形部を得ることもできる。 As shown in FIG. 7, the elastically deformable portion can also be obtained by performing optical modeling so that there is a portion where the high density portion H is opposed to the low density portion L in the direction in which the clamping pressure is applied. Moreover, an elastic deformation part can also be obtained by formation of the cavity part A and the columnar part Q as mentioned above.
パーティング面Pにおいて反りを吸収する部分は、対の金型1,2の両方に設けるのではなく、いずれか一方の金型のみに設けてもよい。また、対となる金型1,2で異なる構成を採用したものとしてもよい。つまり、一方の金型は弾性変形部で、他方の金型は塑性変形部で夫々の反りの吸収を行うようにしてもよいものである。
The part of the parting surface P that absorbs warp may be provided only in one of the molds, instead of being provided in both the pair of
このほか、塑性変形部もしくは弾性変形部を設けるにあたり、上記の各例で示した2以上の構成を組み合わせたものとしてもよい。 In addition, when providing a plastic deformation part or an elastic deformation part, it is good also as what combined two or more structures shown in said each example.
1 金型
2 金型
H 高密度部
M 中密度部
L 低密度部
P パーティング面
1
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