JP7152151B2 - Manufacturing method of ceramic core - Google Patents
Manufacturing method of ceramic core Download PDFInfo
- Publication number
- JP7152151B2 JP7152151B2 JP2017254868A JP2017254868A JP7152151B2 JP 7152151 B2 JP7152151 B2 JP 7152151B2 JP 2017254868 A JP2017254868 A JP 2017254868A JP 2017254868 A JP2017254868 A JP 2017254868A JP 7152151 B2 JP7152151 B2 JP 7152151B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- ceramic core
- particles
- manufacturing
- soluble organic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
- Moulds, Cores, Or Mandrels (AREA)
Description
本発明は、セラミックスコアの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ceramic core.
産業用ガスタービン動静翼(タービンブレード)や、ジェットエンジン、ターボチャージャーなど高温環境(例えば、1100℃以上)で使用される耐熱構造用部品には、Ti基合金,Ni基合金あるいはCo基合金等の超耐熱合金が広く使用されている。これらの耐熱構造用部材のうち、例えば、タービンブレードには、その強度を維持しつつ冷却効果を高めるために、複雑かつ高精度に設計された空気流路である中空孔を備えることが知られている。かかる中空孔を有する耐熱構造用部品は、形成したい中空孔に対応する形状のセラミックスコア(中子)を用いて成形されている。セラミックスコアは、耐熱構造用部品の成形後、薬品等を用いて溶出除去される。この種のセラミックスコアに関する従来技術として、特許文献1が挙げられる。なお、特許文献2は、3D積層造形に関する技術文献である。 Industrial gas turbine moving and stationary vanes (turbine blades), jet engines, turbochargers, and other heat-resistant structural parts used in high-temperature environments (e.g., 1100°C or higher) are made of Ti-based alloys, Ni-based alloys, Co-based alloys, etc. of superalloys are widely used. Among these heat-resistant structural members, it is known that turbine blades, for example, are provided with hollow holes, which are air flow paths, which are designed intricately and with high precision in order to enhance the cooling effect while maintaining the strength of the blade. ing. A heat-resistant structural component having such a hollow hole is molded using a ceramic core having a shape corresponding to the hollow hole to be formed. The ceramic core is eluted and removed using a chemical or the like after molding of the heat-resistant structural component. Patent document 1 is mentioned as a prior art regarding this kind of ceramic core. Patent document 2 is a technical document related to 3D additive manufacturing.
近年、タービンブレード等の耐熱構造用部品について、更なる高効率化を実現するために、より複雑に設計された中空孔等の製品形状を有する耐熱構造用部品が要求されるようになってきている。このため、より複雑に設計された中空孔等の製品形状を形成可能なように、複雑な内部形状を有するセラミックスコアが求められている。しかし、セラミックスコアは、一般に、高温流動化したセラミックスコア形成用スラリーを金型に射出する射出成形法あるいは金型に該スラリーを流し込む鋳込み成形法により成形した後、金型から取り出す必要があるため、内部形状を複雑化することができない。つまり、内部形状に制限があり、複雑形状のセラミックスコアを製造することが難しいという欠点がある。この点について、特許文献1には、3D積層造形技術を用いて、所望形状のセラミックスコアを製造することが提案されている。しかし、かかる技術では、積層段差によりセラミックスコアの外面が段々になり、良好な鋳肌面を有する耐熱構造用部品を成形できない場合がある。 In recent years, in order to achieve higher efficiency in heat-resistant structural parts such as turbine blades, there has been a growing demand for heat-resistant structural parts having product shapes such as hollow holes that are designed more complicatedly. there is Therefore, a ceramic core having a complicated internal shape is desired so that a product shape such as a hollow hole designed more complicatedly can be formed. However, the ceramic core generally needs to be molded by an injection molding method in which a high-temperature fluidized ceramic core-forming slurry is injected into a mold or by a cast molding method in which the slurry is poured into the mold, and then removed from the mold. , the internal shape cannot be complicated. In other words, there is a drawback that it is difficult to manufacture a ceramic core with a complicated shape due to restrictions on the internal shape. Regarding this point, Patent Document 1 proposes manufacturing a ceramic core of a desired shape using a 3D additive manufacturing technique. However, with such a technique, the outer surface of the ceramic core becomes gradual due to the lamination steps, and it may not be possible to mold a heat-resistant structural component having a good casting surface.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、複雑な内部形状を有するセラミックスコアを得ることができる、セラミックスコアの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and a main object thereof is to provide a ceramic core manufacturing method capable of obtaining a ceramic core having a complicated internal shape.
上記目的を実現するべく、本発明により、所定の内部形状を有するセラミックスコアの製造方法が提供される。この製造方法は、無機材料と水溶性有機材料とを含む造形用粉体を用いて、前記内部形状に対応する形状を有する造形物を造形することを包含する(造形工程)。また、前記セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型内に前記造形物を配置して、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで固化することを包含する(固化工程)。さらに、前記固化した固化物に内包された前記造形物を消失させることにより、前記内部形状を有するセラミックスコアを得ることを包含する(消失工程)。かかる態様の製造方法によれば、複雑な内部形状を有するセラミックスコアを製造することができる。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a ceramic core having a predetermined internal shape. This manufacturing method includes forming a modeled object having a shape corresponding to the internal shape using modeling powder containing an inorganic material and a water-soluble organic material (modeling step). Also, the shaped article is placed in a mold having a cavity corresponding to the outer shape of the ceramic core, and the ceramic core forming material is poured into the cavity formed by the die and the shaped article and solidified. (solidification step). Furthermore, it includes obtaining a ceramic core having the internal shape by eliminating the shaped object contained in the solidified product (elimination step). According to the manufacturing method of this aspect, a ceramic core having a complicated internal shape can be manufactured.
ここで開示されるセラミックスコアの製造方法の好ましい一態様では、前記造形物を消失させる工程は、前記造形物を水に浸漬して除去する処理を含む。かかる構成によれば、固化物に内包された造形物を簡便かつ効率よく消失させることができる。 In a preferred aspect of the method for manufacturing a ceramic core disclosed herein, the step of removing the shaped article includes a treatment of removing the shaped article by immersing it in water. According to such a configuration, it is possible to easily and efficiently remove the modeled object contained in the solidified product.
ここで開示されるセラミックスコアの製造方法の好ましい一態様では、前記造形物を消失させる工程は、前記造形物に対して超音波振動を付与する処理を含む。このようにすれば、より複雑な形状の造形物を効率よく消失させることができる。 In a preferred aspect of the ceramic core manufacturing method disclosed herein, the step of eliminating the shaped object includes a process of applying ultrasonic vibration to the shaped object. By doing so, it is possible to efficiently eliminate a modeled object having a more complicated shape.
ここで開示されるセラミックスコアの製造方法の好ましい一態様では、前記超音波振動の周波数は、20kHz以上50kHz以下である。このような超音波振動の周波数の範囲内であると、固化物に内包された造形物を除去しやすくなる。 In a preferred aspect of the ceramic core manufacturing method disclosed herein, the frequency of the ultrasonic vibration is 20 kHz or more and 50 kHz or less. When the frequency of the ultrasonic vibration is within such a range, it becomes easier to remove the molded object contained in the solidified material.
ここで開示されるセラミックスコアの製造方法の好ましい一態様では、前記造形物を造形する工程は、層状に充填した前記造形用粉体の層の少なくとも一部に水を含む造形液を混合して固化させ、該固化した層を繰り返し積層する処理を含む。かかる構成によれば、複雑な形状の積層造形物を効率よく造形することができる。 In a preferred aspect of the method for manufacturing a ceramic core disclosed herein, the step of shaping the shaped article includes mixing a shaping liquid containing water with at least a part of the layer of the shaping powder filled in layers. It includes a process of solidifying and repeatedly laminating the solidified layers. According to such a configuration, it is possible to efficiently model a layered product having a complicated shape.
ここで開示されるセラミックスコアの製造方法の好ましい一態様では、前記無機材料は、Al、Zr,Ti、Zn、Ni、FeおよびSiからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む酸化物を主体として構成されている。これらの金属元素または半金属元素を含む酸化物を用いれば、造形工程で得られた造形物の機械的強度が向上し、固化工程前における造形物の型崩れ等を抑制し得る。 In a preferred embodiment of the ceramic core manufacturing method disclosed herein, the inorganic material is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Zn, Ni, Fe and Si. is composed mainly of By using oxides containing these metal elements or metalloid elements, the mechanical strength of the shaped article obtained in the shaping process can be improved, and deformation of the shaped article before the solidification process can be suppressed.
ここで開示されるセラミックスコアの製造方法の好ましい一態様では、前記水溶性有機材料は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂および多糖類からなる群から選択される少なくとも1種を主体として構成されている。熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂および多糖類のうちのいずれかを用いることで、上述した効果がより良く発揮され得る。 In a preferred embodiment of the ceramic core manufacturing method disclosed herein, the water-soluble organic material is mainly composed of at least one selected from the group consisting of thermoplastic resins, thermosetting resins and polysaccharides. there is By using any one of thermoplastic resins, thermosetting resins and polysaccharides, the above effects can be exhibited more effectively.
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。 Preferred embodiments of the present invention are described below. Matters other than those specifically mentioned in this specification, which are necessary for carrying out the present invention, can be grasped as design matters by those skilled in the art based on the prior art in the relevant field. The present invention can be implemented based on the contents disclosed in this specification and common general technical knowledge in the field.
ここに開示されるセラミックスコアは、産業用ガスタービン動静翼(タービンブレード)や、ジェットエンジン、ターボチャージャーなど高温環境で使用される耐熱構造用部品の製造に用いられる精密鋳造用中子であって、所定の内部形状を有している。以下、図1を参照しながら、セラミックスコアを製造する手順につき説明する。図1は、その製造工程を示すフロー図である。本実施形態の製造方法は、造形工程(ステップS10)、固化工程(ステップS20)および消失工程(ステップS30)を有している。
ここで、ステップS10の造形工程には、無機材料と水溶性有機材料とを含む造形用粉体を用いて、上記内部形状に対応する形状を有する造形物を造形することが含まれる。ステップS20の固化工程には、上記セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型内に上記造形物を配置して、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで固化(典型的には凝固)させることが含まれる。ステップS30の消失工程には、上記固化させた固化物に内包された上記造形物を消失させることにより、上記内部形状を有するセラミックスコアを得ることが含まれる。このように、造形工程、固化工程および消失工程の各ステップを経ることにより、表面平滑性に優れ、なおかつ、複雑な内部形状を有するセラミックスコアを製造することができる。以下、各工程をより詳細に説明する。
The ceramic core disclosed herein is a core for precision casting used in the manufacture of heat-resistant structural parts used in high-temperature environments such as industrial gas turbine moving and stationary vanes (turbine blades), jet engines, and turbochargers. , has a predetermined internal shape. The procedure for manufacturing the ceramic core will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a flow chart showing the manufacturing process. The manufacturing method of this embodiment has a modeling step (step S10), a solidifying step (step S20), and a disappearing step (step S30).
Here, the modeling step of step S10 includes modeling a modeled object having a shape corresponding to the internal shape using a modeling powder containing an inorganic material and a water-soluble organic material. In the solidification step of step S20, the shaped article is placed in a mold having a cavity corresponding to the outer shape of the ceramic core, and the cavity formed by the die and the shaped article is filled with a ceramic core forming material. It involves pouring the material and allowing it to solidify (typically solidify). The disappearing step of step S30 includes obtaining a ceramic core having the internal shape by removing the shaped object contained in the solidified material. In this way, through each step of the shaping process, the solidifying process, and the disappearing process, it is possible to manufacture a ceramic core having excellent surface smoothness and a complicated internal shape. Each step will be described in more detail below.
<造形工程>
ステップS10の造形工程では、無機材料と水溶性有機材料とを含む造形用粉体を用いて、セラミックスコアの内部形状に対応する形状を有する造形物を造形する。この実施形態では、無機材料と水溶性有機材料とを含む積層造形用粉体を調製し、この積層造形用粉体を用いて粉末固着式積層法により積層造形物を造形する。
<Molding process>
In the modeling step of step S10, a modeling powder containing an inorganic material and a water-soluble organic material is used to model a modeled object having a shape corresponding to the internal shape of the ceramic core. In this embodiment, a layered manufacturing powder containing an inorganic material and a water-soluble organic material is prepared, and a layered article is formed by a powder adhesion type layering method using the layered manufacturing powder.
無機材料は、該無機材料からなる粒子(無機粒子)に水が接触したときに水和反応(典型的には水和物の生成や水酸化物の生成)が起こらない、あるいは起こったとしても該粒子の表面の微視的な範囲のみに限定され、該粒子の大部分は実質的に水と反応しない非水和性の無機物であれば特に制限はない。例えば、周期表の第4族~第14族に属するいずれかの元素を含む酸化物、窒化物、炭化物;等を主体として構成される無機粒子を好適に用いることができる。なかでもAl、Zr,Ti、Zn、Ni、FeおよびSiのうちのいずれかの金属元素または半金属元素を含む酸化物(セラミックス)、窒化物、炭化物;等を主体として構成される無機粒子が好ましい。あるいは、周期表の第4族~第13族に属するいずれかの元素を含む金属またはそれらの合金を主体として構成された無機粒子を採用してもよい。なかでもAl、Zr,Ti、Zn、NiおよびFeのうちのいずれかの金属元素を含む金属またはそれらの合金を主体として構成された無機粒子が好ましい。 The inorganic material does not undergo a hydration reaction (typically the formation of hydrates or hydroxides) when water contacts the particles (inorganic particles) made of the inorganic material, or even if it does occur. It is limited only to the microscopic range of the surface of the particles, and there is no particular limitation as long as the majority of the particles is a non-hydratable inorganic material that does not substantially react with water. For example, inorganic particles mainly composed of oxides, nitrides, carbides, etc. containing any element belonging to Groups 4 to 14 of the periodic table can be suitably used. Among them, inorganic particles mainly composed of oxides (ceramics), nitrides, carbides containing any one of the metal elements or metalloid elements selected from Al, Zr, Ti, Zn, Ni, Fe and Si. preferable. Alternatively, inorganic particles mainly composed of a metal containing an element belonging to any one of Groups 4 to 13 of the periodic table or alloys thereof may be employed. Among them, inorganic particles mainly composed of a metal containing any one of the metal elements of Al, Zr, Ti, Zn, Ni and Fe or an alloy thereof are preferable.
具体的には、酸化アルミニウム(例えばアルミナ)粒子、酸化ジルコニウム(例えばジルコニア)粒子、酸化チタン(例えばチタニア)粒子、酸化ケイ素(例えばシリカ)粒子、酸化亜鉛粒子、酸化鉄粒子、酸化ニッケル粒子、酸化セリウム(例えばセリア)粒子、酸化マグネシウム(例えばマグネシア)粒子、酸化クロム粒子、二酸化マンガン粒子、チタン酸バリウム粒子、炭酸カルシウム粒子、炭酸バリウム粒子等の酸化物粒子;アルミニウム粒子、ニッケル粒子、鉄粒子等の金属粒子;窒化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子等の窒化物粒子;炭化ケイ素粒子、炭化ホウ素粒子等の炭化物粒子;等のいずれかを主体として構成される無機粒子が挙げられる。無機粒子は1種を単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、チタニア粒子、シリカ粒子、酸化亜鉛粒子、チタン酸バリウム粒子、アルミニウム粒子、ニッケル粒子、鉄粒子は、高強度の造形物を形成し得る点で好ましい。そのなかでも、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、チタニア粒子、シリカ粒子がさらに好ましく、アルミナ粒子が特に好ましい。 Specifically, aluminum oxide (e.g. alumina) particles, zirconium oxide (e.g. zirconia) particles, titanium oxide (e.g. titania) particles, silicon oxide (e.g. silica) particles, zinc oxide particles, iron oxide particles, nickel oxide particles, oxide Oxide particles such as cerium (e.g. ceria) particles, magnesium oxide (e.g. magnesia) particles, chromium oxide particles, manganese dioxide particles, barium titanate particles, calcium carbonate particles, barium carbonate particles; aluminum particles, nickel particles, iron particles, etc. Nitride particles such as silicon nitride particles and boron nitride particles; Carbide particles such as silicon carbide particles and boron carbide particles; One type of inorganic particles may be used alone, or two or more types may be used in combination. Among them, alumina particles, zirconia particles, titania particles, silica particles, zinc oxide particles, barium titanate particles, aluminum particles, nickel particles, and iron particles are preferable because they can form a high-strength shaped article. Among them, alumina particles, zirconia particles, titania particles, and silica particles are more preferable, and alumina particles are particularly preferable.
なお、本明細書において、無機粒子の組成について「Aを主体として構成される」とは、当該無機粒子に占めるAの割合(Aの純度)が、質量基準で90%以上(好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、さらに好ましくは98%以上、例えば99%以上)であることをいう。 In this specification, the phrase “mainly composed of A” with respect to the composition of the inorganic particles means that the proportion of A in the inorganic particles (purity of A) is 90% or more (preferably 95%) on a mass basis. above, more preferably 97% or more, still more preferably 98% or more, for example 99% or more).
無機粒子の形状(外形)は、球形であってもよく、非球形であってもよい。機械的強度、製造容易性等の観点から、略球形の無機粒子を好ましく使用し得る。無機粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば5μm以上であって、かつ、60μm以下であり得る。無機粒子の平均粒子径が小さすぎると、積層造形用粉体が流動しにくくなるため、造形時に該粉体を薄層状に充填する際の成形性が低下する場合があり得る。上記無機粒子の平均粒子径は、成形性等の観点からは、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上、特に好ましくは30μm以上(例えば40μm以上)である。また、無機粒子の平均粒子径は、概ね60μm以下である。無機粒子の平均粒子径が大きすぎると、造形時に該粉体を薄層状に充填した後、該粉体が流動しやすくなるため、積層造形物の各層が積層ずれを起こす場合があり得る。上記無機粒子の平均粒子径は、積層ずれを抑制する等の観点からは、好ましくは55μm以下、より好ましくは50μm以下、特に好ましくは45μm以下である。例えば平均粒子径が10μm≦X≦50μm(典型的には30μm≦X≦50μm)である無機粒子が、成形性と積層ずれ抑制とを両立させる観点から好適である。 The shape (outer shape) of the inorganic particles may be spherical or non-spherical. From the viewpoint of mechanical strength, ease of manufacture, etc., substantially spherical inorganic particles can be preferably used. The average particle size of the inorganic particles is not particularly limited, but may be, for example, 5 μm or more and 60 μm or less. If the average particle size of the inorganic particles is too small, the powder for layered manufacturing will be difficult to flow, which may reduce moldability when the powder is filled in a thin layer during modeling. The average particle size of the inorganic particles is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and particularly preferably 30 μm or more (for example, 40 μm or more) from the viewpoint of moldability. In addition, the average particle size of the inorganic particles is approximately 60 μm or less. If the average particle size of the inorganic particles is too large, the powder tends to flow easily after being filled in a thin layer during modeling, which may cause lamination displacement in each layer of the laminate-molded product. The average particle size of the inorganic particles is preferably 55 μm or less, more preferably 50 μm or less, and particularly preferably 45 μm or less from the viewpoint of suppressing lamination misalignment. For example, inorganic particles having an average particle diameter of 10 μm≦X≦50 μm (typically 30 μm≦X≦50 μm) are suitable from the viewpoint of achieving both moldability and suppression of lamination misalignment.
なお、本明細書中において「平均粒子径」とは、特記しない限り、レーザ散乱・回折法に基づく粒度分布測定装置に基づいて測定した粒度分布における積算値50%での粒子径、すなわち50%体積平均粒子径(D50径)を意味するものとする。より具体的には、レーザ回析・散乱式粒度分布測定装置を用い、圧縮空気による粒子の分散は行わず、乾式測定した50%体積平均粒子径である。 In the present specification, unless otherwise specified, the "average particle size" is the particle size at an integrated value of 50% in the particle size distribution measured based on a particle size distribution measuring device based on the laser scattering/diffraction method, i.e., 50% It means the volume average particle size (D50 size). More specifically, it is a 50% volume average particle diameter measured dry using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer without dispersing the particles with compressed air.
積層造形用粉体における無機粒子(無機材料)の含有量は、特に制限はない。無機粒子の含有量は、積層造形用粉体の全量を100質量部とした場合に、通常は50質量部以上であり、機械的強度向上等の観点から、好ましくは60質量部以上、より好ましくは70質量部以上である。ある一態様において、無機粒子の含有量は、例えば75質量部以上、典型的には80質量部以上であってもよい。無機粒子の含有量の上限は、特に限定されないが、好ましくは95質量部以下であり、より好ましくは92質量部以下であり、例えば88質量部以下であってもよい。 The content of the inorganic particles (inorganic material) in the powder for additive manufacturing is not particularly limited. The content of the inorganic particles is usually 50 parts by mass or more when the total amount of the additive manufacturing powder is 100 parts by mass, and is preferably 60 parts by mass or more, more preferably 60 parts by mass or more, from the viewpoint of improving mechanical strength. is 70 parts by mass or more. In one aspect, the content of the inorganic particles may be, for example, 75 parts by mass or more, typically 80 parts by mass or more. The upper limit of the content of the inorganic particles is not particularly limited, but is preferably 95 parts by mass or less, more preferably 92 parts by mass or less, and may be, for example, 88 parts by mass or less.
ここで開示される積層造形用粉体は、上述した無機材料に加えて、水溶性有機材料(典型的には粒子状)を含有する。水溶性有機材料からなる粒子(水溶性有機粒子)は、水を含む造形液と混合した際、水に溶解して無機粒子同士を接着する成分であり得る。 The powder for additive manufacturing disclosed here contains a water-soluble organic material (typically in the form of particles) in addition to the inorganic materials described above. Particles made of a water-soluble organic material (water-soluble organic particles) can be a component that dissolves in water and adheres inorganic particles to each other when mixed with a water-containing modeling liquid.
水溶性有機粒子の材質や性状は特に制限はない。例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、多糖類および水溶性ワックスのいずれかを主体として構成された水溶性有機粒子が好ましく用いられる。 The material and properties of the water-soluble organic particles are not particularly limited. For example, water-soluble organic particles mainly composed of any one of thermoplastic resins, thermosetting resins, polysaccharides and water-soluble waxes are preferably used.
熱可塑性樹脂の好適例として、例えばビニルアルコール系樹脂、イソブチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等が例示される。ビニルアルコール系樹脂は、典型的には、主たる繰返し単位としてビニルアルコール単位を含む樹脂(PVA)である。当該樹脂において、全繰返し単位のモル数に占めるビニルアルコール単位のモル数の割合は、通常は50%以上(例えば50%~90%)であり、好ましくは65%以上、より好ましくは75%以上、例えば85%以上である。全繰返し単位が実質的にビニルアルコール単位から構成されていてもよい。PVAにおいて、ビニルアルコール単位以外の繰返し単位の種類は特に限定されず、例えば酢酸ビニル単位等であり得る。カルボキシル基変性PVA、スルホン酸基変性PVA、リン酸基変性PVAなどのアニオン変性PVA、カチオン変性PVA、あるいはエチレン、長鎖アルキル基を有するビニルエーテル、ビニルエステル、(メタ)アクリルアミド、アルファオレフィンなどを共重合した変性PVA;等を使用してもよい。PVAの重合度については特に制限されないが、例えば100~5000(好ましくは500~3000)であり得る。イソブチレン系樹脂は、イソブチレンの単独重合体であってもよいし、イソブチレンと他の単量体との共重合体(イソブチレン共重合体)であってもよい。イソブチレン共重合体において、イソブチレンと共重合する他の単量体としては特に限定されない。例えば、エチレン性二重結合を有するモノマーが挙げられる。エチレン性二重結合を有するモノマーとしては、例えば、(無水)マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、(無水)フタル酸、(無水)イタコン酸などのエチレン性不飽和カルボン等が挙げられる。化学変性したイソブチレン共重合体を用いてもよい。イソブチレン共重合体の分子量については特に制限されないが、例えば3×103~2×105(好ましくは5×103~1.7×105)であり得る。ポリアミド系樹脂としては、例えばポリカプロアミド(ナイロン-6)などのナイロンを化学変性した水溶性ナイロンが挙げられる。ポリエステル系樹脂としては、例えば親水性基を有する成分がポリエステル中に共重合成分として導入された水溶性ポリエステルが挙げられる。これらの熱可塑性樹脂の中でも、ビニルアルコール系樹脂およびイソブチレン系樹脂は強接着力を有する点で好ましく用いることができる。 Preferred examples of thermoplastic resins include vinyl alcohol resins, isobutylene resins, polyamide resins, polyester resins, and the like. A vinyl alcohol-based resin is typically a resin (PVA) containing a vinyl alcohol unit as the main repeating unit. In the resin, the ratio of the number of moles of vinyl alcohol units to the number of moles of all repeating units is usually 50% or more (for example, 50% to 90%), preferably 65% or more, more preferably 75% or more. , for example 85% or more. All repeating units may consist essentially of vinyl alcohol units. In PVA, the type of repeating units other than vinyl alcohol units is not particularly limited, and may be, for example, vinyl acetate units. Anion-modified PVA such as carboxyl group-modified PVA, sulfonic acid group-modified PVA, and phosphate group-modified PVA, cation-modified PVA, or ethylene, vinyl ethers, vinyl esters, (meth)acrylamides, alpha olefins having long-chain alkyl groups, etc. Polymerized modified PVA; and the like may also be used. Although the polymerization degree of PVA is not particularly limited, it may be, for example, 100 to 5000 (preferably 500 to 3000). The isobutylene-based resin may be an isobutylene homopolymer or a copolymer of isobutylene and another monomer (isobutylene copolymer). In the isobutylene copolymer, other monomers to be copolymerized with isobutylene are not particularly limited. Examples thereof include monomers having an ethylenic double bond. Examples of monomers having an ethylenic double bond include ethylenically unsaturated carboxylic acids such as (anhydrous) maleic acid, acrylic acid, methacrylic acid, (anhydrous) phthalic acid, and (anhydrous) itaconic acid. A chemically modified isobutylene copolymer may also be used. Although the molecular weight of the isobutylene copolymer is not particularly limited, it can be, for example, 3×10 3 to 2×10 5 (preferably 5×10 3 to 1.7×10 5 ). Examples of polyamide-based resins include water-soluble nylons obtained by chemically modifying nylons such as polycaproamide (nylon-6). Examples of polyester-based resins include water-soluble polyesters in which a component having a hydrophilic group is introduced into polyester as a copolymer component. Among these thermoplastic resins, vinyl alcohol-based resins and isobutylene-based resins are preferably used because of their strong adhesion.
熱硬化性樹脂の好適例としては、例えばメラミン系樹脂が例示される。メラミン系樹脂は、メラミンとアルデヒドとの重合反応によって得られるメラミン樹脂であってもよいし、メラミン樹脂の形成に用いられる単量体(またはその初期重合体)と他の単量体(またはその初期重合体)との共重合体樹脂であってもよい。メラミン樹脂において、メラミンと重合するアルデヒドとしては特に限定されない。例えばメラミンとホルムアルデヒドとの重合反応によって得られるメラミン樹脂を好ましく用いることができる。 Preferred examples of thermosetting resins include, for example, melamine resins. The melamine-based resin may be a melamine resin obtained by a polymerization reaction of melamine and aldehyde, or a monomer (or its initial polymer) used to form the melamine resin and other monomers (or its It may be a copolymer resin with an initial polymer). In the melamine resin, the aldehyde polymerized with melamine is not particularly limited. For example, a melamine resin obtained by polymerization reaction of melamine and formaldehyde can be preferably used.
多糖類の好適例としては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体;アラビアゴム、キサンタンゴム、カードラン、澱粉、デキストリン、グルコマンナン、アガロース、カラギナン、グアーガム、ローカストビーンガム、トラガントガム、クインシードガム、プルラン、寒天、コンニャクマンナンなどの天然高分子化合物;スクロース、デキストロース、フルクトース、ラクトース、砂糖、キシリトール、キトサン、シクロデキストラン、変性澱粉;が例示される。なかでも、接着性等の観点から、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、アラビアゴム、キサンタンゴムを好ましく用いることができる。 Preferred examples of polysaccharides include cellulose derivatives such as hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, ethylhydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose; gum arabic, xanthan gum, curdlan, starch, dextrin. , glucomannan, agarose, carrageenan, guar gum, locust bean gum, tragacanth gum, quinseed gum, pullulan, agar, konjac mannan; sucrose, dextrose, fructose, lactose, sugar, xylitol, chitosan, cyclodextran, Modified starch; is exemplified. Among them, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, gum arabic, and xanthan gum are preferably used from the viewpoint of adhesiveness and the like.
水溶性ワックスとしては、動物性ワックスおよび植物性ワックスが挙げられる。ここでいう「ワックス」とは、常温(例えば25℃)で固体であり、水の沸点(100℃)よりも低い融点を有する油脂状の有機物(蝋)をいう。ワックスは、典型的には高級脂肪酸と一価または二価の高級アルコールとのエステルであり、ここは中性脂肪や高級脂肪酸、炭化水素を包含する概念である。植物性ワックスの好適例としては、ハゼ蝋やウルシ蝋等の木蝋(主成分:パルミチン酸グリセリド);カルナウバ蝋(主成分:セロチン酸ミリシル、ミリシルアルコール);サトウキビロウ(主成分:パルミチン酸ミリシル);パーム蝋(主成分:パルミチン酸ミリシル);カンデリラ蝋;等が例示される。動物系ワックスの好適例としては、蜜蝋(主成分:セロチン酸、パルミチン酸ミリシル);鯨蝋(主成分:パルミチン酸ミリシル);マッコウクジラ油(成分:オレイン酸、セチルアルコール、パルミチン酸等);ツチクジラ油(成分:オレイルアルコール、セチルアルコール等);イボタ蝋;羊毛蝋(成分:セリルアルコール、ミリスチン酸等);等が例示される。 Water-soluble waxes include animal waxes and vegetable waxes. The term “wax” as used herein refers to an oil-like organic substance (wax) that is solid at room temperature (eg, 25° C.) and has a melting point lower than the boiling point of water (100° C.). Waxes are typically esters of higher fatty acids and monohydric or dihydric higher alcohols, and the concept includes neutral fats, higher fatty acids, and hydrocarbons. Preferable examples of vegetable waxes include Japan wax such as haze wax and sumac wax (main component: palmitic acid glyceride); carnauba wax (main component: myricyl cerotate, myricyl alcohol); sugarcane wax (main component: myricyl palmitate). ); palm wax (main component: myricyl palmitate); candelilla wax; Suitable examples of animal waxes include beeswax (main components: cerotic acid, myricyl palmitate); spermaceti (main component: myricyl palmitate); sperm whale oil (components: oleic acid, cetyl alcohol, palmitic acid, etc.); beard whale oil (ingredients: oleyl alcohol, cetyl alcohol, etc.); privet wax; wool wax (ingredients: ceryl alcohol, myristic acid, etc.);
ここに開示される積層造形用粉体に含有させ得る水溶性有機粒子の他の例として、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム部分中和物、スチレン化ポリアクリル酸、スルホン化ポリエステルポリマー、スルホン化ポリスチレン、ソルビトース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピロリドンの共重合体、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウムの共重合体、アルギン酸ナトリウム、ゼラチン、ペクチン;等を主体として構成された水溶性有機粒子が挙げられる。上述した水溶性有機粒子は、1種を単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Other examples of water-soluble organic particles that can be contained in the additive manufacturing powder disclosed herein include polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyacrylic acid, partially neutralized sodium polyacrylate, styrenated polyacrylic acid, sulfone A water-soluble water-soluble substance composed mainly of a modified polyester polymer, sulfonated polystyrene, sorbitose, polyvinylpyrrolidone, a copolymer of polyvinylpyrrolidone, sodium polyacrylate, a copolymer of sodium polyacrylate, sodium alginate, gelatin, pectin; Organic particles can be mentioned. The water-soluble organic particles described above may be used singly or in combination of two or more.
なお、本明細書において、水溶性有機粒子の組成について「Aを主体として構成される」とは、当該水溶性有機粒子に占めるAの割合(Aの純度)が、質量基準で90%以上(好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、さらに好ましくは98%以上、例えば99%以上)であることをいう。 In the present specification, the phrase “mainly composed of A” with respect to the composition of the water-soluble organic particles means that the proportion of A in the water-soluble organic particles (purity of A) is 90% or more on a mass basis ( preferably 95% or more, more preferably 97% or more, still more preferably 98% or more, for example 99% or more).
好ましい一態様では、水溶性有機材料は、20℃における水に対する溶解度が20%以上であり得る。上記溶解度は、好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上である。上記溶解度の上限は特に限定されないが、概ね99%以下である。水溶性有機粒子の溶解度は、例えば98%以下であってもよく、典型的には95%以下であってもよい。ここで開示される技術は、上記溶解度が30%以上95%以下(さらには50%以上92%以下)の水溶性有機粒子を用いる態様で好ましく実施され得る。ここでいう「溶解度」とは、水溶性有機材料を水に最大量溶かしたときの、飽和水溶液(水+水溶性有機材料)に対する水溶性有機材料の質量割合を百分率で表わしたものをいう。 In a preferred embodiment, the water-soluble organic material may have a solubility in water of 20% or more at 20°C. The solubility is preferably 30% or higher, more preferably 50% or higher, still more preferably 70% or higher, and particularly preferably 90% or higher. Although the upper limit of the solubility is not particularly limited, it is generally 99% or less. The solubility of the water-soluble organic particles may be, for example, 98% or less, typically 95% or less. The technology disclosed herein can be preferably implemented in a mode using water-soluble organic particles having a solubility of 30% or more and 95% or less (further, 50% or more and 92% or less). The term "solubility" as used herein refers to the percentage by mass of the water-soluble organic material relative to the saturated aqueous solution (water + water-soluble organic material) when the maximum amount of the water-soluble organic material is dissolved in water.
特に制限されるものではないが、水溶性有機粒子の平均粒子径は、通常は0.1μm以上であり、好ましくは1μm以上である。水溶性有機粒子の平均粒子径の上限は、凡そ250μm以下とすることが適当であり、好ましくは200μm以下である。 Although not particularly limited, the average particle size of the water-soluble organic particles is usually 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more. The upper limit of the average particle size of the water-soluble organic particles is suitably about 250 μm or less, preferably 200 μm or less.
積層造形用粉体の総体積(粒子間の隙間部分を除いた体積をいう。)に対する水溶性有機粒子の体積割合Xは特に限定されないが、概ね20体積%以上である。より高強度の造形物を得る等の観点から、水溶性有機粒子の体積割合Xは、好ましくは25体積%以上、より好ましくは30体積%以上、さらに好ましくは35体積%以上である。また、水溶性有機粒子の体積割合Xは、概ね60体積%以下にすることが適当である。より高強度の造形物を得る等の観点から、水溶性有機粒子の体積割合Xは、好ましくは50体積%以下、より好ましくは45体積%以下、さらに好ましくは40体積%以下である。 Although the volume ratio X of the water-soluble organic particles to the total volume of the powder for additive manufacturing (the volume excluding the gaps between particles) is not particularly limited, it is generally 20% by volume or more. From the viewpoint of obtaining a stronger shaped article, the volume ratio X of the water-soluble organic particles is preferably 25% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, and even more preferably 35% by volume or more. Moreover, it is suitable that the volume ratio X of the water-soluble organic particles is approximately 60% by volume or less. From the standpoint of obtaining a model with higher strength, the volume ratio X of the water-soluble organic particles is preferably 50% by volume or less, more preferably 45% by volume or less, and even more preferably 40% by volume or less.
ここに開示される技術において、水溶性有機粒子と無機粒子とは、相互に接着しておらず、それぞれ独立した粒子として存在していてもよい。このように水溶性有機粒子と無機粒子とがそれぞれ独立した粒子として存在することで、所望の積層造形用粉体を簡易に実現できる。あるいは、無機粒子の表面に水溶性有機粒子を付着させてもよい。すなわち、無機粒子の一部または全部を水溶性有機粒子で被覆(コーティング)してもよい。このことによって、無機粒子間に所要量の水溶性有機粒子が確実に存在するため、水溶性有機粒子を溶解した水が無機粒子間に効率よく行き渡る。そのため、造形物の強度向上効果をより効果的に発揮させることができる。 In the technology disclosed herein, the water-soluble organic particles and the inorganic particles may exist as independent particles without adhering to each other. Since the water-soluble organic particles and the inorganic particles exist as independent particles in this way, the desired powder for layered manufacturing can be easily realized. Alternatively, water-soluble organic particles may be adhered to the surfaces of inorganic particles. That is, a part or all of the inorganic particles may be covered (coated) with the water-soluble organic particles. As a result, a required amount of the water-soluble organic particles is surely present between the inorganic particles, so that the water in which the water-soluble organic particles are dissolved efficiently spreads among the inorganic particles. Therefore, the effect of improving the strength of the model can be exhibited more effectively.
ここに開示される積層造形用粉体は、本構成の効果を損なわない範囲で、分散剤、増粘剤、印刷助剤等の、積層造形用粉体に用いられ得る公知の添加剤を、必要に応じてさらに含有してもよい。上記添加剤の含有量は、その添加目的に応じて適宜設定すればよく、本発明を特徴づけるものではないため、詳しい説明は省略する。 The powder for additive manufacturing disclosed herein contains known additives that can be used for powder for additive manufacturing, such as dispersants, thickeners, and printing aids, within the range that does not impair the effects of the present configuration. It may be further contained as necessary. The content of the additive may be appropriately set according to the purpose of addition, and detailed description is omitted because it does not characterize the present invention.
積層造形用粉体の調製方法は特に限定されない。例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、タンブラーミキサー等の周知の混合方法を用いて、積層造形用粉体に含まれる各成分を混合するとよい。これらの成分を混合する態様は特に限定されず、例えば全成分を一度に混合してもよく、適宜設定した順序で混合してもよい。 The method for preparing the powder for additive manufacturing is not particularly limited. For example, each component contained in the powder for additive manufacturing may be mixed using a well-known mixing method such as a V-type mixer, a rocking mixer, or a tumbler mixer. The manner in which these components are mixed is not particularly limited. For example, all the components may be mixed at once, or they may be mixed in an appropriately set order.
以上の積層造形用粉体に、典型的には水を含む造形液を混合して造形物を造形する。 A modeling liquid, typically containing water, is mixed with the above powder for layered modeling to form a modeled object.
上記造形液に用いられる溶媒は、水を含むものであればよい。溶媒としては、純水、超純水、イオン交換水(脱イオン水)、蒸留水等を好ましく用いることができる。ここに開示される造形液は、必要に応じて、水と均一に混合し得る有機溶剤(低級アルコール、低級ケトン等)をさらに含有してもよい。通常は、造形液に含まれる溶媒の40体積%以上が水であることが好ましく、50体積%以上(典型的には50~100体積%)が水であることがより好ましい。かかる造形液は、造形時に積層造形用粉体100質量部に対して例えば20質量部~80質量部(典型的には40質量部~60質量部)の比率で混合され得る。 The solvent used for the said modeling liquid should just contain water. As the solvent, pure water, ultrapure water, ion-exchanged water (deionized water), distilled water, or the like can be preferably used. If necessary, the modeling liquid disclosed herein may further contain an organic solvent (lower alcohol, lower ketone, etc.) that can be uniformly mixed with water. Generally, water is preferably 40% by volume or more of the solvent contained in the modeling liquid, and more preferably 50% by volume or more (typically 50 to 100% by volume) is water. Such a modeling liquid can be mixed at a ratio of, for example, 20 to 80 parts by mass (typically 40 to 60 parts by mass) with respect to 100 parts by mass of the powder for additive manufacturing during modeling.
ここに開示される造形液は、本構成の効果を損なわない範囲で、染料、有機顔料、無機顔料、湿潤剤、流量増加剤等の、造形液に用いられ得る公知の添加剤を、必要に応じてさらに含有してもよい。上記添加剤の含有量は、その添加目的に応じて適宜設定すればよく、本発明を特徴づけるものではないため、詳しい説明は省略する。 The modeling liquid disclosed herein may contain known additives that can be used in the modeling liquid, such as dyes, organic pigments, inorganic pigments, wetting agents, flow-increasing agents, etc., as long as they do not impair the effects of the present configuration. It may be further contained as necessary. The content of the additive may be appropriately set according to the purpose of addition, and detailed description is omitted because it does not characterize the present invention.
積層造形用粉体を用いて造形物を造形する方法としては、特に限定されない。例えば、積層造形用粉体を用いて該粉体の層を形成した後、該層における所定領域に水を含む造形液を供給することにより、造形物が造形され得る。この造形は、例えば、造形対象となる積層造形物に対応する三次元データ等に基づいて立体を造形する3Dプリンタを用いて行われ得る。かかる3Dプリンタは、水を含む造形液を滴下するインクジェットと、積層造形用粉体が配置される裁置台とを有し得る。 There are no particular limitations on the method of forming a modeled object using the powder for layered modeling. For example, a modeled object can be modeled by forming a layer of the powder using the powder for layered modeling and then supplying a modeling liquid containing water to a predetermined region of the layer. This modeling can be performed, for example, using a 3D printer that models a three-dimensional object based on three-dimensional data or the like corresponding to a layered product to be modeled. Such a 3D printer can have an inkjet that drops a modeling liquid containing water, and a placement table on which powder for layered modeling is placed.
そして、下記の操作1~3を繰り返すことで、層状固形物を順次積層して積層造形物を造形する。
操作1:上記積層造形用粉体を、造形対象となる積層造形物の各層に対応する厚さ(例えば0.01mm~0.3mm)となるように、裁置台上に層状に充填(堆積)する。
操作2:層状に充填された積層造形用粉体(堆積物)のうち硬化すべき部分(すなわち造形対象となる積層造形物の一部に相当する部分)に対してインクジェットヘッドから水を含む造形液を滴下する。そして当該滴下部分に含まれる水溶性接着粒子を溶解して非水和反応母材粒子間を接着することで、硬化層(層状固形物)を形成する。
操作3:裁置台を鉛直下方に上記積層造形物の各層に対応する厚さの分だけ下降させる。
Then, by repeating the following operations 1 to 3, layered solids are successively layered to form a layered product.
Operation 1: Fill (deposit) the powder for layered manufacturing in layers on a table so that each layer of the layered product to be modeled has a thickness (for example, 0.01 mm to 0.3 mm) corresponding to each layer. do.
Operation 2: Modeling including water from an inkjet head to the portion to be cured (that is, the portion corresponding to a part of the layered product to be modeled) of the layered powder for layered manufacturing (deposit) Drop the liquid. Then, by dissolving the water-soluble adhesive particles contained in the dropping portion and bonding the non-hydration reaction base material particles, a hardened layer (layered solid matter) is formed.
Operation 3: The setting table is lowered vertically by a thickness corresponding to each layer of the laminate-molded article.
その後、硬化されなかった積層造形用粉体を最終的に取り除くことで、積層造形物の造形が完了する。かかる積層造形物は、溶解した水溶性接着粒子により多数の非水和反応母材粒子が接着されて形成されたものであり、多孔質構造を有し得る。造形後、得られた積層造形物を自然乾燥してもよい。乾燥時間としては特に限定されないが、概ね1.5時間~24時間程度、好ましくは2時間~10時間である。 After that, the laminate-molded article is completed by finally removing the laminate-molding powder that has not been cured. Such laminates are formed by adhering a large number of non-hydrated reaction matrix particles with dissolved water-soluble adhesive particles, and may have a porous structure. After modeling, the laminate-molded article obtained may be naturally dried. Although the drying time is not particularly limited, it is approximately 1.5 hours to 24 hours, preferably 2 hours to 10 hours.
<固化工程>
ステップS20の固化工程では、セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型を用意し、該金型内に上記造形工程で得られた造形物を配置する。そして、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで凝固させる。
<Solidification process>
In the solidification step of step S20, a mold having a cavity corresponding to the outer shape of the ceramic core is prepared, and the molded object obtained in the molding step is placed in the mold. Then, the ceramic core forming material is poured into the cavity formed by the mold and the shaped article and allowed to solidify.
セラミックスコア形成用材料は、セラミックスコアの主たる骨格を構成するセラミック粒子と、バインダ成分とを含み得る。 The ceramic core-forming material may contain ceramic particles that form the main skeleton of the ceramic core, and a binder component.
セラミック粒子を構成するセラミックの組成については、特に制限されない。かかるセラミックは、例えば、シリカ(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、ジルコニア(ZrO2)、マグネシア(MgO)、チタニア(TiO2)、セリア(CeO2)、イットリア(Y2O3)、ハフニア(HfO2)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、二酸化マンガン(MnO2)、石灰(CaO)、酸化亜鉛(ZnO)、ベンガラ(Fe2O3)、ジルコン(ZrSiO4)、ムライト(Al6O13Si2)、ケイ酸アルミニウム等の酸化物系セラミックであってもよいし、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化ホウ素(BN)、窒化アルミニウム(AlN)、炭化ケイ素(SiC)、炭窒化ホウ素等の非酸化物系セラミックであってもよいし、もしくはこれらのようなセラミックを少なくとも1種以上含む複合材料などであってもよい。これらのセラミックは、セラミックスコアの用途や求められる特性等に応じて、いずれか1種を単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、難燃性に優れる点で、シリカ、アルミナ、ジルコン、ハフニア、イットリア、ジルコニア等の使用が好ましい。なお、上記物質名の後の括弧内に示された化学式は、当該物質の代表組成を示すものであり、実際のセラミックの組成がかかる化学式のものに限定されることを意図したものではない。 The composition of the ceramic that constitutes the ceramic particles is not particularly limited. Such ceramics are, for example, silica ( SiO2 ), alumina ( Al2O3 ) , zirconia (ZrO2), magnesia (MgO), titania ( TiO2 ), ceria ( CeO2), yttria ( Y2O3 ). , hafnia (HfO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ), manganese dioxide (MnO 2 ), lime (CaO), zinc oxide (ZnO), red iron oxide (Fe 2 O 3 ), zircon (ZrSiO 4 ), mullite (Al 6 O 13 Si 2 ), aluminum silicate and other oxide-based ceramics, silicon nitride (Si 3 N 4 ), boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), A non-oxide ceramic such as boron carbonitride may be used, or a composite material containing at least one of these ceramics may be used. Any one of these ceramics can be used alone, or two or more of them can be used in combination, depending on the application of the ceramic core and the properties required. Among them, silica, alumina, zircon, hafnia, yttria, zirconia and the like are preferably used because of their excellent flame retardancy. The chemical formula shown in parentheses after the name of the substance above indicates a representative composition of the substance, and the actual ceramic composition is not intended to be limited to such a chemical formula.
バインダ成分としては、水に不溶または難溶で、かつ、この種の成形法において使用し得る各種の材料を用いることができる。バインダ成分としては、例えば、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルポリエーテルブロックアミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレングリコール、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリシクロヘキシレンメチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリビニリデンフルオリド、ポリビニルクロリド、ポリビニルブチラール、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリラクチド、メチルセルロース、尿素-ホルムアルデヒドの重縮合物、石油系ワックス等が例示される。 As the binder component, various materials that are insoluble or sparingly soluble in water and that can be used in this type of molding method can be used. Examples of binder components include polyamide, polyether ketone, polyether sulfone, polyether polyether block amide, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethylene glycol, polyolefin, polycarbonate, polycyclohexylene methylene terephthalate, polystyrene, polysulfone, and polyvinylidene fluoride. , polyvinyl chloride, polyvinyl butyral, polyphenylsulfone, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, polyphthalamide, polybutylene terephthalate, polypropylene, polymethyl methacrylate, polylactide, methyl cellulose, urea-formaldehyde polycondensate, petroleum wax, and the like. be.
バインダ成分の一例として、常温領域(例えば45℃未満、典型的には25±5℃)において固体であって、45℃未満の所定の温度にまで加熱されることにより溶融(軟化)し、45℃以上の溶融状態において高い流動性を示し得るものが挙げられる。かかるバインダ成分として、例えば、石油系ワックスが例示される。石油系ワックスとしては、JIS K 2235(1991)にて規定される各種のワックスを利用することができる。具体的には、石油系ワックスとしては、減圧蒸留留出油から分離精製したパラフィンワックスと、減圧蒸留の残査油または重質留出油から分離精製したマイクロワックス(マイクロクリスタリンワックス)が好適な例として挙げられる。かかる石油系ワックスは、特に制限されるものではないが、パラフィンワックスで重量平均分子量が500以下、マイクロワックスで重量平均分子量が1000以下程度のものが、比較的低温での加熱により容易に溶融させることができるために好ましい。 An example of a binder component is a solid in a normal temperature range (e.g., less than 45°C, typically 25 ± 5°C), melted (softened) by heating to a predetermined temperature less than 45°C, and 45 C. or higher and can exhibit high fluidity in a molten state. Examples of such binder components include petroleum waxes. Various waxes specified in JIS K 2235 (1991) can be used as the petroleum wax. Specifically, as the petroleum wax, paraffin wax separated and refined from vacuum distilled oil and microwax (microcrystalline wax) separated and refined from vacuum distilled residual oil or heavy distillate oil are suitable. Examples include: Such petroleum waxes are not particularly limited, but paraffin waxes having a weight average molecular weight of 500 or less and microwaxes having a weight average molecular weight of 1000 or less are easily melted by heating at a relatively low temperature. preferred because it can
上記の石油系ワックスは、比較的融点が低いものであり得るが、例えば、100℃以下で上記のセラミック粉末を良好に分散させつつ成形するに十分な流動性を発現するためには融点がまだ高いといえる。また、上記の石油系ワックスは、一般的な水や有機溶媒等の溶媒等と比較して、分子構造が極めて単純なために相溶性に乏しい物質であり得る。そこで、上記バインダ成分は、石油系ワックスと共に、非水溶性ポリオキシエチレン型非イオン性界面活性剤を含んでもよい。かかる非水溶性のポリオキシエチレン型非イオン性界面活性剤を石油系ワックスに加えることで、該石油系ワックスと均一に混合しつつ、該石油系ワックスの融点を低下させて、十分な流動性を付与することができる。 The petroleum wax may have a relatively low melting point. It can be said that it is expensive. In addition, the petroleum-based wax described above may be a substance with poor compatibility because of its extremely simple molecular structure compared to common solvents such as water and organic solvents. Therefore, the binder component may contain a water-insoluble polyoxyethylene-type nonionic surfactant together with the petroleum wax. By adding such a water-insoluble polyoxyethylene-type nonionic surfactant to the petroleum-based wax, the melting point of the petroleum-based wax is lowered while uniformly mixing with the petroleum-based wax, resulting in sufficient fluidity. can be given.
かかる非水溶性ポリオキシエチレン型非イオン性界面活性剤は、石油系ワックスと均一に混ざり合い、石油系ワックスの融点を十分に低下させ得るものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、ポリオキシエチレンセチルエーテル,ポリオキシエチレンオレイルエーテル,ポリオキシエチレンステアリルエーテル,ポリオキシエチレンラウリルエーテル,ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンデシルエーテル,ポリオキシエチレンベヘニルエーテル,ポリオキシエチレンコレステリルエーテル,ポリオキシエチレンイソセチルエーテル,ポリオキシエチレンイソステアリルエーテル,ポリオキシエチレンオクチルドデシルエーテル,ポリオキシエチレンデシルテトラデシルエーテル,ポリオキシエチレン水添ダイマージリノレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル等のポリオキシアルキレン誘導体等のエーテル型のPOE型非イオン性界面活性剤;ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油,ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル,ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル,ステアリン酸ポリオキシエチレンラウリルエーテル,イソステアリン酸ポリオキシエチレンラウリルエーテル,ステアリン酸ポリオキシエチレンセチルエーテル,ステアリン酸ポリオキシエチレンステアリルエーテル等のエステル型(エーテルエステル型)のPOE型非イオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルアミン等の含窒素型のPOE型非イオン性界面活性剤が挙げられる。 Such a water-insoluble polyoxyethylene-type nonionic surfactant can be used without any particular limitation as long as it can be uniformly mixed with the petroleum wax and can sufficiently lower the melting point of the petroleum wax. For example, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene/polyoxypropylene decyl ether, polyoxyethylene behenyl ether, polyoxyethylene cholesteryl ether, polyoxyethylene Polyoxyethylene alkyl ethers such as ethylene isocetyl ether, polyoxyethylene isostearyl ether, polyoxyethylene octyldodecyl ether, polyoxyethylene decyltetradecyl ether, polyoxyethylene hydrogenated dimer dilinoleyl ether, polyoxyethylene distyrene Ether-type POE-type nonionic surfactants such as polyoxyalkylene derivatives such as polyphenyl ether; polyoxyethylene hydrogenated castor oil, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene lauryl stearate Ester type (ether ester type) POE type nonionic surfactants such as ethers, polyoxyethylene lauryl ether isostearate, polyoxyethylene cetyl ether stearate, and polyoxyethylene stearyl ether stearate; polyoxyethylene alkylamines, etc. Nitrogen-containing POE type nonionic surfactants.
また、セラミックスコア形成用材料には、必須ではないものの、セラミック粉末やバインダ成分の他に、任意添加物を添加することができる。かかる任意添加物としては、カップリング剤、滑剤、可塑剤、離型剤、カーボン等が代表的なものとして挙げられる。かかる任意添加物は、上記の本発明の特徴を損ねない範囲において、例えば、セラミックスコア形成用材料の10質量%以下の割合で添加することができる。 In addition to the ceramic powder and the binder component, optional additives can be added to the ceramic core forming material, although they are not essential. Typical examples of such optional additives include coupling agents, lubricants, plasticizers, release agents, carbon and the like. Such optional additives can be added in a proportion of, for example, 10% by mass or less of the ceramic core-forming material, as long as the features of the present invention are not impaired.
以上のセラミックスコア形成用材料を(例えばバインダ成分が溶融する温度域、典型的には50℃以上、例えば50℃~150℃、好ましくは50℃~100℃まで)加熱して溶融状態にする。かかるバインダを溶融させるための加熱温度は、混合材料に含まれるバインダの種類に応じて適宜変更することができる。混合材料を溶融状態にするための加熱処理は、ロールミル、ミキサーなどを用い、混練しながら行ってもよい。これによって、セラミック粉末が好適に分散した状態の複合材料を得ることができる。 The above ceramic core forming material is heated (for example, in a temperature range where the binder component melts, typically 50° C. or higher, eg, 50° C. to 150° C., preferably 50° C. to 100° C.) to melt. The heating temperature for melting the binder can be appropriately changed according to the type of binder contained in the mixed material. The heat treatment for melting the mixed material may be performed while kneading using a roll mill, a mixer, or the like. This makes it possible to obtain a composite material in which the ceramic powder is suitably dispersed.
次いで、図2に示すように、セラミックスコアの外形に対応する空洞10を備えた金型20を用意し、該金型20内に造形工程で得られた造形物30を配置する。そして、図3に示すように、金型20と造形物30とにより形成される空洞(キャビティ)10に、溶融状態のセラミックスコア形成用材料40を流し込む。かかる処理では、セラミックスコア形成用材料40を溶融状態にした後に、任意の射出成形機を用いて該溶融状態のセラミックスコア形成用材料40を上記空洞10内に圧力をかけて射出してもよい。あるいは溶融状態のセラミックスコア形成用材料40を上記空洞10内に流し込んでもよい。
次いで、金型20は、バインダ成分が硬化するような温度に維持される。これにより、流し込まれた溶融状態のセラミックスコア形成用材料40が放熱固化(もしくは冷却固化)される。その結果、上記金型20の空洞10に対応する形状を有した固化物(典型的には凝固物)が得られる。
Next, as shown in FIG. 2, a
<消失工程>
ステップS30の消失工程では、上記固化した固化物を金型20から取り出し、該固化物に内包された造形物30を消失させる。消失工程は、例えば、固化物に内包された積層造形物を水に溶解して除去する処理を含み得る。具体的には、固化物を積層造形物とともに水に浸漬するとよい。これにより、固化物に内包された積層造形物中の水溶性有機材料が水に溶け出して造形物が崩壊する。
好ましい一態様では、消失工程は、水に浸漬した積層造形物に対して超音波振動を付与する処理を含む。積層造形物の形状が複雑なほど取り除きにくくなりがちであるが、上記のように水中で超音波振動を与えることで、積層造形物を効率よく除去することができる。積層造形物に対して超音波振動を付与する手段としては特に限定されない。例えば、適当な超音波装置を用いて、水に浸漬した積層造形物に対して超音波振動を付与するとよい。超音波の諸条件は特に限定されないが、超音波の好ましい周波数は10kHz~100kHzとすることができ、好ましくは15kHz~80kHz、より好ましくは20kHz~50kHzである。超音波の好ましい出力は50W~600Wとすることができ、好ましくは100W~500Wである。
<Disappearance process>
In the disappearing step of step S30, the solidified material is removed from the
In a preferred embodiment, the disappearing step includes a process of applying ultrasonic vibrations to the laminate-molded article immersed in water. The more complicated the shape of the laminate-molded article, the more difficult it is to remove. However, the laminate-molded article can be efficiently removed by applying ultrasonic vibrations in water as described above. There are no particular restrictions on the means for applying ultrasonic vibrations to the laminate-molded article. For example, an appropriate ultrasonic device may be used to apply ultrasonic vibrations to the laminate-molded article immersed in water. Conditions for ultrasonic waves are not particularly limited, but the frequency of ultrasonic waves is preferably 10 kHz to 100 kHz, preferably 15 kHz to 80 kHz, and more preferably 20 kHz to 50 kHz. The preferred power of ultrasound can be 50W-600W, preferably 100W-500W.
このように、固化物に内包された積層造形物を水に浸漬して消失させることにより、所望の内部形状を有するセラミックスコアを得ることができる。セラミックスコアは、必要に応じて、成形後にセラミックスコアからバインダ成分を除去する脱脂処理を行ってもよい。具体的には、バインダ成分を構成する材料が熱分解される程度の温度でセラミックスコアを加熱する。この脱脂処理における加熱条件(温度、時間)は、バインダ成分の種類や含有割合に応じて適宜変更することができる。また、セラミックスコアは、脱脂後に焼成してもよい。当該焼成処理における加熱条件(温度、時間、雰囲気)については、セラミック粉末の種類や粒径、目的とするセラミックスコアの密度等に応じて適宜変更することができる。例えば、焼成温度は1000℃~1500℃(好ましくは1100℃~1300℃)に設定するとよい。また、焼成中の雰囲気は酸化雰囲気若しくは不活性雰囲気に設定するとよい。これにより、より高強度なセラミックスコアが形成され得る。 Thus, by immersing the laminate-molded article contained in the solidified article in water to make it disappear, a ceramic core having a desired internal shape can be obtained. If necessary, the ceramic core may be subjected to a degreasing treatment to remove the binder component from the ceramic core after molding. Specifically, the ceramic core is heated to a temperature at which the material constituting the binder component is thermally decomposed. The heating conditions (temperature, time) in this degreasing treatment can be appropriately changed according to the type and content of the binder component. Also, the ceramic core may be sintered after degreasing. The heating conditions (temperature, time, atmosphere) in the firing treatment can be appropriately changed according to the type and particle size of the ceramic powder, the desired density of the ceramic core, and the like. For example, the firing temperature may be set to 1000° C. to 1500° C. (preferably 1100° C. to 1300° C.). Also, the atmosphere during firing is preferably set to an oxidizing atmosphere or an inert atmosphere. This can form a stronger ceramic core.
ここに開示されるセラミックスコアは、無機材料と水溶性有機材料とを含む造形用粉体を用いてセラミックスコアの内部形状に対応する形状を有する造形物を造形する造形工程と、セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型内に上記造形物を配置して、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで固化する固化工程と、固化物に内包された造形物を消失させることにより、上記内部形状を有するセラミックスコアを得る消失工程と、を経て製造されたものである。そのため、得られたセラミックスコアは、外面の平滑性に優れ、なおかつ、複雑な内部形状を有するものであり得る。かかるセラミックスコアは、複雑かつ高精度に設計された中空孔等の製品形状を有する種々の耐熱構造用部品の製造に用いられるセラミックス中子として好ましく用いることができる。 The ceramic core disclosed herein is produced by a molding step of molding a molded object having a shape corresponding to the internal shape of the ceramic core using molding powder containing an inorganic material and a water-soluble organic material, and an external shape of the ceramic core. A solidification step of placing the shaped article in a mold having a cavity corresponding to and solidifying by pouring a ceramic core forming material into the cavity formed by the mold and the shaped article, and and a disappearing step of obtaining a ceramic core having the above internal shape by removing the encapsulated shaped object. Therefore, the obtained ceramic core can have an excellent outer surface smoothness and a complicated inner shape. Such a ceramic core can be preferably used as a ceramic core used for manufacturing various heat-resistant structural parts having a product shape such as a hollow hole designed intricately and with high precision.
以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明を実施例に示すものに限定することを意図したものではない。 Several examples relating to the present invention are described below, but are not intended to limit the present invention to those shown in the examples.
<試験例1>
本例では、複雑な内部形状を有するセラミックスコアを作製した。具体的には、無機材料としてのアルミナ粒子と、水溶性有機材料としてのポリビニルアルコール(PVA)とを混合して積層造形用粉体を調製し、3Dプリンタを用いて上記内部形状に対応する形状を有する積層造形物を造形した(図4(A)参照)。PVAとしては、20℃における水に対する溶解度が90%のものを使用した。また、積層造形用粉体におけるPVAの体積割合Xは50体積%とした。
次いで、セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型を用意し、該金型内に積層造形物を配置した(図5参照)。そして、金型を温めながら、金型と積層造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を射出して冷却固化した。セラミックスコア形成用材料としては、セラミック粒子としてのシリカ粒子およびジルコン粒子に対して、バインダ成分としてのワックスを射出成形に適した流動性となるよう加熱・混合したものを用いた。得られた固化物を金型から取り出し、該固化物を積層造形物とともに水に浸漬して超音波振動を付与した。超音波の周波数は20kHz~50kHzに設定した。これにより固化物に内包された積層造形物を除去した。このようにして、図4(B)に示すセラミックスコアを得た。
<Test Example 1>
In this example, a ceramic core with a complex internal shape was produced. Specifically, alumina particles as an inorganic material and polyvinyl alcohol (PVA) as a water-soluble organic material are mixed to prepare a powder for additive manufacturing, and a shape corresponding to the internal shape is produced using a 3D printer. was modeled (see FIG. 4(A)). As PVA, one having a solubility in water of 90% at 20° C. was used. Also, the volume ratio X of PVA in the powder for layered manufacturing was set to 50% by volume.
Next, a mold having a cavity corresponding to the outer shape of the ceramic core was prepared, and the laminate-molded article was placed in the mold (see FIG. 5). Then, while heating the mold, the ceramic core forming material was injected into the cavity formed by the mold and the laminate-molded article, and cooled and solidified. As the material for forming the ceramic core, silica particles and zircon particles as ceramic particles were heated and mixed with wax as a binder component so as to have fluidity suitable for injection molding. The obtained solidified product was taken out from the mold, and the solidified product was immersed in water together with the laminate-molded product and subjected to ultrasonic vibration. The ultrasonic frequency was set between 20 kHz and 50 kHz. This removed the laminate-molded article included in the solidified material. Thus, the ceramic score shown in FIG. 4(B) was obtained.
<試験例2>
本例では、超音波振動における周波数が造形物の溶解性に与える影響を確認するため、以下の試験を行った。無機材料としてのアルミナ粒子と、水溶性有機材料としてのPVA粒子とを混合して積層造形用粉体を調製し、3Dプリンタを用いて、縦4mm×横40mm×高さ3mmの積層造形物(試験片)を造形した。PVAとしては、20℃における水に対する溶解度が90%のもの(以下、「PVA1」と表記する。)と、20℃における水に対する溶解度が30%のもの(以下、「PVA2」と表記する。)を使用した。また、各例の積層造形用粉体におけるPVAの体積割合Xは50体積%とした。
<Test Example 2>
In this example, the following test was conducted in order to confirm the influence of the frequency of ultrasonic vibration on the solubility of the modeled object. Alumina particles as an inorganic material and PVA particles as a water-soluble organic material are mixed to prepare powder for layered modeling, and a 3D printer is used to produce a layered product (4 mm long x 40 mm wide x 3 mm high) ( A test piece) was shaped. The PVA has a solubility in water of 90% at 20°C (hereinafter referred to as “PVA1”) and a PVA with a solubility in water of 30% at 20°C (hereinafter referred to as “PVA2”). It was used. Further, the volume ratio X of PVA in the powder for layered manufacturing in each example was set to 50% by volume.
上記得られた積層造形物を水に浸漬し、超音波振動を付与して積層造形物が崩壊するまでの溶解時間を計測した。超音波装置としては、本多電子株式会社製の「W-113」、「WDX-1200-I」、アズワン株式会社製の「ASU-10D」の何れかを使用した。各例の積層造形用粉体について、使用したPVAの種類、超音波振動の周波数、出力、溶解時間を表1に示す。 The laminate-molded article obtained above was immersed in water, ultrasonic vibration was applied, and the dissolution time until the laminate-molded article collapsed was measured. As an ultrasonic device, one of "W-113" and "WDX-1200-I" manufactured by Honda Electronics Co., Ltd., and "ASU-10D" manufactured by AS ONE Corporation was used. Table 1 shows the type of PVA used, the frequency of ultrasonic vibration, the output, and the dissolution time for the powder for additive manufacturing of each example.
表1に示すように、水溶性有機材料としてPVA1を使用した例1~8を比較すると、積層造形物に対して超音波振動を付与した例2~8は、超音波振動を付与していない例1に比べて溶解時間が短く、より良好な結果が得られた。また、超音波振動の周波数を20kHz~50kHzとした例2、3、5~7は、例4、8に比べて溶解時間がさらに短縮されていた。水溶性有機材料としてPVA2を使用した例9~16を比較すると、積層造形物に対して超音波振動を付与した例10~16は、超音波振動を付与していない例9に比べて溶解時間が短く、より良好な結果が得られた。また、超音波振動の周波数を20kHz~50kHzとした例10、11、13~15は、例12、16に比べて溶解時間がさらに短縮されていた。これらの結果から、積層造形物の溶解性の観点からは、超音波振動を付与しつつ積層造形物を水中に浸漬することが好ましい。また、超音波振動の周波数は20kHz~50kHzとすることが好ましい。 As shown in Table 1, when comparing Examples 1 to 8 in which PVA1 was used as the water-soluble organic material, Examples 2 to 8 in which ultrasonic vibration was applied to the laminate-molded article did not apply ultrasonic vibration. Better results were obtained with shorter dissolution times compared to Example 1. Further, in Examples 2, 3, 5 to 7 in which the frequency of ultrasonic vibration was 20 kHz to 50 kHz, the dissolution time was further shortened compared to Examples 4 and 8. When comparing Examples 9 to 16 in which PVA2 was used as the water-soluble organic material, Examples 10 to 16 in which ultrasonic vibration was applied to the layered product had a longer dissolution time than Example 9 in which ultrasonic vibration was not applied. was shorter and gave better results. Further, in Examples 10, 11, 13 to 15 in which the frequency of ultrasonic vibration was 20 kHz to 50 kHz, the dissolution time was further shortened compared to Examples 12 and 16. From these results, from the viewpoint of solubility of the laminate-molded article, it is preferable to immerse the laminate-molded article in water while applying ultrasonic vibration. Further, it is preferable that the frequency of the ultrasonic vibration is 20 kHz to 50 kHz.
<試験例3>
本例では、積層造形用粉体における水溶性有機材料の体積割合が積層造形物の強度に与える影響を確認するため、以下の試験を行った。無機材料としてのアルミナ粒子と、水溶性有機材料としてのPVAとを混合して積層造形用粉体を調製し、3Dプリンタを用いて、縦3mm×横3mm×高さ30mmの積層造形物(試験片)を造形した。各例に係る積層造形物について、使用した積層造形用粉体における無機材料(アルミナ粒子)の含有量、水溶性有機材料(PVA)の含有量および体積割合Xを表2に纏めて示す。
<Test Example 3>
In this example, the following test was conducted in order to confirm the effect of the volume ratio of the water-soluble organic material in the powder for layered manufacturing on the strength of the layered product. Alumina particles as an inorganic material and PVA as a water-soluble organic material are mixed to prepare a powder for layered modeling, and a 3 mm long x 3 mm wide x 30 mm high layered product (test piece) was shaped. Table 2 summarizes the content of the inorganic material (alumina particles), the content of the water-soluble organic material (PVA), and the volume ratio X in the powder for layered manufacturing used for the layered product according to each example.
各例の試験片の3点曲げ強度をJIS R 1601に準拠する方法で測定した。結果を表2の「強度」欄および図6に示す。図6は、積層造形用粉体におけるPVAの体積割合Xと強度との関係を示すグラフである。 The three-point bending strength of the test piece of each example was measured by a method conforming to JIS R 1601. The results are shown in the "Strength" column of Table 2 and in FIG. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the volume ratio X of PVA in the powder for additive manufacturing and the strength.
表2および図6に示されるように、積層造形用粉体におけるPVAの体積割合Xを30体積%~50体積%とした例19~22は、例17、18、23に比べて、3点曲げ強度で良好な結果が得られた。高強度を有する積層造形物は、例えば、該造形物を配置した金型内にセラミックスコア形成用材料を流し込んで固化する際に、型崩れしにくい。そのため、ここに開示されるセラミックスコアを安定して形成し得る点で好ましい。 As shown in Table 2 and FIG. 6, Examples 19 to 22 in which the volume ratio X of PVA in the powder for additive manufacturing is 30% to 50% by volume are 3 points compared to Examples 17, 18, and 23. Good results were obtained in flexural strength. A laminate-molded article having high strength does not lose its shape easily, for example, when a ceramic core-forming material is poured into a mold in which the molded article is placed and solidified. Therefore, it is preferable in that the ceramic core disclosed herein can be stably formed.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
例えば、上述した実施形態では、造形物を消失させる工程において、造形物を水に浸漬して除去する場合を例示したが、消失方法はこれに限定されない。例えば、造形物を加熱して焼失させてもよい。すなわち、造形物を内包した固化物を、造形物が焼失し、かつ、固化物が焼失しない温度域まで加熱することにより、内包された造形物を除去してもよい。この場合でも、所望の内部形状を有するセラミックスコアを得ることができる。ただし、上述した実施形態の如く、造形物を水に浸漬して除去した方が、寸法安定性や製造安定性の観点からは好ましい。 For example, in the above-described embodiment, in the step of removing the modeled article, the case of removing the modeled article by immersing it in water was exemplified, but the method of removing the modeled article is not limited to this. For example, the shaped article may be heated and burned away. That is, the solidified object containing the modeled object may be heated to a temperature range in which the modeled object is burned off and the solidified object is not burned away, thereby removing the encapsulated modeled object. Even in this case, a ceramic core with a desired internal shape can be obtained. However, from the viewpoint of dimensional stability and production stability, it is preferable to immerse the modeled article in water to remove it, as in the above-described embodiment.
10 空洞
20 金型
30 積層造形物
40 セラミックスコア形成用材料
10
Claims (4)
Al、Zr,Ti、Zn、Ni、FeおよびSiからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む酸化物または該選択される少なくとも1種の元素を含む窒化物または該選択される少なくとも1種の元素を含む炭化物を主体として構成されている無機材料からなる無機粒子と、水溶性有機材料からなる水溶性有機粒子とを相互に独立して含む造形用粉体を用いて、前記内部形状に対応する形状を有する造形物を造形すること;
前記セラミックスコアの外形に対応する空洞を備えた金型内に前記造形物を配置して、該金型と該造形物とにより形成される空洞にセラミックスコア形成用材料を流し込んで固化すること;および
前記固化した固化物に内包された前記造形物を消失させることにより、前記内部形状を有するセラミックスコアを得ること;
を包含し、
前記造形物を造形する工程は、層状に充填した前記造形用粉体の層の少なくとも一部に水を含む造形液を混合して固化させ、該固化した層を繰り返し積層する処理を含み、
前記造形物を消失させる工程は、前記造形物を水に浸漬して超音波振動を付与する処理を含む、
セラミックスコアの製造方法。 A method of manufacturing a ceramic core having a predetermined internal shape, comprising:
An oxide containing at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, Ti, Zn, Ni, Fe and Si, a nitride containing at least one selected element, or at least one selected The internal shape is obtained by using a molding powder that independently contains inorganic particles made of an inorganic material mainly composed of a carbide containing a seed element and water-soluble organic particles made of a water-soluble organic material. forming a model having a shape corresponding to
placing the shaped article in a mold having a cavity corresponding to the outer shape of the ceramic core, and pouring a ceramic core forming material into the cavity formed by the die and the shaped article and solidifying; and obtaining a ceramic core having the internal shape by eliminating the shaped object contained in the solidified solidified product;
encompasses
The step of forming the modeled object includes a process of mixing a modeling liquid containing water with at least a part of the layers of the modeling powder filled in layers to solidify the layers, and repeatedly stacking the solidified layers,
The step of disappearing the model includes a process of immersing the model in water and applying ultrasonic vibrations.
A method for manufacturing a ceramic core.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017254868A JP7152151B2 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Manufacturing method of ceramic core |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017254868A JP7152151B2 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Manufacturing method of ceramic core |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019119116A JP2019119116A (en) | 2019-07-22 |
| JP7152151B2 true JP7152151B2 (en) | 2022-10-12 |
Family
ID=67307565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017254868A Active JP7152151B2 (en) | 2017-12-28 | 2017-12-28 | Manufacturing method of ceramic core |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7152151B2 (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102676992B1 (en) * | 2022-11-24 | 2024-06-20 | (주)서영 | Manufacturing method of hollow core with complex internal structure |
| CN115947606B (en) * | 2022-12-16 | 2024-03-12 | 中航装甲科技有限公司 | Water-soluble strengthening agent and strengthening method for silicon-based ceramic core |
| CN116020977B (en) * | 2023-02-06 | 2024-05-17 | 中国航发北京航空材料研究院 | A ceramic core with multi-layer wall structure and preparation method thereof |
| CN116496100B (en) * | 2023-04-18 | 2024-08-13 | 东南大学 | A hollow magnesium-based ceramic core and its preparation method and application |
| CN117362016B (en) * | 2023-08-24 | 2025-12-05 | 山东工业陶瓷研究设计院有限公司 | A silica ceramic core and its preparation method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001079641A (en) | 1999-09-17 | 2001-03-27 | Hitachi Ltd | Model making method |
| JP2004504945A (en) | 1999-10-26 | 2004-02-19 | ハウメット リサーチ コーポレイション | Multilayer core and method of manufacturing the same |
| JP2005248217A (en) | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Yoshinobu Shimoitani | Method for producing green compact and method for producing sintered compact |
| WO2010098441A1 (en) | 2009-02-26 | 2010-09-02 | 富田製薬株式会社 | Powder for molding and method for producing molded object using the same |
| JP2016190478A (en) | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | Powder for three-dimensional stereo molding and three-dimensional stereo molded article |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61205103A (en) * | 1985-03-08 | 1986-09-11 | 日本碍子株式会社 | Manufacture of ceramic hollow shape body |
| JPH0744937B2 (en) * | 1986-12-12 | 1995-05-17 | 而至歯科工業株式会社 | Composite crown for dental restoration |
| JPH07214242A (en) * | 1994-02-01 | 1995-08-15 | Nemoto Taku | Molding method using pressure resistant collapsible core for molding |
-
2017
- 2017-12-28 JP JP2017254868A patent/JP7152151B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001079641A (en) | 1999-09-17 | 2001-03-27 | Hitachi Ltd | Model making method |
| JP2004504945A (en) | 1999-10-26 | 2004-02-19 | ハウメット リサーチ コーポレイション | Multilayer core and method of manufacturing the same |
| JP2005248217A (en) | 2004-03-02 | 2005-09-15 | Yoshinobu Shimoitani | Method for producing green compact and method for producing sintered compact |
| WO2010098441A1 (en) | 2009-02-26 | 2010-09-02 | 富田製薬株式会社 | Powder for molding and method for producing molded object using the same |
| JP2016190478A (en) | 2015-03-31 | 2016-11-10 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | Powder for three-dimensional stereo molding and three-dimensional stereo molded article |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019119116A (en) | 2019-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7152151B2 (en) | Manufacturing method of ceramic core | |
| CN104526838B (en) | Method for 3D ceramic printing forming | |
| CN112321286A (en) | Multilayer porous ceramic material and preparation method thereof | |
| CN114180945A (en) | Additive manufacturing method for ceramic core-type shell integrated piece | |
| JP2008006502A (en) | Mold formation method | |
| CN102039375A (en) | Method for quickly manufacturing high-temperature alloy hollow blade casting | |
| CN115991596B (en) | A bionic ceramic/continuous fiber composite material with high strength and high toughness and its preparation method | |
| CN115837445A (en) | Preparation method of sand mold/core for titanium alloy casting based on 3D printing | |
| JP6572933B2 (en) | Casting core and manufacturing method thereof | |
| CN105899309A (en) | Slurry for forming mold, mold and method for producing mold | |
| Yu et al. | Preparation of soluble ceramic cores via additive manufacturing technology: A review | |
| JP2010188360A (en) | Precision casting mold, method of manufacturing the same, and precision casting product | |
| JP2016159324A (en) | Manufacturing method of mold | |
| JP7557409B2 (en) | Ceramic Core | |
| KR101761046B1 (en) | Core for precision casting, production method therefor, and mold for precision casting | |
| CN113105240A (en) | Photocuring 3D printing yttrium oxide ceramic core and preparation method thereof | |
| CN111992674A (en) | Preparation process of high-strength, high-toughness and easy-removal composite ceramic core for light alloy casting | |
| JP6967884B2 (en) | Laminated model coating slurry and three-dimensional shape | |
| JP7190613B2 (en) | Laminate-molded sintered body and method for producing the laminate-molded sintered body | |
| JP7610438B2 (en) | Method for improving strength of a molded object and method for manufacturing a reinforced molded object | |
| CN118047626A (en) | Alumina ceramic with high porosity and high strength and 3D printing preparation method thereof | |
| WO2022107691A1 (en) | Laminate molded ceramic core and manufacturing method of said ceramic core | |
| TWI800838B (en) | Shelling mold material composition, method for producing shelling mold and shelling mold | |
| KR100348713B1 (en) | Alumina-base investment casting shell mold and manufacturing method thereof | |
| CN116730739A (en) | 3DP manufacturing method of aluminum oxide ceramic part based on aluminum chloride as binder |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201201 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211022 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211111 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20220111 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220308 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220526 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220721 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20220901 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220929 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7152151 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |