JPH08509666A - 鋳込み技術に使用される方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 温間硬化材料（３）から鋳型を製造する方法において、鋳型（６）と／あるいはコア（２０）が、モデル品を予め作らなくても電磁照射で成形材料の層の層状の部分的固化によって製造される。

Description

【発明の詳細な説明】 鋳込み技術に使用される方法 本発明は、マスター成形型を使用せずに鋳造を行うための、永久モールドおよ びコアを迅速に製造するための方法に関する。 ３次元で、幾何学的に複雑で精密な物体を、それがアンダカットを有するとき でも、迅速に製造する方法が従来すでにある。これらの方法は、マスター成形型 なしで、すなわち、ポジティブあるいはネガティブのモールドとして有形的な物 体の外形と内形もなく、そして、機械加工や切断作業がなく、更に所望の物体を 、コンピューター上の３次元表示の幾何学的図形から、直接生成するように作動 する。その際、これらの方法は、生成的製造方法、迅速原形製作法（ＲＰ）、ソ リッドフリーフォーム製造法（ＳＦＭ）、あるいは、迅速フリーフォーム成形加 工法（ＦＦＦＦ）として知られている（Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｒｕｎｄｓｃｈ ａｕ ８３（１９９１）２０，ｐｐ．３６−４３ ａｎｄ ４４，ｐｐ．５８− ６１，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｗｏｒｌｄ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９３，ｐｐ． ６５６−６５８，ｍｏｄｅｒｎ ｃａｓｔｉｎｇ Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９３， ｐｐ．２５−２７）。この種の最もよく知られている方法は、ステレオリトグラ フィーと呼ばれている（Ｋｏｎｓｔｒｕｉｅｒｅｎ＋ＧｉｅＢｅｎ １７ （1 ９９２ ４，ｐｐ．１３−１９，Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｒｕｎｄｓｃｈａｕ ８２（１９９１）１１，ｐｐ．４０／４１，Ａｕｔｏｍｏｂｉｌ−Ｐｒｏｄｕｋ ｔｉｏｎ Ａｕｇｕｓｔ １９９２，ｐｐ．１０２／１０４，Ｌａｓｅｒ−Ｐｒ ａｘｉｓ Ｍａｙ １９９２，ｐｐ．ＬＳ５８／ＬＳ５９）。 これらの方法では、ワックスと同様に種々の樹脂や塗被紙で原形やサンプルな どが製造される。種々の材料は、そこから製造された物体を精密鋳造法における 消失型モールドとして使用するのに適しているので、したがって、鋳造品は、マ スター成形型を使用しないで、精密鋳造によって、製造されることができる。さ らに、金属あるいはセラミックの物体は、選択的あるいは部分的レーザー焼結法 によって、マスター成形型なしで、直接製造することができることも、公知のこ とである（Ｉｎｔ．Ｊ．ｏｆ Ｐｏｗｄｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ２８（１ ９９２）４，ｐｐ．３６９−３８１，Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｔｒａｎｓ ａｃｔｉｏｎｓ Ａ ２４／１９９３，ｐｐ．７５７−７５９）。 部分的レーザー焼結として知られている方法は、ドイツ特許第４３００４７８ 号に開示されている。この方法を使用すると、３次元物体は、物体に対応する場 所のそれぞれの層へのレーザー放射の影響下で固化性の粉末状材料から形成され るべく、その物体の個々の層を順次、継続して固化することによって製造される 。金属あるいはセラミック粉末のレーザー焼結によって３次元物体を作ることが 知られている。 部分的レーザー焼結方法で使用される粉末は、２つの成分ＡとＢから成るセラ ミックタイプで、粒子間の結合は、セラミック結合、すなわち、粉末の成分間の 化学反応によって成される。 アルミナを結合剤（バインダ）としてのアンモニア２水素エステルあるいはフ ッ化燐酸ガラスと共に使用することはよく知られている。その際、後者の２つの 結合剤のうち、使用される１つは、レーザー照射によってガラス相中に溶解され 、粒状のアルミナが加えられ、凝固によって一定の初期強度を有する結合が得ら れる。その後、得られた物体は、部分的レーザー焼結プラントの外で、数時間摂 氏８００℃以上の温度にさらされる。それによって、両方の成分が最終的に反応 し、高い密度、力、堅さ、そして高い融点（ベイキング、あるいは燃焼方法）を 有するセラミック結合を作る。２つの成分は混合されても（図１）、あるいは１ つの成分が他方の成分によって被覆され（図２）てもよい。いずれの場合におい ても、セラミック結合した物体は、焼成の後に得られる。最初に、部分的レーザ ー焼結装置では溶けない成分Ａが、焼成中に起こる化学反応に組み込まれ、結果 としてセラミック物体Ｃになる。このことは、この方法の全ての公知の例の典型 的な特徴である。さらに、典型的な特徴は、高温であること、長いベイキング時 間が必要なこと、そして、生成されたセラミック物体を精密鋳造法のための成型 シェルとコアとして使用することが提案されていることである。また、その他の 素材を使用するとき、均一のセラミック品が製造される。 （３ｒｄ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇａｔ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄａｙｔｏｎ，Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃｅ ｅｄｉｎｇ，Ｄａｙｔｏｎ，Ｏｈｉｏ，１９９２，ｐｐ．７３−７７；Ｓｏｌｉ ｄ Ｆｒｅｅｆｏｒｍ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏ ｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｘａｓａｔ Ａｕｓｔｉ ｎ，Ｔｅｘａｓ，１９９１，ｐｐ．１９５−２０５，２０５−２１２，ａｎｄ １９９２，ｐｐ．４４−５３，６３−７１，１２４−１３０，１４１−１４６； ＵＳ−Ｐａｔｅｎｔｓ Ｎｏ．５，１５６，６９７，５，１４７，５８７，４， ９４４，８１７，Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．０，４１６，８５２ Ａ２） 部分的レーザー焼結方法の最も一般的な適用、すなわち、分子の表面融解と焼 結による樹脂粉末の焼結は、詳しくは説明していない。なぜなら、それによって 製造される物体は直接、すなわち、消失モールドあるいはコアとして砂型鋳造方 法に適用することができないからである。さらに、公知のワックス粉末の処理に ついても述べられていない。なぜなら、それによって製造された物体は、精密鋳 造法において消失モールド（ポジティブ）としての使用のみに適するからである 。 （ＵＳ−Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．５，１５５，３２４，５，０５３，０９０，５ ，０７６，８６９，５，１３２，１４３，５，０１７，７５３，４，８６３，５ ３８，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＰＣＴ／ＵＳ８７／０２６３５（Ｉｎｔｅｒｎａｔ．Ｐｕｂｌ．Ｎｏ．ＷＯ８８ ／０２６７７）） 焼結された金属粉末の場合、金属粒子は、エポキシ樹脂のような重合体結合剤 によって被覆され（図２）、あるいは混合され（図１）、物体の未焼成強度を得 るための仮の結合がこの重合体結合剤によってなされる。部分的レーザー焼結装 置において物体を照射している間に、重合体の表面溶解、金属／セラミック粒子 の浸透、および、引続く冷却時の粒子のペースト化によって、固化が行なわれる （図４）。従って、なんの化学反応もおこらない。その後、部分的レーザー焼結 装置の外で、重合体結合剤を熱処理で追い出し、その際、相当な高温で金属粒子 を一緒に焼結する（図５）。さらに、まだ多孔性である物体に低融点の２次金属 Ｄを浸透させ、最終的密度と強度を得る。同じ原理をもつ方法が、セラミック粉 末に関しても言える。 （Ｓｏｌｉｄ Ｆｒｅｅｆｏｒｍ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｍｐｏｓｉ ｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｘａｓａｔ Ａｕｓｔｉｎ，ａｓ ａｂｏｖｅ） 金属間結合も上記と同様に言えるが、それは、より強力なレーザーを必要とし 、ゆえに、製造のためにより高入力を必要とする。このようにして、製造した金 属あるいはセラミックの砂型鋳造のための消失モールドやコアとして使用するこ とは不可能である。 さらに、精密鋳造法のためのセラミックモールドは、可動ノズルから押し出さ れるケイ酸塩結合剤によって、セラミック粉末の部分的固化による、いわゆる直 接的シェル製造鋳造法に従って製造される（ｍｏｄｅｒｎ ｃａｓｔｉｎｇ Ｍ ａｒｃｈ １９９３，ｐｐ．５５ ａｎｄ Ａｕｇｕｓｔ １９９３，ｐｐ．３ ０／３１，Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｗｏｒｌｄ Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９９３，ｐ． ２３）。これは、望ましい場所で、結合剤成分Ｂを全体の表面に使用される基本 成分Ａに付加することによって、セラミック結合が部分的になされるという結果 を伴った化学反応である。よって、この方法で砂型鋳造方法のための、消失コア やモールドを作るのは、やはり不可能である。 さらに、溶解可能な粒子を使用することも公知のことである。そこでは、部分 的レーザー焼結方法に類似して、層状に塗布され、レーザーを使用して製造され るべき部分の輪郭に対応するそれぞれの層で溶解され、焼結によって該部品を形 成する。溶解可能な粒子は、樹脂、樹脂コーティングされた砂、あるいは溶解可 能な砂粒子を含む。後者の場合において、レーザーは、砂を溶解するのに十分に 強力でなければならない。そうして製造された物体は、砂型鋳造法において、消 失モールドやコアとして使用されることは知られていない（米国特許第４、２４ ７、５０８号）。 マスター成形型を使用しない生産的製造方法によって、セラミック以外の材料 から鋳造方法に適する消失型モールドやコアを製造することも知られてない。ゆ えに、マスター成形型を使用しないで製造されるこのような全てのモールドやコ アを鋳造法に使用することは精密鋳造法に限られ、マスター成形型（モールドや コアボックス）を使用せずに行なう高速鋳造方法は、広く使用される砂型鋳造方 法に全く利用されない。 熱硬化性成形材料が、製造産業でのコアとモールドを製造するために使用され ることは知られている。その際、生産されるコアとモールドは、ほとんど全て、 公知の鋳造材料を使用して鋳造される。これらの成形材料は、請求項１と２、そ して請求項１５による成形基本材料と、請求項４による結合剤と、そしてもし望 むなら、請求項１９による混合物からなる。しかしながら、ここまでは、これら の成形材料は、全体的に金属で出来ているモデル装置やコアボックスのようなマ スター成形型を使用してのみ、処理される（Ｆｌｅｍｍｉｎｇ／Ｔｉｌｃｈ：Ｆ ｏｒｍｓｔｏｆｆｅ ｕｎｄ Ｆｏｒｍｅｒｆａｈｒｅｎ，Ｄｔ．ｖｅｒｌ．ｆ ．Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄ．Ｌｅｉｐｚｉｇ／Ｄｔｕｔｔｇａｒｔ， １ｓ ｔ Ｅｄｉｔｉｏｎ １９９３，ｐｐ．３３３−３６７，ｓｅｅ ａｌｓｏ ｐ ．１０５ ｅｔ ｓｅｑ．）。 適用の下向き傾向（コアベイキング方法、上記文献のｐｐ．３３３−３３８参 照）の例外を無視しても、問題は、化学的に硬化する結合剤システムを用いて、 外部の熱供給によって化学的硬化反応を開始し、進行させる方法である。硬化反 応には関係せず、化学的に不活性であるモールド基本物質Ａは、化学的な反応結 合剤Ｂを混合され（図１）るが、それで被覆されても良い（図２）。 成形材料として鋳造に使用される全ての物質、すなわち、シリカ粒、（低純度 の石英、高純度の石英、クリストバル石、鱗石英、あるいはアモルファス石英の ような鉱物の形において）ジルコニア粒、カンラン石粒、クロム鉄鉱粒あるいは カーボンサンド、シャモットあるいはコランダムが適している。モールドの基本 物質は、粉末、粒状、あるいは粒状になったものであり、円形、不規則な形ある いは破砕粒からなる。さらに、その物質は、新しいものでも、使用済みの成形材 料から再生されたものでも、あるいは、単なる再利用のものでもよい。それは、 非常に狭い、あるいは広い粒状サイズ分布を有する、すなわち、その粒状の特性 は、人工的な単体粒、あるいは、自然の鉱床に存在する種々のコーンサイズの混 合に対応する。モールド基本物質に、上記の物質のあるものを混合することは可 能である。 種々の有機バインダは、熱間硬化法におけるバインダとして用いられる。適当 なものとしては、フェノール樹脂（ノボラックまたはレゾル）、フラン樹脂、尿 素樹脂、アミノ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、フルフルアルコール−尿素ホ ルムアルデヒド樹脂、フェノール変成フラン樹脂、フェノールホルムアルデヒド またはフルフルアルコールフェノールホルムアルデヒド樹脂がある。加熱による 硬化は、エポキシ樹脂バインダと、アクリル樹脂バインダからなる成形物材料シ ステムにおいても可能である。しかしながら、生産性の理由から、これらバイン ダは、実際には、ほとんどはガス（２酸化硫黄）硬化によって処理されている。 バインダの選択は、品質、工程、値段、および生産性の要求はもちろん、鋳造物 質と鋳造品の特性による。これらの要求を条件に、特殊な適用において必要な時 には、請求項１９による１つ以上の混合物が必要になる。特殊な適用はもちろん 、処理方法と利用できる方法に応じて、バインダは被覆あるいは混合工程の前に 、調整ないし溶解された液体、固体、粒状、あるいは粉末である。 硬化工程と、それゆえ、バインダ組織と成形基本物質を含む成形材料の固化は 、バインダシステムの化学反応によってなされる。成形基本物質（全成形材料の 約８５−９９％の量の部分）が、この反応に関係していない。根元的な硬化反応 は、外部加熱による樹脂の重縮合であり、この樹脂は、異なった温度で前もって 縮合されており、これによって、モールド基本物質成分Ａを含む固化された鋳造 物質の凝集力を与えるような、高度に３次元的に相互結合したマクロ分子が形成 されている。この重縮合反応は、不可逆的なものであり、このようにして得られ たバインダ成分Ｅ（図７）は、モールド基本物質成分Ａが化学反応と関係なく不 変のものであったにもかかわらず、元の形Ｂ（図１と図２）の特性とは化学的に 異なっている。 鋳造を行なう際に使用される、よく知られた熱硬化成形方法のうちの１つは、 Ｍａｙｅｒｓ Ｌｅｘｉｋｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｋ ｕｎｄ ｅｘａｋｔｅ Ｎａ ｔｕｒｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ，ｖｏｌ ２，Ｂｉｂｌｉｏ−ｇｒａｐｈ ｉｓｃｈｅｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ Ａｇ，Ｍａｎｎｈｅｉｍ １９７０，ｐ．１ １５０ ｅｔ ｓｅｑ．，に記載されていて、クロニングによるシェルモ ールド鋳造方法であり、そこでは、モールドとコアを製造し、それによって樹脂 被覆された乾燥した注入可能な鋳造物質が、熱せられたマスター成形型の上ある いは中で硬化される。 この方法において、本質的に均一な厚さを有するシェル型モールド、いわゆる シェルがモデリング装置の助けをかりて製造され、そのようなシェルのそれぞれ ２つが鋳造のための鋳造モールド結合される。いわゆる金属のモデルプレート上 に装着された金属製のモデル品は２００乃至４００℃以下の温度のプレートを通 して予熱され、乾燥した注入可能なモールド物質（バインダ組織で被覆されたモ ールド基本物質からなる）がモデルプレート上に注がれる。モデルプレートから 供給される熱によって行なわれ、熱伝導に有用な時間と比例した、一定の深さま で成形材料の中に導入される成形材料中で、上述した化学硬化反応（一定の相互 結合への重縮合）が始まり、進行したあと、過剰な成形材料が流し出されて、そ の残った層（シェル）は、結局、裏側からの付加的な熱供給、（例えば、ガスバ ーナーによる）の下で硬化し、その際、シェルの片方がモデル装置から除去され る。同様な原理によって、（中空）シェルコアが、製造される。その際、熱入力 が外側の輪郭を通してコアボックスから得られ、内部に残っている未硬化の鋳造 素材が流し出される。その後、２つのシェルのそれぞれ半分は、もし必要なら付 加的コアも、鋳造モールドに組み合わされ、もし、望むのであれば、一緒にのり 付けあるいは、クランプ結合し、そして／あるいは、後方を埋めて、鋳造の準備 ができる。鋳造工程の間、樹脂は燃焼し、そのあと、砂が簡単に鋳造品から除去 できる。 さらに公知の砂型鋳造方法は、上記の文献に述べられているフラスコモールド 方法である。 通常、複雑な砂の鋳造品用のモールドは、シェルモールドのこの半割体と、そ の中にある１つあるいはいくつかのコアを有するマルチパートモールドボックス からなる。モールドのそれらの要素の各１つは、単純な形でなければならない。 その結果、それぞれは、製造後、コアボックスから除去され、モデルプレートか ら取り外される。この単純化を強制することによって、必要なコアの数は増加す ることになる。例えば、モーターのシリンダーヘッドのような複雑な鋳造品を製 造するために、５から２０の間の単一コアが必要であり、それらは、それぞれが ２つのモールドボックス中に配置されるか、あるいは前もってコアパックにまと められる。 公知の方法は、以下のような欠点を有している： １．少なくとも１つの２片コアボックスがそれぞれのコアのために製造されな ければならず、それは、特に原形成形段階で、非常に時間と手間がかかる。加熱 可能なモデルプレートがシェルモールドに必要である。 ２．コアとコアの間、あるいはシェルモールドとコアとの間のそれぞれの結合 は、余裕を有しているので、精密な鋳造品を作るためには、全体的な構造の精度 が十分でない。 ３．それぞれのコアの位置を規定するための結合部あるいは、コア支持部の構 造的な設計には、余分な出費がかかる。 シェルモールド鋳造方法において起こる化学反応は、温熱間硬化成形材料のグル ープの例において、より詳しく説明されるであろう。そして、以下に記述される 一般的な基本原理は、その他のバインダについては、修正が必要かもしれない。 ほとんどがノボラックタイプである石炭酸樹脂がシェルモールド材料用のバイ ンダとして使用される。それらは、すでに高度に相互結合した分子を有している 。樹脂を製造し、モールド基本物質を樹脂被覆する時に開始された相互結合工程 は、早期の段階で停止された。成形材料を被覆する時、６価テトラメチレンが混 合された。これはホルムアルデヒドのキャリヤーであり、熱の影響でそれを放散 する。このホルムアルデヒドは、熱の影響下で樹脂のさらなる硬化と相互結合を 引きおこす。樹脂は、元のＡ−レゾル状態（可融性）から、Ｂ−レジトル状態（ 可塑性）を通って、Ｃ−レジット状態（固化、非可融性）へと不可逆的に変態し 、上の最後の状態は完全には得られない。樹脂バインダの約１０から１５％が、 Ａ−レゾル状態と、Ｂ−レジトル状態で残り、成型品に、ある残留可塑性を与え 、これにより、鋳造の最中にモールド品を問題なく処理できることになる（たと えば、その品をマスター成形型から除去したあとすぐに、まだ仕上げが可能であ る）しかしながら、反応は、十分に進んで、不可逆的な硬化状態と、対応する高 強度を、ほぼ達成した。一般的に、熱処理は、それ以上必要ではない。それにも かかわら ず、そのような熱処理が、例えば、モールド品からガス状反応生成物と水蒸気の 最後の小量を除去して、そこで繊細な鋳造品中のガス欠陥を避けるために、行な われるならば（１５０から２５０℃の間の温度で数分）、その熱の影響によって 、モールド物質粒子間の可逆結合が解放されず、それによって、モールド品が破 壊されることなく、むしろ、不可逆的なＣ−レジット状態のより完全な硬化によ って強度を高めている。 ここで関係するモールド物質バインダの硬化に必要な熱エネルギーは、約２０ ０−４００℃の温度（バインダのタイプとモールド品の形状にもよるが）まで加 熱されたマスター成形型（外側モールドを製造するときはモデル；コアを製造す るときはコアボックス）を通して成形材料に侵入する。この熱の侵入は、外側か ら成形材料の深さ方向に熱伝導によって、行われる。ほとんどのモールド基本物 質は比較的低い熱伝導率であるために、この熱伝導は、時間のかかる方法で、一 方で工程の生産性と、他方で成形材料の特性の便利な調整に影響を与える。した がって、マスター成形型中に一定の時間滞留することが、モールド品の体積中に 熱を伝導させるために必要であり、この時間内に、熱放射コアボックスに直接隣 接していて、最も高い熱の影響にさらされているモールド品の外側シェルが、燃 焼してはいけない。成形材料の反応性は、成形材料の特性と処理パラメーターの 間の妥協を常に意味し、相応じて調整されなければならない。マスター成形型の 上述の温度と、たとえば直接的なガスフレームによる加熱を前提として、全体が 金属（大部分高張力スチール）で出来ている型の使用が可能である。 温間熱間硬化した成形材料を用いて、高度な寸法精度、一定の品質と良好な表 面品質といった良好な特性の鋳造品を得るために、これらの素材は、特に、自動 車産業、車輪製造、水力産業、および機械工業のための鋳造品の製造のように、 質の良い、上等な鋳造品のためのモールドやコアを製造する方法において広く使 用されている。これは、鋼鋳物はもちろん、アルミニウムや鋳鉄合金に言及され る。しかしながら、これらの成形材料を扱っているすべての鋳造業者は、顧客か ら注文された構成部品、原形型、小物類、サンプルなどを、これらすべての場合 、全体が金属で出来ているマスター成形型（モデルそして／あるいはコアボック ス）を作らなければならないので、高い費用で時間をかけて製造しなければなら ない という問題に直面している。モデル構造（木、あるいはエポキシモデル）の、安 価な方法は、成形材料の熱間方法の故に落され、そして、安価なモデル装置にお ける他の成形材料を用いたサンプル品の製造によれば、もはや、製造される鋳造 品の品質パラメーターに関する限り、それらサンプル品と熱硬化成形材料を用い た工業的規模の製造との間の比較は必要ないであろう。すなわち、全部金属で出 来ている型にかかわる費用や準備時間というものが、温熱硬化成形材料を用いて 作業する工場を競争相手の他のモールド方法に対抗して非常に不利な状態におく ことになる。さらに、鋳造およびフィーダーシステムの配置あるいは鋳造品の寸 法を変更してテスト鋳造を行うことが必要な時にはいつでも、工業的規模の製造 の技術的準備の面で、鋳造業者には高い費用と時間の浪費といった問題がおこる 。 精密鋳造法における迅速なモールドとコアの製造に関する上述の公知の方法を 砂型鋳造法に適用するのは、技術的理由から適当ではない。事実、砂型鋳造用に 設計された鋳造品は、（鋳造材料に関係なく）サイズ、容量、形状、複雑さ（内 部輪郭と、したがってコアの必要性）、要求される寸法精度、表面の品質と価格 に関して、完全に異なった鋳造品である。精密鋳造法によって製造されたサンプ ル品／原形は、砂型鋳造法による後の工業的規模の製造とは関係なく、それゆえ 、顧客にも（サンプルモーターのテストのためになど）鋳造業者にも（後の工業 的規模の製造の技術的準備のため）無用である。ステレオリトグラフィー、部分 的レーザー焼結、樹脂あるいは塗被紙で作られた層状の物体のような迅速原形製 作法の他の方法によって製造されたモデルは、低耐熱性と低熱伝導性のために、 温熱硬化モールド方法には適さない。従来のパターン製造ではない代替法は他に はない。この理由からして、全ての鋳造業者において、問題のすべてのパイロッ トテスト、サンプル製造などが、後の工業的規模の製造に対応した金属パターン をもって作られ、マスターモールド型を作るために必要な費用（単一コアボック スでは何千ドイツマルク、例えば、クランクシャフトを製造する機械で１００、 ０００マルク）と時間（単一コアボックスに約３週間、複雑な型、例えば、円筒 状のクランクシャフトに約１２−１６週間）に関する欠点を受け入れなければな らない。モデルサイクルと開発期間がますます短期化することに照らして、特に 鋳造製造方法は他の方法と比べてその競争力は悪化している。 それゆえ、温熱硬化成形材料を用いて砂型鋳造を行っている鋳造業者に成形法 を提供することが、請求されている本発明の目的であり、その成形法は、技術的 に工業的規模の製造に対応しているが、高価で時間を浪費するパターン形成、す なわち、マスター成形型を必要としない。この成形方法は個々の部品、原形およ びサンプル品を鋳造するための、また、鋳造業者自身における技術的な開発作業 用の砂型およびコアの製造に適用される。同時に、これらの鋳造業者の分類プロ フィールが、現在では普通である中サイズ、大サイズ、そして極端に大きいサイ ズのシリーズの製造からバッチサイズの個々の小片やジョブサイズの製造にまで 拡大され、高品質な鋳造品の付加的市場が開発される。この可能性は、製品開発 、テスト、構造上の修正、さらにはこのような鋳造品を使用している工業分野（ 例えば、自動車工業）における進歩の面での開発過程の急加速に役立つ。 本発明の目的は、１）迅速原形成形のための、新しく開発され、ほんの最近に なって利用可能になった方法と、２）従来の、実践的に証明されている鋳造成形 材料の中から適当な組み合わせ可能な進歩を発見し、温間硬化成形材料の鋳造品 を製造する方法を提供することであり、これによって以下に複雑な鋳型も迅速に かつ費用を節約した方法で製造され得る。 この目的は、請求項１から２６それぞれによる方法によって達成される。さら に、本発明の改良は、従属クレームによって規定される。 この方法の利点は、いかに複雑な鋳型でも、前もってパターン部品やコアモー ルドを作る必要なしに製造されるということである。この方法は、例えば、モー ター開発において原形型を作る時のように、少品数の複雑な部品が急に必要とな るような用途に特に適している。型構成を有するコアモールドとパターンプレー トの形成、コアの組み立て、およびコア全体を従来製造可能な部分のコアに分割 するために必要な作業が完全に欠落される。ようするに、相当な時間が節約され 、と同時に、全体のモールドの精度が増加する。 さらに、本発明の特徴と利点が、図面を参照した実施例の説明より明らかにな るであろう。図面において： 図１と図２は、請求項２と１５によるモールド基本物質Ａを請求項４と１９に よるバインダシステムと混合した状態（図１）と、それで被覆した状態（図２） からなる成形材料システムを示している。 図３は、図１と図２によるシステムが部分的レーザー焼結と引き続く焼成によ って処理され、特許資料からも分かるように、成分Ａが化学反応（即ち、精密鋳 造のためのセラミックシェルとコアの製造）に関与している時に形成される合成 物を示している。 図４は、焼成工程の前の図３による合成物の予備段階を示している。結合力は 、化学反応なしで成分Ｂの単なる焼結（融着、浸透、冷却、焼固）によって得ら れる。この合成物はまた、請求されている本発明（バインダ成分Ｂが、Ａ−レゾ ル状態とＢ−レジトル状態に残っていて、不可逆的にＣレジットに硬化しない） の中間段階（最終的な製品を意味せず、請求されていない）として存在する。 図５は、炉の中で燃焼し、成分Ｂを排出した後の成分Ａの分子から生成された 焼結した合成物を示している。いわゆる２次金属方法の中間段階が文献の中で知 られている。 図６は、低融点金属の焼結合成物中への浸透後、公知の第２次金属方法の最終 段階を示している。 図７は、本発明に従う請求項による方法の最終段階を示していて、不可逆的な 化学反応により樹脂バインダ成分Ｂ（状態Ｅを生成するため）が硬化し、モール ド基本物質成分Ａはそれに関与しない。ＡとＢは、従来の鋳造材料であり、Ｅあ るいは全体の合成物はそれぞれ、これまで普通にこの成形材料システムを処理す ることから知られ、鋳造に適していると証明されていた最終製品を形成する。 図８は、本発明の方法を行なうための装置の概略断面図である。 図８に示されているように、本方法を行なう装置は、頂部が開いていて上縁１ ａを有している容器１有している。容器１の中には支柱４があり、これは実質的 に平面で、水平な支持板５を有している。この支持板は、上端１ａと平行になる ように配置されていて、ここでは示されていない高さ調整装置によって垂直方向 の上下に移動され、位置づけられている。 硬化性成形材料３の層を支持板５上に供給し、その材料３の供給された層の表 面２を滑らかにするための図示されていない装置が、容器１の上方に配置されて いる。 形成されるべき鋳型６は、支持板５の上に配置されていて、硬化性成形材料の 複数の層６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，によって出来ていて、それぞれの層は支持板 ５に平行に伸びている。 赤外線レーザーとして方向付けた光ビーム８を発する照射装置７が容器１の上 方に配置されている。光ビーム８は、偏向装置、例えば回転鏡によって、偏向ビ ーム１０として容器１中の成形材料３の表面２に向けて偏向される。制御装置１ １は、偏向装置９を制御して、容器１中の成形材料３の表面２の所望の部分に偏 向ビームを向ける。制御装置１１は、鋳型６の層（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）を 凝固するための対応するデータを制御装置１１に与えるコンピューターに接続さ れている。 鋳型６を製造する方法は、以下のとおりである。初めに、所望の物体（モール ドとコア）の形状を３次元キャド（ＣＡＤ）システムによってコンピューターで 処理する。都合のよいことに、スタート点は、顧客によってデジタル形式でしば しばすでに提供されている、製造される鋳造品の構造である。 そのあと、製造されるべき鋳型６のデータは、得られたＣＡＤパターンデータ からコンピューターでの変換（反転）によって生成される。変換によって得られ たこれらのデータは、所望の鋳造品のネガティブを表す。後の鋳造品の内腔、す なわちコアもまた、ネガティブ形成するように考慮され、その後、鋳型を製造す る時にモールドシェルと一体となったコアとして製造される。 製造される鋳型のＣＡＤモデルにおいて、鋳造技術で要求される開口部に加え て、後の固化していない材料の除去あるいは排出を容易にするために、形成され る物体のなかに開口部が設けられる。これらの開口部は、材料を取り除くために 最も適している場所に設けられる。 一例として、内焼機関（旅客用車両、オートバイ）のクランクシャフトの製造 について、考える。使用される鋳造材料による収縮の量が、ＣＡＤシステムにお いて本来の鋳造品の構成に付加される。その後、鋳造品と鋳造システムを含む全 体の形状が完全に記載されるまで、鋳造技術で要求される形状の修正、例えば、 供給装置と完全なゲートシステムの追加など、がなされる。もし、製造される型 が、予め作られるか、あるいは購入された部品（例えば、ベースプレート、ラン ナーゲート、発熱フィードキャップ、モールドの外側部品など、また、もし望ま れれば、コアや、チルフォームなども）を用いて後で完成されるのであれば、こ れらの部品は、この時点では、未決のままに置かれねばならない。最終的に形成 される形状が、製造されるモールドあるいはコアの（製造される鋳造品あるいは 外側と内側の輪郭に対応する部品のネガティブの）形状を得るために、ＣＡＤシ ステムで変換される。モデルパターンを描く必要がないので、リフトスロープが 余分なものになり、それにより、製造される鋳造品は完成寸法により近いものと なり、後の鋳造品の加工が省略される。さらに、モールド物質バインダの分解に よって生成されるガス状の反応生成物の排出のために必要な通気孔導管が、構造 的にモールド品のなかに設けられてもよい。ある場合、もし固化していない流出 可能な成形材料が、（例えば、前もって作られたベースプレート、あるいは購入 したランナーゲートなどによって）後で閉鎖される大きい開口部を通して完成モ ールドから排出できるなら、分割されない型が製造されてもよい。このように、 半分の形のそのものの、およびそれらの間の余裕と遊びが不要となり、鋳造品が より精密な形状誤差をもって作られる。この一体的でそれゆえ実質的により精密 な製品は、型から取り外す必要のために通常組み合わされる多くの単一部品の形 で、従来は、製造されなければならないコアに対して、それか仮に非常に複雑な 形状であっても、通常使用されるであろう。 その後、この物体即ち製造されるべき鋳型６の形状は、使用される成形材料の 粒子の大きさに調整される厚さ（例えば、平均の粒子の大きさの２倍）を有する 層にコンピューターで分解され、焼結装置に移される。成形材料がこの焼結装置 中に満たされる。作業空間は、請求項３と８による成形材料バインダの軟化温度 より、２、３度下、即ち軟化区間の始まる温度に均一に加熱される。しかし、室 温の成形材料が、通常、使用されてもよい。調整された層の厚さに対応した成形 材料の層は、それぞれの高さ方向摩擦に従ったモールド／コアの横断面の形状の 要求にしたがって、可動鏡システムによってレーザーで部分的にスキャンされる 。それによって、照射された成形材料の粒子に十分な温度が得られ、成形材料の バインダ成分（図１と図２におけるＢ）請求項１におけるｂ）は硬化する。 この方法において、支持板５は容器１の中にまず、次のように配置される。即 ち、見込まれる層の厚さに正確に対応する距離が、容器１の中の支持板５の上側 と成形材料３の表面の間に存在する。その上に、成形材料３の層が、支持板５に 供給される。支持板５上の成形材料３の層は、照射装置７によって生成され、装 置９と制御装置１１を介して制御されたレーザービーム８と１０によって、鋳型 ６に対応する所定の場所で照射され、そこで、成形材料３は硬化し、鋳型に対応 する固体層６ａを形成する。その他の層６ｂ、６ｃ、６ｄの形成は、支持板５を それぞれの層の厚さに対応した分だけ下げて、成形材料をそれぞれの新しい層の ために供給して、更に鋳型６に対応する場所で照射することによって、連続して 形成される。それらの層は、０．１ｍｍから０．２ｍｍの厚さである。レーザー ビームで照射されない成形砂は固化せず、その上にある層を支持する。固化して いない成形砂は、その後で再利用できる。 照射時には、化学的硬化反応（重縮合など）を開始するのに十分なエネルギー が、硬化されるべき成形材料中に侵入するように注意が払われなければならない 。さもなければ、成形材料の分子は、表面焼結によってペースト化されるだけで あり、後の加熱作用（例えば、炉の中での外部からの硬化後処理において、多分 ２次硬化において）の下で、焼結合成物の分解による鋳造品の破壊を引き起こす 。適当な化学硬化メカニズムなしで製造される鋳造品は鋳造には使用できない。 例えば、もし、石炭酸樹脂を基本とした上述のシェル成形材料が、ここで、記 載された方法でレーザーによって照射され反応した場合、不可逆的硬化に必要な 入力エネルギーは、成形材料の色の変化を観察することによって、決定される。 照射のあとの成形材料の色として、暗い黄色ないし黄土色／明るい茶色が望ま しい。もし成形材料が明るい黄色のままであれば、Ｂ−レジトル状態とＣ−レジ ット状態には到達しておらず、粒子は一緒にペースト化されているだけで、その 合成物は熱の影響下において、Ａレゾル状態で残されている樹脂を再溶解するこ とによって簡単に分解されてしまう。黒に変わる暗い茶色は、バインダ力のない 燃焼樹脂バインダの特徴を表す。暗い黄土色から中間の茶色は、最大強度（完全 に硬化したこと）を表しているが、これらの部分は、２次硬化に必要な処理工程 には、あまりにも砕けやすいことを証明しているかもしれない。 このように、入力されるエネルギーを正確に選択することによって、バインダ の不可逆化学反応が開始され、成形材料の照射された粒子と接触する隣接物との 間の、強固な安定した結合が生成される。１層に照射したあと、物体が完成する まで、次の成形材料の層が適用され照射される。露出していない場所で、固化し ていない成形材料が、硬化されるべき成形材料の次に適用された層の支持として 残っているので、アンダーカットを作ることができる。 マスター成形型による公知の通常の方法に反して、温熱硬化鋳造成形材料の化 学反応に必要な入力エネルギーは、加熱されたマスター成形型に蓄えられている エネルギーの型中の成形材料への伝達、および熱伝導による成形材料への分配に よって得られない。しかし、それぞれの照射された成形材料の粒子を硬化するの に必要なエネルギーは、直接、制御されたレーザービームによって粒子に伝達さ れ、吸収されて、熱伝導方法を必要とせずにバインダの化学反応を始めるために 使用される。この指摘された部分的エネルギー入力とレーザービームの正確な制 御によって、極めて複雑な鋳造品の生産も、その形状の像のモデル、パターンと いったものの形において（ポジティブとネガティブとして）予め具体化した物体 の存在を要求することなく、可能になる。そして、鋳造品の製造にあらかじめ必 要なものは、単に、コンピューターにセットされているデータとしての幾何学的 形状の表示と、ここで説明した反応のメカニズムにより熱影響下で化学的に硬化 するアモルファス状流動性成形材料だけである。 完成した鋳型は、形状工程の終了後、周囲の緩い砂床から除去される。その型 の中の固化していない成形砂は、吸い取られ、流出され、あるいは、ランナーゲ ート開口部そして／あるいは、固体化していない砂を取り除くために特別に設け られたモールド６の開口部を通して、排出される。あとの鋳造工程において、鋳 造材料がこれらの開口部へ注入され、冷却されたのち、切り離され、あるいは取 り除かれる。 完成した鋳型は、表面品質の改善のために事後処理、例えば、熱的に後固化さ れる。モールド／コアの表面品質は、手作業の後処理、および被覆層の形成によ って改善され、強度は熱的後処理によって増加する。この後処理は、炉の中の高 温の空気で、（大きさにもよるが、約１５０から２５０℃で２、３分）あるいは 、マイクロオーブンによって、鋳造品を後固化するものである。従って、成形材 料 の硬化をおこす不可逆的な化学反応が可能な限り完全に進み、成形材料は可能な 最終的な強度に硬化される。これは、石炭酸樹脂シェル成形材料では、圧倒的に 大部分のバインダが、Ｃ−レジット状態に硬化され、可塑性に必要な部分のみが Ｂ−レジトル状態のままであることを意味している。 特に厚い壁のモールド品の問題は、そのモールド品を可能な限り完全に硬化す るために高エネルギー入力が必要とされ（もし、その使用が特に高い強度を必要 とした時、例えば、鉄の鋳造など）ることで、その入力エネルギーは、例えば、 それぞれの層の多数回の照射によって、特に小間隔でのスキャニングによって達 成される。このような場合において、入力エネルギーは、例外的に、硬化の予定 のない部分までも、成形材料中へ熱伝導を起こす規模のオーダーである。部品の 深さ方向へのこの熱伝導は、望ましくない場所で固化反応をおこし、それゆえ、 成形部の”成長”が進む。この結果は、もし、問題の部品において、それぞれの 層の横断面の外側の輪郭線は、バインダは部分的にこの外側の輪郭に沿って燃焼 する程に特に高い範囲で照射されれば、避けられる。成形品の外面のバインダが その結合力を回復不能なほど失っているので、この輪郭を越えて十分な熱伝導を 施したとしても、いかなる燃焼も起こらない。 後硬化、仕上げなどの後処理過程のあと、モールド／コアは、組み立て／完成 、そして鋳造のために準備される。クランクシャフトの例のモールドは、２つの 部分で製造される。大きさによって、レーザーによって照射されない成形材料の ２、３ミリメートルは分割層として供給されることで、両方の部分もまた同時に 製造される。もし、クランクシャフトの一塊の輪郭のオフセットで必要になれば （例えば、６つの円筒状のモーター）、モールドの片方ずつもまたクランクされ 、鋳造システムの部品としてインゲイト、クロスゲート、とフィードを含む。完 成後、モールド片は仕上げされ、フィードキャップを供給され、結合され、クラ ンプされ、その上にインゲイトファネルを張り合わせて備えられ、対等に置かれ 、鋳造金属の熱影響下で壊れた部分を埋め戻され、鋳造フレームあるいは鋳造ボ ックスとクランプあるいはそれに挿入され、必要ならロードされ、鋳造のために 用意される。ここに記載されている方法によって製造された成形品について、こ こでは記載されていないが、消失モールド、そして／あるいは消失コアに鋳造す る時に は一般的で公知のことである全ての技術が適用可能であり、これらの方法は、温 熱硬化成形材料から従来のやり方で、モールドとコアを製造する通常の方法に類 似してモールド品の後処理、鋳造に必要な付属品のモールド品の完成、結合（例 えば、コアパッケージに）、鋳造ボックスやフレームを受けるモールドへの挿入 、それ自身の鋳造を含んでいる。 この方法で製造されたモールド品は、砂型鋳造および低圧、重力ダイキャステ ィングにおいて、特に、コア、モールド、あるいはその部品として使用されるが 、それに限定されない。すべての公知の鋳造材料が、そのように製造されたモー ルド品に注入される。低融点の鋳造材料、例えば、アルミニウムシリコン合金の ような場合、石炭酸樹脂バインダの適当な修正が、シェル成形材料のモールド品 の従来の製造でなされたのと同じ方法で鋳造したあとの、成形材料の分解を改善 するために選択される。類似した方法において、請求項１９に記載されているい くつかの集合体が、燃焼を避けるために成形材料（例えば、マグネタイト）を処 理するときに、鋼鋳造合金に添加される。多くの場合において、鋳造供給システ ムの設計のための凝結模擬計算を実行することは、ごくわずかな経験的な鋳造デ ータが製造される原形鋳造部品について自然と入手できるので、さらに有利なこ とである。このような模擬計算に必要なコンピューター化の必要条件は、必須３ Ｄ−ＣＡＤ構造によってすでに、与えられている。それによって得られる最高の 鋳造と供給技術に関する知識は、最初の鋳造品の製造にすでに適用されていて、 それによって、開発時間が節約されてる。 クランクシャフト１の絶対的な大きさによって、約３つまでの小片が同時に１ つのモールドのなかで製造される。この例において、設計が完了したあとの最初 の鋳造品の出荷時間が約２０週間から減って、約２、３日から約２週間になる。 もし、構造の修正がテストの途中でおこなわれたら、恐らく、これらの修正はＣ ＡＤシステムにおいて何時間かで実現され、新しい鋳造品に２、３日で置き換え られ、それによって、製品開発時間が恐ろしく削減される。もし、構造が完全で あったら、従来のマスター成形型が、パイロット製造や工業的規模の製造のため に以前のように作られるであろうが、この型を修正したり、いくつかの修正のあ と、廃棄する必要性はもはやない。 たとえば、石炭酸樹脂で被覆されているシリカサンドから成る、鋳型砂のよう な温硬化成形材料は成形材料３として使用される。この方法における成形材料３ を硬化する方法は、レーザービームによって始まるシリカ粒子の樹脂被覆上への 化学的固定方法に基づいている。この方法は、バインダシステムの熱的に誘導さ れる不可逆的な化学反応にあるという点で、公知の焼結方法とは基本的に異なっ ている。成形材料を部分的硬化している時、固化は、樹脂硬化によってのみ得ら れる。成形材料の約９０から９５％を形成している砂は、硬化工程で起こってい る化学反応とは決して関係ない。米国特許第４，２４７，５０８号に記載されて いる砂融解法より優れた点は、相当低パワーのレーザーが必要なだけであり、硬 化材料の収縮や歪みといった問題は、実際起こらないか、あるいは、大幅に削減 されていることである。樹脂材料中で起きている反応は、単に、レーザーによっ て開始され、後熱処理によって終わるので、その結果、完全な樹脂の硬化が生ず る。鋳造品の鋳造の時に、後で樹脂が燃焼され、未処理の砂は鋳造品から取り除 かれる。 図８に示されているように、将来の鋳造品の内腔２０、鋳型６のいわゆるコア が鋳型６と同時に、この方法で製造され、その中に統合される。それ故、従来の ようにシェルモールド中にコアを配置することはなくなる。 その利点は、成形砂を、取り付け精度の低下原因となる１つあるいは複数のコ アを挿入、あるいは、配置を行う時に成形砂を廃棄する公知の方法に比べて高度 に正確であることである。 複雑な全体のコアのために、複数の個々のコアを製造することが省略されるの で、原形を作る時に相当な時間が節約される。たとえば、レーザー焼結により自 動車のためのオイルポンプハウジングの原形用の砂型製造するには約３０時間を 必要とするのに対して、公知の砂型鋳造方法でモデル装置とコアボックスを作る ためには、約４週間かかると見なければならない。 この方法の変更は可能である。たとえば、２片からなる砂型を製造してもよく 、それらは、後で従来の方法と同じ方法で結合される。さらに、これまでいくつ かの単一コアへの分解と後でコアパッケージへの組み立てが要求されてきた、既 存の消失型コアあるいは永久モールドに対して、１品として複雑なコアを製造す る ことも可能である。固化していない成形砂は、砂型に後で開けられた孔を通じて 取り除くこともできる。 この方法が可能な成形材料は、また、ジルコニア砂、カンラン石、クロム砂、 石粉、コランダム、あるいは炭素砂の純粋な形、あるいは１つあるいはいくつか のその他の材料とある割合で混合した形のものであり、対応する適当なバインダ を与えられている。通常、バインダは、砂を混ぜた分離した粒子の形はもちろん 、砂の被覆として使用可能な温熱硬化樹脂バインダである。適当な樹脂の例とし て、それぞれが液体、固体、粒状、あるいは粉末の形のフェノル樹脂の外に、フ ラン、尿素あるいはアミノ樹脂、ノボラックあるいはレゾール、尿素ホルムアル デヒド樹脂、フルフルアルコール尿素ホルムアルデヒド、フェノル変成フラン樹 脂、フェノルホルムアルデヒド樹脂、フランアルコールフェノルホルムアルデヒ ド樹脂、アクリル樹脂、アクリル変成フェノル樹脂、あるいはポリアクリル樹脂 が挙げられる。エポキシ樹脂もまた、使用される。エポキシ樹脂は現在、鋳造に 使用されているが、アミンガスによって硬化される。本発明に従って、熱的にエ ポキシ樹脂を硬化する時、最終的な強度までの瞬間的に硬化できる利点がある。 上記の硬化樹脂の１つによって被覆され、あるいはそれと混合される金属ある いはセラミック粉末あるいは粒からできている成形材料もまた、鋳型あるいはモ デルの製造に、あるいは、鋳造ダイスの製造にさえも使用される。 異なったバインダ材料は、また、電磁気照射に対して異なった吸収能力を有す るので、それぞれのバインダ材料の吸収率に適応した異なった波長を使用して、 鋳型を部分的に後硬化することは、望ましい後処理である。鋳型の後硬化は、例 えば、マイクロ波炉中でマイクロ波を照射することによってなされる。しかしな がら、例えば、いくつかの後硬化方法、例えば、ＵＶ照射、マイクロ波照射ある いは加熱を、次々と、あるいは同時に、使用することも可能である。 この方法を行なうための装置は、レーザー焼結に使用可能ならば、どんな装置 でもよい。特に、成形材料を受ける容器を使用する必要はないが、成形材料は、 キャリアに直接層状に適用することができる。 要約すると、請求されている本発明では、砂型鋳造に従事している鋳造業者の 開発時間を大幅に削減することが可能である。同時に、これらの鋳造業者の分野 が、低鋳造量の領域で単一部品を鋳造することにまで拡大される。これは、本発 明によると、一般的に鋳造で使用されている温熱硬化成形材料が、選択された点 で、選択的にレーザーによって不可逆的化学硬化にもたらされることによって達 成される。そしてそこでは、成形基本物質が化学的に不活性のままで残り、鋳造 に適している複雑なコアとモールドがマスター成形型を使用せずに製造される。 使用されている成形材料システムの全ての成分が公知のもので、鋳造業者に長い こと試されてきているものであるという点が、本発明の特別な利点である。鋳造 中におけるそれらの働きは公知のものなので、付加的な危険性あるいは困難とい ったものは、市場の段階に入った時、この点においては、全く予想されない。 さらに本発明におけるいくつかの進展について言及する。もちろん、請求項３ 、７、８によるバインダシステムで、請求項２と４でそれぞれ述べられている成 形基本物質以外の物質の粒子を被覆しあるいは混合し、それらを上述のようにレ ーザーによって硬化することも可能である。これらは金属あるいはセラミック粒 子でも良く、そこにおいては、化学的不活性粒子Ａ（それぞれ、図１あるいは図 ２）が、その粒子Ａと関係ある焼結そして／あるいは化学反応によるよりも、む しろバインダシステムＢ（重縮合による）の不可逆的化学反応における図７に対 応した不可逆的に硬化されたバインダＥと粒子Ａとの合成物にもたらされるとい う事実から、従来技術を越えた進歩が得られる。こうして製造された物体は、鋳 造用の鋳造ダイスとして適しているが、それに限定はされない。 さらに、上述したバインダシステムと混合され、あるいは被覆された蒸気の成 形基礎材料をレーザーによる選択的方法あるいはスキャニングパターンよりむし ろ、マスクによって、２次元的に照射することも可能であり、それによって、同 じ硬化メカニズムが開始される。照射の前に、マスクは、実際の高さ座標に対応 して製造されるべき部品の横断面によって準備されなければならない。エネルギ ー源は、放射強度と波長に関して適当に選択されるべきである。もし、機械中に 存在しているいくつかの構築場所における、同じ成形材料層が、次の横断面のた めにマスクが準備される前に準備されたマスクを通して連続して照射されるなら ば、本発明のこの実施例は、特にジョブサイズの製造に適している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｂ２２Ｃ 1/22 7454−4Ｋ Ｂ２２Ｃ 1/22 Ｃ 7454−4Ｋ Ｂ 9/10 7454−4Ｋ 9/10 Ｎ 7454−4Ｋ Ｐ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ (72)発明者 ランゲル，ハンス ドイツ連邦共和国 デー―82166 グレー フェルフィンク アム バーセルボーゲン 46 (72)発明者 ヴィルケニング，クリスティァン ドイツ連邦共和国 デー―86911 ディー セン オーベラー アンゲル 14 (72)発明者 ケーラー，ペーター ドイツ連邦共和国 デー―82152 マルテ ィンスリート ケプラーベーク ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 物体の横断面に対応した場所への電磁照射によって、粉末状の成形材料の 相の連続固化によって３次元物体を製造する方法において、 ａ）成形材料が電磁照射の下では化学的に不活性であるような第１材料と、電磁 照射の下で、材料の中でおこっている化学的過程によって固化可能である第２材 料から成り、 ｂ）電磁照射が制御されて、化学的固化過程が第２材料の中でおこり、成形材料 が固化されることを特徴とする方法。 ２． 請求項１による方法において、第１材料ａ）が、純粋な形、あるいは１つ あるいはいくつかの他の粒状あるいは粉末状の材料とある割合で混合したシリカ 砂、ジルコニア砂、カンラン石砂、石粉、コランダム、炭素砂、シリカ材料ある いは他の鉱物材料から成ることを特徴とする方法。 ３． 請求項１による方法において、第１材料が金属あるいはセラミック粉末か らなることを特徴とする方法。 ４． 請求項１から３のいずれかによる方法において、第２材料が、フェノル樹 脂、フラン樹脂、尿素樹脂あるいはアミノ樹脂、ノボラックあるいはレゾール、 尿素ホルムアルデヒド樹脂、フルフルアルコール尿素ホルムアルデヒド樹脂、フ ェノル変成フラン樹脂、フェノルホルムアルデヒド樹脂、フランアルコールフェ ノルホルムアルデヒド樹脂、アクリル変成フェノル樹脂、あるいは熱的に作用し 、液体、固体、粒状あるいは粉末の形をしていて、変成そして／あるいは溶解さ れ得るその他の樹脂から成ることを特徴とする方法。 ５． 請求項１から３のいずれかによる方法において、第２材料がエポキシ樹脂 、アクリル樹脂、あるいはポリアクリル樹脂から成ることを特徴とする方法。 ６． 請求項１から５のいずれかによる方法において、成形材料が、第２材料に よって被覆されている第１材料の粒子によって成ることを特徴とする方法。 ７． 請求項１から６のいずれかによる方法において、成形材料が、第１材料の 粒子と第２材料の粒子の合成物から成ることを特徴とする方法。 ８． 請求項１から７のいずれかによる方法において、照射が、物体の横断面に 対応する各層の点に変更されるレーザービームによって行われることを特徴とす る方法。 ９． 請求項１から７のいずれかによる方法において、照射が、固化される層の 場所において放射を透過するようなマスクによっておこなわれる２次元照射であ ることを特徴とする方法。 １０． 請求項１から９のいずれかによる方法において、電磁照射の波長がＵＶ の領域にあることを特徴とする方法。 １１． 請求項１から９のいずれかによる方法において、照射の波長がＩＲの領 域にあることを特徴とする方法。 １２． 請求項１から１１のいずれかによる方法において、電磁照射の照射時間 そして／あるいは密度が選択されて、硬化される成形材料への電磁照射の入力エ ネルギーが、第２材料の中で化学的硬化過程が開始するのに十分であり、一方、 第１材料は反応しないことを特徴とする方法。 １３． 請求項１２による方法において、化学的硬化過程が、もし必要であれば 、成形材料の色の変化と照射時間そして／あるいは密度が再調節されることで制 御されることを特徴とする方法。 １４． 請求項１から１３のいずれかによる方法において、製造される物体が、 鋳型（６）そして／あるいは鋳型のコアであることを特徴とする方法。 １５． 請求項２から１４のいずれかによる方法において、第１材料が、部分的 にあるいは完全に、請求項２による既に使用された、再生された、あるいは再生 されていない材料からなり、接着材料が化学的に第２材料と反応することを特徴 とする方法。 １６． これより前の請求項のいずれかによる方法において、固化が、空気、酸 素あるいは空気中の不活性ガスの中で選択的に行われることを特徴とする方法。 １７． これより前の請求項のいずれかによる方法において、通常の圧力、過圧 、あるいは低圧が選択的に固化に使用されることを特徴とする方法。 １８． 請求項６から１７のいずれかによる方法において、冷被覆、温被覆、熱 被覆あるいは融解被覆の方法のうちの一つが被覆に使用されることを特徴とする 方法。 １９． 請求項６から１８のいずれかによる方法において、第１材料と第２材料 を混合し、あるいは第２材料で第１材料を被覆する工程中に、１つあるいはいく つかのアグリゲート、たとえば、加速器、酸、鉄酸化物、離型剤、アンモニア塩 、６価メチレンテトラミン、ヘキサミン、尿素、マグネット、ヘマタイト、ステ アリン酸カルシウム、グリセリン、水あるいは溶媒が加えられることを特徴とす る方法。 ２０． これより前の請求項のいずれかによる方法において、セグメント、シェ ル、マスク、あるいは他のモールドとコアの部品が製造されて消失型と結合し、 鋳造ダイスあるいはコアあるいは製造されるそれらの部品が、他の方法を使用し 、同じあるいは他の材料でできていることを特徴とする方法。 ２１． これより前の請求項のいずれかによる方法において、モールドとコアが 、未分割あるいは、１つあるいは複数の分割、後の場合では、結合の状態で選択 的に製造されることを特徴とする方法。 ２２． これより前の請求項のいずれかによる方法において、複数の部分的に異 なったモールドとコアが同時に製造されることを特徴とする方法。 ２３． これより前の請求項のいずれかによる方法において、製造されたモール ドそして／あるいはコアが使用前に完成していて、鋳造技術に必要な、同じある いは異なった方法で同じあるいは他の材料で作られた付属品を有していることを 特徴とする方法。 ２４． これより前の請求項のいずれかによる方法において、製造されたモール ドそして／あるいはコアに、使用前に被覆が施されることを特徴とする方法。 ２５． これより前の請求項のいずれかによる方法において、製造されたモール ドそして／あるいはコアが、鋳造の強度と適性を改善するために、熱的に後処理 され、第２材料のより完全な硬化が達成されることを特徴とする方法。 ２６． 温間硬化成形材料の鋳型製造のための方法において、 製造される鋳型（６）のコンピューターモデルを生成し、 コンピューターモデルに対応して制御された電磁照射によって、鋳型（６）に 対応するそれぞれの場所の温間硬化成形材料（３）の個々に置かれた層（６ａ， ６ｂ，６ｃ，６ｄ）が連続して固化する段階を有する方法。 ２７． 請求項２６の方法において、鋳造砂が成形材料（３）に使用されること を特徴とする方法。 ２８． 請求項２７による方法において、鋳造砂が、フェノル樹脂の被覆を施さ れているシリカ砂であることを特徴とする方法。 ２９． 請求項２６から２８のいずれかによる方法において、集積コアを有する 鋳型が製造されることを特徴とする方法。 ３０． 請求項２６から２９のいずれかによる方法において、鋳型（６）が１片 でできていることを特徴とする方法。 ３１． 請求項２６から３０のいずれかによる方法において、鋳型（６）がラン ナーゲイトを含んで製造されることを特徴とする方法。 ３２． 請求項２６から３１のいずれかによる方法において、未固化成形材料（ ３）が、固化後、鋳型に設けられている開口部から取り除かれることを特徴とす る方法。 ３３． 請求項２６から３２のいずれかによる方法において、コアが別々に製造 されることを特徴とする方法。 ３４． 請求項３３による方法において、鋳型（６）用の１片コアが製造される ことを特徴とする方法。 ３５． 請求項２６から３４のいずれかによる方法において、レーザー照射が電 磁照射として使用されることを特徴とする方法。 ３６． 請求項３５による方法において、赤外線（７）放射が使用されることを 特徴とする方法。 ３７． 請求項２６から３６のいずれかによる方法において、鋳型が熱的に後硬 化されることを特徴とする方法。 ３８． 請求項２６から３７のいずれかによる方法において、鋳型がマイクロ波 照射によって後固化されることを特徴とする方法。 ３９． 請求項３２から３８のいずれかによる方法において、開口部が、鋳型（ ６）のコンピューターモデルを生成する時に生成されることを特徴とする方法。 ４０． 請求項２７から３９のいずれかによる方法において、成形砂が、それぞ れ適した温熱硬化樹脂バインダとして供給されるシリカ砂、ジルコニア砂、カン ラン石、クロム砂、石粉、コランダム、あるいは石炭砂、あるいは石英の産物を 有することを特徴とする方法。 ４１． 請求項４０による方法において、温熱硬化樹脂バインダが、それぞれが 液体、固体、粒状、あるいは粉末である、フランのグループの樹脂、尿素あるい はアミノ樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、フルフルアルコール尿素ホルムアル デヒド樹脂、フェノル変成フラン樹脂、フェノルホルムアルデヒド樹脂、フルフ ルアルコールフェノルホルムアルデヒド樹脂、アクリル変成フェノル樹脂、アク リル樹脂、あるいはポリアクリル樹脂であることを特徴とする方法。 ４２． 請求項４０による方法において、エポキシ樹脂が樹脂バインダとして使 用されることを特徴とする方法。 ４３． 請求項２７から４２のいずれかによる方法において、レーザーによって 化学反応が始まった鋳造砂の固化が樹脂の中でおこり、鋳造砂は化学的に反応に 関係ないことを特徴とする方法。 ４４． 請求項１から４３のいずれかによる方法において、成形材料が乾燥して いて、注入可能であることを特徴とする方法。