WO2015137232A1 - 中子の製造方法、及び該中子の製造方法によって中子を取得するタービン部材の製造方法 - Google Patents

中子の製造方法、及び該中子の製造方法によって中子を取得するタービン部材の製造方法 Download PDF

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    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the core for precision casting (core material) used when manufacturing parts such as moving blades and stationary blades for gas turbines is formed by precision casting using ceramics or the like.
  • precision casting methods include a slip casting method and an injection molding method.
  • the slip casting method forms a core by pouring a slurry in which ceramic powder is mixed with water into a gypsum mold and drying it.
  • a mold is prepared, and a pellet-shaped injection molding raw material prepared from ceramics or the like is heated by an injection molding machine and poured into the mold.
  • the core is formed by cooling the mold.
  • the core manufacturing method There are other additive manufacturing methods as the core manufacturing method.
  • a material powder such as ceramics arranged in layers is irradiated with a laser to selectively solidify only necessary portions from the layer.
  • a layer irradiated with the laser is used as a first layer, and a new material powder is disposed thereon to form a second layer.
  • the second layer is also irradiated with a laser so as to selectively solidify only the necessary portion, and bonded to the portion solidified by the first layer.
  • a core is manufactured by impregnating a ceramic core formed by such a layered manufacturing method into a ceramic reinforcing liquid and then sintering.
  • a desired cast product is manufactured by performing injection molding using the core.
  • the layered manufacturing method may have a lower strength than a method of forming using a mold such as a general mold.
  • the present invention provides a core manufacturing method capable of manufacturing a core with improved strength while being molded by the additive manufacturing method.
  • a method for producing a core includes a coating step of coating an organic binder on a surface of the large particles by adding an organic binder to a large particle group including large particles containing silica, and the coating After the step, the large particle group and a small particle group composed of small particles containing silica and having a smaller particle diameter than the large particle, and after the mixing step, the large particle group and the small particle group A layered modeling step of forming a molded body by a layered modeling method using a mixture with a particle group, and a sintering step of sintering the molded body after the layered modeling step.
  • the organic binder is thermally cured by applying heat in the additive manufacturing process, the sintering process, and the like, and the large particles can be bonded to each other through the organic binder. Therefore, the bond strength between the particles can be improved by the organic binder.
  • Small particles having a small particle size are mixed in a large particle group of large particles coated with an organic binder. Therefore, small particles having a small particle diameter enter between adjacent large particles, and a dense structure can be formed as a mixture. Therefore, the bond strength between the particles can be further improved.
  • the particle size of the small particles can be kept smaller, and the small particles can be bonded so that the center position approaches the large particles.
  • a complex three-dimensional core can be easily manufactured by forming such a mixture in the additive manufacturing process and sintering in the sintering process. That is, it is possible to easily produce a core with improved strength while forming a complicated shape by increasing the bonding strength between particles.
  • the above core manufacturing method may include an impregnation step of impregnating the molded body with an impregnating agent between the additive manufacturing step and the sintering step.
  • a turbine member manufacturing method comprising: obtaining a core by the core manufacturing method; solidifying molten metal supplied between the core and the mold; Removing a child to obtain a turbine member having a hollow portion.
  • the strength can be improved while being molded by an additive manufacturing method.
  • the core manufacturing method S1 is a method for manufacturing a core to be used when a cast part or the like is created using the additive manufacturing method.
  • the core manufactured by this method is used in a manufacturing method for manufacturing turbine members such as turbine stationary blades, turbine rotor blades, split rings, and combustor parts.
  • turbine members such as turbine stationary blades, turbine rotor blades, split rings, and combustor parts.
  • this turbine member manufacturing method after obtaining the core manufactured by this method and solidifying the molten metal supplied between the mold and the core installed in the mold, And obtaining a turbine member having a hollow portion by removing the core. That is, in the turbine member manufacturing method, after supplying molten metal to the mold, the core is removed to manufacture a turbine member having a hollow portion corresponding to the core.
  • the core manufacturing method S1 is a method of manufacturing a core to be used when a cast part or the like is created using an additive manufacturing method.
  • the core manufacturing method S ⁇ b> 1 in the present embodiment includes a premixing step S ⁇ b> 10 in which core sand composed of large particles having a plurality of particle sizes is mixed to generate a large particle group 10,
  • a coating step S20 for coating the large particle group 10 with the organic binder 20 After the coating step S20, the core sand composed of the large particle group 10 and the small particles 31 smaller in size than the large particles.
  • a mixing step S30 for mixing the small particle group 30.
  • the manufacturing method S1 of the core in the present embodiment is a layered modeling step of forming a molded body 41 by a layered modeling method using the mixture 40 of the large particle group 10 and the small particle group 30 mixed after the mixing step S30.
  • S40 an impregnation step S50 in which the molded body 41 is impregnated with the impregnating agent 50 after the additive manufacturing process S40, and a sintering step S60 in which the molded body 41 is sintered after the impregnation step S50.
  • the premixing step S10 generates a large particle group 10 composed of large particles by mixing a plurality of types of core sand having different particle diameters as large particles containing silica.
  • the large particles in this embodiment are core sand having a particle size of 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, and preferably spherical core sand having a particle size of 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the first large particles 11 and the second large particles 12 are mixed as two types of core sand, thereby generating a large particle group 10 as shown in FIG.
  • the large particle group 10 composed of large particles containing silica to be produced is not limited to the combination of the present embodiment, and other materials may be used as long as they contain silica.
  • the large particle group 10 may use cristobalite as part of or all of fused silica and alumina as core sand of large particles to be mixed.
  • the organic binder 20 is added to the large particle group 10 composed of the large particle group 10 containing silica produced in the premixing step S10, and the surface of the large particle is coated with the organic binder 20.
  • an organic substance containing a phenol resin and aromatic amines is used as the organic binder 20.
  • coating step S20 of the present embodiment for example, coating is performed using a hot marling method or the like. Specifically, in the coating step S ⁇ b> 20, the large particle group 10 is charged into the rotating drum, and the organic binder 20 liquefied while rotating the rotating drum is injected and added toward the large particle group 10. Then, in coating process S20, the large particle group 10 in which the organic binder 20 was injected is cooled, and the organic binder 20 is coated on the surface of the first large particle 11 and the second large particle 12 as shown in FIG.
  • the large particle group 10 coated with the organic binder 20 in the coating step S20 and the small particle group 30 composed of the small particles 31 having a smaller particle diameter than the large particles are mixed.
  • the small particles 31 in the present embodiment are core sand having a particle size of 0.1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, and preferably spherical core sand having a particle size of 0.3 ⁇ m to 0.5 ⁇ m. .
  • the first large particles 11 as the powder of the large particle group 10 composed of fused silica and alumina coated with the organic binder 20 and the core sand of the small particles 31 are used.
  • the formed body 41 is formed by an additive manufacturing method using the mixture 40.
  • the molded body 41 is formed by a powder sintering additive manufacturing method using the additive manufacturing apparatus 1 using a laser as shown in FIG.
  • the additive manufacturing apparatus 1 includes a supply area 2 for supplying a powdery material, a modeling area 3 for forming a molded body 41, a roller 4 for feeding material from the supply area 2 to the modeling area 3, and a material for the modeling area 3. It has a scanning mechanism 6 that irradiates a laser supplied from a laser body 5 to an arbitrary position, a supply piston 7 that moves the supply area 2 up and down, and a modeling piston 8 that moves the modeling area 3 up and down.
  • this additive manufacturing apparatus 1 is used to feed the powder mixture 40 as a material from the supply area 2 to the modeling area 3 by the roller 4 one by one.
  • Mixture 40 is sent.
  • the one layer here is a predetermined depth at which the mixture 40 can be solidified by a laser emitted from the laser body 5 via the scanning mechanism 6.
  • a laser emitted from the laser body 5 is irradiated to a necessary range according to the shape of the molded body 41 to be molded with respect to the mixture 40 sent to the modeling area 3 through the scanning mechanism 6.
  • the mixture 40 in the portion irradiated with the laser melts and hardens.
  • the shaping piston 8 When the laser irradiation is completed, the shaping piston 8 is lowered by a depth corresponding to one layer, and the supply piston 7 is raised by the same depth.
  • the roller 40 again feeds the mixture 40 from the supply area 2 to the modeling area 3 by one layer, and the mixture 40 that is the second layer is arranged in the modeling area 3.
  • the mixture 40 is solidified by the layered modeling apparatus 1 to form and obtain a molded body 41 having an arbitrary shape.
  • the impregnation step S50 is performed between the additive manufacturing step S40 and the sintering step S60, and the formed body 41 is impregnated with the impregnating agent 50 to further harden the formed body 41.
  • a slurry containing ceramic is used as the impregnating agent 50.
  • the molded body 41 is impregnated in a decompression vessel, the air contained in the molded body 41 is extracted, and the impregnating agent 50 is press-fitted.
  • the impregnating agent 50 used here include a mixture of silica sol and silica and a mixture of silica sol and alumina.
  • the molded body 41 impregnated with the impregnating agent 50 is sintered to cure the molded body 41.
  • the particles of the mixture 40 of the molded body 41 are bonded to produce a core by sintering.
  • the sintering step S60 is performed at 1200 ° C. for 15 hours.
  • the large particle group 10 obtained by mixing the first large particles 11 and the second large particles 12 which are two kinds of large particles in the premixing step S10 is applied to the coating step S20.
  • the surface of the first large particles 11 and the second large particles 12 can be covered with the organic binder 20 by coating the liquid organic binder 20.
  • the organic binder 20 is thermally cured by applying heat in the additive manufacturing process S40, the sintering process S60, and the like, and the first large particles 11, the second large particles 12, and the first large particles are passed through the organic binder 20.
  • 11 and the second large particles 12 can be bonded to each other. Therefore, the bond strength between the particles can be improved by the liquid organic binder 20.
  • small particles 31 are mixed as core sand having a small particle size in the large particle group 10 of the first large particles 11 and the second large particles 12 coated with the organic binder 20. Therefore, the small particles 31 having a small particle size enter between the adjacent first large particles 11 and the second large particles 12, and a dense structure can be formed as a mixture. Specifically, even if the first large particles 11 and the second large particles 12 having large particles are mixed, a gap is generated between the particles. By mixing the small particles 31 smaller in size than the large particles, the small particles 31 are arranged so as to be embedded in the gaps, and are bonded to the first large particles 11 and the second large particles 12. As a result, in the produced mixture, the gaps between the particles are extremely small, and the particles can be bonded in a state having a dense and dense structure. Therefore, the bond strength between the particles can be further improved.
  • the particle size of the small particles 31 can be kept small. Accordingly, the small particles 31 can be coupled to the first large particles 11 and the second large particles 12 so that the center positions thereof are close to each other. Therefore, the mixture can be formed at a higher density, and the bond strength between the particles can be further improved.
  • a complex three-dimensional core can be easily manufactured by forming the mixture 40 using the mixture molding process S40 and sintering the sintering process S60. That is, it is easy to manufacture a core with improved strength while forming a complex shape by increasing the bonding strength between core sands that are the first large particles 11, the second large particles 12, and the small particles 31. Can be. Therefore, by performing the additive manufacturing process S40 using the mixture of the large particle group 10 coated with the organic binder 20 and the small particle group 30, it is possible to improve the strength while forming by the additive manufacturing method. it can.
  • the molded body 41 is impregnated with the impregnating agent 50, whereby the air contained in the molded body 41 is replaced with a slurry such as ceramic, and the molded body 41 is more A more precise structure can be obtained. Therefore, the bond strength between the particles can be further improved, and a core with improved strength can be produced.
  • the turbine member can be easily formed by casting using the core created by such a method.
  • the strength can be improved while molding by the additive manufacturing method by using a mixture of a large particle group coated with an organic binder and a small particle group.

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Abstract

　この中子の製造方法（Ｓ１）は、シリカを含む大粒子からなる大粒子群に有機バインダを添加して、前記大粒子の表面に前記有機バインダをコーティングするコーティング工程（Ｓ２０）と、コーティング工程（Ｓ２０）の後に、前記大粒子群と、シリカを含み前記大粒子よりも粒径の小さい小粒子からなる小粒子群とを混合する混合工程（Ｓ３０）と、混合工程（Ｓ３０）の後に、前記大粒子群と前記小粒子群との混合物を用いた積層造形法によって成形体を形成する積層造形工程（Ｓ４０）と、積層造形工程（Ｓ４０）の後に、前記成形体を焼結する焼結工程（Ｓ６０）と、を含む。

Description

中子の製造方法、及び該中子の製造方法によって中子を取得するタービン部材の製造方法
　本発明は、中子の製造方法、及び該中子の製造方法によって中子を取得するタービン部材の製造方法に関する。
　本願は、２０１４年３月１２日に出願された特願２０１４－０４９２２７号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ガスタービン用の動翼、静翼などの部品を製造する際に用いられる精密鋳造用中子（中子材）は、セラミックス等を用いて精密鋳造法によって形成される。このような精密鋳造法としては、スリップキャスト法や射出成形法等がある。スリップキャスト法は、石膏型にセラミックスの粉末を水などに混ぜたスラリーを流し込んで乾燥させることで中子を成形する。射出成形法は、金型を作成し、セラミックス等から作成したペレット状の射出成形用原料を射出成形機によって加熱して金型に流し込む。この金型を冷却することで中子が成形される。
　中子の製造方法としては、他にも積層造形法が挙げられる。積層造形法では、層状に配置されたセラミックス等の材料粉末に対してレーザを照射して、その層の中から必要な部分のみを選択的に固化させる。その後、レーザを照射した層を第一層として、この上に新たな材料粉末を配置して第二層を形成する。この第二層に対してもレーザを照射して必要な部分のみを選択的に固化させつつ、第一層で固化させた部分と接合させる。このような工程を繰り返すことで、積層造形法では、一層ずつ積層しながら目的とする三次元形状を有する中子を形成する。
　例えば、特許文献１に記載では、このような積層造形法で形成したセラミックコアをセラミック強化液に含浸させてから焼結することで中子を製造する。この中子を用いて、射出成形を行うことで所望の鋳造品を製造している。
特開２００４－３３０２８０号公報
　しかしながら、積層造形法では、一般的な金型等の型を用いて成形する方法に比べて強度が弱くなるおそれがある。
　本発明は、積層造形法によって成形しつつ、強度を向上させた中子を製造することが可能な中子の製造方法を提供する。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
　本発明の一の態様における中子の製造方法は、シリカを含む大粒子からなる大粒子群に有機バインダを添加して、前記大粒子の表面に前記有機バインダをコーティングするコーティング工程と、該コーティング工程の後に、前記大粒子群と、シリカを含み前記大粒子よりも粒径の小さい小粒子からなる小粒子群とを混合する混合工程と、該混合工程の後に、前記大粒子群と前記小粒子群との混合物を用いた積層造形法によって成形体を形成する積層造形工程と、該積層造形工程の後に、前記成形体を焼結する焼結工程と、を含む。
　このような構成によれば、積層造形工程や焼結工程等で熱を加えることで有機バインダが熱硬化し、有機バインダを介して大粒子同士を互いに結合させることができる。したがって、有機バインダによって粒子同士の結合強度を向上することができる。有機バインダがコーティングされた大粒子の大粒子群に、粒径の小さい小粒子を混合している。そのため、隣接する大粒子の間に粒径の小さい小粒子が入り込み、混合体として緻密な構造を形成することができる。そのため、粒子同士の結合強度をより向上することができる。加えて、小粒子には有機バインダでコーティングしないことで、小粒子の粒径をより小さいままとすることができ、小粒子を大粒子に対して中心位置が近づくように結合させることができる。そのため、より高密度にすることができ、粒子同士の結合強度をより一層向上させることができる。このような混合物を用いて積層造形工程にて成形し、焼結工程で焼結することで、複雑な三次元形状の中子を容易に製造することができる。即ち、粒子同士の結合強度を高めて、複雑な形状を成形しながら強度を向上させた中子を製造することが容易にできる。
　上記中子の製造方法では、前記積層造形工程と前記焼結工程との間に、前記成形体に含浸剤を含浸させる含浸工程を含んでもよい。
　このような構成によれば、焼結工程の前に含浸工程で、成形体を含浸剤で含浸することで、成形体の内部に含まれている空気を含浸剤によって置換し、成形体をより一層緻密な構造とすることができる。したがって、粒子同士の結合強度をより一層向上させることができる。
　本発明の他の態様におけるタービン部材の製造方法は、前記中子の製造方法によって中子を取得する工程と、該中子と鋳型との間に供給した溶融金属を凝固させた後に、前記中子を除去することで中空部を有するタービン部材を取得する工程と、を含む。
　このような構成によれば、容易にタービン部材を製造することができる。
　本発明によれば、有機バインダがコーティングされた大粒子群と、小粒子群との混合体を用いることで、積層造形法によって成形しつつ、強度を向上させることができる。
本発明の実施形態における中子の製造方法の工程を説明するフローチャートである。 本発明の実施形態における事前混合工程後の第一大粒子と第二大粒子とを説明する模式図である。 本発明の実施形態におけるコーティング工程後の第一大粒子と第二大粒子とを説明する模式図である。 本発明の実施形態における混合工程後の混合物を説明する模式図である。 本発明の実施形態における積層造形装置を説明する模式図である。 本発明の実施形態における焼結工程後の混合物の状態を説明する模式図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図１から図６を参照して説明する。
　中子の製造方法Ｓ１は、積層造形法を用いて鋳造部品等を作成する際に使用する中子を製造する方法である。本方法によって製造された中子は、タービン静翼、タービン動翼、分割環、燃焼器部品等のタービン部材を製造する製造方法に用いられる。具体的には、このタービン部材の製造方法では、本方法によって製造された中子を取得する工程と、鋳型とその内部に設置される中子との間に供給した溶融金属を凝固させた後に、中子を除去することで中空部を有するタービン部材を取得する工程と、を含む。即ち、タービン部材の製造方法では、鋳型との間に溶融金属を供給した後で、中子を除去することによって、この中子に対応する中空部を有するタービン部材を製造する。
　中子の製造方法Ｓ１は、積層造形法を用いて鋳造部品等を作成する際に使用する中子を製造する方法である。本実施形態における中子の製造方法Ｓ１は、図１に示すように、複数の粒径を有する大粒子からなる中子砂を混合して大粒子群１０を生成する事前混合工程Ｓ１０と、事前混合工程Ｓ１０の後で大粒子群１０に有機バインダ２０をコーティングするコーティング工程Ｓ２０と、コーティング工程Ｓ２０の後で大粒子群１０と大粒子よりも粒径の小さい小粒子３１からなる中子砂の小粒子群３０とを混合する混合工程Ｓ３０とを含む。本実施形態における中子の製造方法Ｓ１は、混合工程Ｓ３０の後で混合された大粒子群１０と小粒子群３０との混合物４０を用いた積層造形法によって成形体４１を形成する積層造形工程Ｓ４０と、積層造形工程Ｓ４０の後に成形体４１に含浸剤５０を含浸させる含浸工程Ｓ５０と、含浸工程Ｓ５０の後に、成形体４１を焼結する焼結工程Ｓ６０とを含む。
　事前混合工程Ｓ１０は、シリカを含む大粒子として粒径の異なる複数の種類の中子砂を混合することで、大粒子からなる大粒子群１０を生成する。ここで、本実施形態における大粒子とは、粒径が１０μｍ以上５０μｍ以下の中子砂のことであり、好ましくは粒径が２０μｍ～４０μｍの球状の中子砂である。本実施形態に事前混合工程Ｓ１０では、二種類の中子砂として第一大粒子１１と第二大粒子１２とを混合することで、図２に示すような大粒子群１０を生成する。具体的には、本実施形態に事前混合工程Ｓ１０では、第一大粒子１１として粒径３８μｍ程度の溶融シリカの粉末と、第二大粒子１２として粒径２０μｍ程度のアルミナの粉末とをボールミルを用いて混合する。事前混合工程Ｓ１０では、これらが混合された混合粉末として大粒子群１０を生成する。
　なお、生成されるシリカを含む大粒子からなる大粒子群１０は、本実施形態の組み合わせに限定されるものではなく、シリカを含んでいれば他の材料を用いてもよい。例えば、大粒子群１０は、混合する大粒子の中子砂として、溶融シリカ、アルミナの一部又は全てをクリストバライトとしてもよい。
　コーティング工程Ｓ２０は、事前混合工程Ｓ１０で生成されたシリカを含む大粒子群１０からなる大粒子群１０に有機バインダ２０を添加して、大粒子の表面に、この有機バインダ２０をコーティングする。本実施形態では、有機バインダ２０として、フェノール樹脂と芳香族アミン類を含む有機物が使用される。本実施形態のコーティング工程Ｓ２０では、例えば、ホットマーリング法等を用いてコーティングを実施する。具体的には、コーティング工程Ｓ２０では、回転ドラム内に大粒子群１０を投入し、回転ドラムを回転させながら液状にした有機バインダ２０を大粒子群１０に向かって噴射して添加する。その後、コーティング工程Ｓ２０では、有機バインダ２０が噴射された大粒子群１０を冷却し、図３に示すように、第一大粒子１１及び第二大粒子１２の表面に有機バインダ２０をコーティングする。
　混合工程Ｓ３０は、コーティング工程Ｓ２０で有機バインダ２０がコーティングされた大粒子群１０と大粒子よりも粒径の小さい小粒子３１からなる小粒子群３０とを混合する。ここで、本実施形態における小粒子３１とは、粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下の中子砂であり、好ましくは、粒径が０．３μｍ～０．５μｍの球状の中子砂である。具体的には、本実施形態に混合工程Ｓ３０では、有機バインダ２０がコーティングされた溶融シリカ及びアルミナで構成される大粒子群１０の粉末と、小粒子３１の中子砂として第一大粒子１１や第二大粒子１２と同じ材料で粒径の異なる粒子の粉末とを混合する。これにより、混合工程Ｓ３０では、図４に示すように、第一大粒子１１と第二大粒子１２との間に小粒子３１が混在する粉状の混合物４０を生成する。
　積層造形工程Ｓ４０は、混合物４０を用いた積層造形法によって成形体４１を形成する。本実施形態の積層造形工程Ｓ４０は、図５に示すようなレーザを用いた積層造形装置１を用いて粉末焼結積層造形法によって成形体４１を成形する。
　積層造形装置１は、粉状の材料を供給する供給エリア２と、成形体４１を形成する造形エリア３と、供給エリア２から造形エリア３に材料を送るローラ４と、造形エリア３の材料にレーザ本体５から供給されるレーザを任意の位置に照射する走査機構６と、供給エリア２を上下させる供給ピストン７と、造形エリア３を上下させる造形ピストン８とを有する。
　具体的には、本実施形態の積層造形工程Ｓ４０では、この積層造形装置１を用いて、材料として粉状の混合物４０が投入された供給エリア２から、ローラ４によって造形エリア３に一層ずつこの混合物４０が送られる。ここでいう一層とは、レーザ本体５から走査機構６を介して出射されるレーザによって混合物４０を固化することが可能な所定の深さである。その後、積層造形工程Ｓ４０では、造形エリア３に送られた混合物４０に対して成形する成形体４１の形状に応じて必要な範囲に走査機構６を介してレーザ本体５から出射したレーザが照射される。レーザが照射された部分の混合物４０は溶けて固まる。レーザの照射が終了すると、一層分に対応する深さだけ造形ピストン８を下降させるとともに、同じ一層分の深さだけ供給ピストン７を上昇させる。再びローラ４で混合物４０を一層分だけ供給エリア２から造形エリア３に送り、造形エリア３に二層目となる混合物４０を配置する。積層造形工程Ｓ４０では、これらの工程を繰り返すことで、積層造形装置１によって混合物４０が固化されて任意の形状の成形体４１を形成して取得する。
　含浸工程Ｓ５０は、積層造形工程Ｓ４０と焼結工程Ｓ６０との間に実施され、形成した成形体４１に含浸剤５０を含浸させて、成形体４１をさらに硬化させる。本実施形態の含浸工程Ｓ５０は、含浸剤５０としてセラミックが含まれたスラリーを使用する。含浸工程Ｓ５０は、減圧容器内で成形体４１を含浸させ、成形体４１の内部に含まれている空気を抜いて含浸剤５０を圧入する。ここで用いられる含浸剤５０には、例えば、シリカゾルとシリカの混合物やシリカゾルとアルミナの混合物が挙げられる。
　焼結工程Ｓ６０は、含浸剤５０を含浸させた成形体４１を焼結させて、成形体４１を硬化させる。本実施形態の焼結工程Ｓ６０は、焼結することで、図６に示すように、成形体４１の混合物４０の各粒子が結合して中子が製造される。具体的には、例えば、焼結工程Ｓ６０は、１２００℃で１５時間にわたって実施される。
　上記のような中子の製造方法Ｓ１によれば、事前混合工程Ｓ１０で二種類の大粒子である第一大粒子１１と第二大粒子１２とを混合した大粒子群１０に、コーティング工程Ｓ２０で液状の有機バインダ２０をコーティングすることで、第一大粒子１１及び第二大粒子１２の表面を有機バインダ２０で覆うことができる。この状態で、積層造形工程Ｓ４０や焼結工程Ｓ６０等で熱を加えることで有機バインダ２０が熱硬化し、有機バインダ２０を介して第一大粒子１１及び第二大粒子１２や第一大粒子１１同士や第二大粒子１２同士を互いに結合させることができる。したがって、液状の有機バインダ２０によって粒子同士の結合強度を向上することができる。
　本実施形態では、有機バインダ２０がコーティングされた第一大粒子１１と第二大粒子１２との大粒子群１０に、粒径の小さい中子砂として小粒子３１を混合している。そのため、隣接する第一大粒子１１と第二大粒子１２との間に粒径の小さい小粒子３１が入り込み、混合体として緻密な構造を形成することができる。具体的には、粒子の大きい第一大粒子１１と第二大粒子１２とを混合しても、各粒子間には隙間が生じてしまう。大粒子よりも粒径の小さい小粒子３１を混合することで、小粒子３１がこの隙間に対して埋め込むように配置され、第一大粒子１１や第二大粒子１２に結合することとなる。その結果、生成された混合体は、各粒子間の隙間が非常に小さくなり、密度の高い緻密な構造を有した状態で各粒子が結合することができる。そのため、粒子同士の結合強度をより向上することができる。
　加えて、小粒子３１に対して有機バインダ２０でコーティングしないことで、小粒子３１の粒径を小さいままとすることができる。したがって、小粒子３１を第一大粒子１１及び第二大粒子１２に対してその中心位置が近づくように近接させて結合させることができる。そのため、混合体をより高密度に形成することができ、粒子同士の結合強度をより一層向上させることができる。
　このような混合物４０を用いて積層造形工程Ｓ４０によって成形し、焼結工程Ｓ６０で焼結することで、複雑な三次元形状の中子を容易に製造することができる。即ち、第一大粒子１１や第二大粒子１２や小粒子３１である中子砂同士の結合強度を高めて、複雑な形状を成形しながら強度を向上させた中子を製造することが容易にできる。したがって、有機バインダ２０がコーティングされた大粒子群１０と、小粒子群３０との混合体を用いて積層造形工程Ｓ４０を実施することで、積層造形法によって成形しつつ、強度を向上させることができる。
　焼結工程Ｓ６０の前に含浸工程Ｓ５０で、成形体４１を含浸剤５０で含浸することで、成形体４１の内部に含まれている空気をセラミック等のスラリーによって置換し、成形体４１をより一層緻密な構造とすることができる。したがって、粒子同士の結合強度をより一層向上させることができ、より強度を向上させた中子を製造することができる。
　このような方法で作成した中子を用いて鋳造を行うことで、タービン部材を容易に形成することができる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
　上記中子の製造方法によれば、有機バインダがコーティングされた大粒子群と、小粒子群との混合体を用いることで、積層造形法によって成形しつつ、強度を向上させることができる。
Ｓ１          中子の製造方法
Ｓ１０        事前混合工程
１１          第一大粒子
１２          第二大粒子
１０          大粒子群
Ｓ２０        コーティング工程
２０          有機バインダ
Ｓ３０        混合工程
３０          小粒子群
３１          小粒子
４０          混合物
４１          成形体
Ｓ４０        積層造形工程
１            積層造形装置
２            供給エリア
３            造形エリア
４            ローラ
５            レーザ本体
６            走査機構
７            供給ピストン
８            造形ピストン
Ｓ５０        含浸工程
５０          含浸剤
Ｓ６０        焼結工程

Claims (3)

  1. 　シリカを含む大粒子からなる大粒子群に有機バインダを添加して、前記大粒子の表面に前記有機バインダをコーティングするコーティング工程と、
    　該コーティング工程の後に、前記大粒子群と、シリカを含み前記大粒子よりも粒径の小さい小粒子からなる小粒子群とを混合する混合工程と、
    　該混合工程の後に、前記大粒子群と前記小粒子群との混合物を用いた積層造形法によって成形体を形成する積層造形工程と、
    　該積層造形工程の後に、前記成形体を焼結する焼結工程と、
    　を含む中子の製造方法。
  2. 　前記積層造形工程と前記焼結工程との間に、前記成形体に含浸剤を含浸させる含浸工程を含む請求項１に記載の中子の製造方法。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の中子の製造方法によって中子を取得する工程と、
    　該中子と鋳型との間に供給した溶融金属を凝固させた後に、前記中子を除去することで中空部を有するタービン部材を取得する工程と、を含むタービン部材の製造方法。
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