DE69920340T2

DE69920340T2 - Kunststoffbeschichteter Sand und seine Verwendung bei einem Laminierungsverfahren

Info

Publication number: DE69920340T2
Application number: DE69920340T
Authority: DE
Inventors: Otsuka Toyota-shi Aichi-ken Yukio; Ozaki Toyota-shi Aichi-ken Motoaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2019-07-10
Also published as: JP2000024750A; DE69920340D1; JP3518726B2; US6335097B1; EP0972628B1; EP0972628A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen harzbeschichteten Schichtformungssand, der zur Schichtformung geeignet ist, und ein Schichtformungsverfahren, welches den harzbeschichteten Schichtformungssand verwendet.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den vergangenen Jahren wird die Entwicklung der Schichtformungstechnik (wie sie zum Beispiel in der US 4 247 508 offenbart ist) vorangetrieben. Bei dieser Schichtformungstechnik werden ein Sandauftragungsschritt, in dem ein harzbeschichteter Sand aufgebracht und eine Sandschicht gebildet wird, und ein Laserbestrahlungsschritt, in dem die Sandschicht mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, um so eine verfestigte Schicht zu bilden, abwechselnd ausgeführt, wodurch aufeinanderfolgend viele verfestigte Schichten gebildet und allmählich ein zweidimensionaler Artikel gebildet wird.
Der harzbeschichtete Sand, der herkömmlich für die oben beschriebene Schichtformungstechnik verwendet wurde, wird durch Beschichten von Sandpartikeln gewonnen, die zur Formung einer Maskengussform mit Hilfe des Maskenformungsverfahrens verwendet wird. Daher ist bei der Schichtformungstechnik, die den oben genannten harzbeschichteten Sand verwendet, eine Erhöhung der Genauigkeit der Form und der Abmessungen eines geformten Artikels begrenzt. Bei dem Maskenformungsverfahren wird der Hohlraum einer erhitzten Form mit harzbeschichtetem Sand gefüllt, wodurch das Harz des harzbeschichteten Sandes, der mit der Hohlformoberfläche der Form in Kontakt ist, ausgehärtet wird und eine Maskengussform bildet.
Und zwar haben die Sandpartikel des harzbeschichteten Sandes wie er herkömmlich bereitgestellt wird relativ große Durchmesser, d.h. ungefähr 200 bis 300 μm, um so das Entweichungsvermögen von von der Maskengießform erzeugten Entweichungsgasen zu gewährleisten. Dadurch wird, wie es in 7 gezeigt ist, eine durch die Schichtformungstechnik erzeugte Sandschicht dünn, und ein Teil der Sandpartikel 53x ragen sehr wahrscheinlich von der Oberfläche der Sandschicht 500 hervor. Wenn dies so ist, neigt die Unregelmäßigkeit der Oberfläche der Sandschicht 500 dazu, zuzunehmen. Ferner neigt eine ausgehärtete Schicht, in die ein Teil der Sandschicht 500 geformt ist, dazu, eine unregelmäßige Oberfläche zu haben. Aus diesen Gründen gibt es eine Grenze für die Erhöhung der Genauigkeit der Form und der Abmessungen eines geformten Partikels. Darüber hinaus dient das Maskenformungsverfahren dazu, das Harz bald nachdem der harzbeschichtete Sand mit der Oberfläche des Hochtemperaturhohlraums der Form in Berührung gelangt, thermisch auszuhärten. Die Schmelztemperatur des Harzes beträgt daher 70 bis 80°C.
Mit dem oben genannten harzbeschichteten Sand hat die Erhöhung der Genauigkeit der Form eines durch Schichtformung gebildeten Artikels seine Grenzen. Ebenso hat die Erhöhung der Qualität des gebildeten Artikels seine Grenzen.
Die EP-A-0 776 713 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung einer Sandform. Der verwendete Sand wird mit einem Harz beschichtet, welches durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl ausgehärtet werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Korngrößenverteilung des Sandes zwei Maxima (Peaks) auf, zum Beispiel 50 μm für die Hauptkörner und 10 μm für die kleineren Körner.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist unter diesen Bedingungen gemacht worden. Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen harzbeschichteten Schichtformungssand und ein Schichtformungsverfahren, welches den harzbeschichteten Sand verwendet und in der Lage ist die Genauigkeit und Qualität eines gebildeten Artikels in vorteilhafter Weise zu erhöhen, bereitzustellen.
Die obigen Ziele werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 erreicht.
Der harzbeschichtete Sand der vorliegenden Erfindung ist zur Erhöhung der Genauigkeit der Form und den Abmessungen eines geformten Artikels sowie für die Qualität des Artikels vorteilhaft. Das Schichtformungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft zur Erhöhung der Genauigkeit der Form und den Abmessungen eines gebildeten Artikels sowie der Qualität des Artikels, selbst wenn die Sandschichten dünn sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die einen typischen harzbeschichteten Sand aus mit Harz beschichteten Sandpartikeln zeigt;
2 ist ein Schaubild, das die Verteilung des Teilchendurchmessers der Sandpartikel zeigt;
3A bis 3D sind Blockdiagramme, die die Umgebung einer Sandschicht und einer verfestigten Schicht zeigen;
4 ist ein Schaubild, das die Temperaturverteilung für den Fall zeigt, in dem ein Laserstrahl eingestrahlt wird;
5 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Partikeldurchmesser eines Sandpartikels und der Gußoberfläche eines Gussteils zeigt;
6 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm einer Sandschicht in dem Fall, in dem die Sandschicht aus dem harzbeschichteten Sand gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird;
7 ist ein konzeptionelles Blockdiagramm, das einen Fall zeigt, in dem eine Sandschicht aus einem harzbeschichteten Sand gebildet ist, welcher in dem Maskenformungsverfahren verwendet wird; und
8 ist ein Blockdiagramm, das, teilweise im Querschnitt, den typischen Gesamtaufbau eines Falles zeigt, in dem die vorliegende Erfindung verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein mit Harz ummanteltes Sandpartikel weist einen Durchmesser von ungefähr 20 bis 100 μm auf und ist allgemein kugelförmig.
'Allgemein kugelförmig' bedeutet, dass die Gestalt im Wesentlichen kugelförmig ist. Zum Beispiel hat die Projektionsfläche des Sandpartikels vorzugsweise ein Verhältnis von einem langen Durchmesser zu einem kurzen Durchmesser von ungefähr 1,0 bis 1,3.
Wenn der Durchmesser des Sandpartikels zu groß ist, wird die Oberfläche einer Sandschicht zu unregelmäßig, was die Erhöhung der Genauigkeit eines gebildeten Arti kels begrenzt. Wenn der Durchmesser des Sandpartikels zu klein ist, kann die Unregelmäßigkeit der Oberfläche einer Sandschicht verringert werden. Wenn im letzteren Fall zur Beschichtung des Sandes mit Harz Sandpartikel mit Harz gemischt werden, ist jedoch eine gleichmäßige Durchmischung verringert. Darüber hinaus ist auch das Entweichungsvermögen des während des Gießvorgangs erzeugten Entweichungsgases stark herabgsetzt.
Unter Beachtung dieser nachteiligen Aspekte kann der untere Grenzwert des Teilchendurchmessers auf 30 μm bis 40 μm festgelegt werden, während der obere Grenzwert des Teilchendurchmessers auf 90 μm, 80 μm oder 70 μm festgelegt werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn die Durchmesser der Sandpartikel gleichmäßig um einen vorbestimmten Bereich von 20 bis 100 μm herum angeordnet sind. Wenn zum Beispiel die Gesamtheit der Sandpartikel mit 100 Gewichtsprozent angenommen wird, können 50 Gewichtsprozent oder mehr, oder insbesondere 60 Gewichtsprozent oder mehr, der Teilchen Durchmesser von 60 μm bis 100 μm haben.
Das Sandpartikel hat vorzugsweise einen geringen Wärmeausdehungskoeffizienten. Bei einem niedrigen Koeffizienten ist es möglich, die Wärmeausdehnung von Sandpartikeln zum Zeitpunkt des Strahlens eines Laserstrahls auf die und des Erwärmens der Partikel zu verhindern und eine hohe Genauigkeit eines sich ergebenden gebildeten Artikels zu gewährleisten. Darüber hinaus ist es möglich, Verzug und Kernzerbrechen als Folge der thermischen Verformung während des Gießvorgangs zu unterdrücken. Die Sandteilchen können zum Beispiel Mullit, Zirkonoxid und Olivin enthaltender Sand sein. Der Mullit enthaltende Sand bezeichnet einen Sand, der nicht nur Mullit, sondern weitere Komponenten enthält.
Wenn ein Laserstrahl auf den harzbeschichteten Sand gestrahlt wird, wird das Harz thermisch ausgehärtet, und die aneinander grenzenden Sandpartikel werden verbunden und verfestigt. Es ist daher klar, dass das hierbei verwendete Harz ein heißhärtendes Harz wie Phenolharz ist.
Der in einem Laserbestrahlungsschritt verwendete Laserstrahl kann in geeigneter Weise aus wohl bekannten Strahlen wie etwa einem CO₂-Laserstrahl, einem YAG-Laserstrahl und dergleichen ausgewählt werden. Sowohl ein sichtbarer als auch ein unsichtbarer Laserstrahl kann hierbei verwendet werden.
Das Harz hat eine Schmelztemperatur von 100°C oder höher, um die Genauigkeit eines gebildeten Artikels zu gewährleisten. Somit kann der obere Grenzwert der Schmelztemperatur des Harzes zum Beispiel auf 130°C eingestellt werden. Die Schmelztemperatur basiert auf dem JACT-Testverfahren (Japan Assocition of Casting Technique).
Insbesondere wird in diesem Verfahren ein harzbeschichteter Sand auf eine Eisenplatte aufgetragen, die einen Temperaturgradienten (z.B. 50 bis 150°C) besitzt, Luft zugeführt, um nach 60 Sekunden den Sand wegzublasen, und der Bereich niedriger Temperatur des verbleibenden Sandes gemessen. Wenn die Notwendigkeit berücksichtigt wird, die oben genannte Schmelztemperatur aufrecht zu erhalten, kann das mittlere Molekulargewicht zum Beispiel ungefähr 2000 bis 10000 betragen. Normalerweise tendiert die Schmelztemperatur des Harzes dazu, abzusinken, wenn das mittlere Molekulargewicht niedriger ist. Wenn das mittlere Molekulargewicht höher ist, tendiert die gleichmäßige Durchmischung von Harz und Sandpartikeln aufgrund der Viskosität des Harzes dazu, verringert zu sein. Das mittlere Molekulargewicht von Harz kann in geeigneter Weise in Übereinstimmung mit der erforderlichen Schmelztemperatur des Harzes, der Notwendigkeit, eine gleichmäßige Durchmischung von Harz und Sandpartikeln aufrecht zu erhalten, der Partikelgröße und dergleichen ausgewählt werden.
Im Folgenden ist die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Diese Ausführungsform betrifft einen Fall, in dem die vorliegende Ausführungsform zur Schichtformung angewendet wird, um eine Gussform als einen gebildeten Artikel durch Bestrahlung mit einem CO₂-Laserstrahl zu gewinnen.
1 ist eine Ansicht, die den typischen konzeptionellen Aufbau von harzbeschichtetem Sand aus mit Harz beschichteten Sandpartikeln zeigt. Ein Partikeldurchmesser eines harzbeschichteten Sandpartikels 53 ist gemäß dieser Ausführungsform sehr viel kleiner als ein in dem herkömmlichen Maskenformungsverfahren verwendetes harzbeschichtetes Partikel. Das hier verwendete Partikel 52 ist allgemein kugelförmig. Das Sandpartikel 53 ist mit einem heißhärtenden Harz 54 ummantelt.
Das Sandpartikel 53, welches ein künstliches Sandpartikel ist, ist kugelförmig, im Wesentlichen nahe einer wahren Kugel, und besteht aus Mullit, der einen niedrigen Wärmeausdehungskoeffizienten hat.
Die Verteilung der Teilchengröße der hier verwendeten Sandpartikel 53 ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt ist, wobei die Gesamtheit der Sandpartikel mit 100 Gewichtsprozent angenommen wurde, nahmen jene, die durch eine 140er Masche gingen und bei einer 200er Masche gestoppt wurden, ungefähr 60 Gewichtsprozent ein. Jene, die durch die 200er Masche hindurch gingen und durch die 280er Masche gestoppt wurden, nahmen etwa 40 Gewichtsprozent ein. Darauf basierend sind die Durchmesser der in dieser Ausführungsform verwendeten Sandpartikel auf 53 bis 100 μm eingestellt.
Das Harz 54 ist Phenolharz vom Novolak-Typ, dessen Schmelztemperatur gleich hoch wie oder höher als 100°C ist, das heißt ungefähr 110°C, und dessen mittleres Molekulargewicht 3000 bis 8000 beträgt.
Gemäß dieser Ausführungsform wurden 3 bis 5 Gewichtsteile Harz zu 100 Gewichtsteilen Sandpartikel hinzugefügt.
23 Gewichtsprozent Hexamethyltetramin und 0,1 Gewichtsprozent Calciumstearat wurden als Additive dem Harz zugefügt. Es ist zu bemerken, dass Sandpartikel beim Mischen dazu tendieren, zu großen Partikeln zu verfestigen, und die großen Partikel werden wünschenswerterweise durch ein Sieb entfernt.
Wie in 3A und 6 gezeigt ist, wird ein Sandauftragungsschritt, in dem ein harzbeschichteter Sand 50c dünn auf eine Trägerfläche aufgetragen wird, um eine Sandschicht 50 zu bilden, von einer Sandauftragungsvorrichtung ausgeführt. Die Solldicke der Sandschicht 50 ist extrem klein, d.h. 0,1 bis 0,2 mm. Wenn bei der Sandschicht 50, die wie in diesem Fall extrem dünn ist, die harzbeschichteten Sandpartikel 53 allgemein kugelförmig sind und ihre Durchmesser 20 bis 100 μm betragen, so weisen sie dahingehend einen Vorteil auf, dass sie verhindern, dass ein Teil der Sandpartikel 53 aus der Oberfläche der Sandschicht hervorragt, und die obere Oberfläche der Sandschicht 50 kann im Vergleich zu dem in 7 gezeigten herkömmlichen Fall glatter sein. Ferner, durch die allgemein kugelförmigen Sandpartikel 53 kann ein Rol lenlagereffekt erwartet werden, und ein Ausbringwirkungsgrad zum Zeitpunkt des Aufbringens des harzbeschichteten Sandes 50c von der Sandauftragungsvorrichtung kann somit erhöht werden. Nach dem Sandaufbringschritt wird ein Laserbestrahlungsschritt ausgeführt, in dem ein Laserstrahl M (CO₂-Laserstrahl) an einer vorbestimmten Position durch eine Maske 12 auf die Sandschicht 50 gestrahlt wird, wie es in 3B gezeigt ist. In der Sandschicht 50 wird das Harz in dem Laserbestrahlungsbereich 50A, auf den der Laserstrahl M direkt gestrahlt wird, thermisch ausgehärtet, um Sandpartikel zu verbinden und eine verfestigte Schicht 55 zu bilden. Andererseits wird Harz in einem vom Laser nicht bestrahlter Bereich 50B, auf den der Laserstrahl M nicht gestrahlt wird, in der Sandschicht 50 ursprünglich nicht thermisch ausgehärtet.
Durch Wiederholen des Sandauftragungsschritts und des Laserbestrahlungsschritts werden mehrere verfestigte Schichten 55 in der Dickenrichtung laminiert, wie es in 3C gezeigt ist, und eine Gussform wird als resultierender Artikel gebildet. Die Anzahl laminierter Schichten beträgt ungefähr 200 bis 2000.
Ferner, da die Grenzschicht zwischen dem Laserbestrahlungsbereich 50A und dem vom Laser nicht bestrahlten Bereich 50B eine von dem Laserbestrahlungsbereich 50A übertragene Wärme empfängt, neigt die Temperatur in der Grenzschicht dazu, anzusteigen, und die Grenzschicht kann durch den Einfluss der übertragenen Wärme ausgehärtet oder halb ausgehärtet werden.
4 zeigt die Verteilung der höchsten Temperaturen um den Laserbestrahlungsbereich 50A, auf den der Laserstrahl M gestrahlt wird. Wie in 4 gezeigt ist, ist die Temperatur des Laserbestrahlungsbereichs 50A, auf den der Laserstrahl M direkt gestrahlt wird, hoch, d.h. höher als T1 und T2 und nahe bei T3. Das Harz in dem vom Laser nicht bestrahlten Bereich 50B, auf den der Laserstrahl M nicht direkt gestrahlt wurde, wird ursprünglich nicht thermisch ausgehärtet.
Basierend auf den mit einem Thermometer gemessenen Messwerten unmittelbar nach der Laserbestrahlung, beträgt T1 ungefähr 100°C, T2 ungefähr 200°C und T3 ungefähr 300°C während der Laserstrahl M eingestrahlt wird.
Die Temperatur der Übergangsregion zwischen dem Laserbestrahlungsbereich 50A und dem vom Laser nicht bestrahlten Bereich 50B steigt nach Aufnehmen der von dem Laserbestrahlungsbereich 50A höherer Temperatur übertragenen Wärme, und die Übergangsregion wird zu einem Wärmeübertragungsbereich 50K. Wenn in dem Wärmeübertragungsbereich 50K die Temperatur des Harzes höher als die Schmelztemperatur Tβ (= die Schmelztemperatur des herkömmlichen harzbeschichteten Sandes) wird, wird das Harz in dem Wärmeübertragungsbereich 50K gehärtet, um so den Wärmeübertragungsbereich 50K auszuhärten oder halb auszuhärten. Demzufolge könnte der Bereich 50K möglicherweise gehärtet oder halb gehärtet werden, obwohl der Übertragungsbereich 50K nicht direkt mit dem Laserstrahl M bestrahlt wird. Obwohl nur ein Bereich D, der ein mit dem Laserstrahl M zu bestrahlender Bereich ist, ausgehärtet werden soll, ist aufgrund dieser Tatsache der Bereich D um die Bereiche, die ΔD1 und ΔD2 entsprechen, vergrößert. Trotz des Gebrauchs eines Laserstrahls M hoher Richtwirkung, ist somit ein Versuch, die Genauigkeit der Form und der Abmessungen der verfestigten Schichten 55 und daher die der Form und Abmessungen eines resultierenden gebildeten Artikels zu erhöhen, begrenzt.
Deshalb wird gemäß dieser Ausführungsform die Schmelztemperatur Tα des Harzes des harzbeschichteten Sandes 50c erhöht (Tα > Tβ), und die Schmelztemperatur Ta wird auf oder höher als T1 eingestellt, d.h. gleich hoch wie oder höher als 100°C. Folglich kann das Harz in dem Wärmeübertragungsbereich 50K, während von dem Laserbestrahlungsbereich 50A, der auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, Wärme zu dem Wärmeübertragungsbereich 50K übertragen wird, die Schmelztemperatur Ta nicht erreichen. Das heißt, die Temperatur des Bereichs 50K kann 100°C nicht übersteigen. Folglich werden ΔD1 und ΔD2 unterdrückt, um so zu verhindern, dass das Harz in dem Wärmeübertragungsbereich 50K unnötigerweise aushärtet. Dies ist für die weitere Erhöhung der Genauigkeit des gebildeten Artikels vorteilhaft.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die Sandpartikel 53 Mullitpartikel mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass die Wärmeausdehnung der durch den Laserstrahl M erwärmten Sandpartikel 53 und somit die Wärmeausdehnung der verfestigten Schicht 55 vorteilhafterweies verhindert werden kann. In diesem Sinne kann auch eine Erhöhung der Genauigkeit vorteilhafterweise realisiert werden.
Geschmolzenes Metall wird dem geformten Hohlraum in der Gussform zugeführt, die basierend auf dieser Ausführungsform gebildet worden ist, und das Metall wird verfestigt, um so ein Gussteil zu bilden. Nach der Verfestigung wird die Gussform aufgebrochen, um das Gussteil aus der Gussform zu nehmen.
Im Übrigen wird in dieser Ausführungsform während des Gussvorgangs Gas von dem Harz des harzbeschichteten Sandes 50c ausgestoßen. Jedoch werden aufgrund der kleinen Durchmesser der Sandpartikel 53 des harzbeschichteten Sandes 50c Abstände zwischen Sandpartikeln 53 verkleinert, und das Entweichungsvermögen der ausgestoßenen Gase aus der Gussform tendiert dazu, verschlechtert zu sein. Da die Menge an zugeführtem Harz größer als die in dem herkömmlichen Fall ist, neigt die Gussform dazu, übermäßig fest zu sein. Als Folge davon lässt sich die Gussform nach dem Ausbilden eines Gussteils nicht so leicht zerbrochen.
Angesichts der obigen Nachteile wird gemäß der vorliegenden Erfindung nach Entfernen des nicht bestrahlten Bereichs 50B, der nicht thermisch ausgehärtet wurde, weil kein Laserstrahl appliziert wurde, die Gussform, die aus dem applizierten Bereich 50A besteht, einer Wärmenachbehandlung wie etwa der Anwendung eines Brennerfeuers auf die Gussform oder das Einführen der Gussform in einem Wärmebehandlungsofen unterzogen. Dadurch wird das Harz in der Gussform in einem Stadium, bevor das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird, weiter erhitzt, und die Menge an Gas, die von dem Harz in der Gussform während des Gießvorgangs ausgestoßen wird, wird verringert. Ferner kann durch erneutes Erwärmen des Harzes gewährleistet werden, dass die Gussform nach der Bildung eines Gussteils zerbrochen werden kann.
Ferner ist es gemäß dieser Ausführungsform vorteilhaft, dass ein Entlüftungsloch der Gussform hinzugefügt wird, um das Entweichungsvermögen des Gases aus der Gussform zu gewährleisten und um zu gewährleisten, dass die Gussform nach dem Bilden eines Gussteils zerbrochen werden kann.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchte auch die Beziehung zwischen dem (durchschnittlichen) Partikeldurchmesser der Sandpartikel des harzbeschichteten Sandes 50c und der Oberfläche eines unter Verwendung der Gussform und der Sandpartikel gebildeten Gussteils. Sollpartikeldurchmesser sind in dem Bereich von weniger als 20 μm bis 220 μm. Das Ergebnis eines Tests ist in 5 gezeigt. Die Oberfläche eines Gussteils wird basierend auf dem Standardteststück (gemäß JIS-B0659) bewertet. Wenn ein Gussteil in der Gussform gebildet wurde, welche unter Verwendung von harzbeschichtetem Sand (Sandpartikel: nicht kugelförmig, Schmelztemperatur: 70 bis 80°C) schichtgeformt wurde, hatte das Gussteil keine gute Oberfläche, d.h. 150Z oder weniger, wie es durch eine Kennlinie A in 5 gezeigt ist. Wenn harzbeschichteter Sand 50c verwendet wurde, der zur Schichtformung ausgelegt wurde (Sandpartikel 53: allgemein kugelförmig, Harzschmelztemperatur 110°C), wie in dieser oben genannten Ausführungsform, hatte ein resultierendes Gussteil hingegen eine gute Oberfläche, wie es durch eine Kennlinie B in 5 gezeigt ist. Wenn der durchschnittliche Durchmesser der Sandpartikel 53 zu klein ist, d.h. 20 mm oder weniger, kann eine gute Gussoberfläche gewonnen werden, jedoch ist der Mischwirkungsgrad zum Mischen von Sand und Harz stark verschlechtert. Als Folge davon ist es im Wesentlichen unmöglich, Sand und Harz gleichmäßig zu mischen. Aus diesen Gründen betragen die Durchmesser der Sandpartikel 53 vorzugsweise 20 bis 200 μm.
8 zeigt ein Beispiel, wo die vorliegende Erfindung genutzt wird. In diesem Beispiel befindet sich in einem festen Rahmen 6 eine Hebeplatte 60, so das die Hebeplatte 60 in Richtungen von Pfeilen Y1 und Y2 mittels eines Hebemittels 61 wie etwa eines Zylindermechanismus oder eines Motormechanismus gehoben werden kann. Die Sandauftragungsvorrichtung 7 zum Auftragen von harzbeschichtetem Sand 50c ist so ausgelegt, dass sie horizontal in Richtung eines Pfeils C1 (Sandauftragungsrichtung) und eines Pfeiles C2 (Rückrichtung) beweglich ist. Die Sandauftragungsvorrichtung 70 umfasst einen Behälter 70 zur Aufnahme des harzbeschichteten Sandes 50c, einen drehbarer Zugaberoller 71, der am Boden des Behälters 70 angeordnet ist, und eine Glattstreichplatte 72, die angrenzend an den Behälter 70 angeordnet ist.
Ein Hauptlaser 80 vom Rastertyp ist oberhalb des festen Rahmens 6 zur Applizierung eines indirekten Laserstrahls M angeordnet. Ein Drehspiegel 81 zur kontinuierlichen Änderung des Strahlungswinkels des Laserstrahls M, der in 8 nicht gezeigt ist, ist in dem Laserstrahlungsteil 80 eingebaut. Das Teil 80 umfasst darüber hinaus einen Hauptlasergenerator 82 (CO₂-Laser, Ausgangsleistung: zum Beispiel 1kW bis 10kW) zur Aussendung eines Laserstrahls M durch einen Reflexionsspiegel 81.
In diesem Beispiel dreht sich, während die Sandauftragungsvorrichtung von einer Führungschiene, die in 8 nicht gezeigt ist, geführt und in Richtung des Pfeiles C1 bewegt wird, zuerst der Zugaberoller 11, und der harzbeschichtete Sand 50c wird über einen Auslass 75 durch Rillen 71 des Rollers 71 von dem Behälter 71 abgelassen. Danach wird der harzbeschichtete Sand 50c auf die obere Oberfläche der Hebeplatte 60 aufgetragen, um so eine Sandschicht 50 (Dicke: 0,1 bis 0,2 mm) zu bilden.
In diesem Moment wird die Glattstreichplatte 72 in derselben Richtung in Zusammenwirkung mit dem Behälter 72 bewegt, so dass die obere Oberfläche der Sandschicht 50 durch die Glattstreichplatte 72 abgeplattet wird. Anschließend wird die Sandauftragungsplatte 7 in Richtung des Pfeils C2 zurückgeführt, womit der Sandauftragungsschritt beendet ist.
Anschließend wird der Laserbestrahlungsschritt zum Strahlen eines Laserstrahls M von dem Hauptlaserstrahlungsteil 80 auf einen vorbestimmten Bereich der Sandschicht 50 durch die Maske 12 ausgeführt.
Wie schon angemerkt, wenn der Sandauftragungsschritt und der Strahlungsschritt mit dem Laserstrahl M ausgeführt werden, werden ein Teil der Sandschicht 50 verfestigt, und eine Verfestigungsschicht 55 wird gebildet. Wenn der Sandauftragungsschritt und der Laseranwendungsschritt wiederholt ausgeführt werden, werden allmählich mehrere verfestige Schichten 55 in Dickenrichtung laminiert, wie schon oben ausgeführt ist (die Anzahl der laminierten Schichten: zum Beispiel 200 bis 1000). Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen begrenzt nicht den Umfang der Erfindung wie er in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist.

Claims

Harzbeschichteter Sand, der verwendet wird für ein Schichtformverfahren zum Ausbilden eines laminierten Artikels durch Laminieren von Sandschichten in der Dickenrichtung, wobei der harzbeschichtete Sand Sandpartikel (53), die a) mit einem Harz beschichtet sind, das durch Laserbestrahlung gehärtet werden kann, b) im allgemeinen kugelförmig sind, und c) einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 20 bis 100 μm aufweisen, umfaßt, wobei das Harz (54) eine Schmelztemperatur von ungefähr 100 °C oder höher und ein mittleres Molekulargewicht von ungefähr 2000 bis 10 000 aufweist.
Harzbeschichteter Sand zum Schichtformen nach Anspruch 1, wobei die Sandpartikel (53) Mullit-haltige Sandpartikel (53) sind.
Schichtformverfahren, umfassend: einen Schritt des Bereitstellens eines harzbeschichteten Sands gemäß Anspruch 1 oder 2; einen Sandauftragungsschritt des Auftragens des harzbeschichteten Sands zur Ausbildung einer dünnen Sandschicht (50); einen Laserbestrahlungsschritt des Strahlens eines Laserstrahls (M) auf die Sandschicht (50), um das Harz (54) zu härten; abwechselndes Wiederholen des Sandauftragungsschrittes und des Laserbestrahlungsschrittes bis Sandschichten in Dickenrichtung laminiert sind und ein Artikel ausgebildet ist.