(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属性の積層材料を積層造形して形成する三次元の下地素材と、該下地素材の表面に亜鉛を溶射して形成する金属皮膜とを備えてなり、前記金属皮膜は、前記下地素材の積層ピッチの１〜２倍相当の１００〜２００μｍの膜厚とすることにより、表層の加飾用の金属皮膜として研磨処理による仕上げ処理を可能にするとともに、他の溶射材料のトップコートを上面に溶射により形成するための下地金属膜としても利用可能とすることを特徴とする三次元造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層造形技術と溶射技術とを組み合わせることによって実現する任意形状の三次元造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
任意形状の三次元造形物を製造する技術として積層造形技術が知られている。積層造形技術は、物品の三次元形状データを薄い層状のスライスデータに加工して各層の断面形状と相対位置とを特定し、各層を順に積層して任意の三次元形状を造形するものであり、光造形法、粉末焼結積層造形法（ＳＬＳ法）、バインダジェット法（いわゆる３Ｄプリンティング）、溶融物堆積法（ＦＤＭ法）、インクジェット法、シート積層法などがある。なお、３Ｄプリンタの用語は、これらの造形方式に拘らず、比較的安価な模型造形用途に特化した装置を指すのが普通である。
【０００３】
積層造形技術によれば、任意の形状の既存物品の複製品を製作することも容易である。そこで、軽量の複製品を製作するために、積層造形技術のＳＬＳ法により、対象物品の外形を忠実に複写するとともに、対象物品の内部を空洞化し、空洞内に軽量化用の内部構造パターンとして、たとえばハニカム構造パターンなどを組み込む手法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来技術によるときは、ＳＬＳ法により積層材料として金属粉末を用いるので、積層造形装置が高額である上、内部構造パターンを有する空洞を設けることによって複製品を軽量化するので、空洞や内部構造パターンを最適化するための特殊な設計ステップが不可欠であり、煩雑であるという問題があった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、非金属性の積層材料による積層造形技術と、溶射技術とを組み合わせることによって、軽量でありながら、良好な外観、質感を実現し、必要に応じて耐久性、耐摩耗性、通電性などをも容易に実現可能な三次元造形物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、非金属性の積層材料を積層造形して形成する三次元の下地素材と、下地素材の表面に亜鉛を溶射して形成する金属皮膜とを備えてなり、金属皮膜は、下地素材の積層ピッチの１〜２倍相当の１００〜２００μｍの膜厚とすることにより、表層の加飾用の金属皮膜として研磨処理による仕上げ処理を可能にするとともに、他の溶射材料のトップコートを上面に溶射により形成するための下地金属膜としても利用可能とすることをその要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
かかる発明の構成によるときは、三次元の下地素材は、たとえば紙、樹脂、石膏などの非金属性の積層材料を積層造形して形成するため、任意の三次元形状を実現するとともに、それ自体、必要十分に軽量にすることができる。一方、下地素材の表面に亜鉛を溶射して形成する金属皮膜は、それ自体を表層の加飾用の金属皮膜として利用してもよく、他の溶射材料のトップコートを上面に形成するための下地金属膜（アンダコート）として利用してもよい。金属皮膜の膜厚は、１００〜２００μｍが好適である。下地素材の積層ピッチの約０．１mmの段差を埋めるとともに、加飾用の金属皮膜として仕上げ処理を可能にし、あるいはトップコートの溶射時に下地素材への熱影響を軽減するためである。膜厚を２００μｍ超としても、溶射時間が長くなるだけで格別の効果がない。
【００１５】
金属皮膜の上面のトップコートは、たとえばセラミックや、アルミニウム、銅、すずなどの金属、ナイロン樹脂などの溶射材料をフレーム溶射して形成するか、ステンレス鋼、アルミニウムなどの通電性の金属ワイヤの溶射材料をアーク溶射して形成する。なお、セラミックや金属の溶射材料をフレーム溶射する場合は、それに先き立って、金属皮膜の上面にＮi Ａl をフレーム溶射してボンドコートを形成することが好ましい。トップコートの膜厚は、約１００μｍないし１００μｍ以上とするのがよく、ボンドコートの膜厚は、約５０μｍが好ましい。
【００１６】
トップコートの表面の仕上げ処理は、トップコートが金属の場合は、サンドペーパ、ブラシ、バレル、バフなどの研磨処理により良好な金属光沢を実現することができ、トップコートがナイロン樹脂の場合、トーチなどで樹脂被膜を溶かし込むフュージング処理が好ましい。また、トップコートがセラミックや金属の場合、エポキシ樹脂などの封孔剤を塗布して耐久性を向上させてもよく、さらに塗装仕上げしてもよい。
【００１７】
なお、トップコートを省略し、亜鉛の金属皮膜をそのまま加飾用の金属皮膜として利用するときは、金属のトップコートと同様の仕上げ処理を施すことができる。ただし、亜鉛の加飾用の金属皮膜や、セラミック、金属、樹脂などのトップコートは、格別の仕上げ処理をせずに、溶射皮膜のままとしてもよい。
【００１８】
この発明に係る三次元造形物は、容易に製造することができる。ただし、下地素材の表面に形成する金属皮膜は、亜鉛をアーク溶射することにより、下地素材の表面を焦がしたり焼損させたりするおそれがない。なお、金属皮膜の上面にセラミック、金属、ナイロン樹脂などの溶射材料をフレーム溶射してトップコートを形成することができ、通電性の金属ワイヤの溶射材料をアーク溶射してトップコートを形成することもできる。
【００１９】
ただし、トップコート用の溶射材料としてセラミック、金属をフレーム溶射するときは、それに先き立って、金属皮膜の上面にボンドコートを形成することが好ましい。また、下地素材の表面をブラスト処理して亜鉛をアーク溶射すれば、金属皮膜のアンカ効果を高めることができる。
【００２０】
なお、フレーム溶射とは、ガス式溶射の一種であって、酸素・アセチレン混合ガスの燃焼炎などのガス炎を溶射の熱源に利用する溶射方式をいい、溶射粒子の加速に圧縮空気のジェットを用いる高速フレーム溶射を含むとともに、溶射材料が粉末状、線状、棒状の粉末式、溶線式、溶棒式の各フレーム溶射のいずれであってもよいものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】三次元造形物の模式断面図
【図２】仕上げ処理の説明図表
【図３】製造工程図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
三次元造形物１０は、三次元の下地素材１１と、下地素材１１の表面に形成する亜鉛の金属皮膜１２と、金属皮膜１２の上面に形成するトップコート１３とを備えてなる（図１）。
【００２４】
下地素材１１は、紙、樹脂、石膏などの非金属性の積層材料を積層造形することにより、任意の三次元形状に形成されている。すなわち、下地素材１１は、積層材料からなる層１１ａ、１１ａ…を順に積層しながら一体に固化して形成されている。ただし、下地素材１１は、中実であってもよく、内部に空洞部分を有していてもよい。
【００２５】
金属皮膜１２は、下地素材１１の表面に亜鉛の溶射材料をアーク溶射して形成されている。金属皮膜１２は、膜厚１００〜２００μｍとする。
【００２６】
トップコート１３は、セラミック、金属、ナイロン樹脂などのいずれかの溶射材料をフレーム溶射するか、通電性の金属ワイヤの溶射材料をアーク溶射することにより、金属皮膜１２の上面に形成されている。ただし、セラミック、金属の溶射材料をフレーム溶射するときは、それに先き立って、金属皮膜１２の上面にＮi Ａl をフレーム溶射し、膜厚５０μｍ程度のボンドコートを金属皮膜１２とトップコート１３との間に介在させるものとする。
【００２７】
トップコート１３の表面は、溶射皮膜のままでもよいが、適切な仕上げ処理を施してもよい（図２）。すなわち、トップコート１３の溶射材料が金属の場合、研磨処理により良好な金属光沢を実現することができ、セラミックまたは金属の場合、封孔剤を塗布するとともに、必要に応じて塗装仕上げを併用することにより、特に屋外における耐久性を向上させることができ、樹脂の場合、トーチによるフュージング処理により皮膜の封孔、融着を図ることができる。
【００２８】
一方、図１において、トップコート１３を省略し、金属皮膜１２を表層の加飾用の金属皮膜としてもよい。また、このときの金属皮膜も、トップコート１３と同様に、溶射皮膜のままでもよく、適切な仕上げ処理を施してもよい。さらに、図１において、金属皮膜１２、トップコート１３は、下地素材１１の全面に形成するに代えて、下地素材１１の表面の一部にのみ形成してもよい。
【００２９】
三次元造形物１０の製造手順は、たとえば図３のとおりである。
【００３０】
まず、紙、樹脂、石膏などの非金属性の積層材料を積層造形し（図３のステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）、三次元の下地素材１１を形成する。なお、ステップ（１）の積層造形は、いわゆる３Ｄプリンタによることができる。
【００３１】
つづいて、下地素材１１の表面をブラスト処理し（２）、下地素材１１の表面に亜鉛をアーク溶射することにより（３）、金属皮膜１２を形成する。ただし、ステップ（２）のブラスト処理は、これを省略してもよい。
【００３２】
その後、金属皮膜１２の上面にＮi Ａl をフレーム溶射して（４）、ボンドコートを形成し、セラミックや、アルミニウム、銅、すずなどの金属、ナイロン樹脂などのいずれかの溶射材料をフレーム溶射し（５）、金属皮膜１２の上面にトップコート１３を形成する。ただし、ステップ（５）において、ナイロン樹脂を溶射材料とする場合は、ステップ（４）のＮi Ａl によるボンドコートの形成を省略することができる。
【００３３】
つづいて、トップコート１３の材質により適切な仕上げ処理を施し（（６）、図２）、三次元造形物１０を完成させる。ただし、ステップ（６）の仕上げ処理を省略し、トップコート１３を溶射皮膜のままとしてもよい。
【００３４】
一方、図３において、ステップ（３）による金属皮膜１２の形成の後、金属皮膜１２の上面にステンレス鋼、アルミニウムなどの通電性の金属ワイヤの溶射材料をアーク溶射して（７）、トップコート１３を形成してもよい。また、図３において、ステップ（４）、（５）、（７）を省略し、下地素材１１上の金属皮膜１２を表層の加飾用の金属皮膜とし、仕上げ処理を施すことなく、または仕上げ処理を施して、三次元造形物１０としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明は、任意の三次元形状の物品の試作品、複製品などの他、任意の文字やマークなどを立体的に表示する銘板や看板、表示板などや、任意の立体形状の置物や装飾品などを製作する用途に対し、広く好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…三次元造形物
１１…下地素材
１２…金属皮膜
１３…トップコート
特許出願人      ホウムラ産業株式会社
【図１】
0006506926.tif 000002
【図２】
0006506926.tif 000003
【図３】
0006506926.tif 000004