(57)【要約】【課題】  模型に変形や反り・寸法精度の大幅な変化を与えることなく、且つ、室温にて中空複雑形状模型の中空部内面・外面全ての複雑な曲面を有するポリスチレン粉末積層造形３次元模型表面を迅速に平滑化する。【解決手段】  この発明に係るポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法は、ポリスチレン粉末積層造形において製造されたポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）を、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）に浸漬する浸漬工程（Ａ）と、ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）から引き上げた直後に過剰付着有機溶剤を除去する除去工程（Ｂ）と、常温乾燥にて造膜を促す乾燥造膜工程（Ｃ）とから成る。また、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）のポリスチレン濃度が０．０１−５ｗｔ％である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリスチレン粉末積層造形において製造されたポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）を、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）に浸漬する浸漬工程（Ａ）と、
ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）から引き上げた直後に過剰付着有機溶剤を除去する除去工程（Ｂ）と、
常温乾燥にて造膜を促す乾燥造膜工程（Ｃ）とから成ることを特徴とするポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項２】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）のポリスチレン濃度は、０．０１〜５ｗｔ％であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項３】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）は、ハロゲン炭化水素系溶剤とその他の有機溶剤（ｃ）との混合有機溶剤であることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項４】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）は、スチレン誘導体系溶剤とその他の有機溶剤（ｃ）との混合有機溶剤であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項５】
前記浸漬工程（Ａ）の浸漬時間は、１秒〜５分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項６】
前記除去工程（Ｂ）は、エアーブローによって過剰付着溶剤を除去することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項７】
乾燥造膜工程（Ｃ）が常温にて行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項８】
浸漬工程（Ａ）と除去工程（Ｂ）と乾燥造膜工程（Ｃ）を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項９】
ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）が複雑形状中空模型であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法によって表面平滑化されたポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ｂ）を、焼失模型として使用することを特徴とする精密鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型に於ける模型表面の平滑化方法及びそれによって製作された焼失模型を用いた精密鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
まず、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型について説明する。ポリスチレン微粉末にレーザー光線を照射すると、照射されたポリスチレン微粒子の表面はレーザー光線の熱にて溶融し、ポリスチレン粒子とポリスチレン粒子が融合する。この時、レーザー光線のエネルギー強度と照射時間を調整すればポリスチレン微粒子表面のみ溶融し、ポリスチレン微粒子全体が溶融することのない領域に納めることができる。【０００３】
コンピユータで制御されたレーザー光線をポリスチレン微粒子層に照射し、ポリスチレン微粒子表面融着層上に新規なポリスチレン微粒子を薄層状にてオーバーレイし、再度コンピユータ制御されたレーザー光線を照射し、２層目のポリスチレン微粒子表面融着層を形成せしめる。この操作を繰り返し行うことにより、ポリスチレン微粒子融着層が積み重ねられることになる。【０００４】
コンピユータ制御されたレーザー光線の照射領域を、照射ごとに僅かずつ変更させ、積層すると、ポリスチレン微粒子融着積層体は３次元立体形状物となる。また中空部位を有する複雑形状３次元立体形状物とすることも簡単である。
このような造形機は粉末積層造形機として普及し始めており、粉末として、合成樹脂微粉末・表面樹脂コーテイング金属微粉末・表面樹脂コーテイング砂微粉末が使用され、樹脂粉末積層造形３次元模型・金属粉末積層造形３次元模型・砂粉末積層造詣３次元模型が製作されている。【０００５】
これらの３次元模型は、コンピユ−タ制御されたレーザー光線によるポリスチレン微粒子融着にて、中空複雑形状模型を製作できる点に大きな特徴があり、その寸法精度は相当に高度なものであり、形状確認モデルとして使用されている。この粉末積層造形法はＮＣ切削加工にて製作されるモデルよりも早く製作され、中空体が一体成形されるため、ラピッドプロトタイピングの１手法として型・モデル業界で多用されようとしている。【０００６】
樹脂粉末としては、ポリアミド樹脂粉末とポリスチレン樹脂粉末があり、前者は高強度・高靭性を生かして、強度を必要とする模型分野に使用され、後者は比較的脆いが溶融しやすい軟化点を有することから、鋳造用焼失模型としての用途に供される様になって来た。【０００７】
粉末積層造形３次元模型は幾多の利点を備え大きく普及されつつあるが、欠点もある。つまり、積層工法であるがゆえに、模型表面に積層段差が残留する。また、粉末粒子を融着するがゆえに、模型表面に粉末粒子の頭が連続した凹凸が残留する。つまり、粉末積層造形３次元模型はその表面が微視的に粗面となっている。【０００８】
次に、模型表面の平滑化方法についての従来技術を説明する。模型表面をＮＣにて切削する方法・カッターにて表面凸部を削り取る方法・ペーパーにて表面凸部を削り取る方法がある。表面の凹凸が多く、表面緻密性に欠ける場合には、模型表面にパテ埋め・ペーパーがけにて模型表面の凹部を埋め、凸部を削り取る方法がある。ペーパーを順次細かくして仕上げ、場合によっては研ぎ出しを行うことにより、平滑面を得ることができる。【０００９】
また、模型表面へ複数回塗装し、模型表面の平滑化を行う方法もある。模型表面の凹部には厚い塗膜・凸部には薄い塗膜が被覆され、凹凸が平均化されることにより、模型表面の平滑化を得る方法である。【００１０】
粉末積層造形３次元模型における表面平滑化方法としては、溶融ロウ・ワックス成分を含浸せしめ表面仕上げする方法、金属粉末積層造形３次元模型に対しては焼結後、低融点合金を含浸させ表面仕上げする方法などがある。【００１１】
また、粉末積層造形３次元模型の表面に光硬化性樹脂をスプレーし、紫外線を照射することにて光硬化性樹脂を硬化せしめ、表面の凹凸部位を滑らかにする平滑方法も提案されている。これは、塗装工程を導入することにて、表面の凹凸部位を平滑化することと同じ効果を狙ったものである。【００１２】
さらに、特許文献１には、プラスチック材を有機溶剤の蒸気中に浸漬し、プラスチック材の表面を平滑化する方法が開示されている。
次に、精密鋳造に使用されている模型技術について説明する。従来、精密鋳造にはロストワックス法とプラスターモールド法がある。両者とも工法上、焼失模型としてロウ・ワックス模型が使用されている。【００１３】
ロストワックス法はロウ・ワックス模型の表面に耐火被覆層を多層設け、１３０〜２５０℃でロウ・ワックスを湯口から流出除去し、３００〜５００℃で残留ロウ・ワックスを完全燃焼せしめ、更に６００〜１０００℃にて焼成し、中空高強度のセラミック鋳型を製作する。この中空鋳型に融点１０００℃近辺の高融点合金（Ｔｉ・Ｎｉ・Ｃｏ合金など）を鋳込み、冷却後鋳型を崩壊せしめて、高融点合金の鋳物を得る方法である。【００１４】
一方、プラスターモールド法はロウ・ワックス模型に鋳造用石膏を流し埋没させ、石膏を自然硬化・乾燥させた後、約１００℃近辺にて遊離水を乾燥せしめ、次いで約１３０〜２００℃にてロウ・ワックスを湯口から流出除去しながら、石膏の結晶水を徐々に除去し、３００〜５００℃にて残留ロウ・ワックスを完全燃焼せしめ、中空石膏型を製作する。この中空石膏型に融点３００〜７００℃の低融点合金（Ｍｇ・Ｚｎ・Ａｌ合金など）を鋳込み、冷却後石膏型を崩壊せしめて、低融点合金の鋳物を得る方法である。【００１５】
砂型を用いる砂込鋳造と比較して、上記精密鋳造は中空複雑形状鋳物が比較的精度良く製造できる特徴を有する。しかしながら、脆く強度物性に劣るロウ・ワックス模型を使用する限り、中空薄肉複雑形状模型を制作するには限界がある。【００１６】
近年、中空薄肉複雑形状特殊合金鋳物・短納期への要望が強く、ロウ・ワックス模型では対応できず、ポリスチレン粉末積層造形模型が使用されようとしている。ポリスチレン粉末積層造形模型はラピッドプロトタイピング技術の中の１つであり、数個の中空薄肉複雑模型を迅速に製作できる優位性があり、従来のロウ・ワックス模型と同様に加熱溶融流出性能があり、１５０〜２３０℃で脱ロウできるものである。【００１７】
上述した光固化造形法については、特許文献２〜４等が出願されている。
【特許文献１】特開平６−１２８３９８号公報
【特許文献２】特公平５−３３９００号公報
【特許文献３】特公平７−９４１４９号公報
【特許文献４】特開平９−１４１７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ポリスチレン粉末積層造形３次元模型はその表面に積層段差と粒子形状の凹凸が残留するため、平滑な表面を有する模型としてはほど遠いものであるが、中空複雑形状模型がある程度の寸法精度にて迅速に製作できるため、形状確認模型として使用されている。しかしながら、積層段差と粒子形状の凹凸の無い表面の平滑な模型が望まれているのは当然である。【００１９】
ポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面をペーパーがけする方法はごく一般的な手法である。ポリスチレン粉末積層造形３次元模型はそもそもポリスチレン微粒子が融着積層されたものであるがためポーラスな構造体であり、ペーパーがけにて凸部を削り落としても、凹部のポーラス部位は微細空隙として模型表面に残存し、元よりは平滑化されてはいるものの、平滑面としてみなすことができない状態にある。【００２０】
塗装下地処理の基本に従って、パテ付け・ペーパー仕上げにて目的とする平滑面を得ることは可能である。しかしながら、複雑形状曲面を有する模型の場合、全面隅々までパテ付け・ペーパー仕上げを行うことは大変な労力と時間が必要であり、実現性に乏しいものである。【００２１】
ポリスチレン粉末積層造形３次元模型が加熱溶融流出する性質を生かしてロストワックス代替模型として精密鋳造用焼失模型に使用されている。しかしながら、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面に残存する積層段差と粒子形状の凹凸がそのまま鋳物製品に転写されるため、鋳物製品の鋳肌に凹凸が残留すると言った課題がある。【００２２】
この問題点を解消すべく、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面へロウ・ワックス成分を含浸する方式が考案されている。ロウ・ワックスの融点は約１００〜１３０℃であり、溶融ロウ・ワックスを含浸させる時、模型自体も約１００〜１３０℃となる。つまり、ポリスチレンの溶融温度に接近するため、模型の微妙な反りや変形が発生し、複雑形状においてはポリスチレン粉末積層造形３次元模型の形状保持が困難になると言った課題が残る。【００２３】
加温せずに、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面へ２液反応硬化性ウレタン樹脂液を含浸させ、直ちに硬化せしめる方法も提案されている。模型表面は相当に平滑化されるが、含浸作業後に残った２液反応硬化性ウレタン樹脂液は可使時間になれば硬化するものであり、再使用ができないため、経済性が伴い難いと言った課題が残る。【００２４】
また、特許文献１（特開平６−１２８３９８号公報）に、有機溶剤の蒸気中へプラスチック材を浸漬し、表面を平滑化する方法も開示されている。ポリスチレン粉末積層造形３次元模型に適応すると、模型表面に凝縮された有機溶剤が模型表面に流れ落ち、模型表面に垂れ筋を残すと言った問題がある。また、模型表面に垂れ筋を残すほど浸漬しないごくごく短時間の浸漬時間とすると、有機溶剤が模型表面に凝縮不足となり、平滑化されない部位が残存する問題がある。また、有機溶剤を沸騰させ有機溶剤の蒸気とするには加熱装置・蒸気ボックス・蒸気ボックス凝集有機溶剤回収装置が必要であり、また作業者に対し、加熱有機溶剤蒸気吸引防止手段を確実に履行することが必要であり、また可燃性有機溶剤の場合には、引火し易いために蒸気漏洩に対し確実な漏洩防止対策をこうずることが絶対条件となり、非常に厄介な作業となる。【００２５】
いずれの方法に於いても、中空複雑形状のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面を簡単に平滑化することには、幾多の課題が残存している。【００２６】
ラピッドプロトタイピングにて中空複雑形状のポリスチレン粉末積層造形３次元模型が迅速に製作され、ロウ・ワックス模型に替わる精密鋳造用模型として使用され始めて来た。精密鋳造は模型の形状が精密鋳造品に精度良く転写されるがゆえに、模型表面の凹凸・段差も精度良く精密鋳造品に転写されることになる。精密鋳造品表面の凹凸・段差を後加工にて取り除き、綺麗に仕上げすることもまた大変厄介なことである。後加工として、サンドブラスト・研磨加工・ケミカルミーリングなどがあるが、中空部位内面までの加工は困難極まりなく、多大な時間と費用が発生するものである。やはり、模型段階にて凹凸・段差のない表面状態に仕上げることが基本となる。【００２７】
本発明者達はこう言った幾多の課題を解決するために鋭意検討を重ね、模型に変形や反り・寸法精度の大幅な変化を与えることなく、且つ、室温にて中空複雑形状模型の中空部内面・外面全ての複雑な曲面を有するポリスチレン粉末積層造形３次元模型表面を迅速に平滑化する方法を見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
この発明に係るポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法は、ポリスチレン粉末積層造形において製造されたポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）を、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）に浸漬する浸漬工程（Ａ）と、ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）から引き上げた直後に過剰付着有機溶剤を除去する除去工程（Ｂ）と、常温乾燥にて造膜を促す乾燥造膜工程（Ｃ）とから成る。【００２９】
また、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）のポリスチレン濃度が０．０１〜５ｗｔ％であることが望ましい。【００３０】
さらに、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）は、ハロゲン炭化水素系溶剤と沸点４０℃〜１５０℃の有機溶剤（ｃ）との混合有機溶剤であることが望ましい。また、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）は、スチレン誘導体系溶剤と沸点４０℃〜１５０℃の他の有機溶剤（ｃ）との混合有機溶剤であるものであっても良い。【００３１】
さらに、前記浸漬工程（Ａ）の浸漬時間は、１秒〜５分であることが望ましい。【００３２】
さらにまた、前記除去工程（Ｂ）は、エアーブローによって過剰付着溶剤を除去することが望ましいが、振り切り方式で行っても良いものである。【００３３】
前記乾燥造膜工程（Ｃ）は、常温にて行われることが望ましい。【００３４】
前記浸漬工程（Ａ）、前記除去工程（Ｂ）及び乾燥造膜工程（Ｃ）は、複数回、例えば２−１０回繰り返すことが望ましい。【００３５】
ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）は、複雑形状中空模型であることが望ましい。【００３６】
さらに、上記の方法にて表面平滑化されたポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ｂ）をロストワックス法及びまたはプラスターモールド法による精密鋳造に焼失模型として使用することが望ましい。
【発明の効果】
【００３７】
以下、本発明のポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面平滑化方法による効果について説明する。ポリスチレン粉末積層造形３次元模型の表面の凸部位を切削し平滑化するペーパー仕上げ加工やＮＣ切削加工方法・他の材料を凹部位に埋める従来の平滑化方法と比較して、本発明の平滑化作業は簡単で遥かに迅速に平滑化ができる。これにて、納期短縮に圧倒的な優位性が生まれる。その平滑化レベルは非常に高く、指で表面をなぞっても、凹凸の存在を感知することが難しいレベルである。さらに、中空複雑形状ポリスチレン粉末積層造形３次元模型の中空部位内壁までも一挙に平滑化が完成する。すなわち、切削仕上げ加工では到達不能な領域まで平滑化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。【００３９】
まず、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）の作成について説明する。
模型形状の３次元データを粉末積層造形機に送り、ポリスチレン粉末コート層に炭酸ガスレーザー光線が３次元データに沿ってコンピューター制御されて照射される。炭酸ガスレーザー光線が照射されたポリスチレン層のポリスチレン微粒子の表面は加熱溶融し、ポリスチレン微粒子間で溶合した融合面が作成される。その上に、次のポリスチレン微粒子層がコートされ、炭酸ガスレーザー光線が照射され、２層目のポリスチレン微粒子間で溶合した融合面が作成される。当然ながら、１層目のポリスチレン微粒子間で溶合した融合面と２層目のポリスチレン微粒子間で溶合した融合面は、融合し積層接合されることになる。【００４０】
また、第１層のポリスチレン微粒子間の融合面と第２層のポリスチレン微粒子間の融合面はコンピューター制御にて少しずつ面積が変化し積み上げられていく。その結果、積層された３次元状態が目的とする３次元模型として完成するものである。模型全体の形状は、３次元データに沿ったレコード板の積み上げ状態に等しいが、微視的には、積層体であるが故、積層段差が曲面に出現する。また、フラット面は微粒子が接点で融合した面ではあるが、微粒子の頭と微粒子の溶融接点には高低差が発生する。よって、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）は微粒子の接点が融合した物体でありポーラスなものである。つまり、目視・指触にて明確に表面の凹凸が確認できる表面状態を呈するものである。【００４１】
次に、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）について説明する。【００４２】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）はハロゲン炭化水素系有機溶剤・スチレン誘導体系有機溶剤であり、ポリスチレンを良好に溶解する眞溶剤である。
ハロゲン炭化水素系有機溶剤としては、メチレンジクロライド・トリクロロメタン・テトラクロロメタン・クロロエタンなどが代表的であり、１，１−ジクロロエタン・１，２−ジクロロエタン・１，１，１−トリクロロエタン・１，１，２−トリクロロエタン、１，１，１，２−テトラクロロエタン・１，１，２，２−テトラクロロエタン・１，１−ジクロロエチレン・１，２−ジクロロエチレン・トリクロロエチレン・テトラクロロエチレン・塩化プロピル・塩化イソプロピル・１，２−ジクロロプロパン・塩化アリル・塩化ブチル・塩化ｓｅｃ−ブチル・塩化イソブチル・塩化ｔｅｒｔ−ブチル・１−クロロペタン・クロロベンゼン・臭化メチル・ブロモホルム・臭化エチル・１，２−ジブロモエタン・１，１，２，２−テトラブロモエタン・臭化プロピル・臭化イソプロピル・ブロモベンゼン等が挙げられる。ハロゲン炭化水素系有機溶剤はポリスチレンの良溶剤であり、麻酔性はあるものの、溶解性と乾燥性が良い。ハロゲン炭化水素系有機溶剤の中では、メチレンジクロライドが好ましい。またこれらのハロゲン炭化水素系有機溶剤を混合し眞溶剤として使用しても良い。【００４３】
スチレン誘導体系有機溶剤としては、スチレンモノマーや低分子アルキルスチレンがある。可燃性ではあるものの、溶解性と乾燥性の良い有機溶剤としてはスチレンモノマーが好ましい。またこれらのスチレン誘導体系有機溶剤を混合し、眞溶剤として使用しても良い。【００４４】
次にその他有機溶剤（ｃ）について説明する。【００４５】
その他の有機溶剤（ｃ）としては、芳香族系有機溶剤・ケトン系有機溶剤・エステル系有機溶剤・エーテル系有機溶剤・脂肪族系有機溶剤・アルコール系有機溶剤脂肪族系有機溶剤・アルコール系有機溶剤であり、ポリスチレンを良好に溶解する能力には乏しいが、ポリスチレンを溶解した眞溶剤を希釈することができる有機溶剤である。【００４６】
芳香族系有機溶剤としては、ベンゼン・トルエン・キシレンが代表的であり、エチルベンゼン等が挙げられる。【００４７】
ケトン系有機溶剤としては、アセトン・メチルエチルケトン・ｎ−ヘキサノン・メチルイソブチルケトンが代表的であり、メチルｎブチルケトン等が挙げられる。【００４８】
エステル系有機溶剤としては、酢酸メチル・酢酸エチル・酢酸プロピル・酢酸イソプロピル・酢酸ｎブチル・酢酸イソブチル等が挙げられる。【００４９】
エーテル系有機溶剤としては、ジメチルエーテル・メチルエチルエーテル・ジエチルエーテルが代表てきであり、メチルブチルエーテル・エチルブチルエーテル・ジブチルエーテル・エチルビニルエーテル・ブチルビニルエーテル・ジオキサン・フラン・ｎ−メチルフラン・テトラヒドロフランなどが挙げられる。【００５０】
脂肪族系有機溶剤としては、ｎ−ヘキサン・ヘプタンが代表的である。【００５１】
アルコール系有機溶剤としては、メタノール・エタノール・プロピルアルコール・イソプロピルアルコールなどが代表的であり、ブタノール等が挙げられる。【００５２】
その他有機溶剤（ｃ）は上記の単一有機溶剤でもよいし、上記有機溶剤を混合した混合有機溶剤でも良い。【００５３】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）に溶解するポリスチレンの濃度は０．０１−５ｗｔ％である。好ましくは０．１−３ｗｔ％である。溶解するポリスチレンが５ｗｔ％以上となると、液面にポリスチレンの皮張りを起こし易くなり浸漬工程（Ａ）を阻害する。液面にポリスチレンの皮張りを起こすのは液面での溶剤の飛散があまりにも大きいためであり、特に単一眞溶剤の場合に起こり易い。そこで、混合眞溶剤とすること、その他有機溶剤（ｃ）である希釈溶剤を混合しておくことにより、液面の皮張りは緩和・防止できる。また、溶解するポリスチレンが５ｗｔ％以上となると、模型を引き上げ、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）が乾燥し、溶解ポリスチレンが模型表面によだれ状態に部分残留し易くなると言った不都合が発生する。溶解するポリスチレンが０．０１ｗｔ％以下になると平滑化能力が低下する。【００５４】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）の調合作成方法について説明する。【００５５】
有機溶剤（ｂ）に所定量のポリスチレン微粉末を投入し攪拌することにて、簡単に溶解し、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）を作成することができる。これに、その他有機溶剤（ｃ）の所定量を投入混合すれば、均一な混合溶液が作成でき、その他有機溶剤（ｃ）が混合されても良い。その他有機溶剤（ｃ）を混合することにより、前記液面の皮張り防止と溶液粘度の低下及び後述する急激乾燥性造膜の防止効果が付与されるものである。その混合比率は混合された有機溶剤の種類により多様性が大きく、特に制限するものではない。こうして作成した混合溶液は模型が十分浸漬できる容量の密閉容器に保管・準備される。【００５６】
こうして調合されたポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）へポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）を浸漬する浸漬工程（Ａ）について説明する。【００５７】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）を加熱することなく室温にてポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）を浸漬する。ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）へポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）を浸漬する時間は１秒−５分である。室温で直ちに模型表面が溶解し始めるほどの高溶解性である。よって、５分以上長時間浸漬すると模型表面の形状が大きく崩れるまで溶解し、特に薄肉部位の変形を起こし易い。よって希釈溶剤となるその他有機溶剤（ｃ）を混合し溶解し過ぎにならない様に浸漬時間の調整をやり易くすることが望ましい。１秒以下の浸漬時間となると浸漬時間の調整が難しく、作業工程の管理ができない。【００５８】
また、浸漬工程（Ａ）にて模型表面薄肉部位が過剰溶解して反り・曲げが起こらないようにするために、安全性を加味し予定浸漬時間の１／３にて１回目の浸漬を経て、有機溶剤の除去工程（Ｂ）・乾燥造膜工程（Ｃ）を完了し、再度２回目の浸漬工程（Ａ）・除去工程（Ｂ）・乾燥造膜工程（Ｃ）を加えて、２−１０回繰り返し、表面平滑性を確認しながら実施するものである。好ましくは２−３回繰り返すことである。【００５９】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）へポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）を浸漬・引き上げる操作は小さな模型の場合は、瞬時に浸漬・瞬時に引き上げされるためさほどの問題はないが、大型模型の場合には浸漬に約１０秒程度・引き上げに約１０秒程度を見込む必要がある。よって、均一な浸漬時間管理のためには、模型下部から模型上部の順位に浸漬を開始し、模型下部から模型上部の順位に引き上げを行う配慮が必要である。【００６０】
次に、除去工程（Ｂ）について説明する。【００６１】
ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）から引き上げた直後に模型表面に過剰付着する有機溶剤を除去するために除去工程（Ｂ）を必須項目として設けるものである。除去工程（Ｂ）を実施しないと、模型表面に過剰付着する有機溶剤（ｃ）が垂れ下がり、蒸発乾燥後に有機溶剤（ｃ）に溶解したポリスチレンが部分部位によだれ状態にて残留することになり、表面平滑性は保持されるものの、肉盛り状態となる不都合が発生する。【００６２】
除去工程（Ｂ）はポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）から引き上げた直後に模型表面に過剰付着する有機溶剤を除去するために、模型を振り切る操作を数回行うものである。この作業は、作業者がハンドで行ってもよいし、自動ラインに模型振り切り装置を設置しても良い。これにて、模型表面の過剰付着有機溶剤の大部分が除去され、よだれ状態にて残留することが解消される。【００６３】
次に、乾燥造膜工程（Ｃ）について説明する。【００６４】
ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）がポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）より引き上げられた後、除去工程（Ｂ）を経てドラフト内で常温乾燥することにてポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）のほとんどはポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）の表面より飛散し、溶解ポリスチレンがポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）の表面に顔を出すポリスチレン微粒子の凸部の乾燥は速く、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）の表面のポリスチレン微粒子が融合する接点部位となる凹部の乾燥はやや遅れることになる。ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）に溶解したポリスチレンは、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）の表面のポリスチレン微粒子が融合する接点部位となる凹部に集中して蓄積残存することになる。この現象は山河の浸食・平野での堆積現象と同じ理屈であると解釈される。こうして、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）表面の凹凸は高低差が少なくなり、浸漬工程（Ａ）・除去工程（Ｂ）・乾燥造膜工程（Ｃ）１回目は模型表面がウエーブ状を呈し、浸漬工程（Ａ）・除去工程（Ｂ）・乾燥造膜工程（Ｃ）２回目からは順次平滑化される方向になり、本発明の目指す効果が発現されて来る。【００６５】
ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）が急激に蒸発飛散すると、ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）に溶解しているポリスチレンが下地模型の曲面に密着して造膜できず、急激な収縮に耐えられず亀の甲羅状態に割れを発生する。この減少は塗料の乾燥クラック発生減少と同じである。よって、乾燥造膜工程（Ｃ）は加温せず常温で行うことが必要である。また、ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）を混合溶剤とすることにより、混合溶剤中の低沸点溶剤から順次蒸発飛散させ、正常な造膜を促すことになる。【００６６】
本発明の浸漬工程（Ａ）・除去工程（Ｂ）・乾燥造膜工程（Ｃ）を繰り返すことにより、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）表面の凸部はポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）で溶解され消失する。模型表面の凹部位は、前もって溶解したポリスチレンと凸部溶解ポリスチレンが蓄積造膜されることにより埋められる。この２つの効果が重なり繰り返されることにより、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）表面の凹凸部は平滑化される。しかも、同一ポリスチレンで埋められるため、剥離・脱落することは無く一体化し、鋳造用焼失模型として加熱溶融流失機能を保持することになる。
【実施例１】
【００６７】
ａ．ポリスチレン粉末積層造形３次元模型（ａ）の製作【００６８】
粉末積層造形機は、ＥＯＳＩＮＴ  Ｐ３６０で２気筒エンジン吸引口の模型を造形した。その造形条件はポリスチレン微粉末の粒子径約９０ミクロン・５０Ｗ炭酸ガスレーザー・積層ピッチ０．１〜０．２ｍｍである。２気筒エンジン吸引口の模型の表面は、目視・指触にて明らかに凹凸が確認できるものであった。また、曲面には積層段差跡が明確に出現していた。【００６９】
ｂ．ポリスチレン溶解有機溶剤（ｂ）の調整【００７０】
ポリスチレン眞溶剤にポリスチレンを投入攪拌することにて、直ちに溶解し均一なポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）を得た。希釈溶剤としてその他有機溶剤（ｃ）を混合し希釈することにて、ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）を調整した。【００７１】
ポリスチレンを溶解した有機溶剤（ｂ）の実施例と比較例を下記する表−１にまとめた。【００７２】
【表１】
2005121229.tif 000002
【００７３】
さらに、浸漬工程（Ａ）・除去工程（Ｂ）・乾燥造膜工程（ｃ）の実施例と比較例について模型での評価と鋳造品での評価を表−２にまとめた。【００７４】
【表２】
2005121229.tif 000003
【００７５】
表２において、比較例３はポリスチレン粉末積層造形模型そのものであり、平滑化処理は何も行っていない。【００７６】
表２における条件は、以下の通りである。
鋳造条件  ：  精密鋳造プラスターモールド法
精密鋳造用石膏  ：  キャスター８（サンエス石膏）
模型            ：  ポリスチレン粉末積層造形模型
模型の平滑化処理：  処理なし  及び  実施例・比較例
石膏型の硬化    ：  常温３日放置・硬化
脱ロウ          ：  焼成炉  １３０−２３０℃  ３時間
燃焼            ：  焼成炉  ３００−５００℃  ３時間
焼成            ：  燃焼炉  ６００−７５０℃  ３時間
鋳込み金属      ：  Ｍｇ合金
鋳込み雰囲気    ：  アルゴンガス
鋳造方式        ：  重力鋳造
鋳込み温度      ：  ６００−７００℃
石膏型崩壊      ：  １００℃以下にて金鎚でたたき割る
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、模型の表面に異質材料を埋め込む方法ではなく、同一材料を埋め込む方法であるがゆえに、平滑化された表面はすべて同一材料でみたされており、表面硬度は同じであり、耐熱的挙動・耐衝撃的挙動・耐候性的挙動・耐薬品性挙動は変化無く、表面平滑化部位が剥離することはない。よって、形状確認模型として、表面が平滑化されたものとなり、商品価値が向上する。また、表面平滑化された複製用マスターモデルとしての用途が開ける。【００７８】
さらに、反転用マスターモデルとしての１つの用途はシリコンゴム型に反転し、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂を真空注型にてマスターモデルと同一形状模型を複数複製することができる。２０〜１００個程度の複製模型を製作する場合、ポリスチレン粉末積層造形３次元模型を２０〜１００個造形するよりは、複数複製した方が、試作模型の短納期に対応でき、経済性も有利になる。【００７９】
さらにまた、ロウ・ワックス模型の代替模型として、精密鋳造用焼失模型分野に大きな用途が開ける。ポリスチレン粉末積層造形３次元模型はロウ・ワックス模型を押しのけて精密鋳造焼失模型として使用されているが、精密鋳造品の鋳肌が平滑化されない欠点がある。本発明の方法にて表面平滑化されたポリスチレン粉末積層造形３次元模型はロウ・ワックス代替鋳造用模型として全面的に使用できる。【００８０】
このように、試作樹脂模型の用途分野に高性能・最速小ロット試作樹脂模型を提供することが可能と成る。
【国際調査報告】
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