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３Dプリンターで製作した金型の高精度化に向けた内部配置水管の表面加工

金沢大学 理工研究域 機械工学系

教授 古本 達明

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金属３Dプリンタと切削加工の複合化および長所

積層造形と切削仕上を交互に行い3次元形状金型を製作

切削加工後の造形物表面寸法精度: 0.03 mm，表面粗さ: Rz =20 mm

冷却水管の自由設計

冷却用水管

射出成形金型

・造形物精度の改善(金型の表面性状を切削加工で改善)

・冷却用水管の自由配置（加工手法によらない自由な水管レイアウト）

・ポーラス形状の製作(レーザによる金属結合状態の制御，造形時間短縮)

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金属３Dプリンタの課題

オーバーハング形状

造形モデル

スピンドル

・オーバーハング部位の形状精度（造形物の球状凝固，内部水管上面）

・冷却用水管の内面性状（水管断面正面は切削不可）

・造形物内部の残留応力（レーザ照射による急熱・急冷，焼入れ・焼戻し）

・造形物の変形

冷却水管

だれ

5 mm

冷却水管の断面

1 mm

不十分焼結物

1 mm

冷却水管の内面

オーバーハング部 底部

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金型水管内面のクリーニング装置

装置仕様

SlurryMaterial Al2O3Grain size #60Fluid Water

内面仕上げ装置（特許5477739）

1 mm

遊離砥粒のSEM画像

油圧ポンプ

油圧シリンダ

密閉容器 D冷却水管

遊離砥粒

金型

密閉容器 C 密閉容器 B

密閉容器A

(1)高圧・高速流動研磨効果・内圧負荷に起因した砥粒の高速流動・砥粒にはたらく遠心力による作用

(2)撹拌研磨効果・乱流流れに沿った流動・管壁に接触しながら水管内を移動

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加工時間による表面粗さの変化

加工前 500sec後 4000sec後

8000sec後

0.5mm

0 2000 4000 6000 8000 100000

4

8

12

16

20

24

Surf

ace

roughnes

s R

a m

m

Polishing time t sec

Slurry: Al2O

3

Grain size: #150

Concentration: 4 vol%

加工時間による表面粗さの変化

0.5mm 0.5mm

0.5mm

6

砥粒径による内面粗さの変化

0 100 200 300 4000

20

40

60

80

100

120

Average particle diameter mm

Grain: Al2O

3

Concentration: 8 vol%

Pressure: 1.4 MPa

Processing time: 180 sec

Su

rfac

e ro

ug

hn

ess

R

z m

m

Grain size dg #

300 100 60

粒度: #60(300 mm)

粒度: #150(100 mm)

粒度: #320(60 mm)

粒径と表面粗さの関係

水管内面のプロファイル

0 4.02.0Scan length mm

200

-200

0

Pro

file

μm

0 4.02.0Scan length mm

200

-200

0

Pro

file

μm

0 4.02.0Scan length mm

200

-200

0P

rofile

μm

砥粒は，合金化層を研磨するよりはむしろ，表面に付着した不十分焼結物の除去に使用される．

突起

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水管の各位置でのクリーニング特性

Flow direction

SlurryMaterial Al2O3Grain size #60Concentration 7.2vol%

Pressure 1.4 MPaFinishing time 1000 sec

Finishing conditions

1 mm 1 mm 1 mm

8

内部突起の付与によるクリーニング特性の改善

Flow directionSlurry

Material Al2O3Grain size #60

Concentration 7.2vol%

Pressure 1.4 MPa

Finishing time 1000 sec

Finishing conditions

1 mm 1 mm 1 mm

9

クリーニングによる防錆効果の発現

(a)Before polishing (b)After polishing(t =2000sec)

Fig. Image of upper surface

1mm1mm

(a)Before polishing (b)After polishing(t =2000sec)

Fig. Image of lower surface

1mm1mm

(a)Before polishing (b)After polishing(t =500sec)

Fig. Image of upper surface after rusted

1mm1mm

(a)Before polishing (b)After polishing(t =500sec)

Fig. Image of upper surface after rusted

1mm1mm

Get rusty

Get rusty

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称： 研磨材混合流体研磨装置

及び研磨方法

• 登録番号： 特許5477739

• 出願人： 金沢大学

• 発明者 ：上田隆司，古本達明，細川晃，田中隆太郎

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お問い合わせ先

金沢大学ティ・エル・オー

代表取締役社長 中村 尚人

ＴＥＬ 076-264-6115

ＦＡＸ 076-234-4018

e-mail info@kutlo.co.jp