JP2008248026A - Photocurable composition for stereolithography and ceramic molding - Google Patents
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Abstract
【課題】光造形法によるセラミック成形に用いるための組成物であって、該組成物の成分である無機系微粒子の数平均粒径及び配合割合を変えても、常に良好なチクソトロピー性及び塗布性を得ることができ、高精度の立体造形物を作製しうる光硬化性組成物を提供する。
【解決手段】組成物は、(A1)エチレン性不飽和基を1個有するモノマー1〜10質量%、(A2)エチレン性不飽和基を2個以上有するモモマー1〜30質量%、(B)光重合開始剤0.01〜10質量%、及び(C)動的光散乱法による数平均粒径が5〜300nmである無機系微粒子60〜95質量%、を含み、かつ、(A1)成分及び(A2)成分の合計100質量%中、(A1)成分の含有率が10〜50質量%のものである。組成物1は、光造形法における硬化層6,7の材料として用いられ、立体造形物となる。立体造形物を焼成すれば、セラミック造形物が得られる。
【選択図】図1The present invention relates to a composition for use in ceramic molding by stereolithography, and always has good thixotropy and applicability even if the number average particle size and blending ratio of inorganic fine particles that are components of the composition are changed. Is provided, and a photocurable composition capable of producing a highly accurate three-dimensional modeled object is provided.
The composition comprises (A1) 1 to 10% by mass of a monomer having one ethylenically unsaturated group, (A2) 1 to 30% by mass of a monomer having two or more ethylenically unsaturated groups, (B) Component (A1), comprising 0.01 to 10% by weight of a photopolymerization initiator and (C) 60 to 95% by weight of inorganic fine particles having a number average particle diameter of 5 to 300 nm by a dynamic light scattering method. And the content rate of (A1) component is a thing of 10-50 mass% in a total of 100 mass% of (A2) component. The composition 1 is used as a material for the hardened layers 6 and 7 in the optical modeling method, and becomes a three-dimensional modeled object. If the three-dimensional model is fired, a ceramic model is obtained.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光造形によるセラミック成型の材料として有用な光硬化性組成物、及び該組成物を用いて作製される立体造形物、ならびに該立体造形物を焼成してなるセラミック造形物に関する。 The present invention relates to a photocurable composition useful as a material for ceramic molding by optical modeling, a three-dimensional model manufactured using the composition, and a ceramic model formed by firing the three-dimensional model.
アルミニウムやシリカ等の無機系微粒子を、液状樹脂組成物からなるバインダー中に分散し、これを積層造形法により硬化させて所望の立体形状の造形物を形成した後に、焼成し、複雑な形状を有する立体形状を製造する技術は、従来より知られている。
このような積層造形法としては、ノズルから樹脂混合物を吐出して熱硬化させる方法や、光積層造形法を利用する方法が知られている。このうち、光積層造形法は、微細な形状を成形し易い等の利点を有することから、その利用が積極的に検討されている。
ここで、光積層造形法としては、光硬化性樹脂液の薄層液面に光線を照射して、所望のパターンの断面を有する硬化物(断面硬化層)を形成し、次に、この断面硬化層の上に光硬化性樹脂液を1層分供給し、光線を照射して、断面硬化層をさらに形成し、以後、この操作を繰り返すことによって、複数の断面硬化層が積層し一体化してなる所望の形状を有する立体モデルを造形する方法が代表的である。
Inorganic fine particles such as aluminum and silica are dispersed in a binder made of a liquid resin composition, and this is cured by a layered modeling method to form a desired three-dimensional shaped article, and then fired to form a complicated shape. A technique for manufacturing a three-dimensional shape is conventionally known.
As such an additive manufacturing method, a method in which a resin mixture is discharged from a nozzle and thermally cured, or a method using an optical additive manufacturing method is known. Among these, the optical layered modeling method has an advantage such as easy formation of a fine shape, and therefore its use is actively studied.
Here, as an optical layered modeling method, a thin layer liquid surface of a photocurable resin liquid is irradiated with light to form a cured product (cross-section cured layer) having a desired pattern cross section, and then this cross section A single layer of the photocurable resin liquid is supplied onto the cured layer, irradiated with light to further form a cross-section hardened layer, and thereafter, by repeating this operation, a plurality of cross-section hardened layers are laminated and integrated. A typical method is to form a three-dimensional model having a desired shape.
平均粒径が1μm以上のセラミックス粒子を高い含有率(例えば、60質量%)で含有する光硬化性樹脂組成物を調製し、この樹脂組成物を材料として、光積層造形法等の光造形法を用いて、力学特性に優れた立体造形物を作製する場合、硬化前の樹脂組成物の取扱い性(具体的には、流動性、チクソトロピー性)や、硬化後の立体造形物の造形精度が劣るという問題があった。
この問題を解決する手段として、(A)エチレン性不飽和モノマー1〜39質量%、(B)光重合開始剤0.01〜10質量%、及び(C)動的光散乱法による数平均粒径が5〜300nmである無機系微粒子60〜95質量%、を含有する光造形用光硬化性組成物が提案されている(特許文献1)。この組成物によると、特定の数平均粒径を有する無機系微粒子を特定の配合割合で配合しているので、良好なチクソトロピー性が付与され、その結果、組成物の流動性及び塗布後の組成物層の安定性が向上し、さらには、立体造形物の造形精度が高まるとされる。
As means for solving this problem, (A) 1 to 39% by mass of an ethylenically unsaturated monomer, (B) 0.01 to 10% by mass of a photopolymerization initiator, and (C) a number average particle by dynamic light scattering method A photocurable composition for photofabrication containing 60 to 95% by mass of inorganic fine particles having a diameter of 5 to 300 nm has been proposed (Patent Document 1). According to this composition, since the inorganic fine particles having a specific number average particle diameter are blended at a specific blending ratio, good thixotropy is imparted, and as a result, the fluidity of the composition and the composition after coating It is said that the stability of the object layer is improved, and further, the modeling accuracy of the three-dimensional model is increased.
本発明者が得た知見によると、上述の特許文献1の技術で、(A)成分として多官能性モノマーのみを用いた場合(特に好ましい実施態様を採用した場合)において、数平均粒径が90nmであるジルコニア系微粒子を高含有率(例えば、72質量%)で含む組成物は、チクソトロピー性がやや劣り、改良の余地があることがわかった。また、数平均粒径が40nmであるジルコニア系微粒子を用いた場合、その配合割合を72質量%に定めれば良好なチクソトロピー性が得られるものの、該配合割合をさらに高めて、例えば80質量%程度にすると、流動性が低下し、光造形用材料としての取扱い性が悪くなることもわかった。
したがって、本発明の目的は、無機系微粒子の数平均粒径及び配合割合を変えても、常に良好なチクソトロピー性及び塗布性を有しており、光造形法(光積層造形法、マイクロ光造形法等)により、所望の形状を有する立体造形物を高精度でかつ容易に作製することができる光硬化性組成物を提供することである。
According to the knowledge obtained by the present inventor, when only the polyfunctional monomer is used as the component (A) in the technique of the above-mentioned
Therefore, the object of the present invention is to always have good thixotropy and coating properties even if the number average particle diameter and the mixing ratio of the inorganic fine particles are changed. It is to provide a photocurable composition capable of easily producing a three-dimensional modeled object having a desired shape with high accuracy.
本発明者らは、前記の課題を解決するために検討した結果、(A1)エチレン性不飽和基を1個有するモノマー、(A2)エチレン性不飽和基を2個以上有するモノマー、(B)光重合開始剤、及び(C)無機系微粒子を、特定の配合割合で含有し、かつ、前記(A1)成分と前記(A2)成分とを、これら2成分の質量比が特定の範囲となるように含む組成物によれば、(C)無機系微粒子の数平均粒径及び配合割合を変えても、常に良好なチクソトロピー性及び塗布性を得ることができ、光造形法によって立体造形物を高精度でかつ容易に作製することができることを見出し、本発明を完成した。 As a result of investigations to solve the above problems, the present inventors have found that (A1) a monomer having one ethylenically unsaturated group, (A2) a monomer having two or more ethylenically unsaturated groups, (B) A photopolymerization initiator and (C) inorganic fine particles are contained in a specific blending ratio, and the mass ratio of the two components (A1) and (A2) is within a specific range. Thus, according to the composition including (C), even if the number average particle diameter and the blending ratio of the inorganic fine particles are changed, good thixotropy and applicability can always be obtained. The present invention has been completed by finding that it can be easily produced with high accuracy.
すなわち、本発明は、下記[1]〜[11]を提供するものである。
[1] 組成物の全量を100質量%として、
(A1)エチレン性不飽和基を1個有するモノマー1〜10質量%、
(A2)エチレン性不飽和基を2個以上有するモノマー1〜30質量%、
(B)光重合開始剤0.01〜10質量%、及び
(C)動的光散乱法による数平均粒径が5〜300nmである無機系微粒子60〜95質量%、を含み、かつ、(A1)成分及び(A2)成分の合計量100質量%中、前記(A1)成分の含有割合が10〜50質量%であることを特徴とする光造形用光硬化性組成物。
[2] 前記(A1)エチレン性不飽和基を1個有するモノマーが、窒素含有ビニル化合物である前記[1]に記載の光造形用光硬化性組成物。
[3] 前記(C)無機系微粒子の配合割合が、組成物の全量を100質量%として、70〜85質量%である前記[1]又は[2]に記載の光造形用光硬化性組成物。
[4] 前記(C)無機系微粒子が、ジルコニア系微粒子を含む前記[1]〜[3]のいずれか1つに記載の光造形用光硬化性組成物。
[5] マイクロ光造形用である、前記[1]〜[4]のいずれか1つに記載の光造形用光硬化性組成物。
[6] 前記[1]〜[5]のいずれか1つに記載の光硬化性組成物の硬化物からなる立体造形物。
[7] 前記[1]〜[5]のいずれか1つに記載の光造形用光硬化性組成物に光を照射して、該組成物の硬化層を形成し、この硬化層の上に、前記組成物を再度供給し、光を照射して、組成物の硬化層をさらに形成し、以後、これを繰り返すことにより、複数の硬化層を積層し一体化してなる立体造形物を得る、立体造形物の製造方法。
[8] 前記硬化層の厚みが1〜50μmである、前記[7]に記載の立体造形物の製造方法。
[9] 前記光の照射は、投影領域毎にディジタルミラーデバイスを用いて一括露光を繰り返すことにより行われる、前記[7]又は[8]に記載の立体造形物の製造方法。
[10] 前記[6]に記載の立体造形物を焼成して得られるセラミック造形物。
[11] 前記[1]〜[5]のいずれか1つに記載の光造形用光硬化性組成物に、投影領域毎にディジタルミラーデバイスを用いて一括露光を繰り返して、該組成物の硬化層を形成し、この硬化層の上に、前記組成物を再度供給し、光を照射して、組成物の硬化層をさらに形成し、以後、これを繰り返すことにより、複数の硬化層を積層し一体化してなる立体造形物を得る工程、
得られた立体造形物を洗浄して残存する未反応の組成物を除去する工程、及び、
洗浄後の立体造形物を焼成して、セラミック造形物を得る工程
を含む、セラミック造形物の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [11].
[1] When the total amount of the composition is 100% by mass,
(A1) 1 to 10% by mass of a monomer having one ethylenically unsaturated group,
(A2) 1 to 30% by mass of a monomer having two or more ethylenically unsaturated groups,
(B) 0.01 to 10% by mass of a photopolymerization initiator, and (C) 60 to 95% by mass of inorganic fine particles having a number average particle diameter of 5 to 300 nm by a dynamic light scattering method, and ( The photocurable composition for optical modeling, wherein the content of the component (A1) is 10 to 50% by mass in 100% by mass of the total amount of the component (A1) and the component (A2).
[2] The photocurable composition for optical modeling according to [1], wherein the monomer (A1) having one ethylenically unsaturated group is a nitrogen-containing vinyl compound.
[3] The photocurable composition for optical modeling according to the above [1] or [2], wherein the blending ratio of the inorganic fine particles (C) is 70 to 85% by mass, where the total amount of the composition is 100% by mass. object.
[4] The photocurable composition for optical modeling according to any one of [1] to [3], wherein the (C) inorganic fine particles include zirconia fine particles.
[5] The photocurable composition for optical modeling according to any one of [1] to [4], which is for micro-optical modeling.
[6] A three-dimensional structure formed of a cured product of the photocurable composition according to any one of [1] to [5].
[7] The photo-curable composition for optical modeling according to any one of [1] to [5] is irradiated with light to form a cured layer of the composition, and the cured layer is formed on the cured layer. The composition is supplied again, irradiated with light to further form a cured layer of the composition, and thereafter, by repeating this, a three-dimensional structure formed by laminating and integrating a plurality of cured layers is obtained. Manufacturing method of a three-dimensional molded item.
[8] The method for producing a three-dimensional structure according to [7], wherein the thickness of the hardened layer is 1 to 50 μm.
[9] The method for producing a three-dimensional structure according to [7] or [8], wherein the light irradiation is performed by repeating batch exposure using a digital mirror device for each projection region.
[10] A ceramic model obtained by firing the three-dimensional model described in [6].
[11] The photocuring composition for optical modeling according to any one of the above [1] to [5] is subjected to batch exposure using a digital mirror device for each projection region, and the composition is cured. A layer is formed, and the composition is supplied again on the cured layer, irradiated with light to further form a cured layer of the composition, and thereafter, a plurality of cured layers are laminated by repeating this. And obtaining a three-dimensional structure formed by integration,
A step of washing the obtained three-dimensional structure to remove the remaining unreacted composition; and
A method for producing a ceramic shaped article, comprising a step of firing a three-dimensional shaped article after washing to obtain a ceramic shaped article.
本発明の組成物は、無機系微粒子の数平均粒径及び配合割合を変えても、常に良好なチクソトロピー性及び塗布性を有するため、光造形法(光積層造形法、マイクロ光造形法等)によって、所望の形状を有する立体造形物を高精度でかつ容易に作製することができる。
なお、「チクソトロピー性」が良好である場合、本発明の光硬化性組成物の塗布後の未硬化層の上部をスクレーパーで掻き取ったときに、スクレーパーに接した該組成物の上部のみが流動し、該組成物の下部が流動せずに安定した状態に保たれるという利点がある。この場合、本発明の組成物を用いた光造形の作業性が向上し、かつ、高い造形精度を有する立体造形物(硬化物)を得ることができる。
また、「塗布性」とは、本発明の光硬化性組成物の流動性が良好であるために、薄膜状の未硬化層を形成するときに、その厚さを均一にすることができることをいう。「塗布性」が良好である場合、本発明の組成物を用いた光造形の作業性が向上し、かつ、高い造形精度を有する立体造形物(硬化物)を得ることができる。
特に、本発明の組成物によると、比較的粒径の小さい無機系微粒子(例えば、粒径が150nm以下のもの)を、高含有率(例えば、70質量%以上)で配合しても、良好なチクソトロピー性を維持することができる。そのため、例えば、粒径が20〜120nmのジルコニア系微粒子を、70〜82質量%の含有率で含む光硬化性組成物を用いることによって、未硬化状態における取り扱い性(塗布性等)を良好に維持しつつ、力学特性(大きな機械的強度等)、造形精度等に優れた立体造形物を、容易に作製することができる。
本発明の組成物は、光積層造形法の他、マイクロ光造形法にも好適に使用することができる。
Since the composition of the present invention always has good thixotropy and coating properties even if the number average particle size and blending ratio of the inorganic fine particles are changed, the optical modeling method (optical layering modeling method, micro-optical modeling method, etc.) Thus, a three-dimensional model having a desired shape can be easily produced with high accuracy.
When the “thixotropic property” is good, when the upper part of the uncured layer after application of the photocurable composition of the present invention is scraped with a scraper, only the upper part of the composition in contact with the scraper flows. And there exists an advantage that the lower part of this composition is maintained in the stable state, without flowing. In this case, the workability of the optical modeling using the composition of the present invention is improved, and a three-dimensional modeled product (cured product) having high modeling accuracy can be obtained.
“Applicability” means that the thickness of the photocurable composition of the present invention can be made uniform when a thin uncured layer is formed because the fluidity of the photocurable composition of the present invention is good. Say. When the “applicability” is good, the workability of optical modeling using the composition of the present invention is improved, and a three-dimensional modeled object (cured product) having high modeling accuracy can be obtained.
In particular, according to the composition of the present invention, inorganic fine particles having a relatively small particle size (for example, particles having a particle size of 150 nm or less) can be blended at a high content (for example, 70% by mass or more). High thixotropy can be maintained. Therefore, for example, by using a photocurable composition containing zirconia-based fine particles having a particle diameter of 20 to 120 nm at a content of 70 to 82% by mass, the handleability (applicability and the like) in an uncured state is improved. It is possible to easily produce a three-dimensionally shaped object that is excellent in mechanical properties (such as large mechanical strength) and modeling accuracy while maintaining.
The composition of the present invention can be suitably used not only for the optical layered modeling method but also for the micro stereolithography method.
以下、本発明の光造形用光硬化性組成物について説明する。
本発明の組成物は、(A1)エチレン性不飽和基を1個有するモノマー1〜10質量%、(A2)エチレン性不飽和基を2個以上有するモノマー1〜30質量%(以下、(A1)成分と(A2)成分とをあわせて、(A)エチレン性不飽和モノマーという。)、(B)光重合開始剤0.01〜10質量%、及び(C)動的光散乱法による数平均粒径が5〜300nmである無機系微粒子60〜95質量%を含有するものである。
以下、各成分について詳しく説明する。
Hereinafter, the photocurable composition for optical modeling of the present invention will be described.
The composition of the present invention comprises (A1) 1 to 10% by mass of a monomer having one ethylenically unsaturated group, (A2) 1 to 30% by mass of a monomer having two or more ethylenically unsaturated groups (hereinafter referred to as (A1 ) Component and (A2) component are combined and referred to as (A) an ethylenically unsaturated monomer.), (B) 0.01-10% by weight of a photopolymerization initiator, and (C) a number by dynamic light scattering. It contains 60 to 95% by mass of inorganic fine particles having an average particle size of 5 to 300 nm.
Hereinafter, each component will be described in detail.
[(A)成分]
本発明の光造形用光硬化性組成物に用いられる(A)成分は、エチレン性不飽和モノマーである。(A)エチレン性不飽和モノマーは、エチレン性不飽和結合(C=C)を分子中に有する化合物であり、例えば、(メタ)アクリル系モノマー等が含まれる。
(A)成分としては、(A1)1分子中に1個のエチレン性不飽和結合を有するモノマー(単官能性モノマー)と、(A2)1分子中に2個以上のエチレン性不飽和結合を有するモノマー(多官能性モノマー)とを特定の配合割合で併用することが必須である。
(A1)単官能性モノマーと(A2)多官能性モノマーとを特定の配合割合で併用することにより、(C)無機系微粒子を高含有率(例えば、75〜80質量%)で配合しても、良好なチクソトロピー性を維持し、良好な流動性(塗布性)、及び塗布後の未硬化層の安定性を兼ね備えることができる。
なお、(A1)単官能性モノマーと(A2)多官能性モノマーとの配合割合については、後述する。
[(A) component]
(A) component used for the photocurable composition for optical shaping | molding of this invention is an ethylenically unsaturated monomer. (A) An ethylenically unsaturated monomer is a compound which has an ethylenically unsaturated bond (C = C) in a molecule | numerator, for example, a (meth) acrylic-type monomer etc. are contained.
As the component (A), (A1) a monomer having one ethylenically unsaturated bond (monofunctional monomer) in one molecule and (A2) two or more ethylenically unsaturated bonds in one molecule It is essential to use the monomer (polyfunctional monomer) in combination at a specific blending ratio.
(A1) A monofunctional monomer and (A2) a polyfunctional monomer are used in combination at a specific blending ratio, so that (C) inorganic fine particles are blended at a high content (for example, 75 to 80% by mass). However, it is possible to maintain good thixotropy and to have good fluidity (applicability) and stability of the uncured layer after application.
The blending ratio of (A1) monofunctional monomer and (A2) polyfunctional monomer will be described later.
(A1)成分として好適に使用できる単官能性モノマーとしては、例えば、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルピロリドン等の窒素含有ビニル化合物、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロイルモルホリン、7−アミノ−3,7−ジメチルオクチル(メタ)アクリレート、イソブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、イソボルニルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、エチルジエチレングリコール(メタ)アクリレート、t−オクチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタジエン(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、テトラクロロフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、テトラブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−テトラブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−トリクロロフェノキシエチル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、2−トリブロモフェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ペンタクロロフェニル(メタ)アクリレート、ペンタブロモフェニル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、メチルトリエチレンジグリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、及び下記一般式(1)〜(3)で表される化合物を例示することができる。 Examples of the monofunctional monomer that can be suitably used as the component (A1) include nitrogen-containing vinyl compounds such as N-vinylcaprolactam and N-vinylpyrrolidone, (meth) acrylamide, (meth) acryloylmorpholine, and 7-amino-3. , 7-dimethyloctyl (meth) acrylate, isobutoxymethyl (meth) acrylamide, isobornyloxyethyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, ethyldiethylene glycol (meth) acrylate, t -Octyl (meth) acrylamide, diacetone (meth) acrylamide, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, dicyclopentadiene (Meth) acrylate, dicyclopentenyloxyethyl (meth) acrylate, dicyclopentenyl (meth) acrylate, N, N-dimethyl (meth) acrylamide, tetrachlorophenyl (meth) acrylate, 2-tetrachlorophenoxyethyl (meth) acrylate , Tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, tetrabromophenyl (meth) acrylate, 2-tetrabromophenoxyethyl (meth) acrylate, 2-trichlorophenoxyethyl (meth) acrylate, tribromophenyl (meth) acrylate, 2-tribromo Phenoxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate, butoki Ethyl (meth) acrylate, pentachlorophenyl (meth) acrylate, pentabromophenyl (meth) acrylate, polyethylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, methoxytripropylene glycol (meth) acrylate, bornyl (meth) Examples include acrylate, methyltriethylenediglycol (meth) acrylate, methoxypropylene glycol (meth) acrylate, and compounds represented by the following general formulas (1) to (3).
これらの単官能性モノマーのうち、イソボルニル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルモルホリン、イソボルニル(メタ)アクリレート、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルピロリドン、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシトリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が好ましく、中でも、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルピロリドン等の窒素含有ビニル化合物がより好ましい。単官能モノマーとして窒素含有ビニル化合物を用いると、良好なチクソトロピー性に加えて、組成物の硬化速度の向上、硬化物の反りの抑制等を達成することができる。 Among these monofunctional monomers, isobornyl (meth) acrylate, (meth) acryloylmorpholine, isobornyl (meth) acrylate, N-vinylcaprolactam, N-vinylpyrrolidone, polypropylene glycol mono (meth) acrylate, methoxytripropylene glycol ( Meth) acrylate, methoxypropylene glycol (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate and the like are preferable, and nitrogen-containing vinyl compounds such as N-vinylcaprolactam and N-vinylpyrrolidone are more preferable. When a nitrogen-containing vinyl compound is used as a monofunctional monomer, in addition to good thixotropic properties, an improvement in the curing speed of the composition, suppression of warpage of the cured product, and the like can be achieved.
上記の単官能性モノマーの市販品としては、例えば、ACMO(以上、興人社製)、アロニックスM−101、M−102、M−111、M−113、M−117、M−152、TO−1210(以上、東亞合成社製)、IBXA(以上、共栄社化学社製)、KAYARAD TC−110S、R−564、R−128H(以上、日本化薬社製)、ビスコート160、ビスコート192、ビスコート220、ビスコート320、ビスコート2311HP、ビスコート2000、ビスコート2100、ビスコート2150、ビスコート8F、ビスコート17F(以上、大阪有機化学工業社製)等が挙げられる。 As a commercial item of said monofunctional monomer, for example, ACMO (above, manufactured by Kojin Co., Ltd.), Aronix M-101, M-102, M-111, M-113, M-117, M-152, TO -1210 (above, manufactured by Toagosei Co., Ltd.), IBXA (above, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), KAYARAD TC-110S, R-564, R-128H (above, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), Biscote 160, Biscote 192, Biscote 220, biscoat 320, biscoat 2311HP, biscoat 2000, biscoat 2100, biscoat 2150, biscoat 8F, biscoat 17F (above, manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.) and the like.
(A2)成分として好適に使用できる多官能性モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニルジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジイルジメチレンジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、エチレンオキシド(以下「EO」という。)変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート(以下「エトキシ化トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート」ともいう。)、プロピレンオキシド(以下「PO」という。)変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルの両末端(メタ)アクリル酸付加物、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、PO変性水添ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、EO変性ビスフェノールFジ(メタ)アクリレート、フェノールノボラックポリグリシジルエーテルの(メタ)アクリレート、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート等を例示することができる。 Examples of the polyfunctional monomer that can be suitably used as the component (A2) include ethylene glycol di (meth) acrylate, dicyclopentenyl di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, and tetraethylene glycol di (meta). ) Acrylate, tricyclodecanediyldimethylene di (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate di (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, caprolactone modified tris (2- Hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, ethylene oxide (hereinafter referred to as “EO”) modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate (Hereinafter also referred to as “ethoxylated trimethylolpropane tri (meth) acrylate”), propylene oxide (hereinafter referred to as “PO”) modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, Neopentyl glycol di (meth) acrylate, bisphenol A diglycidyl ether end (meth) acrylic acid adduct, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, penta Erythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, polyester di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, di Entaerythritol penta (meth) acrylate, dipentaerythritol tetra (meth) acrylate, caprolactone modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, caprolactone modified dipentaerythritol penta (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate, EO modified Bisphenol A di (meth) acrylate, PO modified bisphenol A di (meth) acrylate, EO modified hydrogenated bisphenol A di (meth) acrylate, PO modified hydrogenated bisphenol A di (meth) acrylate, EO modified bisphenol F di (meth) Examples thereof include acrylates, (meth) acrylates of phenol novolac polyglycidyl ether, triacryloyloxyethyl phosphate, and the like.
これらの多官能性モノマーのうち、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリ(メタ)アクリレート、トリアクリロイルオキシエチルホスフェート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレートが特に好ましい。 Among these polyfunctional monomers, trimethylolpropane tri (meth) acrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate tri (meth) acrylate, triacryloyloxyethyl phosphate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, dipenta Erythritol penta (meth) acrylate and ditrimethylolpropane tetra (meth) acrylate are particularly preferred.
上記の多官能性モノマーの市販品としては、例えば、SA1002(以上、三菱化学社製)、ビスコート195、ビスコート230、ビスコート260、ビスコート215、ビスコート310、ビスコート214HP、ビスコート295、ビスコート300、ビスコート360、ビスコートGPT、ビスコート400、ビスコート700、ビスコート540、ビスコート3000、ビスコート3700、ビスコート3PA(以上、大阪有機化学工業社製)、カヤラッドR−526、HDDA、NPGDA、TPGDA、MANDA、R−551、R−712、R−604、R−684、PET−30、GPO−303、TMPTA、THE−330、DPHA、DPHA−2H、DPHA−2C、DPHA−2I、D−310、D−330、DPCA−20、DPCA−30、DPCA−60、DPCA−120、DN−0075、DN−2475、T−1420、T−2020、T−2040、TPA−320、TPA−330、RP−1040、RP−2040、R−011、R−300、R−205(以上、日本化薬社製)、アロニックスM−210、M−220、M−233、M−240、M−215、M−305、M−309、M−310、M−315、M−325、M−400、M−6200、M−6400(以上、東亞合成社製)、ライトアクリレートBP−4EA、BP−4PA、BP−2EA、BP−2PA、DCP−A(以上、共栄社化学社製)、ニューフロンティアBPE−4、BR−42M、GX−8345(以上、第一工業製薬社製)、ASF−400(以上、新日鐵化学社製)、リポキシSP−1506、SP−1507、SP−1509、VR−77、SP−4010、SP−4060(以上、昭和高分子社製)、NKエステルA−BPE−4(以上、新中村化学工業社製)等が挙げられる。
単官能性モノマー及び多官能性モノマーは、各々、1種又は2種以上で用いることができる。
Commercially available products of the above polyfunctional monomers include, for example, SA1002 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), biscoat 195, biscoat 230, biscoat 260, biscoat 215, biscoat 310, biscoat 214HP, biscoat 295, biscoat 300, biscoat 360. , Biscoat GPT, Biscoat 400, Biscoat 700, Biscoat 540, Biscoat 3000, Biscoat 3700, Viscoat 3PA (above, manufactured by Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), Kayarad R-526, HDDA, NPGDA, TPGDA, MANDA, R-551, R -712, R-604, R-684, PET-30, GPO-303, TMPTA, THE-330, DPHA, DPHA-2H, DPHA-2C, DPHA-2I, D-310, D-330, PCA-20, DPCA-30, DPCA-60, DPCA-120, DN-0075, DN-2475, T-1420, T-2020, T-2040, TPA-320, TPA-330, RP-1040, RP- 2040, R-011, R-300, R-205 (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.), Aronix M-210, M-220, M-233, M-240, M-215, M-305, M- 309, M-310, M-315, M-325, M-400, M-6200, M-6400 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), light acrylate BP-4EA, BP-4PA, BP-2EA, BP- 2PA, DCP-A (above, Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), New Frontier BPE-4, BR-42M, GX-8345 (above, Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), ASF-400 As described above, manufactured by Nippon Steel Chemical Co., Ltd.), lipoxy SP-1506, SP-1507, SP-1509, VR-77, SP-4010, SP-4060 (manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.), NK ester A-BPE- 4 (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.).
The monofunctional monomer and the polyfunctional monomer can be used alone or in combination of two or more.
(A1)成分(単官能性モノマー)の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量を100質量%として、1〜10質量%、好ましくは1〜7質量%、さらに好ましくは3〜5質量%である。(A1)成分の配合割合が1質量%未満であると、良好なチクソトロピー性を得ることが困難なことがある。一方、(A1)成分の配合割合が10質量%を超えると、組成物の粘度が低くなりすぎ、塗布性が劣ることがある。
(A2)成分(多官能性モノマー)の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量を100質量%として、1〜30質量%、好ましくは5〜30質量%、さらに好ましくは5〜20質量%、特に好ましくは10〜20質量%である。
(A2)成分の配合割合が1質量%未満であると、組成物の光硬化性が低下し、立体造形物(硬化物)の機械的強度が低下することがある。一方、(A2)成分の配合割合が30質量%を超えると、良好なチクソトロピー性が得られ難くなり、組成物の取り扱い性が悪化するばかりか、立体造形物の力学特性(機械的強度)が低下することがある。
また、(A1)成分及び(A2)成分の合計量100質量%中、前記(A1)成分の含有割合は、10〜50質量%、好ましくは10〜30質量%である。(A1)成分の含有割合が10質量%未満であると、良好なチクソトロピー性を得ることが困難なことがある。一方、該含有割合が50質量%を超えると、組成物の光硬化性が低下し、立体造形物(硬化物)の機械的強度が低下することがある。
The compounding ratio of the component (A1) (monofunctional monomer) is 1 to 10% by mass, preferably 1 to 7% by mass, more preferably 3 to 100% by mass based on the total amount of the photocurable composition of the present invention. 5% by mass. When the blending ratio of the component (A1) is less than 1% by mass, it may be difficult to obtain good thixotropy. On the other hand, when the blending ratio of the component (A1) exceeds 10% by mass, the viscosity of the composition becomes too low and the applicability may be inferior.
The blending ratio of the component (A2) (polyfunctional monomer) is 1 to 30% by mass, preferably 5 to 30% by mass, more preferably 5 to 100% by mass based on the total amount of the photocurable composition of the present invention. It is 20 mass%, Most preferably, it is 10-20 mass%.
When the blending ratio of the component (A2) is less than 1% by mass, the photocurability of the composition is lowered, and the mechanical strength of the three-dimensional structure (cured product) may be lowered. On the other hand, when the blending ratio of the component (A2) exceeds 30% by mass, it is difficult to obtain good thixotropy, and the handleability of the composition is deteriorated, and the mechanical properties (mechanical strength) of the three-dimensional structure are deteriorated. May decrease.
Moreover, the content rate of the said (A1) component is 10-50 mass% in the total amount of 100 mass% of (A1) component and (A2) component, Preferably it is 10-30 mass%. When the content ratio of the component (A1) is less than 10% by mass, it may be difficult to obtain good thixotropy. On the other hand, when this content rate exceeds 50 mass%, the photocurability of a composition may fall and the mechanical strength of a three-dimensional molded item (hardened | cured material) may fall.
また、(A2)成分は、1分子中に3個以上のエチレン性不飽和結合を有する多官能性モノマー(本明細書中で「3官能以上のモノマー」ということがある。)を含むことが好ましい。該多官能性モノマーの好ましい例としては、3官能以上の多官能(メタ)アクリレート系モノマーが挙げられる。
3官能以上のモノマーの含有割合は、(A2)成分の全量を100質量%として、好ましくは50〜100質量%、特に好ましくは70〜100質量%である。該含有割合が50質量%未満であると、本発明の組成物の光硬化性が低下すると共に、立体造形物の強度が低下することがある。
The component (A2) may contain a polyfunctional monomer having 3 or more ethylenically unsaturated bonds in one molecule (sometimes referred to as “trifunctional or more monomers” in this specification). preferable. Preferable examples of the polyfunctional monomer include trifunctional or higher polyfunctional (meth) acrylate monomers.
The content ratio of the trifunctional or higher monomer is preferably 50 to 100% by mass, particularly preferably 70 to 100% by mass, with the total amount of the component (A2) being 100% by mass. When the content is less than 50% by mass, the photocurability of the composition of the present invention may be lowered, and the strength of the three-dimensional structure may be lowered.
[(B)成分]
本発明の光硬化性組成物に用いられる(B)成分は、光重合開始剤である。(B)光重合開始剤は、好ましくはラジカル性光重合開始剤である。ラジカル性光重合開始剤は、光等のエネルギー線を受けることにより分解し、発生するラジカルによって、ラジカル重合反応を開始させる化合物である。
[Component (B)]
Component (B) used in the photocurable composition of the present invention is a photopolymerization initiator. (B) The photopolymerization initiator is preferably a radical photopolymerization initiator. A radical photopolymerization initiator is a compound that is decomposed by receiving energy rays such as light and initiates a radical polymerization reaction by generated radicals.
(B)成分の具体例としては、例えば、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、アントラキノン、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、カルバゾール、キサントン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、1,1−ジメトキシデオキシベンゾイン、3,3’−ジメチル−4−メトキシベンゾフェノン、チオキサントン系化合物、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−プロパン−2−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、トリフェニルアミン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリ−メチルペンチルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、フルオレノン、フルオレン、ベンズアルデヒド、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾフェノン、3−メチルアセトフェノン、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン(BTTB)、及びBTTBとキサンテン、チオキサンテン、クマリン、ケトクマリンその他の色素増感剤との組み合わせ等が挙げられる。
これらのうち、ベンジルジメチルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド等が特に好ましい。
これらの化合物は、一種単独で、又は二種以上を組み合わせて用いられる。
Specific examples of the component (B) include, for example, acetophenone, acetophenone benzyl ketal, anthraquinone, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2-methylpropan-1-one, carbazole, xanthone, 4-chlorobenzophenone. 4,4′-diaminobenzophenone, 1,1-dimethoxydeoxybenzoin, 3,3′-dimethyl-4-methoxybenzophenone, thioxanthone compound, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2- Morpholino-propan-2-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butan-1-one, triphenylamine, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) 2,4,4-tri-methylpentylphosphine oxide, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, benzyldimethyl ketal, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy -2-methyl-1-phenylpropan-1-one, fluorenone, fluorene, benzaldehyde, benzoin ethyl ether, benzoin propyl ether, benzophenone, 3-methylacetophenone, 3,3 ′, 4,4′-tetra (t-butyl Peroxycarbonyl) benzophenone (BTTB) and combinations of BTTB with xanthene, thioxanthene, coumarin, ketocoumarin and other dye sensitizers.
Of these, benzyldimethyl ketal, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butane-1- Particularly preferred are ON, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide, and the like.
These compounds are used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
本発明の組成物を後述のマイクロ光造形法に用いる場合には、通常、405nm程度の近紫外領域の波長の硬化光を用いるため、この波長域に吸収を有する光重合開始剤が用いられる。
具体的には、405nmにおけるモル吸光係数が500(L/mol・cm)以上の光重合開始剤が好ましい。上記の例示物の中では、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド(405nmにおけるモル吸光係数:619L/mol・cm)、ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド(405nmにおけるモル吸光係数:575L/mol・cm)等が好ましい。
When the composition of the present invention is used in the micro-photofabrication method described later, since a curing light having a wavelength in the near ultraviolet region of about 405 nm is usually used, a photopolymerization initiator having absorption in this wavelength region is used.
Specifically, a photopolymerization initiator having a molar extinction coefficient at 405 nm of 500 (L / mol · cm) or more is preferable. Among the above examples, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide (molar extinction coefficient at 405 nm: 619 L / mol · cm), bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4 , 4-trimethylpentylphosphine oxide (molar extinction coefficient at 405 nm: 575 L / mol · cm) and the like are preferable.
(B)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量を100質量%として、0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜8質量%である。(B)成分の配合割合が0.01質量%未満では、組成物のラジカル重合反応速度(硬化速度)が小さくなるため、造形に時間を要したり、解像度が低下したりすることがある。(B)成分の配合割合が10質量%を超えると、過剰量の(B)成分が、組成物の硬化特性を低下させたり、立体造形物の強度を低下させることがある。 The blending ratio of the component (B) is 0.01 to 10% by mass, preferably 0.1 to 8% by mass, where the total amount of the photocurable composition of the present invention is 100% by mass. When the blending ratio of the component (B) is less than 0.01% by mass, the radical polymerization reaction rate (curing rate) of the composition becomes small, so that time may be required for modeling or the resolution may be lowered. When the blending ratio of the component (B) exceeds 10% by mass, an excessive amount of the component (B) may reduce the curing characteristics of the composition or the strength of the three-dimensional structure.
[(C)成分]
本発明の光硬化性組成物に用いられる(C)成分は、無機系微粒子である。
(C)成分(無機系微粒子)の数平均粒径の下限値は、5nmである。該値が5nm未満では、無機系微粒子の二次凝集が激しいために、無機系微粒子を分散させることが困難なことがある。
(C)成分の数平均粒径の上限値は、300nm、好ましくは200nm、より好ましくは150nm、最も好ましくは120nmである。該値が300nmを超えると、組成物に十分なチクロトロピー性を付与することが困難になる。なお、上記数平均粒径は、動的光散乱法による測定値である。
[Component (C)]
The component (C) used in the photocurable composition of the present invention is inorganic fine particles.
The lower limit of the number average particle diameter of the component (C) (inorganic fine particles) is 5 nm. When the value is less than 5 nm, the inorganic fine particles may be difficult to disperse due to the intense secondary aggregation of the inorganic fine particles.
The upper limit of the number average particle diameter of the component (C) is 300 nm, preferably 200 nm, more preferably 150 nm, and most preferably 120 nm. When the value exceeds 300 nm, it becomes difficult to impart sufficient thiochromotropy to the composition. In addition, the said number average particle diameter is a measured value by a dynamic light scattering method.
(C)成分である無機系微粒子は、照射波長の光を実質的に吸収しない材質のものであればよく、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ等の酸化物や、炭化ジルコニウム、炭化ケイ素等の炭化物や、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物や、これらの混合物等の各種セラミックスが挙げられる。
中でも、ジルコニアは、立体造形物(硬化物)の機械的強度を向上させる点で、好ましく用いられる。
(C)成分中、ジルコニアの含有割合は、好ましくは10〜100質量%、より好ましくは15〜100質量%である。ジルコニアは、他の無機系微粒子、例えばアルミナ等と併用して用いることができる。
本明細書中、「XX系微粒子」は、「XX」を50質量%以上含有する微粒子を意味する。
The inorganic fine particles as the component (C) may be any material that does not substantially absorb light having an irradiation wavelength. For example, oxides such as alumina, zirconia, and silica, and carbides such as zirconium carbide and silicon carbide. And various ceramics such as nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and mixtures thereof.
Among these, zirconia is preferably used in terms of improving the mechanical strength of the three-dimensional model (cured product).
(C) In a component, the content rate of a zirconia becomes like this. Preferably it is 10-100 mass%, More preferably, it is 15-100 mass%. Zirconia can be used in combination with other inorganic fine particles such as alumina.
In the present specification, “XX-based fine particles” mean fine particles containing 50% by mass or more of “XX”.
(C)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量を100質量%として、60〜95質量%、好ましくは65〜90質量%、より好ましくは70〜85質量%、特に好ましくは75〜80質量%である。該配合割合が60質量%未満では、組成物に良好なチクソトロピー性を付与することが困難になる。該配合割合が95質量%を超えると、組成物中に均一に混合することが困難になるばかりか、(A)成分の配合割合が小さくなる等のため、光硬化により形成される硬化物の諸物性が劣ることがある。 The blending ratio of the component (C) is 60 to 95% by mass, preferably 65 to 90% by mass, more preferably 70 to 85% by mass, particularly preferably 100% by mass based on the total amount of the photocurable composition of the present invention. Is 75-80 mass%. When the blending ratio is less than 60% by mass, it is difficult to impart good thixotropy to the composition. When the blending ratio exceeds 95% by mass, not only is it difficult to mix uniformly in the composition, but the blending ratio of the component (A) becomes small. Various physical properties may be inferior.
[(D)成分]
本発明の光硬化性組成物に用いられる(D)成分は、光吸収剤である。(D)光吸収剤は、405nm付近の波長の光を有効に吸収する成分である。(D)成分は、405nm付近の硬化波長を用いる場合に、硬化光を有効に吸収して、組成物が光硬化する深度(以下、「硬化深度」という。)を減少させる。
本発明の組成物を後述のマイクロ光造形法に用いるためには、硬化深度(500mJ/cm2)が30μm以下であることが好ましく、20μm以下であることがさらに好ましい。また、硬化深度は10μm以上であることが好ましい。このためには、(D)成分を0.01質量%のエタノール溶液としたときの波長405nmの光の透過率が1%以下であることが好ましい。
[(D) component]
(D) component used for the photocurable composition of this invention is a light absorber. (D) The light absorber is a component that effectively absorbs light having a wavelength near 405 nm. When the curing wavelength near 405 nm is used, the component (D) effectively absorbs curing light and decreases the depth at which the composition is photocured (hereinafter referred to as “curing depth”).
In order to use the composition of the present invention in the micro stereolithography described later, the curing depth (500 mJ / cm 2 ) is preferably 30 μm or less, and more preferably 20 μm or less. The curing depth is preferably 10 μm or more. For this purpose, it is preferable that the transmittance of light having a wavelength of 405 nm when the component (D) is a 0.01% by mass ethanol solution is 1% or less.
(D)成分の具体例としては、典型的には、上記の吸光特性を有する油性染料が挙げられる。これらの油性染料としては、カラーインデックスコードがソルベントイエロー179又はディスパースイエロー201の油性染料等を挙げることができる。市販品としては、Yellow6G Gran(バイエル社)等が挙げられる。
なお、Yellow6G Granは、カラーインデックスコードがソルベントイエロー179又はディスパースイエロー201の油性染料である。
ここで、カラーインデックスコードは、「Society of Dyers and Colourists、American Association of
Textile Chemists and Colorists」によるものである。
As a specific example of the component (D), typically, an oil-based dye having the above-described light-absorbing characteristics may be mentioned. Examples of these oil dyes include oil dyes having a color index code of Solvent Yellow 179 or Disperse Yellow 201. Examples of commercially available products include Yellow 6G Gran (Bayer).
Yellow 6G Gran is an oil-based dye having a color index code of Solvent Yellow 179 or Disperse Yellow 201.
Here, the color index code is "Society of Dyers and Colorists, American Association of
By "Textile Chemists and Colorists".
(D)成分の配合割合は、本発明の光硬化性組成物の全量を100質量%として、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.5〜5質量%である。 The blending ratio of the component (D) is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.5 to 5% by mass, with the total amount of the photocurable composition of the present invention as 100% by mass.
本発明の組成物には、本発明の目的及び効果を損なわない範囲において、上記成分以外の任意成分として、各種の添加剤が含有されていてもよい。かかる添加剤としては、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリエーテル、ポリエステル、スチレン−ブタジエンブロック共重合体、アリルエーテルコポリマー、石油樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、セルロース樹脂、フッ素系オリゴマー、シリコーン系オリゴマー、ポリスルフィド系オリゴマー等の(C)成分以外のポリマー及びオリゴマー;フェノチアジン、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール等の重合禁止剤;重合開始助剤;レベリング剤;濡れ性改良剤;界面活性剤;可塑剤;紫外線吸収剤;シランカップリング剤;(D)成分以外の顔料や染料;(C)成分以外の無機微粒子若しくは有機微粒子;トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエチルアミン、ジエチルアミン等のアミン系化合物、チオキサントン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、アントラセン及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体、ベンゾフェノン、ベンゾインイソプロピルエーテル等の光増感剤(重合促進剤);ビニルエーテル類、ビニルスルフィド類、ビニルウレタン類、ウレタンアクリレート類、ビニルウレア類等の反応性希釈剤等が挙げられる。 In the composition of the present invention, various additives may be contained as optional components other than the above components within the range not impairing the object and effect of the present invention. Such additives include epoxy resin, polyamide, polyamideimide, polyurethane, polybutadiene, polychloroprene, polyether, polyester, styrene-butadiene block copolymer, allyl ether copolymer, petroleum resin, xylene resin, ketone resin, cellulose resin, Polymers and oligomers other than the component (C) such as fluorine oligomers, silicone oligomers, polysulfide oligomers; polymerization inhibitors such as phenothiazine and 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol; polymerization initiation assistants; Leveling agent; wettability improver; surfactant; plasticizer; ultraviolet absorber; silane coupling agent; pigment and dye other than (D) component; inorganic or organic fine particle other than (C) component; triethanolamine; Methyldiethanolamine Amine compounds such as triethylamine and diethylamine, thioxanthone and derivatives thereof, anthraquinone and derivatives thereof, anthracene and derivatives thereof, perylene and derivatives thereof, photosensitizers (polymerization accelerators) such as benzophenone and benzoin isopropyl ether; vinyl ethers, vinyl And reactive diluents such as sulfides, vinyl urethanes, urethane acrylates, and vinyl ureas.
本発明の組成物は、上記(A)〜(C)成分、及び必要に応じて配合される(D)成分等の任意成分を均一に混合することによって製造することができる。
このようにして得られる組成物の粘度は、25℃において、50〜50,000mPa・sであることが好ましく、50〜10,000mPa・sであることがより好ましい。
The composition of the present invention can be produced by uniformly mixing the above components (A) to (C) and optional components such as the component (D) blended as necessary.
The viscosity of the composition thus obtained is preferably 50 to 50,000 mPa · s, more preferably 50 to 10,000 mPa · s at 25 ° C.
次に、本発明の立体造形物について説明する。本発明の立体造形物は、上記の光硬化性組成物の硬化物の積層体からなる。
この積層体の各層は、光硬化性組成物の液面に光を照射することにより得られる。尚、液面は、リコーター等で均すことができる。このとき、光を選択的に照射すると、所望のパターンの断面を有する硬化物(断面硬化層)を得ることができる。
本発明の立体造形物の製造方法は、光硬化性組成物に光を照射して、該組成物の硬化物(断面硬化層)を形成し、この硬化物(断面硬化層)の上に、組成物を再度供給し、光を照射して、組成物の硬化物(断面硬化層)をさらに形成し、以後、これを繰り返すことにより、複数の硬化物(断面硬化層)を積層し一体化してなる立体造形物を得るものである。
Next, the three-dimensional modeled object of the present invention will be described. The three-dimensional molded item of the present invention is composed of a laminate of the cured product of the above-described photocurable composition.
Each layer of the laminate is obtained by irradiating light to the liquid surface of the photocurable composition. The liquid level can be leveled with a recoater or the like. At this time, by selectively irradiating light, a cured product (cross-section cured layer) having a desired pattern cross section can be obtained.
The manufacturing method of the three-dimensional molded item of this invention irradiates light to a photocurable composition, forms the hardened | cured material (cross-section hardened layer) of this composition, On this hardened | cured material (cross-sectional hardened layer), The composition is supplied again and irradiated with light to further form a cured product (cross-section cured layer) of the composition. Thereafter, by repeating this, a plurality of cured products (cross-sectional cured layer) are laminated and integrated. To obtain a three-dimensional model.
光硬化性組成物に光を選択的に照射する手段としては、特に制限されるものではなく、種々の手段を採用することができる。例えば、(a)レーザー光、又はレンズ、ミラー等を用いて得られた収束光等を走査させながら組成物に照射する手段、(b)所定のパターンの光透過部を有するマスクを用い、このマスクを介して非収束光を組成物に照射する手段、(c)多数の光ファイバーを束ねてなる導光部材を用い、この導光部材における所定のパターンに対応する光ファイバーを介して、光を組成物に照射する手段、(d)一定の領域毎に一括露光を繰り返し実行する手段、等を採用することができる。
また、上記(b)のマスクを用いる手段においては、マスクとして、液晶表示装置と同様の原理により、所定のパターンに従って、光透過領域と光不透過領域とよりなるマスク像を電気光学的に形成するものを用いることもできる。
目的とする立体造形物が、微細な部分を有するもの、又は高い寸法精度が要求されるものである場合には、組成物に選択的に光を照射する手段として、スポット径の小さいレーザー光を走査する手段を採用することが好ましい。
なお、容器内に組成物が収容されている場合、光の照射面(例えば、収束光の走査平面)は、組成物の液面、透光性容器の器壁との接触面の何れであってもよい。組成物の液面又は器壁との接触面を光の照射面とする場合には、容器の外部から直接又は器壁を介して光を照射することができる。
The means for selectively irradiating the photocurable composition with light is not particularly limited, and various means can be employed. For example, (a) means for irradiating the composition while scanning a laser beam or convergent light obtained using a lens, a mirror, etc., (b) using a mask having a light transmission part of a predetermined pattern, Means for irradiating the composition with non-converged light through a mask; (c) using a light guide member formed by bundling a number of optical fibers; and composing light through the optical fiber corresponding to a predetermined pattern in the light guide member Means for irradiating an object, (d) means for repeatedly executing collective exposure for each predetermined area, and the like can be employed.
In the means using the mask of (b), a mask image composed of a light transmitting area and a light non-transmitting area is formed electro-optically as a mask according to a predetermined pattern according to the same principle as the liquid crystal display device. You can also use what you want.
When the target 3D object has a fine part or a high dimensional accuracy is required, a laser beam with a small spot diameter is used as a means for selectively irradiating the composition with light. It is preferable to employ means for scanning.
When the composition is contained in the container, the light irradiation surface (for example, the convergent light scanning plane) is either the liquid surface of the composition or the contact surface with the vessel wall of the translucent container. May be. When the liquid surface of the composition or the contact surface with the vessel wall is used as the light irradiation surface, the light can be irradiated directly from the outside of the container or through the vessel wall.
本発明の立体造形物は、上述したように、光積層造形法等の光学的立体造形法により製造することができる。光学的立体造形法においては、通常、組成物の特定部分を硬化させた後、光の照射位置(照射面)を、既硬化部分から未硬化部分に連続的に又は段階的に移動させることにより、硬化部分を積層させて所望の立体形状とする。ここで、照射位置の移動は、種々の方法によって行うことができ、例えば、光源、組成物の収容容器、組成物の既硬化部分の何れかを移動させたり、収容容器に組成物を追加供給したりする等の方法が挙げられる。 As described above, the three-dimensional object of the present invention can be manufactured by an optical three-dimensional modeling method such as an optical layered modeling method. In the optical three-dimensional modeling method, usually, after curing a specific part of the composition, the light irradiation position (irradiation surface) is moved continuously or stepwise from the already cured part to the uncured part. Then, the cured parts are laminated to obtain a desired three-dimensional shape. Here, the irradiation position can be moved by various methods, for example, by moving any one of the light source, the composition container, and the already cured portion of the composition, or additionally supplying the composition to the container Or the like.
本発明の光学的立体造形法の代表的な例を、図1〜図2を用いて説明する。図1は、光積層造形法の一例を示す図であり、図2は、マイクロ光造形法のシステムの一例を示す図である。
[光積層造形法]
光積層造形法により造形される立体造形物の大きさは、通常、数mmから数m、典型的には、数cmから数十cmのスケールである。
図1中、(a)に示すように、光硬化性組成物1を収容した容器2内に、昇降自在に設けられた支持ステージ3を、組成物1の液面4から微小量降下(沈降)させることにより、支持ステージ3上に、組成物1を供給して、組成物1の薄層を形成する。次いで、この薄層に対して、マスク5を介して選択的に光8を照射し、組成物1の硬化物(硬化樹脂層)6を形成する。
次に、(b)に示すように、支持ステージ3を微小量降下(沈降)させて、この硬化物6の上に、組成物1を供給して、組成物の薄層を再度形成する。次いで、この薄層に対して、マスク5を介して選択的に光8を照射し、硬化物6の上に、これと連続して一体的に積層するように新しい硬化物7をさらに形成する。そして、光照射されるパターンを変化させながら又は変化させずに、この工程を所定回数繰り返すことにより、複数の硬化物が一体的に積層されてなる立体造形物が造形される。
A typical example of the optical three-dimensional modeling method of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an optical layered modeling method, and FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a system of a micro stereo modeling method.
[Optical additive manufacturing method]
The size of the three-dimensional modeled object modeled by the optical layered modeling method is usually a scale of several mm to several m, typically several cm to several tens of cm.
In FIG. 1, as shown in FIG. 1 (a), a
Next, as shown in (b), the
このようにして得られる立体造形物は、収容容器から取り出し、残存する未反応の組成物を除去した後、必要に応じて洗浄する。ここで、洗浄剤としては、イソプロピルアルコール、エチルアルコール等のアルコール類に代表されるアルコール系有機溶剤;アセトン、酢酸エチル、メチルエチルケトン等に代表されるケトン系有機溶剤;テルペン類に代表される脂肪族系有機溶剤;低粘度の熱硬化性樹脂及び光硬化性樹脂が挙げられる。
これらの処理の後、立体造形物を焼成すると、セラミック造形物が得られる。
The three-dimensional structure obtained in this way is taken out from the storage container, removed the remaining unreacted composition, and then washed as necessary. Here, as the cleaning agent, alcohol-based organic solvents typified by alcohols such as isopropyl alcohol and ethyl alcohol; ketone-based organic solvents typified by acetone, ethyl acetate, methyl ethyl ketone, etc .; aliphatics typified by terpenes Organic solvents; low viscosity thermosetting resins and photocurable resins.
After these treatments, when the three-dimensional model is fired, a ceramic model is obtained.
[マイクロ光造形法]
マイクロ光造形法により造形される立体造形物の大きさは、通常、数μmから数cm、典型的には、数十μmから数mmのスケールである。
本発明の組成物は、光積層造形法を用いる場合よりも微小な大きさの立体造形物を作製しうるマイクロ光造形法の材料として好適に用いられる。
マイクロ光造形法において、光の照射は、光線を走査して硬化させる必要がある部分に対してのみ行うのではなく、一定の領域(投影領域)毎に一括露光を繰り返すことにより行われる。このような一括露光は、例えば、ディジタルミラーデバイス(DMD)を用いて行われる。
[Micro stereolithography]
The size of the three-dimensional modeled object modeled by the micro stereolithography is usually a scale of several μm to several cm, typically several tens of μm to several mm.
The composition of the present invention is suitably used as a material for a micro-stereolithography method capable of producing a three-dimensional model having a smaller size than when using an optical layered modeling method.
In the micro stereolithography method, light irradiation is not performed only on a portion that needs to be scanned and cured by light, but is performed by repeating collective exposure for each predetermined region (projection region). Such collective exposure is performed using, for example, a digital mirror device (DMD).
図2中、光硬化造形装置(以下、光造形装置ともいう。)100は、光源11、ディジタルミラーデバイス(DMD)12、レンズ13、造形テーブル14、ディスペンサ15、リコータ16、制御部17、記憶部18を備えている。
光源11は、組成物を硬化させるための光を発生させるための手段である。光源11には、例えば、405nmのレーザ光を発生させるレーザダイオード(LD)や紫外線(UV)ランプが用いられる。
ディジタルミラーデバイス(DMD)12は、テキサス・インスツルメンツ社によって開発されたデバイスであり、CMOS半導体上に独立して動くマイクロミラーが数十万〜数百万個、例えば、48万〜131万個敷き詰められている。かかるマイクロミラーは、静電界作用によって対角線を軸に約±10度、例えば、±12度程度傾けることが可能である。マイクロミラーは、各マイクロミラーのピッチの1辺の長さが約10μm、例えば、13.68μmの四角形の形状を有している。隣接するマイクロミラーの間隔は、例えば1μmである。DMD2の全体は、40.8×31.8mmの四角形状(このうち、ミラー部は、14.0×10.5mmの四角形状を有する。)を有し、1辺の長さが13.68μmのマイクロミラー786,432個により構成されている。
DMD12は、光源11から出射されたレーザ光線を個々のマイクロミラーによって反射させ、制御部17によって所定の角度に制御されたマイクロミラーによって反射されたレーザ光のみを、集光レンズ13を介して造形テーブル14上の組成物層19に照射する。
In FIG. 2, a photo-curing modeling apparatus (hereinafter also referred to as an optical modeling apparatus) 100 includes a
The
The digital mirror device (DMD) 12 is a device developed by Texas Instruments, and hundreds of thousands to millions of micromirrors moving independently on a CMOS semiconductor, for example, 480,000 to 1.31 million are spread. It has been. Such a micromirror can be tilted by about ± 10 degrees, for example, about ± 12 degrees about the diagonal line by an electrostatic field effect. The micromirror has a square shape in which the length of one side of the pitch of each micromirror is about 10 μm, for example, 13.68 μm. The interval between adjacent micromirrors is, for example, 1 μm. The
The
レンズ13は、DMD12によって反射されたレーザ光線を組成物層19上に導き、投影領域を形成する。レンズ13は、凸レンズを用いた集光レンズであってもよいし、凹レンズを用いてもよい。凹レンズを用いると、DMDの実サイズよりも大きな投影領域を得ることができる。レンズ13は、集光レンズであって、入射光を約15倍縮小し、組成物層19上に集光している。
造形テーブル14は、組成物層19を硬化させてなる硬化層を順次堆積させて載置するための平板状の台である。造形テーブル14は、図示しない駆動機構、即ち移動機構によって、水平移動及び垂直移動が可能である。この駆動機構により、所望の範囲に亘って光造形を行なうことができる。
ディスペンサ15は、本発明の光硬化性組成物20を収容し、予め定められた量の組成物20を造形テーブル上の所定位置に供給するための手段である。
リコータ16は、組成物20を均一に塗布して、組成物層19を形成させる溜めの手段であり、例えば、ブレード機構と移動機構を備えている。
The
The modeling table 14 is a plate-like table for sequentially depositing and placing a cured layer obtained by curing the
The
The
制御部17は、露光データを含む制御データに応じて、光源11、DMD12、造形テーブル14、ディスペンサ15及びリコータ16を制御する。制御部17は、典型的には、コンピュータに所定のプログラムをインストールすることによって構成することができる。典型的なコンピュータの構成は、中央処理装置(CPU)とメモリとを含んでいる。CPUとメモリは、バスを介して、補助記憶装置としてのハードディスク装置などの外部記憶装置に接続されている。この外部記憶装置が、制御部17の記憶部18として機能する。
フレキシブルディスク装置、ハードディスク装置、CD−ROMドライブ等の記憶媒体駆動装置は、各種コントローラを介してバスに接続されている。フレキシブルディスク装置等の記憶媒体駆動装置には、フレキシブルディスク等の可搬型記憶媒体が挿入される。
記憶媒体は、オペレーティングシステムと協働してCPUなどに命令を与えて、本システムを稼動するための所定のコンピュータプログラムを記憶することができる。
記憶部18には、造形しようとする立体モデルを複数の層にスライスして得られる断面群の露光データを含む制御データが格納されている。
制御部17は、記憶部18に格納された露光データに基づいて、主としてDMD12における各マイクロミラーの角度制御、造形テーブル14の移動(即ち、立体モデルに対するレーザ光の照射範囲の位置)を制御し、立体モデルの造形を実行する。
The
Storage medium driving devices such as a flexible disk device, a hard disk device, and a CD-ROM drive are connected to the bus via various controllers. A portable storage medium such as a flexible disk is inserted into a storage medium driving apparatus such as a flexible disk apparatus.
The storage medium can store a predetermined computer program for operating the system by giving instructions to the CPU in cooperation with the operating system.
The
The
コンピュータプログラムは、メモリにロードされることによって実行される。コンピュータプログラムは圧縮し、又、複数に分割して記憶媒体に記憶することができる。さらに、ユーザ・インターフェース・ハードウェアを備えることができる。ユーザ・インターフェース・ハードウェアとしては、例えば、マウスなどの入力をするためのポインティング・デバイス、キーボード、あるいは視覚データをユーザに提示するためのディスプレイなどがある。 The computer program is executed by being loaded into a memory. The computer program can be compressed or divided into a plurality of parts and stored in a storage medium. In addition, user interface hardware can be provided. Examples of the user interface hardware include a pointing device for inputting such as a mouse, a keyboard, or a display for presenting visual data to the user.
次に、光造形装置100の光造形動作について説明する。
まず、ディスペンサ15に組成物20を収容する。造形テーブル14は初期位置にある。ディスペンサ15は、収容された組成物20を所定量だけ造形テーブル14上に供給する。リコータ16は、組成物20を引き伸ばすようにして掃引し、硬化させる一層分の組成物層19を形成する。
光源11から出射したレーザ光線は、DMD12に入射する。DMD12は、記憶部18に格納された露光データに応じて制御部17により制御され、レーザ光線を組成物層19に照射する部分である一部のマイクロミラーの角度を調整する。これにより、一部のマイクロミラーで反射されたレーザ光線が、集光レンズ13を介して組成物層19に照射される一方、残部のマイクロミラーで反射されたレーザ光線は、組成物層19に照射されないことになる。
組成物層19へのレーザ光線の照射は、例えば0.4秒間行なわれる。このとき、組成物層19への投影領域は、例えば、1.3×1.8mm程度であり、0.6×0.9mm程度まで縮小することもできる。投影領域の面積は、100mm2以下であることが望ましい。
Next, the optical modeling operation of the
First, the
The laser beam emitted from the
The
レンズ13に、凹レンズを用いることにより、投影領域を6×9cm程度まで拡大することもできる。投影領域をこのサイズを超えて拡大すると、投影領域に照射されるレーザー光線のエネルギー密度が低くなるため、組成物層19の硬化が不十分となることがある。
レーザ光線の投影領域のサイズよりも大きい立体モデルを形成する場合には、例えば造形テーブル14を移動機構によって水平移動させることにより、レーザ光線の照射位置を移動させて、全造形領域を照射する必要がある。投影領域毎に1ショットずつレーザ光線の照射を実行していく。各投影領域に対するレーザ光線の照射の制御については、後に詳述する。
このようにして、投影領域を移動させて、各投影領域を単位としてレーザ光線の照射、即ち露光を実行することによって、組成物層19が硬化し、第1層目の硬化層が形成される。1層分の積層ピッチ、すなわち、硬化層の厚みは、例えば、1〜50μm、好ましくは2〜10μm、さらに好ましくは5〜10μmである。
By using a concave lens for the
When forming a three-dimensional model larger than the size of the laser beam projection area, it is necessary to irradiate the entire modeling area by moving the irradiation position of the laser beam, for example, by horizontally moving the modeling table 14 using a moving mechanism. There is. Laser beam irradiation is performed one shot at each projection area. Control of laser beam irradiation to each projection area will be described in detail later.
In this way, by moving the projection area and performing irradiation of the laser beam with each projection area as a unit, that is, exposure, the
続いて、同様の工程で、所望形状の立体モデルの2層目を形成する。具体的には、第1層目として形成された硬化層の外側に、ディスペンサ5より供給された組成物20を、リコータ16によって立体モデルを越えて引き伸ばされるように均一な厚さに塗布する。そして、レーザ光線を照射することにより、第2層目の硬化層を第1層目の硬化層の上に形成する。
以下同様にして、第3層目以降の硬化樹脂層を順次堆積させる。そして、最終層の堆積が終了すると、造形テーブル14上に形成された造形物を取り出す。造形物は、表面に付着した光硬化性樹脂液を洗浄その他の方法で除去する。造形物は、必要に応じて、紫外線ランプ等により照射し又は加熱して、硬化を更に進行させることができる。
これらの処理の後、立体造形物を焼成すると、セラミック造形物が得られる。
Then, the 2nd layer of the solid model of a desired shape is formed in the same process. Specifically, the
Thereafter, the third and subsequent cured resin layers are sequentially deposited in the same manner. Then, when the deposition of the final layer is completed, the modeled object formed on the modeling table 14 is taken out. The molded object removes the photocurable resin liquid adhering to the surface by washing or other methods. The molded article can be further cured by being irradiated or heated with an ultraviolet lamp or the like as necessary.
After these treatments, when the three-dimensional model is fired, a ceramic model is obtained.
本発明の光硬化性組成物は、未硬化状態においてチクソトロピー性を有しているために、リコータ16を用いて塗布された組成物層19が、塗布後に流動して層の厚みが変動し不均一になる現象を抑制することができる。つまり、本発明の組成物を用いれば、均一な厚さの組成物層19を形成することができる。その結果、高精度の立体造形物を得ることができる。
本発明の光硬化性組成物を用いることにより、良好なチクソトロピー性を付与して、塗布前の良好な流動性及び塗布後の塗布層の安定性を兼ね備え、その結果、光造形法(光積層造形法やマイクロ光造形法)により、所望の立体造形物を高精度でかつ容易に作製することができる。
本発明の組成物は、光造形法の中でも、特にマイクロ光造形法に好適に適用することができる。
Since the photocurable composition of the present invention has thixotropy in an uncured state, the
By using the photocurable composition of the present invention, it has good thixotropy and has both good fluidity before coating and stability of the coating layer after coating. A desired three-dimensional modeled object can be easily produced with high accuracy by a modeling method or a micro stereolithography method.
Among the optical modeling methods, the composition of the present invention can be suitably applied particularly to the micro optical modeling method.
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は、以下の実施例に記載の態様に限定されるものではない。なお、以下の「部」は質量部を示す。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to the aspect as described in a following example. In addition, the following "part" shows a mass part.
[製造例1;FM0411−THの合成]
攪拌機を備えた反応容器に2,4−トリレンジイソシアネート10.4部、ジブチルスズジラウレート0.08部および2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール0.02部を仕込み、15℃以下に冷却した。攪拌しながら温度を30℃以下に保ちつつ、新中村化学社製のNKエステルA−TMM−3LM−N(ペンタエリスリトールトリアクリレート60質量%とペンタエリスリトールテトラアクリレート40質量%からなる。このうち、反応に関与するのは、水酸基を有するペンタエリスリトールトリアクリレートのみである。)37.5部を滴下した。滴下終了後、30℃で1時間反応させた。
次に、水酸基当量1,000のα−[3−(2’−ヒドロキシエトキシ)プロピル]−ω−トリメチルシリルオキシポリジメチルシロキサン(チッソ社製のサイラプレーンFM−0411)52.1部を添加し、20〜55℃で攪拌した。残留イソシアネートが0.1重量%以下になった時を反応終了とした。
得られた生成物の数平均分子量(東ソー社製のAS−8020を用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、ポリスチレン換算数平均分子量を測定。以下、同じ。)を測定したところ、数平均分子量が1,600である両末端反応性ポリジメチルシロキサン化合物の他に、生成物全量の20重量%の含有率でトリレンジイソシアネート1モルとヒドロキシエチルアクリレート2モルの結合物が存在することが認められた。この手法により得られた液状の末端反応性ポリジメチルシロキサン化合物をFM0411−THとする。
[Production Example 1; Synthesis of FM0411-TH]
A reaction vessel equipped with a stirrer was charged with 10.4 parts of 2,4-tolylene diisocyanate, 0.08 part of dibutyltin dilaurate and 0.02 part of 2,6-di-t-butyl-p-cresol and brought to 15 ° C. or lower. Cooled down. While maintaining the temperature at 30 ° C. or lower while stirring, NK ester A-TMM-3LM-N (consisting of 60% by mass of pentaerythritol triacrylate and 40% by mass of pentaerythritol tetraacrylate. (It is only pentaerythritol triacrylate having a hydroxyl group that is involved in this.) 37.5 parts were added dropwise. After completion of the dropwise addition, the mixture was reacted at 30 ° C. for 1 hour.
Next, 52.1 parts of α- [3- (2′-hydroxyethoxy) propyl] -ω-trimethylsilyloxypolydimethylsiloxane having a hydroxyl equivalent weight of 1,000 (Silaplane FM-0411 manufactured by Chisso Corporation) was added, Stir at 20-55 ° C. The reaction was terminated when the residual isocyanate was 0.1% by weight or less.
When the number average molecular weight of the obtained product (measured by gel permeation chromatography using AS-8020 manufactured by Tosoh Corporation was used to measure the number average molecular weight in terms of polystyrene, hereinafter the same) was measured, the number average molecular weight was 1,600. In addition to the double-terminal reactive polydimethylsiloxane compound, it was observed that a bond of 1 mole of tolylene diisocyanate and 2 moles of hydroxyethyl acrylate was present at a content of 20% by weight of the total amount of the product. The liquid end-reactive polydimethylsiloxane compound obtained by this method is designated FM0411-TH.
[実施例1]
[光硬化性組成物の調製]
撹拌装置を備えた容器に、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート80gと、N−ビニルピロリドン20gと、「Irgacure819」3.0gと、2,4−ジエチルチオキサントン2.0gと、4−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル0.5gと、「Yellow6G
Gran」2.0gと、「SH28PA」(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)0.06gと、FM0411−TH(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)0.19gを添加し、60℃で1時間撹拌した後に、ジルコニア粒子(TZ−3YS−E;東ソー社製;数平均粒径90nm)341gを添加して、特殊機化工業社製のT.K.HOMODISPERを用い、均一に分散することによって、光硬化性組成物を調製した。
得られた光硬化性組成物をガラス基板上に厚さ15μm又は100μmとなるように塗布してなる試験片を作成し、照射分光器(CT−25CP型、日本分光社)を用いて、照射面(液面)におけるレーザーパワー30mWで405nmのレーザー光を15〜30秒間照射したところ、厚さ15μmの場合には、組成物が完全に硬化したが、厚さ100μmの場合には、組成物の表層が硬化したのみで、ガラス基板の近傍の組成物が未硬化であった。
この実験により、組成物の硬化深度は15μm程度であることがわかった。
[Example 1]
[Preparation of Photocurable Composition]
In a container equipped with a stirrer, 80 g of dipentaerythritol hexaacrylate, 20 g of N-vinylpyrrolidone, 3.0 g of “Irgacure 819”, 2.0 g of 2,4-diethylthioxanthone, and 4-dimethylaminobenzoic acid ethyl ester 0.5g and "Yellow6G
“Gran” 2.0 g, “SH28PA” (manufactured by Ciba Specialty Chemicals) 0.06 g, and FM0411-TH (manufactured by Ciba Specialty Chemicals) 0.19 g were added and stirred at 60 ° C. for 1 hour. Later, 341 g of zirconia particles (TZ-3YS-E; manufactured by Tosoh Corp .; number average particle size 90 nm) were added. K. A photocurable composition was prepared by uniformly dispersing using HOMODISPER.
A test piece formed by coating the obtained photocurable composition on a glass substrate so as to have a thickness of 15 μm or 100 μm is prepared, and irradiation is performed using an irradiation spectroscope (CT-25CP type, JASCO Corporation). When the surface (liquid surface) was irradiated with a laser beam of 405 nm at a laser power of 30 mW for 15 to 30 seconds, the composition was completely cured when the thickness was 15 μm, but the composition was cured when the thickness was 100 μm. Only the surface layer was cured, and the composition in the vicinity of the glass substrate was uncured.
From this experiment, it was found that the curing depth of the composition was about 15 μm.
また、得られた組成物のチクソトロピー性及び塗布性を、下記の方法によって評価した。結果を表1に示す。
[チクソトロピー性の評価方法]
ガラス板上に厚さ100μm以上となるように塗布した光硬化性組成物を、ガラス板と平行にスクレーパーで掻き取って、チクソトロピー性を評価した。このとき、スクレーパーに接した光硬化性組成物のみが流動し、それ以外の部分は流動せず、スクレーパー端部の周辺部分で糸引きなど見られない場合を「○」とし、スクレーパーに直接接していない部分も流れたり、端部に糸引きが見られる場合を「×」として、判定した。
[塗布性の評価方法]
得られた光硬化性組成物を、リコーターを用いて5μmの厚さになるように塗布した。5μmの厚さで均一に塗布することができた場合を「○」、できなかった場合を「×」とした。
Moreover, the thixotropy property and applicability | paintability of the obtained composition were evaluated by the following method. The results are shown in Table 1.
[Method for evaluating thixotropic properties]
The photocurable composition applied on the glass plate so as to have a thickness of 100 μm or more was scraped with a scraper in parallel with the glass plate to evaluate thixotropy. At this time, only the photocurable composition in contact with the scraper flows, the other portions do not flow, and the case where stringing or the like is not seen in the peripheral portion of the scraper end is marked with `` ○ '', and the scraper is in direct contact. The case where the part which was not flowing or the thread | yarn stringing was seen in the edge part was judged as "x".
[Applicability evaluation method]
The obtained photocurable composition was apply | coated so that it might become a thickness of 5 micrometers using the recoater. The case where it was possible to apply uniformly with a thickness of 5 μm was indicated as “◯”, and the case where it could not be applied was indicated as “X”.
[実施例2〜5及び比較例1〜2]
表1に示すように成分組成を変更した他は実施例1と同様にして、光硬化性組成物を調製した。
実施例2〜5及び比較例1〜2の組成物について、実施例1と同様にして硬化深度を評価したところ、いずれの組成物についても、15μm程度の硬化深度を示した。
実施例1と同様にして、チクソトロピー性及び塗布性を評価した。結果を表1に示す。
[Examples 2-5 and Comparative Examples 1-2]
A photocurable composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the component composition was changed as shown in Table 1.
About the composition of Examples 2-5 and Comparative Examples 1-2, when the cure depth was evaluated like Example 1, about 15 micrometers of cure depth was shown about any composition.
In the same manner as in Example 1, thixotropy and coating properties were evaluated. The results are shown in Table 1.
表1中の略称の内容を下記に示す。
(1)Irgacure819:
化合物名:ビス(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド
製造元:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社
405nmにおけるモル吸光係数:619L/mol・cm
(2)Yellow6G Gran:
製造元:バイエル社製
(3)SH28PA:
化合物名:ジメチルポリシロキサンポリオキシアルキレン共重合体
製造元:東レ・ダウコーニング・シリコーン社
(4)FM0411−TH:
前記の「製造例1」で合成した末端反応性ポリジメチルシロキサン化合物
(5)アリルエーテルコポリマー
製品名:マリアリムAAB−0851
製造元:日本油脂社
(6)ジルコニア(粒子径40nm):
製品名:TZ−3Y−E
製造元:東ソー社
(7)アルミナ微粒子(粒子径170nm):
製品名:TM−DAR
製造元:大明化学工業社
The contents of the abbreviations in Table 1 are shown below.
(1) Irgacure 819:
Compound name: Bis (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphosphine oxide Manufacturer: Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd. Molar extinction coefficient at 405 nm: 619 L / mol · cm
(2) Yellow6G Gran:
Manufacturer: Bayer (3) SH28PA:
Compound name: Dimethylpolysiloxane polyoxyalkylene copolymer Manufacturer: Toray Dow Corning Silicone Corp. (4) FM0411-TH:
End-reactive polydimethylsiloxane compound (5) allyl ether copolymer synthesized in “Production Example 1” Product name: Marialim AAB-0851
Manufacturer: NOF Corporation (6) Zirconia (particle size 40 nm):
Product name: TZ-3Y-E
Manufacturer: Tosoh Corporation (7) Alumina fine particles (particle diameter 170 nm):
Product name: TM-DAR
Manufacturer: Daiming Chemical Industry Co., Ltd.
表1から、本発明に属する実施例1〜5では、数平均粒子径の小さい無機系微粒子を高い含有率で配合しているにもかかわらず、チクソトロピー性及び塗布性に優れている。一方、(A)成分が多官能モノマーのみからなる比較例1〜2では、チクソトロピー性及び塗布性が劣っている。 From Table 1, Examples 1 to 5 belonging to the present invention are excellent in thixotropy and applicability even though inorganic fine particles having a small number average particle diameter are blended at a high content. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the component (A) is composed of only a polyfunctional monomer, thixotropy and applicability are poor.
1 光硬化性組成物
2 容器
3 支持ステージ
4 光硬化性組成物の液面
5 マスク
6,7 硬化物(硬化層)
8 光
11 光源
12 ディジタルミラーデバイス(DMD)
13 集光レンズ
14 造形テーブル
15 ディスペンサ
16 リコータ
17 制御部
18 記憶部
19 組成物層
20 光硬化性組成物
100 光硬化造形装置(光造形装置)
DESCRIPTION OF
8
DESCRIPTION OF
Claims (11)
(A1)エチレン性不飽和基を1個有するモノマー1〜10質量%、
(A2)エチレン性不飽和基を2個以上有するモノマー1〜30質量%、
(B)光重合開始剤0.01〜10質量%、及び
(C)動的光散乱法による数平均粒径が5〜300nmである無機系微粒子60〜95質量%、を含み、かつ、(A1)成分及び(A2)成分の合計量100質量%中、前記(A1)成分の含有割合が10〜50質量%であることを特徴とする光造形用光硬化性組成物。 The total amount of the composition is 100% by mass,
(A1) 1 to 10% by mass of a monomer having one ethylenically unsaturated group,
(A2) 1 to 30% by mass of a monomer having two or more ethylenically unsaturated groups,
(B) 0.01 to 10% by mass of a photopolymerization initiator, and (C) 60 to 95% by mass of inorganic fine particles having a number average particle diameter of 5 to 300 nm by a dynamic light scattering method, and ( The photocurable composition for optical modeling, wherein the content of the component (A1) is 10 to 50% by mass in 100% by mass of the total amount of the component (A1) and the component (A2).
得られた立体造形物を洗浄して残存する未反応の組成物を除去する工程、及び、
洗浄後の立体造形物を焼成し、セラミック造形物を得る工程
を含む、セラミック造形物の製造方法。 The photocurable composition for optical modeling according to any one of claims 1 to 5 is subjected to batch exposure using a digital mirror device for each projection region to form a cured layer of the composition, On the cured layer, the composition is supplied again, irradiated with light to further form a cured layer of the composition, and thereafter, by repeating this, a plurality of cured layers are laminated and integrated. Obtaining a shaped object,
A step of washing the obtained three-dimensional structure to remove the remaining unreacted composition; and
A method for producing a ceramic model, comprising a step of firing the three-dimensional model after washing to obtain a ceramic model.
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