JP2017132110A - Molding material, molding and method for producing three-dimensional object - Google Patents
Molding material, molding and method for producing three-dimensional object Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017132110A JP2017132110A JP2016013150A JP2016013150A JP2017132110A JP 2017132110 A JP2017132110 A JP 2017132110A JP 2016013150 A JP2016013150 A JP 2016013150A JP 2016013150 A JP2016013150 A JP 2016013150A JP 2017132110 A JP2017132110 A JP 2017132110A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- modeling
- water
- support
- material layer
- disintegrant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/22—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
- G03G15/221—Machines other than electrographic copiers, e.g. electrophotographic cameras, electrostatic typewriters
- G03G15/224—Machines for forming tactile or three dimensional images by electrographic means, e.g. braille, 3d printing
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
- G03G15/00—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
- G03G15/22—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
- G03G15/225—Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20 using contact-printing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
【課題】AM技術で作製された立体物の製造時間を短縮することを可能にする造形材を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする、造形材。
【選択図】なしTo provide a modeling material capable of shortening the manufacturing time of a three-dimensional object manufactured by AM technology.
A molding material comprising a thermoplastic resin and a disintegrant that expands by contact with water.
[Selection figure] None
Description
本発明は、造形材、造形物、及び立体物の製造方法に関する。 The present invention relates to a modeling material, a modeled object, and a method for manufacturing a three-dimensional object.
アディティブマニファクチャリング(AM)技術と呼ばれる立体造形技術は、従来から広く使われていた造形技術とは異なり、金型を必要とせずに、コンピュータでモデル化した立体物を作製することができる、という特徴がある。
AM技術は、空洞や庇状の部分が存在する立体物を製造する場合、その部分の造形を補助する材料、即ち、サポート材が必要となるが、このサポート材は最終的には除去する必要がある。ここで、造形目的の立体物を構成する材料を構造材と呼び、サポート材、造形材を区別する必要のない場合は、これらをまとめて造形材と呼ぶ。また、造形装置によって作製される、構造材とサポート材とから構成されたものを造形物と呼ぶが、サポート材が不要な立体物を作製する場合は、構造体と造形物とが一致する。
造形物からサポート材を除去する方法として、機械的除去法(特許文献1)やサポート材を溶媒に溶解させて除去する溶解除去法(特許文献2)が知られている。
The three-dimensional modeling technology called additive manufacturing (AM) technology is different from the modeling technology that has been widely used in the past, and can create a three-dimensional object modeled by a computer without the need for a mold. There is a feature.
In the AM technology, when manufacturing a three-dimensional object in which a cavity or a bowl-shaped part exists, a material that assists the shaping of the part, that is, a support material is required, but this support material needs to be finally removed. There is. Here, a material constituting a three-dimensional object for modeling is referred to as a structural material, and when it is not necessary to distinguish between a support material and a modeling material, these are collectively referred to as a modeling material. Moreover, what was comprised with the modeling apparatus and comprised from the structural material and the support material is called a modeled object, but when producing the solid object which does not require a support material, a structure and a modeled object correspond.
As a method for removing a support material from a modeled object, a mechanical removal method (Patent Document 1) and a dissolution removal method (Patent Document 2) in which a support material is dissolved and removed in a solvent are known.
しかし、機械的除去法には、手作業によってサポート材を除去する必要があるため、除去に人手と時間がかかるという問題がある。また溶解除去法には、サポート材からなる部分が溶媒との接触部分から徐々に溶解するため、除去に時間がかかるという問題がある。
このように、いずれの方法においても造形物に含まれるサポート材を除去するのに相当の時間を要していた。本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、AM技術において、造形目的である立体物の製造時間を短縮することを可能にする造形材及びそれを用いた立体物の製造方法を提供することにある。
However, the mechanical removal method has a problem that it takes time and labor to remove the support material because it is necessary to remove the support material manually. In addition, the dissolution and removal method has a problem that it takes time to remove because the portion made of the support material is gradually dissolved from the contact portion with the solvent.
Thus, in any method, it took a considerable time to remove the support material included in the modeled object. The present invention is made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to use a modeling material capable of shortening the manufacturing time of a three-dimensional object, which is a modeling object, in the AM technology and the same. It is in providing the manufacturing method of a solid thing.
本発明の造形材は、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする。 The modeling material of the present invention is characterized by having a thermoplastic resin and a disintegrant that expands in volume by contact with water.
本発明によれば、AM技術にて造形目的である立体物を製造するのに必要な製造時間を短縮することを可能にする造形材及びそれを用いた立体物の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, providing the modeling material which makes it possible to shorten the manufacturing time required in order to manufacture the solid object which is a modeling objective with AM technology, and the manufacturing method of a solid object using the same. it can.
以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また本発明においては、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下に説明する実施形態に対して適宜変更、改良等が加えられたものについても本発明に含まれる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, in the present invention, within the scope not departing from the gist of the invention, based on the ordinary knowledge of a person skilled in the art, the present invention includes those appropriately modified or improved to the embodiments described below. It is.
[造形材]
本発明の造形材は、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有する。本発明において、造形材は、三次元造形技術で造形物を製造する際に用いられる造形材料である。造形材料は、目的とする造形物やこの造形物を加工して得られる立体物を構成する構造材と、構造材料の積層を支持するサポート材とに分類される。サポート材で構成されているサポート部は、構造材料の存在しない領域の上に積層される構造材料を支える部分であり、最終的には除去される部分である。本発明の造形材は、構造材として使用してもよいし、サポート材として使用してもよい。
また本発明の造形材は固形状物質であるが、その形状として、例えば、粒子状、ペレット状、ロッド状、フィラメント状等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。尚、本発明の造形材が粒子状物質である場合、シート積層法による三次元造形技術で利用することができる。
[Modeling material]
The modeling material of the present invention includes a thermoplastic resin and a disintegrant that expands by volume when contacted with water. In this invention, a modeling material is a modeling material used when manufacturing a molded article with a three-dimensional modeling technique. The modeling material is classified into a target modeling object, a structural material that forms a three-dimensional object obtained by processing the modeling object, and a support material that supports the lamination of the structural material. The support portion made of the support material is a portion that supports the structural material laminated on the region where no structural material exists, and is a portion that is finally removed. The modeling material of the present invention may be used as a structural material or a support material.
The modeling material of the present invention is a solid substance, and examples of the shape thereof include, but are not limited to, a particle shape, a pellet shape, a rod shape, and a filament shape. In addition, when the modeling material of this invention is a particulate material, it can utilize with the three-dimensional modeling technique by a sheet | seat lamination method.
本発明の造形材が粒子状物質である場合、その粒径は、1μm以上100μm以下が好ましく、20μm以上80μm以下がより好ましい。粒径が1μmよりも小さいと、積層速度を高める目的で一回分の積層膜厚を厚くする場合に、粒子を複数層積み重ねた粒子層を形成する必要があり、粒子層の制御が困難になることがある。一方、粒径が100μmよりも大きいと積層精度が悪化する傾向にある。尚、上述した好ましい粒径の範囲は、本発明の造形材となる粒子を構造材粒子として使用する場合でもサポート材粒子として使用する場合でも適用することができる。 When the modeling material of the present invention is a particulate material, the particle size is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 20 μm or more and 80 μm or less. When the particle size is smaller than 1 μm, it is necessary to form a particle layer in which a plurality of particles are stacked in order to increase the layer thickness for one time in order to increase the stacking speed, and it becomes difficult to control the particle layer. Sometimes. On the other hand, when the particle size is larger than 100 μm, the lamination accuracy tends to deteriorate. In addition, the range of the preferable particle diameter mentioned above is applicable even when using the particle | grains used as the modeling material of this invention as structural material particle | grains, or when using as support material particle | grains.
本発明の造形材を、熱によって造形材を融着するシート積層法によるAM技術で利用する場合、本発明の造形材を構造材として利用する場合でもサポート材として利用する場合でも、当該造形材の構成材料の一つとして熱可塑性樹脂を含ませる必要がある。尚、ここでいう「熱可塑性」とは、常温では変形しにくいが、材料に応じた温度で加熱すると塑性を示して自由な変形が可能となり、また冷却すると再び固くなる特性をいう。
本発明において、造形材の構成材料の一つである熱可塑性樹脂としては、一般に有機ポリマー材料として使用される非水溶性の熱可塑性樹脂だけでなく、水溶性の熱可塑性樹脂も含まれる。また本発明の造形材の構成材料として使用される熱可塑性樹脂の分子量は、特に限定されず、1万以上の高分子量であってもよいし、オリゴマーとして定義される1万未満の分子量であってもよい。
非水溶性の熱可塑性樹脂としては、ABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン)、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、PS(ポリスチレン)、PMMA(アクリル)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、PA(ナイロン/ポリアミド)、PC(ポリカーボネイト)、POM(ポリアセタール)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、LCP(液晶ポリマー)、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマー等が挙げられる。ただし、本発明においてはこれらに限定されるものではない。
水溶性の熱可塑性樹脂(以下、水溶性樹脂ということがある。)として、具体的には、自然界に広く存在する糖質(例えば、グルコース、キシロース、フラクトース等の単糖、スクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、イソマルツロース(パラチノース(登録商標))等の二糖、メレジトース、マルトトリオース、スタキオース、ニゲロトリオース、ラフィノース、ケストース等の四糖、イソマルトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、キシロオリゴ糖、大豆オリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、ニゲロオリゴ糖、乳果オリゴ糖等のオリゴ糖、ポリデキストロース、イヌリン等の食物繊維、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、マルチトール、ラクチトール、オリゴ糖アルコール、エリスリトール等の糖アルコール等)、ポリビニルアルコール等のポリオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリエーテル等が挙げられる。
尚、本発明においては、上述した非水溶性の熱可塑性樹脂と、水溶性の熱可塑性樹脂とを混合した混合材料を造形材の構成材料として使用することができる。
When the modeling material of the present invention is used in AM technology based on a sheet lamination method in which the modeling material is fused by heat, the modeling material is used regardless of whether the modeling material of the present invention is used as a structural material or a support material. It is necessary to include a thermoplastic resin as one of the constituent materials. The term “thermoplastic” as used herein refers to a property that is difficult to deform at room temperature, but exhibits plasticity when heated at a temperature corresponding to the material and can be freely deformed.
In the present invention, the thermoplastic resin that is one of the constituent materials of the modeling material includes not only a water-insoluble thermoplastic resin generally used as an organic polymer material but also a water-soluble thermoplastic resin. Further, the molecular weight of the thermoplastic resin used as the constituent material of the modeling material of the present invention is not particularly limited, and may be 10,000 or more, or may be a molecular weight of less than 10,000 defined as an oligomer. May be.
Water-insoluble thermoplastic resins include ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PP (polypropylene), PE (polyethylene), PS (polystyrene), PMMA (acrylic), PET (polyethylene terephthalate), PPE (polyphenylene ether), PA (Nylon / polyamide), PC (polycarbonate), POM (polyacetal), PBT (polybutylene terephthalate), PPS (polyphenylene sulfide), PEEK (polyetheretherketone), LCP (liquid crystal polymer), fluororesin, urethane resin, elastomer Etc. However, the present invention is not limited to these.
Specific examples of water-soluble thermoplastic resins (hereinafter sometimes referred to as water-soluble resins) include carbohydrates that exist widely in nature (for example, monosaccharides such as glucose, xylose, and fructose, sucrose, lactose, and maltose). Disaccharides such as trehalose and isomaltulose (palatinose (registered trademark)), tetrasaccharides such as melezitose, maltotriose, stachyose, nigerotriose, raffinose and kestose, isomaltoligosaccharides, fructooligosaccharides, xylooligosaccharides, soybean oligos Sugar, galactooligosaccharide, nigerooligosaccharide, oligosaccharide such as dairy oligosaccharide, dietary fiber such as polydextrose, inulin, sugar alcohol such as xylitol, sorbitol, mannitol, maltitol, lactitol, oligosaccharide alcohol, erythritol, etc.), polyvinyl Polyols such as alcohol, polyethylene glycol, and a polyether such as polypropylene glycol.
In the present invention, a mixed material obtained by mixing the above-described water-insoluble thermoplastic resin and a water-soluble thermoplastic resin can be used as a constituent material of the modeling material.
本発明において、造形材を構成する材料の一つである崩壊剤は、水と接触により体積膨張(膨潤)し、水溶性の熱可塑性樹脂からなる部分に亀裂を生じさせる。この亀裂から水が浸みこむことにより、水溶性の熱可塑性樹脂からなる部分の溶解が促進され、造形材からなる部分全体が崩壊する。従って、本発明の造形材をサポート材として用いた場合、崩壊剤は、サポート材からなるサポート部の形体を崩壊させ、構造体からの分離を促進させる役割を担う。
ここでいう膨潤とは、固体の膨潤をいい、具体的には、当該固体が液体に浸されたときに当該固体が大量の液体を吸収して自身の体積を顕著に増大させる現象をいう。当該固体が膨潤する度合い(膨潤度)は、当該固体における形状の崩壊しやすさ(崩壊性)の指標となる。このとき膨潤度が高いほど当該固体の崩壊性が高くなるが、具体的には、水を吸収したときの自身の膨潤度が10%以上となる当該固体が好ましい。膨潤度が10%に満たないと、本発明の造形材をサポート材として使用したときにサポート材の除去を促進させる効果が明確に現われないことがある。
崩壊剤となる材料として、具体的には、デンプングリコール酸ナトリウムやカルボキシメチルセルロースカルシウム、架橋カルボキシメチルセルロースナトリウム、カルボキシメチルスターチナトリウム等のセルロース系誘導体の塩、アルギン酸誘導体等の天然物誘導体や、クロスポビドン(架橋ポリビニルピロリドン)、酢酸ビニル−ビニルピロリドン共重合体等の合成高分子誘導体等が挙げられる。これら材料の中でも、好ましくは、セルロース誘導体である。ここでいうセルロース誘導体には、変性されていないセルロースも所定の置換基の導入によって変性されたセルソースも含まれる。また変性されたセルロースには、上述したセルロース系誘導体の塩が含まれる。
尚、ここでいうセルロースとは、複数の繊維状のセルロース分子が複雑に絡み合った状態のものをいう。複数の繊維状のセルロース分子が複雑に絡み合うことにより、親水性のセルロース分子同士が絡み合った集合体中に親水性の液体分子を保持することができ、体積が膨潤する性質を発現することができる。それに対し、「Isogai,Akira.;Saito,Tsuguyuki.;Fukuzumi Hayata.Nanoscale 2011,3,p71−85.」に開示されている特殊な方法により単分子レベルで分散したセルロース(いわゆるセルロースナノファイバー)は、崩壊剤には適さない。セルロースナノファイバーの場合、親水性の液体との相互作用を示すが、予め分子レベルまで分散されているため、親水性の液体とはゲルを形成することはあっても、体積膨張するまでには至らないからである。
In the present invention, the disintegrant, which is one of the materials constituting the modeling material, expands (swells) when contacted with water, and causes a crack in a portion made of a water-soluble thermoplastic resin. When water permeates through the crack, dissolution of the portion made of the water-soluble thermoplastic resin is promoted, and the entire portion made of the modeling material collapses. Therefore, when the modeling material of the present invention is used as a support material, the disintegrant plays a role of causing the shape of the support portion made of the support material to collapse and promoting separation from the structure.
Swelling here refers to swelling of a solid. Specifically, when the solid is immersed in a liquid, the solid absorbs a large amount of liquid and significantly increases its volume. The degree to which the solid swells (swelling degree) is an indicator of the ease with which the shape of the solid collapses (disintegration). At this time, the higher the degree of swelling, the higher the disintegrating property of the solid, but specifically, the solid having its own degree of swelling of 10% or more when water is absorbed is preferable. If the degree of swelling is less than 10%, the effect of promoting the removal of the support material may not appear clearly when the modeling material of the present invention is used as the support material.
Specific examples of the disintegrant material include cellulose derivative salts such as sodium starch glycolate, calcium carboxymethyl cellulose, sodium carboxymethyl cellulose, sodium carboxymethyl starch, natural product derivatives such as alginic acid derivatives, crospovidone ( Cross-linked polyvinyl pyrrolidone) and synthetic polymer derivatives such as vinyl acetate-vinyl pyrrolidone copolymer. Among these materials, cellulose derivatives are preferable. Cellulose derivatives as used herein include cell sources that are not modified but also modified by the introduction of predetermined substituents. The modified cellulose includes a salt of the aforementioned cellulose derivative.
In addition, the term “cellulose” as used herein refers to a state in which a plurality of fibrous cellulose molecules are intertwined in a complicated manner. A plurality of fibrous cellulose molecules are intertwined in a complicated manner, so that hydrophilic liquid molecules can be held in an assembly in which hydrophilic cellulose molecules are intertwined with each other, and a property that the volume swells can be expressed. . On the other hand, cellulose (so-called cellulose nanofibers) dispersed at a monomolecular level by a special method disclosed in “Isogai, Akira .; Saito, Tsuguyuki .; Fukuzumi Hayata. Nanoscale 2011, 3, p71-85.” Not suitable as a disintegrant. In the case of cellulose nanofiber, it shows interaction with hydrophilic liquid, but since it is dispersed to the molecular level in advance, it may form a gel with hydrophilic liquid, but before volume expansion It is because it does not reach.
本発明の造形材をサポート材として使用する場合、造形材(サポート材)に含まれる崩壊剤の含有量は、好ましくは、造形材(サポート材)全体に対して10重量%以上90重量%以下である。崩壊剤の含有量が造形材(サポート材)全体に対して10重量%未満であると、崩壊剤を含ませることによるサポート材の除去を促進させる効果が明確に現われないことがある。一方、崩壊剤の含有量が造形材(サポート材)全体に対して90重量%を超えると、サポート材の成型性に支障が生じることがある。本発明において、造形材(サポート材)に含まれる崩壊剤の含有量は、より好ましくは、造形材(サポート材)全体に対して15重量%以上45重量%以下である。 When using the modeling material of this invention as a support material, Preferably content of the disintegrating agent contained in a modeling material (support material) is 10 to 90 weight% with respect to the whole modeling material (support material). It is. If the content of the disintegrant is less than 10% by weight with respect to the entire modeling material (support material), the effect of promoting the removal of the support material by including the disintegrant may not clearly appear. On the other hand, when the content of the disintegrant exceeds 90% by weight with respect to the entire modeling material (support material), the moldability of the support material may be hindered. In the present invention, the content of the disintegrant contained in the modeling material (support material) is more preferably 15 wt% or more and 45 wt% or less with respect to the entire modeling material (support material).
[造形物]
本発明の造形物は、少なくとも構造材で構成される構造体を有している。本発明の造形物に含まれる構造材としては、本発明の造形材が挙げられるが、これに限定されるものではない。ただし、本発明の造形物が構造材のみで構成される場合、当該構造材は本発明の造形材を含んでいる。また、本発明の造形物が構造材のみで構成される場合、本発明の造形物は、三次元造形技術の完成品である立体物として取り扱うことができる。
本発明の造形物に含まれる構造材以外の材料として、例えば、サポート材がある。本発明の造形物に構造材とサポート材とが含まれる場合、本発明の造形材は、主にサポート材として使用される。また係る場合、構造材としては、熱可塑性樹脂、金属材料等を使用することができる。構造材は、好ましくは、熱可塑性樹脂を有している。ここでいう「有している」とは、構造材自体が上記熱可塑性樹脂である態様に限られず、構造材の一部が上記熱可塑性樹脂であって上記熱可塑性樹脂以外の材料(金属材料等)が構造材に含まれる態様も含まれる。尚、本発明の造形物に構造体とサポート体とが含まれる場合、造形物からサポート体を除去することにより、構造材で構成される立体物が得られる。係る場合におけるサポート材の具体的な除去方法については、後述する。
[Modeled object]
The shaped article of the present invention has a structure composed of at least a structural material. Examples of the structural material included in the shaped article of the present invention include, but are not limited to, the shaped material of the present invention. However, when the modeled object of the present invention is composed of only the structural material, the structural material includes the modeled material of the present invention. Moreover, when the molded object of this invention is comprised only with a structural material, the molded object of this invention can be handled as a solid object which is a finished product of a three-dimensional modeling technique.
As a material other than the structural material included in the shaped article of the present invention, for example, there is a support material. When a structure material and a support material are included in the modeled object of the present invention, the model material of the present invention is mainly used as a support material. In such a case, a thermoplastic resin, a metal material, or the like can be used as the structural material. The structural material preferably has a thermoplastic resin. The term “having” as used herein is not limited to an embodiment in which the structural material itself is the thermoplastic resin, and a part of the structural material is the thermoplastic resin and is a material other than the thermoplastic resin (metal material). Etc.) are also included in the structural material. In addition, when a structure and a support body are contained in the molded article of this invention, the solid thing comprised with a structural material is obtained by removing a support body from a molded article. A specific method for removing the support material in such a case will be described later.
[立体物の製造方法]
次に、積層造形法による、本発明の立体物の製造方法の例について説明する。
[Method of manufacturing a three-dimensional object]
Next, the example of the manufacturing method of the three-dimensional object of this invention by the additive manufacturing method is demonstrated.
(1)第一の実施形態
本発明の立体物の製造方法における第一の実施形態は、次の[1a]及び[2a]の工程を有する製造方法である。
[1a]少なくとも構造材粒子を配置して材料層を形成する材料層形成工程
[2a]材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程
本実施形態は、例えば、構造材粒子(粒子状の構造材)のみを用いて造形物を製造するプロセスである。ここで本実施形態のプロセスに従って、構造材粒子(粒子状の構造材)のみから造形物を製造すると、製造された造形物はそのまま目的の立体物になる。
(1) 1st embodiment 1st embodiment in the manufacturing method of the solid thing of this invention is a manufacturing method which has the process of following [1a] and [2a].
[1a] Material layer forming step in which at least structural material particles are arranged to form a material layer [2a] Modeled object forming step in which a material layer is stacked to form a modeled object This is a process for manufacturing a shaped object using only a structural member. Here, when a modeled object is manufactured only from the structural material particles (particulate structural material) according to the process of the present embodiment, the manufactured modeled object becomes the target three-dimensional object as it is.
また本実施形態は、シート積層法を利用した製造プロセスである。具体的には、工程[1a]と工程[2a]とを繰り返し、必要数の材料層を積層することで造形物を得ることができる。
以下、各工程について詳しく説明する。
Moreover, this embodiment is a manufacturing process using a sheet lamination method. Specifically, a shaped article can be obtained by repeating the steps [1a] and [2a] and laminating a necessary number of material layers.
Hereinafter, each step will be described in detail.
[0a]構造材粒子
本実施形態において使用される構造材粒子は、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより膨張し崩壊する崩壊剤と、を有している。本発明において、本実施形態で使用される構造材粒子を得る方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下に説明する方法がある。
具体的には、熱可塑性樹脂と崩壊剤とを溶融混練して固形物を得、得られた固形物を粉砕することで粒子を得る方法(混練粉砕法)がある。この方法によれば、構造材として用いることができる粒子状物質を安価に製造することが可能である。その他の方法として、機械粉砕法や、溶融状態で媒体中に分散させ冷却することで粒子状物質を得る溶融分散冷却法等が挙げられる。本発明においては、構造材粒子に上記崩壊剤が含まれるため、好ましくは、水を用いない乾式の造粒法、例えば、上述した混練粉砕法を用いる。
[0a] Structural Material Particles The structural material particles used in the present embodiment have a thermoplastic resin and a disintegrant that expands and disintegrates when contacted with water. In the present invention, the method for obtaining the structural material particles used in the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include the method described below.
Specifically, there is a method (kneading and pulverizing method) in which particles are obtained by melt-kneading a thermoplastic resin and a disintegrant to obtain a solid, and pulverizing the obtained solid. According to this method, it is possible to produce a particulate material that can be used as a structural material at low cost. Other methods include a mechanical pulverization method, a melt dispersion cooling method in which a particulate material is obtained by being dispersed in a medium in a molten state and cooled. In the present invention, since the disintegrant is contained in the structural material particles, a dry granulation method that does not use water, for example, the above-described kneading and pulverization method is preferably used.
[1a]材料層形成工程
本工程は、目的とする立体物の断面データに応じて、少なくとも構造材粒子を配置する工程である。
材料層を形成する際は、構造材粒子等の造形材粒子を点で描画して材料層を形成してもよいし、線又は面で描画して材料層を形成してもよい。造形速度の観点から線又は面で描画する方法が好ましい。線又は面で描画して材料層を形成する方法としては、電子写真方式や、特開2014−133414号公報に示されるインクジェット方式を用いる方法等が挙げられる。また線又は面で描画する材料層を形成する際には、帯電による静電的作用を利用した材料層の形成方法等の公知の方法も用いることができる。
[1a] Material layer forming step This step is a step of arranging at least structural material particles according to the cross-sectional data of the target three-dimensional object.
When forming the material layer, modeling material particles such as structural material particles may be drawn with dots to form the material layer, or the material layer may be drawn with lines or surfaces. A method of drawing with a line or a surface is preferable from the viewpoint of modeling speed. Examples of a method for forming a material layer by drawing with lines or surfaces include an electrophotographic method and a method using an ink jet method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-133414. In forming a material layer to be drawn with a line or a surface, a known method such as a method for forming a material layer using an electrostatic action by charging can also be used.
以下、図面を参照しながら、本工程の一例となる、電子写真方式による材料層の形成工程を説明する。図1は、本実施形態(第一の実施形態)で用いられる立体造形装置の構成の例を示す模式図である。上述したように、図1は、電子写真方式を用いた立体造形装置の構成を模式的に示す図である。
本実施形態に係る図1の立体造形装置10a(以下、「装置10a」と称する)は、現像装置11と、像担持体12と、露光装置13と、中間担持搬送ベルト14と、ステージ15と、温度制御手段16と、を有する。本実施形態の製造プロセスによって立体物となり得る造形物を製造する場合、本工程(材料層形成工程)において、まず構造材粒子による粒子像を像担持体12上に形成する。そして、形成した粒子像を中間担持搬送ベルト14の上へ転写して、構造材粒子によって構成される材料層を形成する。
Hereinafter, a process for forming a material layer by an electrophotographic method, which is an example of this process, will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a three-dimensional modeling apparatus used in the present embodiment (first embodiment). As described above, FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of a three-dimensional modeling apparatus using an electrophotographic method.
1 according to this embodiment (hereinafter referred to as “
以下、本実施形態における材料層の形成工程について詳細に説明する。まず、像担持体12の表面を帯電装置(不図示)で一様に帯電させる。尚、帯電の方法については特に限定はされない。
次に、露光装置13を用いて、作製する立体物のスライスデータ(断面データ)に従って、帯電した像担持体12を露光し、像担持体12の表面上に静電潜像を形成する。具体的には、作製する造形物(立体物)のスライスデータにおける構造部領域の静電潜像を像担持体12に形成する。
続いて、現像装置11から構造材粒子1を像担持体12に供給する。これにより、像担持体12の表面上の静電潜像が形成された領域、または静電潜像が形成されなかった領域のいずれかに配置される。これにより、静電潜像を可視化し、像担持体12の表面上には構造材粒子1による粒子像を形成することができる。即ち、本工程(材料層形成工程)は、少なくとも像担持体に形成された静電潜像を構造材粒子1で現像して粒子像を形成する工程を含んでいる。
その後、少なくとも像担持体12に配置された構造材粒子1で構成される粒子像を、中間担持搬送ベルト14上へと所定のタイミングで転写する。これにより、構造材粒子1による粒子像からなる材料層を形成することができる。即ち、構造材粒子1が配置されてなる第1の層が転写された転写体に、他方の粒子が配置されてなる第2の層を転写することで、材料層が形成される。転写体に転写する際には、静電エネルギーを利用した静電転写等、公知の転写方法が使用可能である。
Hereinafter, the formation process of the material layer in this embodiment is demonstrated in detail. First, the surface of the
Next, using the
Subsequently, the structural material particles 1 are supplied from the developing device 11 to the
Thereafter, at least a particle image composed of the structural material particles 1 arranged on the
[2a]造形物形成工程(積層工程)
本工程は、前工程で形成された材料層を繰り返し積層して、造形物を形成する工程である。材料層の積層は、別体として形成した材料層を、先に形成した材料層の表面に積層してもよいし、先に形成した材料層の表面上に、新たな材料層を直接形成して積層してもよい。また、別体として形成した材料層を先に形成した材料層の表面に積層する際は、一旦基材の上に材料層を形成した後に、先に形成した材料層の表面に転写してもよい。この際に用いる基材を、転写体と呼ぶ。材料層を転写体に転写する際には、静電エネルギーを利用した静電転写など、公知の転写方法が使用可能である。
[2a] Molded object formation process (lamination process)
This step is a step of repeatedly forming the material layer formed in the previous step to form a shaped article. The material layer can be laminated by forming a separate material layer on the surface of the previously formed material layer, or by forming a new material layer directly on the surface of the previously formed material layer. May be laminated. In addition, when laminating the material layer formed separately on the surface of the previously formed material layer, the material layer is once formed on the substrate and then transferred to the surface of the previously formed material layer. Good. The base material used at this time is called a transfer body. When transferring the material layer to the transfer body, a known transfer method such as electrostatic transfer using electrostatic energy can be used.
以下、本工程の一例を、図1を用いて説明する。尚、前工程(材料層形成工程)の方式は特に限定はされないが、ここでは上述の電子写真方式で行うものとして説明をする。
中間担持搬送ベルト14に形成された材料層は、中間担持搬送ベルト14の回転によって積層位置まで移動される。材料層が積層位置まで移動されると、温度制御手段16により加熱されて材料層を構成する粒子を互いに融着させる。そして、ステージ15の上面またはステージ15上の製造途中の造形物上に転写され、積層される。この際、材料層を構成する構造材粒子からなる領域が積層されて立体物を構成する部分(構造部17)が形成される。即ち、本実施形態に係る造形物(立体物)の製造方法における積層工程は、材料層に熱エネルギーを与えて材料層中の構造材粒子を融着させる加熱融着工程を含んでいる。
材料層を加熱し、材料層を構成する粒子を互いに融着させるタイミングは、特に限定はなく、積層の前、積層と同時、積層の後のいずれで行ってもよいし、それらのうちの複数のタイミングで行っても良い。
また本実施形態において、加熱融着工程では、材料層中の構造材粒子は、温度制御手段16によって加熱され、加熱された構造材粒子はほぼ同じ温度に温度制御される。このとき温度制御手段16は、構造材粒子が軟化する温度で加熱を行うことが好ましい。
Hereinafter, an example of this process will be described with reference to FIG. The method of the previous step (material layer forming step) is not particularly limited, but here it will be described as being performed by the above-described electrophotographic method.
The material layer formed on the
The timing for heating the material layer and fusing the particles constituting the material layer to each other is not particularly limited, and may be performed before, simultaneously with, or after the lamination. It may be performed at the timing.
In the present embodiment, in the heat fusion process, the structural material particles in the material layer are heated by the temperature control means 16, and the heated structural material particles are temperature-controlled at substantially the same temperature. At this time, the temperature control means 16 is preferably heated at a temperature at which the structural material particles soften.
[3a]造形物(立体物)
以上の工程で造形物が得られる。ここで構造材粒子のみを用いて以上の工程で造形物を得た場合、得られた造形物にもよるが、当該造形物を後の工程で加工することなくそのまま目的の立体物として用いることができる。また当該造形物を後の工程で加工する場合、当該造形物の具体的な加工方法として、例えば、研磨等の表面加工等が挙げられる。
[3a] Modeled object (three-dimensional object)
A model is obtained through the above steps. Here, when only a structural material particle is used to obtain a modeled object in the above process, the modeled object is used as it is as a target three-dimensional object without being processed in a subsequent process, although it depends on the obtained modeled object. Can do. Moreover, when processing the said modeling thing at a next process, surface processings, such as grinding | polishing, etc. are mentioned as a specific processing method of the said modeling thing, for example.
(2)第二の実施形態
本発明の立体物の製造方法における第二の実施形態は、次の[1b]乃至[3b]の工程を有する製造方法である。
[1b]非水溶性の構造材粒子と、サポート材粒子と、を配置して材料層を形成する材料層形成工程
[2b]材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程
[3b]造形物の前記サポート材粒子で構成されている部分を、水に接触させて除去する除去工程
本発明の造形材をサポート材として目的の立体物を作製する場合は、工程[3b](除去工程)が必須となる点が第一の実施形態と相違するが、それ以外の点については、第一の実施形態にて示されたプロセスを利用することができる。以下、各工程について、第一の実施形態との相違点を中心に詳しく説明する。
(2) Second Embodiment The second embodiment of the method for producing a three-dimensional object of the present invention is a production method having the following steps [1b] to [3b].
[1b] Material layer forming step of forming a material layer by arranging water-insoluble structural material particles and support material particles [2b] Modeled object forming step of forming a modeled object by stacking the material layers [3b The removal process which removes the part comprised by the said support material particle | grains of a modeling object by making it contact with water When producing the target solid object using the modeling material of this invention as a support material, process [3b] (removal Although the point that the process is essential is different from the first embodiment, the process shown in the first embodiment can be used for other points. Hereinafter, each process will be described in detail with a focus on differences from the first embodiment.
[0b]サポート材粒子
本実施形態において使用されるサポート材粒子は、第一の実施形態にて構造材粒子として用いられる粒子状物質と同様に、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより膨張し崩壊する崩壊剤と、を有している。このため、第一の実施形態にて示されている粒子状物質である構造材の製造方法と同様の方法により、サポート材粒子を製造することができる。尚、本実施形態において使用される構造材粒子の製造方法は、構造材となる材料を粒子状にする際に従来から用いられている方法を採用することができる。
[0b] Support Material Particles The support material particles used in the present embodiment expand as a result of contact with a thermoplastic resin and water, like the particulate matter used as the structural material particles in the first embodiment. And a disintegrant that disintegrates. For this reason, support material particle | grains can be manufactured by the method similar to the manufacturing method of the structural material which is a particulate matter shown by 1st embodiment. In addition, the manufacturing method of the structural material particle | grains used in this embodiment can employ | adopt the method conventionally used when making the material used as a structural material into a particulate form.
[1b]材料層形成工程
本工程は、目的とする立体物の断面データに応じて、構造材粒子とサポート材粒子とを配置する工程である。
第一の実施形態にて説明したように、材料層を形成する際には、帯電による静電的作用を利用した材料層の形成方法等の公知の方法を用いることができる。本実施形態のように、複数種類の造形材粒子(構造材粒子、サポート材粒子)を含む材料層を形成する際には、種類の異なる造形材粒子の配置精度が高いという観点から、静電力を利用した電子写真方式が好ましい。
図2は、本実施形態(第二の実施形態)で用いられる立体造形装置の構成の例を示す模式図である。以下、図2を参照しながら、本工程を説明する。尚、図2の立体造形装置10bにおいて、図1の立体造形装置10aと共通する部材については、同じ符号が付されることがある。
図2の立体造形装置10b(以下、「装置10b」と称する)は、構造材粒子1aによる粒子像を形成するための像担持体12aの他に、サポート材粒子1bによる粒子像を形成するための像担持体12bを有している。これを除いては図1の立体造形装置10aと部材が共通する。本実施形態において、本工程では、まず、構造材粒子による粒子像を像担持体12a上に、サポート材粒子による粒子像を像担持体12b上に、それぞれ形成する。そして、これらの粒子像を中間担持搬送ベルト14の上へ転写して、構造材粒子及びサポート材粒子によって構成される材料層を形成する。
[1b] Material layer forming step This step is a step of arranging the structural material particles and the support material particles according to the cross-sectional data of the target three-dimensional object.
As described in the first embodiment, when forming a material layer, a known method such as a method for forming a material layer using an electrostatic action by charging can be used. When forming a material layer including a plurality of types of modeling material particles (structural material particles, support material particles) as in this embodiment, electrostatic force is used from the viewpoint of high arrangement accuracy of different types of modeling material particles. An electrophotographic system using is preferable.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a three-dimensional modeling apparatus used in the present embodiment (second embodiment). Hereinafter, this process will be described with reference to FIG. In addition, in the three-dimensional modeling apparatus 10b of FIG. 2, the same code | symbol may be attached | subjected about the member which is common with the three-
The three-dimensional modeling apparatus 10b in FIG. 2 (hereinafter referred to as “apparatus 10b”) forms a particle image by the support material particles 1b in addition to the
以下、材料層の形成工程について詳細に説明するが、各粒子像の形成について共通する説明の中では構成部材の参照符号の添え字a、bを省略し、現像装置11、像担持体12等と記載する。
まず、像担持体12の表面を帯電装置(不図示)で一様に帯電させる。帯電の方法については特に限定はされない。
次に、露光装置13を用いて、作製する立体物のスライスデータ(断面データ)に従って、帯電した像担持体12を露光し、像担持体12の表面上に静電潜像を形成する。具体的には、作製する立体物のスライスデータにおける構造部領域の静電潜像を像担持体12aに、サポート部領域の静電潜像を像担持体12bに形成する。
続いて、現像装置11から造形材粒子を像担持体12に供給する。これにより、像担持体12の表面上の静電潜像が形成された領域、又は静電潜像が形成されなかった領域のいずれかに配置される。これにより、静電潜像を可視化し、像担持体12aの表面上には構造材粒子1aによる粒子像を形成し、像担持体12bの表面上にはサポート材粒子1bによる粒子像を形成することができる。即ち、本実施形態において、本工程は、像担持体に形成された静電潜像を構造材粒子1a及びサポート材粒子1bで現像して粒子像を形成する工程を含んでいる。
その後、像担持体(12a、12b)に各々配置された各粒子像を、中間担持搬送ベルト14上へと所定のタイミングで転写する。これにより、構造材粒子1aによる粒子像と、サポート材粒子1bによる粒子像と、からなる材料層を形成することができる。即ち、構造材粒子1a及びサポート材粒子1bのいずれか一方が配置されてなる第1の層が転写された転写体に、他方の粒子が配置されてなる第2の層を転写して、材料層を形成する。転写体に転写する際には、静電エネルギーを利用した静電転写等の公知の転写方法が使用可能である。尚、粒子像を中間担持搬送ベルト14へと転写する順番は特に限定はされず、構造材粒子1aからなる粒子像を転写した後にサポート材粒子1bからなる粒子像を転写してもよいし、その逆の順番で転写してもよい。
Hereinafter, the material layer forming step will be described in detail, but in the description common to the formation of each particle image, the subscripts “a” and “b” of the constituent members are omitted, and the developing device 11, the
First, the surface of the
Next, using the
Subsequently, the modeling material particles are supplied from the developing device 11 to the
Thereafter, the respective particle images respectively arranged on the image carriers (12a, 12b) are transferred onto the
[2]造形物形成工程(積層工程)
本工程は、前工程で形成された材料層を繰り返し積層して、造形物を形成する工程である。以下、本工程の一例を、図2を用いて説明する。尚、本発明において、前工程の方式は特に限定はされないが、ここでは上述の電子写真方式で行うものとして説明をする。
中間担持搬送ベルト14に形成された材料層は、中間担持搬送ベルト14の回転によって積層位置まで移動される。材料層が積層位置まで移動されると、温度制御手段16により加熱されて材料層を構成する粒子を互いに融着させる。そして、ステージ15の上面またはステージ15上の製造途中の造形物上に転写され、積層される。この際、材料層のうち構造材粒子からなる領域が積層されて立体物を構成する部分(構造部17a)が形成され、サポート材粒子からなる領域が積層されてサポート部17bが形成される。即ち、本実施形態に係る立体物の製造方法において、本工程は、材料層に熱エネルギーを与えて材料層中の造形材粒子(構造材粒子1a、サポート材粒子1b)をそれぞれ融着させる加熱融着工程を含んでいる。
また本実施形態において、加熱融着工程では、材料層中の構造材粒子とサポート材粒子は共に、温度制御手段16によって加熱され、これらの粒子はほぼ同じ温度に温度制御される。このとき温度制御手段16は、構造材粒子及びサポート材粒子がともに軟化する温度で加熱を行うことが好ましい。従って、構造材粒子とサポート材粒子の軟化温度が異なる場合は、温度制御手段16はいずれか高い方の温度以上の温度で加熱を行うことが好ましい。
[2] Molded object formation process (lamination process)
This step is a step of repeatedly forming the material layer formed in the previous step to form a shaped article. Hereinafter, an example of this process will be described with reference to FIG. In the present invention, the method of the pre-process is not particularly limited, but here it will be described as being performed by the above-described electrophotographic method.
The material layer formed on the
In this embodiment, in the heat fusion process, both the structural material particles and the support material particles in the material layer are heated by the temperature control means 16, and these particles are temperature-controlled to substantially the same temperature. At this time, it is preferable that the temperature control means 16 performs heating at a temperature at which both the structural material particles and the support material particles soften. Therefore, when the softening temperatures of the structural material particles and the support material particles are different, it is preferable that the temperature control means 16 performs heating at a temperature equal to or higher than the higher temperature.
[3b]除去工程
本工程は、造形物のうち、サポート材粒子からなる部分(サポート部)を除去する工程である。尚、サポート部の除去は造形物を水に接触させることで行う。本実施形態ではサポート部を構成するサポート材粒子1bには、上述した崩壊剤が含まれている。ここでサポート部が水と接触すると、サポート部に含まれる崩壊剤が水を吸収して膨潤・膨張する。このように崩壊剤が膨潤・膨張すると、崩壊剤の形態が変形する。これにより、崩壊剤により多くの水が入り込むことになり、その結果、崩壊剤が崩壊する。以上説明した崩壊剤の膨潤(膨張)及び崩壊により、崩壊剤を有するサポート部は変形し、ついには造形物から脱離することとなる。
[3b] Removal Step This step is a step of removing a portion (support portion) made of the support material particles from the molded article. The support part is removed by bringing the model into contact with water. In this embodiment, the disintegrant mentioned above is contained in the support material particle 1b which comprises a support part. Here, when the support portion comes into contact with water, the disintegrant contained in the support portion absorbs water and swells and expands. When the disintegrant swells and expands in this manner, the form of the disintegrant is deformed. As a result, more water enters the disintegrant, and as a result, the disintegrant disintegrates. Due to the swelling (expansion) and disintegration of the disintegrant described above, the support portion having the disintegrant is deformed and finally detached from the modeled object.
また本実施形態において、サポート部を構成するサポート粒子には、熱可塑性樹脂が含まれている。ここでこの熱可塑性樹脂が水溶性樹脂である場合、この水溶性樹脂と水との接触により水溶性樹脂が溶解し、サポート部の除去がより容易になるため、好ましい。ただし、サポート材が水溶性樹脂のみで構成されると、特に、構造が複雑な立体物を作製する際に、造形物からサポート部を除去するのに時間がかかる場合がある。具体的には、造形物の奥深くまでサポート部が存在する場合、このサポート部の奥まで水を浸透させてこのサポート部を除去するのに要する時間が長くなる場合がある。また水とサポート部との接触の際にサポート部に含まれる水溶性樹脂が水を取り込んでゲル状物質を生成することがある。このゲル状物質は、水によるサポート部の除去の妨げとなり、サポート部を除去するのに要する時間を長くする原因の1つとなり得る。一方、本発明のように、サポート材に上述した崩壊剤が含まれていると、水との接触による崩壊剤の膨潤及び崩壊により、サポート部の内部にサポート部を構成する水溶性樹脂を溶解させるのに必要な水を取り込むための空間を形成させることができる。これにより、水溶性樹脂を溶解させるのに必要な水を速くかつ大量にサポート材の奥まで流入させることができるので、結果として、本工程(除去工程)に要する時間を従来と比較して短縮させることができる。 In this embodiment, the support particles constituting the support portion contain a thermoplastic resin. Here, it is preferable that the thermoplastic resin is a water-soluble resin, because the water-soluble resin is dissolved by the contact of the water-soluble resin and water, and the removal of the support portion becomes easier. However, when the support material is composed only of the water-soluble resin, it may take time to remove the support portion from the modeled object, particularly when a three-dimensional object having a complicated structure is manufactured. Specifically, when the support portion exists deep in the modeled object, it may take a long time to remove the support portion by allowing water to penetrate deep into the support portion. Further, the water-soluble resin contained in the support part may take in water and produce a gel-like substance at the time of contact between water and the support part. This gel-like substance hinders the removal of the support part by water, and can be one of the causes of increasing the time required to remove the support part. On the other hand, when the disintegrant described above is included in the support material as in the present invention, the water-soluble resin constituting the support portion is dissolved inside the support portion by swelling and disintegration of the disintegrant due to contact with water. It is possible to form a space for taking in water necessary for the generation. As a result, the water required to dissolve the water-soluble resin can flow quickly and in large quantities into the back of the support material, resulting in a reduction in the time required for this step (removal step) compared to the conventional method. Can be made.
尚、本工程は、サポート部を水と接触させてサポート部を除去することができれば、その具体的方法については特に限定はされない。そのような方法としては、例えば、造形物を水中に浸漬する方法が挙げられる。尚、サポート部の除去に用いる溶媒は、水に限定されるものではなく、水の他に構造材に与える影響が小さい材料を含んでいてもよい。
図3は、水に造形物を浸漬する方法の具体例を説明する図である。また図3は、造形物17からサポート部17bを除去する除去装置の構成を示す模式図でもある。図3の除去装置3は、造形物17を載置する台座21と、マグネティックスターラー本体22と、マグネティックスターラー攪拌子23と、を有する。
In this step, the specific method is not particularly limited as long as the support portion can be removed by bringing the support portion into contact with water. As such a method, for example, a method of immersing a shaped article in water can be mentioned. In addition, the solvent used for the removal of a support part is not limited to water, The material which has little influence on a structural material other than water may be included.
FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example of a method of immersing a shaped article in water. FIG. 3 is also a schematic diagram showing a configuration of a removing device that removes the
マグネティックスターラー本体22によって、マグネティックスターラー攪拌子23が回転し、除去装置の容器24内に充填された水25を撹拌する。造形物17のサポート部17bは、崩壊剤を有するため、水25と接触することによって崩壊剤が崩壊する。そして崩壊剤の崩壊により、サポート部17bは造形材17から脱離し除去される。台座21のステージ部分21aは、造形物17に対して水流が万遍なくあたるように、網状にすることが好ましい。また除去工程においては、造形物17からのサポート部17bの除去を高速化する目的で、水25の温度制御(加熱等)や、水25に対して超音波振動を加える等を行ってもよい。尚、造形物17を単に水25に浸漬させて静置し、一定時間放置しても、サポート部17bを除去することができる。
The magnetic stirrer
図3の除去装置3で使用される水25の温度は、特に限定されないが、加温した状態の方が溶解速度が上昇し、サポート部17bをより速く除去させることが可能になる。この水25の温度は、60℃乃至80℃程度が好ましいが、構造材の耐熱温度によって上限温度を適宜調節する。例えば、構造材料がABS及びPPの場合、100℃まで温度を上げると立体物が熱によって変形してしまう可能性がある為、構造材の荷重たわみ温度以下に水温を抑えることが好ましい。
The temperature of the
また、超音波振動は、目的とする立体物の形状によって出力を調整することが好ましい。細かい造形が多い場合は、出力を下げて印加しないと、造形部分を超音波によって破損する場合がある為、立体物が破損しない程度に出力を抑えることが好ましい。 The output of the ultrasonic vibration is preferably adjusted according to the shape of the target three-dimensional object. If there is a lot of fine modeling, if the output is not lowered and applied, the modeling part may be damaged by ultrasonic waves, so it is preferable to suppress the output to the extent that the three-dimensional object is not damaged.
また、サポート部17bをさらに迅速に除去する場合には、水25をスプレー等のノズル(不図示)から噴射し、造形物17に吹き付けてもよい。その場合は、構造部17aが破損しない程度の水圧又は流速で、水25を吹き付けることが好ましい。造形物17に均一に水25を吹き付けるために、複数のノズルを用いたり、ノズルを造形物17に対して移動可能にしたりしてもよい。ノズルとしては、一般的なスプレー用のノズルを用いることができる。ノズルの口径や個数は、目的とする造形物17の大きさやサポート材粒子の種類のよって適宜選択してもよい。
Moreover, when removing the
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。尚、以下の説明において特記しない限り、「%」は重量%を意味する。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these. In the following description, “%” means weight% unless otherwise specified.
[実施例1]
本実施例で使用した材料、及び造形物の具体的な形成方法を以下に説明する。図4は、本実施例(実施例1)で作製した立体物を示す模式図である。尚、図4(a)は、立体物を作製する際に形成する材料層の平面パターンを示す図であり、図4(b)は、本実施例で作製した造形物を示す斜視図であり、図4(c)は、本実施例で作製した立体物を示す斜視図である。
[Example 1]
The material used in the present embodiment and a specific method for forming a model will be described below. FIG. 4 is a schematic diagram showing a three-dimensional object produced in this example (Example 1). 4A is a diagram showing a planar pattern of a material layer formed when producing a three-dimensional object, and FIG. 4B is a perspective view showing a modeled object produced in this example. FIG. 4C is a perspective view showing the three-dimensional object produced in this example.
(1)構成材
本実施例では、粒子状のABS(平均粒径50μm)を構造材として使用した。
(1) Constituent material In the present Example, particulate ABS (average particle diameter 50 micrometers) was used as a structural material.
(2)サポート材
本実施例では、以下に示される熱可塑性樹脂(水溶性樹脂)と、崩壊剤と、を有するサポート材を使用した。
熱可塑性樹脂(水溶性樹脂):フジオリゴ#450P(組成:マルトテトラオースを主成分とする、ぶどう糖及び各種オリゴ糖からなる澱粉糖)、日本食品化工社製
崩壊剤:カルボキシメチルセルロースカルシウム、ダイセルファインケム社製
本実施例において、サポート材は、上記熱可塑性樹脂と上記崩壊剤とを、熱可塑性樹脂:崩壊剤=20:80の割合で混合したものを混練粉砕して粒子状にすることで調製した。尚、本実施例で使用した粒子状のサポート材の平均粒径は50μmである。
(2) Support material In the present Example, the support material which has the thermoplastic resin (water-soluble resin) shown below and a disintegrating agent was used.
Thermoplastic resin (water-soluble resin): Fujioligo # 450P (composition: starch sugar composed of glucose and various oligosaccharides, mainly composed of maltotetraose), disintegrant made by Nippon Food Chemical Co., Ltd .: carboxymethylcellulose calcium, Daicel Finechem In the present Example, the support material was prepared by kneading and pulverizing a mixture of the thermoplastic resin and the disintegrant in a ratio of thermoplastic resin: disintegrant = 20: 80. . The average particle size of the particulate support material used in this example is 50 μm.
(3)材料層の形成工程
粒子状の構成材と粒子状のサポート材とを用いて材料層を形成した。具体的には、まずサポート材の粒子を図4(a)中の符号Bで示される平面領域に配置し、構造材の粒子を図4(a)中の符号Aで示される平面領域に配置することで材料層を形成した。尚、図4(a)において、d1は2cmであり、d2は1cmであった。次に、この材料層をポリイミド製の基材に転写することによりシート状の材料層を当該基材上に形成した。
(3) Material Layer Formation Step A material layer was formed using a particulate constituent material and a particulate support material. Specifically, first, the particles of the support material are arranged in the plane region indicated by the symbol B in FIG. 4A, and the particles of the structural material are arranged in the plane region indicated by the symbol A in FIG. Thus, a material layer was formed. In FIG. 4A, d 1 was 2 cm and d 2 was 1 cm. Next, the material layer was transferred to a polyimide base material to form a sheet-like material layer on the base material.
(4)造形物の作製工程
上記(3)の工程を100回行い、当該基材上に材料層を100層積層することで、図4(b)に示される、サポート部17bと構造部17aとからなる造形物を得た。尚、図4(b)においてd3(積層厚)は2mmであった。また後述する評価試験を行うために、造形物を5つ作製した。
(4) Manufacturing process of modeling object The process of said (3) is performed 100 times, and the
(5)水によるサポート部の除去性能の評価
上記(4)の工程にて得られた造形物について、造形物に含まれるサポート部の除去性能を評価した。
具体的には、まず150mLの水を入れた200mLビーカー中へ造形物(5個)を投入した後、超音波洗浄器(出力:110W、24kHz及び31kHzの複合周波)にて超音波をかけながら5分間浸漬させた。これによって造形物に含まれるサポート材が構造材から除去されたか否かを評価した。ここで、具体的な評価基準を以下に示す。
○:図4(c)に示されるように、サポート部が構造材から完全に剥離された。
×:サポート部の一部が構造体に付着していた(構造材からのサポート材の剥離が不完全であった)。
評価結果を表1に示す。尚、評価の際は、作製した5つの造形物についてそれぞれ評価実験を行い、「○」の評価を受けた構造物が半数以上である場合は表1において「○」と表示し、「×」の評価を受けた構造物が半数以上である場合は表1において「×」と表示した。
(5) Evaluation of the removal performance of the support part by water About the modeling thing obtained at the process of said (4), the removal performance of the support part contained in a modeling thing was evaluated.
Specifically, first, after putting a model (five pieces) into a 200 mL beaker containing 150 mL of water, applying ultrasonic waves with an ultrasonic cleaner (output: 110 W, combined frequency of 24 kHz and 31 kHz) It was immersed for 5 minutes. This evaluated whether the support material contained in the molded article was removed from the structural material. Here, specific evaluation criteria are shown below.
○: As shown in FIG. 4C, the support part was completely peeled from the structural material.
X: A part of support part was adhering to the structure (peeling of the support material from the structural material was incomplete).
The evaluation results are shown in Table 1. At the time of evaluation, an evaluation experiment is performed for each of the five manufactured objects, and when more than half of the structures have been evaluated as “◯”, “○” is displayed in Table 1 and “×” is displayed. When more than half of the structures were evaluated as “x”, “x” was displayed in Table 1.
[実施例2]
実施例1(2)において、熱可塑性樹脂(水溶性樹脂)として、フジオリゴ#450Pに代えてPEG20000(三洋化成社製)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により造形物を作製した。また実施例1と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部17bの除去性能を評価した。評価結果を表1に示す。
[Example 2]
In Example 1 (2), a molded article was produced in the same manner as in Example 1 except that PEG 20000 (manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.) was used as the thermoplastic resin (water-soluble resin) instead of Fujioligo # 450P. did. Moreover, the removal performance of the
[比較例1]
実施例1(3)において、実施例1(2)にて調製したサポート材に代えて粒子状のフジオリゴ#450P(平均粒径:50μm)を使用したこと以外は、実施例1と同様の方法により造形物を作製した。また実施例1と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部17bの除去性能を評価した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
In Example 1 (3), the same method as in Example 1 except that particulate Fujioligo # 450P (average particle size: 50 μm) was used instead of the support material prepared in Example 1 (2). A modeled object was prepared. Moreover, the removal performance of the
[比較例2]
実施例2において、実施例2で調製したサポート材に代えて粒子状のPEG20000(平均粒径:50μm)を使用したこと以外は、実施例2と同様の方法により造形物を作製した。また実施例1と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部17bの除去性能を評価した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
In Example 2, a shaped article was produced in the same manner as in Example 2 except that particulate PEG 20000 (average particle size: 50 μm) was used instead of the support material prepared in Example 2. Moreover, the removal performance of the
[比較例3]
実施例1(2)において、熱可塑性樹脂と崩壊剤との混合比を、熱可塑性樹脂:崩壊剤=5:95としたこと以外は、実施例1と同様の方法により造形物を作製した。また実施例1と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部17bの除去性能を評価した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
In Example 1 (2), a molded article was produced in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the thermoplastic resin and the disintegrant was thermoplastic resin: disintegrant = 5: 95. Moreover, the removal performance of the
[比較例4]
実施例2において、熱可塑性樹脂と崩壊剤との混合比を、熱可塑性樹脂:崩壊剤=5:95としたこと以外は、実施例2と同様の方法により造形物を作製した。また実施例1と同様の方法により、得られた造形物に含まれるサポート部17bの除去性能を評価した。評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 4]
In Example 2, a molded article was produced in the same manner as in Example 2 except that the mixing ratio of the thermoplastic resin and the disintegrant was thermoplastic resin: disintegrant = 5: 95. Moreover, the removal performance of the
表1より、水と接触することにより膨張し崩壊する性質を有する崩壊剤が含まれることによりサポート部の除去性が著しく向上することを確認できた。尚、表1より、熱可塑性樹脂(水溶性樹脂)の割合が極めて少ない(5%以下)サポート材で形成されたサポート部については、崩壊剤により効果が発現されないことが確認された。 From Table 1, it was confirmed that the removability of the support part was remarkably improved by including a disintegrant having the property of expanding and disintegrating by contact with water. In addition, from Table 1, it was confirmed that the support portion formed of the support material with a very small ratio (5% or less) of the thermoplastic resin (water-soluble resin) does not exhibit the effect by the disintegrant.
本発明の造形材は、三次元造形技術によって作製される立体物を作製する際に利用することができる。 The modeling material of this invention can be utilized when producing the solid thing produced by a three-dimensional modeling technique.
1(1a):構造材粒子、1b:サポート材粒子、17a:構造部、17b:サポート部 1 (1a): structural material particles, 1b: support material particles, 17a: structural part, 17b: support part
Claims (15)
前記構造体が請求項1乃至4のいずれか一項に記載の造形材で構成されることを特徴とする、造形物。 A shaped object having at least a structure,
The said structure is comprised with the modeling material as described in any one of Claims 1 thru | or 4, The molded article characterized by the above-mentioned.
前記サポート体が請求項5又は6に記載の造形材で構成されることを特徴とする、造形物。 A shaped object having a structure and a support body,
A modeled article, wherein the support body is composed of the modeled material according to claim 5 or 6.
前記材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程と、を有し、
前記構造材粒子が、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする、立体物の製造方法。 A material layer forming step in which at least structural material particles are arranged to form a material layer; and
A modeled object forming step of forming the modeled object by laminating the material layers,
A method for producing a three-dimensional object, wherein the structural material particles include a thermoplastic resin and a disintegrant that expands by contact with water.
前記材料層を積層して造形物を形成する造形物形成工程と、
前記造形物の前記サポート材粒子で構成されている部分を、水に接触させて除去する除去工程と、を有し、
前記サポート材粒子が、熱可塑性樹脂と、水と接触することにより体積膨張する崩壊剤と、を有することを特徴とする、立体物の製造方法。 A material layer forming step of forming a material layer by arranging water-insoluble structural material particles and support material particles;
A shaped article forming step of forming a shaped article by laminating the material layers;
A removal step of removing the portion formed of the support material particles of the modeled object by contacting with water, and
The method for producing a three-dimensional object, wherein the support material particles have a thermoplastic resin and a disintegrant that expands by contact with water.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016013150A JP2017132110A (en) | 2016-01-27 | 2016-01-27 | Molding material, molding and method for producing three-dimensional object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016013150A JP2017132110A (en) | 2016-01-27 | 2016-01-27 | Molding material, molding and method for producing three-dimensional object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017132110A true JP2017132110A (en) | 2017-08-03 |
Family
ID=59504613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016013150A Pending JP2017132110A (en) | 2016-01-27 | 2016-01-27 | Molding material, molding and method for producing three-dimensional object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017132110A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021531171A (en) * | 2018-07-18 | 2021-11-18 | ポリ6 テクノロジーズ, インク.Poly6 Technologies, Inc. | Molded body and manufacturing method |
| WO2021255471A1 (en) * | 2020-06-18 | 2021-12-23 | Additive Manufacturing Technologies Limited | Method for removing material from an additively manufactured part |
-
2016
- 2016-01-27 JP JP2016013150A patent/JP2017132110A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021531171A (en) * | 2018-07-18 | 2021-11-18 | ポリ6 テクノロジーズ, インク.Poly6 Technologies, Inc. | Molded body and manufacturing method |
| WO2021255471A1 (en) * | 2020-06-18 | 2021-12-23 | Additive Manufacturing Technologies Limited | Method for removing material from an additively manufactured part |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6512869B2 (en) | Method of manufacturing three-dimensional object | |
| JP6700745B2 (en) | Powder, thermoplastic composition, and method for producing three-dimensional object | |
| KR102077206B1 (en) | Method for manufacturing three-dimensional object with removable support structure | |
| CN110268006B (en) | Core-shell polymer for 3D printing | |
| TWI637008B (en) | Ester type elastomer foam molded article, use thereof and ester type elastomer foamed particle | |
| US20150151487A1 (en) | 3d printing techniques for creating tissue engineering scaffolds | |
| JP2004255839A (en) | Ink jet type three-dimensional modeling apparatus and modeling method | |
| CN110520276B (en) | Methods of manufacturing three-dimensional objects by additive manufacturing | |
| WO2016084928A1 (en) | Powder, thermoplastic composition, and method for manufacturing three-dimensional object | |
| CN103101147B (en) | A kind of preparation method and application thereof with the super hydrophobic surface of composite microstructure | |
| JP2017132110A (en) | Molding material, molding and method for producing three-dimensional object | |
| US10532383B2 (en) | Method of producing three-dimensional object and removing liquid to be used in the production method | |
| TW202114849A (en) | Three-dimensional printing thermal expansion structure and manufacturing method thereof | |
| JP6808439B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional object and removal liquid used for manufacturing three-dimensional object | |
| JP6227202B1 (en) | Ester elastomer foam molding, its use and ester elastomer foam particles | |
| JP2018119026A (en) | Molding material and method for producing three-dimensional object | |
| US20170274600A1 (en) | Shaping plate and method for shaping three-dimensional object by using the same | |
| CN106687281A (en) | Additive manufacturing for an overhang | |
| JP6874349B2 (en) | Mold making method, mold making device, and model material molding method | |
| JP2017170742A (en) | Manufacturing method of three-dimensional object using additive manufacturing method | |
| JP6821314B2 (en) | Modeling plate and method of modeling a three-dimensional object using it | |
| JP2020131680A (en) | Modeling equipment and modeling method | |
| JP2017170714A (en) | Molding material, molding material powder and method for molding three-dimensional object | |
| JP6606939B2 (en) | Transdermal administration device and method for producing transdermal administration device | |
| CN102427926B (en) | Injection molding method |
