JP7183641B2 - Particles for three-dimensional modeling, powder for three-dimensional modeling, apparatus for producing three-dimensional article, method for producing three-dimensional article, method for producing powder for three-dimensional modeling, and particles - Google Patents
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Description
本発明は、立体造形用粒子、立体造形用粉末、立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法、立体造形用粉末の製造方法、及び粒子に関する。 The present invention relates to particles for three-dimensional modeling, powder for three-dimensional modeling, an apparatus for producing a three-dimensional article, a method for producing a three-dimensional article, a method for producing powder for three-dimensional modeling, and particles.
立体造形物を製造する方式として、粉末床溶融(PBF:powder bed fusion)方式が知られている。PBF方式としては、選択的にレーザーを照射して立体造形物を形成するSLS(selective leser sintering)方式や、マスクを使い平面状にレーザーを当てるSMS(selective mask sintering)方式などが知られている。また、PBF方式以外の立体造形物を製造する方式としては、インクを用いたHSS(high speed sintering)方式、BJ(Binder jetting)方式などが知られている。 A powder bed fusion (PBF) method is known as a method for manufacturing a three-dimensional object. Known PBF methods include the SLS (selective laser sintering) method in which a laser is selectively irradiated to form a three-dimensional object, and the SMS (selective mask sintering) method in which a mask is used to irradiate a laser on a plane. . In addition to the PBF method, the HSS (high speed sintering) method using ink, the BJ (Binder jetting) method, and the like are known as methods for manufacturing three-dimensional objects.
立体造形物を製造する際に用いられる樹脂の粉末としては、例えば、樹脂溶融液を押し出した後、延伸して形成した樹脂繊維を、可動式のクランプで固定して切断ブレードに向かって移動させ、樹脂繊維を切断して得られる略円筒状の樹脂粉末が開示されている(特許文献1)。 As the resin powder used in manufacturing the three-dimensional object, for example, resin fibers are formed by extruding a resin melt and then stretching the resin fibers, which are fixed with a movable clamp and moved toward the cutting blade. , a substantially cylindrical resin powder obtained by cutting resin fibers is disclosed (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の樹脂粉末は充填密度に劣り、該樹脂粉末を用いて形成した立体造形物は強度に劣る課題がある。
However, the resin powder of
請求項1に係る発明は、端面および側面を有する柱体形状であって、前記端面は、第一の面および第二の面を含み、少なくとも前記第一の面は、第一の対向面と、前記第一の対向面を前記側面に沿って延伸した形状であり、該第一の対向面と連続する面である外周領域と、を含み、前記外周領域は、前記側面の一部を被覆している立体造形用粒子である。
The invention according to
本発明の立体造形用粒子は、充填密度に優れ、該樹脂粉末を用いて形成した立体造形物は強度に優れる効果を奏する。 The particles for three-dimensional modeling of the present invention are excellent in packing density, and a three-dimensional article formed using the resin powder has an effect of being excellent in strength.
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以降で説明する立体造形用粒子は、粒子の一例であり、本願はこれに限定されない。従って、粒子は、立体造形用粒子以外に、例えば、表面収縮剤、スペーサー、滑剤、塗料、砥石、添加剤、二次電池セパレーター、食品、化粧品、衣服、自動車、精密機器、半導体、航空宇宙、医療、金属代替材料等の用途で用いる粒子であってもよい。 Embodiments of the present invention will be described below. In addition, the three-dimensional modeling particles described below are an example of the particles, and the present application is not limited thereto. Therefore, particles other than particles for three-dimensional modeling, for example, surface contracting agents, spacers, lubricants, paints, grindstones, additives, secondary battery separators, foods, cosmetics, clothes, automobiles, precision equipment, semiconductors, aerospace, It may be particles used in medical applications, metal substitute materials, and the like.
<<立体造形用粉末>>
本実施形態の立体造形用粉末は複数の粒状物の集合体を意味し、端面および側面を有する柱体形状であって端面のいずれか一方が側面の一部を被覆している立体造形用粒子を含む。また、立体造形用粉末は、後述する立体造形用粒子以外に、立体造形用粒子に相当しない粒子を含んでいてもよい。
<<Powder for stereolithography>>
The three-dimensional modeling powder of the present embodiment means an aggregate of a plurality of granules, and is a three-dimensional modeling particle having a columnar shape having end faces and side faces, with one of the end faces partially covering the side face. including. In addition, the three-dimensional modeling powder may contain particles that do not correspond to the three-dimensional modeling particles, in addition to the three-dimensional modeling particles described below.
<立体造形用粒子>
-立体造形用粒子の形状-
まず、図1、図2を用いて、立体造形用粒子(以降、「柱体」とも称する)について説明する。図1は、立体造形用粉末の一例を示す写真である。また、図1において点線の円で囲まれた柱体は、図1において複数個存在する柱体のうちの一つを示す。図2は、立体造形用粒子の一例を示す写真である。なお、図1、図2は、SEM(走査型電子顕微鏡)観察による写真である。このような写真(投影画像)を得る手段としてはSEMに限定されず、光学顕微鏡などの公知の画像解析装置を用いることができるが、以降の説明では、投影画像を得る手段の一例としてSEM(走査型電子顕微鏡)を用いた場合について説明する。
<Particles for stereolithography>
-Shape of particles for stereolithography-
First, particles for three-dimensional modeling (hereinafter also referred to as "pillars") will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a photograph showing an example of powder for stereolithography. Also, the pillar surrounded by the dotted circle in FIG. 1 indicates one of the plurality of pillars in FIG. FIG. 2 is a photograph showing an example of particles for stereolithography. 1 and 2 are photographs obtained by SEM (scanning electron microscope) observation. Means for obtaining such a photograph (projection image) is not limited to SEM, and a known image analysis apparatus such as an optical microscope can be used. A case where a scanning electron microscope) is used will be described.
図2に示すように、柱体21は、端面の一例である第一の面22と、端面の一例である第二の面23と、側面24とを有する。第一の面22は、第一の対向面22aと、側面24に沿って延伸した形状である第一の面の外周領域22bと、を有する。第一の面の外周領域22bは、曲面を介して第一の対向面22aと連続する面であり、第一の対向面22aと略直交する。第二の面23は、第一の対向面22aと対向する第二の対向面23aと、側面24に沿って延伸した形状である第二の面の外周領域23bと、を有する。第二の面の外周領域23bは、曲面を介して第二の対向面23aと連続する面であり、第二の対向面23aと略直交する。側面24は、第一の面22、及び第二の面23に隣接する。また、側面24上に、第一の面の外周領域22b、及び第二の面の外周領域23bが延伸している。言い換えると、柱体21の端面が折れ曲がるようにして側面24を被覆している。本実施形態のように、SEM(走査型電子顕微鏡)で観察される範囲において、端面の両方が側面の全周を被覆していることが好ましいが、端面の両方が側面の一部を被覆している場合、端面の一方が側面の全周を被覆している場合、及び端面の一方が側面の一部を被覆している場合であってもよい。また、SEM(走査型電子顕微鏡)で観察される範囲に限られず、端面の両方が側面の全周を被覆していることが好ましいが、端面の両方が側面の一部を被覆している場合、端面の一方が側面の全周を被覆している場合、及び端面の一方が側面の一部を被覆している場合であってもよい。
As shown in FIG. 2 , the
なお、第一の面の外周領域22bおよび第二の面の外周領域23b(以降、「外周領域」とも称する)の形状は、側面24とSEM画像などで区別可能な形状であればよく、外周領域の一部が側面24と一体化している形状、外周領域が側面24と接している形状、及び外周領域と側面24との間に空間が存在する形状等を含む。また、第一の面の外周領域22bおよび第二の面の外周領域23bは、側面24の面方向と略同一の面方向となるように設けられていることが好ましい。
In addition, the shape of the outer
なお、図2に示すように、第一の面の外周領域22bおよび第二の面の外周領域23bは、側面24に沿って延伸してなり、側面24上に位置する。また、第一の面の外周領域22bおよび第二の面の外周領域23bと、側面24と、の接続領域近辺を覆う第一の面および第二の面の特徴的な構造は、ボトルキャップ形状とも称する。
In addition, as shown in FIG. 2 , the outer
第一の面の外周領域および第二の面の外周領域は、それぞれ第一の面および第二の面が側面に沿って延伸した形状である。そのため、第一の面の外周領域と第一の対向面との間、及び第二の面の外周領域と第二の対向面との間は、それぞれ曲面を介して滑らかに連続している。第一の面の外周領域および第二の面の外周領域を設け、柱体が角部を有さないもしくは、角部の割合を低減するようにすることで、柱体を含む立体造形用粉末の充填密度を高めることができ、造形物の引張強度を向上させることができる。また、柱体が角部を有さないようにすることで、柱体を含む立体造形用粉末の流動性を向上させることができ、立体造形時における立体造形用粉末の移動不良を抑制することができるため造形物の引張強度を向上させることができる。また、第一の面の外周領域の全て、及び第二の面の外周領域の全てが側面に沿って延伸した形状(側面を被覆する形状)を有する柱体である場合、立体造形用として用いる上で必要とされる柱体の充填密度、及び柱体の流動性を更に向上させることができる。 The outer peripheral region of the first surface and the outer peripheral region of the second surface are shaped such that the first surface and the second surface extend along the side surfaces, respectively. Therefore, the outer peripheral region of the first surface and the first opposing surface and the outer peripheral region of the second surface and the second opposing surface are smoothly continuous via curved surfaces. A powder for three-dimensional modeling including a columnar body by providing an outer peripheral region of the first surface and an outer peripheral region of the second surface, and making the columnar body have no corners or reduce the ratio of the corners It is possible to increase the packing density of and improve the tensile strength of the modeled product. In addition, since the pillars do not have corners, the fluidity of the 3D modeling powder including the pillars can be improved, and poor movement of the 3D modeling powder during 3D modeling can be suppressed. Therefore, the tensile strength of the model can be improved. In addition, when the entire outer peripheral region of the first surface and the entire outer peripheral region of the second surface are columns having a shape extending along the side surface (shape covering the side surface), it is used for three-dimensional modeling. The packing density of the pillars required above and the fluidity of the pillars can be further improved.
なお、柱体の端面が側面を被覆している領域である第一の面の外周領域および第二の面の外周領域は、柱体の高さ方向における最も短い部分の長さが1μm以上であることが好ましく、3μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることが更に好ましい。1μm以上であると、第一の面の外周領域と第一の対向面との間、及び第二の面の外周領域と第二の対向面との間における曲面がより滑らかになり、柱体を含む立体造形用粉末の充填密度を高めることができ、造形物の引張強度を向上させることができる。また、曲面がより滑らかになることで、柱体を含む立体造形用粉末の流動性を向上させることができ、立体造形時における立体造形用粉末の移動不良を抑制することができるため造形物の引張強度を向上させることができる。なお、第一の面の外周領域および第二の面の外周領域は、柱体の高さ方向における長さであって、最も長い部分の長さが10μm以上であることが好ましく、15μm以上であることがより好ましい。なお、上記の長さはいずれも、SEM(走査型電子顕微鏡)等の投影画像で観察される範囲における長さであるとする。 In the peripheral region of the first surface and the peripheral region of the second surface, which are regions where the end faces of the column cover the side surfaces, the length of the shortest part in the height direction of the column is 1 μm or more. It is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, further preferably 5 μm or more. When it is 1 μm or more, the curved surface between the outer peripheral region of the first surface and the first opposing surface and between the outer peripheral region of the second surface and the second opposing surface becomes smoother, and the columnar body The filling density of the three-dimensional modeling powder containing can be increased, and the tensile strength of the model can be improved. In addition, by making the curved surface smoother, it is possible to improve the flowability of the three-dimensional modeling powder including the columnar body, and it is possible to suppress the movement failure of the three-dimensional modeling powder during three-dimensional modeling. Tensile strength can be improved. The outer peripheral region of the first surface and the outer peripheral region of the second surface are lengths in the height direction of the pillar, and the length of the longest portion is preferably 10 μm or more, and 15 μm or more. It is more preferable to have It should be noted that all of the above lengths are lengths within a range observed in a projection image of a SEM (scanning electron microscope) or the like.
柱体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、略円柱、略角柱などの立体形状が挙げられ、略角柱の形状であることが好ましい。なお、略円柱、略角柱の形状には、上記の第一の面の外周領域および第二の面の外周領域を有する立体形状が含まれる。なお、柱体の立体形状により、柱体における第一の対向面および第二の対向面の形状が決まる。例えば、柱体の高さ方向における線(角)が観察できずに滑らかな面が一様に観察できるような場合、柱体は略円柱であり、第一の対向面および第二の対向面の形状は略円形状となる。また、柱体の高さ方向における線(角)で区分された複数の面が観察できるような場合、柱体は略角柱であり、第一の対向面および第二の対向面の形状は略多角形形状となる。なお、第一の対向面が略多角形形状であって且つ第二の対向面が略円形状であってもよく、第一の対向面が略円形状であって且つ第二の対向面が略多角形形状であってもよい。 The shape of the columnar body is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include a three-dimensional shape such as a substantially cylindrical column and a substantially prismatic shape, and a substantially prismatic shape is preferable. In addition, the shape of a substantially cylindrical column and a substantially prismatic shape includes a three-dimensional shape having the outer peripheral region of the first surface and the outer peripheral region of the second surface. The three-dimensional shape of the column determines the shape of the first opposing surface and the second opposing surface of the column. For example, when a line (corner) in the height direction of the pillar cannot be observed and a smooth surface can be observed uniformly, the pillar is substantially cylindrical, and the first opposing surface and the second opposing surface has a substantially circular shape. In addition, when a plurality of surfaces separated by lines (corners) in the height direction of the columnar body can be observed, the columnar body is substantially a prism, and the shape of the first facing surface and the second facing surface is substantially It becomes a polygonal shape. In addition, the first facing surface may be substantially polygonal and the second facing surface may be substantially circular, and the first facing surface may be substantially circular and the second facing surface may be It may have a substantially polygonal shape.
柱体は、上記の通り向かい合う面である第一の対向面と第二の対向面とを有する。第一の対向面は、第二の対向面に対して傾斜を有していてもよいが、傾斜が略ついておらず略平行であることが好ましい。略平行であることにより、柱体を含む立体造形用粉末の流動性を向上させることができる。 The pillar has a first facing surface and a second facing surface, which are facing surfaces as described above. The first opposing surface may have an inclination with respect to the second opposing surface, but it is preferable that the inclination is substantially parallel to the second opposing surface. By being substantially parallel, it is possible to improve the flowability of the powder for three-dimensional modeling including the columnar bodies.
また、柱体の第一の対向面または第二の対向面において引ける最長の直線の長さと、柱体における高さの比は、0.5倍以上5.0倍以下であることが好ましく、0.7倍以上2.0倍以下がより好ましく、0.8倍以上1.5倍以下が更に好ましい。 In addition, the ratio of the length of the longest straight line that can be drawn on the first opposing surface or the second opposing surface of the column to the height of the column is preferably 0.5 times or more and 5.0 times or less, 0.7 times or more and 2.0 times or less is more preferable, and 0.8 times or more and 1.5 times or less is even more preferable.
--略円柱形状--
略円柱の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、第一の対向面と第二の対向面の形状が略真円である略真円柱体、略楕円である略楕円柱体などが挙げられる。これらの中でも、略真円柱体が好ましい。なお、略円柱体の円部分は、一部が欠けていてもよい。また、略円とは、長径と短径との比(長径/短径)が、1以上10以下であるものを意味する。
-- Roughly cylindrical shape --
The shape of the substantially circular cylinder is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. A substantially elliptical cylindrical body, which is an ellipse, and the like are included. Among these, a substantially true cylindrical body is preferable. Note that a part of the circular portion of the substantially cylindrical body may be missing. Also, the substantially circular means that the ratio of the major axis to the minor axis (long axis/short axis) is 1 or more and 10 or less.
第一の対向面と第二の対向面の面積の大きさが多少ずれていてもよいが、大きい面と小さい面との円の直径の比(大きい面/小さい面)としては、1.5倍以下が好ましく、形が統一されている方が密度を詰めることができる点から、1.1倍以下がより好ましい。 The sizes of the areas of the first opposing surface and the second opposing surface may be slightly different, but the ratio of the diameters of the circles of the large surface and the small surface (large surface/small surface) is 1.5. It is preferably 1.1 times or less because the density can be reduced if the shape is uniform.
略円柱体の直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5μm以上100μm以下が好ましい。なお、略円柱体の円形部分が略楕円形である場合は、直径とは、長径を意味する。 The diameter of the substantially cylindrical body is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 5 μm or more and 100 μm or less. In addition, when the circular portion of the substantially cylindrical body is substantially elliptical, the diameter means the major axis.
略円柱体の高さとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5μm以上100μm以下が好ましい。 The height of the substantially cylindrical body is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 5 μm or more and 100 μm or less.
--略角柱形状--
略角柱の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、第一の対向面と第二の対向面の形状が多角形である略長方体、略立方体、略三角柱、略六角柱などが挙げられる。これらの中でも、略六角柱が好ましく、略正六角柱であることがより好ましい。形状が、略角柱であることにより、隙間なく詰めることができ、得られる立体造形物の引張強度を向上することができる。なお、略角柱は、一部が欠けていてもよい。
-- Rough prismatic shape --
The shape of the substantially prismatic prism is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. , substantially triangular prism, substantially hexagonal prism, and the like. Among these, a substantially hexagonal prism is preferable, and a substantially regular hexagonal prism is more preferable. Since the shape is a substantially prismatic shape, it is possible to close the space without gaps, and the tensile strength of the obtained three-dimensional object can be improved. In addition, a part of the substantially prismatic column may be missing.
第一の対向面と第二の対向面の面積の大きさが多少ずれていてもよいが、大きい面と小さい面との多角形の辺の平均値の比(大きい面/小さい面)としては、1.5倍以下が好ましく、形が統一されている方が密度を詰めることができる点から、1.1倍以下がより好ましい。 Although the sizes of the areas of the first opposing surface and the second opposing surface may be slightly different, the ratio of the average value of the polygon sides of the large surface and the small surface (large surface/small surface) is , is preferably 1.5 times or less, and more preferably 1.1 times or less because the density can be reduced when the shape is uniform.
略角柱の第一の対向面または第二の対向面において引ける最長の直線の長さとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5μm以上100μm以下が好ましい。 The length of the longest straight line that can be drawn on the first opposing surface or the second opposing surface of the substantially prismatic prism is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 5 μm or more and 100 μm or less.
略角柱の高さとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、5μm以上100μm以下が好ましい。 The height of the substantially prism is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 5 μm or more and 100 μm or less.
柱体の第一の対向面と第二の対向面の間の高さを形成する辺は、切断時に樹脂が軟化し、つぶれた状態(例えば、円柱形ではたる型)も本実施形態の範囲に含まれるが、弧を描くもの同士で空間を空けてしまうため、粉末を密に詰めることができる点から、辺が直線状になっているものが好ましい。 The side forming the height between the first opposing surface and the second opposing surface of the column is in the scope of the present embodiment even if the resin is softened during cutting and the state is collapsed (for example, a barrel shape in a cylindrical shape). However, it is preferable that the sides are straight because the space is left between the arcs and the powder can be densely packed.
--頂点を有さない形状-
柱体は、頂点を有さないことが好ましい。頂点とは、柱体を側面から観察したときに存在する角の部分をいう。柱体の形状について、図3A~図3Iを用いて説明する。図3Aは、円柱体形状の立体造形用粒子の一例を示す概略斜視図である。図3Bは、図3Aにおける円柱体形状の立体造形用粒子の一例を示す側面図である。図3Cは、円柱体形状の端部に頂点を有さない立体造形用粒子の一例を示す側面図である。図3D~図3Iは、いずれも、円柱体形状の端部に頂点を有さない立体造形用粒子の他の一例を示す側面図である。
--shapes without vertices--
Preferably, the pillars do not have vertices. A vertex refers to a corner portion that exists when the column is viewed from the side. The shape of the pillar will be described with reference to FIGS. 3A to 3I. FIG. 3A is a schematic perspective view showing an example of cylindrical particles for stereolithography. FIG. 3B is a side view showing an example of the cylindrical three-dimensional modeling particles in FIG. 3A. FIG. 3C is a side view showing an example of particles for three-dimensional modeling that do not have a vertex at the end of a cylindrical shape. 3D to 3I are side views showing other examples of three-dimensional shaping particles that do not have apexes at the ends of their cylindrical bodies.
図3Aに示す円柱体を、側面から観察すると、図3Bに示すように長方形の形状を有しており、角の部分、すなわち、頂点が4箇所存在する。この端部に頂点を持たない形状の一例が図3Cから図3Iである。柱体の頂点の有無の確認は、柱体の側面における投影像から判別することができる。例えば、柱体粒子の側面に対して走査型電子顕微鏡(装置名:S4200、株式会社日立製作所製)等を用いて観察し、二次元像として取得する。この場合、投影像は4辺形となり、各々隣り合う2辺によって構成される部位を端部とすると、隣り合う2つの直線のみで構成される場合は、角が形成され頂点を持つことになり、図3C~図3Iのように端部が円弧によって構成される場合は端部に頂点を持たないことになる。 When the cylindrical body shown in FIG. 3A is observed from the side, it has a rectangular shape as shown in FIG. 3B, and has four corner portions, that is, vertices. An example of a shape without vertices at this end is shown in FIGS. 3C-3I. The presence or absence of the apex of the column can be determined from the projection image on the side surface of the column. For example, the side surfaces of the columnar particles are observed using a scanning electron microscope (device name: S4200, manufactured by Hitachi, Ltd.) or the like to obtain a two-dimensional image. In this case, the projected image becomes a quadrilateral, and if the part formed by two adjacent sides is the edge, and if it is formed by only two adjacent straight lines, an angle will be formed and it will have a vertex. , 3C to 3I, when the ends are formed by arcs, the ends do not have vertices.
-立体造形用粒子(柱体)の含有量-
立体造形用粉末に含まれる柱体の含有量(個数基準)は、立体造形用粉末に対して50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。
- Content of three-dimensional modeling particles (cylinders) -
The content (number basis) of the pillars contained in the three-dimensional modeling powder is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, relative to the three-dimensional modeling powder.
立体造形用粉末中において、上記のような第一の面の外周領域および第二の面の外周領域を有する柱体の含有量が多くなることにより、柱体を含む立体造形用粉末の充填密度を高めることができ、造形物の引張強度を向上させることができる。また、第一の面の外周領域および第二の面の外周領域を有する柱体の含有量を多くすることで、柱体を含む立体造形用粉末の流動性を向上させることができ、立体造形時における立体造形用粉末の移動不良を抑制することができるため造形物の引張強度を向上させることができる。 In the three-dimensional modeling powder, by increasing the content of the pillars having the outer peripheral region of the first surface and the outer peripheral region of the second surface as described above, the packing density of the three-dimensional modeling powder containing the pillars can be increased, and the tensile strength of the shaped article can be improved. In addition, by increasing the content of the pillars having the outer peripheral region of the first surface and the outer peripheral region of the second surface, it is possible to improve the fluidity of the powder for three-dimensional modeling, which includes the three-dimensional modeling. Since it is possible to suppress movement failure of the three-dimensional modeling powder at times, it is possible to improve the tensile strength of the modeled object.
柱体の含有量の具体的な算出方法は、次の手順で行われる。すなわち、SEM(走査型電子顕微鏡)を用い150倍の倍率で写真撮影し、撮影して得た画像から立体造形用粉末の個数および柱体の個数を求め、柱体の個数を立体造形用粉末の個数で除算して100を乗算することで算出する。 A specific method for calculating the content of the columnar bodies is performed by the following procedure. That is, a photograph was taken with a SEM (scanning electron microscope) at a magnification of 150 times, and the number of the three-dimensional modeling powder and the number of pillars were obtained from the photographed image. It is calculated by dividing by the number of and multiplying by 100.
なお、SEM(走査型電子顕微鏡)の倍率は立体造形用粉末の大きさにより適宜変更可能である。また、SEM画像から立体造形用粉末の個数および柱体の個数を求める際、本願では、SEM画像における立体造形用粉末および柱体の最長部が20μm以上であるもののみ、個数を数える対象とする。また、柱体の含有量を算出する際における立体造形用粉末の個数は100個以上であるとする。 Note that the magnification of the SEM (scanning electron microscope) can be appropriately changed depending on the size of the three-dimensional modeling powder. In addition, when obtaining the number of three-dimensional modeling powder and the number of pillars from the SEM image, in the present application, only the three-dimensional modeling powder and the three-dimensional modeling powder with the longest part of 20 μm or more in the SEM image are counted. . Also, it is assumed that the number of pieces of the powder for three-dimensional modeling is 100 or more when calculating the content of the pillars.
なお、立体造形用粉末に含まれる略角柱の形状の柱体の含有量(個数基準)は、立体造形用粉末に対して40%以上であることが好ましい。 It is preferable that the content (based on number) of substantially prismatic columns contained in the three-dimensional modeling powder is 40% or more of the three-dimensional modeling powder.
立体造形用粉末中において、上記のような第一の面の外周領域および第二の面の外周領域を有する略角柱形状の柱体の含有量が多くなることにより、上記のように柱体を含む立体造形用粉末の充填密度、及び得られる立体造形物の引張強度を向上させることができる。 In the three-dimensional modeling powder, by increasing the content of the substantially prismatic pillars having the outer peripheral region of the first surface and the outer peripheral region of the second surface as described above, the pillars are formed as described above. It is possible to improve the packing density of the powder for three-dimensional modeling and the tensile strength of the resulting three-dimensional article.
-立体造形用粒子(柱体)の結晶性-
柱体は、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂とは、熱をかけると可塑化し、溶融するものを意味する。熱可塑性樹脂の中でも、結晶性樹脂を用いてもよい。なお、結晶性樹脂とは、ISO 3146(プラスチック転移温度測定方法、JIS K7121)の測定した場合に、融解ピークを有するものを意味する。
-Crystallinity of Particles for Solid Modeling (Cylinders)-
A thermoplastic resin can be used for the pillar. A thermoplastic resin means a material that is plasticized and melted when heat is applied. Among thermoplastic resins, crystalline resins may be used. The crystalline resin means a resin having a melting peak when measured according to ISO 3146 (method for measuring plastic transition temperature, JIS K7121).
結晶性樹脂としては、結晶制御された結晶性熱可塑性樹脂が好ましく、熱処理、延伸、結晶核材、超音波処理等、外部刺激の方法により、結晶サイズや結晶配向が制御されている結晶性熱可塑性樹脂がより好ましい。 As the crystalline resin, a crystalline thermoplastic resin whose crystals are controlled is preferable, and the crystal size and crystal orientation are controlled by external stimulus methods such as heat treatment, stretching, crystal nucleating material, and ultrasonic treatment. Plastic resins are more preferred.
結晶性熱可塑性樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱し、結晶性を高めるアニーリング処理や、より結晶性を高めるために結晶核剤を添加し、その後アニーリング処理する方法がある。また、超音波を当てることにより結晶性を高めることや、溶媒に溶解しゆっくりと揮発させることにより結晶性を高める方法、外部電場印加処理による結晶性成長等の工程を経ること、もしくは、延伸することにより高配向、高結晶にしたものを粉砕、裁断等の加工を施す方法などが挙げられる。 The method for producing the crystalline thermoplastic resin is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. There is a method of adding a crystal nucleating agent to increase the crystallinity and then performing an annealing treatment. In addition, the crystallinity can be enhanced by applying ultrasonic waves, the crystallinity can be enhanced by dissolving in a solvent and slowly volatilizing, or by undergoing a process such as crystal growth by applying an external electric field, or stretching. A method of pulverizing, cutting, or otherwise processing the highly oriented and highly crystalline material by means of such a method is exemplified.
アニーリングとしては、樹脂をガラス転移温度から50℃高い温度にて3日間加熱し、その後、室温までゆっくりと冷却することにより行うことができる。 Annealing can be performed by heating the resin at a temperature 50° C. higher than the glass transition temperature for 3 days and then slowly cooling it to room temperature.
延伸としては、押し出し加工機を用いて、融点より30℃以上高い温度にて撹拌しながら、繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばす。この際、溶融液は、1倍以上10倍以下程度に延伸し繊維にする。延伸は、樹脂ごと溶融粘度ごとに最大の延伸倍率を変えることができる。 For stretching, an extruder is used to stretch the resin solution for three-dimensional modeling into fibrous form while stirring at a temperature 30° C. or more higher than the melting point. At this time, the melt is drawn to a fiber by about 1 to 10 times. For stretching, the maximum stretching ratio can be changed for each resin and each melt viscosity.
超音波としては、グリセリン(東京化成工業株式会社製、試薬グレード)溶媒を樹脂に対して5倍ほど加えた後、融点より20℃高い温度まで加熱し、超音波発生装置(ヒールシャー社製、ultrasonicator UP200S)にて24kHz、振幅60%での超音波を2時間与えることにより行うことができる。その後、室温にてイソプロパノールの溶媒で洗浄後、真空乾燥することが好ましい。 As ultrasonic waves, glycerin (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd., reagent grade) solvent is added about 5 times to the resin, then heated to a temperature 20 ° C. higher than the melting point, and an ultrasonic generator (manufactured by Hielscher, It can be performed by applying ultrasonic waves at 24 kHz and an amplitude of 60% for 2 hours using an ultrasonicator UP200S. Then, it is preferable to vacuum-dry after washing|cleaning with the solvent of isopropanol at room temperature.
外部電場印加処理としては、樹脂をガラス転移温度以上にて過熱した後に600V/cmの交流電場(500ヘルツ)を1時間印加した後にゆっくりと冷却することにより行うことができる。 The external electric field application treatment can be carried out by heating the resin to a temperature higher than the glass transition temperature, applying an AC electric field (500 Hz) of 600 V/cm for 1 hour, and then slowly cooling the resin.
PBF方式では、結晶層変化についての温度幅(温度窓)が大きな方が、立体造形物作成時の反り返りを抑制できるために好ましい。結晶層変化は、融解開始温度と冷却時の再結晶点間の差が大きな樹脂粉末の方が、造形性がよくなるため、より差がある方が好ましい。 In the PBF method, it is preferable that the temperature width (temperature window) for crystal layer change is large because warping can be suppressed when creating a three-dimensional object. A resin powder having a large difference between the melting start temperature and the recrystallization point at the time of cooling has better moldability, so it is preferable that there is a greater difference in the crystal layer change.
-立体造形用粒子(柱体)の組成-
柱体を構成する樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマー(LCP)、ポリアセタール(POM、融点:175℃)、ポリイミド、フッ素樹脂等のポリマーなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。熱可塑性樹脂としては、上記ポリマー以外に、難燃化剤や可塑剤、熱安定性添加剤や結晶核剤等の添加剤、非結晶性樹脂等のポリマー粒子を含んでいてもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
-Composition of three-dimensional modeling particles (cylinders)-
Examples of the resin constituting the columnar body include polymers such as polyolefin, polyamide, polyester, polyether, polyphenylene sulfide, liquid crystal polymer (LCP), polyacetal (POM, melting point: 175° C.), polyimide, and fluorine resin. . These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. The thermoplastic resin may contain additives such as flame retardants, plasticizers, thermal stability additives and crystal nucleating agents, and polymer particles such as non-crystalline resins, in addition to the above polymers. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP、融点:180℃)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of polyolefin include polyethylene and polypropylene (PP, melting point: 180°C). These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
ポリアミドとしては、例えば、ポリアミド410(PA410)、ポリアミド6(PA6)、ポリアミド66(PA66、融点:265℃)、ポリアミド610(PA610)、ポリアミド612(PA612)、ポリアミド11(PA11)、ポリアミド12(PA12);半芳香族性のポリアミド4T(PA4T)、ポリアミドMXD6(PAMXD6)、ポリアミド6T(PA6T)、ポリアミド9T(PA9T、融点:300℃)、ポリアミド10T(PA10T)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、PA9Tは、ポリノナメチレンテレフタルアミドとも呼ばれ、炭素が9つのジアミンにテレフタル酸モノマーから構成され、一般的にカルボン酸側が芳香族であるため半芳香族と呼ばれる。さらには、ジアミン側も芳香族である全芳香族としてp-フェニレンジアミンとテレフタル酸モノマーとからできるアラミドと呼ばれるものも本実施形態のポリアミドに含まれる。 Examples of polyamides include polyamide 410 (PA410), polyamide 6 (PA6), polyamide 66 (PA66, melting point: 265°C), polyamide 610 (PA610), polyamide 612 (PA612), polyamide 11 (PA11), polyamide 12 ( PA12); semi-aromatic polyamide 4T (PA4T), polyamide MXD6 (PAMXD6), polyamide 6T (PA6T), polyamide 9T (PA9T, melting point: 300°C), polyamide 10T (PA10T), and the like. These may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, PA9T, also called polynonamethylene terephthalamide, is composed of a 9-carbon diamine and a terephthalic acid monomer, and is generally called semi-aromatic because the carboxylic acid side is aromatic. Furthermore, the polyamide of the present embodiment also includes a polyamide called aramid which is composed of p-phenylenediamine and a terephthalic acid monomer as a wholly aromatic group in which the diamine side is also aromatic.
ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET、融点:260℃)やポリブタジエンテレフタレート(PBT、融点:218℃)、ポリ乳酸(PLA)などが挙げられる。耐熱性を付与するため一部テレフタル酸やイソフタル酸が入った芳香族を含むポリエステルも本実施形態に好適に用いることができる。 Examples of polyesters include polyethylene terephthalate (PET, melting point: 260°C), polybutadiene terephthalate (PBT, melting point: 218°C), and polylactic acid (PLA). In order to impart heat resistance, a polyester containing aromatics partially containing terephthalic acid or isophthalic acid can also be suitably used in this embodiment.
ポリエーテルとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK、融点:343℃)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)などが挙げられる。ポリエーテル以外にも、結晶性ポリマーであればよく、例えば、ポリアセタール、ポリイミド、ポリエーテルスルフォンなどが挙げられる。PA9Tのように融点ピークが2つあるものを用いてもよい(完全に溶融させるには2つ目の融点ピーク以上に樹脂温度を上げる必要がある)。 Polyethers include, for example, polyetheretherketone (PEEK, melting point: 343° C.), polyetherketone (PEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyaryletherketone (PAEK), polyetheretherketoneketone (PEEKK ), polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK), and the like. Besides polyether, any crystalline polymer may be used, and examples thereof include polyacetal, polyimide, and polyethersulfone. A material having two melting peaks such as PA9T may be used (in order to melt completely, the resin temperature must be raised above the second melting point peak).
なお、柱体は、任意の流動化剤、粒度化剤、強化剤、酸化防止剤等を含有していてもよい。流動化剤の含有量としては、粒子表面上に覆うために十分な量であればよく、柱体に対して、0.1質量%以上10質量%以下が好ましい。流動化剤としては、10μm未満の体積平均粒径を有する粒状無機材料を好適に用いることができる。 The pillars may contain optional fluidizing agents, granulating agents, reinforcing agents, antioxidants, and the like. The content of the fluidizing agent may be an amount sufficient to cover the particle surface, and is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less based on the columnar body. As the fluidizing agent, a particulate inorganic material having a volume average particle diameter of less than 10 μm can be suitably used.
<<粉末の物性>>
柱体を含む粉末の一例としての立体造形用粉末は、下記(1)~(3)から選択される少なくとも1種を満たすことが好ましい。
<<physical properties of powder>>
The powder for stereolithography as an example of the powder containing columnar bodies preferably satisfies at least one selected from the following (1) to (3).
(1)示差走査熱量測定において、ISO 3146に準拠して、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークの融解開始温度をTmf1とし、その後、10℃/minにて、-30℃以下まで降温し、さらに、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークの融解開始温度をTmf2としたときに、Tmf1>Tmf2となる。なお、吸熱ピークの融解開始温度は、融点での吸熱が終了した後に、熱量の一定となった所から低温側へx軸に対して平行な直線を引き、直線から-15mW下がった時点での温度である。 (1) In differential scanning calorimetry, Tmf1 is the melting start temperature of the endothermic peak when the temperature is raised to a temperature 30°C higher than the melting point at 10°C/min in accordance with ISO 3146, and then 10°C/min. When the temperature is lowered to −30° C. or lower at 10° C./min and is further raised to a temperature 30° C. higher than the melting point at 10° C./min, Tmf2 is the melting start temperature of the endothermic peak, Tmf1>Tmf2. Become. The melting start temperature of the endothermic peak is obtained by drawing a straight line parallel to the x-axis from the point where the amount of heat becomes constant after the end of heat absorption at the melting point, to the low temperature side, and descending from the straight line by -15 mW. temperature.
(2)示差走査熱量測定において、ISO 3146に準拠して、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークのエネルギー量から求められる結晶化度をCd1とし、その後、10℃/minにて、-30℃以下まで降温し、さらに、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークのエネルギー量から求められる結晶化度をCd2としたときに、Cd1>Cd2となる。 (2) In differential scanning calorimetry, Cd1 is the crystallinity obtained from the energy amount of the endothermic peak when the temperature is raised to a temperature 30°C higher than the melting point at 10°C/min in accordance with ISO 3146, After that, the temperature is lowered at 10°C/min to -30°C or lower, and the temperature is further raised at 10°C/min to a temperature higher than the melting point by 30°C. When Cd2, Cd1>Cd2.
(3)X線回折測定により得られる結晶化度をCx1とし、窒素雰囲気下10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温し、その後、10℃/minにて、-30℃以下まで降温し、さらに、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときのX線回折測定により得られる結晶化度をCx2としたときに、Cx1>Cx2となる。 (3) The crystallinity obtained by X-ray diffraction measurement is Cx1, and the temperature is raised to 30°C higher than the melting point at 10°C/min in a nitrogen atmosphere, and then -30°C at 10°C/min. Cx1>Cx2, where Cx2 is the degree of crystallinity obtained by X-ray diffraction measurement when the temperature is lowered to below and then raised to a temperature 30° C. higher than the melting point at 10° C./min.
上記(1)~(3)は、同一の立体造形用粉末について、異なる視点から特性を規定したものであり、上記(1)~(3)は互いに関連している。 The above (1) to (3) define properties of the same three-dimensional modeling powder from different viewpoints, and the above (1) to (3) are related to each other.
[条件(1)の示差走査熱量測定による溶解開始温度の測定方法]
条件(1)の示差走査熱量測定(DSC)による溶解開始温度の測定方法としては、ISO 3146(プラスチック転移温度測定方法、JIS K7121)の測定方法に準じて、示差走査熱量測定装置(例えば、株式会社島津製作所製、DSC-60A等)を使用し、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークの融解開始温度(Tmf1)を測定する。その後、10℃/minにて、-30℃以下まで降温し、さらに、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークの融解開始温度(Tmf2)を測定する。なお、吸熱ピークの融解開始温度は、融点での吸熱が終了した後に、熱量の一定となった所から低温側へx軸に対して平行な直線を引き、直線から-15mW下がった時点での温度である。
[Method for measuring dissolution initiation temperature by differential scanning calorimetry under condition (1)]
As a method for measuring the dissolution initiation temperature by differential scanning calorimetry (DSC) of condition (1), a differential scanning calorimeter (for example, stock DSC-60A manufactured by Shimadzu Corporation) is used to measure the melting start temperature (Tmf1) of the endothermic peak when the temperature is raised to a temperature 30° C. higher than the melting point at 10° C./min. Thereafter, the temperature is lowered to -30°C or lower at 10°C/min, and the melting start temperature (Tmf2) of the endothermic peak is measured when the temperature is raised to a temperature higher than the melting point by 30°C at 10°C/min. . The melting start temperature of the endothermic peak is obtained by drawing a straight line parallel to the x-axis from the point where the amount of heat becomes constant after the end of heat absorption at the melting point, to the low temperature side, and descending from the straight line by -15 mW. temperature.
[条件(2)の示差走査熱量測定による結晶化度の測定方法]
条件(2)の示差走査熱量測定(DSC)による結晶化度の測定方法としては、ISO 3146(プラスチック転移温度測定方法、JISK7121)に準拠して、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークのエネルギー量(融解熱量)を測定し、完全結晶熱量に対する融解熱量から結晶化度(Cd1)を求めることができる。その後、10℃/minにて、-30℃以下まで降温し、さらに、10℃/minにて、融点より30℃高い温度まで昇温したときの吸熱ピークのエネルギー量を測定し、完全結晶熱量に対する融解熱量から結晶化度(Cd2)を求めることができる。
[Method for measuring crystallinity by differential scanning calorimetry under condition (2)]
As a method for measuring the degree of crystallinity by differential scanning calorimetry (DSC) of condition (2), 30 ° C. higher than the melting point at 10 ° C./min in accordance with ISO 3146 (plastic transition temperature measurement method, JIS K7121) The amount of energy (heat of fusion) at the endothermic peak when the temperature is raised to the temperature is measured, and the degree of crystallinity (Cd1) can be obtained from the heat of fusion with respect to the heat of complete crystallization. After that, the temperature was lowered to −30° C. or lower at 10° C./min, and then the temperature was raised to 30° C. higher than the melting point at 10° C./min. The degree of crystallinity (Cd2) can be obtained from the heat of fusion for .
[条件(3)のX線解析装置による結晶化度の測定方法]
条件(3)のX線解析装置による結晶化度の測定方法としては、二次元検出器を有するX線解析装置(例えば、Bruker社、Discover8等)を使用し、室温にて2θ範囲を10~40に設定し、得られた粉末をガラスプレート上に置き、結晶化度を測定(Cx1)することができる。次に、DSC内において、窒素雰囲気化にて10℃/minで加熱し、融点より30℃高い温度まで昇温し、10分間保温した後、10℃/min、-30℃まで冷却後のサンプルを室温に戻し、Cx1と同様にして、結晶化度(Cx2)を測定することができる。
[Method for measuring crystallinity by X-ray analyzer under condition (3)]
As the method of measuring the degree of crystallinity by an X-ray analysis device of condition (3), an X-ray analysis device having a two-dimensional detector (for example, Bruker, Discover8, etc.) is used, and the 2θ range is 10 to 10 at room temperature. It can be set to 40 and the resulting powder can be placed on a glass plate and the crystallinity can be measured (Cx1). Next, in a DSC, the sample was heated at 10°C/min in a nitrogen atmosphere, heated to a temperature 30°C higher than the melting point, held for 10 minutes, and cooled at 10°C/min to -30°C. is returned to room temperature, and the degree of crystallinity (Cx2) can be measured in the same manner as Cx1.
<<粉末の製造方法>>
粉末の一例としての立体造形用粉末は、立体造形用粒子を構成する材料を含有するペレット等から柱状の繊維状材料を作製する線維化工程と、作製した複数の繊維状材料を一体化させて一体化材料を作製する一体化工程と、一体化材料を裁断して裁断物を得る裁断工程と、裁断物を撹拌する撹拌工程と、を経て製造されることが好ましい。
<<Method for producing powder>>
A powder for three-dimensional modeling as an example of a powder is obtained by a fibrillation step of producing a columnar fibrous material from pellets or the like containing a material that constitutes particles for three-dimensional modeling, and integrating a plurality of produced fibrous materials. It is preferable to manufacture through an integration step of producing an integrated material, a cutting step of cutting the integrated material to obtain a cut product, and a stirring step of stirring the cut product.
繊維化工程は、押し出し加工機を用い、融点より30℃以上高い温度にて撹拌しながら、繊維状に樹脂溶解液を伸ばすことが好ましい。樹脂溶解液は、1倍以上10倍以下に延伸し繊維化することが好ましい。この時、押出し加工機のノズル口の形状により繊維断面の形状を決めることができる。例えば、断面を円形形状とする場合は、ノズル口も円形形状であることが好ましい。なお、この工程により、上述の通り、樹脂の結晶性を制御することができる。 In the fiberizing step, it is preferable to extend the resin solution in a fibrous state while stirring at a temperature higher than the melting point by 30°C or more using an extruder. It is preferable to draw the resin solution by a factor of 1 or more and 10 or less to form a fiber. At this time, the shape of the fiber cross section can be determined by the shape of the nozzle port of the extruder. For example, when the cross section is circular, the nozzle opening is also preferably circular. It should be noted that the crystallinity of the resin can be controlled by this step, as described above.
一体化工程は、線維化工程で作製した繊維状材料を同方向に複数並べて配置して一体化させる。一体化させる方法としては、加熱しながら加圧することでシート状に一体化させる方法、繊維に水を付与して冷却し、氷中に繊維を固定して一体化させる方法などが挙げられるが、加熱しながら加圧することでシート状に一体化させる方法が好ましい。この工程により、繊維状材料を固定化させることができる。加熱しながら加圧することでシート状に一体化させる場合、付加する熱は、用いる樹脂の種類により異なるが、融点以下であることが好ましく、また、融点より100°低い温度以上であることが好ましい。また、付加する圧力は、10MPa以下であることが好ましい。なお、上記の熱、及び圧力は、次の切断工程を経ると一体化していた各線維が分離する範囲であることが好ましい。また、「加熱しながら加圧する」とは、加熱工程と加圧工程を同時に行う場合が好ましいが、加熱工程後の予熱が残っている状態において加圧工程を後から行う場合など、加熱工程と加圧工程を同時に行わない場合であってもよい。また、一体化材料はシート状に限らず、次の裁断工程が適切に行われる範囲であれば特に形状は限定されない。また、繊維を並べる方向は完全に同一の方向でなくてもよく、略同一の方向であればよい。 In the integration step, a plurality of fibrous materials produced in the fibrillation step are aligned in the same direction and integrated. Examples of the method of integration include a method of integrating into a sheet by applying pressure while heating, and a method of applying water to the fibers to cool them and fixing the fibers in ice to integrate them. It is preferable to use a method of applying pressure while heating to integrate into a sheet. This step allows the fibrous material to be immobilized. When the sheet is integrated by applying pressure while heating, the heat to be applied varies depending on the type of resin used, but is preferably below the melting point, and preferably above the melting point by 100°. . Moreover, the applied pressure is preferably 10 MPa or less. The above heat and pressure are preferably within a range in which the integrated fibers are separated after the next cutting step. In addition, "pressing while heating" means that the heating process and the pressurizing process are preferably performed at the same time, but the heating process and the pressurizing process may be performed later, such as when the pressurizing process is performed in a state where preheating after the heating process remains. The pressurizing step may not be performed simultaneously. Further, the integrated material is not limited to a sheet shape, and the shape is not particularly limited as long as the following cutting process can be performed appropriately. Moreover, the directions in which the fibers are arranged may not be exactly the same direction, and may be substantially the same direction.
なお、線維化工程で得られた繊維状材料の断面形状が円である場合、一体化工程で加熱しながら加圧することで、繊維状材料の一部又は全部が変形して断面形状が多角形となる。それにより、多角形の断面を有する繊維状材料が一体化した一体化材料を作成することができる。 When the cross-sectional shape of the fibrous material obtained in the fibrillation step is circular, the fibrous material is partially or entirely deformed by applying pressure while being heated in the integration step, resulting in a polygonal cross-sectional shape. becomes. Thereby, an integrated material in which fibrous materials having a polygonal cross section are integrated can be produced.
裁断工程は、一体化工程で作製した一体化材料を連続的に裁断して裁断物を作製することが好ましい。裁断する手段としては、ギロチン方式といった上刃と下刃が共に刃物になっている裁断装置、押し切り方式と呼ばれる下側の板と上刃で裁断していく裁断装置、及びCO2レーザー等を用いて裁断する裁断装置などを用いることができる。これら裁断装置を用いて、一体化材料を形成する繊維の長手方向と垂直な裁断面を有するように裁断することができる。なお、裁断装置のカット幅は、5.0μm以上100.0μm以下であることが好ましい。また、裁断装置のカット速度は、特に制限はないが、10spm(shots per minute)以上1000spm以下であることが好ましい。 Preferably, in the cutting step, the integrated material produced in the integrating step is continuously cut to produce a cut product. As a means of cutting, we use a cutting device such as the guillotine method in which both the upper and lower blades are blades, a cutting device called the push cutting method in which the lower plate and upper blade are used to cut, and a CO2 laser. A cutting device or the like for cutting can be used. These cutting devices can be used to cut so as to have cut surfaces perpendicular to the longitudinal direction of the fibers forming the unitary material. The cutting width of the cutting device is preferably 5.0 μm or more and 100.0 μm or less. The cutting speed of the cutting device is not particularly limited, but is preferably 10 spm (shots per minute) or more and 1000 spm or less.
撹拌工程は、裁断工程で作製した裁断物を撹拌し、機械摩擦により表面溶融させて柱体を作製することが好ましい。撹拌する方法としては、裁断物同士を衝突させる方法、裁断物に裁断物以外の物質を衝突させる方法等の各種球型化方法が挙げられるがこれらに限られない。撹拌時の回転数は、500rpm以上10000rpm以下であることが好ましい。撹拌時の回転時間は、1分以上60分以下であることが好ましい。この工程により、第一の面の外周領域および第二の面の外周領域を作製することができる。 In the stirring step, it is preferable to stir the cut material produced in the cutting step and surface-melt it by mechanical friction to produce the columnar body. Examples of the stirring method include, but are not limited to, various spherical methods, such as a method of colliding cut objects with each other and a method of colliding a material other than the cut objects with the cut objects. The rotation speed during stirring is preferably 500 rpm or more and 10000 rpm or less. Rotation time during stirring is preferably 1 minute or more and 60 minutes or less. Through this step, the peripheral region of the first surface and the peripheral region of the second surface can be produced.
これらの工程では、一体化工程で繊維を一体化材料にして繊維の位置、方向を固定した上で裁断工程を行うため、立体造形用樹脂の裁断幅、裁断方向を均一にすることが可能となり、均一な形状の柱体を得ることができる。すなわち、従来のように、繊維を可動式のクランプで固定して裁断手段に向かって移動させ樹脂繊維を裁断して粉末を得る方法等では、繊維が十分に固定化されていないため、裁断時において繊維に動きが生じることに起因して裁断幅、及び裁断方向のばらつきが起こる。裁断幅、及び裁断方向のばらつきは、大きさや形状の異なる裁断物を多数生じさせる。また、例えば、図4の模式図で示すような円柱状の樹脂を斜め方向に切断することで形成された裁断物など、想定していない形状の粉末を多数生じさせる。このような裁断物を用いた場合、立体形状が対称ではないため、仮に撹拌処理を行ったとしても、端面のいずれか一方が側面の一部を被覆している形状の柱体を多数得ることは困難である。また、裁断物の大きさが不均等であると、裁断物は撹拌工程において過度な力を受けて扁平化し、特に他の裁断物に比べて大きい裁断物は所望の形状を得ることができない。従って、柱体の含有量(個数基準)を50%以上とするためには、上記の線維化工程、一体化工程、裁断工程、及び撹拌工程を経ることが好ましく、加熱しながら加圧することでシート状に一体化させる一体化工程を経ることがより好ましい。 In these processes, since the cutting process is performed after fixing the position and direction of the fibers by making the fibers into an integrated material in the integration process, it is possible to make the cutting width and cutting direction of the three-dimensional modeling resin uniform. , a column of uniform shape can be obtained. That is, in conventional methods such as fixing fibers with a movable clamp and moving them toward a cutting means to cut the resin fibers to obtain powder, the fibers are not sufficiently fixed, and therefore, during cutting, the fibers are not sufficiently fixed. Variations in the cut width and cut direction occur due to movement of the fibers in the . Variations in the cutting width and cutting direction produce a large number of cut products with different sizes and shapes. Also, for example, a large number of powders having unexpected shapes are produced, such as a cut product formed by cutting a columnar resin obliquely as shown in the schematic diagram of FIG. 4 . When such a cut product is used, the three-dimensional shape is not symmetrical, so even if the stirring treatment is performed, it is not possible to obtain a large number of columns having a shape in which one of the end faces covers a part of the side surface. It is difficult. In addition, if the size of the cut material is uneven, the cut material receives an excessive force during the stirring process and becomes flattened. Therefore, in order to make the content of the pillars (based on the number) 50% or more, it is preferable to go through the above-mentioned fibrillation process, integration process, cutting process, and stirring process, and by applying pressure while heating. It is more preferable to pass through the integration process of integrating in a sheet form.
<<粉末の用途>>
本実施形態の粉末は、粒度、粒度分布、熱移動特性、溶融粘度、嵩密度、流動性、溶融温度、及び再結晶温度のようなパラメータについて適切なバランスを有し、SLS方式、SMS方式、MJF(Multi Jet Fusion)方式、又はBJ(Binder Jetting)法などの粉末を用いた各種立体造形方法において好適に利用される。また、本実施形態の粉末は、表面収縮剤、スペーサー、滑剤、塗料、砥石、添加剤、二次電池セパレーター、食品、化粧品、衣服等の用途においても好適に利用される。更に、自動車、精密機器、半導体、航空宇宙、医療等の分野において用いられる材料や金属代替材料として用いてもよい。
<<Use of powder>>
The powders of the present embodiments have a proper balance of parameters such as particle size, particle size distribution, heat transfer properties, melt viscosity, bulk density, flowability, melt temperature, and recrystallization temperature, and can be used in SLS, SMS, It is suitably used in various three-dimensional modeling methods using powder such as the MJF (Multi Jet Fusion) method or the BJ (Binder Jetting) method. The powder of the present embodiment is also suitably used in applications such as surface contracting agents, spacers, lubricants, paints, grindstones, additives, secondary battery separators, foods, cosmetics, and clothes. Furthermore, it may be used as a material used in fields such as automobiles, precision equipment, semiconductors, aerospace, and medicine, and as a metal substitute material.
<<立体造形物の製造装置>>
本実施形態の立体造形物の製造装置は、上記の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成手段と、層に電磁照射して溶融させる溶融手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を含む。
<<Production equipment for three-dimensional objects>>
The three-dimensional object manufacturing apparatus of the present embodiment includes layer forming means for forming a layer containing the three-dimensional object forming powder, and melting means for melting the layer by electromagnetic irradiation. Including other means.
層形成手段としては、例えば、ローラ、ブレード、ブラシ等、又はこれらの組合せなどが挙げられる。 Examples of layer forming means include rollers, blades, brushes, etc., or combinations thereof.
溶融手段としての電磁照射源としては、例えば、CO2レーザー、赤外照射源、マイクロウエーブ発生器、放射加熱器、LEDランプ等、又はこれらの組合せなどが挙げられる。 Electromagnetic radiation sources as melting means include, for example, CO2 lasers, infrared radiation sources, microwave generators, radiant heaters, LED lamps, etc., or combinations thereof.
ここで、図5を用いて、上記の立体造形用粉末を用いる立体造形物の製造装置について説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る立体造形物の製造装置を示す概略図である。 Here, an apparatus for manufacturing a three-dimensional object using the three-dimensional modeling powder described above will be described with reference to FIG. 5 . FIG. 5 is a schematic diagram showing a three-dimensional object manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
図5に示すように、造形装置1は、造形用の樹脂粉末Pを収容する収容手段の一例としての供給槽11、供給槽11に収容されている樹脂粉末Pを供給するローラ12、ローラ12によって供給された樹脂粉末Pが配され、レーザーLが走査されるレーザー走査スペース13、電磁線としてのレーザーLの照射源である電磁照射源18、及び電磁照射源18によって照射されたレーザーLをレーザー走査スペース13の所定位置へ反射させる反射鏡19を有する。また、造形装置1は、供給槽11、及びレーザー走査スペース13に収容される樹脂粉末Pをそれぞれ加熱するヒータ11H,13Hを有する。
As shown in FIG. 5, the
反射鏡19の反射面は、電磁照射源18がレーザーLを照射している間、3D(three-dimensional)モデルの2次元データに基づいて、移動する。3Dモデルの2次元データは、3Dモデルを所定間隔でスライスしたときの各断面形状を示す。これにより、レーザーLの反射角度が変わることで、レーザー走査スペース13のうち、2次元データによって示される部分に、選択的にレーザーLが照射される。レーザーL照射位置の樹脂粉末は、溶融し、焼結して層を形成する。すなわち、電磁照射源18は、樹脂粉末Pから造形物の各層を形成する層形成手段として機能する。
While the
また、造形装置1の供給槽11、及びレーザー走査スペース13には、ピストン11P,13Pが設けられている。ピストン11P,13Pは、層の造形が完了すると、供給槽11、及びレーザー走査スペース13を、造形物の積層方向に対し上、又は下方向に移動させる。これにより、供給槽11からレーザー走査スペース13へ、新たな層の造形に用いられる新たな樹脂粉末Pを供給することが可能になる。
造形装置1は、反射鏡19によってレーザーの照射位置を変えることにより、樹脂粉末Pを選択的に溶融させるが、本発明はこのような実施形態に限定されない。本実施形態の粉末は、選択的マスク焼結(SMS: Selective Mask Sintering)方式の造形装置においても好適に用いられる。SMS方式では、例えば、樹脂粉末の一部を遮蔽マスクによりマスクし、電磁線が照射され、マスクされていない部分に赤外線などの電磁線を照射し、選択的に樹脂粉末を溶融することにより造形する。SMSプロセスを用いる場合、樹脂粉末Pは、赤外吸収特性を増強させる熱吸収剤、又は暗色物質などを1種以上含有することが好ましい。熱吸収剤、又は暗色物質としては、カーボンファイバー、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、及びセルロースナノファイバーなどが例示される。SMSプロセスについては、例えば、米国特許第6,531,086号明細書に記載されているものを好適に用いることができる。
The
<<立体造形物の製造方法>>
本実施形態の立体造形物の製造方法は、上記の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成工程と、層に電磁照射して溶融させる溶融工程と、を繰り返し、更に必要に応じてその他の工程を含む。
<<Method for manufacturing three-dimensional object>>
In the method for producing a three-dimensional object according to the present embodiment, the layer forming step of forming the layer containing the three-dimensional object forming powder and the melting step of melting the layer by electromagnetic irradiation are repeated. including the steps of
層形成工程としては、例えば、ローラ、ブレード、ブラシ等、又はこれらの組合せなどで層形成する工程が挙げられる。 The layer forming step includes, for example, a step of forming a layer using a roller, blade, brush, etc., or a combination thereof.
溶融工程としては、例えば、CO2レーザー、赤外照射源、マイクロウエーブ発生器、放射加熱器、LEDランプ等、又はこれらの組合せなどである電磁照射源を用いて溶融する工程が挙げられる。 Melting processes include, for example, melting with electromagnetic radiation sources such as CO2 lasers, infrared radiation sources, microwave generators, radiant heaters, LED lamps, etc., or combinations thereof.
図6、及び図7は、立体造形物の製造方法を説明するための概念図である。図6、及び図7を用いて、造形装置1を用いた立体造形物の製造方法について説明する。
FIG.6 and FIG.7 is a conceptual diagram for demonstrating the manufacturing method of a three-dimensional molded article. A method for manufacturing a three-dimensional object using the
供給槽11に収容された樹脂粉末Pは、ヒータ11Hによって加熱される。供給槽5の温度としては、樹脂粒子Pをレーザー照射により溶融するとき反り返りを抑制する点では、樹脂粒子Pの融点以下のなるべく高い温度が好ましいが、供給槽11での樹脂粉末Pの溶融を防ぐ点では、樹脂粉末Pの融点より10℃以上低いことが好ましい。図6の(A)に示すように、造形装置1のエンジンは、供給工程の一例として、ローラ12を駆動して、供給槽5の樹脂粉末Pをレーザー走査スペース13へ供給して整地することで、1層分の厚さTの粉末層を形成する。レーザー走査スペース13へ供給された樹脂粉末Pは、ヒータ13Hによって加熱される。レーザー走査スペース13の温度としては、樹脂粒子Pをレーザー照射により溶融するときに反り返りを抑制する点では、なるべく高い方が好ましいが、レーザー走査スペース13での樹脂粉末Pの溶融を防ぐ点では、樹脂粉末Pの融点より5℃以上低温であることが好ましい。
The resin powder P stored in the
造形装置1のエンジンは、3Dモデルから生成される複数の二次元データの入力を受け付ける。図6の(B)に示すように、造形装置1のエンジンは、複数の二次元データのうち最も底面側の二次元データに基づいて、反射鏡19の反射面を移動させつつ、電磁照射源18にレーザーを照射させる。レーザーの出力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択されるが、10ワット以上150ワット以下が好ましい。レーザーの照射により、粉末層のうち、最も底面側の二次元データによって示される画素に対応する位置の樹脂粉末Pが溶融する。レーザーの照射が完了すると、溶融した樹脂は硬化して、最も底面側の二次元データが示す形状の焼結層が形成される。
The engine of the
焼結層の厚みTとしては、特に限定されないが、平均値として、10μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましく、100μm以上が更に好ましい。また、焼結層の厚みTとしては、特に限定されないが、平均値として、200μm未満が好ましく、150μm未満がより好ましく、120μm未満が更に好ましい。 The thickness T of the sintered layer is not particularly limited, but the average value is preferably 10 μm or more, more preferably 50 μm or more, and even more preferably 100 μm or more. The thickness T of the sintered layer is not particularly limited, but the average value is preferably less than 200 μm, more preferably less than 150 μm, and even more preferably less than 120 μm.
図7の(A)に示すように、最も底面側の焼結層が形成されると、造形装置1のエンジンは、レーザー走査スペース13に1層分の厚さTの造形スペースが形成されるように、ピストン13Pによりレーザー走査スペース13を1層分の厚さT分降下させる。また、造形装置1のエンジンは、新たな樹脂粉末Pを供給可能とするため、ピストン11Pを上昇させる。続いて、図7の(A)に示すように、造形装置1のエンジンは、ローラ12を駆動して、供給槽5の樹脂粉末Pをレーザー走査スペース13へ供給して整地することで、1層分の厚さTの粉末層を形成する。
As shown in FIG. 7A, when the bottommost sintered layer is formed, the engine of the
図7の(B)に示すように、造形装置1のエンジンは、複数の二次元データのうち最も底面側から2層目の二次元データに基づいて、反射鏡19の反射面を移動させつつ、電磁照射源18にレーザーを照射させる。これにより、粉末層のうち、最も底面側から2層目の二次元データによって示される画素に対応する位置の樹脂粉末Pが溶融する。レーザーの照射が完了すると、溶融した樹脂は硬化して、最も底面側から2層目の二次元データが示す形状の焼結層が、最も底面側の焼結層に積層された状態で形成される。
As shown in FIG. 7B, the engine of the
造形装置1は、上記の供給工程と、層形成工程と、を繰り返すことで、焼結層を積層させる。複数の二次元データのすべてに基づく造形が完了すると、3Dモデルと同形状の立体物が得られる。
The
<<立体造形物>>
立体造形物は、本発明の立体造形物の製造方法により好適に製造される。
<<Three-dimensional model>>
A three-dimensional object is preferably manufactured by the three-dimensional object manufacturing method of the present invention.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(株式会社日本製鋼所製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50°低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(株式会社荻野精機製作所製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し立体造形用樹脂粉末を得た。これを実施例1の立体造形用樹脂粉末とした。
(Example 1)
After stirring polybutylene terephthalate (PBT) resin (trade name: NOVADURAN 5020, manufactured by Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation, melting point: 218°C, glass transition temperature: 43°C) at a temperature 30°C higher than the melting point, the nozzle mouth is circular. The three-dimensional modeling resin solution was stretched in a fibrous form using an extrusion machine (manufactured by The Japan Steel Works, Ltd.). The fiber was drawn 4 times to adjust the fiber diameter (diameter) to 55 μm. Thereafter, the formed fibers were aligned in the same direction and integrated into a sheet by applying a pressure of 10 MPa while heating at a temperature 50° lower than the melting point. It should be noted that the cross-sectional shape of each fiber integrated into a sheet shape was substantially polygonal. Furthermore, the sheet-like integrated fibers are adjusted to a cutting width of 50 μm and a cutting speed of 280 spm (shots per minute) using a push-cutting type cutting device (NJ series 1200 type, manufactured by Ogino Seiki Seisakusho Co., Ltd.). and judged. After that, in order to melt the surface by mechanical friction, the resulting cut material was processed at a rotation speed of 9000 rpm for 20 minutes using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) to obtain resin powder for three-dimensional modeling. This was used as the resin powder for stereolithography of Example 1.
(実施例2)
実施例1において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて撹拌処理する時間を20分から10分に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 2)
In Example 1, the resin powder for stereolithography of Example 2 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the time for stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was changed from 20 minutes to 10 minutes. got
(実施例3)
実施例1において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて撹拌処理する時間を20分から5分に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 3)
In Example 1, the resin powder for stereolithography of Example 3 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the time for stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was changed from 20 minutes to 5 minutes. got
(実施例4)
実施例3において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて撹拌処理する回転数を9000rpmから6000rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例4の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 4)
In Example 3, the resin powder for three-dimensional modeling of Example 4 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed for the stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was changed from 9000 rpm to 6000 rpm. got
(実施例5)
実施例3において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて撹拌処理する回転数を9000rpmから3000rpmに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例5の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 5)
In Example 3, the resin powder for three-dimensional modeling of Example 5 was prepared in the same manner as in Example 1, except that the rotation speed for the stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was changed from 9000 rpm to 3000 rpm. got
(実施例6)
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(株式会社日本製鋼所製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、水を付与してから冷却することで氷中に固定した。更に、氷中に固定した繊維を、押し切り方式の裁断装置(株式会社荻野精機製作所製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し立体造形用樹脂粉末を得た。これを実施例6の立体造形用樹脂粉末とした。
(Example 6)
After stirring polybutylene terephthalate (PBT) resin (trade name: NOVADURAN 5020, manufactured by Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation, melting point: 218°C, glass transition temperature: 43°C) at a temperature 30°C higher than the melting point, the nozzle mouth is circular. The three-dimensional modeling resin solution was stretched in a fibrous form using an extrusion machine (manufactured by The Japan Steel Works, Ltd.). The fiber was drawn 4 times to adjust the fiber diameter (diameter) to 55 μm. After that, the formed fibers were arranged side by side in the same direction, and fixed in ice by applying water and then cooling. Furthermore, the fibers fixed in the ice were adjusted to a cutting width of 50 μm and a cutting speed of 280 spm (shots per minute) using a push cutting type cutting device (manufactured by Ogino Seiki Seisakusho Co., Ltd., NJ series 1200 type). I cut. After that, in order to melt the surface by mechanical friction, the resulting cut material was processed at a rotation speed of 9000 rpm for 20 minutes using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) to obtain resin powder for three-dimensional modeling. This was used as the resin powder for stereolithography of Example 6.
(実施例7)
実施例6において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて撹拌処理する回転数を9000rpmから3000rpmに変更し、撹拌処理する時間を20分から5分に変更した以外は、実施例6と同様にして、実施例7の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 7)
In Example 6, except that the rotation speed for stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was changed from 9000 rpm to 3000 rpm, and the time for stirring treatment was changed from 20 minutes to 5 minutes. Similarly, a resin powder for stereolithography of Example 7 was obtained.
(実施例8)
実施例1において、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂をポリアセタール(POM)樹脂(商品名:ユピタール F10-01、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製、融点:175℃)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例8の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 8)
Same as Example 1, except that polybutylene terephthalate (PBT) resin was changed to polyacetal (POM) resin (trade name: Iupital F10-01, manufactured by Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation, melting point: 175°C). Then, a three-dimensional modeling resin powder of Example 8 was obtained.
(実施例9)
実施例1において、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂をポリアミド12(PA12)樹脂(商品名:ダイアミドL2121、ダイセルエボニック社製、融点:172℃)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例9の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 9)
In Example 1, polybutylene terephthalate (PBT) resin was changed to polyamide 12 (PA12) resin (trade name: Daiamide L2121, manufactured by Daicel-Evonik, melting point: 172 ° C.). A three-dimensional modeling resin powder of Example 9 was obtained.
(実施例10)
実施例1において、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂をポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂(商品名:HT P22PF、VICTREX社製、融点:343℃、ガラス転移温度:143℃)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例10の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 10)
In Example 1, polybutylene terephthalate (PBT) resin was changed to polyether ether ketone (PEEK) resin (trade name: HT P22PF, manufactured by VICTREX, melting point: 343°C, glass transition temperature: 143°C). In the same manner as in Example 1, a three-dimensional modeling resin powder of Example 10 was obtained.
(実施例11)
実施例1において、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂をポリプロピレン(PP)樹脂(商品名:ノバテック MA3、日本ポリプロ株式会社製、融点:180℃、ガラス転移温度:0℃)に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例11の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Example 11)
In Example 1, polybutylene terephthalate (PBT) resin was changed to polypropylene (PP) resin (trade name: Novatec MA3, manufactured by Japan Polypropylene Corporation, melting point: 180°C, glass transition temperature: 0°C). In the same manner as in Example 1, a three-dimensional modeling resin powder of Example 11 was obtained.
(実施例12)
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(株式会社日本製鋼所製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。その後、形成した繊維を同方向に並べて可動式のクランプで固定した。更に、クランプで固定した繊維を、押し切り方式の裁断装置(株式会社荻野精機製作所製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数1000rpmで20分間処理し立体造形用樹脂粉末を得た。これを実施例1の立体造形用樹脂粉末とした。
(Example 12)
After stirring polybutylene terephthalate (PBT) resin (trade name: NOVADURAN 5020, manufactured by Mitsubishi Engineering-Plastics Corporation, melting point: 218°C, glass transition temperature: 43°C) at a temperature 30°C higher than the melting point, the nozzle mouth is circular. The three-dimensional modeling resin solution was stretched in a fibrous form using an extrusion machine (manufactured by The Japan Steel Works, Ltd.). The fiber was drawn 4 times to adjust the fiber diameter (diameter) to 55 μm. After that, the formed fibers were aligned in the same direction and fixed with a movable clamp. Furthermore, the fiber fixed by the clamp is cut by adjusting the cutting width to 50 μm and the cutting speed to 280 spm (shots per minute) using a push cutting type cutting device (manufactured by Ogino Seiki Seisakusho Co., Ltd., NJ series 1200 type). did. After that, in order to melt the surface by mechanical friction, the resulting cut material was processed at a rotation speed of 1000 rpm for 20 minutes using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) to obtain resin powder for three-dimensional modeling. This was used as the resin powder for stereolithography of Example 1.
(比較例1)
実施例1において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いた撹拌処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、比較例1の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Comparative example 1)
A three-dimensional modeling resin powder of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was not performed.
(比較例2)
実施例6において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いた撹拌処理を行わなかった以外は、実施例6と同様にして、比較例2の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Comparative example 2)
A three-dimensional modeling resin powder of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 6, except that the stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was not performed.
(比較例3)
実施例12において、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いた撹拌処理を行わなかった以外は、実施例12と同様にして、比較例3の立体造形用樹脂粉末を得た。
(Comparative Example 3)
A three-dimensional modeling resin powder of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 12, except that the stirring treatment using a multi-purpose mixer (manufactured by Nippon Coke Kogyo Co., Ltd.) was not performed.
各実施例、及び比較例で得られた立体造形用樹脂粉末について、以下のようにして、「粉末の形状」を観察し、「柱体の含有量」、及び「第一の面及び第二の面の外周領域の最短長」を測定した。結果を下記表1に示す。 Regarding the three-dimensional modeling resin powder obtained in each example and comparative example, the "powder shape" was observed in the following manner, and the "column content" and "first surface and second surface The shortest length of the outer peripheral area of the surface of the surface was measured. The results are shown in Table 1 below.
[粉末の形状]
得られた立体造形用樹脂粉末を、SEM(日本電子株式会社製走査電子顕微鏡JSM-7800FPRIME)を用いて150倍の倍率で写真撮影した。撮影して得たSEM画像中の立体造形用樹脂粉末において、第一の面と、第二の面と、側面と、を有し、且つSEMで観察される範囲において第一の面、及び第二の面の外周領域の少なくとも一方が一部領域または全領域で側面に沿って延伸した形状を有するものを柱体であると判断した。
[Powder shape]
The obtained resin powder for three-dimensional modeling was photographed at a magnification of 150 using an SEM (scanning electron microscope JSM-7800FPRIME manufactured by JEOL Ltd.). The three-dimensional modeling resin powder in the SEM image obtained by photographing has a first surface, a second surface, and a side surface, and the first surface and the first surface in the range observed with the SEM A column body was judged to have a shape in which at least one of the outer peripheral regions of the two surfaces had a shape extending along the side surface in a partial region or in the entire region.
次に、柱体であると判断した立体造形用樹脂粒子の側面を観察し、柱体の高さ方向における線(角)で区分された複数の面が観察できる場合は第一の対向面及び第二の対向面が略多角形形状であると判断し、柱体の高さ方向における線が観察できずに滑らかな面が一様に観察できる場合は第一の対向面及び第二の対向面が略円形状(略真円形状または略楕円形状)であると判断した。 Next, the side surface of the three-dimensional modeling resin particles determined to be a columnar body is observed, and when a plurality of surfaces separated by lines (angles) in the height direction of the columnar body can be observed, the first opposing surface and the If it is determined that the second opposing surface has a substantially polygonal shape, and if a line in the height direction of the column cannot be observed and a smooth surface can be observed uniformly, the first opposing surface and the second opposing surface It was determined that the surface had a substantially circular shape (substantially perfect circular shape or substantially elliptical shape).
[立体造形用粒子(柱体)の含有量]
得られた立体造形用樹脂粉末を、SEM(日本電子株式会社製走査電子顕微鏡JSM-7800FPRIME)を用いて150倍の倍率で写真撮影した。撮影して得たSEM画像中の立体造形用樹脂粉末において、第一の面と、第二の面と、側面と、を有し、且つSEMで観察される範囲において第一の面、及び第二の面の外周領域の少なくとも一方が一部領域または全領域で側面に沿って延伸した形状を有するものを柱体であると判断した。
[Content of three-dimensional modeling particles (cylinders)]
The obtained resin powder for three-dimensional modeling was photographed at a magnification of 150 using an SEM (scanning electron microscope JSM-7800FPRIME manufactured by JEOL Ltd.). The three-dimensional modeling resin powder in the SEM image obtained by photographing has a first surface, a second surface, and a side surface, and the first surface and the first surface in the range observed with the SEM A column body was judged to have a shape in which at least one of the outer peripheral regions of the two surfaces had a shape extending along the side surface in a partial region or in the entire region.
次に、SEM画像から立体造形用樹脂粉末の個数および柱体の個数を求め、柱体の個数を立体造形用樹脂粉末の個数で除算して100を乗算することで柱体の個数基準の含有量(%)を算出した。また、SEM画像から立体造形用樹脂粉末の個数および柱体の個数を求める際、立体造形用樹脂粉末および柱体における最長部が20μm以上であるもののみ、個数を数える対象とした。また、柱体の含有量を算出する際において数えた立体造形用樹脂粉末の個数は100個であった。 Next, the number of resin powders for three-dimensional modeling and the number of pillars are obtained from the SEM image, and the number of pillars is divided by the number of resin powders for three-dimensional modeling and multiplied by 100. Amount (%) was calculated. When the number of resin powders for three-dimensional modeling and the number of pillars were obtained from the SEM image, only the resin powder for three-dimensional modeling and the number of pillars having the longest part of 20 μm or more were counted. In addition, the number of the three-dimensional modeling resin powders counted when calculating the content of the pillars was 100 pieces.
[第一の面及び第二の面の外周領域の最短長]
得られた立体造形用樹脂粉末を、SEM(日本電子株式会社製走査電子顕微鏡JSM-7800FPRIME)を用いて150倍の倍率で写真撮影した。撮影して得たSEM画像中の立体造形用樹脂粉末において、第一の面と、第二の面と、側面と、を有し、且つSEMで観察される範囲において第一の面、及び第二の面の外周領域の少なくとも一方が一部領域または全領域で側面に沿って延伸した形状を有するものを柱体であると判断した。
[Shortest Length of Peripheral Regions of First and Second Surfaces]
The obtained resin powder for three-dimensional modeling was photographed at a magnification of 150 using an SEM (scanning electron microscope JSM-7800FPRIME manufactured by JEOL Ltd.). The three-dimensional modeling resin powder in the SEM image obtained by photographing has a first surface, a second surface, and a side surface, and the first surface and the first surface in the range observed with the SEM A column body was judged to have a shape in which at least one of the outer peripheral regions of the two surfaces had a shape extending along the side surface in a partial region or in the entire region.
次に、SEMで観察される範囲の柱体において、第一の面および第二の面の外周領域の柱体の高さ方向における最短の長さ(μm)を算出した。 Next, the shortest length (μm) in the height direction of the column in the peripheral region of the first surface and the second surface was calculated in the range observed by SEM.
各実施例、及び比較例で得られた立体造形用樹脂粉末について、以下のようにして、「緩み密度」、「体積平均粒子系Dv」、「個数平均粒子径Dn」、及び「造形物の強度」を評価した。結果を下記表2に示す。 Regarding the three-dimensional modeling resin powder obtained in each example and comparative example, the "loose density", "volume average particle system Dv", "number average particle size Dn", and "modeled object strength” was evaluated. The results are shown in Table 2 below.
[緩み密度]
作製した立体造形用樹脂粉末の緩み密度を、かさ比重計(JIS Z-2504対応、蔵持科学器械製)を用いて測定し、測定した緩み密度を各樹脂の真密度で除算して緩み充填率(%)を求めた。なお、C以上であった場合を実用可能であるとした。
(評価基準)
A:40%以上
B:35%以上40%未満
C:33%以上35%未満
D:33%未満
[Looseness density]
The loose density of the produced resin powder for three-dimensional modeling is measured using a bulk hydrometer (compliant with JIS Z-2504, manufactured by Kuramochi Scientific Instruments), and the measured loose density is divided by the true density of each resin to obtain the loose filling rate. (%) was obtained. In addition, the case where it was C or more was made into practical use.
(Evaluation criteria)
A: 40% or more B: 35% or more and less than 40% C: 33% or more and less than 35% D: less than 33%
[体積平均粒子系Dv、及び個数平均粒子径Dn]
得られた立体造形用樹脂粉末の体積平均粒子系Dv(μm)は、粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル株式会社製、microtrac MT3300EXII)を用いて、樹脂粉末ごとの粒子屈折率を使用し、溶媒は使用せず乾式(大気)法にて測定した。
[Volume average particle system Dv and number average particle diameter Dn]
The volume average particle system Dv (μm) of the obtained resin powder for three-dimensional modeling is obtained by using a particle size distribution measuring device (microtrac MT3300EXII manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.), using the particle refractive index of each resin powder, Measurement was performed by a dry (atmospheric) method without using a solvent.
得られた立体造形用樹脂粉末の、個数平均粒子径Dn(μm)は、粒度分布測定装置(シスメックス製F-PIA3000)を用いて測定した。 The number average particle diameter Dn (μm) of the obtained resin powder for three-dimensional modeling was measured using a particle size distribution analyzer (F-PIA3000 manufactured by Sysmex).
また、得られた体積平均粒子系Dv(μm)、及び個数平均粒子径Dn(μm)から体積平均粒子系/個数平均粒子径(Dv/Dn)を算出した。 Also, the volume average particle system/number average particle diameter (Dv/Dn) was calculated from the obtained volume average particle system Dv (μm) and number average particle diameter Dn (μm).
[造形物の強度]
SLS方式造形装置(株式会社リコー製、AM S5500P)の供給床中に得られた立体造形用樹脂粉末を加え、立体造形物の製造を行った。設定条件は、0.1mmの層平均厚み、10ワット以上150ワット以下のレーザー出力を設定し、0.1mmのレーザー走査スペース、融点より-3℃の温度を部品床温度に使用した。SLS方式造形装置にて、レーザー走査スペース13の中心部に、XY平面方向(図5におけるローラ12が進行する平面方向)に長辺が向いた5個の引張試験標本(XY造形物)と、Z軸方向(図5におけるローラ12が進行する平面に垂直な方向)に長辺が向いた5個の引張試験標本(Z造形物)を造形した。各々の造形物の間隔は5mm以上である。引張試験標本は、ISO(国際標準化機構)3167 Type1A 多目的犬骨様試験標本(標本は、80mm長さ、4mm厚さ、10mm幅の中心部分を有する)である。造形時間は、50時間に設定した。
[Strength of molded object]
The obtained three-dimensional modeling resin powder was added to the supply bed of an SLS modeling apparatus (manufactured by Ricoh Co., Ltd., AM S5500P) to produce a three-dimensional model. The setting conditions were an average layer thickness of 0.1 mm, a laser output of 10 watts or more and 150 watts or less, a laser scanning space of 0.1 mm, and a temperature of −3° C. from the melting point as the part bed temperature. In the SLS molding apparatus, five tensile test specimens (XY molded objects) whose long sides face the XY plane direction (the plane direction in which the
次に、同一の立体造形用樹脂粉末を用い、同一形状の5個の引張試験標本を射出成形により造形した。 Next, using the same resin powder for three-dimensional modeling, five tensile test specimens having the same shape were molded by injection molding.
SLS方式造形装置で得られた引張試験標本であるXY造形物およびZ造形物と、射出成型で得られた引張試験標本について、ISO 527に準じた引張試験機(株式会社島津製作所製、AGS-5kN)を使用して、「引張強度」を測定した。なお、引張試験における試験速度は、50mm/分間にて一定とした。また、引張強度は、それぞれの引張試験標本について5回試験を行い、得られた測定値の平均値とした。そして、SLS方式造形装置で得られた引張試験標本の引張強度を射出成形で得られた引張試験標本の引張強度で除することで、SLS方式造形装置で得られた引張試験標本の引張強度を評価した。なお、XY造形物およびZ造形物における評価がともに射出成形物の60%以上であった場合を実用可能であるとした。 The XY model and Z model, which are tensile test specimens obtained by the SLS molding apparatus, and the tensile test specimens obtained by injection molding, were subjected to a tensile tester (Shimadzu Corporation, AGS- 5 kN) was used to measure the "tensile strength". Note that the test speed in the tensile test was constant at 50 mm/min. Moreover, the tensile strength was taken as the average value of the measured values obtained by performing the test five times on each tensile test specimen. Then, by dividing the tensile strength of the tensile test specimen obtained by the SLS molding apparatus by the tensile strength of the tensile test specimen obtained by injection molding, the tensile strength of the tensile test specimen obtained by the SLS molding apparatus is obtained. evaluated. Note that evaluations of both the XY-molded article and the Z-molded article were considered to be practicable when 60% or more of the injection-molded article was evaluated.
1 造形装置
11 供給槽
11H ヒータ
11P ピストン
12 ローラ
13 レーザー走査スペース
13H ヒータ
13P ピストン
18 電磁照射源
19 反射鏡
21 柱体
22 第一の面(端面の一例)
22a 第一の対向面
22b 第一の面の外周領域
23 第二の面(端面の一例)
23a 第二の対向面
23b 第二の面の外周領域
24 側面
1
22a first opposing
23a
Claims (14)
前記端面は、
第一の面および第二の面を含み、
少なくとも前記第一の面は、第一の対向面と、
前記第一の対向面を前記側面に沿って延伸した形状であり、
該第一の対向面と連続する面である外周領域と、を含み、
前記外周領域は、前記側面の一部を被覆している立体造形用粒子。 A columnar shape having end faces and side faces,
The end face is
comprising a first surface and a second surface;
at least the first surface is a first opposing surface;
The first opposing surface has a shape extending along the side surface,
a peripheral region that is a surface continuous with the first opposing surface,
The three-dimensional shaping particles, wherein the peripheral region covers a part of the side surface .
前記立体造形用粉末を構成する材料を線維状材料に形成する線維化工程と、
同方向に配置された複数の前記線維状材料を一体化させて一体化材料を形成する一体化工程と、
前記一体化材料を裁断し裁断物を得る裁断工程と、
前記裁断物を撹拌する撹拌工程と、
を有する立体造形用粉末の製造方法。 A method for producing a three-dimensional modeling powder according to any one of claims 2 to 9 ,
a fiberization step of forming a fibrous material from the material constituting the three-dimensional modeling powder;
an integration step of integrating a plurality of fibrous materials arranged in the same direction to form an integrated material;
a cutting step of cutting the integrated material to obtain a cut product;
A stirring step of stirring the cut material;
A method for producing a three-dimensional modeling powder having
前記立体造形用粉末を構成する材料を線維状材料に形成する線維化工程と、
同方向に配置された複数の前記線維状材料を一体化させて一体化材料を形成する一体化工程と、
前記一体化材料を裁断し裁断物を得る裁断工程と、
前記裁断物を撹拌する撹拌工程と、
を有し、前記一体化工程は、同方向に配置された複数の前記線維状材料を加熱しながら加圧することで一体化させて前記一体化材料を形成する立体造形用粉末の製造方法。 A method for producing a powder for three-dimensional modeling, comprising:
a fiberization step of forming a fibrous material from the material constituting the three-dimensional modeling powder;
an integration step of integrating a plurality of fibrous materials arranged in the same direction to form an integrated material;
a cutting step of cutting the integrated material to obtain a cut product;
A stirring step of stirring the cut material;
wherein the integrating step includes heating and pressing a plurality of fibrous materials arranged in the same direction to integrate them to form the integrated material.
前記端面は、第一の面および第二の面を含み、
少なくとも前記第一の面は、第一の対向面と、前記第一の対向面を前記側面に沿って延伸した形状であり、該第一の対向面と連続する面である外周領域と、を含み、
前記外周領域は、前記側面の一部を被覆している粒子。 A columnar shape having end faces and side faces,
the end surface includes a first surface and a second surface;
At least the first surface includes a first opposing surface, and an outer peripheral region having a shape extending the first opposing surface along the side surface and being a surface continuous with the first opposing surface. including
The peripheral region is a particle covering a portion of the side surface .
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