(57)【要約】【課題】立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度を向上させることができる立体造形用粉末の提供。【解決手段】熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む立体造形用粉末であって、前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上である立体造形用粉末である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む立体造形用粉末であって、
前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上であることを特徴とする立体造形用粉末。
【請求項２】
前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６６０以下である請求項１に記載の立体造形用粉末。
【請求項３】
前記充填材における前記主成分が、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、及び酸化カルシウムを含む請求項１から２のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項４】
前記充填材が、タルクである請求項１から３のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項５】
前記充填材の体積平均粒径が、６μｍ以下である請求項１から４のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項６】
前記充填材を１，０００℃で２時間加熱した際の強熱減量が、６．８５％以下である請求項１から５のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項７】
前記熱可塑性樹脂粒子が、前記充填材を含有する請求項１から６のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項８】
立体造形用粉末が硬化した硬化層を積層して、立体造形物を造形する造形装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の立体造形用粉末が貯蔵されている貯蔵槽と、
前記貯蔵槽に貯蔵された前記立体造形用粉末を層形成領域に供給する供給手段と、
前記層形成領域に供給された前記立体造形用粉末を含む層を形成する層形成手段と、
前記層を硬化する硬化手段と、
を有することを特徴とする造形装置。
【請求項９】
立体造形用粉末が硬化した硬化層を積層して、立体造形物を造形する造形方法であって、
請求項１から７のいずれかに記載の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成工程と、
前記層を硬化する硬化工程と、を繰り返すことを特徴とする造形方法。
【請求項１０】
熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む粉末であって、
前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上であることを特徴とする粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形用粉末、造形装置、造形方法、及び粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラスチック製品としての造形物や成形物の原料として、立体造形用粉末が多く用いられている。立体造形用粉末としては、例えば、ミリメートル単位のサイズのペレット、マイクロメートル単位のサイズの粉末（粉体）などが挙げられる。これらの粉末は、例えば、射出成形、押出成形などにおいて溶融されて用いられており、近年では、粉末床溶融方式等の３Ｄプリンタにも用いられている。
【０００３】
また、溶融した樹脂組成物を金型に射出して成形する際に、成形品の力学的強度などを向上させるための手法として、例えば、樹脂組成物にタルクなどの無機強化剤を含有させることが知られている（特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度を向上させることができる立体造形用粉末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための手段としての本発明の立体造形用粉末は、
熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む立体造形用粉末であって、
充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度を向上させることができる立体造形用粉末を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る造形装置を示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の一実施形態に係る立体造形物の造形方法を説明するための概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る立体造形物の造形方法を説明するための概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態に係る立体造形物の造形方法を説明するための概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る立体造形物の造形方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の立体造形用粉末は、熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む立体造形用粉末であって、充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上である。
【０００９】
本発明の立体造形用粉末は、従来の立体造形用粉末では、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度が低くなってしまう場合があるという知見に基づくものである。具体的には、従来の立体造形用粉末においては、立体造形物の強度を向上させるために、無機強化剤としてタルクなどを含有させたとしても、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度が低くなってしまう場合があるという知見に基づくものである。
この問題は、粉末床溶融（ＰＢＦ：Ｐｏｗｄｅｒ  Ｂｅｄ  Ｆｕｓｉｏｎ）方式などの３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する際に、特に顕著である。ＰＢＦ方式などの３Ｄプリンタにおいては、立体造形用粉末を含む造形層を造形し、造形した造形層を積層することにより、立体造形物を造形する。そのため、ＰＢＦ方式などの３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形した場合には、積層方向における造形層間の接着力（融着）が他の方向における接着力よりも特に弱くなることがあった。この問題は、上記の特許文献１に記載されている無機強化剤としてのタルクなどを立体造形用粉末に含有させたとしても解決することができなかった。
【００１０】
そこで、本発明者らは、立体造形物の積層方向における強度及び造形精度を向上させるために鋭意検討した結果、上記の問題を解決できる立体造形用粉末を見出した。すなわち、本発明者らは、熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む立体造形用粉末であって、充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比を、０．６３０以上とすることにより、上記の問題を解決できることを見出した。
【００１１】
本発明の立体造形用粉末における充填材は、従来の立体造形用粉末における充填材（例えば、特許文献１に記載の無機強化剤など）に比べて、二酸化ケイ素の割合が高くなっている。そのため、本発明の立体造形用粉末は、熱可塑性樹脂に対する充填材の分散性が向上しているので、充填材が熱可塑性樹脂粒子に対して均一に存在しやすくなり、立体造形物内での強度の均一性が保たれる。したがって、本発明の立体造形用粉末を用いて造形した立体造形物は、強度のムラがなく、強度的に弱い箇所が存在しにくくなるため、立体造形物の積層方向における強度を向上させることができると考えられる。
また、本発明の立体造形用粉末における充填材は、二酸化ケイ素の割合が高くなっているため、熱可塑性樹脂に対する相溶性が向上しており、造形層の表面に露出した充填材と、その造形層の上に新たに造形された造形層との間の接着力が向上すると考えられる。そのため、本発明の立体造形用粉末は、立体造形物の積層方向における強度を向上させることができると考えられる。
さらに、本発明の立体造形用粉末は、充填材が熱可塑性樹脂粒子に対して均一に存在しやすいため、立体造形物を造形する際の樹脂収縮（成形収縮）を均一にできるとともに、造形層間を密にすることができるので、立体造形物の造形精度を向上させることができる。
【００１２】
（立体造形用粉末）
本発明の立体造形用粉末は、熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材を少なくとも含み、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
【００１３】
＜熱可塑性樹脂粒子＞
熱可塑性樹脂粒子とは、熱可塑性樹脂を含む粒子を意味する。
熱可塑性樹脂粒子の材質としては、樹脂成分として熱可塑性樹脂を含み、更に必要に応じてその他の成分を含む樹脂組成物などが挙げられる。
【００１４】
−熱可塑性樹脂−
熱可塑性樹脂とは、熱を加えると可塑化し、溶融する樹脂を意味する。
熱可塑性樹脂としては、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、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、液晶樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂、液晶樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂としては、融解開始温度と、冷却時の再結晶温度の差が大きな樹脂が好ましい。
なお、結晶性樹脂とは、ＩＳＯ３１４６（プラスチック転移温度測定方法、ＪＩＳ  Ｋ７１２１）に準拠した測定において、融点ピークが検出される樹脂である。
【００１５】
熱可塑性樹脂としては、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：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリアセタール（ＰＯＭ：Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリイミド、フッ素樹脂などが挙げられる。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。
【００１６】
ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられる。
【００１７】
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）、ポリアミド６１０（ＰＡ６１０）、ポリアミド６１２（ＰＡ６１２）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、及びポリアミド１２（ＰＡ１２）；並びにポリアミド４Ｔ（ＰＡ４Ｔ）、ポリアミドＭＸＤ６（ＰＡＭＸＤ６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、及びポリアミド１０Ｔ（ＰＡ１０Ｔ）などの半芳香族性のポリアミドが挙げられる。
【００１８】
なお、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つのジアミンとテレフタル酸モノマーとを含み、カルボン酸側が芳香族である半芳香族である。カルボン酸側だけでなく、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生成されるアラミドもポリアミドに含まれる。
【００１９】
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）、ポリブタジエンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性を付与する点で、テレフタル酸やイソフタル酸を一部に含む芳香族を有するものが好ましい。
【００２０】
ポリエーテルとしては、例えば、ポリアリールケトン、ポリエーテルスルフォンなどが挙げられる。
ポリアリールケトンとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、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。
【００２１】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＡ９Ｔのように２つの融点ピークを有するものでもよい。２つの融点ピークを有する熱可塑性樹脂は、高温側の融点ピーク以上の温度になると完全に溶融する。
【００２２】
立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度をより向上させるという観点からは、熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン（ＰＰ）が好ましい。
ポリプロピレンとしては、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、ランダムポリプロピレン、ホモポリプロピレン、ブロックポリプロピレンなどが挙げられる。これらの中でも、ブロックポリプロピレンが好ましい。
ポリプロピレンとしては、市販の製品を用いることができ、例えば、ブロックポリプロピレンとしては、住友ノーブレンＡＷ５６４（住友化学株式会社製）、ホモポリプロピレンとしては、ＶＳ７００Ｒ（サンアロマー株式会社製）、ランダムポリプロピレンとしては、Ｊ２２６Ｔ（株式会社プライムポリマー製）などが挙げられる。
【００２３】
熱可塑性樹脂粒子の形状としては、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、円柱体、多角柱体、球体などの形状が挙げられる。これらの中でも、円柱体が好ましい。
【００２４】
円柱体としては、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、例えば、真円柱体、楕円柱体などが挙げられる。これらの中でも、真円柱体が好ましい。
なお、円柱体には、略円柱体が含まれる。ここで、略円とは、短径に対する長径の比（長径／短径）が、１以上１０以下であることを意味する。また、円柱体の円形部分は、一部が欠けていてもよい。
多角柱体としては、円柱体と同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、多角柱体における多角形部分の一部が欠けていてもよい。
球体としては、円柱体と同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、球体の一部が欠けていてもよい。
【００２５】
円柱体の円形部分の直径としては、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２００μｍ以下が好ましい。なお、円柱体の円形部分が楕円形である場合、直径とは長径を意味する。
多角柱体の多角形部分の一辺の長さとしては、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、多角形部分を全て含むような最小の円（最小包含円）の直径が５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
球体の直径としては、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２００μｍ以下であることが好ましい。
【００２６】
円柱体の高さ、即ち対向する２つの円形部分の距離（上面−底面間の距離）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、１μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
多角柱体の高さ、即ち対向する２つの多角形部分の距離（上面−底面間の距離）としては、円柱体の高さと同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
【００２７】
円柱体における、対向する２つの円形部分（上面及び底面）の面積は、互いに異なっていてもよい。ただし、面積が小さいほうの円形部分の直径ｒ１に対する面積が大きいほうの円形部分の直径ｒ２の比（ｒ２／ｒ１）としては、２つの円形部分の面積に差がないほうが嵩密度を高めることができる点で、１．５以下が好ましく、１．１以下がより好ましい。
多角柱体における、対向する２つの多角形部分（上面及び底面）の面積は、互いに異なっていてもよい。ただし、多角形部分の小さいほうの面積（Ｓ１）に対する多角形部分の大きいほうの面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）としては、２つの多角形部分の面積に差がないほうが嵩密度を高めることができる点で、１に近いことが好ましい。
粉末床溶融結合方式で立体造形物を造形する際には、熱可塑性樹脂粒子の嵩密度を高めることにより、造形物や成形物の精度を向上させることができる。
【００２８】
円柱体や多角柱体などの柱体の熱可塑性樹脂粒子においては、嵩密度を高めるため、頂点を持たないことが好ましい。なお、頂点とは、柱体の中に存在する角の部分をいう。
【００２９】
［熱可塑性樹脂粒子の製造方法］
熱可塑性樹脂粒子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るが、樹脂組成物を粉砕又は切断して所定の粒径にする方法が好ましい。
【００３０】
樹脂組成物を粉砕して所定の粒径にする方法としては、例えば、熱可塑性樹脂を含むペレット形状の樹脂組成物を粉砕装置により粉砕し、所定の粒径以外の熱可塑性樹脂粒子を分級又はフィルターにより濾過する方法などが挙げられる。また、樹脂組成物の脆弱性を利用して粉砕する場合、粉砕時の環境温度としては、樹脂組成物の脆弱温度以下がよく、室温以下が好ましく、０℃以下がより好ましく、−２５℃以下が更に好ましく、−１００℃以下が特に好ましい。分級操作では、樹脂粒子の流動性を向上させるために、例えば、２５μｍ以上８０μｍ以下の樹脂粒子を捕集することが好ましい。
【００３１】
樹脂組成物を切断して所定の粒径にする方法としては、例えば、押出成形により繊維化した樹脂組成物を所定の粒径になるように切断する方法などが挙げられる。
【００３２】
−結晶性制御−
熱可塑性樹脂粒子における結晶性樹脂の結晶サイズ及び結晶配向を制御することで、例えば、ＰＢＦ方式で立体造形物を造形する際には、高温環境下の造形プロセスにおいて粉末層を成膜するリコート処理によるエラーの発生を低減させることができる。
結晶サイズ及び結晶配向を制御する方法としては、例えば、熱処理、延伸処理、超音波処理、外部電場印加処理等の外部刺激を用いる方法；結晶核剤を用いる方法；樹脂を溶媒に溶解し、溶媒をゆっくりと揮発させて結晶性を高める方法などが挙げられる。
【００３３】
熱処理としては、例えば、結晶性を高めるために、樹脂組成物をガラス転移温度以上の温度に加熱するアニーリング処理などが挙げられる。
アニーリング処理としては、例えば、結晶核剤が添加されている樹脂組成物をガラス転移温度から５０℃高い温度で３日間保温し、その後、室温までゆっくりと冷却する処理などが挙げられる。また、樹脂組成物を粉砕する前又は粉砕した後に、熱処理としてアニーリング処理を行ってもよい。
【００３４】
延伸処理は、樹脂の延伸により樹脂の配向を高め、結晶性を高めるために行われる。延伸された樹脂は、粉砕、裁断などの加工が施され樹脂粒子となる。
延伸処理としては、例えば、押出加工機を用いて、樹脂を融点より３０℃以上高い温度にて溶融させ撹拌しながら、溶融物を１倍以上１０倍以下程度に延伸して繊維状にする処理などが挙げられる。
延伸処理における最大延伸倍率は、樹脂の溶融粘度などに応じて、適宜設定される。押出加工機を用いる場合、ノズル口の数は、特に限定されないが、多いほど生産性が向上する。
延伸の倍率としては、高ければ高いほど結晶配向性が向上することから、２．０倍以上が好ましく、２．５倍以上が理想的な結晶・配向性を得られやすくなる点でより好ましい。延伸処理後には、アニーリング工程やリラックス工程を入れてもよく加熱時の繊維の変形が起こらないようにしてもよい。
【００３５】
また、延伸処理を行う場合には、熱可塑性樹脂粒子の形状は、押出加工機のノズル口の形状により決まる。例えば、円柱体の熱可塑性樹脂粒子を得るためには、ノズル口の形状を円形にすればよく、多角柱体の熱可塑性樹脂粒子の形状を得るためには、ノズル口の形状を多角形にすればよい。
【００３６】
超音波処理としては、例えば、グリセリン（試薬グレード、東京化成工業株式会社製）溶媒を立体造形用粉末に対して５倍ほど加えた後、樹脂の融点より２０℃高い温度まで加熱し、ヒールシャー社製、ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｏｒ  ＵＰ２００Ｓなどの超音波発生装置にて２４ｋＨｚ、振幅６０％での超音波を２時間与える処理などが挙げられる。この場合、超音波を与える処理後、室温にて立体造形用粉末をイソプロパノールの溶媒で洗浄して真空乾燥することが好ましい。
【００３７】
外部電場印加処理としては、例えば、立体造形用粉末をガラス転移温度以上にて加熱した後に６００Ｖ／ｃｍの交流電場（５００Ｈｚ）を１時間印加した後にゆっくりと冷却する処理などが挙げられる。
【００３８】
結晶層変化についての温度幅（温度窓）、即ち加熱時の溶融開始温度と冷却時の再結晶温度との差としては、３℃よりも大きいほうが造形物の反りを防ぐ点で好ましく、５℃以上大きいほうが高精細な造形物を形成できる点でより好ましい。また、ＰＢＦ方式でレーザーにより立体造形物を造形する際には、レーザーによる加熱温度よりも高い分解温度を有する樹脂やその他の成分を選択することで、レーザー照射による発煙を抑制することができる。
【００３９】
＜充填材＞
充填材とは、立体造形用粉末に充填される成分を意味し、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主成分に含む。
【００４０】
充填材としては、二酸化ケイ素を主成分に含むものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、タルク、マイカ、クレー、モンモリナイト、ベントナイト、ゾノライトなどが挙げられる。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、充填材としては、タルクが特に好ましい。充填材がタルクであると、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度を特に向上することができる。
【００４１】
−タルク−
充填材として、特に好ましく用いることができる材料であるタルクについて説明する。
タルクは、滑石、フレンチチョーク、ステアタイト、ソープストーンなどと称されることもある層状鉱物であり、その組成式は、例えば、Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２で表される。タルクは、採掘された場所（産地）などによって、上記の化学成分の比率が異なる。
【００４２】
本発明において充填材として用いることができるタルクとしては、市販のものを選択することができ、製造元などが公開しているカタログの値などを参照して、適宜選択することができる。また、日本セラミックス協会規格の一つであるＪＣＲＳ  １０６−２０００「タルク（滑石）の化学分析方法」などを用いて、タルクの化学成分を分析することにより、本発明において充填材として用いることができるタルクを選択してもよい。
また、タルクにおいては、後述する体積平均粒径や強熱減量についても、製造元などが公開しているカタログの値などを参照することにより確認できる。
【００４３】
本発明において充填材として用いることができるタルクの市販製品としては、例えば、タルカンパウダーＰＫ−Ｓ、タルカンパウダーＰＫ−Ｃ、ＧＨＬ１０、ＧＨＬ７、ＧＨ７（林化成株式会社製）などが挙げられる。なお、「タルカンパウダー」は、林化成株式会社の登録商標である。
【００４４】
本発明における充填材は、充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上であり、０．６４０以上であることが好ましい。充填材における主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上であると、上述したように立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度を向上することができる。充填材における主成分全体の質量に対する、二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０未満であると、熱可塑性樹脂粒子との相溶性が低くなるため、立体造形物の強度が低下する場合がある。
充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比としては、０．６３０以上０．６６０以下（０．６６以下）であることが好ましい。充填材における主成分全体の質量に対する、二酸化ケイ素の質量の比が、この範囲内であると、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度をより向上することができる。
また、充填材における主成分とは、充填材中における金属酸化物の成分を意味する。
充填材がタルクである場合には、充填材における主成分は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、及び酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む。
【００４５】
充填材の体積平均粒径としては、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、１００μｍ以下であることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１３μｍ以下であることが更に好ましく、６μｍ以下であることが特に好ましい。充填材の体積平均粒径が６μｍ以下であることにより、立体造形物の積層方向における強度を特に向上することができる。さらに、充填剤の体積平均粒径が、５μｍ以上６μｍ以下であることが好ましい。
充填材の粒径を上記の特に好ましい範囲とした際の効果は、ＰＢＦ方式などの３Ｄプリンタを用いて立体造形物を造形する場合に、充填材としてタルクなどの形状が平板であるものを使用するときにおいて、特に顕著となる。これは、上記の条件の場合、積層した造形層の熱可塑性樹脂粒子が溶融した溶融樹脂の垂直方向の流動が少なくなるため、充填材が水平方向に並びやすく、体積平均粒径の大きな充填材では、造形層間における接着力を強化することが難しいからであると考えられる。
【００４６】
なお、充填材の体積平均粒径は、例えば、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）を用いて測定することができる。
【００４７】
充填材の強熱減量（Ｉｇ．Ｌｏｓｓ値）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。
強熱減量とは、タルクなどの鉱物中に含まれる揮発性物質（主に、有機物など）の質量を意味する。なお、本明細書においては、充填材中の揮発性物質を「副成分」と称することがある。
【００４８】
強熱減量は、マッフル炉などを用いて、充填材を１，０００℃で２時間加熱した際の質量の変化を示すものであり、下記の数式を用いて算出できる。
Ｉｇ．Ｌｏｓｓ値（％）＝（ａ−ｂ）／ａ×１００
なお、上記の数式において、ａは加熱前の充填材の質量であり、ｂは加熱後の充填材の質量である。
【００４９】
充填材の強熱減量としては、８％以下であることが好ましく、７％以下であることがより好ましく、６．８５％以下であることが特に好ましい。すなわち、充填材を１，０００℃で２時間加熱した際の強熱減量が、６．８５％以下であることが特に好ましい。さらに、充填材の強熱減量が、５．２５％以上６．８５％以下であることが好ましい。
充填材の強熱減量が、上記の特に好ましい数値範囲内であると、立体造形物の立体造形物の積層方向における強度を特に向上することができる。これは、充填材の強熱減量が少ないと、充填材に含まれる有機成分などの不純物が少なくなるため、立体造形用粉末を溶融して造形層を形成する際に、充填材に含まれる不純物が析出することが抑制され、造形層間の接着力が強くなるためと考えられる。
【００５０】
立体造形用粉末における充填材の割合としては、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、０．１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上２０質量％以下であることがより好ましい。立体造形用粉末における充填材の割合が上記の好ましい数値範囲内であると、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度をより向上できる。
【００５１】
立体造形用粉末における充填材の形態としては、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。立体造形用粉末における充填材の形態としては、熱可塑性樹脂粒子に充填材が含有された状態（充填材含有樹脂粒子が形成され、立体造形用粉末が充填材含有樹脂粒子で形成された状態）、充填材含有樹脂粒子と充填材の粒子が混合された状態、熱可塑性樹脂粒子と充填材の粒子が混合された状態、充填材含有樹脂粒子と熱可塑性樹脂粒子と充填材の粒子が混合された状態などが挙げられる。
これらの中でも、立体造形用粉末における充填材の分散性を高めるため、熱可塑性樹脂粒子に充填材が含有された状態（立体造形用粉末が充填材含有樹脂粒子で形成された状態）であることが好ましい。すなわち、熱可塑性樹脂粒子が、充填材を含有することが好ましい。
【００５２】
＜その他の成分＞
立体造形用粉末におけるその他の成分としては、例えば、その他の充填材、劣化防止剤、流動化剤、難燃剤、可塑剤、結晶核剤等の添加剤や、非結晶性樹脂などが挙げられる。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。また、その他の成分は、各熱可塑性樹脂粒子に混合して使用しても、各熱可塑性樹脂粒子の表面に被覆して使用してもよい。
【００５３】
＜＜その他の充填材＞＞
その他の充填材としては、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、立体造形物の強度向上の点から、無機ファイバーフィラー、ビーズフィラー、国際公開第２００８／０５７８４４号パンフレットに記載のガラスフィラー、ガラスビーズ、カーボンファイバー、アルミボールなどが挙げられる。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。
【００５４】
無機ファイバーフィラーとしては、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、カーボンファイバー、無機ガラスファイバー、金属ファイバーなどが挙げられる。
【００５５】
ビーズフィラーとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、カーボンビーズ、無機ガラスビーズ、金属ビーズなどが挙げられる。
【００５６】
無機ファイバーフィラーの平均繊維径としては、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、１μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。
無機ファイバーフィラーの平均繊維長さとしては、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、３０μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。
無機ファイバーフィラーの平均繊維径及び平均繊維長さが好ましい範囲であると、造形物の強度が向上し、かつファイバーフィラーを含まない造形物の表面粗さと同程度とすることができる点で有利である。
【００５７】
無機ファイバーフィラーの含有量としては、立体造形用粉末全量に対して、５質量％以上６０質量％以下が好ましい。無機ファイバーフィラーの含有量が５質量％以上であると造形物の強度が向上し、６０質量％以下であると造形性が向上する。
【００５８】
ビーズフィラーの円形度としては、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、０．８以上１．０以下が好ましい。
なお、円形度は、面積（ビーズフィラーを撮像したときのビーズフィラーを示す画素数）をＳ、周囲長をＬとしたときに、次式、円形度＝４πＳ／Ｌ２、により求められる。
【００５９】
ビーズフィラーの体積平均粒径としては、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、１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
体積平均粒径は、例えば、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）を用いて測定することができる。
【００６０】
ビーズフィラーの含有量としては、立体造形用粉末全量に対して、５質量％以上６０質量％以下が好ましい。含有量が５質量％以上であると、造形物の強度が向上し、６０質量％以下であると、造形性が向上する。
【００６１】
＜＜劣化防止剤＞＞
分子の熱安定性を維持し、架橋又は分解などの樹脂劣化を抑制するために、立体造形用粉末は、劣化防止剤を含有してもよい。
劣化防止剤としては、例えば、金属キレート材、紫外線吸収剤、重合禁止剤、酸化防止剤などが挙げられる。
【００６２】
金属キレート材としては、例えば、ヒドラジド系、ホスフェート系、ホスファイト系等の化合物などが挙げられる。
紫外線吸収剤としては、例えば、トリアジン系の化合物などが挙げられる。
重合禁止剤としては、例えば、酢酸銅などが挙げられる。
酸化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系、リン系、硫黄系の化合物などが挙げられる。
【００６３】
ヒンダードフェノール系の酸化防止剤としては、例えば、ラジカル捕捉剤等の各種の添加剤などが挙げられる。
【００６４】
リン系の酸化防止剤としては、例えば、亜リン酸、リン酸、亜ホスホン酸、ホスホン酸；ホスファイト化合物、ホスフェート化合物、ホスホナイト化合物、ホスホネイト化合物などのこれらのエステル；第３級ホスフィンなどが挙げられる。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。
【００６５】
２種類以上の劣化防止剤を併用する場合には、より顕著な効果が得られる組み合わせも存在する。例えば、劣化防止剤としてヒンダートフェノール及びリン系の酸化防止剤を組み合わせて用いることで、相補的に安定性を向上させる効果があることから、より長期熱安定性がよくなる効果が得られる。
【００６６】
劣化防止剤の含有量としては、長時間の劣化を防止する点で、立体造形用粉末全量に対して０．０１質量％以上１０質量％以下が好ましく、０．０５質量％以上５質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上５質量％以下が更に好ましい。２種類以上の劣化防止剤を併用する場合の各劣化防止剤の含有量の好ましい範囲は、上記の範囲と同様である。劣化防止剤の含有量が好ましい範囲内であれば、樹脂の熱劣化を防止する効果が十分に得られ、造形に使用した立体造形用粉末をリサイクルしたときの造形物の物性が向上し、立体造形用粉末の熱による変色を防止する効果も得られる。
【００６７】
＜＜流動化剤＞＞
流動化剤としては、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、無機材料からなる球状粒子などが挙げられる。
無機材料からなる球状粒子の体積平均粒径としては、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、１０μｍ未満であることが好ましい。
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、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、立体造形用粉末全量に対して、０．１質量％以上１０質量％以下が好ましい。
【００６８】
球状粒子における無機材料としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化錫、酸化鉄、酸化銅、水和シリカ、シランカップリング剤により表面を変性させたシリカ、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。これらの中でも、シリカ、チタニア、水和シリカ、及びシランカップリング剤により表面を変性させたシリカが流動性の改良の効果の点で好ましく、シランカップリング剤により表面を疎水性に変性させたシリカがコストの点でより好ましい。
【００６９】
＜＜難燃剤＞＞
難燃剤としては、例えば、ハロゲン系、リン系、無機水和金属化合物系、窒素系、シリコーン系等の各種難燃剤などが挙げられる。建築、車両、又は船舶艤装用などの各種の難燃剤を立体造形用粉末に用いてもよい。難燃剤を２種以上併用する場合には、ハロゲン系と無機水和金属化合物系とを組合せることで難燃性能が向上する。
【００７０】
また、立体造形用粉末は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の繊維状物質；若しくはタルク、マイカ、モンモリロナイト等の無機層状珪酸塩などの無機強化剤を含有してもよい。このような実施形態によると、物性強化と難燃性強化とを両立できる。
【００７１】
立体造形用粉末の難燃性は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ６９１１、ＪＩＳ  Ｌ１０９１（ＩＳＯ６９２５）、ＪＩＳ  Ｃ３００５、発熱性試験（コーンカロリメータ）などにより評価することができる。
【００７２】
難燃剤の含有量としては、立体造形用粉末全量に対して、１質量％以上５０質量％以下が好ましく、より難燃性を高める点で、１０質量％以上３０質量％以下がより好ましい。難燃剤の含有量が１質量％以上であると、十分な難燃性が得られる。難燃剤の含有量が５０質量％以下であると、立体造形用粉末の溶融固化特性が変化することが抑制され、造形精度の低下や造形物の物性劣化を防止できる。
【００７３】
＜立体造形用粉末の諸特性＞
立体造形用粉末の比重としては、０．８ｇ／ｍＬ以上であることが好ましい。立体造形用粉末の比重が０．８ｇ／ｍＬ以上であると、造形時に粉末層を成膜するリコート処理において、粒子の２次凝集を抑止することができる。一方、金属代替などの用途では、軽量化のニーズから、立体造形用粉末の比重としては、３．０ｇ／ｍＬ以下であることが好ましい。
立体造形用粉末の比重は、真比重の測定により得られる。真比重は、例えば、気相置換法を用いた乾式自動密度計（アキュピック１３３０、株式会社島津製作所製）を用いて一定温度で気体（Ｈｅガス）の体積と圧力を変化させて、サンプルの体積を求め、及びこのサンプルの質量を計測し、密度を算出することで得られる。
【００７４】
立体造形用粉末の体積平均粒径（Ｍｖ）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２００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましく、７５μｍ以上８０μｍ以下が特に好ましい。また、立体造形用粉末の体積平均粒径（Ｍｖ）を個数平均粒径（Ｍｎ）で除した比（Ｍｖ／Ｍｎ）は、造形精度向上の点で、２．００以下が好ましく、１．５０以下がより好ましく、１．２０以下が更に好ましい。なお、５０％体積粒径及びＭｖ／Ｍｎは、例えば、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）を用いて測定することができる。
【００７５】
立体造形用粉末は、造形に影響を及ぼさない程度に乾燥していることが好ましい。このため、真空乾燥機やシリカゲルにより乾燥させた樹脂粒子を用いて造形してもよい。
【００７６】
＜立体造形用粉末の製造方法＞
立体造形用粉末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、熱可塑性樹脂粒子と充填材を公知の方法で加工することなどにより、立体造形用粉末を得ることができる。
【００７７】
立体造形用粉末の製造方法としては、立体造形用粉末を充填材含有樹脂粒子で形成する場合、熱可塑性樹脂のペレット又はパウダーと、充填材の粒子からなる粉末（充填材粉末）とを、ミキサーやシェイカーなどの混合機を用いて、十分に混合する。その後、得られた混合物を、混練押出装置などを用いて、熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度で溶融混練した後、ペレタイジングすることにより、充填材含有樹脂のペレットを作製する。そして、作製したペレットを粒子化することにより、充填材含有樹脂粒子で形成された立体造形用粉末を得ることができる。
なお、ペレットを粒子化する方法としては、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、常温又は凍結温度環境下で粉砕する方法、樹脂を溶融した後に噴出するアトマイズ法、懸濁法、溶融混練・溶液混合法、繊維あるいはシート化した後粒子状にカッティングする方法などが挙げられる。また、得られた立体造形用粉末を、目的にあった粒度及び粒度分布にする為に分級することも可能である。
【００７８】
立体造形用粉末の製造方法としては、立体造形用粉末を、熱可塑性樹脂粒子と充填材の粒子が混合された形態として形成する場合、熱可塑性樹脂のペレット又はパウダーを上記の方法で粒子化する。その後、得られた熱可塑性樹脂粒子と充填材粉末とを、ミキサーやシェイカーなどの混合機を用いて十分に混合することにより、熱可塑性樹脂粒子と充填材の粒子が混合された形態の立体造形用粉末を得ることができる。
【００７９】
＜用途＞
本発明の立体造形用粉末は、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（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｍａｓｋ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式、ＭＪＦ（Ｍｕｌｔｉ  Ｊｅｔ  Ｆｕｓｉｏｎ）方式、ＢＪ（Ｂｉｎｄｅｒ  Ｊｅｔｔｉｎｇ）法などの立体造形用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。
【００８０】
（粉末）
本発明の粉末は、本発明の立体造形用粉末と同様の特徴を有する。言い換えると、例えば、上述した本発明の立体造形用粉末における、熱可塑性樹脂粒子、充填材、その他の成分、立体造形用粉末の諸特性、立体造形用粉末の製造方法などを、本発明の粉末にも適用することができる。
より具体的には、本発明の粉末は、熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む。さらに、本発明の粉末に含まれる充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比は、０．６３０以上であり、０．６３０以上かつ０．６６０以下（０．６６以下）であることが好ましい。
また、本発明の粉末においては、充填材における主成分が、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、及び酸化カルシウムを含むことが好ましい。さらに、本発明の粉末においては、充填材が、タルクであることが好ましい。
加えて、本発明の粉末においては、充填材の体積平均粒径が、６μｍ以下であることが好ましい。また、本発明の粉末においては、充填材を１，０００℃で２時間加熱した際の強熱減量が、６．８５％以下であることが好ましい。
また、本発明の粉末は、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、衣服等において好適に利用される。このほか、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。
【００８１】
（造形装置）
図１を用いて、立体造形用粉末を用いて造形する造形装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る造形装置を示す概略図である。
【００８２】
図１に示すように、造形装置１は、造形用の立体造形用粉末Ｐを収容する収容手段の一例としての貯蔵槽１１、貯蔵槽１１に収容されている立体造形用粉末Ｐを供給する供給手段としてのローラ１２、ローラ１２によって供給された立体造形用粉末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、貯蔵槽１１、及びレーザー走査スペース１３に収容される立体造形用粉末Ｐをそれぞれ加熱するヒータ１１Ｈ，１３Ｈを有する。
【００８３】
電磁照射源１８としては、特に限定されないが、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、又はこれらの組合せなどが例示される。
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照射位置の立体造形用粉末は、溶融し、焼結して層を形成する。すなわち、電磁照射源１８は、立体造形用粉末Ｐから造形物の各層を形成する層形成手段及び層を硬化する硬化手段として機能する。
【００８４】
また、造形装置１の貯蔵槽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、貯蔵槽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、上方向又は下方向に移動させる。これにより、貯蔵槽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立体造形用粉末Ｐを供給することが可能になる。
【００８５】
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、立体造形用粉末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。本発明の立体造形用粉末は、選択的マスク焼結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、立体造形用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、選択的に立体造形用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、立体造形用粉末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。
【００８６】
（立体造形物の造形方法）
図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂは、立体造形物の造形方法を説明するための概略図である。図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂを用いて、造形装置１を用いた立体造形物の造形方法について説明する。
【００８７】
貯蔵槽１１に収容された立体造形用粉末Ｐは、ヒータ１１Ｈによって加熱される。貯蔵槽５の温度としては、立体造形用粉末Ｐをレーザー照射により溶融するとき反りを抑制する点では、立体造形用粉末Ｐの融点以下のなるべく高い温度が好ましいが、貯蔵槽１１での立体造形用粉末Ｐの溶融を防ぐ点では、立体造形用粉末Ｐの融点より１０℃以上低いことが好ましい。図４Ａ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、貯蔵槽５の立体造形用粉末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へ供給された立体造形用粉末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、立体造形用粉末Ｐをレーザー照射により溶融するときに反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での立体造形用粉末Ｐの溶融を防ぐ点では、立体造形用粉末Ｐの融点より５℃以上低温であることが好ましい。
【００８８】
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２Ｂ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立体造形用粉末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（層形成工程の一例）。
【００８９】
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。
【００９０】
図３Ａ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、新たな立体造形用粉末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５Ａ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、貯蔵槽５の立体造形用粉末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。
【００９１】
図３Ｂ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立体造形用粉末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。
【００９２】
造形装置１は、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。
【００９３】
＜立体造形物＞
立体造形用粉末によって形成される立体造形物としては、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、電子機器パーツや自動車部品のプロトタイプ、強度試験用の試作品、エアロスペース、又は自動車産業のドレスアップツールなどに使われる少量製品などが挙げられる。ＰＢＦ方式については、ＦＦＦ（Ｆｕｓｅｄ  Ｆｉｌａｍｅｎｔ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）方式やインクジェット方式などの他の方式と比較し、強度が優れることが期待されるため、実用の製品としても使用に耐える。
生産スピードについては、例えば、小さい部品を平面状に大量に作ることにより必要な生産量を得ることができる。また、本発明に用いられるＰＢＦ方式における立体造形物の造形方法は、射出成形のような金型を必要としないため、試作及びプロトタイプの作製においては、圧倒的なコスト削減と納期削減を達成することができる。
【実施例】
【００９４】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００９５】
（実施例１）
熱可塑性樹脂としてのブロックポリプロピレン（ブロックＰＰ）樹脂（商品名：住友ノーブレンＡＷ５６４、住友化学株式会社製）９０質量部と、充填材としてのタルク１（商品名：タルカンパウダーＰＫ−Ｓ、林化成株式会社製）１０質量部とを、混練押出マイクロペレット作製装置（装置名：１ＡＥＣ、株式会社井元製作所製）を用いて、ブロックポリプロピレンの融点より３０℃高い温度において溶融して混練した後、ペレタイジングすることにより、タルク含有樹脂ペレット１を作製した。
タルク１の物性値（カタログ値）を、表１に示す。ここで、表１における「主成分に対するＳｉＯ２の比」は、タルクにおける主成分全体の質量に対する、二酸化ケイ素の質量の比を意味する。
実施例１では、表１に示すように、タルク１として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６４９であり、体積平均粒径が１１．７μｍであり、強熱減量が６．８３％であるタルクを用いた。なお、タルク１及び後述するタルク２〜８における主成分は、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、及び酸化カルシウムである。
【００９６】
続いて、タルク含有樹脂ペレット１を、低温粉砕システム（装置名：リンレックスミルＬＸ１、ホソカワミクロン株式会社製）を用いて、５μｍ以上２００μｍ以下の幅になるように−２００℃で凍結粉砕した。その後、目開きが６５μｍであるフィルターを用いて粗粉を、目開きが３６μｍであるフィルターを用いて微粉を除去することにより分級し、立体造形用粉末１を得た。
【００９７】
＜体積平均粒径＞
得られた立体造形用粉末１について、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）を用い体積平均粒径Ｄｖ（μｍ）を測定した。その際、立体造形用粉末の粒子ごとの粒子屈折率を使用し、溶媒は使用せずに乾式（大気）法にて測定した。測定結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末１の体積平均粒径は、８０μｍであった。
【００９８】
［立体造形物の評価］
立体造形用粉末１を用いて立体造形物を造形することにより、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度を評価した。
具体的には、ＳＬＳ方式造形装置（株式会社リコー製、ＡＭ  Ｓ５５００Ｐ）の貯蔵槽に立体造形用粉末１を配置し、立体造形物の製造を行った。ＳＬＳ方式造形装置の設定条件としては、層平均厚みを０．１ｍｍ、レーザー出力を１０ワット以上１５０ワット以下、レーザーの走査間隔（ピッチ）を０．１ｍｍ、部品床温度を融点より−３℃の温度、造形時間を５０時間に設定した。ＳＬＳ方式造形装置にて、レーザー走査スペースの中心部に、Ｚ軸垂直方向（ローラが進行する垂直方向）に長辺が向いた５個の試験標本（Ｚ造形物）を造形した。なお、各々の造形物の間隔は５ｍｍ以上である。また、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。
【００９９】
＜造形精度＞
造形した５個の試験標本の１０ｍｍ巾の中心部分の巾方向長をデジタルノギスにより５点測定し、巾長さの平均値（巾平均値）を算出し、狙いの巾長さとのズレを造形精度として下記式で計算した。
造形精度（ｍｍ）＝巾平均値（ｍｍ）−１０（ｍｍ）
【０１００】
続いて、算出した造形精度を下記の評価基準に基づいて評価した。結果を表１に示す。
＜＜評価基準＞＞
◎：造形精度が、０．１ｍｍ以下であるもの
○：造形精度が、０．１ｍｍより大きく、０．２ｍｍ以下であるもの
△：造形精度が、０．２ｍｍより大きいもの
【０１０１】
＜積層方向における強度＞
得られた５本の試験標本をＩＳＯ  ５２７に準じた引張試験機（装置名：ＡＧＳ−５ｋＮ、株式会社島津製作所製）を使用して、積層方向の曲げ強度を測定し、平均値を強度［ＭＰａ］とした。なお、引張試験速度は、1０ｍｍ／分とした。結果を表１に示す。
次に、測定した強度ついて、下記の評価基準に基づいて評価した。結果を表１に示す。
＜＜評価基準＞＞
◎：測定した強度が、３５ＭＰａ以上であるもの
○：測定した強度が、２７ＭＰａ以上３５ＭＰａ未満であるもの
×：測定した強度が、２７ＭＰａ未満であるもの
【０１０２】
（実施例２）
実施例２においては、充填材としてタルク２（商品名：タルカンパウダーＰＫ−Ｃ、林化成株式会社製）１０質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして立体造形用粉末２を作製した。タルク２の物性値については、表１に示す。
実施例２では、表１に示すように、タルク２として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６５１であり、体積平均粒径が１２．１μｍであり、強熱減量が５．７％であるタルクを用いた。
また、立体造形用粉末２についても、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末２の体積平均粒径は、８３μｍであった。
【０１０３】
（実施例３）
実施例３においては、充填材としてタルク３（商品名：ＧＨＬ１０、林化成株式会社製）１０質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして立体造形用粉末３を作製した。タルク３の物性値については、表１に示す。
実施例３では、表１に示すように、タルク３として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６４３であり、体積平均粒径が８μｍであり、強熱減量が５．３％であるタルクを用いた。
また、立体造形用粉末３についても、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末３の体積平均粒径は、７６μｍであった。
【０１０４】
（実施例４）
実施例４においては、充填材としてタルク４（商品名：ＧＨＬ７、林化成株式会社製）１０質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして立体造形用粉末４を作製した。タルク４の物性値については、表１に示す。
実施例４では、表１に示すように、タルク４として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６４３であり、体積平均粒径が５．８μｍであり、強熱減量が５．３％であるタルクを用いた。
また、立体造形用粉末４についても、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末４の体積平均粒径は、８５μｍであった。
【０１０５】
（実施例５）
実施例５においては、充填材としてタルク５（商品名：ＧＨ７、林化成株式会社製）１０質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして立体造形用粉末５を作製した。タルク５の物性値については、表１に示す。
実施例５では、表１に示すように、タルク５として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６４２であり、体積平均粒径が５．８μｍであり、強熱減量が５．２５％であるタルクを用いた。
また、立体造形用粉末５についても、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末５の体積平均粒径は、８０μｍであった。
【０１０６】
（比較例１）
比較例１においては、充填材としてタルク６（商品名：ＫＨＰ−１２５、林化成株式会社製）１０質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして立体造形用粉末６を作製した。タルク６の物性値については、表１に示す。
比較例１では、表１に示すように、タルク６として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６２９であり、体積平均粒径が７．５μｍであり、強熱減量が６．８７％であるタルクを用いた。
また、立体造形用粉末６についても、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末６の体積平均粒径は、８０μｍであった。
【０１０７】
（比較例２）
比較例２においては、充填材としてタルク７（商品名：ＫＨＰ−４００、林化成株式会社製）１０質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして立体造形用粉末７を作製した。タルク７の物性値については、表１に示す。
比較例２では、表１に示すように、タルク７として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６２９であり、体積平均粒径が１４．２μｍであり、強熱減量が６．８７％であるタルクを用いた。
また、立体造形用粉末７についても、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末７の体積平均粒径は、８０μｍであった。
【０１０８】
（比較例３）
比較例３においては、充填材としてタルク８（商品名：ミクロンホワイト＃５０００Ｒ、林化成株式会社製）１０質量部を用いた以外は、実施例１と同様にして立体造形用粉末８を作製した。タルク８の物性値については、表１に示す。
比較例３では、表１に示すように、タルク８として、主成分に対するＳｉＯ２の比が０．６２４であり、体積平均粒径が４．６μｍであり、強熱減量が７．０１％であるタルクを用いた。
また、立体造形用粉末８についても、実施例１と同様にして評価を行った。結果を表１に示す。表１に示すように、立体造形用粉末８の体積平均粒径は、８０μｍであった。
【０１０９】
【表１】
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【０１１０】
表１の結果から、充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上となっている実施例１〜５においては、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度がともに優れていることが分かった。また、体積平均粒径が６μｍ以下であるタルクを充填材として用いた場合には、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度が特に優れていることが分かった。
【０１１１】
上述したように、本発明の立体造形用粉末は、熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む立体造形用粉末であって、充填材における、主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上である。そのため、本発明の立体造形用粉末は、立体造形物の積層方向における強度、及び造形精度を向上できる。
【０１１２】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む立体造形用粉末であって、
前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上であることを特徴とする立体造形用粉末である。
＜２＞  前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６６０以下である前記＜１＞に記載の立体造形用粉末である。
＜３＞  前記充填材における前記主成分が、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、及び酸化カルシウムを含む前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜４＞  前記充填材が、タルクである前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜５＞  前記充填材の体積平均粒径が、６μｍ以下である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜６＞  前記充填材を１，０００℃で２時間加熱した際の強熱減量が、６．８５％以下である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜７＞  前記熱可塑性樹脂粒子が、前記充填材を含有する前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜８＞  立体造形用粉末が硬化した硬化層を積層して、立体造形物を造形する造形装置であって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形用粉末が貯蔵されている貯蔵槽と、
前記貯蔵槽に貯蔵された前記立体造形用粉末を層形成領域に供給する供給手段と、
前記層形成領域に供給された前記立体造形用粉末を含む層を形成する層形成手段と、
前記層を硬化する硬化手段と、
を有することを特徴とする造形装置である。
＜９＞  立体造形用粉末が硬化した硬化層を積層して、立体造形物を造形する造形方法であって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成工程と、
前記層を硬化する硬化工程と、を繰り返すことを特徴とする造形方法である。
＜１０＞  熱可塑性樹脂粒子と、二酸化ケイ素を主成分に含む充填材とを少なくとも含む粉末であって、
前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６３０以上であることを特徴とする粉末である。
＜１１＞  前記充填材における、前記主成分全体の質量に対する二酸化ケイ素の質量の比が、０．６６０以下である前記＜１０＞に記載の粉末である。
＜１２＞  前記充填材における前記主成分が、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化鉄、及び酸化カルシウムを含む前記＜１０＞から＜１１＞のいずれかに記載の粉末である。
＜１３＞  前記充填材が、タルクである前記＜１０＞から＜１２＞のいずれかに記載の粉末である。
＜１４＞  前記充填材の体積平均粒径が、６μｍ以下である前記＜１０＞から＜１３＞のいずれかに記載の粉末である。
＜１５＞  前記充填材を１，０００℃で２時間加熱した際の強熱減量が、６．８５％以下である前記＜１０＞から＜１４＞のいずれかに記載の粉末である。
＜１６＞  前記熱可塑性樹脂粒子が、前記充填材を含有する前記＜１０＞から＜１５＞のいずれかに記載の粉末である。
【０１１３】
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形用粉末、前記＜８＞に記載の造形装置、前記＜９＞に記載の造形方法、及び前記＜１０＞から＜１６＞のいずれかに記載の粉末によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１４】
【特許文献１】特開２００２−１６１２００号公報
【符号の説明】
【０１１５】
１  造形装置
１１  貯蔵槽
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
【図１】
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【図２Ａ】
2020093515.tif 000004
【図２Ｂ】
2020093515.tif 000005
【図３Ａ】
2020093515.tif 000006
【図３Ｂ】
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