(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル製造システムと共に使用するための支持材の原料において、
−・  それぞれがカルボキシル基を含む複数のカルボキシルモノマー単位と；
・  それぞれがフェニル基を含む複数のフェニルモノマー単位と；
・  それぞれがカルボン酸エステル基を含む複数の第１エステルモノマー単位と；
を含む第１のコポリマーと、
−  それぞれがエポキシ末端基を有する複数のエポキシモノマー単位を含む第２のコポリマーと、
を含み、
当該支持材の原料は、水溶液中で可溶であり、前記デジタル製造システムが受け取るように構成されたフィラメント構造を有している、支持材の原料。
【請求項２】
前記第１のコポリマーの前記複数のカルボキシモノマー単位の少なくとも一部は、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１つ以上の酸性化合物に由来するものであり、
前記第１のコポリマーの前記複数のフェニルモノマー単位の少なくとも一部は、スチレンに由来するものであり、
前記第１のコポリマーの前記第１エステルモノマー単位の少なくとも一部は、１つ以上のアクリル酸アルキルモノマーに由来するものである、
請求項１に記載の支持材の原料。
【請求項３】
前記複数のエポキシモノマー単位前記エポキシ末端基の少なくとも一部は、エポキシを末端基とするカルボン酸エステル基を含む、
請求項１または２に記載の支持材の原料。
【請求項４】
前記第２のコポリマーの前記複数のエポキシモノマー単位の少なくとも一部は、メタクリル酸グリシジルに由来するものである、
請求項３に記載の支持材の原料。
【請求項５】
前記カルボキシル基の少なくとも一部は、分岐配置されたカルボキシル基であり、前記フェニル基の少なくとも一部は、分岐配置されたフェニル基であり、前記カルボン酸エステル基の少なくとも一部は、分岐配置されたカルボン酸エステル基である、
請求項１から４の何れか１項に記載の支持材の原料。
【請求項６】
前記第１のコポリマーは、当該支持材の原料の全重量に基づいて８０重量％〜９０重量％の範囲内にあり、前記第２のコポリマーは、当該支持材の原料の全重量に基づいて１０重量％〜２０重量％の範囲内にある、
請求項１から５の何れか１項に記載の支持材の原料。
【請求項７】
前記第２のコポリマーがさらに、それぞれがカルボン酸エステル基を有する複数のエステルモノマーを含む、請求項１から６の何れか１項に記載の支持材の原料。
【請求項８】
当該支持材の原料が溶解している前記水溶液は、アルカリ性水溶液を含む、請求項１から７の何れか１項に記載の支持材の原料。
【請求項９】
デジタル製造システムを用いて三次元モデルを構築するための方法において、
−  支持体構造を形成するためにデジタル製造システムのプラットフォーム上で層ベースの添加技術を用いて支持材を堆積させるステップであって、
支持材が第１のコポリマーと第２コポリマーとを含み、
前記第１のコポリマーが、それぞれがカルボキシル基を含む複数のカルボキシルモノマー単位と、それぞれがフェニル基を含む複数のフェニルモノマー単位と、それぞれがカルボン酸エステル基を含む複数の第１エステルモノマー単位とを含み、
前記第２のコポリマーが、それぞれがエポキシ末端基を有する複数のエポキシモノマー単位を含んでいる、ステップと；
−  前記３次元モデルを形成するために前記デジタル製造システムの前記プラットフォーム上で前記層ベースの添加技術を用いてモデリング材料を堆積させるステップであって、前記三次元モデルが、前記支持体構造により支持された少なくとも１つの突出領域を含んでいるステップと；
−  水溶液を用いて前記三次元モデルから前記支持体構造を実質的に除去するステップと；
を含む方法。
【請求項１０】
前記水溶液を用いて前記三次元モデルから前記支持体構造を実質的に除去するステップが、前記支持体構造と前記三次元モデルとを前記水溶液の浴槽中に浸漬させるステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記水溶液がアルカリ性水溶液を含む、請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プラットフォームは、前記デジタル製造システムの構築チャンバ内に保持されており、
約８５℃〜約１１０℃の温度に前記構築チャンバを維持するステップをさらに含む、請求項９から１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のコポリマーがさらに、それぞれがカルボン酸エステル基を含む複数のカルボン酸エステルモノマー単位を含む、請求項９から１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のエポキシモノマー単位のエポキシ末端基の少なくとも一部が、エポキシを末端基とするカルボン酸エステル基を含む、請求項９から１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のコポリマーの前記複数のカルボキシルモノマー単位の少なくとも一部は、
アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される１つ以上の酸性化合物に由来するものであり、
前記第１のコポリマーの前記複数のフェニルモノマー単位の少なくとも一部は、スチレンに由来するものであり、
前記第１のコポリマーの前記第１エステルモノマー単位の少なくとも一部は、１つ以上のアクリル酸アルキルモノマーに由来するものである、請求項９から１４の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔背景〕
本発明は、三次元（３Ｄ）モデルを構築するためのデジタル製造システムに関する。具体的には、本発明は、押出しによるデジタル製造システムなどのデジタル製造システムと共に使用するための支持材に関する。
【０００２】
流動性モデリング材料を押出すことにより積層式に３Ｄモデルのデジタル表現から３Ｄモデルを構築するためには、押出しによるデジタル製造システム（例えば、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ．により開発された溶融堆積モデリング）が使用される。モデリング材料は、押出しヘッドにより担持される押出しチップを通して押出され、ｘ−ｙ平面内で基板上に一連の道筋（road）として堆積される。押出されたモデリング材料は、予め堆積されたモデリング材料に溶融し、温度降下時点で凝固する。次に基板との関係における押出しヘッドの位置は（ｘ−ｙ平面に対して垂直な）ｚ軸に沿って増分され、その後このプロセスが反復されて、デジタル表現に近似した３Ｄモデルが形成さる。
【０００３】
基板との関係における押出しヘッドの運動は、３Ｄモデルを表わす構築データにしたがってコンピュータ制御下で実施される。構築データは、最初に３Ｄモデルのデジタル表示を複数の水平方向にスライスされた層へとスライスすることによって得られる。その後、スライスされた各層について、ホストコンピュータは、モデリング材料の道筋を堆積させるための構築経路を生成して、３Ｄモデルを形成する。
【０００４】
モデリング材料の層を堆積させることにより３Ｄモデルを製造するにあたっては、典型的には、モデリング材料自体によって支持されていない構築中のオブジェクトの突出部分または空洞内の下に、支持層または支持構造が構築される。モデリング材料を堆積させる技術と同じ堆積技術を用いて、支持体構造が構築されてよい。ホストコンピュータは、形成されつつある３Ｄモデルの突出セグメントまたは空き領域セグメントのための支持体構造として作用する付加的な幾何形状を生成する。支持材がこのとき、構築プロセス中に生成された幾何形状にしたがって第２のノズルから堆積させられる。支持材は製造中モデリング材料に接着し、構築プロセスが完了した時点で完成した３Ｄモデルから除去可能である。
〔概要〕
開示の一態様は、デジタル製造システムと共に使用するための支持材の原料に向けられている。支持材の原料は、カルボキシ基を含む第１のモノマー単位とフェニル基を含む第２のモノマー単位とを有するコポリマーを含む。この支持材の原料は同様に、ポリマー衝撃改質剤（a polymeric impact modifier）をも含んでいる。
【０００５】
開示の別の態様は、デジタル製造システムと共に使用するための支持材の原料において、第１のコポリマーと第２のコポリマーを含む支持材の原料に向けられている。第１のコポリマーは、カルボキシル基を含む複数の第１のモノマー単位と；フェニル基を含む複数の第２のモノマー単位と；カルボン酸エステル基を含む複数の第３のモノマー単位と、を含む。第２のコポリマーは、エポキシを末端基とする複数のカルボン酸エステル基を含む。
【０００６】
開示のさらなる態様は、デジタル製造システムを用いて三次元モデルを構築するための方法に向けられている。この方法は、支持体構造を形成するためにデジタル製造システムの構築チャンバ内部で層ベースの添加技術を用いて支持材を堆積させるステップを含み、ここで支持材は、第１のコポリマーとポリマー衝撃改質剤とを含み、第１のコポリマーは、カルボキシル基を含む複数の第１のモノマー単位と、フェニル基を含む複数の第２のモノマー単位とを含んでいる。この方法は同様に、３次元モデルを形成するためにデジタル製造システムの構築チャンバ内部で層ベースの添加技術を用いてモデリング材料を堆積させるステップを含み、三次元モデルは、支持体構造により支持された少なくとも１つの突出領域を含んでいる。この方法はさらに、水溶液を用いて三次元モデルから支持体構造を実質的に除去するステップを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】３Ｄモデルおよび支持体構造を構築するためのデジタル製造システムの正面概略図である。
【図２】支持体構造を構築するべく支持材を押出すための押出しヘッドの構築ラインの拡大部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示されている通り、システム１０は、支持体構造を使用して３Ｄモデルを構築するためのデジタル製造システムであり、構築チャンバ１２、プラテン１４、ガントリー１６、押出しヘッド１８および供給源２０および２２を含む。システム１０として適切なシステムの例には、押出しによるデジタル製造システム、例えば、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．によって開発された溶融堆積モデリングシステムが含まれる。構築チャンバ１２は、プラテン１４、ガントリー１６および３Ｄモデル（３Ｄモデル２４と呼称）および対応する支持体構造（支持体構造２６と呼称）を構築するための押出しヘッド１８を収納する閉鎖環境である。後述するように、支持体構造２６は、例えばアルカリ性水溶液などの水溶液中で可溶である支持材を用いて形成される。支持体構造２６が水溶液中で可溶である支持材を用いて形成されることで、構築作業が完了した後、３Ｄモデル２４から支持体構造２６を容易に除去することができる。
【０００９】
プラテン１４は、３Ｄモデル２４および支持体構造２６が上に構築されるプラットフォームであり、コンピュータ操作式コントローラ２８から提供される信号に基づいて垂直ｚ軸に沿って移動するのが望ましい。ガントリー１６は、望ましくはコントローラ２８から供給された信号に基づき構築チャンバ１２の内部で水平ｘ−ｙ平面内で押出しヘッド１８を移動させるように構成されているガイドレールシステムである。水平ｘ−ｙ平面は、ｘ軸とｙ軸（図１中には示さず）によって画定される平面であり、ここでｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は互いに直交している。別の実施形態において、プラテン１４は、構築チャンバ１２内部で水平ｘ−ｙ平面内を移動するように構成されていてもよく、押出しヘッド１８は、ｚ軸に沿って移動するように構成されていてもよい。プラテン１４と押出しヘッド１８のうちの一方または両方が相対的に移動可能となるようにその他の類似の配置を使用してもよい。
【００１０】
コントローラ２８から供給される信号に基づいて積層式にプラテン１４上で３Ｄモデル２４および支持体構造２６を構築するために、押出しヘッド１８がガントリー１６上に支持されている。図１に示された実施形態において、押出しヘッド１８は、それぞれ供給源２０および供給源２２からのモデリング材料および支持材を堆積させるように構成されたデュアルチップ押出しヘッドである。押出しヘッド１８にとって適切な押出しヘッドの例としては、ＬａＢｏｓｓｉｅｒｅらの米国特許出願公開第２００７／０００３６５６号および米国特許出願公開第２００７／００２２８５９０号；およびＬｅａｖｉｔｔの米国特許出願公開第２００９／００３５４０５号の中で開示されているものが含まれる。あるいは、システム１０は、１つ以上の２段ポンプアセンブリ、例えばＢａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許第５，７６４，５２１号；およびＳｋｕｂｉｃらの米国特許出願公開第２００８／０２１３４１９号の中で開示されているものを含んでいてよい。さらに、システム１０は、モデリング材料および／または支持材を堆積させるための複数の押出しヘッド１８を含んでいてよい。
【００１１】
モデリング材料は、供給源２０から補給ライン３０を介して押出しヘッド１８に供給され、こうして押出しヘッド１８がモデリング材料を堆積させて３Ｄモデル２４を構築することができるようになっている。相応して、可溶性支持材が供給源２２から補給ライン３２を介して押出しヘッド１８に供給されることで、押出しヘッド１８が支持材を堆積させて支持構造２６を構築できる。構築作業中、ガントリー１６は、構築チャンバ１２の内部において水平ｘ−ｙ平面内で押出しヘッド１８をあちこちに移動させ、供給源２０および２２から押出しヘッド１８を通してモデリング材料および支持材を間欠的に補給するように、１つ以上の補給機構（図示せず）が方向づけされる。受取られたモデリング材料および支持材は次にプラテン１４上に堆積させられて、層ベースの添加技術を用いて３Ｄモデル２４および支持体構造２６を構築する。３Ｄモデル２４の層の突出領域のためにｚ軸に沿って垂直支持体を提供するように支持体構造２２を堆積させるのが望ましい。ｚ軸に沿って垂直支持体を提供するように支持体構造を堆積させることで、３Ｄオブジェクト２４をさまざまな幾何形状で構築できることになる。構築作業が完了した後、結果として得た３Ｄモデル２４／支持体構造２６を構築チャンバ１２から取出し、水溶液（例えばアルカリ性水溶液）の入った浴槽内に置いて、支持体構造２６を３Ｄモデル２４から除去してもよい。
【００１２】
モデリング材料および支持材は、システム１０に対してさまざまに異なる媒体中で提供されてよい。例えばモデリング材料および支持材を、Ｓｗａｎｓｏｎらの米国特許第６，９２３，６３４号およびＣｏｍｂらの米国特許公開第２００５／０１２９９４１号中で開示されている通りに、供給源２０および２２からそれぞれ補給される連続フィラメントストランドとして提供してよい。モデリング材料および支持材のフィラメントストランドの適切な平均直径の例は、約１．２７ミリメートル（約０．０５０インチ）から約２．５４ミリメートル（約０．１００インチ）の範囲内であり、特に適切な平均直径は、約１．６５ミリメートル（約０．０６５インチ）から約１．９１ミリメートル（約０．０７５インチ）の範囲内にある。あるいは、モデリング材料および支持材は、その他のタイプの保管構成要素および送出構成要素（例えば供給ホッパーおよび容器）からその他の形の媒体（例えばペレットおよび樹脂）として提供されてもよい。
【００１３】
供給源２２からの支持材は、水溶液中例えばアルカリ性水溶液中で可溶であることが望ましい。支持材は組成的には、カルボキシルモノマー単位およびフェニルモノマー単位を有する一次コポリマーを含む。この一次コポリマーは、複数のカルボキシルモノマー単位および複数のフェニルモノマー単位を含み、ここでモノマー単位は、コポリマー鎖に沿って線状および／または分岐配置で配置されていることがより望ましい。さらにモノマー単位は、一次コポリマー鎖に沿って周期的および／またはランダムに配置されることが望ましい。本明細書で使用する「コポリマー」という用語は、２つ以上のモノマー種を有するポリマーを意味し、タ−ポリマー（すなわち３つのモノマー種を有するコポリマー）を含む。
【００１４】
１つ以上のカルボキシモノマー単位は、各々１つのカルボキシル基を含み、共通の１つのモノマーから形成されてもよいし、あるいは、さまざまに異なるモノマーから形成されてもよい。カルボキシル基は、一次コポリマーに水溶性を与える上で一助となり、特にアルカリ性水溶液と共に使用するのに適している。一次コポリマーのための適切なカルボキシルモノマー単位としては、以下の分子式をもつものがある：
【００１５】
【化１】
0005611964.tif 000002
【００１６】
なお上記式中、「Ｒ1」は水素（Ｈ）またはアルキル基であってよく、「Ｒ2」は酸素（Ｏ）または炭化水素鎖であってよい。「Ｒ1」のための適切なアルキル基は、式ＣnＨ2n+1を有していてよく、該式中、「ｎ」は１〜３の範囲内であってよい。「Ｒ2」のための適切な炭化水素鎖は、式ＣmＨmを有していてよく、ここで「ｍ」は１〜５の範囲内であってよい。中和されたカルボキシル基由来のイオン性塩を得るために、カルボキシル基の１つ以上を塩基性化合物（例えば水酸化ナトリウム）で中和してもよい。一次コポリマーのための適切なカルボキシルモノマー単位の例としては、アクリル酸（例えばメタクリル酸）の重合モノマーがある。
【００１７】
一次コポリマー内のカルボキシルモノマー単位の適切な濃度は、一次コポリマーが水溶液中での溶解度のために少なくとも部分的に中和できるようにするものであることが望ましい。一次コポリマー中のカルボキシルモノマー単位の適切な濃度例は、一次コポリマーの全重量に基づいて約１０重量％〜約５０重量％の範囲内であり、特に適切な濃度は約３０重量％〜約４５重量％の範囲内である。さらに、一次コポリマー中のカルボキシル基（ＣＯＯＨ）の適切な濃度例は、一次コポリマーの全重量に基づいて、約５重量％〜約３０重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約１０重量％〜約２０重量％の範囲内である。
【００１８】
１つ以上のフェニルモノマー単位は各々１つのフェニル基を含み、同様に共通の１つのモノマーから形成されてもよいし、あるいは、さまざまに異なるモノマーから形成されてもよい。一次コポリマーのための適切なフェニルモノマー単位としては、以下の分子式をもつものがある：
【００１９】
【化２】
0005611964.tif 000003
【００２０】
なお上記式中、「Ｒ3」は水素（Ｈ）またはアルキル基であってよく、「Ｒ4」は炭化水素鎖であってよい。「Ｒ3」のための適切なアルキル基は、「Ｒ1」について上述したものを含み、「Ｒ4」のための適切な炭化水素鎖は、「Ｒ2」について上述したものを含む。一次コポリマーのための適切なフェニルモノマー単位は、スチレンなどの芳香族化合物の重合モノマーを含む。一次コポリマー中のフェニルモノマー単位の適切な濃度例は、一次コポリマーの全重量に基づいて、約３０重量％〜約６０重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約３５重量％〜約５０重量％の範囲内である。
【００２１】
一実施形態において、一次コポリマーは同様に１つ以上のエステルモノマー単位を含んでいてよい。エステルモノマー単位は各々カルボン酸エステル基を含み、同様に共通の１モノマーから形成されてもよいし、あるいは、さまざまに異なるモノマーから形成されてもよい。カルボン酸エステル基は、システム１０を用いて支持材を堆積させるために適したものである熱特性および強度特性を提供することが望ましい。一次コポリマーのための適切なエステルモノマー単位としては、以下の分子式をもつものがある：
【００２２】
【化３】
0005611964.tif 000004
【００２３】
なお上記式中、「Ｒ5」は水素（Ｈ）またはアルキル基であってよく、「Ｒ6」はアルキル基であってよく、「Ｒ7」は酸素（Ｏ）または炭化水素鎖であってよい。「Ｒ5」および「Ｒ6」の各々のための適切なアルキル基には、「Ｒ1」について上述したものが含まれ、「Ｒ7」のための適切な炭化水素鎖には、「Ｒ2」について上述したものが含まれる。一次コポリマーのための適切なエステルモノマー単位の例としては、アクリル酸アルキルモノマーの重合モノマーが含まれる。一次コポリマー中のエステルモノマー単位の適切な濃度例は、一次コポリマーの全重量に基づいて、約５重量％〜約４０重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約１５重量％〜約２５重量％の範囲内である。
【００２４】
一次コポリマーは同様に、コポリマーの主鎖に沿っておよび／またはコポリマー主鎖から分岐した場所において追加のモノマー単位を含んでいてもよい。適切な追加のモノマー単位には、式ＣpＨpを有する炭化水素鎖セグメントが含まれ、ここで式中「ｐ」は１〜１０の範囲内にあってよい。一次コポリマーが１つ以上の追加のモノマー単位を含む実施形態において、一次コポリマー中の追加のモノマー単位の適切な組合せ濃度の例は、一次コポリマーの全重量に基づいて、約１重量％〜約３０重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約５重量％〜約１５重量％の範囲内である。
【００２５】
一次コポリマーのモノマー単位は、一次コポリマーを押出して取扱うのに適切な分子量が得られるように重合されるのが望ましい。適切な重量平均分子量（Ｍｗ）の例は、約５０，０００グラム／モルから約１５０，０００グラム／モルの範囲内にあり、特に適した重量平均分子量（Ｍｗ）は約７５，０００グラム／モルから約１１０，０００グラム／モルの範囲内である。重量平均分子量（Ｍｗ）と数平均分子量（ＭN）との適切な比率（すなわちＭｗ／ＭN）の例は、約１．５から約３．０の範囲内にあり、特に適切なＭｗ／ＭN比は約２．０から約２．５の範囲内である。
【００２６】
支持材内で使用するための適切な一次コポリマーの例としては、ドイツルのルードルシュタット（Ｒｕｄｏｌｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）にあるＩｎｎｏｃｙｃｌｉｎｇ  ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．ＫＧから「ＢＥＬＬＡＮＤ」８８１４０コポリマーという商品名で市販されているスチレン、メタクリル酸およびアクリル酸ブチルのコポリマーが含まれる。支持材中の１つ以上の一次ポリマーの適切な濃度の例は、支持材の全重量に基づいて、約２５重量％〜約９８重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は、約５０重量％〜約９５重量％の範囲内であり、さらに一層適切な濃度は約８０重量％〜約９０重量％の範囲内にある。
【００２７】
支持材は同様に、支持材の靭性を増大させるために１つ以上の衝撃改質剤を含むことで、支持材の原料および結果として得られる支持体構造の強度を増大させることが望ましい。一次コポリマーと共に使用するための適切な衝撃改質剤には、水溶液（例えばアルカリ性水溶液）中で少なくとも部分的に可溶であることが望ましいさまざまな異なるポリマー材料が含まれる。適切な衝撃改質剤の例としては、例えばエポキシ官能性ポリオレフィン類（例えばポリエチレン類およびポリプロピレン類）などの反応性ポリマーが含まれる。適切なエポキシ官能性ポリエチレン類には、エポキシを末端基とするカルボン酸エステル基を含むエポキシモノマー単位とエチレンモノマー単位とのコポリマーが含まれる。衝撃改質剤コポリマーのための適切なエポキシモノマー単位としては、以下の分子式をもつものがある：
【００２８】
【化４】
0005611964.tif 000005
【００２９】
なお上記式中、「Ｒ8」は水素（Ｈ）またはアルキル基であってよく、「Ｒ9」および「Ｒ10」は各々炭化水素鎖であってよい。「Ｒ8」のための適切なアルキル基には、「Ｒ1」について上述したものが含まれ、「Ｒ9」および「Ｒ10」の各々のための適切な炭化水素鎖には、「Ｒ2」について上述したものが含まれる。コポリマーのための適切なエポキシモノマー単位の例としては、メタクリル酸グリシジルの重合モノマーが含まれる。衝撃改質剤コポリマー中のエポキシモノマー単位の適切な濃度例は、衝撃改質剤コポリマーの全重量に基づいて、約１重量％〜約２０重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約３重量％〜約１０重量％の範囲内である。
【００３０】
衝撃改質剤コポリマーは同様に、カルボン酸エステル基を含むエステルモノマー単位などの１つ以上の追加のモノマー単位を含んでいてもよい。衝撃改質剤コポリマーのための適切なエステルモノマー単位には、一次コポリマーのエステルモノマー単位について上述したものが含まれる。衝撃改質剤コポリマーがエステルモノマー単位を含む実施形態において、衝撃改質剤コポリマー中のエステルモノマー単位の適切な濃度例は、衝撃改質剤コポリマーの全重量に基づいて、約１０重量％〜約４０重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約２０重量％〜約３０重量％の範囲内である。
【００３１】
支持材中で使用するための適切な衝撃改質剤コポリマーの例としては、ペンシルバニア州のフィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）にあるＡｒｋｅｍａ  ｉｎｃ．から商品名「ＬＯＴＡＤＥＲ」ＡＸ８８４０コポリマーとして市販されているエチレンとメタクリル酸グリシジルとのコポリマーが含まれる。支持材中で使用するための適切な衝撃改質剤コポリマーの追加例としては、ペンシルバニア州のフィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）にあるＡｒｋｅｍａ  ｉｎｃ．から「ＬＯＴＡＤＥＲ」ＡＸ８９００コポリマーおよび「ＬＯＴＡＤＥＲ」ＡＸ８９３０コポリマーという商品名で市販され、また、デラウエア州のウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）にあるＥ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから「ＥＬＶＡＬＯＹ」ＰＴＷコポリマーという商品名で市販されているエチレン、メタクリル酸グリシジルおよびアクリル酸ブチルのコポリマーが含まれる。これらの衝撃改質剤コポリマーは、支持材に可撓性を付与するための可塑化剤として機能してもよい。
【００３２】
衝撃改質剤コポリマーの平均分子量は、特定のモノマー単位配列に応じて変動し、モノマー単位は、衝撃改質剤コポリマー鎖に沿って周期的および／またはランダム配列で配置されてよい。支持材中の１つ以上の衝撃改質剤の適切な濃度例は、支持材の全重量に基づいて、約１重量％〜約２５重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約１０重量％〜約２０重量％の範囲内である。
【００３３】
支持材は同様に、追加の可塑化剤、レオロジー改質剤、不活性充填剤、着色料、安定剤およびそれらの組合せなどの追加の添加剤を含んでいてもよい。支持材中で使用するための適切な追加の可塑化剤の例としては、フタル酸ジアルキル類，フタル酸シクロアルキル類、フタル酸ベンジルおよびアリール類、フタル酸アルコキシ類、リン酸アルキル／アリール類、ポリグリコールエステル類、アジピン酸エステル類、クエン酸エステル類、グリセリンのエステル類およびその組合せが含まれる。適切な不活性充填剤の例としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ガラス球、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、ガラス繊維、タルク、珪灰石、雲母、アルミナ、シリカ、カオリン、炭化ケイ素、可溶性塩およびその組合せが含まれる。支持材が追加の添加剤を含む実施形態において、支持材中の追加の添加剤の適切な組合せ濃度の例は、支持材の全重量に基づいて、約１重量％〜約１０重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約１重量％〜約５重量％の範囲内である。
【００３４】
支持材は、押出しヘッド１８からの押出しのためおよびプラテン１４上の道筋内に堆積させるために適したメルトフローインデックス（ｍｅｌｔ  ｆｌｏｗ  ｉｎｄｅｘ）を示すことが望ましい。メルトフローインデックスは２つの試験規格にしたがって測定されてもよい。第１の試験規格は、重量を１．２０キログラムとして２３０℃の温度でＡＳＴＭ  Ｄ１２３８にしたがって測定され、典型的にはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）材料で構築された３Ｄモデルのための支持体を提供する支持材のために用いられる。この第１の試験規格の下での本開示の支持材のための適切なメルトフローインデックス値の例は、約０．１グラム／１０分〜約５．０グラム／１０分の範囲内にあり、特に適切なメルトフローインデックス値は約１．０グラム／１０分〜約２．０グラム／１０分の範囲である。
【００３５】
第２の試験規格は、重量を２．１６キログラムとして２７０℃の温度でＡＳＴＭ  Ｄ１２３８にしたがって測定され、典型的には、ポリカーボネート／ＡＢＳ混合物などのより高温の材料から構築された３Ｄモデルのための支持体を提供する支持材のために使用される。この第２の試験規格の下での本開示の支持材のための適切なメルトフローインデックス値の例は、約０．５グラム／１０分〜約２５．０グラム／１０分の範囲内にあり、特に適切なメルトフローインデックス値は約５．０グラム／１０分〜約１５．０グラム／１０分の範囲である。
【００３６】
３Ｄモデル（例えば３Ｄモデル２４）を構築するための供給源２０からの適切なモデリング材料は、支持材のガラス遷移温度に応じてさまざまであってよく、ここで支持材のこのガラス遷移温度は、構築チャンバ１２の運転温度に影響をおよぼす。構築チャンバ１２は、モデリング材料および支持材の凝固温度とクリープ緩和温度の間のウインドウ内にある１つ以上の温度まで加熱され、この温度に維持されることが望ましい。こうして、３Ｄモデル２４および支持体構造２６の機械的ゆがみ発生（例えばカール）の危険性は減少する。モデリング材料および支持材のクリープ緩和温度を決定するための適切な技術の例は、Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒらの米国特許第５，８６６，０５８号中で開示されている。支持材のクリープ緩和温度は、支持材のガラス遷移温度に正比例する。したがって、支持材のガラス遷移温度の低下に応じて支持材のクリープ緩和温度も低下する。
【００３７】
支持材のための上述の適切な組成物は、最高約１２０℃のガラス遷移温度を提供する。これらのガラス遷移温度において、構築チャンバ１２は、支持体構造２６の機械的ゆがみ発生の危険性を削減するため、約８５℃〜約１０５℃、そしてより望ましくは約８５℃〜約９５℃の範囲内の１つ以上の温度で維持されることが望ましい。３Ｄモデルを構築するために選択されるモデリング材料は同様に、実質的な機械的ゆがみの発生のない、構築チャンバ１２のこの温度範囲内で使用可能であることが望ましい。したがって、３Ｄモデル（例えば３Ｄモデル２４）を構築するための適切なモデリング材料には、実質的な機械的ひずみが発生することなく構築チャンバ１２内に押出し凝固させることのできる任意の熱可塑性材料が含まれる。３Ｄモデルを構築するための適切なモデリング材料の例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）コポリマー、ＡＢＳ−ポリカーボネート混合物、これらの組成物の改質された変形形態（例えばＡＢＳ−Ｍ３０コポリマー）およびこれらの混合物が含まれる。
【００３８】
モデリング材料が、支持材のクリープ緩和温度に類似するクリープ緩和温度を有することで、上述のウインドウ内の適切な温度まで構築チャンバ１２を加熱できるようにすることが望ましい。モデリング材料と支持材の適切なクリープ緩和温度差の例には、約３０℃未満の差が含まれ、特に適切なクリープ緩和温度差には約２０℃未満の差が含まれ、さらに一層適切なクリープ緩和温度差には約１０℃未満の差が含まれる。
【００３９】
一部の実施形態において、支持材の上述の組成分を１つ以上の追加材料とさらに組合わせて、支持材のガラス遷移温度を上昇させてもよい。例えば、支持材の組成物は、さらに、より高いガラス遷移温度を有する１つ以上の可溶性コポリマー、例えば、ドイツのダルムシュタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）にあるＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｐｈａｒｍａ  ＧｍｂＨから商品名「ＥＵＤＲＡＧＩＴ」のコポリマーとして市販されている１つ以上のメタクリル酸コポリマーを含んでいてよい。さらに、支持材の組成物と、より高いガラス遷移温度を有する追加の可溶性支持材とを混合してもよい。適切な追加の可溶性支持材の例としては、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，  Ｉｎｃ．から「ＳＲ−２０」可溶性支持体の商品名で市販されている材料；およびＰｒｉｅｄｅｍａｎらの米国特許出願公開第２００５／０００４２８２号中で論述されている材料がある。これらの材料は、ポリカーボネートおよびポリカーボネート／ＡＢＳ混合物などのより高温の材料から構築された３Ｄモデルと共に使用するための優れた可溶性支持材である。
【００４０】
支持材中のより高いガラス遷移温度の材料の適切な濃度例は、支持材の全重量に基づいて約１０重量％〜約７５重量％の範囲内にあり、特に適切な濃度は約４０重量％〜約６０重量％の範囲である。これらの実施形態においては、構築チャンバ１２が約８５℃〜約１３５℃の範囲内の１つ以上の温度に維持されることで、３Ｄモデルを構築するためにポリカーボネートおよびポリカーボネート／ＡＢＳ混合物などのより高温のモデリング材料を使用できるようにしてよい。
【００４１】
図２は、（フィラメント３６と呼称される）支持材のフィラメントストランドを押出して支持体構造２６（図１参照）を構築するための、押出しヘッド１８（図１参照）の押出しライン３４の拡大部分断面図である。押出しライン３４は、入口管３８、ベースブロック４０、流路４２、駆動システム４４、液化装置アセンブリ４６、および構築チップ４８を含む。入口管３８は、上述の通り補給ライン３２を介して供給源２２からフィラメント３６を受け入れる。一実施形態において、入口管３８は、補給ライン３２の構成要素であってよく、供給源２２まで延在してよい。フィラメント３６が、入口管３８およびベースブロック４０の流路４２を通って延在することにより、駆動システム４４がフィラメント３６を液化装置アセンブリ４６内に補給できるようになっている。
【００４２】
駆動システム４４は、フィラメント３６と係合し該フィラメントを把持するように構成されている駆動ローラー５０とアイドラーローラー５２を含む。駆動ローラー５０は、駆動モーター（図示せず）に接続されていることが望ましく、この駆動モーターにより駆動ローラー５０およびアイドラーローラー５２は、液化装置アセンブリ４６内にフィラメントを補給できるようになっている。液化装置アセンブリ４６は、液化装置ブロック５４と液化装置管５６を含む。液化装置管５６は、駆動システム４４に隣接する入口と構築チップ４８にある出口とを有し、液化装置ブロック５４を通って延在する薄壁熱伝導性管である。フィラメント３６の温度を、液化装置アセンブリ４６の上流側の場所で支持材のガラス遷移温度より低く保つため、液化装置管５６の入口に隣接して冷却空気を供給することが望ましい。液化装置管５６は、フィラメント３６が液化装置ブロック５４を通って走行するための経路を提供している。
【００４３】
液化装置ブロック５４は、このブロックに沿った温度プロファイルに基づいて所望のフローパターンに合わせてフィラメント３６を溶融させるための加熱ブロックである。熱プロファイルのための最適な最高温度としては、約３３０℃までの温度が含まれ、熱プロファイルのための特に適切な温度には約３１０℃までの温度が含まれる。構築チップ４８は、液化装置アセンブリ４６にしっかり固定された押出しチップである。構築チップ４８は、モデリング材料の道筋を堆積させるためのチップ直径を有し、ここで該道筋の幅および高さは、一部にはチップ直径に基づいている。構築チップ４８のための適切なチップ直径の例は、約２５０マイクロメートル（約１０ミル）〜約５１０マイクロメートル（約２０ミル）の範囲内にある。
【００４４】
支持材は、（駆動モーターから）駆動ローラー５０に回転出力を適用することにより、押出しヘッド１８の押出しライン３４を通して押出されてもよい。駆動ローラー５０とアイドラーローラー５２の摩擦把持は、回転出力を、フィラメント３６に加えられる駆動圧力へと変える。駆動圧力は、フィラメント３６の連続部分を液化装置管５６内に強制的に送り込み、ここでモデリング材料は液化装置ブロック５４によって押出し可能な状態まで加熱される。フィラメント３６の未溶融部分が粘性ポンプ作用を伴うピストンとして機能して、加熱されたモデリング材料を液化装置管５６および構築チップ４８を通して押出すことで、加熱されたモデリング材料を押出す。フィラメント３６を液化装置管５６内に強制し支持材を押出すのに必要とされる駆動圧力は、多数の要因、例えば支持材の流れ抵抗、駆動ローラー５０の軸受摩擦、駆動ローラー５０とアイドラーローラー５２との間の把持摩擦、およびその他の要因に基づいている。これらの要因は、全て駆動ローラー５０およびアイドラーローラー５２によりフィラメント３６に加えられる駆動圧力に対し抵抗するものである。
【００４５】
上述の通り、支持材は、支持体構造２６を積層式に構築するための既定のパターンで堆積させられる。（図１に示す）構築チャンバ１２の温度によって、堆積した支持材が支持材のガラス遷移温度より低い温度まで冷却できることで、堆積した支持材がその形状を保持し、後続して堆積された層を支持できるようにすることが望ましい。その上、構築チャンバ１２の高い温度は、堆積した支持材が、構築チャンバ１２内で冷却するにつれて機械的ゆがみを発生させる危険性を削減する。
【００４６】
上述の組成をもつ支持材は、さまざまに異なる熱可塑性材料に由来する３Ｄモデルに対する優れた接着性および優れた部品品質を有する支持体構造を提供する。結果として得られる支持体構造は、水平ｘ−ｙ平面内のおよび垂直ｚ軸に沿ったゆがみが実質的に無く、そのため支持体構造が座標系内で正しい位置を維持できるようになっていることが望ましい。さらに、支持材は、高い強度と亀裂発生および破断に対する高い耐性を示す。このことは、支持材のフィラメントストランド（例えばフィラメント２６）を形成するために特に有益である。このようなフィラメントストランドは、（例えばスプール上での）保管中およびシステム１０内での構築作業中、屈曲および曲げ条件に付されてよい。強いフィラメントストランドは、システム１０を通って補給されている間の破断の危険性を削減し、これにより普通であればフィラメントストランドが破断した場合に発生するかもしれない構築作業の中断の危険性は減少する。
【００４７】
上述の通り、構築作業が完了した後、結果として得られた３Ｄモデル２４／支持体構造２６を構築チャンバ１２から取り出し、取扱い温度（例えば室温）まで冷却してよい。その後、結果として得た３Ｄモデル２４／支持体構造２６を、水溶液に浸漬させるか、水溶液を噴霧するか、または別の形で水溶液と接触させて、３Ｄモデル２４から支持体構造２６を除去してよい。適切な水溶液の例としては、７以上のｐＨ、そしてより望ましくは約１１〜約１３の範囲内のｐＨを有するアルカリ性水溶液が含まれる。本明細書中で使用される「溶液」という用語には、水性溶媒中に溶質が完全に溶解している完全溶液（full solution）および、溶質が少なくとも部分的に水性溶媒中に溶解している部分溶液（partial solution）が含まれる。水溶液をアルカリ性にするために適した溶質としては、水酸化ナトリウムなどの塩基性化合物が含まれる。水溶液は、支持体構造２６の除去を補助するため１つ以上の高い温度に維持されてもよい。水溶液のための適切な高温度は、約６０℃〜約８０℃の範囲内にある。水溶液を、同様に撹拌してもよいし、かつ／または、超音波周波数に付してもよい。適切な水溶液および対応する溶液槽の追加の例は、Ｐｒｉｅｄｅｍａｎらの米国特許出願公開第２００５／０００４２８２号中で開示されている。
【００４８】
支持材中の一次コポリマーのカルボキシル基は、塩基性化合物（例えば水酸化ナトリウム）と反応し、中和されることで、支持体構造に可溶性を付与して水溶液中に溶解および／または分散させる。したがって、支持体構造２６の支持材は、実質的に支持体構造２６の全てが除去されるまで３Ｄモデル２４から溶解させられることが望ましい。
【００４９】
より高いフィラメント強度を示すことに加えて、本開示の支持材は、同様に市販の可溶性支持材に比べて実質的に速くアルカリ性水溶液中で溶解する。一実施形態において、本開示の支持材は、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．から「ＳＲ−２０」可溶性支持体という商品名で市販されている可溶性支持材よりも最高でおよそ４倍速く３Ｄモデルから除去され得る。高い溶解速度は、３Ｄモデルから支持体構造を除去するのに必要な時間を削減し、こうして３Ｄモデルの生産速度を加速する。
【００５０】
さらに、支持体構造が除去された後、結果として得られる３Ｄモデルは、除去された支持体構造の痕跡が実質的に全く無い優れた部品仕上げを示す。したがって一次コポリマーおよび衝撃改質剤を含む組成物は、高い原料強度、高い除去速度を示す、デジタル製造システム内での使用のための支持材を提供し、さまざまなガラス遷移温度範囲を有するモデリング材料と共に使用するのに適している。
【００５１】
〔実施例〕
本開示は、その範囲内に入る数多くの修正および変形が当業者にとって明白であることから例示としてのみ意図されている以下の実施例の中で、さらに詳細に記述される。別段の指摘のないかぎり、以下の実施例において報告されている全ての部分、百分率および比率は重量を基準としており、実施例中で使用される全ての試薬は、以下に記載する化学薬品供給業者から得られるか、または入手可能であり、そうでなければ、従来の技術により合成してよい。
【００５２】
Ｉ．  実施例１〜９および比較例ＡおよびＢ
実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材を調製し、溶融堆積モデリングシステム内で性能分析した。以下の試験において３Ｄモデルおよび支持体構造を構築するために使用された溶融堆積モデリングシステムは、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．から「ＦＤＭ４００ｍｃ」溶融堆積モデリングシステムという商品名で市販されていたものである。
【００５３】
実施例１〜９の支持材は各々、一次コポリマーと衝撃改質剤を含み、ここでこの衝撃改質剤は徹底的に混合されるまで一次コポリマーと混合された。その後、各々の支持材をフィラメントストランドへと延伸し、後続する分析および溶融堆積モデリングシステム内での使用のためスプール上に巻き付けた。実施例１〜９の各々の支持材について、一次コポリマーは、ドイツルのルードルシュタット（Ｒｕｄｏｌｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）にあるＩｎｎｏｃｙｃｌｉｎｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧから「ＢＥＬＬＡＮＤ」８８１４０コポリマーという商品名で市販されているスチレン、メタククリル酸およびアクリル酸ブチルのターポリマーであった。
【００５４】
実施例１〜３の支持材について、衝撃改質剤は、ペンシルバニア州のフィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）にあるＡｒｋｅｍａ  ｉｎｃ．から「ＬＯＴＡＤＥＲ」ＡＸ８９３０コポリマーという商品名（「Ｌｏｔａｄｅｒ８９３０」と呼称）で市販されているエチレン、メタクリル酸グリシジルおよびアクリル酸ブチルのターポリマーであった。実施例４〜６の支持材について、衝撃改質剤は、ペンシルバニア州のフィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）にあるＡｒｋｅｍａ  ｉｎｃ．から「ＬＯＴＡＤＥＲ」ＡＸ８８４０コポリマーという商品名（「Ｌｏｔａｄｅｒ８８４０」と呼称）で市販されているエチレンおよびメタクリル酸グリシジルのコポリマーであった。実施例７〜９の支持材について、衝撃改質剤は、デラウエア州のウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）にあるＥ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから「ＥＬＶＡＬＯＹ」ＰＴＷコポリマーという商品名（「Ｅｌｖａｌｏｙ  ＰＴＷ」と呼称）で市販されているエチレン、メタクリル酸グリシジルおよびアクリル酸ブチルのターポリマーであった。表１は、実施例１〜９の支持材中の衝撃改質剤の濃度（重量百分率）を提供しており、ここで濃度は各々対応する支持材の全重量に基づいている。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
比較例Ａの支持材は、ＡＢＳ材料で構築された３Ｄモデルと共に使用するための優れた可溶性支持材である、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．から「Ｐ４００」可溶性支持体という商品名で市販されている支持材であった。比較例Ｂの支持材は、ポリカーボネート／ＡＢＳ配合物などのより高温の材料から構築された３Ｄモデルと共に使用するための優れた可溶性支持材であるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．，Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮから「ＳＲ−２０」可溶性支持体という商品名で市販されている支持材であった。実施例１〜９の支持材と比較して、比較例ＡおよびＢの支持材は、スチレンモノマー単位を有する一次ポリマーを含んでおらず、エポキシ官能性ポリエチレン由来の衝撃改質剤コポリマーを含んでいなかった。
【００５７】
表２は、実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材についてのガラス遷移温度（Ｔｇ）およびメルトフローインデックス（ＭＦＩ）値を示している。メルトフローインデックス値は２つの試験規格に基づいてＡＳＴＭ  Ｄ１２３８に準じて測定した。試験規格は、比較例Ａの支持材についての標準試験パラメータである温度２３０℃、重量１．２０キログラム（ｋｇ）で実施した。第２の試験規格は、比較例Ｂの支持材についての標準試験パラメータである温度２７０℃、重量２．１６キログラム（ｋｇ）で実施した。
【００５８】
【表２】
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【００５９】
表２に示されている通り、実施例１〜９の支持材は、比較例ＡおよびＢのガラス遷移温度の間にある比較例と類似のガラス遷移温度を示した。その上、実施例１〜９の支持材についての１．２０ｋｇ／２３０℃でのメルトフローインデックス値は、０．１グラム／１０分〜約２．０グラム／１０分の範囲内にあり、これは一般に、比較例Ａの支持材についての相応するメルトフローインデックス結果よりも低いものであった。実施例１〜９の支持材についての２．１６ｋｇ／２７０℃でのメルトフローインデックス値は、比較例Ｂの支持材についてのメルトフローインデックス値の上下の広い範囲を示した。
【００６０】
実施例１〜９の支持材を同様に約８０℃の温度で真空乾燥して、所与の支持材が、溶融堆積モデリングシステム内で使用するのに適した含水率まで乾燥され得るか否かを判定した。実施例１〜９の支持材は各々、比較例ＡおよびＢの支持材（これらの支持材は各々溶融堆積モデリングシステムにおいて使用するのに適している）によって達成可能な適切な含水率である約０．０４重量％未満の含水率まで乾燥させることができた。
【００６１】
１．  構築試験
実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材のためのフィラメントを各々溶融堆積モデリングシステムに補給して、さまざまな試験用３Ｄモデル用の支持体構造を構築したが、ここで３Ｄモデルは、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＡＢＳ−Ｍ３０モデリング材料から構築された。各々の支持材は、システムの押出しヘッドから押出されて、３Ｄモデルに良好に接着する支持体構造を形成することができた。実施例１〜６の支持材について、液化装置は３００℃の最高温度を有する温度プロファイルを示し、構築チャンバは９５℃に維持された。実施例７〜９の支持材について、液化装置は３００℃の最高温度を有する温度プロファイルを示し、構築チャンバは８５℃に維持された。これに比べて、比較例Ａの支持材のための液化装置最高温度は２８５℃であり、構築チャンバは９５℃に維持された。これに相応して、比較例Ｂの支持材のための液化装置最高温度は、３３０℃であり、構築チャンバは１１０℃に維持された。
【００６２】
実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材は各々、３Ｄモデルに対する優れた接着力を示した。構築部品の各々を次に、約１０〜約１２の範囲内のｐＨを有する撹拌した水性水酸化ナトリウム浴槽中に置き、約７０℃に維持した。支持材の各々は３Ｄモデルから溶解流出して、残留３Ｄモデルに良好な表面品質を提供した。したがって、実施例１〜９の支持材は各々、溶融堆積モデリングシステム内で３Ｄモデルを構築するための可溶性支持体構造として機能することができた。
【００６３】
上述の構築試験に加えて、実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材について、各々平担度を測定した。平担度試験には、上述の液化装置および構築チャンバ温度において各支持材から鋳型支持体構造を構築することを伴った。次に、構築された各支持体構造の平担度を測定して、堆積された支持材が平担な表面を維持できたか否かを判定した。実施例１〜９の支持材は、比較例ＡおよびＢの支持材が達成したものと同じ平担度レベルを維持することができた。
【００６４】
上述の液化装置および構築チャンバ温度で構築した支持体構造について、１６インチのカールバーを用いてカール（すなわち機械的ゆがみ）についても同様に、実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材を測定した。表３は、実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材についてのカール結果と構築チャンバ温度を示している。
【００６５】
【表３】
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【００６６】
表３で示されている通り、実施例１〜９の支持材は、比較例ＡおよびＢの支持材に比べて実質的に少ないカールを示した。詳細には、実施例２、４および８の支持材は測定可能なカールを全く示さなかった。したがって、本開示の支持材は、所与の構築チャンバ温度で機械的ゆがみに対する耐性を有する支持体構造を構築するために適している。
【００６７】
２．  可撓性および強度試験
実施例１〜９および比較例Ｂの支持材のフィラメントを、単純結節が形成されるように曲げ、フィラメントの端部を引張って結節の寸法を削減することによって、これらのフィラメントの各々について強度および可撓性を測定した。上述の通り、強度および可撓性は、供給スプール上に巻回されている間および／または押出しによるデジタル製造システムを通して補給されている間のフィラメントの破断の危険性を削減するために有益である。実施例１〜９の支持材のフィラメントは各々、破断無く約２インチより小さい単純結節を達成することができる。２インチの単純結節は、押出しによるデジタル製造システムを通してフィラメントを破断無く補給しうることを保証するための適切な標準であった。
【００６８】
これに比べて、比較例Ｂの支持材は典型的に、破断なく９０度を超えて曲げることはできなかった。このような曲げ性が溶融堆積モデリングシステムでの使用に適しているとはいえ、比較例Ｂの支持材は実施例１〜９の支持材に比べて実質的に低いフィラメント強度を示した。実施例１〜９の支持材の強度の増加は、支持材の靭性を増大させた衝撃改質剤と一次コポリマーの使用に起因するものと考えられた。
【００６９】
３．  押出し試験
上述の構築試験に加えて、同様に、長い運転期間にわたるフィラメントの実戦使用を判定するために、実施例１〜９の支持材のフィラメントを数千フィート、溶融堆積モデリングシステムを通して補給した。実施例１〜９の支持材のフィラメントは各々、システムの詰まりも破断も無くシステムを通した補給および押出しが可能であった。
【００７０】
４．  ビード誤差（bead error）試験
実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材のフィラメントを同様にシステムからパターン状に押出して、押出しヘッドが鋭いコーナーのまわりを移動する時の堆積精度を測定した。構築作業中、押出しヘッドは水平ｘ−ｙ平面内を動き回ってモデリング材料および支持材を堆積させる。しかしながら、押出しヘッドが向きを変える必要のあるコーナー（例えば９０度のコーナー）に達した時点で、押出しヘッドはコーナーに向かって走行しながら典型的に減速し、このコーナーを通過した後加速する。コーナーでの方向転換の間、モデリング材料および支持材の押出し速度が、望ましくは、押出しヘッドの減速および加速にしたがって調整されることにより、コーナーにおいて良好な堆積パターンを提供することが望ましい。
【００７１】
したがって、予め設定された動きおよび押出しプロファイルで押出しヘッドがコーナーのまわりを移動する間に、上述の液化装置および構築チャンバ温度で、各々の支持材を押出した。このとき、形成されたコーナーにおいて正常な堆積経路からの誤差を測定し、測定値に基づいてビード誤差評点を計算した。ゼロというビード誤差評点は、正常な堆積経路からのずれが全くないことを表わしていた。表４は、実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材について達成されたビード誤差評点を示している。
【００７２】
【表４】
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【００７３】
ここで示されている通り、実施例１〜９の支持材は、例ＡおよびＢの支持材が達成したものと類似のビード誤差評点を示した。したがって、実施例１〜９の支持材は、正常な堆積経路からの許容可能なずれでコーナーを形成することができた。
【００７４】
５．  溶解時間試験
実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材の各々から支持体構造を構築し、撹拌したアルカリ性溶液中に置いて支持体構造の溶解速度を測定した。支持体構造は各々、多重柱体の１インチ立方構造を示し、こうして隙間空隙（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ  ｖｏｉｄｓ）を提供して露出表面積を増大させた。アルカリ性水溶液は、約１１〜約１３の範囲のｐＨを達成するため蒸留水中に溶解させた水酸化ナトリウムを含み、約７０℃の温度に維持された。構築した各々の支持体構造をアルカリ性溶液中に置き、支持体構造を実質的に溶解させかつ／または分散させるのに必要な時間を測定した。表５は、実施例１〜９および比較例ＡおよびＢの支持材について結果として得られた溶解時間を示している。
【００７５】
【表５】
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【００７６】
図１５に示されているように、実施例１および６〜８の支持材は、比較例Ａの支持材の溶解速度よりも約２倍速く、比較例Ｂの支持材の溶解速度よりも約４倍速い溶解速度を示した。したがって本開示の支持材は、アルカリ性水溶液中での短い滞留時間で３Ｄモデルから除去可能である。上述の通り、これにより３Ｄモデルから支持体構造を除去するのに必要な時間は短縮され、こうして３Ｄモデルの生産速度は高くなる。
【００７７】
ＩＩ．  実施例１０〜１５
実施例１０〜１５の支持材も同様に調製し、上述の溶融堆積モデリングシステム内での性能について分析した。実施例１０〜１２の支持材は各々、一次コポリマー、衝撃改質剤および追加材料を含み、ここで追加材料は、所与の支持材のガラス遷移温度を上昇させるために取込まれた。各支持材について、衝撃改質剤と一次コポリマーとが完全に混合されるまで混ぜ合わされ、次に追加材料が完全に混合されるまで混ぜ合わせられた。その後、各々の支持材をフィラメントストランドの形に延伸し、後続する分析および溶融堆積モデリングシステム内での使用のためにスプール上に巻きつけた。
【００７８】
実施例１０〜１２の各々の支持材について、一次コポリマーは、ドイツルのルードルシュタット（Ｒｕｄｏｌｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）にあるＩｎｎｏｃｙｃｌｉｎｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧから「ＢＥＬＬＡＮＤ」８８１４０コポリマーという商品名で市販されているスチレン、メタクリル酸およびアクリル酸ブチルのターポリマーであった。実施例１０の支持材について、衝撃改質剤は、ペンシルバニア州のフィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）にあるＡｒｋｅｍａ  ｉｎｃ．から「ＬＯＴＡＤＥＲ」ＡＸ８８４０コポリマーという商品名で市販されているエチレンおよびメタクリル酸グリシジルのコポリマー（すなわち「Ｌｏｔａｄｅｒ８８４０」）であった。実施例１１および１２の支持材について、衝撃改質剤は、デラウエア州のウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）にあるＥ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  Ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙから「ＥＬＶＡＬＯＹ」ＰＴＷコポリマーという商品名で市販されているエチレン、メタクリル酸グリシジルおよびアクリル酸ブチルのターポリマー（すなわち「Ｅｌｖａｌｏｙ  ＰＴＷ」）であった。
【００７９】
実施例１０〜１２の各々の支持材について、追加材料は、ドイツのダルムシュタット（Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）にあるＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｐｈａｒｍａ  ＧｍｂＨから「ＥＵＤＲＡＧＩＴ  Ｌ１００」コポリマーという商品名で市販されているメタクリル酸（ＭＡＡ）コポリマーであった。表６は、実施例１０〜１２の支持材中の一次コポリマー、衝撃改質剤およびＭＡＡコポリマーの濃度（重量百分率）を示しており、ここでこの濃度は各々、対応する支持材の全重量に基づいている。
【００８０】
【表６】
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【００８１】
実施例１３〜１５の各支持材について、一次コポリマーは、ドイツルのルードルシュタット（Ｒｕｄｏｌｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ）にあるＩｎｎｏｃｙｃｌｉｎｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．ＫＧから「ＢＥＬＬＡＮＤ」８８１４０コポリマーという商品名で市販されているスチレン、メタクリル酸およびアクリル酸ブチルのターポリマーであった。これに応じて、実施例１３〜１５の各支持材について、衝撃改質剤は、ペンシルバニア州のフィラデルフィア（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ）にあるＡｒｋｅｍａ  ｉｎｃ．から「ＬＯＴＡＤＥＲ」ＡＸ８８４０コポリマーという商品名で市販されているエチレンおよびメタクリル酸グリシジルのコポリマー（すなわち「Ｌｏｔａｄｅｒ８８４０」）であった。
【００８２】
実施例１３〜１５の各支持材について、追加材料は、比較例Ｂの支持材であり、ここで比較例Ｂの支持材は同様に、所与の支持材のガラス遷移温度を上昇させるためにも取込まれた。上述の通り、比較例Ｂの支持材は、ポリカーボネート／ＡＢＳ混合物などのより高温の材料から構築された３Ｄモデルと共に使用するための優れた可溶性支持材である、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．から「ＳＲ−２０」Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｓｕｐｐｏｒｔという商品名で市販されている支持材であった。表７は、実施例１３〜１５の支持材における一次コポリマー、衝撃改質剤および比較例Ｂの支持材（「ＳＲ−２０支持材」と呼称）の濃度（重量百分率）を示しており、ここで濃度は各々、対応する支持材の全重量に基づいている。
【００８３】
【表７】
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【００８４】
実施例１０〜１５の支持材について各フィラメントを溶融堆積モデリングシステムに補給して、さまざまな試験用３Ｄモデルのための支持体構造を構築したが、ここでこの３Ｄモデルは、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＡＢＳ−Ｍ３０モデリング材料から構築した。各々の支持材は、システムの押出しヘッドから押出されて、３Ｄモデルに良好に接着する支持体構造を形成することができた。
【００８５】
さらに、実施例１０の支持材を用いて、ミネソタ州エデンプレーリー（Ｅｄｅｎ  Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ）にあるＳｔｒａｔａｓｙｓ，Ｉｎｃ．から市販されているポリカーボネートモデリング材料から構築された３Ｄモデルのための支持体構造も構築した。構築チャンバは、この構築作業のため１３５℃の温度に維持した。したがって、上述の通り、一次コポリマーおよび衝撃改質剤に対してさらに１つ以上の追加材料を混合して支持材のガラス遷移温度を上昇させてもよい。一次コポリマーおよび衝撃改質剤に対してさらに１つ以上の追加材料を混合して支持材のガラス遷移温度を上昇させることで、ポリカーボネートおよびポリカーボネート／ＡＢＳ混合物などのより高温の材料から構築された３Ｄモデルと共に可溶性支持材を使用することが可能になる。
【００８６】
本開示は、好ましい実施形態を基準にして記述されてきたが、当業者であれば、開示の精神および範囲から逸脱することなく形態および細部の変更を行なってよいということを認識するものである。
【図１】
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【図２】
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