(57)【要約】【課題】積層造形用粉末として球状の粒子を用いた場合と比較して、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末を提供すること。【解決手段】短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１が３．０以上である棒状の粒子、及び、円相当径ａ２と厚さｂ２との比ａ２／ｂ２が０．４以下である板状の粒子の少なくとも一方を含む、積層造形用粉末。前記積層造形用粉末は、前記ｂ１が２０μｍ〜１５０μｍである前記棒状の粒子を含むことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１が３．０以上である棒状の粒子、及び、円相当径ａ２と厚さｂ２との比ｂ２／ａ２が０．４以下である板状の粒子の少なくとも一方を含む、
積層造形用粉末。
【請求項２】
前記長径ｂ１が２０μｍ以上１５０μｍ以下である前記棒状の粒子を含む、請求項１に記載の積層造形用粉末。
【請求項３】
前記棒状の粒子が、グラスファイバーである、請求項２に記載の積層造形用粉末。
【請求項４】
前記棒状の粒子及び前記板状の粒子の合計含有量が、積層造形用粉末の全質量に対し、９０質量％以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層造形用粉末。
【請求項５】
空隙率が４０％以上である、請求項４に記載の積層造形用粉末。
【請求項６】
積層方向の断面において、前記棒状の粒子の長さ方向又は前記板状の粒子の面方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、４５°以下である、請求項５に記載の積層造形用粉末。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層造形用粉末と、
造形インクと、を含む、
三次元造形用材料セット。
【請求項８】
前記造形インクが、２液硬化型の２種類の造形インクを含む、請求項７に記載の三次元造形用材料セット。
【請求項９】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層造形用粉末を収容する造形用粉末貯留槽と、
前記積層造形用粉末を収容し、前記積層造形用粉末を前記造形用粉末貯留槽に供給して積層造形用粉末の層を形成する層形成手段と、
造形インクを収容し、前記積層造形用粉末の層に前記造形インクを付与する付与手段と、を含む
三次元造形装置。
【請求項１０】
前記付与手段として、２液硬化型の２種類の造形インクをそれぞれ付与する２つの付与手段を有する、請求項９に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
サポート材インクを収容し、前記サポート材インクを付与するサポート材インク付与手段を更に含む、請求項９又は請求項１０に記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層造形用粉末と、
樹脂と、を含む
三次元造形物。
【請求項１３】
積層造形用粉末の含有量が、三次元造形物の全質量に対し、５０質量％以上７０質量％以下である、請求項１２に記載の三次元造形物。
【請求項１４】
積層方向の断面において、前記棒状の粒子の長さ方向又は前記板状の粒子の面方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、４５°以下である、請求項１２又は請求項１３に記載の三次元造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形用粉末、三次元造形用材料セット、三次元造形装置及び三次元造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、立体的な造形対象物を平行な複数の面で切断した各断面形状に対応させて積層造形用粉末の層を結合剤により結合し、この結合された層よりなる断面形状を順次積層させることによって、造形対象物の三次元モデルとなる三次元造形物を作製する技術が知られている。
上記技術を、粉末固着積層法による三次元造形ともいう。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「外的刺激が付与されることで硬化度が変化するインクを作業面に供給可能なインク供給部を備え、前記作業面に供給されたインクに外的刺激を付与する３次元プリンタにおいて実行される３次元造形物の製造方法であって、前記３次元造形物の輪郭に沿って形成された枠体を作業面上に設置する枠体設置工程と、前記枠体の内側でかつ前記作業面上に前記インク供給部が前記インクを供給する最下層インク供給工程と、前記枠体の内側に供給されたインク上に補強部材を重ねる補強部材設置工程と、前記補強部材設置工程の後に、前記枠体の内側でかつ前記補強部材上に前記インク供給部が前記インクを供給する上層インク供給工程と、前記上層インク供給工程の後に、前記枠体の内側に供給されたインクに外的刺激を付与して硬化させる硬化工程と、を含むことを特徴とする３次元造形物の製造方法。」が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、「粒子径が１〜１０μｍで、かつ、略平面の表面形状を備えた非球形粒子からなる無機顔料を色材として含有する無機顔料インキであって、前記無機顔料が、固化可能材料により形成される透明な連続層で被覆されることにより、高い彩度で呈色することを特徴とする無機顔料インキ。」が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、「第１の結着樹脂及びフィラーを含むコア粒子と、前記コア粒子の表面に存在し、第２の結着樹脂を含むシェルと、からなるコアシェル型粒子を含み、粒径分布Ｄｖ／Ｄｎが１．５以下で、かつ下記式で表される平均円形度が０．８００以上０．９８０以下であることを特徴とする積層造形用粉末。平均円形度＝（粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長／粒子投影像の周囲長）×１００」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−０３６９８３号公報
【特許文献２】特許２００１−３５４８７７号公報
【特許文献３】特開２０１６−０４０１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
粉末固着積層法による三次元造形において、積層造形用粉末として、球状の粒子を用いる場合がある。
このように、球状の粒子を用いた場合、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度が低くなる場合がある。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、積層造形用粉末として球状の粒子を用いた場合と比較して、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
【００１０】
請求項１に係る発明は、
短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１が３．０以上である棒状の粒子、及び、円相当径ａ２と厚さｂ２との比ｂ２／ａ２が０．４以下である板状の粒子の少なくとも一方を含む、
積層造形用粉末。
【００１１】
請求項２に係る発明は、
前記長径ｂ１が２０μｍ以上１５０μｍ以下である前記棒状の粒子を含む、請求項１に記載の積層造形用粉末。
【００１２】
請求項３に係る発明は、
前記棒状の粒子が、グラスファイバーである、請求項２に記載の積層造形用粉末。
【００１３】
請求項４に係る発明は、
前記棒状の粒子及び前記板状の粒子の合計含有量が、積層造形用粉末の全質量に対し、９０質量％以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の積層造形用粉末。
【００１４】
請求項５に係る発明は、
空隙率が４０％以上である、請求項４に記載の積層造形用粉末。
【００１５】
請求項６に係る発明は、
積層方向の断面において、前記棒状の粒子の長さ方向又は前記板状の粒子の面方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、４５°以下である、請求項５に記載の積層造形用粉末。
【００１６】
請求項７に係る発明は、
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層造形用粉末と、
造形インクと、を含む、
三次元造形用材料セット。
【００１７】
請求項８に係る発明は、
前記造形インクが、２液硬化型の２種類の造形インクを含む、請求項７に記載の三次元造形用材料セット。
【００１８】
請求項９に係る発明は、
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層造形用粉末を収容する造形用粉末貯留槽と、
前記積層造形用粉末を収容し、前記積層造形用粉末を前記造形用粉末貯留槽に供給して積層造形用粉末の層を形成する層形成手段と、
造形インクを収容し、前記積層造形用粉末の層に前記造形インクを付与する付与手段と、を含む
三次元造形装置。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、
前記付与手段として、２液硬化型の２種類の造形インクをそれぞれ付与する２つの付与手段を有する、請求項９に記載の三次元造形装置。
請求項１１に係る発明は、
サポート材インクを収容し、前記サポート材インクを付与するサポート材インク付与手段を更に含む、請求項９又は請求項１０に記載の三次元造形装置。
請求項１２に係る発明は、
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の積層造形用粉末と、
樹脂と、を含む
三次元造形物。
【００２０】
請求項１３に係る発明は、
積層造形用粉末の含有量が、三次元造形物の全質量に対し、５０質量％以上７５質量％以下である、請求項１２に記載の三次元造形物。
【００２１】
請求項１４に係る発明は、
積層方向の断面において、前記棒状の粒子の長さ方向又は前記板状の粒子の面方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、４５°以下である、請求項１２又は請求項１３に記載の三次元造形物。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明によれば、積層造形用粉末として球状の粒子を用いた場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末が提供される。
【００２３】
請求項２に係る発明によれば、長径ｂ１が２０μｍ以下である棒状の粒子を用いた場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末が提供される。
【００２４】
請求項３に係る発明によれば、前記棒状の粒子が、プラスチックファイバーである場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末が提供される。
【００２５】
請求項４に係る発明によれば、前記棒状の粒子及び前記板状の粒子の合計含有量が、積層造形用粉末の全質量に対し、５０質量％である場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末が提供される。
【００２６】
請求項５に係る発明によれば、空隙率が３０％である場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末が提供される。
【００２７】
請求項６に係る発明によれば、前記棒状の粒子の長さ方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、４５°を超えるである場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた積層造形用粉末が提供される。
【００２８】
請求項７に係る発明によれば、積層造形用粉末として球状の粒子を含む場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた三次元造形物が得られる三次元造形用材料セットが提供される。
【００２９】
請求項８に係る発明によれば、１液硬化型の造形インクを含む場合と比較して、造形インクの保存安定性に優れた三次元造形用材料セットが提供される。
【００３０】
請求項９に係る発明によれば、積層造形用粉末として球状の粒子を含む場合と比較して、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れた三次元造形物が得られる三次元造形装置が提供される。
【００３１】
請求項１０に係る発明によれば、付与手段として、１液硬化型の造形インクを付与する付与手段を有する場合と比較して、造形インクの保存安定性に優れた三次元造形装置が提供される。
【００３２】
請求項１１に係る発明によれば、三次元造形においてサポート部の形成を実現する三次元造形装置が提供される。
【００３３】
請求項１２に係る発明によれば、積層造形用粉末として球状の粒子を含む場合と比較して、積層方向の引張強度に優れた三次元造形物が提供される。
【００３４】
請求項１３に係る発明によれば、積層造形用粉末の含有量が、三次元造形物の全質量に対し、７５質量％である場合と比較して、積層方向の引張強度に優れた三次元造形物が提供される。
【００３５】
請求項１４に係る発明によれば、前記棒状の粒子の長さ方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、４５°を超える場合と比較して、様々な角度に対する引張強度に優れた三次元造形物が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係る棒状の粒子の一例を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る板状の粒子の一例を示す概略図である。
【図３】本実施形態に係る三次元造形装置の一例を示す概略図である。
【図４】本実施形態に係る三次元造形装置の他の一例を示す概略図である。
【図５】実施例において作製した三次元造形物における造形部とサポート部とを表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の一例である実施形態について説明する。
なお、実質的に同一の機能を有する部材には、全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明は適宜省略する場合がある。
【００３８】
（積層造形用粉末）
本実施形態に係る積層造形用粉末は、短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１が３．０以上である棒状の粒子、及び、円相当径ａ２と厚さｂ２との比ｂ２／ａ２が０．４以下である板状の粒子の少なくとも一方を含む。
【００３９】
粉末固着積層法による三次元造形において、積層造形用粉末として、球状の粒子が用いられる場合がある。
このように、球状の粒子を用いた場合、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度が低くなる場合がある。本実施形態において、積層方向とは、積層造形法において複数の層が積層される方向のことである。
これは、積層造形用粉末に含まれる粒子が球状であるために、前記粒子が三次元造形物において積層方向の層を貫通して入り込みにくく、三次元造形により形成された層同士の剥離を抑制しにくいためであると考えられる。
【００４０】
それに対して、本実施形態に係る積層造形用粉末を用いた場合には、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度に優れる。
これは、短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１が３．０以上である棒状の粒子、又は、円相当径ａ２と厚さｂ２との比ｂ２／ａ２が０．４以下である板状の粒子が積層方向の層を貫通して三次元造形物に入り込むことにより、三次元造形により形成された層同士の剥離が抑制されるためであると考えられる。
【００４１】
また、本実施形態に係る積層造形用粉末を用いることにより、球状の積層造形用粉末を用いた場合と比較して、インクを大量に滴下した場合であっても積層造形用粉末が移動しにくいため、インクの崩れが起きにくく、三次元造形物の造形速度を増加させやすいと考えられる。
更に、球形の粉末を用いた場合よりも、粉末中の空隙の量が大きくなるため、例えば２種類の造形インクを同一箇所に滴下してもインクの溢れが起こりにくく、２液硬化型のインクを打滴しやすいと考えられる。
以下、本実施形態に係る積層造形用粉末の詳細について説明する。
【００４２】
＜形状＞
本実施形態に係る積層造形用粉末は、短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１が３．０以上である棒状の粒子、及び、円相当径ａ２と厚さｂ２との比ｂ２／ａ２が０．４以下である板状の粒子の少なくとも一方を含む。
図１は、前記棒状の粒子の一例を示す概略図である。
図１中のａ１が前記短径ａ１に該当し、図１中の長径ｂ１が前記長径ｂ１に該当する。
短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１は、３．０以上であり、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させ、かつ、三次元造形における解像度を向上させる観点から、３以上であることが好ましく、５以上であることがより好ましい。
また、棒状の粒子の長径ｂ１は、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させる観点から、２０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましく、５０μｍ以上９０μｍ以下であることが更に好ましい。
上記短径ａ１及び長径ｂ１は、積層造形用粉末を顕微鏡観察することにより測定される。具体的にはサンプルを液体窒素中で冷却後に破断させたり、エポキシ樹脂で包埋したサンプル片を実体顕微鏡下またはミクロトーム本体に取り付けたままで切り落としたり、イオンビームを用いた断面ミリング法により、作製した断面を顕微鏡観察することにより測定される。
図２は、前記板状の粒子の一例を示す概略図である。
図２中のａ２が前記円相当径ａ２に該当し、図２中のｂ２が前記厚さｂ２に該当する。
円相当径ａ２と厚さｂ２との比ｂ２／ａ２は０．４以下であり、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させる観点からは、０．４以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましい。
また、板状の粒子の円相当径ａ２は、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させ、かつ、三次元造形における解像度を向上させる観点から、３μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましく、８μｍ以上３０μｍ以下であることが更に好ましい。
上記円相当径ａ２及び厚さｂ２は、積層造形用粉末を顕微鏡観察することにより測定される。具体的にはサンプルを液体窒素中で冷却後に破断させたり、エポキシ樹脂で包埋したサンプル片を実体顕微鏡下またはミクロトーム本体に取り付けたままで切り落としたり、イオンビームを用いた断面ミリング法により、作製した断面を顕微鏡観察することにより測定される。
【００４３】
＜材質＞
前記棒状の粒子の材質としては、特に限定されないが、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させる観点からは、金属（例えば、ニッケル、銀又は銅）鉄、アタパルジャイト、カーボン又はガラスであることが好ましく、グラスファイバーであることがより好ましい。
前記棒状の粒子は、例えば、市販のグラスファイバー（ガラス繊維）、カーボンファイバー（炭素繊維）等を、短径ａ１と長径ｂ１との比ｂ１／ａ１が上記範囲内となるまで粉砕機を用いて粉砕することにより得られる。粉砕後、篩い分け等により前記ｂ１／ａ１が上記範囲内に含まれない粒子を取り除いてもよい。
前記板状の粒子の材質としては、特に限定されないが、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させる観点からは、金属、カーボン又はガラスであることが好ましい。
前記板状の粒子は、特に限定されないが、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させる観点からは、タルクやカオリン、雲母、窒化ホウ素である事が好ましく、タルク、雲母である事がより好ましい。タルクは層状鉱物で、石の状態で採掘され、へき開性を有する事から、採掘された鉱物を粉砕する事により得られる。
【００４４】
＜含有量＞
本実施形態に係る積層造形用粉末における前記棒状の粒子及び前記板状の粒子の合計含有量は、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させる観点から、積層造形用粉末の全質量に対し、７０質量％以上〜９５質量％以下であることが好ましく、７５質量％以上９０質量％以下であることがより好ましい。
また、本実施形態に係る積層造形用粉末における前記棒状の粒子の含有量は、得られる三次元造形物の積層方向の引張強度を向上させる観点から、積層造形用粉末の全質量に対し、７５質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、８０質量％以上９０質量％以下であることがより好ましい。
【００４５】
＜その他の成分＞
本実施形態に係る積層造形用粉末は、その他の成分を更に含有してもよい。
その他の成分としては、粉末固着積層法による三次元造形において、積層造形用粉末に含まれる公知の成分が挙げられる。
【００４６】
＜空隙率＞
本実施形態に係る積層造形用粉末の空隙率は、後述する２液硬化型の造形インクを滴下しやすくする観点から、４０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましい。
また、空隙率の上限は特に限定されないが、造形速度を向上させる観点から、５０％以下であることが好ましい。
上記空隙率は、振動を加えながら一定の容器内に粉黛を一杯に詰めて測定した重量を、容器の体積と粉黛を構成する化合部の密度から算出した重量で割った値を１から引いた値により測定される。
また、上記空隙率は、後述する造形用粉末貯留槽における造形インクが滴下される前の積層造形用粉末の空隙率であることが好ましい。
【００４７】
＜角度＞
本実施形態に係る積層造形用粉末は、積層方向の断面において、前記棒状の粒子の長さ方向又は前記板状の粒子の面方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、６０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましい。
前記態様によれば、様々な角度において積層造形用粉末が層同士を貫通するため、様々な角度の力に対する三次元造形物の引張強度が向上しやすい。
前記角度の標準偏差は、サンプルを液体窒素中で冷却後に破断させたり、エポキシ樹脂で包埋したサンプル片を実体顕微鏡下またはミクロトーム本体に取り付けたままで切り落としたり、イオンビームを用いた断面ミリング法により、作製した断面を顕微鏡観察し画像処理する事により各粒子における角度を測定し、算出される。
【００４８】
（三次元造形用材料セット）
本実施形態に係る三次元造形用材料セットは、本実施形態に係る積層造形用粉末と、造形インクと、を含む。
【００４９】
＜造形インク＞
本実施形態において用いられる造形インクとしては、粉末固着積層法による三次元造形において用いられる公知の造形インクが特に制限なく用いられる。
本実施形態において用いられる造形インクとしては、造形インクの保存安定性の観点から、２液硬化型の２種類の造形インクを含むことが好ましい。
２液硬化型の２種類の造形インクとは、第一の造形インク及び第二の造形インクからなる２種類の造形インクであって、第一の造形インク及び第二の造形インクを混合することにより硬化する性質を有する造形インクをいう。
本実施形態に係る積層造形用粉末によれば、球状の粒子のみを含む積層造形用粉末を用いた場合と比較して、積層造形用粉末中の空隙率が高くなりやすいため、単位体積当たりに滴下される造形インクの量を増加させやすく、２液硬化型の２種類の造形インクを用いやすい。
２液硬化型の２種類の造形インクとしては、例えば、エポキシ樹脂形成用２液硬化型造形インク、ウレタン樹脂形成用２液硬化型造形インク、ＵＶ硬化樹脂形成用２液硬化型造形インクが挙げられる。
【００５０】
エポキシ樹脂形成用２液硬化型造形インクとしては、例えば、ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水系エポキシ樹脂、等の複数のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を含む第一の造形インクと、ポリアミン、ポリアミド、又は、イミダゾール等の硬化剤を含む第二の造形インクと、の２種類の造形インクが挙げられる。
【００５１】
ウレタン樹脂形成用２液硬化型造形インクとしては、例えば、ポリオール樹脂等の複数のヒドロキシ基を有する樹脂を含む第一の造形インクと、多官能イソシアネート化合物を含む第二の造形インクと、の２種類の造形インクが挙げられる。
【００５２】
ＵＶ硬化樹脂形成用２液硬化型造形インクとしては、例えば、ウレタンアクリレート等の複数の（メタ）アクリロキシ基を有する第一の造形インクと、光重合開始剤等の重合開始剤を含む第二の造形インクと、の２種類の造形インクが挙げられる。
【００５３】
また、本実施形態に係る三次元造形用材料セットは、サポート材インクを含有してもよい。
サポート材インクとしては、特に限定されず、粉末固着積層法による三次元造形において用いられる公知のサポート材インクが特に制限なく用いられる。
サポート材インクは、造形インクにより形成される造形部を支持するためのサポート部を形成する為に用いられる。前記サポート部は、造形終了後に水を用いて除去されることが好ましい観点から、サポート材インクとしては、硬化性を有するインクであることが好ましく、硬化後の樹脂が水溶性を有するインクであることが好ましい。
本実施形態において、水溶性とは、２５℃において蒸留水に０．５質量％以上溶解することを意味し、１質量％以上溶解することが好ましい。
サポート材インクとしては、例えば、ヒドロキシエチルアクリルアミドと、光重合開始剤と、を含むインクが好ましく、ヒドロキシエチルアクリルアミドと、ヒドロキシ基変性ヒマシ油と、光重合開始剤と、を含むインクがより好ましい。
【００５４】
（三次元造形装置）
本実施形態に係る三次元造形装置は、本実施形態に係る積層造形用粉末を収容する造形用粉末貯留槽と、前記積層造形用粉末を収容し、前記積層造形用粉末を前記造形用粉末貯留槽に供給して積層造形用粉末の層を形成する層形成手段と、造形インクを収容し、前記積層造形用粉末の層に前記造形インクを付与する付与手段と、を含む。
【００５５】
＜造形用粉末貯留槽＞
造形用粉末貯留槽は、本実施形態に係る積層造形用粉末を収容する。造形用粉末貯留槽に対し、前記層形成手段により前記積層造形用粉末の層を形成すること、及び、前記付与手段により造形インクを付与すること、を繰り返すことにより、三次元造形物が製造される。
【００５６】
＜層形成手段＞
層形成手段は、本実施形態に係る積層造形用粉末を収容し、前記積層造形用粉末を用いて前記造形用粉末貯留槽に積層造形用粉末層を形成する手段である。
積層造形用粉末層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、特許第３６０７３００号公報に記載の選択的レーザ焼結方法に用いられる、公知のカウンター回転機構（カウンターローラ）などを用いる方法、前記積層造形用粉末をブラシ、ローラ、ブレード等の部材を用いて層状に拡げる方法、前記積層造形用粉末層の表面を押圧部材を用いて押圧して層状に拡げる方法、公知の材料積層造形装置を用いる方法などが好適に挙げられる。
【００５７】
前記材料積層造形装置は、積層造形用粉末を積層するための均し機構（リコーター）と、積層造形用粉末を供給するための供給用粉末貯留槽と、積層造形用粉末を積層するための造形用粉末貯留槽とを備える。前記三次元造形装置においては、前記供給用粉末貯留槽を上昇させるか、前記造形用粉末貯留槽を下降させるか、又はその両方によって、前記供給用粉末貯留槽の表面を前記造形用粉末貯留槽の表面よりもわずかに上昇させる。上記上昇の後に、前記供給用粉末貯留槽側から前記造形用粉末貯留槽に前記リコーターを用いて積層用造形粉末が層状に配置される。前記リコーターを繰り返し移動させることにより、前記積層造形用粉末が積層される。
【００５８】
前記積層造形用粉末層の厚みとしては、一層当たりの平均厚みで、１０μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。
前記平均厚みが、１０μｍ以上であると、三次元造形物の生産性が向上し、２００μｍ以下であると、三次元造形物の寸法精度が向上する。
【００５９】
＜付与手段＞
付与手段は、造形インクを収容し、前記積層造形用粉末の層に、造形インクを付与する手段である。
造形インクの前記積層造形用粉末の層への付与の方法としては、例えば、ディスペンサ法、スプレー法、インクジェット法などで用いられている液体吐出手段が挙げられる。本実施形態においては、複雑な立体形状を精度良くかつ効率よく形成し得る点で、前記インクジェット法で用いられる液体吐出手段、例えば、圧電アクチュエーター等の振動素子を用い、複数ノズルから液滴を吐出する手段であることが好ましい。
また、本実施形態に係る三次元造形装置は、前記付与手段として、２液硬化型の２種類の造形インクをそれぞれ付与する２つの付与手段を有することが好ましい。
例えば、造形インクとして、上述の２液硬化型の２種類の造形インクを用いる場合、第一のインクと第二のインクとがそれぞれの付与手段（例えば、インクジェットヘッド）からそれぞれが混合される位置へと滴下される。
【００６０】
＜サポート材インク付与手段＞
本実施形態に係る三次元造形装置は、サポート材インクを収容し、サポート材インク付与手段をさらに有していてもよい。
サポート材インク付与手段としては、特に限定されず、上述の付与手段と同様の方法が用いられ、好ましい態様も同様である。
【００６１】
＜その他の手段＞
本実施形態に係る三次元造形装置は、その他の手段をさらに有してもよい。
その他の手段としては、硬化手段、表面保護手段、塗装手段等が挙げられる。
【００６２】
〔硬化手段〕
硬化手段としては、特に限定されないが、例えば、加熱を行う手段、紫外光の照射を行う手段等が挙げられる。
例えば、造形インクとして上述のＵＶ硬化樹脂形成用２液硬化型造形インクを用いるか、サポート材インクとして光重合開始剤を含むインクを用いる場合には、紫外光の照射により、積層造形用粉末の層における各インクの滴下箇所が硬化される。
加熱方法、紫外光の照射方法としては、特に限定されず、公知の方法が用いられる。
【００６３】
〔表面保護手段〕
表面保護手段は、前記付与工程において形成した造形物に保護層を形成する手段である。前記保護層の形成により、得られる三次元造形物の耐久性等が向上する。前記保護層の具体例としては、耐水性層、耐候性層、耐光性層、断熱性層、光沢層などが挙げられる。前記表面保護手段としては、公知の表面保護装置、例えば、スプレー装置、コーティング装置などが挙げられる。
【００６４】
〔塗装手段〕
前記塗装手段は、前記造形物に塗装を行う手段である。前記塗装により、得られる三次元造形物が着色される。
前記塗装手段としては、公知の塗装装置、例えば、スプレー、ローラ、刷毛等による塗
装装置などが挙げられる。
【００６５】
＜装置の一例＞
以下、本実施形態に係る三次元造形装置について、図面を参照しつつ説明する。
図３は、本実施形態に係る三次元造形装置の一例を示す図である。
【００６６】
本実施形態に係る三次元造形装置１００は、造形用粉末貯留槽１及び供給用粉末貯留槽２を有している。これらの貯留槽は、それぞれ本実施形態に係る積層造形用粉末１０を貯留し、上下に移動されるステージ３を有し、上記ステージ上に本実施形態に係る積層造形用粉末１０からなる層を形成する。
造形用粉末貯留槽１の上には、造形用粉末貯留槽１内の積層造形用粉末１０に造形インクを吐出するインクジェットヘッド５を有し、更に、供給用粉末貯留槽２から造形用粉末貯留槽１に積層造形用粉末１０を供給すると共に、造形用粉末貯留槽１の積層造形用粉末１０の層表面を均す、均し機構６を有する。
【００６７】
三次元造形物の製造においては、造形用粉末貯留槽１の積層造形用粉末１０上にインクジェットヘッド５から造形インク４を滴下する。このとき、造形インク４を滴下する位置は、最終的に造形したい立体形状を複数の平面層にスライスした二次元画像データ(スライスデータ)により決定される。
ここで、造形インクとして、上述の２液硬化型の２種類の造形インクを用いる場合、第一のインクと第二のインクとがそれぞれのインクジェットヘッドからそれぞれが混合される位置に滴下される。
一層分の描画が終了した後、供給用粉末貯留槽２のステージ３を上げ、造形用粉末貯留槽１のステージ３を下げる。その差分の積層造形用粉末１０を、前記均し機構６によって、造形用粉末貯留槽１へと移動させる。
【００６８】
このようにして、先に描画した積層造形用粉末１０の層面上に、新たな積層造形用粉末１０層が一層形成される。
前記新たな積層造形用粉末１０層上に、更に二層目のスライスデータに基づく描画を行い、この一連のプロセスを繰り返して三次元造形物が得られる。
【００６９】
図１において、造形用粉末貯留槽１が本実施形態に係る三次元造形装置における造形用粉末貯留槽の一例に、供給用粉末貯留槽２、ステージ３及び均し機構６が層形成手段の一例に、造形インク４及びインクジェットヘッド５がインク付与手段の一例に、それぞれ該当する。
【００７０】
＜装置の別の一例＞
図４に、本実施形態に係る三次元造形装置の他の一例を示す。図４の三次元造形装置は、原理的には図３と同じものであるが、三次元造形装置の供給機構が異なる。即ち、供給用粉末貯留槽２は、造形用粉末貯留槽１の上方に配されている。一層目の描画が終了すると、造形用粉末貯留槽１のステージ３が降下し、供給用粉末貯留槽２が移動しながら、積層造形用粉末１０を造形用粉末貯留槽１に落下させ、新たな積層造形用粉末１０層を形成する。その後、均し機構６で、積層造形用粉末１０層を圧縮し、かさ密度を上げると共に、積層造形用粉末１０層の高さを均一に近い状態に均す。
図４に示す構成の材料積層造形装置によれば、２つの貯留槽を平面的に並べる図１の構成に比べて、装置が小さくなる。
【００７１】
（三次元造形物）
本実施形態に係る三次元造形物は、本実施形態に係る積層造形用粉末と、樹脂と、を含む。
本実施形態に係る三次元造形物は、本実施形態に係る三次元造形装置により形成されることが好ましい。
例えば、本実施形態に係る三次元造形物は、本実施形態に係る三次元造形装置により形成された造形物に対し、水を用いてサポート材により形成されたサポート部を除去することにより得られる。上記サポート部の除去の後に、造形物中に残留している重合性化合物を加熱等により重合させてもよい。
前記樹脂は、本実施形態において用いられる造形インクの硬化物であることが好ましい。
本実施形態に係る三次元造形物に含まれる積層造形用粉末の形状及び材質は、上述の本実施形態に係る積層造形用粉末における形状及び材質と同様であり、好ましい態様も同様である。
【００７２】
本実施形態に係る三次元造形物において、三次元造形物の積層方向の引張強度の観点から、前記積層造形用粉末の含有量が、三次元造形物の全質量に対し、５０質量％以上７５質量％以下であることが好ましく、５５質量％以上７０質量％以下であることがより好ましい。
【００７３】
また、本実施形態に係る三次元造形物は、積層方向の断面において、前記棒状の粒子の長さ方向又は前記板状の粒子の面方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差が、６０°以下であることが好ましく、４５°以下であることがより好ましい。
前記標準偏差は、上述の積層造形用粉末における標準偏差と同様の方法により算出される。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例により本実施形態を詳細に説明するが、本実施形態は、これら実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「部」及び「％」はすべて質量基準である。
【００７５】
（積層造形用粉末１の作製）
セントラルグラスファイバー社製ミルドファイバーＥＦＤＥ３０−０１により、積層造形用粉末１を得た。
【００７６】
（積層造形用粉末２の作製）
セントラルグラスファイバー社製ミルドファイバーＥＦＨ１５０−０１により、積層造形用粉末１を得た。
【００７７】
（積層造形用粉末３の作製）
日本タルク社製ミクロエースＫ−１により、積層造形用粉末１を得た。
【００７８】
（比較用積層造形用粉末１の作製）
アドマテックス社製アルミナＡＯ−５０９により、比較用積層造形用粉末１を得た。
【００７９】
各積層造形用粉末及び各比較用積層造形用粉末の特性を表１に示す。
【００８０】
【表１】
2019059102.tif 000003
【００８１】
（造形インクの調製）
下記組成の各成分を混合することにより、第一の造形インク及び第二の造形インクを調製した。
【００８２】
＜第一の造形インク＞
・2,2'-[(1-methylethylidene)bis(4,1-phenyleneoxymethylene)]bis-oxirane（フナコシ社製Bisphenol A diglycidyl ether）：２０部
・1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル（四日市合成社製エポゴーセーＨＤ(Ｄ)）：３０部
・ブチルグリシジルエーテル（四日市合成社製DY-BP）：５０部
【００８３】
＜第二の造形インク＞
・Polyoxyalkylenediamine（三井化学ファイン社製2官能D2000）：３５部
・Norbornanediamine（三井化学ファイン社製ＮＢＤＡ）：６０部
・ジメチルアミノプロピルアミン（三井化学ファイン社製エポキシ樹脂硬化促進剤）：５部
【００８４】
（造形インクの調製）
下記組成の各成分を混合することにより、サポート材インクを調製した。
【００８５】
＜サポート材インク＞
・ポリエチレンオキサイド（明成化学工業社製アルコックスＲ−１５０）：３０部
・プロピレングリコール（湘南和光社製）：１５部
・蒸留水：５５部
【００８６】
（三次元造形物の作製）
下記（１）乃至（３）に従い、三次元造形物を作製した。
（１）図１に示した粉末積層装置（ニイガタ社製、粉体用冶具）を用いて、供給用粉末貯留槽から造形用粉末貯留槽に、各実施例又は比較例における積層造形用粉末を移送させ、平均厚みが１００μｍの積層造形用粉末の層を形成した。
（２）次に、形成した積層造形用粉末の層の表面に、前記第一の造形インク、前記第二の造形インク及びサポート材インクを、図５に示した形状となるようにインクジェットヘッド（ディマティックス製、Polaris   PQ512/85）を用いてノズルから付与（吐出）し、前記積層造形用粉末を硬化させた。
図５中、積層造形用粉末１０の層において、造形部Ａが第一の造形インク及び第二の造形インクを付与した箇所であり、サポート部Ｂがサポート材インクを付与した箇所である。
（３）次に、前記（１）及び前記（２）の操作を３ｍｍの総平均厚みになるまで繰返し、硬化した積層造形用粉末の層を順次積層していき、三次元造形物を製造した。得られた三次元造形物に対し、水を用いてサポート材インクにより形成されたサポート部を除去することにより、円柱状の三次元造形物を得た。
【００８７】
（評価）
各実施例及び比較例において、得られた三次元造形物を今田製作所製引張圧縮試験機を用いて積層方向に引っ張り、積層方向の破断強度を測定した。評価結果は表２に記載した。破断強度の数値が大きいほど、三次元造形物の積層方向の引張強度に優れるといえる。
また、得られた三次元造形物における積層造形用粉末の含有量、及び、棒状の粒子の長さ方向又は板状の粒子の面方向と、積層方向とのなす角の角度の標準偏差と、を上述の方法により測定し、表２に記載した。
【００８８】
【表２】
2019059102.tif 000004
【符号の説明】
【００８９】
１     造形用粉末貯留槽
２     供給用粉末貯留槽
３     ステージ
４     造形インク
５     インクジェットヘッド
６     均し機構
１０   積層造形用粉末
１００ 三次元造形装置
Ａ     造形部
ａ１   短径ａ１
ａ２   円相当径ａ１
Ｂ     サポート部
ｂ１   長径ｂ１
ｂ２   厚さｂ２
【図１】
2019059102.tif 000005
【図２】
2019059102.tif 000006
【図３】
2019059102.tif 000007
【図４】
2019059102.tif 000008
【図５】
2019059102.tif 000009