(57)【要約】      （修正有）【課題】造型物の形状を容易に変更しうることが可能な造型物を提供する。【解決手段】３Ｄプリンターまたは３Ｄペンによる造型物であって、造型物は所定の三次元立体形状を呈し、かつ熱可塑性樹脂を主体として構成されてなり、３０〜６０℃の温度を付与することによって造形物の少なくとも一部が軟化し自在に変形可能である。熱可塑性樹脂のガラス転移温度が３０〜６０℃である。このような熱可塑性樹脂としては、酸成分としてテレフタル酸を含み、ジオール成分としてエチレングリコールおよび１，４−ブタンジオールを含むポリエステル共重合体がよい。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄプリンターまたは３Ｄペンによる造型物であって、前記造型物は所定の三次元立体形状を呈し、かつ熱可塑性樹脂を主体として構成されてなり、前記造型物に３０〜５０℃の温度を付与することによって造形物の少なくとも一部が軟化し自在に変形可能であることを特徴とする造型物。
【請求項２】
熱可塑性樹脂のガラス転移温度が３０〜５０℃であることを特徴とする請求項１記載の造型物
【請求項３】
造型物が熱溶解積層方式の３Ｄプリンターによるものであることを特徴とする請求項１または２記載の造型物。
【請求項４】
熱可塑性樹脂が、酸成分としてテレフタル酸を含み、ジオール成分としてエチレングリコールおよび１，４−ブタンジオールを含むポリエステル共重合体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の造型物。
【請求項５】
熱可塑性樹脂が、酸成分としてテレフタル酸およびε−カプロラクトンを含み、ジオール成分としてエチレングリコールおよび１，４−ブタンジオールを含むポリエステル共重合体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の造型物。
【請求項６】
造形物の形状が、植物、動物、昆虫、魚類、人、人の体の一部分、器具、機具、工具、道具、部品、玩具、多面体、円柱、円錐、球体、幾何学体およびこれらを組み合わせた形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の造形物。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、３Ｄプリンターや３Ｄペンにて形成される造型物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、３ＤＣＡＤや３ＤＣＧ（三次元コンピューターグラフィックス）等のデータに基づき、立体形状の造型物を得る三次元造型法が急速に普及している。特に、造型材料として熱可塑性樹脂を用いる熱溶解積層法（ＦＤＭ法）を採用している３Ｄプリンターは、廉価版も販売され、家庭においても普及している。
【０００３】
熱溶解積層法に用いられる熱可塑性樹脂としては、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂又はポリ乳酸樹脂等の高強度、高剛性又は耐熱性樹脂が主として用いられている（特許文献１、請求項１１）。三次元造型法で得られた造型物が所望の形状となっていないとき、形状変更を行う必要が生じるが、熱可塑性樹脂が高強度又は高剛性であると、使用者が職場や家庭などの環境で形状変更を行うことは困難であった。例えばポリ乳酸であれば６０℃以上に温めると軟化し変形することが可能であるが、高温であるため作業時に火傷する恐れがあり、安全に扱える素材とは言えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２２１５６８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案の課題は、造型物の形状を容易に変更しうることが可能な造型物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、造型材料として特定のものを採用することにより、上記課題を解決したものである。
【０００７】
すなわち、本考案は、３Ｄプリンターまたは３Ｄペンによる造型物であって、前記造型物は所定の三次元立体形状を呈し、かつ熱可塑性樹脂を主体として構成されてなり、前記造型物に３０〜５０℃の温度を付与することによって造形物の少なくとも一部が軟化し自在に変形可能であることを特徴とする造型物を要旨とする。
【考案の効果】
【０００８】
本考案によれば、熱可塑性樹脂を主体として構成されてなる三次元立体形状を呈してなる造型物において、３０〜５０℃の温度を付加すると、その形状を自在に変形させて変更することができる。特に形状変更の設定温度が、３０〜５０℃で行うことができるため、職場や家庭において造型物の形状変更を容易に行うことができる。
【考案を実施するための形態】
【０００９】
本考案に用いる熱可塑性樹脂としては、３０〜５０℃の温度を付加することにより、熱可塑性樹脂が軟化して、変形させることができる。したがって、３０〜５０℃の温度付加により軟化する熱可塑性樹脂を用いる。このような熱可塑性樹脂としては、ガラス転移温度が５０℃以下であり、好ましくは３０〜５０℃であるものを好ましく用いることができる。このような熱可塑性樹脂により構成される造形物は、ガラス転移温度以上の温度に加温すると、容易に形状変更が可能となる。例えば、ガラス転移温度が３０〜５０℃程度であると、風呂の湯に浸漬したり、あるいは手指で握っていると、容易に形状変更を行うことができるのである。熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリスチレン系、アクリル系、ジエン系、ポリエーテル系など特に限定されないが、機械的物性や耐薬品性、耐候性等の観点からポリエステル系の熱可塑性樹脂が好適である。ポリエステル系の熱可塑性樹脂としては、より具体的には、酸成分としてテレフタル酸を含み、ジオール成分としてエチレングリコール及び１，４−ブタンジオールを含むポリエステル共重合体が挙げられる。また、酸成分としてテレフタル酸及びε−カプロラクトンを含み、ジオール成分としてエチレングリコール及び１，４−ブタンジオールを含むポリエステル共重合体が挙げられる。
【００１０】
このようなポリエステル共重合体は、公知の重縮合法で製造することができ、一般的に酸成分５０モル％とジオール成分５０モル％を仕込んで脱水縮合することにより製造することができる。本考案で特徴的なことは、酸成分としてテレフタル酸（必要によりε−カプロラクトンを併せて）を用い、ジオール成分としてエチレングリコール及び１，４−ブタンジオールを用いたことにある。これら各成分は、ガラス転移温度および結晶化温度の調整のために用いられるものである。
【００１１】
ジオール成分としてエチレングリコールと併用される１，４−ブタンジオールは、ジオール成分中、３０〜７０モル％であるのが好ましい。１，４−ブタンジオールが３０モル％未満または７０モル％を超えると、ポリエステル共重合体のガラス転移温度が低下しにくくなる傾向が生じる。酸成分としてテレフタル酸と併用されるε−カプロラクトンは、酸成分中、５〜２０モル％であるのが好ましい。ε−カプロラクトンを共重合成分として用いると、ポリエステル共重合体のガラス転移温度をより低下することができる。なお、ε−カプロラクトンが２０モル％を超えると、ポリエステル共重合体が所定温度で結晶化しにくくなる傾向が生じる。
【００１２】
上記のポリエステル共重合体は、その融点が２５０℃以下であり、好ましくは２００℃以下であり、より好ましくは１３０〜２００℃となっている。また、結晶化温度は１２０℃以下であり、好ましくはガラス転移温度よりも２０℃以上高い温度となっている。なお、結晶化温度とは、ポリエステル共重合体の結晶化が最も促進される温度である。造型物は、造型中には結晶化温度で熱処理されない限り、結晶化が進んでおらず、非晶領域を多く持つ状態となっているため、ガラス転移温度以上に加温すると、容易に形状変更が可能となる。そして、形状変更した後に、結晶化温度にて熱処理すると、結晶化が進み高強度または高剛性の造型物とすることができる。たとえば、結晶化温度が１００℃程度であると、沸騰水中に浸漬しておくと、結晶化が進み高強度または高剛性の造型物となり、変更した形状を固定化することもできる。
【００１３】
上記したポリエステル共重合体中には、造型物の軟化しやすさや強度等を調整するために、他の重合体が添加されていてもよい。たとえば、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、塩化ビニル系樹脂、塩化ビニリデン系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂、シリコーン系樹脂又はポリウレタン系樹脂を単独で又は混合して添加してもよい。
【００１４】
また、造型物を構成する熱可塑性樹脂中には、所望に応じて種々の添加剤が含有されていてもよい。たとえば、カラー造型物を得るために染料または顔料を線条物中に添加してもよい。特に、本考案ではガラス転移温度および結晶化温度で変色するサーモクロミック顔料を添加しておくと、造型物が変形可能か否かまたは造型物が結晶化したか否かを判断でき、好ましい。さらに、充填剤、可塑剤、難燃剤、滑剤、耐候剤、酸化防止剤または耐熱剤等を添加することもできる。
【００１５】
本考案の造型物は、３Ｄプリンターや３Ｄペンによりよる造型物であるが、造型物を得るための材料（造型用の材料）が、上記した特定の熱可塑性樹脂によって構成される。材料の形態は特に限定されず、用いる３Ｄプリンターに応じて適宜の形態であればよく、いわゆる線状形態のもの、粒状形態のもの、粉末状のもの、シート状のもの等、種々の形態のものを用いることができる。線状形態のものとしては、直径が０．１〜５ｍｍ程度の連続線状物であり、これを数十〜数百ｍ巻いてリール状として、３Ｄプリンターに取り付けるよい。
【００１６】
線状形態のものは、上記した熱可塑性樹脂を主体とする原料を溶融し、これを紡糸ノズルから押し出すことによって得ることができる。また粒状形態のものは、得られた線状形態のものを所望の長さ（たとえば、１μｍ〜５ｍｍ程度）にカットして粒状形態とするとよい。
【００１７】
本考案の造型物は、例えば、以下の方法により得ることができる。上記した造型用の材料を３Ｄプリンターに供給し、造型用材料を押出機へ送り込む。押出機には、押出ノズルとこの押出ノズルを加熱する加熱装置を備えており、加熱装置中で造型用材料は溶融して、押出ノズルから吐出される。押出機はデータに基づいて移動しており、吐出した溶融物は積層されて立体形状の造型物が得られる。溶融物を積層する際に、必要に応じて加温したり冷却してもよい。加温する場合、造型物の結晶化が促進しない程度とするのが好ましい。また、冷却する場合は、造型物が結晶化する恐れが少ないので、十分な層間接着が得られる範囲で任意に行えばよい。本考案における造型用の材料の他に、従来公知のポリ乳酸樹脂やＡＢＳ樹脂等によって構成される造型用材料も３Ｄプリンターに取り付けて、造型物を得て、造型物の特定の部位のみを、本考案における造型物としてもよい。また、１個以上の本案件における造形物と、１個以上の従来公知の造形物を用意し、これらを接着剤や熱溶着などの方法により一体化してもよい。この場合、本考案による造型物の部位と、従来公知の造型物の部位との接着性を向上させるため、本考案における造型用材料または造型物の部位に、プラズマ加工等の種々の加工を施してもよい。
【００１８】
本考案の造形物は、３０〜５０℃の温度を付加すると、その形状を自在に変形させて変更することができるものであり、例えば、造型物の形を人の形態とすれば、腕、手指、足、首等の向きを自在に変更したり、体を折り曲げたりすることができる。また、造型物の形を花の形態とすれば、花びらの開き具合、葉っぱの角度、茎の折れ曲がり具合等を自在に変更することができる。また、造型物の形を動物の形態とすれば、足、耳、首等の向きや角度を自在に変更することができる。また、造型物の形を昆虫の形態とすれば、触覚、足等の向きや角度等を、造型物の形を魚類の形態とすれば、ヒレの角度や身体に捩れを加える等を自在に変更することができる。その他、造型物の形態として、各種器具、機具、工具、道具、部品、玩具、多面体、円柱、円錐、球体、幾何学体およびこれらを組み合わせた形状等の種々のものを形成し、自在に変形させることができる。また必要に応じて、熱可塑性樹脂の結晶化温度で熱処理することで、造形物を所望の形状にて仕上げ、ガラス転移温度付近での加熱では軟化変形しないように加工することができる。
【実施例】
【００１９】
実施例１
テレフタル酸５０モル％、エチレングリコール２５モル％および１，４−ブタンジオール２５モル％からなるポリエステル共重合体（融点１８０℃、ガラス転移温度４５℃、結晶化温度１１０℃、比重１．３８）により構成される線状形態の材料を用いて、ＦＤＭ法による３Ｄプリンター（ＸＹＺ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ社製  Ｄａｖｉｎｃｉ  Ｐｒｏ）にて、人の手の形態の造型物を作成した。造型した人の手の手指は、図１に示すごとく開いた状態であった。得られた造型物の手指を実際に握って温めると柔らかくなったので、閉じた状態に変形させることができた。
【００２０】
実施例２
テレフタル酸４３モル％、ε−カプロラクトン７モル％、エチレングリコール２５モル％および１，４−ブタンジオール２５モル％からなるポリエステル共重合体（融点１６０℃、ガラス転移温度３０℃、結晶化温度７５℃、比重１．３８）により構成される線状形態の材料を用いて、ＸＹＺ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ社製の３Ｄプリンター（Ｄａｖｉｎｃｉ  Ｐｒｏ）にて、実施例１と同様にして、人の手の形態の造型物を作成した。造型した人の手の手指は開いた状態であった。造型物の手指を実際に握って温めると柔らかくなったので、閉じた状態に変形させることができた。
【００２１】
指を閉じた状態にした手の形態の造型物を沸騰水中に浸した後引き上げて、再度、手指を握って温めても柔らかくならず硬い状態であり、指を閉じた状態の形態を固定させることができた。
【００２２】
比較例１
ポリ乳酸（融点１６５℃、ガラス転移温度６０℃、結晶化温度１１０℃、比重１．２４）により構成される線状形態の材料を用いて、ＸＹＺ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ社製の３Ｄプリンター（Ｄａｖｉｎｃｉ  Ｐｒｏ）にて、実施例１と同様にして、人の手の形態の造型物を作成した。造型した人の手の手指は開いた状態であった。造型物の手指を実際に握って温めたが硬いままであり、形状変更することは不可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１で造型した造形物（人の手）の概略図である。
【図１】
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