(57)【要約】【課題】熱溶解積層方式の３Ｄプリンターにおいて、成形品の精度を維持しつつ、ダミー層を削り取る余分な作業をなくし、且つ、成形品の取り外し後は、接着剤の水による容易な除去性を実現する。【解決手段】熱溶解積層方式の３Ｄプリンターにおいて、基板と成形品との間に使用す接着剤として、水溶性高分子ポリビニルピロリドンにグリコール類を添加することにより、ポリビニルピロリドンを可塑化し、弱い粘着性を持たせて、成形品の基板への接着性を確保し、且つ成形品の取り外し後に接着剤を水洗いにより容易に除去できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性高分子ポリビニルピロリドンにグリコール類を添加することにより、ポリビニルピロリドンを可塑化し、弱い粘着性を持たせた３Ｄプリンター用接着剤
【請求項２】
前記グリコール類の添加量が水溶性高分子ポリビニルピロリドンに対して１５重量％から３３重量％であることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンター用接着剤
【請求項３】
前記グリコール類が、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールであることを特徴とする請求項１に記載の３Ｄプリンター用接着剤
【請求項４】
水溶性高分子ポリビニルピロリドンにグリコール類と顔料を添加することにより、ポリビニルピロリドンを可視化及び可塑化し、弱い粘着性を持たせた３Ｄプリンター用接着剤
【請求項５】
前記ポリビニルピロリドンの可視化のために、顔料として酸化チタンを添加する事を特徴とする、請求項４に記載の３Ｄプリンター用接着剤
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性のある半固体状に材料を加熱溶解し、ノズルにより細い糸状に押し出して一筆書きの要領で造形する熱溶解積層方式の３Ｄプリンターに使用する接着剤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱溶解積層方式の３Ｄプリンターでは基板との接着性を維持するために、成形品と同じ材料で、成形物よりも大きな網状平面形状や造形後の除去ができるだけ容易な形状を接着のためのダミー層として設けることで基板との接着を保っていた。しかし、完成した成形品は最終的にはダミー層ごと基板から取り外され、その後にダミー層を削り取る作業が発生し余分な工程が必要になることと、成形品の精度も低下するというデメリットが生じていた。
そのため、成型品と基板との間の接着性を維持し、最終的には容易に除去できる接着剤が要求され、接着剤に使用する素材の選定と、その素材に有効な可塑化剤の選定および適正量の最適化が必要となっていた。
【０００３】
特許文献１は、熱溶解積層方式による３Ｄプリンターの装置に関するものであるが、成形品の基板との接着を増すために基板上に下地としてサンドペーパーあるいは研磨布を両面テープでつけるとか、剥離を良くするために水性ワックスを使用するとかの例が記述されている。しかしながら接着が良く容易にそれを除去できる材料については言及されていない。市販品では水溶性ポリマーを酢酸メチルおよびメチルアルコールに溶解させたものが販売されている。これは高粘度液体で、環境保全上問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，１２１，３２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱溶解積層方式の３プリンターでは、例えば、ＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を溶融させ、細いノズルから押し出し、同時にノズルを２次元データに基づいて動作させて溶融したＡＢ樹
脂をガラスもしくは金属の基板上に積層して行く。積層された溶融ＡＢＳ樹脂は、基板に融着しながら固化してゆくのであるが、本来ＡＢＳ樹脂はガラス、金属に対して接着の良くない材料であるため、基板との間に剥離が起こり、成形品が変形するトラブルが発生する。
【０００６】
そのため、熱溶解積層方式の３Ｄプリンターでは基板との接着性を維持するために、成形品と同じ材料で、成形物よりも大きな網状平面を接着のためのダミー層として設けることで基板との接着を保っていた。しかし、完成した成形品は最終的にはダミー層ごと基板から取り外され、その後にダミー層を削り取る作業が発生し余分な工程が必要になることと、成形品の精度も低下するというデメリットが生じていた。
【０００７】
これらの課題を解消するために、基板上に薄層の接着剤を設け３Ｄプリンターのノズルから溶出した熱可塑性樹脂と基板との間が適正な接着力で密着し、成形時の変形を防止し、取りし後は容易に除去出来る接着剤が求められている。
また、最終的に成形品に付着した接着層は除去する必要がある。その際ＡＢＳ樹脂をはじめとして多くの熱可塑性樹脂は、有機溶剤に耐久性がなく、有機溶媒に侵される性質を持つ。そのため、接着層の除去には有機溶剤は使用できず、単純な水により容易に溶解し除去できることが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の接着剤は、熱溶解積層方式の３Ｄプリンターでの成形品の製作に適したものであり、一般用途としての木材や紙製品及びプラスチック類などの接着には適していない。
本発明の材料としては、前記の課題である、接着性及び水による除去性を確保するために、多くの実験を行い、接着剤としては、弱い粘着性を有し水溶性の材料を基板上に薄層に塗布す
ることが効果的であることが判明した。
水溶性樹脂は多くの種類があり、例えばポリビニルアルコール樹脂、カルボキシルセルロース樹脂、カゼイン樹脂、アルギン酸ナトリウムポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン樹脂、などがある。
これらの水溶性樹脂を実際に使用してみると、多くの樹脂はＡＢＳとの接着が悪く、実用性がなかった。この中で唯一プリンターの成形に適していたのはポリビニルピロリドン樹脂であった。
さらに接着層は弱い粘着性が必要とされるため、可塑剤としてエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、などのグリコール類の添加を行い、ポリビニルピロリドンを可塑化し、弱い粘着性を持たせることが好ましい事が、実験により判明した。
【０００９】
グリコール類の添加量としては、ポリビニルピロリドン樹脂に対して、１５重量％から３６重量％が好ましいが、さらには１５重量％から３３重量％がより好ましい。添加が少ないと粘着性が得られず、添加量が過剰であると接着層の強度不足になる。
接着層を基板の上に設ける手段としては二つ方法があり。一つは、ポリビニルピロリドン樹脂の溶液を基板の上に塗布する方法である。もう一つは、ポリビニルピロリドン樹脂の薄層をあらかじめ離型紙等に均一に形成しておきに、それを基板の上に密着させて付着させる方法である。
そして、実験から接着層厚みが１０μｍから１００μｍが適正でることが判った。接着層の厚みが１０μ以下と薄すぎた場合には層の均一性がなくなり、１００μｍ以上と厚すぎると、成形品の成形精度が低下する事がわかった。理想的には、均一な必要最小限の厚みがあれば十分である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の３Ｄプリンタ−用接着剤を使用することにより、３Ｄプリンターのノズルから溶出した熱可塑性樹脂と基板との間が適正な接着力で密着し、成形時の変形を防止し、取り外し後は容易に除去できることが実現できる。使用する材料として水溶性で人体に安全な材料で構成することができた。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の接着剤は３Ｄプリンターに用いるために、プリンターの操作に最適な特性を発揮できるように、接着剤の使用樹脂および組成を選択したものである。
以下実施例にて説明をする。
【実施例１】
【００１２】
ポリビニルピロリドンＫ３０（アイエスピー・ジャパン株式会社製ＰＶＰ  Ｋ３０）３．８ｇを、エチルアルコール９５ｇに撹拌溶解し、この溶液にプロピレングリコールを添加し撹拌溶解する。この溶液をガラス基板に１００平方センチメートル当り２ｇを滴下して前面に広げて、そのまま２０分間室温で自然乾燥によりエチルアルコールを蒸発させて接着層を得た。この上にＡＢＳ樹脂を市販の３Ｄプリンターで積層し成形品を作成した。
そして、ポリビニルピロリドンＫ６０（アイエスピー・ジャパン株式会社製ＰＶＰ  Ｋ６０）についても同様にして成形品を作成した。
【００１３】
表１にプロピレングリコールの添加量を変化させた時の成型品の評価結果を示す。表中の〇印が成形品の変形がなく、取り外し後良好に接着剤が水洗いで容易に除去できた組み合わせである。
プロピレングリコールの添加量としては１５重量％から３３重量％で良好な結果を示している。
【表１】
2016172784.tif 000002
【実施例２】
【００１４】
ポリビニルピロリドンＫ３０（アイエスピー・ジャパン株式会社製ＰＶＰ  Ｋ３０）３．５ｇを、エチルアルコール９５ｇに撹拌溶解し、この溶液にエチレングリコールを添加し撹拌溶解する。この溶液をガラス基板に１００平方センチメートル当り２ｇを滴下して前面に広げて、そのまま２０分間室温で自然乾燥によりエチルアルコールを蒸発させて接着層を得た。この上にＰＬＡ樹脂を市販の３Ｄプリンターで積層し成形品を作成した。
そして、ポリビニルピロリドンＫ６０（アイエスピー・ジャパン株式会社製ＰＶＰ  Ｋ６０）についても同様にして成形品を作成した。
【００１５】
表２にエチレングリコールの添加量を変化させた時の成型品の評価結果を示す。表中の〇が成形品の変形がなく、取り外し後良好に接着剤が水洗いで除去できた組み合わせである。
プロピレングリコールの添加量としては１５重量％から３３重量％で良好な結果を示している。
【表２】
2016172784.tif 000003
【実施例３】
【００１６】
ポリビニルピロリドンＫ９０（アイエスピー・ジャパン株式会社製ＰＶＰ  Ｋ９０）３．３５ｇを、エチルアルコール９５ｇに撹拌溶解し、この溶液にジエチレングリコールを添加し撹拌溶解する。この溶液を市販の離型紙に１００平方センチメートル当り５ｇを滴下して前面に広げて、これを５０℃の恒温槽に入れ２０分間乾燥によりエチルアルコールを蒸発させて接着層を得た。
できた接着層は弱い粘着性があるため、その保護の目的のために厚みが２５ミクロのポリエステルフィルムを均一に貼り付けた。
基材への接着剤の塗布は、保護のポリエステルフィルムをはがして、接着剤塗布面を基板に均一に押し付けて貼り付けた後に離型紙を剥がした。この上にＰＬＡ樹脂を市販の３Ｄプリンターで積層し成形品を作成した。
そして、ポリビニルピロリドンＫ６０（アイエスピー・ジャパン株式会社製ＰＶＰ  Ｋ６０）についても同様にして成形品を作成した。
【００１７】
表３にエチレングリコールの添加量を変化させた時の成型品の評価結果を示す。表中の〇印が成形品の変形がなく、取り外し後良好に接着剤が水洗いで除去できた組み合わせである。
プロピレングリコールの添加量としては１５重量％から３６重量％で良好な結果を示している。
【表３】
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【００１８】
実施例１〜３で得られる接着層は無色透明である。その為、３Ｄプリンターの基板に塗布されても、その膜の均一性などが判別され難く、着色の必要性が生じた。着色の例を実施例４に示す。
【実施例４】
【００１９】
ポリビニルピロリドンＫ３０（アイエスピー・ジャパン株式会社製ＰＶＰ  Ｋ３０）２．０ｇを、エチルアルコール９５ｇに撹拌溶解する。この溶液に可塑剤としてジエチレングリコールを１．５ｇ添加し撹拌溶解する。さらに酸化チタン顔料（テイカ株式会社製ＪＲ３０１）１．５ｇを添加し、ホジナイザーを用いて８０００ｒｐｍの回転数で５分間撹拌分散した。
得られた液は白色の均一な溶液であった。この溶液を３Ｄプリンターのガラス基板に１０平方センチメートルあたり２ｇを滴下し、全面に広げる。このまま約２０分間室温に放置することで、エチルアルコールが蒸発し、白色の接着層が設けられる。白色の濃淡を観察することで、接着層の均一性が判別できた。
この上にＰＬＡ樹脂を市販の３Ｄプリンターで積層し成形品を作成した。成形終了後は成形品が容易にガラス基板から剥がせる、成形品の変形がなく、取り外し後良好に接着剤が水洗いで除去できた。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
熱溶解積層方式の３Ｄプリンターのみならず、基板に積層して造形する方式の３Ｄプリンター例えば、結着剤噴射方式、材料噴射方式、シート積層方式用の接着剤としても適用できる。