(57)【要約】【課題】第1発明の造形用粉末は、粉末積層造形法に使用される造形用粉末であって、セラミックスとバインダーとを含む粉末からなり、安息角が１６°以上４３°以下であることを特徴とする。第２発明の造形用粉末は、Ｈａｕｓｎｅｒ比(タップ密度／静かさ密度の比)が１．１６以上１．６７以下であることを特徴とする。また、第3発明の造形用粉末は、圧縮度（（タップ密度−静かさ密度）／タップ密度）×１００）が１３.５％以上４０％以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末積層造形法に使用される造形用粉末であって、
セラミックス及び／又は金属とバインダーとを含む粉末からなり、
安息角が１６°以上４３°以下である造形用粉末。
【請求項２】
粉末積層造形法に使用される造形用粉末であって、
セラミックス及び／又は金属とバインダーとを含む粉末からなり、
Ｈａｕｓｎｅｒ比(タップ密度／静かさ密度の比)が１．１６以上１．６７以下であることを特徴とする造形用粉末。
【請求項３】
粉末積層造形法に使用される造形用粉末であって、
セラミックス及び／又は金属とバインダーとを含む粉末からなり、
圧縮度（（タップ密度−静かさ密度）／タップ密度）×１００）が１３.８％以上４０％以下であることを特徴とする造形用粉末。
【請求項４】
前記バインダーの含有量が１０体積％以上６０体積％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の造形用粉末。
【請求項５】
前記セラミックス及び／又は金属は、金属酸化物、金属非酸化物、及び金属からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の造形用粉末。
【請求項６】
前記バインダーは、融点が４０℃以上３００℃以下の結晶性の有機物、及びガラス転移点が４０℃以上３００℃以下の非晶質の有機物からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項に記載の造形用粉末。
【請求項７】
前記造形用粉末の平均粒子径は５μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の造形用粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末積層造形法に使用される造形用粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複雑な形状を有するセラミックス部材、モデル品、或いは少量多品種のセラミックス部材の製造方法として、粉末積層造形法が注目されている。この粉末積層造形法は、原料として粉末を用いた積層造形法であり、造形用粉末を厚さ数十〜数百μｍの薄層に敷く粉末層形成工程と、形成された粉末層に対して三次元造形物の断面形状にレーザーや電子ビーム等を照射することで選択的に加熱し、溶融固化または焼結させる断面形状形成行程とを繰り返して積層することにより、三次元造形物を作製するものである。
【０００３】
しかし、セラミックスや金属は、樹脂に比べて融点が高いことから、これら材料自身を溶融固化または焼結により造形物を作製することは困難である。また、セラミックスや一部の金属については、塑性変形し難く、熱応力が大きいため、溶融固化または焼結することができても、造形物に割れやクラック等が生じ易くなり、良好な造形物を得ることは困難である。このため、これらのセラミックスや金属の粉末積層造形においては、まずはバインダーを含んだ原料粉末を積層し、バインダーをレーザー等で固化することにより成形体を作製した後、焼結を行うことが行われている。
【０００４】
ところで、粉末積層造形法において、薄層を形成する粉末層形成工程では、ブレードやローラー等のリコータにより、造形用粉末を粉末収納領域から造形領域に移動させ、粉末層を造形領域の全面に一定の層厚で形成させなければならない。こうした要請から、粉末積層造形法に適した粉末原料が種々開発されている。例えば、特許文献１においては、バインダージェット等の粉末積層造形法における造形用粉末として、優れた流動性及び優れた充填率を有する造形用粉末が提案されている。また、特許文献２においては、熱可塑性樹脂と無機材料からなり、平均粒子径が1〜１００μｍの微小球体であって、微小球体の表面の一部又は全部が凝集防止粒子で被覆されている造形用粉末が提案されており、流動性に優れ、かつ高い充填率が達成可能であると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０９８４４１
【特許文献２】特開２００６-３２１７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、薄層を形成する粉末層形成工程において、ブレードやローラー等のリコータにより造形用粉末を粉末収納領域から造形領域に移動させて、粉粉末層を造形領域の全面に一定の層厚で形成させることが容易な造形用粉末を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記課題を解決するため、造形用粉末において好ましい性質について、以下のような考察を行った。
【０００８】
粉末積層造形法では、薄層を形成する粉末層形成工程において、ブレードやローラー等のリコータにより造形用粉末を粉末収納領域から造形領域に移動させて、粉末層を造形領域の全面に一定の層厚で形成させる必要がある。このため、造形用粉末の良好な流動性が要求される。流動性の低い造形用粉末では、粉末層にシワやムラ等の欠陥が生じ、また粉末層の充填密度が低くなることから、良好な造形物が得ることができない。これに対して、流動性の高い造形用粉末では、均一な層厚および充填密度、更には高い充填密度を持つ粉末層を形成しやすいという利点がある。このような粉末層の形成は、高い密度および高い機械的強度を持つ造形物が作製しやすくなることに繋がる。
【０００９】
しかしながら、流動性の高すぎる造形用粉末では、粉末層形成工程において、リコータにより造形用粉末を粉末収納領域から造形領域に移動させて粉末層を形成する際に、形成された造形物が造形用粉末とともにリコータの移動方向に滑り易くなるという問題が生じる。この造形物の滑りは、最終的な三次元造形物における形状や寸法の精度が低下することに繋がる。セラミックスよりも大きい比重を持つ一般的な金属を原料粉末として用いた粉末積層造形では、造形用粉末の自重によって造形物は滑り難くなる。これに対して、セラミックスや、シリコン、アルミニウム等のように比重が小さい金属粉末を用いると、造形用粉末の比重も小さくなることから、粉末層を形成する際に、造形用粉末がリコータの移動方向に滑り易くなり、造形物の形状や寸法の精度が低下する。
【００１０】
以上の理由から、発明者らは、セラミックスの粉末積層造形法に用いられる造形用粉末は、単に優れた流動性を有すればよいというのではなく、最適な粉末流動性の範囲があるのではないかと考え、鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、第1発明の造形用粉末は、粉末積層造形法に使用される造形用粉末であって、セラミックス及び／又は金属とバインダーとを含む粉末からなり、安息角が１６°以上４３°以下であることを特徴とする。
【００１２】
造形用粉末の安息角が１６°未満では粉末の流動性が高すぎて、リコータにより造形用粉末を移動させる際に、形成された断面形状の造形物が造形用粉末とともに滑り易くなる。一方、造形用粉末の安息角が４３°を超えると粉末の流動性が低く、粉末層の形成が困難となる。
【００１３】
第２発明の造形用粉末は、粉末積層造形法に使用される造形用粉末であって、セラミックス及び／又は金属とバインダーとを含む粉末からなり、Ｈａｕｓｎｅｒ比(タップ密度／静かさ密度の比)が１．１６以上１．６７以下であることを特徴とする。
Ｈａｕｓｎｅｒ比は粉体の流動性評価の指標となり、この値が１．１６以上１．６７以下であれば、粉粉末層を造形領域の全面に一定の層厚で形成させることが容易となり、且つ、造形物が滑り難くなる。
【００１４】
第３発明の造形用粉末は、粉末積層造形法に使用される造形用粉末であって、セラミックス及び／又は金属とバインダーとを含む粉末からなり、圧縮度（（タップ密度−静かさ密度）／タップ密度）×１００）が１３.８％以上４０％以下であることを特徴とする。
圧縮度も粉体の流動性評価の指標となり、この値が１３. ８％以上４０％以下であれば、粉粉末層を造形領域の全面に一定の層厚で形成させることが容易となり、且つ、造形物が滑り難くなる。
【００１５】
なお、安息角が１６°以上４３°以下であるとする第１発明における制限範囲、Ｈａｕｓｎｅｒ比が１．１６以上１．６７以下であるとする第２発明における制限範囲、及び圧縮度が１３. ８％以上４０％以下であるとする第３発明における制限範囲のうち、２つ以上の制限範囲を満たすことが好ましい。こうであれば、さらに確実に粉粉末層を造形領域の全面に一定の層厚で形成させることが容易となり、且つ、造形物が滑り難くなる。
【００１６】
また、本発明の造形用粉末におけるバインダーの含有量は１０体積％以上６０体積％以下であることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の造形用粉末におけるセラミックス及び／又は金属は、金属酸化物、金属非酸化物、及び金属からなる群より選ばれた少なくとも１種類とすることができる。
【００１８】
また、本発明の造形用粉末におけるバインダーは、融点が４０℃以上３００℃以下の結晶性の有機物、及びガラス転移点が４０℃以上３００℃以下の非晶質の有機物からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含むことが好ましい。
こうであれば、粉末層形成工程において形成された粉末層に対し、レーザーや電子ビーム等を照射することによって、容易に溶解、固化して造形物を形成することができる。
なお、結晶性の有機物を２種類以上用いたり、非結晶性の有機物を２種類以上用いたりしてもよい。
【００１９】
さらに、本発明の造形用粉末の平均粒子径は５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。造形用粉末の平均粒子が５μｍ未満になると、粉末の流動性が低下し、欠陥が無い均一な層厚からなる粉末層の形成が難しくなる。一方、造形用粉末の粒子サイズが５００μｍよりも大きいと、作製した造形物の強度が低下し、取り扱いが難しくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の造形用粉末は、セラミックス及び／又は金属とバインダーとの混合物から構成された混合物であり、最適な粉末流動性の範囲を持っている。したがって、この粉末を粉末積層造形に用いた場合、流動性が良く、リコータにより粉末層を形成する時に、粉末層にシワやムラ等の欠陥が無い均一な層厚を形成することができる。また、本発明の造形用粉末は、有る程度の滑り抵抗を持つことから、リコータにより造形用粉末を造形領域に移動させる時に、形成された断面形状の造形物が滑ることを防止できる。その結果、最終的なセラミックス三次元造形物における形状や寸法精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１の造形用粉末のSEM写真である。
【図２】実施例４の造形用粉末のSEM写真である。
【図３】実施例６の造形用粉末のSEM写真である。
【図４】実施例７の造形用粉末のSEM写真である。
【図５】造形用粉末の粒子状態の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を具体化した実施形態について説明する。
本発明の造形用粉末の原料となるセラミックスとしては、特に限定はなく、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、複合酸化物等が挙げられる。これらは、単独でもよいし、二種以上を併用してもよい。また、本発明の造形用粉末の原料となる金属としてはシリコン、アルミニウム、鉄、ステンレス、チタン、タングステン等が挙げられる。
【００２３】
金属酸化物としては特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タンタル、酸化タングステン、アパタイトなどが挙げられる。
また、金属窒化物としては特に限定されないが、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化バナジウム、窒化クロム、窒化ジルコニウム、窒化ニオブ、窒化タンタルなどが挙げられる。
さらに、金属炭化物としては特に限定されないが、例えば、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、炭化ニオブ、炭化モリブデン、炭化タンタル、炭化タングステンなどが挙げられる。
また、複合酸化物としては特に限定されないが、例えば、コージェライト、ムライト、サイアロン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムなどが挙げられる。
【００２４】
本発明の造形粉末においてセラミックスとともに添加されるバインダーとしては、加熱によって溶融あるいは軟化するものであれば用いることができる。例えば、融点を有する結晶性の有機化合物やガラス転移点を有する非結晶性の有機化合物等が挙げられる。この場合において、融点あるいはガラス転移点は４０℃以上３００℃以下であることが好ましい。こうであれば、粉末層形成工程において形成された粉末層に対し、レーザーや電子ビーム等を照射することによって、容易に溶解、固化して造形物を形成することができる。
【００２５】
バインダーとして具体的には、脂肪酸、炭化水素（パラフィンワックス、マイクロワックス等）、炭化水素樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等）、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、脂肪酸と高級アルコールとのエステル化合物、脂肪酸とグリセリンのエステル化合物などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、二種類以上を併用してもよい。
【００２６】
（製造方法）
本発明の造形用粉末は、セラミックスの粉末とバインダーとを混合することによって製造することができる。混合方法としては、特に限定されるものではなく、乾式法及び湿式法のいずれの方法も用いることができる。乾式混合の方法ではボールミルやＶ型混合機を用いた混合方法などが挙げられ、湿式混合ではバインダーを分散させた溶液とセラミックス原料と混ぜ合わせた後に、加熱噴霧・乾燥させるスプレードライ法や、溶媒に溶かしたバインダーを加熱減圧下で溶媒を取り除き混合させる方法などが挙げられる。
【００２７】
（造形用粉末の特性）
・安息角について
第１発明の造形用粉末の安息角は１６°以上４３°以下であることを要件とし、１６°以上３５°以下であることが好ましく、１６°以上３０°以下であることが更に好ましい。造形用粉末の安息角が１６°未満では粉末の流動性が高すぎて、リコータにより造形用粉末を移動させる際に、造形用粉末とともに造形物が滑り易くなり、造形物の形状や寸法の精度が低下する。一方、造形用粉末の安息角が４３°を超えると、造形用粉末の流動性が低くなり、良好な粉末層の形成が難しくなる。
安息角とは、造形用粉末を一定の高さの漏斗から水平な基板の上に落下させ、生成した円錐状の堆積物の直径及び高さから算出した底角であり、ＪＩＳ−Ｒ９３０１に準じて測定した値をいう。
・Ｈａｕｓｎｅｒ比について
第２発明の造形用粉末のＨａｕｓｎｅｒ比は１．１６以上１．６７以下であることを要件とし、さらには１．２０以上１．５０以下であることが好ましく、１．２５以上１．４０以下であることが最も好ましい。造形用粉末のＨａｕｓｎｅｒ比が１．１６未満では粉末の流動性が高すぎて、リコータにより造形用粉末を移動させる際に、造形用粉末とともに造形物が滑り易くなり、造形物の形状や寸法の精度が低下する。一方、造形用粉末のＨａｕｓｎｅｒ比が１．６７を超えると造形用粉末の流動性が低くなり、良好な粉末層の形成が難しくなる。
Ｈａｕｓｎｅｒ比とは、造形用粉末の静かさ密度とタップ密度の値を、下記の式（１）を用いて計算した値をいう。ここで、静かさ密度とは、造形用粉末を静かに容器に入れた時の粉末の密度であり、ＪＩＳ−Ｒ１６２８に準じて測定した値をいう。また、タップ密度とは、造形用粉末を容器に入れた後、容器にタップによる衝撃を加え、体積変化がなくなった時の粉末の密度を指し、ＪＩＳ−Ｒ１６２８に準じて測定した値をいう。
【数１】
2017127997.tif 000002
・圧縮度について
第３発明の造形用粉末の圧縮度は１３．８％以上４０％以下であることを要件とし、さらには１５％以上３０％以下であることが好ましく、１８％以上２５％以下であることが最も好ましい。造形用粉末の圧縮度が１３．８％未満では粉末の流動性が高すぎて、リコータにより造形用粉末を移動させる際に、造形用粉末とともに造形物が滑り易くなり、造形物の形状や寸法の精度が低下する。一方、造形用粉末の圧縮度が４０％を超えると、造形用粉末の流動性が低くなり、良好な粉末層の形成が難しくなる。
圧縮度とは、造形用粉末の静かさ密度とタップ密度の値から、下記の式（２）を用いて計算した値をいう。
【数２】
2017127997.tif 000003
・静かさ密度について
造形用粉末の静かさ密度は０．５０ｇ／ｃｍ３以上１．６０ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。造形用粉末の静かさ密度が０．５００ｇ／ｃｍ３未満では、造形用粉末の比重が小さくて、リコータにより造形用粉末を移動させる際に、造形用粉末とともに造形物が滑り易くなり、造形物の形状や寸法の精度が低下する。一方、造形用粉末の静かさ密度が１．６０ｇ／ｃｍ３を超えると、造形用粉末の自重によって造形物が滑り難くなるため、流動性が高すぎる粉末を用いても造形物のズレや反りは生じ難い。
・平均粒子径について
造形用粉末の平均粒子径は５μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、さらには１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、１５μｍ以上６０μｍ以下であることが最も好ましい。造形用粉末の平均粒子が５μｍ未満になると造形用粉末の流動性が低下し、均一な粉末層の形成が難しくなる。一方、造形用粉末の粒子サイズが５００μｍよりも大きいと、作製した造形物の強度が低下し、取り扱いが難しくなる。
なお、造形用粉末の平均粒子径とは、測定方法が特に限定されるものではないが、例えば、レーザー回折・散乱式粒度分布計や画像撮影・解析による測定により算出することができる。
・滑り抵抗について
造形用粉末の滑り抵抗は、０．１５Ｎ／ｃｍ２以上０．６０Ｎ／ｃｍ２以下が好ましい。造形用粉末の滑り抵抗が０．１５Ｎ／ｃｍ２未満では、造形用粉末の流動性が増加し、造形物が造形用粉末とともに滑り易くなる。一方、造形用粉末の滑り抵抗は、０．６０Ｎ／ｃｍ２を超えると、造形用粉末の流動性が低下し、良好な粉末層の形成が難しくなる。さらに好ましいのは０．２Ｎ／ｃｍ２以上０．５０Ｎ／ｃｍ２以下であり、最も好ましいのは０．３Ｎ／ｃｍ２以上０．４５Ｎ／ｃｍ２以下である。
なお、造形用粉末の滑り抵抗とは、日本粉体工業技術協会規格ＳＡＰ１５−１３における粉体の一面せん断試験方法に準じて測定したせん断応力の値をいう。
【００２８】
（造形物の形状保持性）
造形物の形状保持性とは、造形用粉末のリコート時における造形物の滑りによるズレや反り等がなく、造形物の形状や寸法が設計どおりに形成されているか否かを指したものである。粉末積層造形法では、最終的な三次元造形物の形状や寸法の高い精度が求められることから、造形物の高い形状保持性を有することが不可欠である。
【実施例】
【００２９】
［実施例１］
アルミナ粉末（平均粒子径０．５μｍ）１００重量％に対して分散材を１重量％、水２０重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにステアリン酸エマルジョンをアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が２０重量％になるように配合し、ボールミルで攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が２０μｍ前後になるように調製して造粒した。作製した造粒粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１に、ＳＥＭ写真を図１に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１に記載する。
【００３０】
［実施例２］
アルミナ粉末（平均粒子径３１μｍ）およびアルミナ粉末（平均粒子径０．２μｍ）を重量比で８０：２０となるように配合し、これらアルミナ粉末１００重量％に対してナイロン粉末（平均粒子径５０μｍ）を１５重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例２に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力３０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例２に記載する。
【００３１】
［実施例３］
アルミナ粉末(平均粒子径０．５μｍ)１００重量％に対してステアリン酸粉末を２０重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例３に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例３に記載する。
【００３２】
［実施例４］
アルミナ粉末（平均粒子径４３μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末５重量％を５０℃の温エタノール中に溶解させた状態でアルミナ粉末とともに混合した。その後、加熱減圧下でエタノールを除去し、得られた混合粉を粉砕した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例４に、ＳＥＭ写真を図２に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例４に記載する。
【００３３】
［実施例５］
アルミナ粉末（平均粒子径４３μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末１０重量％を５０℃の温エタノール中に溶解させた状態でアルミナ粉末とともに混合した。その後、加熱減圧下でエタノールを除去し、得られた混合粉を粉砕した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例５に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例５に記載する。
【００３４】
［実施例６］
アルミナ粉末（平均粒子径４３μｍ）１００重量％に対してナイロン粉末（平均粒子径５０μｍ）を１０重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例６に、ＳＥＭ写真を図３に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力３０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例６に記載する。
【００３５】
［実施例７］
アルミナ粉末（平均粒子径１２μｍ）１００重量％に対してナイロン粉末（平均粒子径５０μｍ）を２０重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例７に、ＳＥＭ写真を図４に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力３０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例７に記載する。
【００３６】
［実施例８］
アルミナ粉末（平均粒子径３１μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末（平均粒子径１２５μｍ）を１０重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を２５０μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例８に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例８に記載する。
【００３７】
［実施例９］
シリカ粉末（平均粒子径４６μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末（平均粒子径１２５μｍ）を１５重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を２５０μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例９に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例９に記載する。
【００３８】
［実施例１０］
ムライト粉末（平均粒子径１５μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末（平均粒子径１２５μｍ）を２０重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を２５０μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１０に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１０に記載する。
【００３９】
［実施例１１］
ジルコニア粉末（平均粒子径２８μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末（平均粒子径１２５μｍ）を１０重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を２５０μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１１に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１１に記載する。
【００４０】
［実施例１２］
炭化ケイ素粉末（平均粒子径２６μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末（平均粒子径１２５μｍ）を１５重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を２５０μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１２に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１２に記載する。
【００４１】
［実施例１３］
窒化ケイ素粉末（平均粒子径４３μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末（平均粒子径１２５μｍ）を１５重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を２５０μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１３に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１３に記載する。
【００４２】
［実施例１４］
アルミナ粉末(平均粒子径０．７μｍ)１００重量％に対して分散材を０．７重量％、水１００重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにアクリル共重合体水溶液をアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が１０重量％になるように配合し、ボールミルで攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が８０μｍ前後になるように調製して造粒した。さらに、この造粒粉１００重量％に対してナイロン粉末（平均粒子径１０μｍ）を５重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１４に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、１６５℃で１時間予熱し、レーザー出力１８Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１４に記載する。
【００４３】
［実施例１５］
炭化ケイ素粉末(平均粒子径３１μｍ)１００重量％に対してナイロン粉末（平均粒子径１０μｍ）を５重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１５に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、１６５℃で１時間予熱し、レーザー出力１８Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１５に記載する。
【００４４】
［実施例１６］
炭化ケイ素粉末(平均粒子径３１μｍ)１００重量％に対してナイロン粉末（平均粒子径１０μｍ）を１０重量％加え、Ｖ型混合機にて混合した。作製した混合粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１６に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、１６５℃で１時間予熱し、レーザー出力１８Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１６に記載する。
【００４５】
［実施例１７］
シリコン粉末（平均粒径２３μｍ）１００重量％に対してステアリン酸粉末（平均粒子径１２５μｍ）を１５重量％加え、Ｖ型混合機で混合した。作製した混合粉を２５０μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末の粒子状態を図５の実施例１７に示す。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の実施例１７に記載する。
【００４６】
［比較例１］
アルミナ粉末(平均粒子径０．５μｍ)１００重量％に対して分散材を１重量％、水２０重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにステアリン酸エマルジョンをアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が２０重量％になるように配合し、攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が４５μｍ前後になるように調製して造粒した。作製した造粒粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の比較例１に記載する。
【００４７】
［比較例２］
アルミナ粉末(平均粒子径０．５μｍ)１００重量％に対して分散材を１重量％、水２０重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにステアリン酸エマルジョンをアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が２０重量％になるように配合し、攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が５５μｍ前後になるように調製して造粒した。作製した造粒粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の比較例２に記載する。
【００４８】
［比較例３］
アルミナ粉末(平均粒子径０．５μｍ)１００重量％に対して分散材を１重量％、水２０重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにステアリン酸エマルジョンをアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が２０重量％になるように配合し、攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が４０μｍ前後になるように調製して造粒した。作製した造粒粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の比較例３に記載する。
【００４９】
［比較例４］
アルミナ粉末(平均粒子径０．５μｍ)１００重量％に対して分散材を１重量％、水２０重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにステアリン酸エマルジョンをアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が２２．５重量％になるように配合し、攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が５０μｍ前後になるように調製して造粒した。作製した造粒粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の比較例４に記載する。
【００５０】
［比較例５］
アルミナ粉末(平均粒子径０．５μｍ)１００重量％に対して分散材を１重量％、水２０重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにステアリン酸エマルジョンをアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が２５重量％になるように配合し、攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が５５μｍ前後になるように調製して造粒した。作製した造粒粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の比較例５に記載する。
【００５１】
［比較例６］
アルミナ粉末(平均粒子径０．５μｍ)１００重量％に対して分散材を１重量％、水２０重量％を加え、スラリーを作製した。このスラリーにステアリン酸エマルジョンをアルミナ粉末１００重量％に対してバインダー固形成分が２０重量％になるように配合し、ボールミルで攪拌した。混合水溶液をスプレードライ装置にて造粒粒子径が５０μｍ前後になるように調製して造粒した。作製した造粒粉を１００μｍのふるいを通して、粗大な粒子を取り除いた。得られた造形用粉末を粉末床溶融結合装置により、レーザー出力１０Ｗで成形体を作製した。結果を表１の比較例６に記載する。
【００５２】
＜評  価＞
以上のようにして製造した実施例１〜１７及び比較例１〜６の造形用粉末について、以下に示す方法によって評価を行った。
［バインダーの含有量］
熱分析装置（ＴＧ８１２０、株式会社リガク）を用いて、大気下で１０００℃まで加熱しバインダーを燃焼させ、重量減少からバインダー含有量（ｇ）、及び残留重量からセラミックス原料含有量（ｇ）を測定した。更に、セラミックス原料及びバインダーの理論密度を用いて、バインダー含有量（体積％）を計算した。
［バインダーの融点及びガラス転移点］
熱分析装置（ＴＧ８１２０、株式会社リガク及びＳＤＴＱ６００、ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン株式会社）を用いて、燃焼温度以下で観測されるＤＴＡ曲線またはＤＳＣ曲線のピーク位置から判断した。
［平均粒子径］
レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置（ＭＴ３０００、マイクロトラックベル株式会社）により測定した。
［安息角］
１００ｇの粉末をガラス製の容器に採取し、容器を傾けスプーンでかき出すようにして、漏斗の上縁約４０ｍｍの高さから粉末を毎分２０ｇの速度で供給し、自然落下させた。水平面に堆積した粉末の作る角度を分度器で測定し、これを安息角（°）とした。
［静かさ密度］
プラスチック製の１００ｍＬ円筒形容器に粉末を溢れるまで自由に流入させ、過剰の粉末を測定用容器の上面からすり落とす。容器内の粉末の質量を測定し、下記の式（３）を用いて算出した。
【００５３】
【数３】
2017127997.tif 000004
［タップ密度］
ガラス製の２５０ｍＬメスシリンダーに１００ｇの粉末を自由に流入させた後、毎分５０〜６０回の速度で１００回タップする。タップ後の粉末の体積を読み取り、下記の式（４）を用いて算出した。
【００５４】
【数４】
2017127997.tif 000005
［圧縮度］
粉末の静かさ密度とタップ密度を測定し、前述した式（２）を用いて算出した。
［Ｈａｕｓｎｅｒ比］
粉末の静かさ密度とタップ密度を測定し、前述した式（１）を用いて算出した。
［滑り抵抗］
粉体層せん断力測定装置（ＮＳ−Ｓ５００、株式会社ナノシーズ製）を用いて、温度２５℃の条件下において、垂直応力１Ｎ／ｃｍ２における粉末のせん断応力（Ｎ／ｃｍ２）を測定し、これを滑り抵抗とした。
［造形物の形状保持性］
粉末床溶融結合装置（Ｒａｆａｅｌ３００、光源：ＣＯ２レーザー、株式会社アスペクト製）を用いて、大気下、予熱処理無しで造形物（設計寸法：３ｍｍ×５ｍｍ×７０ｍｍ）を作製し、造形物が粉末のリコート時に滑らず、造形物の形状や寸法が上記設計寸法どおりに形成されているか否かを確認することで、造形物の形状保持性を判断した。
【００５５】
＜結  果＞
実施例１〜１７及び比較例１〜６の造形用粉末について、バインダーの含有量、バインダーの融点及びガラス転移点、平均粒子径、安息角、静かさ密度、タップ密度、圧縮度、Ｈａｕｓｎｅｒ比、滑り抵抗及び造形物の形状保持性についての結果を表１に示す。
【００５６】
安息角が１６°以上４３°以下の範囲にある実施例１〜３、実施例５〜１７の造形用粉末では、造形物の滑りによるズレが僅かであり、形状保持性に優れていた。これに対し、比較例１〜６の造形用粉末では、安息角が１５°以下であり、極めて流動性に優れているにもかかわらず、造形物の反りやズレがあり、形状保持性に劣ることが分かった。以上の結果から、造形用粉末の安息角は、単に流動性に優れているだけでは良好な形状保持性が得られず、安息角が１６°以上４３°以下という範囲内で、優れた形状保持性を示すことが分かった。このような、予想外の結果が得られた理由は、次のように考察される。すなわち、流動性が高すぎる造形用粉末では、粉末層形成工程におけるリコータにより造形用粉末を粉末収納領域から造形領域に移動させる際に、形成された断面形状の造形物が造形用粉末とともにリコータの移動方向に滑り易くなるのである。
【００５７】
また、Ｈａｕｓｎｅｒ比についてみれば、Ｈａｕｓｎｅｒ比(タップ密度／静かさ密度の比)が１．１６以上１．６７以下の範囲にある実施例１〜７、９、１０及び実施例１２〜１７の造形用粉末では、造形物の滑りによるズレが僅かであり、形状保持性に優れていた。これに対して、比較例１〜６の造形用粉末では、Ｈａｕｓｎｅｒ比が１．１５以下であり、極めて流動性に優れているにもかかわらず、造形物の反りやズレがあり、形状保持性に劣ることが分かった。
【００５８】
さらに、圧縮度についてみれば、圧縮度が１３. ８％以上４０％以下である、実施例１〜７、９、１０及び実施例１２〜１７の造形用粉末では、造形物の滑りによるズレが僅かであり、形状保持性に優れていた。これに対して、比較例１〜６の造形用粉末では、圧縮度が１３．２以下であり、極めて流動性に優れているにもかかわらず、造形物の反りやズレがあり、形状保持性に劣ることが分かった。
【００５９】
【表１】
2017127997.tif 000006
【００６０】
この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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