(57)【要約】  ガラス転移温度（Ｔｇ）が少なくとも１５０℃である少なくとも１種の超微細で球状の熱可塑性ポリマー粉末を含む粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備える方法。【選択図】図１
2017516680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス転移温度（Ｔｇ）が少なくとも１５０℃である少なくとも１種の超微細で球状の熱可塑性ポリマー粉末を含む粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記粉末組成物が、粉末中の高分子材料の質量を基準として、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末を５０〜１００質量％含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記球状の熱可塑性ポリマー粉末のガラス転移温度が１５０℃超かつ３５０℃未満である請求項１乃至２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記熱可塑性ポリマー粉末の質量平均分子量が１，０００〜１５０，０００Ｄａである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末のそれぞれが単峰性であり、約１０〜約７５μｍの平均粒子を有し、１０μｍより小さい粉末粒子の量が２体積％未満である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
フロー剤を前記粉末組成物に添加するステップをさらに備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記フロー剤が、水和シリカ、非晶質アルミナ、ガラス状シリカ、ガラス状ホスフェート、ガラス状ホウ酸塩、ガラス状オキシド、チタニア、タルク、マイカ、ヒュームド・シリカ、カオリン、アタパルジャイト、ケイ酸カルシウム、アルミナおよびケイ酸マグネシウム、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フロー剤の量が、前記粉末組成物の約０．０５％〜約５％である請求項６乃至７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記熱可塑性ポリマー粉末が、ポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリアリールスルホン、並びにそれらの組み合わせから選択され；粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップを備える請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも２種の粉末組成物が採用され、粉末組成物それぞれが異なる平均粒径を有し、それによって、多峰性粉末組成物を形成する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末を含む粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記粉末組成物が、粉末中の高分子材料の質量を基準として、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末を５０〜１００質量％含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記球状のポリエーテルイミド粉末のガラス転移温度が１５０℃超かつ３５０℃未満である請求項１１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記球状のポリエーテルイミド粉末のガラス転移温度が２００℃超かつ３００℃未満である請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末が、（ａ）ポリエーテルイミドを溶解可能な有機溶媒にポリエーテルイミドを溶解させて、溶液を形成するステップと；（ｂ）前記溶液と水と界面活性剤とを混合することによって、前記溶液を乳化して、エマルジョンを形成するステップと；（ｃ）界面活性剤を含有する受入水（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｗａｔｅｒ）へエマルジョンを移して、前記有機溶媒を除去し、スラリーを形成するステップと；（ｄ）直径７５μｍ未満のポリエーテルイミド粒子を回収するステップと、を備える方法によって製造される請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記溶媒が、塩化メチレン、クロロホルム、およびそれらの組み合わせの群から選択されるメンバーである請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記界面活性剤がアニオン性、カチオン性または非イオン性界面活性剤またはそれらの組み合わせである請求項１５乃至１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
（１）少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末を含む粉末組成物を支持体表面上に堆積させるステップと；（２）前記組成物を平らにして支持体表面上に滑らかな層を形成するステップと；（３）次いで、支持体表面上の所定のターゲット領域にわたってエネルギービームを向けて、前記組成物に一体層を形成させるステップと；（ｄ）ステップ（１）〜（３）を繰り返して隣接した層に一体的に結合した追加の層を形成し、３次元物品を形成するステップと、を備え、熱可塑性組成物は、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末を含むことを特徴とする３次元物品の製造方法。
【請求項１９】
（ａ）熱可塑性ポリマー材料を溶媒に溶解させて、溶液を形成するステップであって、前記熱可塑性ポリマーは前記溶媒に可溶であり、前記溶媒の沸点は１００℃未満であり、前記溶媒は水と非混和性であるステップと；（ｂ）エマルジョンを形成するのに十分な撹拌条件の下で、前記溶液と脱イオン化水と界面活性剤とを混合することによって、前記溶液を乳化するステップと；（ｃ）界面活性剤を含有する脱イオン化した受入水へエマルジョンを移し、前記溶媒を除去し、スラリーを形成するステップと；（ｄ）前記スラリーを予め濾過して、いずれのマクロ粒子または汚染物質も除去するステップと；（ｅ）前記スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップと；（ｆ）前記スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップと；（ｇ）洗浄した湿ケークを熱および真空下で乾燥するステップと；（ｈ）直径７５μｍ未満の熱可塑性ポリマー粉末の粒子を回収するステップによって、前記少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末が製造される請求項１８に記載の３次元物品の製造方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の方法によって生じた３次元焼結物品。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
付加製造（ＡＭ）はあらゆる種類のものを作るように変換する製造技術である。ＡＭは、デジタルモデルから実質的にいずれの形状の３次元（３Ｄ）固体物体も製造する。一般に、これは、望ましい固体物体のデジタル青写真をコンピューター支援設計（ＣＡＤ）モデリングのソフトウェアによって作成し、次いでその仮想の青写真を非常に小さいデジタル断面にスライスすることによって達成される。これらの断面は、ＡＭ機内の連続積層プロセスにおいて形成されるか、または堆積されて、３Ｄ物体を作る。ＡＭは、設計から試作、市販品までの時間を著しく減少させることを含む多くの利点を有する。運転設計変更が可能である。多数の部品を単一組立で構築することができる。工具を全く必要としない。これらの３Ｄ固体物体を製造するのに必要なエネルギーが最小である。それは廃棄物および原材料の量も低減する。また、ＡＭは、極めて複雑な幾何学的部品の製造も容易にする。ＡＭは、部品をオンデマンドで、現場ですぐに作製できることから、商用の部品在庫も減少させる。
【０００２】
ポリマーを使用するいくつかの異なる技術がＡＭのために開発されてきた。これらは、溶融フィラメント製造などの材料押出プロセスおよびレーザー焼結などの粉末床溶融結合プロセスを含む。
【０００３】
レーザー焼結は、望ましいエネルギーを有するレーザービームを樹脂粒子の床上へ選択的に投射することによって積層するように３次元の物品を形成し得るプロセスである。プロトタイプまたは製造部品は、多くの場合選択的レーザー焼結と称されるこのプロセスによって効率的かつ経済的に製造し得る。このプロセスは、Ｂｏｕｒｅｌｌらの米国特許第４，９４４，８１７号明細書；米国特許第５，５１６，６９７号明細書および米国特許第５，３８２，３０８号明細書；Ｄｉｃｋｅｎｓ，Ｊｒ．らの米国特許第５，３０４，３２９号明細書および米国特許第５，３４２，９１９号明細書、並びにＬｅｅの米国特許第５，３８５，７８０号明細書に開示されている。
【０００４】
レーザー焼結プロセスでは、高出力レーザーを使用して必要とされる材料タイプのポリマー粉末を一緒に望ましい３次元形状へ溶融する。ＳＬＳプロセスは、高品質の部品の製造のためには、明確に定義された形状、サイズおよび組成のポリマー粉末を必要とする。粒子の好ましいサイズは、通常１００μｍ未満であり（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｐａｒｔ  Ｌ：Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｊｕｌｙ  １，２００４  ｖｏｌ．２１８  ｎｏ．３  ２４７−２５２）、狭い粒径分布も、焼結部品の最適な精度および密度を得るために好ましい。加えて、粉末粒子の良好な積み重ねのためには、それら粒子が、球状形態のような標準の再現可能な形状を有することが重要である。しかしながら、そのような粉末を熱可塑性樹脂から経済的で、大規模で調製することは簡単ではない。
【０００５】
レーザー焼結などの粉末床溶融結合プロセスのために使用される熱可塑性粉末の多くは、（低温の）粉砕およびその後の篩分けによって製造される。この方法は、粒径の分布が比較的高く、粉末の正確なサイズを制御することが困難であるという不利益がある。また、ＳＬＳプロセスに使用できない微粒子が生成される。最終的に、粉末粒子の形状は非常に一様でない。
【０００６】
最近では、Ｓｕｍｉｋａ  Ｅｎｖｉｒｏ  Ｓｃｉｅｎｃｅが、レーザー焼結のための球状のポリアミド粒子を製造する方法を記載する特許（日本国特許第０５２８８３６１号公報）を公開した。球状のポリアミド粒子が、球状の粒子の形状を維持する水性媒体中で重合される。この方法の不利益は、着色剤、フロー剤などの添加剤を粒子に添加することができないように思われることである。また一方、この参考文献は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高いいずれの熱可塑性ポリマーでもこのプロセスが有用であることを教示または示唆していない。また、ポリアミドのガラス転移温度は低い（すなわち、１００℃未満）。
【０００７】
粉末床溶融結合プロセスに使用できる適切な熱可塑性ポリエーテルイミド粉末を提供する必要性が依然として存在する。本発明はその課題の解決手段を与えるものである。
【発明の概要】
【０００８】
ある実施形態は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が少なくとも１５０℃である少なくとも１種の超微細な球状の熱可塑性粉末を含む粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備える方法を対象とする。
【０００９】
別の実施形態は、ガラス転移温度（Ｔｇ）が少なくとも１５０℃である少なくとも１種の超微細な球状の熱可塑性粉末を含み、前記熱可塑性粉末がポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリアリールスルホン、並びにそれらの組み合わせから選択される粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備える方法を対象とする。
【００１０】
さらに別の実施形態は、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末を含む粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備える方法を対象とする。
【００１１】
別の実施形態は、３次元物品の製造方法を対象とし、該製造方法は、（１）少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末を含む粉末組成物を支持体表面上に堆積させるステップと；（２）前記組成物を平らにして支持体表面上に滑らかな層を形成するステップと；（３）支持体表面上の所定のターゲット領域にわたってエネルギービームを向け、前記組成物に一体層を形成させるステップと；（ｄ）ステップ（１）〜（３）を繰り返して隣接した層に一体的に結合した追加の層を形成し、３次元物品を形成するステップと、を備えてもよく、前記熱可塑性組成物は、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末を含む。エネルギービームはレーザーであり得る。
【００１２】
さらに別の実施形態は、粉末床溶融結合プロセスにおける、２０１３年３月１５日出願の米国特許出願番号第１３／８４１８０２号（代理人整理番号１２ＰＬＡＳ０２９５−ＵＳ−ＮＰ）に記載されたエマルジョン方法で製造した粉末の使用を対象とする。
【００１３】
さらに別の実施形態は、本明細書に記載の粉末床溶融結合プロセスで製造された３次元製品を対象とする。
【００１４】
上記のおよび他の特徴は、以下の図面および詳細な説明によって例示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図面を参照すると、以下の典型的な実施形態が示されている：
【図１】２種の異なる選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）粉末の粒径形態を示す２つのマイクロ写真である。
【図２】図１に示した２種の異なるＳＬＳ粉末を用いるビルドプラットフォーム表面の違いを示す２つのマイクロ写真である。
【図３】図１および２に示した粉末Ｂで製造した３Ｄレーザー焼結部品を示すマイクロ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本方法はいくつかの利点を有する。本方法は、レーザー焼結などの粉末床溶融結合プロセスに最適な範囲で、狭いサイズ分布の明確に定義された粒径の球状の粒子を採用する。また、本方法では、粉末組成物は、安定化剤、着色剤およびフロー剤のような添加剤、またはレーザー焼結プロセスに有用であり得る特定の添加剤（例えばレーザー波長に特有の吸収体、ポスト架橋のための硬化性樹脂など）を含有する。本方法による良好な粒度制御の別の利点は、粒径が異なる２種以上の粉末を混合する利点を与えることである。これは、水性エマルジョン塗料中で粒径が異なるラテックスの使用と類似した、粒子の積み重ねの改良によるより良好な層の形成をもたらし得る。
【００１７】
本明細書で「ガラス転移温度（Ｔｇ）が少なくとも１５０℃である熱可塑性粉末」は、ガラス転移温度が少なくとも１５０℃である熱可塑性ポリマー粉末の少なくとも１種を含む。これらの粉末の例としては、ポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリアリールスルホン、並びにそれらの組み合わせを挙げることができる。適したポリアリールスルホンとしてポリフェニルスルホンが挙げられる。特定の実施形態として、ＵＬＴＥＭポリエーテルイミドポリマー（１０００および１０４０といった等級のものを含む）、ＳＩＬＴＥＭポリ（シロキサン−エーテルイミド）ポリマー（ＳＴＭ１７００、ＳＴＭ１５００に加えてＸＨ６０５０といった等級のものを含む）が挙げられる。
【００１８】
本明細書で「超微細」とは、平均粒径が約１０〜約１００μｍであり、１０μｍ未満の粉末粒子の量が２体積％未満である熱可塑性粉末粒子を意味する。ある実施形態では、粉末は単峰性であり得、約１０〜約１００μｍの平均粒子を有する。別の実施形態では、少なくとも２種の粉末組成物が採用され得、各粉末組成物は約１０〜約１００μｍの異なる平均粒径を有し、それによって多峰性粉末組成物を形成する。粉末は、０．５ｇ／ｃｍ３（ｇ／ｃｃ）超のかさ密度も有してもよい。
【００１９】
本明細書で「球状の」とは、熱可塑性粉末粒子が実質的に球形であることを意味する。これらの球状の粒子は、２０１３年３月１５日出願の米国特許出願第１３／８４１８０２号に記載のエマルジョンプロセスによって製造できる。
【００２０】
本明細書で「ポリエーテルイミド」は、１個超の、例えば１０〜１０００個、または１０〜５００個の式（１）の構造単位を含む化合物を意味するものとして使用される。
【化１】
2017516680.tif 000003
式中、Ｒはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｃ６−２０芳香族炭化水素基またはそのハロゲン化誘導体、直線または分岐鎖Ｃ２−２０アルキレン基またはそのハロゲン化誘導体、Ｃ３−８シクロアルキレン基またはそのハロゲン化誘導体などの置換または非置換の二価有機基であり、特に下式（２）の二価の基である：
【化２】
2017516680.tif 000004
式中、Ｑ１は−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ２−、−ＳＯ−、−ＣｙＨ２ｙ−（ｙは１〜５の整数）もしくはそのハロゲン化誘導体（パーフルオロアルキレン基を含む）、または−（Ｃ６Ｈ１０）ｚ−（ｚは１〜４の整数）である。一実施形態では、Ｒはｍ−フェニレン、ｐ−フェニレンまたはジアリールスルホンである。
【００２１】
さらに、式（１）中、Ｔは−Ｏ−または式−Ｏ−Ｚ−Ｏ−の基であり、前記−Ｏ−または−Ｏ−Ｚ−Ｏ−基の二価の結合は３，３’、３，４’、４，３’、または４，４’位置にある。また、式（１）の−Ｏ−Ｚ−Ｏ−中のＺ基は、置換または非置換の二価有機基であり、１〜６個のＣ１−８アルキル基、１〜８個のハロゲン原子、またはそれらの組み合わせで、Ｚの価数を超えないことを条件として任意に置換された芳香族Ｃ６−２４単環式または多環式部分であり得る。典型的なＺ基としては、下式（３）のジヒドロキシ化合物から誘導される基が挙げられる：
【化３】
2017516680.tif 000005
式中、ＲａおよびＲｂは、同一であっても異なっていてもよく、例えばハロゲン原子または一価のＣ１−６アルキル基であり；ｐおよびｑはそれぞれ独立に０〜４の整数であり；ｃは０〜４であり；Ｘａヒドロキシ置換芳香族基を結合する架橋基であり、Ｃ６アリーレン基それぞれの架橋基およびヒドロキシ置換基は、該Ｃ６アリーレン基上で互いにオルト、メタ、またはパラ（具体的にはパラ）に配置されている。架橋基Ｘａは、単結合、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｓ（Ｏ）−、−Ｓ（Ｏ）２−、−Ｃ（Ｏ）−またはＣ１−１８有機架橋基であり得る。該Ｃ１−１８有機架橋基は、環式または非環式であり得、芳香族または非芳香族であり得、さらに、ハロゲン、酸素、窒素、硫黄、ケイ素またはリンなどのヘテロ原子を含む得る。該Ｃ１−１８有機基は、それに結合するＣ６アリーレン基が互いに共通のアルキリデン炭素か、またはＣ１−１８有機架橋基の異なる炭素に結合されるように配置され得る。Ｚ基の具体例は、下式（３ａ）の二価の基である：
【化４】
2017516680.tif 000006
式中、Ｑは−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）−、−ＳＯ２−、−ＳＯ−、または−ＣｙＨ２ｙ−（ｙは１〜５の整数）もしくはそのハロゲン化誘導体（ペルフルオロアルキレン基を含む）である。特定の実施形態では、Ｚは、式（３ａ）中のＱが２，２−イソプロピリデンであるビスフェノールＡから誘導される。
【００２２】
一実施形態では、式（１）中、Ｒがｍ−フェニレンまたはｐ−フェニレンであり、Ｔが−Ｏ−Ｚ−Ｏ−であり、ここで、Ｚは式（３ａ）の二価の基である。代替として、Ｒがｍ−フェニレンまたはｐ−フェニレンであり、Ｔが−Ｏ−Ｚ−Ｏであり、ここで、Ｚは式（３ａ）の二価の基であり、Ｑは２，２−イソプロピリデンである。
【００２３】
ある実施形態では、ポリエーテルイミドは、コポリマーであってもよく、例えば、式（１）の構造単位を含むポリエーテルイミドスルホンコポリマーであって、Ｒ基の少なくとも５０モル％はＱ１が−ＳＯ２−である式（２）のものであり、残りのＲ基が独立にｐ−フェニレンまたはｍ−フェニレンまたは前述したもの少なくとも１つを含む組み合わせであり；Ｚが２，２’−（４−フェニレン）イソプロピリデンであるポリエーテルイミドスルホンコポリマーであってもよい。代替として、ポリエーテルイミドは任意に追加の構造イミド単位、例えば下式（４）のイミド単位を含む：
【化５】
2017516680.tif 000007
式中、Ｒは式（１）で説明したものであり、Ｗは下式のリンカーである。
【化６】
2017516680.tif 000008
これらの追加の構造イミド単位の存在量は、合計の単位数に対して０〜１０モル％、具体的には０〜５モル％、より具体的には０〜２モル％であり得る。一実施形態では、前記ポリエーテルイミド中に追加のイミド単位が存在しない。
【００２４】
ポリエーテルイミドは、式（５）：
【化７】
2017516680.tif 000009
の芳香族ビス（エーテル無水物）と、下式（６）：
【化８】
2017516680.tif 000010
の有機ジアミンとの反応を含む当業者に周知のいずれの方法によっても調製でき、式中、ＴおよびＲは上記で定義した通りである。ポリエーテルイミドのコポリマーは、式（５）の芳香族ビス（エーテル無水物）と異なるビス（無水物）、例えばＴがエーテル官能性を含まない、例えばＴがスルホンであるビス（無水物）との組み合わせを用いて製造できる。
【００２５】
ビス（無水物）の典型的な例としては、３，３−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；２，２−ビス［４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）フェニル］プロパン二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；４，４’−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニル−２，２−プロパン二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテル二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルフィド二無水物；４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ベンゾフェノン二無水物；および、４−（２，３−ジカルボキシフェノキシ）−４’−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルスルホン二無水物、並びに様々なそれらの組み合わせが挙げられる。
【００２６】
有機ジアミンの例としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、１，１２−ドデカンジアミン、１，１８−オクタデカンジアミン、３−メチルヘプタメチレンジアミン、４，４−ジメチルヘプタメチレンジアミン、４−メチルノナメチレンジアミン、５−メチルノナメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘキサメチレンジアミン、２，５−ジメチルヘプタメチレンジアミン、２，２−ジメチルプロピレンジアミン、Ｎ−メチル−ビス（３−アミノプロピル）アミン、３−メトキシヘキサメチレンジアミン、１，２−ビス（３−アミノプロポキシ）エタン、ビス（３−アミノプロピル）スルフィド、１，４−シクロヘキサンジアミン、ビス−（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、ｍ−キシレンジアミン、ｐ−キシレンジアミン、２−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレン−ジアミン、５−メチル−４，６−ジエチル−１，３−フェニレン−ジアミン、ベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、１，５−ジアミノナフタレン、ビス（４−アミノフェニル）メタン、ビス（２−クロロ−４−アミノ−３，５−ジエチルフェニル）メタン、ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，４−ビス（ｐ−アミノ−ｔ−ブチル）トルエン、ビス（ｐ−アミノ−ｔ−ブチルフェニル）エーテル、ビス（ｐ−メチル−ｏ−アミノフェニル）ベンゼン、ビス（ｐ−メチル−ｏ−アミノペンチル）ベンゼン、１、３−ジアミノ−４−イソプロピルベンゼン、ビス（４−アミノフェニル）スルフィド、ビス−（４−アミノフェニル）スルホンおよびビス（４−アミノフェニル）エーテルが挙げられる。これらの化合物の組み合わせも使用できる。ある実施形態では有機ジアミンはｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、スルホニルジアニリン、または前述したもの１つ以上を含む組み合わせである。
【００２７】
ポリエーテルイミドのメルトインデックスは、米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）Ｄ１２３８で、３４０〜３７０℃、６．７ｋｇの質量を用いて測定した０．１〜１０ｇ／分であり得る。ある実施形態では、ポリエーテルイミドポリマーの質量平均分子量（Ｍｗ）は、ポリスチレン標準を用いてゲル浸透クロマトグラフィーで測定した１，０００〜１５０，０００ｇ／モル（Ｄａ）である。ある実施形態では、ポリエーテルイミドのＭｗは１０，０００〜８０，０００Ｄａである。そのようなポリエーテルイミドポリマーの固有粘度は、典型的には、２５℃でｍ−クレゾール中で測定した０．２ｄＬ／ｇ超であり、より具体的には、０．３５〜０．７ｄｌ／ｇである。
【００２８】
本明細書および特許請求の範囲で、熱可塑性「ポリエーテルイミド」組成物は、式（１）のポリエーテルイミド単位と下式（７）のシロキサンブロックとを含むポリ（シロキサン−エーテルイミド）コポリマーも含み得る。
【化９】
2017516680.tif 000011
式中、Ｒ’はそれぞれ独立にＣ１−１３一価ヒドロカルビル基である。例えば、Ｒ’はそれぞれ独立にＣ１−１３アルキル基、Ｃ１−１３アルコキシ基、Ｃ２−１３アルケニル基、Ｃ２−１３アルケニルオキシ基、Ｃ３−６シクロアルキル基、Ｃ３−６シクロアルコキシ基、Ｃ６−１４アリール基、Ｃ６−１０アリールオキシ基、Ｃ７−１３アリールアルキル基、Ｃ７−１３アリールアルコキシ基、Ｃ７−１３アルキルアリール基、またはＣ７−１３アルキルアリールオキシ基であり得る。前述した基はすべてまたは部分的にフッ素、塩素、臭素、もしくはヨウ素、またはこれらの少なくとも１個を含む組み合わせでハロゲン化され得る。一実施形態では、ハロゲンが存在しない。上記Ｒ基の組み合わせは同じコポリマーで使用できる。一実施形態では、ポリシロキサンブロックは、最小の炭化水素含量を有するＲ’基を含む。特定の実施形態では、最小の炭化水素含量を有するＲ’基はメチル基である。
【００２９】
ポリ（シロキサン−エーテルイミド）は、芳香族ビス無水物（４）と、上記有機ジアミン（６）またはジアミンの混合物を含むジアミン成分と、下式（７）のポリシロキサンジアミンとの重合によって形成できる：
【化１０】
2017516680.tif 000012
式中、Ｒ’およびＥは式（７）で説明した通りであり、Ｒ４はそれぞれ独立にＣ２−Ｃ２０炭化水素、特にＣ２−Ｃ２０アリーレン、アルキレン、またはアリーレンアルキレン基である。一実施形態では、Ｒ４がＣ２−Ｃ２０アルキル基、具体的にはプロピレンなどのＣ２−Ｃ２０アルキル基であり、Ｅは、５〜１００、５〜７５、５〜６０、５〜１５、または１５〜４０の平均値を有する。式（８）のポリシロキサンジアミンを製造する手順は当分野で周知である。
【００３０】
あるポリ（シロキサン−エーテルイミド）では、ジアミン成分は、例えば米国特許第４，４０４，３５０号明細書に記載されているように、ポリシロキサンジアミン（８）を１０〜９０モル％（ｍｏｌ％）、または２０〜５０ｍｏｌ％、または２５〜４０ｍｏｌ％と、ジアミン（６）を１０〜９０ｍｏｌ％、または５０〜８０ｍｏｌ％、または６０〜７５ｍｏｌ％とを含有し得る。ジアミン成分は、１種または複数のビス無水物との反応前に物理的に混合することができ、それ故に実質的にランダムなコポリマーを形成することができる。代替として、ブロックコポリマーまたは交互コポリマーを、（６）および（８）と芳香族ビス（エーテル無水物）（５）とを選択的に反応させて、後に一緒に反応させたポリイミドブロックを製造することによって形成することができる。したがって、ポリ（シロキサン−イミド）コポリマーは、ブロック、ランダム、またはグラフトコポリマーであり得る。
【００３１】
特定のポリ（シロキサン−エーテルイミド）の例としては、米国特許第４，４０４，３５０号明細書、米国特許第４，８０８，６８６号明細書および米国特許第４，６９０，９９７号明細書に記載されているものがある。一実施形態では、ポリ（シロキサン−エーテルイミド）は、下式（９）の単位を有する：
【化１１】
2017516680.tif 000013
式中、シロキサンのＲ’およびＥは、式（５）におけるものであり、イミドのＲおよびＺは式（１）におけるものであり、Ｒ４は式（８）中のＲ４と同じであり、ｎは５〜１００の整数である。特定の実施形態では、エーテルイミドのＲがフェニレンであり、ＺがビスフェノールＡの残基であり、Ｒ４がｎ−プロピレンであり、Ｅが２〜５０、５〜３０、または１０〜４０であり、ｎが５〜１００であり、シロキサンの各Ｒ’がメチルである。
【００３２】
ポリ（シロキサン−エーテルイミド）中のポリシロキサン単位およびエーテルイミド単位の相対量は望ましい特性に依存し、本明細書に記載のガイドラインを用いて選択される。特に、上述したように、ブロックまたはグラフトのポリ（シロキサン−エーテルイミド）コポリマーは、あるＥの平均値を有するように選択され、組成物中のポリシロキサン単位の望ましい質量％を与えるのに有効な量で使用される。一実施形態では、ポリ（シロキサン−エーテルイミド）は、ポリ（シロキサン−エーテルイミド）の合計質量に対して、ポリシロキサン単位を１０〜５０質量％、１０〜４０質量％、または２０〜３５質量％含む。
【００３３】
「アルキル」は、分岐鎖または直鎖、不飽和脂肪族Ｃ１−３０炭化水素基、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｓ−ペンチル、ｎ−およびｓ−ヘキシル、ｎ−およびｓ−ヘプチル、並びに、ｎ−およびｓ−オクチルを含む。「アルケニル」とは、少なくとも１つの炭素−炭素二重結合を有する直鎖または分岐鎖の、一価の炭化水素基（例えばエテニル（−ＨＣ＝ＣＨ２））を意味する。「アルコキシ」とは、酸素を介して結合されるアルキル基（すなわちアルキル−Ｏ−）、例えばメトキシ、エトキシ、およびｓｅｃ−ブチルオキシ基を意味する。
【００３４】
「アルキレン」とは、直鎖または分岐鎖、飽和二価脂肪族炭化水素基（例えばメチレン（−ＣＨ２−）またはプロピレン（−（ＣＨ２）３−））を意味する。
【００３５】
「シクロアルキレン」とは、二価環式アルキレン基、−ＣｎＨ２ｎ−ｘ、（ｘは１つまたは複数の環化によって置換された水素の数）を意味する。「シクロアルケニル」とは、環内に１つ以上の環と１つ以上の炭素−炭素二重結合とを有し、すべての環員が炭素である一価の基（例えば、シクロペンチルおよびシクロヘキシル）を意味する。
【００３６】
「アリール」とは、フェニル、トロポン、インダニル、またはナフチルなどの炭素原子の特定数を含有する芳香族炭化水素基を意味する。接頭辞「ヘテロ」とは、ヘテロ原子である環員を少なくとも１個（例えば、１、２または３個のヘテロ原子）含む化合物または基を意味し、該ヘテロ原子はそれぞれ独立にＮ、Ｏ、ＳまたはＰである。
【００３７】
「置換された」とは、水素の代わりに、Ｃ１−９アルコキシ、Ｃ１−９ハロアルコキシ、ニトロ（−ＮＯ２）、シアノ（−ＣＮ）、Ｃ１−６アルキルスルホニル（−Ｓ（＝Ｏ）２−アルキル）、Ｃ６−１２アリールスルホニル（−Ｓ（＝Ｏ）２−アリール）、チオール（−ＳＨ）、チオシアノ（−ＳＣＮ）、トシル（ＣＨ３Ｃ６Ｈ４ＳＯ２−）、Ｃ３−１２シクロアルキル、Ｃ２−１２アルケニル、Ｃ５−１２シクロアルケニル、Ｃ６−１２アリール、Ｃ７−１３アリールアルキレン、Ｃ４−１２ヘテロシクロアルキル、およびＣ３−１２ヘテロアリールから独立に選択される少なくとも１個（例えば、１、２、３または４個）の置換基で、化合物または基が、置換された原子の通常の価数を超えないことを条件として置換されていることを意味する。
【００３８】
本方法で使用される少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末は、２０１３年３月１５日出願の米国特許出願番号第１３／８４１，８０２号で開示される方法によって製造でき、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む。
【００３９】
ある実施形態では、ポリエーテルイミド粉末などの、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末は、（ａ）ポリエーテルイミドポリマーなどのＴｇが高い熱可塑性材料を、該熱可塑性材料を溶解可能な有機溶媒中に溶解させて溶液を形成するステップと；（ｂ）前記溶液と水と界面活性剤とを混合することによって前記溶液を乳化して、エマルジョンを形成するステップと；（ｃ）界面活性剤を含有する受入水（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｗａｔｅｒ）へエマルジョンを移して、前記有機溶媒を除去し、スラリーを形成するステップと；（ｄ）直径７５μｍ未満の熱可塑性粒子を回収するステップと、を備える方法によって製造される。この方法は、受入水へエマルジョンを移す前に、エマルジョンの沸点以下までエマルジョンを加熱するステップをさらに備えてもよい。代替として、この方法は、受入水へエマルジョンを移す前に、エマルジョンの沸点より高い温度にエマルジョンを加熱するステップを備えてもよい。溶媒は、塩化メチレン、クロロホルム、およびそれらの組み合わせの群から選択されるメンバーであってもよい。界面活性剤は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ラウリル硫酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせを含むアニオン性界面活性剤であってもよい。この方法は、さらに、スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップを備えてもよい。また、この方法は、さらに、熱および真空下で湿ケークを乾燥させるステップを備えてもよい。
【００４０】
他の実施形態では、（ａ）ポリエーテルイミドポリマーなどの熱可塑性材料を溶媒に溶解させて、溶液を形成するステップであって、前記熱可塑性材料は前記溶媒に可溶であり、前記溶媒の沸点は１００℃未満であり、前記溶媒は水と非混和性であるステップと；（ｂ）エマルジョンを形成するのに十分な撹拌条件の下で、前記溶液と脱イオン化水と界面活性剤とを混合することによって、前記溶液を乳化するステップと；（ｃ）界面活性剤を含有する脱イオン化した受入水へエマルジョンを移し、前記溶媒を除去し、スラリーを形成するステップと；（ｄ）前記スラリーを予め濾過して、いずれのマクロ粒子または汚染物質も除去するステップと；（ｅ）前記スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップと；（ｆ）前記スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップと；（ｇ）洗浄した湿ケークを熱および真空下で乾燥するステップと；（ｈ）直径７５μｍ未満のポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などの熱可塑性材料の粒子を回収するステップによって、ポリエーテルイミドポリマー粉末などの少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末は製造される。
【００４１】
粉末組成物は、粉末中の高分子材料の質量を基準として、ポリエーテルイミド粉末などの少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末を５０〜１００質量％含む。球状のポリエーテルイミド粉末に加えて、粉末組成物は着色剤または加工助剤を含有し得る。
【００４２】
ある実施形態では、粉末組成物は、任意にフロー剤を含有し得る。特に、本発明の熱可塑性組成物は、微粒子のフロー剤を０％、好ましくは０．０５質量％〜約５質量％、より好ましくは約０．０７５質量％〜約１質量％含有する。特に、粉末組成物は、フロー剤を約０．１質量％〜約０．２５質量％含有する。
【００４３】
粉末組成物に含まれるこの任意のフロー剤は、メジアン粒径が１０μｍ以下の粒子状無機材料であり、水和シリカ、非晶質アルミナ、ガラス状シリカ、ガラス状ホスフェート、ガラス状ホウ酸塩、ガラス状オキシド、チタニア、タルク、マイカ、ヒュームド・シリカ、カオリン、アタパルジャイト、ケイ酸カルシウム、アルミナ、およびケイ酸マグネシウムからなる群より選択される。フロー剤の存在量は、好ましくはポリエーテルイミドがレーザー焼結装置のビルド表面上で流れ、平らになるのに十分な量である。１つの有用なフロー剤はヒュームド・シリカである。
【００４４】
また、粉末組成物は他の任意の成分も含有し得る。これらの任意の成分は粒子状材料であり、充填剤および着色剤などの有機および無機の材料を含む。任意の成分の存在量は、熱可塑性組成物またはそれから調製した物品に悪影響を及ぼすことなく、該任意成分の意図された役割を果たすのに十分な量である。任意の成分の粒径は、ポリエーテルイミドおよび／または任意のフロー剤の粒径の範囲内である。任意の成分はそれぞれ、必要に応じて望ましいメジアン粒径および粒径分布に粉砕される。
【００４５】
粉末組成物中の個々の任意の成分それぞれの存在量は、仮に存在する場合、典型的には組成物の約０．１質量％〜約３０質量％である。粉末組成物中の任意の成分の合計量は、０％から最大約３０質量％である。
【００４６】
任意の成分それぞれが、レーザー焼結プロセス中に溶融する必要はない。しかしながら、任意の成分それぞれは、強く、耐久性のある製品を提供するために、ポリエーテルイミドと適合しなければならない。したがって、任意の成分は、製品に追加の強度を与える無機充填剤であり得る。
【００４７】
別の任意の成分は、製品に望ましい色を与える着色剤、例えばカーボンブラックのような顔料または染料である。着色剤は、それから調製した組成物または物品に悪影響を及ぼさない限り制限されず、レーザー焼結プロセスの条件下で、レーザーに曝されている間、その色を保持するほど十分に安定である
【００４８】
さらに他の追加の任意の成分としては、例えば、トナー、増量剤、充填剤、着色剤（例えば、顔料および染料）、滑剤、腐食防止剤、チキソトロープ剤、分散剤、酸化防止剤、付着促進剤、光安定剤、有機溶媒、界面活性剤、難燃剤、およびこれらの混合物を挙げることができる。
【００４９】
また、さらに別の任意の成分は、ポリエーテルイミドの特性を改質する第２のポリマーでもあり得る。
【００５０】
本明細書での球状のポリエーテルイミド粉末は、ある特徴を有してもよい。該粉末は、１５０℃超かつ３５０℃未満のガラス転移温度を有してもよく、より詳細には、２００℃超かつ３００℃未満のガラス転移温度を有してもよい。ある実施形態では、市販のＵＬＴＥＭポリエーテルイミドのＴｇは２１５℃である。それは、１つ以上の非晶質ポリエーテルイミド粉末を少なくとも５質量％含み得る。それは、１，０００〜１５０，０００Ｄａの質量平均分子量を有してもよい。各粉末は単峰性で、約１０〜約７５μｍの平均粒子を有する。該粉末は０．５ｇ／ｃｍ３（ｇ／ｃｃ）超のかさ密度を有してもよい。別の実施形態では、少なくとも２つの粉末組成物を採用してもよく、粉末組成物はそれぞれ異なる平均粒径を有し、それによって、多峰性粉末組成物を形成する
。ある実施形態では、３次元物品の製造方法は、（１）少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末を含む粉末組成物を支持体表面上に堆積させるステップと；（２）前記組成物を平らにして支持体表面上に滑らかな層を形成するステップと；（３）次いで、支持体表面上の所定のターゲット領域にわたってエネルギービームを向けて、前記組成物に一体層を形成させるステップと；（ｄ）ステップ（１）〜（３）を繰り返して隣接した層に一体的に結合した追加の層を形成し、３次元物品を形成するステップと、を備え得、熱可塑性組成物は少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末を含み得る。エネルギービームはレーザーであり得る。
【００５１】
本明細書で「粉末床溶融結合する」は、すべてのレーザー焼結およびすべての選択的レーザー焼結のプロセス並びに他の粉末床溶融結合プロセスを指すのに使用される。例えば、粉末組成物の焼結は、レーザーによって生じたもの以外の電磁放射線の照射で、例えば、阻害剤、吸収体、サセプタ、または電磁放射線の選択的な利用によって（例えば、マスクまたは方向づけられたレーザービームの使用によって）焼結の選択性をもたらして、達成してもよい。電磁放射線のいずれの他の適した供給源も使用してよく、例えば、赤外線放射供給源、マイクロ波発振器、レーザー、放射ヒーター、照明器具、またはそれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、選択的マスク焼結（「ＳＭＳ」）技術を使用して本発明の３次元物品を製造してもよい。ＳＭＳプロセスのさらなる説明については、例えば、遮蔽マスクを使用して赤外線放射を選択的にブロックし、粉末層の一部の選択的な照射をもたらすＳＭＳ機を記載する米国特許第６，５３１，０８６号明細書を参照されたい。ＳＭＳプロセスを使用して本発明の粉末組成物から物品を製造する場合、粉末組成物の赤外吸収特性を向上させる１つ以上の材料を粉末組成物中に含めることが望ましいことであり得る。例えば、粉末組成物は、１つ以上の熱吸収体および／または暗色材料（例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、または炭素繊維）を含んでもよい。
【００５２】
また、本発明は、これらの粉末組成物を粉末床溶融結合することによって製造されたすべて３次元製品も含む。製品の層ごとの製造後、製品は、優れた解像度、耐久性、および強度を示し得る。これらの製品は、プロトタイプとしての使用、最終製品としての使用、加えて最終製品のための鋳型としての使用を含めた幅広い種類の用途を有し得る。
【００５３】
特に、粉末床溶融結合した（例えばレーザー焼結した）物品は、レーザー焼結プロセスを含めたいずれの適した粉末床溶融結合プロセスも用いて、粉末組成物から製造してもよい。これらの物品は、ある実施形態では高分子マトリックス全体にわたって分散した強化粒子を有する高分子マトリックスを含む複数の積層し、付着した焼結層を含むことができる。レーザー焼結プロセスは十分に周知であり、ポリマー粒子の選択的な焼結に基づき、ポリマー粒子の層が短時間レーザー光に曝され、レーザー光に曝されたポリマー粒子が互いに結合する。ポリマー粒子の層の連続的な焼結によって３次元物体が製造される。選択的レーザー焼結プロセスについての詳細は、例として、米国特許第６，１３６，９４８号明細書および国際公開第号９６／０６８８１号に記載されている。しかしながら、本明細書に記載された粉末は、先行技術の他のラピッドプロトタイピングまたは迅速生産処理、特に上述したもので使用してもよい。例えば、本発明の粉末は、特に、米国特許第６，１３６，９４８号明細書または国際公開第９６／０６８８１号に記載のＳＬＳ（選択的レーザー焼結）プロセスで、国際公開第０１／３８０６１号に記載のＳＩＢプロセス（粉末の結合の選択的阻害）で、欧州特許出願公開第０４３１９２４号明細書に記載の３Ｄ印刷で、または独国特許出願公開第１０３１１４３８号明細書に記載のマイクロ波プロセスで粉末から成型品を製造するために使用してもよい。引用した明細書、特にそれらに記載のプロセスは、参照により本発明のこの説明に明確に組み込まれる。
【００５４】
本発明のレーザー焼結物品の焼結層は、レーザー焼結加工に適したいずれの厚さのものであってもよい。複数の焼結層が、それぞれ平均で、好ましくは少なくとも約５０μｍの厚さ、より好ましくは少なくとも約８０μｍの厚さ、さらにより好ましくは少なくとも約１００μｍの厚さであってもよい。好ましい実施形態では、複数の焼結層が、それぞれ平均で、好ましくは約２００μｍ未満の厚さ、より好ましくは約１５０μｍ未満の厚さ、さらにより好ましくは約１２０μｍ未満の厚さである。レーザー焼結以外の層ごとの焼結を用いて本発明の粉末組成物から製造した３次元物品は、上記のものと同じかまたは異なる層の厚さを有してもよい。
【００５５】
一般に、本発明は、本明細書に開示されるいずれの適切な構成要素を交互に含み得るか、該構成要素からなり得るか、または本質的になり得る。本発明は、さらに、または代替として、先行技術の組成物に使用された、またはそうでなければ本発明の機能および／または目的の達成に必要ではない、いずれの成分、材料、成分、補助剤または種を欠くか、または実質的に含まないように処方される。
【実施例】
【００５６】
ＳＬＳプロセスにおける球状形態の利点を評価するために、比較の研究を実施した。同等の平均粒径を有する２種の粉末を製造した。粉末Ａはジェット粉砕で製造した一方で、粉末Ｂは本明細書に記載のエマルジョンプロセスで製造した。粒子表面形態の違いが図１に示したＳＥＭ画像から明らかとなる。
【００５７】
粉末Ａは、粗く、亀裂の入った表面およびジャガイモ様の形態であるが、粉末Ｂは密集した球体からなる。粉末ＡおよびＢの両方の平均粒径は１０〜１５μｍである。粉末Ａでの粒径分布は、下表のデータから分かるように、粉末Ｂのものよりはるかに狭い。粉末Ｂは、より大きいパーセンテージのサブミクロン粒子を含有する。
【表１】
2017516680.tif 000014
【００５８】
粉末流動を定量的に特徴付けるために、静止角、Ｈａｕｓｎｅｒ比、かさ密度、タップ密度などを含むいくつかの方法が過去に開発されてきた。しかしながら、これらの粉末特性とＳＬＳプロセス内での実際の粉末の取り扱いを関連付ける信頼できる手段は依然として開発中である。したがって、表２に記載されているように、１〜４の定性的な尺度を使用して、２種の粉末の性能を区別する
【表２】
2017516680.tif 000015
【００５９】
超微細粉末は、典型的には、大量のフロー促進剤を添加しても、不十分な粉末流動を示す。粉末Ａは、表３に示すように、不十分な粉末流動挙動を示した。２％（質量）のヒュームド・シリカのフロー促進剤を添加しても、３Ｄ部品を製造可能な滑らかな粉末床を作製できなかった。粉末床のサンプルを図２（ａ）に示す。
【００６０】
表３：ジェット粉砕プロセス対エマルジョンベースのプロセスから作製されたポリエーテルイミドの粉末の流動挙動。流動挙動は、不十分（１とランク付けされる）から良好（４とランク付けされる）まで定量した。
【表３】
2017516680.tif 000016
【００６１】
球状の粉末である、粉末Ｂの利点は、ＳＬＳ機内で粉末を加工した際に明らかである。かなりの量のサブミクロン粒子で、０．１％（質量）のヒュームド・シリカのフロー促進剤を添加しても、粉末Ｂは、表３に示すように、良好な粉末の流動挙動を示す。図２（ｂ）に示すように、ビルドプラットフォーム上で滑らかな表面が容易に作り出せる。
【００６２】
４個の四角の部品を粉末Ｂで製造することによって、コンセプトが立証された。部品それぞれは２０層の後に焼結される粉末層からなる。製造した部品のサンプルを図３に示す。表４に要約するように、ＳＬＳプロセスで粉末Ｂを用いて製造した部品は、良好な機械的完全性を示した一方で、粉末Ａを用いて部品を製造できなかった。
【００６３】
【表４】
2017516680.tif 000017
【００６４】
本発明を以下の実施形態でさらに例示する。
【００６５】
実施形態１：ガラス転移温度（Ｔｇ）が少なくとも１５０℃である少なくとも１種の超微細で球状の熱可塑性ポリマー粉末を含む粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備える方法。
【００６６】
実施形態２：前記粉末組成物が、粉末中の高分子材料の質量を基準として、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末を５０〜１００質量％含む実施形態１の方法。
【００６７】
実施形態３：球状の熱可塑性ポリマー粉末のガラス転移温度が１５０℃超かつ３５０℃未満である実施形態１〜２のいずれかの方法。
【００６８】
実施形態４：球状の熱可塑性ポリマー粉末のガラス転移温度が２００℃超かつ３００℃未満である実施形態１〜３のいずれかの方法。
【００６９】
実施形態５：熱可塑性ポリマー粉末の質量平均分子量が１，０００〜１５０，０００Ｄａである実施形態１〜４のいずれかの方法。
【００７０】
実施形態６：超微細で、Ｔｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末それぞれが単峰性であり、約１０〜約７５μｍの平均粒子を有し、１０μｍより小さい粉末粒子の量が２体積％未満である実施形態１〜５のいずれかの方法。
【００７１】
実施形態７：フロー剤を前記粉末組成物に添加するステップをさらに備える実施形態１〜６のいずれかの方法。
【００７２】
実施形態８：フロー剤が、水和シリカ、非晶質アルミナ、ガラス状シリカ、ガラス状ホスフェート、ガラス状ホウ酸塩、ガラス状オキシド、チタニア、タルク、マイカ、ヒュームド・シリカ、カオリン、アタパルジャイト、ケイ酸カルシウム、アルミナおよびケイ酸マグネシウム、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される実施形態７の方法。
【００７３】
実施形態９：フロー剤の量が、粉末組成物の約０．０５％〜約５％である実施形態７〜８のいずれかの方法。
【００７４】
実施形態１０：ポリエーテルイミド粉末のかさ密度が０．５ｇ／ｃｍ３超である実施形態１〜９のいずれかの方法。
【００７５】
実施形態１１：少なくとも２種の粉末組成物が採用され、粉末組成物それぞれが異なる平均粒径を有し、それによって、多峰性粉末組成物を形成する実施形態１〜１０のいずれかの方法。
【００７６】
実施形態１２：ガラス転移温度（Ｔｇ）が少なくとも１５０℃である少なくとも１種の超微細で球状の熱可塑性ポリマー粉末を含む粉末組成物を提供するステップであって、前記熱可塑性ポリマー粉末は、ポリエーテルイミド、ポリスルホンおよびポリアリールスルホンおよびそれらの組み合わせから選択されるステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備える方法。
【００７７】
実施形態１３：前記粉末組成物が、粉末中の高分子材料の質量を基準として、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末を５０〜１００質量％含む実施形態１２の方法。
【００７８】
実施形態１４：球状の熱可塑性ポリマー粉末のガラス転移温度が１５０℃超かつ３５０℃未満である実施形態１２〜１３のいずれかの方法。
【００７９】
実施形態１５：球状の熱可塑性ポリマー粉末のガラス転移温度が２００℃超かつ３００℃未満である実施形態１２〜１４のいずれかの方法。
【００８０】
実施形態１６：熱可塑性ポリマー粉末の質量平均分子量が１，０００〜１５０，０００Ｄａである実施形態１２〜１５のいずれかの方法。
【００８１】
実施形態１７：前記超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末それぞれが単峰性であり、約１０〜約７５μｍの平均粒子を有し、１０μｍより小さい粉末粒子の量が２体積％未満である実施形態１２〜１６のいずれかの方法。
【００８２】
実施形態１８：フロー剤を粉末組成物に添加するステップをさらに備える実施形態１２〜１７のいずれかの方法。
【００８３】
実施形態１９：フロー剤が、水和シリカ、非晶質アルミナ、ガラス状シリカ、ガラス状ホスフェート、ガラス状ホウ酸塩、ガラス状オキシド、チタニア、タルク、マイカ、ヒュームド・シリカ、カオリン、アタパルジャイト、ケイ酸カルシウム、アルミナおよびケイ酸マグネシウムおよびそれらの組み合わせからなる群より選択される実施形態１８の方法。
【００８４】
実施形態２０：フロー剤の量が、粉末組成物の約０．０５％〜約５％である実施形態１８〜１９のいずれかの方法。
【００８５】
実施形態２１：ポリエーテルイミド粉末のかさ密度が０．５ｇ／ｃｍ３超である実施形態１〜２０のいずれかの方法。
【００８６】
実施形態２２：少なくとも２種の粉末組成物が採用され、粉末組成物それぞれが異なる平均粒径を有し、それによって、多峰性粉末組成物を形成する実施形態１〜２１のいずれかの方法。
【００８７】
実施形態２３：少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末を含む粉末組成物を提供するステップと；前記粉末組成物を粉末床溶融結合して３次元物品を形成するステップとを備える方法。
【００８８】
実施形態２４：粉末組成物が、粉末中の高分子材料の質量を基準として、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末を５０〜１００質量％を含む実施形態２３の方法。
【００８９】
実施形態２５：球状のポリエーテルイミド粉末のガラス転移温度が１５０℃超かつ３５０℃未満である実施形態２３〜２４のいずれかの方法。
【００９０】
実施形態２６：球状のポリエーテルイミド粉末のガラス転移温度が２００℃超かつ３００℃未満である実施形態２３〜２５のいずれかの方法。
【００９１】
実施形態２７：粉末組成物が１つ以上の非晶質ポリエーテルイミド粉末を少なくとも５質量％含む実施形態２３〜２６のいずれかの方法。
【００９２】
実施形態２８：ポリエーテルイミド粉末の質量平均分子量が１，０００〜１５０，０００Ｄａである実施形態２３〜２７のいずれかの方法。
【００９３】
実施形態２９：超微細で、Ｔｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末それぞれが単峰性であり、約１０〜約７５μｍの平均粒子を有する実施形態２３〜２４のいずれかの方法。
【００９４】
実施形態３０：少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状のポリエーテルイミド粉末が、（ａ）ポリエーテルイミドを溶解可能な有機溶媒にポリエーテルイミドを溶解させて、溶液を形成するステップと；（ｂ）前記溶液と水と界面活性剤とを混合することによって、前記溶液を乳化して、エマルジョンを形成するステップと；（ｃ）界面活性剤を含有する受入水へエマルジョンを移して、前記有機溶媒を除去し、スラリーを形成するステップと；（ｄ）直径７５μｍ未満のポリエーテルイミド粒子を回収するステップと、を備える方法によって製造される実施形態２３〜２９のいずれかの方法。
【００９５】
実施形態３１：受入水へエマルジョンを移す前に、エマルジョンをエマルジョンの沸点以下まで加熱するステップをさらに備える実施形態３０の方法。
【００９６】
実施形態３２：受入水へエマルジョンを移す前に、エマルジョンをエマルジョンの沸点より高い温度に加熱するステップをさらに備える実施形態３０〜３１のいずれかの方法。
【００９７】
実施形態３３：溶媒が、塩化メチレン、クロロホルム、およびそれらの組み合わせの群から選択されるメンバーである実施形態３０〜３２のいずれかの方法。
【００９８】
実施形態３４：界面活性剤がアニオン性、カチオン性もしくは非イオン性界面活性剤またはそれらの組み合わせである実施形態３０〜３３のいずれかの方法。
【００９９】
実施形態３５：界面活性剤が、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）、ラウリル硫酸ナトリウム、およびそれらの組み合わせの群から選択される界面活性剤である実施形態３０〜３４のいずれかの方法。
【０１００】
実施形態３６：前記スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップをさらに備える実施形態３０〜３５のいずれかの方法。
【０１０１】
実施形態３７：熱および真空下で湿ケークを乾燥させるステップをさらに備える実施形態３０〜３６のいずれかの方法。
【０１０２】
実施形態３８：フロー剤を粉末組成物に添加するステップをさらに備える実施形態２３〜３７のいずれかの方法。
【０１０３】
実施形態３９：フロー剤が、水和シリカ、非晶質アルミナ、ガラス状シリカ、ガラス状ホスフェート、ガラス状ホウ酸塩、ガラス状オキシド、チタニア、タルク、マイカ、ヒュームド・シリカ、カオリン、アタパルジャイト、ケイ酸カルシウム、アルミナおよびケイ酸マグネシウム、並びにそれらの組み合わせからなる群より選択される実施形態３８の方法。
【０１０４】
実施形態４０：フロー剤の量が、粉末組成物の約０．０５％〜約５％である実施形態３８〜３９のいずれかの方法。
【０１０５】
実施形態４１：ポリエーテルイミド粉末のかさ密度が０．５ｇ／ｃｍ３超である実施形態２３〜４０のいずれかの方法。
【０１０６】
実施形態４２：少なくとも２種の粉末組成物が採用され、粉末組成物それぞれが異なる平均粒径を有し、それによって、多峰性粉末組成物を形成する実施形態２３〜４１のいずれかの方法。
【０１０７】
実施形態４３：（１）少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性ポリマー粉末を含む粉末組成物を支持体表面上に堆積させるステップと；（２）前記組成物を平らにして支持体表面上に滑らかな層を形成するステップと；（３）次いで、支持体表面上の所定のターゲット領域にわたってエネルギービームを向けて、前記組成物に一体層を形成させるステップと；（ｄ）ステップ（１）〜（３）を繰り返して隣接した層に一体的に結合した追加の層を形成し、３次元物品を形成するステップと、を備え、前記熱可塑性組成物は、少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末を含む３次元物品の製造方法。
【０１０８】
実施形態４４：エネルギービームがレーザーである実施形態４３の請求項の方法。
【０１０９】
実施形態４５：少なくとも１種の超微細でＴｇが高い球状の熱可塑性粉末が、（ａ）熱可塑性ポリマー材料を溶媒に溶解させて、溶液を形成するステップであって、前記熱可塑性ポリマーが前記溶媒に可溶であり、前記溶媒の沸点は１００℃未満であり、前記溶媒は水と非混和性であるステップと；（ｂ）エマルジョンを形成するのに十分な撹拌条件の下で、前記溶液と脱イオン化水と界面活性剤とを混合することによって、前記溶液を乳化するステップと；（ｃ）界面活性剤を含有する脱イオン化した受入水へエマルジョンを移し、前記溶媒を除去し、スラリーを形成するステップと；（ｄ）前記スラリーを予め濾過して、いずれのマクロ粒子または汚染物質も除去するステップと；（ｅ）前記スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップと；（ｆ）前記スラリーを濾過して、湿ケークを形成するステップと；（ｇ）洗浄した湿ケークを熱および真空下で乾燥するステップと；（ｈ）直径７５μｍ未満の熱可塑性ポリマー粉末の粒子を回収するステップによって製造される実施形態４３〜４４のいずれかの方法。
【０１１０】
実施形態４６：熱可塑性ポリマーが、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアリールスルホンおよびそれらの組み合わせから選択される実施形態４３〜４５のいずれかの方法。
【０１１１】
実施形態４７：実施形態１〜４６のいずれかの方法によって生じた３次元焼結物品。
【０１１２】
本明細書に開示されるすべての範囲は終点を含み、独立に互いと組み合わせできる。「組み合わせ」は、ブレンド、混合物、合金、反応生成物などを含む。さらに、本明細書における「第１の、」「第２の、」などは、いかなる順序や量あるいは重要度を表すものではなく、ある要素と他の要素とを区別するために使用される。用語「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、量の限定を意味するものではなく、本明細書の他の部分に示すか、または記載により明確に否定しない限り、単数および複数の両方を包含すると解釈すべきである。接尾辞「（類）」は、それが修飾する用語が単数または複数含まれることを意図し、したがって、その用語は１つまたは複数含まれる（例えば、フィルム（類）は１つまたは複数のフィルムが含まれる）。明細書全体において、「ある実施形態」、「別の実施形態」、「一実施形態」などは、該実施形態に関連して記載される特定の要素（例えば、特徴、構造、および／または特性）が本明細書に記載の少なくともいくつかの実施形態に含まれていることを意味しており、他の実施形態にはふくまれていてもいなくてもよい。また、記載された要素は、種々の実施形態において任意の好適な方法で組み合わせ得るものと理解されるべきである。
【０１１３】
特定の実施形態について説明したが、出願人らまたは当業者により現在予見できないか、予見できない可能性がある代替手段、改変、バリエーション、改善、および実質的な均等物が生じ得る。したがって、出願時および補正され得る添付の特許請求の範囲は、そのような代替手段、改変、バリエーション、改善、および実質的な均等物をすべて包含することが意図される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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