JP2019137031A - 立体造形用粉末、立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法及び樹脂粉末 - Google Patents
立体造形用粉末、立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法及び樹脂粉末 Download PDFInfo
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Abstract
Description
従って、本発明は、造形物の寸法精度及び強度を両立できる立体造形用粉末を提供することを目的とする。
本発明の立体造形用粉末は、第一の樹脂粒子及び第二の樹脂粒子を含み、前記第一の樹脂粒子と前記第二の樹脂粒子は同種の樹脂であり、前記第一の樹脂粒子のMFR(メルトマスフローレート)をMFR1、前記第二の樹脂粒子のMFRをMFR2としたとき、MFR2>MFR1であり、MFR2/MFR1で表されるMFRの比が2〜5であることを特徴とする。
なお、本発明の立体造形用粉末は本発明の樹脂粉末に包含され、特に明記しない限り、本発明の立体造形用粉末についての説明は本発明の樹脂粉末についてもあてはまる。
本発明で定義されるMFR(メルトマスフローレート)の値は、樹脂の溶融時の粘度(流動性)を表す指標であり、MFR測定装置(Dynisco社製、形式D405913)にて設定温度が樹脂融点+15℃、荷重2.16kg条件下で、JIS7210(ISO1133)に準じて測定する。MFR値が大きいと溶融時の粘度が低く(流動しやすい)、小さいと溶融時の粘度が高い(流動しにくい)ことを示す。
MFR比=MFR2/MFR1
PBF(powder bed fusion)方式は、積層された立体造形粉末に、光や他熱源を特定の印刷パターンに照射し、照射部分の立体造形粉末を溶融、融着することで、造形物を形成していく。そのため、溶融された樹脂の粘度特性の制御は非常に重要である。
本発明の立体造形用粉末は、少なくとも第一の樹脂粒子と第二の樹脂粒子の2種類が含有されることが必要であり、本発明の効果を更に高めるためには、第一の樹脂粒子と第二の樹脂粒子の混合重量比率も重要である。
本発明における体積平均粒子径Dv(μm)は、樹脂粒子を粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル社製、microtrac MT3300EXII)を用い、条件として、該当する樹脂屈折率、非球形、溶媒をエアーに設定し、測定した値である。
本発明では第一の樹脂粒子及び第二の樹脂粒子の形状も重要であり、中でも第一の樹脂粒子の形状が重要である。特に第一の樹脂粒子の形状が立柱形状(「立柱状」とも称する)であることが好ましい。
立柱形状である場合、3D造形プリンターにより積層した際、粉末の充填密度が高くなり、より強度の高い造形物を得ることができる。
また、第一の面の外周領域22b及び第二の面の外周領域23bは、側面24の面方向と略同一の面方向となるように設けられていることが好ましい。
また、第一の面の外周領域22b及び第二の面の外周領域23bと、側面24との接続領域近辺を覆う第一の面及び第二の面の特徴的な構造は、ボトルキャップ形状とも称する。なお、ボトルキャップ形状も立柱形状の範疇に含まれる。
略円柱体の樹脂粒子において、底面と上面(第一の面22と第二の面23)を有する柱体形状を有するが、嵩密度を高めるため、頂点を持たないことが好ましい。頂点とは、柱体の中に存在する角の部分をいう。
なお、上記の長さはいずれもSEMで観察される範囲における長さであるとする。
本発明における第一の樹脂粒子及び第二の樹脂粒子で使用される樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、特に制限されるものではないが、結晶性樹脂及び液晶樹脂(LCP)が好ましい。特に、融解開始温度と冷却時の再結晶点間の差が大きな樹脂が好ましい。
これらの中でも、PA9Tは、ポリノナメチレンテレフタルアミドとも呼ばれ、炭素が9つのジアミンにテレフタル酸モノマーから構成され、一般的にカルボン酸側が芳香族であるため半芳香族と呼ばれる。さらには、ジアミン側も芳香族である全芳香族としてp−フェニレンジアミンとテレフタル酸モノマーとからできるアラミドと呼ばれるものも本発明のポリアミドに含まれる。
必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で樹脂粒子中、もしくは粒子とは別に、難燃化剤や可塑剤、熱安定性添加剤や結晶核剤等の添加剤、非結晶性樹脂等のポリマー粒子等を含有させてもよい。
本発明の立体造形用粉末は、上記の第一の樹脂粒子及び第二の樹脂粒子を各々製造した後、混合することで得ることができる。混合は公知の方法、例えばミキサーやシェイカーを利用することが可能である。
なお、以下、第一の樹脂粒子を含む粉末を「第一の粒子粉末」、「第一粒子粉末」などと称することがあり、第二の樹脂粒子を含む粉末を「第二の粒子粉末」、「第二粒子粉末」などと称することがある。
寸法精度は高ければ高いほどよく、面の部分の円形形状が半径において少なくとも10%以内が好ましい。ノズルの口の数は多ければ多いほど生産性に見合ったものとなる。
本発明の立体造形用粉末は、SLS方式、SMS方式、HSS(High Speed Sintering)方式、又はBJ(Binder Jetting)法などの樹脂粉末を用いた各種立体造形方法において好適に利用される。
本実施形態の樹脂粉末は、粒度、粒度分布、熱移動特性、溶融粘度、嵩密度、流動性、溶融温度、及び再結晶温度のようなパラメータについて適切なバランスを有し、SLS方式、SMS方式、MJF(Multi Jet Fusion)方式、又はBJ(Binder Jetting)法などの樹脂粉末を用いた各種立体造形方法において好適に利用される。本実施形態の樹脂粉末は、表面収縮剤、スペーサー、滑剤、塗料、砥石、添加剤、二次電池セパレーター、食品、化粧品、衣服等において好適に利用される。このほか、自動車、精密機器、半導体、航空宇宙、医療等の分野において用いられる材料や金属代替材料として用いてもよい。
本発明の立体造形物の製造装置は、上記の立体造形用粉末が貯蔵されている供給槽と、上記の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成手段と、前記層の少なくとも一部を溶融させる溶融手段とを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、上記の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成工程と、前記層の少なくとも一部を溶融させる溶融工程とを有し、適宜、層形成工程と溶融工程を繰り返し、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明における立体造形物は、本発明の立体造形物の製造方法により好適に製造される。
<第一粒子粉末1の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末1]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5010、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末は、5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末1]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値20g/10分であった。
[第一粒子粉末1]8kgと[第二粒子粉末1]2kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末1]を得た。
<第一粒子粉末2の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末2]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5010、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)及びポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を5:5の比率でターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合した。その後、卓上型混練押出マイクロペレット作成装置1AEC(井元製作所製)を用いて融点より30℃高い温度にて溶融、混練、ペレタイジングを行い、PBTペレットを作製した。作製したペレットを低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末2]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値30g/10分であった。
[第一粒子粉末2]8kgと[第二粒子粉末2]2kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末2]を得た。
<第一粒子粉末3の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末3]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末3]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末3]8kgと[第二粒子粉末3]2kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末3]を得た。
<第一粒子粉末4の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5026、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末4]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値7g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5010、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)及びポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を5:5の比率でターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合した。その後、卓上型混練押出マイクロペレット作成装置1AEC(井元製作所製)を用いて融点より30℃高い温度にて溶融、混練、ペレタイジングを行い、PBTペレットを作製した。作製したペレットを低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末4]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値30g/10分であった。
[第一粒子粉末4]8kgと[第二粒子粉末4]2kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末4]を得た。
<第一粒子粉末5の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)とポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5026、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を5:5の比率でターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合した。その後、融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末5]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値8.5g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末5]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末5]8kgと[第二粒子粉末5]2kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末5]を得た。
<第一粒子粉末6の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末6]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末6]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末6]5kgと[第二粒子粉末6]5kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末6]を得た。
<第一粒子粉末7の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末7]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末7]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末7]9.5kgと[第二粒子粉末7]0.5kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末7]を得た。
<第一粒子粉末8の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末8]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末8]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末8]4kgと[第二粒子粉末8]6kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末8]を得た。
<第一粒子粉末9の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末9]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末9]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末9]9.8kgと[第二粒子粉末9]0.2kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末9]を得た。
<第一粒子粉末10の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末10]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上200μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末10]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末10]8.0kgと[第二粒子粉末10]2.0kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末10]を得た。
<第一粒子粉末11の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで50分間処理し、[第一粒子粉末11]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上200μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末11]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末11]8.0kgと[第二粒子粉末11]2.0kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末11]を得た。
<第一粒子粉末12の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上200μm以下の幅になるように粉砕し、[第一粒子粉末12]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末12]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末12]8.0kgと[第二粒子粉末12]2.0kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末12]を得た。
<第一粒子粉末13の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅50μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末13]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値10g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を融点より30℃高い温度にて撹拌後、立体造形用樹脂溶解液とし、ノズル口が円形形状である押し出し加工機(日本製鋼所社製)を用いて繊維状に立体造形用樹脂溶解液を伸ばした。繊維は4倍延伸させることで繊維径(直径)が55μmとなるように調整した。
その後、形成した繊維を同方向に並べて配置し、融点より50℃低い温度で加熱しながら10MPaの圧力を付加することでシート状に一体化させた。なお、シート状に一体化した各繊維の断面形状は略多角形であった。
更に、シート状に一体化させた繊維を、押し切り方式の裁断装置(荻野精機製作所社製、NJシリーズ1200型)を用い、カット幅30μm、カット速度280spm(shots per minute)となるように調整して裁断した。
その後、機械摩擦により表面溶融させるため、マルチパーパスミキサ(日本コークス工業社製)を用いて、得られた裁断物を、回転数9000rpmで20分間処理し、[第一粒子粉末13]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった
[第一粒子粉末13]9.5kgと[第二粒子粉末13]0.5kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末13]を得た。
<第一粒子粉末14の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5026、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上200μm以下の幅になるように粉砕し、[第一粒子粉末14]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値7g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5020、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末14]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値10g/10分であった。
[第一粒子粉末14]8.0kgと[第二粒子粉末14]2.0kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末14]を得た。
<第一粒子粉末15の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5026、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上200μm以下の幅になるように粉砕し、[第一粒子粉末15]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値7g/10分であった。
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上100μm以下の幅になるように粉砕し、[第二粒子粉末15]を得た。体積平均粒子径40μm、MFR値38g/10分であった。
[第一粒子粉末15]8.0kgと[第二粒子粉末15]2.0kgをターブラミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)を用いて30分間混合し、[立体造形用粉末15]を得た。
<立体造形用粉末16の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5026、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上200μm以下の幅になるように粉砕し、[立体造形用粉末16]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値7g/10分であった。
<立体造形用粉末17の作製>
ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン5008、三菱エンジニアリングプラスチック社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)を低温粉砕システム(装置名:リンレックスミルLX1、ホソカワミクロン社製)を用いて、−200℃にて凍結粉砕し、立体造形用樹脂粉末を得た。得られた立体造形用樹脂粉末を5μm以上200μm以下の幅になるように粉砕し、[立体造形用粉末17]を得た。体積平均粒子径80μm、MFR値38g/10分であった。
各実施例及び比較例で得られた立体造形用粉末について、以下のようにして、樹脂粒子特性の測定及び造形品質の評価を実施した。結果を下記表1に示す。
[MFR(メルトマスフローレート)比]
JIS7210(ISO1133)に準じて、メルトマスフローレート測定装置(Dynisco社製、形式D405913)を用いて、2.16kgの荷重にて、MFR(メルトマスフローレート)を測定した。融点+15℃に設定した。樹脂粉末を充填した後に2分以上加温し樹脂を十分に溶融させた後に測定を実施した。得られた第一の樹脂粒子(第一粒子粉末)のMFR値をMFR1、第二の樹脂粒子(第二粒子粉末)のMFR値をMFR2とし、下記式にてMFR比を計算した。
MFR比=MFR2/MFR1
立体造形用粉末について粒度分布測定装置(マイクロトラック・ベル社製、microtrac MT3300EXII)を用いて体積平均粒子径Dv(μm)を測定した。その際、樹脂粉末ごとの粒子屈折率を使用し、溶媒は使用せず乾式(大気)法にて測定した。
得られた立体造形用粉末についてSEM(日本電子社製走査電子顕微鏡JSM−7800FPRIME)を用いて150倍の倍率で写真撮影した。撮影して得たSEM画像中の立体造形用樹脂粉末において、第一の面と、第二の面と、側面と、を有し、且つSEMで観察される範囲において第一の面、及び第二の面の外周領域の全てが側面に沿って延伸した形状を有するものを立柱体であると判断した。
[試験標本(造形物)の作製]
SLS方式造形装置(リコー社製、AM S5500P)の供給床中に得られた立体造形用樹脂粉末を加え、立体造形物の製造を行った。設定条件は、0.1mmの層平均厚み、10ワット以上150ワット以下のレーザー出力を設定し、0.1mmのレーザー走査スペース、融点より−3℃の温度を部品床温度に使用した。SLS方式造形装置にて、レーザー走査スペース13の中心部に、XY平面方向(図4におけるローラ12が進行する平面方向)に長辺が向いた5個の試験標本(XY造形物)を造形した。各々の造形物の間隔は5mm以上である。試験標本は、ISO(国際標準化機構)3167 Type1A 多目的犬骨様試験標本(標本は、80mm長さ、4mm厚さ、10mm巾の中心部分を有する)である。造形時間は、50時間に設定した。
得られた5本の試験標本の各々、デジタルノギスにて巾方向長を5点測定し、巾長さ平均値を算出後、狙いの巾長さとのズレを精度として下記式で計算した。
精度(mm)=巾平均値mm−10mm
極めて良好:0.1mm以下
良好:0.1mmより大きく、0.2mm以下
劣る:0.2mmより大きい
得られた5本の試験標本をISO 527に準じた引張試験機(島津製作所製、AGS−5kN)を使用して、引張強度(MPa)を測定し、平均値を「強度」とした。なお、引張試験速度は、50mm/分とした。
極めて良好:80MPa以上
良好:55MPa以上80MPa未満
劣る:55MPa未満
11 供給槽
11H ヒータ
11P ピストン
12 ローラ
13 レーザー走査スペース
13H ヒータ
13P ピストン
18 電磁照射源
19 反射鏡
21 柱体
22 第一の面
22a 第一の対向面
22b 第一の面の外周領域
23 第二の面
23a 第二の対向面
23b 第二の面の外周領域
24 側面
Claims (8)
- 第一の樹脂粒子及び第二の樹脂粒子を含み、
前記第一の樹脂粒子と前記第二の樹脂粒子は同種の樹脂であり、
前記第一の樹脂粒子のMFR(メルトマスフローレート)をMFR1、前記第二の樹脂粒子のMFRをMFR2としたとき、MFR2>MFR1であり、MFR2/MFR1で表されるMFRの比が2〜5であることを特徴とする立体造形用粉末。 - 前記立体造形用粉末に対する前記第一の樹脂粒子の重量と前記第二の樹脂粒子の重量の比が5:5〜9.5:0.5であることを特徴とする請求項1に記載の立体造形用粉末。
- 前記第一の樹脂粒子の体積平均粒子径が、前記第二の樹脂粒子の体積平均粒子径よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の立体造形用粉末。
- 前記第一の樹脂粒子が立柱形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の立体造形用粉末。
- 前記MFR(メルトマスフローレート)は、JIS7210に準じて測定されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の立体造形用粉末。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の立体造形用粉末が貯蔵されている供給槽と、請求項1〜5のいずれかに記載の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成手段と、前記層の少なくとも一部を溶融させる溶融手段とを有することを特徴とする立体造形物の製造装置。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の立体造形用粉末を含む層を形成する層形成工程と、前記層の少なくとも一部を溶融させる溶融工程とを有することを特徴とする立体造形物の製造方法。
- 第一の樹脂粒子及び第二の樹脂粒子を含み、
前記第一の樹脂粒子と前記第二の樹脂粒子は同種の樹脂であり、
前記第一の樹脂粒子のMFR(メルトマスフローレート)をMFR1、前記第二の樹脂粒子のMFRをMFR2としたとき、MFR2>MFR1であり、MFR2/MFR1で表されるMFRの比が2〜5であることを特徴とする樹脂粉末。
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