JP7060699B2 - 付加製造用の焼鈍熱可塑性エラストマー粉末、その方法、および粉末を含む物品 - Google Patents
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Description
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている、2018年2月16日に出願された“Annealed Elastomeric Thermoplastic Powders for Additive Manufacturing, Methods thereof, and articles including the powders”と題する同時係属中の米国仮出願第62/631,550号の優先権を主張する。
本開示は、物品を作製する方法を提供する。方法は、付加製造プロセス中に、付加製造装置の構築区画に焼鈍付加製造粉末の第1の層を適用するステップと、ここで、焼鈍付加製造粉末は、上記および本明細書に記載の複数の焼鈍付加製造粉末粒子を備え、焼鈍付加製造粉末は、TPEなどのポリマーを備え、複数の焼鈍された付加製造粉末粒子の一部を第1の層で互いに付着させるステップと、付加製造品を形成するステップと、を備える。付着ステップは、複数の焼鈍付加製造粉末粒子を融解し、次いで再固化することを含み得る。付着ステップは、第1の層内の焼鈍付加製造粉末粒子の一部をリフローして、リフローされた焼鈍付加製造粉末粒子を形成することと、リフローされた焼鈍付加製造粉末粒子を再固化し、それによって、焼鈍付加製造粉末粒子を互いに付着させることと、を含み得る。この方法はまた、第1の層の構築区画内で焼鈍付加製造粉末の第2の層を適用するステップと、ここで、焼鈍付加製造粉末は、本明細書に記載の焼鈍付加製造粉末を備え、焼鈍付加製造粉末粒子の一部を第2の層で互いに付着させるステップと、をも含み得る。
ポリマーは、熱可塑性ポリウレタン(「TPU」とも呼ばれる)などのポリウレタンであり得る。加えて、ポリウレタンは、TPUエラストマーを含む、ポリウレタンエラストマー(TPE)であり得る。ポリウレタンエラストマーは、ハードセグメントとソフトセグメントとを含み得る。ハードセグメントは、ウレタンセグメント(例えば、イソシアネート由来セグメント)を備えるか、またはそれからなり得る。ソフトセグメントは、アルコキシセグメント(例えば、ポリエーテルセグメント、またはポリエステルセグメント、またはポリエーテルセグメントとポリエステルセグメントとの組み合わせを含むポリオール由来セグメント)を備えるか、またはそれらからなり得る。ポリウレタンは、繰り返しハードセグメントおよび繰り返しソフトセグメントを有するポリウレタンエラストマーを備えるか、または実質的にそれらからなり得る。
ポリマーは、熱可塑性ポリアミドなどのポリアミドを備え得る。ポリアミドは、熱可塑性ポリアミドエラストマーを含む、ポリアミドエラストマーであり得る。ポリアミドは、同じ化学構造の繰り返しポリアミドセグメントを有するポリアミドホモポリマーであり得る。あるいは、ポリアミドは、異なるポリアミド化学構造を有する多数のポリアミドセグメント(例えば、ポリアミド6セグメント、ポリアミド11セグメント、ポリアミド12セグメント、ポリアミド66セグメントなど)を備え得る。異なる化学構造を有するポリアミドセグメントは、ランダムに配置され得、または繰り返しブロックとして配置され得る。
ポリアミドまたはポリアミド含有ブロックコポリマーのポリアミドセグメントは、ジアミノ化合物とジカルボン酸またはその活性化形態との縮合に由来し得、以下の式15に示される構造を有するアミドセグメントを含み得、ここで、R7基はジアミノ化合物に由来するポリアミドの部分を表し、R8基はジカルボン酸化合物に由来する部分を表す。
ポリマーはポリエステルを備え得る。ポリエステルは熱可塑性ポリエステルを備え得る。さらに、ポリエステルは、熱可塑性ポリエステルを含むポリエステルエラストマーであり得る。ポリエステルは、1つ以上のカルボン酸またはそのエステル形成誘導体と、1つ以上の二価または多価の脂肪族、脂環式、芳香族または芳香脂肪族アルコールまたはビスフェノールとの反応によって形成され得る。ポリエステルは、同じ化学構造の反復ポリエステルセグメントを有するポリエステルホモポリマーであり得る。あるいは、ポリエステルは、異なるポリエステル化学構造(例;ポリグリコール酸セグメント、ポリ乳酸セグメント、ポリカプロラクトンセグメント、ポリヒドロキシアルカノエートセグメント、ポリヒドロキシブチレートセグメント、その他)を有するいくつかのポリエステルセグメントを備え得る。異なる化学構造を有するポリエステルセグメントは、ランダムに配置され得、または繰り返しブロックとして配置され得る。
ポリマーは、ポリオレフィンを備えるか、または実質的にそれからなり得る。ポリオレフィンは、熱可塑性ポリオレフィンであり得る。加えて、ポリオレフィンは、熱可塑性ポリオレフィンエラストマーを含むポリオレフィンエラストマーであり得る。例示的なポリオレフィンには、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびオレフィンエラストマー(例えば、エチレンと炭素原子数4~約8のα-オレフィンとのメタロセン触媒ブロックコポリマー)が含まれ得る。ポリオレフィンは、ポリエチレン、エチレン-α-オレフィンコポリマー、エチレン-プロピレンゴム(EPDM)、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリ-4-メチルペント-1-エン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、エチレン-メタクリル酸コポリマー、および、ポリプロピレン(PP)およびエチレン-プロピレンゴム(EPDM)から得られる動的架橋ポリマーなどのオレフィンエラストマー、および前述のもののブレンドまたは混合物を備えるポリマーであり得る。さらなる例示的なポリオレフィンには、シクロペンテンまたはノルボルネンなどのシクロオレフィンのポリマーが含まれる。
Example
第1項:焼鈍付加製造粉末を形成する方法であって、
付加製造粉末を焼鈍するステップを備え、ここで、焼鈍は、
付加製造粉末の温度を上昇させることを含み、ここで付加製造パウダーは熱可塑性エラストマー(TPE)を備え、ここで、温度は、付加製造粉末のガラス転移温度よりも高いが、付加製造粉末の融解温度よりも低い温度に第1の期間上昇し、
第1の期間の後、粉末の温度を少なくとも10°C低下させて、焼鈍付加製造粉末を形成することを含む、方法。
ここで、焼鈍付加製造粉末のガラス転移温度は、0°C未満であり、未焼鈍付加製造粉末のガラス転移温度の+/-5°C以内であり、ここで、焼鈍付加製造粉末の一次融解温度は、120°Cを超え、未焼鈍付加製造粉末の一次融解温度の+/- 5°C以内であり、焼鈍付加製造粉末の二次融解温度は、未焼鈍付加製造粉末の二次融解温度よりも少なくとも30°高い、第4項の方法。
ここで、焼鈍付加製造粉末のガラス転移温度は、0°C未満であり、未焼鈍付加製造粉末のガラス転移温度の+/-5°C以内であり、ここで、焼鈍付加製造粉末の一次融解温度は、120°Cを超え、未焼鈍付加製造粉末の一次融解温度の+/-5°C以内であり、焼鈍付加製造粉末の二次融解温度は、約80°Cから約120°Cである、第4項の方法。
ここで、焼鈍付加製造粉末のガラス転移温度は、0°C未満であり、未焼鈍付加製造粉末のガラス転移温度の+/-5°C以内であり、ここで、焼鈍付加製造粉末の一次融解温度は、120°Cを超え、未焼鈍付加製造粉末の一次融解温度の+/-5°C以内であり、焼鈍付加製造粉末の二次融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)によってもはや検出されない、第4項の方法。
ここで、未焼鈍付加製造粉末は第1の粒子かさ密度を有し、焼鈍付加製造粉末は第2の粒子かさ密度を有し、第1の粒子かさ密度は第2の粒子かさ密度より小さい、第1項~第34項の方法。
付加製造プロセス中に、焼鈍付加製造粉末の第1の層を付加製造装置の構築区画に適用するステップと、ここで、焼鈍付加製造粉末は、第38項の複数の焼鈍付加製造粉末粒子を備え、ここで、焼鈍付加製造粉末は、熱可塑性エラストマー(TPE)を備え、
複数の焼鈍付加製造粉末粒子の一部を第1の層で互いに付着させるステップと、
付加製造物品を形成するステップと、を含む、方法。
第1の層内の焼鈍付加製造粉末粒子の一部をリフローして、リフローされた焼鈍付加製造粉末粒子を形成することと、
リフローされた焼鈍付加製造粉末粒子を再固化し、それによって焼鈍付加製造粉末粒子を互いに付着させることと、を含む、第43項~第44項の方法。
焼鈍付加製造粉末粒子の一部を第2の層で互いに付着させるステップと、を含む、第43項~第45項の方法。
Claims (19)
- 焼鈍付加製造粉末を形成する方法であって、
前記付加製造粉末の温度を上昇させるステップを含み、ここで、前記付加製造粉末は熱可塑性エラストマー(TPE)を備え、ここで、前記温度は、第1の期間に、前記付加製造粉末のガラス転移温度より高いが前記付加製造粉末の融解温度より低い温度に上昇し、
および、
第1の期間の後、前記粉末の前記温度を少なくとも10°C低下させ、焼鈍付加製造粉末を形成するステップを含み、
ここで、未焼鈍付加製造粉末は、示差走査熱量測定(DSC)によって測定されるガラス転移温度と少なくとも一次融解温度および二次融解温度とを有し、前記一次融解温度は前記二次融解温度より高い温度であり、前記ガラス転移温度は0°C未満であり、前記一次融解温度は120°C超であり、前記二次融解温度は前記ガラス転移温度と前記一次融解温度との間であり、前記二次融解温度は30°C~100°Cである、方法。 - 上昇ステップは、前記付加製造粉末の温度を少なくとも60°Cに上昇させることを含み、前記第1の期間は少なくとも5分である、請求項1に記載の方法。
- 前記焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度は、0°C未満であり、前未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度より5°C未満高い温度から前未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度より5°C未満低い温度までの温度範囲に含まれ、ここで、前記焼鈍付加製造粉末の前記一次融解温度は、120°Cを超え、前記未焼鈍付加製造粉末の一次融解温度より5°C未満高い温度から前未焼鈍付加製造粉末の前記一次融解温度より5°C未満低い温度までの温度範囲に含まれ、前記焼鈍付加造粉末の前記二次融解温度は、前記未焼鈍付加製造粉末の前記二次融解温度より少なくとも30°C高い、請求項1に記載の方法。
- 前記未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度は0°C未満であり、前記未焼鈍TPE材料の前記一次融解温度は120°Cを超え、ここで、前記未焼鈍付加製造粉末は、前記ガラス転移温度と前記一次融解温度との間の二次融解温度を有し、前記付加製造粉末の前記二次融解温度は、30°C~100°Cであり、
ここで、前記焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度は、0°C未満で、前未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度より5°C未満高い温度から前未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度より5°C未満低い温度までの温度範囲に含まれ、ここで、前記焼鈍付加製造粉末の前記一次融解温度は、120°Cを超え、前記未焼鈍付加製造粉末の一次融解温度より5°C未満高い温度から前未焼鈍付加製造粉末の前記一次融解温度より5°C未満低い温度までの温度範囲に含まれ、ここで、前記焼鈍付加製造粉末の前記二次融解温度は、80°C~120°Cである、請求項1に記載の方法。 - 前記未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度は0°C未満であり、前記未焼鈍付加製造粉末の前記一次融解温度は120°Cを超え、ここで、前記未焼鈍付加製造粉末は、前記ガラス転移温度と前記一次融解温度との間の二次融解温度を有し、前記付加製造粉末の前記二次融解温度は、30°C~100°Cであり、
ここで、前記焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度は、0°C未満であり、前未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度より5°C未満高い温度から前未焼鈍付加製造粉末の前記ガラス転移温度より5°C未満低い温度までの温度範囲に含まれ、ここで、前記焼鈍付加製造粉末の前記一次融解温度は、120°Cを超え、前記未焼鈍付加製造粉末の一次融解温度より5°C未満高い温度から前未焼鈍付加製造粉末の前記一次融解温度より5°C未満低い温度までの温度範囲に含まれ、、前記焼鈍付加製造粉末の前記二次融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)によってもはや検出されない、請求項1に記載の方法。 - 前記TPEは、少なくとも1つの熱可塑性ポリウレタン(TPU)エラストマーを備える、請求項1に記載の方法。
- 前記未焼鈍付加製造粉末は、第1の粉末かさ密度を有し、前記焼鈍付加製造粉末は、第2の粉末かさ密度を有し、前記第2の粉末かさ密度は、前記第1の粉末かさ密度より小さく、
ここで、前記未焼鈍付加製造粉末は第1の粒子かさ密度を有し、焼鈍付加製造粉末は第2の粒子かさ密度を有し、前記第1の粒子かさ密度は前記第2の粒子かさ密度より小さい、請求項1に記載の方法。 - 前記未焼鈍付加製造粉末はASTM D7481規格(2009)に従って第1のハウスナー比として測定され、前記焼鈍付加製造粉末はASTM D7481規格(2009)に従って第2のハウスナー比として測定され、前記第2のハウスナー比は、前記第1のハウスナー比よりも5%低い、請求項1に記載の方法。
- 前記未焼鈍付加製造粉末は、ASTM D7481規格(2009)に従って粉体流動性分析器(RPA)によって第1のアバランシェ角度として測定され、ここで、前記焼鈍付加製造粉末は、ASTM D7481規格(2009)に従って粉体流動性分析器(RPA)によって第2のアバランシェ角度として測定され、前記第2のアバランシェ角度は、前記第1のアバランシェ角度よりも5%低い、請求項1に記載の方法。
- 前記焼鈍付加製造粉末は、複数の焼鈍付加製造粉末粒子を備える、請求項1に記載の方法。
- 複数の層を融解および再固化することを含む付加製造プロセスの製品である物品を備えた構造であり、前記複数の層の各層は、複数の焼鈍付加製造粉末粒子を含み、ここで、前記複数の焼鈍付加製造粉末粒子は、請求項10に記載の方法により製造された複数の焼鈍付加製造粉末粒子である、
構造。 - 前記物品は、履物の物品、履物の構成要素、アパレルの物品、アパレルの構成要素、スポーツ用品の物品、またはスポーツ用品の構成要素である、請求項11に記載の構造。
- 前記物品は、履物の物品である、請求項11に記載の構造。
- 前記物品は、履物の物品におけるソールの構成要素である、請求項11に記載の構造。
- 物品を作成する方法であって、
付加製造プロセス中に、焼鈍付加製造粉末の第1の層を付加製造装置の構築区画に適用し、ここで、前記焼鈍付加製造粉末は、請求項10に記載の方法により製造された複数の焼鈍付加製造粉末粒子を備え、ここで、前記焼鈍付加製造粉末は、熱可塑性エラストマー(TPE)を備える、
ステップと、
複数の焼鈍付加製造粉末粒子の一部を、第1の層で互いに付着させるステップと、
付加製造品を形成するステップと、を備える、方法。 - 付着ステップは、
前記第1の層内の前記焼鈍付加製造粉末粒子の一部をリフローして、リフローされた焼鈍付加製造粉末粒子を形成することと、
前記リフローされた焼鈍付加製造粉末粒子を再固化し、それによって、前記焼鈍付加製造粉末粒子を互いに付着させることと、を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記第1の層上の構築区画内に焼鈍付加製造粉末の第2の層を適用することと、ここで、前記焼鈍付加製造粉末は、請求項10に記載の方法により製造された前記焼鈍付加製造粉末を備え、
前記焼鈍付加製造粉末粒子の一部を前記第2の層で互いに付着させることと、をさらに備える、請求項16に記載の方法。 - 未焼鈍付加製造粉末を焼鈍して、前記焼鈍付加製造粉末を形成することをさらに備える、請求項15に記載の方法。
- 前記焼鈍は、前記焼鈍付加製造粉末の前記第1の層を前記付加製造装置の構築区画に適用する前に、前記付加製造装置の第2の区画で前記未焼鈍付加製造粉末を加熱して、前記焼鈍付加製造粉末を形成することを備える、請求項18に記載の方法。
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