TWI690410B - 三次元造形物的製造方法及三次元造形物製造用的絲 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種使用通用的熱塑性樹脂的三次元造形物製造用的絲及使用該絲的三次元造形物的製造方法。
本發明的一種三次元造形物的製造方法，係藉由熔融沈積成型方式所進行的三次元造形物的製造方法，並且該三次元造形物的製造方法包括：使填充有玻璃絨的玻璃絨填充熱塑性樹脂進行熔融的熔融步驟；以及將熔融的上述玻璃絨填充熱塑性樹脂加以積層的積層步驟。
Description
本發明係關於一種三次元造形物的製造方法及三次元造形物製造用的絲(filament)。
3D(three-dimensional；三維)列印機係以3DCAD(three-dimensional computer-aided design；三維電腦輔助設計)、3DCG(three-dimensional computer graphics；三維電腦繪圖)資料作為設計圖，藉由不斷積層其剖面形狀而製造三次元造形物的機器。對於3D列印機，已知有使用各種方式。作為具代表性的方式，可列舉：利用熱而將熔融的熱塑性樹脂(絲)逐漸加以積層的熔融沈積成型方式(Fused Deposition Modeling；以下簡稱為FDM方式)、對熔融的液狀樹脂照射紫外線等使其逐漸硬化而進行成形的光學造形方式、不斷對粉末的樹脂吹送接著劑的粉末燒結積層造形方式、噴墨方式等。
上述方式中，FDM方式的3D列印機可藉由：(1)首先，利用造形頭內的滑輪將由熱塑性樹脂所形成的絲擠出，(2)繼而，以一面利用電加熱器使絲熔融一面將擠出
的熱塑性樹脂擠壓至造形台的方式進行積層，而製造三次元造形物(參照專利文獻1)。
又，已知FDM方式的3D列印機所使用的絲根據熱塑性樹脂的種類而存在製造造形物時會因收縮而產生翹曲的問題(參照專利文獻2)。因此，專利文獻2所記載之發明藉由提供如下之熱熔解積層方式三次元造形用素材，而抑制所製作之造形物發生翹曲之情況，該熱熔解積層方式三次元造形用素材係使相對於重量平均分子量為50,000至400,000的聚乳酸樹脂(A)100重量份而將苯乙烯系樹脂(B1)10重量份至900重量份及/或選自由聚酯、熱塑性彈性體及接枝共聚物所組成的群中的至少1種玻璃轉移溫度為20℃以下的熱塑性樹脂(B2)5重量份至400重量份及/或酯系塑化劑(B3)5重量份至30重量份加以調配而成，該苯乙烯系樹脂(B1)含有芳香族乙烯基系單體(b1)20重量%以上與氰化乙烯基系單體(b2)15重量%以上的單體混合物進行聚合而成，且該樹脂的重量平均分子量為50,000至400,000。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：國際公開第2008/112061號。
專利文獻2：日本專利第5751388號公報。
近年來，FDM方式的3D列印機逐漸變得廉價，向學校及一般家庭等的普及正在擴大。今後，為了使3D列印機更被學校及一般家庭等所運用，三次元造形物的製造用絲的普及亦成為重要的要素。然而，上述專利文獻2所記載之三次元造形物的製造用素材(絲)係針對FDM方式的三次元造形用途而特別開發出的樹脂，並非通用的熱塑性樹脂。因此，業界謀求開發出一種絲，其即使將可於全世界簡單地取得的通用的熱塑性樹脂作為基本材料且用作FDM方式的三次元造形物的製造用絲，亦不會發生翹曲等而能夠製造高精度的三次元造形物。
本發明係用以解決上述問題而成，本發明者經過努力研究，結果新發現了如下情況：(1)若使用於熱塑性樹脂中填充有玻璃絨(Glass Wool；玻璃短纖維)的絲，則將熱塑性樹脂熔融、冷卻時的熱塑性樹脂的收縮率會降低，由此抑制翹曲的發生，而變得能夠實現高尺寸精度的積層成形；(2)其結果為，可使用通用的熱塑性樹脂作為利用FDM方式的3D列印機的三次元造形物製造用的絲的材料。
即，本發明的目的在於提供一種使用通用的熱塑性樹脂的三次元造形物製造用的絲及使用該絲的三次元造形物的製造方法。
本發明係關於以下所示的三次元造形物的製造方法及三次元造形物製造用的絲。
(1)一種三次元造形物的製造方法，係藉由熔融沈積成型方式所進行的三次元造形物的製造方法，並且該三次元造形物的製造方法包括：使填充有玻璃絨的玻璃絨填充熱塑性樹脂進行熔融的熔融步驟；以及將熔融的上述玻璃絨填充熱塑性樹脂加以積層的積層步驟。
(2)如上述(1)所記載之三次元造形物的製造方法，其中上述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為5重量%至40重量%。
(3)如上述(2)所記載之三次元造形物的製造方法，其中上述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為15重量%至25重量%。
(4)如上述(1)至(3)中任一項所記載之三次元造形物的製造方法，其中上述熱塑性樹脂為聚丙烯或聚縮醛。
(5)一種三次元造形物製造用的絲，係熔融沈積成型方式的三次元造形物製造用的絲；上述三次元造形物製造用的絲為填充有玻璃絨的玻璃絨填充熱塑性樹脂。
(6)如上述(5)所記載之三次元造形物製造用的絲，其中上述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為5重量%至40重量%。
(7)如上述(5)或(6)所記載之三次元造形物製造用的絲，其中上述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為15重量%至25重量%。
(8)如上述(5)至(7)中任一項所記載之三次元造形物製造用的絲，其中上述熱塑性樹脂為聚丙烯或聚縮醛。
(9)如上述(5)至(8)中任一項所記載之三次元造形物製造用的絲，其中上述三次元造形物製造用的絲的直徑為1.75mm至2.85mm，長度至少為50cm以上。
於藉由FDM方式而製造三次元造形物時，可藉由使用於熱塑性樹脂中填充有玻璃絨的玻璃絨填充熱塑性樹脂，而降低收縮率。其結果為，變得能夠抑制翹曲，而以高尺寸精度製造三次元造形物。因此，可使用先前未用於FDM方式的三次元造形物的製造的熱收縮率大的通用的熱塑性樹脂作為FDM方式的三次元造形物的製造用的材料。
圖1係圖式代用照片，圖1中的(A)係玻璃絨的照片，圖1中的(B)係玻璃纖維的照片。
圖2係圖式代用照片，係實施例2中所製作的絲的照片。
圖3係圖式代用照片，於比較例2中，圖3中的(A)
係開始積層前的造形台的照片，圖3中的(B)係使熱塑性樹脂陷入造形台的孔中並以積層的熱塑性樹脂不會自造形台剝落的方式進行積層的照片，圖3中的(C)係於陷入造形台的孔中的熱塑性樹脂層上進而積層熱塑性樹脂而用以載置三次元造形物的棧板(raft)的製作中的照片，圖3中的(D)係棧板製作中的3D列印機的噴嘴的照片，圖3中的(E)係於造形台上，埋入造形台的孔中的熱塑性樹脂因收縮而剝落，而剛剛發生聚丙烯原本的「縮痕」、「翹曲」後的照片。
圖4係圖式代用照片，圖4中的(A)係實施例5中所製作的三次元造形物的照片，圖4中的(B)係實施例6中所製作的三次元造形物的照片。
圖5中的(A)及圖5中的(B)係圖式代用照片，係實施例6中所製作的三次元造形物的照片。
圖6係圖式代用照片，圖6中的(A)係實施例8中所製作的三次元造形物的照片，圖6中的(B)係實施例9中所製作的三次元造形物的照片，圖6中的(C)係實施例10中所製作的三次元造形物的照片，圖6中的(D)係圖6中的(C)的放大照片。
圖7係圖式代用照片，圖7中的(A)係於陷入造形台的孔中的熱塑性樹脂層上進而積層熱塑性樹脂而用以載置三次元造形物的棧板(raft)的製作中的照片，圖7中的(B)係於棧板上積層有熱塑性樹脂的照片，圖7中的(C)係實施例11中所製作的三次元造形物的照片。
圖8係圖式代用照片，圖8中的(A)係於陷入造形台的孔中的熱塑性樹脂層上進而積層熱塑性樹脂而用以載置三次元造形物的棧板(raft)的製作中的照片，圖8中的(B)係於棧板上積層有熱塑性樹脂的照片，圖8中的(C)係比較例3中所製作的三次元造形物的照片。
以下，對本發明的三次元造形物的製造方法(以下有時簡稱為「製造方法」)、及三次元造形物製造用的絲(以下有時簡稱為「絲」)進行詳細說明。
本發明的製造方法係藉由FDM方式而製造三次元造形物。本發明的製造方法所使用的裝置只要為FDM方式的3D列印機，則無特別限制。本發明的製造方法包括「使填充有玻璃絨的玻璃絨填充熱塑性樹脂進行熔融的熔融步驟」及「將熔融的上述玻璃絨填充熱塑性樹脂加以積層的積層步驟」。
首先，於熔融步驟中，利用3D列印機的造形頭內的滑輪等進料手段將絲擠出，利用位於擠出處的電加熱器等加熱部對絲進行加熱而使之熔融。其次，於積層步驟中，藉由以將熔融的絲擠壓至造形台上的方式進行積層，而形成第1層的樹脂層。然後，將造形台下降1層，重複進行上述熔融步驟與積層步驟而形成第2層。然後，不斷重複
進行將造形台下降1層、以及上述熔融步驟及積層步驟，藉此製造三次元造形物。
構成本發明的絲的熱塑性樹脂只要為能夠填充玻璃絨，則無特別限定，例如可列舉：通用塑膠、工程塑膠、超級工程塑膠等先前使用的熱塑性樹脂。具體而言，作為通用塑膠，可列舉：聚乙烯(Polyethylene；PE)、聚丙烯(Polypropylene；PP)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride；PVC)、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯(Polystyrene；PS)、聚乙酸乙烯酯(Polyvinyl acetate；PVAc)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene；PTFE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(Acrylonitrile butadiene styrene resin；ABS樹脂)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(Styrene acrylonitrile copolymer；AS樹脂)、丙烯酸系樹脂(Acrylic resin；PMMA)等。作為工程塑膠，可列舉：以尼龍為代表的聚醯胺(Polyamide；PA)、聚縮醛(Polyacetal；POM)、聚碳酸酯(Polycarbonate；PC)、改性聚苯醚(m-PPE、改性PPE、PPO)、聚對苯二甲酸丁二酯(Polybutylene terephthalate；PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate；PET)、對排聚苯乙烯(Syndiotactic polystyrene；SPS)、環狀聚烯烴(Cyclic polyolefin；COP)等。作為超級工程塑膠，可列舉：聚苯硫醚(Polyphenylene sulfide；PPS)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene；PTFE)、聚碸(Polysulfone；PSF)、聚醚碸(Polyethersulfone；PES)、非晶聚芳酯(Amorphous
polyarylate；PAR)、聚醚醚酮(Polyether ether ketone；PEEK)、熱塑性聚醯亞胺(Polyimide；PI)、聚醯胺醯亞胺(Polyamideimide；PAI)等。該等樹脂可使用1種，或者亦可將2種以上組合使用。
目前，FDM方式大多使用ABS樹脂、或PLA(polylactic acid；聚乳酸)樹脂。其原因在於，ABS樹脂由於為非晶性樹脂，故而熱收縮率相對低而為4/1000至9/1000左右。另外，PLA樹脂係源自植物的樹脂，於低溫下進行熔融，因此使其熔融再將其冷卻時的熱收縮率小。於上述的製造步驟中，若將造形台下降1層，則下降的層的熱塑性樹脂因冷卻而進行固化，此時若熱收縮率大，則會發生翹曲。因此，即使於下降的層上對熔融的熱塑性樹脂進行擠壓，亦會於與下降的層的邊界處產生間隙。因此，關於FDM方式，先前一直使用ABS樹脂或PLA樹脂等熱收縮率小的樹脂。
本發明的絲可藉由向熱塑性樹脂中填充玻璃絨，而抑制使熱塑性樹脂熔融，繼而進行冷卻時熱塑性樹脂收縮而發生翹曲之情況。因此，作為本發明的絲的熱塑性樹脂，除了自先前使用的ABS樹脂或PLA樹脂以外，亦可使用熱收縮率相對大的結晶性樹脂。作為結晶性樹脂，例如可列舉：聚丙烯(PP、熱收縮率10/1000至25/1000左右)、高密度聚乙烯(HDPE(high-density polyethylene)、熱收縮
率20/1000至60/1000左右)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT、熱收縮率15/1000至20/1000左右)、聚縮醛(POM、熱收縮率20/1000至25/1000左右)等。
上述結晶性樹脂中，聚丙烯的比重輕但強度高，另外，無吸濕性而耐化學藥品性優異。此外，基於作為通用性的熱塑性樹脂而具有最高的耐熱性等特性，因此使用範圍廣泛，用於汽車、家電、OA(office automation；辦公室自動化)機器、建築材料、住宅用材料、家庭用品等，係對於工業製品而言不可或缺的素材。聚丙烯的熱收縮率相對高而為10/1000至25/1000左右，可如下述的實施例及比較例所示藉由填充玻璃絨而製造抑制了翹曲的三次元造形物。
另外，聚縮醛(POM)係與聚醯胺、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二酯併稱為5大通用工程塑膠的素材。聚縮醛係耐磨耗性優異，具有自身潤滑性，另外剛性及韌性等機械特性亦優異，且具有高溫穩定性的素材。因此，大多用作金屬的代替品，例如用於齒輪(gear)或軸承、握把或鉤子、外罩等要求耐久性的部件類。另外，近來大多用於錄音機、木管樂器、金屬管樂器等的要求功能性的部件。且說，聚縮醛的熱收縮率為20/1000至25/1000左右，係工程塑膠中收縮率最高的樹脂。然而，可如下述的實施例及比較例所示藉由填充玻璃絨而製造抑制了翹曲
的三次元造形物。
於本發明中，所謂玻璃絨係指纖維直徑約為1μm至7μm、纖維長度為300μm至1000μm左右的玻璃纖維成為棉狀。圖1中的(A)係玻璃絨的照片。另一方面，纖維直徑為10μm至18μm的玻璃纖維(玻璃長纖維)亦作為添加至熱塑性樹脂等中的補強材而眾所周知(參照圖1中的(B))。玻璃纖維一般使用匯集50至200根纖維並切斷為特定長度而成的切股(chopped strand)。如圖1中的(A)及(B)所示，玻璃絨與玻璃纖維係製造方式及使用目的完全不同。
玻璃絨係藉由使周圍大量設置有1mm左右的小孔的旋轉器進行高速旋轉而噴出熔融的玻璃所製造。該製造製程通常稱為離心法，可藉由調整熔融的玻璃的黏度及旋轉速度，而經濟地製造1μm至7μm左右的細玻璃絨。此外，玻璃絨雖然可藉由上述方法而製造，但亦可使用市售品。
玻璃絨係無機材料，另一方面，熱塑性樹脂係有機材料，因此僅將玻璃絨單純地填充至熱塑性樹脂中，玻璃絨與熱塑性樹脂的接著性會變弱。因此，亦可利用矽烷偶合劑對玻璃絨進行表面處理後，再填充至熱塑性樹脂中。
作為矽烷偶合劑，只要為自先前使用者，則無特別限
定，考慮與構成絲的熱塑性樹脂的反應性、熱穩定性等而決定即可。例如可列舉：胺基矽烷系、環氧基矽烷系、烯丙基矽烷系、乙烯基矽烷系等矽烷偶合劑。該等矽烷偶合劑使用Toray Dow Corning公司製造的Z系列，信越化學工業公司製造的KBM系列、KBE系列，JNC公司製造等的市售品即可。
上述矽烷偶合劑可藉由溶解於溶劑中，噴霧至玻璃絨上並加以乾燥，而進行玻璃絨的表面處理。矽烷偶合劑相對於上述玻璃絨的重量百分率為0.1wt%至2.0wt%，較佳為0.15wt%至0.4wt%，進而更佳為0.24wt%。
於本發明中，亦可利用潤滑劑對玻璃絨進行表面處理。潤滑劑只要為將玻璃絨混練至熱塑性樹脂中之時，玻璃絨的滑動性變好而變得容易填充至熱塑性樹脂中，則無特別限制。例如，可使用矽油等先前使用的潤滑劑，但尤佳為杯芳烴。矽由於為油，故而缺乏與熱塑性樹脂的親和性，但杯芳烴由於為酚樹脂，故而會提升玻璃絨的滑動性，另一方面，與熱塑性樹脂的親和性優異，因此可於維持玻璃絨的纖維長度的情況下填充至熱塑性樹脂中。
玻璃絨的表面處理係藉由將溶解有杯芳烴的溶液噴霧至玻璃絨上並加以乾燥而進行。上述溶解有杯芳烴的溶液可藉由公知的製法而製造，但亦可使用例如Nanodax
公司製造的塑膠改質劑nanodaX(註冊商標)。塑膠改質劑nanodaX(註冊商標)相對於玻璃絨的重量百分率較佳為0.001wt%至0.5wt%，更佳為0.01wt%至0.3wt%。
對於玻璃絨，可利用上述矽烷偶合劑或潤滑劑對其加以處理，亦可利用矽烷偶合劑及潤滑劑對其加以處理。
另外，對於本發明的玻璃絨，除了利用上述的矽烷偶合劑及/或潤滑劑對其進行表面處理以外，亦可利用環氧樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、乙酸乙烯酯共聚物樹脂、胺基甲酸酯樹脂、丙烯酸系樹脂等公知的皮膜形成劑對其進行表面處理。該等皮膜形成劑可單獨使用，或者將2種以上混合使用，皮膜形成劑的重量百分率相對於矽烷偶合劑較佳為5倍至15倍。
本發明的絲可藉由使用單軸或多軸的擠出機、捏合機、混合輥、班伯裡混合機等公知的熔融混練機，於200℃至400℃的溫度下將熱塑性樹脂及經表面處理的玻璃絨、以及視需要添加的各種添加劑加以熔融混練，並擠出為線狀而製造。關於製造裝置，並無特別限定，使用雙軸擠出機進行熔融混練較簡便，故而較佳。或者，亦可藉由將玻璃絨的填充量多的母料顆粒與不含玻璃絨的熱塑性樹脂顆粒加以混合、熔融，並擠出為線狀而製造。
絲的粗細度只要為能夠應用於公知的FDM方式的3D列印機的尺寸，則無特別限制。例如於用於目前市售的FDM方式的3D列印機的情形時，為1.75mm至2.85mm左右即可。當然，於FDM方式的3D列印機的型號發生變更的情形時，以適合於該型號的方式調整絲的粗細度即可。此外，所謂絲的粗細度於沿著與絲的長度方向垂直的方向進行切斷時的剖面為圓形的情形時係指直徑，於圓形以外的情形時係指連結剖面上的任意2點的最長線的長度。絲的長度只要能夠利用3D列印機的進料手段連續地送出，則無特別限制，長度較長時能夠節省再設置的勞力及時間，故而較佳，較佳為至少50cm以上，更佳為100cm以上。另一方面，絲的長度的上限只要為能夠捲取至捲盤等上的長度，則無特別限制，在市售用的情形時亦可設為特定長度。例如於多為連續使用的情形時，設為500m以下、400m以下、300m以下等即可。另外，於經著色的特殊用途的情形時，例如亦可設為10m以下、5m以下等。絲的粗細度藉由形成有所需尺寸的孔的噴嘴將填充有玻璃絨的熔融狀態的熱塑性樹脂進行擠出而進行調整即可。並且，為了獲得長的絲，將所擠出的玻璃絨填充熱塑性樹脂於捲盤(捲軸)等上捲取為線圈狀即可。此外，於本發明中所謂「絲」係指如上所述相對於粗細度其長度充分長的線狀的玻璃絨填充熱塑性樹脂，不同於粒狀的顆粒。
關於本發明的絲，玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨
的填充量只要為將熱塑性樹脂的熱收縮抑制為所需範圍內的量，則無特別限制。例如於熱收縮率相對大的聚丙烯的情形時，玻璃絨的填充量較佳為約5重量%以上，更佳為10重量%以上，尤佳為15重量%以上。若玻璃絨的填充量小於5重量%，則於將絲進行積層並冷卻時熱收縮率會變大，三次元造形物的表面變粗糙，而變得難以進行積層。
另一方面，就熱收縮率的觀點而言，玻璃絨的填充量的上限並無特別限制。然而，若玻璃絨的填充量超過40重量%，則作為FDM方式的3D列印機的重要部位的噴嘴的損耗會增大。另外，熱塑性樹脂發生熔融後流動性會變高，而玻璃絨為棉狀。因此，若對絲進行加熱而使熱塑性樹脂熔融，則熱塑性樹脂與玻璃絨會成為一體而變得難以移動。其結果為，於積層步驟時，變得難以使熱塑性樹脂與玻璃絨分離而一體地加以擠壓，於積層時會發生垂絲，故而欠佳。因此，玻璃絨的填充量較佳為40重量%以下，更佳為35重量%以下，進而較佳為30重量%以下，尤佳為25重量%以下。作為玻璃絨的填充量的範圍，較佳為約5重量%至40重量%，更佳為15重量%至25重量%。
此外，若為ABS等熱收縮率小的樹脂，則就減小積層步驟後的熱塑性樹脂的熱收縮率的觀點而言，玻璃絨的填充量亦可小於5重量%。另一方面，若玻璃絨的填充量
多，則三次元造形物的強度會提升。因此，無論熱塑性樹脂的種類如何，將玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量設為約5重量%至40重量%左右即可。藉由將玻璃絨的填充量設為上述範圍，可發揮出可抑制熱塑性樹脂的熱收縮且製造強度提升的三次元造形物的兩個不同效果。
對於本發明的絲，亦可於無損本發明的目的的範圍內，調配公知的紫外線吸收劑、穩定劑、抗氧化劑、塑化劑、著色劑、整色劑、阻燃劑、抗靜電劑、螢光增白劑、消光劑、衝擊強度改良劑等添加劑。
此外，本發明者正對在熱塑性樹脂中填充有玻璃絨的複合形成材料申請專利(參照日本專利第5220934號公報)。然而，日本專利第5220934號公報中所記載之複合形成材料係用以增加填充至熱塑性樹脂中的玻璃絨的纖維長度且增多玻璃絨的填充量的發明，作為物品的形態，僅記載有射出成型用的顆粒及射出成型品。另一方面，本發明的絲為了用於FDM方式的三次元造形物的製造用途而為細長線狀的形狀。因此，本發明的絲係形狀不同於日本專利第5220934號公報所記載之複合形成材料，且用途亦不同的新穎發明。
以下，揭示實施例而具體地說明本發明，但該實施例僅係為了說明本發明，作為其具體態樣的參考而提供。該
等例示係用以說明本發明的特定的具體態樣，並非表示對本申請所揭示的發明的範圍加以限定或限制。
[實施例]
<實施例1>
[母料顆粒的製作]
使用聚丙烯(PP、住友化學公司製造AZ564)作為熱塑性樹脂。玻璃絨係藉由離心法而製造，平均纖維直徑約為3.6μm。
玻璃絨的表面處理係藉由自黏合劑噴嘴對利用旋轉器進行纖維化的玻璃絨噴霧包含矽烷偶合劑的溶液而進行。矽烷偶合劑係使用胺基矽烷偶合劑S330(JNC公司製造)。矽烷偶合劑相對於玻璃絨的重量百分率為0.24wt%。
其後，將玻璃絨於150℃下乾燥1小時後，利用切割式研磨機將其切碎處理為平均纖維長度850μm。使用同向雙軸混練擠出機ZE40A((φ43 L/D=40)、Berstorff公司製造)作為擠出成形機，且使用重量式螺旋式進料機S210(K-TRON公司製造)作為計量裝置，對熔融的聚丙烯以玻璃絨填充聚丙烯中的玻璃絨的比率成為40重量%的方式添加玻璃絨並加以混練。混練條件設為螺桿旋轉數150rpm、樹脂壓力0.6Mpa、電流26 A至27A、饋料量12Kg/hr。另外，混練時的聚丙烯的樹脂溫度為190℃至
280℃，玻璃絨係加熱至100℃而添加。混練後，製作母料顆粒。
[絲的製作]
藉由使利用住友化學公司製造的PP所製作的母料顆粒熔融，並自擠出成形機的絲成形模嘴進行擠出，而製作絲。所製作的絲的粗細度為1.75mm(±0.05mm)，捲取至捲盤(捲軸)上而製作。
<實施例2至4>
於實施例1的[絲的製作]時，藉由對母料顆粒添加不含玻璃絨的聚丙烯並進行混合熔融，而製作絲中的玻璃絨的填充量為20重量%、10重量%、5重量%的絲。
<比較例1>
將不添加玻璃絨而僅由聚丙烯所製作的絲設為比較例1。
將上述實施例1至4、及比較例1中所製作的絲中的玻璃絨的填充量示於表1。
圖2係實施例2中所製作的絲的照片。
[三次元造形物的製作]
<比較例2>
於FDM方式的3D列印機(MUTOH Value 3D MagiX MF-500)的噴嘴部分設置比較例1中所製作的絲。其次，將噴嘴的溫度設為250℃至270℃，將造形速度設為25mm/s，一面使絲熔融，一面將其擠壓至造形台上，藉此將熱塑性樹脂進行積層。
‧圖3中的(A)係開始積層前的造形台的照片。
‧圖3中的(B)係使熱塑性樹脂陷入造形台的「開孔板」，並以積層的熱塑性樹脂不會自造形台剝落的方式進行積層的照片。
‧圖3中的(C)係於陷入造形台的孔中的熱塑性樹脂層上進而積層熱塑性樹脂，而用以載置三次元造形物的棧板(raft)的製作中的照片。
‧圖3中的(D)係棧板製作中的3D列印機的噴嘴的照片。
‧圖3中的(E)係於造形台上，埋入造形台的孔中的熱塑性樹脂因收縮而剝落，而剛剛發生聚丙烯原本的「縮痕」、「翹曲」後的照片。
如圖3中的(E)所示，於自造形台卸去熱塑性樹脂層的階段，變得無法進行熱塑性樹脂的積層。如上所述，於
使用比較例1的僅由不含玻璃絨的聚丙烯所製作的絲的情形時，未能製作三次元造形物。
<實施例5>
使用實施例2中所製作的絲，除此以外，按照與比較例2相同的順序，藉由將絲設置於3D列印機中並重複進行積層，而製作三次元造形物。圖4中的(A)係實施例5中所製作的三次元造形物的照片。
<實施例6>
使用實施例3中所製作的絲，除此以外，按照與實施例5相同的順序，藉由將絲設置於3D列印機中並重複進行積層，而製作三次元造形物。圖4中的(B)係實施例6中所製作的三次元造形物的照片。
如圖4中的(A)所示，若利用實施例2的絲而製造箱狀的三次元造形物，則製作出無翹曲等的精度高的三次元造形物。另外，如圖4中的(B)所示，若利用實施例3的絲而製造箱狀的三次元造形物，則製作出雖然積層面因收縮而稍欠光滑，但仍符合期待的三次元造形物。
<實施例7>
改變所製作的三次元造形物的形狀，除此以外，按照與實施例5相同的順序而製造三次元造形物。圖5中的(A)
及圖5中的(B)係實施例7中所製作的三次元造形物的照片。圖5中的(A)係杯狀的三次元造形物，積層表面係目測未見凹凸的光滑的高精度。另外，圖5中的(B)係蜂窩狀的三次元造形物，蜂窩的微細部分亦係目測未見翹曲及凹凸的具有尺寸穩定性的高精度。
<實施例8>
使用實施例1中所製作的絲，改變所製作的三次元造形物的形狀，除此以外，按照與實施例5相同的順序而製造三次元造形物。圖6中的(A)係實施例8中所製作的三次元造形物的照片。
<實施例9>
使用實施例2中所製作的絲，除此以外，按照與實施例8相同的順序而製造三次元造形物。圖6中的(B)係實施例9中所製作的三次元造形物的照片。
<實施例10>
使用實施例4中所製作的絲，除此以外，按照與實施例8相同的順序而製造三次元造形物。圖6中的(C)係實施例10中所製作的三次元造形物的照片，圖6中的(D)係圖6中的(C)的放大照片。
如圖6中的(A)所示，若使用實施例1的填充有40重
量%的玻璃絨的絲而製造三次元造形物，則雖然因玻璃絨與熱塑性樹脂的流動性的差異，而於三次元造形物的表面存在產生垂絲的部位，但仍順利地製造出三次元造形物。另外，如圖6中的(C)及(D)所示，若使用實施例4的填充有5重量%的玻璃絨的絲而製造三次元造形物，則雖然存在因熱收縮率而於積層時產生變形的部位，但仍順利地製造出三次元造形物。另一方面，如圖6中的(B)所示，若使用實施例2的填充有20重量%的玻璃絨的絲而製造三次元造形物，則可製造出無熱收縮及垂絲的高精度的三次元造形物。根據以上的結果可知，利用未添加玻璃絨的PP製的絲未能製造出三次元造形物(比較例2)，藉由使用填充有玻璃絨的熱塑性樹脂，可製造出各種形狀的三次元造形物(實施例5至10)。另外，如實施例5至10所示，於玻璃絨的填充量為5重量%至40重量%中的任意量的情形時，均製造出三次元造形物，但三次元造形物的精度根據玻璃絨的填充量而變化，於20重量%左右時獲得精度高的三次元造形物。
<實施例11>
使用聚縮醛(POM、Polyplastics股份有限公司製造：Duracon(註冊商標)POM TF-30)作為熱塑性樹脂，將絲中的玻璃絨的填充量設為25重量%，除此以外，按照與實施例1相同的順序而製作絲。其次，將噴嘴的溫度設為220℃至240℃，除此以外，按照與比較例2相同的順序
而製作三次元造形物。
‧圖7中的(A)係於陷入造形台的孔中的熱塑性樹脂層上進而積層熱塑性樹脂，而用以載置三次元造形物的棧板(raft)的製作中的照片。
‧圖7中的(B)係於棧板上積層有熱塑性樹脂的照片。
‧圖7中的(C)係實施例11中所製作的三次元造形物的照片。
如圖7中的(A)所示，棧板於造形台上均勻地密接，不發生熱收縮，如圖7中的(B)及(C)所示，製作出如資料般的三次元造形物(風扇)。
<比較例3>
未填充玻璃絨，除此以外，按照與實施例11相同的順序而製作絲，並進行三次元造形。
‧圖8中的(A)係於陷入造形台的孔中的熱塑性樹脂層上進而積層熱塑性樹脂，而用以載置三次元造形物的棧板(raft)的製作中的照片。
‧圖8中的(B)係於棧板上積層有熱塑性樹脂的照片。
‧圖8中的(C)係比較例3中所製作的三次元造形物的照片。
如圖8中的(A)所示，於使用未填充玻璃絨的聚縮醛的情形時，於棧板的製作中，棧板的一部分因熱收縮而自造形台剝離。並且，如圖8中的(B)所示，積層密接性因熱收縮而明顯較差，如圖8中的(C)所示，未能製作出所
需的三次元造形物(風扇)。
根據以上的結果可知，無論為通用塑膠亦或工程塑膠，藉由將玻璃絨填充至熱塑性樹脂中，均可利用FDM方式的3D列印機而製造三次元造形物。
(產業可利用性)
本發明的絲可將通用的熱塑性樹脂作為基本材料，利用FDM方式的3D列印機而製造三次元造形物。因此，對於3D列印機的進一步的普及有用。
Claims (10)
- 一種三次元造形物的製造方法，係藉由熔融沈積成型方式所進行，並且前述三次元造形物的製造方法包括：熔融步驟，使填充有玻璃絨的玻璃絨填充熱塑性樹脂所製作而成的絲進行熔融；以及積層步驟，將熔融的前述絲加以積層；前述絲，在該絲的中心軸方向不含成為芯的纖維，並且；前述絲，係藉由將熱塑性樹脂及玻璃纖維成為棉狀之玻璃絨加以熔融混練，並擠出為線狀所形成。
- 如請求項1所記載之三次元造形物的製造方法，其中前述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為5重量%至40重量%。
- 如請求項2所記載之三次元造形物的製造方法，其中前述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為15重量%至25重量%。
- 如請求項1至3中任一項所記載之三次元造形物的製造方法，其中前述熱塑性樹脂為聚丙烯或聚縮醛。
- 一種三次元造形物製造用的絲，係藉由熔融沈積成型方式而成；前述三次元造形物製造用的絲為填充有玻璃絨的玻璃絨填充熱塑性樹脂；在該絲的中心軸方向不含成為芯的纖維，並且玻璃絨係以隨機方向受到填充。
- 如請求項5所記載之三次元造形物製造用的絲，其中前述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為5重量%至40重量%。
- 如請求項6所記載之三次元造形物製造用的絲，其中前述玻璃絨填充熱塑性樹脂中的玻璃絨的填充量為15重量%至25重量%。
- 如請求項5至7中任一項所記載之三次元造形物製造用的絲，其中前述熱塑性樹脂為聚丙烯或聚縮醛。
- 如請求項5所記載之三次元造形物製造用的絲，其中前述三次元造形物製造用的絲的直徑為1.75mm至2.85mm，長度至少為50cm以上。
- 如請求項8所記載之三次元造形物製造用的絲，其中前述三次元造形物製造用的絲的直徑為1.75mm至2.85mm，長度至少為50cm以上。
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