JP2017132246A - Powder material for three-dimensional molding - Google Patents

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Yasuyuki Yamashita
康之 山下
鈴木 康夫
Yasuo Suzuki
康夫 鈴木
仁 岩附
Hitoshi Iwatsuki
仁 岩附
輝樹 草原
Teruki Kusahara
輝樹 草原
山口 剛男
Takeo Yamaguchi
剛男 山口
斉藤 拓也
Takuya Saito
拓也 斉藤
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Nozomi Tamoto
望 田元
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a powder material for three-dimensional molding with high removability of excessive powder and low cohesiveness of excessive powder, the powder material capable of improving strength of a three-dimensional molding and suppressing deterioration of dimensional accuracy of the three-dimensional molding, and also to provide a three-dimensional sintered article made of a metal with high strength in a Z-axis direction and low anisotropy of strength in X, Y and Z axes.SOLUTION: A powder material for three-dimensional molding includes metal particles and water-soluble organic material particles. The content of the organic material particles is 2-18 vol.% with regard to the powder material for three-dimensional molding, and a volume average particle diameter of the organic material particles is 3-15 μm.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、立体造形用粉末材料、立体造形用キット、立体造形物の製造方法、立体焼結物の製造方法及び立体造形物の製造装置に関する。   The present invention relates to a three-dimensional modeling powder material, a three-dimensional modeling kit, a three-dimensional model manufacturing method, a three-dimensional sintered model manufacturing method, and a three-dimensional model manufacturing apparatus.

従来の成形型を利用した立体造形物の作製方法に代わり、近年、オンデマンドで、さらに複雑で微細な立体造形物を作製することが可能な三次元(3D)プリンターを使用した積層造形法が提案されている。特に、金属や無機化合物で構成される立体造形物を作製する場合には、粉末積層法が用いられる。粉末積層法の一つとして、金属、無機化合物等の粒子を含む立体造形用粉末材料を積層し、各層毎又は複数層毎に、立体造形用液体材料を所定のパターンで付与して、立体造形用粉末材料同士を接着させ、立体造形物を作製する方法が挙げられる。このようにして得られた立体造形物は、その後脱脂、さらに焼結を行うことにより、立体焼結物を得ることが可能になる。   In place of the conventional method for producing a three-dimensional object using a mold, an additive manufacturing method using a three-dimensional (3D) printer capable of producing a more complicated and fine three-dimensional object on demand has recently been developed. Proposed. In particular, a powder lamination method is used in the case of producing a three-dimensional structure composed of a metal or an inorganic compound. As one of the powder lamination methods, three-dimensional modeling powder materials containing particles of metal, inorganic compounds, etc. are laminated, and a three-dimensional modeling liquid material is applied in a predetermined pattern for each layer or multiple layers. For example, a method for producing a three-dimensional model by adhering powder materials to each other. The three-dimensional molded article thus obtained can be degreased and then sintered to obtain a three-dimensional sintered article.

上記の粉末積層法は、立体造形用粉末材料同士を接着させるために、バインダー樹脂などの有機材料を立体造形用粉末材料に添加する方法が知られている。   As the powder lamination method, there is known a method of adding an organic material such as a binder resin to a three-dimensional modeling powder material in order to bond the three-dimensional modeling powder material to each other.

さらに、立体造形用粉末材料に有機材料を添加する方法としては、有機材料粒子を立体造形用粉末材料と混合する方法が知られている。   Furthermore, as a method of adding an organic material to a three-dimensional modeling powder material, a method of mixing organic material particles with a three-dimensional modeling powder material is known.

一例として、例えば、特許文献1には、水溶性ポリマーを含有し、水を溶媒とする造形液が滴下されて造形液に溶解することによって立体造形物の層を生成する立体造形粉体が開示されている。このとき、水溶性ポリマーは部分けん化型ポリビニルアルコールを含有する。また、立体造形粉体は、平均粒子径が9μm以上40μm以下の接着力を有さない無機物または有機物をフィラーとして含有する。   As an example, for example, Patent Document 1 discloses a three-dimensional modeling powder that generates a layer of a three-dimensional structure by adding a water-soluble polymer and using a water as a solvent to form a liquid that is dropped and dissolved in the liquid. Has been. At this time, the water-soluble polymer contains partially saponified polyvinyl alcohol. The three-dimensionally shaped powder contains an inorganic or organic substance having an average particle diameter of 9 μm or more and 40 μm or less as an filler.

また、特許文献2には、堆積面に堆積された粉末材料の特定領域に対し、造形液を吐出することで3次元構造物を造形する3次元造形に用いられる粉末材料が開示されている。このとき、粉末材料は、3次元構造物を形成する粒子である充填材と、造形液に溶解することで充填材同士を接着する接着剤と、を備える。また、充填材の比重は、粉末材料に吐出される造形液の比重より大きい。   Patent Document 2 discloses a powder material used for three-dimensional modeling for modeling a three-dimensional structure by discharging a modeling liquid to a specific region of the powder material deposited on the deposition surface. At this time, the powder material includes a filler that is a particle forming a three-dimensional structure, and an adhesive that bonds the filler to each other by dissolving in a modeling liquid. Moreover, the specific gravity of the filler is larger than the specific gravity of the modeling liquid discharged to the powder material.

しかしながら、特許文献1及び2に開示されている技術では、造形槽内において、造形に使用されなかった余剰粉(立体造形用液体材料が付与されなかった立体造形用粉末材料)が凝集してしまうといった課題があった。その結果、余剰粉の除去に手間がかかったり、余剰粉を除去する際に立体造形物を変形させてしまったり、余剰粉を除去しきれず、立体造形物の寸法精度が大きく低下してしまったりするといった課題があった。このことは、立体焼結物の寸法精度を低下させることに繋がる。また、余剰粉の凝集物が多量に混入していると、余剰粉を再利用した時に立体造形物の強度や寸法精度が低下するため、余剰粉の再利用率が低下するといった課題もあった。   However, in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, surplus powder that has not been used for modeling (three-dimensional modeling powder material to which the three-dimensional modeling liquid material has not been applied) aggregates in the modeling tank. There was a problem. As a result, it takes time to remove the excess powder, or the 3D object is deformed when removing the excess powder, or the excess powder cannot be completely removed and the dimensional accuracy of the 3D object is greatly reduced. There was a problem to do. This leads to a decrease in the dimensional accuracy of the three-dimensional sintered product. In addition, if excessive powder agglomerates are mixed, there is a problem that the reuse rate of the excess powder decreases because the strength and dimensional accuracy of the three-dimensional structure decrease when the excess powder is reused. .

さらに、重要な課題は、立体造形物の積層方向であるZ軸方向の強度が低いことである。これは、粉末材料層を形成した際、X−Y面は、粉末材料同士が密に接しているため、高い強度が得られやすいのに対し、Z軸方向は、層間に空隙が存在しやすいことが影響していると考えられ、積層造形法全般の課題でもある。   Furthermore, an important subject is that the intensity | strength of the Z-axis direction which is the lamination direction of a three-dimensional molded item is low. This is because when the powder material layer is formed, since the powder materials are in close contact with each other on the XY plane, high strength is easily obtained, whereas in the Z-axis direction, voids are likely to exist between the layers. This is also an issue of additive manufacturing in general.

これらの課題は、高い強度を必要とする金属製の立体焼結物を製造する上で、特に重要であった。金属製の立体焼結物は、機械部品や冶具、機械的強度測定用の試作品など、高い強度を必要とする用途に用いられる。この時、X−Y面の強度が高かったとしても、Z軸方向の強度が低いと、力の与え方によってはすぐに破損してしまい、金属部品あるいは試作品として使用できないといった問題があった。層間の接着力は、有機材料の量を増やすことで改善される傾向があるが、層間の空隙を低減させる効果は十分でないため、Z軸方向の強度を向上させる効果は限定的であった。また、有機材料を増量すると、本来存在するべきではない領域にまで有機材料が広がり、それが余剰粉の付着を促し、立体造形物、さらには立体焼結物の寸法精度を大幅に低下させる懸念もあった。加えて、有機材料の量が多いと、立体造形物を焼結する際に体積収縮が大きくなり、このことも立体焼結物の寸法精度を低下させる要因となっていた。以上のことから、金属を含む立体造形物、さらに金属製の立体焼結物は、これらの強度と寸法精度を両立させるために、有機材料の量を最適化する必要があった。   These problems are particularly important in producing a metal three-dimensional sintered product that requires high strength. Metal three-dimensional sintered products are used for applications that require high strength, such as mechanical parts, jigs, and prototypes for measuring mechanical strength. At this time, even if the strength of the XY plane is high, if the strength in the Z-axis direction is low, it may be damaged depending on how the force is applied, and cannot be used as a metal part or a prototype. . The interlaminar adhesive strength tends to be improved by increasing the amount of the organic material, but the effect of increasing the strength in the Z-axis direction is limited because the effect of reducing the voids between the layers is not sufficient. In addition, when the amount of organic material is increased, the organic material spreads to a region where it should not exist, which promotes the adhesion of surplus powder and greatly reduces the dimensional accuracy of the three-dimensional modeled object and also the three-dimensional sintered object. There was also. In addition, when the amount of the organic material is large, the volumetric shrinkage increases when the three-dimensional molded object is sintered, which is also a factor of reducing the dimensional accuracy of the three-dimensional sintered article. From the above, it is necessary to optimize the amount of the organic material in the three-dimensional model including metal and the three-dimensional sintered product made of metal in order to achieve both strength and dimensional accuracy.

しかしながら、従来、立体焼結物は、強度の異方性が高い、すなわち、立体造形物の積層方向(Z軸方向)の強度が低いという課題があったことから、立体焼結物の強度は明らかにされていないのが実情であった。   However, conventionally, the three-dimensional sintered product has a problem that the strength anisotropy is high, that is, the strength in the stacking direction (Z-axis direction) of the three-dimensional model is low. The fact was not revealed.

特許文献1及び2には、充填材と有機材料とを混合した粉末材料が開示されており、充填材を加えることで立体造形物の反りを低減できることが記載されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose a powder material in which a filler and an organic material are mixed, and it is described that the warpage of a three-dimensional structure can be reduced by adding the filler.

しかしながら、特許文献1及び2は、充填材として、炭酸カルシウムや各種樹脂材料が使用されたものであって、高い強度を必要とする金属製の立体焼結物に関する記述は一切なく、上記課題に適用することができなかった。   However, Patent Documents 1 and 2 use calcium carbonate and various resin materials as fillers, and there is no description regarding a metal three-dimensional sintered material that requires high strength. Could not be applied.

本発明は、余剰粉の除去性が高く、かつ、余剰粉の凝集性が低く、立体造形物の強度を向上させること、立体造形物の寸法精度の低下を抑制することが可能な立体造形用粉末材料を提供することを目的とする。   The present invention is for three-dimensional modeling that has high removability of surplus powder, low cohesiveness of surplus powder, can improve the strength of a three-dimensional structure, and can suppress a decrease in dimensional accuracy of the three-dimensional structure. The object is to provide a powder material.

また、本発明は、立体造形物の積層方向、すなわち、Z軸方向の強度が高く、X、Y、Z軸における強度の異方性が低い金属製の立体焼結物を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a metal three-dimensional sintered product having a high strength in the stacking direction of the three-dimensional modeled object, that is, the Z-axis direction, and low strength anisotropy in the X, Y, and Z axes. And

本発明は、金属粒子と水溶性の有機材料粒子を含む立体造形用粉末材料であって、前記有機材料粒子の含有率が、当該立体造形用粉末材料に対し、2容積%以上、18容積%以下であり、前記有機材料粒子の体積平均粒径が、3μm以上、15μm以下である。   The present invention is a three-dimensional modeling powder material including metal particles and water-soluble organic material particles, and the content of the organic material particles is 2% by volume or more and 18% by volume with respect to the three-dimensional modeling powder material. The volume average particle diameter of the organic material particles is 3 μm or more and 15 μm or less.

本発明によれば、余剰粉の除去性が高く、かつ、余剰粉の凝集性が低く、立体造形物の強度を向上させること、立体造形物の寸法精度の低下を抑制することが可能な立体造形用粉末材料を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the strength of the three-dimensional structure, to suppress the decrease in the dimensional accuracy of the three-dimensional structure, and to improve the strength of the three-dimensional structure. A powder material for modeling can be provided.

また、本発明によれば、Z軸方向の強度が高く、X、Y、Z軸における強度の異方性が低い金属製の立体焼結物を提供することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to provide a metal three-dimensional sintered product having high strength in the Z-axis direction and low strength anisotropy in the X, Y, and Z axes.

粒子の面積包絡度を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the area envelope degree of particle | grains. 本実施形態の立体造形物の製造方法の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the manufacturing method of the three-dimensional molded item of this embodiment. 本実施形態の立体造形物の製造方法の他の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows another example of the manufacturing method of the three-dimensional molded item of this embodiment. 図2の造形槽及び供給槽の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the modeling tank and supply tank of FIG. 実施例の縦積みサンプル及び横積みサンプルを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vertically stacked sample and horizontally stacked sample of an Example.

次に、本発明を実施するための形態の一例を説明する。但し、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。   Next, an example of the form for implementing this invention is demonstrated. However, the present invention is not limited to these embodiments.

(立体造形用粉末材料)
本実施形態の立体造形用粉末材料(以下、単に粉末材料という)は、金属粒子と水溶性の有機材料粒子を含み、必要に応じて、上記以外の成分(以下、その他の成分という)をさらに含んでいてもよい。
(Powder material for 3D modeling)
The three-dimensional modeling powder material of the present embodiment (hereinafter simply referred to as a powder material) includes metal particles and water-soluble organic material particles, and if necessary, other components (hereinafter referred to as other components) are further included. May be included.

−金属粒子−
金属粒子を構成する材料としては、粉末又は粒子の形態を有する金属である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Metal particles-
The material constituting the metal particles is not particularly limited as long as it is a metal having a powder or particle form, and can be appropriately selected according to the purpose.

金属粒子を構成する材料としては、従来公知の材料を特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Au、Ag、Pt、In、Sn、Ta、W、Sb、あるいは、これらの合金等が挙げられる。   As a material constituting the metal particles, a conventionally known material can be appropriately selected according to the purpose without any particular limitation. For example, Mg, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Au, Ag, Pt, In, Sn, Ta, W, Sb, or alloys thereof.

特に好ましい金属粒子を構成する材料としては、例えば、ステンレス鋼(SUS)、鉄、銅、チタン、銀、アルミニウム、ジルコニウム、あるいは、これらの合金等が挙げられる。   Examples of a particularly preferable material constituting the metal particles include stainless steel (SUS), iron, copper, titanium, silver, aluminum, zirconium, and alloys thereof.

ステンレス鋼(SUS)としては、例えば、SUS304、SUS316L、SUS317、SUS329、SUS410、SUS430、SUS440、SUS630等が挙げられる。   Examples of stainless steel (SUS) include SUS304, SUS316L, SUS317, SUS329, SUS410, SUS430, SUS440, and SUS630.

金属粒子の密度は、3g/cm以上であることが好ましい。金属粒子の密度が3g/cm以上であることにより、粉末材料を平らに敷き詰めた時(リコートと称する場合がある)、金属粒子が密に詰まり易く、立体造形物、さらに立体焼結物の空隙率を低減できる場合がある。 The density of the metal particles is preferably 3 g / cm 3 or more. When the density of the metal particles is 3 g / cm 3 or more, when the powder material is laid flat (sometimes referred to as recoating), the metal particles are likely to be densely packed, In some cases, the porosity can be reduced.

これらの材料は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   These materials may be used alone or in combination of two or more.

なお、本実施形態においては、金属粒子として、これらの材料で形成された市販品の粒子又は粉末を使用することができる。   In the present embodiment, commercially available particles or powders formed of these materials can be used as the metal particles.

なお、金属粒子としては、有機材料粒子との親和性を高める目的等で、公知の表面(改質)処理がされていてもよい。   The metal particles may be subjected to a known surface (modification) treatment for the purpose of increasing the affinity with the organic material particles.

金属粒子の体積平均粒径は、1〜250μmであることが好ましく、2〜100μmであることがより好ましく、3〜50μmであることがさらに好ましく、5〜25μmであることが特に好ましい。金属粒子の体積平均粒径が1μm以上であると、粉末材料の流動性が向上し、後述する粉末材料層が形成しやすく、粉末材料層の表面の平滑性が向上する。このため、立体造形物の製造効率が向上し、粉末材料の取り扱いやハンドリング性が向上すると共に、立体造形物の寸法精度が向上する傾向にある。一方、金属粒子の体積平均粒径が250μm以下であると、粉末材料同士の接点が増えると同時に、立体造形物内の空間が小さくなるため、立体造形物や立体焼結物の強度や寸法精度が向上する。   The volume average particle diameter of the metal particles is preferably 1 to 250 μm, more preferably 2 to 100 μm, further preferably 3 to 50 μm, and particularly preferably 5 to 25 μm. When the volume average particle diameter of the metal particles is 1 μm or more, the fluidity of the powder material is improved, a powder material layer described later is easily formed, and the smoothness of the surface of the powder material layer is improved. For this reason, the manufacturing efficiency of the three-dimensional model is improved, the handling and handling properties of the powder material are improved, and the dimensional accuracy of the three-dimensional model tends to be improved. On the other hand, if the volume average particle size of the metal particles is 250 μm or less, the number of contacts between the powder materials increases, and at the same time, the space in the three-dimensional structure becomes small. Will improve.

金属粒子の体積平均粒径を制御する方法としては、篩などを用いて金属粒子を分級し、所望の粒径分布領域を採取する方法や、機械的に金属粒子を粉砕し、微粒化する方法などが挙げられる。これらの方法を用いることで、金属粒子の市販品であっても、所望の体積平均粒径となるように制御することが可能である。   As a method for controlling the volume average particle size of the metal particles, a method of classifying the metal particles using a sieve or the like and collecting a desired particle size distribution region, or a method of mechanically pulverizing and atomizing the metal particles Etc. By using these methods, even a commercial product of metal particles can be controlled to have a desired volume average particle size.

本実施形態において、金属粒子の体積平均粒径は、後述する有機材料粒子の体積平均粒径に対し、0.5倍以上、3.5倍以下であることが好ましい。金属粒子の体積平均粒径が、有機材料粒子の体積平均粒径に対し、0.5倍以上であると、有機材料の量が過剰になるのを防止でき、必要以上の領域に有機材料が染み渡ったり、立体造形物の乾燥あるいは焼結時の体積収縮量を抑えたりすることが可能になる。その結果、寸法精度の高い立体造形物あるいは立体焼結物を得ることができる。一方、金属粒子の体積平均粒径が、有機材料粒子の体積平均粒径に対し、3.5倍以下であることにより、有機材料粒子の偏りによる立体造形物の強度のバラツキを抑制したり、粉末材料層の層間の接着力を十分に発揮させたりすることができ、その結果、立体造形物あるいは立体焼結物の強度の異方性を低減させることができる。   In the present embodiment, the volume average particle size of the metal particles is preferably 0.5 times or more and 3.5 times or less than the volume average particle size of organic material particles described later. When the volume average particle diameter of the metal particles is 0.5 times or more than the volume average particle diameter of the organic material particles, the amount of the organic material can be prevented from being excessive, and the organic material is present in an area more than necessary. It becomes possible to permeate, and to suppress the volume shrinkage during drying or sintering of the three-dimensional model. As a result, a three-dimensional molded article or a three-dimensional sintered article with high dimensional accuracy can be obtained. On the other hand, when the volume average particle size of the metal particles is 3.5 times or less than the volume average particle size of the organic material particles, the variation in strength of the three-dimensional structure due to the bias of the organic material particles is suppressed, Adhesive strength between the layers of the powder material layer can be sufficiently exerted, and as a result, the strength anisotropy of the three-dimensional structure or three-dimensional sintered object can be reduced.

金属粒子の粒度分布は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、シャープであることが好ましい。   The particle size distribution of the metal particles is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably sharp.

金属粒子の体積平均粒径や粒度分布は、公知の粒度分布測定装置を用いて測定することが可能である。   The volume average particle size and particle size distribution of the metal particles can be measured using a known particle size distribution measuring apparatus.

粒度分布測定装置の一例としては、粒子径分布測定装置マイクロトラックMT3000IIシリーズ(マイクロトラックベル社製)などが挙げられる。   An example of the particle size distribution measuring device is a particle size distribution measuring device Microtrac MT3000II series (manufactured by Microtrac Bell).

金属粒子としては、様々な形状の粒子を使用することが可能であるが、金属粒子は、球形であることが好ましく、粒子の短径/長径で表されるアスペクト比や円形度が高いことが好ましい。これにより、金属粒子を含む粉末材料層を形成した(リコート)時に、金属粒子の充填率が高まる。その結果、得られる立体造形物、さらには立体焼結物の空隙を低減することができるだけでなく、層間の空隙も低減することが可能になり、立体造形物及び立体焼結物の強度を向上させることが可能になる。特に、層間の空隙を低減することにより、Z軸方向の強度を向上させることが可能になり、立体造形物及び立体焼結物の強度の異方性を低減させることが可能になる。   Although various shapes of particles can be used as the metal particles, the metal particles are preferably spherical and have a high aspect ratio and circularity expressed by the minor axis / major axis of the particles. preferable. Thereby, when the powder material layer containing metal particles is formed (recoating), the filling rate of the metal particles is increased. As a result, it is possible not only to reduce the voids of the resulting three-dimensional molded article, and also the three-dimensional sintered product, but also to reduce the gaps between layers, improving the strength of the three-dimensional molded product and the three-dimensional sintered product. It becomes possible to make it. In particular, by reducing the gaps between the layers, it is possible to improve the strength in the Z-axis direction, and it is possible to reduce the anisotropy of the strength of the three-dimensional structure and the three-dimensional sintered body.

本実施形態において、金属粒子のアスペクト比(平均値)は、0.85以上であることが好ましく、0.90以上であることがより好ましい。金属粒子のアスペクト比(平均値)が0.85以上であると、立体造形物あるいは立体焼結物の空隙率が低減することにより、立体造形物あるいは立体焼結物の強度が向上したり、立体造形物の場所による強度のバラツキが低減したりする。   In the present embodiment, the aspect ratio (average value) of the metal particles is preferably 0.85 or more, and more preferably 0.90 or more. When the aspect ratio (average value) of the metal particles is 0.85 or more, the porosity of the three-dimensional structure or three-dimensional sintered object is reduced, and the strength of the three-dimensional structure or three-dimensional sintered object is improved. Variations in strength due to the location of the three-dimensional object are reduced.

本実施形態において、粒子のアスペクト比(平均値)は、下記の方法によって求めることができる。   In the present embodiment, the aspect ratio (average value) of the particles can be obtained by the following method.

すなわち、粒子のアスペクト比(平均値)は、解析に用いた粒子のそれぞれのアスペクト比(短径/長径)を求め、アスペクト比が所定の値の粒子が解析した粒子全体の中でどの程度存在しているかで重み付けした値であり、下記式(1)により算出することができる。   That is, the aspect ratio (average value) of the particles is determined by determining the aspect ratio (minor axis / major axis) of each particle used in the analysis, and how much the particles having the aspect ratio of the predetermined value are present in the entire analyzed particle. It is a value weighted depending on whether or not it can be calculated by the following equation (1).

アスペクト比(平均値)=(X1×Y1+X2×Y2+・・・+Xn×Yn)/100・・・(1)
但し、Xは、粒子のアスペクト比(短径/長径)であり、Yiは、アスペクト比がXiである粒子の存在率[%]であり、iは1以上、n以下の整数であり、Y1+Y2+・・・+Yn=100である。
Aspect ratio (average value) = (X1 × Y1 + X2 × Y2 +... + Xn × Yn) / 100 (1)
Where X is the aspect ratio (minor axis / major axis) of the particles, Yi is the abundance [%] of the particles having an aspect ratio of Xi, i is an integer of 1 to n, and Y1 + Y2 + ... + Yn = 100.

粒子のアスペクト比は、公知の粒子形状測定装置を用いて測定することが可能である。   The aspect ratio of the particles can be measured using a known particle shape measuring device.

粒子形状測定装置としては、例えば、Morphologi G3−SE(スペクトリス社製)などが挙げられる。   Examples of the particle shape measuring device include Morphologi G3-SE (Spectres).

粒子のアスペクト比の測定条件は、特に制限はなく、適宜選択することができる。例えば、分散圧4bar、圧空印加時間10ms、静置時間60sec、測定粒子数50,000個で、粒子の面積包絡度によるFilteringを行い、一次粒子と想定される粒子のみでアスペクト比を解析する。一次粒子と想定される粒子数は、15,000以上であることが好ましく、20,000以上であることがより好ましい。   The measurement conditions for the aspect ratio of the particles are not particularly limited and can be appropriately selected. For example, filtering by the area envelope degree of particles is performed with a dispersion pressure of 4 bar, a pressure air application time of 10 ms, a stationary time of 60 sec, and a measured number of particles of 50,000, and the aspect ratio is analyzed only with particles assumed to be primary particles. The number of particles assumed to be primary particles is preferably 15,000 or more, and more preferably 20,000 or more.

図1に示すように、粒子Aの面積包絡度とは、粒子Aの面積(S)を、粒子Aの凸包の面積(S+S)で割った値であり、下記式(2)により算出することができる。粒子Aの面積包絡度は、0〜1の値で示され、粒子Aがどの程度ギザギザであるかを示す。 As shown in FIG. 1, the area envelope degree of the particle A is a value obtained by dividing the area (S 1 ) of the particle A by the area (S 1 + S 2 ) of the convex hull of the particle A. ). The area envelope degree of the particle A is indicated by a value of 0 to 1, and indicates how jagged the particle A is.

粒子Aの面積包絡度=S/(S+S)・・・(2)
粒子の面積包絡度によるFilteringは、例えば、式
粒子の面積包絡度>0.99>100pixels
により行う。
Degree of area envelope of particle A = S 1 / (S 1 + S 2 ) (2)
Filtering by the area envelope of the particle is, for example, the formula: Area envelope of the particle>0.99> 100 pixels
To do.

本実施形態において、金属粒子の円形度は、0.90以上であることが好ましく、0.95以上であることがより好ましい。金属粒子の円形度が0.90以上であると、金属粒子が最密充填され、金属粒子の空隙率の低減により立体造形物あるいは立体焼結物の強度が向上したり、立体造形物の場所による強度のバラツキが低減したりする。   In the present embodiment, the circularity of the metal particles is preferably 0.90 or more, and more preferably 0.95 or more. When the circularity of the metal particles is 0.90 or more, the metal particles are closely packed, the strength of the three-dimensional structure or three-dimensional structure is improved by reducing the porosity of the metal particles, or the place of the three-dimensional structure The variation in strength due to this can be reduced.

金属粒子の円形度は、公知の円形度測定装置を用いて測定することが可能である。   The circularity of the metal particles can be measured using a known circularity measuring device.

円形度測定装置の一例としては、フロー式粒子像分析装置FPIA−3000(マルバーンインストゥルメンツ社製)などが挙げられる。   As an example of the circularity measuring device, a flow type particle image analyzer FPIA-3000 (manufactured by Malvern Instruments Inc.) and the like can be mentioned.

金属粒子は、従来公知の方法を用いて製造することができる。   The metal particles can be produced using a conventionally known method.

金属粒子の製造方法としては、例えば、固体に圧縮、衝撃、摩擦等を加えて細分化する粉砕法、溶湯を噴霧させて急冷粉体を得るアトマイズ法、液体に溶解した成分を沈殿させる析出法、気化させて晶出させる気相反応法等が挙げられる。   Examples of the method for producing metal particles include, for example, a pulverization method in which a solid is subdivided by applying compression, impact, friction, etc., an atomizing method in which a molten metal is sprayed to obtain a quenched powder, and a precipitation method in which components dissolved in a liquid are precipitated. For example, a gas phase reaction method of vaporizing and crystallizing may be used.

本実施形態において、金属粒子の製造方法としては、特に制限されないが、より好ましい金属粒子の製造方法としては、球状の形状の金属粒子が得られ、金属粒子の粒径のバラツキが少ないことから、アトマイズ法が挙げられる。   In the present embodiment, the method for producing metal particles is not particularly limited, but as a more preferred method for producing metal particles, spherical metal particles are obtained, and there is little variation in the particle size of the metal particles. Atomization method is mentioned.

アトマイズ法としては、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、遠心アトマイズ法、プラズマアトマイズ法などが挙げられるが、いずれも好適に用いられる。   Examples of the atomizing method include a water atomizing method, a gas atomizing method, a centrifugal atomizing method, a plasma atomizing method, and the like, and any of them is preferably used.

−有機材料粒子−
有機材料粒子を構成する材料は、水溶性で、かつ粉末又は粒子の形態を有する有機材料である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Organic material particles-
The material constituting the organic material particles is not particularly limited as long as the material is water-soluble and has a powder or particle form, and can be appropriately selected according to the purpose.

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、水溶性とは、実質的に水に易溶であることを指す。ここで、実質的に水に易溶であるとは、例えば、30℃の造形液に含まれる溶媒100gに有機材料粒子を1g混合して撹拌したとき、90質量%以上が溶解することを意味する。   In the present specification and claims, the term “water-soluble” means that it is substantially soluble in water. Here, substantially being easily soluble in water means, for example, when 1 g of organic material particles are mixed and stirred in 100 g of a solvent contained in a modeling liquid at 30 ° C., 90% by mass or more is dissolved. To do.

有機材料としては、例えば、水溶性樹脂、水溶性プレポリマー等が挙げられる。これらの中でも、水溶性樹脂がより好ましい。   Examples of the organic material include water-soluble resins and water-soluble prepolymers. Among these, a water-soluble resin is more preferable.

水溶性樹脂としては、具体的には、ポリビニルアルコール(PVA)樹脂、ポリビニルピロリドン、ポリアミド、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸樹脂、セルロース樹脂、ゼラチン等が挙げられる。これらの中でも、ポリビニルアルコールが立体造形物の強度や寸法精度を高める上で、より好ましく用いられる。   Specific examples of the water-soluble resin include polyvinyl alcohol (PVA) resin, polyvinyl pyrrolidone, polyamide, polyacrylamide, polyethyleneimine, polyethylene oxide, polyacrylic acid resin, cellulose resin, and gelatin. Among these, polyvinyl alcohol is more preferably used for increasing the strength and dimensional accuracy of the three-dimensional structure.

水溶性樹脂は、水溶性を示す限りにおいて、ホモポリマー(単独重合体)であってもよいし、ヘテロポリマー(共重合体)であってもよく、また、変性されていてもよいし、公知の官能基が導入されていてもよく、塩の形態であってもよい。   The water-soluble resin may be a homopolymer (homopolymer), a heteropolymer (copolymer), or may be modified as long as it shows water solubility. These functional groups may be introduced, or may be in the form of a salt.

例えば、ポリビニルアルコール樹脂は、ポリビニルアルコールであってもよいし、アセトアセチル基、アセチル基、シリコーン等により変性されている変性ポリビニルアルコール(アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール、アセチル基変性ポリビニルアルコール、シリコーン変性ポリビニルアルコール等)であってもよい。また、ポリビニルアルコール樹脂は、ブテンジオール−ビニルアルコール共重合体等であってもよい。   For example, the polyvinyl alcohol resin may be polyvinyl alcohol, or modified polyvinyl alcohol modified with acetoacetyl group, acetyl group, silicone or the like (acetoacetyl group modified polyvinyl alcohol, acetyl group modified polyvinyl alcohol, silicone modified polyvinyl alcohol). Alcohol). The polyvinyl alcohol resin may be a butenediol-vinyl alcohol copolymer or the like.

ポリアクリル酸樹脂は、ポリアクリル酸であってもよいし、ポリアクリル酸ナトリウム等の塩であってもよい。また、ポリアクリル酸樹脂は、アクリル酸・無水マレイン酸共重合体等であってもよい。   The polyacrylic acid resin may be polyacrylic acid or a salt such as sodium polyacrylate. The polyacrylic acid resin may be an acrylic acid / maleic anhydride copolymer.

セルロース樹脂としては、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)等が挙げられる。   Examples of the cellulose resin include sodium carboxymethyl cellulose (CMC).

水溶性プレポリマーとしては、例えば、止水剤等に含まれる接着性の水溶性イソシアネートプレポリマー等が挙げられる。   As a water-soluble prepolymer, the adhesive water-soluble isocyanate prepolymer etc. which are contained in a water stop agent etc. are mentioned, for example.

本実施形態においては、有機材料粒子に含まれる水溶性樹脂は、架橋性官能基を有することが可能であり、立体造形物の強度を高める上で好ましい。   In the present embodiment, the water-soluble resin contained in the organic material particles can have a crosslinkable functional group, which is preferable for increasing the strength of the three-dimensional structure.

架橋性官能基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アミド基、リン酸基、チオール基、アセトアセチル基、エーテル結合等が挙げられる。   The crosslinkable functional group is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, an amide group, a phosphate group, a thiol group, an acetoacetyl group, and an ether bond. Is mentioned.

さらに言えば、有機材料粒子に含まれる水溶性樹脂は、架橋性官能基を有する変性ポリビニルアルコールであることが好ましく、例えば、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール、カルボニル基変性ポリビニルアルコール、カルボキシル基変性ポリビニルアルコール等であることが特に好ましい。   Further, the water-soluble resin contained in the organic material particles is preferably a modified polyvinyl alcohol having a crosslinkable functional group, for example, acetoacetyl group-modified polyvinyl alcohol, carbonyl group-modified polyvinyl alcohol, carboxyl group-modified polyvinyl alcohol. Etc. are particularly preferred.

このように、有機材料粒子に含まれる水溶性樹脂が架橋性官能基を有すると、有機材料粒子が容易に架橋し、立体造形物の強度が高まることから好ましい。後述する液体材料に架橋剤を添加すると、液体材料が粉末材料と接触した時、粉末材料に含まれる有機材料粒子が液体材料に含まれる水に溶解すると同時に、液体材料に含まれる架橋剤が粉末材料に含まれる有機材料粒子の架橋性官能基と架橋反応する。このため、液体材料に含まれる溶媒が蒸発すると、粉末材料に含まれる金属粒子同士をより強固に接合させることができる。その結果、立体造形物の強度をさらに高めることが可能になる。   Thus, when the water-soluble resin contained in the organic material particles has a crosslinkable functional group, it is preferable because the organic material particles are easily cross-linked and the strength of the three-dimensional structure is increased. When a cross-linking agent is added to the liquid material described later, when the liquid material comes into contact with the powder material, the organic material particles contained in the powder material are dissolved in the water contained in the liquid material, and at the same time, the cross-linking agent contained in the liquid material is powdered. It crosslinks with the crosslinkable functional group of the organic material particle contained in the material. For this reason, when the solvent contained in the liquid material evaporates, the metal particles contained in the powder material can be joined more firmly. As a result, the strength of the three-dimensional model can be further increased.

例えば、有機材料粒子に含まれる変性ポリビニルアルコールがアセトアセチル基やカルボニル基等を有し、液体材料に含まれる架橋剤が有機金属塩である場合、変性ポリビニルアルコールのアセトアセチル基やカルボニル基等が有機金属塩の金属イオンを介して、複雑な3次元ネットワーク構造、即ち、架橋構造を容易に形成する。即ち、有機材料粒子と架橋剤は、架橋反応性に優れるため、立体造形物の強度を大幅に高めることができる。   For example, when the modified polyvinyl alcohol contained in the organic material particles has an acetoacetyl group or a carbonyl group, and the crosslinking agent contained in the liquid material is an organic metal salt, the acetoacetyl group or the carbonyl group of the modified polyvinyl alcohol A complex three-dimensional network structure, that is, a crosslinked structure is easily formed through the metal ion of the organometallic salt. That is, since the organic material particles and the crosslinking agent are excellent in crosslinking reactivity, the strength of the three-dimensional structure can be greatly increased.

変性ポリビニルアルコールとしては、1種単独で使用してもよいし、2種以上の粘度、けん化度等の特性が異なるものを併用してもよい。   As the modified polyvinyl alcohol, one kind may be used alone, or two or more kinds having different properties such as viscosity and saponification degree may be used in combination.

変性ポリビニルアルコールの平均重合度は、100〜1100であることが好ましく、200〜500であることがより好ましい。   The average degree of polymerization of the modified polyvinyl alcohol is preferably 100 to 1100, and more preferably 200 to 500.

また、変性ポリビニルアルコールのケン化度は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、80%以上であることが好ましい。このため、変性ポリビニルアルコールとして、一般の部分ケン化タイプや完全ケン化タイプの変性ポリビニルアルコールを有効に使用することができる。   The saponification degree of the modified polyvinyl alcohol is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably 80% or more. For this reason, general modified saponification type and complete saponification type modified polyvinyl alcohol can be effectively used as the modified polyvinyl alcohol.

有機材料粒子に含まれる水溶性樹脂は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、有機材料粒子に含まれる水溶性樹脂は、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。   The water-soluble resin contained in the organic material particles may be used alone or in combination of two or more. Further, the water-soluble resin contained in the organic material particles may be appropriately synthesized or may be a commercially available product.

有機材料粒子に含まれる水溶性樹脂の市販品としては、例えば、ポリビニルアルコールのPVA−205C、PVA−220C(クラレ社製)、ポリアクリル酸のジュリマーAC−10(東亞合成社製)、ポリアクリル酸ナトリウムのジュリマーAC−103P(東亞合成社製)、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコールのゴーセネックスZ−300、ゴーセネックスZ−100、ゴーセネックスZ−200、ゴーセネックスZ−205、ゴーセネックスZ−210、ゴーセネックスZ−220(日本合成化学工業社製)、カルボキシル基変性ポリビニルアルコールのゴーセネックスT−330、ゴーセネックスT−350、ゴーセネックスT−330T(日本合成化学工業社製)、ブテンジオール−ビニルアルコール共重合体のニチゴーG−ポリマーOKS−8041(日本合成化学工業社製)、カルボニル基変性ポリビニルアルコールDポリマーDF−05(日本酢ビポバール社製)、ポバールJMRシリーズ(日本酢ビポバール社製)、カルボキシメチルセルロースナトリウムのセロゲン5A(第一工業製薬社製)、デンプンのハイスタードPSS−5(三和澱粉工業社製)、ゼラチンのビーマトリックスゼラチン(新田ゼラチン社製)等が挙げられる。   Examples of commercially available water-soluble resins contained in the organic material particles include polyvinyl alcohol PVA-205C, PVA-220C (manufactured by Kuraray Co., Ltd.), polyacrylic acid durimer AC-10 (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), and polyacrylic. Sodium acid durimer AC-103P (manufactured by Toagosei Co., Ltd.), acetoacetyl-modified polyvinyl alcohol Gohsenx Z-300, Gohsenx Z-100, Gohsenx Z-200, Gohsenx Z-205, Gohsenx Z-210, Gohsenx Z-220 (Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), carboxyl group-modified polyvinyl alcohol Gohsenx T-330, Gohsenx T-350, Gohsenx T-330T (Nippon Gosei Chemical Co., Ltd.), butenediol-vinyl alcohol copolymer Nichigo G-polymer OKS-8041 (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.), carbonyl group-modified polyvinyl alcohol D polymer DF-05 (manufactured by Nihon Vinegar Bipoval), Poval JMR series (manufactured by Nihon Vinegar Bipoval), cellogen 5A of carboxymethylcellulose sodium (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), Starch Hustard PSS-5 (Sanwa Starch Co., Ltd.), Gelatin Bematrix Gelatin (Nitta Gelatin Co., Ltd.) and the like.

有機材料粒子の体積平均粒径は、3μm以上、15μm以下であり、5μm以上、12μm以下であることがより好ましい。有機材料粒子の体積平均粒径が3μm未満であると、有機材料粒子同士が凝集し、その結果、金属粒子同士が凝集する。また、有機材料粒子の偏りが発生し、金属粒子と有機材料粒子が均一に分布することができない。これにより、得られた立体造形物の強度のバラツキが発生し、部分的な破損や割れや欠けが発生する。一方、有機材料粒子の体積平均粒径が15μmを超えると、金属粒子間の距離の広がりが発生することにより、液体材料が付着した際、空隙が発生しやすく、金属粒子同士を密に接着させることができない。その結果、立体造形物の強度が低下すると同時に、立体焼結物の強度の異方性も増大する。また、有機材料が過剰になり、必要な領域よりも外側に拡散し、余剰粉が付着することによって、立体造形物の寸法精度が低下する。   The volume average particle diameter of the organic material particles is 3 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 12 μm or less. When the volume average particle diameter of the organic material particles is less than 3 μm, the organic material particles are aggregated, and as a result, the metal particles are aggregated. Moreover, the bias of the organic material particles occurs, and the metal particles and the organic material particles cannot be uniformly distributed. Thereby, the intensity | strength variation of the obtained three-dimensional molded item generate | occur | produces, and a partial breakage, a crack, and a chip | tip generate | occur | produce. On the other hand, when the volume average particle diameter of the organic material particles exceeds 15 μm, the distance between the metal particles is widened, so that when the liquid material adheres, voids are easily generated, and the metal particles are closely bonded to each other. I can't. As a result, the strength of the three-dimensional molded article decreases, and at the same time, the strength anisotropy of the three-dimensional sintered product also increases. In addition, the organic material becomes excessive, diffuses outside the necessary region, and surplus powder adheres, thereby reducing the dimensional accuracy of the three-dimensional structure.

有機材料粒子の体積平均粒径は、公知の粒度分布測定装置を用いて測定することが可能である。   The volume average particle diameter of the organic material particles can be measured using a known particle size distribution measuring device.

粒度分布測定装置の一例としては、粒子径分布測定装置マイクロトラックMT3000IIシリーズ(マイクロトラックベル社製)などが挙げられる。   An example of the particle size distribution measuring device is a particle size distribution measuring device Microtrac MT3000II series (manufactured by Microtrac Bell).

また、有機材料粒子としては、様々な形状の粒子を使用することが可能であるが、有機材料粒子は、球形であることが好ましく、有機材料粒子の短径/長径で表されるアスペクト比や円形度は、より高いことが好ましい。これにより、金属粒子の流動性を高める効果を得ることができ、後述する粉末材料層を形成した(リコートした)時の粉末材料の充填率が高まる。その結果、得られる立体造形物並びに立体焼結物の空隙を低減したり、層間の空隙も低減したりすることが可能になり、立体造形物及び立体焼結物の強度が向上し、さらには立体造形物の強度のバラツキや立体焼結物の強度の異方性が低減する場合がある。   Further, as the organic material particles, particles having various shapes can be used, but the organic material particles are preferably spherical, and the aspect ratio represented by the minor axis / major axis of the organic material particles The circularity is preferably higher. Thereby, the effect which improves the fluidity | liquidity of a metal particle can be acquired, and the filling rate of the powder material at the time of forming the powder material layer mentioned later (recoating) increases. As a result, it becomes possible to reduce the voids of the resulting three-dimensional molded article and the three-dimensional sintered product, and to reduce the gaps between the layers, and the strength of the three-dimensional molded article and the three-dimensional sintered product is improved. The strength variation of the three-dimensional model and the strength anisotropy of the three-dimensional model may be reduced.

有機材料粒子のアスペクト比は、公知の粒子形状測定装置を用いて測定することが可能である。   The aspect ratio of the organic material particles can be measured using a known particle shape measuring device.

粒子形状測定装置としては、例えば、Morphologi G3−SE(スペクトリス社製)などが挙げられる。   Examples of the particle shape measuring device include Morphologi G3-SE (Spectres).

有機材料粒子の円形度は、公知の円形度測定装置を用いて測定することが可能である。   The circularity of the organic material particles can be measured using a known circularity measuring device.

円形度測定装置の一例としてはフロー式粒子像分析装置FPIA−3000(マルバーンインストゥルメンツ社製)などが挙げられる。   As an example of the circularity measuring device, there is a flow type particle image analyzer FPIA-3000 (manufactured by Malvern Instruments).

有機材料粒子の含有率が、粉末材料に対して、2容積%以上、18容積%以下であり、4容積%以上、12容積%以下であることが好ましい。有機材料粒子の含有率が、粉末材料に対して、2容積%未満であると、立体造形物の強度が低下し、焼結する前に変形するリスクが高くなり、18容積%を超えると、必要な領域以上に有機材料が拡散し、本来必要のない領域に余剰粉が付着したり、余剰粉が凝集して立体造形物の表面粗さが増大したりすることにより、立体造形物の寸法精度が低下する。   The content rate of the organic material particles is preferably 2% by volume or more and 18% by volume or less, and preferably 4% by volume or more and 12% by volume or less with respect to the powder material. When the content of the organic material particles is less than 2% by volume with respect to the powder material, the strength of the three-dimensional structure decreases, and the risk of deformation before sintering increases, and when the content exceeds 18% by volume, The size of the three-dimensional structure is increased by the organic material diffusing beyond the necessary area, and surplus powder adhering to areas that are not originally required, or by surplus powder agglomerating and increasing the surface roughness of the three-dimensional structure. Accuracy is reduced.

有機材料粒子としては、一般的な市販のパウダー材料等を用いることができる。また、樹脂などを粒子化することにより、有機材料粒子を製造することができる。   As the organic material particles, general commercially available powder materials can be used. Moreover, organic material particle | grains can be manufactured by granulating resin etc ..

有機材料粒子の製造方法としては、スプレードライ法、凍結粉砕法等の一般的な方法を用いることができる。   As a method for producing the organic material particles, a general method such as a spray drying method or a freeze pulverization method can be used.

スプレードライ法とは、液体を微細な霧状にし、これを熱風中に噴出させ、瞬間的に粉状の乾燥物を得る方法である。   The spray drying method is a method in which a liquid is made into a fine mist and ejected into hot air to instantaneously obtain a powdery dried product.

また、凍結粉砕法とは、極低温下で硬く、脆くなる性質を利用して、材料を瞬間的に凍結し、超低温、無酸素の条件下で粉砕する方法である。   The freeze pulverization method is a method in which a material is frozen instantaneously and pulverized under ultra-low temperature and oxygen-free conditions using the property of becoming hard and brittle at an extremely low temperature.

本実施形態においては、有機材料粒子の製造方法として、従来公知の如何なる製造方法を用いることも可能であるが、球状の粒子が得られやすいことから、スプレードライ法を用いることがより好ましい。   In the present embodiment, any conventionally known production method can be used as a method for producing the organic material particles, but it is more preferable to use a spray drying method because spherical particles are easily obtained.

−その他の成分−
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、流動化剤、フィラー、レベリング剤、焼結助剤等が挙げられる。
-Other ingredients-
There is no restriction | limiting in particular as another component, Although it can select suitably according to the objective, For example, a fluidizing agent, a filler, a leveling agent, a sintering aid, etc. are mentioned.

粉末材料が流動化剤を含むと、粉末材料による層等を容易にかつ効率よく形成し得る点で好ましい。また、粉末材料がフィラーを含むと、得られる立体造形物に空隙等が生じ難くなる点で好ましい。粉末材料がレベリング剤を含むと、粉末材料の濡れ性が向上し、ハンドリング等が容易になる点で好ましい。粉末材料が焼結助剤を含むと、立体造形物をより低温で焼結することが可能となる点で好ましい。   It is preferable that the powder material contains a fluidizing agent in that a layer of the powder material can be easily and efficiently formed. Moreover, when a powder material contains a filler, it is preferable at the point which a space | gap etc. become difficult to produce in the three-dimensional molded item obtained. It is preferable that the powder material contains a leveling agent in that the wettability of the powder material is improved and handling becomes easy. When the powder material contains a sintering aid, it is preferable in that the three-dimensional structure can be sintered at a lower temperature.

粉末材料は、各種の成形体、構造体の簡便かつ効率的な製造に好適に用いることができ、後述する本実施形態の立体造形用キット、本実施形態の立体造形物の製造方法、及び本実施形態の立体造形物の製造装置に特に好適に適用することができる。   The powder material can be suitably used for simple and efficient production of various molded bodies and structures, and the three-dimensional modeling kit of the present embodiment described later, the method of manufacturing the three-dimensional molded object of the present embodiment, and the present The present invention can be particularly preferably applied to the manufacturing apparatus for a three-dimensional structure according to the embodiment.

本実施形態においては、粉末材料に液体材料を付与するだけで、複雑な立体形状を有する立体造形物を簡便かつ効率よくしかも良好な寸法精度で製造することができる。こうして得られた立体造形物は、充分な硬度を有するため、手で持ったり、型に出し入れしたり、エアーブロー処理を行って余分な粉末材料を除去したりしても、型崩れを生じることがなく、取扱性、及びハンドリング性に優れる。立体造形物は、そのまま造形モデルとして使用してもよいし、さらに必要に応じて脱脂、その後に焼結処理を施して立体焼結物としてもよい。そして、焼結処理を施した場合において、不要な空隙等が生じることがなく、美麗な外観の立体焼結物が容易に得られる。   In the present embodiment, a three-dimensional structure having a complicated three-dimensional shape can be easily and efficiently manufactured with good dimensional accuracy by simply applying a liquid material to the powder material. Since the three-dimensional model obtained in this way has sufficient hardness, it will lose its shape even if it is held by hand, put in and out of the mold, or air blow treatment to remove excess powder material. No handling and excellent handling and handling. The three-dimensional model may be used as it is as a modeling model, or may be degreased as necessary and then subjected to a sintering treatment to form a three-dimensional model. When the sintering process is performed, unnecessary voids and the like are not generated, and a three-dimensional sintered product having a beautiful appearance can be easily obtained.

(立体造形用液体材料)
本実施形態の立体造形用液体材料(以下、単に液体材料という)は、水を含み、必要に応じて、その他の成分をさらに含んでいても良い。
(Liquid material for 3D modeling)
The three-dimensional modeling liquid material of the present embodiment (hereinafter simply referred to as a liquid material) contains water, and may further contain other components as necessary.

−水−
水としては、有機材料粒子を溶解させることが可能なものであれば、特に限定されず、例えば、イオン交換水、蒸留水などを用いることができる。
-Water-
The water is not particularly limited as long as it can dissolve the organic material particles, and for example, ion exchange water, distilled water, or the like can be used.

水の含有率は、特に制限されることなく、必要に応じて適宜決定すればよいが、液体材料の総質量に対して、20〜95質量%であることが好ましく、40〜90質量%であることがより好ましく、50〜85質量%であることがさらに好ましい。これにより、粉末材料に含まれる有機材料粒子の高い溶解性を維持することができる。その結果、有機材料粒子の溶け残りを防止でき、立体造形物の強度を高めることができる。また、液体材料をインクジェット方式で付与する際の待機時に、インクジェットノズルの乾燥による液詰まりやノズル抜けの発生を防止することができる。   The water content is not particularly limited and may be appropriately determined as necessary, but is preferably 20 to 95% by mass, and 40 to 90% by mass with respect to the total mass of the liquid material. More preferably, it is more preferably 50 to 85% by mass. Thereby, the high solubility of the organic material particles contained in the powder material can be maintained. As a result, the remaining undissolved organic material particles can be prevented, and the strength of the three-dimensional structure can be increased. In addition, it is possible to prevent occurrence of liquid clogging or nozzle omission due to drying of the inkjet nozzles during standby when applying the liquid material by the inkjet method.

−水性溶媒−
液体材料は、アルコール、多価アルコール、エーテル、ケトン等の水性溶媒をさらに含んでいても良い。
-Aqueous solvent-
The liquid material may further contain an aqueous solvent such as alcohol, polyhydric alcohol, ether, and ketone.

水性溶媒としては、具体的には、エタノール、プロパノール、ブタノール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2−ブタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ブタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2,3−ブタンジオール、2,4−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−ピロリドン、2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ヘキサンジオール、N−メチル−2−ピロリドン、N−メチルピロリジノン、β−ブトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、β−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクタム、エチレングリコール、エチレングリコール−n−ブチルエーテル、エチレングリコール−n−プロピルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、エチレングリコールモノ−2−エチルヘキシルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、ジエチレングリコール、ジエチレングリコール−n−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジグリセリン、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールn−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジグリコール、テトラエチレングリコール、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコール、トリプロピレングリコール−n−プロピルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、プロピルプロピレンジグリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコール−n−ブチルエーテル、プロピレングリコール−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールフェニルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを用いることができる。但し、これは一例であって、これらに限定されるものではない。   Specific examples of the aqueous solvent include ethanol, propanol, butanol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2-butanediol, 1,2-hexanediol, 1,2-pentanediol, 1,3- Dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-butanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 2,2-dimethyl-1 , 3-propanediol, 2,3-butanediol, 2,4-pentanediol, 2,5-hexanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, 2-pyrrolidone, 2-methyl-1,3- Propanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 3-methyl-1,3-butanediol, 3-methyl-1,3-hexanediol, -Methyl-2-pyrrolidone, N-methylpyrrolidinone, β-butoxy-N, N-dimethylpropionamide, β-methoxy-N, N-dimethylpropionamide, γ-butyrolactone, ε-caprolactam, ethylene glycol, ethylene glycol n-butyl ether, ethylene glycol-n-propyl ether, ethylene glycol phenyl ether, ethylene glycol mono-2-ethylhexyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, glycerin, diethylene glycol, diethylene glycol-n-hexyl ether, diethylene glycol methyl ether, diethylene glycol monoethyl Ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diglycerin, dipro Pyrene glycol, dipropylene glycol n-propyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dimethyl sulfoxide, sulfolane, thiodiglycol, tetraethylene glycol, triethylene glycol, triethylene glycol ethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol monobutyl ether , Triethylene glycol methyl ether, tripropylene glycol, tripropylene glycol-n-propyl ether, tripropylene glycol methyl ether, trimethylol ethane, trimethylol propane, propyl propylene diglycol, propylene glycol, propylene glycol-n-butyl ether, propylene Glycol-t-butyl ether, pro Glycol phenyl ether, propylene glycol monoethyl ether, hexylene glycol, and the like can be used polyethylene glycol, polypropylene glycol. However, this is an example, and the present invention is not limited to these.

−架橋剤−
本実施形態においては、粉末材料に液体材料が付与されることで、液体材料中の水により粉末材料中の有機材料粒子が溶解し、水が乾燥することで金属粒子同士が接着し、立体造形物が形成される。有機材料粒子が架橋性官能基を有する場合、有機材料粒子と架橋反応する架橋剤を液体材料に添加すると、架橋剤により有機材料粒子との架橋構造が形成され、立体造形物の強度が向上する。その結果、余剰粉の除去等により立体造形物が変形することによる立体焼結物の寸法精度の低下を抑制することができる。
-Crosslinking agent-
In the present embodiment, the liquid material is applied to the powder material, so that the organic material particles in the powder material are dissolved by the water in the liquid material, and the metal particles are bonded to each other by drying the water, so that the three-dimensional modeling Things are formed. When the organic material particles have a crosslinkable functional group, when a crosslinking agent that undergoes a crosslinking reaction with the organic material particles is added to the liquid material, a crosslinking structure with the organic material particles is formed by the crosslinking agent, and the strength of the three-dimensional structure is improved. . As a result, it is possible to suppress a decrease in the dimensional accuracy of the three-dimensional sintered product due to the deformation of the three-dimensional model by removing excess powder or the like.

架橋剤は、有機材料粒子の架橋性官能基と架橋反応するものであれば、特に制限はないが、有機金属塩から目的に応じて適宜選択することが好ましい。   The cross-linking agent is not particularly limited as long as it cross-links with the cross-linkable functional group of the organic material particles, but is preferably selected appropriately from organic metal salts according to the purpose.

有機金属塩としては、例えば、金属錯体、ジルコニア系架橋剤、チタン系架橋剤、水溶性有機架橋剤、キレート剤等が挙げられる。   Examples of the organic metal salt include a metal complex, a zirconia-based crosslinking agent, a titanium-based crosslinking agent, a water-soluble organic crosslinking agent, and a chelating agent.

ジルコニア系架橋剤としては、例えば、酸塩化ジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム等が挙げられる。   Examples of the zirconia-based crosslinking agent include zirconium oxychloride and ammonium zirconium carbonate.

チタン系架橋剤としては、例えば、チタンアシレート、チタンアルコキシド等が挙げられる。   Examples of the titanium-based crosslinking agent include titanium acylate and titanium alkoxide.

キレート剤としては、例えば、有機チタンキレート、有機ジルコニアキレート等が挙げられる。   Examples of chelating agents include organic titanium chelates and organic zirconia chelates.

これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.

さらに、有機金属塩としては、2価以上の金属イオンを水中で電離するもの等が好適に挙げられる。   Furthermore, preferred examples of the organic metal salt include those that ionize divalent or higher metal ions in water.

有機金属塩の具体例としては、オキシ塩化ジルコニウム八水和物(4価)、チタンラクテートアンモニウム(4価)、塩基性酢酸アルミニウム(3価)、オキシ炭酸ジルコニウムアンモニウム(4価)、チタントリエタノールアミネート(4価)、グリオキシル酸塩、ジルコニウムラクテートアンモニウム等が好適に挙げられる。   Specific examples of organic metal salts include zirconium oxychloride octahydrate (tetravalent), titanium lactate ammonium (tetravalent), basic aluminum acetate (trivalent), zirconium ammonium oxycarbonate (tetravalent), and titanium triethanol. Aminates (tetravalent), glyoxylate, zirconium lactate ammonium and the like are preferable.

また、有機金属塩としては、市販品を使用することができる。   Moreover, as an organometallic salt, a commercial item can be used.

市販品としては、例えば、オキシ塩化ジルコニウム八水和物の酸塩化ジルコニウム(第一稀元素化学工業社製)、水酸化アルミニウム(和光純薬工業社製)、水酸化マグネシウム(和光純薬工業社製)、チタンラクテートアンモニウムのオルガチックスTC−300(マツモトファインケミカル社製)、ジルコニウムラクテートアンモニウムのオルガチックスZC−300(マツモトファインケミカル社製)、塩基性酢酸アルミニウム(和光純薬工業社製)、ビスビニルスルホン化合物のVS−B(K−FJC)(富士フィルムファインケミカルズ社製)、オキシ炭酸ジルコニウムアンモニウムのジルコゾールAC−20(第一稀元素化学工業社製)、チタントリエタノールアミネートのオルガチックスTC−400(マツモトファインケミカル社製)等が挙げられる。   Commercially available products include, for example, zirconium oxychloride octahydrate zirconium oxychloride (Daiichi Rare Element Chemical Industries), aluminum hydroxide (Wako Pure Chemical Industries), magnesium hydroxide (Wako Pure Chemical Industries) ), Titanium lactate ammonium Olga-Tix TC-300 (Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.), zirconium lactate ammonium Olga-Tix ZC-300 (Matsumoto Fine Chemical Co., Ltd.), basic aluminum acetate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), bisvinyl Sulfone compound VS-B (K-FJC) (Fuji Film Fine Chemicals Co., Ltd.), zirconium zirconium oxycarbonate zircozol AC-20 (Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.), Titanium triethanolaminate ORGATICS TC-400 (Matsumoto Fine Chemi Le Co., Ltd.).

有機金属塩における金属の価数が2以上であると、立体造形物の架橋強度を向上させることができ、得られる立体造形物が良好な強度を有する点で好ましい。   When the metal valence in the organic metal salt is 2 or more, the cross-linking strength of the three-dimensional structure can be improved, and the obtained three-dimensional structure is preferable in that it has a good strength.

また、金属イオンの配位子としては、液体材料の吐出安定性に優れる点で乳酸イオンが好ましい。   Moreover, as a ligand of a metal ion, a lactate ion is preferable in terms of excellent discharge stability of the liquid material.

−その他の成分−
その他の成分としては、液体材料を付与する手段の種類、使用頻度や量等の諸条件を考慮して適宜選択することができる。
-Other ingredients-
The other components can be appropriately selected in consideration of various conditions such as the type of means for applying the liquid material, the usage frequency, and the amount.

例えば、インクジェット方式を用いて、粉末材料に液体材料を付与する場合には、インクジェットプリンター等におけるノズルヘッドへの目詰り等の影響を考慮して選択することができる。   For example, when a liquid material is applied to a powder material using an inkjet method, the selection can be made in consideration of the influence of clogging on a nozzle head in an inkjet printer or the like.

その他の成分としては、例えば、保存剤、防腐剤、安定化剤、pH調整剤、湿潤剤、浸透剤、乾燥防止剤、粘度調整剤、界面活性剤、消泡剤、防黴剤、分散剤、着色剤等が挙げられ、従来公知の材料を制限なく添加することができる。   Examples of other components include preservatives, preservatives, stabilizers, pH adjusters, wetting agents, penetrating agents, drying inhibitors, viscosity modifiers, surfactants, antifoaming agents, antifungal agents, and dispersants. , Coloring agents and the like, and conventionally known materials can be added without limitation.

液体材料の調製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水中に架橋剤、必要に応じて、その他の成分を添加し、混合して溶解させる方法等が挙げられる。   The method for preparing the liquid material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a method of adding a crosslinking agent in water, mixing other components as necessary, and dissolving them by mixing. Is mentioned.

粉末材料に液体材料を付与する際の有機材料粒子に対する架橋剤の質量比は、0.1〜50質量%であることが好ましく、0.5〜40質量%であることがより好ましく、1〜35質量%であることが特に好ましい。この質量比が0.1質量%以上であると、立体造形物の強度が向上し、その後の焼結等の処理又は取扱い時に型崩れ等の問題が発生しにくくなり、50質量%以下であると、立体造形物の寸法精度が向上する。   The mass ratio of the crosslinking agent to the organic material particles when the liquid material is applied to the powder material is preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.5 to 40% by mass, It is especially preferable that it is 35 mass%. When the mass ratio is 0.1% by mass or more, the strength of the three-dimensional structure is improved, and problems such as loss of shape are less likely to occur during subsequent processing such as sintering or handling, and the mass ratio is 50% by mass or less. And the dimensional accuracy of a three-dimensional molded item improves.

(立体造形用キット)
本実施形態の立体造形用キット(以下、単にキットという)は、粉末材料と、水を含む液体材料とを含み、必要に応じて、その他の成分をさらに含んでいてもよい。
(3D modeling kit)
The three-dimensional modeling kit of the present embodiment (hereinafter simply referred to as a kit) includes a powder material and a liquid material including water, and may further include other components as necessary.

さらに、キットは、液体材料に、有機材料粒子の架橋性官能基と反応することが可能な架橋剤を添加することも可能である。これにより、立体造形物の強度を高めることができる。   Furthermore, the kit can add a crosslinking agent capable of reacting with the crosslinkable functional group of the organic material particles to the liquid material. Thereby, the intensity | strength of a three-dimensional molded item can be raised.

なお、架橋剤を含む液体材料を含むキットは、使用時に架橋剤を添加して液体材料を調製するキットであってもよい。   The kit containing a liquid material containing a crosslinking agent may be a kit for preparing a liquid material by adding a crosslinking agent at the time of use.

キットは、各種の成形体、構造体の製造に好適に用いることができ、後述する本実施形態の立体造形物の製造方法、本実施形態の立体造形物の製造装置に特に好適に適用することができる。   The kit can be suitably used for manufacturing various molded bodies and structures, and is particularly preferably applied to the method for manufacturing a three-dimensional object according to the present embodiment, which will be described later, and the apparatus for manufacturing a three-dimensional object according to the present embodiment. Can do.

キットを用いて立体造形物を製造すると、粉末材料に液体材料を付与し、必要に応じて、乾燥させるだけで、複雑な立体形状を有する立体造形物を簡便かつ効率良くしかも良好な寸法精度で製造することができる。こうして得られた立体造形物は、充分な強度を有するため、手で持ったり、型に出し入れしたり、エアーブロー処理を行って余分な粉末材料を除去したりしても、型崩れを生じることがなく、取扱性、ハンドリング性に優れる。立体造形物は、そのまま使用してもよいし、さらに焼結処理を施して立体焼結物としてもよい。そして、焼結処理を施した場合において、不要な空隙等が生じることがなく、美麗な外観の立体焼結物が容易に得られる。   When a three-dimensional structure is manufactured using a kit, a liquid material is applied to the powder material, and if necessary, a three-dimensional structure having a complex three-dimensional shape can be easily and efficiently obtained with good dimensional accuracy. Can be manufactured. The three-dimensional model obtained in this way has sufficient strength, so even if you hold it by hand, put it in and out of the mold, or remove excess powder material by air blowing, it will lose its shape. No handling and excellent handling and handling. The three-dimensional model may be used as it is, or may be further subjected to a sintering process to form a three-dimensional model. When the sintering process is performed, unnecessary voids and the like are not generated, and a three-dimensional sintered product having a beautiful appearance can be easily obtained.

(立体造形物の製造方法)
本実施形態の立体造形物の製造方法は、粉末材料を用いて、粉末材料層を形成する工程(以下、粉末材料層形成工程という)と、粉末材料層の所定領域に液体材料を付与する工程(以下、液体材料付与工程という)とを含む。ここで、粉末材料層形成工程と、液体材料付与工程とを繰り返すことで立体造形物を製造することができる。本実施形態の立体造形物の製造方法は、必要に応じて、その他の工程をさらに含んでいてもよい。
(Method for manufacturing a three-dimensional model)
The manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment includes a step of forming a powder material layer using a powder material (hereinafter referred to as a powder material layer forming step) and a step of applying a liquid material to a predetermined region of the powder material layer. (Hereinafter referred to as a liquid material application step). Here, a three-dimensional molded item can be manufactured by repeating the powder material layer forming step and the liquid material applying step. The manufacturing method of the three-dimensional molded item of this embodiment may further include other processes as needed.

本実施形態の立体造形物の製造方法を用いて立体造形物を製造すると、余剰粉の除去が容易に、かつきれいに行うことができ、高い寸法精度を有する立体造形物を得ることができる。得られる立体造形物は、十分な強度を有しており、余剰粉を除去しても、さらに手で持ち運びをしても、形状が変化する様子はまったく見られず、焼結を行うまでその形状をしっかり維持することができ、高い寸法精度を有する立体焼結物を得ることができる。   When a three-dimensional object is manufactured using the method for manufacturing a three-dimensional object according to the present embodiment, excess powder can be easily and cleanly removed, and a three-dimensional object having high dimensional accuracy can be obtained. The resulting three-dimensional model has sufficient strength, and even if it is removed by excess powder or carried by hand, it does not show any change in shape, and until it is sintered The shape can be maintained firmly, and a three-dimensional sintered product having high dimensional accuracy can be obtained.

また、余剰粉は凝集が少なく、再利用することが可能である。しかも余剰粉を再利用した粉末材料を用いて製造される立体造形物は、未使用の粉末材料を用いて製造される立体造形物と比べ、寸法精度や造形品質が同等である。   Further, the surplus powder is less aggregated and can be reused. In addition, a three-dimensional structure manufactured using a powder material that reuses surplus powder has the same dimensional accuracy and modeling quality as compared to a three-dimensional structure manufactured using an unused powder material.

さらに、これらの立体造形物を焼結することによって得られる立体焼結物は、高い強度を有するだけでなく、X−Y軸方向とZ軸方向の強度異方性が小さく、どのような力の加わり方をしても破損することなく、金属部品や冶具、試作品として有効に使用することができる。   Furthermore, the three-dimensional sintered product obtained by sintering these three-dimensional shaped products has not only high strength, but also small strength anisotropy in the XY axis direction and the Z axis direction. It can be used effectively as metal parts, jigs, and prototypes without being damaged even if added.

図2に、本実施形態の立体造形物の製造方法の一例を示す。   In FIG. 2, an example of the manufacturing method of the three-dimensional molded item of this embodiment is shown.

まず、図2に示される立体造形物の製造装置について説明する。   First, the manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item shown by FIG. 2 is demonstrated.

立体造形物の製造装置は、立体造形物を造型する造形用粉末貯蔵槽1と、粉末材料Pを造形用粉末貯蔵槽1に供給する供給用粉末貯蔵槽2とを有し、造形用粉末貯蔵槽1及び供給用粉末貯蔵槽2は、それぞれ、粉末材料Pを載置し、上下に移動可能な支持体(ステージ)3を有する。ここで、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に、粉末材料層を形成する。立体造形物の製造装置は、造形用粉末貯蔵槽1の上方に、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に形成された粉末材料層に液体材料Lを吐出するインクジェットヘッド5が設けられている。更に、立体造形物の製造装置は、供給用粉末貯蔵槽2のステージ3から造形用粉末貯蔵槽1のステージ3に粉末材料Pを供給すると共に、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3に供給された粉末材料Pの表面を均して粉末材料層を形成する均し機構(リコーター)4を有する。   The manufacturing apparatus for a three-dimensional model has a modeling powder storage tank 1 for molding a three-dimensional model and a supply powder storage tank 2 for supplying the powder material P to the modeling powder storage tank 1, and stores the modeling powder. The tank 1 and the supply powder storage tank 2 each have a support (stage) 3 on which the powder material P is placed and which can move up and down. Here, a powder material layer is formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1. The apparatus for manufacturing a three-dimensional model is provided with an inkjet head 5 that discharges a liquid material L to a powder material layer formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 above the modeling powder storage tank 1. . Further, the three-dimensional structure manufacturing apparatus supplies the powder material P from the stage 3 of the supply powder storage tank 2 to the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 and is supplied to the stage 3 of the modeling powder storage tank 1. The powder material P has a leveling mechanism (recoater) 4 for leveling the surface of the powder material P to form a powder material layer.

次に、図2に示される立体造形物の製造方法の各工程について説明する。   Next, each process of the manufacturing method of the three-dimensional molded item shown by FIG. 2 is demonstrated.

図2(a)及び(b)に、供給用粉末貯蔵槽2のステージ3上から造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に粉末材料Pを供給するとともに、平滑な表面を有する粉末材料層を形成する工程を示す。この時、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3及び供給用粉末貯蔵槽2のステージ3のギャップを制御した後、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3とのギャップを制御して、リコーター4を供給用粉末貯蔵槽2から造形用粉末貯蔵槽1に移動させることにより、所望の層厚の粉末材料層が造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に形成される。   2A and 2B, the powder material P is supplied from the stage 3 of the supply powder storage tank 2 to the stage 3 of the modeling powder storage tank 1, and the powder material layer having a smooth surface is provided. The process to form is shown. At this time, after controlling the gap between the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 and the stage 3 of the supply powder storage tank 2, the gap between the modeling powder storage tank 1 and the stage 3 is controlled and the recoater 4 is supplied. By moving from the powder storage tank 2 to the modeling powder storage tank 1, a powder material layer having a desired layer thickness is formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1.

図2(c)に、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に形成された粉末材料層に、インクジェットヘッド5を用いて、液体材料Lを吐出する工程を示す。この時、液体材料Lを吐出する位置は、造形する立体造形物を複数層の平面にスライスした二次元画像データ(スライスデータ)により決定される。   FIG. 2C shows a process of discharging the liquid material L to the powder material layer formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 using the inkjet head 5. At this time, the position at which the liquid material L is discharged is determined by two-dimensional image data (slice data) obtained by slicing a three-dimensional model to be modeled into a plurality of planes.

図2(d)及び(e)に、供給用粉末貯蔵槽2のステージ3上から造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に粉末材料Pを供給するとともに、平滑な表面を有する粉末材料層を形成する工程を示す。この時、供給用粉末貯蔵槽2のステージ3を上昇させ、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3を降下させた後、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3とのギャップを制御して、リコーター4を供給用粉末貯蔵槽2から造形用粉末貯蔵槽1に移動させることにより、所望の層厚の粉末材料層が造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に新たに形成される。   2D and 2E, the powder material P is supplied from the stage 3 of the supply powder storage tank 2 to the stage 3 of the modeling powder storage tank 1, and the powder material layer having a smooth surface is provided. The process to form is shown. At this time, after the stage 3 of the powder storage tank 2 for supply is raised and the stage 3 of the powder storage tank 1 for molding is lowered, the gap with the stage 3 of the powder storage tank 1 for molding is controlled, and the recoater 4 Is moved from the supply powder storage tank 2 to the modeling powder storage tank 1, whereby a powder material layer having a desired layer thickness is newly formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1.

図2(f)に、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に形成された粉末材料層に、インクジェットヘッド5を用いて、液体材料Lを吐出する工程を示す。この時、液体材料Lを吐出する位置は、造形する立体造形物を複数層の平面にスライスした二次元画像データ(スライスデータ)により決定される。   FIG. 2 (f) shows a step of discharging the liquid material L onto the powder material layer formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 using the inkjet head 5. At this time, the position at which the liquid material L is discharged is determined by two-dimensional image data (slice data) obtained by slicing a three-dimensional model to be modeled into a plurality of planes.

これらの一連の工程を繰り返し、必要に応じて、液体材料Lが付着している粉末材料Pを乾燥させ、液体材料Lが付着していない粉末材料P、即ち、余剰粉を除去することによって、立体造形物を得ることができる。   By repeating these series of steps, if necessary, the powder material P to which the liquid material L is adhered is dried, and the powder material P to which the liquid material L is not adhered, that is, excess powder is removed, A three-dimensional model can be obtained.

図3に、本実施形態の立体造形物の製造方法の他の一例を示す。   In FIG. 3, another example of the manufacturing method of the three-dimensional molded item of this embodiment is shown.

図3に示される立体造形物の製造装置は、原理的には、図1に示される立体造形物の製造装置と同じものであるが、粉末材料Pの供給機構が異なる。   The manufacturing apparatus of the three-dimensional structure shown in FIG. 3 is in principle the same as the manufacturing apparatus of the three-dimensional structure shown in FIG. 1, but the supply mechanism of the powder material P is different.

図3(a)及び(b)に、可動式の供給用粉末貯蔵槽2'から造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に粉末材料Pを供給するとともに、平滑な表面を有する粉末材料層を形成する工程を示す。この時、供給用粉末貯蔵槽2'から造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に粉末材料Pが供給された後、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3とのギャップを調整し、リコーター4を移動させることにより、所望の層厚の粉末材料層が造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に形成される。   3 (a) and 3 (b), the powder material P is supplied from the movable supply powder storage tank 2 'to the stage 3 of the modeling powder storage tank 1, and the powder material layer having a smooth surface is provided. The process to form is shown. At this time, after the powder material P is supplied from the supply powder storage tank 2 ′ onto the stage 3 of the modeling powder storage tank 1, the gap with the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 is adjusted, and the recoater 4 is By moving, a powder material layer having a desired layer thickness is formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1.

図3(c)に、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に形成された粉末材料層に、インクジェットヘッド5を用いて、液体材料Lを吐出する工程を示す。この時、液体材料Lを吐出する位置は、造形する立体造形物を複数層の平面にスライスした二次元画像データ(スライスデータ)により決定される。   FIG. 3C shows a process of discharging the liquid material L to the powder material layer formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 using the inkjet head 5. At this time, the position at which the liquid material L is discharged is determined by two-dimensional image data (slice data) obtained by slicing a three-dimensional model to be modeled into a plurality of planes.

図3(d)及び(e)に、供給用粉末貯蔵槽2'から造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に粉末材料Pを供給するとともに、平滑な表面を有する粉末材料層を形成する工程を示す。この時、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3を降下させ、可動式の供給用粉末貯蔵槽2'より造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に粉末材料Pが供給された後、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3とのギャップを制御し、リコーター4を移動させることにより、所望の層厚の粉末材料層が造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に新たに形成される。   3D and 3E, supplying the powder material P from the supply powder storage tank 2 ′ to the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 and forming a powder material layer having a smooth surface. Indicates. At this time, the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 is lowered, and the powder material P is supplied from the movable supply powder storage tank 2 ′ onto the stage 3 of the modeling powder storage tank 1, and then the molding powder. By controlling the gap between the storage tank 1 and the stage 3 and moving the recoater 4, a powder material layer having a desired layer thickness is newly formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1.

図3(f)に、造形用粉末貯蔵槽1のステージ3上に形成された粉末材料層に、インクジェットヘッド5を用いて、液体材料Lを吐出する工程を示す。この時、液体材料Lを吐出する位置は、造形する立体造形物を複数層の平面にスライスした二次元画像データ(スライスデータ)により決定される。   FIG. 3F shows a process of discharging the liquid material L to the powder material layer formed on the stage 3 of the modeling powder storage tank 1 using the inkjet head 5. At this time, the position at which the liquid material L is discharged is determined by two-dimensional image data (slice data) obtained by slicing a three-dimensional model to be modeled into a plurality of planes.

これらの一連の工程を繰り返し、必要に応じて、液体材料Lが付着している粉末材料Pを乾燥させ、液体材料Lが付着していない粉末材料P、即ち、余剰粉を除去することによって、立体造形物を得ることができる。   By repeating these series of steps, if necessary, the powder material P to which the liquid material L is adhered is dried, and the powder material P to which the liquid material L is not adhered, that is, excess powder is removed, A three-dimensional model can be obtained.

図3に示される立体造形物の製造装置は、よりコンパクトにできるメリットを有する。   The manufacturing apparatus for a three-dimensional structure shown in FIG. 3 has an advantage that it can be made more compact.

なお、図2及び図3に示される立体造形物の製造方法は、本実施形態の立体造形物の製造方法の一例であって、本実施形態の立体造形物の製造方法は、これらに限定されるものではない。   The manufacturing method of the three-dimensional structure shown in FIGS. 2 and 3 is an example of the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment, and the manufacturing method of the three-dimensional structure according to the present embodiment is limited to these. It is not something.

(立体造形物の製造装置)
本実施形態の立体造形物の製造装置は、粉末材料を用いて、粉末材料層を形成する手段(以下、粉末材料層形成手段という)と、粉末材料層の所定領域に液体材料を付与する手段(以下、液体材料付与手段という)とを含む。本実施形態の立体造形物の製造装置は、必要に応じて、その他の手段をさらに含んでいてもよい。
(Manufacturing device for 3D objects)
The three-dimensional structure manufacturing apparatus according to the present embodiment uses a powder material to form a powder material layer (hereinafter referred to as a powder material layer forming means) and a means for applying a liquid material to a predetermined region of the powder material layer. (Hereinafter referred to as liquid material applying means). The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item of this embodiment may further include other means as necessary.

その他の手段としては、例えば、供給用粉末貯蔵槽、造形用粉末貯蔵槽、粉末材料収容部、液体材料収容部、支持体(ステージ)、均し機構(リコーター)等が挙げられる。   Examples of other means include a supply powder storage tank, a modeling powder storage tank, a powder material container, a liquid material container, a support (stage), and a leveling mechanism (recoater).

−粉末貯蔵槽−
粉末貯蔵槽は、供給用粉末貯蔵槽(以下、供給槽とも称する)・造形用粉末貯蔵槽(以下、造形槽とも称する)に分類される。
-Powder storage tank-
The powder storage tank is classified into a supply powder storage tank (hereinafter also referred to as a supply tank) and a modeling powder storage tank (hereinafter also referred to as a modeling tank).

以下、供給槽及び造形槽の一例として、図2に示される供給槽及び造形槽について説明する。   Hereinafter, the supply tank and the modeling tank shown in FIG. 2 will be described as examples of the supply tank and the modeling tank.

供給槽及び造形槽は、いずれもタンク状または箱型形状を成しており、その底面部の支持体(ステージ)が鉛直方向に昇降自在となっている。また、供給槽と造形槽は、隣接して設けられており、造形槽のステージ上で立体造形物が形成される。   Each of the supply tank and the modeling tank has a tank shape or a box shape, and a support (stage) on the bottom surface thereof is vertically movable up and down. Moreover, the supply tank and the modeling tank are provided adjacent to each other, and a three-dimensional model is formed on the stage of the modeling tank.

供給槽のステージを上昇させ、載置されている粉末材料を、リコーターとしての、平坦化ローラを利用して供給槽のステージ上に供給する。リコーターは、供給槽と造形槽のステージ上に載置された粉末材料の上面を平坦化し、粉末材料層を形成する。   The stage of the supply tank is raised, and the placed powder material is supplied onto the stage of the supply tank using a flattening roller as a recoater. The recoater flattens the upper surface of the powder material placed on the stage of the supply tank and the modeling tank to form a powder material layer.

インクジェットヘッドを利用して、造形槽のステージ上に形成された粉末材料層に液体材料を吐出する。この時、ヘッドクリーニング機構は、インクジェットヘッドに密着して液体材料を吸引し、吐出口をワイプする。   Using an inkjet head, a liquid material is discharged onto the powder material layer formed on the stage of the modeling tank. At this time, the head cleaning mechanism adheres to the ink jet head to suck the liquid material and wipes the discharge port.

図4に、図2の造形槽1及び供給槽2の一例を示す。   FIG. 4 shows an example of the modeling tank 1 and the supply tank 2 of FIG.

造形槽1及び供給槽2は、いずれも箱型形状を成し、供給槽2と造形槽1の2つの上面が開放されている。供給槽2と造形槽1は、それぞれの内側に、ステージが昇降可能に保持されている。ステージは、造形槽1及び供給槽2の枠に側面が接するようにして配置されており、上面が水平に保持されている。造形槽1及び供給槽2の周りには、上面が開放された凹形状である粉末落下口6が設けられている。粉末落下口6には、粉末材料層を形成する際に平坦化ローラによって集積された余剰粉が落下する。粉末落下口6に落下した余剰粉は、必要に応じて、作業者、吸引機構などによって、造形槽1の上方に位置する粉末供給部内に戻される。   Each of the modeling tank 1 and the supply tank 2 has a box shape, and two upper surfaces of the supply tank 2 and the modeling tank 1 are open. The supply tank 2 and the modeling tank 1 are held inside each so that the stage can be moved up and down. The stage is arranged so that the side faces the frames of the modeling tank 1 and the supply tank 2, and the upper surface is held horizontally. Around the modeling tank 1 and the supply tank 2, a powder drop port 6 having a concave shape with an open upper surface is provided. When the powder material layer is formed, surplus powder accumulated by the flattening roller falls on the powder dropping port 6. The surplus powder that has fallen to the powder dropping port 6 is returned to the powder supply unit located above the modeling tank 1 by an operator, a suction mechanism, or the like as necessary.

−支持体(ステージ)−
支持体としては、粉末材料を載置することができれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、粉末材料を載置する載置面を有する台、特開2000−328106号公報の図1に記載されている装置におけるベースプレート等が挙げられる。
-Support (stage)-
The support is not particularly limited as long as the powder material can be placed thereon, and can be appropriately selected according to the purpose. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-328106 Examples thereof include a base plate in the apparatus described in FIG.

支持体の表面、即ち、粉末材料を載置する載置面は、例えば、平滑面であってもよいし、粗面であってもよい。また、支持体の表面は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。   The surface of the support, that is, the placement surface on which the powder material is placed may be, for example, a smooth surface or a rough surface. The surface of the support may be a flat surface or a curved surface.

支持体の表面は、立体造形物との親和性が低いことが好ましい。立体造形物と支持体の表面との親和性が、金属粒子と、有機材料粒子との親和性よりも低いと、得られた立体造形物を支持体の表面から取り外すことが容易である。   The surface of the support preferably has a low affinity with the three-dimensional structure. When the affinity between the three-dimensional structure and the surface of the support is lower than the affinity between the metal particles and the organic material particles, it is easy to remove the obtained three-dimensional structure from the surface of the support.

−粉末材料層形成工程及び粉末材料層形成手段−
支持体上に粉末材料層を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、支持体上に薄層の粉末材料層を形成する方法としては、特許第3607300号公報に記載されている選択的レーザー焼結方法に用いられる、公知のカウンター回転機構(カウンターローラー)等を用いる方法、ブラシ、ローラ、ブレード等の部材を用いる方法、押圧部材を用いる方法、公知の粉末積層装置を用いる方法等が好適に挙げられる。
-Powder material layer forming step and powder material layer forming means-
There is no restriction | limiting in particular as a method of forming a powder material layer on a support body, According to the objective, it can select suitably. For example, as a method of forming a thin powder material layer on a support, a known counter rotation mechanism (counter roller) used in the selective laser sintering method described in Japanese Patent No. 3607300 is used. Preferred examples include a method used, a method using a member such as a brush, a roller, and a blade, a method using a pressing member, and a method using a known powder laminating apparatus.

カウンター回転機構(カウンターローラー)、ブラシ、ブレード、押圧部材等を用いて、支持体上に薄層の粉末材料層を形成する方法の一例を、以下に説明する。   An example of a method for forming a thin powder material layer on a support using a counter rotating mechanism (counter roller), a brush, a blade, a pressing member, and the like will be described below.

即ち、外枠(型、中空シリンダー、筒状構造体等と称されることもある)内に、外枠の内壁に摺動しながら昇降できるように配置された支持体上に、カウンター回転機構(カウンターローラー))、ブラシ、ローラ、ブレード、押圧部材等を用いて、粉末材料層を形成する。このとき、支持体として、外枠内を昇降することが可能なものを用いる場合には、支持体を外枠の上端開口部よりも少しだけ下方の位置に配し、即ち、粉末材料層の厚さの分だけ下方に位置させておき、支持体上に粉末材料を載置する。以上により、支持体上に薄層の粉末材料層を形成することができる。   That is, the counter rotation mechanism is placed on a support body that is arranged so as to be able to move up and down while sliding on the inner wall of the outer frame in the outer frame (sometimes referred to as a mold, a hollow cylinder, or a cylindrical structure). (Counter roller)), a powder material layer is formed using a brush, a roller, a blade, a pressing member, or the like. At this time, when a support that can move up and down in the outer frame is used, the support is arranged at a position slightly lower than the upper end opening of the outer frame, that is, the powder material layer The powder material is placed on the support while being positioned below the thickness. As described above, a thin powder material layer can be formed on the support.

なお、このようにして形成された薄層の粉末材料層に、液体材料を付与すると、液体材料が付与された部分の有機材料粒子が溶解することで、金属粒子同士が接着する。   Note that when a liquid material is applied to the thin powder material layer formed in this way, the organic material particles in the portion to which the liquid material is applied are dissolved, so that the metal particles are bonded to each other.

ここで、粉末材料層上に、上記と同様にして、粉末材料を載置することにより形成された薄層の粉末材料層に、液体材料を付与すると、液体材料が付与された部分の金属粒子同士が接着する。このとき、接着した金属粒子は、下の薄層の粉末材料層に存在する金属粒子との間でも接着する。その結果、薄層の粉末材料層の約2層分の厚さを有する造形物が得られる。   Here, when the liquid material is applied to the thin powder material layer formed by placing the powder material on the powder material layer in the same manner as described above, the metal particles in the portion to which the liquid material is applied Adhere to each other. At this time, the adhered metal particles also adhere to the metal particles present in the lower powder material layer. As a result, a shaped article having a thickness of about two thin powder material layers is obtained.

また、公知の粉末積層装置を用いて、自動的にかつ簡便に、支持体上に薄層の粉末材料層を形成することもできる。   In addition, a thin powder material layer can be formed on a support automatically and simply using a known powder laminating apparatus.

粉末積層装置は、一般に、粉末材料を積層するためのリコーターと、粉末材料を支持体上に供給する可動式供給槽と、支持体上に薄層の粉末材料層を形成し、積層するための可動式造形槽とを備える。粉末積層装置は、供給槽を上昇させるか、造形槽を下降させるか、又はその両方によって、常に供給槽の表面は造形槽の表面よりもわずかに高く配置することができる。また、粉末積層装置は、リコーターを用いて、支持体上に粉末材料を載置することができ、リコーターを繰り返し移動させることにより、薄層の粉末材料層を積層することができる。   A powder laminating apparatus generally includes a recoater for laminating a powder material, a movable supply tank for supplying the powder material onto a support, and a thin powder material layer on the support for laminating. A movable molding tank. The powder laminating apparatus can always arrange the surface of the supply tank slightly higher than the surface of the modeling tank by raising the supply tank, lowering the modeling tank, or both. Further, the powder laminating apparatus can place a powder material on a support using a recoater, and a thin powder material layer can be laminated by repeatedly moving the recoater.

粉末材料層の平均厚さは、30〜500μmであることが好ましく、40〜300μmであることがより好ましく、50〜150μmであることがさらに好ましい。粉末材料層の平均厚さが30μm以上であると、立体造形物の強度が向上し、その後の焼結等の処理又は取扱い時に型崩れ等の問題が生じにくくなり、500μm以下であると、立体造形物の寸法精度が向上する。   The average thickness of the powder material layer is preferably 30 to 500 μm, more preferably 40 to 300 μm, and still more preferably 50 to 150 μm. When the average thickness of the powder material layer is 30 μm or more, the strength of the three-dimensional structure is improved, and it is difficult to cause problems such as loss of shape during subsequent processing such as sintering or handling, and when the average thickness is 500 μm or less. The dimensional accuracy of the shaped object is improved.

なお、粉末材料層の平均厚さは、特に制限はなく、公知の方法に従って測定することができる。   The average thickness of the powder material layer is not particularly limited and can be measured according to a known method.

−液体材料付与工程及び液体材料付与手段−
液体材料を粉末材料層に付与する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ディスペンサ方式、スプレー方式、インクジェット方式等が挙げられる。なお、これらの方式を実施するには公知の装置を液体材料付与手段として好適に使用することができる。これらの中でも、インクジェット方式が特に好ましい。インクジェット方式は、スプレー方式に比べ、液滴の定量性が良く、ディスペンサ方式に比べ、塗布面積が広くできる利点があり、複雑な立体形状を精度良くかつ効率よく形成し得る点で好ましい。
-Liquid material application step and liquid material application means-
There is no restriction | limiting in particular as a method of providing a liquid material to a powder material layer, According to the objective, it can select suitably, For example, a dispenser system, a spray system, an inkjet system etc. are mentioned. In order to carry out these methods, a known apparatus can be suitably used as the liquid material applying means. Among these, the inkjet method is particularly preferable. The ink jet method is preferable in that the quantitative property of droplets is better than that of the spray method, and there is an advantage that the application area can be widened compared with the dispenser method, and a complicated three-dimensional shape can be formed accurately and efficiently.

インクジェット方式の液体材料付与手段は、インクジェット法により液体材料を粉末材料層に付与することが可能なノズルを有する。なお、ノズルとしては、公知のインクジェットプリンターのインクジェットヘッドにおけるノズルを好適に使用することができる。また、インクジェットプリンターを液体材料付与手段として好適に使用することができる。なお、インクジェットプリンターとしては、例えば、SG7100(リコー社製)等が好適に挙げられる。インクジェットプリンターは、インクジェットヘッドから一度に滴下できるインク量が多く、塗布面積が広いため、塗布の高速化を図ることができる点で好ましい。   The ink jet type liquid material applying means has a nozzle capable of applying the liquid material to the powder material layer by an ink jet method. In addition, as a nozzle, the nozzle in the inkjet head of a well-known inkjet printer can be used conveniently. Moreover, an inkjet printer can be used suitably as a liquid material provision means. In addition, as an inkjet printer, SG7100 (made by Ricoh) etc. are mentioned suitably, for example. Ink jet printers are preferable in that the amount of ink that can be dropped from an ink jet head at a time is large and the coating area is large, so that the coating speed can be increased.

なお、液体材料において、架橋剤は、pH調整剤としても機能し得る。   In the liquid material, the crosslinking agent can also function as a pH adjuster.

液体材料のpHは、インクジェット法で液体材料を粉末材料層に付与する場合に用いるノズルのノズルヘッド部分の腐食や目詰り防止の観点から、5(弱酸性)〜12(塩基性)がであることが好ましく、8〜10(弱塩基性)であることがより好ましい。   The pH of the liquid material is 5 (weakly acidic) to 12 (basic) from the viewpoint of preventing corrosion and clogging of the nozzle head portion of the nozzle used when the liquid material is applied to the powder material layer by the inkjet method. It is preferably 8 to 10 (weakly basic).

なお、液体材料のpHを調整するために公知のpH調整剤を使用してもよい。   A known pH adjusting agent may be used to adjust the pH of the liquid material.

−粉末材料収容部−
本実施形態の立体造形物の製造装置は、必要に応じて、粉末材料収容部を有していても良い。
-Powder material container-
The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item of this embodiment may have a powder material accommodating part as needed.

粉末材料収容部は、粉末材料が収容される部材であり、その大きさ、形状、材質等は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。   The powder material container is a member that accommodates the powder material, and its size, shape, material, and the like are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.

粉末材料収容部としては、例えば、貯留槽、袋、カートリッジ、タンク等が挙げられる。   Examples of the powder material container include a storage tank, a bag, a cartridge, and a tank.

−液体材料収容部−
本実施形態の立体造形物の製造装置は、必要に応じて、液体材料収容部を有していても良い。
-Liquid material container-
The manufacturing apparatus of the three-dimensional molded item of this embodiment may have a liquid material accommodating part as needed.

液体材料収容部は、液体材料が収容される部材であり、その大きさ、形状、材質等は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。   The liquid material container is a member that stores the liquid material, and the size, shape, material, and the like of the liquid material container are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose.

液体材料収容部としては、例えば、貯留槽、袋、カートリッジ、タンク等が挙げられる。   Examples of the liquid material container include a storage tank, a bag, a cartridge, and a tank.

−その他の工程及びその他の手段−
その他の工程としては、例えば、乾燥工程、焼結工程、表面保護処理工程、塗装工程等が挙げられる。
-Other processes and other means-
Examples of other processes include a drying process, a sintering process, a surface protection treatment process, and a painting process.

その他の手段としては、例えば、乾燥手段、焼結手段、表面保護処理手段、塗装手段等が挙げられる。   Examples of other means include drying means, sintering means, surface protection treatment means, and painting means.

乾燥工程は、液体材料が付与された粉末材料層を乾燥させる工程である。乾燥工程により、液体材料が付与された粉末材料層中に含まれる溶媒を除去することで、金属粒子同士が接着し、立体造形物が形成される。   A drying process is a process of drying the powder material layer to which the liquid material was given. By removing the solvent contained in the powder material layer to which the liquid material has been applied by the drying process, the metal particles are bonded to each other to form a three-dimensional structure.

乾燥手段としては、例えば、公知の乾燥機等が挙げられる。   Examples of the drying means include known dryers.

乾燥工程では、さらに有機物を除去、即ち、脱脂してもよい。   In the drying step, organic substances may be further removed, that is, degreased.

脱脂とは、樹脂分を除去する処理のことを示す。脱脂により、液体材料が付与された粉末材料層から樹脂分を十分に除去することで、その後の焼結処理における立体焼結物の変形や亀裂の発生を抑制することができる。   Degreasing refers to a treatment for removing the resin component. By sufficiently removing the resin component from the powder material layer to which the liquid material is applied by degreasing, deformation and cracking of the three-dimensional sintered product in the subsequent sintering process can be suppressed.

脱脂方法としては、昇華法、溶剤抽出法、自然乾燥法、加熱法などが挙げられるが、中でも加熱法が好ましい。   Examples of the degreasing method include a sublimation method, a solvent extraction method, a natural drying method, and a heating method, and among them, the heating method is preferable.

なお、本実施形態においては、粉末材料中の有機材料粒子の含有率が非常に小さいことから、脱脂にかかる時間が非常に少なく、有効である。   In addition, in this embodiment, since the content rate of the organic material particle in a powder material is very small, the time required for degreasing is very small and effective.

焼結工程は、立体造形物を焼結する工程である。   A sintering process is a process of sintering a three-dimensional molded item.

焼結とは、粉末を高温で固結する方法を言う。粉末材料を焼結炉で焼結させることにより、立体焼結物を得ることができる。粉末材料を焼結することにより、粉末材料に含まれる金属粒子は、拡散するとともに、粒成長し、全体として緻密で空隙の少ない高強度の立体焼結物を得ることができる。   Sintering refers to a method in which powder is consolidated at a high temperature. A three-dimensional sintered product can be obtained by sintering the powder material in a sintering furnace. By sintering the powder material, the metal particles contained in the powder material are diffused and grain-grown to obtain a high-strength three-dimensional sintered product that is dense and has few voids as a whole.

焼結工程により、立体造形物が一体化された金属の立体焼結物とすることができる。   By a sintering process, it can be set as the metal three-dimensional sintered product with which the three-dimensional molded item was integrated.

焼結手段としては、例えば、公知の焼結炉等が挙げられる。   Examples of the sintering means include a known sintering furnace.

焼結時の温度や時間、雰囲気、昇温速度などの条件は、粉末材料の組成や立体造形物の脱脂状態、サイズや形状等により適宜設定される。   Conditions such as temperature, time, atmosphere, and heating rate during sintering are appropriately set depending on the composition of the powder material, the degreasing state of the three-dimensional structure, size, shape, and the like.

焼結雰囲気としては、特に限定されないが、大気雰囲気の他、真空または減圧雰囲気、非酸化性雰囲気、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気を用いることも可能である。   Although it does not specifically limit as sintering atmosphere, In addition to air atmosphere, it is also possible to use inert gas atmosphere, such as vacuum or pressure reduction atmosphere, non-oxidizing atmosphere, nitrogen gas, argon gas.

また、焼結は、2段階またはそれ以上の段階で行ってもよい。例えば、焼結条件の異なる1次焼結と2次焼結とを行ってもよい。この場合、1次焼結と2次焼結の焼結温度、焼結時間、焼結雰囲気を変更することも可能である。   Sintering may be performed in two or more stages. For example, primary sintering and secondary sintering with different sintering conditions may be performed. In this case, the sintering temperature, sintering time, and sintering atmosphere of the primary sintering and the secondary sintering can be changed.

表面保護処理工程は、立体造形物あるいは立体焼結物に保護層を形成等する工程である。表面保護処理工程により、立体造形物あるいは立体焼結物を、例えば、そのまま使用することができる耐久性等を立体造形物あるいは立体焼結物の表面に与えることができる。   The surface protection treatment step is a step of forming a protective layer on the three-dimensional structure or the three-dimensional sintered body. By the surface protection treatment step, for example, the durability of the three-dimensional structure or the three-dimensional sintered product can be imparted to the surface of the three-dimensional structure or the three-dimensional sintered product.

保護層の具体例としては、耐水性層、耐候性層、耐光性層、断熱性層、光沢層等が挙げられる。   Specific examples of the protective layer include a water resistant layer, a weather resistant layer, a light resistant layer, a heat insulating layer, and a glossy layer.

表面保護処理手段としては、例えば、スプレー装置、コーティング装置等の公知の表面保護処理装置が挙げられる。   Examples of the surface protection treatment means include known surface protection treatment devices such as a spray device and a coating device.

塗装工程は、立体造形物あるいは立体焼結物に塗装する工程である。塗装工程により、立体造形物あるいは立体焼結物を所望の色に着色することができる。   A painting process is a process of painting on a three-dimensional molded item or a three-dimensional sintered product. A three-dimensional molded item or a three-dimensional sintered product can be colored in a desired color by the painting process.

塗装手段としては、例えば、スプレー、ローラ、刷毛等の公知の塗装装置が挙げられる。   Examples of the coating means include known coating apparatuses such as sprays, rollers, and brushes.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、実施例に限定されない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the examples.

(実施例1)
−有機材料粒子1の作製−
水溶性樹脂としての、ポリビニルアルコールJMR−20H(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)をスプレードライして、有機材料粒子1を作製した。有機材料粒子1は、体積平均粒径が7.6μmであった。
Example 1
-Preparation of organic material particles 1-
As a water-soluble resin, polyvinyl alcohol JMR-20H (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nippon Vinegar Bipvar) was spray-dried to prepare organic material particles 1. The organic material particles 1 had a volume average particle size of 7.6 μm.

−粉末材料1の作製−
金属粒子1としての、ステンレス鋼粒子(SUS316L)PSS316L(体積平均粒径8.1μm、アスペクト比0.93、密度7.98g/cm、山陽特殊製鋼社製)99質量部(93.7容積%)に対して、有機材料粒子1を1質量部(6.3容積%)加え、撹拌機でよく撹拌し混ぜあわせ、粉末材料1を作製した。
-Production of powder material 1-
Stainless steel particles (SUS316L) PSS316L (volume average particle size 8.1 μm, aspect ratio 0.93, density 7.98 g / cm 3 , Sanyo Special Steel Co., Ltd.) 99 parts by mass (93.7 volumes) as metal particles 1 %)), 1 part by mass (6.3% by volume) of organic material particles 1 was added, and the mixture was well stirred and mixed with a stirrer to prepare powder material 1.

<体積平均粒径>
粒径測定装置マイクロトラックHRA(日機装社製)を用いて、有機材料粒子及び金属粒子の体積平均粒径を測定した。
<Volume average particle diameter>
The volume average particle size of the organic material particles and the metal particles was measured using a particle size measuring device Microtrac HRA (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

<アスペクト比>
粒子形状測定装置MorphologiG3−SE(スペクトリス社製)を用いて、金属粒子のアスペクト比(平均値)を測定した。この時、式
粒子の面積包絡度>0.99>100pixels
によりFilteringを行い、一次粒子と想定される粒子のみでアスペクト比を解析した。測定条件は、以下の通りである。
<Aspect ratio>
The aspect ratio (average value) of the metal particles was measured using a particle shape measuring apparatus Morphologi G3-SE (Spectris). At this time, the area envelope degree of the formula particles>0.99> 100 pixels
The aspect ratio was analyzed using only particles assumed to be primary particles. The measurement conditions are as follows.

分散圧:4bar
圧空印加時間:10ms
静置時間:60s
一次粒子と想定される粒子数:50,000個
−液体材料1の調製−
水70質量部と、水性溶媒としての、1,2−プロパンジオール(東京化成工業社製)30質量部を混合攪拌し、液体材料1を調製した。
Dispersion pressure: 4 bar
Pressure application time: 10 ms
Incubation time: 60s
Number of particles assumed to be primary particles: 50,000 -Preparation of liquid material 1-
A liquid material 1 was prepared by mixing and stirring 70 parts by mass of water and 30 parts by mass of 1,2-propanediol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as an aqueous solvent.

−立体造形物1の作製−
リコーター4として、カウンターローラーを用い、インクジェットヘッド5を用いた立体造形物の製造装置(図2参照)により、以下の方法に従って立体造形物1を作製した。
-Production of three-dimensional model 1-
As the recoater 4, a three-dimensional object 1 was produced according to the following method using a three-dimensional object manufacturing apparatus (see FIG. 2) using a counter roller and an inkjet head 5.

立体造形物の製造装置の粉末材料収容部に、粉末材料1を、液体材料収容部に液体材料1を入れ、3Dデータを入力し、図2に示すプロセスを繰り返して、短冊形状及びダンベル形状の2種類のサンプルを作製した。この時、粉末材料層の一層の平均厚みは、いずれも約100μmになるように調整した。   The powder material 1 is put into the powder material container of the three-dimensional model manufacturing apparatus, the liquid material 1 is put into the liquid material container, 3D data is input, and the process shown in FIG. Two types of samples were prepared. At this time, the average thickness of one layer of the powder material layer was adjusted to be about 100 μm.

この時、短冊形状のサンプルとしては、長さ方向をX−Y軸方向に造形した横積みサンプル(図5(A)参照)を作製した。   At this time, as a strip-shaped sample, a horizontally stacked sample (see FIG. 5A) in which the length direction was shaped in the XY axis direction was produced.

一方、ダンベル形状のサンプルとしては、横積みサンプルと、Z軸方向に造形した縦積みサンプル(図5(B)参照)を作製した。   On the other hand, as a dumbbell-shaped sample, a horizontally stacked sample and a vertically stacked sample formed in the Z-axis direction (see FIG. 5B) were prepared.

次いで、短冊形状のサンプル及びダンベル形状のサンプルを約3時間風乾させた後、乾燥機に入れ、50℃で3時間乾燥させた。その後、液体材料1が付着していない粉末材料(余剰粉)をエアーで吹き飛ばした後、再び乾燥機に入れ、100℃で12時間乾燥させ、そのまま室温まで放冷し、立体造形物1を作製した。   Next, the strip-shaped sample and the dumbbell-shaped sample were air-dried for about 3 hours, put in a dryer, and dried at 50 ° C. for 3 hours. Thereafter, the powder material (excess powder) to which the liquid material 1 is not adhered is blown off with air, and then again put into a dryer, dried at 100 ° C. for 12 hours, and allowed to cool to room temperature as it is to produce a three-dimensional structure 1 did.

(実施例2)
−有機材料粒子2の作製−
ポリビニルアルコールJMR−20H(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)を、ポリビニルアルコールJMR−10HH(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)に変更した以外は、有機材料粒子1と同様にして、有機材料粒子2を作製した。有機材料粒子2は、体積平均粒径が3.3μmであった。
(Example 2)
-Preparation of organic material particles 2-
An organic material except that polyvinyl alcohol JMR-20H (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nihon Vinegar Bipoval) was changed to polyvinyl alcohol JMR-10HH (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nihon Vinegar Bipoval). Organic material particles 2 were produced in the same manner as particles 1. The organic material particle 2 had a volume average particle size of 3.3 μm.

−粉末材料2の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子2に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料2を作製した。
-Production of powder material 2-
A powder material 2 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 2.

−立体造形物2の作製−
粉末材料1を粉末材料2に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物2を作製した。
-Production of three-dimensional model 2-
A three-dimensional model 2 was produced in the same manner as the three-dimensional model 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 2.

(実施例3)
−有機材料粒子3の作製−
ポリビニルアルコールJMR−20H(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)を、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコールのゴーセネックスZ−100(日本合成化学工業社製)に変更した以外は、有機材料粒子1と同様にして、有機材料粒子3を作製した。有機材料粒子3は、体積平均粒径が5.8μmであった。
(Example 3)
-Preparation of organic material particles 3-
Organic material particles, except that polyvinyl alcohol JMR-20H (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nihon Vinegar Bipoval) was changed to Gocenex Z-100 (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry), an acetoacetyl group-modified polyvinyl alcohol. In the same manner as in Example 1, organic material particles 3 were produced. The organic material particles 3 had a volume average particle size of 5.8 μm.

−粉末材料3の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子3に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料3を作製した。
-Production of powder material 3-
A powder material 3 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 3.

−液体材料2の調製−
架橋剤として、オキシ炭酸ジルコニウムアンモニウムのジルコゾールAC−20(第一稀元素化学工業社製)3部をさらに添加した以外は、液体材料1と同様にして、液体材料2を調製した。
-Preparation of liquid material 2-
Liquid material 2 was prepared in the same manner as liquid material 1, except that 3 parts of zirconium zirconium oxycarbonate zircosol AC-20 (manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Co., Ltd.) was further added as a crosslinking agent.

−立体造形物3の作製−
粉末材料1を粉末材料3に変更し、液体材料1を液体材料2に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物3を作製した。
-Production of three-dimensional model 3-
The three-dimensional structure 3 was produced in the same manner as the three-dimensional structure 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 3 and the liquid material 1 was changed to the liquid material 2.

(実施例4)
−有機材料粒子4の作製−
ポリビニルアルコールJMR−20H(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)を、カルボニル基変性ポリビニルアルコールとしての、ダイアセトンアクリルアミド変性ポリビニルアルコールDF−05(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)に変更した以外は、有機材料粒子1と同様にして、有機材料粒子4を作製した。有機材料粒子4は、体積平均粒径が10.5μmであった。
Example 4
-Preparation of organic material particles 4-
Diacetone acrylamide-modified polyvinyl alcohol DF-05 (density 1.2 g / cm 3 , Japanese vinegar) as a carbonyl group-modified polyvinyl alcohol using polyvinyl alcohol JMR-20H (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nihon Vinegar Bipoval). Organic material particles 4 were produced in the same manner as the organic material particles 1 except that the material was changed to Bipobar). The organic material particles 4 had a volume average particle size of 10.5 μm.

−粉末材料4の作製−
有機材料粒子3を有機材料粒子4に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料4を作製した。
-Production of powder material 4-
A powder material 4 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 3 were changed to the organic material particles 4.

−液体材料3の調製−
架橋剤として、アジピン酸ジヒドラジドADH(日本化成社製)3部をさらに添加した以外は、液体材料1と同様にして、液体材料3を調製した。
-Preparation of liquid material 3-
Liquid material 3 was prepared in the same manner as liquid material 1 except that 3 parts of adipic acid dihydrazide ADH (manufactured by Nippon Kasei Co., Ltd.) was further added as a crosslinking agent.

−立体造形物4の作製−
粉末材料1を粉末材料4に変更し、液体材料1を液体材料3に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物4を作製した。
-Production of three-dimensional model 4-
The three-dimensional structure 4 was produced in the same manner as the three-dimensional structure 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 4 and the liquid material 1 was changed to the liquid material 3.

(実施例5)
−有機材料粒子5の作製−
スプレードライの条件を変更した以外は、有機材料粒子4と同様にして、有機材料粒子5を作製した。有機材料粒子5は、体積平均粒径が12.0μmであった。
(Example 5)
-Preparation of organic material particles 5-
Organic material particles 5 were produced in the same manner as the organic material particles 4 except that the spray drying conditions were changed. The organic material particles 5 had a volume average particle size of 12.0 μm.

−粉末材料5の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子5に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料5を作製した。
-Production of powder material 5-
A powder material 5 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 5.

−立体造形物5の作製−
粉末材料4を粉末材料5に変更した以外は、立体造形物4と同様にして、立体造形物5を作製した。
-Production of three-dimensional model 5-
A three-dimensional model 5 was produced in the same manner as the three-dimensional model 4 except that the powder material 4 was changed to the powder material 5.

(実施例6)
−有機材料粒子6の作製−
スプレードライの条件を変更した以外は、有機材料粒子4と同様にして、有機材料粒子6を作製した。有機材料粒子6は、体積平均粒径が14.8μmであった。
(Example 6)
-Production of organic material particles 6-
Organic material particles 6 were produced in the same manner as the organic material particles 4 except that the spray drying conditions were changed. The organic material particles 6 had a volume average particle diameter of 14.8 μm.

−粉末材料6の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子6に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料6を作製した。
-Production of powder material 6-
A powder material 6 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 6.

−立体造形物6の作製−
粉末材料4を粉末材料6に変更した以外は、立体造形物4と同様にして、立体造形物6を作製した。
-Production of three-dimensional model 6-
A three-dimensional model 6 was produced in the same manner as the three-dimensional model 4 except that the powder material 4 was changed to the powder material 6.

(実施例7)
−粉末材料7の作製−
金属粒子1の添加量を99.6質量部(97.4容積%)に変更し、有機材料粒子1の添加量を0.4質量部(2.6容積%)に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料7を作製した。
(Example 7)
-Production of powder material 7-
Powder was changed except that the addition amount of metal particles 1 was changed to 99.6 parts by mass (97.4% by volume) and the addition amount of organic material particles 1 was changed to 0.4 parts by mass (2.6% by volume). A powder material 7 was produced in the same manner as the material 1.

−立体造形物7の作製−
粉末材料1を粉末材料7に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物7を作製した。
-Production of three-dimensional model 7-
A three-dimensional object 7 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 7.

(実施例8)
−粉末材料8の作製−
金属粒子1の添加量を98質量部(88.1容積%)に変更し、有機材料粒子1の添加量を2質量部(11.9容積%)に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料8を作製した。
(Example 8)
-Production of powder material 8-
Same as powder material 1 except that the addition amount of metal particles 1 is changed to 98 parts by mass (88.1% by volume) and the addition amount of organic material particles 1 is changed to 2 parts by mass (11.9% by volume). Thus, a powder material 8 was produced.

−立体造形物8の作製−
粉末材料1を粉末材料8に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物8を作製した。
-Production of three-dimensional model 8-
A three-dimensional object 8 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 8.

(実施例9)
−粉末材料9の作製−
金属粒子1の添加量を97質量部(82.9容積%)に変更し、有機材料粒子1の添加量を3質量部(17.1容積%)に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料9を作製した。
Example 9
-Production of powder material 9-
Same as powder material 1 except that the addition amount of metal particles 1 is changed to 97 parts by mass (82.9% by volume) and the addition amount of organic material particles 1 is changed to 3 parts by mass (17.1% by volume). Thus, a powder material 9 was produced.

−立体造形物9の作製−
粉末材料1を粉末材料9に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物9を作製した。
-Production of three-dimensional model 9-
A three-dimensional object 9 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 9.

(実施例10)
−粉末材料10の作製−
金属粒子1を、金属粒子2としての、ステンレス鋼粒子(SUS316L)PSS316L(体積平均粒径12.0μm、アスペクト比0.93、密度7.98g/cm、山陽特殊製鋼社製)に変更した以外は、粉末材料5と同様にして、粉末材料10を作製した。
(Example 10)
-Production of powder material 10-
Metal particle 1 was changed to stainless steel particle (SUS316L) PSS316L (volume average particle diameter 12.0 μm, aspect ratio 0.93, density 7.98 g / cm 3 , manufactured by Sanyo Special Steel Co., Ltd.) as metal particle 2. Except for the above, a powder material 10 was produced in the same manner as the powder material 5.

−立体造形物10の作製−
粉末材料5を粉末材料10に変更した以外は、立体造形物5と同様にして、立体造形物10を作製した。
-Production of three-dimensional model 10-
The three-dimensional structure 10 was produced in the same manner as the three-dimensional structure 5 except that the powder material 5 was changed to the powder material 10.

(実施例11)
−粉末材料11の作製−
金属粒子1を、金属粒子3としての、ステンレス鋼粒子(SUS316L)PSS316L(体積平均粒径44.7μm、アスペクト比0.91、密度7.98g/cm、山陽特殊製鋼社製)に変更した以外は、粉末材料5と同様にして、粉末材料11を作製した。
(Example 11)
-Production of powder material 11-
Metal particle 1 was changed to stainless steel particle (SUS316L) PSS316L (volume average particle diameter 44.7 μm, aspect ratio 0.91, density 7.98 g / cm 3 , manufactured by Sanyo Special Steel Co., Ltd.) as metal particle 3. Except for the above, a powder material 11 was produced in the same manner as the powder material 5.

−立体造形物11の作製−
粉末材料5を粉末材料11に変更した以外は、立体造形物5と同様にして、立体造形物11を作製した。
-Production of three-dimensional model 11-
The three-dimensional structure 11 was produced in the same manner as the three-dimensional structure 5 except that the powder material 5 was changed to the powder material 11.

(実施例12)
−粉末材料12の作製−
金属粒子1を、金属粒子4としての、チタン合金粒子TILOP64−45(体積平均粒径34.5μm、アスペクト比0.90、密度4.43g/cm、大阪チタニウムテクノロジーズ社製)に変更した以外は、粉末材料4と同様にして、粉末材料12を作製した。
(Example 12)
-Production of powder material 12-
Other than changing the metal particles 1 to titanium alloy particles TILOP64-45 (volume average particle size 34.5 μm, aspect ratio 0.90, density 4.43 g / cm 3 , Osaka Titanium Technologies, Inc.) as metal particles 4 Produced powder material 12 in the same manner as powder material 4.

−立体造形物12の作製−
粉末材料4を粉末材料12に変更した以外は、立体造形物4と同様にして、立体造形物12を作製した。
-Production of three-dimensional model 12-
The three-dimensional model 12 was produced in the same manner as the three-dimensional model 4 except that the powder material 4 was changed to the powder material 12.

(実施例13)
−粉末材料13の作製−
金属粒子4の添加量を95質量部(83.7容積%)、有機材料粒子4の添加量を5質量部(16.3容積%)に変更した以外は、粉末材料12と同様にして、粉末材料13を作製した。
(Example 13)
-Production of powder material 13-
Except for changing the addition amount of the metal particles 4 to 95 parts by mass (83.7% by volume) and the addition amount of the organic material particles 4 to 5 parts by mass (16.3% by volume), the same as the powder material 12, A powder material 13 was produced.

−立体造形物13の作製−
粉末材料12を粉末材料13に変更した以外は、立体造形物12と同様にして、立体造形物13を作製した。
-Production of three-dimensional model 13-
A three-dimensional object 13 was produced in the same manner as the three-dimensional object 12 except that the powder material 12 was changed to the powder material 13.

(実施例14)
−粉末材料14の作製−
金属粒子1を、金属粒子5としての、アルミニウム粒子TFS−A10P(体積平均粒径10μm、アスペクト比0.88、密度2.7g/cm、東洋アルミニウム社製)に変更した以外は、粉末材料4と同様にして、粉末材料14を作製した。
(Example 14)
-Production of powder material 14-
Powder material except that the metal particles 1 are changed to aluminum particles TFS-A10P (volume average particle size 10 μm, aspect ratio 0.88, density 2.7 g / cm 3 , manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd.) as the metal particles 5 In the same manner as in Example 4, a powder material 14 was produced.

−立体造形物14の作製−
粉末材料4を粉末材料14に変更した以外は、立体造形物4と同様にして、立体造形物14を作製した。
-Production of three-dimensional model 14-
A three-dimensional object 14 was produced in the same manner as the three-dimensional object 4 except that the powder material 4 was changed to the powder material 14.

(実施例15)
−粉末材料15の作製−
金属粒子5の添加量を95質量部(89.4容積%)に変更し、有機材料粒子4の添加量を5質量部(10.6容積%)に変更した以外は、粉末材料14と同様にして、粉末材料15を作製した。
(Example 15)
-Production of powder material 15-
Except for changing the addition amount of the metal particles 5 to 95 parts by mass (89.4% by volume) and changing the addition amount of the organic material particles 4 to 5 parts by mass (10.6% by volume), the same as the powder material 14 Thus, a powder material 15 was produced.

−立体造形物15の作製−
粉末材料14を粉末材料15に変更した以外は、立体造形物14と同様にして、立体造形物15を作製した。
-Production of three-dimensional model 15-
A three-dimensional object 15 was produced in the same manner as the three-dimensional object 14 except that the powder material 14 was changed to the powder material 15.

(実施例16)
−粉末材料16の作製−
金属粒子1を、金属粒子6としての、銅粒子Type−T(体積平均粒径6.0μm、アスペクト比0.86、密度8.9g/cm、DOWAエレクトロニクス社製)に変更した以外は、粉末材料4と同様にして、粉末材料16を作製した。
(Example 16)
-Production of powder material 16-
Except for changing the metal particles 1 to copper particles Type-T (volume average particle size 6.0 μm, aspect ratio 0.86, density 8.9 g / cm 3 , manufactured by DOWA Electronics Co., Ltd.) as the metal particles 6, A powder material 16 was produced in the same manner as the powder material 4.

−立体造形物16の作製−
粉末材料4を粉末材料16に変更した以外は、立体造形物4と同様にして、立体造形物16を作製した。
-Production of three-dimensional model 16-
The three-dimensional model 16 was produced in the same manner as the three-dimensional model 4 except that the powder material 4 was changed to the powder material 16.

(実施例17)
−粉末材料17の作製−
金属粒子6の添加量を98質量部(86.9容積%)に変更し、有機材料粒子4の添加量を2質量部(13.1容積%)に変更した以外は、粉末材料16と同様にして、粉末材料17を作製した。
(Example 17)
-Production of powder material 17-
Except for changing the addition amount of the metal particles 6 to 98 parts by mass (86.9% by volume) and changing the addition amount of the organic material particles 4 to 2 parts by mass (13.1% by volume), the same as the powder material 16 Thus, a powder material 17 was produced.

−立体造形物16の作製−
粉末材料16を粉末材料17に変更した以外は、立体造形物16と同様にして、立体造形物17を作製した。
-Production of three-dimensional model 16-
A three-dimensional model 17 was produced in the same manner as the three-dimensional model 16 except that the powder material 16 was changed to the powder material 17.

(実施例18)
−有機材料粒子7の作製−
ポリビニルアルコールJMR−20H(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)を、ポリエチレンオキサイドのアルコックスL−11(密度1.1g/cm、明成化学工業社製)に変更した以外は、有機材料粒子1と同様にして、有機材料粒子7を作製した。有機材料粒子7は、体積平均粒径が3.3μmであった。
(Example 18)
-Preparation of organic material particles 7-
Except for changing polyvinyl alcohol JMR-20H (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nihon Vinegar Bipoval) to Alcox L-11 (density 1.1 g / cm 3 , manufactured by Meisei Chemical Industry) of polyethylene oxide. Organic material particles 7 were produced in the same manner as the organic material particles 1. The organic material particles 7 had a volume average particle size of 3.3 μm.

−粉末材料18の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子7に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料18を作製した。
-Production of powder material 18-
A powder material 18 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 7.

−立体造形物18の作製−
粉末材料1を粉末材料18に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物18を作製した。
-Production of three-dimensional model 18-
A three-dimensional object 18 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 18.

(実施例19)
−粉末材料19の作製−
金属粒子1を金属粒子3に変更した以外は、粉末材料18と同様にして、粉末材料19を作製した。
(Example 19)
-Production of powder material 19-
A powder material 19 was produced in the same manner as the powder material 18 except that the metal particles 1 were changed to the metal particles 3.

−立体造形物19の作製−
粉末材料18を粉末材料19に変更した以外は、立体造形物18と同様にして、立体造形物19を作製した。
-Production of three-dimensional model 19-
A three-dimensional object 19 was produced in the same manner as the three-dimensional object 18 except that the powder material 18 was changed to the powder material 19.

(実施例20)
−有機材料粒子8の作製−
ポリビニルアルコールJMR−20H(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)を、ポリアクリル酸のアクアリックAS(日本触媒社製)に変更し、スプレードライを凍結粉砕に変更した以外は、有機材料粒子1と同様にして、有機材料粒子8を作製した。有機材料粒子8は、体積平均粒径が14.3μmであった。
(Example 20)
-Preparation of organic material particles 8-
Polyvinyl alcohol JMR-20H (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nihon Vinegar Bipoval) was changed to polyacrylic acid Aquaric AS (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.), and spray drying was changed to freeze pulverization. Organic material particles 8 were produced in the same manner as the organic material particles 1. The organic material particles 8 had a volume average particle size of 14.3 μm.

−粉末材料20の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子8に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料20を作製した。
-Production of powder material 20-
A powder material 20 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 8.

−立体造形物20の作製−
粉末材料1を粉末材料20に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物20を作製した。
-Production of three-dimensional model 20-
A three-dimensional object 20 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 20.

(実施例21)
−粉末材料21の作製−
金属粒子1を金属粒子6に変更した以外は、粉末材料20と同様にして、粉末材料21を作製した。
(Example 21)
-Production of powder material 21-
A powder material 21 was produced in the same manner as the powder material 20 except that the metal particles 1 were changed to the metal particles 6.

−立体造形物21の作製−
粉末材料20を粉末材料21に変更した以外は、立体造形物20と同様にして、立体造形物21を作製した。
-Production of three-dimensional model 21-
A three-dimensional object 21 was produced in the same manner as the three-dimensional object 20 except that the powder material 20 was changed to the powder material 21.

(実施例22)
−有機材料粒子9の作製−
ポリビニルアルコールJMR−20H(密度1.2g/cm、日本酢ビポバール社製)を、ブテンジオール−ビニルアルコール共重合体G−ポリマーOKS−8041(密度1.2g/cm、日本合成化学工業社製)に変更した以外は、有機材料粒子1と同様にして、有機材料粒子9を作製した。有機材料粒子9は、体積平均粒径が8.8μmであった。
(Example 22)
-Preparation of organic material particles 9-
Polyvinyl alcohol JMR-20H (density 1.2 g / cm 3 , manufactured by Nihon Vinegar Bipoval) was replaced with butenediol-vinyl alcohol copolymer G-polymer OKS-8041 (density 1.2 g / cm 3 , Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.). Organic material particles 9 were produced in the same manner as the organic material particles 1 except that the material was changed to “made”. The organic material particles 9 had a volume average particle size of 8.8 μm.

−粉末材料22の作製−
有機材料粒子4を有機材料粒子9に変更した以外は、粉末材料12と同様にして、粉末材料22を作製した。
-Production of powder material 22-
A powder material 22 was produced in the same manner as the powder material 12 except that the organic material particles 4 were changed to organic material particles 9.

−立体造形物22の作製−
粉末材料12を粉末材料22に変更した以外は、立体造形物12と同様にして、立体造形物22を作製した。
-Production of three-dimensional model 22-
A three-dimensional model 22 was produced in the same manner as the three-dimensional model 12 except that the powder material 12 was changed to the powder material 22.

(実施例23)
−金属粒子7の作製−
金属粒子2に、ジルコニアビーズを用いた振動ミリングを施し、金属粒子7を作製した。金属粒子7は、体積平均粒径が9.2μmであり、アスペクト比が0.81であった。
(Example 23)
-Production of metal particles 7-
The metal particles 2 were subjected to vibration milling using zirconia beads to produce metal particles 7. The metal particles 7 had a volume average particle size of 9.2 μm and an aspect ratio of 0.81.

−粉末材料23の作製−
金属粒子2を金属粒子7に変更した以外は、粉末材料10と同様にして、粉末材料23を作製した。
-Production of powder material 23-
A powder material 23 was produced in the same manner as the powder material 10 except that the metal particles 2 were changed to the metal particles 7.

−立体造形物23の作製−
粉末材料10を粉末材料23に変更した以外は、立体造形物10と同様にして、立体造形物23を作製した。
-Production of three-dimensional model 23-
A three-dimensional object 23 was produced in the same manner as the three-dimensional object 10 except that the powder material 10 was changed to the powder material 23.

(比較例1)
−立体造形物24の作製−
粉末材料1を金属粒子1に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物24を作製しようとしたが、余剰粉をエアーで吹き飛ばすと、構造を確認することができず、立体造形物24を作製することができなかった。
(Comparative Example 1)
-Production of three-dimensional model 24-
Except for changing the powder material 1 to the metal particles 1, the three-dimensional object 24 was tried to be produced in the same manner as the three-dimensional object 1. However, when excess powder was blown off with air, the structure could not be confirmed. The three-dimensional model 24 could not be produced.

(比較例2)
−粉末材料24の作製−
有機材料粒子1を、有機材料粒子10としての、非水溶性のシリコーン樹脂微粒子(トスパール2000B、体積平均粒径6.0μm、密度1.32g/cm)に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料24を作製した。
(Comparative Example 2)
-Production of powder material 24-
Except for changing the organic material particles 1 to water-insoluble silicone resin fine particles (Tospearl 2000B, volume average particle size 6.0 μm, density 1.32 g / cm 3 ) as organic material particles 10, Similarly, the powder material 24 was produced.

−立体造形物25の作製−
粉末材料1を粉末材料24に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物25を作製しようとしたが、余剰粉をエアーで吹き飛ばすと、構造物を確認することができず、立体造形物25を作製することができなかった。
-Production of three-dimensional model 25-
Except for changing the powder material 1 to the powder material 24, the three-dimensional object 25 was prepared in the same manner as the three-dimensional object 1. However, when surplus powder was blown off with air, the structure could not be confirmed. The three-dimensional model 25 could not be produced.

(比較例3)
−液体材料4の調製−
有機材料粒子1を6質量部加えて溶解させた以外は、液体材料1と同様にして、液体材料4を調製した。
(Comparative Example 3)
-Preparation of liquid material 4-
A liquid material 4 was prepared in the same manner as the liquid material 1 except that 6 parts by mass of the organic material particles 1 were added and dissolved.

−立体造形物26の作製−
液体材料1を液体材料4に変更した以外は、立体造形物24と同様にして、立体造形物26を作製した。
-Production of three-dimensional model 26-
A three-dimensional object 26 was produced in the same manner as the three-dimensional object 24 except that the liquid material 1 was changed to the liquid material 4.

(比較例4)
−粉末材料25の作製−
金属粒子1の添加量を96.5質量部(80.6容積%)に変更し、有機材料粒子1の添加量を3.5質量部(19.4容積%)に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料25を作製した。
(Comparative Example 4)
-Production of powder material 25-
Powder was changed except that the addition amount of metal particles 1 was changed to 96.5 parts by mass (80.6% by volume) and the addition amount of organic material particles 1 was changed to 3.5 parts by mass (19.4% by volume). In the same manner as Material 1, a powder material 25 was produced.

−立体造形物27の作製−
粉末材料1を粉末材料25に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物27を作製した。
-Production of three-dimensional model 27-
A three-dimensional object 27 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 25.

(比較例5)
−粉末材料26の作製−
金属粒子1の添加量を90質量部(57.5容積%)に変更し、有機材料粒子1の添加量を10質量部(21.7容積%)に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料26を作製した。
(Comparative Example 5)
-Production of powder material 26-
Same as powder material 1 except that the addition amount of the metal particles 1 is changed to 90 parts by mass (57.5% by volume) and the addition amount of the organic material particles 1 is changed to 10 parts by mass (21.7% by volume). Thus, a powder material 26 was produced.

−立体造形物28の作製−
粉末材料1を粉末材料26に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物28を作製した。
-Production of three-dimensional model 28-
A three-dimensional object 28 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 26.

(比較例6)
−有機材料粒子11の作製−
スプレードライを凍結粉砕に変更した以外は、有機材料粒子1と同様にして、有機材料粒子11を作製した。有機材料粒子11は、体積平均粒径が19.8μmであった。
(Comparative Example 6)
-Production of organic material particles 11-
Organic material particles 11 were produced in the same manner as the organic material particles 1 except that the spray drying was changed to freeze pulverization. The organic material particles 11 had a volume average particle diameter of 19.8 μm.

−粉末材料27の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子11に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料27を作製した。
-Production of powder material 27-
A powder material 27 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 11.

−立体造形物29の作製−
粉末材料1を粉末材料27に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物及29を作製した。
-Production of three-dimensional model 29-
A three-dimensional object and 29 were produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 27.

(比較例7)
−有機材料粒子12の作製−
凍結粉砕の条件を変更した以外は、有機材料粒子11と同様にして、有機材料粒子12を作製した。有機材料粒子12は、体積平均粒径が50.3μmであった。
(Comparative Example 7)
-Preparation of organic material particles 12-
Organic material particles 12 were produced in the same manner as the organic material particles 11 except that the freeze-grinding conditions were changed. The organic material particles 12 had a volume average particle size of 50.3 μm.

−粉末材料28の作製−
有機材料粒子1を有機材料粒子12に変更した以外は、粉末材料1と同様にして、粉末材料28を作製した。
-Production of powder material 28-
A powder material 28 was produced in the same manner as the powder material 1 except that the organic material particles 1 were changed to the organic material particles 12.

−立体造形物30の作製−
粉末材料1を粉末材料28に変更した以外は、立体造形物1と同様にして、立体造形物30を作製した。
-Production of three-dimensional model 30-
A three-dimensional object 30 was produced in the same manner as the three-dimensional object 1 except that the powder material 1 was changed to the powder material 28.

表1〜4に、それぞれ有機材料粒子1〜12、金属粒子1〜7、粉末材料1〜28、液体材料1〜4の特性を示す。   Tables 1 to 4 show the characteristics of the organic material particles 1 to 12, the metal particles 1 to 7, the powder material 1 to 28, and the liquid materials 1 to 4, respectively.

Figure 2017132246
Figure 2017132246

Figure 2017132246
Figure 2017132246

Figure 2017132246
Figure 2017132246

Figure 2017132246
次に、立体造形物1〜23、26〜30の曲げ応力、余剰粉の除去性、余剰粉の凝集性、寸法精度を評価した。
Figure 2017132246
Next, the bending stress of the three-dimensional molded items 1 to 23 and 26 to 30, the removability of excess powder, the cohesiveness of excess powder, and the dimensional accuracy were evaluated.

<曲げ応力>
精密万能試験機オートグラフAGS−J(島津製作所社製)を用いて、立体造形物1〜23、26〜30の三点曲げ応力を測定した。具体的には、立体造形物として、短冊形状の横積みサンプルを用い、立体造形物が破断したときの最大応力を測定した。曲げ応力の評価基準を以下に示す。
<Bending stress>
Using a precision universal testing machine Autograph AGS-J (manufactured by Shimadzu Corporation), the three-point bending stresses of the three-dimensional structures 1 to 23 and 26 to 30 were measured. Specifically, a strip-shaped horizontal sample was used as the three-dimensional model, and the maximum stress when the three-dimensional model was broken was measured. The evaluation criteria for bending stress are shown below.

◎:最大応力が9.0MPa以上である。   A: The maximum stress is 9.0 MPa or more.

○:最大応力が5.0MPa以上9.0MPa未満である。   ○: The maximum stress is 5.0 MPa or more and less than 9.0 MPa.

△:最大応力が1.0MPa以上5.0MPa未満である。   Δ: The maximum stress is 1.0 MPa or more and less than 5.0 MPa.

×:最大応力が1.0MPa未満である。   X: The maximum stress is less than 1.0 MPa.

<余剰粉の除去性>
立体造形物1〜23、26〜30の寸法及び厚みを計測し、余剰粉の付着による寸法精度の低下の度合い、即ち、余剰粉の除去性を評価した。余剰粉の除去性の評価基準を以下に示す。
<Removability of excess powder>
The dimensions and thicknesses of the three-dimensional objects 1 to 23 and 26 to 30 were measured, and the degree of reduction in dimensional accuracy due to the attachment of excess powder, that is, the removability of excess powder was evaluated. The evaluation criteria for the removal of excess powder are shown below.

◎:狙い通りの寸法及び厚みが得られ、表面も平滑である。   A: A desired size and thickness are obtained, and the surface is smooth.

○:寸法及び厚みが若干異なるが、目視では問題ない。   ○: The size and thickness are slightly different, but there is no problem with visual observation.

△:表面に余剰粉が付着し、寸法及び厚みの精度や表面の平滑性が低下している。   (Triangle | delta): The surplus powder has adhered to the surface and the precision of a dimension and thickness and the smoothness of the surface are falling.

×:余剰粉が多量に付着し、形状が変化しており、余剰粉を擦り落とす必要がある。   X: A large amount of surplus powder adheres, the shape is changed, and it is necessary to scrape off the surplus powder.

<余剰粉の凝集性>
立体造形物1〜23、26〜30の作製時に、エアーで吹き飛ばして除去された余剰粉を採取した後、目開きが100μmの篩に余剰粉を通し、篩に残存した余剰粉の凝集物の量から、余剰粉の凝集性を評価した。余剰粉の凝集性の評価基準を以下に示す。
<Cohesiveness of surplus powder>
At the time of producing the three-dimensional shaped objects 1 to 23 and 26 to 30, after collecting the surplus powder removed by blowing away with air, the surplus powder is passed through a sieve having an opening of 100 μm, and the aggregate of surplus powder remaining on the sieve From the amount, the cohesiveness of the excess powder was evaluated. The evaluation criteria for the cohesiveness of excess powder are shown below.

◎:余剰粉の凝集物が篩に殆ど残存せず、余剰粉の凝集物が殆ど認められない。   (Double-circle): The aggregate of surplus powder hardly remains on a sieve, and the aggregate of surplus powder is hardly recognized.

○:篩に余剰粉の凝集物が若干残存するが、十分に小さく、簡単に砕ける。   ○: Some agglomerates of excess powder remain on the sieve, but they are small enough to be easily crushed.

△:篩に余剰粉の凝集物が比較的多く残存し、再利用するのに解砕が必要である。   Δ: A relatively large amount of surplus powder aggregate remains on the sieve, and pulverization is necessary for reuse.

×:篩に残存した余剰粉の凝集物が大きな塊になっており、再利用するのに長時間の解砕が必要である。   X: The aggregate of the surplus powder remaining on the sieve is a large lump and needs to be crushed for a long time to be reused.

<寸法精度>
CADデータに基づいて、立体造形物1〜23、26〜30を作製し、得られた立体造形物の寸法を計測し、CADデータとの比較を行った。また、直線性や表面凹凸性を評価した。寸法精度の評価基準を以下に示す。
<Dimensional accuracy>
Based on CAD data, the three-dimensional molded items 1-23 and 26-30 were produced, the dimension of the obtained three-dimensional molded item was measured, and the comparison with CAD data was performed. Moreover, linearity and surface unevenness were evaluated. The evaluation criteria for dimensional accuracy are shown below.

◎:CADデータとの差がほとんどなく、欠陥が目視では判別できないレベル。   A: Level where there is almost no difference from CAD data and the defect cannot be visually determined.

○:寸法に僅かに差が見られるものの判別しにくく、欠陥も問題ないレベル。   ○: Although there is a slight difference in dimensions, it is difficult to distinguish and there is no problem with defects.

△:寸法に明らかな違いがあり、欠陥も目視で容易に判別できるレベル。   Δ: A level in which there is a clear difference in dimensions, and defects can be easily distinguished visually.

×:寸法に大きな違いが認められ、大きな欠陥も目立っているレベル。   X: A level in which a large difference is recognized and a large defect is conspicuous.

−立体焼結物1〜23、26〜30の作製−
立体造形物1〜23、26〜30を、乾燥機を用いて、窒素雰囲気下、400℃まで昇温して、脱脂した後、焼結炉内で、真空条件下、1300℃で焼結し、立体焼結物1〜23、26〜30を作製した。
-Production of three-dimensional sintered product 1-23, 26-30-
The three-dimensional objects 1 to 23 and 26 to 30 were heated to 400 ° C. in a nitrogen atmosphere using a dryer, degreased, and then sintered at 1300 ° C. under vacuum conditions in a sintering furnace. Three-dimensional sintered products 1 to 23 and 26 to 30 were produced.

次に、立体焼結物1〜23、26〜30の引張応力の異方性を評価した。   Next, the anisotropy of the tensile stress of the three-dimensional sintered products 1 to 23 and 26 to 30 was evaluated.

<立体焼結物1〜23、26〜30の引張応力の異方性>
精密万能試験機オートグラフAGS−J(島津製作所社製)を用いて、立体焼結物1〜23、26〜30の引張応力を測定した。具体的には、立体焼結物として、ダンベル形状の横積みサンプルと、縦積みサンプルを用い、それぞれ破断したときの最大応力を測定した。引張応力の異方性の評価基準を以下に示す。
<Anisotropy of tensile stress of three-dimensional sintered product 1-23, 26-30>
Using a precision universal testing machine Autograph AGS-J (manufactured by Shimadzu Corporation), tensile stresses of the three-dimensional sintered products 1 to 23 and 26 to 30 were measured. Specifically, a dumbbell-shaped laterally stacked sample and a vertically stacked sample were used as the three-dimensional sintered product, and the maximum stress when each fractured was measured. The evaluation criteria for the anisotropy of tensile stress are shown below.

◎:縦積みサンプルの最大応力が、横積みサンプルの最大応力に対して90%以上である。   A: The maximum stress of the vertically stacked sample is 90% or more with respect to the maximum stress of the horizontally stacked sample.

○:縦積みサンプルの最大応力が、横積みサンプルの最大応力に対して80%以上である。   A: The maximum stress of the vertically stacked sample is 80% or more with respect to the maximum stress of the horizontally stacked sample.

△:縦積みサンプルの最大応力が、横積みサンプルの最大応力に対して70%以上である。   Δ: The maximum stress of the vertically stacked sample is 70% or more with respect to the maximum stress of the horizontally stacked sample.

×:縦積みサンプルの最大応力が、横積みサンプルの最大応力に対して70%未満である。   X: The maximum stress of the vertically stacked sample is less than 70% with respect to the maximum stress of the horizontally stacked sample.

表5に、立体造形物1〜23、26〜30の曲げ応力、余剰粉の除去性、余剰粉の凝集性、寸法精度と、立体焼結物1〜23、26〜30の引張応力の異方性の評価結果を示す。   Table 5 shows differences in bending stress, removal of excess powder, cohesiveness of excess powder, and dimensional accuracy of the three-dimensional molded objects 1 to 23 and 26 to 30, and tensile stresses of the three-dimensional sintered articles 1 to 23 and 26 to 30. The results of evaluation of directionality are shown.

Figure 2017132246
表5から、実施例1〜23における立体造形物1〜23は、余剰粉の除去性が高く、かつ、余剰粉の凝集性が低く、立体造形物の強度が高いことがわかる。また、立体造形物1〜23を焼結した立体焼結物1〜23は、Z軸方向の強度が高く、X、Y、Z軸における強度の異方性が低い。
Figure 2017132246
From Table 5, it can be seen that the three-dimensional shaped objects 1 to 23 in Examples 1 to 23 have a high ability to remove surplus powder, a low agglomeration property of the surplus powder, and a high strength of the three-dimensional shaped article. The three-dimensional sintered products 1 to 23 obtained by sintering the three-dimensional molded products 1 to 23 have high strength in the Z-axis direction and low strength anisotropy in the X, Y, and Z axes.

これに対して、比較例1では、粉末材料1を用いずに、金属粒子1を用いたため、立体造形物24を作製することができなかった。   On the other hand, in the comparative example 1, since the metal particle 1 was used without using the powder material 1, the three-dimensional structure 24 could not be produced.

比較例2では、有機材料粒子10として、非水溶性のシリコーン樹脂粒子を含む粉末材料24を用いたため、立体造形物25を作製することができなかった。   In Comparative Example 2, since the powder material 24 containing water-insoluble silicone resin particles was used as the organic material particle 10, the three-dimensional structure 25 could not be produced.

比較例3における立体造形物26は、粉末材料1を用いずに、金属粒子1を用い、有機材料粒子1を溶解させた液体材料4を用いたため、強度が低い。また、立体造形物26を焼結した立体焼結物26は、Z軸方向の強度が低く、X、Y、Z軸における強度の異方性が高い。   The three-dimensional structure 26 in Comparative Example 3 has a low strength because the powder material 1 is not used but the metal material 1 is used and the liquid material 4 in which the organic material particles 1 are dissolved is used. The three-dimensional sintered product 26 obtained by sintering the three-dimensional model 26 has low strength in the Z-axis direction and high strength anisotropy in the X, Y, and Z axes.

比較例4における立体造形物27は、有機材料粒子1の含有率が19.4容積%である粉末材料25を用いたため、余剰粉の除去性が低く、かつ、余剰粉の凝集性が高い。   Since the three-dimensionally shaped object 27 in Comparative Example 4 uses the powder material 25 in which the content of the organic material particles 1 is 19.4% by volume, the removal ability of the excess powder is low and the aggregation ability of the excess powder is high.

比較例5における立体造形物28は、有機材料粒子1の含有率が42.5容積%である粉末材料26を用いたため、立体造形物28の余剰粉の除去性が低く、かつ、余剰粉の凝集性が高い。また、立体造形物28を焼結した立体焼結物28は、Z軸方向の強度が低く、X、Y、Z軸における強度の異方性が高い。   Since the three-dimensional structure 28 in Comparative Example 5 uses the powder material 26 in which the content of the organic material particles 1 is 42.5% by volume, the removal ability of the excess powder of the three-dimensional structure 28 is low, and High cohesion. In addition, the three-dimensional sintered product 28 obtained by sintering the three-dimensional model 28 has low strength in the Z-axis direction and high strength anisotropy in the X, Y, and Z axes.

比較例6における立体造形物29は、体積平均粒径が19.8μmの有機材料粒子11を含む粉末材料27を用いたため、立体造形物29の余剰粉の除去性が低い。また、立体造形物29を焼結した立体焼結物29は、Z軸方向の強度が低く、X、Y、Z軸における強度の異方性が高い。   Since the three-dimensional structure 29 in Comparative Example 6 uses the powder material 27 including the organic material particles 11 having a volume average particle diameter of 19.8 μm, the removal ability of the excess powder of the three-dimensional structure 29 is low. The three-dimensional sintered product 29 obtained by sintering the three-dimensional model 29 has a low strength in the Z-axis direction and a high strength anisotropy in the X, Y, and Z axes.

比較例7における立体造形物30は、体積平均粒径が50.3μmの有機材料粒子12を含む粉末材料28を用いたため、立体造形物30の余剰粉の除去性が低い。また、立体造形物30を焼結した立体焼結物29は、Z軸方向の強度が低く、X、Y、Z軸における強度の異方性が高い。   Since the three-dimensional model 30 in Comparative Example 7 uses the powder material 28 including the organic material particles 12 having a volume average particle diameter of 50.3 μm, the removal ability of the excess powder of the three-dimensional model 30 is low. In addition, the three-dimensional sintered product 29 obtained by sintering the three-dimensional model 30 has low strength in the Z-axis direction and high strength anisotropy in the X, Y, and Z axes.

<余剰粉の再利用>
実施例1において立体造形物1の作製時に、造形に使用されなかった余剰粉を採取し、攪拌機で攪拌した後、再利用粉末材料として用い、実施例1と同様にして、立体造形物及び立体焼結物を作製した。
<Reuse of surplus powder>
In Example 1, when producing the three-dimensional structure 1, excess powder that was not used for modeling was collected, stirred with a stirrer, and then used as a reusable powder material. A sintered product was produced.

得られた立体造形物及び立体焼結物について、実施例1と同様にして曲げ応力を評価したところ、実施例1と同等の結果が得られ、余剰粉の再利用が可能であることが確認された。   When the bending stress was evaluated in the same manner as in Example 1 for the obtained three-dimensional modeled object and three-dimensionally sintered product, the same result as in Example 1 was obtained, and it was confirmed that the surplus powder could be reused. It was done.

1 造形用粉末貯留槽(造形槽)
2、2' 供給用粉末貯留槽(供給槽)
3 支持体(ステージ)
4 均し機構(リコーター)
5 インクジェットヘッド
6 粉末落下口
P 粉末材料
L 液体材料
1 Modeling powder storage tank (modeling tank)
2, 2 'supply powder storage tank (supply tank)
3 Support (Stage)
4 Leveling mechanism (recoater)
5 Inkjet head 6 Powder drop port P Powder material L Liquid material

特開2011−230422号公報JP 2011-230422 A 特開2012−125996号公報JP 2012-125996 A

Claims (12)

金属粒子と水溶性の有機材料粒子を含む立体造形用粉末材料であって、
前記有機材料粒子の含有率が、当該立体造形用粉末材料に対し、2容積%以上、18容積%以下であり、
前記有機材料粒子の体積平均粒径が、3μm以上、15μm以下であることを特徴とする立体造形用粉末材料。
A powder material for three-dimensional modeling including metal particles and water-soluble organic material particles,
The content of the organic material particles is 2% by volume or more and 18% by volume or less with respect to the powder material for three-dimensional modeling,
The volume average particle diameter of the organic material particles is 3 μm or more and 15 μm or less, and the three-dimensional modeling powder material.
前記金属粒子の体積平均粒径が、前記有機材料粒子の体積平均粒径に対し、0.5倍以上、3.5倍以下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材料。   3. The three-dimensional modeling powder according to claim 1, wherein the volume average particle size of the metal particles is 0.5 to 3.5 times the volume average particle size of the organic material particles. material. 前記金属粒子の下記式(1)で算出されるアスペクト比(平均値)が、0.85以上である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材料。
アスペクト比(平均値)=(X1×Y1+X2×Y2+・・・+Xn×Yn)/100・・・(1)
但し、Xは、粒子のアスペクト比(短径/長径)であり、Yiは、アスペクト比がXiである粒子の存在率[%]であり、iは1以上、n以下の整数であり、Y1+Y2+・・・+Yn=100である。
The aspect ratio (average value) calculated by the following formula (1) of the metal particles is 0.85 or more, and the three-dimensional modeling powder material according to claim 1 or 2.
Aspect ratio (average value) = (X1 × Y1 + X2 × Y2 +... + Xn × Yn) / 100 (1)
Where X is the aspect ratio (minor axis / major axis) of the particles, Yi is the abundance [%] of the particles having an aspect ratio of Xi, i is an integer of 1 to n, and Y1 + Y2 + ... + Yn = 100.
前記有機材料粒子が、ポリビニルアルコール樹脂を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の立体造形用粉末材料。   The powder material for three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 3, wherein the organic material particles include a polyvinyl alcohol resin. 前記ポリビニルアルコール樹脂は、架橋性官能基を有することを特徴とする請求項4に記載の立体造形用粉末材料。   The three-dimensional modeling powder material according to claim 4, wherein the polyvinyl alcohol resin has a crosslinkable functional group. 請求項1乃至5のいずれかに記載の立体造形用粉末材料と、
水を含む立体造形用液体材料とを含むことを特徴とする立体造形用キット。
Three-dimensional modeling powder material according to any one of claims 1 to 5,
A three-dimensional modeling kit comprising a three-dimensional modeling liquid material containing water.
当該立体造形用液体材料が、さらに架橋剤を含むことを特徴とする請求項6に記載の立体造形用キット。   The three-dimensional modeling kit according to claim 6, wherein the three-dimensional modeling liquid material further contains a crosslinking agent. 請求項1乃至5のいずれかに記載の立体造形用粉末材料を用いて、粉末材料層を形成する粉末材料層形成工程と、
該粉末材料層の所定領域に立体造形用液体材料を付与する液体材料付与工程とを含み、
前記立体造形用液体材料が水を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
A powder material layer forming step of forming a powder material layer using the three-dimensional powder material according to any one of claims 1 to 5,
Including a liquid material application step of applying a three-dimensional modeling liquid material to a predetermined region of the powder material layer,
The method for producing a three-dimensional structure, wherein the three-dimensional structure liquid material contains water.
前記立体造形用液体材料が、さらに架橋剤を含むことを特徴とする請求項8に記載の立体造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional structure according to claim 8, wherein the three-dimensional structure liquid material further contains a crosslinking agent. 前記立体造形用液体材料を付与する際に、インクジェット方式を用いることを特徴とする請求項8又は9に記載の立体造形物の製造方法。   The method for producing a three-dimensional structure according to claim 8 or 9, wherein an ink jet method is used when applying the three-dimensional structure liquid material. 請求項8乃至10のいずれかに記載の立体造形物の製造方法により立体造形物を製造する立体造形物製造工程と、
該立体造形物を焼結して立体焼結物を製造する立体焼結物製造工程とを含むことを特徴とする立体焼結物の製造方法。
A three-dimensional object manufacturing process for manufacturing a three-dimensional object by the method for manufacturing a three-dimensional object according to any one of claims 8 to 10,
A method of manufacturing a three-dimensional sintered product, comprising: a three-dimensional sintered product manufacturing step of manufacturing the three-dimensional sintered product by sintering the three-dimensional modeled product.
請求項1乃至5のいずれかに記載の立体造形用粉末材料を用いて、粉末材料層を形成する粉末材料層形成手段と、
該粉末材料層の所定領域に立体造形用液体材料を付与する液体材料付与手段とを含み、
前記液体材料付与手段がインクジェット方式であることを特徴とする立体造形物の製造装置。
Powder material layer forming means for forming a powder material layer using the powder material for three-dimensional modeling according to any one of claims 1 to 5,
A liquid material applying means for applying a liquid material for three-dimensional modeling to a predetermined region of the powder material layer,
The apparatus for producing a three-dimensional structure, wherein the liquid material applying means is an ink jet system.
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