CN111375757A - 三维造型物的造型材料 - Google Patents

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Abstract

一种三维造型物的造型材料，包含金属粉末和溶剂，长期抑制金属粉末在溶剂中沉降。三维造型物的造型材料含有：金属粉末、环状纤维素衍生物、能够形成卡屋构造的层状硅酸盐、以及溶剂。在包含金属粉末和溶剂的三维造型物的造型材料中，通过作为这样的结构的三维造型物的造型材料，能够长期抑制金属粉末在溶剂中沉降。

Description

三维造型物的造型材料
技术领域
本发明涉及三维造型物的造型材料。
背景技术
在现有技术中，使用了各种各样的三维造型物的制造装置。其中，存在对层进行层叠来制造三维造型物的三维造型物的制造装置。作为这样的三维造型物的制造装置中的三维造型物的造型材料，有时使用包含金属粉末和溶剂的三维造型物的造型材料。例如，在专利文献1中公开了使用包含金属粉末和溶剂的金属浆料来制造三维造型物的三维造型物的制造装置。
专利文献1：日本特开2008-184622号公报
然而，在包含金属粉末和溶剂的三维造型物的造型材料中，由于金属粉末的比重大于溶剂的比重，金属粉末有时会在溶剂中沉降。专利文献1中记载的金属浆料也存在金属粉末在溶剂中沉降的风险。
发明内容
用于解决上述技术问题的本发明的三维造型物的造型材料的特征在于，含有：金属粉末；环状纤维素衍生物；能够形成卡屋构造(card house structure)的层状硅酸盐；以及溶剂。
附图说明
图1是表示能够使用本发明的三维造型物的造型材料的三维造型物制造装置的一例的示意结构图。
图2是表示本发明的三维造型物的造型材料的实施例以及比较例中的粘度相对于剪切速度的流动曲线的图。
附图标记说明
10…层；400…三维造型物制造装置；403…工作台；413…层形成区域；423…振镜激光；461…缸室；465…活塞；469…涂敷辊；475…回收溜槽；477…回收口；M…造型材料。
具体实施方式
首先，关于本发明简要地进行说明。
用于解决上述技术问题的本发明的第一方式的三维造型物的造型材料的特征在于含有：金属粉末、环状纤维素衍生物、能够形成卡屋构造的层状硅酸盐、以及溶剂。
根据本方式，含有环状纤维素衍生物和能够形成卡屋构造的层状硅酸盐。通过含有能够形成卡屋构造的层状硅酸盐，金属粉末进入该卡屋构造的空隙，从而能够抑制金属粉末在溶剂中沉降。此外，一般存在卡屋构造由于振动而瓦解，但通过含有环状纤维素衍生物，该环状纤维素衍生物能够抑制卡屋构造瓦解。因此，能够长期抑制金属粉末在溶剂中沉降。
本发明的第二方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第一方式中，所述层状硅酸盐为蒙皂石。
根据本方式，层状硅酸盐为蒙皂石。通过将蒙皂石作为层状硅酸盐，能够形成适宜的卡屋构造。
本发明的第三方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第一或第二的方式中，所述层状硅酸盐包含蒙脱石以及水辉石中的至少一方。
根据本方式，层状硅酸盐包含蒙脱石以及水辉石中的至少一方。通过将蒙脱石以及水辉石作为层状硅酸盐，能够形成特别适宜的卡屋构造。
本发明的第四方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第一至第三任一项的方式中，所述环状纤维素衍生物为β-环糊精。
根据本方式，环状纤维素衍生物为β-环糊精。通过将β-环糊精作为环状纤维素衍生物，能够适宜地保护层状硅酸盐的卡屋构造。
本发明的第五方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第一至第四任一项的方式中，所述溶剂包含丙二醇。
根据本方式，溶剂包含丙二醇。由于丙二醇与环状纤维素衍生物相容性较好，因此能够适宜地溶解环状纤维素衍生物。
本发明的第六方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第一至第五任一项的方式中，所述三维造型物的造型材料含有所述金属粉末为90体积％以下、且所述环状纤维素衍生物与所述层状硅酸盐的合计在0.039体积％以上且4体积％以下。
根据本方式，由于金属粉末的含有比率和环状纤维素衍生物及层状硅酸盐的含有比率成为适宜，因此能够长期适宜地抑制金属粉末在溶剂中沉降，并且能够提高三维造型物中的金属的纯度。
本发明的第七方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第六方式中，所述三维造型物的造型材料含有所述环状纤维素衍生物与所述层状硅酸盐的合计在0.16体积％以上且0.8体积％以下。
根据本方式，由于环状纤维素衍生物及层状硅酸盐的含有比率成为特别适宜，因此能够长期特别适宜地抑制金属粉末在溶剂中沉降，并且能够特别适宜地提高三维造型物中的金属的纯度。
本发明的第八方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第六或第七的方式中，所述三维造型物的造型材料含有0.026体积％以上的所述层状硅酸盐。
根据本方式，层状硅酸盐的含有量成为适宜，因此能够适宜地形成卡屋构造。
本发明的第九方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第六至第八任一项的方式中，所述三维造型物的造型材料含有0.013体积％以上的所述环状纤维素衍生物。
根据本方式，由于环状纤维素衍生物的含有量成为适宜，因此能够适宜地强化卡屋构造。
本发明的第十方式的三维造型物的造型材料的特征在于，在所述第一至第九任一项的方式中，作为所述金属粉末的粒径的D50在10μm以下。
通过使用粒径小的金属粉末来形成三维造型物能够形成高精度的三维造型物，因此根据本方式，通过使用10μm以下的粒径的金属粉末能够形成高精度的三维造型物。
以下，参照附图说明本发明涉及的实施方式。
三维造型物制造装置
首先，参照图1对于能够使用本发明的三维造型物的造型材料的三维造型物制造装置400的概要进行说明。为了理解三维造型物制造装置400的动作，图1由四个状态图表示。需要说明的是，图中的Z方向为铅垂方向。
图1所示的三维造型物制造装置400，在工作台403的侧边具备收容流动性的造型材料M的缸室461，在缸室461中具有能够沿Z方向升降移动的活塞465。详细将在后面叙述，造型材料M中包含金属粉末、环状纤维素衍生物、能够形成卡屋构造的层状硅酸盐、以及溶剂。
如图1最上面的状态图所示，在图1中的缸室461的左侧上方配置有涂敷辊469，所述涂敷辊469用于向工作台403上的层形成区域413或者向所形成的层10的上面供给造型材料M，并形成预定厚度的涂膜。而且，涂敷辊469构成为能够在以下的范围内移动：从图1最上面的状态图及图1的上面起第二的状态图所示的位置，通过图1的上面起第三的状态图及图1最下面的状态图所示的工作台403上的层形成区域413，直到临近图1中的右侧的回收溜槽475的上方的回收口477的位置为止。
另外，在图1中，虽然除了图1最上面的状态图以外都进行了省略了，但三维造型物制造装置400为具备振镜激光423从而能够向形成于层形成区域413的层10照射激光的结构。振镜激光423为具有激光照射部、用于定位来自激光照射部的激光的多个镜片、以及使激光收束的透镜，从而能够高速、广范围地扫描激光的结构。
这里，对三维造型物制造装置400中的三维造型物的制造的流程进行说明。
在使用三维造型物制造装置400来制造三维造型物的情况下，按照造型材料M的准备、造型材料M的涂敷、造型材料M的熔融的顺序进行作业。以下，说明这些作业的内容。
首先，在流动性组成物的准备中，向缸室461中填充造型材料M所需的量。接着，如图1最上面的状态图及图1的上面起第二状态图所示，使活塞465向上方移动形成一层的层10所需的预定量。另外，在形成一层的层10时的预定高度处设定工作台403，并且使涂敷辊469位于图1最上面的状态图及图1的上面起第二状态图所示的位置处。
接着，在造型材料M的涂敷中，如图1的上面起第三状态图所示，使涂敷辊469从图1最上面的状态图及图1的上面起第二状态图所示的位置向工作台403侧移动。这时，如图1的上面起第三状态图及图1最下面的状态图所示，涂敷辊469以刮取从缸室461的上面突出的部位的造型材料M的方式使造型材料M到达工作台403上，从而在工作台403上填充造型材料M。需要说明的是，涂敷辊469移动到临近工作台403上的层形成区域413的图1中的右侧的回收溜槽475的上方的回收口477的位置为止并向回收溜槽475排出剩余的造型材料M。
接着，在造型材料M的熔融中，使涂敷辊469从层形成区域413上的位置退避到图1最上面的状态图及图1的上面起第二状态图所示的位置，并使用振镜激光423熔融层10中的与三维造型物对应区域的造型材料M。
然后，通过层叠通过进行造型材料M的准备、造型材料M的涂敷、造型材料M的熔融而构成的层10，来制造期望的三维造型物。
此外，能够使用本发明的三维造型物的造型材料M的三维造型物制造装置并非限定于上述三维造型物制造装置400那样的粉末床熔融结合(Powder Bed Fusion)类型的装置。例如，也可以采用使用喷出造型材料M的分配器来形成层10的装置等。通过使用分配器来形成层10，并且层叠通过进行造型材料M的熔融而构成的层10，也可以制造期望的三维造型物。
三维造型物的造型材料
接着，关于三维造型物的造型材料M进行详细地说明。
本发明的三维造型物的造型材料M含有金属粉末、环状纤维素衍生物、能够形成卡屋构造的层状硅酸盐、以及溶剂。这样，通过含有能够形成卡屋构造的层状硅酸盐，层状的晶体之间形成三维的网眼构造，金属粉末进入其构造中的层间，从而能够抑制金属粉末在溶剂中沉降。此外，一般卡屋构造存在由于振动而瓦解的情况，但通过含有环状纤维素衍生物，该环状纤维素衍生物能够抑制卡屋构造瓦解。因此，通过采用这种结构的造型材料M，能够长期抑制金属粉末在溶剂中沉降。卡屋构造是指层状的微小晶体彼此形成三维的网眼构造的三维网络构造。
层状硅酸盐
作为造型材料M中含有的层状硅酸盐，没有特别限定，只要是能够形成卡屋构造的物质即可，但可以适宜使用蒙皂石。因此将蒙皂石作为层状硅酸盐，能够形成适宜的卡屋构造。作为蒙皂石，可以使用蒙脱石、水辉石、贝得石、绿脱石、皂石、锌蒙脱石、铬膨润石、锂蒙脱石以及硅镁石等。
另外，特别地，可以优选使用蒙脱石以及水辉石。因此作为层状硅酸盐包含蒙脱石以及水辉石中的至少一方，能够形成特别适宜的卡屋构造。
环状纤维素衍生物
作为造型材料M中含有的环状纤维素衍生物，可以使用能够作为增稠剂使用的已有的环状纤维素衍生物等，但可以优选使用环糊精。
此外，在环糊精中，也特别优选使用β-环糊精。因此将β-环糊精作为环状纤维素衍生物，能够适宜地保护层状硅酸盐的卡屋构造。
金属粉末
作为造型材料M中含有的金属粉末，没有特别限定，可以使用与不锈钢(SUS)、铝、铁、铜等造型的三维造型物对应的各种各样的金属。另外，关于金属粉末的粒径也没有特别限定。
陶瓷粉末
作为造型材料M中含有的陶瓷粉末，没有特别限定，可以使用与氧化铝、二氧化硅、氧化锆、氧化铍、钛酸钡、钛酸锶、碳化硅等进行造型的三维造型物相对应的各种各样的陶瓷。
另外，也可以与前述的金属粉末混合使用。
另外，作为副成分的粉末，列举有石墨、Ni、Cu、Cr、Mn、Si、Mo、P、S、Nb等合金元素，它们可以单独使用也可以两种以上一起使用。
主要成分的金属粉末和副成分的粉末的混合比可以是90～99.8％/0.2～10％，进一步优选为93～99.5％/0.5～7％。
但是，金属粉末的粒径D50可以优选使用10μm以下。通过使用粒径小的金属粉末形成三维造型物能够形成高精度的三维造型物，因此通过使用D50为10μm以下，能够形成高精度的三维造型物。
溶剂
作为造型材料M中含有的溶剂，没有特别限定，可以自由地组合使用水、各种各样的有机溶剂。但是，溶剂优选包含丙二醇。由于丙二醇与环状纤维素衍生物相容性较好，因此能够适宜地溶解环状纤维素衍生物。
其他结构成分
此外，造型材料M中，除了金属粉末、环状纤维素衍生物、能够形成卡屋构造的层状硅酸盐、以及溶剂之外，还可以含有例如防腐剤等根据需要的其他结构成分。
各结构成分的优选含有量
作为造型材料M的各结构成分的优选含有量，列举有金属粉末为90体积％以下、且环状纤维素衍生物与层状硅酸盐的合计在0.039体积％以上且4体积％以下。因此通过造型材料M的各结构成分采用这样的含有量，金属粉末的含有比率和环状纤维素衍生物及层状硅酸盐的含有比率成为适宜。具体地，通过将环状纤维素衍生物与层状硅酸盐的合计设为0.039体积％以上，能够长期适宜地抑制金属粉末在溶剂中沉降，通过将环状纤维素衍生物与层状硅酸盐的合计设为4体积％以下，能够抑制三维造型物中残留的金属以外的成分过多。
另外，特别地，优选环状纤维素衍生物与层状硅酸盐的合计在0.16体积％以上且0.8体积％以下。由于环状纤维素衍生物及层状硅酸盐的含有比率成为特别适宜，因此能够长期特别适宜地抑制金属粉末在溶剂中沉降，并且能够特别适宜地抑制三维造型物中残留的金属以外的成分过多。
另外，优选含有0.026体积％以上的层状硅酸盐。由于层状硅酸盐的含有量成为适宜，因此能够适宜地形成卡屋构造。
另外，优选含有0.013体积％以上的环状纤维素衍生物。由于环状纤维素衍生物的含有量成为适宜，因此能够适宜地强化卡屋构造。
造型材料M的实施例
接着，关于具体的造型材料M的实施例进行说明。
制作了含有以下成分的实施例1的造型材料M1、实施例2的造型材料M2、实施例3的造型材料M3、实施例4的造型材料M4、比较例1的造型材料MA、以及比较例2的造型材料MB。这里，小数点以下的数值的一部分进行四舍五入来表示。此外，下述的SUMECTON-SWN(商品名称)是蒙皂石，详细地，相当于蒙皂石中的水辉石。
实施例1：造型材料M1
作为金属粉末的SUS的PF-5F(EPSON ATMIX(株式会社)制)：87体积％
作为环状纤维素衍生物的β-环糊精：0.0978体积％
作为层状硅酸盐的SUMECTON-SWN(KUNIMINE工业(株式会社))：0.0652体积％
作为溶剂的丙二醇：9.68体积％
作为溶剂的水：3.19体积％
这里，实施例1的造型材料M1中的环状纤维素衍生物与层状硅酸盐的合计为0.163体积％。
实施例2：造型材料M2
相对于实施例1的造型材料M1，将SUMECTON-SWN的含有量设为0.0261体积％，并与其相应地置换溶剂后的造型材料。
实施例3：造型材料M3
相对于实施例1的造型材料M1，将β-环糊精的含有量设为0.0130体积％，并与其相应地置换溶剂后的造型材料。
实施例4：造型材料M4
相对于实施例1的造型材料M1，将β-环糊精及SUMECTON-SWN的含有量设为0.039体积％，并与其相应地置换溶剂后的造型材料。
比较例1：造型材料MA
相对于实施例1的造型材料M1，将β-环糊精及SUMECTON-SWN的含有量设为0，并与其相应地置换溶剂后的造型材料。
即，比较例1的造型材料MA中不含有环状纤维素衍生物及层状硅酸盐。
比较例2：造型材料MB
相对于实施例1的造型材料M1，将β-环糊精的含有量设为0，并与其相应地置换溶剂后的造型材料。
即，比较例2的造型材料MB中不含有环状纤维素衍生物。
结构粘度评价及沉降评价
关于上述实施例1的造型材料M1、实施例2的造型材料M2、实施例3的造型材料M3、实施例4的造型材料M4、比较例1的造型材料MA、以及比较例2的造型材料MB，进行了结构粘度评价及沉降评价。结构粘度评价由剪切速度变快时有无粘度降低来评价，沉降评价由在将各造型材料M装进容器中并静置后有无固液分离来评价。
其结果，实施例1的造型材料M1具有充分的结构粘度，长时间未产生沉降。另外，实施例2的造型材料M2及实施例3的造型材料M3虽然不及实施例1的造型材料M1的程度，但也具有充分的结构粘度，长时间未产生沉降。实施例4的造型材料M4勉强具有结构粘度，与比较例1的造型材料MA相比抑制了沉降。另外，比较例2的造型材料MB在沉降评价中发生了认为原因是振动的固液分离。另外，在使用氧化铝作为陶瓷粉末来代替作为金属粉末的SUS的PF-5F(EPSON ATMIX公司制造)：87体积％时，也获得了相同的效果。
相对于剪切速度的粘度的流动曲线
实施例5：造型材料M5、比较例3：造型材料MC、比较例4：造型材料MD
图2表示相对于实施例5的造型材料M5、比较例3的造型材料MC、以及比较例4的造型材料MD的剪切速度的粘度的流动曲线。这里，实施例5的造型材料M5是实施例1的造型材料M1中含有不形成卡屋构造的硅粒子的ADMANANO(商品名称)YA010C-SV1((株式会社)Admatechs制)等造型材料M1的类似组成。另外，比较例3的造型材料MC是比较例1的造型材料MA中含有ADMANANO YA010C-SV1等造型材料MA的类似组成。而且，比较例4的造型材料MD是比较例1的造型材料MA中含有β-环糊精及ADMANANO YA010C-SV1等造型材料MA的类似组成。
如图2所示，实施例5的造型材料M5具有对应于为了使静置状态的流体流动而所需的力的屈服值，并且在接近于静置状态等剪切速度较低的状态下的粘度尤其高。即，实施例5的造型材料M5在静置的状态下成为能够有效地抑制作为金属粉末的SUS的沉降的组成。另一方面，比较例3的造型材料MC虽然未测量屈服值的有无，但其本来的粘度较低，无法充分抑制静置状态下的SUS的沉降。而且，比较例4的造型材料MD不具有屈服值，无法充分抑制静置状态下的SUS的沉降。

Claims (10)

1.一种三维造型物的造型材料，其特征在于，含有：
金属粉末；
环状纤维素衍生物；
能够形成卡屋构造的层状硅酸盐；以及
溶剂。
2.根据权利要求1所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述层状硅酸盐为蒙皂石。
3.根据权利要求1或2所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述层状硅酸盐包含蒙脱石以及水辉石中的至少一方。
4.根据权利要求1所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述环状纤维素衍生物为β-环糊精。
5.根据权利要求1所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述溶剂包含丙二醇。
6.根据权利要求1所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述三维造型物的造型材料含有所述金属粉末为90体积％以下、且所述环状纤维素衍生物与所述层状硅酸盐的合计在0.039体积％以上且4体积％以下。
7.根据权利要求6所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述三维造型物的造型材料含有所述环状纤维素衍生物与所述层状硅酸盐的合计在0.16体积％以上且0.8体积％以下。
8.根据权利要求6或7所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述三维造型物的造型材料含有0.026体积％以上的所述层状硅酸盐。
9.根据权利要求6所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
所述三维造型物的造型材料含有0.013体积％以上的所述环状纤维素衍生物。
10.根据权利要求1所述的三维造型物的造型材料，其特征在于，
作为所述金属粉末的粒径的D50在10μm以下。
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