JP2014131879A - Molding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結着剤を介して結着した粒体同士からなる造形物を形成する造形方法に関する。 The present invention relates to a modeling method for forming a modeled article composed of particles bound via a binder.
従来から、造形物を迅速に試作する方法(ラピッドプロトタイピング)として積層造形法が多用されている。積層造形法では、三次元CAD等による造形物のモデルを多数の二次元断面層に分割した後、各二次元断面層に対応する層状構造体を順次作成しつつ積層することによって造形物を形成する。 Conventionally, an additive manufacturing method is frequently used as a method (rapid prototyping) of a prototype quickly. In the additive manufacturing method, after a model of a three-dimensional CAD model is divided into a number of two-dimensional cross-sectional layers, a layered structure corresponding to each two-dimensional cross-sectional layer is sequentially formed and stacked to form a three-dimensional object. To do.
具体的には、例えば特許文献1に記載のように、まず、セラミックや金属等を含む粒体によって層が形成される。次いで、粒体からなる層の一部で粒体同士を結着させるための結着液が、例えばインクジェット式液滴吐出装置によって粒体からなる層に吐出される。そして粒体間の空隙に浸透した結着液がそれの硬化とともに粒体同士を結着させた結着部分によって、上記二次元断面層に対応する層状構造体が形成される。 Specifically, as described in Patent Document 1, for example, first, a layer is formed by particles including ceramic, metal, or the like. Next, a binding liquid for binding the particles to each other in a part of the layer made of the particles is discharged to the layer made of the particles by, for example, an ink jet type droplet discharge device. Then, a layered structure corresponding to the two-dimensional cross-sectional layer is formed by a binding portion in which the binding liquid that has penetrated into the voids between the particles has bonded the particles together with hardening thereof.
以後同様に、これら粒体からなる層の形成と結着液の吐出とが交互に繰り返されることによって、層状構造体を有する層が積層された積層体を形成する。そして、例えば積層体に液体を流すことにより上記未結着部分が除去されて、結着部分の積層体である造形物が形成される。 Thereafter, similarly, the formation of a layer composed of these particles and the discharge of the binding liquid are alternately repeated to form a laminated body in which layers having a layered structure are laminated. Then, for example, the unbound portion is removed by flowing a liquid through the laminated body, and a shaped object that is a laminated body of the bound portion is formed.
ところで、上記方法によれば、下層の結着部分から上層の結着部分が張り出す造形物を形成することもできる。このような張り出し部分を有した造形物では、未結着部分が除去されるまで、未結着部分によって張り出し部分が囲まれている。そして、未結着部分が除去される際に、こうした未結着部分が一度に除去される。そのため、未結着部分を除去するための力が、張り出し部分に集中的に作用することになる。その結果、張り出し部分がこのような力によって変形する虞がある。 By the way, according to the above method, it is also possible to form a shaped article in which the upper binding portion projects from the lower binding portion. In a shaped article having such an overhanging portion, the overhanging portion is surrounded by the unbound portion until the unbound portion is removed. And when an unbound part is removed, such an unbound part is removed at once. Therefore, the force for removing the unbound portion acts on the overhanging portion in a concentrated manner. As a result, the overhanging portion may be deformed by such a force.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、結着剤を介して粒体同士が結着した結着部分を有する層から未結着部分を取り除くことによって造形物を形成する造形方法において張り出し部分が変形することを抑える造形方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to remove a non-bound portion from a layer having a bound portion in which particles are bound to each other via a binder. It is in providing the modeling method which suppresses that an overhang | projection part deform | transforms in the modeling method to form.
この発明は、粒体を含むスラリーからなる層を形成する層形成工程と、前記層の一部に結着液を浸透させた後に該結着液を硬化して、該結着液を介して前記粒体同士が結着した結着部分を前記層に区画する結着工程と、前記結着部分を含む前記層に溶解液を供給して未結着部分を取り除く除去工程とを含み、前記層形成工程と前記結着工程とを交互に繰り返すことにより前記結着部分を含む前記層が積層された積層体を形成した後、前記積層体に対して前記除去工程を施すことにより前記結着部分が積層された造形物を造形する造形方法であって、第k層目(kは1以上の整数)の層における結着部分上から第(k+1)層目の層における結着部分を張り出させるとともに、第一のスラリーを用いて該第k層目の層を形成し、前記溶解液に対する溶解性が前記第一のスラリーよりも高い第二のスラリーを用いて前記第k+1層目の層を形成する。 The present invention provides a layer forming step of forming a layer comprising a slurry containing granules, and the binder liquid is cured after infiltrating a part of the layer, and the binder liquid is cured via the binder liquid. A binding step of partitioning the binding portion where the particles are bound to each other, and a removal step of removing unbound portions by supplying a solution to the layer including the binding portion, After the layer formation step and the binding step are alternately repeated to form a laminated body in which the layers including the binding portion are laminated, the binding step is performed by performing the removing step on the laminated body. A modeling method for modeling a model in which portions are stacked, and a binding portion in a (k + 1) -th layer is stretched from a binding portion in a k-th layer (k is an integer of 1 or more). And forming the k-th layer using the first slurry, and That solubility to form the first k + 1 th layer of the layers using a second slurry is higher than the first slurry.
この発明では、第一のスラリーによって第k層目の層が形成されるとともに、溶解液に対する溶解性が前記第一のスラリーよりも高い第二のスラリーによって、第k+1層目の層が形成される。そして、第k層目の層の結着部分上から第(k+1)層目の層の結着部分が張り出すように積層体が形成された後、該積層体中の未結着部分が溶解液によって取り除かれる。このような構成によれば、第(k+1)層目の未結着部分が取り除かれた後に第k層目の未結着部分が取り除かれる。そのため、第(k+1)層目の未結着部分が溶解液によって取り除かれる間、第k層目の未結着部分によって上記張り出し部分が支持されるようになる。それゆえに、第(k+1)層目の未結着部分を取り除くために必要とされる負荷が第k層目の未結着部分へ分散する分、張り出し部分が変形することを抑えることができる。 In this invention, the kth layer is formed by the first slurry, and the k + 1th layer is formed by the second slurry having higher solubility in the solution than the first slurry. The Then, after the stacked body is formed so that the bound portion of the (k + 1) th layer extends from the bound portion of the kth layer, the unbound portion in the stacked body is dissolved. Removed by liquid. According to such a configuration, after the unbound portion of the (k + 1) th layer is removed, the unbound portion of the kth layer is removed. Therefore, while the unbound portion of the (k + 1) th layer is removed by the solution, the overhanging portion is supported by the unbound portion of the kth layer. Therefore, deformation of the projecting portion can be suppressed by the amount of load necessary for removing the unbound portion of the (k + 1) th layer being distributed to the unbound portion of the kth layer.
この発明は、前記スラリーが、疎水性の粒体と、水系溶媒と、該水系溶媒に溶解した両親媒性ポリマーとを含み、前記溶解液が、前記水系溶媒であることが好ましい。
この発明では、疎水性の粒体と、水系溶媒と、これら疎水性の粒体と水系溶媒とに親和性を有する両親媒性ポリマーとによって、スラリーが構成されている。こうした両親媒性固体ポリマーは、その疎水性も部位において疎水性の粒体と親和性を有するとともに、その親水性の部位において水系溶媒と親和性を有する。このように両親媒性固体ポリマーを介することによって、疎水性の粒体を水系溶媒中に均一に分散させることができるようになる。それゆえに、スラリーを用いて形成された造形物においては、その形成材料たる疎水性の粒体が均一に分布するようになる。また、このようなスラリーからなる層の未結着部分が、スラリーの構成材料である水系溶液によって溶解されるため、積層体から未結着部分を取り除くことが、より容易なものとなる。
In this invention, it is preferable that the slurry includes hydrophobic particles, an aqueous solvent, and an amphiphilic polymer dissolved in the aqueous solvent, and the solution is the aqueous solvent.
In the present invention, a slurry is composed of hydrophobic particles, an aqueous solvent, and an amphiphilic polymer having affinity for the hydrophobic particles and the aqueous solvent. Such an amphiphilic solid polymer has affinity for hydrophobic particles at the site and affinity with an aqueous solvent at the site of hydrophilicity. Thus, by passing through the amphiphilic solid polymer, the hydrophobic particles can be uniformly dispersed in the aqueous solvent. Therefore, in the molded object formed using the slurry, the hydrophobic particles as the forming material are uniformly distributed. In addition, since the unbound portion of the layer made of such a slurry is dissolved by the aqueous solution that is the constituent material of the slurry, it becomes easier to remove the unbound portion from the laminate.
この発明では、前記両親媒性ポリマーが、ポリビニルアルコールであり、前記ポリビニルアルコールの重合度が、600以上1700以下であり、前記第一のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの重合度が、前記第二のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの重合度よりも高いことが好ましい。 In this invention, the amphiphilic polymer is polyvinyl alcohol, the polymerization degree of the polyvinyl alcohol is 600 or more and 1700 or less, and the polymerization degree of the polyvinyl alcohol contained in the first slurry is the second degree. It is preferable that the degree of polymerization of the polyvinyl alcohol contained in the slurry is higher.
ポリビニルアルコールにおける鹸化の度合いが同じであれば、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性は、ポリビニルアルコールにおける重合度に応じて変わる。すなわち、ポリビニルアルコールの重合度が高いほど、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性は低くなる。この点、上記方法によれば、ポリビニルアルコールの重合度が600以上1700以下であって、第一のスラリーにおけるポリビニルアルコールの重合度が第二のスラリーにおけるポリビニルアルコールの重合度よりも高くなる。よって、第(k+1)層目の未結着部分が溶解液によって取り除かれる間、第k層目の未結着部分によって張り出し部分が確実に支持されるようになる。 If the degree of saponification in polyvinyl alcohol is the same, the solubility of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent varies depending on the degree of polymerization in polyvinyl alcohol. That is, the higher the degree of polymerization of polyvinyl alcohol, the lower the solubility of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent. In this regard, according to the above method, the polymerization degree of polyvinyl alcohol is 600 or more and 1700 or less, and the polymerization degree of polyvinyl alcohol in the first slurry is higher than the polymerization degree of polyvinyl alcohol in the second slurry. Therefore, while the unbound portion of the (k + 1) th layer is removed by the solution, the overhanging portion is reliably supported by the unbound portion of the kth layer.
この発明は、前記両親媒性ポリマーは、ポリビニルアルコールであり、前記ポリビニルアルコールの鹸化度は、86以上96以下であり、前記第二のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度は、前記第一のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度よりも高いことが好ましい。 In this invention, the amphiphilic polymer is polyvinyl alcohol, the saponification degree of the polyvinyl alcohol is 86 or more and 96 or less, and the saponification degree of the polyvinyl alcohol contained in the second slurry is the first saponification. It is preferable that the degree of saponification of the polyvinyl alcohol contained in the slurry is higher.
ポリビニルアルコールにおける鹸化度が86以上96以下である場合、鹸化度が高くなるほど、ポリビニルアルコールの結晶化が進み、ポリビニルアルコールが水系溶媒に溶け難くなる。この発明によれば、ポリビニルアルコールの鹸化度が86以上96以下であって、第一のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度が第二のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度よりも高くなる。よって、第(k+1)層目の未結着部分が溶解液によって取り除かれる間、第k層目の未結着部分によって張り出し部分が確実に支持されるようになる。 When the saponification degree in the polyvinyl alcohol is 86 or more and 96 or less, the higher the saponification degree, the more the crystallization of the polyvinyl alcohol proceeds, and the polyvinyl alcohol becomes less soluble in the aqueous solvent. According to this invention, the saponification degree of polyvinyl alcohol is 86 or more and 96 or less, and the saponification degree of polyvinyl alcohol contained in the first slurry is higher than the saponification degree of polyvinyl alcohol contained in the second slurry. Therefore, while the unbound portion of the (k + 1) th layer is removed by the solution, the overhanging portion is reliably supported by the unbound portion of the kth layer.
この発明は、前記結着工程では、前記結着液を液滴にして吐出する液滴吐出法を用いて前記層に前記結着液を浸透させることが好ましい。
この発明によれば、結着部分の形状の精度を高めること、ひいては造形物の形状の精度を高めることができる。
According to the present invention, in the binding step, it is preferable that the binding liquid is infiltrated into the layer using a droplet discharge method in which the binding liquid is discharged as droplets.
According to the present invention, it is possible to increase the accuracy of the shape of the binding portion, and consequently improve the accuracy of the shape of the modeled object.
以下、本発明における造形方法の一実施の形態ついて、図1〜図4を参照して説明する。まず、スラリーの組成について説明する。
本実施の形態のスラリーは、次の3つの材料が混練された懸濁物である。
Hereinafter, an embodiment of a modeling method according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the composition of the slurry will be described.
The slurry of the present embodiment is a suspension in which the following three materials are kneaded.
(A)疎水性粒体
(B)水系溶媒
(C)両親媒性ポリマー
上記疎水性粒体は、スラリーを用いて形成される造形物の主要な構成材料である。疎水性粒体には、疎水性の樹脂の粒体、例えばアクリル樹脂粉末、シリコン樹脂粉末、アクリルシリコン樹脂粉末、ポリエチレン樹脂粉末、及びポリエチレンアクリル酸共重合樹脂粉末を用いることができる。なお、本実施の形態における疎水性粒体とは、100gの水系溶媒に対して1g以上溶解しない粒体のことである。
(A) Hydrophobic granule (B) Aqueous solvent (C) Amphiphilic polymer The hydrophobic granule is a main constituent material of a shaped article formed using a slurry. As the hydrophobic particles, hydrophobic resin particles such as acrylic resin powder, silicon resin powder, acrylic silicon resin powder, polyethylene resin powder, and polyethylene acrylic acid copolymer resin powder can be used. In addition, the hydrophobic particle | grains in this Embodiment are the particle | grains which do not melt | dissolve 1g or more with respect to 100g of aqueous solvents.
上記水系溶媒に対しては、造形物を構成する疎水性粒体の溶解度が上述のように低い。そのため、溶媒への溶解や溶媒の吸収に起因する疎水性粒体の変性が起こり難い。それゆえに、疎水性粒体の飛散を抑制する媒質として好ましい。なお、水系溶媒とは水、及び無機塩の水溶液等の非有機系溶媒を含むものであって、このうち水が水系溶媒として用いられることが好ましい。また、上記水系溶媒は、水に水溶性の有機溶媒を添加したものであってもよい。 With respect to the aqueous solvent, the solubility of the hydrophobic particles constituting the modeled object is low as described above. Therefore, it is difficult for the hydrophobic particles to be modified due to dissolution in the solvent or absorption of the solvent. Therefore, it is preferable as a medium for suppressing scattering of hydrophobic particles. The aqueous solvent includes water and a non-organic solvent such as an aqueous solution of an inorganic salt. Of these, water is preferably used as the aqueous solvent. Further, the aqueous solvent may be one obtained by adding a water-soluble organic solvent to water.
上記両親媒性ポリマーは、上記疎水性粒体とともに造形物を構成する材料である。このポリマーは両親媒性である。このため、親水性の部分による水系溶媒との親和性によって水系溶媒に溶解するとともに、その疎水性の部分による疎水性粒体との親和性によって該疎水性粒体の溶媒中への分散作用を発現する。両親媒性ポリマーとしては、主鎖である炭化水素鎖と、側鎖である親水性の官能基とを有する材料を用いることができる。中でも、直鎖炭化水素鎖を有しているものの、他の材料と比較して親水性が高いポリビニルアルコールを用いることが好ましい。 The amphiphilic polymer is a material that constitutes a shaped object together with the hydrophobic particles. This polymer is amphiphilic. Therefore, the hydrophilic part dissolves in the aqueous solvent due to the affinity with the aqueous solvent, and the hydrophobic part causes the hydrophobic particles to disperse in the solvent by the affinity with the hydrophobic part. To express. As the amphiphilic polymer, a material having a hydrocarbon chain as a main chain and a hydrophilic functional group as a side chain can be used. Among them, it is preferable to use polyvinyl alcohol which has a straight hydrocarbon chain but has higher hydrophilicity than other materials.
上記3つの材料が混練されたスラリー中では、両親媒性ポリマーが有する疎水性の部分によって、疎水性粒体同士が互いに架橋された状態にもなる。すなわち、造形物の形成に際して、スラリーに振動等が与えられたとしても、疎水性の粒体は、粒体間の架橋によって形成された構造中に保持される。このため、粒体の飛散が抑制されるようになる。 In the slurry in which the above three materials are kneaded, the hydrophobic particles are cross-linked with each other by the hydrophobic portion of the amphiphilic polymer. In other words, even when vibration or the like is given to the slurry during formation of the modeled object, the hydrophobic particles are held in the structure formed by crosslinking between the particles. For this reason, scattering of a granular material comes to be suppressed.
また、疎水性粒体は、疎水性の部分において相互作用している両親媒性ポリマーが有する親水性の部分を介して、水系溶媒中に均一に分散される。そのため、こうしたスラリーを用いて形成された造形物においては、形成材料である疎水性粒体が均一に存在することになる。なお、こうした両親媒性ポリマーは、それ自体が造形物の形成材料であるため、造形物の形成時には、形成途中の、あるいは完成した造形物から両親媒性ポリマーを取り除くといった操作を必要としない。 In addition, the hydrophobic particles are uniformly dispersed in the aqueous solvent through the hydrophilic portion of the amphiphilic polymer that interacts in the hydrophobic portion. Therefore, in the molded object formed using such a slurry, the hydrophobic particles as the forming material are present uniformly. In addition, since such an amphiphilic polymer itself is a forming material for a modeled object, an operation of removing the amphiphilic polymer from the modeled object that is being formed or completed is not required when the modeled object is formed.
以下に、(A)疎水性粒体及び(C)両親媒性ポリマーの具体例を記載する。
[(A)疎水性粒体]
疎水性粒体としての粉末樹脂材料は、真球形状の粒体を含有していることが好ましい。これにより、造形物の形状に係る制御性、特に造形物の外形を規定する辺や角部における形状の制御性が向上する。
Specific examples of (A) hydrophobic particles and (C) amphiphilic polymers are described below.
[(A) Hydrophobic granules]
The powder resin material as the hydrophobic particles preferably contains true spherical particles. Thereby, the controllability concerning the shape of the modeled object, particularly the controllability of the shape at the sides and corners that define the outer shape of the modeled object is improved.
また、上記粉末樹脂材料を含有するスラリーを用いて公知の積層造形法により造形物を形成する際には、粉末樹脂材料の粒径が、スラリーにより形成されるスラリー層当りの厚さ以下であることが好ましい。さらには、スラリー層の厚さの2分の1以下であることがより好ましい。これにより、スラリー層における粒体の体積充填率を向上させ、ひいては、造形物の機械的強度を向上させることができる。 Moreover, when forming a modeling thing by the well-known lamination modeling method using the slurry containing the said powder resin material, the particle size of a powder resin material is below the thickness per slurry layer formed with a slurry. It is preferable. Furthermore, it is more preferable that it is 1/2 or less of the thickness of a slurry layer. Thereby, the volume filling rate of the granule in a slurry layer can be improved, and the mechanical strength of a molded article can be improved by extension.
加えて、粉末樹脂材料には、上記粒径の範囲内で、互いに異なる粒径の粒体が含まれていることが好ましい。なお、スラリー中における粒径の分布としては、ガウス分布(正規分布)に近い分散であってもよいし、最大径側あるいは最小径側に粒径分布の最大値を有するような分散(片分散)であってもよい。粉末樹脂材料に含まれる粒体の粒径が単一の値である場合、造形物を形成したときの該粒子の体積充填率は、最密充填時の理論値である69.8%を超えることはなく、実際には50〜60%程度の充填率となる。上述のように、粉末材料中に互いに異なる粒径の粒体が含まれる、言い換えれば粒径が範囲を持って分布するようにすれば、例えば相対的に大きな粒径を有した粒体同士によって形成された空隙に、相対的に粒径の小さい粒体が配置されることによって体積充填率が向上される。これにより、造形物の機械的強度を向上させることができる。 In addition, the powder resin material preferably contains particles having different particle diameters within the above particle diameter range. The particle size distribution in the slurry may be a dispersion close to a Gaussian distribution (normal distribution), or a dispersion having a maximum particle size distribution on the maximum diameter side or the minimum diameter side (single dispersion). ). When the particle size of the particles contained in the powder resin material is a single value, the volume filling rate of the particles when forming a shaped product exceeds 69.8%, which is the theoretical value at the time of closest packing. In fact, the filling rate is about 50 to 60%. As described above, particles having different particle diameters are included in the powder material, in other words, if the particle diameters are distributed with a range, for example, by particles having relatively large particle diameters. The volume filling factor is improved by disposing particles having a relatively small particle diameter in the formed void. Thereby, the mechanical strength of a molded article can be improved.
例えば、上記スラリー層の厚さが100μmである場合、粉末樹脂材料に含まれる粒体の粒径は、100μm以下が好ましく、さらには、平均粒径が20μm〜40μmであって、数μm〜から100μm以下の分散を有しているとより好ましい。 For example, when the thickness of the slurry layer is 100 μm, the particle size of the granules contained in the powder resin material is preferably 100 μm or less, and further, the average particle size is 20 μm to 40 μm, and from several μm to It is more preferable to have a dispersion of 100 μm or less.
上記条件を満たす粉末樹脂を以下に列挙する。
シリコン樹脂粉末材料としては、例えば、トスパール1110(粒径11μm)、トスパール120(粒径2μm)、トスパール130(粒径3μm)、トスパール145(粒径4.5μm)、トスパール2000B(粒径6μm)、トスパール3120(粒径12μm)(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製)(トスパール:登録商標)等が挙げられる。
The powder resins satisfying the above conditions are listed below.
Examples of the silicon resin powder material include Tospearl 1110 (
アクリルシリコン樹脂粉末としては、例えば、シャリーヌR−170S(粒径30μm)(日信化学工業(株)製)(シャリーヌ:登録商標)が挙げられる。
アクリル樹脂としては、例えば、エポスターMA1013(粒径12〜15μm)、エポスターMA1010(粒径8〜12μm)、エポスターMA1006(粒径5〜7μm)((株)日本触媒製)(エポスター:登録商標)が挙げられる。
Examples of the acrylic silicon resin powder include Charine R-170S (particle size: 30 μm) (manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.) (Charine: registered trademark).
As the acrylic resin, for example, Eposter MA1013 (particle size: 12 to 15 μm), Epostor MA1010 (particle size: 8 to 12 μm), Epostor MA1006 (particle size: 5 to 7 μm) (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd.) (Eposter: registered trademark) Is mentioned.
その他、マツモトマイクロスフェアーM−100(粒径5〜20μm)、マツモトマイクロスフェアーS−100(粒径5〜25μm)松本油脂製薬(株)製(マツモトマイクロスフェアー:登録商標)が挙げられる。 In addition, Matsumoto Microsphere M-100 (particle diameter 5 to 20 μm), Matsumoto Microsphere S-100 (particle diameter 5 to 25 μm), manufactured by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd. (Matsumoto Microsphere: registered trademark) can be mentioned. .
ポリエチレン樹脂としては、例えば、フロービーズLE−1080(粒径6μm)、フロービーズLE−2080(粒径11μm)、フロービーズHE−3040(粒径11μm)、フロービーズCL−2080(粒径11μm)(住友精化(株)製)(フロービーズ:登録商標)が挙げられる。
Examples of the polyethylene resin include flow beads LE-1080 (particle size 6 μm), flow beads LE-2080 (
エチレンアクリル酸共重合樹脂としては、フロービーズEA−209(粒径10μm)(住友精化(株)製)が挙げられる。
[(C)両親媒性固体ポリマー]
両親媒性固体ポリマーの好ましい例として、ポリビニルアルコールが挙げられる。ポリビニルアルコールの構造を以下に示す。
Examples of the ethylene acrylic acid copolymer resin include flow beads EA-209 (particle size: 10 μm) (manufactured by Sumitomo Seika Co., Ltd.).
[(C) Amphiphilic solid polymer]
A preferred example of the amphiphilic solid polymer is polyvinyl alcohol. The structure of polyvinyl alcohol is shown below.
(a)まず、酢酸(CH3COOH)とエステル化した構造を有する酢酸ビニル(CH3COOCH=CH2)を重合することによって、ポリ酢酸ビニルを生成する。
(b)ポリ酢酸ビニルのエステル結合を加水分解(鹸化)して、−C=OCH3を−Hに置換する。
(A) First, polyvinyl acetate is produced by polymerizing acetic acid (CH 3 COOH) and vinyl acetate having a structure esterified (CH 3 COOCH═CH 2 ).
(B) Hydrolyze (saponify) the ester bond of polyvinyl acetate to replace —C═OCH 3 with —H.
そのため、ポリビニルアルコールは、上記化学式(1)に示されるように、側鎖に官能基としてヒドロキシル基(−OH)の他に、一部−OC=OCH3基を有している。また、ポリビニルアルコールと総称される物質には、上記加水分解の度合いの違いに起因して、ポリ酢酸ビニルの重合度に対する、ヒドロキシル基の数の比が異なるものが含まれる。こうした重合度に対するヒドロキシル基の数の比の百分率は鹸化度と呼ばれ、ポリビニルアルコールの特性を示す指標として用いられている。 Therefore, as shown in the chemical formula (1), polyvinyl alcohol has a part of —OC═OCH 3 group in addition to a hydroxyl group (—OH) as a functional group in the side chain. Substances collectively referred to as polyvinyl alcohol include substances having different ratios of the number of hydroxyl groups to the degree of polymerization of polyvinyl acetate due to the difference in the degree of hydrolysis. The percentage of the ratio of the number of hydroxyl groups to the degree of polymerization is called the degree of saponification and is used as an indicator of the characteristics of polyvinyl alcohol.
また、ポリビニルアルコールの特性を示す指標としては、上記化学式(1)に示される単位構造、すなわち酢酸ビニルの重合数である重合度も用いられている。
これら重合度及び鹸化度には以下のような傾向がある。
Further, as an index indicating the characteristics of polyvinyl alcohol, the unit structure represented by the chemical formula (1), that is, the degree of polymerization which is the number of polymerization of vinyl acetate is also used.
These polymerization degrees and saponification degrees tend to be as follows.
・重合度が大きい程、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性が低くなる。
・重合度が小さい程、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性が高くなる。
・鹸化度が大きい程、親水性が増大するため、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性が高くなる。
-The higher the degree of polymerization, the lower the solubility of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent.
-The smaller the degree of polymerization, the higher the solubility of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent.
-The higher the degree of saponification, the higher the hydrophilicity, so that the solubility of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent increases.
・鹸化度が小さい程、疎水性が増大するため、ポリビニルアルコールの水系溶媒に対する溶解性が低くなる。
・ただし、鹸化度が100%付近になるとポリビニルアルコールは結晶化しやすくなるため、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性が極端に低くなる。
-Since the hydrophobicity increases as the degree of saponification decreases, the solubility of polyvinyl alcohol in aqueous solvents decreases.
However, since the polyvinyl alcohol is easily crystallized when the saponification degree is around 100%, the solubility of the polyvinyl alcohol in the aqueous solvent becomes extremely low.
次に、上記スラリーを用いた造形方法について、図1〜図4を参照して説明する。図1は、造形方法の各工程を手順に沿って示すとともに、図2〜図4は、上記各工程にて実施される処理を模式的に示している。 Next, a modeling method using the slurry will be described with reference to FIGS. 1 shows each process of a modeling method along a procedure, and FIGS. 2-4 has shown typically the process implemented at each said process.
本実施の形態における造形方法では、まず、犠牲層形成工程(ステップS11:図2(a))にて、例えばガラス基板やプラスチックシート等の基板11上に、例えば厚さが200μmになるように、上記第二のスラリーを塗布する。これにより、第二のスラリーからなる層であり、且つ最下層でもある犠牲層12が形成される。なお、スラリーの塗布には、公知の方法であるスキージ法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、及びスピンコート法等、基板11上に略均一な厚さを有したスラリーの層を形成可能な方法を用いることができる。なお、第二のスラリーを塗布した後、乾燥工程(例えば60℃、3秒間)を設けてもよい。
In the modeling method in the present embodiment, first, in the sacrificial layer forming step (step S11: FIG. 2A), for example, the thickness is set to 200 μm on the
次いで、スラリー層形成工程(ステップS12:(b))にて、厚さが100μmになるように、第一のスラリーを塗布して上記張り出し部が形成される層の直下の層となるスラリー層21aを形成する。なお、スラリー層21aの形成に際しても、犠牲層12の形成時と同様、上記公知の方法を用いることができる。なお、上記犠牲層形成工程と同様に、第一のスラリーを塗布した後、乾燥工程(例えば60℃、3秒間)を設けてもよい。
Next, in the slurry layer forming step (step S12: (b)), a slurry layer that becomes a layer immediately below the layer where the first slurry is applied and the overhanging portion is formed so that the thickness becomes 100 μm. 21a is formed. It should be noted that the above-described known method can be used for forming the
そして、紫外線硬化樹脂滴下工程(ステップS13:図2(c))にて、上記スラリー層21aにおいて造形物20(図3)の一部を形成するための結着部分22aに、液滴吐出装置31から結着液としての紫外線硬化樹脂を含んだUVインクIを吐出する。ここで、スラリー層21a内には、上記ポリビニルアルコールによる疎水性粒体の架橋構造が形成されることによって、疎水性粒体同士は互いに所定の空間を有して配置されている。そのため、スラリー層21aの上方から、該スラリー層21aの表面に向かって吐出されたUVインクIは、上述の空間を通ってスラリー層21aの裏面に到達するようになる。すなわち、結着部分22aの全体にUVインクIが浸透するため、該結着部分22aの強度が向上される。ちなみに、スラリー層21a中のポリビニルアルコールにおける疎水性の領域が、UVインクIに対する親和性を有しているため、UVインクIがスラリー層21a中に浸透しやすくもなる。
Then, in the ultraviolet curable resin dropping step (step S13: FIG. 2 (c)), a droplet discharge device is formed on the binding
その後、紫外線照射工程(ステップS14:図3(a))にて、上記スラリー層21a全体に紫外線Lが照射されることによって、結着部分22aが硬化される。なお、紫外線Lは、スラリー層21aの全体に照射されなくともよく、少なくともスラリー層21aのうちの結着部分22aに照射されればよい。また、紫外線Lの照射は、例えば上記液滴吐出装置31に搭載された紫外線照射装置によって、結着部分22aへのUVインクIの滴下と交互あるいは同時に行うことができる。そして、該液滴吐出装置31とは別に設けられた紫外線照射装置によって、スラリー層毎に行うこと、あるいは複数のスラリー層に対して一度に行うこともできる。
Thereafter, in the ultraviolet irradiation step (step S14: FIG. 3A), the entire portion of the
上述のようなUVインクIの滴下と紫外線Lの照射により硬化された結着部分22aは、造形物20の一部である結着部分である。他方、スラリー層21aにおける結着部分22a以外の未結着部分は、スラリー層21aの直上のスラリー層21bにおいて、積層方向に垂直な方向に張り出した張り出し部を備えつつ形成される結着部分22bを、機械的に支持する未結着部分23aとして機能する。これにより、例えば、図3(b)に示されるように、上層の結着部分22b,22dがそれぞれ下層の結着部分22a,22cから張り出す張り出し部を有する造形物20を形成する場合であっても、張り出し部を支持する未結着部分を別途形成する必要がなくなる。また、張り出し部の下層に第一のスラリーからなる層が存在する状態で造形物20の形成が行われるため、造形物20の形成途中において張り出し部が欠けることを抑制可能となる。なお、上記紫外線硬化樹脂滴下工程と紫外線照射工程とから結着工程が構成される。
The binding
上記スラリー層形成工程(ステップS12)から上記紫外線照射工程(ステップS14)までの3工程は、造形物20を構成する結着部分の全てが形成されるまで繰り返し実施される。例えば、図3(b)に示されるように、造形物20が5層のスラリー層21a,21b,21c,21d,21eから構成される場合、上記3工程が順に5回繰り返される。このように、スラリー層形成工程から紫外線照射工程までの3工程を順に繰り返すことにより、複数の層から構成される積層体を形成することができるため、当該造形方法によって形成される造形物20の形状に係る自由度を高くすることができる。
The three steps from the slurry layer forming step (step S12) to the ultraviolet ray irradiating step (step S14) are repeatedly performed until all of the binding portions constituting the shaped article 20 are formed. For example, as shown in FIG. 3B, when the modeled object 20 is composed of five
造形物20を構成する結着部分22a,22b,22c,22d,22eが全て形成されると、サポート部除去工程(ステップS15:図4(a)(b))にて、各スラリー層からなる積層体から、未結着部分23a,23b,23c,23d,23eが溶解液によって除去される。これら未結着部分23a,23b,23c,23d,23eの除去は、上記基板11とともに積層体を水中に浸漬したり、積層体に水を所定の圧力で吹き付けたりして溶解させることにより行うことができる。これにより、積層方向に垂直な方向に張り出す張り出し部を有した造形物を形成することができる。
When all of the
ところで、上記造形方法によれば、下層の結着部分から上層の結着部分が張り出す造形物を形成することができる。このような張り出し部分を有した造形物では、未結着部分が除去されるまで、未結着部分によって張り出し部分が囲まれている。そして、未結着部分が除去される際に、こうした未結着部分が一度に除去されることになる。そのため、未結着部分を除去するための力が、張り出し部分に集中的に作用することになる。その結果、張り出し部分がこのような力によって変形する虞がある。 By the way, according to the modeling method described above, it is possible to form a modeled object in which the upper binding portion projects from the lower binding portion. In a shaped article having such an overhanging portion, the overhanging portion is surrounded by the unbound portion until the unbound portion is removed. And when an unbound part is removed, such an unbound part will be removed at once. Therefore, the force for removing the unbound portion acts on the overhanging portion in a concentrated manner. As a result, the overhanging portion may be deformed by such a force.
そこで、本実施の形態では、張り出し部の変形を抑えるべく、張り出し部を含むスラリー層21b,21dを形成するためのスラリーと、該スラリー層の下地となるスラリー層21a,21cを形成するためのスラリーとが、互いに異なるスラリーによって形成されている。詳述すると、上記溶解液に対する溶解性が相対的に低い第一のスラリーによって、スラリー層21a,21cが形成され、上記溶解液に対する溶解性が相対的に高い第二のスラリーによって、スラリー層21b,21dが形成される。
Therefore, in the present embodiment, in order to suppress the deformation of the overhanging portion, the slurry for forming the slurry layers 21b and 21d including the overhanging portion and the slurry layers 21a and 21c serving as the foundation of the slurry layer are formed. The slurry is formed of different slurries. More specifically, slurry layers 21a and 21c are formed by the first slurry having relatively low solubility in the solution, and the
上述のように互いに異なる溶解性を得るためには、例えば、ポリビニルアルコールの重合度が、600以上1700以下であって、第一のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの重合度が、第二のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの重合度よりも高い構成であればよい。上述したように、ポリビニルアルコールにおける鹸化の度合いが同じであれば、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性は、ポリビニルアルコールにおける重合度に応じて変わる。すなわち、ポリビニルアルコールの重合度が高いほど、水系溶媒に対するポリビニルアルコールの溶解性は低くなる。 In order to obtain different solubility as described above, for example, the polymerization degree of polyvinyl alcohol is 600 or more and 1700 or less, and the polymerization degree of polyvinyl alcohol contained in the first slurry is in the second slurry. What is necessary is just a structure higher than the polymerization degree of the polyvinyl alcohol contained. As described above, if the degree of saponification in polyvinyl alcohol is the same, the solubility of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent varies depending on the degree of polymerization in polyvinyl alcohol. That is, the higher the degree of polymerization of polyvinyl alcohol, the lower the solubility of polyvinyl alcohol in an aqueous solvent.
また、上述のように互いに異なる溶解性を得るためには、例えば、ポリビニルアルコールの鹸化度が、86以上96以下であって、第二のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度が、前記第一のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度よりも高い構成であればよい。上述したように、ポリビニルアルコールにおける鹸化度が86以上96以下である場合、鹸化度が高くなるほど、ポリビニルアルコールの結晶化が進み、ポリビニルアルコールが水系溶媒に溶け難くなる。 In order to obtain different solubility as described above, for example, the saponification degree of polyvinyl alcohol is 86 or more and 96 or less, and the saponification degree of polyvinyl alcohol contained in the second slurry is Any structure may be used as long as the degree of saponification of the polyvinyl alcohol contained in the slurry is higher. As described above, when the degree of saponification in polyvinyl alcohol is 86 or more and 96 or less, the higher the degree of saponification, the more the crystallization of polyvinyl alcohol proceeds and the polyvinyl alcohol becomes less soluble in an aqueous solvent.
そして、上記第一のスラリー及び第二のスラリーによれば、溶解液の一例である水が上記積層体に供給されると、図4(a)に示されるように、まず未結着部分23b,23d,23eが溶解する。続いて、図4(b)に示されるように、未結着部分23a,23cが徐々に溶解する。そのため、スラリー層21b,21dの未結着部分が取り除かれる間に、スラリー層21a,21cの未結着部分によって張り出し部分が支持されるようになる。その結果、スラリー層21b,21dの未結着部分を取り除くために必要とされる負荷が、スラリー層21a,21cの未結着部分へ分散する。それゆえに、スラリー層21b,21dの未結着部分を取り除くために必要とされる負荷が張り出し部分に集中する場合と比較して、張り出し部分が変形することを抑えることができる。
And according to said 1st slurry and 2nd slurry, when the water which is an example of a solution is supplied to the said laminated body, as shown to Fig.4 (a), first, the
なお、未結着部分23b,23dを溶解する際の溶解液の温度は、好ましくは、第一のスラリーの溶解度と第二のスラリーの溶解度の差が相対的に大きい温度である。このような方法であれば、未結着部分23b,23dを先行して溶解するときに、未結着部分23a,23cを、より確実に残すことが可能である。
Note that the temperature of the solution when dissolving the unbound
上記条件を満たす第一のスラリーと第二のスラリーの組み合わせを以下に例示する。
第一のスラリーを構成するポリビニルアルコールとしては、ポバールJM−17L(重合度1700、鹸化度95.0〜97.0(96))(日本酢ビ・ポバール(株)製)等が挙げられる。第二のスラリーを構成するポリビニルアルコールとしては、ポバールJP−10(重合度1000、鹸化度86.0〜90.0(88))、ポバールJP−15(重合度1500、鹸化度86.0〜90.0(88))(日本酢ビ・ポバール(株)製)等が挙げられる。そして、上記(A)疎水性粒体としては、シャリーヌR−170Sを、(B)水系溶媒としては水を、(C)両親媒性ポリマーとしてポバールJM−17LまたはポバールJP−10を用い、これらの材料を以下の割合で配合すると好ましい。
(A):(B):(C)=7:3.1:0.22(単位g)
なお、造形物において疎水性粒体の充填率が高くなるほど、該造形物における機械的な強度が高められる。それゆえに、造形物の機械的な強度を高める上では、疎水性粒体が最密に充填されるべく、最密に充填された疎水性粒体の隙間よりも水系溶媒及び両親媒性ポリマーが占める体積が小さくなるような配合比が好ましい。
Examples of combinations of the first slurry and the second slurry that satisfy the above conditions are given below.
Examples of the polyvinyl alcohol constituting the first slurry include Poval JM-17L (polymerization degree 1700, saponification degree 95.0 to 97.0 (96)) (manufactured by Nihon Acetate / Poval). As the polyvinyl alcohol constituting the second slurry, POVAL JP-10 (degree of polymerization 1000, degree of saponification 86.0-90.0 (88)), POVAL JP-15 (degree of polymerization 1500, degree of saponification 86.0) 90.0 (88)) (Nippon Vinegar-Poval Co., Ltd.). And (A) Charine R-170S is used as the hydrophobic particles, (B) water is used as the aqueous solvent, (C) Poval JM-17L or Poval JP-10 is used as the amphiphilic polymer. These materials are preferably blended in the following proportions.
(A) :( B) :( C) = 7: 3.1: 0.22 (unit: g)
In addition, the mechanical strength in this modeling thing is raised, so that the filling rate of the hydrophobic granule becomes high in a modeling thing. Therefore, in order to increase the mechanical strength of the molded article, the aqueous solvent and the amphiphilic polymer are more than the gaps between the closely packed hydrophobic particles so that the hydrophobic particles are packed closest. A blending ratio that reduces the volume occupied is preferable.
また、未結着部分除去工程に用いられ、未結着部分23a,23c,23d,23eを溶解させた水には、各未結着部分を構成していた疎水性粒体が含まれている。このため、上述のように水に溶解し難い疎水性粒体は、上記未結着部分除去工程に続いて上記水を濾過等する疎水性粒体の抽出工程を設けることによって、抽出することができるようになる。こうして抽出された疎水性粒体は、スラリーの構成材料として再利用することができる。
Further, the water in which the unbound
[実施例]
次に、上記第一のスラリー及び第二のスラリーのより具体的な構成を、実施例を挙げて説明する。
[Example]
Next, more specific configurations of the first slurry and the second slurry will be described with reference to examples.
(C)各種両親媒性ポリマーとして、重合度あるいは鹸化度が互いに異なる8種類のポリビニルアルコールを用いた。これらのポリビニルアルコールについて、水温20℃の水に溶解させたときの溶解時間と、水温60℃の温水に溶解させたときの溶解時間とを評価した。なお、溶解時間の評価は、各ポリビニルアルコールの水溶液を流延して室温にて乾燥した100μmの厚みを有するフィルムを水温20℃の水及び水温60℃の温水に浸漬し、それぞれの溶断時間を測定することにより行った。上記8種類のポリビニルアルコールのうち、重合度が600である4種類のスラリーの溶解時間を表1に示す。また、重合度が1700である残りの4種類のスラリーの溶解時間を表2に示す。 (C) As various amphiphilic polymers, eight kinds of polyvinyl alcohols having different degrees of polymerization or saponification were used. These polyvinyl alcohols were evaluated for dissolution time when dissolved in water at a water temperature of 20 ° C. and dissolution time when dissolved in warm water at a water temperature of 60 ° C. The dissolution time was evaluated by immersing a film having a thickness of 100 μm, which was cast at room temperature after casting an aqueous solution of each polyvinyl alcohol, in water having a water temperature of 20 ° C. and warm water having a water temperature of 60 ° C. This was done by measuring. Table 1 shows dissolution times of four kinds of slurries having a polymerization degree of 600 among the above eight kinds of polyvinyl alcohols. Table 2 shows the dissolution times of the remaining four types of slurry having a polymerization degree of 1700.
一方、表2に示されるように、水温20℃の水に重合度が1700のポリビニルアルコールを溶解させたときには、その鹸化度が90から96に上がっていくと、結晶化の影響により、溶解時間が62秒から650秒へと大幅に長くなることが認められた。すなわち、重合度が600のときと同様に、鹸化度が結晶化開始前後の範囲にあるときには、鹸化度を低くすることによって水温20℃の水に対する溶解時間を短縮できることが認められた。しかし、水温60℃の温水に重合度が1700のポリビニルアルコールを溶解させたときには、その鹸化度が90から96に上がっていったとしても、重合度が600のときと同様に、結晶化の影響をほとんど受けないことが認められた。すなわち、各鹸化度に対する溶解時間がいずれも23秒乃至25秒となって鹸化度の高低に依存しなくなるとともに、水温20℃の水に対する場合よりも溶解時間が大幅に短縮されることが認められた。また、重合度の高低によらず、各水温の水に対する溶解時間は同じような傾向を示すものの、鹸化度毎に評価すると水温の高低によらず低重合度の方が、溶解時間が短い、換言すると溶解性が高いことが認められた。 On the other hand, as shown in Table 2, when polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 1700 was dissolved in water at a water temperature of 20 ° C., the dissolution time increased from 90 to 96 due to the effect of crystallization. Was found to be significantly longer from 62 seconds to 650 seconds. That is, as in the case of the polymerization degree of 600, when the saponification degree is in the range before and after the start of crystallization, it was confirmed that the dissolution time in water at a water temperature of 20 ° C. can be shortened by lowering the saponification degree. However, when polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 1700 is dissolved in hot water having a water temperature of 60 ° C., the effect of crystallization is the same as when the polymerization degree is 600, even if the saponification degree is increased from 90 to 96. It was found that they received almost no. That is, it is recognized that the dissolution time for each degree of saponification is 23 to 25 seconds and does not depend on the degree of saponification, and that the dissolution time is significantly shortened compared to the case of water at a water temperature of 20 ° C. It was. In addition, the dissolution time in water at each water temperature shows the same tendency regardless of the degree of polymerization, but when evaluated for each saponification degree, the lower polymerization degree is shorter regardless of the water temperature, In other words, high solubility was observed.
以上により、鹸化度が結晶化開始前後の範囲にあるときには、重合度及び鹸化度が低いポリビニルアルコールを第二のスラリーに用い、重合度及び鹸化度が高いポリビニルアルコールを第一のスラリーに用いることにより、水に対する溶解性の高低差を大きくできる。また併せて、第二のスラリーを溶解する際には、相対的に温度が高い水を用い、第一のスラリーを溶解するに際には、相対的に温度が高い水を用いることが望ましい。こうすることにより、まず高溶解性のポリビニルアルコールのみを確実に溶解させて、低溶解性のポリビニルアルコールを確実に残存させることができる。 As described above, when the degree of saponification is in the range before and after the start of crystallization, polyvinyl alcohol having a low degree of polymerization and saponification is used for the second slurry, and polyvinyl alcohol having a high degree of polymerization and saponification is used for the first slurry. Thus, the difference in solubility in water can be increased. In addition, it is desirable to use water having a relatively high temperature when dissolving the second slurry and to use water having a relatively high temperature when dissolving the first slurry. By so doing, only the highly soluble polyvinyl alcohol can be surely dissolved, and the low solubility polyvinyl alcohol can be reliably left.
なお、鹸化度が98以上であれば、ポリビニルアルコールが完全に結晶化する完全鹸化状態となる。また鹸化度が91.5以上97.5以下であれば、ポリビニルアルコールの結晶化が起こっているものの、上記完全鹸化にまでは至っていない中間鹸化状態となり、鹸化度が70以上90以下であれば、結晶化が起こっていない部分鹸化状態となる。 If the degree of saponification is 98 or more, it will be in a completely saponified state in which polyvinyl alcohol is completely crystallized. Further, if the saponification degree is 91.5 or more and 97.5 or less, although crystallization of polyvinyl alcohol has occurred, the intermediate saponification state has not reached the above-mentioned complete saponification, and if the saponification degree is 70 or more and 90 or less. Thus, a partially saponified state in which no crystallization occurs is obtained.
本実施の形態では、ポリビニルアルコールの鹸化度の一例として86以上96以下を例示した。すなわち、第二のスラリーに用いられるポリビニルアルコールの一例として、部分鹸化の状態にあるポリビニルアルコール製品(例えば、ポバールJP−10(鹸化度86.0〜90.0)、ポバールJP−15(鹸化度86.0〜90.0)(日本酢ビ・ポバール(株)製)等)を示した。また、第一のスラリーに用いられるポリビニルアルコールの一例として、中間鹸化の状態にあるポリビニルアルコール製品(例えば、ポバールJM−17L(鹸化度95.0〜97.0(96))(日本酢ビ・ポバール(株)製)等)を示した。このような鹸化度の範囲であれば、ポリビニルアルコールの結晶化が鹸化度ごとに大幅に異なる、すなわち溶解液に対する溶解性が鹸化度ごとに大きく異なる。そのため、高溶解性のポリビニルアルコールのみを確実に溶解させて、低溶解性のポリビニルアルコールを、より確実に残存させることができる。 In the present embodiment, 86 to 96 is exemplified as an example of the degree of saponification of polyvinyl alcohol. That is, as an example of the polyvinyl alcohol used in the second slurry, polyvinyl alcohol products in a partially saponified state (for example, POVAL JP-10 (degree of saponification 86.0-90.0), POVAL JP-15 (degree of saponification)) 86.0-90.0) (Nippon Vinegar-Poval Co., Ltd.) and the like. Moreover, as an example of the polyvinyl alcohol used in the first slurry, a polyvinyl alcohol product in an intermediate saponified state (for example, Poval JM-17L (degree of saponification 95.0 to 97.0 (96)) ( Poval Co., Ltd.)). Within this range of saponification degree, the crystallization of polyvinyl alcohol varies greatly depending on the degree of saponification, that is, the solubility in the solution varies greatly depending on the degree of saponification. Therefore, only the highly soluble polyvinyl alcohol can be reliably dissolved, and the low solubility polyvinyl alcohol can be more reliably left.
以上説明したように、本実施の形態における造形方法によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
(1)水系溶媒である水と、疎水性粒体である樹脂の粒体と、両親媒性ポリマーであるポリビニルアルコールとからスラリーを構成するようにした。これにより、造形物20を形成する樹脂粒体が、水及びポリビニルアルコールとともに混合されることによって、懸濁液であるスラリー中に存在する。また、当該スラリーにおいては、ポリビニルアルコールにおける炭化水素鎖が樹脂粒体と親和性を有するため、粒体同士がポリビニルアルコールを介して繋がれた状態にある。つまり、樹脂粒体同士は、互いに独立した状態にあるのではなく、ポリビニルアルコールの介在によって互いに架橋された状態にある。そのため、造形物20の形成過程においても、樹脂粒体は粒体間の架橋によって形成された構造中に保持される。したがって、粒体の飛散が抑制されるようになる。
As described above, according to the modeling method in the present embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) A slurry was formed from water as an aqueous solvent, resin particles as hydrophobic particles, and polyvinyl alcohol as an amphiphilic polymer. Thereby, the resin granule which forms the molded article 20 exists in the slurry which is a suspension by being mixed with water and polyvinyl alcohol. Moreover, in the said slurry, since the hydrocarbon chain | strand in polyvinyl alcohol has affinity with a resin particle, it exists in the state with which the particle | grains were connected via polyvinyl alcohol. That is, the resin particles are not in an independent state, but are in a state of being cross-linked with each other through the intervention of polyvinyl alcohol. Therefore, also in the formation process of the molded article 20, the resin particles are held in a structure formed by cross-linking between the particles. Therefore, scattering of the particles is suppressed.
(2)また、ポリビニルアルコールの有するヒドロキシル基が水と親和性を有するため、樹脂粒体は、ポリビニルアルコールを介して水中に分散された状態になる。そのため、樹脂粒体は、ポリビニルアルコールを介することによって、水中に均一に分散することが可能になる。それゆえに、こうしたスラリーを用いて形成された造形物20においては、その形成材料である樹脂粒体が均一に存在するようになる。 (2) Moreover, since the hydroxyl group which polyvinyl alcohol has has affinity with water, a resin particle will be in the state disperse | distributed in water through polyvinyl alcohol. For this reason, the resin particles can be uniformly dispersed in water through the polyvinyl alcohol. Therefore, in the molded article 20 formed using such a slurry, the resin particles that are the forming material are uniformly present.
(3)第一のスラリーによって第k層目(kは1以上の整数)の層が形成されるとともに、溶解液に対する溶解性が第一のスラリーよりも高い第二のスラリーによって、第k+1層目の層が形成される。そして、第k層目の層の結着部分22a,22c上から第(k+1)層目の層の結着部分22b,22dが張り出すように積層体が形成された後、該積層体中の未結着部分23b,23dが溶解液によって先に取り除かれる。このような構成によれば、第(k+1)層目の未結着部分が取り除かれた後に第k層目の未結着部分が取り除かれる。そのため、第(k+1)層目の未結着部分23b,23dが溶解液によって取り除かれる間、第k層目の未結着部分23a,23cによって張り出し部分が支持されるようになる。それゆえに、第(k+1)層目の未結着部分23b,23dを取り除くために必要とされる負荷が第k層目の未結着部分23a,23cへ分散する分、張り出し部分が変形することを抑えることができる。
(3) The k + 1-th layer is formed by the second slurry having a k-th layer (k is an integer of 1 or more) formed by the first slurry and having higher solubility in the solution than the first slurry. An eye layer is formed. Then, after the stacked body is formed so that the binding
(4)粒体の飛散を抑制する溶媒として、水を用いるようにしているため、粒体が溶媒に溶解することや、粒体が溶媒を吸収して膨潤することに起因して、粒体が変性することを抑制することができる。 (4) Since water is used as a solvent for suppressing the scattering of the particles, the particles are dissolved in the solvent, or the particles are swollen by absorbing the solvent. Can be prevented from being denatured.
(5)加えて、ポリビニルアルコールが造形物の構成材料であるため、造形物20を形成するに際してスラリーからポリビニルアルコールを別途取り除く必要もない。
(6)両親媒性固体ポリマーとしてポリビニルアルコールを使用し、その重合度を600以上1700以下とするとともに、第一のスラリーが含むポリビニルアルコールの重合度が、第二のスラリーが含むポリビニルアルコールの重合度よりも高くなるようにした。これにより、第一のスラリーが水系溶媒に溶解する溶解性は、第二のスラリーが同水系溶媒に溶解する溶解性よりも、確実に低くなる。それゆえに、第二のスラリーからなる未結着部分を、第一のスラリーからなる未結着部分よりも先に、確実に溶解することができる。
(5) In addition, since polyvinyl alcohol is a constituent material of the modeled object, it is not necessary to separately remove polyvinyl alcohol from the slurry when the modeled object 20 is formed.
(6) Polyvinyl alcohol is used as the amphiphilic solid polymer, and the degree of polymerization is 600 or more and 1700 or less, and the degree of polymerization of polyvinyl alcohol contained in the first slurry is the polymerization of polyvinyl alcohol contained in the second slurry. To be higher than the degree. This ensures that the solubility of the first slurry in the aqueous solvent is lower than the solubility of the second slurry in the aqueous solvent. Therefore, the unbound portion made of the second slurry can be surely dissolved before the unbound portion made of the first slurry.
(7)両親媒性ポリマーとしてポリビニルアルコールを使用し、その鹸化度を86以上96以下とするとともに、第一のスラリーが含むポリビニルアルコールの鹸化度が、第二のスラリーが含むポリビニルアルコールの鹸化度よりも高くなるようにした。これにより、鹸化度の下限値をポリビニルアルコールの結晶化が発生する前の86としたためスラリーの水系溶媒に対する溶解性を高めるとともに、鹸化度の上限値を上記結晶化が進行している96としたため溶解性を低めることもできる。さらに、第一のスラリーが水系溶媒に溶解する溶解性を第二のスラリーが同水系溶媒に溶解する溶解性よりも低く抑えることもできる。それゆえに、第二のスラリーからなる層と第一のスラリーからなる層とにおける上記造形物の非構成部分の溶解性に意図的に差をつけることができるようになる。 (7) Polyvinyl alcohol is used as the amphiphilic polymer, the saponification degree is 86 to 96, and the saponification degree of the polyvinyl alcohol contained in the first slurry is the saponification degree of the polyvinyl alcohol contained in the second slurry. To be higher. As a result, the lower limit of the saponification degree was set to 86 before crystallization of polyvinyl alcohol, so that the solubility of the slurry in an aqueous solvent was increased, and the upper limit value of the saponification degree was set to 96 because the crystallization was progressing. Solubility can also be lowered. Further, the solubility of the first slurry in the aqueous solvent can be suppressed to be lower than the solubility of the second slurry in the aqueous solvent. Therefore, it is possible to intentionally make a difference in the solubility of the non-constituting portion of the shaped article in the layer made of the second slurry and the layer made of the first slurry.
(8)粒体同士を結合させる結着液を液滴にして吐出する液滴吐出法を用いて、スラリーによって形成された層に結着液を浸透させた。これにより、結着部分の形状の精度を高めることができ、ひいては、上記造形物の形状の精度をさらに高めることができるようにもなる。 (8) The binding liquid was infiltrated into the layer formed of the slurry by using a droplet discharge method in which the binding liquid for bonding the particles to each other was discharged as droplets. Thereby, the precision of the shape of a binding part can be raised and by extension, the precision of the shape of the said molded object can also be raised further.
なお、上記実施の形態は、以下のように適宜変更して実施することも可能である。
・上記結着液は、紫外線硬化樹脂を含むUVインクIに限らず、熱硬化樹脂を含む液状体に具現化することもできる。このようにしても、上記(1)〜(9)と同様な効果を得ることができる。
It should be noted that the above embodiment can be implemented with appropriate modifications as follows.
The binding liquid is not limited to the UV ink I containing an ultraviolet curable resin, but can be embodied in a liquid material containing a thermosetting resin. Even if it does in this way, the effect similar to said (1)-(9) can be acquired.
・スラリーによって形成された層に液滴吐出法を用いて結着液を供給するようにしたが、これを変更して、スクリーン印刷法を用いて結着液を供給するようにしてもよい。このような方法であっても、上記(1)〜(8)と同様な効果を得ることができる。 The binder liquid is supplied to the layer formed by the slurry using the droplet discharge method, but this may be changed and the binder liquid may be supplied using the screen printing method. Even if it is such a method, the effect similar to said (1)-(8) can be acquired.
・ポリビニルアルコールの結晶化が起こる鹸化度よりも鹸化度が低い領域では、第一のスラリーの鹸化度を低くし、且つ第二のスラリーの鹸化度を高くするようにしてもよい。このようにしても、ポリビニルアルコールが同温の水に溶解する溶解性の高低を意図的に選択することができる。それゆえに、上記(1)〜(7)と同様な効果を得ることができる。 In the region where the saponification degree is lower than the saponification degree at which crystallization of polyvinyl alcohol occurs, the saponification degree of the first slurry may be lowered and the saponification degree of the second slurry may be raised. Even if it does in this way, the high and low solubility which can dissolve polyvinyl alcohol in the water of the same temperature can be selected intentionally. Therefore, the same effects as the above (1) to (7) can be obtained.
・ポリビニルアルコールの重合度が300以上1000以下であってもよい。
ポリビニルアルコールは、重合度が大きいものほど、それを含む構造体の機械的強度が増大する一方、水系溶媒に対する溶解度は低下する。スラリーからなる単一層における機械的強度に鑑みれば、スラリーに含まれるポリビニルアルコールの重合度をより大きくすることが好ましい。しかし、単一層を積層することによって造形物を形成するとなれば、重合度の増大によってポリビニルアルコールの溶解度が低下する。そのため、隣接する単一層の接合面における接着性が低下し、層間における機械的強度が低下することとなる。
-The polymerization degree of polyvinyl alcohol may be 300 or more and 1000 or less.
As the degree of polymerization of polyvinyl alcohol increases, the mechanical strength of the structure containing the polyvinyl alcohol increases, while the solubility in aqueous solvents decreases. In view of the mechanical strength of the single layer made of the slurry, it is preferable to increase the degree of polymerization of the polyvinyl alcohol contained in the slurry. However, if a model is formed by laminating a single layer, the solubility of polyvinyl alcohol decreases due to an increase in the degree of polymerization. Therefore, the adhesiveness in the joint surface of an adjacent single layer will fall, and the mechanical strength between layers will fall.
この点、スラリーに含まれる水系溶媒が水であるときに、ポリビニルアルコールの重合度を300以上1000以下とすれば、スラリーからなる層内の機械的強度と層間の接着性との両立が可能である。このようにしても、上記(1)〜(6)と同様な効果を得ることができる。 In this respect, when the water-based solvent contained in the slurry is water, if the degree of polymerization of polyvinyl alcohol is 300 or more and 1000 or less, it is possible to achieve both the mechanical strength in the slurry layer and the adhesion between the layers. is there. Even if it does in this way, the effect similar to said (1)-(6) can be acquired.
・各スラリー層21a,21b,21c,21d,21eを形成した後に、該スラリー層21a,21b,21c,21d,21eを乾燥する乾燥工程を設けるようにしてもよい。また、乾燥に際しては、スラリー層21a,21b,21c,21d,21eに含まれる水を完全に乾燥させてもよいし、スラリー層21a,21b,21c,21d,21eの水分含有量が大気中で変わらない状態となるようにしてもよい。すなわち、スラリー層21a,21b,21c,21d,21eと大気とが平衡状態となるようにしてもよい。なお、スラリー層21a,21b,21c,21d,21eを完全に乾燥させても、下層のスラリー層中のポリビニルアルコールが、上層のスラリー層中の水に溶解することによって層間の接着性は維持され、層間における機械的強度が確保される。
-After forming each
・造形物20は、5層のスラリー層21a,21b,21c,21d,21eによって形成されるものを例示した。これに限らず、造形物20を構成する層の数は、二以上の任意の数とすることができる。また、各スラリー層に形成される構造物の形状も任意である。
-Modeled object 20 illustrated what was formed by five layers of
・樹脂粒体は、造形物20の形状制御が可能であれば、真球以外の形状、例えば楕円体形状等をなしていてもよい。
・紫外線硬化樹脂と同系でない、あるいは同系の材料が表面に導入されていない疎水性粒子を用いてもよい。
-If the shape control of the molded article 20 is possible, the resin granule may have a shape other than a true sphere, for example, an ellipsoidal shape.
-Hydrophobic particles that are not the same as the ultraviolet curable resin or in which the same material is not introduced to the surface may be used.
・スラリーには、例えばアセテート繊維等の繊維材料を含有させてもよい。これにより、スラリーを用いて形成した造形物の機械的強度を向上させることができる。
・両親媒性ポリマーはポリビニルアルコールに限らず、疎水性粒体の間に介在してこれらを繋ぐとともに、該疎水性粒体を水系溶媒中に均一に分散可能な両親媒性ポリマーであればよい。
-You may make a slurry contain fiber materials, such as an acetate fiber, for example. Thereby, the mechanical strength of the molded article formed using the slurry can be improved.
-The amphiphilic polymer is not limited to polyvinyl alcohol, and may be any amphiphilic polymer that intervenes between the hydrophobic particles and connects them, and can uniformly disperse the hydrophobic particles in the aqueous solvent. .
・疎水性粒体は樹脂からなる粒体に限らず、他の疎水性粒体、例えば表面に疎水性を有したシリコン酸化物等の粒体であってもよい。
・疎水性粒体には、その表面に親水基を有するものを用いてもよい。
The hydrophobic particles are not limited to particles made of resin, but may be other hydrophobic particles, for example, particles such as silicon oxide having hydrophobicity on the surface.
-As the hydrophobic particles, those having a hydrophilic group on the surface thereof may be used.
・上記水系溶媒は水に限らず、無機塩の水溶液等、他の非有機系の水系溶媒であってもよい。
・また水系溶媒は、水に水溶性の有機溶媒を添加したものであってもよい。
The aqueous solvent is not limited to water, and may be other non-organic aqueous solvents such as an aqueous solution of an inorganic salt.
The aqueous solvent may be a solvent obtained by adding a water-soluble organic solvent to water.
・水系溶媒は非有機系の溶媒に限らず、造形物20の形状制御が可能であれば、エタノール、n−プロパノール等のアルコール類、ジエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコール類、ピロリドン系溶媒等の有機溶媒を主成分とする溶媒を用いるようにしてもよい。なおこの場合、造形物20を構成する疎水性の粒体としては、上記シリコン酸化物等の有機溶媒に対する溶解性が低いものを用いることが好ましい。 -The aqueous solvent is not limited to a non-organic solvent, and if the shape of the shaped article 20 can be controlled, alcohols such as ethanol and n-propanol, polyhydric alcohols such as diethylene glycol and glycerin, pyrrolidone solvents, etc. You may make it use the solvent which has an organic solvent as a main component. In this case, as the hydrophobic particles constituting the shaped article 20, it is preferable to use those having low solubility in an organic solvent such as silicon oxide.
11…基板、12…犠牲層、20…造形物、21a,21b,21c,21d,21e…スラリー層、22a,22b,22c,22d,22e…結着部分、23a,23b,23c,23d,23e…未結着部分、31…液滴吐出装置、I…UVインク、L…紫外線。
DESCRIPTION OF
この発明は、粒体を含むスラリーからなる層を形成する層形成工程と、前記層の一部に結着液を浸透させた後に該結着液を硬化して、該結着液を介して前記粒体同士が結着した結着部分を前記層に形成する結着工程と、を含み、前記層形成工程と前記結着工程とを交互に繰り返すことにより前記結着部分を含む前記層が積層された積層体を形成した後、溶解液を用いて前記層の未結着部分を除去することにより前記結着部分が積層された造形物を造形する造形方法であって、第k層目(kは1以上の整数)の層に、第(k+1)層目の層における結着部分が積層される未結着部分が含まれる場合には、第一のスラリーを用いて該第k層目の層の前記未結着部分を形成し、前記溶解液に対する溶解性が前記第一のスラリーよりも高い第二のスラリーを用いて前記第(k+1)層目の層の前記結着部分を形成する。 The present invention provides a layer forming step of forming a layer comprising a slurry containing granules, and the binder liquid is cured after infiltrating a part of the layer, and the binder liquid is cured via the binder liquid. Forming a binding portion in which the particles are bound to each other in the layer, and the layer including the binding portion by alternately repeating the layer forming step and the binding step. After forming a laminated body, a modeling method for modeling a shaped object in which the binding part is stacked by removing an unbound part of the layer using a solution , the kth layer (k is an integer of 1 or more) in a layer of, if the binder part in the (k + 1) th layer of the layers include non-binding moiety to be laminated, said k layer using a first slurry forming the non-binding part of the eye of the layers, the second slide solubility is higher than the first slurry for the solution Forming the binder portion of the first (k + 1) th layer of the layers using chromatography.
この発明では、第k層目の層に、第(k+1)層目の層の結着部分が積層される未結着部分が含まれる場合には、第一のスラリーによって第k層目の層の未結着部分が形成されるとともに、溶解液に対する溶解性が前記第一のスラリーよりも高い第二のスラリーによって、第(k+1)層目の層の結着部分が形成される。このような構成によれば、第(k+1)層目の未結着部分が取り除かれた後に第k層目の未結着部分が取り除かれる。そのため、第(k+1)層目の未結着部分が溶解液によって取り除かれる間、第k層目の未結着部分によって第(k+1)層目の層の結着部分が支持されるようになる。それゆえに、第(k+1)層目の未結着部分を取り除くために必要とされる負荷が第k層目の未結着部分へ分散する分、第(k+1)層目の結着部分が変形することを抑えることができる。 In the present invention, when the k-th layer includes an unbound portion in which the bound portions of the (k + 1) -th layer are stacked, the k-th layer is formed by the first slurry. The unbound portion is formed, and the bound portion of the (k + 1) -th layer is formed by the second slurry having higher solubility in the dissolving solution than the first slurry. According to such a configuration, after the unbound portion of the (k + 1) th layer is removed, the unbound portion of the kth layer is removed. Therefore, the unbound portion of the (k + 1) th layer is supported by the unbound portion of the kth layer while the unbound portion of the (k + 1) th layer is removed by the solution. . Therefore, the load necessary to remove the unbound portion of the (k + 1) th layer is distributed to the unbound portion of the kth layer, and the bound portion of the (k + 1) th layer is deformed. Can be suppressed.
Claims (5)
前記層の一部に結着液を浸透させた後に該結着液を硬化して、該結着液を介して前記粒体同士が結着した結着部分を前記層に区画する結着工程と、
前記結着部分を含む前記層に溶解液を供給して未結着部分を取り除く除去工程と
を含み、
前記層形成工程と前記結着工程とを交互に繰り返すことにより前記結着部分を含む前記層が積層された積層体を形成した後、前記積層体に対して前記除去工程を施すことにより前記結着部分が積層された造形物を造形する造形方法であって、
第k層目(kは1以上の整数)の層における結着部分上から第(k+1)層目の層における結着部分を張り出させるとともに、
第一のスラリーを用いて該第k層目の層を形成し、
前記溶解液に対する溶解性が前記第一のスラリーよりも高い第二のスラリーを用いて前記第k+1層目の層を形成する
ことを特徴とする造形方法。 A layer forming step of forming a layer comprising a slurry containing granules;
A binding step in which the binding liquid is cured after infiltrating a part of the layer, and the binding part in which the particles are bound to each other through the binding liquid is divided into the layers. When,
Removing the unbound portion by supplying a solution to the layer including the bound portion,
The layer forming step and the binding step are alternately repeated to form a stacked body in which the layers including the binding portion are stacked, and then the removal step is performed on the stacked body to perform the binding. It is a modeling method for modeling a modeled object in which the wearing part is laminated,
The binding portion in the (k + 1) -th layer is projected from the binding portion in the k-th layer (k is an integer of 1 or more), and
Forming the k-th layer using a first slurry;
The modeling method, wherein the k + 1-th layer is formed using a second slurry having higher solubility in the solution than the first slurry.
疎水性の粒体と、水系溶媒と、該水系溶媒に溶解した両親媒性ポリマーとを含み、
前記溶解液は、
前記水系溶媒である
請求項1に記載の造形方法。 The slurry is
A hydrophobic particle, an aqueous solvent, and an amphiphilic polymer dissolved in the aqueous solvent,
The solution is
The modeling method according to claim 1, wherein the modeling method is the aqueous solvent.
前記ポリビニルアルコールの重合度は、600以上1700以下であり、
前記第一のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの重合度は、前記第二のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの重合度よりも高い
請求項2に記載の造形方法。 The amphiphilic polymer is polyvinyl alcohol;
The degree of polymerization of the polyvinyl alcohol is 600 or more and 1700 or less,
The modeling method according to claim 2, wherein a polymerization degree of polyvinyl alcohol contained in the first slurry is higher than a polymerization degree of polyvinyl alcohol contained in the second slurry.
前記ポリビニルアルコールの鹸化度は、86以上96以下であり、
前記第一のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度は、前記第二のスラリーに含まれるポリビニルアルコールの鹸化度よりも高い
請求項2又は請求項3に記載の造形方法。 The amphiphilic polymer is polyvinyl alcohol;
The saponification degree of the polyvinyl alcohol is 86 or more and 96 or less,
The modeling method according to claim 2 or 3, wherein a saponification degree of polyvinyl alcohol contained in the first slurry is higher than a saponification degree of polyvinyl alcohol contained in the second slurry.
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の造形方法。 The shaping | molding as described in any one of Claims 1-4 in which the said binding liquid is osmose | permeated in the said layer using the droplet discharge method which discharges the said binding liquid as a droplet at the said binding process. Method.
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