JP2016112824A - Model material ink, ink set and method for manufacturing 3d molded object - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink for 3D molding having a low viscosity, from which a 3D molded object having high levels of a yield stress, elongation and impact resistance can be manufactured, and a method for manufacturing a 3D molded object by using the above ink.SOLUTION: A model material ink for 3D molding by an inkjet process is provided, which comprises a photopolymerizable monomer, a polymer and a photopolymerization initiator. In the ink, the polymer has a molecular weight of 5000 or more and 30000 or less; a difference in a solubility parameter between the photopolymerizable monomer and the polymer is 0.5 to 2.0 (cal/cm); and a mass ratio of the polymer to the photopolymerizable monomer is 85/15 or more and 60/40 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、モデル材インク、インクセットおよび3D造形物を製造する方法に関する。   The present invention relates to a model material ink, an ink set, and a method for manufacturing a 3D structure.

近年、光硬化性の3D造形用インクを用いて3D造形物を製造する方法として、液体状の3D造形用インクの液面に活性光線を照射してなる硬化層を硬化・積層させる方法(以下、単に「SLA法」ともいう。)や、インクジェットヘッドのノズルから基材上に3D造形用インクを着弾させ、着弾した3D造形用インクに活性光線を照射してなる硬化層を積層させる方法(以下、単に「インクジェット法」ともいう。)が広く知られている。3D造形物は、製造が比較的容易であるため、最終製品を製造する前の試作品として用いることができる。   In recent years, as a method for producing a 3D model using a photocurable 3D modeling ink, a method of curing and laminating a cured layer formed by irradiating a liquid surface of a liquid 3D modeling ink with an actinic ray (hereinafter referred to as a “3D model”) , Or simply “SLA method”) or a method in which a 3D modeling ink is landed on a substrate from a nozzle of an inkjet head, and a cured layer formed by irradiating the landed 3D modeling ink with actinic rays is laminated ( Hereinafter, simply referred to as “inkjet method”) is widely known. Since the 3D model is relatively easy to manufacture, it can be used as a prototype before the final product is manufactured.

特に近年では、最終製品が要望どおりに機能するか否かを試作品の段階で検証するため、最終製品と同様の物性を有する3D造形物を製造することが求められている。しかし、従来の製法で製造した3D造形物は、降伏応力、伸びまたは耐衝撃性が弱いことが多く、上記試作品として求められる性能を満たさないことがある。そのため、これらの特性をいずれも高めることができるような、3D造形物を製造するための材料および3D造形物の製造方法が求められている。   Particularly in recent years, in order to verify whether or not the final product functions as desired at the prototype stage, it is required to manufacture a 3D shaped object having the same physical properties as the final product. However, a 3D structure manufactured by a conventional manufacturing method often has low yield stress, elongation, or impact resistance, and may not satisfy the performance required as the prototype. Therefore, there is a demand for a material for manufacturing a 3D model and a method for manufacturing the 3D model that can improve both of these characteristics.

特許文献1および特許文献2には、SLA法による3D造形物の製造において、カチオン重合性のモノマーとブロックコポリマーからなる有機固体粒子とを含有する3D造形用インクによって、弾性率、伸びおよび耐衝撃性がいずれも高い3D造形物を製造でき、特にモノマーと有機固体粒子とが相分離した構成とすることで、3D造形物の耐衝撃性を高めることができると記載されている。   In Patent Document 1 and Patent Document 2, in the production of a 3D structure by the SLA method, an elastic modulus, elongation and impact resistance are obtained by using a 3D modeling ink containing a cationic polymerizable monomer and organic solid particles made of a block copolymer. It is described that it is possible to produce a 3D model having high properties, and in particular, to improve the impact resistance of the 3D model by setting the monomer and organic solid particles in phase separation.

特開2014−111774号公報JP 2014-111774 A 国際公開第2004/113056号International Publication No. 2004/113056

しかし、本発明者らの検討によると、SLA法では、液面に照射した活性光線が拡散するため3D造形用インクの全体に活性光線を均一に照射することが難しい。そのため、特許文献1および特許文献2に記載の3D造形物の製造方法では、モノマーが不均一に重合しながら有機固体粒子を取り込むことになる。このような方法では、有機固体粒子の粒径および分布が不均一になりやすいため、製造された3D造形物の耐衝撃性および破断伸びを十分に高めることができなかった。   However, according to the study by the present inventors, in the SLA method, it is difficult to uniformly irradiate the entire 3D modeling ink with actinic rays because the actinic rays irradiated to the liquid surface diffuse. Therefore, in the method for producing a 3D structure described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the organic solid particles are taken in while the monomers are non-uniformly polymerized. In such a method, since the particle size and distribution of the organic solid particles are likely to be non-uniform, the impact resistance and elongation at break of the manufactured 3D structure cannot be sufficiently increased.

これに対し、インクジェット法は、着弾させた3Dインクのみに光を照射させるため、光の拡散の影響が少なく、かつ、液滴単位で相分離構造を形成させることができる。これにより3D造形物の有機固体粒子の粒径および分布を均一にさせやすいため、インクジェット法は耐衝撃性および破断伸びが十分に高められた3D造形物を製造できると考えられる。   In contrast, since the ink jet method irradiates only the landed 3D ink with light, the influence of light diffusion is small, and a phase separation structure can be formed in units of droplets. Thereby, since it is easy to make the particle size and distribution of the organic solid particles of the 3D modeled object uniform, it is considered that the ink jet method can produce a 3D modeled object with sufficiently improved impact resistance and elongation at break.

ここで、SLA法で用いられる3D造形用インクは、活性光線を照射している間の液面の揺らぎを抑えるため、粘度が高くなるように調製されている。そのため、特許文献1および特許文献2に記載の方法で用いられているようなインクは流動性が低く、これらのインクをインクジェットヘッドから吐出させると、ノズルの詰まりが発生するおそれがある。また、本発明者らの検討によると、3D造形用インクの粘度が高いと、有機固体粒子同士が凝集しにくいため、ポリマーの粒径が十分に大きくならず、耐衝撃性および破断伸びが高くなりにくい。   Here, the 3D modeling ink used in the SLA method is prepared so as to have a high viscosity in order to suppress fluctuation of the liquid surface during irradiation with actinic rays. For this reason, inks used in the methods described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 have low fluidity, and when these inks are ejected from an inkjet head, there is a possibility that nozzle clogging may occur. Further, according to the study by the present inventors, when the viscosity of the ink for 3D modeling is high, the organic solid particles are less likely to aggregate with each other, so that the particle size of the polymer is not sufficiently large, and the impact resistance and elongation at break are high. Hard to become.

インクの粘度は、有機固体粒子の重量平均分子量を小さくすることで下げることができるが、分子量の小さい有機固体粒子を有する3D造形用インクを硬化させても、十分な耐衝撃性が得られないおそれがある。これに対し、3D造形用インクが含有する多官能のモノマーの比率を多くして化学架橋を多く形成することで、3D造形物の耐衝撃性を高めることが考えられるが、化学架橋が多く形成されると、3D造形物の柔軟性が失われ、伸びが小さくなるという問題がある。   The viscosity of the ink can be lowered by reducing the weight average molecular weight of the organic solid particles, but sufficient impact resistance cannot be obtained even if the 3D modeling ink having organic solid particles having a low molecular weight is cured. There is a fear. On the other hand, it is conceivable to increase the impact resistance of the 3D model by increasing the ratio of the polyfunctional monomer contained in the 3D modeling ink to increase the chemical cross-linking. If this is done, there is a problem that the flexibility of the 3D object is lost and the elongation is reduced.

上記の課題に鑑み、本発明は、粘度が低い3D造形用インクであって、降伏応力、伸びおよび耐衝撃性がいずれも高い3D造形物を製造することができるインク、およびそのようなインクを用いた3D造形物の製造方法を提供することを、その目的とする。   In view of the above problems, the present invention provides a 3D modeling ink having a low viscosity and capable of producing a 3D modeled object having high yield stress, elongation, and impact resistance, and such an ink. It is an object of the present invention to provide a method for producing the 3D model used.

本発の第一は、以下のインク組成物に関する。
[1]光重合性モノマー、ポリマーおよび光重合開始剤を含有するインクジェット方式による3D造形用の光硬化性のモデル材インクであって、
前記ポリマーの分子量は5000以上30000以下であり、
前記光重合性モノマーと前記ポリマーとの間の溶解度パラメータの差は0.5(cal/cm1/2以上2.0(cal/cm1/2以下であり、
前記モデル材インクにおける、前記光重合性モノマーに対する前記ポリマーの質量比は、85/15以上60/40以下であることを特徴とする、モデル材インク。
[2]前記光重合性モノマーと前記ポリマーとの間のガラス転移温度の差は80℃以上であることを特徴とする、[1]に記載のモデル材インク。
[3]前記ポリマーのガラス転移温度は0℃以下であることを特徴とする、[1]または[2]に記載のモデル材インク。
[4]前記ポリマーは、ポリマー1モルあたり1モル当量以上の、光重合性の官能基を有することを特徴とする、[1]〜[3]のいずれかに記載のモデル材インク。
[5]前記ポリマーは、炭素数が4以上7以下の、二重結合を含む直鎖炭化水素からなる構成部分を含むことを特徴とする、[1]〜[4]のいずれかに記載のモデル材インク。
[6]前記ポリマーは、カーボネート基、エステル基およびエーテル基からなる群から選択される1または複数の官能基を有する構成部分を含むことを特徴とする、[1]〜[5]のいずれかに記載のモデル材インク。
[7]前記ポリマーはポリウレタンであることを特徴とする、[1]〜[6]のいずれかに記載のモデル材インク。
The first of the present invention relates to the following ink composition.
[1] A photocurable model material ink for 3D modeling by an ink jet method containing a photopolymerizable monomer, a polymer, and a photopolymerization initiator,
The molecular weight of the polymer is 5000 or more and 30000 or less,
The difference in solubility parameter between the photopolymerizable monomer and the polymer is 0.5 (cal / cm 3 ) 1/2 or more and 2.0 (cal / cm 3 ) 1/2 or less,
The model material ink according to claim 1, wherein a mass ratio of the polymer to the photopolymerizable monomer in the model material ink is 85/15 or more and 60/40 or less.
[2] The model material ink according to [1], wherein a difference in glass transition temperature between the photopolymerizable monomer and the polymer is 80 ° C. or more.
[3] The model material ink according to [1] or [2], wherein the polymer has a glass transition temperature of 0 ° C. or lower.
[4] The model material ink according to any one of [1] to [3], wherein the polymer has a photopolymerizable functional group of 1 mole equivalent or more per mole of polymer.
[5] The polymer according to any one of [1] to [4], wherein the polymer includes a constituent part composed of a straight chain hydrocarbon having a double bond and having 4 to 7 carbon atoms. Model material ink.
[6] Any one of [1] to [5], wherein the polymer includes a constituent portion having one or more functional groups selected from the group consisting of a carbonate group, an ester group, and an ether group. Model material ink described in 1.
[7] The model material ink according to any one of [1] to [6], wherein the polymer is polyurethane.

本発の第二は、以下のインクセットに関する。
[8][1]〜[7]のいずれか1項に記載のモデル材インクと、硬化性のサポート剤インクとを含む、インクジェット法による3D造形用のインクセット。
The second of the present invention relates to the following ink set.
[8] An ink set for 3D modeling by an inkjet method, including the model material ink according to any one of [1] to [7] and a curable support agent ink.

本発の第三は、以下の3D造形物の製造方法に関する。
[9]光硬化性のモデル材インクを硬化させてなるモデル材層が積層されてなる3D造形物を製造する方法であって、
インクジェットヘッドのノズルから前記モデル材インクを吐出してモデル材インクの部分を含むインク層を形成する工程、および
前記形成されたインク層に含まれるモデル材インクの部分に活性光線を照射してモデル材層を作製する工程を含み、
前記モデル材インクは[1]〜[7]のいずれかに記載のモデル材インクであることを特徴とする、3D造形物を製造する方法。
[10]インクジェットヘッドのノズルから硬化性のサポート材インクを吐出して、前記サポート材インクの部分を含む前記インク層を形成する工程と、
前記活性光線の照射の後に、前記サポート材インクが硬化してなるサポート材層を除去する工程とをさらに含む、
[9]に記載の3D造形物を製造する方法。
The third of the present invention relates to a method for manufacturing the following 3D structure.
[9] A method for producing a 3D structure formed by laminating a model material layer obtained by curing a photocurable model material ink,
Ejecting the model material ink from the nozzles of an inkjet head to form an ink layer including a portion of the model material ink; and irradiating the model material ink portion included in the formed ink layer with an actinic ray Including a step of producing a material layer,
The model material ink is the model material ink according to any one of [1] to [7], and a method for producing a 3D structure.
[10] discharging the curable support material ink from the nozzles of the inkjet head to form the ink layer including the portion of the support material ink;
A step of removing a support material layer formed by curing the support material ink after the irradiation with the actinic ray;
A method for producing the 3D structure according to [9].

本発明によれば、粘度が低い3D造形用インクであって、降伏応力、伸びおよび耐衝撃性がいずれも高い3D造形物を製造することができるインク、およびそのようなインクを用いた3D造形物の製造方法が提供される。   According to the present invention, ink that can produce a 3D modeling object that has a low viscosity and has a high yield stress, elongation, and impact resistance, and a 3D modeling that uses such an ink. A method of manufacturing an article is provided.

図1はインクジェット法による3D造形システムの1態様を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an aspect of a 3D modeling system using an inkjet method. 図2はインクジェット法による3D造形方法の製造フローの一例を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing an example of the manufacturing flow of the 3D modeling method by the ink jet method. 図3は上記製造フローのステップS103における3D造形システムの模式的な側面図である。FIG. 3 is a schematic side view of the 3D modeling system in step S103 of the manufacturing flow. 図4Aは上記製造フローのステップS110における3D造形システムの模式的な側面図であり、図4Bはその上面図である。FIG. 4A is a schematic side view of the 3D modeling system in step S110 of the manufacturing flow, and FIG. 4B is a top view thereof. 図5Aは上記製造フローのステップS114における3D造形システムの模式的な側面図であり、図5Bはその上面図である。FIG. 5A is a schematic side view of the 3D modeling system in step S114 of the manufacturing flow, and FIG. 5B is a top view thereof. 図6Aは上記製造フローの繰り返されたステップS110における3D造形システムの模式的な側面図であり、図6Bはその上面図である。FIG. 6A is a schematic side view of the 3D modeling system in step S110 in which the manufacturing flow is repeated, and FIG. 6B is a top view thereof. 図7Aは上記製造フローのさらに繰り返されたステップS110における3D造形システムの模式的な側面図であり、図7Bはその上面図である。FIG. 7A is a schematic side view of the 3D modeling system in step S110, which is further repeated in the manufacturing flow, and FIG. 7B is a top view thereof. 図8は上記製造フローにおいて得られる3D造形物前駆体の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of the 3D structure precursor obtained in the manufacturing flow. 図9Aは実施例において3D造形物前駆体の第1層を製造した様子を示す側面図であり、図9Bは実施例において3D造形物前駆体の第2層を製造した様子を示す側面図であり、図9Cは実施例において3D造形物前駆体の第3層を製造した様子を示す側面図であり、図9Dは実施例において3D造形物前駆体を製造した様子を示す側面図である。FIG. 9A is a side view illustrating a state in which the first layer of the 3D structure precursor is manufactured in the example, and FIG. 9B is a side view illustrating a state in which the second layer of the 3D structure precursor is manufactured in the example. FIG. 9C is a side view illustrating a state in which the third layer of the 3D structure precursor is manufactured in the example, and FIG. 9D is a side view illustrating a state in which the 3D structure precursor is manufactured in the example. 図10Aは実施例において製造した第2の3D造形物を表す平面図であり、図10Bは実施例において製造した第2の3D造形物を表す斜視図である。FIG. 10A is a plan view illustrating a second 3D structure manufactured in the example, and FIG. 10B is a perspective view illustrating a second 3D structure manufactured in the example.

以下に、例示的な実施形態を挙げて本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to exemplary embodiments.

本発明のモデル材インク(以下、単に「モデル材インク」ともいう。)は、光重合性モノマー、ポリマーおよび光重合開始剤を含有する、インクジェット方式による3D造形用の光硬化性のモデル材インクである。   The model material ink of the present invention (hereinafter also simply referred to as “model material ink”) contains a photopolymerizable monomer, a polymer, and a photopolymerization initiator, and is a photocurable model material ink for 3D modeling by an inkjet method. It is.

1.光重合性モノマー
光重合性モノマーは、光を照射されて重合する光重合性基を有するモノマーである。光重合性モノマーは、活性光線を照射されることで重合および架橋して線状高分子となり、後述するポリマーとともに3D造形物を構成する。光重合性モノマーは、1種のモノマーでもよいし、複数の種類のモノマーを組み合わせてもよい。
1. Photopolymerizable monomer The photopolymerizable monomer is a monomer having a photopolymerizable group that is polymerized by irradiation with light. The photopolymerizable monomer is polymerized and cross-linked by being irradiated with actinic rays to form a linear polymer, and constitutes a 3D shaped object together with the polymer described later. The photopolymerizable monomer may be one type of monomer or a combination of a plurality of types of monomers.

光重合性基には、エチレン性二重結合を有するラジカル重合性の官能基、およびカチオン重合性の官能基が含まれる。ラジカル重合性の官能基の例には、エチレン基、プロペニル基、ブテニル基、ビニルフェニル基、(メタ)アクリロイル基、アリルエーテル基、ビニルエーテル基、マレイル基、マレイミド基、(メタ)アクリルアミド基、アセチルビニル基およびビニルアミド基が含まれる。カチオン重合性の官能基の例には、エポキシ基、オキセタン基、フリル基およびビニルエーテル基が含まれる。なお、「(メタ)アクリロイル」は「アクリロイル」および「メタクリロイル」の双方又はいずれかを意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル」および「メタクリル」の双方又はいずれかを意味し、「(メタ)アクリレート」は「アクリレート」および「メタクリレート」の双方又はいずれかを意味する。   The photopolymerizable group includes a radical polymerizable functional group having an ethylenic double bond and a cationic polymerizable functional group. Examples of radical polymerizable functional groups include ethylene, propenyl, butenyl, vinylphenyl, (meth) acryloyl, allyl ether, vinyl ether, maleyl, maleimide, (meth) acrylamide, acetyl Vinyl groups and vinylamide groups are included. Examples of the cationic polymerizable functional group include an epoxy group, an oxetane group, a furyl group, and a vinyl ether group. “(Meth) acryloyl” means both and / or “acryloyl” and “methacryloyl”, “(meth) acryl” means both and / or “acryl” and “methacryl”, and “( “Meth) acrylate” means “acrylate” and / or “methacrylate”.

照射された光に対する反応性をより高める観点からは、ラジカル重合性の光重合性基は(メタ)アクリロイル基、アリルエーテル基、ビニルエーテル基またはマレイミド基であることが好ましく、(メタ)アクリロイル基またはビニルエーテル基であることがさらに好ましく、(メタ)アクリロイル基であることがさらに好ましい。また、同様に反応性をより高める観点からは、カチオン重合性の光重合性基はビニルエーテル基、エポキシ基またはオキセタン基であることが好ましく、ビニルエーテル基またはオキセタン基であることがさらに好ましい。これらのうち、反応性をさらに高める観点からは、光重合性基は(メタ)アクリロイル基であることが最も好ましい。   From the viewpoint of further increasing the reactivity to irradiated light, the radical polymerizable photopolymerizable group is preferably a (meth) acryloyl group, an allyl ether group, a vinyl ether group or a maleimide group, and a (meth) acryloyl group or A vinyl ether group is more preferable, and a (meth) acryloyl group is more preferable. Similarly, from the viewpoint of further increasing the reactivity, the cationically polymerizable photopolymerizable group is preferably a vinyl ether group, an epoxy group or an oxetane group, and more preferably a vinyl ether group or an oxetane group. Of these, from the viewpoint of further increasing the reactivity, the photopolymerizable group is most preferably a (meth) acryloyl group.

前記(メタ)アクリロイル基を有するモノマーの例には、単官能のアクリレート、2官能のアクリレートおよび3官能以上のアクリレートが含まれる。   Examples of the monomer having a (meth) acryloyl group include monofunctional acrylates, bifunctional acrylates, and trifunctional or higher acrylates.

単官能のアクリレートの例には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、n-ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、フェノキシエトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸、2-(メタ)アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル−フタル酸、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-エチルヘキシル−ジグリコール(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、2-(2-エトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレートおよび2-エチルヘキシルカルビトール(メタ)アクリレートが含まれる。   Examples of monofunctional acrylates include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, isoamyl (meth) ) Acrylate, octyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) acrylate, isononyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, isodecyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, isomyristyl (meth) Acrylate, isostearyl (meth) acrylate, n-stearyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, phenoxyethyl (meth) acrylate Phenoxyethoxyethyl (meth) acrylate, butoxyethyl (meth) acrylate, tetrahydrofurfuryl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, dicyclopentenyl (meth) acrylate, dicyclopentanyl (meth) acrylate, methoxyethyl (Meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl (meth) acrylate, 2- (meth) Acryloyloxyethylphthalic acid, 2- (meth) acryloyloxyethyl-2-hydroxyethyl-phthalic acid, t-butylcyclohexyl (meth) acrylate, 2- (meth) acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid, -Ethylhexyl-diglycol (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, methoxydiethylene glycol (meth) acrylate, methoxytriethylene glycol (meth) acrylate, ethoxydiethylene glycol (meth) acrylate, 2- (2-ethoxyethoxy) Ethyl (meth) acrylate and 2-ethylhexyl carbitol (meth) acrylate are included.

2官能のアクリレートの例には、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4-ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレートおよびポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレートが含まれる。   Examples of bifunctional acrylates include triethylene glycol di (meth) acrylate, tetraethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, tripropylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) Acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, 1,9-nonanediol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, dimethylol-tri Cyclodecane di (meth) acrylate, PO adduct di (meth) acrylate of bisphenol A, neopentyl glycol di (meth) acrylate hydroxypivalate and polytetramethylene glycol di (meth) acrylate It includes door.

3官能以上のアクリレートの例には、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレートおよびペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレートが含まれる。   Examples of tri- or higher functional acrylates include trimethylolpropane tri (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, ditrimethylolpropane tetra (meth) ) Acrylate, glycerin propoxytri (meth) acrylate and pentaerythritol ethoxytetra (meth) acrylate.

前記(メタ)アクリロイル基を有するモノマーは、変性物であってもよい。変性物の例には、エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートおよびエチレンオキサイド変性ペンタエリスリトールテトラアクリレートを含むエチレンオキサイド変性(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートを含むカプロラクトン変性(メタ)アクリレート、ならびにカプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートを含むカプロラクタム変性(メタ)アクリレートが含まれる。   The monomer having the (meth) acryloyl group may be a modified product. Examples of modified products include ethylene oxide modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate and ethylene oxide modified (meth) acrylate including ethylene oxide modified pentaerythritol tetraacrylate, caprolactone modified including caprolactone modified trimethylolpropane tri (meth) acrylate Caprolactam-modified (meth) acrylates including (meth) acrylates as well as caprolactam-modified dipentaerythritol hexa (meth) acrylates are included.

前記アリルエーテル基を有するモノマーの例には、単官能のアリルエーテル化合物、2官能のアリルエーテル化合物および3官能以上のアリルエーテル化合物が含まれる。   Examples of the monomer having an allyl ether group include a monofunctional allyl ether compound, a bifunctional allyl ether compound, and a trifunctional or higher functional allyl ether compound.

単官能のアリルエーテル化合物の例には、フェニルアリルエーテル、o-,m-,p-クレゾールモノアリルエーテル、ビフェニル-2-オールモノアリルエーテル、ビフェニル-4-オールモノアリルエーテル、ブチルアリルエーテル、シクロヘキシルアリルエーテルおよびシクロヘキサンメタノールモノアリルエーテルが含まれる。   Examples of monofunctional allyl ether compounds include phenyl allyl ether, o-, m-, p-cresol monoallyl ether, biphenyl-2-ol monoallyl ether, biphenyl-4-ol monoallyl ether, butyl allyl ether, Cyclohexyl allyl ether and cyclohexane methanol monoallyl ether are included.

2官能のアリルエーテル化合物の例には、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、グリセロール α,α’−ジアリルエーテル、ジアリルフタレートおよびジアリルイソフタレートが含まれる。   Examples of the bifunctional allyl ether compound include trimethylolpropane diallyl ether, glycerol α, α'-diallyl ether, diallyl phthalate and diallyl isophthalate.

3官能以上のアリルエーテル化合物の例には、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ジアリルフタレートポリマーおよびジアリルイソフタレートポリマーが含まれる。   Examples of the trifunctional or higher functional allyl ether compound include pentaerythritol triallyl ether, diallyl phthalate polymer and diallyl isophthalate polymer.

前記ビニルエーテル基を有するモノマーの例には、単官能のビニルエーテル化合物、2官能のビニルエーテル化合物および3官能以上のビニルエーテル化合物が含まれる。   Examples of the monomer having a vinyl ether group include a monofunctional vinyl ether compound, a bifunctional vinyl ether compound, and a trifunctional or higher functional vinyl ether compound.

単官能のビニルエーテル化合物の例には、ブチルビニルエーテル、ブチルプロペニルエーテル、ブチルブテニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、エチルヘキシルビニルエーテル、フェニルビニルエーテル、ベンジルビニルエーテル、エチルエトキシビニルエーテル、アセチルエトキシエトキシビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテルおよびアダマンチルビニルエーテルが含まれる。   Examples of monofunctional vinyl ether compounds include butyl vinyl ether, butyl propenyl ether, butyl butenyl ether, hexyl vinyl ether, ethyl hexyl vinyl ether, phenyl vinyl ether, benzyl vinyl ether, ethyl ethoxy vinyl ether, acetyl ethoxy ethoxy vinyl ether, cyclohexyl vinyl ether and adamantyl vinyl ether It is.

2官能のビニルエーテル化合物の例には、エチレングリコールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、プロピレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールビニルエーテル、ブチレンジビニルエーテル、ジブチレングリコールジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、ノルボルニルジメタノールジビニルエーテル、イソバイニルジビニルエーテル、ジビニルレゾルシンおよびジビニルハイドロキノンが含まれる。   Examples of bifunctional vinyl ether compounds include ethylene glycol divinyl ether, diethylene glycol divinyl ether, triethylene glycol divinyl ether, propylene glycol divinyl ether, dipropylene glycol vinyl ether, butylene divinyl ether, dibutylene glycol divinyl ether, neopentyl glycol divinyl ether Cyclohexanediol divinyl ether, cyclohexane dimethanol divinyl ether, norbornyl dimethanol divinyl ether, isovinyl divinyl ether, divinyl resorcin and divinyl hydroquinone.

3官能以上のビニルエーテル化合物の例には、グリセリントリビニルエーテル、グリセリンエチレンオキシド付加物トリビニルエーテル(エチレンオキシドの付加モル数6)、トリメチロールプロパントリビニルエーテル、トリビニルエーテルエチレンオキシド付加物トリビニルエーテル(エチレンオキシドの付加モル数3)、ペンタエリスリトールトリビニルエーテルおよびジトリメチロールプロパンヘキサビニルエーテルならびにそれらのオキシエチレン付加物が含まれる。   Examples of trifunctional or higher functional vinyl ether compounds include glycerin trivinyl ether, glycerin ethylene oxide adduct trivinyl ether (addition moles of ethylene oxide 6), trimethylolpropane trivinyl ether, trivinyl ether ethylene oxide adduct trivinyl ether (addition moles 3 of ethylene oxide). ), Pentaerythritol trivinyl ether and ditrimethylolpropane hexavinyl ether and their oxyethylene adducts.

前記マレイミド基を有するモノマーの例には、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミドおよびn−ヘキシルマレイミドが含まれる。   Examples of the monomer having a maleimide group include phenylmaleimide, cyclohexylmaleimide and n-hexylmaleimide.

前記エポキシ基を有するモノマーの例には、単官能のエポキシ化合物、2官能のエポキシ化合物および3官能以上のエポキシ化合物が含まれる。   Examples of the monomer having an epoxy group include a monofunctional epoxy compound, a bifunctional epoxy compound, and a trifunctional or higher functional epoxy compound.

単官能のエポキシ化合物の例には、アリルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェノール(ポリエチレンオキシ)5−グリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸グリシジルエステル、ラウリルグリシジルエーテル、1,2−エポキシシクロヘキサン、1,4−エポキシシクロヘキサン、1,2−エポキシ−4−ビニルシクロヘキサンおよびノルボルネンオキシドが含まれる。   Examples of monofunctional epoxy compounds include allyl glycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, phenol (polyethyleneoxy) 5-glycidyl ether, butylphenyl glycidyl ether, hexahydrophthalic acid glycidyl ester, lauryl glycidyl ether, 1,2- Epoxycyclohexane, 1,4-epoxycyclohexane, 1,2-epoxy-4-vinylcyclohexane and norbornene oxide are included.

2官能のエポキシ化合物の例には、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルおよび1,6ヘキサンジオールジグリシジルエーテルが含まれる。   Examples of the bifunctional epoxy compound include neopentyl glycol diglycidyl ether and 1,6 hexanediol diglycidyl ether.

3官能以上のエポキシ化合物の例には、ポリグリセロールトリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテルおよびペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルが含まれる。   Examples of the trifunctional or higher functional epoxy compound include polyglycerol triglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, and pentaerythritol polyglycidyl ether.

前記オキセタン基を有するモノマーの例には、2−(3−オキセタニル)−1−ブタノール、3−(2−(2−エチルヘキシルオキシエチル))−3−エチルオキセタンおよび3−(2−フェノキシエチル)−3−エチルオキセタンが含まれる。   Examples of the monomer having an oxetane group include 2- (3-oxetanyl) -1-butanol, 3- (2- (2-ethylhexyloxyethyl))-3-ethyloxetane and 3- (2-phenoxyethyl). -3-Ethyloxetane is included.

1−2.ポリマー
ポリマーは、形成される3D造形物の降伏応力、伸びおよび耐衝撃性を高めることができる。ポリマーの重量平均分子量を5000以上とすると、光重合性モノマーとポリマーとが十分に相分離されるため、3D造形物の耐衝撃性がより高くなる。一方で、ポリマーの重量平均分子量を30000以下にすると、モデル材インクの粘度が高まりすぎないため、インクジェットヘッドのノズルからのインクの出射性を十分なものにすることができる。ポリマーは、1種のみでもよいし、2種以上を組みあわせて用いてもよい。3D造形物の高い耐衝撃性とインクの低い粘度を両立させる観点からは、ポリマーの重量平均分子量は5000以上20000以下であることが好ましく、7000以上15000以下であることがより好ましい。ポリマーは、同一の構成部分の繰り返しからなるホモポリマーでもよいし、2以上の異なる構成部分を含むコポリマーでもよい。
1-2. Polymer The polymer can increase the yield stress, elongation and impact resistance of the 3D structure formed. When the weight average molecular weight of the polymer is 5000 or more, the photopolymerizable monomer and the polymer are sufficiently phase-separated, so that the impact resistance of the 3D structure is further increased. On the other hand, when the weight average molecular weight of the polymer is 30000 or less, the viscosity of the model material ink does not increase too much, so that the ink can be sufficiently emitted from the nozzles of the inkjet head. Only one type of polymer may be used, or two or more types may be used in combination. From the viewpoint of achieving both the high impact resistance of the 3D model and the low viscosity of the ink, the weight average molecular weight of the polymer is preferably 5000 or more and 20000 or less, and more preferably 7000 or more and 15000 or less. The polymer may be a homopolymer consisting of repetitions of the same constituent part, or a copolymer containing two or more different constituent parts.

ポリマーによる耐衝撃性を高め、かつ伸び性を高める観点からは、ポリマーのTgは0℃以下であることが好ましい。Tgが0℃以下であるポリマーの例には、ウレタンポリマー、ブタジエンゴムおよびイソプレンゴムならびに水素添加したブタジエンゴムおよびイソプレンゴムが含まれる。   From the viewpoint of enhancing the impact resistance due to the polymer and enhancing the stretchability, the Tg of the polymer is preferably 0 ° C. or lower. Examples of polymers having a Tg of 0 ° C. or less include urethane polymers, butadiene rubber and isoprene rubber, and hydrogenated butadiene rubber and isoprene rubber.

ポリマーの溶解度パラメータ(以下、単に「SP値」ともいう。)と光重合性モノマーのSP値との差は、絶対値で0.3(cal/cm1/2以上2.0(cal/cm1/2以下である。なお、モデル材インクが2種以上のポリマーを組み合わせて含有する場合は、上記ポリマーのSP値はポリマー全体のSP値であり、モデル材インクが2種以上の光重合性モノマーを組み合わせて含有する場合は、上記光重合性モノマーのSP値は光重合性モノマー全体のSP値である。本発明者らが新たに得た知見によると、上記SP値の差が0.3(cal/cm1/2以上であると、ポリマーと光重合性モノマーとが相溶せずに相分離構造が形成され、3D造形物の耐衝撃性が高くなる。また、SP値の差が2.0(cal/cm1/2以下であると、ポリマーと光重合性モノマーとが分離しすぎることなく、光重合性モノマー中にポリマーの微細な粒子が点在する海島構造が形成されるため、3D造形物の耐衝撃性が高くなる。上記観点からは、上記SP値の差は0.5(cal/cm1/2以上1.5(cal/cm1/2以下であることが好ましく、0.6(cal/cm1/2以上1.0(cal/cm1/2以下であることがより好ましい。 The difference between the solubility parameter of the polymer (hereinafter also simply referred to as “SP value”) and the SP value of the photopolymerizable monomer is 0.3 (cal / cm 3 ) 1/2 or more and 2.0 (cal / Cm 3 ) 1/2 or less. When the model material ink contains a combination of two or more polymers, the SP value of the polymer is the SP value of the whole polymer, and the model material ink contains a combination of two or more photopolymerizable monomers. In this case, the SP value of the photopolymerizable monomer is the SP value of the entire photopolymerizable monomer. According to the knowledge newly obtained by the present inventors, when the difference in SP value is 0.3 (cal / cm 3 ) 1/2 or more, the polymer and the photopolymerizable monomer are not compatible with each other. A separation structure is formed, and the impact resistance of the 3D object is increased. Further, when the difference in SP value is 2.0 (cal / cm 3 ) 1/2 or less, the polymer and the photopolymerizable monomer are not separated too much, and fine particles of the polymer are contained in the photopolymerizable monomer. Since the dotted sea-island structure is formed, the impact resistance of the 3D structure is increased. From the above viewpoint, the difference in SP value is preferably 0.5 (cal / cm 3 ) 1/2 or more and 1.5 (cal / cm 3 ) 1/2 or less, and 0.6 (cal / cm 3 ) More preferably, it is ½ or more and 1.0 (cal / cm 3 ) ½ or less.

光重合性モノマーおよびポリマーのSP値は、市販のパーソナルコンピュータにインストールしたScigress Version 2.6、富士通社にそれぞれの化合物の構造を代入し、Bicerano法によって推定される値を採用する。ポリマーが2種以上の組み合わせである場合のポリマー全体のSP値は、それぞれのポリマーの体積分率φおよびSP値δを式1に代入して求められる、ポリマーを共重合させた共重合体のSP値を採用する。光重合性モノマーが2種以上の組み合わせである場合の光重合性モノマー全体のSP値は、それぞれの光重合性モノマーの体積分率φおよびSP値δを式1に代入して求められる、光重合性モノマーを共重合させた共重合体のSP値を採用する。 As the SP value of the photopolymerizable monomer and polymer, a value estimated by the Bicerano method is adopted by substituting the structure of each compound into Scigress Version 2.6 installed in a commercially available personal computer and Fujitsu. When the polymer is a combination of two or more types, the SP value of the whole polymer is obtained by substituting the volume fraction φ k and SP value δ k of each polymer into Equation 1, and the copolymer weight obtained by copolymerizing the polymers The combined SP value is adopted. When the photopolymerizable monomer is a combination of two or more, the SP value of the entire photopolymerizable monomer can be obtained by substituting the volume fraction φ k and SP value δ k of each photopolymerizable monomer into Equation 1. The SP value of a copolymer obtained by copolymerizing a photopolymerizable monomer is employed.

Figure 2016112824
Figure 2016112824

モデル材インク中のポリマーの含有量は、前記相分離が生じる範囲であればよく、たとえば、モデル材インク中の前記光重合性モノマーと前記ポリマーとの間のインク中の含有量比は、85/15以上60/40以下とすることができる。なお、前記含有量比は、(光重合性モノマー)/(ポリマー)の数値を表す。   The polymer content in the model material ink may be within a range where the phase separation occurs. For example, the content ratio in the ink between the photopolymerizable monomer and the polymer in the model material ink is 85. / 15 or more and 60/40 or less. The content ratio represents a numerical value of (photopolymerizable monomer) / (polymer).

3D造形物の弾性値をARES-G2、ティー・エイ・インスツルメント社製を用いて測定し、貯蔵弾性率と損失弾性率との比を表すtanΔのグラフに2つのシャープなピーク(変曲点)が見られる場合、製造された3D造形物中に光重合性モノマーとポリマーとの相分離が生じていると判断することができる。   The elastic value of the 3D object was measured using ARES-G2, manufactured by T.A. Instruments Co., Ltd., and two sharp peaks (inflections) were displayed on the graph of tan Δ representing the ratio of storage elastic modulus to loss elastic modulus. When the point) is seen, it can be determined that phase separation between the photopolymerizable monomer and the polymer occurs in the manufactured 3D structure.

光重合性モノマーとポリマーとの間のガラス転移温度(以下、単に「Tg」ともいう。)の差が80℃以上であると、3D造形物の耐衝撃性をより高めることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。つまり、光重合性モノマーとポリマーとの間のTg差が大きいと、Tgが低い成分(特にはポリマー)は衝撃を吸収しやすいが、Tgが高い成分(特には光重合性モノマー)は衝撃を吸収しにくいため、両者の間で衝撃に対する挙動が大きく異なる。そのため、特にポリマーと光重合性モノマーとの界面付近で、両者の間の異なる挙動により光重合性モノマー側に多くのクレーズが発生しやすく、このクレーズが衝撃を吸収するため、3D造形物の耐衝撃性が高まる。   When the difference in glass transition temperature (hereinafter also simply referred to as “Tg”) between the photopolymerizable monomer and the polymer is 80 ° C. or more, the impact resistance of the 3D object can be further improved. This is considered to be due to the following reasons. That is, if the Tg difference between the photopolymerizable monomer and the polymer is large, components having a low Tg (especially polymer) can easily absorb the impact, but components having a high Tg (especially the photopolymerizable monomer) have an impact. Because it is difficult to absorb, the behavior with respect to impact is greatly different between the two. For this reason, particularly in the vicinity of the interface between the polymer and the photopolymerizable monomer, a large amount of craze is likely to occur on the photopolymerizable monomer side due to the different behavior between the two, and this craze absorbs the impact. Improves impact.

なお、モデル材インクが2種以上のポリマーを組み合わせて含有する場合は、上記ポリマーのTgはポリマー全体を重合させた重合体のTgであり、モデル材インクが2種以上の光重合性モノマーを組み合わせて含有する場合は、上記光重合性モノマーのTgは光重合性モノマー全体を重合させた重合体のTgである。前記ポリマー全体を重合させた重合体のTgおよび光重合性モノマー全体を重合させた重合体のTgは、これらの重合体の弾性値をARES-G2、ティー・エイ・インスツルメント社製およびDiamond DSC、PerkinElmer社製を含む測定器を用いて測定して得られるtanΔのグラフ中の、ピーク(変曲点)の温度として求められる。   When the model material ink contains a combination of two or more polymers, the Tg of the polymer is the Tg of a polymer obtained by polymerizing the whole polymer, and the model material ink contains two or more photopolymerizable monomers. When contained in combination, the Tg of the photopolymerizable monomer is the Tg of a polymer obtained by polymerizing the entire photopolymerizable monomer. The Tg of the polymer obtained by polymerizing the whole polymer and the Tg of the polymer obtained by polymerizing the whole photopolymerizable monomer are represented by the elastic values of these polymers, ARES-G2, manufactured by TA Instruments, and Diamond. It is calculated | required as a temperature of the peak (inflection point) in the graph of tan (DELTA) obtained by measuring using DSC and the measuring instrument containing the product made by PerkinElmer.

1−2−1.光重合性基を有するポリマー
ポリマーが、ポリマー1モルあたり1モル当量以上の光重合性基を有すると、3D造形物の耐衝撃性をより高めることができる。これは、以下の理由によると考えられる。つまり、このようなポリマーを含有するモデル材インクに活性構成を照射すると、ポリマーと光重合性モノマーとの間にも共有結合が形成される。そのため、線状高分子の間にポリマーの粒子が入り込むことによる微細な相分離構造が形成されやすくなり、かつ、前記共有結合によりポリマーの粒子の界面強度が上がるためポリマーの粒子が分解しにくくなる。このようにして、微細な相分離構造が形成されるため、3D造形物の耐衝撃性がより高まる。ポリマーが有しうる光重合性基の例には、上記例示した光重合性基が含まれる。ポリマーが架橋剤としてふるまうことにより、ポリマーと光重合性モノマーと相溶することを防ぐ観点からは、ポリマーは、ポリマー1モルあたり1モル当量以上10モル当量以下の光重合性基を有することが好ましく、1モル当量以上4モル当量以下の光重合性基を有することが好ましい。光重合性基を有するポリマーは、1種のみでもよいし、2種以上を組みあわせて用いてもよい。
1-2-1. Polymer having a photopolymerizable group When the polymer has a photopolymerizable group of 1 molar equivalent or more per 1 mol of the polymer, the impact resistance of the 3D model can be further improved. This is considered to be due to the following reason. That is, when a model material ink containing such a polymer is irradiated with an active configuration, a covalent bond is also formed between the polymer and the photopolymerizable monomer. Therefore, a fine phase separation structure is easily formed due to the polymer particles entering between the linear polymers, and the interfacial strength of the polymer particles is increased by the covalent bond, so that the polymer particles are not easily decomposed. . In this way, since a fine phase separation structure is formed, the impact resistance of the 3D structure is further increased. Examples of the photopolymerizable group that the polymer may have include the photopolymerizable groups exemplified above. From the viewpoint of preventing the polymer from being compatible with the photopolymerizable monomer by acting as a crosslinking agent, the polymer may have 1 to 10 molar equivalents of a photopolymerizable group per mole of polymer. Preferably, it has a photopolymerizable group of 1 to 4 molar equivalents. Only one type of polymer having a photopolymerizable group may be used, or two or more types may be used in combination.

光重合性基は、上記共有結合を形成しやすくする観点からは、ポリマーの末端に付与されていることが好ましい。たとえば、モノマーの重合によってポリマーを調製する際に、ポリマーと反応する部位および光重合性基を有する化合物を反応停止剤として用いることで、ポリマーの末端に光重合性基を付与することができる。   From the viewpoint of facilitating the formation of the covalent bond, the photopolymerizable group is preferably attached to the end of the polymer. For example, when a polymer is prepared by polymerization of monomers, a photopolymerizable group can be imparted to the end of the polymer by using a compound having a site that reacts with the polymer and a photopolymerizable group as a reaction terminator.

ポリマーが有する光重合性基のモル当量は、3D造形物中のポリマーが有する光重合性基の量を、ポリマーの重量平均分子量で除算することで、求めることができる。光重合性基の量は、たとえば核磁気共鳴法(NMR)、フーリエ変換型赤外分光法(FT−IR)、質量分析法(MS)を含む通常の分析法を利用して推定することができる。ポリマーの重量平均分子量は、溶媒をo−ジクロロベンゼンとしたカラムを用いてゲル浸透クロマトグラフ(GPC)を行い、得られた値をポリスチレンによる検量線に代入することによって測定することができる。   The molar equivalent of the photopolymerizable group possessed by the polymer can be determined by dividing the amount of the photopolymerizable group possessed by the polymer in the 3D structure by the weight average molecular weight of the polymer. The amount of the photopolymerizable group can be estimated by using ordinary analysis methods including, for example, nuclear magnetic resonance (NMR), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and mass spectrometry (MS). it can. The weight average molecular weight of the polymer can be measured by performing gel permeation chromatography (GPC) using a column with o-dichlorobenzene as the solvent and substituting the obtained value into a calibration curve of polystyrene.

また、すでに製造された3D造形物中のポリマーが有する光重合性基の量およびポリマーの重量平均分子量は、3D造形物のサンプルをNMR、FT-IRおよびMSを含む通常の分析法により分析して特定することができる。   In addition, the amount of the photopolymerizable group and the weight average molecular weight of the polymer in the polymer in the already produced 3D structure are obtained by analyzing a sample of the 3D structure by a usual analysis method including NMR, FT-IR, and MS. Can be specified.

1−2−2.光重合性モノマーと相溶な構成部分および非相溶な構成部分を有するポリマー
ポリマーが分子内に光重合性モノマーと相溶な部分および非相溶な部分を有していると、3D造形物の耐衝撃性をより高めることができ、かつモデル材インクの粘度もよりインクジェット吐出に適した範囲に低下させることができる。これは、以下の理由によると考えられる。つまり、このようなポリマーを含有するモデル材インクに活性光線を照射すると、光重合性モノマーと非相溶な部分によって相分離構造が生じる一方で、光重合性モノマーと相溶な部分によってポリマーが線状高分子間に取り込まれやすくなるため、相分離構造がより微細になりやすい。相分離構造がより微細になると、応力も微分割されて拡散するため、3D造形物の特定の箇所のみに応力が集中しにくくなり、応力の集中による3D造形物の局所破壊も生じにくくなる。また、ポリマーが分子内に光重合性モノマーと相溶な部分を有することで、ポリマーと光重合性モノマーとが適度に相溶し、モデル材インクの粘度もより下げることができる。上記ポリマーは、1種のみでもよいし、2種以上を組みあわせて用いてもよい。
1-2-2. Polymer having a compatible part and an incompatible part with the photopolymerizable monomer When the polymer has a compatible part and an incompatible part with the photopolymerizable monomer in the molecule, a 3D shaped object The impact resistance of the model material ink can be further improved, and the viscosity of the model material ink can be lowered to a range more suitable for inkjet discharge. This is considered to be due to the following reason. That is, when a model material ink containing such a polymer is irradiated with actinic rays, a phase separation structure is formed by a portion incompatible with the photopolymerizable monomer, while the polymer is formed by a portion compatible with the photopolymerizable monomer. Since it becomes easy to be taken in between linear polymers, the phase separation structure tends to become finer. When the phase separation structure becomes finer, the stress is also finely divided and diffused, so that it is difficult for stress to concentrate only on a specific portion of the 3D structure, and local destruction of the 3D structure due to stress concentration is less likely to occur. Further, since the polymer has a portion compatible with the photopolymerizable monomer in the molecule, the polymer and the photopolymerizable monomer are appropriately compatible, and the viscosity of the model material ink can be further reduced. The said polymer may be only 1 type and may be used in combination of 2 or more type.

前記光重合性モノマーと相溶な部分の例には、ウレタン結合、カーボネート基、エステル基およびエーテル基が含まれる。これらのうち、これらの部分が自己凝集することによってポリマー同士を集合させ、光重合性モノマーとポリマーとを相分離しやすくする観点からは、カーボネート基、エステル基およびエーテル基が好ましい。   Examples of the portion compatible with the photopolymerizable monomer include a urethane bond, a carbonate group, an ester group, and an ether group. Of these, carbonate groups, ester groups, and ether groups are preferred from the viewpoint of causing these parts to self-aggregate to aggregate the polymers to facilitate phase separation of the photopolymerizable monomer and the polymer.

光重合性モノマーと非相溶な部分の例には、炭素数4以上7以下の炭化水素基が含まれる。前記炭化水素基は、直鎖でも分岐していてもよく、二重構造を含んでいてもよい。ポリマーのTgを低くして光重合性モノマーのTgとの差を大きくし、クレーズを発生しやすくすることで耐衝撃性をより高める観点からは、ポリマーは、炭素数4以上7以下の、二重結合を含んでもよい直鎖炭化水素からなる炭化水素基を有することが好ましい。また、微細な相分離構造が形成されやすくすることで耐衝撃性をより高める観点からは、前記ポリマーは複数のウレタン結合を有するポリウレタンであることが好ましく、前記光重合性モノマーと非相溶な構成部分、特には炭素数4以上7以下の、二重結合を含む直鎖炭化水素からなる炭化水素基を有するポリウレタンであることがさらに好ましい。   Examples of the portion incompatible with the photopolymerizable monomer include a hydrocarbon group having 4 to 7 carbon atoms. The hydrocarbon group may be linear or branched and may contain a double structure. From the viewpoint of further improving the impact resistance by lowering the Tg of the polymer to increase the difference from the Tg of the photopolymerizable monomer and facilitating the occurrence of crazing, the polymer has a carbon number of 4-7. It preferably has a hydrocarbon group consisting of a straight chain hydrocarbon which may contain a heavy bond. Further, from the viewpoint of further improving impact resistance by facilitating the formation of a fine phase separation structure, the polymer is preferably a polyurethane having a plurality of urethane bonds, and is incompatible with the photopolymerizable monomer. More preferred is a polyurethane having a hydrocarbon group consisting of a straight chain hydrocarbon having a double bond and having a constituent part, particularly a carbon number of 4 to 7.

1−3.光重合開始剤
光重合開始剤は、前記光重合性モノマーがラジカル重合性の官能基を有する化合物であるときは、光ラジカル開始剤であり、前記光重合性モノマーがカチオン重合性の官能基を有する化合物であるときは、光酸発生剤である。光重合開始剤は、1種のみでもよいし、2種以上を組みあわせもよいし、光ラジカル開始剤と光酸発生剤の両方を組み合わせであってもよい。
1-3. Photopolymerization initiator The photopolymerization initiator is a photoradical initiator when the photopolymerizable monomer is a compound having a radically polymerizable functional group, and the photopolymerizable monomer has a cationically polymerizable functional group. When it is a compound having a photoacid generator. Only one type of photopolymerization initiator may be used, or two or more types may be combined, or a combination of both a photo radical initiator and a photo acid generator may be used.

光ラジカル開始剤には、開裂型ラジカル開始剤および水素引き抜き型ラジカル開始剤が含まれる。モデル材インクは、これらのうち、少なくとも開裂型の光重合開始剤を含むことが好ましい。つまり、モデル材インクは、開裂型と水素引き抜き型の両方の光重合開始剤を含有していてもよく、開裂型の光重合開始剤のみを含有していてもよい。   The photo radical initiator includes a cleavage type radical initiator and a hydrogen abstraction type radical initiator. Of these, the model material ink preferably includes at least a cleavage type photopolymerization initiator. That is, the model material ink may contain both a cleavage type and a hydrogen abstraction type photopolymerization initiator, or may contain only a cleavage type photopolymerization initiator.

モデル材インクが、開裂型と水素引き抜き型の両方を含有している場合は、開裂型の質量が水素引き抜き型の質量よりも多いことが好ましい。光重合開始剤に含まれる水素引き抜き型開始剤の割合は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以上30質量%以下であることがより好ましい。   When the model material ink contains both the cleavage type and the hydrogen drawing type, the mass of the cleavage type is preferably larger than the mass of the hydrogen drawing type. The ratio of the hydrogen abstraction type initiator contained in the photopolymerization initiator is preferably 30% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 30% by mass or less.

モデル材インクが光重合開始剤として開裂型と水素引き抜き型の両方の種類の光ラジカル開始剤を含有していると、モデル材インクの硬化速度が上昇する。この理由は定かではないが、開裂型ラジカル開始剤と水素引き抜き型ラジカル開始剤の光重合開始剤が並存すると、水素引き抜き型ラジカル開始剤の重合開始剤が増感剤のような役割を果たすために重合速度が向上するものと考えられる。   If the model material ink contains both a cleavage type and a hydrogen abstraction type photoradical initiator as a photopolymerization initiator, the curing speed of the model material ink increases. The reason for this is not clear, but if the photopolymerization initiator of the cleavage type radical initiator and the hydrogen abstraction type radical initiator coexist, the polymerization initiator of the hydrogen abstraction type radical initiator functions as a sensitizer. It is considered that the polymerization rate is improved.

一方で、モデル材インクが水素引き抜き型の光ラジカル開始剤を実質的に含有していない場合には、3D造形物の伸びまたは降伏応力が高くなりやすい。この理由は定かではないが、以下のように考えることができる。光重合性モノマーの重合により得られる線状高分子間で、水素引き抜き型の光ラジカル開始剤によってグラフト重合が発生すると、不規則な架橋が生じることがある。3D造形物中に不規則な架橋があると、硬化物を伸長させた際に組成物中の特定の部位に応力が集中するため、3D造形物は十分に伸びずに降伏する。しかし、モデル材インクが水素引き抜き型の光ラジカル開始剤を実質的に含有していないと、上記グラフト重合が発生しにくいので、伸びまたは降伏応力が高くなりやすい。   On the other hand, when the model material ink does not substantially contain a hydrogen abstraction type photoradical initiator, the elongation or yield stress of the 3D structure tends to increase. The reason for this is not clear, but can be considered as follows. When graft polymerization occurs between linear polymers obtained by polymerization of photopolymerizable monomers with a hydrogen abstraction type photoradical initiator, irregular crosslinking may occur. If there is an irregular cross-link in the 3D model, the stress concentrates on a specific part in the composition when the cured product is stretched, so that the 3D model does not stretch sufficiently and yields. However, if the model material ink does not substantially contain a hydrogen abstraction type photoradical initiator, the above-mentioned graft polymerization hardly occurs, so that the elongation or yield stress tends to be high.

そのため、3D造形物の作製スピードを早めることが求められる場合には、モデル材インクに、開裂型ラジカル開始剤および水素引き抜き型ラジカル開始剤の両方を含有させることが好ましい。一方、3D造形物の耐久性を重視する場合には、水素引き抜き型ラジカル開始剤を実質的に含有させないことが好ましい。   Therefore, when it is required to increase the production speed of the 3D structure, it is preferable that the model material ink contains both the cleavage type radical initiator and the hydrogen abstraction type radical initiator. On the other hand, when importance is attached to the durability of the 3D structure, it is preferable not to contain a hydrogen abstraction type radical initiator substantially.

開裂型ラジカル開始剤の例には、ジエトキシアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシル−フェニルケトン、2−メチル−2−モルホリノ(4−チオメチルフェニル)プロパン−1−オンおよび2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルホリノフェニル)−ブタノンを含むアセトフェノン系ラジカル開始剤、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテルおよびベンゾインイソプロピルエーテルを含むベンゾイン類ラジカル開始剤、2,4,6−トリメチルベンゾインジフェニルホスフィンオキシドを含むアシルホスフィンオキシド系ラジカル開始剤、ベンジルならびにメチルフェニルグリオキシエステルが含まれる。   Examples of cleavage type radical initiators include diethoxyacetophenone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one, benzyldimethyl ketal, 1- (4-isopropylphenyl) -2-hydroxy-2- Methylpropan-1-one, 4- (2-hydroxyethoxy) phenyl- (2-hydroxy-2-propyl) ketone, 1-hydroxycyclohexyl-phenylketone, 2-methyl-2-morpholino (4-thiomethylphenyl) An acetophenone-based radical initiator including propan-1-one and 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone, a benzoin-based radical initiator including benzoin, benzoin methyl ether and benzoin isopropyl ether; 2,4,6-trimethylbe Acylphosphine oxide-based radical initiator containing a zone in diphenyl phosphine oxide, benzyl and methyl phenylglyoxylate ester.

水素引き抜き型ラジカル開始剤の例には、ベンゾフェノンおよびN,N−ジエチルベンゾフェノンを含むベンゾフェノン類、2,4−ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、クロロチオキサントンおよびイソプロポキシクロロチオキサントンを含むチオキサントン類、エチルアントラキノン、ベンズアントラキノン、アミノアントラキノンおよびクロロアントラキノンを含むアントラキノン類、ならびに9−フェニルアクリジンおよび1,7−ビス(9,9’−アクリジニル)ヘプタンを含むアクリジン類が含まれる。   Examples of hydrogen abstraction type radical initiators include benzophenones including benzophenone and N, N-diethylbenzophenone, thioxanthones including 2,4-diethylthioxanthone, isopropylthioxanthone, chlorothioxanthone and isopropoxychlorothioxanthone, ethyl anthraquinone, benz Anthraquinones including anthraquinone, aminoanthraquinone and chloroanthraquinone, and acridines including 9-phenylacridine and 1,7-bis (9,9'-acridinyl) heptane are included.

光酸発生剤の例には、公知のスルホニウム塩、アンモニウム塩、ジアリールヨードニウム塩およびトリアリールスルホニウム塩等が含まれる。具体的には、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェート塩、ヨードニウム(4−メチルフェニル)(4−(2−メチルプロピル)フェニル)ヘキサフルオロホスフェート、トリアリールスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−メチル−2−ブテニルテトラメチレンスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート等が含まれる。市販の光酸発生剤の例には、バイエル社のUVI−6990、ダイセル・オルネクス社のUvacure1591(「Uvacure1591」はオルネクス社の登録商標)、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社のCGI−552およびIr250、旭電化工業社のSP−150、SP−152、SP−170、SP−172およびCP−77、ならびにサンアプロ社のCPI−100P、CPI−101A、CPI−200KおよびCPI−210S等を用いることができる。   Examples of the photoacid generator include known sulfonium salts, ammonium salts, diaryliodonium salts, triarylsulfonium salts and the like. Specifically, triarylsulfonium hexafluorophosphate salt, iodonium (4-methylphenyl) (4- (2-methylpropyl) phenyl) hexafluorophosphate, triarylsulfonium hexafluoroantimonate, 3-methyl-2-butyl Tenenyltetramethylenesulfonium hexafluoroantimonate and the like are included. Examples of commercially available photoacid generators include Bayer UVI-6990, Daicel Ornex Uvacure 1591 ("Uvacure 1591" is a registered trademark of Ornex), Ciba Specialty Chemicals CGI-552 and Ir250, Asahi Denka Kogyo's SP-150, SP-152, SP-170, SP-172 and CP-77, and San Apro's CPI-100P, CPI-101A, CPI-200K and CPI-210S can be used.

光重合開始剤の含有量は、活性光線や活性光線硬化性化合物の種類などにもよるが、モデル材インクの全質量に対して0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましい。   The content of the photopolymerization initiator is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total mass of the model material ink, although it depends on the type of actinic ray or actinic ray curable compound.

1−4.その他の成分
モデル材インクは、本発明の効果が得られる範囲において、増感剤、光重合開始剤助剤、重合禁止剤および剥離促進剤を含むその他の成分をさらに含んでいてもよい。これらの成分は、1種のみでもよいし、2種以上を組みあわせて用いてもよい。
1-4. Other Components The model material ink may further include other components including a sensitizer, a photopolymerization initiator auxiliary agent, a polymerization inhibitor, and a release accelerator as long as the effects of the present invention are obtained. These components may be used alone or in combination of two or more.

増感剤の例には、400nm以上の波長の光により増感機能を発現するものが含まれ、具体的には、9,10−ジブトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジプロポキシアントラセンおよび9,10−ビス(2−エチルヘキシルオキシ)アントラセンを含むアントラセン誘導体が含まれる。市販の増感剤の例には、川崎化成工業社のDBAおよびDEAが含まれる。   Examples of the sensitizer include those that exhibit a sensitizing function by light having a wavelength of 400 nm or more. Specifically, 9,10-dibutoxyanthracene, 9,10-diethoxyanthracene, 9,10 -Anthracene derivatives including dipropoxyanthracene and 9,10-bis (2-ethylhexyloxy) anthracene are included. Examples of commercially available sensitizers include DBA and DEA from Kawasaki Chemical Industries.

光重合開始剤助剤は、第3級アミン化合物であってよく、芳香族第3級アミン化合物であることが好ましい。芳香族第3級アミン化合物の例には、N,N-ジメチルアニリン、N,N-ジエチルアニリン、N,N-ジメチル-p-トルイジン、N,N-ジメチルアミノ-p-安息香酸エチルエステル、N,N-ジメチルアミノ-p-安息香酸イソアミルエチルエステル、N,N-ジヒドロキシエチルアニリン、トリエチルアミンおよびN,N-ジメチルヘキシルアミンが含まれる。   The photopolymerization initiator auxiliary agent may be a tertiary amine compound, and is preferably an aromatic tertiary amine compound. Examples of aromatic tertiary amine compounds include N, N-dimethylaniline, N, N-diethylaniline, N, N-dimethyl-p-toluidine, N, N-dimethylamino-p-benzoic acid ethyl ester, N, N-dimethylamino-p-benzoic acid isoamyl ethyl ester, N, N-dihydroxyethylaniline, triethylamine and N, N-dimethylhexylamine are included.

重合禁止剤の例には、(アルキル)フェノール、ハイドロキノン、カテコール、レゾルシン、p-メトキシフェノール、t-ブチルカテコール、t-ブチルハイドロキノン、ピロガロール、1,1-ピクリルヒドラジル、フェノチアジン、p-ベンゾキノン、ニトロソベンゼン、2,5-ジ-t-ブチル-p-ベンゾキノン、ジチオベンゾイルジスルフィド、ピクリン酸、クペロン、アルミニウムN-ニトロソフェニルヒドロキシルアミン、トリ-p-ニトロフェニルメチル、N-(3-オキシアニリノ-1,3-ジメチルブチリデン)アニリンオキシド、ジブチルクレゾール、シクロヘキサノンオキシムクレゾール、グアヤコール、o-イソプロピルフェノール、ブチラルドキシム、メチルエチルケトキシムおよびシクロヘキサノンオキシムが含まれる。   Examples of polymerization inhibitors include (alkyl) phenol, hydroquinone, catechol, resorcin, p-methoxyphenol, t-butylcatechol, t-butylhydroquinone, pyrogallol, 1,1-picrylhydrazyl, phenothiazine, p-benzoquinone , Nitrosobenzene, 2,5-di-t-butyl-p-benzoquinone, dithiobenzoyl disulfide, picric acid, cuperone, aluminum N-nitrosophenylhydroxylamine, tri-p-nitrophenylmethyl, N- (3-oxyanilino- 1,3-dimethylbutylidene) aniline oxide, dibutylcresol, cyclohexanone oxime cresol, guaiacol, o-isopropylphenol, butyraloxime, methyl ethyl ketoxime and cyclohexanone oxime.

剥離促進剤は、後述のサポート材インクが硬化してなるサポート材層によって製造中のモデル材層を下から支持しながら3D造形物を製造する場合に、モデル材層と前記サポート材層との剥離をより容易にする。剥離促進剤の例には、シリコン界面活性剤、フッ素界面活性剤およびセバシン酸ステアリルを含む高級脂肪酸エステルが含まれる。剥離をより容易にする観点からは、剥離促進剤はシリコン界面活性剤であることが好ましい。剥離促進剤の含有量は、インクの全質量に対して0.01質量%以上3.0質量%以下であることが好ましい。剥離促進剤の含有量を0.01質量%以上とすることで、基材と3D造形物との剥離性をより高めることができる。剥離促進剤の含有量を3.0質量%以下とすることで、硬化前のモデル材インクの液滴が合一することによる、3D造形物の形状のゆがみを発生しにくくすることができる。   When a 3D model is manufactured while supporting a model material layer being manufactured from below by a support material layer formed by curing a support material ink described later, the peeling accelerator is formed between the model material layer and the support material layer. Make peeling easier. Examples of release promoters include higher fatty acid esters including silicon surfactants, fluorosurfactants and stearyl sebacate. From the viewpoint of facilitating peeling, the peeling accelerator is preferably a silicon surfactant. The content of the peeling accelerator is preferably 0.01% by mass or more and 3.0% by mass or less with respect to the total mass of the ink. By making content of a peeling accelerator into 0.01 mass% or more, the peelability of a base material and 3D modeling thing can be improved more. By setting the content of the peeling accelerator to 3.0% by mass or less, it is possible to make it difficult to generate a distortion of the shape of the 3D modeled object due to coalescence of the droplets of the model material ink before curing.

2.インクセット
モデル材インクは、インクジェット方式による3D造形用のサポート材インク(以下、単に「サポート材インク」ともいう。)とあわせてインクセットとしてもよい。インクセットは、モデル材インクとサポート材インクとを同時に梱包等して販売し、かつ一の3D造形物を形成するために使用できる形態であればよい。たとえば、モデル材インクとサポート材インクとを複数のインクカートリッジにそれぞれ独立に収容してもよいし、または複数のインク収容部を一体的に構成して、それぞれのインク収容部にモデル材インクおよびサポート材インクを収容したインクカートリッジとしてもよい。
2. Ink Set The model material ink may be combined with a support material ink for 3D modeling by an inkjet method (hereinafter also simply referred to as “support material ink”) to form an ink set. The ink set only needs to be in a form that can be used to package and sell the model material ink and the support material ink at the same time and form one 3D structure. For example, the model material ink and the support material ink may be individually stored in a plurality of ink cartridges, or the plurality of ink storage portions may be integrally configured so that each of the ink storage portions includes the model material ink and the ink. An ink cartridge containing support material ink may be used.

サポート材インクは、除去を容易にする観点から、温度に依存して硬化してその硬化物が熱溶融性するもの、または光硬化性でその硬化物が水溶性もしくは水膨潤性であるものが好ましい。   From the viewpoint of facilitating removal, the support material ink may be cured depending on temperature so that the cured product is heat-meltable, or photocured and the cured product is water-soluble or water-swellable. preferable.

温度に依存して硬化してその硬化物が熱溶融性するサポート材の例には、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、カルナバワックス、エステルワックス、アミドワックスおよびPEG20000を含むワックス類が含まれる。光硬化性でその硬化物が水溶性もしくは水膨潤性であるサポート材の例には、光重合性官能基を有する水溶性化合物、開裂型ラジカル開始剤および水を主成分とする光硬化樹脂組成物が含まれる。サポート材は、さらに水溶性高分子を含んでいてもよい。   Examples of support materials that are cured depending on temperature and whose cured product is heat-meltable include paraffin wax, microcrystalline wax, carnauba wax, ester wax, amide wax, and waxes including PEG 20000. Examples of a support material that is photocurable and whose cured product is water-soluble or water-swellable includes a water-soluble compound having a photopolymerizable functional group, a cleavage type radical initiator, and a photocurable resin composition mainly composed of water. Things are included. The support material may further contain a water-soluble polymer.

サポート材インクに含まれうる水溶性モノマーの例には、ポリオキシエチレンジ(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレンジ(メタ)アクリレート、(メタ)アクロロイルモルホリンおよびヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートを含む水溶性(メタ)アクリレート、ならびに(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミドおよびN-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドを含む水溶性の(メタ)アクリルアミドが含まれる。サポート材に含まれる開裂型ラジカル開始剤の例には、上記例示した化合物が含まれる。サポート材に含まれうる水溶性高分子の例には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびポリビニルアルコールが含まれる。   Examples of water-soluble monomers that can be included in the support material ink include water-soluble monomers including polyoxyethylene di (meth) acrylate, polyoxypropylene di (meth) acrylate, (meth) acryloylmorpholine and hydroxyalkyl (meth) acrylate Included are (meth) acrylates and water-soluble (meth) acrylamides including (meth) acrylamide, N, N-dimethyl (meth) acrylamide and N-hydroxyethyl (meth) acrylamide. Examples of the cleavage type radical initiator contained in the support material include the compounds exemplified above. Examples of water-soluble polymers that can be included in the support material include polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polyvinyl alcohol.

3.3D造形物の製造方法
本発明に係る3D造形物の製造方法は、上述のモデル材インクを用いるほかは、インクジェットヘッドのノズルから前記モデル材インクを吐出してモデル材インクの部分を含むインク層を作製する工程、および形成されたインク層に含まれるモデル材インクの部分に活性光線を照射する工程を含む、モデル材インクが硬化してなるモデル材を構成要素とする3D造形物の公知の製造方法と同様に行い得る。なお、インク層とは、吐出されたモデル材インクおよび任意に吐出された後述のサポート材インクによって形成される層をいう。インク層のうち、モデル材インクの部分に活性光線を照射することで、製造しようとする3D造形物を薄片状に微分割した各層であるモデル材層が作製される。モデル材層を積層することで、3D造形物が作製される。
3. 3D Model Manufacturing Method The 3D model manufacturing method according to the present invention includes a model material ink portion by discharging the model material ink from a nozzle of an inkjet head, except that the model material ink described above is used. A 3D object comprising a model material obtained by curing a model material ink, including a step of creating an ink layer and a step of irradiating a portion of the model material ink included in the formed ink layer with an actinic ray. It can be carried out in the same manner as a known production method. The ink layer is a layer formed by ejected model material ink and optionally ejected support material ink described later. By irradiating the portion of the model material ink with actinic rays in the ink layer, a model material layer that is each layer obtained by finely dividing the 3D model to be manufactured into a thin piece is produced. By stacking the model material layer, a 3D model is produced.

3−1.モデル材インクを吐出してモデル材インクの部分を含むインク層を形成する工程
モデル材インクは、製造しようとする3D造形物の各層においてモデル材が占める位置のデータに基づいて所定の位置に吐出されることで、インク層に含まれる前記モデル材インクの部分を形成する。モデル材インクは、基材上、すでに光を照射されて形成されたモデル材層上、または任意に形成されるサポート材層上に吐出される。それぞれのインク層に含まれるモデル材インクの部分は、後の工程で活性光線を照射されることで硬化し、モデル材層を形成する。
3-1. A process of ejecting model material ink to form an ink layer including a portion of model material ink Model material ink is ejected to a predetermined position on the basis of position data occupied by the model material in each layer of the 3D model to be manufactured. As a result, a portion of the model material ink included in the ink layer is formed. The model material ink is ejected onto a base material, a model material layer that has already been irradiated with light, or a support material layer that is optionally formed. The portion of the model material ink contained in each ink layer is cured by being irradiated with actinic rays in a subsequent process, thereby forming a model material layer.

ノズルからの射出性をより高める観点からは、モデル材インク1滴あたりの液滴量は、1pl以上70pl以下であることが好ましい。より高解像度の3D造形物を得る観点からは、モデル材インク1滴あたりの液滴量は2pl以上50pl以下であることがより好ましい。   From the viewpoint of further improving the ejection properties from the nozzles, the amount of droplets per droplet of model material ink is preferably 1 pl or more and 70 pl or less. From the viewpoint of obtaining a higher-resolution 3D object, the amount of droplets per droplet of model material ink is more preferably 2 pl or more and 50 pl or less.

3−2.形成されたインク層に含まれるモデル材インクの部分に活性光線を照射してモデル材層を作製する工程
吐出されたモデル材インクは、光源から活性光線を照射して硬化させることができる。モデル材インクの硬化に用いることができる活性光線の例には、紫外線および電子線が含まれる。
3-2. Step of creating a model material layer by irradiating a portion of the model material ink included in the formed ink layer with an actinic ray The discharged model material ink can be cured by irradiating with an actinic ray from a light source. Examples of actinic rays that can be used for curing the model material ink include ultraviolet rays and electron beams.

紫外線を照射するための光源の例には、低圧水銀ランプおよび殺菌灯を含む蛍光管、冷陰極管、紫外レーザー、100Pa以上1MPa以下の範囲に含まれる動作圧力を有する水銀ランプ、メタルハライドランプおよび発光ダイオード(LED)等が含まれる。3D造形物をより速く硬化させる観点から、光源は、照度100mW/cm以上の紫外線を照射することができる、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプおよびLED等が好ましく、これらのうち、消費電力をより少なくする観点から、LEDが好ましい。LEDの具体的には、395nm水冷LED、Phoseon Technology社製が含まれる。 Examples of the light source for irradiating ultraviolet rays include fluorescent tubes including a low-pressure mercury lamp and a germicidal lamp, cold cathode tubes, ultraviolet lasers, mercury lamps having an operating pressure within a range of 100 Pa to 1 MPa, metal halide lamps, and light emission A diode (LED) or the like is included. From the viewpoint of curing the 3D model faster, the light source is preferably a high-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, an LED, or the like that can irradiate ultraviolet rays having an illuminance of 100 mW / cm 2 or more. LED is preferable from the viewpoint of. Specific examples of the LED include a 395 nm water-cooled LED, manufactured by Phaseon Technology.

電子線を発生させる方法の例には、スキャニング方式、カーテンビーム方式およびブロードビーム方式が含まれる。これらのうり、より効率よく電子線を発生させる観点から、カーテンビーム方式が好ましい。電子線を照射することができる光源の例には、キュアトロンEBC−200−20−30、日新ハイボルテージ社製およびMin−EB、AIT社製が含まれる。   Examples of a method for generating an electron beam include a scanning method, a curtain beam method, and a broad beam method. From these viewpoints, the curtain beam method is preferable from the viewpoint of generating an electron beam more efficiently. Examples of the light source that can irradiate the electron beam include Curetron EBC-200-20-30, manufactured by Nisshin High Voltage Co., Ltd., and Min-EB manufactured by AIT.

活性光線が電子線である場合、十分な硬化を行う観点から、電子線照射の加速電圧は30kV以上250kV以下とすることが好ましく、30kV以上100kV以下とすることがより好ましい。加速電圧が100kV以上250kV以下の範囲である場合、十分な硬化を行う観点から、電子線照射量は30kGy以上100kGy以下であることが好ましく、30kGy以上60kGy以下であることがより好ましい。上下の層間の接着性を高める観点からは、照射されるモデル材インクが完全には硬化せずに半硬化状態となり、その後に吐出されたモデル材インクに活性構成を照射する際に、前記半硬化状態のモデル材インクが完全に硬化するような強度に設定してもよい。   When the actinic ray is an electron beam, the acceleration voltage for electron beam irradiation is preferably 30 kV or more and 250 kV or less, and more preferably 30 kV or more and 100 kV or less from the viewpoint of sufficient curing. When the acceleration voltage is in the range of 100 kV to 250 kV, from the viewpoint of sufficient curing, the electron beam irradiation dose is preferably 30 kGy to 100 kGy, more preferably 30 kGy to 60 kGy. From the viewpoint of improving the adhesiveness between the upper and lower layers, the irradiated model material ink is not completely cured but is in a semi-cured state. The strength may be set such that the cured model material ink is completely cured.

隣り合うモデル材インクの液滴をより合一しにくくする観点からは、活性光線は、モデル材インクの液滴が記録媒体上に付着した後10秒以内に照射されることが好ましい。前記観点からは、活性光線は、モデル材インクの液滴が着弾した後0.001秒〜5秒の間に照射されることが好ましく、0.01秒〜2秒の間に照射されることがより好ましい。   From the viewpoint of making the adjacent model material ink droplets more difficult to unite, it is preferable that the actinic ray is irradiated within 10 seconds after the model material ink droplets adhere to the recording medium. From the above viewpoint, the actinic ray is preferably irradiated for 0.001 second to 5 seconds after the ink droplet of the model material has landed, and is irradiated for 0.01 second to 2 seconds. Is more preferable.

次の層を形成しやすくする観点から、光を照射して硬化したモデル材インクは、膜厚調整用ローラ等で表面を平坦にされてもよい。   From the viewpoint of facilitating the formation of the next layer, the surface of the model material ink cured by irradiation with light may be flattened with a film thickness adjusting roller or the like.

3−3.サポート材インクを吐出して、サポート材インクの部分を含む前記インク層を形成する工程
本発明の製造方法は、硬化性のサポート材インクを吐出して、サポート材インクの部分を含む前記インク層を形成する工程を任意に含んでいてもよい。サポート材インクは、製造しようとする3D造形物の各層における、その後に形成されるモデル材を支持するためにサポート材を配置することが望ましい位置のデータに基づいて、所定の位置に吐出されることで、インク層に任意に含まれるサポート材インクの部分を形成する。サポート材インクは、その後、硬化して、サポート材層を形成する。サポート材層が積層されてなるサポート材は、製造中の3D造形物の空間部分を埋めて、製造中のモデル材層を重力方向下部から支える。これにより、サポート材は、モデル材層がまだ十分な強度を有していない部分から製造中の3D造形物が重力によって崩壊することを、防止することができる。
3-3. The step of forming the ink layer including the support material ink by discharging the support material ink The manufacturing method of the present invention discharges the curable support material ink and includes the ink layer including the support material ink. The step of forming may optionally be included. The support material ink is ejected to a predetermined position on the basis of data on positions where it is desirable to arrange the support material in order to support the model material to be subsequently formed in each layer of the 3D model to be manufactured. Thus, a portion of the support material ink arbitrarily included in the ink layer is formed. The support material ink is then cured to form a support material layer. The support material formed by laminating the support material layer fills the space portion of the 3D model being manufactured, and supports the model material layer being manufactured from below in the direction of gravity. Thereby, the support material can prevent the 3D model being manufactured from collapsing due to gravity from a portion where the model material layer does not yet have sufficient strength.

サポート材層は、モデル材層と独立して製造してもよい。しかし、作業時間を短縮する観点からは、同一のインク層におけるモデル材層およびサポート材層を同時に形成することが好ましい。具体的には、モデル材インクとサポート材インクとを同時にまたは連続して吐出して同一のインク層を形成する。その後、モデル材インクの部分に活性光線を照射することで、モデル材層およびサポート材層を形成する。次のインク層は、前記形成されたモデル材層またはサポート材層の上にモデル材インクまたはサポート材インクを吐出して形成していく。   The support material layer may be manufactured independently of the model material layer. However, from the viewpoint of shortening the working time, it is preferable to simultaneously form the model material layer and the support material layer in the same ink layer. Specifically, the same ink layer is formed by discharging the model material ink and the support material ink simultaneously or successively. Thereafter, the model material ink and the support material layer are formed by irradiating the model material ink portion with actinic rays. The next ink layer is formed by discharging the model material ink or the support material ink on the formed model material layer or the support material layer.

このとき、インクジェットヘッドにサポート材インク用のノズルとモデル材インク用のノズルとを設けて、同一のインクジェットヘッドから吐出される構成にしてもよいし、モデル材インクとサポート材インクとを別のインクジェットヘッドから吐出してもよい。作業時間を短縮する観点からは、それぞれのインクを収容する収容部から別のインクジェットヘッドに流路を連通して、別のインクジェットヘッドのノズルからモデル材インクとサポート材インクとを独立して吐出することが好ましい。   At this time, the nozzle for the support material ink and the nozzle for the model material ink may be provided in the ink jet head so that the ink is ejected from the same ink jet head, or the model material ink and the support material ink may be separated. You may discharge from an inkjet head. From the viewpoint of shortening the work time, the flow path is communicated from the storage section for storing each ink to another inkjet head, and the model material ink and the support material ink are ejected independently from the nozzles of the other inkjet head. It is preferable to do.

3−4.サポート材層を除去する工程
本発明の製造方法が上記サポート材インクを吐出する工程を有するとき、すべてのモデル材層およびサポート材層を形成した後に、サポート材が除去される。なお、本発明では、すべてのモデル材層およびサポート材層が形成された状態の3D造形物を、3D造形物前駆体ともいう。
3-4. Step of removing support material layer When the manufacturing method of the present invention includes a step of discharging the support material ink, the support material is removed after all the model material layers and the support material layers are formed. In the present invention, a 3D structure in which all model material layers and support material layers are formed is also referred to as a 3D structure precursor.

サポート材として、温度に依存して硬化してその硬化物が熱溶融性するものを用いた場合は、たとえば60℃以上130℃以下の環境に1分以上5分以下3D造形物前駆体を保持することで、サポート材を除去することができる。サポート材として、光硬化性でその硬化物が水溶性または水膨潤性であるものを用いた場合は、たとえば、3D造形物前駆体のTgよりも−30℃以上+30℃以下の水に10分以上60分以下3D造形物前駆体を浸漬させるか、または相対湿度50%以上90%以下、温度40℃以上70℃以下の環境に10分以上60分以下3D造形物前駆体を静置することで、サポート材を除去することができる。   When the support material is cured depending on the temperature and the cured product is heat-meltable, for example, the 3D shaped object precursor is held for 1 minute or more and 5 minutes or less in an environment of 60 ° C. or more and 130 ° C. or less. By doing so, the support material can be removed. When a support material that is photocurable and whose cured product is water-soluble or water-swellable is used, for example, 10 minutes in water of -30 ° C. or higher and + 30 ° C. or lower than the Tg of the 3D modeled precursor. Immerse the 3D model precursor for 60 minutes or less or leave the 3D model precursor for 10 minutes or more and 60 minutes or less in an environment with a relative humidity of 50% to 90% and a temperature of 40 ° C to 70 ° C. Thus, the support material can be removed.

4.3D造形システムを用いた具体的な製造例
4−1.3D造形システムの例
図1には、インクジェット法による3D造形システムの例の概要が示される。図1に示される3D造形システムは、インクジェット部1、演算制御部2、記憶装置3、入力装置4、出力装置5および表示装置6を有する。
4.3 Specific Manufacturing Example Using 3D Modeling System 4-1.3 Example of 3D Modeling System FIG. 1 shows an outline of an example of a 3D modeling system based on an inkjet method. The 3D modeling system shown in FIG. 1 includes an inkjet unit 1, a calculation control unit 2, a storage device 3, an input device 4, an output device 5, and a display device 6.

インクジェット部1は、上下(図面Z方向)に駆動する駆動部(図示省略)を備えたステージ11と、左右(図面XY方向)に移動可能にレール(図示省略)上に配置された、モデル材インクまたはサポート材インクを吐出するインクジェット装置12と、を備える。   The ink jet unit 1 is a model material arranged on a rail (not shown) movably left and right (drawing XY direction) and a stage 11 provided with a drive unit (not shown) that drives up and down (drawing Z direction). An inkjet device 12 that ejects ink or support material ink.

インクジェット装置12は、モデル材インク用インクジェットヘッド13、サポート材インク用インクジェットヘッド14、膜厚調整用ローラ15、および光源16を備える。モデル材インク用インクジェットヘッド13およびサポート材インク用インクジェットヘッド14は、それぞれ吐出用のノズルを有する。モデル材インク用インクジェットヘッド13は、配管13aを介してポンプ13bおよびモデル材インクタンク13cに連通する。モデル材インクタンク13cには、モデル材インクを入れることができる。サポート材インク用インクジェットヘッド14は、配管14aを介してポンプ14bおよびサポート材インクタンク14cに連通する。サポート材インクタンク14cには、サポート材インクを入れることができる。モデル材インクタンク13cおよびサポート材インクタンク14cは、複数備えられ、それぞれにインクセット番号が付されていてもよい。   The inkjet device 12 includes an inkjet head 13 for model material ink, an inkjet head 14 for support material ink, a film thickness adjusting roller 15, and a light source 16. Each of the model material ink inkjet head 13 and the support material ink inkjet head 14 has an ejection nozzle. The ink jet head 13 for model material ink communicates with a pump 13b and a model material ink tank 13c via a pipe 13a. Model material ink can be placed in the model material ink tank 13c. The support material ink inkjet head 14 communicates with a pump 14b and a support material ink tank 14c via a pipe 14a. Support material ink can be placed in the support material ink tank 14c. A plurality of model material ink tanks 13c and support material ink tanks 14c may be provided, and each may be assigned an ink set number.

演算制御部2は、演算部21、インク選択部22、ステージ制御部23、インクジェット制御部24、ローラ制御部25および光源制御部26を備える。   The calculation control unit 2 includes a calculation unit 21, an ink selection unit 22, a stage control unit 23, an inkjet control unit 24, a roller control unit 25, and a light source control unit 26.

演算部21は、記憶装置3に記録されているCADデータから、3D造形物製造用のSTLデータ、およびSTLデータから形成された仮想3D造形物を薄片状に微分割した各層におけるモデル材およびサポート材の配置を算出する。インク選択部22は、製造しようとする3D造形物にあわせて適切なモデル材インクおよびサポート材インクを選択する。また、インク選択部22は、選択されたモデル材インクが入れられたモデル材インクタンク13cを配管13aに連通させ、かつ、選択されたサポート材インクが入れられたサポート材インクタンク14cを配管14aに連通させるための情報を、インクジェット部1に送る。ステージ制御部23は、ステージ11を駆動するための情報をインクジェット部1に送る。インクジェット制御部24は、モデル材インクおよびサポート材インクがそれぞれ各層におけるモデル材およびサポート材の位置に着弾するように、モデル材インク用インクジェットヘッド13およびサポート材インク用インクジェットヘッド14を駆動するための情報を、インクジェット部1に送る。ローラ制御部25は、膜厚調整用ローラ15を駆動するための情報をインクジェット部1に送る。光源制御部26は、光源16を駆動するための情報をインクジェット部1に送る。演算制御部2は、CPU等の通常のコンピュータシステムで用いられる演算装置で構成することができる。   The computing unit 21 uses the CAD data recorded in the storage device 3, the STL data for manufacturing the 3D structure, and the model material and support in each layer obtained by finely dividing the virtual 3D structure formed from the STL data into thin pieces Calculate material placement. The ink selection unit 22 selects an appropriate model material ink and support material ink in accordance with the 3D model to be manufactured. Further, the ink selection unit 22 communicates the model material ink tank 13c in which the selected model material ink is placed with the pipe 13a, and the support material ink tank 14c in which the selected support material ink is put in the pipe 14a. Information for communicating with the inkjet unit 1 is sent. The stage control unit 23 sends information for driving the stage 11 to the inkjet unit 1. The inkjet control unit 24 drives the model material ink inkjet head 13 and the support material ink inkjet head 14 so that the model material ink and the support material ink land on the positions of the model material and the support material in each layer, respectively. Information is sent to the inkjet unit 1. The roller control unit 25 sends information for driving the film thickness adjusting roller 15 to the inkjet unit 1. The light source control unit 26 sends information for driving the light source 16 to the inkjet unit 1. The calculation control unit 2 can be configured by a calculation device used in a normal computer system such as a CPU.

記憶装置3には、3D造形物を製造するために必要な情報、例えば前記モデル材インクタンク13cおよびサポート材インクタンク14cのロット番号と、CADデータ番号、STLデータ番号およびインクセット番号等とが関連付けて記録される。記憶装置3の例には、ROM、RAMおよび磁気ディスクを含む記憶装置が含まれる。   The storage device 3 stores information necessary for manufacturing the 3D object, such as the lot number of the model material ink tank 13c and the support material ink tank 14c, the CAD data number, the STL data number, and the ink set number. Recorded in association. Examples of the storage device 3 include a storage device including a ROM, a RAM, and a magnetic disk.

入力装置4は、STLデータを修正するための指示を入力するための装置である。入力装置4の例には、キーボードおよびマウスを含むポインティングデバイスが含まれる。   The input device 4 is a device for inputting an instruction for correcting STL data. Examples of the input device 4 include a pointing device including a keyboard and a mouse.

出力装置5は、表示装置6に表示された情報を出力するための装置である。出力装置5の例には、プリンタが含まれる。   The output device 5 is a device for outputting information displayed on the display device 6. An example of the output device 5 includes a printer.

表示装置6は、STLデータおよびSTLデータから形成される下層3D造形物を表示するための装置である。表示装置6の例には、液晶ディスプレイおよびモニタを含む画像表示装置が含まれる。   The display device 6 is a device for displaying the STL data and the lower layer 3D structure formed from the STL data. Examples of the display device 6 include an image display device including a liquid crystal display and a monitor.

4−2.3D造形物の製造フローの例
図1に示す3D造形システムを用いる3D造形物の製造方法について、図2のフロー図を参照しながらより詳細に説明する。
4-2.3 Example of Manufacturing Flow of 3D Modeled Object A method for manufacturing a 3D modeled object using the 3D modeling system shown in FIG. 1 will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG.

(イ)ステップS101において、演算制御部2は、記録装置3から選択されたCADデータを演算部21に入力する。ステップS102において、演算部21は、CADデータを3D造形用データであるSTLデータに変換する。なお、STLデータから形成される仮想3D造形物を出力装置5上に表示して所望の形状が形成されるか否かを確認し、所望の形状が形成されない場合は、入力装置4から、STLデータに修正を加えてもよい。   (A) In step S <b> 101, the arithmetic control unit 2 inputs CAD data selected from the recording device 3 to the arithmetic unit 21. In step S102, the calculation unit 21 converts the CAD data into STL data that is 3D modeling data. Note that a virtual 3D structure formed from the STL data is displayed on the output device 5 to check whether a desired shape is formed. If the desired shape is not formed, the STL data is input from the input device 4. Modifications may be made to the data.

(ロ)ステップS103において、演算部21は、図3Aおよび図3Bに示すように、仮想3D造形物を図3のZ方向において複数の薄片状の層D1〜DXに微分割し、各層におけるモデル材の配置データ、およびいわゆるオーバーハング部分、例えば「K」の字の第二画目部分を構成するモデル材を下方から支持するためのサポート材の配置データを作成する。演算部21は、モデル材の配置データとサポート材の配置データを同じ層ごとに組み合わせて、本発明における「第1の平面データD1、第2の平面データD2、…第Xの平面データDX」を得る。   (B) In step S103, as shown in FIGS. 3A and 3B, the calculation unit 21 finely divides the virtual 3D structure into a plurality of flaky layers D1 to DX in the Z direction in FIG. Material arrangement data and support material arrangement data for supporting the model material constituting the so-called overhang portion, for example, the second image portion of the letter “K”, from below are created. The calculation unit 21 combines the arrangement data of the model material and the arrangement data of the support material for each same layer, and “first plane data D1, second plane data D2,... Xth plane data DX” in the present invention. Get.

(ハ)ステップS105において、インク選択部22は、仮想3D造形物のデータや複数の平面データに基づいて、最適なモデル材インクおよびサポート材インクを選択し、これらのインクを配管13aおよび配管14aにそれぞれ連通させるための情報をインクジェット部1に送る。   (C) In step S105, the ink selection unit 22 selects the optimal model material ink and support material ink based on the data of the virtual 3D model and the plurality of plane data, and these inks are connected to the pipes 13a and 14a. The information for communicating with each is sent to the inkjet unit 1.

(ニ)ステップS108において、ステージ制御部23は、第1の平面データD1に基づいた第1のモデル材層およびサポート材層を形成できるようにステージ11を駆動するための情報を、インクジェット部1に送る。インクジェット部1は、受信した情報にしたがってステージ11をZ方向に動かし、ステージ11とそれぞれのインクジェットヘッドとの相対的な位置を合わせる。   (D) In step S108, the stage control unit 23 uses the inkjet unit 1 to drive the stage 11 so that the first model material layer and the support material layer can be formed based on the first plane data D1. Send to. The ink jet unit 1 moves the stage 11 in the Z direction according to the received information, and aligns the relative positions of the stage 11 and the respective ink jet heads.

(ホ)ステップS110において、インクジェット制御部24は、第1におけるモデル材およびサポート材の配置に基づいてそれぞれのインクジェットヘッドの位置を制御するための情報をインクジェット部1に送る。インクジェット部1は、図4Aおよび図4Bに示すように、受信した情報にしたがって、それぞれのインクジェットヘッドの位置を制御して、ステージ上にモデル材インク(Ma)およびサポート材インク(S)の少なくともいずれか一方をそれぞれのインクジェットヘッドのノズルから吐出する。   (E) In step S110, the inkjet control unit 24 sends information for controlling the position of each inkjet head to the inkjet unit 1 based on the arrangement of the model material and the support material in the first. As shown in FIGS. 4A and 4B, the inkjet unit 1 controls the position of each inkjet head according to the received information, and at least the model material ink (Ma) and the support material ink (S) are placed on the stage. Either one is discharged from the nozzle of each inkjet head.

(ヘ)ステップS112において、光源制御部26は、光源16を駆動するための情報をインクジェット部1に送る。インクジェット部1は、受信した情報にしたがって光源16を駆動し、ノズルから吐出され着弾したモデル材インクに活性光線を照射してモデル材インクを硬化させ、モデル材層を得る。なお、モデル材層の厚みを均一にする観点から、活性光線の照射後に、ローラ制御部25はインクジェット装置1に膜厚調整用ローラ15を駆動するための情報を送り、情報を受信したインクジェット装置1は膜厚調整用ローラ15を駆動して厚い部分を研磨することで、第1の硬化層の厚さを均一にしてもよい。硬化および任意の研磨後の各硬化層の厚さは、1μm以上25μm以下であることが好ましい。   (F) In step S <b> 112, the light source control unit 26 sends information for driving the light source 16 to the inkjet unit 1. The ink jet unit 1 drives the light source 16 in accordance with the received information, and irradiates the model material ink ejected from the nozzle and landed with actinic rays to cure the model material ink, thereby obtaining a model material layer. From the viewpoint of making the thickness of the model material layer uniform, the roller control unit 25 sends information for driving the film thickness adjusting roller 15 to the ink jet apparatus 1 after irradiation with actinic rays, and receives the information. 1 may drive the film thickness adjusting roller 15 to polish a thick portion, thereby making the thickness of the first hardened layer uniform. The thickness of each cured layer after curing and optional polishing is preferably 1 μm or more and 25 μm or less.

(ト)ステップS114において、演算制御部2は、形成すべきモデル材層がさらにあるかを判定する。形成すべきモデル材層がさらにある場合は、ステップS108に戻り、図5Aおよび図5Bに示すように、ひとつのモデル材層の厚さ分だけ、ステージ11の位置を下方(Z方向)に移動させ、ステップS110、S112により第nの硬化層を第n−1の硬化層上に形成する。その後、図6A、図6B、図7Aおよび図7Bに示すように、最終のモデル材層(第Xのモデル材層)が積層されるまで、ステップS108、S110、S112、S114の手順を繰り返して複数の層を積層させる。ステップS114において、形成すべき層がこれ以上はない場合は、ステップS116に移行する。   (G) In step S114, the arithmetic control unit 2 determines whether there is a further model material layer to be formed. When there are more model material layers to be formed, the process returns to step S108, and the position of the stage 11 is moved downward (Z direction) by the thickness of one model material layer as shown in FIGS. 5A and 5B. In step S110 and S112, the nth hardened layer is formed on the n-1st hardened layer. Thereafter, as shown in FIGS. 6A, 6B, 7A, and 7B, the steps S108, S110, S112, and S114 are repeated until the final model material layer (Xth model material layer) is laminated. A plurality of layers are stacked. If there are no more layers to be formed in step S114, the process proceeds to step S116.

(チ)ステップS116において、インクジェット装置1から図8に示すような3D造形物前駆体を取り出し、サポート材を除去する。   (H) In step S116, the 3D modeled precursor as shown in FIG. 8 is taken out from the inkjet apparatus 1, and the support material is removed.

以上により、3D造形物を作製することができる。   By the above, 3D modeling thing can be produced.

以下において、実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。これらの実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。   In the following, the invention will be described in more detail with reference to examples. These examples do not limit the scope of the present invention.

1.モデル材インクの調製
1-1.モノマー組成物
表1に記載の光硬化性モノマーを表2に記載の組成に応じた量で混合し、モノマー組成物1〜9を調製した。
1. Preparation of model material ink 1-1. Monomer composition The photocurable monomer described in Table 1 was mixed in an amount corresponding to the composition described in Table 2 to prepare monomer compositions 1 to 9.

表1において、「SP値」に記載の数字は、それぞれのモノマーのSP値を表す。   In Table 1, the numbers described in “SP value” represent the SP value of each monomer.

表2において、「モノマー」の欄に記載の数字は、それぞれのモノマー組成物が含有する表1に記載のモノマーの量(質量%)を表す。「SP値」の欄に記載の数字は、それぞれのモノマー組成物のSP値を表す。それぞれのモノマー組成物のSP値は、市販のパーソナルコンピュータにインストールしたScigress Version 2.6、富士通社にそれぞれの化合物の構造を代入し、Bicerano法によって推定されたSP値δ、およびモノマーの分子量および質量%から求められるそれぞれのモノマーの体積分率φを、上記式1に代入して得た値である。「Tg」の欄に記載の数字は、それぞれのモノマー組成物のTgを表す。Tgは、それぞれのモノマー組成物を重合させた重合体の弾性値をARES-G2、ティー・エイ・インスツルメント社製を用いて測定して得られるtanΔのグラフ中の、ピーク(変曲点)の温度として得た値である。 In Table 2, the numbers described in the “monomer” column represent the amounts (mass%) of the monomers described in Table 1 contained in the respective monomer compositions. The number described in the “SP value” column represents the SP value of each monomer composition. The SP value of each monomer composition was determined by substituting the structure of each compound into Scigress Version 2.6 installed in a commercially available personal computer, Fujitsu, and the SP value δ k estimated by the Bicerano method, and the molecular weight of the monomer Further, the volume fraction φ k of each monomer obtained from the mass% is a value obtained by substituting into the above formula 1. The number described in the “Tg” column represents the Tg of each monomer composition. Tg is a peak (inflection point) in a graph of tan Δ obtained by measuring the elasticity value of the polymer obtained by polymerizing each monomer composition using ARES-G2, manufactured by TA Instruments Inc. ) Is the value obtained as the temperature.

Figure 2016112824
Figure 2016112824

Figure 2016112824
Figure 2016112824

1-2.ポリマー
1−2−1.ウレタンポリマー1の調製
重量平均分子量が約2000のポリプロピレングリコールであるETERNACOLL UH−200、宇部興産社製(「ETERNACOLL」は同社の登録商標)と、ノルボルネンメタンイソシアネートとをモル比で1:1となるように混合し、トルエンおよび錫触媒をさらに加えた混合液を70℃に加熱した。4時間後に反応停止剤としてポリカーボネートジオールに対するモル比が4:1となる量のヒドロキシエチルアクリレートを加え2時間静置し、重量平均分子量が8500であり官能基当量が2であるウレタンポリマー1−1を得た。
反応停止剤をエタノールにした以外はウレタンポリマー1−1と同様にして、重量平均分子量が8500であり官能基当量が0であるウレタンポリマー1−2を得た。
ウレタンポリマー1−1とウレタンポリマー1−2とをモル比が1:1となる量で混合して、重量平均分子量が8500であり官能基当量が1であるウレタンポリマー1を得た。
1-2. Polymer 1-2-1. Preparation of Urethane Polymer 1 ETERNACOLL UH-200, which is a polypropylene glycol having a weight average molecular weight of about 2000, Ube Industries, Ltd. ("ETERARNACOLL" is a registered trademark of the company) and norbornene methane isocyanate are in a molar ratio of 1: 1. The mixture was further mixed with toluene and tin catalyst and heated to 70 ° C. After 4 hours, as a reaction terminator, a hydroxyethyl acrylate having a molar ratio with respect to polycarbonate diol of 4: 1 was added and allowed to stand for 2 hours. The urethane polymer 1-1 having a weight average molecular weight of 8500 and a functional group equivalent of 2 was used. Got.
A urethane polymer 1-2 having a weight average molecular weight of 8500 and a functional group equivalent of 0 was obtained in the same manner as the urethane polymer 1-1 except that the reaction stopper was ethanol.
Urethane polymer 1-1 and urethane polymer 1-2 were mixed in an amount such that the molar ratio was 1: 1 to obtain urethane polymer 1 having a weight average molecular weight of 8500 and a functional group equivalent of 1.

1−2−2.ウレタンポリマー2〜5の調製
ウレタンポリマー1−1およびウレタンポリマー11を調製する際の反応時間を、得られるポリマーの重量平均分子量が表3に記載の各数値になるように調整した以外はウレタンポリマー1と同様にして、ウレタンポリマー2〜5を得た。
1-2-2. Preparation of urethane polymers 2-5 Urethane polymer except that the reaction time when preparing urethane polymer 1-1 and urethane polymer 11 was adjusted so that the weight average molecular weight of the resulting polymer would be the numerical values shown in Table 3. In the same manner as in Example 1, urethane polymers 2 to 5 were obtained.

1−2−3.ウレタンポリマー6の調製
ウレタンポリマー1−1およびウレタンポリマー11を調製する際に用いたポリプロピレングリコールを重量平均分子量が約3000であるETERNACOLL UH−300、宇部興産社製にし、得られるポリマーの分子量が16000になるように反応時間を調整した以外はウレタンポリマー1と同様にして、重量平均分子量が16000であり官能基当量が1であるウレタンポリマー6を得た。
1-2-3. Preparation of urethane polymer 6 Polyethylene glycol used in preparing urethane polymer 1-1 and urethane polymer 11 is made of ETERNACOLL UH-300 having a weight average molecular weight of about 3000, manufactured by Ube Industries, Ltd., and the molecular weight of the resulting polymer is 16000. A urethane polymer 6 having a weight average molecular weight of 16000 and a functional group equivalent of 1 was obtained in the same manner as the urethane polymer 1 except that the reaction time was adjusted to

1−2−4.ウレタンポリマー7の調製
ウレタンポリマー1−1およびウレタンポリマー11を調製する際に用いたポリプロピレングリコールを重量平均分子量が約1000であるプラクセル CD210、ダイセル化学工業社製(「プラクセル」は同社の登録商標)にし、得られるポリマーの分子量が8000になるように反応時間を調整した以外はウレタンポリマー1と同様にして、重量平均分子量が8000であり官能基当量が1であるウレタンポリマー7を得た。
1-2-4. Preparation of urethane polymer 7 Plaxel CD210 having a weight average molecular weight of about 1000 is the polypropylene glycol used in preparing urethane polymer 1-1 and urethane polymer 11, manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd. (“Placcel” is a registered trademark of the company) The urethane polymer 7 having a weight average molecular weight of 8000 and a functional group equivalent of 1 was obtained in the same manner as the urethane polymer 1 except that the reaction time was adjusted so that the molecular weight of the resulting polymer was 8,000.

1−2−5.ウレタンポリマー8の調製
ポリプロピレングリコールを重量平均分子量が約2000であるOD−X−102、DIC社製にした以外はウレタンポリマー11と同様にして、重量平均分子量が19000であり官能基当量が2でありエステル基を有する構成部分を含むウレタンポリマー8を得た。
1-2-5. Preparation of Urethane Polymer 8 The weight average molecular weight is 19000 and the functional group equivalent is 2 except that polypropylene glycol is made of OD-X-102 having a weight average molecular weight of about 2000, and manufactured by DIC. A urethane polymer 8 containing a constituent part having an ester group was obtained.

1−2−6.ウレタンポリマー9の調製
ポリプロピレングリコールを重量平均分子量が約2000であるOD−X−102、DIC社製にした以外はウレタンポリマー11と同様にして、重量平均分子量が11000であり官能基当量が1でありエーテル基を有する構成部分を含むウレタンポリマー9を得た。
1-2-6. Preparation of Urethane Polymer 9 The weight average molecular weight is 11000 and the functional group equivalent is 1 in the same manner as the urethane polymer 11, except that polypropylene glycol is made of OD-X-102 having a weight average molecular weight of about 2000 and DIC. A urethane polymer 9 containing a constituent part having an ether group was obtained.

1−2−7.ウレタンポリマー11の調製
反応時間を、得られるポリマーの重量平均分子量が10000になるように調整した以外はウレタンポリマー1−2と同様にして、ウレタンポリマー11を得た。
1-2-7. Preparation of Urethane Polymer 11 Urethane polymer 11 was obtained in the same manner as urethane polymer 1-2, except that the reaction time was adjusted so that the weight average molecular weight of the resulting polymer was 10,000.

1−2−8.その他のポリマー
その他のポリマーとして、以下の製品を用いた。
ウレタンポリマー10:UN−7600、根上工業社製
ブタジエンゴム:BAC−45、大阪有機化学社製(ブタジエンゴムジアクリレート)
イソプレンゴム:UC−102、クラレ社製(イソプレンゴムメタクリレート)
メタクリル酸メチルゴム:AA−6、東亜合成社製(ポリメタクリル酸メチル)
1-2-8. Other polymers The following products were used as other polymers.
Urethane polymer 10: UN-7600, manufactured by Negami Kogyo Co., Ltd. Butadiene rubber: BAC-45, manufactured by Osaka Organic Chemical Co., Ltd. (butadiene rubber diacrylate)
Isoprene rubber: UC-102, manufactured by Kuraray (Isoprene rubber methacrylate)
Methyl methacrylate rubber: AA-6, manufactured by Toa Gosei Co., Ltd. (polymethyl methacrylate)

表3に、それぞれのポリマーを示す。表3において、「分子量」の欄に記載の数値はそれぞれのポリマーの重量平均分子量であり、「官能基当量」の欄に記載の数値はそれぞれのポリマーの当量官能基当量であり、「SP値」の欄に記載の値はそれぞれのポリマーのSP値であり、「C4〜C7」の欄の記載はそれぞれのポリマーにおける炭素数4〜7の二重結合を有する直鎖炭化水素構造からなる構成部分の有無であり、「官能基構成部分」の欄に記載の官能基はそれぞれのポリマーがエーテル基、エステル基またはカーボネート基を有する場合の、その官能基であり、「Tg」の欄に記載の数値は、それぞれのポリマーのTgである。SP値は、SP値は、市販のパーソナルコンピュータにインストールしたScigress Version 2.6にそれぞれの化合物の構造を代入し、Bicerano法によって推定された値である。   Table 3 shows each polymer. In Table 3, the numerical value described in the “molecular weight” column is the weight average molecular weight of each polymer, the numerical value described in the “functional group equivalent” column is the equivalent functional group equivalent of each polymer, and “SP value” The value described in the column “” is the SP value of each polymer, and the description in the column “C4 to C7” consists of a linear hydrocarbon structure having a double bond having 4 to 7 carbon atoms in each polymer. It is the presence or absence of a moiety, and the functional group described in the column of “functional group constituent portion” is a functional group when each polymer has an ether group, an ester group or a carbonate group, and is described in the column of “Tg”. Is the Tg of each polymer. The SP value is a value estimated by the Bicerano method by substituting the structure of each compound into Scigress Version 2.6 installed in a commercially available personal computer.

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1-3.モデル材インク
表2に記載のモノマー組成物、表3に記載のポリマーおよび開始剤であるDAROCUR TPO(BASF社製、「DAROCUR」は同社の登録商標、以下単に「TPO」ともいう。)を、表4〜表8に記載の組成に応じた量で、80℃に加温しながら攪拌しながら溶解させ、3Dインクを調製した。
1-3. Model Material Ink The monomer composition described in Table 2, the polymer described in Table 3, and DAROCUR TPO (BASF, “DAROCUR” is a registered trademark of the company, hereinafter also referred to simply as “TPO”). 3D inks were prepared in amounts corresponding to the compositions described in Tables 4 to 8 and dissolved while stirring at 80 ° C. while stirring.

表4〜表8において、「SP値差」の欄に記載の数値は、モノマー組成物のSP値からポリマーのSP値を減算して得た値であり、「Tg差」の欄に記載の数値は、ポリマーのTgからモノマー組成物のTgを減算して得た値である。   In Tables 4 to 8, the numerical values described in the “SP value difference” column are values obtained by subtracting the SP value of the polymer from the SP value of the monomer composition, and are described in the “Tg difference” column. The numerical value is a value obtained by subtracting the Tg of the monomer composition from the Tg of the polymer.

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2.サポート材インク
以下の成分を以下の量で混合および溶解させてサポート材インクを作製した。
オクタデカノール 60質量部
ヘキサデカノール 40質量部
2. Support Material Ink A support material ink was prepared by mixing and dissolving the following components in the following amounts.
Octadecanol 60 parts by mass Hexadecanol 40 parts by mass

3.IJ−UV法による3D造形物の製造
3−1.第1の3D造形物1〜57の製造
モデル材インク1を第1ヘッド(ピエゾヘッド512L、コニカミノルタIJ社製)に、サポート材インクを同様の型式の第2ヘッドに充填した。ステージを水平方向に走査しながら、第1ヘッドからモデル材インク1を、第2ヘッドからサポート材インク200をそれぞれ出射し着弾させ、UV光を照射して硬化させて、図9Aに示すように、モデル材層100およびサポート材層200を含む第1層を形成した。次いで垂直方向にヘッドと光源を上昇させ、形成した層上にモデル材インク1およびサポート材インクを着弾させて同様に硬化させ、図9Bに示すように第2層を積層した。第2層の形成を繰り返し、所定の厚みになった後、モデル材インク1およびサポート材インクを、形成した層上の第1層および第2層とは異なる位置に着弾させて同様に硬化させ、図9Cに示すように第3層を積層した。必要に応じてモデル材インク1およびサポート材インクを出射する位置を変更しながら第3層を積層する工程を繰り返し、図9Dに示すようなモデル材110およびサポート材210を有する3D造形物前駆体1を製造した。
3. 3. Production of 3D object by IJ-UV method 3-1. Production of First 3D Model 1-57 Model material ink 1 was filled into the first head (piezo head 512L, manufactured by Konica Minolta IJ) and support material ink into a second head of the same type. While scanning the stage in the horizontal direction, the model material ink 1 is emitted from the first head, and the support material ink 200 is emitted from the second head, landed, and cured by irradiation with UV light, as shown in FIG. 9A. The first layer including the model material layer 100 and the support material layer 200 was formed. Next, the head and the light source were raised in the vertical direction, the model material ink 1 and the support material ink were landed on the formed layer and cured in the same manner, and the second layer was laminated as shown in FIG. 9B. After the formation of the second layer is repeated to reach a predetermined thickness, the model material ink 1 and the support material ink are landed on different positions from the first layer and the second layer on the formed layer and cured in the same manner. The third layer was laminated as shown in FIG. 9C. A 3D modeling precursor having the model material 110 and the support material 210 as shown in FIG. 9D is repeated by repeating the step of laminating the third layer while changing the positions where the model material ink 1 and the support material ink are emitted as necessary. 1 was produced.

インク出射時のヘッド温度は、「75℃以下であってインクの粘度が10mPa・sとなる温度」、あるいは75℃でもインクの粘度が10mPa・s超となる場合は「75℃」に設定した。インク出射時の1滴の液滴量は42pl、周波数は8kHzとした。UV光源は395nmのLEDを用い、各層が照度100mW/cmで1秒間光照射される条件に設定した。 The head temperature at the time of ink ejection is set to “75 ° C.” when the ink viscosity exceeds 10 mPa · s even at 75 ° C., or “the temperature at which the ink viscosity is 10 mPa · s”. . The amount of one droplet when ejecting ink was 42 pl, and the frequency was 8 kHz. As the UV light source, an LED of 395 nm was used, and each layer was set to a condition where light was irradiated for 1 second at an illuminance of 100 mW / cm 2 .

上記3D造形物前駆体1を60℃のオーブンに5分間入れてサポート材210を除去して、第1の3D造形物1を得た。   The 3D modeled object precursor 1 was put in an oven at 60 ° C. for 5 minutes to remove the support material 210, thereby obtaining a first 3D modeled object 1.

モデル材インク1をモデル材インク2〜57に変更した以外は同様にして、第1の3D造形物2〜57を得た。   Except having changed the model material ink 1 into the model material inks 2-57, the 1st 3D modeling objects 2-57 were obtained similarly.

3−2.第2の3D造形物1〜57の製造
第1の3D造形物1〜57と同様にして、図10に示す形状を有する第2の3D造形物1〜57を製造した。
3-2. Manufacture of 2nd 3D modeling objects 1-57 2nd 3D modeling objects 1-57 which have the shape shown in Drawing 10 like 1st 3D modeling objects 1-57 were manufactured.

4.評価
4−1.相分離性
第1の3D造形物1〜57のそれぞれについて、500μm以上の粗大な相分離が見られるか否かを目視で確認した。粗大な相分離が見られない第1の3D造形物について、弾性値をARES-G2、ティー・エイ・インスツルメント社製を用いて測定し、tanΔのグラフにピーク(変曲点)が見られるか否かを調べた。2つのピークが見られた場合、ポリマーとモノマーおよび光重合開始剤とが相分離していて、3D造形物が2つのTgを有すると判断した。
○ :2つのシャープなピークが見られる
△ :2つのシャープではないピークが見られる
× :1つのピークしか見られない。
××:500μm以上の粗大な相分離が見られる
4). Evaluation 4-1. Phase Separability For each of the first 3D shaped objects 1 to 57, it was visually confirmed whether or not coarse phase separation of 500 μm or more was observed. For the first 3D model without coarse phase separation, the elastic value was measured using ARES-G2, manufactured by TA Instruments Inc., and a peak (inflection point) was seen in the tan Δ graph. I checked if it was possible. When two peaks were observed, it was judged that the polymer, the monomer, and the photopolymerization initiator were phase-separated, and the 3D structure had two Tg.
○: Two sharp peaks are observed Δ: Two non-sharp peaks are observed ×: Only one peak is observed.
XX: Coarse phase separation of 500 μm or more is observed

4−2.出射性
モデル材インク1〜57のそれぞれについて、3℃/分の昇温速度でインクを−20℃から100℃まで昇温させ、アントンパール社製のレオメータMCR102用いて、70℃でのインク粘度を測定した。インク粘度が20mPa・s以下であるとき、吐出ヘッドからの出射性がよく、3D造形物を製造できると判断した。
○:インク粘度が20mPa・s未満である
△:インク粘度が20mPa・s以上25mPa・s未満である
×:インク粘度が25mPa・s以上である
4-2. Outgoing property For each of the model material inks 1 to 57, the ink was heated from −20 ° C. to 100 ° C. at a temperature rising rate of 3 ° C./min, and ink viscosity at 70 ° C. was measured using a rheometer MCR102 manufactured by Anton Paar. Was measured. When the ink viscosity was 20 mPa · s or less, it was judged that the emission from the ejection head was good and that a 3D shaped article could be manufactured.
○: Ink viscosity is less than 20 mPa · s Δ: Ink viscosity is 20 mPa · s or more and less than 25 mPa · s ×: Ink viscosity is 25 mPa · s or more

4−3.降伏応力
第1の3D造形物1〜57について、テンシロン万能試験機 RTF−2430型、エー・アンド・デイ社製を用いて、引張速度:20mm/min、チャック間距離:5cmで引張試験を行い、破断時の応力を測定した。
◎:破断時の応力が40MPa以上である
○:破断時の応力が30MPa以上40MPa未満である
△:破断時の応力が20MPa以上10MPa未満である
×:破断時の応力が10MPa未満である
4-3. Yield stress Using the Tensilon universal testing machine RTF-2430, manufactured by A & D Co., Ltd., the tensile test was performed at a tensile speed of 20 mm / min and a distance between chucks of 5 cm. The stress at break was measured.
◎: Stress at break is 40 MPa or more ○: Stress at break is 30 MPa or more and less than 40 MPa Δ: Stress at break is 20 MPa or more and less than 10 MPa ×: Stress at break is less than 10 MPa

4−4.破断伸び
第1の3D造形物1〜57について、テンシロン万能試験機 RTF−2430型、エー・アンド・デイ社製を用いて、引張速度:20mm/min、チャック間距離:5cmで引張試験を行い、破断時の伸びを測定した。
◎:破断時の伸びが15%以上である
○:破断時の伸びが10%以上15%未満である
△:破断時の伸びが5%以上10%未満である
×:伸びが5%未満で脆性破壊した
4-4. Elongation at break Using the Tensilon universal testing machine RTF-2430, manufactured by A & D Corporation, a tensile test was performed at a tensile speed of 20 mm / min and a distance between chucks: 5 cm. The elongation at break was measured.
◎: Elongation at break is 15% or more ○: Elongation at break is 10% or more and less than 15% △: Elongation at break is 5% or more and less than 10% ×: Elongation is less than 5% Brittle fracture

4−5.耐衝撃性
第2の3D造形物1〜57について、アイゾット衝撃試験機、安田精機製作所製にてハンマー5.5J、アイゾット試験モードで、JIS K7110に基づいて、破壊に要したエネルギー(kJ/m)を測定した。
◎:10kJ/m2以上で破壊された
○:5kJ/m2以上10kJ/m2未満で破壊された
△:2kJ/m2以上5kJ/m2未満で破壊された
×:2kJ/m2以下で破壊された
4-5. Impact resistance For the second 3D objects 1 to 57, energy required for destruction in accordance with JIS K7110 (kJ / m) in Izod impact tester, Yasuda Seiki Seisakusho, Hammer 5.5J, Izod test mode. ) Was measured.
◎: destroyed at 10 kJ / m2 or more ○: destroyed at 5 kJ / m2 or more and less than 10 kJ / m2 Δ: destroyed at 2 kJ / m2 or more and less than 5 kJ / m2 ×: destroyed at 2 kJ / m2 or less

4−6.結果
結果を表9〜表13に示す。
4-6. Results The results are shown in Tables 9-13.

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本発明のモデル材インクの組成によれば、モノマー組成物とポリマーとが相分離し、降伏応力、破断伸び、耐衝撃性がいずれも高い3D造形物を製造することができた(モデル材インク2〜7、10、11、14、15、18、19、23〜33、35、36、41〜43、44〜57)。   According to the composition of the model material ink of the present invention, the monomer composition and the polymer were phase-separated, and it was possible to produce a 3D modeled object having high yield stress, breaking elongation, and impact resistance (model material ink). 2-7, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 23-33, 35, 36, 41-43, 44-57).

一方で、モノマー組成物に対するポリマーの含有量が15質量%未満の場合は、製造された3D造形物の伸びおよび耐衝撃性が低くなり(モデル材インク1と2〜7との比較、およびモデル材インク8と9〜11との比較による。)、モノマー組成物に対するポリマーの含有量が40質量%より多い場合は、モデル材インクの粘度が高くなって吐出ヘッドから射出しにくくなり、かつ、製造された3D造形物に相分離が生じなかったため降伏応力が低くなった(モデル材インク8と2〜7との比較、およびモデル材インク12と9〜11との比較による。)。   On the other hand, when the content of the polymer with respect to the monomer composition is less than 15% by mass, the elongation and impact resistance of the produced 3D structure are low (comparison between the model material inks 1 and 2 to 7 and the model). According to the comparison between the material ink 8 and 9 to 11.), when the polymer content with respect to the monomer composition is more than 40% by mass, the viscosity of the model material ink becomes high, and it becomes difficult to eject from the discharge head, and Since no phase separation occurred in the manufactured 3D structure, the yield stress was low (by comparison between the model material inks 8 and 2 to 7 and comparison between the model material inks 12 and 9 to 11).

ポリマーの分子量が5000未満の場合は、製造された3D造形物に相分離が生じなく、伸びおよび耐衝撃性が低くなった(モデル材インク13と14〜15との比較、およびモデル材インク17と18〜19との比較による。)。ポリマーの分子量が30000より大きい場合は、モデル材インクの粘度が高くなって吐出ヘッドから射出しにくくなり、かつ、製造された3D造形物に相分離が生じなかったため降伏応力および耐衝撃性が低くなった(モデル材インク16と14〜15との比較、およびモデル材インク20と18〜19との比較による。)。   When the molecular weight of the polymer is less than 5,000, phase separation does not occur in the manufactured 3D model, and elongation and impact resistance are low (comparison between the model material inks 13 and 14 to 15 and the model material ink 17). And comparison with 18-19). When the molecular weight of the polymer is larger than 30000, the viscosity of the model material ink becomes high and it becomes difficult to eject from the ejection head, and the phase separation does not occur in the manufactured 3D model, so the yield stress and impact resistance are low. (Based on the comparison between the model material inks 16 and 14 to 15 and the comparison between the model material inks 20 and 18 to 19).

モノマー組成物の溶解度パラメータとポリマーの溶解度パラメータとの差が0.5(cal/cm1/2未満の場合は、製造された3D造形物に相分離が生じなかったため、降伏応力、破断伸びおよび耐衝撃性がいずれも低くなった(モデル材インク26と34との比較、およびモデル材インク37〜40と41〜43との比較による。)。モノマー組成物の溶解度パラメータとポリマーの溶解度パラメータとの差が2.0(cal/cm1/2より大きい場合は、製造された3D造形物に相分離が生じなかったため、破断伸びおよび耐衝撃性がいずれも低くなった(モデル材インク21、22と29、30との比較による。)。 When the difference between the solubility parameter of the monomer composition and the solubility parameter of the polymer is less than 0.5 (cal / cm 3 ) 1/2 , phase separation did not occur in the manufactured 3D structure, so yield stress, fracture Both the elongation and impact resistance were low (by comparison between the model material inks 26 and 34 and comparison between the model material inks 37 to 40 and 41 to 43). When the difference between the solubility parameter of the monomer composition and the solubility parameter of the polymer is larger than 2.0 (cal / cm 3 ) 1/2 , phase separation did not occur in the manufactured 3D shaped object, and therefore The impact properties were all low (by comparison with model material inks 21, 22 and 29, 30).

モノマー組成物とポリマーとの間のTgの差が80℃以上であると、製造した3D造形物の耐衝撃性がより高くなった(モデル材インク44〜56と57との比較による。)。これは、モノマー組成物とポリマーとの間のTg差が大きいため、3D造形物に衝撃が付与された際に多くのクレーズが発生し、これらのクレーズが衝撃を吸収したためと考えられる。   When the difference in Tg between the monomer composition and the polymer was 80 ° C. or higher, the impact resistance of the produced 3D model was higher (by comparison with the model material inks 44 to 56 and 57). This is probably because a large Tg difference between the monomer composition and the polymer causes a large amount of crazes to be generated when an impact is applied to the 3D model, and these crazes absorb the impact.

ポリマーのTgが0℃以下であると、製造した3D造形物が破断するまでの伸びがより長くなり、かつ、耐衝撃性がより高くなった(モデル材インク44〜56と57との比較による。)。   When the Tg of the polymer is 0 ° C. or less, the elongation until the produced 3D model is broken is longer and the impact resistance is higher (by comparison with the model material inks 44 to 56 and 57). .)

ポリマーが光重合性の官能基を有すると、製造した3D造形物の耐衝撃性がより高くなった(モデル材インク44〜54と55〜57との比較による。)。これは、ポリマーが有する光重合性の官能基がモノマー組成物に含有されるモノマーと反応することにより、モノマー組成物にポリマーが取り込まれやすくなり、ポリマーの粒径が小さくなったことによると考えられる。   When the polymer had a photopolymerizable functional group, the impact resistance of the produced 3D model was higher (by comparison with the model material inks 44 to 54 and 55 to 57). This is thought to be because the photopolymerizable functional group of the polymer reacts with the monomer contained in the monomer composition, so that the polymer is easily incorporated into the monomer composition and the particle size of the polymer is reduced. It is done.

ポリマーが、炭素数が4以上7以下の、二重結合を含む直鎖炭化水素からなる構成部分を有すると、製造した3D造形物の耐衝撃性がより高くなった(モデル材インク44、45と48〜57との比較による。)。   When the polymer has a constituent part composed of a straight chain hydrocarbon having a carbon number of 4 or more and 7 or less and containing a double bond, the impact resistance of the produced 3D structure is higher (model material inks 44 and 45). And comparison with 48-57).

ポリマーが、カーボネート基、エステル基またはエーテル基を有する構成部分を有すると、製造した3D造形物の降伏応力がより高くなった(モデル材インク44〜48、50、51、53〜55と49、52との比較による。)。   When the polymer has a component having a carbonate group, an ester group or an ether group, the yield stress of the manufactured 3D object was higher (model material inks 44 to 48, 50, 51, 53 to 55 and 49, Comparison with 52.)

ポリマーがポリウレタンであると、製造した3D造形物の耐衝撃性がより高くなった(モデル材インク44〜56と57との比較による。)。これは、ポリウレタンはモノマー組成物と相溶な構成部分および非相溶な構成部分を有するため、より細かい相分離構造が形成され、ポリマーの粒径が小さくなったことによると考えられる。   When the polymer was polyurethane, the impact resistance of the manufactured 3D model was higher (by comparison with the model material inks 44 to 56 and 57). This is presumably because polyurethane has a compatible component part and an incompatible component part with the monomer composition, so that a finer phase separation structure was formed and the particle size of the polymer was reduced.

5.SLA法による3D造形物の製造および評価
リプロピレングリコール4000、和光純薬社製を添加して常温での粘度が300CPになるように調整したモデル材インク3をパーフェクトリー3、エンビションテック社製に投入して、第2の3D造形物と同じ形状のネジ打ち部品を作成した。このネジ打ち部品の貫通孔に、トルクを0.58N、0.88N、1.2Nと変えて、座付なべタッピンねじBタイトM3×8mmを電動トルクドライバ−で挿入し、部品の破損状況を評価した。結果を表14に示す。
○ ネジ打ち部品が破損せず、ネジが空回りしない
× ネジ打ち部品が破損するか、またはネジが空回りする
5. Manufacture and evaluation of 3D objects by SLA method Perfection 3 manufactured by Environment Tech Co., Ltd. was prepared by adding model material ink 3 prepared by adding propylene glycol 4000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. to a viscosity of 300 CP at room temperature. And a screwed part having the same shape as that of the second 3D structure was created. Change the torque to 0.58N, 0.88N, and 1.2N in this threaded part through-hole, and insert a seated flat-tapping screw B tight M3 × 8mm with an electric torque screwdriver. evaluated. The results are shown in Table 14.
○ Screwed parts are not damaged and screws do not rotate freely × Screwed parts are damaged or screws are idled

Figure 2016112824
Figure 2016112824

第2の3D造形物1は、トルクが1.20Nまで部品が破損しなかった。これは、インクジェット吐出では液滴単位で形成された微細な海島構造に光を均一に照射されるため、製造された3D造形物にも微細で均一な相分離が生じたためと考えられる。   In the second 3D structure 1, the parts were not damaged until the torque was 1.20N. This is presumably because the fine sea-island structure formed in units of droplets is uniformly irradiated with light in the inkjet discharge, and thus a fine and uniform phase separation occurs in the manufactured 3D structure.

一方で、上記ねじ打ち部品は、強度が弱く、0.88Nで部品が破損した。これは、SLA法では液面の揺らぎを抑えるためインクの粘度をある程度高くする必要があり、この粘度で光照射して硬化させるとポリマーの凝集が進まず島部がうまく形成されないか粒径が小さくなってしまい、衝撃性や破断伸びが低くなっていると考えられる。また、SLA法では、光の拡散の影響で中心部と界面の光強度に差が生じ、島の形成が不均一になったことも強度低下の原因として考えられる。   On the other hand, the screwed parts were weak in strength, and the parts were damaged at 0.88N. In the SLA method, it is necessary to increase the viscosity of the ink to some extent in order to suppress fluctuations in the liquid surface. When light is cured with this viscosity, the aggregation of the polymer does not progress, and the islands are not formed well. It becomes small and it is thought that impact property and elongation at break are low. In addition, in the SLA method, the difference in light intensity between the central portion and the interface due to the influence of light diffusion has caused the formation of islands to be non-uniform.

本発明に係る3D造形物の製造方法によれば、靱性が高い3D造形物を製造することができるため、ネジ打ち部品やスナップ部品等の、作用時に負荷がかかる製品の試作品の製造に好ましく用いることができる。   According to the method of manufacturing a 3D structure according to the present invention, a 3D structure having high toughness can be manufactured, and thus it is preferable for manufacturing a prototype of a product that is loaded during operation, such as a threaded part or a snap part. Can be used.

1 インクジェット部
2 演算制御部
3 記憶装置
4 入力装置
5 出力装置
6 表示装置
11 ステージ
12 インクジェット装置
13 モデル材インク用インクジェットヘッド
13a 配管
13b ポンプ
13c モデル材インクタンク
14 サポート材インク用インクジェットヘッド
14a 配管
14b ポンプ
14c サポート材インクタンク
15 膜厚調整用ローラ
16 光源
21 演算部
22 インク選択部
23 ステージ制御部
24 インクジェット制御部
25 ローラ制御部
26 光源制御部
Ma モデル材インク
S サポート材インク
100 モデル材層
110 モデル材
200 サポート材層
210 サポート材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet part 2 Arithmetic control part 3 Memory | storage device 4 Input device 5 Output device 6 Display apparatus 11 Stage 12 Inkjet apparatus 13 Inkjet head for model material ink 13a Piping 13b Pump 13c Model material ink tank 14 Inkjet head for support material ink 14a Piping 14b Pump 14c Support material ink tank 15 Film thickness adjusting roller 16 Light source 21 Calculation unit 22 Ink selection unit 23 Stage control unit 24 Inkjet control unit 25 Roller control unit 26 Light source control unit Ma Model material ink S Support material ink 100 Model material layer 110 Model material 200 Support material layer 210 Support material

Claims (10)

光重合性モノマー、ポリマーおよび光重合開始剤を含有するインクジェット方式による3D造形用の光硬化性のモデル材インクであって、
前記ポリマーの分子量は5000以上30000以下であり、
前記光重合性モノマーと前記ポリマーとの間の溶解度パラメータの差は0.5(cal/cm1/2以上2.0(cal/cm1/2以下であり、
前記モデル材インクにおける、前記光重合性モノマーに対する前記ポリマーの質量比は、85/15以上60/40以下であることを特徴とする、モデル材インク。
A photocurable model material ink for 3D modeling by an ink jet method containing a photopolymerizable monomer, a polymer and a photopolymerization initiator,
The molecular weight of the polymer is 5000 or more and 30000 or less,
The difference in solubility parameter between the photopolymerizable monomer and the polymer is 0.5 (cal / cm 3 ) 1/2 or more and 2.0 (cal / cm 3 ) 1/2 or less,
The model material ink according to claim 1, wherein a mass ratio of the polymer to the photopolymerizable monomer in the model material ink is 85/15 or more and 60/40 or less.
前記光重合性モノマーと前記ポリマーとの間のガラス転移温度の差は80℃以上であることを特徴とする、請求項1に記載のモデル材インク。   The model material ink according to claim 1, wherein a difference in glass transition temperature between the photopolymerizable monomer and the polymer is 80 ° C. or more. 前記ポリマーのガラス転移温度は0℃以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載のモデル材インク。   The model material ink according to claim 1, wherein the polymer has a glass transition temperature of 0 ° C. or lower. 前記ポリマーは、ポリマー1モルあたり1モル当量以上の、光重合性の官能基を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモデル材インク。   The model material ink according to any one of claims 1 to 3, wherein the polymer has a photopolymerizable functional group of 1 mole equivalent or more per mole of the polymer. 前記ポリマーは、炭素数が4以上7以下の、二重結合を含む直鎖炭化水素からなる構成部分を含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のモデル材インク。   5. The model material ink according to claim 1, wherein the polymer includes a constituent part composed of a straight chain hydrocarbon having a double bond and having a carbon number of 4 or more and 7 or less. . 前記ポリマーは、カーボネート基、エステル基およびエーテル基からなる群から選択される1または複数の官能基を有する構成部分を含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のモデル材インク。   The said polymer contains the structural part which has a 1 or several functional group selected from the group which consists of a carbonate group, ester group, and ether group, The any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. Model material ink. 前記ポリマーはポリウレタンであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のモデル材インク。   The model material ink according to claim 1, wherein the polymer is polyurethane. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のモデル材インクと、硬化性のサポート剤インクとを含む、インクジェット法による3D造形用のインクセット。   An ink set for 3D modeling by an ink jet method, comprising the model material ink according to any one of claims 1 to 7 and a curable support agent ink. 光硬化性のモデル材インクを硬化させてなるモデル材層が積層されてなる3D造形物を製造する方法であって、
インクジェットヘッドのノズルから前記モデル材インクを吐出してモデル材インクの部分を含むインク層を形成する工程、および
前記形成されたインク層に含まれるモデル材インクの部分に活性光線を照射してモデル材層を作製する工程を含み、
前記モデル材インクは請求項1〜7のいずれか1項に記載のモデル材インクであることを特徴とする、3D造形物を製造する方法。
A method for producing a 3D modeled object in which a model material layer formed by curing a photocurable model material ink is laminated,
Ejecting the model material ink from the nozzles of an inkjet head to form an ink layer including a portion of the model material ink; and irradiating the model material ink portion included in the formed ink layer with an actinic ray Including a step of producing a material layer,
The method for producing a 3D structure, wherein the model material ink is the model material ink according to claim 1.
インクジェットヘッドのノズルから硬化性のサポート材インクを吐出して、前記サポート材インクの部分を含む前記インク層を形成する工程と、
前記活性光線の照射の後に、前記サポート材インクが硬化してなるサポート材層を除去する工程とをさらに含む、
請求項9に記載の3D造形物を製造する方法。
Discharging the curable support material ink from the nozzles of the inkjet head to form the ink layer including the support material ink portion; and
A step of removing a support material layer formed by curing the support material ink after the irradiation with the actinic ray;
A method for manufacturing the 3D structure according to claim 9.
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