JP2017136739A - Filament and method for producing filament - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a raw material filament that is used for a three-dimensional printer of fused deposition modeling (FDM), wherein the raw material filament is a soft filament that resists bending during conveyance, and a method for producing a filament that allows the filament to be molded in any hardness.SOLUTION: A filament is used as raw materials for printed matter printed with a three-dimensional printer using fused deposition modeling (FDM), and comprises polylactic resin and thermoplastic elastomer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメント及びフィラメントの製造方法に関する。   The present invention relates to a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM) and a method for producing the filament.

従来より、試作品や治具等の立体造形品の作成には3次元印刷装置が利用されている。3次元印刷装置は3Dプリンターとも称され、3次元印刷装置はコンピュータ上に取り込まれた立体図面データに従って樹脂等の原材料によって立体造形品を作成することができる。   Conventionally, a three-dimensional printing apparatus has been used to create a three-dimensional model such as a prototype or a jig. The three-dimensional printing apparatus is also referred to as a 3D printer, and the three-dimensional printing apparatus can create a three-dimensional model using raw materials such as resin according to three-dimensional drawing data captured on a computer.

立体造形品を形成する方法には種々の方法があり、その1つに熱溶解積層法(FDM)が存在する。熱溶解積層法(FDM)は、熱可塑性樹脂等の原料フィラメントをヘッドに設けられたヒーターにより加熱溶解しながらノズルから吐出し、ノズルを例えば平面方向に稼動させて立体造形品の第一層を形成し、次に第一層の上面に第二層、第三層というように積層させていくことにより立体造形品を得る方法である。
熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置は、レーザーや粉末焼結による造形法を利用した3次元印刷装置と比べて安価であり広く普及している。
There are various methods for forming a three-dimensional model, and one of them is a hot melt lamination method (FDM). In the hot melt lamination method (FDM), a raw material filament such as a thermoplastic resin is discharged from a nozzle while being heated and melted by a heater provided in a head, and the nozzle is operated in a plane direction, for example, to form a first layer of a three-dimensional model. This is a method for obtaining a three-dimensionally shaped article by forming and then laminating the second layer and the third layer on the upper surface of the first layer.
Hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing devices are cheaper and more widespread than three-dimensional printing devices that utilize a laser or powder sintering modeling method.

このような従来の熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置にあっては、例えば、ABS樹脂やポリ乳酸(PLA)樹脂といった、ショアA硬度が大きい硬質樹脂であって、比較的低融点の樹脂からなるフィラメントを用いて立体造形物を印刷していた。
一方で、原料のフィラメントとして硬質フィラメントよりもショアA硬度が小さい軟質フィラメントを用いて印刷することができれば、柔軟性を必要とする部品等の成形品の製作が可能となり、利用範囲はさらに広がることとなる。
In such a conventional hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing apparatus, for example, a hard resin having a large Shore A hardness, such as ABS resin or polylactic acid (PLA) resin, has a relatively low melting point. A three-dimensional model was printed using a filament made of the above resin.
On the other hand, if printing can be performed using a soft filament having a Shore A hardness smaller than that of a hard filament as a raw material filament, it becomes possible to produce a molded product such as a part that requires flexibility, and the range of use is further expanded. It becomes.

しかしながら、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして軟質フィラメントを用いると、フィラメント自体の剛性がないため、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという不具合があった。
また従来より、軟質フィラメントを使用することが出来る熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置も存在したが、軟質フィラメントの専用機となり、汎用性がなく、また高価なものとなるため、手軽に使用するには不向きであった。
However, when a soft filament is used as a raw material filament of a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM), the filament itself does not have rigidity, so that the filament is bent in the transport process to the head or in the head. There was a problem that the phenomenon of so-called jamming that would prevent conveyance was caused.
Conventionally, there has also been a hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing device that can use soft filaments, but it becomes a dedicated machine for soft filaments and is not versatile and expensive. It was unsuitable for use.

以上より、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとしては、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との主に2つの条件を満たす必要がある。
しかし、従来の原料フィラメントにあっては、単一成分からなる原料を選択して用いていたに過ぎなかったため、前記2つの条件を満たすようなフィラメントは限定され、任意の硬度の成形品を製作することができなかった。
本件特許出願人はこのような観点から先行技術調査を行ったが、前記不具合を解消するような技術は発見できなかった。
特表第2016−501137号公報
As described above, the raw material filament of a general hot melt lamination method (FDM) three-dimensional printing apparatus has two main conditions: a melting point that can be melted by a heater, and a hardness that does not bend during transportation. It is necessary to satisfy.
However, in the conventional raw material filament, only a raw material consisting of a single component was selected and used. Therefore, filaments that satisfy the above two conditions are limited, and a molded product having an arbitrary hardness can be manufactured. I couldn't.
The applicant of the present patent has conducted a prior art search from such a viewpoint, but has not found a technique that can solve the above-mentioned problems.
JP-T-2006-501137

本発明は、以上のような従来からの不具合を解消するためのものであって、その課題は、熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置に用いられる原料フィラメントであって、搬送中に折れ曲がることのない軟質フィラメント、及び、任意の硬度に成形することができるフィラメントの製造方法を提供することにある。   The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and the problem is a raw material filament used in a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), An object of the present invention is to provide a soft filament that does not bend and a method for producing a filament that can be molded to an arbitrary hardness.

前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明にあっては、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントであって、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを含有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM), It contains a lactic acid resin and a thermoplastic elastomer.

「ポリ乳酸(PLA)樹脂」は、乳酸をエステル結合によって重合して生成する合成樹脂である。融点が170℃でショアA硬度が100以上である。
ここで、ショアA硬度とは、JIS K 7215(プラスチック)、又はJIS K 6253(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム)に規定された方法においてタイプAデュロメータを用いて測定される硬度である。樹脂やゴムにおける硬質及び軟質の定義は種々のものがあるが、ここではショアA硬度が95以上のものを硬質、ショアA硬度が95以下のものを軟質と呼ぶこととする。
「熱可塑性エラストマー」は、オレフィン系エラストマー及びスチレン系エラストマーを含む概念である。
オレフィン系エラストマーとは、ポリプロピレンの中にポリエチレン−ポリプロピレンゴム(EPDM、EPM)を微分散させた熱可塑性エラストマーであり、常温でゴムのような柔軟性と復元性とを備えると共に、大きな摩擦係数を有し、一般の樹脂と同様に成形加工のできる合成樹脂である。
スチレン系エラストマーとは、ポリスチレンとポリエチレン−ポリブチレンとをブロック共重合させた熱可塑性エラストマーであり、ポリスチレンのドメインが物理架橋点となり架橋ゴムの架橋点に相当する役割を果たすため、弾性体としての性質を示す。一方で、140〜230℃の射出または押出成形可能な温度になるとポリスチレン部分もポリエチレン・ポリブチレンの部分も共に溶融され、熱可塑性樹脂としての流動特性を示す。
“Polylactic acid (PLA) resin” is a synthetic resin produced by polymerizing lactic acid through an ester bond. The melting point is 170 ° C. and the Shore A hardness is 100 or more.
Here, the Shore A hardness is a hardness measured using a type A durometer in a method defined in JIS K 7215 (plastic) or JIS K 6253 (vulcanized rubber and thermoplastic rubber). There are various definitions of hard and soft in resins and rubbers. Here, those having a Shore A hardness of 95 or higher are called hard, and those having a Shore A hardness of 95 or lower are called soft.
The “thermoplastic elastomer” is a concept including an olefin elastomer and a styrene elastomer.
Olefin-based elastomers are thermoplastic elastomers in which polyethylene-polypropylene rubber (EPDM, EPM) is finely dispersed in polypropylene. They have flexibility and resilience like rubber at room temperature and have a large coefficient of friction. It is a synthetic resin that can be molded in the same way as general resins.
Styrenic elastomer is a thermoplastic elastomer obtained by block copolymerization of polystyrene and polyethylene-polybutylene. The polystyrene domain serves as a physical crosslinking point and plays a role corresponding to the crosslinking point of crosslinked rubber. Indicates. On the other hand, when the temperature reaches 140 to 230 ° C., the polystyrene part and the polyethylene / polybutylene part are both melted and exhibit flow characteristics as a thermoplastic resin.

請求項2に記載の発明にあっては、前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする。
「スチレン系樹脂」は、スチレン系エラストマーを含む概念である。
「可塑剤」は、熱可塑性合成樹脂に加えて柔軟性や対候性を改良するための添加薬品類の総称である。
「鉱物油」は、鉱油とも呼ばれ、石油(原油)、天然ガス、石炭など地下資源由来の炭化水素化合物もしくは不純物をも含んだ混合物の総称である。一般的には、鉱物油は、パラフィン系オイル、ナフテン系オイルまたは高級脂肪酸のいずれかに分類される。
The invention according to claim 2 is characterized in that the thermoplastic elastomer contains a styrene resin and a mineral oil plasticizer.
The “styrene resin” is a concept including a styrene elastomer.
“Plasticizer” is a general term for chemicals added to improve flexibility and weather resistance in addition to thermoplastic synthetic resins.
“Mineral oil” is also called mineral oil and is a general term for mixtures containing hydrocarbon compounds or impurities derived from underground resources such as petroleum (crude oil), natural gas, and coal. In general, mineral oils are classified as either paraffinic oils, naphthenic oils or higher fatty acids.

請求項3に記載の発明にあっては、前記熱可塑性エラストマーは、オレフィン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする。
「オレフィン系樹脂」は、オレフィン系エラストマーを含む概念である。
The invention according to claim 3 is characterized in that the thermoplastic elastomer contains an olefin resin and a mineral oil plasticizer.
The “olefin resin” is a concept including an olefin elastomer.

請求項4に記載の発明にあっては、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントの製造方法であって、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合し、加熱して溶解し、押出成形によりフィラメントを製造することを特徴とする。
従って、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとが任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造される。
The invention according to claim 4 is a method for producing a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM), which comprises polylactic acid resin and thermoplasticity Elastomers are mixed so that the total amount becomes 100% by weight, dissolved by heating, and filaments are produced by extrusion molding.
Therefore, a filament in which a polylactic acid resin and a thermoplastic elastomer are mixed at an arbitrary ratio is manufactured by extrusion molding.

請求項5に記載の発明にあっては、前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that the thermoplastic elastomer contains a styrene resin and a mineral oil plasticizer.

請求項6に記載の発明にあっては、前記熱可塑性エラストマーは、オレフィン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする。   The invention according to claim 6 is characterized in that the thermoplastic elastomer contains an olefin resin and a mineral oil plasticizer.

請求項1〜3に記載のフィラメントにあっては、硬度の大きいポリ乳酸と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとを含有するので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、硬度を連続的に変化させることができる。
一方で、請求項1及び2に記載のフィラメントにあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示す。
従って、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを提供することができる。
その結果、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとを含有するフィラメントにおいて、硬度の大きいポリ乳酸を一定の割合以上含むものについては、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との2つの条件を満たすフィラメントを提供することができる。
Since the filament according to any one of claims 1 to 3 contains a polylactic acid having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness, the hardness is continuously changed depending on the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. be able to.
On the other hand, in the filament according to claims 1 and 2, since the melting point of polylactic acid is substantially the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it is almost constant regardless of the ratio of polylactic acid to the thermoplastic elastomer. Shows melting point.
Accordingly, it is possible to provide a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.
As a result, filaments containing polylactic acid and thermoplastic elastomer that contain a certain percentage of polylactic acid having a high hardness are used as raw material filaments for a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM). It is possible to provide a filament that satisfies two conditions of a melting point that can be dissolved by a heater and a certain hardness that does not bend during conveyance.

また、請求項4〜6に記載のフィラメントの製造方法にあっては、硬度の大きいポリ乳酸樹脂と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとが任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造されるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントに成形することができる。
一方で、請求項3及び4に記載のフィラメントの製造方法にあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示すフィラメントに成形することができる。
その結果、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを成形することができるフィラメントの製造方法を提供することができる。
In the method for producing a filament according to any one of claims 4 to 6, a filament in which a polylactic acid resin having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness are mixed at an arbitrary ratio is manufactured by extrusion molding. Depending on the ratio of polylactic acid and thermoplastic elastomer, it can be formed into a filament having any hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of thermoplastic elastomer.
On the other hand, in the method for producing a filament according to claims 3 and 4, since the melting point of polylactic acid is substantially the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, regardless of the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer, It can be formed into a filament having a substantially constant melting point.
As a result, it is possible to provide a method for producing a filament capable of forming a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of a thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.

また、請求項4〜6に記載のフィラメントの製造方法にあっては、フィラメントを押出成形により製造することによって、成形されたフィラメントは押出方向には変形しにくく、押出方向と直交する方向には変形しやすいという異方性を有している。
従って、請求項4〜6に記載のフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ヘッドまでの搬送方向がフィラメントの押出方向と一致するため、ヘッドまでの搬送方向に対してフィラメントが剛性を有する。
その結果、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという事態を防止することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the filament of Claims 4-6, by manufacturing a filament by extrusion molding, the shape | molded filament is hard to deform | transform in an extrusion direction, and is in a direction orthogonal to an extrusion direction. It has the anisotropy of being easily deformed.
Therefore, when the filament formed by the filament manufacturing method according to any one of claims 4 to 6 is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), the conveying direction to the head is the filament. Since it coincides with the extrusion direction, the filament has rigidity in the conveyance direction to the head.
As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which a so-called jamming phenomenon occurs in which the conveyance process to the head or the filament is bent in the head and the conveyance becomes impossible.

また、一般に3次元印刷装置においてフィラメントを搬送する際には、溝部を有するドライブギアとローラーとにより挟持しながら繰り出して搬送する。
この際、請求項4〜6に記載のフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ドライブギアとローラーとにより挟持された際に、フィラメントがドライブギアの溝部に強く押し付けられるが、押し付けられる方向は、フィラメントの押出方向と直交する方向であるため、前記のようにフィラメントが変形しやすい。
その結果、フィラメントがドライブギアの溝部に合わせて変形し、ドライブギアの溝部に噛み合うことによって、フィラメントの滑りを防止することができる。
従って、ドライブギアによりフィラメントを確実に搬送することができ、長時間に亘って安定して立体造形物を印刷することができる。
In general, when a filament is conveyed in a three-dimensional printing apparatus, the filament is fed and conveyed while being sandwiched between a drive gear having a groove and a roller.
At this time, when the filament formed by the filament manufacturing method according to any one of claims 4 to 6 is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), it is sandwiched between a drive gear and a roller. In this case, the filament is strongly pressed against the groove portion of the drive gear. However, since the pressing direction is a direction perpendicular to the extrusion direction of the filament, the filament is easily deformed as described above.
As a result, the filament is deformed in accordance with the groove portion of the drive gear and meshes with the groove portion of the drive gear, thereby preventing the filament from slipping.
Accordingly, the filament can be reliably conveyed by the drive gear, and the three-dimensional structure can be printed stably over a long period of time.

図1は、本実施の形態に係るフィラメントにおいて、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合させた場合に熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示すグラフである。FIG. 1 shows the relationship between the content of a thermoplastic elastomer and the Shore A hardness when a polylactic acid resin and a thermoplastic elastomer are mixed to a total of 100% by weight in the filament according to the present embodiment. It is a graph. 図2(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料において、伸びと引張強度との関係を示すグラフ、(b)は、(a)のグラフにおいて、伸びが0%〜200%の範囲を拡大したグラフである。FIG. 2 (a) is a graph showing the relationship between elongation and tensile strength in a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and (b) is a graph in (a). It is the graph which expanded elongation the range of 0%-200%. 図3は、図2(a)及び(b)の測定に用いたシート試料の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the sheet sample used in the measurements of FIGS. 2 (a) and 2 (b). 図4(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料の斜視図、(b)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡にて観察した垂直方向断面図、(c)は、(b)の模式図、(d)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡にて観察した流れ方向断面図、(e)は、(d)の模式図である。4A is a perspective view of a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and FIG. 4B is a vertical view of the sheet sample of FIG. 4A observed with a scanning electron microscope. (C) is a schematic diagram of (b), (d) is a flow direction sectional view of the sheet sample of (a) observed with a scanning electron microscope, and (e) is of (d). It is a schematic diagram.

以下、実施の形態及び実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
[フィラメントの製造工程]
本実施の形態に係るフィラメントは、一般的な押出成形機により製造される。
具体的には、65φ押出機を用いている。シリンダー温度は、ダイス150〜180℃、計量部160〜200℃、圧縮部160〜200℃、供給部150〜180℃である。
また、限界温度は240℃、冷却水槽内の冷却水の温度は8〜15℃、ダイ・サイザー間距離2〜5cm、引き落とし率0.87〜0.92、サイジング方式はドライバキュームである。
本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットと熱可塑性エラストマー(B)のペレットとを合計100重量%となるように混合した後に、押出成形機の注入口に混合したペレットを入れ、加熱しながらスクリューを回転させ樹脂を溶融させながら送り出し、先端の金型より、押し出して冷却水槽にて冷却・固化させて、直径1.75mmのフィラメントとして製造する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments and examples.
[Filament manufacturing process]
The filament according to the present embodiment is manufactured by a general extruder.
Specifically, a 65φ extruder is used. Cylinder temperature is 150-180 degreeC of dice | dies, 160-200 degreeC of measurement parts, 160-200 degreeC of compression parts, and 150-180 degreeC of supply parts.
Further, the limit temperature is 240 ° C., the temperature of the cooling water in the cooling water tank is 8 to 15 ° C., the distance between the die and the sizer is 2 to 5 cm, the withdrawal rate is 0.87 to 0.92, and the sizing method is the driver vacuum.
In the filament according to the present embodiment, after mixing the polylactic acid resin (A) pellets and the thermoplastic elastomer (B) pellets to a total of 100% by weight, the mixture is added to the injection port of the extruder. The mixed pellets are put, and the screw is rotated while being heated, and the resin is sent out while being melted. The resin is extruded from the die at the tip, cooled and solidified in a cooling water tank, and manufactured as a filament having a diameter of 1.75 mm.

[3次元印刷装置]
本実施の形態に係る3次元印刷装置は、熱溶解積層法(FDM)を利用しており、データ処理部と前記データ処理部より供給される制御信号に基づいて3次元印刷を行う印刷部とから構成されている。
前記印刷部は、ヒーター部とノズル部とを備えたヘッド部を有し、前記ヘッド部は、原料フィラメントを前記ノズル部へ供給するドライブギアと、ローラーとを有している。前記ドライブギアには、溝部が設けられている。
本実施の形態に係る3次元印刷装置にあっては、原料フィラメントを前記ドライブギアと前記ローラーとにより挟持しながら繰り出して前記ヘッド部へと搬送し、前記ヒーター部によって溶解されたフィラメントが前記ノズル部から吐出されて印刷物が形成されるように構成されている。
[3D printing device]
The three-dimensional printing apparatus according to this embodiment uses a hot melt lamination method (FDM), and includes a data processing unit and a printing unit that performs three-dimensional printing based on a control signal supplied from the data processing unit. It is composed of
The printing unit includes a head unit including a heater unit and a nozzle unit, and the head unit includes a drive gear for supplying a raw material filament to the nozzle unit and a roller. The drive gear is provided with a groove.
In the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment, the raw material filament is fed out while being sandwiched between the drive gear and the roller and conveyed to the head unit, and the filament melted by the heater unit is the nozzle. The printed matter is formed by being discharged from the section.

[原材料]
A:ポリ乳酸樹脂
本発明におけるポリ乳酸樹脂(A)は純度95%以上で、5%以下の添加剤を含んでおり、融点は170℃である。また、本発明におけるポリ乳酸樹脂(A)は、D体含有量が1.0モル%以下であるか、または、D体含有量が99.0モル%以上であることが必要であり、中でも、0.1〜0.6モル%であるか、または、99.4〜99.9モル%であることが好ましい。
D体含有量がこの範囲内であることにより、結晶性能に優れるため、成形性に優れる(成形サイクルが短くなる)とともに、得られる成形体は耐熱性が向上したものとなる。
[raw materials]
A: Polylactic acid resin The polylactic acid resin (A) in the present invention has a purity of 95% or more, contains 5% or less of an additive, and has a melting point of 170 ° C. The polylactic acid resin (A) in the present invention is required to have a D-form content of 1.0 mol% or less or a D-form content of 99.0 mol% or more, 0.1 to 0.6 mol%, or 99.4 to 99.9 mol%.
When the D-form content is within this range, the crystal performance is excellent, so that the moldability is excellent (the molding cycle is shortened), and the obtained molded article has improved heat resistance.

B:熱可塑性エラストマー
本発明における熱可塑性エラストマー(B)は、スチレン系樹脂(C)と鉱物油系可塑剤(D)とを含有する。具体的には、(C)成分と(D)成分との重量混合比が、(C)成分/(D)成分=25/75〜30/70であり、融点は100〜170℃である。
B: Thermoplastic Elastomer The thermoplastic elastomer (B) in the present invention contains a styrene resin (C) and a mineral oil plasticizer (D). Specifically, the weight mixing ratio of (C) component and (D) component is (C) component / (D) component = 25 / 75-30 / 70, and melting | fusing point is 100-170 degreeC.

C:スチレン系樹脂
本発明におけるスチレン系樹脂は、ハードセグメントであるポリスチレンブロックと、ソフトセグメントである共役ジエン重合体ブロックとを有し、低温では加硫ゴム状物性を示し、加熱状態では加熱溶融して流動性を示す。該スチレン系エラストマーとしては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレンブロック共重合体(SEPS)、部分水添スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(部分水添SEBS)、スチレン・(エチレン−エチレン/プロピレン)−スチレンブロック共重合体(SEEPS)等が例示される。望ましいスチレン系エラストマーはSEBS、SEEPSである。SEBSやSEEPSを使用すると、透明性が向上しかつ優れた滑り止め性が得られる。
本発明におけるスチレン系エラストマーの質量平均分子量は10万以上20万以下の範囲でなければならない。質量平均分子量が10万未満では、引張り強さ、引張り破断伸び等の機械的強度が悪くなり、質量平均分子量が20万を超えると、透明性が悪くなる。
C: Styrene resin The styrene resin in the present invention has a polystyrene block as a hard segment and a conjugated diene polymer block as a soft segment. To show fluidity. Examples of the styrenic elastomer include styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer (SEBS), styrene- Ethylene / propylene-styrene block copolymer (SEPS), partially hydrogenated styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer (partially hydrogenated SEBS), styrene / (ethylene-ethylene / propylene) -styrene block copolymer ( SEEPS) and the like. Desirable styrenic elastomers are SEBS and SEEPS. When SEBS or SEEPS is used, transparency is improved and excellent slip resistance is obtained.
The mass average molecular weight of the styrene elastomer in the present invention must be in the range of 100,000 to 200,000. When the mass average molecular weight is less than 100,000, mechanical strength such as tensile strength and tensile elongation at break is deteriorated. When the mass average molecular weight exceeds 200,000, transparency is deteriorated.

D:鉱物油系可塑剤
本発明においては、熱可塑性エラストマーにおける可塑剤として、鉱物油系可塑剤を用いている。本発明にあっては、公知のパラフィン系オイル、ナフテン系オイル等の鉱物油を用いることができるが、その中でも、スチレン系エラストマーに対する相溶性が良好なパラフィンを主成分とした精製石油パラフィン系炭化水素油である鉱物油を用いるのが好ましい。
D: Mineral oil-based plasticizer In the present invention, a mineral oil-based plasticizer is used as the plasticizer in the thermoplastic elastomer. In the present invention, known mineral oils such as paraffinic oils and naphthenic oils can be used. It is preferable to use mineral oil which is hydrogen oil.

本発明に係る製造方法に基づき、ポリ乳酸樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)との割合を変化させ、熱可塑性エラストマーの含有率の異なるフィラメントを製造した。なお、本実施の形態にかかるフィラメント及びフィラメントの製造方法は、以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。
[製造例1]<フィラメント(1)の調製>
本実施の形態に係るフィラメント(1)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを10重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率9.1%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例2]<フィラメント(2)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(2)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを2重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率33.3%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例3]<フィラメント(3)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(3)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを1重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率50%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例4]<フィラメント(4)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(4)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを1重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを2重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率66.7%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例5]<フィラメント(5)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(5)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを10重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率90.9%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例6〜10]<シート試料(1)〜(5)の製造>
本実施の形態に係るシート試料(1)〜(5)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)との割合が、夫々、前記フィラメント(1)〜(5)と同一であって、押出成形により製造したシート試料である。
[製造例11]<シート試料(6)の製造>
本実施の形態に係るシート試料(6)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを3重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを7重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率70%)で混合した後に、押出成形により製造したシート試料である。
[比較例1]<フィラメント(6)>
本実施の形態に係るフィラメント(6)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率0%)を押出成形により製造したフィラメントである。
[比較例2]<フィラメント(7)>
本実施の形態に係るフィラメント(7)にあっては、熱可塑性エラストマー(B)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率100%)を押出成形により製造したフィラメントである。
[比較例3]<シート試料(7)>
本実施の形態に係るシート試料(7)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率0%)を押出成形により製造したシート試料である。
[比較例4]<シート試料(8)>
本実施の形態に係るシート試料(8)にあっては、熱可塑性エラストマー(B)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率100%)を押出成形により製造したシート試料である。
Based on the production method according to the present invention, filaments having different thermoplastic elastomer contents were produced by changing the ratio of the polylactic acid resin (A) and the thermoplastic elastomer (B). In addition, the filament concerning this Embodiment and the manufacturing method of a filament are not limited to a following example, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[Production Example 1] <Preparation of filament (1)>
In the filament (1) according to the present embodiment, the proportion of the thermoplastic elastomer (B) pellets is 1 part by weight (containing the thermoplastic elastomer) with respect to 10 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets. The filament was produced by extrusion after mixing at a rate of 9.1%.
[Production Example 2] <Production of Filament (2)>
In the filament (2) according to the present embodiment, the ratio of 1 part by weight of the thermoplastic elastomer (B) pellets to 2 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets (containing the thermoplastic elastomer) The filament was produced by extrusion after mixing at a rate of 33.3%.
[Production Example 3] <Production of Filament (3)>
In the filament (3) according to the present embodiment, the ratio of the pellets of the thermoplastic elastomer (B) to 1 part by weight of the pellets of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer) The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 50%).
[Production Example 4] <Production of Filament (4)>
In the filament (4) according to the present embodiment, a ratio of 2 parts by weight of the pellets of the thermoplastic elastomer (B) to 1 part by weight of the pellets of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer) The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 66.7%).
[Production Example 5] <Production of Filament (5)>
In the filament (5) according to the present embodiment, the proportion of the pellet of the thermoplastic elastomer (B) is 10 parts by weight of the pellet of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer). The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 90.9%).
[Production Examples 6 to 10] <Production of sheet samples (1) to (5)>
In the sheet samples (1) to (5) according to the present embodiment, the proportions of the polylactic acid resin (A) and the thermoplastic elastomer (B) are the filaments (1) to (5), respectively. It is the same and is a sheet sample manufactured by extrusion molding.
[Production Example 11] <Production of sheet sample (6)>
In the sheet sample (6) according to the present embodiment, a ratio of 7 parts by weight of the thermoplastic elastomer (B) pellets to 3 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer). It is a sheet sample manufactured by extrusion molding after mixing at a content rate of 70%.
[Comparative Example 1] <Filament (6)>
The filament (6) according to the present embodiment is a filament produced by extrusion molding only the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer content 0%).
[Comparative Example 2] <Filament (7)>
The filament (7) according to the present embodiment is a filament produced by extrusion molding only thermoplastic elastomer (B) pellets (thermoplastic elastomer content 100%).
[Comparative Example 3] <Sheet sample (7)>
The sheet sample (7) according to the present embodiment is a sheet sample produced by extrusion molding only the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer content 0%).
[Comparative Example 4] <Sheet sample (8)>
The sheet sample (8) according to the present embodiment is a sheet sample produced by extrusion molding only thermoplastic elastomer (B) pellets (thermoplastic elastomer content 100%).

<試験>
[試験要領]
<Test>
[Test procedure]

A 硬度(シート試料(1)〜(5)、(7)〜(8))
ショアA硬度は、JIS K 7215(プラスチック)に準拠して測定した。具体的には、試験片の厚みは5mmであって、押出成形シートから打ち抜き加工を行って作製した。試験温度は23℃、試験装置は島津製作所(株)製の島津デュロメータAである。
ショアA硬度が20以下の場合には、ショアE硬度をJIS K 6253(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム)に準拠して、島津製作所(株)製の島津デュロメータEを用いて測定した。その他の条件はショアA硬度の測定と同じである。
A hardness (sheet samples (1) to (5), (7) to (8))
The Shore A hardness was measured according to JIS K 7215 (plastic). Specifically, the test piece had a thickness of 5 mm, and was produced by punching from an extruded sheet. The test temperature is 23 ° C., and the test apparatus is a Shimadzu durometer A manufactured by Shimadzu Corporation.
When the Shore A hardness was 20 or less, the Shore E hardness was measured using a Shimadzu durometer E manufactured by Shimadzu Corporation in accordance with JIS K 6253 (vulcanized rubber and thermoplastic rubber). Other conditions are the same as those for the Shore A hardness measurement.

B 引張強度及び伸び(シート試料(6))
JIS K 6251:2010に準拠して測定した。具体的には、試験片の厚みは2mmであって、押出成形シートから打ち抜き加工を行って、ダンベル状3号形の形状に作製した(図3)。
引張速度は500mm/分、試験温度は23℃、使用試験機は、東洋精機社製ストログラフV10−Dである。
B Tensile strength and elongation (sheet sample (6))
It measured based on JISK6251: 2010. Specifically, the thickness of the test piece was 2 mm, and punching was performed from the extruded sheet to produce a dumbbell-shaped No. 3 shape (FIG. 3).
The tensile speed is 500 mm / min, the test temperature is 23 ° C., and the tester used is Strograph V10-D manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.

C 顕微鏡像(シート試料(6))
走査型電子顕微鏡(SEM)により測定した。
C Microscopic image (sheet sample (6))
It measured with the scanning electron microscope (SEM).

D 融点(フィラメント(1)〜(7))
Du Pont社製 熱示差分析計990型を使用し、昇温20℃/分で測定し、融解ピークをもとめた。融解温度が明確に観測されない場合には、微量融点測定装置(柳本製作所製)を用い、ポリマーが軟化して流動を始めた温度(軟化点)を融点とした。5回測定し、その平均値を求めた。
D Melting point (filaments (1) to (7))
A Du Pont thermal differential analyzer model 990 was used and measured at a temperature increase of 20 ° C./min to obtain a melting peak. When the melting temperature was not clearly observed, the melting point was defined as the temperature at which the polymer softened and started to flow (softening point) using a micro melting point measuring device (manufactured by Yanagimoto Seisakusho). Measurement was performed 5 times, and the average value was obtained.

E 3次元印刷装置による印刷(フィラメント(1)〜(2)、(6))
ヒーター部の設定温度:230℃
加工速度(ヘッド速度):20〜40mm/s
積層高(印刷ピッチ):0.1mm
連続印刷時間:印刷所要時間として30分〜2時間程度かかる立体印刷物を複数回に亘って印刷した。
E Printing with a three-dimensional printing device (filaments (1) to (2), (6))
Heater set temperature: 230 ° C
Processing speed (head speed): 20 to 40 mm / s
Stacking height (printing pitch): 0.1 mm
Continuous printing time: A three-dimensional printed material that takes about 30 minutes to 2 hours as a required printing time was printed a plurality of times.

[試験結果]
A 硬度(シート試料(1)〜(5)、(7)〜(8))
表1は、本実施の形態に係るフィラメントと同じ押出成形によって作成したシート試料(1)〜(5)、(7)〜(8)において、熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示す表である。
また、図1は、本実施の形態に係るフィラメントにおいて、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合させた場合に熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示すグラフであり、表1のデータを測定誤差±5としてプロットしたものである。
表1及び図1に示すように、熱可塑性エラストマーの含有率を高くすると、ショアA硬度は低下していくことがわかった。
[Test results]
A hardness (sheet samples (1) to (5), (7) to (8))
Table 1 shows the relationship between the content of the thermoplastic elastomer and the Shore A hardness in the sheet samples (1) to (5) and (7) to (8) prepared by the same extrusion molding as the filament according to the present embodiment. It is a table | surface which shows.
FIG. 1 shows the relationship between the content of the thermoplastic elastomer and the Shore A hardness when the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer are mixed to a total of 100% by weight in the filament according to the present embodiment. The data of Table 1 is plotted as a measurement error ± 5.
As shown in Table 1 and FIG. 1, it was found that when the content of the thermoplastic elastomer was increased, the Shore A hardness was decreased.

B 引張強度及び伸び(シート試料(5))
図2(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料において、伸びと引張強度との関係を示すグラフ、(b)は、(a)のグラフにおいて、伸びが0%〜200%の範囲を拡大したグラフである。
図3は、図2(a)及び(b)の測定に用いたシート試料の平面図である。図3に示すように、押出方向と平行な方向を流れ方向(MD:Machine direction)、押出方向に対して垂直な方向を垂直方向(TD:Transverse direction)と定義する。また、伸びと引張強度は、シートの厚さ方向についても参考値として測定した。
図2(a)及び(b)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、流れ方向に対して1.25MPaを加えたところで初めて伸び始め、2.22MPaを超えたところで破断した。
一方、図2(a)及び(b)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、垂直方向に対して0.1MPaを加えたところから伸び始め、1MPaを超えたところで伸びきる結果となった。
以上より、本実施の形態に係るシート試料にあっては、押出方向と平行な方向には伸びにくく(変形しにくく)、押出方向と垂直な方向には伸びやすい(変形しやすい)という異方性を有していることがわかった。
なお、図2(a)に示すように、シートの厚さ方向に対しても、垂直方向と同様の伸び及び引張強度を示すことから、本実験結果は試料の形状に依存するものではないといえる。実際に同様の押出成形によって製造したフィラメントにおいても、同様の異方性を有している。
B Tensile strength and elongation (sheet sample (5))
FIG. 2 (a) is a graph showing the relationship between elongation and tensile strength in a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and (b) is a graph in (a). It is the graph which expanded elongation the range of 0%-200%.
FIG. 3 is a plan view of the sheet sample used in the measurements of FIGS. As shown in FIG. 3, a direction parallel to the extrusion direction is defined as a flow direction (MD: Machine direction), and a direction perpendicular to the extrusion direction is defined as a vertical direction (TD: Transverse direction). The elongation and tensile strength were also measured as reference values in the thickness direction of the sheet.
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the sheet sample according to the present embodiment, it begins to grow for the first time when 1.25 MPa is applied to the flow direction, and when it exceeds 2.22 MPa. It broke.
On the other hand, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the sheet sample according to the present embodiment, the sheet sample starts to stretch from the point where 0.1 MPa is applied to the vertical direction, and exceeds 1 MPa. It was a result that grew.
As described above, in the sheet sample according to the present embodiment, it is difficult to extend (i.e., not easily deformed) in a direction parallel to the extrusion direction, and to extend (easily deform) in a direction perpendicular to the extruding direction. It was found to have sex.
Note that, as shown in FIG. 2 (a), since the same elongation and tensile strength as in the vertical direction are exhibited in the thickness direction of the sheet, the results of this experiment do not depend on the shape of the sample. I can say that. Actually, filaments manufactured by the same extrusion molding have the same anisotropy.

図4(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料の斜視図、(b)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した垂直方向断面図(200倍)、(c)は、(b)の模式図、(d)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した流れ方向断面図(200倍)、(e)は、(d)の模式図である。
図4(a)に示すように、図3と同様、押出方向と平行な方向を流れ方向(MD:Machine direction)、押出方向に対して垂直な方向を垂直方向(TD:Transverse direction)と定義する。
図4(b)及び(c)、(d)及び(e)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、ポリ乳酸(PLA)樹脂の分子鎖が押出方向に平行に配向していることがわかる。
すなわち、図2(a)及び(b)に示す結果と、図4(b)及び(c)、(d)及び(e)に示す結果とにより、ポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向する、押出方向と平行な方向には伸びにくく(変形しにくく)、ポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向していない、押出方向と垂直な方向には伸びやすい(変形しやすい)という異方性を有していることがわかった。
従って、前記した本実施の形態に係るシート試料の変形に対する異方性は、押出成形によってポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向することに起因するものであると判断される。
なお、本実施の形態に係るシート試料の変形に対する異方性がポリ乳酸樹脂の分子鎖配向に起因するものであることから、熱可塑性エラストマーの種類にかかわらず、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを混合し、加熱して溶解し、押出成形して製造したフィラメント、又は、シート試料であれば、同様の異方性を発現するものと推察される。
4A is a perspective view of a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and FIG. 4B is a scanning electron microscope (SEM) of the sheet sample of FIG. Observed vertical sectional view (200 times), (c) is a schematic diagram of (b), (d) is a sectional view in the flow direction of the sheet sample of (a) observed with a scanning electron microscope (SEM). (200 times) and (e) are schematic views of (d).
As shown in FIG. 4A, as in FIG. 3, the direction parallel to the extrusion direction is defined as the flow direction (MD: Machine direction), and the direction perpendicular to the extrusion direction is defined as the vertical direction (TD: Transverse direction). To do.
As shown in FIGS. 4B, 4C, 4D, and 4E, in the sheet sample according to the present embodiment, the molecular chain of polylactic acid (PLA) resin is parallel to the extrusion direction. It can be seen that it is oriented.
That is, the results shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) and the results shown in FIGS. 4 (b) and (c), (d) and (e) cause the molecular chains of the polylactic acid resin to be oriented. It has the anisotropy that it is difficult to stretch in the direction parallel to the direction (hard to deform), the molecular chain of the polylactic acid resin is not oriented, and easy to stretch in the direction perpendicular to the extrusion direction (easy to deform). I found out.
Therefore, it is determined that the anisotropy with respect to the deformation of the sheet sample according to the present embodiment is caused by the orientation of the molecular chain of the polylactic acid resin by extrusion molding.
In addition, since the anisotropy to the deformation of the sheet sample according to the present embodiment is due to the molecular chain orientation of the polylactic acid resin, regardless of the type of the thermoplastic elastomer, the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer It is inferred that the same anisotropy is developed if the filament or sheet sample is manufactured by mixing, heating and melting, and extrusion molding.

D 融点(フィラメント(1)〜(7))
表2は、本実施の形態に係るフィラメント(1)〜(7)の融点を測定した結果である。
表2に示すように、ポリ乳酸樹脂のみのフィラメント(6)が170℃である以外は、フィラメント(1)〜(5)、及び(7)は、いずれも100℃で軟化が始まり、170℃で融解した。
本実施の形態に係るフィラメントにあっては、熱可塑性エラストマーの含有率が高くなるにつれて、100℃において軟化する割合は増えていったが、フィラメントが完全に融解するのは170℃であった。
前記のように、ポリ乳酸樹脂の融点が170℃、熱可塑性エラストマーの融点が100〜170℃であることから、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとが十分に分散して存在していると判断される。
D Melting point (filaments (1) to (7))
Table 2 shows the results of measuring the melting points of the filaments (1) to (7) according to the present embodiment.
As shown in Table 2, the filaments (1) to (5) and (7) all started to soften at 100 ° C., except that the filament (6) of polylactic acid resin alone was 170 ° C. Melted in
In the filament according to the present embodiment, the rate of softening at 100 ° C. increased as the thermoplastic elastomer content increased, but the filament completely melted at 170 ° C.
As described above, since the melting point of the polylactic acid resin is 170 ° C. and the melting point of the thermoplastic elastomer is 100 to 170 ° C., the filament according to the present embodiment includes the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer. It is judged that they are sufficiently dispersed.

E 3次元印刷装置(フィラメント(1)〜(3)、(6))
本実施の形態に係るフィラメント(1)〜(3)、(6)を使用した印刷試験では、印刷所要時間として30分〜2時間程度かかる立体印刷物を100個以上印刷したが、いずれのフィラメントにおいても、ヘッドまでの搬送過程又はヘッド内において、フィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生することはなく、これに起因するフィラメントの供給不良や成形不良はなかった。
なお、本実施の形態に係る3次元印刷装置にあっては、ヒーター部を230℃に設定することによって、熱可塑性エラストマーの含有率の異なるフィラメント(1)〜(3)、(6)を用いた場合であっても、ヒーター部の設定を変化させることなく使用することができた。
また、表1に示すように、本実施の形態に係るフィラメント(2)及び(3)は、夫々、ショアA硬度が85〜95及び75〜85相当の軟質フィラメントであるが、これらの軟質フィラメントを用いて印刷ができたことから、柔軟性を必要とする部品等の成形品の製作が可能となった。
E 3D printing device (filaments (1) to (3), (6))
In the printing test using the filaments (1) to (3) and (6) according to the present embodiment, 100 or more three-dimensional prints that require about 30 minutes to 2 hours as printing time were printed. However, the phenomenon of so-called jamming, in which the filament is bent and cannot be transported in the transport process to the head or in the head, did not occur, and there was no defective filament supply or molding due to this phenomenon.
In the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment, the filaments (1) to (3) and (6) having different thermoplastic elastomer contents are used by setting the heater unit to 230 ° C. Even if it was, it could be used without changing the setting of the heater section.
Moreover, as shown in Table 1, the filaments (2) and (3) according to the present embodiment are soft filaments having Shore A hardness of 85 to 95 and 75 to 85, respectively. Since it was possible to print using a printer, it became possible to produce molded parts such as parts that required flexibility.

また、2種類の材料を同時に使用できるディアルヘッドタイプの3次元印刷装置において、本実施の形態に係るフィラメントを目的物を支持するためのサポート材として使用した場合には、支持物としての十分な強度を有すると共に、目的物からサポート材を簡単に剥離することができることがわかった。   Further, in the dual head type three-dimensional printing apparatus that can use two kinds of materials at the same time, when the filament according to the present embodiment is used as a support material for supporting an object, it is sufficient as a support. It has been found that the support material can be easily peeled from the object while having strength.

[作用・効果]
以上のように、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、硬度の大きいポリ乳酸と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとを含有するので、表1及び図1に示すように、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、硬度を連続的に変化させることができる。
一方で、表2に示すように、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示す。
従って、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを提供することができる。
その結果、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとを含有するフィラメントにおいて、硬度の大きいポリ乳酸を一定の割合以上含むものについては、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との2つの条件を満たすフィラメントを提供することができる。
[Action / Effect]
As described above, since the filament according to the present embodiment contains polylactic acid with a high hardness and a thermoplastic elastomer with a low hardness, as shown in Table 1 and FIG. The hardness can be continuously changed depending on the ratio to the elastomer.
On the other hand, as shown in Table 2, in the filament according to the present embodiment, since the melting point of polylactic acid is almost the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it depends on the ratio between the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. It shows an almost constant melting point.
Accordingly, it is possible to provide a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.
As a result, filaments containing polylactic acid and thermoplastic elastomer that contain a certain percentage of polylactic acid having a high hardness are used as raw material filaments for a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM). It is possible to provide a filament that satisfies two conditions of a melting point that can be dissolved by a heater and a certain hardness that does not bend during conveyance.

また、表1及び図1に示すように、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、硬度の大きいポリ乳酸樹脂と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとが任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造されるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントに成形することができる。
一方で、表2に示すように、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示すフィラメントに成形することができる。
その結果、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを成形することができるフィラメントの製造方法を提供することができる。
As shown in Table 1 and FIG. 1, in the filament manufacturing method according to the present embodiment, a filament in which a polylactic acid resin having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness are mixed in an arbitrary ratio. Can be formed into a filament having any hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer, depending on the ratio of polylactic acid and thermoplastic elastomer.
On the other hand, as shown in Table 2, in the filament manufacturing method according to the present embodiment, the melting point of polylactic acid is almost the same as the melting point of the thermoplastic elastomer. Regardless of the proportion, it can be formed into a filament having a substantially constant melting point.
As a result, it is possible to provide a method for producing a filament capable of forming a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of a thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.

また、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、フィラメントを押出成形により製造することによって、図2(a)及び(b)に示すように、成形されたフィラメントは押出方向には変形しにくく、押出方向と直交する方向には変形しやすいという異方性を有している。
従って、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ヘッドまでの搬送方向がフィラメントの押出方向と一致するため、ヘッドまでの搬送方向に対してフィラメントが剛性を有する。
その結果、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという事態を防止することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the filament which concerns on this Embodiment, as shown to FIG. 2 (a) and (b), the shape | molded filament is in an extrusion direction by manufacturing a filament by extrusion molding. It has an anisotropy that it is difficult to deform and is easily deformed in a direction perpendicular to the extrusion direction.
Therefore, when the filament formed by the filament manufacturing method according to the present embodiment is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM), the conveyance direction to the head is the filament extrusion direction. Therefore, the filament has rigidity in the transport direction to the head.
As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which a so-called jamming phenomenon occurs in which the conveyance process to the head or the filament is bent in the head and the conveyance becomes impossible.

また、一般に3次元印刷装置においてフィラメントを搬送する際には、溝部を有するドライブギアとローラーとにより挟持しながら繰り出して搬送する。
この際、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ドライブギアとローラーとにより挟持された際に、フィラメントがドライブギアの溝部に強く押し付けられるが、押し付けられる方向は、フィラメントの押出方向と直交する方向であるため、前記のようにフィラメントが変形しやすい。
その結果、フィラメントがドライブギアの溝部に合わせて変形し、ドライブギアの溝部に噛み合うことによって、フィラメントの滑りを防止することができる。
In general, when a filament is conveyed in a three-dimensional printing apparatus, the filament is fed and conveyed while being sandwiched between a drive gear having a groove and a roller.
At this time, when the filament formed by the filament manufacturing method according to the present embodiment is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), it is sandwiched between a drive gear and a roller. At this time, the filament is strongly pressed against the groove portion of the drive gear. However, since the direction in which the filament is pressed is perpendicular to the extrusion direction of the filament, the filament is easily deformed as described above.
As a result, the filament is deformed in accordance with the groove portion of the drive gear and meshes with the groove portion of the drive gear, thereby preventing the filament from slipping.

従って、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置において、本実施の形態に係るフィラメントを用いれば、長時間に亘って安定的に立体造形物を印刷することができる。
その結果、本実施の形態に係るフィラメントによって、柔軟性のある大型の立体造形品や精度の高い立体造形品を得ることができる。
Therefore, in the three-dimensional printing apparatus using the hot melt lamination method (FDM), if the filament according to the present embodiment is used, a three-dimensional object can be printed stably over a long period of time.
As a result, a flexible large three-dimensional model and a high-precision three-dimensional model can be obtained by the filament according to the present embodiment.

本発明に係るフィラメント及びフィラメントの製造方法は、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメント及びそのフィラメントの製造に広く利用することができるので、産業上利用可能性を有している。
Since the filament and the method for producing the filament according to the present invention can be widely used for producing a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM) and the filament. Has industrial applicability.

本発明は、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメント及びフィラメントの製造方法に関する。   The present invention relates to a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM) and a method for producing the filament.

従来より、試作品や治具等の立体造形品の作成には3次元印刷装置が利用されている。3次元印刷装置は3Dプリンターとも称され、3次元印刷装置はコンピュータ上に取り込まれた立体図面データに従って樹脂等の原材料によって立体造形品を作成することができる。   Conventionally, a three-dimensional printing apparatus has been used to create a three-dimensional model such as a prototype or a jig. The three-dimensional printing apparatus is also referred to as a 3D printer, and the three-dimensional printing apparatus can create a three-dimensional model using raw materials such as resin according to three-dimensional drawing data captured on a computer.

立体造形品を形成する方法には種々の方法があり、その1つに熱溶解積層法(FDM)が存在する。熱溶解積層法(FDM)は、熱可塑性樹脂等の原料フィラメントをヘッドに設けられたヒーターにより加熱溶解しながらノズルから吐出し、ノズルを例えば平面方向に稼動させて立体造形品の第一層を形成し、次に第一層の上面に第二層、第三層というように積層させていくことにより立体造形品を得る方法である。
熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置は、レーザーや粉末焼結による造形法を利用した3次元印刷装置と比べて安価であり広く普及している。
There are various methods for forming a three-dimensional model, and one of them is a hot melt lamination method (FDM). In the hot melt lamination method (FDM), a raw material filament such as a thermoplastic resin is discharged from a nozzle while being heated and melted by a heater provided in a head, and the nozzle is operated in a plane direction, for example, to form a first layer of a three-dimensional model. This is a method for obtaining a three-dimensionally shaped article by forming and then laminating the second layer and the third layer on the upper surface of the first layer.
Hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing devices are cheaper and more widespread than three-dimensional printing devices that utilize a laser or powder sintering modeling method.

このような従来の熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置にあっては、例えば、ABS樹脂やポリ乳酸(PLA)樹脂といった、ショアA硬度が大きい硬質樹脂であって、比較的低融点の樹脂からなるフィラメントを用いて立体造形物を印刷していた。
一方で、原料のフィラメントとして硬質フィラメントよりもショアA硬度が小さい軟質フィラメントを用いて印刷することができれば、柔軟性を必要とする部品等の成形品の製作が可能となり、利用範囲はさらに広がることとなる。
In such a conventional hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing apparatus, for example, a hard resin having a large Shore A hardness, such as ABS resin or polylactic acid (PLA) resin, has a relatively low melting point. A three-dimensional model was printed using a filament made of the above resin.
On the other hand, if printing can be performed using a soft filament having a Shore A hardness smaller than that of a hard filament as a raw material filament, it becomes possible to produce a molded product such as a part that requires flexibility, and the range of use is further expanded. It becomes.

しかしながら、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして軟質フィラメントを用いると、フィラメント自体の剛性がないため、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという不具合があった。
また従来より、軟質フィラメントを使用することが出来る熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置も存在したが、軟質フィラメントの専用機となり、汎用性がなく、また高価なものとなるため、手軽に使用するには不向きであった。
However, when a soft filament is used as a raw material filament of a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM), the filament itself does not have rigidity, so that the filament is bent in the transport process to the head or in the head. There was a problem that the phenomenon of so-called jamming that would prevent conveyance was caused.
Conventionally, there has also been a hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing device that can use soft filaments, but it becomes a dedicated machine for soft filaments and is not versatile and expensive. It was unsuitable for use.

以上より、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとしては、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との主に2つの条件を満たす必要がある。
しかし、従来の原料フィラメントにあっては、単一成分からなる原料を選択して用いていたに過ぎなかったため、前記2つの条件を満たすようなフィラメントは限定され、任意の硬度の成形品を製作することができなかった。
本件特許出願人はこのような観点から先行技術調査を行ったが、前記不具合を解消するような技術は発見できなかった。
特表第2016−501137号公報
As described above, the raw material filament of a general hot melt lamination method (FDM) three-dimensional printing apparatus has two main conditions: a melting point that can be melted by a heater, and a hardness that does not bend during transportation. It is necessary to satisfy.
However, in the conventional raw material filament, only a raw material consisting of a single component was selected and used. Therefore, filaments that satisfy the above two conditions are limited, and a molded product having an arbitrary hardness can be manufactured. I couldn't.
The applicant of the present patent has conducted a prior art search from such a viewpoint, but has not found a technique that can solve the above-mentioned problems.
JP-T-2006-501137

本発明は、以上のような従来からの不具合を解消するためのものであって、その課題は、熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置に用いられる原料フィラメントであって、搬送中に折れ曲がることのない軟質フィラメント、及び、任意の硬度に成形することができるフィラメントの製造方法を提供することにある。   The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and the problem is a raw material filament used in a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), An object of the present invention is to provide a soft filament that does not bend and a method for producing a filament that can be molded to an arbitrary hardness.

前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明にあっては、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントであって、ポリ乳酸樹脂と、スチレン系樹脂及び鉱物油系可塑剤を25:75から30:70までの任意の割合で含有する熱可塑性エラストマーとを1:1から10:1までの任意の割合で含有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM), Containing a lactic acid resin and a thermoplastic elastomer containing a styrene resin and a mineral oil plasticizer in an arbitrary ratio of 25:75 to 30:70 in an arbitrary ratio of 1: 1 to 10: 1. It is characterized by.

「ポリ乳酸(PLA)樹脂」は、乳酸をエステル結合によって重合して生成する合成樹脂である。融点が170℃でショアA硬度が100以上である。
ここで、ショアA硬度とは、JIS K 7215(プラスチック)、又はJIS K 6253(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム)に規定された方法においてタイプAデュロメータを用いて測定される硬度である。樹脂やゴムにおける硬質及び軟質の定義は種々のものがあるが、ここではショアA硬度が95以上のものを硬質、ショアA硬度が95以下のものを軟質と呼ぶこととする
また、「スチレン系樹脂」は、スチレン系エラストマーを含む概念である。
チレン系エラストマーとは、ポリスチレンとポリエチレン−ポリブチレンとをブロック共重合させた熱可塑性エラストマーであり、ポリスチレンのドメインが物理架橋点となり架橋ゴムの架橋点に相当する役割を果たすため、弾性体としての性質を示す。一方で、140〜230℃の射出または押出成形可能な温度になるとポリスチレン部分もポリエチレン・ポリブチレンの部分も共に溶融され、熱可塑性樹脂としての流動特性を示す。
「可塑剤」は、熱可塑性合成樹脂に加えて柔軟性や対候性を改良するための添加薬品類の総称である。
「鉱物油」は、鉱油とも呼ばれ、石油(原油)、天然ガス、石炭など地下資源由来の炭化水素化合物もしくは不純物をも含んだ混合物の総称である。一般的には、鉱物油は、パラフィン系オイル、ナフテン系オイルまたは高級脂肪酸のいずれかに分類される。
“Polylactic acid (PLA) resin” is a synthetic resin produced by polymerizing lactic acid through an ester bond. The melting point is 170 ° C. and the Shore A hardness is 100 or more.
Here, the Shore A hardness is a hardness measured using a type A durometer in a method defined in JIS K 7215 (plastic) or JIS K 6253 (vulcanized rubber and thermoplastic rubber). There are various definitions of hard and soft in resins and rubbers. Here, those having a Shore A hardness of 95 or higher are called hard, and those having a Shore A hardness of 95 or lower are called soft .
The “styrene resin” is a concept including a styrene elastomer.
The scan styrene-based elastomer, polystyrene and polyethylene - a polybutylene and the block copolymer is a thermoplastic elastomer were, to serve the domain of polystyrene corresponding to the cross point of the crosslinked rubber becomes physical crosslinking point, as an elastic body Show properties. On the other hand, when the temperature reaches 140 to 230 ° C., the polystyrene part and the polyethylene / polybutylene part are both melted and exhibit flow characteristics as a thermoplastic resin.
“Plasticizer” is a general term for chemicals added to improve flexibility and weather resistance in addition to thermoplastic synthetic resins.
“Mineral oil” is also called mineral oil and is a general term for mixtures containing hydrocarbon compounds or impurities derived from underground resources such as petroleum (crude oil), natural gas, and coal. In general, mineral oils are classified as either paraffinic oils, naphthenic oils or higher fatty acids.

請求項2に記載の発明にあっては、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントの製造方法であって、ポリ乳酸樹脂と、スチレン系樹脂及び鉱物油系可塑剤を25:75から30:70までの任意の割合で含有する熱可塑性エラストマーとを1:1から10:1までの任意の割合で合計100重量%となるように混合し、加熱して溶解し、押出成形によりフィラメントを製造することを特徴とする。
従って、ポリ乳酸樹脂と、スチレン系樹脂及び鉱物油系可塑剤を25:75から30:70までの任意の割合で含有する熱可塑性エラストマーとが1:1から10:1までの任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造される。
The invention according to claim 2 is a method for producing a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM), comprising a polylactic acid resin and styrene And 100% by weight of a thermoplastic elastomer containing a thermoplastic resin and a mineral oil plasticizer in an arbitrary ratio of 25:75 to 30:70 in an arbitrary ratio of 1: 1 to 10: 1 It mixes, heats and melt | dissolves, The filament is manufactured by extrusion molding, It is characterized by the above-mentioned.
Therefore, the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer containing the styrene resin and the mineral oil plasticizer in any ratio from 25:75 to 30:70 are in any ratio from 1: 1 to 10: 1. Mixed filaments are produced by extrusion.

請求項1に記載のフィラメントにあっては、硬度の大きいポリ乳酸と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとを含有するので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、硬度を連続的に変化させることができる。
一方で、請求項1に記載のフィラメントにあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示す。
従って、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを提供することができる。
その結果、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとを含有するフィラメントにおいて、硬度の大きいポリ乳酸を一定の割合以上含むものについては、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との2つの条件を満たすフィラメントを提供することができる。
In the filament according to claim 1 , since it contains polylactic acid having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness, the hardness can be continuously changed depending on the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. it can.
On the other hand, in the filament according to claim 1 , since the melting point of polylactic acid is substantially the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it has a substantially constant melting point regardless of the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. Show.
Accordingly, it is possible to provide a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.
As a result, filaments containing polylactic acid and thermoplastic elastomer that contain a certain percentage of polylactic acid having a high hardness are used as raw material filaments for a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM). It is possible to provide a filament that satisfies two conditions of a melting point that can be dissolved by a heater and a certain hardness that does not bend during conveyance.

また、請求項2に記載のフィラメントの製造方法にあっては、硬度の大きいポリ乳酸樹脂と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとが1:1から10:1までの任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造されるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントに成形することができる。
一方で、請求項2に記載のフィラメントの製造方法にあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示すフィラメントに成形することができる。
その結果、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを成形することができるフィラメントの製造方法を提供することができる。
In the method for producing a filament according to claim 2 , a filament in which a polylactic acid resin having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness are mixed at an arbitrary ratio of 1: 1 to 10: 1 is provided. Since it is manufactured by extrusion molding, it can be formed into a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of thermoplastic elastomer depending on the ratio of polylactic acid and thermoplastic elastomer.
On the other hand, in the method for producing a filament according to claim 2 , since the melting point of polylactic acid is substantially the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it is substantially constant regardless of the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. Can be formed into a filament having a melting point of.
As a result, it is possible to provide a method for producing a filament capable of forming a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of a thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.

また、請求項2に記載のフィラメントの製造方法にあっては、フィラメントを押出成形により製造することによって、成形されたフィラメントは押出方向には変形しにくく、押出方向と直交する方向には変形しやすいという異方性を有している。
従って、請求項2に記載のフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ヘッドまでの搬送方向がフィラメントの押出方向と一致するため、ヘッドまでの搬送方向に対してフィラメントが剛性を有する。
その結果、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという事態を防止することができる。
In the method for producing a filament according to claim 2 , by producing the filament by extrusion molding, the formed filament is hardly deformed in the extrusion direction and deformed in a direction perpendicular to the extrusion direction. Anisotropy is easy.
Therefore, when the filament formed by the method for producing a filament according to claim 2 is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), the conveyance direction to the head is the extrusion direction of the filament. Therefore, the filament has rigidity in the conveyance direction to the head.
As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which a so-called jamming phenomenon occurs in which the conveyance process to the head or the filament is bent in the head and the conveyance becomes impossible.

また、一般に3次元印刷装置においてフィラメントを搬送する際には、溝部を有するドライブギアとローラーとにより挟持しながら繰り出して搬送する。
この際、請求項2に記載のフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ドライブギアとローラーとにより挟持された際に、フィラメントがドライブギアの溝部に強く押し付けられるが、押し付けられる方向は、フィラメントの押出方向と直交する方向であるため、前記のようにフィラメントが変形しやすい。
その結果、フィラメントがドライブギアの溝部に合わせて変形し、ドライブギアの溝部に噛み合うことによって、フィラメントの滑りを防止することができる。
従って、ドライブギアによりフィラメントを確実に搬送することができ、長時間に亘って安定して立体造形物を印刷することができる。
In general, when a filament is conveyed in a three-dimensional printing apparatus, the filament is fed and conveyed while being sandwiched between a drive gear having a groove and a roller.
At this time, when the filament formed by the filament manufacturing method according to claim 2 is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), it is sandwiched between a drive gear and a roller. At this time, the filament is strongly pressed against the groove portion of the drive gear. However, since the direction in which the filament is pressed is perpendicular to the extrusion direction of the filament, the filament is easily deformed as described above.
As a result, the filament is deformed in accordance with the groove portion of the drive gear and meshes with the groove portion of the drive gear, thereby preventing the filament from slipping.
Accordingly, the filament can be reliably conveyed by the drive gear, and the three-dimensional structure can be printed stably over a long period of time.

図1は、本実施の形態に係るフィラメントにおいて、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合させた場合に熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示すグラフである。FIG. 1 shows the relationship between the content of a thermoplastic elastomer and the Shore A hardness when a polylactic acid resin and a thermoplastic elastomer are mixed to a total of 100% by weight in the filament according to the present embodiment. It is a graph. 図2(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料において、伸びと引張強度との関係を示すグラフ、(b)は、(a)のグラフにおいて、伸びが0%〜200%の範囲を拡大したグラフである。FIG. 2 (a) is a graph showing the relationship between elongation and tensile strength in a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and (b) is a graph in (a). It is the graph which expanded elongation the range of 0%-200%. 図3は、図2(a)及び(b)の測定に用いたシート試料の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the sheet sample used in the measurements of FIGS. 2 (a) and 2 (b). 図4(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料の斜視図、(b)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡にて観察した垂直方向断面図、(c)は、(b)の模式図、(d)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡にて観察した流れ方向断面図、(e)は、(d)の模式図である。4A is a perspective view of a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and FIG. 4B is a vertical view of the sheet sample of FIG. 4A observed with a scanning electron microscope. (C) is a schematic diagram of (b), (d) is a flow direction sectional view of the sheet sample of (a) observed with a scanning electron microscope, and (e) is of (d). It is a schematic diagram.

以下、実施の形態及び実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
[フィラメントの製造工程]
本実施の形態に係るフィラメントは、一般的な押出成形機により製造される。
具体的には、65φ押出機を用いている。シリンダー温度は、ダイス150〜180℃、計量部160〜200℃、圧縮部160〜200℃、供給部150〜180℃である。
また、限界温度は240℃、冷却水槽内の冷却水の温度は8〜15℃、ダイ・サイザー間距離2〜5cm、引き落とし率0.87〜0.92、サイジング方式はドライバキュームである。
本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットと熱可塑性エラストマー(B)のペレットとを合計100重量%となるように混合した後に、押出成形機の注入口に混合したペレットを入れ、加熱しながらスクリューを回転させ樹脂を溶融させながら送り出し、先端の金型より、押し出して冷却水槽にて冷却・固化させて、直径1.75mmのフィラメントとして製造する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments and examples.
[Filament manufacturing process]
The filament according to the present embodiment is manufactured by a general extruder.
Specifically, a 65φ extruder is used. Cylinder temperature is 150-180 degreeC of dice | dies, 160-200 degreeC of measurement parts, 160-200 degreeC of compression parts, and 150-180 degreeC of supply parts.
Further, the limit temperature is 240 ° C., the temperature of the cooling water in the cooling water tank is 8 to 15 ° C., the distance between the die and the sizer is 2 to 5 cm, the withdrawal rate is 0.87 to 0.92, and the sizing method is the driver vacuum.
In the filament according to the present embodiment, after mixing the polylactic acid resin (A) pellets and the thermoplastic elastomer (B) pellets to a total of 100% by weight, the mixture is added to the injection port of the extruder. The mixed pellets are put, and the screw is rotated while being heated, and the resin is sent out while being melted. The resin is extruded from the die at the tip, cooled and solidified in a cooling water tank, and manufactured as a filament having a diameter of 1.75 mm.

[3次元印刷装置]
本実施の形態に係る3次元印刷装置は、熱溶解積層法(FDM)を利用しており、データ処理部と前記データ処理部より供給される制御信号に基づいて3次元印刷を行う印刷部とから構成されている。
前記印刷部は、ヒーター部とノズル部とを備えたヘッド部を有し、前記ヘッド部は、原料フィラメントを前記ノズル部へ供給するドライブギアと、ローラーとを有している。前記ドライブギアには、溝部が設けられている。
本実施の形態に係る3次元印刷装置にあっては、原料フィラメントを前記ドライブギアと前記ローラーとにより挟持しながら繰り出して前記ヘッド部へと搬送し、前記ヒーター部によって溶解されたフィラメントが前記ノズル部から吐出されて印刷物が形成されるように構成されている。
[3D printing device]
The three-dimensional printing apparatus according to this embodiment uses a hot melt lamination method (FDM), and includes a data processing unit and a printing unit that performs three-dimensional printing based on a control signal supplied from the data processing unit. It is composed of
The printing unit includes a head unit including a heater unit and a nozzle unit, and the head unit includes a drive gear for supplying a raw material filament to the nozzle unit and a roller. The drive gear is provided with a groove.
In the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment, the raw material filament is fed out while being sandwiched between the drive gear and the roller and conveyed to the head unit, and the filament melted by the heater unit is the nozzle. The printed matter is formed by being discharged from the section.

[原材料]
A:ポリ乳酸樹脂
本発明におけるポリ乳酸樹脂(A)は純度95%以上で、5%以下の添加剤を含んでおり、融点は170℃である。また、本発明におけるポリ乳酸樹脂(A)は、D体含有量が1.0モル%以下であるか、または、D体含有量が99.0モル%以上であることが必要であり、中でも、0.1〜0.6モル%であるか、または、99.4〜99.9モル%であることが好ましい。
D体含有量がこの範囲内であることにより、結晶性能に優れるため、成形性に優れる(成形サイクルが短くなる)とともに、得られる成形体は耐熱性が向上したものとなる。
[raw materials]
A: Polylactic acid resin The polylactic acid resin (A) in the present invention has a purity of 95% or more, contains 5% or less of an additive, and has a melting point of 170 ° C. The polylactic acid resin (A) in the present invention is required to have a D-form content of 1.0 mol% or less or a D-form content of 99.0 mol% or more, 0.1 to 0.6 mol%, or 99.4 to 99.9 mol%.
When the D-form content is within this range, the crystal performance is excellent, so that the moldability is excellent (the molding cycle is shortened), and the obtained molded article has improved heat resistance.

B:熱可塑性エラストマー
本発明における熱可塑性エラストマー(B)は、スチレン系樹脂(C)と鉱物油系可塑剤(D)とを含有する。具体的には、(C)成分と(D)成分との重量混合比が、(C)成分/(D)成分=25/75〜30/70であり、融点は100〜170℃である。
B: Thermoplastic Elastomer The thermoplastic elastomer (B) in the present invention contains a styrene resin (C) and a mineral oil plasticizer (D). Specifically, the weight mixing ratio of (C) component and (D) component is (C) component / (D) component = 25 / 75-30 / 70, and melting | fusing point is 100-170 degreeC.

C:スチレン系樹脂
本発明におけるスチレン系樹脂は、ハードセグメントであるポリスチレンブロックと、ソフトセグメントである共役ジエン重合体ブロックとを有し、低温では加硫ゴム状物性を示し、加熱状態では加熱溶融して流動性を示す。該スチレン系エラストマーとしては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレンブロック共重合体(SEPS)、部分水添スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(部分水添SEBS)、スチレン・(エチレン−エチレン/プロピレン)−スチレンブロック共重合体(SEEPS)等が例示される。望ましいスチレン系エラストマーはSEBS、SEEPSである。SEBSやSEEPSを使用すると、透明性が向上しかつ優れた滑り止め性が得られる。
本発明におけるスチレン系エラストマーの質量平均分子量は10万以上20万以下の範囲でなければならない。質量平均分子量が10万未満では、引張り強さ、引張り破断伸び等の機械的強度が悪くなり、質量平均分子量が20万を超えると、透明性が悪くなる。
C: Styrene resin The styrene resin in the present invention has a polystyrene block as a hard segment and a conjugated diene polymer block as a soft segment. To show fluidity. Examples of the styrenic elastomer include styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer (SEBS), styrene- Ethylene / propylene-styrene block copolymer (SEPS), partially hydrogenated styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer (partially hydrogenated SEBS), styrene / (ethylene-ethylene / propylene) -styrene block copolymer ( SEEPS) and the like. Desirable styrenic elastomers are SEBS and SEEPS. When SEBS or SEEPS is used, transparency is improved and excellent slip resistance is obtained.
The mass average molecular weight of the styrene elastomer in the present invention must be in the range of 100,000 to 200,000. When the mass average molecular weight is less than 100,000, mechanical strength such as tensile strength and tensile elongation at break is deteriorated. When the mass average molecular weight exceeds 200,000, transparency is deteriorated.

D:鉱物油系可塑剤
本発明においては、熱可塑性エラストマーにおける可塑剤として、鉱物油系可塑剤を用いている。本発明にあっては、公知のパラフィン系オイル、ナフテン系オイル等の鉱物油を用いることができるが、その中でも、スチレン系エラストマーに対する相溶性が良好なパラフィンを主成分とした精製石油パラフィン系炭化水素油である鉱物油を用いるのが好ましい。
D: Mineral oil-based plasticizer In the present invention, a mineral oil-based plasticizer is used as the plasticizer in the thermoplastic elastomer. In the present invention, known mineral oils such as paraffinic oils and naphthenic oils can be used. It is preferable to use mineral oil which is hydrogen oil.

本発明に係る製造方法に基づき、ポリ乳酸樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)との割合を変化させ、熱可塑性エラストマーの含有率の異なるフィラメントを製造した。なお、本実施の形態にかかるフィラメント及びフィラメントの製造方法は、以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。
[製造例1]<フィラメント(1)の調製>
本実施の形態に係るフィラメント(1)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを10重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率9.1%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例2]<フィラメント(2)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(2)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを2重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率33.3%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例3]<フィラメント(3)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(3)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを1重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率50%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例4]<フィラメント(4)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(4)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを1重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを2重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率66.7%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例5]<フィラメント(5)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(5)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを10重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率90.9%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例6〜10]<シート試料(1)〜(5)の製造>
本実施の形態に係るシート試料(1)〜(5)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)との割合が、夫々、前記フィラメント(1)〜(5)と同一であって、押出成形により製造したシート試料である。
[製造例11]<シート試料(6)の製造>
本実施の形態に係るシート試料(6)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを3重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを7重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率70%)で混合した後に、押出成形により製造したシート試料である。
[比較例1]<フィラメント(6)>
本実施の形態に係るフィラメント(6)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率0%)を押出成形により製造したフィラメントである。
[比較例2]<フィラメント(7)>
本実施の形態に係るフィラメント(7)にあっては、熱可塑性エラストマー(B)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率100%)を押出成形により製造したフィラメントである。
[比較例3]<シート試料(7)>
本実施の形態に係るシート試料(7)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率0%)を押出成形により製造したシート試料である。
[比較例4]<シート試料(8)>
本実施の形態に係るシート試料(8)にあっては、熱可塑性エラストマー(B)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率100%)を押出成形により製造したシート試料である。
Based on the production method according to the present invention, filaments having different thermoplastic elastomer contents were produced by changing the ratio of the polylactic acid resin (A) and the thermoplastic elastomer (B). In addition, the filament concerning this Embodiment and the manufacturing method of a filament are not limited to a following example, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[Production Example 1] <Preparation of filament (1)>
In the filament (1) according to the present embodiment, the proportion of the thermoplastic elastomer (B) pellets is 1 part by weight (containing the thermoplastic elastomer) with respect to 10 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets. The filament was produced by extrusion after mixing at a rate of 9.1%.
[Production Example 2] <Production of Filament (2)>
In the filament (2) according to the present embodiment, the ratio of 1 part by weight of the thermoplastic elastomer (B) pellets to 2 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets (containing the thermoplastic elastomer) The filament was produced by extrusion after mixing at a rate of 33.3%.
[Production Example 3] <Production of Filament (3)>
In the filament (3) according to the present embodiment, the ratio of the pellets of the thermoplastic elastomer (B) to 1 part by weight of the pellets of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer) The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 50%).
[Production Example 4] <Production of Filament (4)>
In the filament (4) according to the present embodiment, a ratio of 2 parts by weight of the pellets of the thermoplastic elastomer (B) to 1 part by weight of the pellets of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer) The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 66.7%).
[Production Example 5] <Production of Filament (5)>
In the filament (5) according to the present embodiment, the proportion of the pellet of the thermoplastic elastomer (B) is 10 parts by weight of the pellet of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer). The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 90.9%).
[Production Examples 6 to 10] <Production of sheet samples (1) to (5)>
In the sheet samples (1) to (5) according to the present embodiment, the proportions of the polylactic acid resin (A) and the thermoplastic elastomer (B) are the filaments (1) to (5), respectively. It is the same and is a sheet sample manufactured by extrusion molding.
[Production Example 11] <Production of sheet sample (6)>
In the sheet sample (6) according to the present embodiment, a ratio of 7 parts by weight of the thermoplastic elastomer (B) pellets to 3 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer). It is a sheet sample manufactured by extrusion molding after mixing at a content rate of 70%.
[Comparative Example 1] <Filament (6)>
The filament (6) according to the present embodiment is a filament produced by extrusion molding only the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer content 0%).
[Comparative Example 2] <Filament (7)>
The filament (7) according to the present embodiment is a filament produced by extrusion molding only thermoplastic elastomer (B) pellets (thermoplastic elastomer content 100%).
[Comparative Example 3] <Sheet sample (7)>
The sheet sample (7) according to the present embodiment is a sheet sample produced by extrusion molding only the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer content 0%).
[Comparative Example 4] <Sheet sample (8)>
The sheet sample (8) according to the present embodiment is a sheet sample produced by extrusion molding only thermoplastic elastomer (B) pellets (thermoplastic elastomer content 100%).

<試験>
[試験要領]
<Test>
[Test procedure]

A 硬度(シート試料(1)〜(5)、(7)〜(8))
ショアA硬度は、JIS K 7215(プラスチック)に準拠して測定した。具体的には、試験片の厚みは5mmであって、押出成形シートから打ち抜き加工を行って作製した。試験温度は23℃、試験装置は島津製作所(株)製の島津デュロメータAである。
ショアA硬度が20以下の場合には、ショアE硬度をJIS K 6253(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム)に準拠して、島津製作所(株)製の島津デュロメータEを用いて測定した。その他の条件はショアA硬度の測定と同じである。
A hardness (sheet samples (1) to (5), (7) to (8))
The Shore A hardness was measured according to JIS K 7215 (plastic). Specifically, the test piece had a thickness of 5 mm, and was produced by punching from an extruded sheet. The test temperature is 23 ° C., and the test apparatus is a Shimadzu durometer A manufactured by Shimadzu Corporation.
When the Shore A hardness was 20 or less, the Shore E hardness was measured using a Shimadzu durometer E manufactured by Shimadzu Corporation in accordance with JIS K 6253 (vulcanized rubber and thermoplastic rubber). Other conditions are the same as those for the Shore A hardness measurement.

B 引張強度及び伸び(シート試料(6))
JIS K 6251:2010に準拠して測定した。具体的には、試験片の厚みは2mmであって、押出成形シートから打ち抜き加工を行って、ダンベル状3号形の形状に作製した(図3)。
引張速度は500mm/分、試験温度は23℃、使用試験機は、東洋精機社製ストログラフV10−Dである。
B Tensile strength and elongation (sheet sample (6))
It measured based on JISK6251: 2010. Specifically, the thickness of the test piece was 2 mm, and punching was performed from the extruded sheet to produce a dumbbell-shaped No. 3 shape (FIG. 3).
The tensile speed is 500 mm / min, the test temperature is 23 ° C., and the tester used is Strograph V10-D manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.

C 顕微鏡像(シート試料(6))
走査型電子顕微鏡(SEM)により測定した。
C Microscopic image (sheet sample (6))
It measured with the scanning electron microscope (SEM).

D 融点(フィラメント(1)〜(7))
Du Pont社製 熱示差分析計990型を使用し、昇温20℃/分で測定し、融解ピークをもとめた。融解温度が明確に観測されない場合には、微量融点測定装置(柳本製作所製)を用い、ポリマーが軟化して流動を始めた温度(軟化点)を融点とした。5回測定し、その平均値を求めた。
D Melting point (filaments (1) to (7))
A Du Pont thermal differential analyzer model 990 was used and measured at a temperature increase of 20 ° C./min to obtain a melting peak. When the melting temperature was not clearly observed, the melting point was defined as the temperature at which the polymer softened and started to flow (softening point) using a micro melting point measuring device (manufactured by Yanagimoto Seisakusho). Measurement was performed 5 times, and the average value was obtained.

E 3次元印刷装置による印刷(フィラメント(1)〜(2)、(6))
ヒーター部の設定温度:230℃
加工速度(ヘッド速度):20〜40mm/s
積層高(印刷ピッチ):0.1mm
連続印刷時間:印刷所要時間として30分〜2時間程度かかる立体印刷物を複数回に亘って印刷した。
E Printing with a three-dimensional printing device (filaments (1) to (2), (6))
Heater set temperature: 230 ° C
Processing speed (head speed): 20 to 40 mm / s
Stacking height (printing pitch): 0.1 mm
Continuous printing time: A three-dimensional printed material that takes about 30 minutes to 2 hours as a required printing time was printed a plurality of times.

[試験結果]
A 硬度(シート試料(1)〜(5)、(7)〜(8))
表1は、本実施の形態に係るフィラメントと同じ押出成形によって作成したシート試料(1)〜(5)、(7)〜(8)において、熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示す表である。
また、図1は、本実施の形態に係るフィラメントにおいて、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合させた場合に熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示すグラフであり、表1のデータを測定誤差±5としてプロットしたものである。
表1及び図1に示すように、熱可塑性エラストマーの含有率を高くすると、ショアA硬度は低下していくことがわかった。
[Test results]
A hardness (sheet samples (1) to (5), (7) to (8))
Table 1 shows the relationship between the content of the thermoplastic elastomer and the Shore A hardness in the sheet samples (1) to (5) and (7) to (8) prepared by the same extrusion molding as the filament according to the present embodiment. It is a table | surface which shows.
FIG. 1 shows the relationship between the content of the thermoplastic elastomer and the Shore A hardness when the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer are mixed to a total of 100% by weight in the filament according to the present embodiment. The data of Table 1 is plotted as a measurement error ± 5.
As shown in Table 1 and FIG. 1, it was found that when the content of the thermoplastic elastomer was increased, the Shore A hardness was decreased.

B 引張強度及び伸び(シート試料(5))
図2(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料において、伸びと引張強度との関係を示すグラフ、(b)は、(a)のグラフにおいて、伸びが0%〜200%の範囲を拡大したグラフである。
図3は、図2(a)及び(b)の測定に用いたシート試料の平面図である。図3に示すように、押出方向と平行な方向を流れ方向(MD:Machine direction)、押出方向に対して垂直な方向を垂直方向(TD:Transverse direction)と定義する。また、伸びと引張強度は、シートの厚さ方向についても参考値として測定した。
図2(a)及び(b)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、流れ方向に対して1.25MPaを加えたところで初めて伸び始め、2.22MPaを超えたところで破断した。
一方、図2(a)及び(b)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、垂直方向に対して0.1MPaを加えたところから伸び始め、1MPaを超えたところで伸びきる結果となった。
以上より、本実施の形態に係るシート試料にあっては、押出方向と平行な方向には伸びにくく(変形しにくく)、押出方向と垂直な方向には伸びやすい(変形しやすい)という異方性を有していることがわかった。
なお、図2(a)に示すように、シートの厚さ方向に対しても、垂直方向と同様の伸び及び引張強度を示すことから、本実験結果は試料の形状に依存するものではないといえる。実際に同様の押出成形によって製造したフィラメントにおいても、同様の異方性を有している。
B Tensile strength and elongation (sheet sample (5))
FIG. 2 (a) is a graph showing the relationship between elongation and tensile strength in a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and (b) is a graph in (a). It is the graph which expanded elongation the range of 0%-200%.
FIG. 3 is a plan view of the sheet sample used in the measurements of FIGS. As shown in FIG. 3, a direction parallel to the extrusion direction is defined as a flow direction (MD: Machine direction), and a direction perpendicular to the extrusion direction is defined as a vertical direction (TD: Transverse direction). The elongation and tensile strength were also measured as reference values in the thickness direction of the sheet.
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the sheet sample according to the present embodiment, it begins to grow for the first time when 1.25 MPa is applied to the flow direction, and when it exceeds 2.22 MPa. It broke.
On the other hand, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the sheet sample according to the present embodiment, the sheet sample starts to stretch from the point where 0.1 MPa is applied to the vertical direction, and exceeds 1 MPa. It was a result that grew.
As described above, in the sheet sample according to the present embodiment, it is difficult to extend (i.e., not easily deformed) in a direction parallel to the extrusion direction, and to extend (easily deform) in a direction perpendicular to the extruding direction. It was found to have sex.
Note that, as shown in FIG. 2 (a), since the same elongation and tensile strength as in the vertical direction are exhibited in the thickness direction of the sheet, the results of this experiment do not depend on the shape of the sample. I can say that. Actually, filaments manufactured by the same extrusion molding have the same anisotropy.

図4(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料の斜視図、(b)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した垂直方向断面図(200倍)、(c)は、(b)の模式図、(d)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した流れ方向断面図(200倍)、(e)は、(d)の模式図である。
図4(a)に示すように、図3と同様、押出方向と平行な方向を流れ方向(MD:Machine direction)、押出方向に対して垂直な方向を垂直方向(TD:Transverse direction)と定義する。
図4(b)及び(c)、(d)及び(e)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、ポリ乳酸(PLA)樹脂の分子鎖が押出方向に平行に配向していることがわかる。
すなわち、図2(a)及び(b)に示す結果と、図4(b)及び(c)、(d)及び(e)に示す結果とにより、ポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向する、押出方向と平行な方向には伸びにくく(変形しにくく)、ポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向していない、押出方向と垂直な方向には伸びやすい(変形しやすい)という異方性を有していることがわかった。
従って、前記した本実施の形態に係るシート試料の変形に対する異方性は、押出成形によってポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向することに起因するものであると判断される。
なお、本実施の形態に係るシート試料の変形に対する異方性がポリ乳酸樹脂の分子鎖配向に起因するものであることから、熱可塑性エラストマーの種類にかかわらず、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを混合し、加熱して溶解し、押出成形して製造したフィラメント、又は、シート試料であれば、同様の異方性を発現するものと推察される。
4A is a perspective view of a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and FIG. 4B is a scanning electron microscope (SEM) of the sheet sample of FIG. Observed vertical sectional view (200 times), (c) is a schematic diagram of (b), (d) is a sectional view in the flow direction of the sheet sample of (a) observed with a scanning electron microscope (SEM). (200 times) and (e) are schematic views of (d).
As shown in FIG. 4A, as in FIG. 3, the direction parallel to the extrusion direction is defined as the flow direction (MD: Machine direction), and the direction perpendicular to the extrusion direction is defined as the vertical direction (TD: Transverse direction). To do.
As shown in FIGS. 4B, 4C, 4D, and 4E, in the sheet sample according to the present embodiment, the molecular chain of polylactic acid (PLA) resin is parallel to the extrusion direction. It can be seen that it is oriented.
That is, the results shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) and the results shown in FIGS. 4 (b) and (c), (d) and (e) cause the molecular chains of the polylactic acid resin to be oriented. It has the anisotropy that it is difficult to stretch in the direction parallel to the direction (hard to deform), the molecular chain of the polylactic acid resin is not oriented, and easy to stretch in the direction perpendicular to the extrusion direction (easy to deform). I found out.
Therefore, it is determined that the anisotropy with respect to the deformation of the sheet sample according to the present embodiment is caused by the orientation of the molecular chain of the polylactic acid resin by extrusion molding.
In addition, since the anisotropy to the deformation of the sheet sample according to the present embodiment is due to the molecular chain orientation of the polylactic acid resin, regardless of the type of the thermoplastic elastomer, the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer It is inferred that the same anisotropy is developed if the filament or sheet sample is manufactured by mixing, heating and melting, and extrusion molding.

D 融点(フィラメント(1)〜(7))
表2は、本実施の形態に係るフィラメント(1)〜(7)の融点を測定した結果である。
表2に示すように、ポリ乳酸樹脂のみのフィラメント(6)が170℃である以外は、フィラメント(1)〜(5)、及び(7)は、いずれも100℃で軟化が始まり、170℃で融解した。
本実施の形態に係るフィラメントにあっては、熱可塑性エラストマーの含有率が高くなるにつれて、100℃において軟化する割合は増えていったが、フィラメントが完全に融解するのは170℃であった。
前記のように、ポリ乳酸樹脂の融点が170℃、熱可塑性エラストマーの融点が100〜170℃であることから、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとが十分に分散して存在していると判断される。
D Melting point (filaments (1) to (7))
Table 2 shows the results of measuring the melting points of the filaments (1) to (7) according to the present embodiment.
As shown in Table 2, the filaments (1) to (5) and (7) all started to soften at 100 ° C., except that the filament (6) of polylactic acid resin alone was 170 ° C. Melted in
In the filament according to the present embodiment, the rate of softening at 100 ° C. increased as the thermoplastic elastomer content increased, but the filament completely melted at 170 ° C.
As described above, since the melting point of the polylactic acid resin is 170 ° C. and the melting point of the thermoplastic elastomer is 100 to 170 ° C., the filament according to the present embodiment includes the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer. It is judged that they are sufficiently dispersed.

E 3次元印刷装置(フィラメント(1)〜(3)、(6))
本実施の形態に係るフィラメント(1)〜(3)、(6)を使用した印刷試験では、印刷所要時間として30分〜2時間程度かかる立体印刷物を100個以上印刷したが、いずれのフィラメントにおいても、ヘッドまでの搬送過程又はヘッド内において、フィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生することはなく、これに起因するフィラメントの供給不良や成形不良はなかった。
なお、本実施の形態に係る3次元印刷装置にあっては、ヒーター部を230℃に設定することによって、熱可塑性エラストマーの含有率の異なるフィラメント(1)〜(3)、(6)を用いた場合であっても、ヒーター部の設定を変化させることなく使用することができた。
また、表1に示すように、本実施の形態に係るフィラメント(2)及び(3)は、夫々、ショアA硬度が85〜95及び75〜85相当の軟質フィラメントであるが、これらの軟質フィラメントを用いて印刷ができたことから、柔軟性を必要とする部品等の成形品の製作が可能となった。
E 3D printing device (filaments (1) to (3), (6))
In the printing test using the filaments (1) to (3) and (6) according to the present embodiment, 100 or more three-dimensional prints that require about 30 minutes to 2 hours as printing time were printed. However, the phenomenon of so-called jamming, in which the filament is bent and cannot be transported in the transport process to the head or in the head, did not occur, and there was no defective filament supply or molding due to this phenomenon.
In the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment, the filaments (1) to (3) and (6) having different thermoplastic elastomer contents are used by setting the heater unit to 230 ° C. Even if it was, it could be used without changing the setting of the heater section.
Moreover, as shown in Table 1, the filaments (2) and (3) according to the present embodiment are soft filaments having Shore A hardness of 85 to 95 and 75 to 85, respectively. Since it was possible to print using a printer, it became possible to produce molded parts such as parts that required flexibility.

また、2種類の材料を同時に使用できるディアルヘッドタイプの3次元印刷装置において、本実施の形態に係るフィラメントを目的物を支持するためのサポート材として使用した場合には、支持物としての十分な強度を有すると共に、目的物からサポート材を簡単に剥離することができることがわかった。   Further, in the dual head type three-dimensional printing apparatus that can use two kinds of materials at the same time, when the filament according to the present embodiment is used as a support material for supporting an object, it is sufficient as a support. It has been found that the support material can be easily peeled from the object while having strength.

[作用・効果]
以上のように、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、硬度の大きいポリ乳酸と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとを含有するので、表1及び図1に示すように、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、硬度を連続的に変化させることができる。
一方で、表2に示すように、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示す。
従って、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを提供することができる。
その結果、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとを含有するフィラメントにおいて、硬度の大きいポリ乳酸を一定の割合以上含むものについては、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との2つの条件を満たすフィラメントを提供することができる。
[Action / Effect]
As described above, since the filament according to the present embodiment contains polylactic acid with a high hardness and a thermoplastic elastomer with a low hardness, as shown in Table 1 and FIG. The hardness can be continuously changed depending on the ratio to the elastomer.
On the other hand, as shown in Table 2, in the filament according to the present embodiment, since the melting point of polylactic acid is almost the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it depends on the ratio between the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. It shows an almost constant melting point.
Accordingly, it is possible to provide a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.
As a result, filaments containing polylactic acid and thermoplastic elastomer that contain a certain percentage of polylactic acid having a high hardness are used as raw material filaments for a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM). It is possible to provide a filament that satisfies two conditions of a melting point that can be dissolved by a heater and a certain hardness that does not bend during conveyance.

また、表1及び図1に示すように、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、硬度の大きいポリ乳酸樹脂と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとが任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造されるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントに成形することができる。
一方で、表2に示すように、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示すフィラメントに成形することができる。
その結果、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを成形することができるフィラメントの製造方法を提供することができる。
As shown in Table 1 and FIG. 1, in the filament manufacturing method according to the present embodiment, a filament in which a polylactic acid resin having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness are mixed in an arbitrary ratio. Can be formed into a filament having any hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer, depending on the ratio of polylactic acid and thermoplastic elastomer.
On the other hand, as shown in Table 2, in the filament manufacturing method according to the present embodiment, the melting point of polylactic acid is almost the same as the melting point of the thermoplastic elastomer. Regardless of the proportion, it can be formed into a filament having a substantially constant melting point.
As a result, it is possible to provide a method for producing a filament capable of forming a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of a thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.

また、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、フィラメントを押出成形により製造することによって、図2(a)及び(b)に示すように、成形されたフィラメントは押出方向には変形しにくく、押出方向と直交する方向には変形しやすいという異方性を有している。
従って、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ヘッドまでの搬送方向がフィラメントの押出方向と一致するため、ヘッドまでの搬送方向に対してフィラメントが剛性を有する。
その結果、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという事態を防止することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the filament which concerns on this Embodiment, as shown to FIG. 2 (a) and (b), the shape | molded filament is in an extrusion direction by manufacturing a filament by extrusion molding. It has an anisotropy that it is difficult to deform and is easily deformed in a direction perpendicular to the extrusion direction.
Therefore, when the filament formed by the filament manufacturing method according to the present embodiment is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM), the conveyance direction to the head is the filament extrusion direction. Therefore, the filament has rigidity in the transport direction to the head.
As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which a so-called jamming phenomenon occurs in which the conveyance process to the head or the filament is bent in the head and the conveyance becomes impossible.

また、一般に3次元印刷装置においてフィラメントを搬送する際には、溝部を有するドライブギアとローラーとにより挟持しながら繰り出して搬送する。
この際、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ドライブギアとローラーとにより挟持された際に、フィラメントがドライブギアの溝部に強く押し付けられるが、押し付けられる方向は、フィラメントの押出方向と直交する方向であるため、前記のようにフィラメントが変形しやすい。
その結果、フィラメントがドライブギアの溝部に合わせて変形し、ドライブギアの溝部に噛み合うことによって、フィラメントの滑りを防止することができる。
In general, when a filament is conveyed in a three-dimensional printing apparatus, the filament is fed and conveyed while being sandwiched between a drive gear having a groove and a roller.
At this time, when the filament formed by the filament manufacturing method according to the present embodiment is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), it is sandwiched between a drive gear and a roller. At this time, the filament is strongly pressed against the groove portion of the drive gear. However, since the direction in which the filament is pressed is perpendicular to the extrusion direction of the filament, the filament is easily deformed as described above.
As a result, the filament is deformed in accordance with the groove portion of the drive gear and meshes with the groove portion of the drive gear, thereby preventing the filament from slipping.

従って、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置において、本実施の形態に係るフィラメントを用いれば、長時間に亘って安定的に立体造形物を印刷することができる。
その結果、本実施の形態に係るフィラメントによって、柔軟性のある大型の立体造形品や精度の高い立体造形品を得ることができる。
Therefore, in the three-dimensional printing apparatus using the hot melt lamination method (FDM), if the filament according to the present embodiment is used, a three-dimensional object can be printed stably over a long period of time.
As a result, a flexible large three-dimensional model and a high-precision three-dimensional model can be obtained by the filament according to the present embodiment.

本発明に係るフィラメント及びフィラメントの製造方法は、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメント及びそのフィラメントの製造に広く利用することができるので、産業上利用可能性を有している。
Since the filament and the method for producing the filament according to the present invention can be widely used for producing a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM) and the filament. Has industrial applicability.

本発明は、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメント及びフィラメントの製造方法に関する。   The present invention relates to a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM) and a method for producing the filament.

従来より、試作品や治具等の立体造形品の作成には3次元印刷装置が利用されている。3次元印刷装置は3Dプリンターとも称され、3次元印刷装置はコンピュータ上に取り込まれた立体図面データに従って樹脂等の原材料によって立体造形品を作成することができる。   Conventionally, a three-dimensional printing apparatus has been used to create a three-dimensional model such as a prototype or a jig. The three-dimensional printing apparatus is also referred to as a 3D printer, and the three-dimensional printing apparatus can create a three-dimensional model using raw materials such as resin according to three-dimensional drawing data captured on a computer.

立体造形品を形成する方法には種々の方法があり、その1つに熱溶解積層法(FDM)が存在する。熱溶解積層法(FDM)は、熱可塑性樹脂等の原料フィラメントをヘッドに設けられたヒーターにより加熱溶解しながらノズルから吐出し、ノズルを例えば平面方向に稼動させて立体造形品の第一層を形成し、次に第一層の上面に第二層、第三層というように積層させていくことにより立体造形品を得る方法である。
熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置は、レーザーや粉末焼結による造形法を利用した3次元印刷装置と比べて安価であり広く普及している。
There are various methods for forming a three-dimensional model, and one of them is a hot melt lamination method (FDM). In the hot melt lamination method (FDM), a raw material filament such as a thermoplastic resin is discharged from a nozzle while being heated and melted by a heater provided in a head, and the nozzle is operated in a plane direction, for example, to form a first layer of a three-dimensional model. This is a method for obtaining a three-dimensionally shaped article by forming and then laminating the second layer and the third layer on the upper surface of the first layer.
Hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing devices are cheaper and more widespread than three-dimensional printing devices that utilize a laser or powder sintering modeling method.

このような従来の熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置にあっては、例えば、ABS樹脂やポリ乳酸(PLA)樹脂といった、ショアA硬度が大きい硬質樹脂であって、比較的低融点の樹脂からなるフィラメントを用いて立体造形物を印刷していた。
一方で、原料のフィラメントとして硬質フィラメントよりもショアA硬度が小さい軟質フィラメントを用いて印刷することができれば、柔軟性を必要とする部品等の成形品の製作が可能となり、利用範囲はさらに広がることとなる。
In such a conventional hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing apparatus, for example, a hard resin having a large Shore A hardness, such as ABS resin or polylactic acid (PLA) resin, has a relatively low melting point. A three-dimensional model was printed using a filament made of the above resin.
On the other hand, if printing can be performed using a soft filament having a Shore A hardness smaller than that of a hard filament as a raw material filament, it becomes possible to produce a molded product such as a part that requires flexibility, and the range of use is further expanded. It becomes.

しかしながら、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして軟質フィラメントを用いると、フィラメント自体の剛性がないため、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという不具合があった。
また従来より、軟質フィラメントを使用することが出来る熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置も存在したが、軟質フィラメントの専用機となり、汎用性がなく、また高価なものとなるため、手軽に使用するには不向きであった。
However, when a soft filament is used as a raw material filament of a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM), the filament itself does not have rigidity, so that the filament is bent in the transport process to the head or in the head. There was a problem that the phenomenon of so-called jamming that would prevent conveyance was caused.
Conventionally, there has also been a hot melt lamination (FDM) three-dimensional printing device that can use soft filaments, but it becomes a dedicated machine for soft filaments and is not versatile and expensive. It was unsuitable for use.

以上より、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとしては、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との主に2つの条件を満たす必要がある。
しかし、従来の原料フィラメントにあっては、単一成分からなる原料を選択して用いていたに過ぎなかったため、前記2つの条件を満たすようなフィラメントは限定され、任意の硬度の成形品を製作することができなかった。
本件特許出願人はこのような観点から先行技術調査を行ったが、前記不具合を解消するような技術は発見できなかった。
特表第2016−501137号公報
As described above, the raw material filament of a general hot melt lamination method (FDM) three-dimensional printing apparatus has two main conditions: a melting point that can be melted by a heater, and a hardness that does not bend during transportation. It is necessary to satisfy.
However, in the conventional raw material filament, only a raw material consisting of a single component was selected and used. Therefore, filaments that satisfy the above two conditions are limited, and a molded product having an arbitrary hardness can be manufactured. I couldn't.
The applicant of the present patent has conducted a prior art search from such a viewpoint, but has not found a technique that can solve the above-mentioned problems.
JP-T-2006-501137

本発明は、以上のような従来からの不具合を解消するためのものであって、その課題は、熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置に用いられる原料フィラメントであって、搬送中に折れ曲がることのない軟質フィラメント、及び、任意の硬度に成形することができるフィラメントの製造方法を提供することにある。   The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and the problem is a raw material filament used in a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), An object of the present invention is to provide a soft filament that does not bend and a method for producing a filament that can be molded to an arbitrary hardness.

前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明にあっては、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントであって、ポリ乳酸樹脂と、スチレン系樹脂及び鉱物油系可塑剤を重量混合比が25:75から重量混合比が30:70までの任意の割合で含有する熱可塑性エラストマーとを1重量部:1重量部から10重量部:1重量部までの任意の割合で含有することを特徴とする In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM), and acid resin, 1 part by weight of a thermoplastic elastomer containing in any ratio of a styrene resin and a mixing ratio by weight of the mineral oil plasticizer is from 25:75 to mixing weight ratio of 30:70: 1 part by weight 10 parts by weight : 1 part by weight

「ポリ乳酸(PLA)樹脂」は、乳酸をエステル結合によって重合して生成する合成樹脂である。融点が170℃でショアA硬度が100以上である。
ここで、ショアA硬度とは、JIS K 7215(プラスチック)、又はJIS K 6253(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム)に規定された方法においてタイプAデュロメータを用いて測定される硬度である。樹脂やゴムにおける硬質及び軟質の定義は種々のものがあるが、ここではショアA硬度が95以上のものを硬質、ショアA硬度が95以下のものを軟質と呼ぶこととする。
また、「スチレン系樹脂」は、スチレン系エラストマーを含む概念である。
スチレン系エラストマーとは、ポリスチレンとポリエチレン−ポリブチレンとをブロック共重合させた熱可塑性エラストマーであり、ポリスチレンのドメインが物理架橋点となり架橋ゴムの架橋点に相当する役割を果たすため、弾性体としての性質を示す。一方で、140〜230℃の射出または押出成形可能な温度になるとポリスチレン部分もポリエチレン・ポリブチレンの部分も共に溶融され、熱可塑性樹脂としての流動特性を示す。
「可塑剤」は、熱可塑性合成樹脂に加えて柔軟性や対候性を改良するための添加薬品類の総称である。
「鉱物油」は、鉱油とも呼ばれ、石油(原油)、天然ガス、石炭など地下資源由来の炭化水素化合物もしくは不純物をも含んだ混合物の総称である。一般的には、鉱物油は、パラフィン系オイル、ナフテン系オイルまたは高級脂肪酸のいずれかに分類される。
“Polylactic acid (PLA) resin” is a synthetic resin produced by polymerizing lactic acid through an ester bond. The melting point is 170 ° C. and the Shore A hardness is 100 or more.
Here, the Shore A hardness is a hardness measured using a type A durometer in a method defined in JIS K 7215 (plastic) or JIS K 6253 (vulcanized rubber and thermoplastic rubber). There are various definitions of hard and soft in resins and rubbers. Here, those having a Shore A hardness of 95 or higher are called hard, and those having a Shore A hardness of 95 or lower are called soft.
The “styrene resin” is a concept including a styrene elastomer.
Styrenic elastomer is a thermoplastic elastomer obtained by block copolymerization of polystyrene and polyethylene-polybutylene. The polystyrene domain serves as a physical crosslinking point and plays a role corresponding to the crosslinking point of crosslinked rubber. Indicates. On the other hand, when the temperature reaches 140 to 230 ° C., the polystyrene part and the polyethylene / polybutylene part are both melted and exhibit flow characteristics as a thermoplastic resin.
“Plasticizer” is a general term for chemicals added to improve flexibility and weather resistance in addition to thermoplastic synthetic resins.
“Mineral oil” is also called mineral oil and is a general term for mixtures containing hydrocarbon compounds or impurities derived from underground resources such as petroleum (crude oil), natural gas, and coal. In general, mineral oils are classified as either paraffinic oils, naphthenic oils or higher fatty acids.

請求項2に記載の発明にあっては、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントの製造方法であって、ポリ乳酸樹脂と、スチレン系樹脂及び鉱物油系可塑剤を重量混合比が25:75から重量混合比が30:70までの任意の割合で含有する熱可塑性エラストマーとを1重量部:1重量部から10重量部:1重量部までの任意の割合で合計100重量%となるように混合し、加熱して溶解し、押出成形によりフィラメントを製造することを特徴とする。
従って、ポリ乳酸樹脂と、スチレン系樹脂及び鉱物油系可塑剤を重量混合比が25:75から重量混合比が30:70までの任意の割合で含有する熱可塑性エラストマーとが1重量部:1重量部から10重量部:1重量部までの任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造される。
The invention according to claim 2 is a method for producing a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM), comprising a polylactic acid resin and styrene 1 part by weight : 1 part by weight to 10 parts by weight : 1 part by weight of a thermoplastic elastomer containing a base resin and a mineral oil plasticizer in an arbitrary ratio of a weight mixing ratio of 25:75 to a weight mixing ratio of 30:70 It mixes so that it may become a total of 100 weight% in arbitrary ratios to a weight part , it melt | dissolves by heating, A filament is manufactured by extrusion molding, It is characterized by the above-mentioned.
Accordingly, a polylactic acid resin, a thermoplastic elastomer is 1 part by weight, containing in any ratio of a styrene resin and a mixing ratio by weight of the mineral oil plasticizer is from 25:75 to mixing weight ratio of 30:70: 1 Filaments mixed at an arbitrary ratio from parts by weight to 10 parts by weight : 1 part by weight are produced by extrusion.

請求項1に記載のフィラメントにあっては、硬度の大きいポリ乳酸と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとを含有するので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、硬度を連続的に変化させることができる。
一方で、請求項1に記載のフィラメントにあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示す。
従って、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを提供することができる。
その結果、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとを含有するフィラメントにおいて、硬度の大きいポリ乳酸を一定の割合以上含むものについては、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との2つの条件を満たすフィラメントを提供することができる。
In the filament according to claim 1, since it contains polylactic acid having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness, the hardness can be continuously changed depending on the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. it can.
On the other hand, in the filament according to claim 1, since the melting point of polylactic acid is substantially the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it has a substantially constant melting point regardless of the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. Show.
Accordingly, it is possible to provide a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.
As a result, filaments containing polylactic acid and thermoplastic elastomer that contain a certain percentage of polylactic acid having a high hardness are used as raw material filaments for a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM). It is possible to provide a filament that satisfies two conditions of a melting point that can be dissolved by a heater and a certain hardness that does not bend during conveyance.

また、請求項2に記載のフィラメントの製造方法にあっては、硬度の大きいポリ乳酸樹脂と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとが1重量部:1重量部から10重量部:1重量部までの任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造されるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントに成形することができる。
一方で、請求項2に記載のフィラメントの製造方法にあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示すフィラメントに成形することができる。
その結果、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを成形することができるフィラメントの製造方法を提供することができる。
Further, in the method for producing a filament according to claim 2, greater polylactic acid resin and the small thermoplastic elastomer hardness is 1 part by weight of hardness: 1 10 parts by weight parts: 1 Any up parts Since the filament mixed at the ratio of is produced by extrusion molding, it is formed into a filament having an arbitrary hardness between the hardness of the polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer depending on the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer be able to.
On the other hand, in the method for producing a filament according to claim 2, since the melting point of polylactic acid is substantially the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it is substantially constant regardless of the ratio of the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. Can be formed into a filament having a melting point of.
As a result, it is possible to provide a method for producing a filament capable of forming a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of a thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.

また、請求項2に記載のフィラメントの製造方法にあっては、フィラメントを押出成形により製造することによって、成形されたフィラメントは押出方向には変形しにくく、押出方向と直交する方向には変形しやすいという異方性を有している。
従って、請求項2に記載のフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ヘッドまでの搬送方向がフィラメントの押出方向と一致するため、ヘッドまでの搬送方向に対してフィラメントが剛性を有する。
その結果、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという事態を防止することができる。
In the method for producing a filament according to claim 2, by producing the filament by extrusion molding, the formed filament is hardly deformed in the extrusion direction and deformed in a direction perpendicular to the extrusion direction. Anisotropy is easy.
Therefore, when the filament formed by the method for producing a filament according to claim 2 is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), the conveyance direction to the head is the extrusion direction of the filament. Therefore, the filament has rigidity in the transport direction to the head.
As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which a so-called jamming phenomenon occurs in which the conveyance process to the head or the filament is bent in the head and the conveyance becomes impossible.

また、一般に3次元印刷装置においてフィラメントを搬送する際には、溝部を有するドライブギアとローラーとにより挟持しながら繰り出して搬送する。
この際、請求項2に記載のフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ドライブギアとローラーとにより挟持された際に、フィラメントがドライブギアの溝部に強く押し付けられるが、押し付けられる方向は、フィラメントの押出方向と直交する方向であるため、前記のようにフィラメントが変形しやすい。
その結果、フィラメントがドライブギアの溝部に合わせて変形し、ドライブギアの溝部に噛み合うことによって、フィラメントの滑りを防止することができる。
従って、ドライブギアによりフィラメントを確実に搬送することができ、長時間に亘って安定して立体造形物を印刷することができる。
In general, when a filament is conveyed in a three-dimensional printing apparatus, the filament is fed and conveyed while being sandwiched between a drive gear having a groove and a roller.
At this time, when the filament formed by the filament manufacturing method according to claim 2 is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), it is sandwiched between a drive gear and a roller. At this time, the filament is strongly pressed against the groove portion of the drive gear. However, since the direction in which the filament is pressed is perpendicular to the extrusion direction of the filament, the filament is easily deformed as described above.
As a result, the filament is deformed in accordance with the groove portion of the drive gear and meshes with the groove portion of the drive gear, thereby preventing the filament from slipping.
Accordingly, the filament can be reliably conveyed by the drive gear, and the three-dimensional structure can be printed stably over a long period of time.

図1は、本実施の形態に係るフィラメントにおいて、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合させた場合に熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示すグラフである。FIG. 1 shows the relationship between the content of a thermoplastic elastomer and the Shore A hardness when a polylactic acid resin and a thermoplastic elastomer are mixed to a total of 100% by weight in the filament according to the present embodiment. It is a graph. 図2(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料において、伸びと引張強度との関係を示すグラフ、(b)は、(a)のグラフにおいて、伸びが0%〜200%の範囲を拡大したグラフである。FIG. 2 (a) is a graph showing the relationship between elongation and tensile strength in a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and (b) is a graph in (a). It is the graph which expanded elongation the range of 0%-200%. 図3は、図2(a)及び(b)の測定に用いたシート試料の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the sheet sample used in the measurements of FIGS. 2 (a) and 2 (b). 図4(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料の斜視図、(b)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡にて観察した垂直方向断面図、(c)は、(b)の模式図、(d)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡にて観察した流れ方向断面図、(e)は、(d)の模式図である。4A is a perspective view of a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and FIG. 4B is a vertical view of the sheet sample of FIG. 4A observed with a scanning electron microscope. (C) is a schematic diagram of (b), (d) is a flow direction sectional view of the sheet sample of (a) observed with a scanning electron microscope, and (e) is of (d). It is a schematic diagram.

以下、実施の形態及び実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
[フィラメントの製造工程]
本実施の形態に係るフィラメントは、一般的な押出成形機により製造される。
具体的には、65φ押出機を用いている。シリンダー温度は、ダイス150〜180℃、計量部160〜200℃、圧縮部160〜200℃、供給部150〜180℃である。
また、限界温度は240℃、冷却水槽内の冷却水の温度は8〜15℃、ダイ・サイザー間距離2〜5cm、引き落とし率0.87〜0.92、サイジング方式はドライバキュームである。
本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットと熱可塑性エラストマー(B)のペレットとを合計100重量%となるように混合した後に、押出成形機の注入口に混合したペレットを入れ、加熱しながらスクリューを回転させ樹脂を溶融させながら送り出し、先端の金型より、押し出して冷却水槽にて冷却・固化させて、直径1.75mmのフィラメントとして製造する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments and examples.
[Filament manufacturing process]
The filament according to the present embodiment is manufactured by a general extruder.
Specifically, a 65φ extruder is used. Cylinder temperature is 150-180 degreeC of dice | dies, 160-200 degreeC of measurement parts, 160-200 degreeC of compression parts, and 150-180 degreeC of supply parts.
Further, the limit temperature is 240 ° C., the temperature of the cooling water in the cooling water tank is 8 to 15 ° C., the distance between the die and the sizer is 2 to 5 cm, the withdrawal rate is 0.87 to 0.92, and the sizing method is the driver vacuum.
In the filament according to the present embodiment, after mixing the polylactic acid resin (A) pellets and the thermoplastic elastomer (B) pellets to a total of 100% by weight, the mixture is added to the injection port of the extruder. The mixed pellets are put, and the screw is rotated while being heated, and the resin is sent out while being melted. The resin is extruded from the die at the tip, cooled and solidified in a cooling water tank, and manufactured as a filament having a diameter of 1.75 mm.

[3次元印刷装置]
本実施の形態に係る3次元印刷装置は、熱溶解積層法(FDM)を利用しており、データ処理部と前記データ処理部より供給される制御信号に基づいて3次元印刷を行う印刷部とから構成されている。
前記印刷部は、ヒーター部とノズル部とを備えたヘッド部を有し、前記ヘッド部は、原料フィラメントを前記ノズル部へ供給するドライブギアと、ローラーとを有している。前記ドライブギアには、溝部が設けられている。
本実施の形態に係る3次元印刷装置にあっては、原料フィラメントを前記ドライブギアと前記ローラーとにより挟持しながら繰り出して前記ヘッド部へと搬送し、前記ヒーター部によって溶解されたフィラメントが前記ノズル部から吐出されて印刷物が形成されるように構成されている。
[3D printing device]
The three-dimensional printing apparatus according to this embodiment uses a hot melt lamination method (FDM), and includes a data processing unit and a printing unit that performs three-dimensional printing based on a control signal supplied from the data processing unit. It is composed of
The printing unit includes a head unit including a heater unit and a nozzle unit, and the head unit includes a drive gear for supplying a raw material filament to the nozzle unit and a roller. The drive gear is provided with a groove.
In the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment, the raw material filament is fed out while being sandwiched between the drive gear and the roller and conveyed to the head unit, and the filament melted by the heater unit is the nozzle. The printed matter is formed by being discharged from the section.

[原材料]
A:ポリ乳酸樹脂
本発明におけるポリ乳酸樹脂(A)は純度95%以上で、5%以下の添加剤を含んでおり、融点は170℃である。また、本発明におけるポリ乳酸樹脂(A)は、D体含有量が1.0モル%以下であるか、または、D体含有量が99.0モル%以上であることが必要であり、中でも、0.1〜0.6モル%であるか、または、99.4〜99.9モル%であることが好ましい。
D体含有量がこの範囲内であることにより、結晶性能に優れるため、成形性に優れる(成形サイクルが短くなる)とともに、得られる成形体は耐熱性が向上したものとなる。
[raw materials]
A: Polylactic acid resin The polylactic acid resin (A) in the present invention has a purity of 95% or more, contains 5% or less of an additive, and has a melting point of 170 ° C. The polylactic acid resin (A) in the present invention is required to have a D-form content of 1.0 mol% or less or a D-form content of 99.0 mol% or more, 0.1 to 0.6 mol%, or 99.4 to 99.9 mol%.
When the D-form content is within this range, the crystal performance is excellent, so that the moldability is excellent (the molding cycle is shortened), and the obtained molded article has improved heat resistance.

B:熱可塑性エラストマー
本発明における熱可塑性エラストマー(B)は、スチレン系樹脂(C)と鉱物油系可塑剤(D)とを含有する。具体的には、(C)成分と(D)成分との重量混合比が、(C)成分/(D)成分=25/75〜30/70であり、融点は100〜170℃である。
B: Thermoplastic Elastomer The thermoplastic elastomer (B) in the present invention contains a styrene resin (C) and a mineral oil plasticizer (D). Specifically, the weight mixing ratio of (C) component and (D) component is (C) component / (D) component = 25 / 75-30 / 70, and melting | fusing point is 100-170 degreeC.

C:スチレン系樹脂
本発明におけるスチレン系樹脂は、ハードセグメントであるポリスチレンブロックと、ソフトセグメントである共役ジエン重合体ブロックとを有し、低温では加硫ゴム状物性を示し、加熱状態では加熱溶融して流動性を示す。該スチレン系エラストマーとしては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体(SIS)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレンブロック共重合体(SEPS)、部分水添スチレン−エチレン/ブチレン−スチレンブロック共重合体(部分水添SEBS)、スチレン・(エチレン−エチレン/プロピレン)−スチレンブロック共重合体(SEEPS)等が例示される。望ましいスチレン系エラストマーはSEBS、SEEPSである。SEBSやSEEPSを使用すると、透明性が向上しかつ優れた滑り止め性が得られる。
本発明におけるスチレン系エラストマーの質量平均分子量は10万以上20万以下の範囲でなければならない。質量平均分子量が10万未満では、引張り強さ、引張り破断伸び等の機械的強度が悪くなり、質量平均分子量が20万を超えると、透明性が悪くなる。
C: Styrene resin The styrene resin in the present invention has a polystyrene block as a hard segment and a conjugated diene polymer block as a soft segment. To show fluidity. Examples of the styrenic elastomer include styrene-butadiene-styrene block copolymer (SBS), styrene-isoprene-styrene block copolymer (SIS), styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer (SEBS), styrene- Ethylene / propylene-styrene block copolymer (SEPS), partially hydrogenated styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer (partially hydrogenated SEBS), styrene / (ethylene-ethylene / propylene) -styrene block copolymer ( SEEPS) and the like. Desirable styrenic elastomers are SEBS and SEEPS. When SEBS or SEEPS is used, transparency is improved and excellent slip resistance is obtained.
The mass average molecular weight of the styrene elastomer in the present invention must be in the range of 100,000 to 200,000. When the mass average molecular weight is less than 100,000, mechanical strength such as tensile strength and tensile elongation at break is deteriorated. When the mass average molecular weight exceeds 200,000, transparency is deteriorated.

D:鉱物油系可塑剤
本発明においては、熱可塑性エラストマーにおける可塑剤として、鉱物油系可塑剤を用いている。本発明にあっては、公知のパラフィン系オイル、ナフテン系オイル等の鉱物油を用いることができるが、その中でも、スチレン系エラストマーに対する相溶性が良好なパラフィンを主成分とした精製石油パラフィン系炭化水素油である鉱物油を用いるのが好ましい。
D: Mineral oil-based plasticizer In the present invention, a mineral oil-based plasticizer is used as the plasticizer in the thermoplastic elastomer. In the present invention, known mineral oils such as paraffinic oils and naphthenic oils can be used. It is preferable to use mineral oil which is hydrogen oil.

本発明に係る製造方法に基づき、ポリ乳酸樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)との割合を変化させ、熱可塑性エラストマーの含有率の異なるフィラメントを製造した。なお、本実施の形態にかかるフィラメント及びフィラメントの製造方法は、以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。
[製造例1]<フィラメント(1)の調製>
本実施の形態に係るフィラメント(1)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを10重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率9.1%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例2]<フィラメント(2)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(2)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを2重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率33.3%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例3]<フィラメント(3)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(3)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを1重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率50%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例4]<フィラメント(4)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(4)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを1重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを2重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率66.7%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例5]<フィラメント(5)の製造>
本実施の形態に係るフィラメント(5)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを10重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを1重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率90.9%)で混合した後に、押出成形により製造したフィラメントである。
[製造例6〜10]<シート試料(1)〜(5)の製造>
本実施の形態に係るシート試料(1)〜(5)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)との割合が、夫々、前記フィラメント(1)〜(5)と同一であって、押出成形により製造したシート試料である。
[製造例11]<シート試料(6)の製造>
本実施の形態に係るシート試料(6)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットを3重量部に対して、熱可塑性エラストマー(B)のペレットを7重量部の割合(熱可塑性エラストマー含有率70%)で混合した後に、押出成形により製造したシート試料である。
[比較例1]<フィラメント(6)>
本実施の形態に係るフィラメント(6)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率0%)を押出成形により製造したフィラメントである。
[比較例2]<フィラメント(7)>
本実施の形態に係るフィラメント(7)にあっては、熱可塑性エラストマー(B)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率100%)を押出成形により製造したフィラメントである。
[比較例3]<シート試料(7)>
本実施の形態に係るシート試料(7)にあっては、ポリ乳酸樹脂(A)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率0%)を押出成形により製造したシート試料である。
[比較例4]<シート試料(8)>
本実施の形態に係るシート試料(8)にあっては、熱可塑性エラストマー(B)のペレットのみ(熱可塑性エラストマー含有率100%)を押出成形により製造したシート試料である。
Based on the production method according to the present invention, filaments having different thermoplastic elastomer contents were produced by changing the ratio of the polylactic acid resin (A) and the thermoplastic elastomer (B). In addition, the filament concerning this Embodiment and the manufacturing method of a filament are not limited to a following example, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[Production Example 1] <Preparation of filament (1)>
In the filament (1) according to the present embodiment, the proportion of the thermoplastic elastomer (B) pellets is 1 part by weight (containing the thermoplastic elastomer) with respect to 10 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets. The filament was produced by extrusion after mixing at a rate of 9.1%.
[Production Example 2] <Production of Filament (2)>
In the filament (2) according to the present embodiment, the ratio of 1 part by weight of the thermoplastic elastomer (B) pellets to 2 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets (containing the thermoplastic elastomer) The filament was produced by extrusion after mixing at a rate of 33.3%.
[Production Example 3] <Production of Filament (3)>
In the filament (3) according to the present embodiment, the ratio of the pellets of the thermoplastic elastomer (B) to 1 part by weight of the pellets of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer) The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 50%).
[Production Example 4] <Production of Filament (4)>
In the filament (4) according to the present embodiment, a ratio of 2 parts by weight of the pellets of the thermoplastic elastomer (B) to 1 part by weight of the pellets of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer) The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 66.7%).
[Production Example 5] <Production of Filament (5)>
In the filament (5) according to the present embodiment, the proportion of the pellet of the thermoplastic elastomer (B) is 10 parts by weight of the pellet of the polylactic acid resin (A) (containing the thermoplastic elastomer). The filament is produced by extrusion after mixing at a rate of 90.9%).
[Production Examples 6 to 10] <Production of sheet samples (1) to (5)>
In the sheet samples (1) to (5) according to the present embodiment, the proportions of the polylactic acid resin (A) and the thermoplastic elastomer (B) are the filaments (1) to (5), respectively. It is the same and is a sheet sample manufactured by extrusion molding.
[Production Example 11] <Production of sheet sample (6)>
In the sheet sample (6) according to the present embodiment, a ratio of 7 parts by weight of the thermoplastic elastomer (B) pellets to 3 parts by weight of the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer). It is a sheet sample manufactured by extrusion molding after mixing at a content rate of 70%.
[Comparative Example 1] <Filament (6)>
The filament (6) according to the present embodiment is a filament produced by extrusion molding only the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer content 0%).
[Comparative Example 2] <Filament (7)>
The filament (7) according to the present embodiment is a filament produced by extrusion molding only thermoplastic elastomer (B) pellets (thermoplastic elastomer content 100%).
[Comparative Example 3] <Sheet sample (7)>
The sheet sample (7) according to the present embodiment is a sheet sample produced by extrusion molding only the polylactic acid resin (A) pellets (thermoplastic elastomer content 0%).
[Comparative Example 4] <Sheet sample (8)>
The sheet sample (8) according to the present embodiment is a sheet sample produced by extrusion molding only thermoplastic elastomer (B) pellets (thermoplastic elastomer content 100%).

<試験>
[試験要領]
<Test>
[Test procedure]

A 硬度(シート試料(1)〜(5)、(7)〜(8))
ショアA硬度は、JIS K 7215(プラスチック)に準拠して測定した。具体的には、試験片の厚みは5mmであって、押出成形シートから打ち抜き加工を行って作製した。試験温度は23℃、試験装置は島津製作所(株)製の島津デュロメータAである。
ショアA硬度が20以下の場合には、ショアE硬度をJIS K 6253(加硫ゴム及び熱可塑性ゴム)に準拠して、島津製作所(株)製の島津デュロメータEを用いて測定した。その他の条件はショアA硬度の測定と同じである。
A hardness (sheet samples (1) to (5), (7) to (8))
The Shore A hardness was measured according to JIS K 7215 (plastic). Specifically, the test piece had a thickness of 5 mm, and was produced by punching from an extruded sheet. The test temperature is 23 ° C., and the test apparatus is a Shimadzu durometer A manufactured by Shimadzu Corporation.
When the Shore A hardness was 20 or less, the Shore E hardness was measured using a Shimadzu durometer E manufactured by Shimadzu Corporation in accordance with JIS K 6253 (vulcanized rubber and thermoplastic rubber). Other conditions are the same as those for the Shore A hardness measurement.

B 引張強度及び伸び(シート試料(6))
JIS K 6251:2010に準拠して測定した。具体的には、試験片の厚みは2mmであって、押出成形シートから打ち抜き加工を行って、ダンベル状3号形の形状に作製した(図3)。
引張速度は500mm/分、試験温度は23℃、使用試験機は、東洋精機社製ストログラフV10−Dである。
B Tensile strength and elongation (sheet sample (6))
It measured based on JISK6251: 2010. Specifically, the thickness of the test piece was 2 mm, and punching was performed from the extruded sheet to produce a dumbbell-shaped No. 3 shape (FIG. 3).
The tensile speed is 500 mm / min, the test temperature is 23 ° C., and the tester used is Strograph V10-D manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.

C 顕微鏡像(シート試料(6))
走査型電子顕微鏡(SEM)により測定した。
C Microscopic image (sheet sample (6))
It measured with the scanning electron microscope (SEM).

D 融点(フィラメント(1)〜(7))
Du Pont社製 熱示差分析計990型を使用し、昇温20℃/分で測定し、融解ピークをもとめた。融解温度が明確に観測されない場合には、微量融点測定装置(柳本製作所製)を用い、ポリマーが軟化して流動を始めた温度(軟化点)を融点とした。5回測定し、その平均値を求めた。
D Melting point (filaments (1) to (7))
A Du Pont thermal differential analyzer model 990 was used and measured at a temperature increase of 20 ° C./min to obtain a melting peak. When the melting temperature was not clearly observed, the melting point was defined as the temperature at which the polymer softened and started to flow (softening point) using a micro melting point measuring device (manufactured by Yanagimoto Seisakusho). Measurement was performed 5 times, and the average value was obtained.

E 3次元印刷装置による印刷(フィラメント(1)〜(2)、(6))
ヒーター部の設定温度:230℃
加工速度(ヘッド速度):20〜40mm/s
積層高(印刷ピッチ):0.1mm
連続印刷時間:印刷所要時間として30分〜2時間程度かかる立体印刷物を複数回に亘って印刷した。
E Printing with a three-dimensional printing device (filaments (1) to (2), (6))
Heater set temperature: 230 ° C
Processing speed (head speed): 20 to 40 mm / s
Stacking height (printing pitch): 0.1 mm
Continuous printing time: A three-dimensional printed material that takes about 30 minutes to 2 hours as a required printing time was printed a plurality of times.

[試験結果]
A 硬度(シート試料(1)〜(5)、(7)〜(8))
表1は、本実施の形態に係るフィラメントと同じ押出成形によって作成したシート試料(1)〜(5)、(7)〜(8)において、熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示す表である。
また、図1は、本実施の形態に係るフィラメントにおいて、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合させた場合に熱可塑性エラストマーの含有率とショアA硬度との関係を示すグラフであり、表1のデータを測定誤差±5としてプロットしたものである。
表1及び図1に示すように、熱可塑性エラストマーの含有率を高くすると、ショアA硬度は低下していくことがわかった。
[Test results]
A hardness (sheet samples (1) to (5), (7) to (8))
Table 1 shows the relationship between the content of the thermoplastic elastomer and the Shore A hardness in the sheet samples (1) to (5) and (7) to (8) prepared by the same extrusion molding as the filament according to the present embodiment. It is a table | surface which shows.
FIG. 1 shows the relationship between the content of the thermoplastic elastomer and the Shore A hardness when the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer are mixed to a total of 100% by weight in the filament according to the present embodiment. The data of Table 1 is plotted as a measurement error ± 5.
As shown in Table 1 and FIG. 1, it was found that when the content of the thermoplastic elastomer was increased, the Shore A hardness was decreased.

B 引張強度及び伸び(シート試料(5))
図2(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料において、伸びと引張強度との関係を示すグラフ、(b)は、(a)のグラフにおいて、伸びが0%〜200%の範囲を拡大したグラフである。
図3は、図2(a)及び(b)の測定に用いたシート試料の平面図である。図3に示すように、押出方向と平行な方向を流れ方向(MD:Machine direction)、押出方向に対して垂直な方向を垂直方向(TD:Transverse direction)と定義する。また、伸びと引張強度は、シートの厚さ方向についても参考値として測定した。
図2(a)及び(b)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、流れ方向に対して1.25MPaを加えたところで初めて伸び始め、2.22MPaを超えたところで破断した。
一方、図2(a)及び(b)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、垂直方向に対して0.1MPaを加えたところから伸び始め、1MPaを超えたところで伸びきる結果となった。
以上より、本実施の形態に係るシート試料にあっては、押出方向と平行な方向には伸びにくく(変形しにくく)、押出方向と垂直な方向には伸びやすい(変形しやすい)という異方性を有していることがわかった。
なお、図2(a)に示すように、シートの厚さ方向に対しても、垂直方向と同様の伸び及び引張強度を示すことから、本実験結果は試料の形状に依存するものではないといえる。実際に同様の押出成形によって製造したフィラメントにおいても、同様の異方性を有している。
B Tensile strength and elongation (sheet sample (5))
FIG. 2 (a) is a graph showing the relationship between elongation and tensile strength in a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and (b) is a graph in (a). It is the graph which expanded elongation the range of 0%-200%.
FIG. 3 is a plan view of the sheet sample used in the measurements of FIGS. As shown in FIG. 3, a direction parallel to the extrusion direction is defined as a flow direction (MD: Machine direction), and a direction perpendicular to the extrusion direction is defined as a vertical direction (TD: Transverse direction). The elongation and tensile strength were also measured as reference values in the thickness direction of the sheet.
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the sheet sample according to the present embodiment, it begins to grow for the first time when 1.25 MPa is applied to the flow direction, and when it exceeds 2.22 MPa. It broke.
On the other hand, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the sheet sample according to the present embodiment, the sheet sample starts to stretch from the point where 0.1 MPa is applied to the vertical direction, and exceeds 1 MPa. It was a result that grew.
As described above, in the sheet sample according to the present embodiment, it is difficult to extend (i.e., not easily deformed) in a direction parallel to the extrusion direction, and to extend (easily deform) in a direction perpendicular to the extruding direction. It was found to have sex.
Note that, as shown in FIG. 2 (a), since the same elongation and tensile strength as in the vertical direction are exhibited in the thickness direction of the sheet, the results of this experiment do not depend on the shape of the sample. I can say that. Actually, filaments manufactured by the same extrusion molding have the same anisotropy.

図4(a)は、本実施の形態に係るフィラメントと同一の条件にて押出成形したシート試料の斜視図、(b)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した垂直方向断面図(200倍)、(c)は、(b)の模式図、(d)は、(a)のシート試料を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した流れ方向断面図(200倍)、(e)は、(d)の模式図である。
図4(a)に示すように、図3と同様、押出方向と平行な方向を流れ方向(MD:Machine direction)、押出方向に対して垂直な方向を垂直方向(TD:Transverse direction)と定義する。
図4(b)及び(c)、(d)及び(e)に示すように、本実施の形態に係るシート試料にあっては、ポリ乳酸(PLA)樹脂の分子鎖が押出方向に平行に配向していることがわかる。
すなわち、図2(a)及び(b)に示す結果と、図4(b)及び(c)、(d)及び(e)に示す結果とにより、ポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向する、押出方向と平行な方向には伸びにくく(変形しにくく)、ポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向していない、押出方向と垂直な方向には伸びやすい(変形しやすい)という異方性を有していることがわかった。
従って、前記した本実施の形態に係るシート試料の変形に対する異方性は、押出成形によってポリ乳酸樹脂の分子鎖が配向することに起因するものであると判断される。
なお、本実施の形態に係るシート試料の変形に対する異方性がポリ乳酸樹脂の分子鎖配向に起因するものであることから、熱可塑性エラストマーの種類にかかわらず、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを混合し、加熱して溶解し、押出成形して製造したフィラメント、又は、シート試料であれば、同様の異方性を発現するものと推察される。
4A is a perspective view of a sheet sample extruded under the same conditions as the filament according to the present embodiment, and FIG. 4B is a scanning electron microscope (SEM) of the sheet sample of FIG. Observed vertical sectional view (200 times), (c) is a schematic diagram of (b), (d) is a sectional view in the flow direction of the sheet sample of (a) observed with a scanning electron microscope (SEM). (200 times) and (e) are schematic views of (d).
As shown in FIG. 4A, as in FIG. 3, the direction parallel to the extrusion direction is defined as the flow direction (MD: Machine direction), and the direction perpendicular to the extrusion direction is defined as the vertical direction (TD: Transverse direction). To do.
As shown in FIGS. 4B, 4C, 4D, and 4E, in the sheet sample according to the present embodiment, the molecular chain of polylactic acid (PLA) resin is parallel to the extrusion direction. It can be seen that it is oriented.
That is, the results shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) and the results shown in FIGS. 4 (b) and (c), (d) and (e) cause the molecular chains of the polylactic acid resin to be oriented. It has the anisotropy that it is difficult to stretch in the direction parallel to the direction (hard to deform), the molecular chain of the polylactic acid resin is not oriented, and easy to stretch in the direction perpendicular to the extrusion direction (easy to deform). I found out.
Therefore, it is determined that the anisotropy with respect to the deformation of the sheet sample according to the present embodiment is caused by the orientation of the molecular chain of the polylactic acid resin by extrusion molding.
In addition, since the anisotropy to the deformation of the sheet sample according to the present embodiment is due to the molecular chain orientation of the polylactic acid resin, regardless of the type of the thermoplastic elastomer, the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer It is inferred that the same anisotropy is developed if the filament or sheet sample is manufactured by mixing, heating and melting, and extrusion molding.

D 融点(フィラメント(1)〜(7))
表2は、本実施の形態に係るフィラメント(1)〜(7)の融点を測定した結果である。
表2に示すように、ポリ乳酸樹脂のみのフィラメント(6)が170℃である以外は、フィラメント(1)〜(5)、及び(7)は、いずれも100℃で軟化が始まり、170℃で融解した。
本実施の形態に係るフィラメントにあっては、熱可塑性エラストマーの含有率が高くなるにつれて、100℃において軟化する割合は増えていったが、フィラメントが完全に融解するのは170℃であった。
前記のように、ポリ乳酸樹脂の融点が170℃、熱可塑性エラストマーの融点が100〜170℃であることから、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとが十分に分散して存在していると判断される。
D Melting point (filaments (1) to (7))
Table 2 shows the results of measuring the melting points of the filaments (1) to (7) according to the present embodiment.
As shown in Table 2, the filaments (1) to (5) and (7) all started to soften at 100 ° C., except that the filament (6) of polylactic acid resin alone was 170 ° C. Melted in
In the filament according to the present embodiment, the rate of softening at 100 ° C. increased as the thermoplastic elastomer content increased, but the filament completely melted at 170 ° C.
As described above, since the melting point of the polylactic acid resin is 170 ° C. and the melting point of the thermoplastic elastomer is 100 to 170 ° C., the filament according to the present embodiment includes the polylactic acid resin and the thermoplastic elastomer. It is judged that they are sufficiently dispersed.

E 3次元印刷装置(フィラメント(1)〜(3)、(6))
本実施の形態に係るフィラメント(1)〜(3)、(6)を使用した印刷試験では、印刷所要時間として30分〜2時間程度かかる立体印刷物を100個以上印刷したが、いずれのフィラメントにおいても、ヘッドまでの搬送過程又はヘッド内において、フィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生することはなく、これに起因するフィラメントの供給不良や成形不良はなかった。
なお、本実施の形態に係る3次元印刷装置にあっては、ヒーター部を230℃に設定することによって、熱可塑性エラストマーの含有率の異なるフィラメント(1)〜(3)、(6)を用いた場合であっても、ヒーター部の設定を変化させることなく使用することができた。
また、表1に示すように、本実施の形態に係るフィラメント(2)及び(3)は、夫々、ショアA硬度が85〜95及び75〜85相当の軟質フィラメントであるが、これらの軟質フィラメントを用いて印刷ができたことから、柔軟性を必要とする部品等の成形品の製作が可能となった。
E 3D printing device (filaments (1) to (3), (6))
In the printing test using the filaments (1) to (3) and (6) according to the present embodiment, 100 or more three-dimensional prints that require about 30 minutes to 2 hours as printing time were printed. However, the phenomenon of so-called jamming, in which the filament is bent and cannot be transported in the transport process to the head or in the head, did not occur, and there was no defective filament supply or molding due to this phenomenon.
In the three-dimensional printing apparatus according to the present embodiment, the filaments (1) to (3) and (6) having different thermoplastic elastomer contents are used by setting the heater unit to 230 ° C. Even if it was, it could be used without changing the setting of the heater section.
Moreover, as shown in Table 1, the filaments (2) and (3) according to the present embodiment are soft filaments having Shore A hardness of 85 to 95 and 75 to 85, respectively. Since it was possible to print using a printer, it became possible to produce molded parts such as parts that required flexibility.

また、2種類の材料を同時に使用できるディアルヘッドタイプの3次元印刷装置において、本実施の形態に係るフィラメントを目的物を支持するためのサポート材として使用した場合には、支持物としての十分な強度を有すると共に、目的物からサポート材を簡単に剥離することができることがわかった。   Further, in the dual head type three-dimensional printing apparatus that can use two kinds of materials at the same time, when the filament according to the present embodiment is used as a support material for supporting an object, it is sufficient as a support. It has been found that the support material can be easily peeled from the object while having strength.

[作用・効果]
以上のように、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、硬度の大きいポリ乳酸と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとを含有するので、表1及び図1に示すように、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、硬度を連続的に変化させることができる。
一方で、表2に示すように、本実施の形態に係るフィラメントにあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示す。
従って、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを提供することができる。
その結果、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとを含有するフィラメントにおいて、硬度の大きいポリ乳酸を一定の割合以上含むものについては、一般的な熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして、ヒーターによって溶解しうる融点と、搬送中に折れ曲がることのない一定以上の硬度との2つの条件を満たすフィラメントを提供することができる。
[Action / Effect]
As described above, since the filament according to the present embodiment contains polylactic acid with a high hardness and a thermoplastic elastomer with a low hardness, as shown in Table 1 and FIG. The hardness can be continuously changed depending on the ratio to the elastomer.
On the other hand, as shown in Table 2, in the filament according to the present embodiment, since the melting point of polylactic acid is almost the same as the melting point of the thermoplastic elastomer, it depends on the ratio between the polylactic acid and the thermoplastic elastomer. It shows an almost constant melting point.
Accordingly, it is possible to provide a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.
As a result, filaments containing polylactic acid and thermoplastic elastomer that contain a certain percentage of polylactic acid having a high hardness are used as raw material filaments for a general three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM). It is possible to provide a filament that satisfies two conditions of a melting point that can be dissolved by a heater and a certain hardness that does not bend during conveyance.

また、表1及び図1に示すように、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、硬度の大きいポリ乳酸樹脂と硬度の小さい熱可塑性エラストマーとが任意の割合で混合されたフィラメントが押出成形により製造されるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合によって、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントに成形することができる。
一方で、表2に示すように、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、ポリ乳酸の融点が熱可塑性エラストマーの融点とほぼ同じであるので、ポリ乳酸と熱可塑性エラストマーとの割合にかかわらず、ほぼ一定の融点を示すフィラメントに成形することができる。
その結果、融点がほぼ一定でありながら、ポリ乳酸の硬度と熱可塑性エラストマーの硬度との間の任意の硬度を有するフィラメントを成形することができるフィラメントの製造方法を提供することができる。
As shown in Table 1 and FIG. 1, in the filament manufacturing method according to the present embodiment, a filament in which a polylactic acid resin having a high hardness and a thermoplastic elastomer having a low hardness are mixed in an arbitrary ratio. Can be formed into a filament having any hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of the thermoplastic elastomer, depending on the ratio of polylactic acid and thermoplastic elastomer.
On the other hand, as shown in Table 2, in the filament manufacturing method according to the present embodiment, the melting point of polylactic acid is almost the same as the melting point of the thermoplastic elastomer. Regardless of the proportion, it can be formed into a filament having a substantially constant melting point.
As a result, it is possible to provide a method for producing a filament capable of forming a filament having an arbitrary hardness between the hardness of polylactic acid and the hardness of a thermoplastic elastomer while the melting point is substantially constant.

また、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法にあっては、フィラメントを押出成形により製造することによって、図2(a)及び(b)に示すように、成形されたフィラメントは押出方向には変形しにくく、押出方向と直交する方向には変形しやすいという異方性を有している。
従って、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ヘッドまでの搬送方向がフィラメントの押出方向と一致するため、ヘッドまでの搬送方向に対してフィラメントが剛性を有する。
その結果、ヘッドまでの搬送過程、又は、ヘッド内においてフィラメントが折れ曲がって搬送不能になる、いわゆるジャミングという現象が発生してしまうという事態を防止することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the filament which concerns on this Embodiment, as shown to FIG. 2 (a) and (b), the shape | molded filament is in an extrusion direction by manufacturing a filament by extrusion molding. It has an anisotropy that it is difficult to deform and is easily deformed in a direction perpendicular to the extrusion direction.
Therefore, when the filament formed by the filament manufacturing method according to the present embodiment is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of the hot melt lamination method (FDM), the conveyance direction to the head is the filament extrusion direction. Therefore, the filament has rigidity in the transport direction to the head.
As a result, it is possible to prevent a phenomenon in which a so-called jamming phenomenon occurs in which the conveyance process to the head or the filament is bent in the head and the conveyance becomes impossible.

また、一般に3次元印刷装置においてフィラメントを搬送する際には、溝部を有するドライブギアとローラーとにより挟持しながら繰り出して搬送する。
この際、本実施の形態に係るフィラメントの製造方法により成形されたフィラメントを熱溶解積層法(FDM)の3次元印刷装置の原料フィラメントとして用いた場合には、ドライブギアとローラーとにより挟持された際に、フィラメントがドライブギアの溝部に強く押し付けられるが、押し付けられる方向は、フィラメントの押出方向と直交する方向であるため、前記のようにフィラメントが変形しやすい。
その結果、フィラメントがドライブギアの溝部に合わせて変形し、ドライブギアの溝部に噛み合うことによって、フィラメントの滑りを防止することができる。
In general, when a filament is conveyed in a three-dimensional printing apparatus, the filament is fed and conveyed while being sandwiched between a drive gear having a groove and a roller.
At this time, when the filament formed by the filament manufacturing method according to the present embodiment is used as a raw material filament of a three-dimensional printing apparatus of a hot melt lamination method (FDM), it is sandwiched between a drive gear and a roller. At this time, the filament is strongly pressed against the groove portion of the drive gear. However, since the direction in which the filament is pressed is perpendicular to the extrusion direction of the filament, the filament is easily deformed as described above.
As a result, the filament is deformed in accordance with the groove portion of the drive gear and meshes with the groove portion of the drive gear, thereby preventing the filament from slipping.

従って、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置において、本実施の形態に係るフィラメントを用いれば、長時間に亘って安定的に立体造形物を印刷することができる。
その結果、本実施の形態に係るフィラメントによって、柔軟性のある大型の立体造形品や精度の高い立体造形品を得ることができる。
Therefore, in the three-dimensional printing apparatus using the hot melt lamination method (FDM), if the filament according to the present embodiment is used, a three-dimensional object can be printed stably over a long period of time.
As a result, a flexible large three-dimensional model and a high-precision three-dimensional model can be obtained by the filament according to the present embodiment.

本発明に係るフィラメント及びフィラメントの製造方法は、熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメント及びそのフィラメントの製造に広く利用することができるので、産業上利用可能性を有している。
Since the filament and the method for producing the filament according to the present invention can be widely used for producing a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM) and the filament. Has industrial applicability.

Claims (6)

熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントであって、
ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを含有することを特徴とするフィラメント。
A filament used as a raw material for printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM),
A filament comprising a polylactic acid resin and a thermoplastic elastomer.
前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする請求項1記載のフィラメント。   The filament according to claim 1, wherein the thermoplastic elastomer contains a styrene resin and a mineral oil plasticizer. 前記熱可塑性エラストマーは、オレフィン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする請求項1記載のフィラメント。   The filament according to claim 1, wherein the thermoplastic elastomer contains an olefin resin and a mineral oil plasticizer. 熱溶解積層法(FDM)を利用した3次元印刷装置によって印刷される印刷物の原料として用いられるフィラメントの製造方法であって、
ポリ乳酸樹脂と熱可塑性エラストマーとを合計100重量%となるように混合し、加熱して溶解し、押出成形によりフィラメントを製造することを特徴とするフィラメントの製造方法。
A method for producing a filament used as a raw material of a printed matter printed by a three-dimensional printing apparatus using a hot melt lamination method (FDM),
A method for producing a filament, characterized in that a polylactic acid resin and a thermoplastic elastomer are mixed so that the total amount becomes 100% by weight, melted by heating, and produced by extrusion.
前記熱可塑性エラストマーは、スチレン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする請求項4記載のフィラメントの製造方法。   The method for producing a filament according to claim 4, wherein the thermoplastic elastomer contains a styrene resin and a mineral oil plasticizer. 前記熱可塑性エラストマーは、オレフィン系樹脂と、鉱物油系可塑剤とを含有することを特徴とする請求項4記載のフィラメントの製造方法。
The method for producing a filament according to claim 4, wherein the thermoplastic elastomer contains an olefin resin and a mineral oil plasticizer.
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