JP2017164928A - Molding method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molding method applicable to a general purpose 3D printer without deteriorating molding precision when using molding material consisting of a fiber bundle.SOLUTION: A three-dimensional molded article is obtained by using a material extrusion type molding device and a linear molding material. As the molding material, a long-sized fiber bundle constituted by gathering a plurality of synthetic fibers is used. In a molding device, molding is conducted at a second discharge rate obtained by multiplying a first discharge rate defined for using a monofilament molding material by a discharge factor K calculated by the following formula (i). K=2500×π×ρ×R×cosθ÷(A×F) (i), where ρ is a specific gravity of a resin constituting the synthetic fiber, π is circular constant, A is total fineness of the synthetic fiber used for the fiber bundle (dtex), θ is an angle formed by a fiber axis of the synthetic fiber to a longer direction of the fiber bundle (degree), F is over feed rate when the fiber bundle is heat treated and R is cross section diameter of the molding material (mm).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は造形方法に関し、特に材料押出型造形装置および線状の造形材料を用いて立体造形物を得る造形方法に関する。   The present invention relates to a modeling method, and more particularly to a material extrusion molding apparatus and a modeling method for obtaining a three-dimensional model using a linear modeling material.

コンピュータ上の設計図をもとに三次元の物体を作り出す3Dプリンターは、金型や大規模な溶融装置を用いなくとも、部品、治具、製品を容易に作ることができ、企業を中心に急速に普及している。特に、熱可塑性樹脂を造形材料に用いる熱溶解積層方式の3Dプリンターは、廉価版も販売され、個人にも普及し始めている。   A 3D printer that creates a three-dimensional object based on a blueprint on a computer can easily produce parts, jigs, and products without using a mold or a large-scale melting device. It is rapidly spreading. In particular, a hot melt lamination type 3D printer using a thermoplastic resin as a modeling material is sold as a low-priced version and is beginning to spread to individuals.

このような熱溶解積層方式の3Dプリンターに用いられる造形材料としては、熱可塑性樹脂を直径数mmで長手方向に連続させた線状の樹脂成型物(モノフィラメント状物)が市販され、使用されている。例えば、特許文献1には、高精度の造形用材料として、平均直径が0.069〜0.074インチ(約1.75〜1.90mm)、長さ20フィート(約6.1m)以上、直径の標準偏差が0.0004インチ(0.01mm)以下である造形材料(供給材料)が開示されている。このような造形材料を構成する熱可塑性樹脂としては、ABS樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ乳酸などの熱可塑性樹脂が用いられている。   As a modeling material used for such a hot melt lamination type 3D printer, a linear resin molded product (monofilament-like product) in which a thermoplastic resin is continuous in the longitudinal direction with a diameter of several mm is commercially available and used. Yes. For example, in Patent Document 1, as a highly accurate modeling material, the average diameter is 0.069 to 0.074 inch (about 1.75 to 1.90 mm), the length is 20 feet (about 6.1 m) or more, A modeling material (feed material) having a standard deviation in diameter of 0.0004 inches (0.01 mm) or less is disclosed. As a thermoplastic resin constituting such a modeling material, a thermoplastic resin such as ABS resin, polycarbonate, polyamide, polylactic acid is used.

コンピュータ上の設計図は、スライサーソフトなどと呼ばれる専用のソフトウェアにより3Dプリンターでの動作プログラムへ変換される。スライサーソフトでは、造形時における、3Dプリンターのノズルヘッドの移動速度、材料の吐出速度、材料の溶解温度、積層厚み、充填率などを設定することができ、同一の設計図から多様な造形品を得ることが可能である   The design drawing on the computer is converted into an operation program for the 3D printer by dedicated software called slicer software. With the slicer software, you can set the 3D printer nozzle head movement speed, material discharge speed, material melting temperature, stacking thickness, filling rate, etc. at the time of modeling. Is possible to get

例えば吐出速度について、市販のデスクトップ型3Dプリンターではスライサーソフトによって自動的に算出される場合が多く、造形材料の直径や材質の情報から計算された吐出速度の具体的な数値は、ソフトによっては使用者が読み取ることができないものもある。   For example, for commercial desktop 3D printers, the discharge speed is often calculated automatically by slicer software, and the specific values for the discharge speed calculated from the diameter and material information of the modeling material are used depending on the software. Some people cannot read.

特表2005−523391号公報JP 2005-523391 A

上記した連続線状の樹脂成型物(モノフィラメント状物)にて構成された造形材料は、硬く、取扱い性が良いとはいえず、なかでもポリ乳酸製の造形材料は特に硬く、このような硬い造形材料は、ボビンなどに巻かれている状態から、巻き張力を少し緩めた途端に、巻かれた状態が解除されボビンから外れて散らばってバラけた状態となってしまう。このような状態を「クラッシュ発生」とも呼ぶ。また、市場にて販売されているポリ乳酸製の造形材料において、結晶化が進んでいないものは、使用中に折れやすいという問題を抱えている。   The modeling material composed of the above-mentioned continuous linear resin molding (monofilament) is hard and cannot be said to be easy to handle. Among them, the polylactic acid modeling material is particularly hard, such a hard material. As soon as the winding material is slightly loosened from the state of being wound around the bobbin or the like, the modeling material is released from the bobbin and becomes scattered and scattered. Such a state is also called “crash occurrence”. Further, among the polylactic acid modeling materials sold in the market, those that have not been crystallized have a problem that they are easily broken during use.

本発明者は、このような状況に鑑みて、取扱い性が良好な熱溶解積層法3Dプリンター用の造形材料を提供することを検討した。過去においては熱溶解積層法3Dプリンター用材料の形態は、いわゆるモノフィラメント状物を用いることが常識であったが、その常識に捉われずに他の形態を適用できるのではないかと検討した。そのなかで、複数本の合成繊維を集束して1本の連続した糸状形態の造形材料を発明した。そして、この発明を利用して種々の検討を行うなかで、繊維集束体からなる造形材料を用いて造形する場合、市販の同径のモノフィラメント製の造形材料を用いる際と同様の条件では3Dプリンターの押出機での吐出速度とノズルヘッドの移動速度とのバランスが合わず、造形精度が損なわれる恐れがあることが分かった。そこで、繊維集束体からなる造形材料を汎用の3Dプリンターで用いる際の造形精度の向上を検討した結果、本発明に到達するに至った。   In view of such a situation, the present inventor has studied to provide a modeling material for a hot melt lamination method 3D printer with good handleability. In the past, it was common sense to use a so-called monofilament-like material for the material for the hot melt lamination method 3D printer. However, other forms could be applied without being caught by the common sense. Among them, a plurality of synthetic fibers were converged to invent a single continuous thread-shaped modeling material. In various studies using this invention, when modeling using a modeling material made of a fiber bundle, a 3D printer is used under the same conditions as when using a commercially available monofilament modeling material having the same diameter. It has been found that the balance between the discharge speed of the extruder and the movement speed of the nozzle head does not match, and the modeling accuracy may be impaired. Then, as a result of examining improvement in modeling accuracy when using a modeling material composed of a fiber bundling body with a general-purpose 3D printer, the present invention has been reached.

本発明は、汎用の3Dプリンターに適用できる造形方法であって、繊維集束体からなる造形材料を用いる場合に造形精度を損なわない造形方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a modeling method that can be applied to a general-purpose 3D printer, and that does not impair modeling accuracy when a modeling material made of a fiber bundle is used.

上記の課題を解決するために本発明の、材料押出型造形装置と線状の造形材料とを用いた立体造形物のための第1の造形方法は、前記造形材料として、合成繊維が複数本集束されて構成された長尺状の繊維集束体を用い、前記造形装置においてモノフィラメントの造形材料を用いるために規定される第1の吐出速度に、以下の式(i)により求まる吐出係数Kを乗算して得られる第2の吐出速度により造形することを特徴とする。
K = 2500×π×ρ×R×cosθ÷(A×F) ・・・(i)
ここで、
ρ:合成繊維を構成する樹脂の比重
π:円周率
A:繊維集束体に使用される合成繊維の総繊度(dtex)
θ:繊維集束体の長手方向に対して合成繊維の繊維軸が形成する角度(度)
F:繊維集束体を熱処理したときのオーバーフィード率
R:造形材料の断面直径(mm)
である。
In order to solve the above-mentioned problem, the first modeling method for a three-dimensional modeled object using a material extrusion molding apparatus and a linear modeling material according to the present invention includes a plurality of synthetic fibers as the modeling material. A discharge coefficient K obtained by the following equation (i) is used as a first discharge speed defined in order to use a monofilament modeling material in the modeling apparatus, using a long-sized fiber bundling body configured by focusing. Modeling is performed at a second discharge speed obtained by multiplication.
K = 2500 × π × ρ × R 2 × cos θ ÷ (A × F) (i)
here,
ρ: Specific gravity of resin constituting the synthetic fiber π: Circumferential ratio A: Total fineness (dtex) of the synthetic fiber used for the fiber bundle
θ: Angle (degrees) formed by the fiber axis of the synthetic fiber with respect to the longitudinal direction of the fiber bundle
F: Overfeed rate when the fiber bundle is heat-treated R: Cross-sectional diameter of the modeling material (mm)
It is.

本発明の、材料押出型造形装置と線状の造形材料とを用いた立体造形物の第2の造形方法は、前記造形材料として、合成繊維が複数本集束されて構成された長尺状の複数種類の繊維集束体により構成される造形材料または複数種類の合成繊維によって構成される造形材料を 用い、前記造形装置においてモノフィラメントの造形材料を用いるために規定される第1の吐出速度に、以下の式(ii)により求まる吐出係数Kを乗算して得られる第2の吐出速度により造形することを特徴とする。
K=2500×π×R÷F÷{(A÷ρ÷cosθ)+(A÷ρ÷cosθ)+・・・+(A÷ρ÷cosθ)} ・・・(ii)
ここで、
ρ:合成繊維nを構成する樹脂の比重
π:円周率
:繊維集束体に使用される合成繊維nの総繊度(dtex)
θ:繊維集束体の長手方向に対して合成繊維nの繊維軸が形成する角度(度)
F:繊維集束体を熱処理したときのオーバーフィード率
R:造形材料の断面直径(mm)
であり、添字1−nは、合成繊維の番号を意味する。
The 2nd modeling method of the three-dimensional molded item using the material extrusion type | mold shaping | molding apparatus and linear modeling material of this invention is the elongate shape comprised by combining a plurality of synthetic fibers as said modeling material. Using a modeling material composed of a plurality of types of fiber bundling bodies or a modeling material composed of a plurality of types of synthetic fibers, the first discharge speed specified for using a monofilament modeling material in the modeling apparatus is as follows: The molding is performed at the second ejection speed obtained by multiplying the ejection coefficient K obtained by the equation (ii).
K = 2500 × π × R 2 ÷ F ÷ {(A 1 ÷ ρ 1 ÷ cos θ 1 ) + (A 2 ÷ ρ 2 ÷ cos θ 2 ) +... + (A n ÷ ρ n ÷ cos θ n )} .. (ii)
here,
ρ n : Specific gravity of the resin constituting the synthetic fiber n π: Circumferential ratio An : Total fineness (dtex) of the synthetic fiber n used in the fiber bundle
θ n : angle (degree) formed by the fiber axis of the synthetic fiber n with respect to the longitudinal direction of the fiber bundle
F: Overfeed rate when the fiber bundle is heat-treated R: Cross-sectional diameter of the modeling material (mm)
The subscript 1-n means the number of the synthetic fiber.

本発明の立体造形物は、上記第1の造形方法または第2の造形方法のみにより得られるものであることを特徴とする。   The three-dimensional structure of the present invention is obtained by only the first modeling method or the second modeling method.

本発明の造形方法によると、市販の同径のモノフィラメント製の造形材料を用いるのに適するように設定された造形装置において、繊維集束体により構成される造形材料を 用いる場合においても、造形装置の押出機での吐出速度とノズルヘッドの移動速度とのバランスをとることができて、所要の造形精度を維持することができる。   According to the modeling method of the present invention, in a modeling apparatus set to be suitable for using a commercially available monofilament modeling material having the same diameter, even when a modeling material constituted by a fiber bundling body is used, The discharge speed in the extruder and the moving speed of the nozzle head can be balanced, and the required modeling accuracy can be maintained.

熱溶解積層法3Dプリンターに用いられる造形材料は、熱溶解積層法3Dプリンターに供給して三次元造形物を得る際の材料であって、熱可塑性樹脂によって構成される。この造形材料を使用し、コンピュータ上の設計図に基づき、3Dプリンターの造形ヘッドにて、造形材料を構成する熱可塑性樹脂を加熱により溶融させ、ノズルから射出・積層して、所望の形状の三次元造形物を作成する。   The modeling material used for the hot melt laminating method 3D printer is a material for supplying the hot melt laminating method 3D printer to obtain a three-dimensional modeled object, and is made of a thermoplastic resin. Using this modeling material, the thermoplastic resin constituting the modeling material is melted by heating with the modeling head of the 3D printer based on the design drawing on the computer, and injected and laminated from the nozzle to obtain the tertiary of the desired shape Create the original model.

この造形材料は、熱可塑性合成繊維によって構成される。合成繊維を構成する熱可塑性樹脂としては、熱溶解積層法3Dプリンターにおける造形ヘッドの溶融温度で溶融しうるものであれば用いることができる。なかでも、融点が180℃以下のものがよく、例えば、脂肪族ポリエステル系樹脂、芳香族系ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体系樹脂、フッ素樹脂系樹脂が挙げられる。これらの樹脂を混合したものを用いてもよい。なかでも、ポリ乳酸は、反りが発生しにくいため好ましく、D体含有量が低いポリL乳酸は、黄色味が帯びにくいため、さらに好ましい。D体含有量を調整することにより、プリンターの温度制御に応じてポリ乳酸の融点を調整することができるが、黄色味を帯びにくくするためには、D体含有量が1.5モル%未満のものがよい。上記した樹脂を用いて合成繊維を製造する方法は、特に限定されるものではない。結晶性を有する熱可塑性樹脂を用いて繊維を製造する場合は、延伸工程や、熱収縮を制御するためのリラックス工程を、製造工程中に適用するとよい。   This modeling material is composed of thermoplastic synthetic fibers. As the thermoplastic resin constituting the synthetic fiber, any thermoplastic resin that can be melted at the melting temperature of the modeling head in the hot melt lamination method 3D printer can be used. Among them, those having a melting point of 180 ° C. or less are preferable, for example, aliphatic polyester resins, aromatic polyester resins, polyamide resins, polyolefin resins, acrylic resins, polycarbonate resins, acrylonitrile-butadiene-styrene co-polymers. Polymer based resins and fluororesin based resins may be mentioned. A mixture of these resins may be used. Among them, polylactic acid is preferable because warpage hardly occurs, and poly-L lactic acid having a low D-form content is more preferable because it is difficult to be yellowish. By adjusting the D-form content, the melting point of polylactic acid can be adjusted according to the temperature control of the printer, but in order to make it less yellowish, the D-form content is less than 1.5 mol% Good thing. The method for producing a synthetic fiber using the above-described resin is not particularly limited. When manufacturing a fiber using the thermoplastic resin which has crystallinity, it is good to apply an extending process and the relaxation process for controlling a heat shrink in a manufacturing process.

造形材料は、複数本の熱可塑性合成繊維が集束されて、1本の連続した糸状の形態を呈している。複数本の合成繊維を集束させる方法としては、撚りをかける方法、製紐する方法、熱処理により熱接着する方法等が挙げられる。より具体的には、複数本の合成繊維に撚りをかけて集束する方法、複数本の合成繊維を引き揃えあるいは撚りをかけた束を2本以上用いて製紐することによって組紐とし集束する方法、複数本の合成繊維を引き揃えたものに熱処理を施すことにより、合成繊維を構成する熱可塑性樹脂の一部を溶融または軟化させて繊維同士を熱接着させることにより集束する方法、あるいは、これらの撚り、製紐、熱接着を組合せた方法が挙げられる。   The modeling material has a single continuous thread-like shape in which a plurality of thermoplastic synthetic fibers are bundled. Examples of the method of bundling a plurality of synthetic fibers include a method of twisting, a method of making a string, a method of heat bonding by heat treatment, and the like. More specifically, a method of twisting and converging a plurality of synthetic fibers, and a method of converging as a braid by using two or more bundles obtained by aligning or twisting a plurality of synthetic fibers , A method of bundling by heat-treating a plurality of synthetic fibers, melting or softening a part of the thermoplastic resin constituting the synthetic fibers, and thermally bonding the fibers, or these A method that combines twisting, string making, and thermal bonding.

複数本の合成繊維を集束させる具体的な方法として、本件出願人による特願2015−24247号に記載された方法を適用すればよい。   As a specific method for bundling a plurality of synthetic fibers, the method described in Japanese Patent Application No. 2015-24247 by the present applicant may be applied.

造形装置である3Dプリンターの吐出速度とは、熱溶解積層型3Dプリンターの押出機より単位時間あたりに押し出される樹脂量を指す。用いる3次元モデルによっては、造形中の押出機の吐出は、不連続となることや、増減することもある。これらの吐出調整は上述のスライサーソフトによって自動計算されている。一般的な3Dプリンターやスライサーソフトにおいては、行程中の個々の段階での吐出速度を使用者が知ることや変更することできない場合があるが、スライサーソフトの条件を変更することで全体の吐出速度に係数をかけて調整することができるものが多い。   The discharge speed of the 3D printer, which is a modeling apparatus, refers to the amount of resin that is extruded per unit time from the extruder of the hot melt laminated 3D printer. Depending on the three-dimensional model used, the discharge of the extruder during modeling may become discontinuous or increase or decrease. These discharge adjustments are automatically calculated by the above slicer software. In general 3D printers and slicer software, the user may not be able to know or change the discharge speed at each stage in the process, but the overall discharge speed can be changed by changing the conditions of the slicer software. There are many things that can be adjusted with a factor.

本発明では、吐出速度に掛け算する係数Kを、下式のようにして求める。
K = 2500×π×ρ×R×cosθ÷(A×F) ・・・・(i)
ここで、
ρ:合成繊維を構成する樹脂の比重
π:円周率
A:繊維集束体に使用される合成繊維の総繊度(dtex)
θ:繊維集束体の長手方向に対して合成繊維の繊維軸が形成する角度(度)
F:繊維集束体を熱処理したときのオーバーフィード率
R:造形材料の断面直径(mm)
である。
In the present invention, a coefficient K by which the discharge speed is multiplied is obtained as follows.
K = 2500 × π × ρ × R 2 × cos θ ÷ (A × F) (i)
here,
ρ: Specific gravity of resin constituting the synthetic fiber π: Circumferential ratio A: Total fineness (dtex) of the synthetic fiber used for the fiber bundle
θ: Angle (degrees) formed by the fiber axis of the synthetic fiber with respect to the longitudinal direction of the fiber bundle
F: Overfeed rate when the fiber bundle is heat-treated R: Cross-sectional diameter of the modeling material (mm)
It is.

造形材料の長手方向に対して合成繊維の繊維軸が形成する角度θは、たとえば合成繊維に撚りが掛けられたときの、その撚りの角度を意味するものとすることができる。式(i)において、合成繊維は、繊維集束体を最終的に構成する際に用いられる合成繊維を意味する。この合成繊維が、元となる1本の合成繊維を片撚りしたものである場合や、元となる合成繊維を複数本束ねて引き揃え、合撚、交絡などの手段により複合化したものである場合は、この合成繊維の繊維軸が繊維集束体の長手方向に対してなす角度をθとする。たとえば、繊維集束体が複数本の合成繊維にて構成された組紐(組角20度)であり、この合成繊維が元となる合成繊維を複数本撚り合わせたもの(撚り角10度)であるとき、式(i)で用いる角度θは20度である。   The angle θ formed by the fiber axis of the synthetic fiber with respect to the longitudinal direction of the modeling material may mean, for example, the twist angle when the synthetic fiber is twisted. In the formula (i), the synthetic fiber means a synthetic fiber used when the fiber bundle is finally formed. When this synthetic fiber is a single piece of the original synthetic fiber, or a plurality of the original synthetic fibers are bundled and aligned, combined by means such as twisting and entanglement In this case, the angle formed by the fiber axis of the synthetic fiber with respect to the longitudinal direction of the fiber bundle is defined as θ. For example, the fiber bundling body is a braid composed of a plurality of synthetic fibers (a braid angle of 20 degrees), and a plurality of synthetic fibers based on the synthetic fiber are twisted together (a twist angle of 10 degrees). When the angle θ used in the equation (i) is 20 degrees.

合成繊維を熱処理する場合は、熱収縮に対処するためにオーバーフィードすることが必要になることがある。オーバーフィード率Fは、その点を考慮したものである。このため、オーバーフィード率Fは、通常は1よりも大きな値となる。これに対し、熱処理の際に繊維を延伸する場合などにおいては、アンダーフィードとなることがあり、その場合はオーバーフィード率Fは1よりも小さな値となる。
When heat treating synthetic fibers, it may be necessary to overfeed to deal with heat shrinkage. The overfeed rate F takes this into consideration. For this reason, the overfeed rate F is usually a value larger than 1. On the other hand, when the fiber is stretched during the heat treatment, underfeed may occur. In this case, the overfeed rate F is a value smaller than 1.

造形材料が、上式のθ、ρのいずれかが異なるn種類の合成繊維(合成繊維1、合成繊維2、・・・、合成繊維n)によって構成される場合、吐出係数Kは以下のようにして求める。
K=2500×π×R÷F÷{(A÷ρ÷cosθ)+(A÷ρ÷cosθ)+・・・+(A÷ρ÷cosθ)} ・・・・(ii)
ここで、
ρ:合成繊維nを構成する樹脂の比重
π:円周率
:繊維集束体に使用される合成繊維nの総繊度(dtex)
θ:繊維集束体の長手方向に対して合成繊維nの繊維軸が形成する角度(度)
F:繊維集束体を熱処理したときのオーバーフィード率
R:造形材料の断面直径(mm)
であり、添字1−nは、合成繊維の番号を意味する。
When the modeling material is composed of n types of synthetic fibers (synthetic fiber 1, synthetic fiber 2,..., Synthetic fiber n) in which either θ or ρ in the above formula is different, the discharge coefficient K is as follows: Ask for it.
K = 2500 × π × R 2 ÷ F ÷ {(A 1 ÷ ρ 1 ÷ cos θ 1 ) + (A 2 ÷ ρ 2 ÷ cos θ 2 ) +... + (A n ÷ ρ n ÷ cos θ n )} ... (ii)
here,
ρ n : Specific gravity of the resin constituting the synthetic fiber n π: Circumferential ratio An : Total fineness (dtex) of the synthetic fiber n used in the fiber bundle
θ n : angle (degree) formed by the fiber axis of the synthetic fiber n with respect to the longitudinal direction of the fiber bundle
F: Overfeed rate when the fiber bundle is heat-treated R: Cross-sectional diameter of the modeling material (mm)
The subscript 1-n means the number of the synthetic fiber.

ここで、n種類の合成繊維によって構成される造形材料としては、合成繊維が複数本集束されて構成された長尺状の複数種類の繊維集束体により構成される造形材料または複数種類の合成繊維によって構成される造形材料が挙げられる 。   Here, as a modeling material constituted by n types of synthetic fibers, a modeling material constituted by a plurality of long-sized fiber bundling bodies formed by bundling a plurality of synthetic fibers or a plurality of types of synthetic fibers The modeling material comprised by is mentioned.

造形材料が、異なる素材や異なる単繊維繊度などを有する複数種類の合成繊維によって構成される繊維集束体である場合、モノフィラメント糸とマルチフィラメント糸とによって構成される繊維集束体である場合も、上記式(ii)を適用する。   When the modeling material is a fiber bundling body constituted by a plurality of types of synthetic fibers having different materials or different single fiber finenesses, the case where the modeling material is a fiber bundling body constituted by monofilament yarns and multifilament yarns, Apply equation (ii).

所定の線径のモノフィラメント状の造形材料を用いて造形する場合に、その造形装置(3Dプリンター)のための吐出速度をS0とすると、繊維集束体にて構成された同じ線径の造形材料を用いて造形するときの造形速度Sは、次式によって求めることができる。
S = K×S0
When modeling using a monofilament-shaped modeling material having a predetermined wire diameter, assuming that the discharge speed for the modeling apparatus (3D printer) is S0, the modeling material having the same wire diameter constituted by the fiber bundling body is used. The modeling speed S when modeling using can be calculated | required by following Formula.
S = K × S0

このようにして吐出速度を変更することで、造形材料としての公知のモノフィラメントを用いる仕様とされた3Dプリンターに、本発明にもとづき、合成繊維が複数本集束されて構成された長尺状の繊維集束体にて形成されている造形材料を、適切に用いることができる。   In this way, by changing the discharge speed, a long fiber formed by concentrating a plurality of synthetic fibers according to the present invention on a 3D printer that uses a known monofilament as a modeling material. The modeling material currently formed with the converging body can be used appropriately.

以下の実施例、比較例において、3Dプリンターによる造形性の評価試験に際しては、Abee Corporation製のSCOOVO C170型の3Dプリンターを用いて、造形温度230℃、積層ピッチ0.1mm、密度100%で1辺が3cmの立方体を作製して、その外観を目視にて確認した。   In the following examples and comparative examples, in the evaluation test of the formability by the 3D printer, a SCOOVO C170 type 3D printer manufactured by Abee Corporation was used, and the modeling temperature was 230 ° C., the stacking pitch was 0.1 mm, and the density was 100%. A cube having a side of 3 cm was prepared, and the appearance was visually confirmed.

参考例1
造形材料として直径1.75mmのポリ乳酸製モノフィラメント(融点170℃)を用いて、3Dプリンターにより、前述の吐出係数K=1にて造形を行った。造形性評価を行ったところ、表面に目立った凹凸のない造形物であった。
Reference example 1
Using a polylactic acid monofilament (melting point: 170 ° C.) having a diameter of 1.75 mm as a modeling material, modeling was performed with a 3D printer at the aforementioned discharge coefficient K = 1. When the formability evaluation was performed, it was a shaped article without conspicuous unevenness on the surface.

比較例1
560dtex96フィラメントのポリ乳酸製マルチフィラメント(融点170℃)を合計35本用いた諸撚糸に、165℃×1分の熱処理を行った。これにより、線径1.75mmの造形材料を得た。
Comparative Example 1
The plied yarns using a total of 35 560 dtex 96 filament polylactic acid multifilaments (melting point: 170 ° C.) were heat-treated at 165 ° C. for 1 minute. Thereby, a modeling material having a wire diameter of 1.75 mm was obtained.

得られた造形材料を用いて、3Dプリンターにより、式(i)に合致しない吐出係数K=1にて造形を行った。造形性の評価を行ったところ、表面に凹凸が多く見られる粗悪な造形物であった。   Using the obtained modeling material, modeling was performed by a 3D printer with a discharge coefficient K = 1 that does not match Formula (i). When the formability was evaluated, it was a poor shaped article with many irregularities on the surface.

比較例2
比較例1で用いた造形材料について、3Dプリンターにより、式(i)に合致しない吐出係数K=2にて造形を行った。造形性の評価を行ったところ、表面に凹凸が見られる粗悪な造形物であった。
Comparative Example 2
The modeling material used in Comparative Example 1 was modeled by a 3D printer with a discharge coefficient K = 2 that does not match Formula (i). When the formability was evaluated, it was a poor shaped article with irregularities on the surface.

実施例1
比較例1で用いた造形材料についての変数は、以下の通りであった。この変数を用いて、上述の式(i)により吐出係数Kを求めたところ、1.34となった。この造形材料を用いて3Dプリンターにより吐出係数K=1.34にて造形を行った。造形性の評価を行ったところ、表面に目立った凹凸のない造形物であった。
ρ=1.24
A=19,600dtex
θ=15度、cosθ=0.97
F=1.1
R=1.75mm
Example 1
The variables for the modeling material used in Comparative Example 1 were as follows. Using this variable, the discharge coefficient K was obtained from the above-described equation (i), and was 1.34. Using this modeling material, modeling was performed by a 3D printer with a discharge coefficient K = 1.34. When the formability was evaluated, it was a shaped article without conspicuous irregularities on the surface.
ρ = 1.24
A = 19,600 dtex
θ = 15 degrees, cos θ = 0.97
F = 1.1
R = 1.75mm

実施例2
芯糸に比較例1で用いたポリ乳酸製マルチフィラメントを20本引き揃えた繊維束を配し、側糸に同じマルチフィラメントを1本ずつ配して、16本丸打ち組紐を得た。この組紐に165℃×1分の熱処理を行い、線径1.75mmの造形材料を得た。この造形材料の変数は、以下の通りであった。以下において、添字1は芯糸に該当し、添字2は側糸に該当する。この造形材料について吐出係数Kを上述の式(ii)から求めたところ1.21となった。この造形材料を用いて3Dプリンターにより吐出係数K=1.21にて造形を行った。造形性の評価を行ったところ、表面に目立った凹凸のない造形物であった。
ρ=1.24
=11,200dtex
θ=0度、cosθ=1.00
ρ=1.24
=8,960dtex
θ=15度、cosθ=0.97
F=1.2
R=1.75mm
Example 2
A fiber bundle in which 20 polylactic acid multifilaments used in Comparative Example 1 were aligned was placed on the core yarn, and the same multifilament was placed one by one on the side yarn to obtain 16 round braided braids. The braid was heat-treated at 165 ° C. for 1 minute to obtain a modeling material having a wire diameter of 1.75 mm. The variables of this modeling material were as follows. In the following, subscript 1 corresponds to the core yarn, and subscript 2 corresponds to the side yarn. The discharge coefficient K of this modeling material was determined from the above-described formula (ii) and was 1.21. Using this modeling material, modeling was performed by a 3D printer with a discharge coefficient K = 1.21. When the formability was evaluated, it was a shaped article without conspicuous irregularities on the surface.
ρ 1 = 1.24
A 1 = 11,200 dtex
θ 1 = 0 degree, cos θ 1 = 1.00
ρ 2 = 1.24
A 2 = 8,960 dtex
θ 2 = 15 degrees, cos θ 2 = 0.97
F = 1.2
R = 1.75mm

実施例3
芯糸に比較例1で用いたポリ乳酸製マルチフィラメントを合計18本用いた諸撚糸を配し、側糸に同じマルチフィラメントを1本ずつ配して、16本丸打ち組紐を得た。この組紐に165℃×1分の熱処理を行い、線径1.75mmの造形材料を得た。この造形材料の変数は、以下の通りであった。以下において、添字1は芯糸に該当し、添字2は側糸に該当する。この造形材料について吐出係数Kを式(ii)から求めたところ1.24となった。この造形材料を用いて3Dプリンターにより吐出係数K=1.24 にて造形を行った。造形性の評価を行ったところ、表面に目立った凹凸のない造形物であった。
ρ=1.24
=10,080dtex
θ=15度、cosθ=0.97
ρ=1.24
=8,960dtex
θ=20度、cosθ=0.94
F=1.2
R=1.75mm
Example 3
Various twisted yarns using a total of 18 polylactic acid multifilaments used in Comparative Example 1 were placed in the core yarn, and the same multifilaments were placed one by one in the side yarn to obtain 16 round braided braids. The braid was heat-treated at 165 ° C. for 1 minute to obtain a modeling material having a wire diameter of 1.75 mm. The variables of this modeling material were as follows. In the following, subscript 1 corresponds to the core yarn, and subscript 2 corresponds to the side yarn. The discharge coefficient K of this modeling material was determined from the formula (ii) to be 1.24. Using this modeling material, modeling was performed with a discharge coefficient K = 1.24 using a 3D printer. When the formability was evaluated, it was a shaped article without conspicuous irregularities on the surface.
ρ 1 = 1.24
A 1 = 10,080 dtex
θ 1 = 15 degrees, cos θ 1 = 0.97
ρ 2 = 1.24
A 2 = 8,960 dtex
θ 2 = 20 degrees, cos θ 2 = 0.94
F = 1.2
R = 1.75mm

実施例4
芯糸に、比較例1で用いたポリ乳酸製マルチフィラメントを合計9本と、560dtex96フィラメントのイソフタル酸共重合ポリエステル製マルチフィラメント(融点160℃)を9本との合計18本を用いた諸撚糸を配置し、側糸に前記ポリ乳酸製マルチフィラメントを1本ずつ配した、16本丸打ち組紐を得た。この組紐に165℃×1分の熱処理を行い、線径1.75mmの造形材料を得た。この造形材料の変数は、以下の通りであった。以下において、添字1は芯糸のポリ乳酸製マルチフィラメントに該当し、添字2は芯糸のイソフタル酸共重合ポリエステル製マルチフィラメントに該当し、添字3は側糸に該当する。この造形材料について吐出係数Kを式(ii)から求めたところ1.28となった。この造形材料を用いて3Dプリンターにより吐出係数K=1.28にて造形を行い、造形性評価を行ったところ、表面に目立った凹凸のない造形物であった。
ρ=1.24
=5,040dtex
θ=15度、cosθ=0.97
ρ=1.38
=5,040dtex
θ=15度、cosθ=0.97
ρ=1.24
=8,960dtex
θ=20度、cosθ=0.94
F=1.2
R=1.75mm
Example 4
Various twisted yarns using a total of 18 polylactic acid multifilaments used in Comparative Example 1 and 9 560 dtex 96 filament isophthalic acid copolyester multifilaments (melting point 160 ° C.) as core yarns. And 16 round punched braids were obtained in which the polylactic acid multifilaments were arranged one by one on the side threads. The braid was heat-treated at 165 ° C. for 1 minute to obtain a modeling material having a wire diameter of 1.75 mm. The variables of this modeling material were as follows. In the following, subscript 1 corresponds to the polyfilament made of polylactic acid as the core yarn, subscript 2 corresponds to the multifilament made of isophthalic acid copolymer polyester as the core yarn, and subscript 3 corresponds to the side yarn. The discharge coefficient K of this modeling material was determined from the formula (ii) and was 1.28. When this modeling material was modeled by a 3D printer with a discharge coefficient K = 1.28 and the modeling property was evaluated, it was a modeled object without conspicuous irregularities on the surface.
ρ 1 = 1.24
A 1 = 5,040 dtex
θ 1 = 15 degrees, cos θ 1 = 0.97
ρ 2 = 1.38
A 2 = 5,040 dtex
θ 2 = 15 degrees, cos θ 2 = 0.97
ρ 3 = 1.24
A 3 = 8,960 dtex
θ 3 = 20 degrees, cos θ 2 = 0.94
F = 1.2
R = 1.75mm

Claims (3)

材料押出型造形装置と線状の造形材料とを用いた立体造形物の造形方法であって、前記造形材料として、合成繊維が複数本集束されて構成された長尺状の繊維集束体を用い、前記造形装置においてモノフィラメントの造形材料を用いるために規定される第1の吐出速度に、以下の式(i)により求まる吐出係数Kを乗算して得られる第2の吐出速度により造形することを特徴とする造形方法。
K = 2500×π×ρ×R×cosθ÷(A×F) ・・・(i)
ここで、
ρ:合成繊維を構成する樹脂の比重
π:円周率
A:繊維集束体に使用される合成繊維の総繊度(dtex)
θ:繊維集束体の長手方向に対して合成繊維の繊維軸が形成する角度(度)
F:繊維集束体を熱処理したときのオーバーフィード率
R:造形材料の断面直径(mm)
である。
A method for modeling a three-dimensional model using a material extrusion molding apparatus and a linear modeling material, wherein a long-sized fiber bundling body configured by bundling a plurality of synthetic fibers is used as the modeling material. The modeling is performed at the second discharge speed obtained by multiplying the first discharge speed defined for using the monofilament modeling material in the modeling apparatus by the discharge coefficient K obtained by the following equation (i). A characteristic modeling method.
K = 2500 × π × ρ × R 2 × cos θ ÷ (A × F) (i)
here,
ρ: Specific gravity of resin constituting the synthetic fiber π: Circumferential ratio A: Total fineness (dtex) of the synthetic fiber used for the fiber bundle
θ: Angle (degrees) formed by the fiber axis of the synthetic fiber with respect to the longitudinal direction of the fiber bundle
F: Overfeed rate when the fiber bundle is heat-treated R: Cross-sectional diameter of the modeling material (mm)
It is.
材料押出型造形装置と線状の造形材料とを用いた立体造形物の造形方法であって、前記造形材料として、合成繊維が複数本集束されて構成された長尺状の複数種類の繊維集束体により構成される造形材料または複数種類の合成繊維によって構成される造形材料を 用い、前記造形装置においてモノフィラメントの造形材料を用いるために規定される第1の吐出速度に、以下の式(ii)により求まる吐出係数Kを乗算して得られる第2の吐出速度により造形することを特徴とする造形方法。
K=2500×π×R÷F÷{(A÷ρ÷cosθ)+(A÷ρ÷cosθ)+・・・+(A÷ρ÷cosθ)} ・・・(ii)
ここで、
ρ:合成繊維nを構成する樹脂の比重
π:円周率
:繊維集束体に使用される合成繊維nの総繊度(dtex)
θ:繊維集束体の長手方向に対して合成繊維nの繊維軸が形成する角度(度)
F:繊維集束体を熱処理したときのオーバーフィード率
R:造形材料の断面直径(mm)
であり、添字1−nは、合成繊維の番号を意味する。
A method for modeling a three-dimensional model using a material extrusion molding apparatus and a linear modeling material, and a plurality of long-sized fiber bundling configured by bundling a plurality of synthetic fibers as the modeling material Using a modeling material constituted by a body or a modeling material constituted by a plurality of types of synthetic fibers, the following equation (ii) is applied to a first discharge speed defined for using a monofilament modeling material in the modeling apparatus: A modeling method characterized in that modeling is performed at a second ejection speed obtained by multiplying the ejection coefficient K obtained by the above.
K = 2500 × π × R 2 ÷ F ÷ {(A 1 ÷ ρ 1 ÷ cos θ 1 ) + (A 2 ÷ ρ 2 ÷ cos θ 2 ) +... + (A n ÷ ρ n ÷ cos θ n )} .. (ii)
here,
ρ n : Specific gravity of the resin constituting the synthetic fiber n π: Circumferential ratio An : Total fineness (dtex) of the synthetic fiber n used in the fiber bundle
θ n : angle (degree) formed by the fiber axis of the synthetic fiber n with respect to the longitudinal direction of the fiber bundle
F: Overfeed rate when the fiber bundle is heat-treated R: Cross-sectional diameter of the modeling material (mm)
The subscript 1-n means the number of the synthetic fiber.
請求項1または2に記載の造形方法のみにより得られるものであることを特徴とする立体造形物。   A three-dimensional modeled object obtained only by the modeling method according to claim 1 or 2.
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