JP2017193090A - Powder material, manufacturing method of powder material, manufacturing method of solid molded article and solid molding device - Google Patents

Powder material, manufacturing method of powder material, manufacturing method of solid molded article and solid molding device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a powder material for a powder bed melting coupling method containing composite particles and capable of manufacturing higher definition solid molded article.SOLUTION: There is related a powder material used for manufacturing a solid molded article by irradiating a laser light selectively to a power material containing composite particles to form a molded article layer where the composite particles are burned or melting bond and laminating the molded article layer. The composite particles contain base particles containing a thermoplastic resin with average particle diameter of 1 μm to 100 μm and sub particles containing metal oxide fastened to a surface of the base particles and having lower volume resistance than the thermoplastic resin. The powder material contains the metal oxide of 0.5 pts.mass to 10 pts.mass based on 100 pts.mass of the thermoplastic resin. Residual ratio of the metal oxide after the powder material is applied to an ultrasonic dispersion treatment in water to the powder material is 20 mass% or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、粉末材料、粉末材料の製造方法、立体造形物の製造方法および立体造形装置に関する。   The present invention relates to a powder material, a method for producing a powder material, a method for producing a three-dimensional model, and a three-dimensional model apparatus.

近年、複雑な形状の立体造形物を比較的容易に製造できる様々な方法が開発されている。立体造形物を製造する方法の一つとして、粉末床溶融結合法が知られている。粉末床溶融結合法は、造形精度が高く、かつ、積層された層間の接着強度が高いという特徴を有する。そのため、粉末床溶融結合法は、最終製品の形状または性質を確認するための試作品の製造のみならず、最終製品の製造にも用いることが可能である。   In recent years, various methods have been developed that can relatively easily manufacture a three-dimensional object having a complicated shape. As one of methods for producing a three-dimensional structure, a powder bed fusion bonding method is known. The powder bed fusion bonding method is characterized by high modeling accuracy and high adhesion strength between laminated layers. Therefore, the powder bed fusion bonding method can be used not only for manufacturing a prototype for confirming the shape or properties of the final product, but also for manufacturing the final product.

粉末床溶融結合法では、樹脂材料または金属材料を含む粒子を含む粉末材料を平らに敷き詰めて薄膜を形成し、薄膜上の所望の位置にレーザを照射して、粉末材料に含まれる粒子を選択的に焼結または溶融させて結合させる(以下、焼結または溶融によって粒子が結合することを単に「溶融結合」ともいう。)ことで、立体造形物を厚さ方向に微分割した層(以下、単に「造形物層」ともいう。)のひとつを形成する。こうして形成された層の上に、さらに粉末材料を敷き詰め、レーザを照射して粉末材料に含まれる粒子を選択的に溶融結合させることで、次の造形物層を形成する。この手順を繰り返して、造形物層を積み上げていくことで、所望の形状の立体造形物が製造される。   In the powder bed fusion bonding method, a powder material containing particles containing resin material or metal material is laid flat to form a thin film, and a laser is irradiated to a desired position on the thin film to select particles contained in the powder material. Sintered or melted and bonded (hereinafter, the bonding of particles by sintering or melting is also simply referred to as “melt bonding”), thereby finely dividing the three-dimensional object in the thickness direction (hereinafter referred to as “melt bonding”) , Simply referred to as “modeled object layer”). A powder material is further spread on the layer thus formed, and laser irradiation is performed to selectively melt bond particles contained in the powder material, thereby forming the next modeled object layer. By repeating this procedure and stacking the modeling object layers, a three-dimensional modeling object having a desired shape is manufactured.

特許文献1には、熱可塑性樹脂からなる母粒子と、上記微小球体の表面の少なくとも一部を被覆することで凝集防止作用を奏する、シリカ、チタニアまたはアルミナなどからなる子粒子とを含む、粉末床溶融結合法に用いられる粉末材料が記載されている。特許文献1には、上記粉末材料は凝集性が低いことから流動性が高く、薄層を形成するときの充填密度を高めることができるため、立体造形物の精度や強度を高めることができると記載されている。   Patent Document 1 discloses a powder containing mother particles made of a thermoplastic resin and child particles made of silica, titania, alumina, or the like that have an anti-aggregation effect by covering at least a part of the surface of the microsphere. The powder material used in the bed melt bonding method is described. According to Patent Document 1, since the powder material has low agglomeration property, the fluidity is high, and the packing density when forming a thin layer can be increased. Therefore, the accuracy and strength of the three-dimensional structure can be increased. Have been described.

特開2006−321711号公報JP 2006-321711 A

特許文献1には、熱可塑性樹脂からなる微小球体の表面の少なくとも一部をシリカ、チタニアまたはアルミナなどで被覆すると、従来よりも薄層の充填密度を高めて、立体造形物の精度を高めることができると記載されている。しかし、立体造形が普及するにつれて、造形物に求められる精度も高くなっており、より高精細な立体造形物を製造するためにはまだ改善の余地がある。   In Patent Document 1, when at least a part of the surface of a microsphere made of a thermoplastic resin is coated with silica, titania, alumina, or the like, the packing density of the thin layer is increased and the accuracy of the three-dimensional structure is increased. It is stated that you can. However, as the three-dimensional modeling becomes widespread, the accuracy required for the three-dimensional model has increased, and there is still room for improvement in order to produce a higher-definition three-dimensional model.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、樹脂粒子を含む母粒子と子粒子とを含有する複合粒子を含む粉末床溶融結合法用の粉末材料であって、より高精細な立体造形物を製造できる粉末材料を提供することをその目的とする。本発明はさらに、そのような粉末材料の製造方法、そのような粉末材料を用いた立体造形物の製造方法、およびそのような粉末材料を用いて立体造形物を製造することができる立体造形装置を提供することを、その目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and is a powder material for a powder bed fusion bonding method including composite particles containing resin particles and mother particles, and a finer three-dimensional powder material. The object is to provide a powder material capable of producing a shaped article. The present invention further provides a method for manufacturing such a powder material, a method for manufacturing a three-dimensional object using such a powder material, and a three-dimensional object manufacturing apparatus capable of manufacturing a three-dimensional object using such a powder material. The purpose is to provide

本発明は、以下の粉末材料、粉末材料の製造方法、立体造形物の製造方法および立体造形物の製造装置に関する。
[1]複合粒子を含む粉末材料の薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記複合粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成し、前記造形物層を積層することによる立体造形物の製造に使用される粉末材料であって、前記複合粒子は、平均粒子径が1μm以上100μm以下の熱可塑性樹脂を含む母粒子と、前記母粒子の表面に固着した、前記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む子粒子と、を含み、前記粉末材料は、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対して0.5質量部以上10質量部以下の前記金属酸化物を含有し、前記粉末材料に対する、前記粉末材料を水中で超音波分散処理した後の前記金属酸化物の残存率が、20質量%以上である、粉末材料。
[2]前記子粒子の平均粒子径は、10nm以上500nm以下である、[1]に記載の粉末材料。
[3]前記金属酸化物の体積抵抗値は、前記熱可塑性樹脂の体積抵抗値の1/10以下である、[1]または[2]に記載の粉末材料。
[4]前記金属酸化物の体積抵抗値は、前記熱可塑性樹脂の体積抵抗値の1/100以下である、[1]または[2]に記載の粉末材料。
[5]前記母粒子の平均粒子径は、5μm以上70μm以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載の粉末材料。
[6]前記金属酸化物の残存率は、30質量%以上である、[1]〜[5]のいずれかに記載の粉末材料。
[7]複合粒子を含む粉末材料の薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記複合粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成し、前記造形物層を積層することによる立体造形物の製造に使用される粉末材料の製造方法であって、平均粒子径が1μm以上100μm以下の熱可塑性樹脂を含む粒子と、前記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む微粒子とを用いて、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対する前記金属酸化物の量が0.5質量部以上10質量部以下となる質量比で、混合装置によって混合および撹拌する工程を含む、製造方法。
[8]前記混合および撹拌する工程においては、平均粒子径が10nm以上500nm以下である前記金属酸化物を含む微粒子を用いる、[7]に記載の製造方法。
[9][1]〜[6]のいずれかに記載の粉末材料または[7]もしくは[8]に記載の製造方法で製造された粉末材料の薄層を形成する工程と、前記形成された薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記粉末材料に含まれる複合粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成する工程と、前記薄層を形成する工程と、前記造形物層を形成する工程と、をこの順に複数回繰り返し、前記造形物層を積層する工程と、を含む立体造形物の製造方法。
[10]造形ステージと、[1]〜[6]のいずれかに記載の粉末材料または[7]もしくは[8]に記載の製造方法で製造された粉末材料の薄膜を前記造形ステージ上に形成する薄膜形成部と、前記薄膜にレーザを照射して、前記粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成するレーザ照射部と、前記造形ステージを、その鉛直方向の位置を可変に支持するステージ支持部と、前記薄膜形成部、前記レーザ照射部および前記ステージ支持部を制御して、前記造形物層を繰り返し形成させて積層させる制御部と、を備える、立体造形装置。
The present invention relates to the following powder material, a method for producing a powder material, a method for producing a three-dimensional object, and a device for producing a three-dimensional object.
[1] A thin layer of a powder material containing composite particles is selectively irradiated with laser light to form a shaped article layer formed by sintering or melt bonding the composite particles, and the shaped article layer is laminated. The composite material is a powder material used for manufacturing a three-dimensional model according to the invention, wherein the composite particles are fixed on the surface of the mother particles and mother particles containing a thermoplastic resin having an average particle diameter of 1 μm or more and 100 μm or less. Child particles containing a metal oxide having a volume resistivity lower than that of a plastic resin, and the powder material is 0.5 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. A powder material containing an oxide, wherein a residual ratio of the metal oxide after ultrasonic dispersion treatment of the powder material in water with respect to the powder material is 20% by mass or more.
[2] The powder material according to [1], wherein the average particle diameter of the child particles is 10 nm or more and 500 nm or less.
[3] The powder material according to [1] or [2], wherein a volume resistance value of the metal oxide is 1/10 or less of a volume resistance value of the thermoplastic resin.
[4] The powder material according to [1] or [2], wherein a volume resistance value of the metal oxide is 1/100 or less of a volume resistance value of the thermoplastic resin.
[5] The powder material according to any one of [1] to [4], wherein the average particle diameter of the mother particles is 5 μm or more and 70 μm or less.
[6] The powder material according to any one of [1] to [5], wherein the residual ratio of the metal oxide is 30% by mass or more.
[7] A thin layer of powder material containing composite particles is selectively irradiated with laser light to form a shaped article layer formed by sintering or melting and bonding the composite particles, and the shaped article layer is laminated. And a metal oxide having a volume resistivity lower than that of the thermoplastic resin. And a step of mixing and stirring with a mixing device at a mass ratio such that the amount of the metal oxide with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin is 0.5 parts by mass or more and 10 parts by mass or less. ,Production method.
[8] The production method according to [7], wherein in the mixing and stirring step, fine particles containing the metal oxide having an average particle size of 10 nm to 500 nm are used.
[9] A step of forming a thin layer of the powder material according to any one of [1] to [6] or the powder material produced by the production method according to [7] or [8], and the formed A step of selectively irradiating a thin layer with laser light to form a shaped article layer formed by sintering or melting and bonding composite particles contained in the powder material; a step of forming the thin layer; and the shaping The manufacturing method of the three-dimensional molded item including the process of forming a physical layer, repeating the process several times in this order, and laminating the said molded article layer.
[10] A modeling stage and a thin film of the powder material according to any one of [1] to [6] or the powder material manufactured by the manufacturing method according to [7] or [8] are formed on the modeling stage. A thin film forming section, a laser irradiation section for irradiating the thin film with a laser to form a shaped article layer in which the particles are sintered or melt-bonded, and the modeling stage, the position in the vertical direction being variable. A three-dimensional modeling apparatus comprising: a stage support unit to be supported; and a control unit that controls the thin film forming unit, the laser irradiation unit, and the stage support unit to repeatedly form and stack the modeled object layer.

本発明によれば、複合粒子を含む粉末床溶融結合法用の粉末材料であって、より高精細な立体造形物を製造できる粉末材料、そのような粉末材料の製造方法、そのような粉末材料を用いた立体造形物の製造方法、およびそのような粉末材料を用いて立体造形物を製造することができる立体造形装置が提供される。   According to the present invention, a powder material for powder bed fusion bonding method including composite particles, which can produce a finer three-dimensional structure, a method for producing such a powder material, and such a powder material There are provided a method for manufacturing a three-dimensional object using the three-dimensional object, and a three-dimensional object manufacturing apparatus capable of manufacturing a three-dimensional object using such a powder material.

図1は本発明の一実施形態における粉末材料の構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a powder material in one embodiment of the present invention. 図2は本発明の一実施形態における粉末材料の製造方法の各工程の流れを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the flow of each step of the method for producing a powder material in one embodiment of the present invention. 図3は本発明の一実施形態における立体造形装置の構成を概略的に示す側面図である。FIG. 3 is a side view schematically showing the configuration of the three-dimensional modeling apparatus in one embodiment of the present invention. 図4は本発明の一実施形態における立体造形装置の制御系の主要部を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the main part of the control system of the three-dimensional modeling apparatus in one embodiment of the present invention.

前述の課題を解決すべく、本発明者らは粉末床溶融結合法による立体造形物の製造が可能な粉末材料について鋭意検討および実験を行った。その結果、本発明者らは、粉末材料の流動性を高めると、粒子と造形ステージとの間の摩擦や複数の粒子間の摩擦などで生じた電荷によって粒子が帯電し、帯電した粒子同士が電気的に反発しあいやすくなることを見出した。この電気的な反発は、薄層を形成するときに粒子間の隙間を生じやすくして、粒子の密な充填を阻害する。この知見に基づき、本発明者らは、粒子を帯電しにくくすることで、薄膜を形成するときに粒子をさらに密に充填させる方法を検討し、本発明を完成させた。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors diligently studied and experimented on a powder material capable of producing a three-dimensional structure by a powder bed fusion bonding method. As a result, the inventors have increased the fluidity of the powder material, and the particles are charged by the charge generated by friction between the particles and the modeling stage, friction between the plurality of particles, and the like. It was found that electrical repulsion is likely to occur. This electric repulsion tends to cause a gap between particles when forming a thin layer, and hinders close packing of particles. Based on this knowledge, the present inventors have studied the method of packing particles more densely when forming a thin film by making the particles difficult to be charged, and completed the present invention.

本発明の一実施形態に係る粉末材料は、熱可塑性樹脂を含む母粒子の表面に子粒子が固着した複合粒子を含む。上記子粒子は、母粒子を構成する熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む。このような構成とすることで、上記摩擦などで生じた電荷は、母粒子から、体積抵抗値がより低い金属酸化物を含む子粒子を通して、複合粒子の外部に放出されやすくなるため、複合粒子がより帯電しにくくなると考えられる。   The powder material according to an embodiment of the present invention includes composite particles in which child particles are fixed to the surface of mother particles including a thermoplastic resin. The child particles contain a metal oxide having a volume resistivity lower than that of the thermoplastic resin constituting the mother particles. By adopting such a configuration, the charge generated by the friction or the like is easily released from the mother particle to the outside of the composite particle through the child particle containing the metal oxide having a lower volume resistance value. Is considered to become more difficult to be charged.

なお、樹脂製の母粒子とシリカ等の子粒子とを含む粉末材料は特許文献1にも記載されているが、本発明者らのさらに新たな知見によると、特許文献1では、粒子の流動性の改善に重きが置かれ、粒子間の静電的な反発については考慮されていない。また、特許文献1などに記載のように、熱可塑性樹脂を含む粒子および金属酸化物を含む微粒子を投入した袋を単に振とうさせるのみだと、金属酸化物を含む微粒子(以下、母粒子に固着していない上記微粒子(固着させる前の微粒子を含む。)を単に「微粒子」ということがある。)を十分に母粒子(熱可塑性樹脂を含む粒子)に固着させることができない。そのため、上記単に振とうさせるのみで作製した粉末材料中には、母粒子に付着しきれなかった微粒子が多量に遊離して存在する。この遊離して存在する微粒子は、複合粒子の転がり抵抗を減少させ、複合粒子と造形ステージとの間の相対的な移動や複数の複合粒子間の相対的な移動を補助する作用を有する。そのため、上記遊離した微粒子が粉末材料中に多量に存在すると、複合粒子が移動しやすくなり、上記粒子と造形ステージとの間の摩擦や複数の粒子間の摩擦による複合粒子の帯電が生じやすくなると考えられる。   In addition, although the powder material containing a resin-made mother particle and child particles, such as a silica, is described also in patent document 1, according to the further new knowledge of the present inventors, in patent document 1, in the flow of a particle | grain, The emphasis is on improving the properties and electrostatic repulsion between particles is not considered. In addition, as described in Patent Document 1 or the like, if a bag containing particles containing thermoplastic resin and fine particles containing metal oxide is simply shaken, fine particles containing metal oxide (hereinafter referred to as mother particles) The fine particles that are not fixed (including the fine particles before fixing) may be simply referred to as “fine particles”) cannot be sufficiently fixed to the mother particles (particles including the thermoplastic resin). Therefore, a large amount of fine particles that could not be attached to the mother particles are present in the powder material produced by simply shaking. The fine particles present in a free state have a function of reducing the rolling resistance of the composite particles and assisting the relative movement between the composite particles and the modeling stage and the relative movement between the plurality of composite particles. Therefore, if the released fine particles are present in a large amount in the powder material, the composite particles easily move, and the composite particles are likely to be charged due to friction between the particles and the modeling stage or friction between a plurality of particles. Conceivable.

これに対し、複合粒子を含む粉末材料を作製する際に、金属酸化物を含む微粒子をより強固に母粒子に固着させることで、上記遊離した微粒子の量を少なくすることができるため、摩擦による上記複合粒子の帯電を抑制して、複合粒子をより密に充填させることができると考えられる。上記遊離した微粒子は通常ナノサイズの微粒子であるため、粉末材料から上記遊離した微粒子のみを分離して定量することは難しいが、上記方法によれば、遊離した微粒子を生じにくくして、その数を低減させることができる。なお、上記除去の困難性に基づけば、粉末材料中の金属酸化物の含有量を測定することで、粉末材料を作製する際に用いた金属酸化物を含む微粒子の量を見積もることができると考えられる。   On the other hand, when producing a powder material containing composite particles, the amount of the released fine particles can be reduced by fixing the fine particles containing a metal oxide more firmly to the mother particles, and therefore by friction. It is considered that charging of the composite particles can be suppressed and the composite particles can be packed more densely. Since the released fine particles are usually nano-sized fine particles, it is difficult to separate and quantify only the free fine particles from the powder material. However, according to the above method, the number of free fine particles is reduced. Can be reduced. Based on the above difficulty of removal, it is possible to estimate the amount of fine particles containing a metal oxide used in producing a powder material by measuring the content of the metal oxide in the powder material. Conceivable.

上記粉末材料は、後述する条件で超音波分散処理した後の前記金属酸化物の残存率が、処理前の粉末材料の質量に対して20質量%以上である。粉末材料を作製する際に、上記残存率が20質量%以上になる程度に母粒子と微粒子とを強固に固着させれば、母粒子に固着しきれず粉末材料中に遊離して存在する微粒子の数はより少なくなり、上記遊離した微粒子に由来する複合粒子の帯電を十分に抑制できる。そのため、上記残存率が20質量%以上である粉末材料は、薄層を形成するときに複合粒子をより密に充填させることができると考えられる。このような粉末材料を用いて粉末床溶融結合法で立体造形を行うと、薄層中に粒子が充填されずに生じた隙間に由来する造形物の欠損が生じにくいため、より高精度であり、かつ、より強度が強い立体造形物を製造することが可能になると考えられる。   The said powder material is 20 mass% or more with respect to the mass of the powder material before a process for the residual rate of the said metal oxide after carrying out the ultrasonic dispersion process on the conditions mentioned later. When the powder material is produced, if the mother particles and the fine particles are firmly fixed to such an extent that the residual ratio becomes 20% by mass or more, the fine particles existing in the powder material without being fixed to the mother particles. The number becomes smaller, and the charging of the composite particles derived from the released fine particles can be sufficiently suppressed. Therefore, it is considered that the powder material having the residual rate of 20% by mass or more can be more densely packed with composite particles when forming a thin layer. When three-dimensional modeling is performed by the powder bed fusion bonding method using such a powder material, it is more accurate because defects of a modeled object caused by a gap generated without filling particles in a thin layer are less likely to occur. And it is thought that it becomes possible to manufacture a three-dimensional molded item with stronger strength.

本発明者らが確認したところ、上記残存率が20質量%以上である粉末材料を作製するためには、両者を機械的に撹拌する必要がある。これに対し、特許文献1に記載のように、熱可塑性樹脂を含む粒子および金属酸化物を含む微粒子を投入した袋を単に振とうさせるのみだと、上記残存率は20質量%未満にしかならず、そのため、本発明の一実施形態に係る粉末材料と比べて、立体造形物の精度が十分に高まらない。これは、振とうによる撹拌のみで作製した粉末材料では、母粒子に固着できなかった微粒子が多量に遊離して存在するため、上記摩擦による複合粒子の帯電が生じやすく、複合粒子を密に充填しきれなかったためと考えられる。   When the present inventors confirmed, in order to produce the powder material whose said residual rate is 20 mass% or more, it is necessary to mechanically stir both. On the other hand, as described in Patent Document 1, if the bag containing the particles containing the thermoplastic resin and the fine particles containing the metal oxide is simply shaken, the residual rate is less than 20% by mass, Therefore, compared with the powder material which concerns on one Embodiment of this invention, the precision of a three-dimensional molded item does not fully improve. This is because the powder material produced only by stirring by shaking contains a large amount of fine particles that could not be fixed to the mother particles, so that the composite particles are easily charged by the friction, and the composite particles are packed closely. This is thought to be due to the lack of space.

以下、本発明の代表的な実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, representative embodiments of the present invention will be described in detail.

1.粉末材料
本実施形態は、複合粒子を含む粉末材料の薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記複合粒子が溶融結合してなる造形物層を形成し、前記造形物層を積層することによる立体造形物の製造に使用される粉末材料(以下、単に「粉末材料」ともいう。)に係る。上記複合粒子は、熱可塑性樹脂を含む母粒子と、母粒子の表面に固着した金属酸化物を含む子粒子とを含む。また、上記粉末材料は、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対して0.5質量部以上10質量部以下の上記金属酸化物を含有する。また、上記粉末材料を水中で超音波分散処理した後の前記金属酸化物の残存率は、処理前の粉末材料に対して20質量%以上である。上記粉末材料は、レーザ照射による溶融結合および薄層を形成するときの複合粒子の密な充填を顕著に妨げず、立体造形物の精度を顕著に低下させない範囲において、レーザ吸収剤やフローエージェントなどの、上記母粒子や母粒子に固着している子粒子以外の材料や粒子をさらに含んでもよい。
1. Powder Material In this embodiment, a thin layer of a powder material containing composite particles is selectively irradiated with laser light to form a modeled object layer formed by fusion bonding of the composite particles, and the modeled object layer is laminated. This relates to a powder material (hereinafter also simply referred to as “powder material”) used for manufacturing a three-dimensional structure. The composite particles include mother particles containing a thermoplastic resin and child particles containing a metal oxide fixed to the surface of the mother particles. Moreover, the said powder material contains the said metal oxide of 0.5 to 10 mass parts with respect to 100 mass parts of said thermoplastic resins. Moreover, the residual rate of the said metal oxide after ultrasonically dispersing the said powder material in water is 20 mass% or more with respect to the powder material before a process. The above powder material does not significantly interfere with the fusion bonding by laser irradiation and the dense filling of the composite particles when forming a thin layer, and does not significantly reduce the accuracy of the three-dimensional structure, such as a laser absorbent or a flow agent. In addition to the above mother particles and child particles fixed to the mother particles, materials and particles may be further included.

1−1.複合粒子
上記粉末材料は、上記複合粒子として、熱可塑性樹脂を含む母粒子と、前記母粒子の表面に固着した、前記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む子粒子と、を含む。図1に、母粒子11と子粒子12とを含む粉末材料10を模式的に示す。
1-1. Composite particles The powder material is, as the composite particles, mother particles containing a thermoplastic resin, child particles containing a metal oxide fixed to the surface of the mother particles and having a lower volume resistivity than the thermoplastic resin, including. FIG. 1 schematically shows a powder material 10 including mother particles 11 and child particles 12.

上記母粒子が含み得る熱可塑性樹脂は、加熱によって軟化および溶融するものであればよい。上記熱可塑性樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン(ナイロン6およびナイロン12など)、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニルサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、結晶性ポリエステルを含む結晶性の樹脂、ならびにポリスチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマ(ABS)、アクリルポリマー、ポリカーボネート、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、スチレン・アクリロニトリルコポリマー(SAN)、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテルおよびポリカプロラクトンを含む非結晶性の樹脂が含まれる。母粒子は、一種類の熱可塑性樹脂のみを含んでもよいし、二種類以上の熱可塑性樹脂を組み合わせて含んでもよい。また、粉末材料は、母粒子を構成する熱可塑性樹脂が同一である単種類の複合粒子のみを含んでいてよいし、母粒子を構成する熱可塑性樹脂の種類が異なる二種類以上の複合粒子を組み合わせて含んでもよい。   The thermoplastic resin that can be included in the mother particles only needs to be softened and melted by heating. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, nylon (such as nylon 6 and nylon 12), polyacetal, polyethylene terephthalate (PET), polyphenyl sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), and crystalline polyester. Crystalline resins including, polystyrene, polyurethane, polyvinyl chloride, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), acrylic polymer, polycarbonate, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), styrene-acrylonitrile copolymer (SAN), polyarylate And amorphous resins containing polyphenylene ether and polycaprolactone. The mother particles may contain only one type of thermoplastic resin or a combination of two or more types of thermoplastic resins. In addition, the powder material may include only one type of composite particles having the same thermoplastic resin constituting the mother particles, or two or more types of composite particles having different types of thermoplastic resins constituting the mother particles. It may be included in combination.

上記母粒子は、実質的に上記熱可塑性樹脂のみからなることが好ましいが、立体造形物が所望の特性を有しうる程度であれば、上記母粒子を製造する際に用いられる成分の残渣などの、熱可塑性樹脂以外の成分を含んでいてもよい。   It is preferable that the mother particle is substantially composed only of the thermoplastic resin. However, as long as the three-dimensional structure can have desired characteristics, a residue of a component used when the mother particle is manufactured, and the like Components other than the thermoplastic resin may be included.

上記母粒子の平均粒子径は、1μm以上100μm以下である。上記平均粒子径が1μm以上であると、粉末材料の流動性が十分に高まり、立体造形物を製造する際の粉末材料の取り扱いが容易になる。また、上記平均粒子径が1μm以上であると、母粒子の作製が容易であり、粉末材料の製造コストが高くならない。上記平均粒子径が100μm以下であると、比較的精細の高い立体造形物を製造することが可能となる。粉末材料の取り扱いをより容易にし、粒子の製造をより容易にし、かつ、立体造形物の精度をより高くする観点からは、母粒子の平均粒子径は、5μm以上70μm以下であることがより好ましく、20μm以上60μm以下であることがさらに好ましい。立体造形物の精度をさらに高くする観点からは、母粒子の平均粒子径の上限を50μmとすることが好ましく、40μmとすることがより好ましく、30μmとすることがさらに好ましい。   The average particle diameter of the mother particles is 1 μm or more and 100 μm or less. When the average particle size is 1 μm or more, the fluidity of the powder material is sufficiently increased, and the powder material can be easily handled when manufacturing a three-dimensional structure. Further, when the average particle diameter is 1 μm or more, it is easy to produce the mother particles, and the production cost of the powder material does not increase. When the average particle diameter is 100 μm or less, it is possible to produce a three-dimensional model with relatively high definition. From the viewpoint of easier handling of the powder material, easier production of the particles, and higher accuracy of the three-dimensional structure, the average particle diameter of the mother particles is more preferably 5 μm or more and 70 μm or less. More preferably, it is 20 μm or more and 60 μm or less. From the viewpoint of further increasing the accuracy of the three-dimensional structure, the upper limit of the average particle diameter of the mother particles is preferably 50 μm, more preferably 40 μm, and even more preferably 30 μm.

本明細書において、粒子の平均粒子径は、動的光散乱法により測定した個数平均粒子径を意味する。体積平均粒子径は、たとえば湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置(シンパティック(SYMPATEC)社製、ヘロス(HELOS))により測定することができる。また、走査型電子顕微鏡(SEM)または透過型電子顕微鏡(TEM)により撮像した樹脂の顕微鏡画像中から任意に選択した100個の粒子の粒子径を測定し、その平均値を粒子の平均粒子径としてもよい。   In the present specification, the average particle diameter of the particles means the number average particle diameter measured by a dynamic light scattering method. The volume average particle diameter can be measured by, for example, a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus (manufactured by SYMPATEC, HELOS) equipped with a wet disperser. In addition, the particle diameter of 100 particles arbitrarily selected from a microscope image of a resin imaged by a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) is measured, and the average value is the average particle diameter of the particles. It is good.

上記子粒子が含む金属酸化物は、熱可塑性樹脂の材料として選択した樹脂よりも体積抵抗率が低いものであればよい。上記金属酸化物の例には、シリカ、酸化チタン、メタチタン酸、アルミナ、ジルコニア、酸化亜鉛、酸化クロム、酸化セリウム、酸化アンチモン、酸化タングステン、酸化スズ、酸化テルルおよび酸化マンガンなどが含まれる。子粒子は、一種類の金属酸化物のみを含んでもよいし、二種類以上の金属酸化物を組み合わせて含んでもよい。また、粉末材料は、子粒子を構成する金属酸化物が同一である単種類の複合粒子のみを含んでいてよいし、子粒子を構成する金属酸化物の種類が異なる二種類以上の複合粒子を組み合わせて含んでもよい。子粒子が二種類以上の金属酸化物を含む場合は、いずれの金属酸化物も体積抵抗値が母粒子に含まれる熱可塑性樹脂の体積抵抗値より小さいことが好ましい。   The metal oxide contained in the child particles only needs to have a lower volume resistivity than the resin selected as the material of the thermoplastic resin. Examples of the metal oxide include silica, titanium oxide, metatitanic acid, alumina, zirconia, zinc oxide, chromium oxide, cerium oxide, antimony oxide, tungsten oxide, tin oxide, tellurium oxide, and manganese oxide. The child particles may contain only one type of metal oxide or a combination of two or more types of metal oxides. In addition, the powder material may include only one type of composite particles having the same metal oxide constituting the child particles, or two or more types of composite particles having different types of metal oxides constituting the child particles. It may be included in combination. When the child particles contain two or more kinds of metal oxides, it is preferable that the volume resistance value of any metal oxide is smaller than the volume resistance value of the thermoplastic resin contained in the mother particles.

上記子粒子は、実質的に上記金属酸化物のみからなることが好ましいが、立体造形物が所望の特性を有しうる程度であれば、上記子粒子を製造する際に用いられる成分の残渣などの、金属酸化物以外の成分を含んでいてもよい。   It is preferable that the child particles are substantially composed of only the metal oxide. However, as long as the three-dimensional structure can have desired characteristics, residues of components used when the child particles are manufactured, and the like Components other than the metal oxide may be included.

複合粒子をより帯電しにくくする観点からは、上記熱可塑性樹脂と金属酸化物との体積抵抗率の差は大きいほうがよい。上記観点からは、金属酸化物の体積抵抗率は、熱可塑性樹脂の体積抵抗率の1/10以下であることが好ましく、1/100以下であることがより好ましい。   From the viewpoint of making the composite particles more difficult to be charged, the difference in volume resistivity between the thermoplastic resin and the metal oxide is preferably large. From the above viewpoint, the volume resistivity of the metal oxide is preferably 1/10 or less and more preferably 1/100 or less of the volume resistivity of the thermoplastic resin.

本明細書において、熱可塑性樹脂および金属酸化物の体積抵抗率は、たとえば以下の方法で測定した値とすることができる。ただし、各材料について公知の値またはメーカーが公表している値がある場合は、その値を採用してもよい。   In this specification, the volume resistivity of a thermoplastic resin and a metal oxide can be made into the value measured, for example with the following method. However, if there is a known value or a value published by the manufacturer for each material, that value may be adopted.

(体積抵抗率の測定方法の例)
粉末状の材料に、3tの圧力をかけて、9cm×9cm×5cmの円筒状に成形する。この円筒状の材料の体積抵抗率を、三菱化学アナリテック社製、ハイレスターUX MCP−HT800で測定する。
(Example of volume resistivity measurement method)
The powdery material is molded into a 9 cm × 9 cm × 5 cm cylindrical shape by applying a pressure of 3 t. The volume resistivity of the cylindrical material is measured with a Hirester UX MCP-HT800 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech.

上記子粒子の平均粒子径は、上記残存率を達成でき、かつ、粉末材料の流動性を顕著に損なわない程度であればよく、たとえば、10nm以上500nm以下とすることができる。上記平均粒子径が10nm以上であると、子粒子の作製がより容易であり、粉末材料の製造コストが高くならない。上記平均粒子径が500nm以下であると、母粒子への固着強度を高めやすく、上記残存率を達成しやすくなる。また、上記平均粒子径が500nm以下であると、複合粒子の形状をより球形に近けることができるため、粉末材料の流動性が低くなりにくい。母粒子への固着強度をより高める観点からは、上記子粒子の平均粒子径はより小さいことが好ましく、たとえば10nm以上100nm以下であることが好ましく、10nm以上55nm以下であることがより好ましい。本明細書においては、多数の複合粒子の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で撮像して得た画像中で、ランダムに選択した10個の樹脂粒子について、子粒子の粒子径を実測し、それらの平均値を複合粒子が含む子粒子の平均粒子径とする。   The average particle diameter of the child particles may be such that it can achieve the above-mentioned residual rate and does not significantly impair the fluidity of the powder material, and can be, for example, 10 nm or more and 500 nm or less. When the average particle diameter is 10 nm or more, it is easier to produce the child particles, and the production cost of the powder material does not increase. When the average particle diameter is 500 nm or less, the fixing strength to the mother particles can be easily increased, and the residual rate can be easily achieved. In addition, when the average particle diameter is 500 nm or less, the shape of the composite particles can be made closer to a sphere, so that the fluidity of the powder material is not easily lowered. From the viewpoint of further increasing the fixing strength to the mother particles, the average particle diameter of the child particles is preferably smaller, for example, preferably 10 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 55 nm or less. In the present specification, in the image obtained by imaging the cross section of a large number of composite particles with a transmission electron microscope (TEM), for 10 resin particles randomly selected, the particle size of the child particles is measured, The average value thereof is defined as the average particle diameter of the child particles included in the composite particles.

粉末材料は、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対して0.5質量部以上10質量部以下の上記金属酸化物を含有する。上記含有量が0.5質量部以上であると、複合粒子をより帯電しにくくして、立体造形物の造形精度をより高めることができる。上記含有量が10質量部以下であると、粉末材料の製造時に母粒子に固着しきれなかった微粒子が遊離して存在しやすくなり、立体造形物の精度が高まりにくい。上記観点からは、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対する前記金属酸化物の量は、0.5質量部以上7.0質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上3.0質量部以下であることがより好ましい。   The powder material contains 0.5 to 10 parts by mass of the metal oxide with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin. When the content is 0.5 parts by mass or more, the composite particles can be made more difficult to be charged and the modeling accuracy of the three-dimensional model can be further increased. When the content is 10 parts by mass or less, fine particles that cannot be fixed to the mother particles at the time of producing the powder material are likely to be free and exist, and the accuracy of the three-dimensional structure is difficult to increase. From the above viewpoint, the amount of the metal oxide with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin is preferably 0.5 parts by mass or more and 7.0 parts by mass or less, and 0.5 parts by mass or more and 3.0 parts by mass or less. It is more preferable that the amount is not more than parts.

なお、上記熱可塑性樹脂および金属酸化物の含有量は、たとえば、粉末材料が含む熱可塑性樹脂のみを溶解する溶媒に熱可塑性樹脂を溶解させるなどして熱可塑性樹脂と金属酸化物とを分離した上で、分離された熱可塑性樹脂および金属酸化物の含有量をそれぞれ測定して、求めることができる。   The content of the thermoplastic resin and the metal oxide is separated from the thermoplastic resin and the metal oxide by, for example, dissolving the thermoplastic resin in a solvent that dissolves only the thermoplastic resin contained in the powder material. Above, the content of the separated thermoplastic resin and metal oxide can be measured and determined.

上記子粒子は、母粒子の表面に固着している。本明細書において、表面に固着するとは、子粒子の表面の一部が母粒子の表面または内部に接触しており、かつ、子粒子の表面の他の一部が母粒子とは接触せずに外部へ露出していることを意味する。図1には、子粒子12の一部が母粒子11内に埋め込まれることで、子粒子12が母粒子11に固着されている様子を示している。   The child particles are fixed to the surface of the mother particles. In this specification, the term “adhering to the surface” means that a part of the surface of the child particle is in contact with the surface or the inside of the mother particle, and the other part of the surface of the child particle is not in contact with the mother particle. Means that it is exposed to the outside. FIG. 1 shows a state in which the child particles 12 are fixed to the mother particles 11 by partially embedding the child particles 12 in the mother particles 11.

上記固着の状態は、透過型電子顕微鏡(TEM)などの公知の手段で複合粒子を観察して判定することができる。   The fixed state can be determined by observing the composite particles with a known means such as a transmission electron microscope (TEM).

上記子粒子は、粉末材料を水中で超音波分散処理した後の金属酸化物の残存率が20質量%以上となる強度で、母粒子に固着している。具体的には、子粒子は、3gの粉末材料に対して、常温の水中での19.5kHz±1hKzの超音波による分散処理を3分行ったときの残存率が20質量%以上となる強度で、母粒子に固着している。なお、上記水は微量の分散剤を含有していてもよい。本明細書において、上記残存率は、たとえば以下の方法で測定した値とすることができる。   The child particles are fixed to the mother particles with such a strength that the residual rate of the metal oxide after the powder material is ultrasonically dispersed in water is 20% by mass or more. Specifically, the child particles have a strength at which the residual ratio becomes 20% by mass or more when 3 g of the powder material is subjected to dispersion treatment with ultrasonic waves of 19.5 kHz ± 1 hKz in water at room temperature for 3 minutes. Thus, it is fixed to the mother particles. The water may contain a trace amount of a dispersant. In the present specification, the residual rate can be a value measured by the following method, for example.

(超音波分散処理の方法の例)
ポリオキシエチレンフェニルエーテルの0.2質量%水溶液を用意する。3gの粉末材料と、40gの上記水溶液と、を100mlのプラスチックカップ中に投入して、粉末材料を上記水溶液に湿潤させる。その後、超音波式ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製、US−1200)のチップを上記水溶液に挿入して、本体装置に附属の振動指示値を示す電流計の値が60μA(50W)を示すように調整した超音波エネルギーを3分間印加する。超音波の印加後、目開き1μmのフィルターを使用して上記水溶液から濾過した粉末材料を、60mlの純水を用いて洗浄し、その後乾燥させる。
粉末材料が十分に乾燥したら、粉末材料を加圧してペレット化し、波長分散型蛍光X線分析装置(株式会社 島津製作所製、LAB CENTER XRF−1700)を用いて測定して得られるKα分析線のうち、上記金属酸化物に由来するピークのNet強度を求める。上記手順で求められた強度を、超音波処理を行わない粉末材料から同様にして得られる強度で除算して、上記金属酸化物の残存率(%)を求める。
(Example of ultrasonic dispersion processing method)
A 0.2% by mass aqueous solution of polyoxyethylene phenyl ether is prepared. 3 g of the powder material and 40 g of the aqueous solution are put into a 100 ml plastic cup to wet the powder material into the aqueous solution. Thereafter, an ultrasonic homogenizer (Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd., US-1200) chip is inserted into the aqueous solution, and the ammeter indicating the vibration indication value attached to the main unit shows 60 μA (50 W). The ultrasonic energy adjusted to is applied for 3 minutes. After the application of ultrasonic waves, the powder material filtered from the aqueous solution using a filter having an opening of 1 μm is washed with 60 ml of pure water and then dried.
When the powder material is sufficiently dried, the powder material is pressurized and pelletized, and a Kα analytical line obtained by measurement using a wavelength dispersion type X-ray fluorescence analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, LAB CENTER XRF-1700) Of these, the Net intensity of the peak derived from the metal oxide is determined. The strength obtained in the above procedure is divided by the strength obtained in the same manner from a powder material not subjected to ultrasonic treatment to obtain the residual ratio (%) of the metal oxide.

上記残存率が20質量%以上であれば、複合粒子をより密に充填させることが可能となり、立体造形物の精度を十分に高めることが可能である。上記遊離した微粒子に由来する複合粒子の帯電を抑制して粒子をより密に充填させ、立体造形物の精度をより低下しにくくする観点からは、上記残存率は30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましい。残存率は、粉末材料を作製する際の機械による撹拌および混合の強度を変更することにより、調整することが可能である。   If the residual ratio is 20% by mass or more, the composite particles can be filled more densely, and the accuracy of the three-dimensional structure can be sufficiently increased. From the viewpoint of suppressing the charging of the composite particles derived from the released fine particles and packing the particles more densely and making it difficult to reduce the accuracy of the three-dimensional structure, the residual rate may be 30% by mass or more. Preferably, it is 40% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. The residual rate can be adjusted by changing the strength of mixing and mixing by a machine when producing the powder material.

1−2.その他の材料
1−2−1.レーザ吸収剤
レーザの光エネルギーをより効率的に熱エネルギーに変換する観点から、粉末材料は、レーザ吸収剤をさらに含んでもよい。レーザ吸収体は、使用する波長のレーザを吸収して熱を発する材料であればよい。このようなレーザ吸収体の例には、カーボン粉末、ナイロン樹脂粉末、顔料および染料が含まれる。これらのレーザ吸収体は、一種類のみ用いても、二種類を組み合わせて用いてもよい。
1-2. Other materials 1-2-1. Laser absorber From the viewpoint of more efficiently converting laser light energy into thermal energy, the powder material may further include a laser absorber. The laser absorber may be a material that absorbs a laser having a wavelength to be used and generates heat. Examples of such laser absorbers include carbon powder, nylon resin powder, pigments and dyes. These laser absorbers may be used alone or in combination of two types.

レーザ吸収体の量は、複合粒子の溶融および結合が容易になる範囲で適宜設定することができ、たとえば、粉末材料の全質量に対して、0質量%より多く3質量%未満とすることができる。   The amount of the laser absorber can be appropriately set within a range in which the composite particles can be easily melted and bonded. For example, the amount of the laser absorber may be more than 0 mass% and less than 3 mass% with respect to the total mass of the powder material. it can.

1−2−2.フローエージェント
粉末材料の流動性をより向上させ、立体造形物の製造時における粉末材料の取り扱いを容易にする観点から、粉末材料は、フローエージェントをさらに含んでもよい。フローエージェントは、摩擦係数が小さく、自己潤滑性を有する材料であればよい。このようなフローエージェントの例には、二酸化ケイ素および窒化ホウ素が含まれる。これらのフローエージェントは、一種類のみ用いても、二種類を組み合わせて用いてもよい。上記粉末材料は、フローエージェントによって流動性が高まっても、複合粒子が帯電しにくく、薄膜を形成するときに複合粒子をさらに密に充填させることができる。
1-2-2. Flow Agent From the viewpoint of further improving the fluidity of the powder material and facilitating the handling of the powder material during the production of the three-dimensional structure, the powder material may further include a flow agent. The flow agent may be a material having a small coefficient of friction and self-lubricating properties. Examples of such flow agents include silicon dioxide and boron nitride. These flow agents may be used alone or in combination. Even if the fluidity of the powder material is increased by the flow agent, the composite particles are not easily charged, and the composite particles can be filled more densely when forming a thin film.

フローエージェントの量は、粉末材料の流動性がより向上し、かつ、複合粒子の溶融結合が十分に生じる範囲で適宜設定することができ、たとえば、粉末材料の全質量に対して、0質量%より多く2質量%未満とすることができる。   The amount of the flow agent can be appropriately set within a range in which the fluidity of the powder material is further improved and the composite particles are sufficiently melt-bonded. For example, 0% by mass with respect to the total mass of the powder material It can be more than 2% by mass.

2.粉末材料の製造方法
本実施形態は、前記粉末材料の製造方法に係る。本実施形態に係る製造方法は、図2の流れ図に示すように、平均粒子径が1μm以上100μm以下の熱可塑性樹脂を含む粒子を作製する工程(工程S201)と、前記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む微粒子を準備する工程(工程S202)と、両者を、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対する前記金属酸化物の量が0.5質量部以上10質量部以下となる質量比で分取して混合装置に投入する工程(工程S203)と、混合装置によってこれらを混合および撹拌する工程(工程S204)とを含む。
2. The manufacturing method of a powder material This embodiment concerns on the manufacturing method of the said powder material. As shown in the flowchart of FIG. 2, the manufacturing method according to the present embodiment includes a step of producing particles containing a thermoplastic resin having an average particle diameter of 1 μm or more and 100 μm or less (step S201), and a volume larger than that of the thermoplastic resin. The step of preparing fine particles containing a metal oxide having a low resistivity (step S202), and the amount of the metal oxide with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin is 0.5 parts by mass or more and 10 parts by mass or less. The process of fractionating by mass ratio and putting in a mixing apparatus (process S203), and the process of mixing and stirring these by a mixing apparatus (process S204) are included.

2−1.熱可塑性樹脂を含む粒子を作製する工程(工程S201)
上記熱可塑性樹脂は、粉末材料から製造しようとする立体造形物に所望の特性を付与できるものであればよい。上記熱可塑性樹脂の例には、上述した粉末材料の母粒子が含み得る熱可塑性樹脂が含まれる。
2-1. Step of producing particles containing thermoplastic resin (step S201)
The said thermoplastic resin should just be what can provide a desired characteristic to the three-dimensional molded item which it is going to manufacture from a powder material. Examples of the thermoplastic resin include thermoplastic resins that can be included in the above-mentioned powder material base particles.

上記平均粒子径を有する、熱可塑性樹脂を含む粒子は、機械的粉砕法および湿式法を含む公知の方法で作製してもよいし、市販のものを用いてもよい。   The particles containing the thermoplastic resin having the average particle diameter may be produced by a known method including a mechanical pulverization method and a wet method, or commercially available ones may be used.

機械的粉砕法では、たとえば、熱可塑性樹脂を機械的に粉砕して、目的の平均粒子径を有する粒子を作製する。機械的粉砕法によれば、たとえば、以下の方法で熱可塑性樹脂を含む粒子を作製することができる。   In the mechanical pulverization method, for example, a thermoplastic resin is mechanically pulverized to produce particles having a target average particle diameter. According to the mechanical grinding method, for example, particles containing a thermoplastic resin can be produced by the following method.

熱可塑性樹脂は、凍結させてから粉砕してもよいし、常温のままで粉砕してもよい。機械的粉砕法は、熱可塑性樹脂を粉砕するための公知の装置によって行うことができる。このような装置の例には、ハンマーミル、ジェットミル、ボールミル、インペラーミル、カッターミル、ピンミルおよび2軸クラッシャーなどが含まれる。なお、機械的粉砕法では、粉砕時に熱可塑性樹脂から発せられる摩擦熱によって、熱可塑性樹脂同士が融着し、所望の粒子径の粒子が得られない場合がある。そのため、液体窒素等を用いて熱可塑性樹脂を冷却し、かつ脆化させたうえで、破砕することが好ましい。   The thermoplastic resin may be frozen and then pulverized, or may be pulverized at room temperature. The mechanical pulverization method can be performed by a known apparatus for pulverizing a thermoplastic resin. Examples of such devices include hammer mills, jet mills, ball mills, impeller mills, cutter mills, pin mills, and biaxial crushers. In the mechanical pulverization method, the thermoplastic resin may be fused by frictional heat generated from the thermoplastic resin during pulverization, and particles having a desired particle size may not be obtained. Therefore, it is preferable that the thermoplastic resin is cooled and brittle using liquid nitrogen or the like and then crushed.

機械的粉砕法によれば、熱可塑性樹脂に対する溶媒の量、または粉砕の方法もしくは速度などを適宜調節することで、作製される粒子の平均粒子径を所望の範囲に調整することができる。   According to the mechanical pulverization method, the average particle diameter of the particles to be produced can be adjusted to a desired range by appropriately adjusting the amount of the solvent for the thermoplastic resin or the pulverization method or speed.

湿式法では、たとえば、界面活性剤などによって熱可塑性樹脂を分散させた分散液を乾燥させて、目的の平均粒子径を有する粒子を得る。湿式法によれば、たとえば、以下の方法で熱可塑性樹脂を含む粒子を作製することができる。   In the wet method, for example, a dispersion liquid in which a thermoplastic resin is dispersed with a surfactant or the like is dried to obtain particles having a target average particle diameter. According to the wet method, for example, particles containing a thermoplastic resin can be produced by the following method.

(湿式法による、熱可塑性樹脂を含む粒子の作製方法の例)
10質量部の熱可塑性樹脂を100質量部の有機溶媒に溶解させて、樹脂溶解液を得る。2000質量部の水に100質量部の非イオン性界面活性剤(たとえば、花王株式会社製、エマノーンC−25(「エマノーン」は同社の登録商標)など)を溶解させた液体中に、上記樹脂溶解液を投入して超音波処理を10分行い、樹脂分散液を得る。上記樹脂分散液をエバポレーターに投入して、減圧して有機溶剤を除去した後、減圧濾過して、樹脂粉末を得る。
(Example of method for producing particles containing thermoplastic resin by wet method)
10 parts by mass of a thermoplastic resin is dissolved in 100 parts by mass of an organic solvent to obtain a resin solution. In a liquid obtained by dissolving 100 parts by mass of a nonionic surfactant (for example, Emanon C-25 manufactured by Kao Corporation (“Emanon” is a registered trademark of the company)) in 2000 parts by mass of water, the above resin is used. The solution is added and sonication is performed for 10 minutes to obtain a resin dispersion. The resin dispersion is put into an evaporator and the pressure is reduced to remove the organic solvent, followed by filtration under reduced pressure to obtain a resin powder.

湿式法によれば、樹脂、界面活性剤および分散液の量比などを適宜調節することで、作製される粒子の平均粒子径を所望の範囲に調整することができる。   According to the wet method, the average particle diameter of the produced particles can be adjusted to a desired range by appropriately adjusting the amount ratio of the resin, the surfactant and the dispersion.

なお、上述した理由により、母粒子の平均粒子径は、5μm以上70μm以下であることがより好ましく、20μm以上60μm以下であることがさらに好ましい   For the reasons described above, the average particle diameter of the mother particles is more preferably 5 μm or more and 70 μm or less, and further preferably 20 μm or more and 60 μm or less.

2−2.金属酸化物を含む微粒子を準備する工程(工程S202)
上記金属酸化物を含む微粒子は、アトマイズ法を含む公知の方法で作製してもよいし、市販のものを用いてもよい。
2-2. Step of preparing fine particles containing metal oxide (step S202)
The fine particles containing the metal oxide may be produced by a known method including an atomizing method, or a commercially available one may be used.

上記金属酸化物は、上記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低いものであればよい。上記金属酸化物の例には、上述した粉末材料の子粒子が含み得る金属酸化物が含まれる。   The metal oxide only needs to have a volume resistivity lower than that of the thermoplastic resin. Examples of the metal oxide include a metal oxide that can be contained in the child particles of the powder material described above.

上記金属酸化物の体積抵抗率は、熱可塑性樹脂の体積抵抗率の1/10以下であることが好ましく、1/100以下であることがより好ましい。   The volume resistivity of the metal oxide is preferably 1/10 or less and more preferably 1/100 or less of the volume resistivity of the thermoplastic resin.

上記金属酸化物を含む微粒子の平均粒子径は、たとえば、10nm以上500nm以下とすることができる。前記子粒子について上述した理由により、金属酸化物を含む微粒子の平均粒子径は、10nm以上100nm以下であることが好ましく、10nm以上55nm以下であることがより好ましい   The average particle diameter of the fine particles containing the metal oxide can be, for example, 10 nm or more and 500 nm or less. For the reason described above with respect to the child particles, the average particle size of the fine particles containing a metal oxide is preferably 10 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 55 nm or less.

2−3.混合および撹拌(工程S203、S204)
上記熱可塑性樹脂を含む粒子および金属酸化物を含む微粒子は、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対する前記金属酸化物の量が0.5質量部以上10質量部以下となる質量比で混合装置の内部に投入され、混合および撹拌される。
2-3. Mixing and stirring (steps S203 and S204)
The particles containing the thermoplastic resin and the fine particles containing the metal oxide are mixed at a mass ratio such that the amount of the metal oxide with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin is 0.5 parts by mass or more and 10 parts by mass or less. It is put inside and mixed and stirred.

本実施形態においては、混合装置で上記熱可塑性樹脂を含む粒子および金属酸化物を含む微粒子を混合および撹拌することで、熱可塑性樹脂を含む粒子と金属酸化物を含む微粒子とを、前記残存率が20質量%以上となるように固着させることができる。これは、装置により機械的に混合および撹拌することで、熱可塑性樹脂を含む粒子の表面に金属酸化物を含む微粒子を強い物理的力で埋め込むことが可能となり、熱可塑性樹脂を含む粒子への金属酸化物を含む微粒子の固着率が高まったためと考えられる。これに対し、特許文献1に記載されているように単に両者を入れた袋を振とうするのみでは、前記残存率を20質量%以上とすることは困難である。   In this embodiment, by mixing and stirring the particles containing the thermoplastic resin and the fine particles containing the metal oxide with a mixing device, the particles containing the thermoplastic resin and the fine particles containing the metal oxide are mixed with the residual rate. Can be fixed so as to be 20% by mass or more. By mechanically mixing and stirring with an apparatus, it becomes possible to embed fine particles containing a metal oxide in the surface of particles containing a thermoplastic resin with a strong physical force. This is probably because the adhesion rate of the fine particles containing the metal oxide has increased. On the other hand, as described in Patent Document 1, it is difficult to make the residual ratio 20% by mass or more simply by shaking a bag containing both.

混合装置の例には、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、タービュラーミキサーおよびハイブリダイザーなどが含まれる。これらの混合装置は、粉末材料を作製する際の要求に応じて、任意に選択することができる。たとえば、より多量の粉末材料を一度に作製するときは、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサーおよびタービュラーミキサーなどが好ましく、同時に上記残存率より高めたいときは、ヘンシェルミキサーなどの撹拌羽根を有する混合装置が好ましい。上記撹拌羽根を有する混合装置を用いるときは、混合時間を長くしたり、撹拌羽根の周速を速くしたりすることで、上記残存率を有する粉末材料を容易に製造することが可能である。また、上記残存率をより高めたいときや、より短時間で粉末材料を作製したいときは、ハイブリダイザーなどの、より強い力で混合できる混合装置が好ましい。   Examples of the mixing device include a Henschel mixer, a Nauter mixer, a Turbuler mixer, a hybridizer, and the like. These mixing apparatuses can be arbitrarily selected according to the requirements for producing the powder material. For example, when producing a larger amount of powder material at once, a Henschel mixer, a Nauter mixer, a turbuler mixer, etc. are preferable, and when it is desired to increase the residual rate at the same time, a mixing apparatus having stirring blades such as a Henschel mixer is preferable. . When using the mixing device having the stirring blade, it is possible to easily produce the powder material having the residual ratio by increasing the mixing time or increasing the peripheral speed of the stirring blade. Moreover, when it is desired to further increase the residual rate or to produce a powder material in a shorter time, a mixing apparatus capable of mixing with a stronger force such as a hybridizer is preferable.

前記残存率が20質量%以上である粉末材料を得るための混合および撹拌の強度および時間は、用いる材料や混合装置の種類などによって異なるが、本発明者の知見によれば、混合装置を用いて混合および撹拌を行う通常の設定によって、両者を上記十分な強度で固着させることができる。上記撹拌の強度は、たとえば、ヘンシェルミキサーであれば25m/s以上55m/s以下であることが好ましく、30m/s以上45m/s以下であることがより好ましい。また、上記撹拌の強度は、たとえば、ハイブリダイザーであれば8000rpm以上16300rpm以下であることが好ましく、12000rpm以上16300rpm以下であることがより好ましい。上記混合および撹拌の強度および時間は、たとえば、ヘンシェルミキサーであればそれぞれ周速40m/sおよび20分とすることができ、ハイブリダイザーであればそれぞれ回転数16000rpmおよび5分とすることができる。   The strength and time of mixing and stirring for obtaining a powder material having a residual ratio of 20% by mass or more vary depending on the material used, the type of mixing device, etc., but according to the knowledge of the present inventors, a mixing device is used. Both can be fixed with sufficient strength by the usual setting for mixing and stirring. For example, in the case of a Henschel mixer, the stirring intensity is preferably 25 m / s or more and 55 m / s or less, and more preferably 30 m / s or more and 45 m / s or less. In addition, for example, in the case of a hybridizer, the stirring intensity is preferably 8000 rpm to 16300 rpm, more preferably 12000 rpm to 16300 rpm. The intensity and time of the mixing and stirring can be set to, for example, a peripheral speed of 40 m / s and 20 minutes, respectively, in the case of a Henschel mixer, and can be set to 16000 rpm and 5 minutes, respectively, in the case of a hybridizer.

粉末材料が熱可塑性樹脂を含む粒子または金属酸化物を含む微粒子以外の材料を含むとき、上記熱可塑性樹脂を含む粒子および金属酸化物を含む微粒子と、上記その他の材料とは、一括で撹拌および混合してもよいし、上記その他の材料の種類に応じて複数回に分けて撹拌および混合してもよい。   When the powder material contains a material other than particles containing a thermoplastic resin or fine particles containing a metal oxide, the particles containing the thermoplastic resin and the fine particles containing a metal oxide and the other materials are stirred and They may be mixed, or may be stirred and mixed in a plurality of times depending on the types of the other materials.

3.立体造形物の製造方法
本実施形態は、前記粉末材料を用いる、立体造形物の製造方法に係る。本実施形態に係る方法は、前記粉末材料を用いるほかは、通常の粉末床溶融結合法と同様に行い得る。具体的には、本実施形態に係る方法は、(1)前記粉末材料の薄層を形成する工程と、(2)予備加熱された薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記粉末材料に含まれる複合粒子が溶融結合してなる造形物層を形成する工程と、(3)工程(1)および工程(2)をこの順に複数回繰り返し、前記造形物層を積層する工程、とを含む。工程(2)により、立体造形物を構成する造形物層のひとつが形成され、さらに工程(3)で工程(1)および工程(2)を繰り返し行うことで、立体造形物の次の層が積層されていき、最終的な立体造形物が製造される。本実施形態に係る製造方法は、(4)形成された粉末材料の薄層を予備加熱する工程を、少なくとも工程(2)よりも以前にさらに含んでいてもよい。
3. The manufacturing method of a three-dimensional molded item This embodiment concerns on the manufacturing method of the three-dimensional molded item using the said powder material. The method according to the present embodiment can be performed in the same manner as the ordinary powder bed fusion bonding method, except that the powder material is used. Specifically, the method according to the present embodiment includes (1) a step of forming a thin layer of the powder material, and (2) selectively irradiating the preheated thin layer with laser light, thereby A step of forming a shaped article layer formed by fusion bonding of composite particles contained in the material, and a step of (3) repeating the step (1) and the step (2) a plurality of times in this order, and laminating the shaped article layer, and including. By the step (2), one of the three-dimensional objects constituting the three-dimensional object is formed, and the next layer of the three-dimensional object is further performed by repeating the steps (1) and (2) in the step (3). It is laminated and the final three-dimensional model is manufactured. The manufacturing method according to this embodiment may further include (4) a step of preheating the thin layer of the formed powder material at least before step (2).

3−1.粉末材料からなる薄層を形成する工程(工程(1))
本工程では、前記粉末材料の薄層を形成する。 たとえば、粉末供給部から供給された前記粉末材料を、リコータによって造形ステージ上に平らに敷き詰める。薄層は、造形ステージ上に直接形成してもよいし、すでに敷き詰められている粉末材料またはすでに形成されている造形物層の上に接するように形成してもよい。
3-1. Step of forming a thin layer made of a powder material (step (1))
In this step, a thin layer of the powder material is formed. For example, the powder material supplied from the powder supply unit is laid flat on a modeling stage by a recoater. The thin layer may be formed directly on the modeling stage, or may be formed so as to be in contact with the already spread powder material or the already formed modeling layer.

薄層の厚さは、造形物層の厚さに準じて設定できる。薄層の厚さは、製造しようとする立体造形物の精度に応じて任意に設定することができるが、通常、0.01mm以上0.30mm以下である。薄層の厚さを0.01mm以上とすることで、次の層を形成するためのレーザ照射によって下の層の複合粒子が溶融結合したり、下の層の造形層が再溶融したりすることを防ぐことができる。薄層の厚さを0.30mm以下とすることで、レーザのエネルギーを薄層の下部まで伝導させて、薄層を構成する粉末材料に含まれる複合粒子を、厚み方向の全体にわたって十分に溶融結合させることができる。前記観点からは、薄層の厚さは0.01mm以上0.10mm以下であることがより好ましい。また、薄層の厚み方向の全体にわたってより十分に複合粒子を溶融結合させ、積層間の割れをより生じにくくする観点からは、薄層の厚さは、後述するレーザのビームスポット径との差が0.10mm以内になるよう設定することが好ましい。   The thickness of the thin layer can be set according to the thickness of the shaped article layer. Although the thickness of a thin layer can be arbitrarily set according to the precision of the three-dimensional molded item to manufacture, it is 0.01 mm or more and 0.30 mm or less normally. By setting the thickness of the thin layer to 0.01 mm or more, the composite particles of the lower layer are melt-bonded or the modeling layer of the lower layer is re-melted by laser irradiation for forming the next layer. Can be prevented. By making the thickness of the thin layer 0.30 mm or less, the laser energy is conducted to the lower part of the thin layer, and the composite particles contained in the powder material constituting the thin layer are sufficiently melted throughout the thickness direction. Can be combined. From the above viewpoint, the thickness of the thin layer is more preferably 0.01 mm or more and 0.10 mm or less. In addition, from the viewpoint of more fully melting and bonding the composite particles throughout the thickness direction of the thin layer and making cracks between the layers less likely to occur, the thickness of the thin layer is different from the laser beam spot diameter described later. Is preferably set to be within 0.10 mm.

3−2.複合粒子が溶融結合してなる造形物層を形成する工程(工程(2))
本工程では、形成された薄層のうち、造形物層を形成すべき位置にレーザを選択的に照射し、照射された位置の複合粒子を溶融結合させる。これにより、隣接する複合粒子が溶融し合って溶融結合体を形成し、造形物層となる。このとき、レーザのエネルギーを受け取った複合粒子は、すでに形成された層とも溶融結合するため、隣り合う層間の接着も生じる。
3-2. A step of forming a shaped article layer formed by fusion bonding of composite particles (step (2))
In this step, a laser is selectively irradiated to the position where the shaped article layer is to be formed in the formed thin layer, and the composite particles at the irradiated position are melt-bonded. Thereby, adjacent composite particles are melted together to form a melt-bonded body, thereby forming a shaped article layer. At this time, the composite particles that have received the energy of the laser are also melt-bonded to the already formed layer, so that adhesion between adjacent layers also occurs.

レーザの波長は、前記熱可塑性樹脂が吸収する範囲内で設定すればよい。このとき、レーザの波長と、熱可塑性樹脂の吸収率が最も高くなる波長との差が小さくなるようにすることが好ましいが、樹脂は様々な波長域の光を吸収し得るので、COレーザ等の波長帯域の広いレーザを用いることが好ましい。たとえば、レーザの波長は、0.8μm以上12μm以下であることが好ましい。 What is necessary is just to set the wavelength of a laser within the range which the said thermoplastic resin absorbs. At this time, it is preferable to reduce the difference between the wavelength of the laser and the wavelength at which the absorption rate of the thermoplastic resin is highest. However, since the resin can absorb light in various wavelength regions, the CO 2 laser It is preferable to use a laser having a wide wavelength band. For example, the wavelength of the laser is preferably 0.8 μm or more and 12 μm or less.

たとえば、レーザの出力時のパワーは、後述するレーザの走査速度において、前記熱可塑性樹脂が十分に溶融結合する範囲内で設定すればよく、具体的には、5.0W以上60W以下とすることができる。レーザのエネルギーを低くして、製造コストを低くし、かつ、製造装置の構成を簡易なものにする観点からは、レーザの出力時のパワーは30W以下であることが好ましく、20W以下であることがより好ましい。   For example, the power at the time of laser output may be set within a range where the thermoplastic resin is sufficiently melt-bonded at the laser scanning speed described later, and specifically, it is set to 5.0 W or more and 60 W or less. Can do. From the viewpoint of lowering the laser energy, lowering the manufacturing cost, and simplifying the configuration of the manufacturing apparatus, the power at the time of laser output is preferably 30 W or less, and 20 W or less. Is more preferable.

レーザの走査速度は、製造コストを高めず、かつ、装置構成を過剰に複雑にしない範囲内で設定すればよい。具体的には、1mm/秒以上100mm/秒以下とすることが好ましく、1mm/秒以上80mm/秒以下とすることがより好ましく、2mm/秒以上80mm/秒以下とすることがさらに好ましく、3mm/秒以上80mm/秒以下とすることがさらに好ましく、3mm/秒以上50mm/秒以下とすることがさらに好ましい。   The laser scanning speed may be set within a range that does not increase the manufacturing cost and does not excessively complicate the apparatus configuration. Specifically, it is preferably 1 mm / second to 100 mm / second, more preferably 1 mm / second to 80 mm / second, further preferably 2 mm / second to 80 mm / second, and more preferably 3 mm. / Mm or more and 80 mm / second or less is more preferable, and 3 mm / second or more and 50 mm / second or less is further preferable.

レーザのビーム径は、製造しようとする立体造形物の精度に応じて適宜設定することができる。   The beam diameter of the laser can be appropriately set according to the accuracy of the three-dimensional structure to be manufactured.

3−3.造形物層を積層する工程(工程(3))
本工程では、工程(1)および工程(2)を繰り返して、工程(2)によって形成される造形物層を積層する。造形物層を積層していくことで、所望の立体造形物が製造される。
3-3. The process of laminating a model object layer (process (3))
In this step, the step (1) and the step (2) are repeated to laminate the shaped article layer formed by the step (2). A desired three-dimensional modeled object is manufactured by laminating the modeled object layers.

3−4.形成された粉末材料の薄層を予備加熱する工程(工程(4))
本工程では、工程(2)よりも以前に、粉末材料による薄層を予備加熱する。たとえば、ヒータ等により、薄層の表面を熱可塑性樹脂の融点よりも15℃以下、好ましくは5℃以下に加熱することができる。
3-4. A step of preheating the thin layer of the formed powder material (step (4))
In this step, the thin layer of the powder material is preheated prior to step (2). For example, the surface of the thin layer can be heated to 15 ° C. or lower, preferably 5 ° C. or lower, from the melting point of the thermoplastic resin by a heater or the like.

3−5.その他
溶融結合中の複合粒子の酸化等による、立体造形物の強度の低下を防ぐ観点からは、少なくとも工程(2)は減圧下または不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。減圧するときの圧力は10−2Pa以下であることが好ましく、10−3Pa以下であることがより好ましい。本実施形態で使用することができる不活性ガスの例には、窒素ガスおよび希ガスが含まれる。これらの不活性ガスのうち、入手の容易さの観点からは、窒素(N)ガス、ヘリウム(He)ガスまたはアルゴン(Ar)ガスが好ましい。製造工程を簡略化する観点からは、工程(1)〜工程(3)のすべて(工程(4)を含むときは、工程(1)〜工程(4)のすべて)を減圧下または不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
3-5. Other From the viewpoint of preventing the strength of the three-dimensional structure from being lowered due to oxidation of the composite particles during fusion bonding, at least step (2) is preferably performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere. The pressure when reducing the pressure is preferably 10 −2 Pa or less, and more preferably 10 −3 Pa or less. Examples of the inert gas that can be used in the present embodiment include nitrogen gas and rare gas. Among these inert gases, nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, or argon (Ar) gas is preferable from the viewpoint of availability. From the viewpoint of simplifying the production process, all of the steps (1) to (3) (when including the step (4), all of the steps (1) to (4)) are performed under reduced pressure or an inert gas. It is preferable to carry out in an atmosphere.

4.立体造形装置
本実施形態は、前記粉末材料を用いて、立体造形物を製造する装置に係る。本実施形態に係る装置は、前記粉末材料を用いるほかは、粉末床溶融結合法による立体造形物の製造を行う公知の装置と同様の構成とし得る。具体的には、本実施形態に係る立体造形装置300は、その構成を概略的に示す側面図である図3に記載のように、開口内に位置する造形ステージ310、複合粒子を含む粉末材料の薄膜を前記造形ステージ上に形成する薄膜形成部320、薄膜にレーザを照射して、前記複合粒子が溶融結合してなる造形物層を形成するレーザ照射部330、および鉛直方向の位置を可変に造形ステージ310を支持するステージ支持部340、上記各部を支持するベース345を備える。
4). Three-dimensional modeling apparatus This embodiment concerns on the apparatus which manufactures a three-dimensional molded item using the said powder material. The apparatus which concerns on this embodiment can be set as the structure similar to the well-known apparatus which manufactures the three-dimensional molded item by the powder bed melt-bonding method except using the said powder material. Specifically, as shown in FIG. 3 which is a side view schematically showing the configuration of the three-dimensional modeling apparatus 300 according to the present embodiment, the modeling stage 310 located in the opening, the powder material including the composite particles A thin film forming section 320 for forming a thin film on the modeling stage, a laser irradiation section 330 for irradiating the thin film with a laser to form a model layer formed by fusion bonding of the composite particles, and a variable position in the vertical direction Are provided with a stage support part 340 for supporting the modeling stage 310 and a base 345 for supporting the above-mentioned parts.

立体造形装置300は、その制御系の主要部を示す図4に記載のように、薄膜形成部320、レーザ照射部330およびステージ支持部340を制御して、前記造形物層を繰り返し形成させて積層させる制御部350、各種情報を表示するための表示部360、ユーザーからの指示を受け付けるためのポインティングデバイス等を含む操作部370、制御部350の実行する制御プログラムを含む各種の情報を記憶する記憶部380、ならびに外部機器との間で立体造形データ等の各種情報を送受信するためのインターフェース等を含むデータ入力部390を備えてもよい。立体造形装置300には、立体造形用のデータを生成するためのコンピュータ装置400が接続されてもよい。   As shown in FIG. 4 showing the main part of the control system, the three-dimensional modeling apparatus 300 controls the thin film forming unit 320, the laser irradiation unit 330, and the stage support unit 340 to repeatedly form the modeled object layer. A control unit 350 to be stacked, a display unit 360 for displaying various types of information, an operation unit 370 including a pointing device for receiving instructions from a user, and various types of information including a control program executed by the control unit 350 are stored. You may provide the data input part 390 containing the interface etc. for transmitting / receiving various information, such as 3D modeling data, with the memory | storage part 380 and an external device. The three-dimensional modeling apparatus 300 may be connected to a computer device 400 for generating data for three-dimensional modeling.

造形ステージ310には、薄膜形成部320による薄層の形成およびレーザ照射部330によるレーザの照射によって造形材層が形成され、この造形材層が積層されることにより、立体造形物が造形される。   On the modeling stage 310, a modeling material layer is formed by forming a thin layer by the thin film forming unit 320 and irradiating the laser by the laser irradiation unit 330, and the modeling material layer is laminated to form a three-dimensional modeled object. .

薄膜形成部320は、たとえば、造形ステージ310が昇降する開口の縁部と、水平方向にほぼ同一平面上にその縁部がある開口、開口から鉛直方向下方に延在する粉末材料収納部、および粉末材料収納部の底部に設けられ開口内を昇降する供給ピストンを備える粉末供給部321、ならびに供給された粉末材料を造形ステージ310上に平らに敷き詰めて、粉末材料の薄層を形成するリコータ322aを備えた構成とすることができる。   The thin film forming unit 320 includes, for example, an edge of an opening on which the modeling stage 310 moves up and down, an opening having the edge on the substantially same plane in the horizontal direction, a powder material storage unit extending vertically downward from the opening, and A powder supply unit 321 provided at the bottom of the powder material storage unit and provided with a supply piston that moves up and down in the opening, and a recoater 322a that lays the supplied powder material flat on the modeling stage 310 to form a thin layer of powder material It can be set as the structure provided with.

なお、粉末供給部321は、造形ステージ310に対して鉛直方向上方に設けられた粉末材料収納部、およびノズルを備えて、前記造形ステージと水平方向に同一の平面上に、粉末材料を吐出する構成としてもよい。   The powder supply unit 321 includes a powder material storage unit and a nozzle provided vertically above the modeling stage 310, and discharges the powder material on the same plane as the modeling stage. It is good also as a structure.

レーザ照射部330は、レーザ光源331およびガルバノミラー332aを含む。レーザ照射部330は、レーザの焦点距離を薄層の表面にあわせるためのレンズ(不図示)を備えていてもよい。 レーザ光源331は、前記波長のレーザを、前記出力で出射する光源であればよい。レーザ光源331の例には、YAGレーザ光源、ファイバレーザ光源およびCOレーザ光源が含まれる。ガルバノミラー332aは、レーザ光源331から出射されたレーザを反射してレーザをX方向に走査するXミラーおよびY方向に走査するYミラーから構成されてもよい。 The laser irradiation unit 330 includes a laser light source 331 and a galvanometer mirror 332a. The laser irradiation unit 330 may include a lens (not shown) for adjusting the focal length of the laser to the surface of the thin layer. The laser light source 331 may be a light source that emits the laser having the wavelength with the output. Examples of the laser light source 331 include a YAG laser light source, a fiber laser light source, and a CO 2 laser light source. The galvano mirror 332a may include an X mirror that reflects the laser emitted from the laser light source 331 and scans the laser in the X direction and a Y mirror that scans in the Y direction.

ステージ支持部340は、造形ステージ310を、その鉛直方向の位置を可変に支持する。すなわち、造形ステージ310は、ステージ支持部340によって鉛直方向に精密に移動可能に構成されている。ステージ支持部340としては、種々の構成を採用できるが、例えば、造形ステージ310を保持する保持部材と、この保持部材を鉛直方向に案内するガイド部材と、ガイド部材に設けられたねじ孔に係合するボールねじ等で構成することができる。   The stage support unit 340 supports the modeling stage 310 variably in the position in the vertical direction. That is, the modeling stage 310 is configured to be precisely movable in the vertical direction by the stage support 340. Various configurations can be adopted as the stage support unit 340. For example, the stage support unit 340 is related to a holding member that holds the modeling stage 310, a guide member that guides the holding member in the vertical direction, and a screw hole provided in the guide member. It can be constituted by a ball screw or the like to be combined.

制御部350は、立体造形物の造形動作中、立体造形装置300全体の動作を制御する。   The controller 350 controls the overall operation of the 3D modeling apparatus 300 during the modeling operation of the 3D model.

また、制御部350は、中央処理装置等のハードウェアプロセッサを含んでおり、たとえばデータ入力部390がコンピュータ装置400から取得した立体造形データを、造形材層の積層方向について薄く切った複数のスライスデータに変換するよう構成されてもよい。スライスデータは、立体造形物を造形するための各造形材層の造形データである。スライスデータの厚み、すなわち造形材層の厚みは、造形材層の一層分の厚さに応じた距離(積層ピッチ)と一致する。   In addition, the control unit 350 includes a hardware processor such as a central processing unit. For example, a plurality of slices obtained by thinly cutting the 3D modeling data acquired from the computer device 400 by the data input unit 390 in the stacking direction of the modeling material layers It may be configured to convert to data. Slice data is modeling data of each modeling material layer for modeling a three-dimensional modeled object. The thickness of the slice data, that is, the thickness of the modeling material layer coincides with the distance (lamination pitch) corresponding to the thickness of one layer of the modeling material layer.

表示部360は、たとえば液晶ディスプレイ、モニタとすることができる。   Display unit 360 can be, for example, a liquid crystal display or a monitor.

操作部370は、たとえばキーボードやマウスなどのポインティングデバイスを含むものとすることができ、テンキー、実行キー、スタートキー等の各種操作キーを備えてもよい。   The operation unit 370 may include a pointing device such as a keyboard and a mouse, and may include various operation keys such as a numeric keypad, an execution key, and a start key.

記憶部380は、たとえばROM、RAM、磁気ディスク、HDD、SSD等の各種の記憶媒体を含むものとすることができる。   The storage unit 380 can include various storage media such as a ROM, a RAM, a magnetic disk, an HDD, and an SSD.

立体造形装置300は、制御部350の制御を受けて、装置内を減圧する、減圧ポンプなどの減圧部(不図示)、または、制御部350の制御を受けて、不活性ガスを装置内に供給する、不活性ガス供給部(不図示)を備えていてもよい。また、立体造形装置300は、制御部350の制御を受けて、装置内、特には粉末材料による薄層の上面を加熱するヒータ(不図示)を備えていてもよい。   The three-dimensional modeling apparatus 300 receives the control of the control unit 350 and depressurizes the inside of the apparatus. The decompression unit (not shown) such as a decompression pump or the control unit 350 controls the inert gas into the apparatus. You may provide the inert gas supply part (not shown) to supply. The three-dimensional modeling apparatus 300 may include a heater (not shown) that heats the inside of the apparatus, in particular, the upper surface of a thin layer made of a powder material, under the control of the control unit 350.

4−1.立体造形装置300を用いた立体造形の例
制御部350は、データ入力部390がコンピュータ装置400から取得した立体造形データを、造形材層の積層方向について薄く切った複数のスライスデータに変換する。その後、制御部350は、立体造形装置300における以下の動作の制御を行う。
4-1. Example of 3D modeling using 3D modeling apparatus 300 The control unit 350 converts the 3D modeling data acquired from the computer apparatus 400 by the data input unit 390 into a plurality of slice data sliced in the stacking direction of the modeling material layer. Thereafter, the control unit 350 controls the following operations in the three-dimensional modeling apparatus 300.

粉末供給部321は、制御部350から出力された供給情報に従って、モーターおよび駆動機構(いずれも不図示)を駆動し、供給ピストンを鉛直方向上方(図中矢印方向)に移動させ、前記造形ステージと水平方向同一平面上に、粉末材料を押し出す。   The powder supply unit 321 drives a motor and a drive mechanism (both not shown) according to the supply information output from the control unit 350, moves the supply piston upward in the vertical direction (arrow direction in the drawing), and the modeling stage And extrude the powder material on the same horizontal plane.

その後、リコータ駆動部322は、制御部350から出力された薄膜形成情報に従って水平方向(図中矢印方向)にリコータ322aを移動して、粉末材料を造形ステージ310に運搬し、かつ、薄層の厚さが造形物層の1層分の厚さとなるように粉末材料を押圧する。   Thereafter, the recoater driving unit 322 moves the recoater 322a in the horizontal direction (arrow direction in the figure) according to the thin film formation information output from the control unit 350, conveys the powder material to the modeling stage 310, and the thin layer The powder material is pressed so that the thickness becomes the thickness of one layer of the shaped article layer.

その後、レーザ照射部330は、制御部350から出力されたレーザ照射情報に従って、薄膜上の、各スライスデータにおける立体造形物を構成する領域に適合して、レーザ光源331からレーザを出射し、ガルバノミラー駆動部332によりガルバノミラー332aを駆動してレーザを走査する。レーザの照射によって粉末材料に含まれる複合粒子が溶融結合し、造形物層が形成される。   Thereafter, the laser irradiation unit 330 emits a laser beam from the laser light source 331 in accordance with the laser irradiation information output from the control unit 350, conforming to the region constituting the three-dimensional structure in each slice data on the thin film, and the galvano The mirror driving unit 332 drives the galvanometer mirror 332a to scan the laser. The composite particles contained in the powder material are melt-bonded by laser irradiation, and a shaped article layer is formed.

その後、ステージ支持部340は、制御部350から出力された位置制御情報に従って、モーターおよび駆動機構(いずれも不図示)を駆動し、造形ステージ310を、積層ピッチだけ鉛直方向下方(図中矢印方向)に移動する。   Thereafter, the stage support unit 340 drives a motor and a drive mechanism (both not shown) according to the position control information output from the control unit 350, and moves the modeling stage 310 vertically downward (arrow direction in the figure) by the stacking pitch. )

表示部360は、必要に応じて、制御部350の制御を受けて、ユーザーに認識させるべき各種の情報やメッセージを表示する。操作部370は、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、その入力操作に応じた操作信号を制御部350に出力する。たとえば、形成される仮想の立体造形物を表示部360に表示して所望の形状が形成されるか否かを確認し、所望の形状が形成されない場合は、操作部370から修正を加えてもよい。   The display unit 360 displays various information and messages that should be recognized by the user under the control of the control unit 350 as necessary. The operation unit 370 receives various input operations by the user and outputs an operation signal corresponding to the input operation to the control unit 350. For example, a virtual three-dimensional model to be formed is displayed on the display unit 360 to check whether or not a desired shape is formed. If the desired shape is not formed, the operation unit 370 may be modified. Good.

制御部350は、必要に応じて、記憶部380へのデータの格納または記憶部380からのデータの引き出しを行う。   The control unit 350 stores data in the storage unit 380 or extracts data from the storage unit 380 as necessary.

これらの動作を繰り返すことで、造形物層が積層され、立体造形物が製造される。   By repeating these operations, the modeled object layer is laminated and a three-dimensional modeled object is manufactured.

以下において、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、これらの実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。   In the following, specific examples of the present invention will be described. These examples do not limit the scope of the present invention.

1.粉末材料の作製
1−1.熱可塑性樹脂を含む粒子の作製
以下の手順で、熱可塑性樹脂を含む粒子を作製した。
1. 1. Production of powder material 1-1. Production of Particles Containing Thermoplastic Resin Particles containing a thermoplastic resin were produced by the following procedure.

住化スタイロンポリカーボネート株式会社製カリバー301−4を機械的粉砕法で平均粒子径50μmに処理して、ポリカーボネートを含む粒子(以下、単に「ポリカーボネート」ともいう。)を得た。上記ポリカーボネートの体積抵抗率は1×1015Ω・cmより大きく1×1016Ω・cm以下だった。 Caliber 301-4 manufactured by Sumika Stylon Polycarbonate Co., Ltd. was processed to a mean particle size of 50 μm by a mechanical pulverization method to obtain particles containing polycarbonate (hereinafter also simply referred to as “polycarbonate”). The volume resistivity of the polycarbonate was larger than 1 × 10 15 Ω · cm and not more than 1 × 10 16 Ω · cm.

宇部丸善ポリエチレン株式会社製UBEポリエチレンF022NH(「UBE ポリエチレン」は同社の登録商標)を機械的粉砕法で平均粒子径50μmに処理して、ポリエチレンを含む粒子(以下、単に「ポリエチレン」ともいう。)を得た。上記ポリエチレンの体積抵抗率は1×1016Ω・cmより大きく1×1019Ω・cm以下だった。 UBE polyethylene F022NH manufactured by Ube Maruzen Polyethylene Co., Ltd. (“UBE polyethylene” is a registered trademark of the company) is processed to a mean particle size of 50 μm by a mechanical pulverization method, and particles containing polyethylene (hereinafter simply referred to as “polyethylene”) Got. The volume resistivity of the polyethylene was more than 1 × 10 16 Ω · cm and not more than 1 × 10 19 Ω · cm.

東レ株式会社製アラミンCM1001を機械的粉砕法で平均粒子径50μmに処理して、ナイロン6を含む粒子(以下、単に「ナイロン6」ともいう。)を得た。上記ナイロン6の体積抵抗率は1×1013Ω・cmより大きく1×1014Ω・cm以下だった。 Alamin CM1001 manufactured by Toray Industries, Inc. was processed by mechanical pulverization to an average particle size of 50 μm to obtain particles containing nylon 6 (hereinafter also simply referred to as “nylon 6”). The volume resistivity of the nylon 6 was greater than 1 × 10 13 Ω · cm and 1 × 10 14 Ω · cm or less.

宇部興産株式会社製UBESTA3014U(「UBESTA」は同社の登録商標)を機械的粉砕法で平均粒子径50μmに処理し、ナイロン12を含む粒子(以下、単に「ナイロン12」ともいう。)を得た。上記ナイロン12の体積抵抗率は1×1013Ω・cmより大きく1×1014Ω・cm以下だった。 UBESTA3014U (“UBESTA” is a registered trademark of Ube Industries) manufactured by Ube Industries, Ltd. was processed to a mean particle size of 50 μm by a mechanical pulverization method to obtain particles containing nylon 12 (hereinafter also simply referred to as “nylon 12”). . The volume resistivity of the nylon 12 was greater than 1 × 10 13 Ω · cm and 1 × 10 14 Ω · cm or less.

なお、それぞれの材料の平均粒子径および体積抵抗率は、各メーカーが公表している値を参照した。公表している値がない場合は、以下の方法で測定した。また、上記いずれの粒子も、上記した熱可塑性樹脂以外の成分の含有量は無視できる程度だった。   In addition, the average particle diameter and volume resistivity of each material referred to values published by each manufacturer. When there was no published value, it was measured by the following method. Further, in any of the above particles, the content of components other than the thermoplastic resin described above was negligible.

(平均粒子径の測定)
透過型電子顕微鏡(TEM)により撮像した粉末状の材料の顕微鏡画像中から任意に選択した100個の粒子の粒子径を測定し、その平均値を粒子の平均粒子径とした。
(Measurement of average particle size)
The particle diameter of 100 particles arbitrarily selected from the microscopic image of the powdery material imaged with a transmission electron microscope (TEM) was measured, and the average value was taken as the average particle diameter of the particles.

(体積抵抗率の測定)
粉末状の材料に、3tの圧力をかけて、9cm×9cm×5cmの円筒状に成形した。この円筒状の材料の体積抵抗率を、三菱化学アナリテック社製、ハイレスターUX MCP−HT800で測定した。
(Measurement of volume resistivity)
The powdery material was molded into a 9 cm × 9 cm × 5 cm cylindrical shape by applying a pressure of 3 t. The volume resistivity of this cylindrical material was measured with a Hirester UX MCP-HT800 manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech.

1−2.金属酸化物を含む微粒子の用意
金属酸化物を含む微粒子として、以下の材料を用意した。
1-2. Preparation of fine particles containing metal oxide The following materials were prepared as fine particles containing metal oxide.

酸化チタンを含む微粒子(以下、単に「酸化チタン」ともいう。)として、日本アエロジル株式会社製、T805 を用意した。この微粒子の平均粒子径は20nmであり、体積抵抗率は約1×1012Ω・cmだった。 T805, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., was prepared as fine particles containing titanium oxide (hereinafter also simply referred to as “titanium oxide”). The average particle diameter of the fine particles was 20 nm, and the volume resistivity was about 1 × 10 12 Ω · cm.

シリカを含む微粒子(以下、単に「シリカ1」ともいう。)として、日本アエロジル株式会社製、380を用意した。この微粒子の平均粒子径は20nmであり、体積抵抗率は約1×1010Ω・cmだった。 380 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. was prepared as fine particles containing silica (hereinafter also simply referred to as “silica 1”). The average particle diameter of the fine particles was 20 nm, and the volume resistivity was about 1 × 10 10 Ω · cm.

アルミナを含む微粒子(以下、単に「アルミナ」ともいう。)として、京セラ株式会社社製、A−484をボールミルで粉砕して平均粒子径を30nmにした微粒子を用意した。この微粒子の体積抵抗率は1×1014Ω・cmより大きく1×1015Ω・cm以下だった As fine particles containing alumina (hereinafter, also simply referred to as “alumina”), fine particles having an average particle diameter of 30 nm prepared by pulverizing A-484 by Kyocera Corporation with a ball mill were prepared. The volume resistivity of the fine particles was larger than 1 × 10 14 Ω · cm and not more than 1 × 10 15 Ω · cm.

シリカを含む微粒子(以下、単に「シリカ2」ともいう。)として、日本アエロジル株式会社製、R805を用意した。この微粒子の平均粒子径は10nmであり、体積抵抗率は約1×1015Ω・cmだった。 R805 manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd. was prepared as fine particles containing silica (hereinafter also simply referred to as “silica 2”). The average particle diameter of the fine particles was 10 nm, and the volume resistivity was about 1 × 10 15 Ω · cm.

なお、それぞれの材料の平均粒子径および体積抵抗率は、各メーカーが公表している値を参照した。公表している値がない場合は、上記熱可塑性樹脂と同様の方法で測定した。また、上記いずれの粒子も、上記した金属酸化物以外の成分の含有量は無視できる程度だった。   In addition, the average particle diameter and volume resistivity of each material referred to values published by each manufacturer. When there was no published value, it measured by the method similar to the said thermoplastic resin. Further, in any of the above particles, the content of components other than the above metal oxide was negligible.

1−3.混合および撹拌
1−3−1.粉末材料1
100質量部の上記ポリカーボネートを含む粒子と、0.5質量部の上記酸化チタンを含む粒子とを、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製、FM20C/I型)に投入し、羽根先端周速が40m/sとなるようにして回転数を設定して20分間撹拌した。混合時の品温は40℃±1℃となるように設定し、41℃になった場合は、ヘンシェルミキサーの外浴に冷却水を5L/分の流量で流し、39℃になった場合は、1L/分となるように冷却水を流すことでヘンシェルミキサー内部の温度を制御した。このようにして得られた粉末を、粉末材料1とした。
1-3. Mixing and stirring 1-3-1. Powder material 1
100 parts by mass of the polycarbonate-containing particles and 0.5 parts by mass of the titanium oxide-containing particles are put into a Henschel mixer (manufactured by Nihon Coke Kogyo Co., Ltd., FM20C / I type). The number of rotations was set to 40 m / s, and the mixture was stirred for 20 minutes. The product temperature at the time of mixing is set to 40 ° C. ± 1 ° C. When the temperature reaches 41 ° C., cooling water is flowed to the outer bath of the Henschel mixer at a flow rate of 5 L / min. The temperature inside the Henschel mixer was controlled by flowing cooling water at 1 L / min. The powder thus obtained was designated as powder material 1.

1−3−2.粉末材料2
粉末材料1の作製において、酸化チタンの投入量を5.0質量部に変更した以外は同様にして、粉末材料2を得た。
1-3-2. Powder material 2
Powder material 2 was obtained in the same manner except that the amount of titanium oxide input was changed to 5.0 parts by mass in the production of powder material 1.

1−3−3.粉末材料3
粉末材料1の作製において、酸化チタンの投入量を10.0質量部に変更した以外は同様にして、粉末材料3を得た。
1-3-3. Powder material 3
Powder material 3 was obtained in the same manner except that the amount of titanium oxide input was changed to 10.0 parts by mass in the production of powder material 1.

1−3−4.粉末材料4
100質量部の上記ポリカーボネートと、0.5質量部の上記酸化チタンとを、ハイブリダイザー(株式会社奈良機械製作所製、NHS−0型)に投入し、回転数16000rpmに設定して5分間撹拌した。混合時の品温は75℃±1℃となるように設定し、76℃になった場合は、ハイブリダイザーの外浴に冷却水を5L/分の流量で流し、74℃になった場合は、1L/分となるように冷却水を流すことでハイブリダイゼーションシステム内部の温度を制御した。このようにして得られた粉末を、粉末材料4とした。
1-3-4. Powder material 4
100 parts by mass of the above polycarbonate and 0.5 parts by mass of the above titanium oxide were put into a hybridizer (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., NHS-0 type), set at a rotational speed of 16000 rpm and stirred for 5 minutes. . The product temperature at the time of mixing is set to 75 ° C. ± 1 ° C. When 76 ° C., cooling water is flowed to the outer bath of the hybridizer at a flow rate of 5 L / min. The temperature inside the hybridization system was controlled by flowing cooling water at 1 L / min. The powder thus obtained was designated as powder material 4.

1−3−5.粉末材料5
粉末材料4の作製において、酸化チタンの投入量を5.0質量部に変更した以外は同様にして、粉末材料5を得た。
1-3-5. Powder material 5
Powder material 5 was obtained in the same manner except that the amount of titanium oxide input was changed to 5.0 parts by mass in preparation of powder material 4.

1−3−6.粉末材料6
粉末材料4の作製において、酸化チタンの投入量を10.0質量部に変更した以外は同様にして、粉末材料6を得た。
1-3-6. Powder material 6
Powder material 6 was obtained in the same manner except that the amount of titanium oxide input was changed to 10.0 parts by mass in the preparation of powder material 4.

1−3−7.粉末材料7
粉末材料1の作製において、酸化チタンを2.0質量部のシリカ1に変更した以外は同様にして、粉末材料7を得た。
1-3-7. Powder material 7
Powder material 7 was obtained in the same manner except that titanium oxide was changed to 2.0 parts by mass of silica 1 in preparation of powder material 1.

1−3−8.粉末材料8
粉末材料1の作製において、酸化チタンを1.0質量部のアルミナに変更した以外は同様にして、粉末材料7を得た。
1-3-8. Powder material 8
Powder material 7 was obtained in the same manner except that titanium oxide was changed to 1.0 part by mass of alumina in preparation of powder material 1.

1−3−9.粉末材料9〜16
粉末材料1〜8の作製において、ポリカーボネートを100質量部の上記ポリエチレンに変更した以外は同様にして、粉末材料9〜16をそれぞれ得た。
1-3-9. Powder material 9-16
In the production of the powder materials 1 to 8, powder materials 9 to 16 were obtained in the same manner except that the polycarbonate was changed to 100 parts by mass of the polyethylene.

1−3−10.粉末材料17〜23
粉末材料1〜7の作製において、ポリカーボネートを100質量部の上記ナイロン6に変更した以外は同様にして、粉末材料17〜23をそれぞれ得た。
1-3-10. Powder material 17-23
In the production of powder materials 1 to 7, powder materials 17 to 23 were obtained in the same manner except that the polycarbonate was changed to 100 parts by mass of nylon 6 described above.

1−3−11.粉末材料24
100質量部の上記ナイロン12をポリエチレン製の袋に分取し、これに5.0質量部の上記シリカ2を投入して、機械を用いずに手で約3分間振とうした。このようにして得られた粉末を、粉末材料24とした。
1-3-11. Powder material 24
100 parts by mass of the nylon 12 was taken into a polyethylene bag, and 5.0 parts by mass of the silica 2 was added thereto and shaken by hand for about 3 minutes without using a machine. The powder thus obtained was designated as powder material 24.

1−3−12.粉末材料25
粉末材料1の作製において、ポリカーボネートを100質量部の上記ナイロン12に変更し、酸化チタンを5.0質量部のシリカ2に変更した以外は同様にして、粉末材料25を得た。
1-3-12. Powder material 25
In the production of the powder material 1, a powder material 25 was obtained in the same manner except that the polycarbonate was changed to 100 parts by mass of the nylon 12 and the titanium oxide was changed to 5.0 parts by mass of the silica 2.

1−3−13.粉末材料26
粉末材料1の作製において、酸化チタンの投入量を0.1質量部に変更した以外は同様にして、粉末材料26を得た。
1-3-13. Powder material 26
A powder material 26 was obtained in the same manner except that the amount of titanium oxide input was changed to 0.1 parts by mass in preparation of the powder material 1.

1−3−14.粉末材料27
粉末材料1の作製において、酸化チタンの投入量を20.0質量部に変更した以外は同様にして、粉末材料27を得た。
1-3-14. Powder material 27
Powder material 27 was obtained in the same manner except that the amount of titanium oxide input was changed to 20.0 parts by mass in preparation of powder material 1.

1−3−15.粉末材料28
100質量部の上記ポリカーボネートをポリエチレン製の袋に分取し、これに5.0質量部の上記酸化チタンを投入して、機械を用いずに手で約3分間振とうした。このようにして得られた粉末を、粉末材料28とした。
1-3-15. Powder material 28
100 parts by mass of the polycarbonate was dispensed into a polyethylene bag, and 5.0 parts by mass of the titanium oxide was added thereto and shaken by hand for about 3 minutes without using a machine. The powder thus obtained was designated as powder material 28.

粉末材料1〜28の作製に用いた熱可塑性樹脂を含む粒子に含まれる熱可塑性樹脂の種類、熱可塑性樹脂の体積抵抗率および熱可塑性樹脂を含む粒子の使用量、金属酸化物を含む微粒子に含まれる金属酸化物の種類、金属酸化物の体積抵抗率および金属酸化物を含む微粒子の使用量、ならびに混合および撹拌の方法を、表1および表2に示す。   The kind of thermoplastic resin contained in the particles containing the thermoplastic resin used for the production of the powder materials 1 to 28, the volume resistivity of the thermoplastic resin and the amount of the particles containing the thermoplastic resin, the fine particles containing the metal oxide Tables 1 and 2 show the types of metal oxides contained, the volume resistivity of metal oxides, the amount of fine particles containing metal oxides, and the mixing and stirring methods.

Figure 2017193090
Figure 2017193090

Figure 2017193090
Figure 2017193090

2.評価
2−1.残存率
3gの粉末材料1と、40gのポリオキシエチレンフェニルエーテルの0.2質量%水溶液を100mlのプラスチックカップ中に投入して、粉末材料1を上記水溶液に湿潤させた。その後、超音波式ホモジナイザー(株式会社日本精機製作所製、US−1200)のチップを上記水溶液に挿入して、本体装置に附属の振動指示値を示す電流計の値が60μA(50W)を示すように調整した超音波エネルギー(波長:19.5kHz±1hKz)を3分間印加した。超音波の印加後、目開き1μmのフィルターを使用して上記水溶液から濾過した粉末材料1を、60mlの純水を用いて洗浄し、その後乾燥させた。
2. Evaluation 2-1. Residual rate 3 g of powder material 1 and 40 g of 0.2% by mass aqueous solution of polyoxyethylene phenyl ether were put into a 100 ml plastic cup to wet powder material 1 in the aqueous solution. Thereafter, an ultrasonic homogenizer (Nippon Seiki Seisakusho Co., Ltd., US-1200) chip is inserted into the aqueous solution, and the ammeter indicating the vibration indication value attached to the main unit shows 60 μA (50 W). Was applied for 3 minutes (wavelength: 19.5 kHz ± 1 hKz). After application of the ultrasonic wave, the powder material 1 filtered from the aqueous solution using a filter having an opening of 1 μm was washed with 60 ml of pure water and then dried.

粉末材料1が十分に乾燥した後、粉末材料1を加圧してペレット化し、波長分散型蛍光X線分析装置(株式会社 島津製作所製、LAB CENTER XRF−1700)を用いて得られたKα分析線のうち、酸化チタンに由来するピークのNet強度を求めた。上記手順で求められた強度を、超音波処理を行わない粉末試料1から同様にして得られる強度で除算して、酸化チタンの残存率(%)を求めた。   After the powder material 1 is sufficiently dried, the powder material 1 is pressed and pelletized, and a Kα analysis line obtained using a wavelength dispersive X-ray fluorescence analyzer (manufactured by Shimadzu Corporation, LAB CENTER XRF-1700). Among them, the peak Net intensity derived from titanium oxide was determined. The strength obtained by the above procedure was divided by the strength obtained in the same manner from the powder sample 1 not subjected to ultrasonic treatment, and the residual ratio (%) of titanium oxide was obtained.

粉末試料2〜28についても、同様にして、超音波処理後の酸化チタン、シリカ1、アルミナまたはシリカ2の残存率(%)を求めた。   For the powder samples 2 to 28, the residual ratio (%) of titanium oxide, silica 1, alumina, or silica 2 after ultrasonic treatment was similarly determined.

2−2.造形物の欠損
粉末材料1〜28を、図3に示す基本構成を備える、粉末床溶融結合法による立体造形装置の造形ステージ上に敷き詰めて厚さ0.1mmの薄層を形成した。この薄層に、以下の条件で、YAG波長用ガルバノメータスキャナを搭載した50Wファイバレーザ(SPI Lasers社製)から縦15mm×横20mmの範囲にレーザを照射して、単層の造形物を作製した。
2-2. Defects of Modeled Objects Powder materials 1 to 28 were spread on a modeling stage of a three-dimensional modeling apparatus using a powder bed fusion bonding method having the basic configuration shown in FIG. 3 to form a thin layer having a thickness of 0.1 mm. This thin layer was irradiated with a laser in a range of 15 mm in length and 20 mm in width from a 50 W fiber laser (manufactured by SPI Lasers) equipped with a YAG wavelength galvanometer scanner under the following conditions to produce a single-layer structure. .

[レーザの出射条件]
レーザ出力 :20W
レーザの波長 :1.07μm
ビーム径 :薄層表面で170μm
[Laser emission conditions]
Laser output: 20W
Laser wavelength: 1.07 μm
Beam diameter: 170 μm on the surface of the thin layer

[レーザの走査条件]
走査速度 :3.0mm/sec
走査間隔 :0.2mm
[Laser scanning conditions]
Scanning speed: 3.0 mm / sec
Scanning interval: 0.2 mm

[周囲雰囲気]
温度 :常温
ガス :アルゴン(Ar) 100%
[Ambient atmosphere]
Temperature: Normal temperature Gas: Argon (Ar) 100%

粉末材料1〜28からそれぞれ作製した造形物を目視で観察し、造形物に複合粒子の大きさ(約0.1mm)より大きい欠損(造形物が形成されず、空隙となった部分)があるかを確認した。上記欠損がない場合、造形物の欠損を「◎」と評価し、上記欠損の数が1個以上10個以下であるときは、造形物の欠損を「○」と評価し、上記欠損の数が11個以上29個以下であるときは、造形物の欠損を「△」と評価し、上記欠損の数が30個以上であるときは、造形物の欠損を「×」と評価した。   Each shaped product produced from each of the powder materials 1 to 28 is visually observed, and the shaped product has a defect larger than the size of the composite particles (about 0.1 mm) (the portion where the shaped product is not formed and becomes a void). I confirmed. When there is no defect, the defect of the model is evaluated as “◎”, and when the number of defects is 1 or more and 10 or less, the defect of the model is evaluated as “◯”, and the number of defects Was 11 or more and 29 or less, the defect of the shaped object was evaluated as “Δ”, and when the number of defects was 30 or more, the defect of the formed object was evaluated as “x”.

粉末材料1〜28についての、上記残存率および造形物の欠損の評価結果を、表3に示す。   Table 3 shows the evaluation results of the residual ratio and the defect of the shaped product with respect to the powder materials 1 to 28.

Figure 2017193090
Figure 2017193090

熱可塑性樹脂を含む母粒子と、前記母粒子の表面に固着させた、前記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む子粒子と、を含む複合粒子を含み、金属酸化物の含有量が100質量部の前記熱可塑性樹脂に対して0.5質量部以上10質量部以下であり、粉末材料を水中で超音波分散処理した後の前記金属酸化物の残存率が20質量%以上である、粉末材料1〜23を用いると、欠損の少ない立体造形物を作製することができた。これは、複合粒子の帯電を抑制して、粉末材料を密に充填した薄層が形成できたことが主な要因と考えられる。   A composite particle comprising: a mother particle containing a thermoplastic resin; and a child particle containing a metal oxide having a volume resistivity lower than that of the thermoplastic resin, which is fixed to the surface of the mother particle. The residual ratio of the metal oxide after the ultrasonic dispersion treatment of the powder material in water is 20% by mass with respect to the thermoplastic resin having a content of 100 parts by mass. By using the powder materials 1 to 23 as described above, it was possible to produce a three-dimensional model with few defects. The main factor for this is considered to be that a thin layer in which the powder material is closely packed can be formed while suppressing the charging of the composite particles.

また、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対する金属酸化物の量が0.5質量部以上3.0質量部以下である粉末材料1、4、9、12、17および20は、金属酸化物の種類が同じだがその量が異なる粉末材料2、3、10、11、18、19よりも、粉末材料を水中で超音波分散処理した後の前記金属酸化物の残存率がより高くなり、より欠損が少ない立体造形物を作製することができた。   In addition, the powder materials 1, 4, 9, 12, 17 and 20 in which the amount of the metal oxide with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin is 0.5 parts by mass or more and 3.0 parts by mass or less are metal oxides Compared with powder materials 2, 3, 10, 11, 18, and 19 of the same type but different amounts, the residual rate of the metal oxide after ultrasonic dispersion treatment of the powder material in water is higher, resulting in more defects. It was possible to produce a three-dimensional model with a small amount.

また、ハイブリダイザーを用いて作製した粉末材料4〜6、12〜14、20〜22は、同じ組み合わせの材料でヘンシェルミキサーを用いて作製した粉末材料2、3、10、11、18、19よりも、粉末材料を水中で超音波分散処理した後の前記金属酸化物の残存率がより高くなり、より欠損が少ない立体造形物を作製することができた。   Moreover, the powder materials 4-6, 12-14, 20-22 produced using the hybridizer are the powder materials 2, 3, 10, 11, 18, 19 produced using the Henschel mixer with the same combination of materials. In addition, the residual rate of the metal oxide after the powder material was subjected to ultrasonic dispersion treatment in water was higher, and a three-dimensional structure with fewer defects could be produced.

これに対し、混合機を用いずに振とうして作製した粉末材料24および28では、上記残存率が20質量%以上にはならなかった。また、上記残存率が20質量%未満である粉末材料24および28を用いて立体造形を行うと、造形物に欠損が生じやすかった。これは、機械を用いずに作製した粉末材料では、母粒子に固着しきれなかった金属酸化物を含む微粒子が遊離して存在することにより、複合粒子が摩擦により帯電しやすく、薄層を形成するときに、粒子同士の電気的な反発により複合粒子が十分な密度で充填されなかったためと考えられる。   On the other hand, in the powder materials 24 and 28 produced by shaking without using a mixer, the residual ratio did not exceed 20% by mass. Moreover, when the three-dimensional modeling was performed using the powder materials 24 and 28 having the residual rate of less than 20% by mass, the modeled object was easily damaged. This is because, in powder materials produced without using a machine, fine particles containing metal oxides that could not be fixed to the mother particles are free and exist, so that the composite particles are easily charged by friction and form a thin layer. This is probably because the composite particles were not filled with sufficient density due to electrical repulsion between the particles.

また、熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が高い金属酸化物を含む微粒子を含有する粉末材料25を用いて立体造形を行うと、造形物に欠損が生じやすかった。これは、粒子と造形ステージとの間の摩擦などによって粒子が帯電し、かつ、電荷が粒子から放出されにくかったことにより、複合粒子が帯電しやすく、薄層を形成するときに、粒子同士の電気的な反発により複合粒子が十分な密度で充填されなかったためと考えられる。   Moreover, when three-dimensional modeling was performed using the powder material 25 containing fine particles containing a metal oxide having a volume resistivity higher than that of the thermoplastic resin, it was easy to cause defects in the modeled product. This is because the particles are charged due to friction between the particles and the modeling stage, and the charge is not easily released from the particles, so that the composite particles are easily charged. This is probably because the composite particles were not filled with sufficient density due to electrical repulsion.

また、金属酸化物子の含有量が100質量部の熱可塑性樹脂に対して0.5質量部未満である粉末材料26を用いて立体造形を行うと、造形物に欠損が生じやすかった。これは、電荷が粒子から十分に放出されにくかったことにより、薄層を形成するときに、粒子同士の電気的な反発により複合粒子が十分な密度で充填されなかったためと考えられる。   Moreover, when three-dimensional modeling was performed using the powder material 26 having a metal oxide content of less than 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin, defects were likely to occur in the modeled object. This is thought to be because the composite particles were not filled at a sufficient density due to the electrical repulsion between the particles when forming a thin layer because the charges were not sufficiently released from the particles.

また、金属酸化物の含有量が100質量部の熱可塑性樹脂に対して10.0質量部よりも多い粉末材料27を用いて立体造形を行うと、造形物に欠損が生じやすかった。これは、金属酸化物を含む微粒子の含有量が多く、母粒子に固着しきれなかった金属酸化物を含む微粒子が遊離して存在したことにより、複合粒子が摩擦により帯電しやすく、薄層を形成するときに、粒子同士の電気的な反発により複合粒子が十分な密度で充填されなかったためと考えられる。   Moreover, when three-dimensional modeling was performed using the powder material 27 having a metal oxide content of more than 10.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin, it was easy to cause defects in the modeled object. This is because the content of fine particles containing a metal oxide is large, and the fine particles containing a metal oxide that could not be fixed to the mother particles were free and existed. This is probably because the composite particles were not filled at a sufficient density due to electrical repulsion between the particles.

本発明に係る粉末材料によれば、粉末床溶融結合法によってより精度の高い造形が可能となる。また、本発明に係る粉末材料の製造方法によれば、上記より精度の高い造形を可能とする粉末材料を製造することができる。そのため、本発明は、粉末床溶融結合法のさらなる普及に寄与し得る。   According to the powder material according to the present invention, modeling with higher accuracy is possible by the powder bed fusion bonding method. Moreover, according to the manufacturing method of the powder material which concerns on this invention, the powder material which enables modeling with higher precision than the above can be manufactured. Therefore, the present invention can contribute to further spread of the powder bed fusion bonding method.

10 粉末材料
11 母粒子
12 子粒子
300 立体造形装置
310 造形ステージ
320 薄膜形成部
321 粉末供給部
322 リコータ駆動部
322a リコータ
330 レーザ照射部
331 レーザ光源
332 ガルバノミラー駆動部
332a ガルバノミラー
340 ステージ支持部
345 ベース
350 制御部
360 表示部
370 操作部
380 記憶部
390 データ入力部
400 コンピュータ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Powder material 11 Mother particle 12 Child particle 300 Three-dimensional modeling apparatus 310 Modeling stage 320 Thin film formation part 321 Powder supply part 322 Recoater drive part 322a Recoater 330 Laser irradiation part 331 Laser light source 332 Galvano mirror drive part 332a Galvano mirror 340 Stage support part 345 Base 350 Control unit 360 Display unit 370 Operation unit 380 Storage unit 390 Data input unit 400 Computer device

Claims (10)

複合粒子を含む粉末材料の薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記複合粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成し、前記造形物層を積層することによる立体造形物の製造に使用される粉末材料であって、
前記複合粒子は、平均粒子径が1μm以上100μm以下の熱可塑性樹脂を含む母粒子と、前記母粒子の表面に固着した、前記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む子粒子と、を含み、
前記粉末材料は、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対して0.5質量部以上10質量部以下の前記金属酸化物を含有し、
前記粉末材料に対する、前記粉末材料を水中で超音波分散処理した後の前記金属酸化物の残存率が、20質量%以上である、粉末材料。
Three-dimensional modeling by selectively irradiating a thin layer of a powder material containing composite particles with laser light to form a modeled product layer formed by sintering or melt bonding the composite particles, and laminating the modeled product layer A powder material used in the manufacture of goods,
The composite particle includes a mother particle containing a thermoplastic resin having an average particle diameter of 1 μm or more and 100 μm or less, and a child particle containing a metal oxide fixed to the surface of the mother particle and having a volume resistivity lower than that of the thermoplastic resin. And including
The powder material contains 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less of the metal oxide with respect to 100 parts by weight of the thermoplastic resin,
The powder material with respect to the powder material, wherein the residual rate of the metal oxide after the powder material is ultrasonically dispersed in water is 20% by mass or more.
前記子粒子の平均粒子径は、10nm以上500nm以下である、請求項1に記載の粉末材料。   The powder material according to claim 1, wherein an average particle size of the child particles is 10 nm or more and 500 nm or less. 前記金属酸化物の体積抵抗値は、前記熱可塑性樹脂の体積抵抗値の1/10以下である、請求項1または2に記載の粉末材料。   The powder material according to claim 1 or 2, wherein a volume resistance value of the metal oxide is 1/10 or less of a volume resistance value of the thermoplastic resin. 前記金属酸化物の体積抵抗値は、前記熱可塑性樹脂の体積抵抗値の1/100以下である、請求項1または2に記載の粉末材料。   The powder material according to claim 1 or 2, wherein a volume resistance value of the metal oxide is 1/100 or less of a volume resistance value of the thermoplastic resin. 前記母粒子の平均粒子径は、5μm以上70μm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の粉末材料。   The powder material according to any one of claims 1 to 4, wherein an average particle diameter of the mother particles is 5 µm or more and 70 µm or less. 前記金属酸化物の残存率は、30質量%以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の粉末材料。   The residual rate of the said metal oxide is a powder material as described in any one of Claims 1-5 which is 30 mass% or more. 複合粒子を含む粉末材料の薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記複合粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成し、前記造形物層を積層することによる立体造形物の製造に使用される粉末材料の製造方法であって、
平均粒子径が1μm以上100μm以下の熱可塑性樹脂を含む粒子と、前記熱可塑性樹脂よりも体積抵抗率が低い金属酸化物を含む微粒子とを用いて、100質量部の前記熱可塑性樹脂に対する前記金属酸化物の量が0.5質量部以上10質量部以下となる質量比で、混合装置によって混合および撹拌する工程を含む、製造方法。
Three-dimensional modeling by selectively irradiating a thin layer of a powder material containing composite particles with laser light to form a modeled product layer formed by sintering or melt bonding the composite particles, and laminating the modeled product layer A method of manufacturing a powder material used for manufacturing a product,
The metal for 100 parts by mass of the thermoplastic resin using particles containing a thermoplastic resin having an average particle diameter of 1 μm or more and 100 μm or less and fine particles containing a metal oxide having a volume resistivity lower than that of the thermoplastic resin The manufacturing method including the process of mixing and stirring with a mixing apparatus by the mass ratio from which the quantity of an oxide will be 0.5 to 10 mass parts.
前記混合および撹拌する工程においては、平均粒子径が10nm以上500nm以下である前記金属酸化物を含む微粒子を用いる、請求項7に記載の製造方法。   In the said mixing and stirring process, the manufacturing method of Claim 7 using the microparticles | fine-particles containing the said metal oxide whose average particle diameter is 10 nm or more and 500 nm or less. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の粉末材料または請求項7もしくは8に記載の製造方法で製造された粉末材料の薄層を形成する工程と、
前記形成された薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記粉末材料に含まれる複合粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成する工程と、
前記薄層を形成する工程と、前記造形物層を形成する工程と、をこの順に複数回繰り返し、前記造形物層を積層する工程と、
を含む立体造形物の製造方法。
Forming a thin layer of the powder material according to any one of claims 1 to 6 or the powder material produced by the production method according to claim 7 or 8, and
A step of selectively irradiating the formed thin layer with laser light to form a shaped article layer formed by sintering or fusion bonding of composite particles contained in the powder material;
The step of forming the thin layer and the step of forming the shaped article layer are repeated a plurality of times in this order, and the step of laminating the shaped article layer,
The manufacturing method of the three-dimensional molded item containing.
造形ステージと、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の粉末材料または請求項7もしくは8に記載の製造方法で製造された粉末材料の薄膜を前記造形ステージ上に形成する薄膜形成部と、
前記薄膜にレーザを照射して、前記粒子が焼結または溶融結合してなる造形物層を形成するレーザ照射部と、
前記造形ステージを、その鉛直方向の位置を可変に支持するステージ支持部と、
前記薄膜形成部、前記レーザ照射部および前記ステージ支持部を制御して、前記造形物層を繰り返し形成させて積層させる制御部と、
を備える、立体造形装置。
Modeling stage,
A thin film forming section for forming a thin film of the powder material according to any one of claims 1 to 6 or the powder material manufactured by the manufacturing method according to claim 7 or 8 on the modeling stage;
A laser irradiation unit for irradiating the thin film with a laser to form a shaped article layer formed by sintering or melting the particles;
A stage support section that variably supports the vertical position of the modeling stage;
A control unit that controls the thin film forming unit, the laser irradiation unit, and the stage support unit to repeatedly form and stack the shaped article layer;
A three-dimensional modeling apparatus.
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