JP2018172739A - Mold material for use in powder laminate molding - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mold material that is improved in fluidity for favorable supply even if supplied from a storage tank of a fall-supply type.SOLUTION: A mold material is provided for use in powder laminate molding. The mold material contains a powder consisting of at least one selected from a group consisting of a metal material and an inorganic material. The integrated mass of a particle having a particle size exceeding 45 μm accounts for 0.5 mass% or greater, and the number of particles having a particle size of 20 μm or smaller based on electron microscope observation is 15 number-of-particles% or smaller.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、粉末積層造形に用いるための造形用材料に関する。   The present invention relates to a modeling material for use in powder additive manufacturing.

付加製造(Additive manufacturing;3次元造形ともいう。)とは、造形用材料(Additive Manufacturing materials)を付着することによって物体を3次元形状の数値表現(典型的には、三次元CADデータ)から作製するプロセスとして定義され、近年急速に普及してきている。この付加製造の一つの手法として、粉末材料を薄く層状に敷き詰めたのち、造形対象である造形物の断面に対応する形状に接合または焼結し、この薄層を順次一体的に積み重ねていく粉末積層造形が知られている。この粉末積層造形においては、これまで、その扱いやすさから樹脂材料を使用した樹脂製品の造形が広く行われていた。しかしながら、近年では、樹脂材料以外の金属やサーメットを含む粉末材料を用い、成形型を必要とせずに金属やサーメットからなる部材を直接造形するラピッドプロトタイピングのニーズが拡大している。そのため、金属やセラミックス、サーメットなどからなる各種の組成の造形用材料が提供されている(例えば、特許文献1および2参照)。   Additive manufacturing (also referred to as three-dimensional modeling) means creating an object from a numerical representation of a three-dimensional shape (typically three-dimensional CAD data) by attaching additive manufacturing materials. Defined as a process that has become rapidly popular in recent years. As one method of this additional manufacturing, powder material is spread in a thin layer, then joined or sintered into a shape corresponding to the cross-section of the object to be shaped, and the thin layers are sequentially stacked together Laminated modeling is known. In this powder additive manufacturing, modeling of resin products using a resin material has been widely performed so far because of its ease of handling. However, in recent years, the need for rapid prototyping that directly forms a member made of metal or cermet using a powder material containing a metal or cermet other than a resin material without the need for a molding die is expanding. Therefore, materials for modeling having various compositions made of metal, ceramics, cermet, and the like are provided (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

一方で、粉末積層造形のための装置は、典型的には、粉末材料を貯留するための貯留槽と、粉末材料が供給されて造形が行われる造形槽と、粉末材料の移送および平坦化を行うスキージとを備えている。従来の粉末積層造形装置においては、一般に造形槽の底部を昇降可能な造形テーブルにより構成し、この造形槽の側方に隣接して粉末材料を貯留するための貯留槽を備えていた。そして、貯留槽の底部を繰り上げることで粉末材料を貯留槽から押出し、押出された粉末材料をスキージによって造形槽に移送しつつ、平らに均すことで、造形テーブル上に粉末材料の薄層を用意する。粉末積層造形において造形精度を高めるためには、この粉末材料をムラなく均質に敷き詰めるとともに、その表面を平らにすることが必要であり、粉末材料には流動性が良いことが求められる。   On the other hand, an apparatus for powder additive manufacturing typically has a storage tank for storing powder material, a modeling tank in which powder material is supplied and modeling is performed, and transfer and flattening of the powder material. With squeegee to do. In the conventional powder additive manufacturing apparatus, the bottom part of the modeling tank is generally configured by a modeling table that can be moved up and down, and a storage tank for storing the powder material is provided adjacent to the side of the modeling tank. Then, the powder material is pushed out from the storage tank by raising the bottom of the storage tank, and the extruded powder material is transferred to the modeling tank by a squeegee, and leveled flat, thereby forming a thin layer of the powder material on the modeling table. prepare. In order to increase modeling accuracy in powder additive manufacturing, it is necessary to spread the powder material uniformly and uniformly, and to make the surface flat, and the powder material is required to have good fluidity.

特開2001−152204号公報JP 2001-152204 A 特開2016−029194号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-029194 特開2007−216595号公報JP 2007-216595 A

ところで最近になって、造形速度の高速化、造形装置の設置面積の縮小等を目的として、貯留槽を造形槽の上方に設け、粉末材料を造形槽の下部から重力落下させて造形槽に供給するタイプの粉末積層造形装置が提供されている(例えば、特許文献3)。この種の粉末積層造形装置においては、例えば、貯留槽と造形槽とが水平方向に相対的に移動可能に構成されている。そして貯留槽の上方を造形槽が移動しながら粉末材料を落下させ、落下した粉末材料をスキージにより平坦化している。粉末材料の薄層の厚みは、例えば30〜100μm程度と薄く、貯留槽の下部に設けられる粉末材料の供給口は粉末材料を少量ずつ供給できるように比較的狭いものとなる。したがって、材料の供給方式が、従来の押出供給式の積層造形装置で使用されていた粉末材料を、落下供給式の積層造形装置にそのまま用いると、供給口で目詰まりを起こしたり、供給量にムラが発生し易くなるという、これまでに無い新たな問題が発生していた。また、この目詰まり等の問題は、繰り返し造形を行い、造形に寄与しなかった粉末材料を再利用する頻度が高まるほど、顕在化し易かった。さらに、貯留槽からの粉末材料の供給量にムラが生じて一定でない場合は、スキージにより粉末材料を均しても薄層にもムラが発生してしまい、造形精度の低下を免れないという問題もあった。   Recently, for the purpose of increasing the modeling speed and reducing the installation area of the modeling device, a storage tank is provided above the modeling tank, and the powder material is gravity dropped from the lower part of the modeling tank and supplied to the modeling tank. A powder additive manufacturing apparatus is provided (for example, Patent Document 3). In this type of powder additive manufacturing apparatus, for example, the storage tank and the modeling tank are configured to be relatively movable in the horizontal direction. The powder material is dropped while the modeling tank moves above the storage tank, and the dropped powder material is flattened by a squeegee. The thickness of the thin layer of the powder material is as thin as, for example, about 30 to 100 μm, and the supply port of the powder material provided at the lower portion of the storage tank is relatively narrow so that the powder material can be supplied little by little. Therefore, if the powder supply material used in the conventional extrusion supply type additive manufacturing device is used in the drop supply type additive manufacturing device as it is, the supply port may become clogged or the supply amount may be reduced. An unprecedented new problem that unevenness is likely to occur has occurred. In addition, problems such as clogging are more likely to be manifested as the frequency of reusing a powder material that has been repeatedly modeled and did not contribute to modeling increases. Furthermore, if unevenness occurs in the supply amount of the powder material from the storage tank and it is not constant, even if the powder material is leveled by the squeegee, unevenness occurs in the thin layer, and it is inevitable that the modeling accuracy is reduced. There was also.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば、落下供給式の貯留槽から供給する場合であっても供給が良好に行えるように流動性が改善されている、粉末積層造形に用いるための粉末状の造形用材料を提供することにある。   The present invention has been made in view of such points, and its purpose is, for example, the fluidity is improved so that the supply can be satisfactorily performed even when supplied from a drop supply storage tank. The object is to provide a powdery modeling material for use in powder additive manufacturing.

上記課題を解決するものとして、ここに開示される技術は、粉末積層造形に用いる造形用材料を提供する。この造形用材料は、金属材料および無機材料からなる群から選択される少なくとも1種からなる粉末を含み、粒子径が45μmを超える粒子の積算質量が全体の0.5質量%以上であり、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が20μm以下の粒子の数が全体の15個数%以下である。   As a technique for solving the above problems, the technology disclosed herein provides a modeling material used for powder additive manufacturing. The modeling material includes a powder made of at least one selected from the group consisting of a metal material and an inorganic material, and an accumulated mass of particles having a particle diameter exceeding 45 μm is 0.5 mass% or more of the whole, The number of particles having a particle diameter of 20 μm or less based on microscopic observation is 15% by number or less.

従来の積層造形用の粉末材料は、一般的な粉砕と分級とにより粒度調整が為されている。本発明者らの検討によると、これらの粉末には、非常に微細な粒子が不可避的に存在している。その微細な粒子は、例えば、体積や重量等を基準にするとその割合は全体のごく僅か(例えば約3%以下)でしかない。しかしながら、粉体の平均粒径に依らずその存在は、粉体の流動性を考慮した場合に大きな影響を与え得ることを知見した。そこで、ここに開示される技術では、この流動性に影響を与え得る、粒子径が20μm以下の微細な粒子の割合を、個数基準で15%以下と少量に制限するようにしている。これにより、例えば、落下供給式の粉末積層造形装置に用いる場合であっても、粉末供給時の造形用材料の目詰まり等の発生を抑制することができる。その結果、造形テーブル上に形成される一層の粉末材料層の均質性、表面平坦性を改善することができる。このことにより、粉末積層造形に適した好適な流動性を備える造形用材料が提供される。   A conventional powder material for additive manufacturing is adjusted in particle size by general pulverization and classification. According to the study by the present inventors, very fine particles are unavoidably present in these powders. The proportion of the fine particles is very small (for example, about 3% or less) based on, for example, volume and weight. However, it has been found that the presence of the powder regardless of the average particle diameter of the powder can greatly affect the powder flowability. Therefore, in the technique disclosed herein, the ratio of fine particles having a particle diameter of 20 μm or less that can affect the fluidity is limited to a small amount of 15% or less on the number basis. Thereby, even if it is a case where it uses, for example for a drop supply type powder layered modeling apparatus, generation | occurrence | production of the clogging of the modeling material at the time of powder supply, etc. can be suppressed. As a result, the homogeneity and surface flatness of one layer of the powder material formed on the modeling table can be improved. By this, the modeling material provided with suitable fluidity | liquidity suitable for powder layered modeling is provided.

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、レーザ回折・散乱法に基づく体積基準の平均粒子径が20μm以上130μm以下である。これにより、汎用されている造形装置において、造形精度の高い造形を可能とする造形用材料が提供される。   In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the powder has a volume-based average particle diameter of 20 μm or more and 130 μm or less based on a laser diffraction / scattering method. Thereby, in the modeling apparatus currently used widely, the modeling material which enables modeling with high modeling precision is provided.

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、粒子径が45μmを超える粒子の積算質量が全体の45質量%以下である。金属材料やセラミック材料は、樹脂材料と比較して、例えば、電子線やレーザ光等のエネルギーが供給されたときに溶融され難い。そこで上記のように粗大な粒子の割合を制限することで、溶融され易く、緻密な造形物の造形が可能な造形用材料が提供される。その結果、例えば、レーザ走査速度を高めて、短時間での造形が可能な造形用材料が提供される。   In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the powder has a cumulative mass of particles having a particle diameter exceeding 45 μm of 45% by mass or less. A metal material or a ceramic material is less likely to be melted when energy such as an electron beam or a laser beam is supplied compared to a resin material. Therefore, by limiting the ratio of coarse particles as described above, a modeling material that is easily melted and capable of modeling a dense model is provided. As a result, for example, a modeling material capable of modeling in a short time by increasing the laser scanning speed is provided.

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、粉砕法、プラズマアトマイズ法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、パウダースプレー法および造粒法からなる群から選択されるいずれか1種の方法で製造されている。これらの手法で製造した粉末は、例えばその製造方法に基づき粒子形状および粒度調整をより厳密に実施できる樹脂粒子等とは異なり、非真球状の粒子で粒子径に幅のある粒子の集合として製造される。したがって、このような粉末に対して本発明を適用することで、本発明の効果が好適に発揮されるために好ましい。   In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the powder is any one method selected from the group consisting of a pulverization method, a plasma atomization method, a gas atomization method, a water atomization method, a powder spray method, and a granulation method. It is manufactured. The powder produced by these methods is produced as a collection of non-spherical particles with a wide particle diameter, unlike resin particles that can be more precisely adjusted in particle shape and size based on the production method. Is done. Therefore, it is preferable to apply the present invention to such a powder because the effects of the present invention are suitably exhibited.

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、少なくとも金属粉末を全体の50質量%以上の割合で含む。金属粉末は、樹脂材料やセラミック材料などと比較して、相対的に比重が高く、落下供給式の粉末積層造形装置において目詰まりを生じ易い傾向にある。したがって、このような粉末に対して本発明を適用することで、本発明の効果が好適に発揮されるために好ましい。   In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the powder contains at least a metal powder in a proportion of 50% by mass or more. The metal powder has a relatively high specific gravity as compared with a resin material, a ceramic material, and the like, and tends to be clogged in a drop supply type powder additive manufacturing apparatus. Therefore, it is preferable to apply the present invention to such a powder because the effects of the present invention are suitably exhibited.

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、少なくともセラミック粉末を全体の50質量%以上の割合で含む。セラミック粉末は、樹脂材料や金属材料などと比較して、相対的に環境雰囲気の水分を吸湿し易い傾向にある。そのため、造形用材料の保存環境や造形環境によっては、造形用材料が吸湿して目詰まりを起こしやすくなることが懸念される。したがって、このような粉末に対して本発明を適用することで、本発明の効果が好適に発揮されるために好ましい。   In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the powder includes at least a ceramic powder in a proportion of 50% by mass or more. Ceramic powders tend to absorb moisture in the environmental atmosphere relatively easily compared to resin materials and metal materials. Therefore, depending on the storage environment or modeling environment of the modeling material, there is a concern that the modeling material absorbs moisture and easily becomes clogged. Therefore, it is preferable to apply the present invention to such a powder because the effects of the present invention are suitably exhibited.

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、少なくとも一部に樹脂材料を含む。例えば、造形用材料は、使用する粉末積層造形装置の造形方式によっては、予めバインダ材料を含む構成とする場合があり得る。また、目的の造形物を構成する材料として樹脂材料を含むこともある。これらの樹脂材料は、粉末中のより微細な粒子をより粗大な粒子に付着させて粒子形状をいびつ化させたり、軟質なために金属材料やセラミック材料からなる粒子と嵌まり合うなどして、粉末の流動性を低下させ得る。したがって、このような粉末に対しても、本発明を適用することで、流動性の低下を抑制し得るために好ましい。   In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the powder includes a resin material at least partially. For example, the modeling material may be configured to include a binder material in advance depending on the modeling method of the powder additive manufacturing apparatus to be used. Moreover, the resin material may be included as a material which comprises the target molded article. These resin materials are made by attaching finer particles in powder to coarser particles and distorting the particle shape, and because they are soft, they fit with particles made of metal material or ceramic material, etc. The fluidity of the powder can be reduced. Therefore, it is preferable to apply the present invention also to such a powder because the decrease in fluidity can be suppressed.

以上の造形用材料は、これまでとは異なる粒度制御により流動性が改善されている。そのため、一般的な供給条件で、これまでよりも均質でムラのない材料の供給が可能とされる。その結果、粉末積層造形における造形精度を高めることが可能となる。あるいは、これまでより過酷な条件で、例えば、造形精度を維持したままより高速での造形を可能とし得る。このような観点から、ここに開示される技術は、上記の造形用材料を用いた三次元造形物の製造方法をも提供する。さらに、他の側面において、ここに開示される技術は、上記の造形用材料を製造する造形用材料の製造方法をも提供する。   The fluidity of the above modeling materials is improved by particle size control different from the conventional materials. Therefore, it is possible to supply a material that is more uniform and more uniform than usual under general supply conditions. As a result, it becomes possible to improve the modeling accuracy in powder additive manufacturing. Alternatively, it may be possible to perform modeling at a higher speed while maintaining modeling accuracy under severer conditions. From such a viewpoint, the technique disclosed herein also provides a method for manufacturing a three-dimensional structure using the above modeling material. Furthermore, in another aspect, the technology disclosed herein also provides a manufacturing method of a modeling material for manufacturing the modeling material.

図1は、従来の造形用材料の電子顕微鏡像を例示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an electron microscope image of a conventional modeling material. 図2は、一実施形態に係る造形用材料の電子顕微鏡像を例示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an electron microscope image of a modeling material according to an embodiment. 図3は、落下供給式の積層造形装置の構成を例示的に説明する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a drop-feed type additive manufacturing apparatus.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、本明細書に記載された発明の実施についての教示と当該分野における出願時の技術常識とに基づいて当業者に理解され、実施することができる。また、図面は必ずしも実際の寸法関係(長さ、幅、厚さ等)を反映するものに限定されない。また、本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention include the teachings on the implementation of the invention described in the present specification and the common general technical knowledge at the time of filing in this field. Can be understood and implemented by those skilled in the art based on the above. Further, the drawings are not necessarily limited to those reflecting actual dimensional relationships (length, width, thickness, etc.). In this specification, “X to Y” indicating a range means “X or more and Y or less”.

(造形用材料)
ここに開示される「造形用材料」は、粉末積層造形に用いるための粉末状の材料である。粉末積層造形とは、付加製造技術において造形物の材料として粉末状の材料を用いる各種の造形手法を広く包含する。具体的には、例えば、バインダジェット法に代表される結合材噴射(Binder jetting)法、レーザ肉盛り溶接,電子ビーム肉盛り溶接,アーク溶接等に代表される指向性エネルギー堆積(Directed energy deposition)法、レーザ焼結法,レーザ選択焼結(Selective Laser Sintering:SLS)法,電子ビーム焼結法等に代表される粉末床溶融結合(Powder bed fusion)法等と呼ばれるものが含まれる。この造形用材料は緻密な造形物の造形に好適であるとの観点から、指向性エネルギー堆積法、粉末床溶融結合法を採用することがより好ましい。
(Material for modeling)
The “modeling material” disclosed herein is a powdery material for use in powder layered modeling. Powder additive manufacturing broadly encompasses various types of modeling techniques using powdered materials as materials for modeling objects in the additive manufacturing technology. Specifically, for example, a directed energy deposition represented by a binder jetting method represented by a binder jet method, a laser beam welding, an electron beam welding, an arc welding, and the like. And a so-called powder bed fusion method represented by a laser sintering method, a selective laser sintering (SLS) method, an electron beam sintering method, and the like. From the viewpoint that this modeling material is suitable for modeling a dense model, it is more preferable to employ a directional energy deposition method and a powder bed fusion bonding method.

本発明者らは、従来の粉末の造形用材料の流動性について鋭意研究を重ねた結果、以下の事項について知見した。すなわち、従来の造形用材料は、典型的には造形品質を確保する目的で、要求される造形精度(例えば1層ごとの造形厚み)に応じて、粉砕機等による粉砕や、振動ふるい機等によるふるい分けなどによる粒度調整が一般に行われていた。例えば、積層造形用の金属粉末の粒度は、一般的には、−45+15μm(すなわち、45μmよりも小さく、15μmよりも大きい)程度に調整されている。その結果、かかる粒度調整が施された造形用材料の粒度分布(頻度分布)は、例えば、理想的には、中央付近は正規分布に近い形状を有し、大粒径側と小粒径側とで粒子がカット(除去)されることにより頻度が低減された形状を示すものであり得た。なお、工業的に生産される造形用材料の粒度分布の管理については、一般的に、レーザ回折・散乱法に基づき体積基準の粒度分布が採用されている。しかしながら、本発明者らの詳細な観察の結果、従来の造形用材料においては、粒度調整が施されたものであっても、施されていないものであっても、例えば、電子顕微鏡で観察した場合に、微細な粒子が多数存在していることが確認できるものであった。そして、本発明者らが粒度調整の手法を種々検討し、かかる微細な粒子を選択的に除去した結果、造形用材料の流動性が劇的に改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies on the fluidity of conventional powder molding materials, the present inventors have found the following matters. That is, the conventional modeling material typically has a purpose of ensuring modeling quality, and is pulverized by a pulverizer or the like according to required modeling accuracy (for example, modeling thickness for each layer), a vibration sieve machine, etc. Grain size adjustment by sieving by, etc. was generally performed. For example, the particle size of the metal powder for additive manufacturing is generally adjusted to about −45 + 15 μm (that is, smaller than 45 μm and larger than 15 μm). As a result, the particle size distribution (frequency distribution) of the material for modeling subjected to such particle size adjustment, for example, ideally has a shape close to a normal distribution near the center, and has a large particle size side and a small particle size side. And the particles may be cut (removed) to show a shape with reduced frequency. For the management of the particle size distribution of industrially produced modeling materials, generally, a volume-based particle size distribution is adopted based on a laser diffraction / scattering method. However, as a result of detailed observations by the present inventors, the conventional modeling material was observed with an electron microscope, for example, whether or not the particle size was adjusted. In some cases, it was confirmed that a large number of fine particles were present. The inventors have studied various methods for adjusting the particle size, and as a result of selectively removing such fine particles, the present inventors have found that the fluidity of the modeling material is dramatically improved, thereby completing the present invention. It came to.

ここに開示される造形用材料は、金属材料および無機材料からなる群から選択される少なくとも1種からなる粉末を含んでいる。そして、この粉末における粒子径が45μmを超える粒子の積算質量が全体の0.5質量%以上であり、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が20μm以下の粒子の数が全体の15個数%以下である。   The modeling material disclosed here includes at least one powder selected from the group consisting of metal materials and inorganic materials. The cumulative mass of particles having a particle diameter exceeding 45 μm in this powder is 0.5% by mass or more of the whole, and the number of particles having a particle diameter of 20 μm or less based on observation with an electron microscope is 15% by number or less. .

(金属材料)
金属材料は本質的に金属を含む。金属材料を含む粉末は、典型的には、主成分として金属を含む。ここでいう主成分とは、当該金属材料含有粉末の70質量%以上を占める成分を意味する。金属材料含有粉末は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上(典型的には98質量%以上)が金属からなることが好ましい。
(Metal material)
The metallic material essentially comprises a metal. The powder containing a metal material typically contains a metal as a main component. A main component here means the component which occupies 70 mass% or more of the said metal material containing powder. The metal material-containing powder is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, particularly preferably 95% by mass or more (typically 98% by mass or more).

金属としては特に制限されず、例えば、各種の金属元素の単体や、これらの元素と他の1種以上の元素とからなる合金等であってよい。金属の単体としては、例えば、典型的には、マグネシウム(Mg),アルミニウム(Al),チタン(Ti), クロム(Cr),マンガン(Mn),鉄(Fe),コバルト(Co),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),ジルコニウム(Zr),金(Au),銀(Ag),白金(Pt),イリジウム(Ir),ビスマス(Bi),ニオブ(Ni),モリブデン(Mo),錫(Sn),タングステン(W)および鉛(Pb)等が例示される。もちろん、ここに例示された以外の元素の含有は、当然のものとして許容される。   It does not restrict | limit especially as a metal, For example, the alloy etc. which consist of the simple substance of various metal elements, these elements, and 1 or more types of other elements may be sufficient. As a simple metal, for example, typically, magnesium (Mg), aluminum (Al), titanium (Ti), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel ( Ni), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium (Zr), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), iridium (Ir), bismuth (Bi), niobium (Ni), molybdenum ( Examples include Mo), tin (Sn), tungsten (W), and lead (Pb). Of course, inclusion of elements other than those exemplified here is allowed as a matter of course.

また、合金としては、具体的には、一例として、Cu−Al合金,Cu−Al−Fe合金,Cu−Ni合金,Cu−Ni−In合金等に代表される銅合金、Ni−Al合金,Ni−Cr合金(例えば、Ni−20Cr合金、Ni−50Cr合金、インコネル600,インコネル625,インコネル718,インコネルX750等のインコネル),Ni−Cr−Fe合金(例えばインコロイ),Ni−Cr−Al合金,ハステロイ(例えば、Ni−Fe−Mo合金,Ni−Cr−Mo合金),Ni−Cu合金(例えば、モネル)等に代表されるニッケル合金、コバルトを主成分とし、Co−Cr−W合金(例えば、ステライト),Co−Cr−Ni−W−C合金,Co−Mo−Cr−Si合金,Co−Cr−Al−Y合金等に代表されるコバルト合金、Ni−Cr−Fe−Si−B−C合金,Ni−Cr−Mo−Cu−Fe−Si−B−C合金等に代表されるNi自溶合金、Co−Ni−Cr−Mo−Fe−Si−B−Cに代表されるCo自溶合金、Al−Cu合金,Al−Si−Mg合金,Al−Mg合金等に代表されるアルミニウム合金、Fe−36Ni合金,Fe−Ni−Co合金等に代表されるインバー合金、Fe−29Ni−17Co合金等に代表されるコバール合金、マルエージング鋼に代表される低炭素鋼、炭素鋼、SUS304,SUS316,SUS316L,SUS410,SUS420J2,SUS431,SUS630等に代表されるステンレス鋼、Ti−6Al−4Vに代表されるチタン合金等が挙げられる。なお、ここでいう合金とは、上記の金属元素と、他の1種以上の元素からなり、金属的な性質を示す物質を包含する意味であって、その混ざり方は、固溶体、金属間化合物およびそれらの混合のいずれであってもよい。さらに、上記に例示された組成系に他の元素が添加されていてもよい。
以上の金属および合金は、いずれか1種が単独で含まれていてもよいし、2種以上が組み合わされて含まれていてもよい。
Moreover, as an alloy, specifically, as an example, a Cu-Al alloy, a Cu-Al-Fe alloy, a Cu-Ni alloy, a Cu-Ni-In alloy, a copper alloy, a Ni-Al alloy, Ni-Cr alloy (for example, Ni-20Cr alloy, Ni-50Cr alloy, Inconel 600, Inconel 625, Inconel 718, Inconel X750 etc. Inconel), Ni-Cr-Fe alloy (for example, Incoloy), Ni-Cr-Al alloy , Hastelloy (e.g., Ni-Fe-Mo alloy, Ni-Cr-Mo alloy), nickel alloy represented by Ni-Cu alloy (e.g., Monel), cobalt as a main component, Co-Cr-W alloy ( For example, stellite), Co-Cr-Ni-WC alloy, Co-Mo-Cr-Si alloy, Co-Cr-Al-Y alloy, etc. Alloys, Ni-Cr-Fe-Si-BC alloys, Ni-Cr-Mo-Cu-Fe-Si-BC alloys, and other Ni self-fluxing alloys, Co-Ni-Cr-Mo-Fe -Co self-fluxing alloy represented by Si-B-C, Al-Cu alloy, Al-Si-Mg alloy, aluminum alloy represented by Al-Mg alloy, Fe-36Ni alloy, Fe-Ni-Co alloy Invar alloy typified by, etc., Kovar alloy typified by Fe-29Ni-17Co alloy, etc., low carbon steel typified by maraging steel, carbon steel, SUS304, SUS316, SUS316L, SUS410, SUS420J2, SUS431, SUS630, etc. Stainless steel represented by Ti, titanium alloy represented by Ti-6Al-4V, and the like. In addition, an alloy here is the meaning which includes the substance which consists of said metal element and one or more other elements, and shows a metallic property, Comprising: The mixing method is a solid solution, an intermetallic compound. And a mixture thereof. Furthermore, other elements may be added to the composition system exemplified above.
Any one of the above metals and alloys may be included alone, or two or more of them may be included in combination.

(無機材料)
無機材料は、本質的に無機材料を含む。無機材料を含む粉末は、典型的には、主成分として無機材料を含む。ここでいう主成分とは、当該無機材料含有粉末の60質量%以上を占める成分を意味する。無機材料含有粉末は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは75質量%以上、特に好ましくは80質量%以上(典型的には90質量%以上)が無機材料からなることが好ましい。無機材料は、典型的にはセラミックを含む。
(Inorganic material)
Inorganic materials essentially comprise inorganic materials. The powder containing an inorganic material typically contains an inorganic material as a main component. A main component here means the component which occupies 60 mass% or more of the said inorganic material containing powder. The inorganic material-containing powder is preferably 70% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, and particularly preferably 80% by mass or more (typically 90% by mass or more) made of an inorganic material. Inorganic materials typically include ceramic.

セラミックとしては、例えば、各種金属の酸化物からなるセラミック(酸化物系セラミック)材料であってもよいし、炭化物、ホウ化物、窒化物、アパタイト(リン酸塩)等の非酸化物からなるセラミック材料であってよい。
ここで、酸化物系セラミックとしては、特に限定されることなく各種の金属の酸化物とすることができる。かかる酸化物系セラミックを構成する金属元素としては、例えば、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等の半金属元素、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、鉛(Pb)等の典型元素、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、チタニウム(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)等の遷移金属元素、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユーロピウム(Er)、ルテチウム(Lu)等のランタノイド元素から選択される1種または2種以上が挙げられる。なかでも、Mg、Y、Ti、Zr、Cr、Mn、Fe、Zn、Al、Erから選択される1種または2種以上の元素であることが好ましい。
The ceramic may be, for example, a ceramic (oxide ceramic) material made of various metal oxides, or a ceramic made of non-oxide such as carbide, boride, nitride, apatite (phosphate), etc. It may be a material.
Here, the oxide-based ceramic is not particularly limited, and may be various metal oxides. Examples of the metal element constituting such an oxide-based ceramic include metalloid elements such as boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), antimony (Sb), and bismuth (Bi), magnesium (Mg), Typical elements such as calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), zinc (Zn), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), tin (Sn), lead (Pb), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), gold ( selected from a transition metal element such as u), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Er), lutetium (Lu) 1 type or 2 types or more are mentioned. Especially, it is preferable that it is 1 type, or 2 or more types of elements selected from Mg, Y, Ti, Zr, Cr, Mn, Fe, Zn, Al, and Er.

酸化物系セラミックとして、より具体的には、例えば、アルミナ、ジルコニア、イットリア、クロミア、チタニア、コバルタイト、マグネシア、シリカ、カルシア、セリア、フェライト、スピネル、ジルコン、酸化ニッケル、酸化銀、酸化銅、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化ストロンチウム、酸化スカンジウム、酸化サマリウム、酸化ビスマス、酸化ランタン、酸化ルテチウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、マンガン酸化物、酸化タンタル、酸化テルピウム、酸化ユーロピウム、酸化ネオジウム、酸化スズ、酸化アンチモン、アンチモン含有酸化スズ、酸化インジウム、スズ含有酸化インジウム、酸化ジルコニウムアルミネート、酸化ジルコニウムシリケート、酸化ハフニウムアルミネート、酸化ハフニウムシリケート、酸化チタンシリケート、酸化ランタンシリケート、酸化ランタンアルミネート、酸化イットリウムシリケート、酸化チタンシリケート、酸化タンタルシリケート等が挙げられる。   More specifically, as an oxide-based ceramic, for example, alumina, zirconia, yttria, chromia, titania, cobaltite, magnesia, silica, calcia, ceria, ferrite, spinel, zircon, nickel oxide, silver oxide, copper oxide, oxidation Zinc, gallium oxide, strontium oxide, scandium oxide, samarium oxide, bismuth oxide, lanthanum oxide, lutetium oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, manganese oxide, tantalum oxide, terpium oxide, europium oxide, neodymium oxide , Tin oxide, antimony oxide, antimony-containing tin oxide, indium oxide, tin-containing indium oxide, zirconium oxide aluminate, zirconium oxide silicate, hafnium oxide aluminate, oxide huff Um silicate, titanium silicate, lanthanum oxide silicate, lanthanum oxide aluminate, yttrium oxide silicate, titanium oxide silicates include tantalum oxide silicates and the like.

また、非酸化物系セラミックとしては、例えば、炭化タングステン(WC)、炭化クロム(CrC)、炭化バナジウム(VC)、炭化ニオブ(NbC)、炭化モリブデン(MoC)、炭化タンタル(TaC)、炭化チタン(TiC)、炭化ジルコニウム(ZrC)、炭化ハフニウム(HfC)、炭化ケイ素(SiC)、炭化ホウ素(BC)などの炭化物、ホウ化チタン(TiB),ホウ化ジルコニウム(ZrB),ホウ化タンタル(TaB)、ホウ化ハフニウム(HfB)、ホウ化クロム(CrB,CrB),ホウ化タングステン(WB),ホウ化モリブデン(MoB)などのホウ化物、窒化ホウ素(BN)、窒化チタン(TiN)、窒化ケイ素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)等の窒化物、フオルステライト、ステアタイト、コーディエライト、ムライト、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、サイアロン等の複合化物、ハイドロキシアパタイト、リン酸カルシウム等のリン酸化合物等が挙げられる。 Examples of non-oxide ceramics include tungsten carbide (WC), chromium carbide (CrC), vanadium carbide (VC), niobium carbide (NbC), molybdenum carbide (Mo 2 C), tantalum carbide (TaC), Carbides such as titanium carbide (TiC), zirconium carbide (ZrC), hafnium carbide (HfC), silicon carbide (SiC), boron carbide (BC), titanium boride (TiB 2 ), zirconium boride (ZrB 2 ), boron Borides such as tantalum boride (TaB 2 ), hafnium boride (HfB 2 ), chromium boride (CrB 2 , CrB), tungsten boride (WB), molybdenum boride (MoB), boron nitride (BN), nitriding Nitride such as titanium (TiN), silicon nitride (SiN), aluminum nitride (AlN), forsterite Composites such as steatite, cordierite, mullite, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate, Mn-Zn ferrite, Ni-Zn ferrite, sialon, phosphate compounds such as hydroxyapatite, calcium phosphate, etc. Can be mentioned.

以上のセラミックは、上記以外の他の元素が含まれていてもよい。また、これらのセラミックは、いずれか1種の単体であってもよいし、2種以上が組み合わされていてもよい。例えば、2種以上のセラミックが含まれる場合には、その一部または全部が複合化物を形成していてもよい。このような複合化されたセラミックの例としては、例えば、具体的には、イットリア安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、ガドリニウムドープセリア、ランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛や、上記のサイアロン、上記複合酸化物等が挙げられる。   The above ceramics may contain elements other than those described above. In addition, these ceramics may be either one kind of simple substance, or two or more kinds may be combined. For example, when two or more kinds of ceramics are included, part or all of them may form a composite. Examples of such composite ceramics include, for example, yttria stabilized zirconia, partially stabilized zirconia, gadolinium doped ceria, lanthanum doped lead zirconate titanate, the above sialon, and the above composite oxide. Thing etc. are mentioned.

(サーメット)
なお、上記の金属材料および無機材料は、サーメットを構成していてもよい。例えば、サーメットは、硬質相として上記のセラミック粉末を用い、結合材(金属相)として上記の金属粉末を用い、これらを混合して焼結することで用意することができる。サーメットを構成する材料は特に制限されないが、セラミックス成分としては、例えば、アルミナ等の酸化物系セラミックス、炭化タングステン,炭化チタン等の炭化物系セラミックスや、窒化チタン,炭窒化チタン等の窒化物系セラミックス、ホウ化チタン,ホウ化ジルコニウム,ホウ化タンタル、ホウ化ハフニウム、ホウ化クロム,ホウ化タングステン,ホウ化モリブデン等に代表されるホウ化物系セラミックスなどの硬質材料を好ましく用いることができる。また、金属成分としては、例えば、ニッケル,コバルト、モリブデン等を好ましく用いることができる。これらの材料の混合および焼結に際しては、公知のスプレードライ法等を利用することで、サーメットを含む粉末を好適に用意することができる。
(cermet)
In addition, said metal material and inorganic material may comprise the cermet. For example, the cermet can be prepared by using the above ceramic powder as a hard phase and using the above metal powder as a binder (metal phase) and mixing and sintering them. The material constituting the cermet is not particularly limited. Examples of the ceramic component include oxide ceramics such as alumina, carbide ceramics such as tungsten carbide and titanium carbide, and nitride ceramics such as titanium nitride and titanium carbonitride. Hard materials such as boride ceramics represented by titanium boride, zirconium boride, tantalum boride, hafnium boride, chromium boride, tungsten boride, molybdenum boride and the like can be preferably used. Moreover, as a metal component, nickel, cobalt, molybdenum etc. can be used preferably, for example. In mixing and sintering these materials, a powder containing cermet can be suitably prepared by using a known spray drying method or the like.

ここで、サーメットにおける硬質相と金属相との割合は特に制限されない。例えば、サーメット全体(硬質相と金属相の合計)に占める金属相の割合は、10質量%以上、例えば、15質量%以上85質量%以下とすることができる。このことにより、十分に溶融し難い硬質相の表面に金属相が好適に濡れ広がり、緻密な造形の可能な造形用材料を得ることができる。金属相の割合は、所望の造形物の物性に応じて適宜調整することができるものの、例えば、20質量%以上が好ましく、25質量%以上がより好ましく、30質量%以上が特に好ましい。しかしながら、金属相が多すぎると、セラミックを含む硬質相の特徴が損なわれ得るために好ましくない。そこで、金属相の割合は、85質量%未満に規定している。金属相の割合は、所望の造形物の物性に応じて適宜調整することができるものの、80質量%以下が好ましく、75質量%以下がより好ましく、70質量%以下が特に好ましい。   Here, the ratio of the hard phase and the metal phase in the cermet is not particularly limited. For example, the ratio of the metal phase to the entire cermet (the total of the hard phase and the metal phase) can be 10 mass% or more, for example, 15 mass% or more and 85 mass% or less. This makes it possible to obtain a modeling material capable of being precisely modeled by suitably spreading the metal phase on the surface of the hard phase that is not easily melted. The proportion of the metal phase can be appropriately adjusted according to the physical properties of the desired shaped article, but is preferably 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, and particularly preferably 30% by mass or more. However, too much metal phase is not preferable because the characteristics of the hard phase containing ceramic may be impaired. Therefore, the ratio of the metal phase is specified to be less than 85% by mass. The proportion of the metal phase can be appropriately adjusted according to the physical properties of the desired shaped article, but is preferably 80% by mass or less, more preferably 75% by mass or less, and particularly preferably 70% by mass or less.

(樹脂材料)
また、ここに開示される造形用材料は、上記の金属材料および無機材料の他に、樹脂材料を含むことができる。樹脂材料としては各種の材料を考慮することができ、例えば、造形を目的として含まれる造形成分と、バインダ機能を目的として含まれるバインダ成分とを考慮することができる。
(Resin material)
Moreover, the modeling material disclosed here can contain a resin material in addition to the metal material and the inorganic material. Various materials can be considered as the resin material. For example, a modeling component included for the purpose of modeling and a binder component included for the purpose of the binder function can be considered.

(造形成分)
造形成分として用いる樹脂材料は、造形により得られる造形物において、造形物に所望の特性を付与する機能性材料としての役割を有するとともに、粉末を結合するバインダとしての役割をも担うことができる。このような樹脂材料としては特に制限されず、所望の特性等に応じて各種の樹脂材料を適宜選択して用いることができる。例えば、具体的には、加熱による形成を好適に行える、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等を用いることができる。
(Modeling ingredients)
The resin material used as the modeling component has a role as a functional material for imparting desired characteristics to the modeled object in a modeled object obtained by modeling, and can also serve as a binder for binding powder. Such a resin material is not particularly limited, and various resin materials can be appropriately selected and used according to desired characteristics and the like. For example, specifically, a thermoplastic resin or a thermosetting resin that can be suitably formed by heating can be used.

熱可塑性樹脂としては、加熱により成形できる程度の熱可塑性が得られる合成樹脂を広く制限なく包含し得る。本明細書において、「熱可塑性」とは、可逆的に、加熱すると軟化して塑性変形が可能となり、冷却すると可逆的に硬化する性質である。一般に、線状あるいは分枝状の高分子からなる化学構造を有する樹脂を考慮することができる。具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル(PVC),ポリエチレン(PE),ポリプロピレン(PP),ポリスチレン(PS),熱可塑性ポリエステル,アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS),アクリロニトリル・スチレン(AS),ポリメチルメタアクリル(PMMA),ポリビニルアルコール(PVA),ポリ塩化ビニリデン(PVDC),ポリエチレンテレフタレート(PET),酢酸ビニル等の汎用樹脂、ポリアミド(PA),ポリアセタール(POM),ポリカーボネート(PC),ポリフェニレンエーテル(PPE),変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE;m−PPOともいう。),ポリブチレンテレフタレート(PBT),超高分子量ポリエチレン(UHPE),ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等のエンジニアリング・プラスチック、ポリスルフォン(PSF),ポリエーテルスルフォン(PES),ポリフェニレンスルフィド(PPS),ポリアリレート(PAR),ポリアミドイミド(PAI),ポリエーテルイミド(PEI),ポリエーテルエーテルケトン(PEEK),ポリイミド(PI),液晶ポリマー(LCP),ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のスーパーエンジニアリング・プラスチック等が例示される。これらはいずれか1種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて用いるようにしても良い。   As a thermoplastic resin, the synthetic resin which can obtain the thermoplasticity of the grade which can be shape | molded by heating can be included widely without a restriction | limiting. In the present specification, the term “thermoplastic” means a property that reversibly softens when heated and can be plastically deformed, and reversibly cures when cooled. In general, a resin having a chemical structure composed of a linear or branched polymer can be considered. Specifically, for example, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), thermoplastic polyester, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), acrylonitrile styrene (AS), poly General purpose resins such as methyl methacrylate (PMMA), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethylene terephthalate (PET), vinyl acetate, polyamide (PA), polyacetal (POM), polycarbonate (PC), polyphenylene ether (PPE), modified polyphenylene ether (m-PPE; also referred to as m-PPO), polybutylene terephthalate (PBT), ultrahigh molecular weight polyethylene (UHPE), polyvinylidene fluoride (PVdF), etc. Zineering plastic, polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate (PAR), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK) And super engineering plastics such as polyimide (PI), liquid crystal polymer (LCP), and polytetrafluoroethylene (PTFE). Any one of these may be used alone, or two or more may be used in combination.

熱硬化性樹脂としては、加熱すると重合を起こして高分子の網目構造を形成し、硬化して元に戻らなくなる合成樹脂を広く制限なく包含し得る。本明細書において、「熱硬化性」とは、加熱によって重合体中で反応が進行し、橋かけがおこって網状構造が形成され、硬化する性質である。具体的には、例えば、フェノール樹脂(PF),エポキシ樹脂(EP),メラミン樹脂(MF),尿素樹脂(ユリア樹脂、UF),不飽和ポリエステル樹脂(UP),アルキド樹脂,ポリウレタン(PUR),熱硬化性ポリイミド(PI)等が例示される。この熱硬化性樹脂としては、例えば、低分子単量体の混合物の状態であっても良いし、ある程度まで重合が進行した高分子であってもよい。これらは、いずれか1種を単独で用いても良いし、2種以上を組み合わせて(ブレンドを含む)用いるようにしても良い。   As the thermosetting resin, a synthetic resin that undergoes polymerization to form a polymer network structure upon heating and cannot be restored by curing can be widely included without limitation. In the present specification, “thermosetting” is a property in which a reaction proceeds in a polymer by heating and crosslinking occurs to form a network structure and cure. Specifically, for example, phenol resin (PF), epoxy resin (EP), melamine resin (MF), urea resin (urea resin, UF), unsaturated polyester resin (UP), alkyd resin, polyurethane (PUR), Examples thereof include thermosetting polyimide (PI). The thermosetting resin may be, for example, a mixture of low molecular weight monomers or a polymer that has been polymerized to some extent. Any one of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination (including a blend).

(バインダ成分)
バインダ成分としては、軟化または溶融することで粘性を帯び、再び硬化することで結着性(バインダ性能)を示す各種の樹脂材料を用いることができる。このような樹脂材料は特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
(Binder component)
As the binder component, it is possible to use various resin materials that become viscous when softened or melted and exhibit binding properties (binder performance) when cured again. Such a resin material is not particularly limited, and examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, acrylic resin, urethane resin, and polyimide resin.

これらの樹脂材料は、上記の金属材料および/または無機材料からなる粉末の表面をコーティングするように含まれてもよいし、粉末状の樹脂粒子が上記の粉末中に混在していたりまたは一体化されていてもよい。   These resin materials may be included so as to coat the surface of the powder made of the above metal material and / or inorganic material, and powdery resin particles are mixed or integrated in the above powder. May be.

(粗大粒子割合)
上記粉末は、粒子径が45μmを超える粒子の積算質量(質量割合)が全体の0.5質量%以上である。これにより、粉末を全体として、粉末積層造形に適したある程度大きな粒子を含むものとして把握することができる。この粒子径が45μmを超える粒子の割合は、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が特に好ましい。造形精度向上の観点からは、45μmを超える粒子の割合は、例えば、45質量%以下とすることがよい。
(Rough particle ratio)
In the powder, the cumulative mass (mass ratio) of particles having a particle diameter exceeding 45 μm is 0.5% by mass or more of the whole. Thereby, it can be grasped that the powder as a whole contains a certain amount of large particles suitable for powder additive manufacturing. The ratio of the particles having a particle diameter exceeding 45 μm is preferably 1% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and particularly preferably 10% by mass or more. From the viewpoint of improving modeling accuracy, the ratio of particles exceeding 45 μm is preferably 45% by mass or less, for example.

なお、この45μmを超える粒子の割合は、目開き45μmのふるいを用いたふるい分け試験により好ましく把握することができる。ふるい分け試験は、例えば、JIS Z8815:1994に規定される乾式ふるい分けに準じて実施することができる。   The proportion of particles exceeding 45 μm can be preferably grasped by a screening test using a sieve having an opening of 45 μm. The sieving test can be carried out according to, for example, dry sieving specified in JIS Z8815: 1994.

(平均粒子径)
上記粉末の平均粒子径は特に制限されず、例えば、使用する粉末積層造形装置の規格に適した大きさとすることができる。例えば、粉末積層造形における一層分の造形用材料の供給に適した大きさであり得る。粉末の平均粒子径の上限は、より大きいものとする場合には、例えば、130μm超過とすることができるが、典型的には130μm以下とすることができ、好ましくは100μm以下、より好ましくは75μm以下、さらに好ましくは50μm以下、特に好ましくは45μm以下、例えば40μm以下とすることができる。この粉末は、平均粒子径が小さくなるにつれて、例えば粉末積層造形装置の造形槽内での充填率が向上し得る。その結果、造形される三次元造形物の緻密度を好適に増すことができる。また、造形される三次元造形物の表面粗さ(Ra)を小さくできるとともに、寸法精度を向上させるという効果を得ることもできる。
(Average particle size)
The average particle diameter of the powder is not particularly limited, and can be, for example, a size suitable for the standard of the powder additive manufacturing apparatus to be used. For example, it may be a size suitable for supplying one layer of modeling material in powder additive manufacturing. When the upper limit of the average particle diameter of the powder is larger, it can be, for example, more than 130 μm, typically 130 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm. Hereinafter, it is more preferably 50 μm or less, particularly preferably 45 μm or less, for example, 40 μm or less. As the average particle diameter of this powder decreases, for example, the filling rate in the modeling tank of the powder additive manufacturing apparatus can be improved. As a result, the density of the three-dimensional structure to be modeled can be suitably increased. In addition, the surface roughness (Ra) of the three-dimensional structure to be formed can be reduced, and the effect of improving the dimensional accuracy can be obtained.

また、粉末の平均粒子径の下限は、造形用材料の流動性に影響を与えない範囲であれば特に制限されない。必ずしもこれに限定されるものではないが、後述の20μm以下の粒子の数を制限するとの観点から、平均粒子径は、例えば、23μm以上が好ましく、さらには25μm以上が好ましく、例えば30μm以上等とすることができる。平均粒子径を比較的大きくすることで、例えば、造形物を形成する際のハンドリングや造形用材料の流動性を全体として高めることができる。その結果、造形装置への造形用材料の供給を良好に実施することができ、作製される三次元造形物の仕上がりが良好となるために好ましい。なお、ここでいう流動性とは、主に、移送性、施工性(敷き詰め性)を意図している。粉末がこのような平均粒子径を有することで、粒子径が45μmを超える粒子の割合について、上記の要件を容易に満たすことができる。   The lower limit of the average particle diameter of the powder is not particularly limited as long as it does not affect the fluidity of the modeling material. Although not necessarily limited thereto, the average particle diameter is preferably, for example, 23 μm or more, more preferably 25 μm or more, for example, 30 μm or more, from the viewpoint of limiting the number of particles of 20 μm or less described later. can do. By making the average particle diameter relatively large, for example, handling when forming a modeled object and fluidity of the modeling material can be improved as a whole. As a result, it is preferable because the modeling material can be satisfactorily supplied to the modeling apparatus, and the finished three-dimensional modeled object can be finished well. In addition, the fluidity | liquidity here is mainly intending transportability and workability (laying property). When the powder has such an average particle size, the above requirements can be easily satisfied with respect to the proportion of particles having a particle size exceeding 45 μm.

なお、上記粉末についての「平均粒子径」は、特筆しない限り、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定装置により測定される体積基準の粒度分布における累積50%における粒子径(50%体積平均粒子径;Dv50%)とすることができる。   The “average particle size” of the above powder is the particle size at 50% cumulative (50% volume average particle size) in the volume-based particle size distribution measured by a particle size distribution measuring apparatus based on the laser diffraction / scattering method, unless otherwise specified. Diameter; Dv 50%).

(微細粒子の個数割合)
そしてここに開示される粉末は、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が20μm以下の粒子の数が全体の15個数%以下に規定されている。こ発明者らの検討によると、一般的な粒度調整を施され、粒子径が45μmを超える粒子の割合が0.5質量%以上との要件を満たすような各種の粉末においては、粒子径が20μm以下程度の粒子がより粗大な粒子と接触したときに、当該粗大な粒子間に挟み込まれるなどして、粗大粒子が流動しようとしたときにその動きを阻害し易くなると考えられる。したがって、流動性の低下に大きな影響を及ぼし得る20μm以下の微細な粒子の数を15個数%以下に制限することで、粉末の流動性を確実かつ飛躍的に高めることができる。20μm以下の微細な粒子の個数は、12個数%以下が好ましく、10個数%以下がより好ましく、8個数%以下がさらに好ましく、5個数%以下が特に好ましく、例えば3個数%以下とすることができる。
(Number ratio of fine particles)
In the powder disclosed here, the number of particles having a particle diameter of 20 μm or less based on observation with an electron microscope is regulated to 15% by number or less. According to the study by the present inventors, in various powders that are subjected to general particle size adjustment and satisfy the requirement that the ratio of particles having a particle diameter of more than 45 μm is 0.5 mass% or more, the particle diameter is It is considered that when particles of about 20 μm or less come into contact with coarser particles, the movement of the coarse particles is likely to be inhibited when the coarse particles try to flow, for example, by being sandwiched between the coarse particles. Therefore, by restricting the number of fine particles having a size of 20 μm or less that can greatly affect the decrease in fluidity to 15% by number or less, the fluidity of the powder can be reliably and dramatically increased. The number of fine particles of 20 μm or less is preferably 12% or less, more preferably 10% or less, further preferably 8% or less, particularly preferably 5% or less, and for example, 3% or less. it can.

なお、この粒子径が20μm以下の粒子は、上記のふるい分け試験のときには、より粗大な粒子の表面に付着する等して分級され難いレベルの粒子である。また、かかる微小な粒子は、上述のレーザ回折・散乱法やふるい分け試験等のように体積基準および質量基準で評価すると、その寸法が微小であるが故に頻度(体積および質量等)が無視し得るほどに小さく計測される。そこで、ここに開示される技術においては、電子顕微鏡観察に基づいて、かかる粒子径が20μm以下の微細な粒子を、その数で把握するようにしている。   The particles having a particle size of 20 μm or less are particles that are difficult to classify by adhering to the surface of coarser particles in the above screening test. Further, when such fine particles are evaluated on a volume basis and a mass basis as in the above-described laser diffraction / scattering method or screening test, the frequency (volume, mass, etc.) can be ignored because the dimensions are minute. It is measured as small as possible. Therefore, in the technique disclosed herein, the number of fine particles having a particle diameter of 20 μm or less is grasped based on the number of observations based on observation with an electron microscope.

なお、参考までに、一般的な粒度調整が施され、粒子径が45μmを超える粒子の割合が0.5質量%以上との要件を満たすような各種の粉末において、20μm以下の微細な粒子は、例えば約5体積%以下であったり、5質量%以下であったりし得る。これに対し、20μm以下の微細な粒子を個数基準で評価すると、その割合は、おおよそ20〜50個数%という高い割合になり得る。この点において、ここに開示される造形用材料は、従来の一般的な粒度調整を施された粉末と明確に区別される。   For reference, in various powders that have been subjected to general particle size adjustment and satisfy the requirement that the ratio of particles having a particle diameter exceeding 45 μm is 0.5 mass% or more, fine particles of 20 μm or less are For example, it may be about 5% by volume or less, or 5% by mass or less. On the other hand, when fine particles of 20 μm or less are evaluated on the basis of the number, the ratio can be as high as about 20 to 50 number%. In this respect, the modeling material disclosed herein is clearly distinguished from conventional powders that have been subjected to general particle size adjustment.

なお、粒子径が20μm以下の粒子についての「粒子径」は、一般的な電子顕微鏡による観察に基づき測定される粒子径である。本明細書においては、倍率が200倍の観察像を基に測定される円相当径を採用している。電子顕微鏡としては特に制限されないが、この種の分析に汎用されている走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)、マイクロスコープ等を使用することができる。円相当径の算出に際しては、例えば、適切な画像解析ソフトを利用してもよい。   The “particle diameter” for particles having a particle diameter of 20 μm or less is a particle diameter measured based on observation with a general electron microscope. In this specification, an equivalent circle diameter measured based on an observation image with a magnification of 200 times is employed. Although it does not restrict | limit especially as an electron microscope, The scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), microscope, etc. which are widely used for this kind of analysis can be used. In calculating the equivalent circle diameter, for example, appropriate image analysis software may be used.

また、電子顕微鏡観察に基づいて粒子径が20μm以下の粒子の個数を、厳密にすべて測定するのは困難であり、過度な負担となり得る。さらに、使用する電子顕微鏡や観察像の解像度等によってカウントできる粒子の大きさの下限にバラつきが生じるのは好ましくない。そして粒子径が20μm以下の粒子であっても、十分に微小な粒子については、粗大な粒子の流動を阻害する作用が小さいと考えられる。したがって、例えば上記のとおり倍率が200倍の観察像を用いて粒子径が20μm以下の粒子の個数を計測する場合、例えば、粉末を構成する粒子のうち、粒子径が1μm以上のものを計測の対象とすることができる。また、20μm以下の粒子の個数をカウントする場合も、粒子径が1μm以上の粒子を確認できる程度の解像度の観察像を使用することができる。   Further, it is difficult to strictly measure all the number of particles having a particle diameter of 20 μm or less based on observation with an electron microscope, which can be an excessive burden. Furthermore, it is not preferable that the lower limit of the particle size that can be counted depends on the electron microscope used, the resolution of the observation image, and the like. And even if it is a particle | grain with a particle diameter of 20 micrometers or less, about the sufficiently small particle | grain, it is thought that the effect | action which inhibits the flow of a coarse particle is small. Therefore, for example, when the number of particles having a particle size of 20 μm or less is measured using an observation image having a magnification of 200 times as described above, for example, among particles constituting a powder, particles having a particle size of 1 μm or more are measured. Can be targeted. Also, when counting the number of particles having a particle size of 20 μm or less, an observation image having a resolution that can confirm particles having a particle size of 1 μm or more can be used.

以上の造形用材料は、典型的には、原料としての金属および/またはセラミックを含む粉末の粒度を適切に調整することで用意することができる。ここで、原料としての粉末の製造方法は特に制限されないが、粉末の外形は製造方法によって特徴的であり得る。一般に、球形化処理が施されていない金属またはセラミックは、その製造方法に由来していびつな形状を有しやすい傾向がある。例えば、粉末の工業的な製造方法として、代表的には、粉砕法、プラズマアトマイズ法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、パウダースプレー法および造粒法等が挙げられる。これらのうち、プラズマアトマイズ法は概ね球形に近い粒子が得られるものの、比較的コストが高いという欠点がある。その他の各粉末製造方法では、比較的低コストであるという利点があるものの、いびつな形状の粉末が得られ易い。とりわけ、粉砕物であるセラミック粉末を含む場合は、結晶面に沿って破砕されているためにその傾向が強くなる。また、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法等により製造された金属粉末を含む場合は、勾玉状の粒子が形成されたり、粗大粒子の表面に微小な粒子が強固に付着した形状の粒子が形成されたりする。その結果、粉末の流動性は相対的に低減される。しかしながら、ここに開示される技術によると、上記のとおりの粒度調整により、かかる形態が非球形の粒子からなる粉末においても、好適にその流動性を高めることができる。かかる観点において、ここに開示される造形用材料は、プラズマアトマイズ法により製造された粉末はもちろんのこと、粉砕法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、パウダースプレー法および造粒法により製造された粉末についても好ましく対象とすることができる。   The above modeling material can be typically prepared by appropriately adjusting the particle size of a powder containing a metal and / or ceramic as a raw material. Here, the production method of the powder as a raw material is not particularly limited, but the external shape of the powder may be characteristic depending on the production method. In general, a metal or ceramic that has not been subjected to spheronization treatment tends to have a distorted shape due to its manufacturing method. For example, as an industrial production method of powder, typically, a pulverization method, a plasma atomization method, a gas atomization method, a water atomization method, a powder spray method, a granulation method, and the like can be given. Among these, although the plasma atomization method can obtain particles that are almost spherical, there is a disadvantage that the cost is relatively high. Each of the other powder manufacturing methods has an advantage of relatively low cost, but it is easy to obtain an irregularly shaped powder. In particular, when a ceramic powder that is a pulverized product is included, the tendency is increased because the powder is crushed along the crystal plane. In addition, when a metal powder produced by a gas atomization method, a water atomization method, or the like is included, jade-shaped particles are formed, or particles having a shape in which minute particles are firmly attached to the surface of coarse particles are formed. . As a result, the fluidity of the powder is relatively reduced. However, according to the technique disclosed herein, the fluidity can be suitably increased even in a powder composed of non-spherical particles by adjusting the particle size as described above. From this point of view, the modeling material disclosed herein is not limited to the powder produced by the plasma atomization method, but also the powder produced by the pulverization method, gas atomization method, water atomization method, powder spray method and granulation method. Can also be preferably targeted.

(造形用材料の製造方法)
本実施形態における造形用材料は、上述のように、例えば一般的な粉末材料や、積層造形用粉末として提供されている造形用材料等をより適切に粒度調整することで用意することができる。粒度調整の手法としては、例えば、まず、所望の組成からなる粉末を含む原料粉末を用意する。このとき、原料粉末は、粒子径が45μmを超える粒子の積算質量が概ね全体の0.5質量%以上となるように予備的に粒度調整を施しておいてもよい。かかる粒子の割合が元から概ね全体の0.5質量%以上である原料粉末を入手した場合は、特に予備調整の必要はない。次いで、この原料粉末から、粒子径が20μm以下の微細な粒子を除去する分級を実施する。これにより、上記のとおり、20μm以下の粒子の割合が15個数%以下となるように分級することができる。
(Method for manufacturing modeling material)
As described above, the modeling material in the present embodiment can be prepared, for example, by appropriately adjusting the particle size of a general powder material, a modeling material provided as a layered modeling powder, or the like. As a method for adjusting the particle size, for example, first, a raw material powder including a powder having a desired composition is prepared. At this time, the raw material powder may be preliminarily adjusted in particle size so that the cumulative mass of particles having a particle diameter exceeding 45 μm is approximately 0.5 mass% or more of the whole. When a raw material powder having a ratio of such particles of 0.5% by mass or more from the original is obtained, there is no need for preliminary adjustment. Next, classification is performed to remove fine particles having a particle diameter of 20 μm or less from the raw material powder. Thereby, as above-mentioned, it can classify so that the ratio of the particle | grains of 20 micrometers or less may be 15 number% or less.

分級(微細粒子の除去)の方法は等に制限されず、例えば、湿式法または乾式法のいずれであっても採用することができる。さらに、具体的な分級方法としては、例えば、重力による粒子の落下速度や落下位置の違いを利用する分級手法や、粉体を含む流体を旋回させて遠心力を作用させることを利用する分級手法などを好ましく採用することができる。例えば、一例として、粗大粒子に対しては遠心力を強く作用させ、微細粒子に対しては遠心力を抑制させて、両者を臨界粒子径にて分級する遠心分級法や、上述の遠心力と慣性力とを組み合わせた慣性分級方式等を採用することができる。なお、この分級工程においては、上記のとおり、20μm以下の微細な粒子を選択的に除去するとの目的をもって、種々の分級条件を制御することができる。これにより、ここに開示される造形用材料を得ることができる。   The method of classification (removal of fine particles) is not limited to the method, and for example, either a wet method or a dry method can be employed. Furthermore, as a specific classification method, for example, a classification method that uses the difference in the drop speed and position of the particles due to gravity, or a classification method that uses centrifugal force by turning a fluid containing powder Etc. can be preferably employed. For example, as an example, centrifugal force acts strongly on coarse particles, and on fine particles, the centrifugal force is suppressed, and both are classified by the critical particle diameter, and the above centrifugal force An inertia classification method combined with inertial force can be employed. In this classification step, as described above, various classification conditions can be controlled for the purpose of selectively removing fine particles of 20 μm or less. Thereby, the modeling material disclosed here can be obtained.

(三次元造形物の製造方法)
以上のようにして得られた造形用材料は、各種の粉末積層造形に適用することができる。そこで、ここに開示される三次元造形物の製造方法の好適例として、レーザ選択焼結法(SLS)を主として採用した場合を例に、粉末積層造形について説明する。
ここに開示される三次元造形物の製造方法は、一般的に、以下の工程を含む。
(1)粉末積層造形装置の造形槽への造形用材料の供給
(2)造形用材料の薄層の形成
(3)造形用材料の結合
(4)上記工程(1)〜(3)の繰り返し
(Method for manufacturing a three-dimensional structure)
The modeling material obtained as described above can be applied to various powder layered modeling. Then, as a suitable example of the manufacturing method of the three-dimensional structure disclosed here, the case where the laser selective sintering method (SLS) is mainly employed will be described as an example, and powder layered modeling will be described.
The manufacturing method of the three-dimensional structure disclosed herein generally includes the following steps.
(1) Supply of modeling material to modeling tank of powder additive manufacturing apparatus (2) Formation of thin layer of modeling material (3) Bonding of modeling material (4) Repeat of steps (1) to (3) above

図3は粉末積層造形のための積層造形装置の簡略図の一例を示している。積層造形装置は、大まかな構成として、粉末積層造形が行われる空間である造形槽10と、造形用材料1を貯留するとともに造形用材料1を造形槽に供給する供給装置20と、造形用材料1を固化するための固化手段(レーザ発振器等のエネルギー供給手段)30と、を備えている。造形槽10は、典型的には、外周が囲まれた造形空間内に、昇降可能な昇降テーブル12を備えている。造形槽10の上端が造形面に一致する。昇降テーブル12は、造形面に対して所定厚みΔt1ずつ下方に移動することができ、この昇降テーブル12上に目的の造形物を造形してゆく。供給装置20は、長尺で断面が略V字型の粉末収容部を備えており、粉末収容部の下端にスリット状の粉末供給口が設けられている。また、供給装置20の下面には、造形槽10への造形用材料の供給を補助するスキージブレード22が長手方向に沿って備えられている。供給装置20は、造形槽10の上端の枠部上に、造形槽10を跨ぐように水平に配置され、供給装置20の長手方向に直交する一の方向に往復移動が可能なように移動手段(図示せず)が備えられている。   FIG. 3 shows an example of a simplified diagram of an additive manufacturing apparatus for powder additive manufacturing. As a rough configuration, the additive manufacturing apparatus has, as a rough configuration, a forming tank 10 that is a space in which powder additive manufacturing is performed, a supply device 20 that stores the forming material 1 and supplies the forming material 1 to the forming tank, and a forming material. Solidifying means (energy supply means such as a laser oscillator) 30 for solidifying 1. The modeling tank 10 typically includes a lifting table 12 that can be moved up and down in a modeling space surrounded by an outer periphery. The upper end of the modeling tank 10 coincides with the modeling surface. The lifting table 12 can move downward by a predetermined thickness Δt1 with respect to the modeling surface, and a target modeled object is modeled on the lifting table 12. The supply device 20 has a long and substantially V-shaped powder container, and a slit-shaped powder supply port is provided at the lower end of the powder container. Further, a squeegee blade 22 that assists the supply of the modeling material to the modeling tank 10 is provided on the lower surface of the supply device 20 along the longitudinal direction. The supply device 20 is horizontally disposed on the frame portion at the upper end of the modeling tank 10 so as to straddle the modeling tank 10, and is movable so as to be able to reciprocate in one direction orthogonal to the longitudinal direction of the supply apparatus 20. (Not shown).

1.造形用材料の供給
このような積層造形装置では、昇降テーブル12を造形面より所定厚みΔt1だけ下げた状態で造形槽10へ造形用材料1を供給することで、所定厚みΔt1分の造形用材料層40を用意することができる。具体的には、供給装置20は、造形槽10の上方を水平に移動しながら、供給口から造形用材料1を落下させる。これにより、造形槽10内の昇降テーブル12上に造形用材料1が供給される。
1. Supply of modeling material In such a layered modeling apparatus, the modeling material for a predetermined thickness Δt1 is supplied by supplying the modeling material 1 to the modeling tank 10 in a state where the elevation table 12 is lowered by a predetermined thickness Δt1 from the modeling surface. A layer 40 can be provided. Specifically, the supply device 20 drops the modeling material 1 from the supply port while moving horizontally above the modeling tank 10. As a result, the modeling material 1 is supplied onto the lifting table 12 in the modeling tank 10.

2.造形用材料層の形成
また、造形用材料1の供給と並行して、あるいはその後に、供給装置20の下面に備えられたスキージブレード22が、昇降テーブル12上に供給された造形用材料1を平坦に均す。これにより、表面が平坦に均された造形用材料層40を用意することができる。
2. Formation of the modeling material layer In parallel with or after the supply of the modeling material 1, the squeegee blade 22 provided on the lower surface of the supply device 20 converts the modeling material 1 supplied onto the lifting table 12. Level evenly. Thereby, the modeling material layer 40 whose surface is leveled can be prepared.

3.造形用材料の結合
そして、例えば、形成された第1層目の造形用材料層40に対し、固化手段30によって熱源や固化組成物等(以下、エネルギー等という。)を供給する。このエネルギー等は、第1層目のスライスデータに対応した固化領域にのみ供給する。これにより、造形用材料1を所望の断面形状に溶融および/または焼結させ、第1層目の粉末固化層(40)を形成することができる。
3. Then, for example, a heat source, a solidified composition or the like (hereinafter referred to as energy or the like) is supplied by the solidifying means 30 to the formed first layer of modeling material 40. This energy or the like is supplied only to the solidified region corresponding to the slice data of the first layer. Thereby, the modeling material 1 can be melted and / or sintered in a desired cross-sectional shape to form the first powder solidified layer (40).

4.繰り返し積層造形
この後、昇降テーブル12を所定厚みΔt1だけ下げて再度造形用材料を供給し、スキージブレード22で均すことで第2層目の造形用材料層40を形成する。そしてこの造形用材料層40の第2層目のスライスデータに対応した固化領域にのみ、固化手段30を介してエネルギー等を与えて造形用材料を固化させる。これにより第2層目の粉末固化層を形成する。このとき、第2層目の粉末固化層と、下層である第1層目の粉末固化層とが一体化されて、第2層目までの積層体42が形成される。
4). Repeated Laminate Modeling Thereafter, the elevating table 12 is lowered by a predetermined thickness Δt1 and the modeling material is supplied again and leveled by the squeegee blade 22 to form the second modeling material layer 40. Then, only the solidification region corresponding to the slice data of the second layer of the modeling material layer 40 is applied with energy or the like via the solidifying means 30 to solidify the modeling material. As a result, a second powder solidified layer is formed. At this time, the powder solidified layer of the second layer and the powder solidified layer of the first layer which is the lower layer are integrated to form the laminate 42 up to the second layer.

引き続き、昇降テーブル12を所定厚みΔt1だけ下降させて新たな造形用材料層40を形成する。そして引き続き、固化手段30を介して所要箇所にエネルギー等を供給する。これらの工程を繰り返すことで、粉末固化層が一体化された積層体42として、目的の三次元造形物を製造することができる。   Subsequently, the lifting table 12 is lowered by a predetermined thickness Δt1 to form a new modeling material layer 40. Subsequently, energy or the like is supplied to the required location via the solidifying means 30. By repeating these steps, the target three-dimensional structure can be manufactured as the laminate 42 in which the powder solidified layer is integrated.

なお、造形用材料を固化するための手段としては、例えば、インクジェットにより造形用材料を固化するための組成物を噴射する方法や、レーザにより熱を与えて造形用材料を溶融固化する方法、または造形用材料が光硬化の性質をもつものであれば、その光硬化の特性に合わせて紫外線の照射等が選択される。より好ましくは、造形用材料を溶融固化する方法であり、例えば、具体的には、造形用材料を固化するための手段がレーザの場合は、例えば炭酸ガスレーザやYAGレーザを公的に用いることができる。なお、造形用材料を固化するための手段がインクジェットによる組成物の噴射である場合は、硬化剤としてポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸誘導体、ポリアミド等を含む組成物や、例えば重合開始剤等を含む組成物、水、これらの混合物等を使用することができる。さらに、造形用材料として光硬化の性質を持つものを使用する場合は、紫外線の波長領域を持つエキシマレーザ(308nm)、He−Cdレーザ(325nm)、Arレーザ(351〜346nm)、可視光硬化樹脂を使用する場合はArレーザ(488nm)等を使用することができる。つまりは、使用する造形用材料の特性に応じて、適切な造形用材料を固化するための手段を選択することがよい。   In addition, as a means for solidifying the modeling material, for example, a method of injecting a composition for solidifying the modeling material by inkjet, a method of applying heat by a laser to melt and solidify the modeling material, or If the modeling material has a photocuring property, ultraviolet irradiation or the like is selected in accordance with the photocuring property. More preferably, it is a method of melting and solidifying the modeling material. For example, specifically, when the means for solidifying the modeling material is a laser, for example, a carbon dioxide laser or a YAG laser may be used publicly. it can. In the case where the means for solidifying the modeling material is injection of a composition by ink jetting, a composition containing polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, polyacrylic acid, polyacrylic acid derivative, polyamide or the like as a curing agent Alternatively, for example, a composition containing a polymerization initiator or the like, water, a mixture thereof, or the like can be used. Further, when a material having photocuring properties is used as a modeling material, an excimer laser (308 nm), a He—Cd laser (325 nm), an Ar laser (351 to 346 nm) having a wavelength region of ultraviolet light, visible light curing. When using a resin, an Ar laser (488 nm) or the like can be used. That is, it is preferable to select an appropriate means for solidifying the modeling material according to the characteristics of the modeling material to be used.

SLS法とは、三次元CAD等から作成したスライスデータに基づき、造形用材料を堆積させた粉末層にレーザ光を走査させ、粉末層を所望形状に溶融・凝固する操作を、1断面(1スライスデータ)ごとに繰り返して積層させることで三次元的な構造体を造形する技術である。また、EBM法とは、同様に三次元CAD等から作成したスライスデータを基に、電子ビーム用いて上記粉末層を選択的に溶融・凝固させ、積層することで3次元的な構造体を造形する技術である。いずれの技術においても、構造体の原料である造形用材料を所定の造形位置に供給するという工程を含む。特に、SLS法やEBM法においては、構造体を造形する造形エリア全体に、造形用材料を1断面厚さに対応する厚みで、均一に薄く堆積する平坦化工程を繰り返す必要がある。この造形用材料の平坦化工程において、造形用材料の流動性は重要なパラメータであり、作製する三次元造形物の仕上がりに大きく影響する。それに対して、本発明における粉末積層造形に用いる造形用材料は、流動性が良好であることから、仕上がりの良好な三次元造形物を作製できる。   The SLS method is an operation in which a laser beam is scanned on a powder layer on which a modeling material is deposited based on slice data created from three-dimensional CAD or the like, and the powder layer is melted and solidified into a desired shape. This is a technique for modeling a three-dimensional structure by repeatedly laminating each slice data). Similarly, the EBM method forms a three-dimensional structure by selectively melting and solidifying and laminating the powder layer using an electron beam based on slice data created from three-dimensional CAD or the like. Technology. Both techniques include a step of supplying a modeling material, which is a raw material of the structure, to a predetermined modeling position. In particular, in the SLS method and the EBM method, it is necessary to repeat a planarization step in which a modeling material is uniformly and thinly deposited with a thickness corresponding to one cross-sectional thickness over the entire modeling area where a structure is modeled. In the flattening process of the modeling material, the fluidity of the modeling material is an important parameter and greatly affects the finish of the three-dimensional model to be produced. On the other hand, since the modeling material used for the powder additive manufacturing in the present invention has good fluidity, it is possible to produce a three-dimensional structure with a good finish.

[実施例]
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明を以下の実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
[Example]
EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the following examples.

積層造形用粉末として市販されている、SUS316Lからなる造形用粉末を4種類用意した。これらの造形用粉末は、いずれもガスアトマイズ法で製造されており、所定の金属3Dプリンタ用に粒度が調整されたものである。以下、この入手したままの造形用粉末を、原料粉末という場合がある。   Four types of modeling powder made of SUS316L, which are commercially available as additive manufacturing powders, were prepared. These modeling powders are all manufactured by the gas atomization method, and the particle size is adjusted for a predetermined metal 3D printer. Hereinafter, the obtained powder for modeling may be referred to as a raw material powder.

また、用意した4種類の造形用粉末のそれぞれについて、分級処理条件を調整しながら分級を行い、20μm以下の粒子を除去する処理を施し、処理済みの造形用粉末を得た。分級処理は、高速旋回気流中に粉末を供給することにより粗粉と細粉とをその重力差を利用して分離する気流分級機(試作機)を用いた。   Each of the four types of modeling powders prepared was classified while adjusting the classification process conditions, and a process of removing particles of 20 μm or less was performed to obtain processed modeling powders. The classification process used the airflow classifier (prototype) which isolate | separates a coarse powder and a fine powder using the gravity difference by supplying powder in a high-speed swirling airflow.

以上の、入手したままの各粉末(原料粉末)と処理後の粉末とのそれぞれについて、以下の試験及び評価を行い、その結果を下記の表1に示した。   The following tests and evaluations were performed for each of the powders (raw material powders) as obtained and the processed powders, and the results are shown in Table 1 below.

先ず、各粉末について、レーザ回折/散乱式粒度測定器(株式会社堀場製作所製、LA−300)を用いて粒度を測定した。そしてこれにより得られた体積基準に基づく累積50%粒径(Dv50%)および累積3%粒径(Dv3%)を調べた。なお、ここでいう累積3%粒径とは、体積基準の粒度分布において、粒子径の小さい側から数えて3体積%目に位置する粒子の粒子径を意味する。   First, the particle size of each powder was measured using a laser diffraction / scattering particle size measuring device (LA-300 manufactured by Horiba, Ltd.). The cumulative 50% particle size (Dv 50%) and the cumulative 3% particle size (Dv 3%) based on the volume standard thus obtained were examined. The cumulative 3% particle size here means the particle size of the particle located at the 3% by volume from the smaller particle size side in the volume-based particle size distribution.

次いで、各粉末を100gずつ用意し、目開き45μmのステンレスふるいを用いてふるい分けした後、ふるい上に残った粉末の質量を測定することで、粒子径が45μmを超える粒子の割合(質量%)を算出した。なお、ステンレスふるいとしては、JIS Z8801−1:2006の規定に適合する試験用ふるいを使用した。   Next, after preparing 100 g of each powder and sieving using a stainless steel sieve having an opening of 45 μm, the ratio of particles having a particle diameter exceeding 45 μm is measured by measuring the mass of the powder remaining on the sieve (mass%). Was calculated. As the stainless steel sieve, a test sieve that complies with JIS Z8801-1: 2006 was used.

また、各粉末についてSEM観察を行い、倍率が200倍の画像において粒子径が20μm以下でかつ1μm以上の粒子の数と、粒子径が20μmを超える粒子の数とを数え、粒子全体に占める粒子径が20μm以下の粒子の数の割合を算出した。参考のために、図1および図2に、平均粒子径(Dv50%)が41.2μmの原料粉末(比較例3)と、その分級処理後の粉末(実施例3)のSEM像をそれぞれ例示した。なお、粒子径の測定には、粉末を構成する各粒子が重ならないように分散させた状態の観察像を用意し、画像解析ソフト(Media Cybernetics社製、Image−Pro)を用い、粒子1つの面積値から算出される同面積の円の直径(円相当径)を採用した。   Further, SEM observation is performed on each powder, and the number of particles having a particle size of 20 μm or less and 1 μm or more in an image with a magnification of 200 times and the number of particles having a particle size of more than 20 μm are counted, and the particles occupy the whole particles The ratio of the number of particles having a diameter of 20 μm or less was calculated. For reference, FIGS. 1 and 2 illustrate SEM images of a raw material powder (Comparative Example 3) having an average particle diameter (Dv of 50%) of 41.2 μm and a powder after classification (Example 3), respectively. did. In addition, for the measurement of the particle diameter, an observation image in a state where each particle constituting the powder is dispersed so as not to overlap is prepared, and one particle is measured using image analysis software (Image-Pro, manufactured by Media Cybernetics). The circle diameter (equivalent circle diameter) of the same area calculated from the area value was adopted.

さらに、原料粉末と処理後の粉末とのそれぞれについて、施工性および流動性の評価を行い、その結果を下記の表1に併せて示した。   Furthermore, the workability and fluidity of each of the raw material powder and the treated powder were evaluated, and the results are also shown in Table 1 below.

まず、施工性の評価は、粉末積層造形装置を用い、造形テーブルに各粉末を供給して得られた粉末層の表面を観察することで行った。具体的には、三次元粉末光造形装置として、レーザ焼結型の三次元粉末光造形装置(株式会社松浦機械製作所製、LUMEX Avance−25)を用い、造形槽の上方に渡し架けられたライン状の粉末供給装置に、各粉末を所定量貯留した。この粉末供給装置は、下部に設けられた供給口から貯留している粉末を順次落下させながら、造形槽の上方を水平方向に移動し、造形槽の上方を横断する。また同時に、供給装置には、供給口の移動方向の前方および後方にスキージブレードが設けられており、供給装置が移動することで、造形槽に供給した粉末をこのスキージブレードによって平坦化する。そこで、粉末の供給条件を、供給装置の移動およびスキージ速度を1m/分とし、粉末の供給厚みを0.5mmとして、造形槽内の造形テーブル上に各粉末を供給した。   First, evaluation of workability was performed by observing the surface of the powder layer obtained by supplying each powder to a modeling table using a powder layered modeling apparatus. Specifically, as a three-dimensional powder stereolithography apparatus, a laser-sintered three-dimensional powder stereolithography apparatus (manufactured by Matsuura Machinery Co., Ltd., LUMEX Avance-25) is used. A predetermined amount of each powder was stored in the powder supply device. This powder supply apparatus moves in the horizontal direction above the modeling tank while sequentially dropping the powder stored from the supply port provided in the lower part, and traverses the upper part of the modeling tank. At the same time, the supply device is provided with squeegee blades in front and rear in the movement direction of the supply port, and the supply device moves to flatten the powder supplied to the modeling tank by the squeegee blade. Therefore, each powder was supplied onto the modeling table in the modeling tank, with the powder supply conditions set to the movement of the supply device and the squeegee speed of 1 m / min, and the powder supply thickness to 0.5 mm.

また、このようにして得られた粉末層の表面を目視で観察し、スキージング方向に線状の擦り後が形成されているかどうかを観察した。その結果を、表面に擦り後が見られなかった場合を○とし、擦り後が見られた場合を×として表1に示した。   Moreover, the surface of the powder layer obtained in this way was observed visually, and it was observed whether linear after-rubbing was formed in the squeezing direction. The results are shown in Table 1 as “◯” when the surface was not rubbed and “×” when the surface was rubbed.

また、供給装置における流動性を評価するために、JIS Z2502:2012に規定される「金属粉−流動度測定方法」に準じて、粉末の流動度を測定した。具体的には、試験用の漏斗を漏斗支持器に固定し、オリフィスを塞いだ状態で50gの粉末を漏斗に供給した。その後、オリフィスを解放し、粉末がオリフィスから全て流れ出るかどうかを確認した。その結果、粉末が全て流れ出た場合を「流れる」とし、粉末が全く流れ出ない場合を「流れない」と評価し、表1に示した。   Moreover, in order to evaluate the fluidity | liquidity in a supply apparatus, the fluidity | liquidity of the powder was measured according to the "metal powder-fluidity measuring method" prescribed | regulated to JISZ2502: 2012. Specifically, a test funnel was fixed to the funnel support, and 50 g of powder was supplied to the funnel with the orifice closed. Thereafter, the orifice was released and it was checked whether all the powder flowed out of the orifice. As a result, the case where all the powder flowed out was evaluated as “flowing”, and the case where the powder did not flow out at all was evaluated as “not flowing”, and are shown in Table 1.

[評価]
表1に示されるように、原料粉末(未処理の粉末)には、粒子径が20μm以下の微細粒子が、その平均粒子径にもよるものの、全体の約20〜45個数%という高い割合で含まれていることが確認できた。これらの微細粒子は、図1のSEM観察像において、粗大な粒子の間に見えるごく小さな粒子に相当する。これらの微細粒子は、体積割合では極少量に過ぎないが、個数としてカウントすると想像以上に多数にのぼることがわかる。なお、ここで用いた原料粉末は、ガスアトマイズ法により製造された比較的低コストな粉末である。この粉末においては、粗大粒子の表面に相対的に小さな粒子が結合一体化されていることが確認できるが、この小さな粒子は溶融状態で粗大粒子と一体化されて固化したものである。
[Evaluation]
As shown in Table 1, in the raw material powder (untreated powder), fine particles having a particle size of 20 μm or less, although depending on the average particle size, at a high rate of about 20 to 45% by number of the whole. It was confirmed that it was included. These fine particles correspond to very small particles seen between coarse particles in the SEM observation image of FIG. These fine particles are only very small in volume ratio, but when counted as the number, it can be seen that there are more than expected. The raw material powder used here is a relatively low-cost powder produced by a gas atomization method. In this powder, it can be confirmed that relatively small particles are bonded and integrated on the surface of the coarse particles, but these small particles are solidified by being integrated with the coarse particles in a molten state.

これに対し、処理後の粉末については、分級処理によって20μm以下の粒子が10個数%未満と、高精度に除去されていることが確認できる。この微細粒子の除去は、図2のSEM観察像において、粗大な粒子の間にごく小さな粒子がほぼ見られなくなっていることからも確認できる。この分級処理により、処理後の粉末は、平均粒子径(Dv50%)が若干(約0.5〜3μm)大きくなることが確認できる。また、累積3%粒子径(Dv3%)は、Dv50%よりも相当粒子径が大きくなる度合いが高い(約1.3〜3.7μm)ことが確認できる。この傾向は、平均粒子径が25.2μm(比較例1)〜46.0μm(比較例4)が大きく異なっても共通することが確認できた。   On the other hand, about the powder after a process, it can confirm that the particle | grains below 20 micrometers are removed with high precision with less than 10 number% by the classification process. The removal of the fine particles can also be confirmed from the fact that very small particles are hardly seen between coarse particles in the SEM observation image of FIG. By this classification treatment, it can be confirmed that the average particle diameter (Dv50%) of the treated powder is slightly increased (about 0.5 to 3 μm). In addition, it can be confirmed that the cumulative 3% particle diameter (Dv 3%) has a higher degree of increase in the equivalent particle diameter than Dv 50% (about 1.3 to 3.7 μm). It was confirmed that this tendency was common even when the average particle diameter was significantly different from 25.2 μm (Comparative Example 1) to 46.0 μm (Comparative Example 4).

なお、ふるい分けにより目開き45μmのふるい上に残った粒子の割合は、比較例4と実施例4と比較すると、20μm以下の粒子を除去する処理を施した実施例4の方が多くなっている。しかしながら、20μm以下の粒子の割合が多い比較例1〜3の粉末については、処理後の実施例1〜3の粉末の方が、ふるい上粒子の割が少なくなるという結果であった。これは、通常の粉末(比較例1〜3)において20μm以下の粒子の割合が多いと、ふるい分けの際にかかる微細粒子が相対的に粗大な粒子に付着(上記の一体化された粒子とは区別される。)して、全体(粗大粒子と微細粒子との凝集粒子)として目開き45μmのふるいを通過できない頻度が高くなったことが考えられる。これに対し、20μm以下の粒子を除去する処理を施すことで、処理後の粉末(実施例1〜3)は、粗大粒子が本来の大きさで存在することができ、目開き45μmのふるいを通過する頻度が高まったものと推察される。   In addition, the ratio of the particles remaining on the sieve having an opening of 45 μm by sieving is higher in Example 4 in which the treatment of removing particles of 20 μm or less is performed as compared with Comparative Example 4 and Example 4. . However, for the powders of Comparative Examples 1 to 3 having a large proportion of particles of 20 μm or less, the powders of Examples 1 to 3 after the treatment resulted in fewer particles on the sieve. This is because when the proportion of particles of 20 μm or less is large in ordinary powder (Comparative Examples 1 to 3), fine particles applied during sieving adhere to relatively coarse particles (the above-mentioned integrated particles are Thus, it is considered that the frequency of passing through a sieve having an opening of 45 μm as a whole (aggregated particles of coarse particles and fine particles) has increased. On the other hand, by performing a treatment for removing particles of 20 μm or less, the treated powder (Examples 1 to 3) can have coarse particles in their original size, and have a sieve with an opening of 45 μm. It is assumed that the frequency of passing has increased.

そして、施工性については、原料粉末を用いた場合は全ての例(比較例1〜4)で粉末層の表面にスジが確認できたものの、処理後の粉末を用いた場合は全ての例(実施例1〜4)で粉末層の表面にスジが確認できなかった。このことから、20μm以下の粒子を厳密に除去する分級によって、粉末積層造形の精度が高められることが確認できた。   And about workability, although the streaks could be confirmed on the surface of the powder layer in all examples (Comparative Examples 1 to 4) when the raw material powder was used, all the examples when the processed powder was used ( In Examples 1 to 4), streaks could not be confirmed on the surface of the powder layer. From this, it has been confirmed that the accuracy of powder additive manufacturing is improved by classification that strictly removes particles of 20 μm or less.

また、流動性についても、原料粉末を用いた場合は全ての例(比較例1〜4)で漏斗から粉末が流出されなかったのに対し、処理後の粉末を用いた場合は全ての例(実施例1〜4)で粉末がオリフィスをスムーズに通過して漏斗から流出することが確認できた。このことから、20μm以下の粒子を厳密に除去する分級によって、例えば漏斗のような先すぼみの形状を通過する際の詰まりや引っ掛かりが抑制され、粉末の流動性が著しく高められることが確認できた。   In addition, regarding the fluidity, when the raw material powder was used, the powder was not discharged from the funnel in all the examples (Comparative Examples 1 to 4), whereas when the treated powder was used, all the examples ( In Examples 1 to 4), it was confirmed that the powder smoothly passed through the orifice and flowed out of the funnel. From this, it was confirmed that clogging and catching when passing through the shape of a conical tip such as a funnel are suppressed by classification that strictly removes particles of 20 μm or less, and the fluidity of the powder is remarkably enhanced. .

以上の結果は、原料粉末の平均粒子径に因ることなく、20μm以下の粒子を厳密に除去することにより達成されている。これは、粉末の流動性に関して、ちょうど20μm以下あるいはこの近傍の大きさの粒子が、より大きな粒子を絡み合わせるトリガーとして作用していると考えられる。そのため20μm以下の粒子の割合を15個数%以下に抑えることで、造形用材料の流動性および施工性を好適に改善できたと考えられる。   The above results are achieved by strictly removing particles of 20 μm or less, regardless of the average particle diameter of the raw material powder. This is considered to be due to the fact that particles having a size of 20 μm or less or in the vicinity of the fluidity of the powder act as a trigger for intertwining larger particles. Therefore, it is considered that the fluidity and workability of the modeling material can be suitably improved by suppressing the ratio of particles of 20 μm or less to 15% by number or less.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、種々の改変が可能であることはいうまでもない。なお、具体的には示さないが、造形用材料としてSUS鋼以外の金属粉末や、セラミック粉末を用いた場合、あるいはこれに樹脂材料が添加された場合についても、上記と同様に造形用材料を構成することで本技術の効果が発揮されることは、当業者であれば十分に理解できる。また、かかる造形用材料を用いて粉末積層造形により造形物を、高精度および/高速度で造形し得ることも理解され得る。ここに開示される技術の本質とその利点については、様々な態様を含めて実現し得ることを当業者は理解できる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, it cannot be overemphasized that such description is not a limitation matter and various modification | change is possible. Although not specifically shown, when a metal powder other than SUS steel or a ceramic powder is used as a modeling material, or when a resin material is added to this, a modeling material is used in the same manner as described above. Those skilled in the art can fully understand that the effect of the present technology is exhibited by the configuration. It can also be understood that a modeling object can be modeled with high accuracy and / or high speed by powder lamination modeling using such modeling material. Those skilled in the art can understand that the essence and advantages of the technology disclosed herein can be realized including various aspects.

10 造形槽
12 昇降テーブル
20 供給装置
22 スキージブレード
30 固化手段
40 造形用材料層
42 積層体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Modeling tank 12 Lifting table 20 Supply apparatus 22 Squeegee blade 30 Solidification means 40 Modeling material layer 42 Laminate

Claims (7)

粉末積層造形に用いる造形用材料であって、
金属材料および無機材料からなる群から選択される少なくとも1種からなる粉末を含み、
前記粉末において粒子径が45μmを超える粒子の積算質量が全体の0.5質量%以上であり、
電子顕微鏡観察に基づく粒子径が20μm以下の粒子の数が全体の15個数%以下である、造形用材料。
A modeling material used for powder additive manufacturing,
Including at least one powder selected from the group consisting of metal materials and inorganic materials,
In the powder, the cumulative mass of particles having a particle diameter exceeding 45 μm is 0.5% by mass or more of the whole,
A modeling material in which the number of particles having a particle diameter of 20 μm or less based on observation with an electron microscope is 15% by number or less.
前記粉末は、レーザ回折・散乱法に基づく体積基準の平均粒子径が20μm以上130μm以下である、請求項1に記載の造形用材料。   The modeling material according to claim 1, wherein the powder has a volume-based average particle diameter of 20 μm or more and 130 μm or less based on a laser diffraction / scattering method. 前記粉末は、粒子径が45μmを超える粒子の積算質量が全体の45質量%以下である、請求項1または2に記載の造形用材料。   The material for modeling according to claim 1 or 2, wherein the powder has an accumulated mass of particles having a particle diameter exceeding 45 µm of 45% by mass or less. 前記粉末は、粉砕法、プラズマアトマイズ法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、パウダースプレー法および造粒法からなる群から選択されるいずれか1種の方法で製造されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の造形用材料。   The powder is manufactured by any one method selected from the group consisting of a pulverization method, a plasma atomization method, a gas atomization method, a water atomization method, a powder spray method, and a granulation method. The modeling material according to any one of the above items. 前記粉末は、少なくとも金属粉末を全体の50質量%以上の割合で含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の造形用材料。   The modeling material according to any one of claims 1 to 4, wherein the powder includes at least a metal powder in a proportion of 50% by mass or more. 前記粉末は、少なくともセラミック粉末を全体の50質量%以上の割合で含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の造形用材料。   The modeling material according to any one of claims 1 to 4, wherein the powder includes at least a ceramic powder in a proportion of 50% by mass or more. 前記粉末は、少なくとも一部に樹脂材料を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の造形用材料。

The modeling material according to claim 1, wherein the powder includes a resin material at least in part.

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