JP2018193295A - 造形用材料、機能剤、造形製品及び製品 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態の造形用材料は、粉末固着積層法において好適に使用できるものである。この造形用材料は、平均径が5μm〜200μmの骨材を備える。骨材の平均径は、この範囲とすることが必須ではないが、この範囲内の大きさの骨材は、積層造形を適切に実現できるという利点がある。造形用材料の平均径が大きすぎると、成形物の表面粗さが増すので精密な造型体を得ることが困難となるおそれがある。一方、造形用材料の平均径が小さすぎると、骨材の流動性が悪くなり、また必要量を適正に排出することが難しくなる等の問題が生じるおそれがある。このような観点から造形用材料の平均径は、10μm〜100μmが望ましく、20μm〜75μmがより望ましい。なお、本明細書において、平均径は、レーザー回折式粒度計の値をいうものとする。
の混合砂を用いることも一法である。
として花王クエーカー社製のルナモス(商品名)を用い、粉状前駆体としてアルミナセメント(硬化成分)及び炭酸リチウム(硬化促進成分)を用いた場合には、鋳物砂(ルナモス):粉状前駆体(アルミナセメント+炭酸リチウム)の比率は、概ね、65重量%〜75重量%:25重量%〜35重量%の割合で混合すればよい。鋳物砂としてAGCセラミックス社のFINE−Bz(商品名)を用い、粉状前駆体としてアルミナセメント(硬化成分)及び炭酸リチウム(硬化促進成分)を用いた場合には、鋳物砂(FINE−Bz):粉状前駆体(アルミナセメント+炭酸リチウム)の比率は、概ね、80重量%〜95重量%:5重量%〜20重量%の割合で混合すればよい。
本実施形態の機能剤は、造形用材料の鋳物砂を相互に結着させるように、粉状前駆体をバインダーに変質させるものであればよい。したがって、機能剤は、例えば、粉状前駆体としてセメントを用いる場合には水を含むもの、樹脂を用いる場合には当該樹脂を硬化させるもの(例えば、水系樹脂硬化剤)とすることができる。もっとも、樹脂を用いた場合には、ノズルからの水系樹脂硬化剤等の噴霧に代えて、樹脂硬化用のエネルギー(例えば、熱又は紫外線)を付加してもよい。
量%〜95容量%、抑止剤が4容量%〜10容量%、界面活性剤が1容量%〜2容量%であることが好ましい。例えば、粉状前駆体としてセメントを用いる場合であって、噴霧手段としてヒューレット・パッカード社のカートリッジHp11を用いる場合には、機能剤本体である水が90容量%〜95容量%(例えば94容量%)、抑止剤としてのグリセリンを4容量%〜10容量%(例えば5容量%)、界面活性剤を1容量%〜2容量%(例えば1容量%)とすればよい。さらに、この機能剤には、保存性、作業性などを考慮して、選択的に、防腐剤、消泡剤、乾燥剤などを含めてもよい。その場合には、機能剤中、それぞれ5容量%以下となるように添加すればよい。
なお、鋳型等の造形品を作成する際に、減圧漕内などの減圧下でコロイダルシリカ等を含浸させることにより造形品の強度を向上させたり、不要な場所への湯の浸透を防止できたりするなどの利点がある。コロイダルシリカを含浸させる場合には、その後、400℃〜1200℃で焼成することが好ましい。
実施例1の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):花王クエーカー社製のルナモスを約70.0重量%
粉状前駆体のアルミナセメント:アサヒアルミナセメント1号を約28.0重量%
粉状前駆体の炭酸リチウム:キシダ化学社製炭酸リチウム(特級500g)を約1.0重量%
調整剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.0重量%
比較例1の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):花王クエーカー社製のルナモスを約71.0重量%
粉状前駆体のアルミナセメント:アサヒアルミナセメント1号を約28.0重量%
粉状前駆体の炭酸リチウム:なし
調整剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.0重量%
造形用材料への水の浸透時間:約30秒
造形用材料の硬化開始時間:約3分
造形用材料の硬化開始後の硬度 (ナカヤマ社の硬度計NK−403で測定。以下、同
じ。):
10分後;約90
30分後;約95
90分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約35g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.5mm
造形用材料の硬化部分の体積:約14.9cm3
造形用材料への水の浸透時間:約30秒
水を滴下してからの造形用材料の硬化開始時間:約17.5分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
10分後;硬化せず
30分後;約75
90分後;約90
造形用材料の硬化部分の重量:約34.5g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.2mm
造形用材料の硬化部分の体積:約14.5cm3
度約90が達成できなかった。
実施例2の造形用材料は、実施例1の造型用材料に比して、骨材を約0.5重量%減らすとともに、粉状前駆体の炭酸リチウムを約0.5重量%増やすことによって製造したものである。他の条件は、実施例1の場合と同様である。
造形用材料への水の浸透時間:約30秒
造形用材料の硬化開始後の硬度 :約3分
10分後;約90
30分後;約95
90分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約35.5g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約5.5mm
造形用材料の硬化部分の体積:約15.2cm3
実施例3の造形用材料は、実施例1の造型用材料に比して、骨材を約2.0重量%減らすとともに、粉状前駆体の炭酸リチウムを約2.0重量%増やすことによって製造したものである。他の条件は、実施例1の場合と同様である。
造形用材料への水の浸透時間:約45秒
造形用材料の硬化開始後の硬度 :約2.5分
10分後;約90
30分後;約95
90分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約36.5g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.0mm
造形用材料の硬化部分の体積:約15.7cm3
また、実施例4の造形用材料を、実施例1の造型用材料に比して、骨材を約5.0重量%減らすとともに、粉状前駆体の炭酸リチウムを約5.0重量%増やすことによって製造したものである。他の条件は、実施例1の場合と同様とした。
造形用材料への水の浸透時間:約45秒
造形用材料の硬化開始後の硬度 :約2.2分
10分後;約90
30分後;約95
90分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約34.0g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.0mm
造形用材料の硬化部分の体積:約14.5cm3
実施例5の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):花王クエーカー社製のルナモスを約70.5重量%
粉状前駆体のアルミナセメント:アサヒアルミナセメント1号を約27.0重量%
粉状前駆体の炭酸リチウム:本荘ケミカル社製高純度炭酸リチウム(4N:純度99.99%)を約1.0重量%
調整剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.5重量%
造形用材料への水の浸透時間:約60秒
造形用材料の硬化開始時間:約2.5分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
5分後;約80
10分後;約90
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約31.5g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約5.4mm
造形用材料の硬化部分の体積:約13.1cm3
実施例6の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):花王クエーカー社製のルナモスを約70.5重量%
粉状前駆体のアルミナセメント:アサヒアルミナセメント1号を約27.0重量%
粉状前駆体の炭酸リチウム:本荘ケミカル社製高純度炭酸リチウム(工業用−3633:純度99.60%)を約1.0重量%
調整剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.5重量%
造形用材料への水の浸透時間:約100秒
造形用材料の硬化開始時間:約2.8分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
5分後;約73
10分後;約85
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約29.0g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約5.2mm
造形用材料の硬化部分の体積:約11.8cm3
実施例7の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):花王クエーカー社製のルナモスを約70.5重量%
粉状前駆体のアルミナセメント:アサヒアルミナセメント1号を約27.0重量%
粉状前駆体の炭酸リチウム:本荘ケミカル社製高純度炭酸リチウム(UF−300:純度99.60%)を約1.0重量%
調整剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.5重量%
造形用材料への水の浸透時間:約60秒
造形用材料の硬化開始時間:約2.0分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
5分後;約90
10分後;約95
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約31.5g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約5.0mm
造形用材料の硬化部分の体積:約13.1cm3
速な硬化時間が得られることがわかった。
実施例8の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):AGCセラミックス社製のFINE−Bzを約83.0重量%
粉状前駆体のアルミナセメント:アサヒアルミナセメント1号を約15.0重量%
粉状前駆体の炭酸リチウム:本荘ケミカル社製高純度炭酸リチウム(UF−300:純度99.60%)を約0.5重量%
調整剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.5重量%
造形用材料への水の浸透時間:約37秒
造形用材料の硬化開始時間:約5.8分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
8分後;約90
10分後;約90
12分後;約95
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約26.3g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.0mm
造形用材料の硬化部分の体積:約12.7cm3
比較例2の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):AGCセラミックス社製のFINE−Bzを約83.5重量%
粉状前駆体のアルミナセメント:アサヒアルミナセメント1号を約15.0重量%
粉状前駆体の炭酸リチウム:なし
調整剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.5重量%
造形用材料への水の浸透時間:約43秒
水を滴下してからの造形用材料の硬化開始時間:約23.6分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
60分後;約90
造形用材料の硬化部分の重量:約25.1g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.4mm
造形用材料の硬化部分の体積:約11.8cm3
0を得るための時間が約1/8に短縮していることがわかる。
実施例9の造形用材料は、実施例8の造型用材料に比して、骨材を約0.5重量%減らすとともに、粉状前駆体の炭酸リチウムを約0.5重量%増やすことによって製造したものである。他の条件は、実施例8の場合と同様である。
造形用材料への水の浸透時間:約30秒
造形用材料の硬化開始時間:約2.9分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
5分後;約90
8分後;約90
10分後;約95
12分後;約95
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約27.3g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.2mm
造形用材料の硬化部分の体積:約13.1cm3
実施例10の造形用材料は、実施例8の造型用材料に比して、骨材を約1.0重量%減らすとともに、粉状前駆体の炭酸リチウムを約1.0重量%増やすことによって製造したものである。他の条件は、実施例8の場合と同様である。
造形用材料への水の浸透時間:約28秒
造形用材料の硬化開始時間:約2.5分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
5分後;約90
8分後;約90
10分後;約95
12分後;約95
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約25.7g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.6mm
造形用材料の硬化部分の体積:約12.3cm3
実施例11の造形用材料は、実施例8の造型用材料に比して、骨材を約1.5重量%減らすとともに、粉状前駆体の炭酸リチウムを約1.5重量%増やすことによって製造したものである。他の条件は、実施例8の場合と同様である。
造形用材料への水の浸透時間:約26秒
造形用材料の硬化開始時間:約2.4分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
5分後;約90
8分後;約90
10分後;約95
12分後;約95
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約26.8g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約6.4mm
造形用材料の硬化部分の体積:約12.8cm3
5重量%以上あればよいことがわかり、また、炭酸リチウムの混合割合を増やすことによって、特段、不都合が生じるといった傾向はみられないので、造形用材料全体に対して例えば10.0重量%程度とすることが妨げられるものではない。
実施例12の造形用材料は、実施例8の造型用材料に比して、骨材を約0.5重量%増やすとともに、粉状前駆体の調整剤を約0.5重量%減らすことによって製造したものである。他の条件は、実施例8の場合と同様である。
造形用材料への水の浸透時間:約14秒
造形用材料の硬化開始時間:約2.8分
造形用材料の硬化開始後の硬度 :
5分後;約80
8分後;約85
10分後;約90
30分後;約95
造形用材料の硬化部分の重量:約34.0g
造形用材料の硬化部分の厚さ:約7.3mm
造形用材料の硬化部分の体積:約15.7cm3
実施例13の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):AGCセラミックス社製、FINE―Bzを約93.9重量%
粉状前駆体のハイアルミナセメント(Al2O3 約70重量%、CaO 約28重量%)を約5.0重量%、
粉状前駆体の炭酸リチウム:キシダ化学社製炭酸リチウム(特級500g)を約0.1重量%
調製剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.0重量%
実施例14の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):AGCセラミックス社製、FINE―Bzを約90.9重量%
粉状前駆体のハイアルミナセメント(Al2O3 約70重量%、CaO 約28重量%)を約8.0重量%、
粉状前駆体の炭酸リチウム:キシダ化学社製炭酸リチウム(特級500g)を約0.1重量%
調製剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.0重量%
実施例15の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):AGCセラミックス社製、FINE―Bzを約86.9重量%
粉状前駆体のハイアルミナセメント(Al2O3 約70重量%、CaO 約28重量%)を約12.0重量%、
粉状前駆体の炭酸リチウム:キシダ化学社製炭酸リチウム(特級500g)を約0.1重量%
調製剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.0重量%
実施例16の造形用材料を、以下の成分を十分に撹拌することにより製造した。
骨材(鋳物砂):AGCセラミックス社製、FINE―Bzを約83.9重量%
粉状前駆体のハイアルミナセメント(Al2O3 約70重量%、CaO 約28重量%)を約15.0重量%、
粉状前駆体の炭酸リチウム:キシダ化学社製炭酸リチウム(特級500g)を約0.1重量%
調製剤:日本合成化学工業社製のゴーセノールを約1.0重量%
本出願は、2017年5月19日出願の日本特許出願2017−099883に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
Claims (8)
- 骨材と当該骨材を相互に結着させるバインダーの粉状前駆体とを含む、粉末固着積層法における造形用材料であって、
前記骨材は鋳物砂であり、
前記粉状前駆体は、硬化成分と硬化促進成分を含む造形用材料。 - 前記粉状前駆体は、前記硬化成分として、ポルトランドセメント、アルミナセメント、速硬セメント、リン酸セメント、水ガラス、リン酸化合物、金属アルコキシド材料、硫酸塩、及びポリ塩化アルミニウムを含む塩化物のうちの少なくとも一つを含む、請求項1記載の造形用材料。
- 前記粉状前駆体は、機能性成分として、シリカヒューム、マグネシア超微粉及び/又は耐熱性樹脂を含む請求項1又は2に記載の造形用材料。
- 前記鋳物砂は、化学成分として、ZrO2及び/又はAl2O3:75重量〜97重量%、SiO2:2重量%〜25重量%を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の造形用材料。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の造形用材料とともに用いられ前記粉状前駆体をバインダーに変質させる機能剤。
- さらに、防腐剤、消泡剤、乾燥剤の少なくとも一種を含む、請求項5記載の機能材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の造形用材料を用いて製造された造形製品。
- 請求項7記載の造形製品を成形型として用いて製造された製品。
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