JP2019130916A - 付加製造した物体等への注入方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元印刷、自由造形、又は付加製造された物体に注入を行う方法、装置、及び機能性熱可塑性プラスチックポリマーが注入される物体を提供する。【解決手段】熱可塑性プラスチックを物体に浸透させ、孔又は空洞を少なくとも部分的に充填し、物体を構成する粒子又は材料シートを結合する。装置（１００）はこれを促進し、ａ）熱可塑性プラスチックが注入される物体に注入を行う注入チャンバ（１２）と、ｂ）使用時に熱可塑性プラスチックが充填される容器（１４）と、ｃ）物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ（１６）と、ｄ）装置の動作機能を制御するためのコントローラとを備え、容器は、熱可塑性プラスチックが規定された温度（Ｔ）範囲内で溶解できるように加熱手段（２０）及びセンサ（２２、２６、２８）を備え、コントローラは装置内で連続する注入ステップ及び硬化ステップを可能にする。【選択図】図２

Description

本発明は、３次元印刷、自由造形、又は付加製造された物体に注入を行う方法、３次元印刷、自由造形、又は付加製造された物体に注入を行うための装置、及び機能性熱可塑性プラスチックポリマーが注入される物体に関する。

３次元印刷、自由造形、又は付加製造された物体は、限定的ではないが、例えば石膏又はプラスチック等の粒子の堆積、或いは限定的ではないが、例えば紙、プラスチック又は織物等の層の堆積を含む既知の方法によりかなり簡単に製造することができる。しかし、結果として生じる製品／物体は、多孔質で「軟らかく」かつ損傷を受けやすい。したがって、このような物体を強化或いは保護する、及び／又は品質仕上げを施すための改善された方法を開発することが望ましい。

このように製造された物体を強化／保護するための現在のアプローチは、次の一般化されたカテゴリーに分類される。

＜アクリル樹脂による製造物体の含浸＞
一般に、アクリル樹脂は、（毒性のために好ましくない）シアノアクリレートであり、物体の孔又は空洞に吸収され、水（具体的には水酸化物イオン）の存在下で急速に重合し、粒子及び／又は層を結合する長く強い鎖を作る。しかし、シアノアクリレートは湿気があると固まってしまうため、空気中の湿気によりシアノアクリレートの容器は急速に劣化し、時間が経つと使用できなくなる。これを避けるため、シアノアクリレートはシリカゲル等の乾燥剤のパッケージと共に密閉容器に保存しなければならない。

＜ワックスによる製造物体の含浸＞
ワックスはシアノアクリレートよりも取り扱いが安全であり、「再溶解」して物体の再加工を可能にするが、孔内で「収縮する」ため、一般に不満足な仕上がりとなる。また、疎水性により、ワックスを含浸させた物体の仕上げは困難である。

＜硬化性樹脂による製造物体の含浸＞
熱硬化性樹脂やＵＶ硬化性樹脂等の硬化性樹脂は、シアノアクリレートと同様に永久仕上げをもたらし、仕上げが不満足な場合に再加工することができない。硬化性樹脂はまた、孔内で収縮し、その粘性のために最も外側の表面のみに含浸しやすい。これは、硬化物が良好な構造的完全性を欠くことを意味する。

＜２成分樹脂による製造物体の含浸＞
一般的に、後で「固まる」ように２つの成分は前もって混合され、物体に含浸するように使用されるが、加工可能である。例としては、ポリエステル、エポキシ樹脂及びポリアクリレートが挙げられる。不利な点は、不可逆的に固まること、品質仕上げが不良であること、及び混合が無駄になること等である。

これらの代替的な含浸材及び方法に伴う不利な点は、第１の規定温度範囲において溶融状態で孔及び空洞に含浸し、（第１の温度範囲より低い）第２の温度範囲で固まる熱可塑性プラスチックポリマーを使用することによって克服される。

例えば、圧力の利用によって、（最も外側の表面だけではなく）孔及び空洞により深く含浸させることができ、結果として収縮が減少するとともに構造的完全性が高まることにより良好な仕上げ品質がもたらされる。より深くとは、物体の厚さに応じて含浸が１０％から２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、及び９０％を経て、１００％だけ大きく孔に浸透できることを意味する。

また、現在の「ゴールドスタンダード」であるシアノアクリレートと異なり、取り扱いが安全で、早期の消失に悩まされない。さらに重要なことは、熱可塑性プラスチックによる含浸は、シアノアクリレート及び硬化性樹脂と異なり、良好な仕上げが最初に達成されない場合でも回復できることである。

３次元（３ｄ）印刷のための吸収フィラーを含有する微粒子混合物が知られており、米国特許出願公開第２００５／００５９７５７号明細書は、付加製造の一般的技術水準の適切な概観を説明している。３次元品を形成するために積層技術を使用する、選択的レーザー焼結プロセス及び液体バインダー３ｄ印刷プロセスを含むラピッドプロトタイプ技術が記載されている。

選択的レーザー焼結プロセスについては米国特許第４，８６３，５６８号明細書を相互参照し、その他の技術については米国特許第５，２０４，０５５号明細書、米国特許第５，９０２，４４１号明細書及び米国特許第６，４１６，８５０号明細書を相互参照する。

米国特許出願公開第２００５／００５９７５７号明細書は、「中間品」を「溶浸材」で処理し、容量にして約２０〜７０％の溶浸材を含む実質的に中実な「最終品」を形成することを記載している。溶浸材についての詳しい記載があり、記載されている液状樹脂溶浸材には、熱、紫外線及び電子ビーム、（二部系の）混合、触媒及び湿気（シアノアクリレートの使用を含む）の何れかにより硬化するものが含まれる。

また、冷却（及び乾燥）により凝固する液状溶浸材の使用についても記載され、ワックスが確認されている化合物の中心とされている。

これらの溶浸材は、例えばブラッシング、噴射、滴下又は浸漬により中間品に塗布され、次いで中間品はオーブンに入れられるか、又は別の方法で硬化される。

この文献はまた、付加製造された物体の印刷に使用される粉末成分が、粒子を結合させるために溶解及び凝固する熱可塑性プラスチックを含む相変化物質を含む活性化流体を含有してもよいことを教示している。

確認されている他の技術として、メッシュの周囲にパルプを塗布することにより行われるパルプ成形に関連する英国特許出願公開第２，２８３，９６６号明細書がある。薄膜積層法（ＬＯＭ）を使用して、シート材料を結合することにより形成されるメッシュ用のサポートを製造する。しかし、薄膜間の結合強度が低いため、結果として物品が不十分な構造的剛性を有することになる可能性がある。かくして、隣接する薄膜上のプラスチック「結合層」に穴又は欠陥を有するように構成された、ＬＯＭにより生成された物品に樹脂を含浸時に樹脂浸透が達成されるように使用してもよい。

独国特許出願公開第１９９２７９２３号明細書は、多孔質の焼結ポリスチレン成分を加熱した溶浸材、好ましくは低融点ワックスに浸漬することにより後処理することを開示している。

米国特許出願公開第２００３／０１８６０４２号明細書は、ここでは穿孔により形成された空洞に、注入、注射、吸引、押出、蒸着又は他の方法で導入される充填剤を充填する選択的レーザー焼結（ＳＬＳ）製品を開示している。多様な充填剤が検討されている。

先行技術文献に開示されているものとは対照的に、本発明は、
ｉ）低融点結晶性ポリマー、より具体的には、（開環付加重合によって決定される）高い官能性及び低粘度を有するカプロラクトンを使用して、物体表面からの浸透性及び流動性に優れ、再生及び高品質の表面処理を可能にし、
ｉｉ）また、熱可塑性プラスチック材料を圧力下で注入し、本質的ではないが一般に、負圧と正圧の間の振動により、熱可塑性プラスチック材料を物体の中に押し込む。

また、注入済み物体を目標の結晶化度を確保するために硬化チャンバ内で焼き戻し及び／又は焼き鈍しすることによって、注入済み製品に改善された特性を与えることができる。

本発明の注入方法及び装置の他の利点は以下で明らかになる。

注入装置に関して、米国特許第３，３８４，５０５号明細書は、巻きガラス繊維パッケージに注入又は含浸を行うために使用する装置を開示している。実際、乾燥前の物体が（オーブンから）圧力容器に入れられるため、少なくとも２つの独立に操作される装置が必要である。液状樹脂が部分的に真空の浸漬容器に供給される時、樹脂の捕捉を容易にするために真空に引くことにより隙間に閉じ込められた空気を除去し、乾燥後の物体（巻き繊維材料）を圧力下で（熱硬化性樹脂を含有する）液状媒質に浸し、次いで物体をオーブンに移送して硬化させる。

特開平０１−２５４７４１号明細書は、樹脂で満たされた含浸槽及び乾燥炉を備えたセラミックペーパーを製造する装置を開示している。

上述の装置とは対照的に、本発明の装置はすべての操作を単一の多機能装置で連続して制御することができる。前処理（例えば、水又は揮発性物質の追い出し）、含浸のための浸漬、熱可塑性プラスチック材料を変位させるための、（必要に応じてＸ、Ｙ及びＺ軸を軸にした）物体の移動により余分な材料の排出を促進すること、及び吸引及び／又は吹込みツールを用いて物体から余分な材料を除去し、次いで熱可塑性プラスチックの焼き戻し又は焼き鈍しなどを含む硬化を促進することができる。実際、いくつかの動作モードでは、単一のチャンバを加圧下で浸漬と硬化の両方に使用することができる。

このような装置は、巻きガラス繊維パッケージ又はシートペーパー等、単一の物品を処理するように構成されてきた従来の装置とは対照的に、１つしか存在しない様々な物体を柔軟に処理することができる。

本発明の好ましい熱可塑性プラスチックは、幅広い用途を持つ、言うまでもなく周知のポリエステルであるポリカプロラクトン（例えば、米国特許出願公開第２００７／０１１１０３７号明細書及び米国特許第５，９７７，２０３号参照）であって、Ｐｅｒｓｔｏｐ社等によって製造されている。

本発明の第１の目的は、３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体に注入を行うための改善された方法を提供することである。

さらに別の目的は、より安全で、本発明の方法との使用で汎用性が高い機能性ポリマーを特定すること、及びポリマーが注入された物体をより強く及び／又はより良好に仕上げることである。

さらに別の目的は、３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体に自動注入を行うための改善された装置を提供することである。

本発明の第１の態様に従えば、３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体を構成する粒子又は材料シートの内部又は間に孔又は空洞を有する物体に注入、浸潤又は含浸を行う方法であって、物体に温度及び圧力が制御された状態で導入された熱可塑性プラスチック材料を注入し、物体を熱可塑性プラスチックに浸漬し、物体への十分な注入を確保するために圧力振動の周波数及び振幅を制御することによって熱可塑性プラスチックを物体に浸透させ、孔又は空洞を少なくとも部分的に充填し、物体を構成する粒子又は材料シートを結合することを特徴とする方法が提供される。

圧力を負圧又は大気圧と超過圧力を含む正圧との間で振動させることが好ましい。

粒子又は材料シートは層状に堆積していることが好ましい。

１つの実施形態では、材料シートは紙、プラスチック、又は織物を含む。

別の実施形態では、粒子は、色吸収材又は塗色可能な材料、好ましくは石膏又はプラスチックを含む。通常、石膏は改質石膏であり、好ましい形態は、一般に共重合体がポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）である溶剤型共重合体を含む。着色剤が含まれてもよい。

本発明の方法で使用する好ましい熱可塑性プラスチックは、融点が４０〜６５℃で、凝固／結晶点が２０〜４０℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックである。

カプロラクトン、又は１つ又は複数のカプロラクトンを含む混合物が最適である。

好ましい方法では、熱可塑性プラスチックを注入する前に、孔又は空洞から水及び／又は他の揮発性物質を追い出すために物体を第１の温度（Ｔ１）に加熱し、負圧（Ｐ１）に維持することにより熱可塑性プラスチックが物体に最もよく浸透できるようにしておく。次いで、物体を熱可塑性プラスチックに浸漬し、真空圧（Ｐ１）又は大気圧（Ｐ０）下で、一般に９０〜１６０℃の第２の粘度低下温度（Ｔ２）にする。

本質的ではないが、第２の粘度低下温度（Ｔ２）に達する時、注入工程が始まり、圧力を好ましくは負圧（Ｐ１）及び正圧（Ｐ２）又は超過圧力（Ｐ３）の間で振動させることが好ましい。

処理が終わったら、第２の粘度低下温度（Ｔ２）を維持し、正圧（Ｐ２）、すなわち加圧下で熱可塑性プラスチックを容器（１４）から排出する。次いで、余分な熱可塑性プラスチック材料を変位させるために、物体を第２の粘度低下温度（Ｔ２）で様々な方向に動かす。

次いで、物体を検査に供し、温度を第２の温度（Ｔ２）から第１の温度（Ｔ１）と第２の粘度低下温度（Ｔ２）の中間の第３の取り扱い可能温度（Ｔ３）に低下させる。必要に応じて新規な熱可塑性プラスチック除去装置を用いて余分な材料を除去することができる。

最後に、物体は、１つ又は複数の別の中間温度（Ｔ４及びＴ５）間を移動することにより正圧（Ｐ２）下で焼き戻しされ結晶性が制御される。

本発明の第２の態様に従えば、３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）を後処理するための装置（１０）であって、
ａ）熱可塑性プラスチック（１１０）が注入される物体に注入を行う注入チャンバ（１２）と、
ｂ）使用時に熱可塑性プラスチックが充填される容器（１４）と、
ｃ）物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ（１６）と、
ｄ）装置の動作機能を制御するためのコントローラ（１８）とを備え、
容器は、熱可塑性プラスチックが規定された温度（Ｔ）範囲内で溶解できるようにする加熱手段（２０）及びセンサ（２２、２６、２８）を備え、コントローラは装置内で連続する注入ステップ及び硬化ステップを可能にすることを特徴とする装置が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）を後処理するための装置（１０）であって、
ａ）熱可塑性プラスチック（１１０）が注入される物体に注入を行う注入チャンバ（１２）と、
ｂ）使用時に熱可塑性プラスチックが充填される容器（１４）と、
ｃ）物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ（１６）と、
ｄ）装置の動作機能を制御するためのコントローラ（１８）とを備え、
少なくとも１つのチャンバは、反応を負圧（Ｐ１）及び正圧（Ｐ２／Ｐ３）下で実施することができるよう構成されることを特徴とする装置が提供される。

第２及び第３の態様の装置には、多くの共通する特徴がある。

１つの実施形態では、硬化チャンバは関連付けられた真空ポンプ、少なくとも１つの熱センサ、圧力センサ及び／又はレベルセンサのうちの１つ又は複数を有することが好ましい。

「関連付けられた」（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ）によって、また図３（ステップ７）から明らかなように、硬化が加圧下で行われる時、注入チャンバが硬化チャンバの役割も果たすことは明らかである。

装置はさらに、物体を支持するためのプラットフォーム、コンテナ又はアーム、及び注入チャンバを加圧し他の動作機能を支援するコンプレッサを備えることが好ましい。

装置はまた、注入チャンバ及び硬化チャンバの１つ又は複数に関連付けられる加熱手段を備えることがより好ましい。

好ましい実施形態では、蓋が反応チャンバを密封し、プラットフォームを支持する。装置はさらに観察窓及び１つ又は複数のファンを備える。

本発明の方法で使用する好ましい熱可塑性プラスチックは、融点が４０〜６５℃で、凝固／結晶点が２０〜４０℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックである。

機能性ポリマーは、ポリカプロラクトンであることが好ましい。ポリオールが最も好ましく、さらにより好ましいのは、ジオール、トリオール、又はテトラオールである。

ポリカプロラクトンは、２０００〜１００，０００の分子量を有してもよい。

本発明の第４の態様に従えば、３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）であって、物体を構成する粒子又は材料シートの内部又は間にある孔又は空洞を少なくとも１０％浸透するように、融点が４０〜６５℃で、凝固／結晶点が２０〜４０℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入される物体が提供される。

次の図面及び実施例を参照して、本発明の種々の態様をほんの一例としてさらに説明する。
本発明の１つの態様による注入装置の「簡単な」斜視図。 本発明の注入装置の（前面からの）平面図。 例示的な処理段階（１〜８）を異なる処理段階における注入装置とともに示す概略図。 本発明の１つの態様による、圧力なしで処理された物体の写真による表示。 本発明の好ましい態様による、圧力をかけて処理された物体の写真による表示。

図１を参照すると、本発明の注入チャンバ（１０）は、説明する実施形態においてハウジング（４０）内で上下に積み重ねた３つの機能チャンバ（１２、１４、１６）を備えるように簡略化して示されている。

下部にあるのは、使用時に本発明の方法を用いて得られる多くの利点を提供する熱可塑性プラスチック（１１０）で満たされる（図３参照）容器（１４）である。その上には、使用時に熱可塑性プラスチック（１１０）が注入される物体（１００）（図３）に注入が行われる注入チャンバ（１２）が配置される。注入チャンバの真上には、物体を加熱及び硬化するための硬化チャンバ（１６）があり、これには観察窓／扉（３６）が設けられている。注入チャンバ及び硬化チャンバを反応チャンバと考えてもよい。

観察可能な硬化チャンバ（１６）の上には、コントロールパネル（１８）及びディスプレイ（４２）を介して操作される「制御部」（図示せず）が提供される。このチャンバの窓又は扉から、硬化段階の前又はその最中に（加圧されていない場合に限り）物体に介入することができる。

図２を参照すると、主要な構成要素と機能性を提供する付加的な機構との間の相互関係についての詳細が示されている。

装置の下部の容器（１４）の両側には真空ポンプ（２４）とコンプレッサ（３２）とが収容されている。これらの機能は後述する処理を参照すればより良く理解されるが、手短に言えば、コンプレッサは扉（３６）、蓋（３４）、ボールバルブ（４４）、容器（１４）、注入チャンバ（１２）及び材料除去装置（４６）の空気圧制御を可能にする。

熱可塑性プラスチックを加熱して液体にする加熱手段（２０）、温度と圧力、そして注入チャンバ（１２）を行き来する熱可塑性プラスチックの流れを制御可能な熱センサ（２２）、レベルセンサ（２６）及び圧力センサ（２８）が容器（１４）に関連付けられている。

注入チャンバはまた加熱手段（２０）によって加熱され、液体レベル（２６）及び圧力（２８）を監視するセンサを有する。また、粒子がチャンバに侵入するのを防ぐためのフィルタ（４８）も装着されている。

材料除去装置（４６）も設けられる。

上方の硬化チャンバ（１６）は、最適な取り扱いが可能となるように注入チャンバに対して上げ下げ可能かつＸ、Ｙ及びＺ平面で移動可能な蓋（３４）に接続されたプラットフォーム（３０）上に物体（１００）を設置するために開けることができる透明な（観察）扉（３６）を有する。また、加熱手段（２０）及びこれに関連して均一な温度を維持するための少なくとも１つのファン（３８）を付加的に有する。硬化に圧力が利用される場合、注入チャンバは部分的に硬化チャンバの役割を果たすこともできる。

本発明の方法は、ラム（５０）を用いて油圧によって得られる超過圧力を含む正圧の有無にかかわらず適用することができる。

（正圧を利用する）本発明の方法を、図３を参照しながら説明する。

段階１
処理対象の物体（１００）をレベルＬ１でプラットフォーム（３０）上に（必要に応じてしっかりと固定して）、或いは蓋（３４）に機械的に取り付けられたコンテナ内に配置する。大気圧（Ｐ０）で物体内の温度の完全な均一性を達成できる十分な時間をかけて、物体を室温Ｔ０から「第１の目標温度」（Ｔ１）（例えば、６０℃）に加熱する。当業者は、目標温度（Ｔ１）は注入対象の物体及び使用される熱可塑性プラスチックによって異なることを理解するであろう。

段階２
第１の目標温度（Ｔ１）に達したら、プラットフォーム上の物体を注入チャンバ（１２）の位置Ｌ０に下降させ、負圧Ｐ１下（例えば、−１バール）で乾燥させる。圧力センサ（２８、図２）は水又は溶剤がないことを検知する。

段階３
負圧又は大気圧（Ｐ１又はＰ０）下で、注入チャンバ（１２）を空の状態（ｌ０）から物体が完全に浸漬する（ｌ１）まで注入材料（１１０）で充填する。充填レベルは容器のレベルセンサ（２６、図２）を用いて制御される。所望の充填レベル（ｌ１）に達したら（物体が浸漬したら）、熱可塑性プラスチック注入材料（１１０）を熱可塑性プラスチックの粘度が十分に低く熱可塑性プラスチックが物体から流れ出るように選択された第２の目標温度（Ｔ２）に加熱する。通常、この温度は好ましいカプロラクトンの場合で、例えば９０〜１５０℃であるが、高分子量（１０，０００より大きい）のポリマーの場合にはより高い温度及び圧力（Ｐ２）を使用できる。

段階４
注入チャンバ内が第２の目標温度（Ｔ２）に達したら、圧力を２つの異なる圧力、すなわち負圧（Ｐ１）（又は大気圧Ｐ０）及び構成要素（５０）を介して油圧によって得られる超過圧力（Ｐ３）を含む正圧（Ｐ２）、例えば−１〜１０００バールの間で振動させる。振動の周波数及び振幅は、処理する物体の形状及び材料特性に合わせて変えることができる。チャンバ内のレベルセンサ（２６、図２）は過剰な発泡を検知及び制御し、十分な注入材料（１１０）の存在を確保する。

段階５
注入が終わったら、注入材料（１１０）は容器へ排出される。排出は、正圧又は標準大気圧（Ｐ０）における重力又は容器からの負圧により行われてもよい。

段階６
プラットフォームを観察／硬化チャンバ内の位置（Ｌ１）に上昇させ、任意の方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ平面）に回転させてすべての注入材料が再生されるようにすることができる。プラットフォームの速度は、材料の除去を支援するために高めることができる。

段階７
使用可能なすべての注入材料を再生したら、物体を検査のために手で扱うことができる例えば４０〜９０℃の間の１つ又は複数の中間温度（Ｔ３）に冷却する。検査の際、固まっていない材料は、新規の手持ち式の送風及び真空装置（４６）を用い、開いた窓（３６、図２）を利用して除去することができる。装置から吹き込まれる空気の温度をＴ３以上の温度に維持する。このことは、物体が不要な熱可塑性プラスチック材料を保持するおそれのある形状及び空洞を有する場合に特に有効である。検査が完了したら、物体を注入チャンバ（１２）内に下降させ、中間温度Ｔ３より低く、最大結晶化構造のために材料の焼き戻しが行われる１つ又は複数の焼き戻し温度（Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６）に正圧（Ｐ２）下で冷却する。焼き戻しは、Ｔ４、Ｔ５又はＴ６の間で温度を上下させることであってもよい。これに関連して、注入チャンバはまた、部分的に硬化チャンバとして使用されている。

段階８
焼き戻しが行われたら、プラットフォームをＬ１に上昇させ、物体を取り出すことができる。

圧力の利用により、より広範囲の熱可塑性プラスチックの使用が可能となる。なぜなら、圧力下で熱可塑性プラスチックの粘性が低下することによって、以下の実施例１に説明するようにより大きな浸透を達成できるからである。

圧力を利用する利点は、次の実施例で説明される。
物体の処理を
ａ）カプロラクトン（分子量２５，０００）を用いて１２０℃で行った（図４ａ）；また、
ｂ）−１から４バールの間の振動圧力で、同じカプロラクトンを用いて１２０℃で行った（図４ｂ）。

比較図である図４ａ及び４ｂを見ても分かるように、圧力の供給は、図４ｂのより色の濃い均一な中心部分から明らかなように材料の完全な注入を確実にしている。

本発明の方法で使用する好ましい熱可塑性プラスチックは、融点が４０〜６５℃で、凝固／結晶点が２０〜４０℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックである。

本発明で使用する好ましいポリエステルは、ポリカプロラクトンである。

ポリカプロラクトンの一般式を以下の式１に示す。

ポリカプロラクトンは、通常、分子量が１０，０００以上の「熱可塑性プラスチック」と定義され、粘度が９，３００Ｍｐａｓで、融解範囲が５８〜６０℃である。
しかしながら、ジオール、トリオール及びテトラオール及びその共重合体等の低分子量ポリオールは、一般には４０〜５０℃など、より好ましくは３０℃の室温より高い融解範囲を有し、はるかに低い粘度（４００〜５００Ｍｐａｓ程度）を有するものが本出願に特に適している。

[実施形態１]
３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体を構成する粒子又は材料シートの内部又は間に孔又は空洞を有する物体に注入、浸潤又は含浸を行う方法であって、前記物体に温度及び圧力が制御された状態で導入された熱可塑性プラスチック材料を注入し、前記物体を前記熱可塑性プラスチックに浸漬し、前記物体への十分な注入を確保するために圧力振動の周波数及び振幅を制御することによって前記熱可塑性プラスチックを前記物体に浸透させ、前記孔又は空洞を少なくとも部分的に充填し、前記物体を構成する粒子又は材料シートを結合することを特徴とする方法。
[実施形態２]
実施形態１に記載の方法において、前記圧力を負圧又は大気圧と超過圧力を含む正圧との間で振動させることを特徴とする方法。
[実施形態３]
実施形態１又は２に記載の方法において、前記粒子又は材料シートは層状に堆積していることを特徴とする方法。
[実施形態４]
請求項３に記載の方法において、前記材料シートは、紙、プラスチック、又は織物を含むことを特徴とする方法。
[実施形態５]
実施形態１に記載の方法において、前記物体を構成する前記粒子は、色吸収材又は塗色可能な材料を含むことを特徴とする方法。
[実施形態６]
実施形態５に記載の方法において、前記色吸収材又は塗色可能な粒子は石膏又はプラスチックを含むことを特徴とする方法。
[実施形態７]
実施形態６に記載の方法において、前記石膏はさらに溶剤型共重合体を含むことを特徴とする方法。
[実施形態８]
実施形態７に記載の方法において、前記溶剤型共重合体はポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）であることを特徴とする方法。
[実施形態９]
実施形態１に記載の方法において、前記粒子又はシートは着色されていることを特徴とする方法。
[実施形態１０]
実施形態１乃至９の何れか１つに記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックは、融点が４０〜６５℃で、凝固／結晶点が２０〜４０℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステルであることを特徴とする方法。
[実施形態１１]
実施形態１０に記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックは、カプロラクトン又は１つ又は複数のカプロラクトンを含む混合物であることを特徴とする方法。
[実施形態１２]
実施形態１０又は１１に記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックを注入する前に、前記孔又は空洞から水及び／又は他の揮発性物質を追い出すために前記物体を第１の温度（Ｔ１）に加熱し、負圧（Ｐ１）に維持することを特徴とする方法。
[実施形態１３]
実施形態１０乃至１２の何れか１つに記載の方法において、前記物体を前記熱可塑性プラスチックに浸漬し、真空圧（Ｐ１）又は大気圧（Ｐ０）下で、９０〜２２０℃の第２の粘度低下温度（Ｔ２）にすることを特徴とする方法。
[実施形態１４]
実施形態１３に記載の方法において、前記第２の温度（Ｔ２）に達する時、注入工程が始まることを特徴とする方法。
[実施形態１５]
実施形態１４に記載の方法において、前記熱可塑性プラスチックを排出するために、前記第２の粘度低下温度（Ｔ２）を維持し、前記熱可塑性プラスチックを正圧（Ｐ２／Ｐ３）下で排出することを特徴とする方法。
[実施形態１６]
実施形態１５に記載の方法において、前記物体を前記第２の粘度低下温度（Ｔ２）で様々な方向に動かし、熱可塑性プラスチック材料を変位させることを特徴とする方法。
[実施形態１７]
実施形態１５に記載の方法において、前記物体を検査に供し、温度を前記第２の粘度低下温度（Ｔ２）から前記第１の温度（Ｔ１）と前記第２の粘度低下温度（Ｔ２）の中間の第３の取り扱い可能温度（Ｔ３）に低下させ、必要に応じて熱可塑性プラスチック除去装置（４６）を用いて材料を除去することができることを特徴とする方法。
[実施形態１８]
実施形態１乃至１７の何れか１つに記載の方法において、前記物体は、前記熱可塑性プラスチックの再結晶化を制御するために焼き戻しされることを特徴とする方法。
[実施形態１９]
実施形態１８に記載の方法において、前記焼き戻しは、前記物体が正圧（Ｐ２／Ｐ３）下で１つ又は複数の別の中間温度（Ｔ４及びＴ５）になるように温度を調節することを含むことを特徴とする方法。
[実施形態２０]
３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）を処理するための装置（１０）であって、
ａ）熱可塑性プラスチック（１１０）が注入される前記物体に注入を行う注入チャンバ（１２）と、
ｂ）使用時に前記熱可塑性プラスチックが充填される容器（１４）と、
ｃ）前記物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ（１６）と、
ｄ）前記装置の動作機能を制御するためのコントローラ（１８）と、を備え、
前記容器は、前記熱可塑性プラスチックが規定された温度（Ｔ）範囲内で溶解できるようにする加熱手段（２０）及びセンサ（２２、２６、２８）を備え、前記コントローラは前記装置内で連続する注入ステップ及び硬化ステップを可能にすることを特徴とする装置。
[実施形態２１]
３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）を処理するための装置（１０）であって、
ａ）熱可塑性プラスチック（１１０）が注入される前記物体に注入を行う注入チャンバ（１２）と、
ｂ）使用時に前記熱可塑性プラスチックが充填される容器（１４）と、
ｃ）前記物体を加熱して硬化させるための硬化チャンバ（１６）と、
ｄ）前記装置の動作機能を制御するためのコントローラ（１８）と、を備え、
少なくとも１つの前記チャンバは、反応を負圧（Ｐ１）及び正圧（Ｐ２／Ｐ３）下で実施することができるよう構成されることを特徴とする装置。
[実施形態２２]
実施形態２０又は２１に記載の装置であって、前記硬化チャンバ（１６）又は前記注入チャンバ（１２）は、減圧下又は昇圧下で温度制御を可能にする関連付けられた真空ポンプ（２４）を有することを特徴とする装置。
[実施形態２３]
実施形態２０乃至２２の何れか１つに記載の装置において、前記硬化チャンバ（１６）又は前記注入チャンバ（１２）は、少なくとも１つの熱センサ（２２）、圧力センサ（２６）及び／又はレベルセンサ（２８）のうちの１つ又は複数を備えることを特徴とする装置。
[実施形態２４]
実施形態２０乃至２３の何れか１つに記載の装置において、前記物体を支持するためのプラットフォーム、コンテナ又はアーム（３０）をさらに備えることを特徴とする装置。
[実施形態２５]
実施形態２０乃至２４の何れか１つに記載の装置において、前記注入チャンバを加圧し、扉（３６）、蓋（３４）、ボールバルブ（４４）、容器（１４）、前記注入チャンバ（１２）及び材料除去装置（４６）の空気圧制御などの他の動作機能を支援するコンプレッサをさらに備えることを特徴とする装置。
[実施形態２６]
実施形態２０乃至２５の何れか１つに記載の装置において、前記注入チャンバ（１２）及び前記硬化チャンバ（１６）の１つ又は複数と関連付けられた加熱手段（２０）をさらに備えることを特徴とする装置。
[実施形態２７]
実施形態２４に記載の装置において、前記反応チャンバを密封し、プラットフォーム（３０）を支持する蓋（３４）をさらに備えることを特徴とする装置。
[実施形態２８]
実施形態２０乃至２７の何れか１つに記載の装置において、観察窓及び扉（３６）をさらに備えることを特徴とする装置。
[実施形態２９]
実施形態２０乃至２８の何れか１つに記載の装置において、１つ又は複数のファン（３８）をさらに備えることを特徴とする装置。
[実施形態３０]
３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）であって、前記物体を構成する粒子又は材料シートの内部又は間にある孔又は空洞を少なくとも１０％浸透するように、融点が４０〜６５℃で、凝固／結晶点が２０〜４０℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入されることを特徴とする物体。
[実施形態３１]
実施形態３０に記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記熱可塑性プラスチックはポリカプロラクトンであるか又はこれを含むことを特徴とする物体。
[実施形態３２]
実施形態３１に記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記ポリカプロラクトンはポリオールであることを特徴とする物体。
[実施形態３３]
実施形態３２に記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記ポリオールはジオール、トリオール、又はテトラオールであることを特徴とする物体。
[実施形態３４]
実施形態３０乃至３３の何れか１つに記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記ポリカプロラクトンは２０００〜１００，０００の分子量を有することを特徴とする物体。

Claims (5)

1. ３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）であって、前記物体を構成する粒子又は材料シートの内部又は間にある孔又は空洞を少なくとも１０％浸透するように、融点が４０〜６５℃で、凝固／結晶点が２０〜４０℃の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入されることを特徴とする物体。
2. 請求項１に記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記熱可塑性プラスチックはポリカプロラクトンであるか又はこれを含むことを特徴とする物体。
3. 請求項２に記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記ポリカプロラクトンはポリオールであることを特徴とする物体。
4. 請求項３に記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記ポリオールはジオール、トリオール、又はテトラオールであることを特徴とする物体。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の長鎖又は分岐の半結晶性脂肪酸ポリエステル熱可塑性プラスチックが注入された３次元印刷、自由造形又は付加製造された物体（１００）において、前記ポリカプロラクトンは２０００〜１００，０００の分子量を有することを特徴とする物体。