JP2021509640A - 低温での三次元物体の付加製造に使用可能な造形用材料配合物 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年12月31日出願の米国仮特許出願No.62/612466の優先権の利益を主張し、その内容は、参考としてその全体をここに組み入れる。
本発明は、その一部の実施形態では、付加製造に関し、特に限定されないが、低い作業温度(例えば50℃未満)で実施される付加製造に使用可能な造形用材料配合物に関する。
硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の疎水性硬化性材料;
硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の親水性硬化性材料;及び
硬化されたとき、25℃〜80℃の範囲のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の親水性硬化性材料。
本発明の一部の実施形態の態様によれば、本明細書に規定されるように、35℃で50cPs以下の粘度を具備する、三次元物体の付加製造に使用可能な造形用材料配合物系が提供される。
(AのMWx重量%+BのMWa重量%)/硬化性材料の全重量%
本明細書に記載された実施形態のいずれかの一部によれば、本実施形態の配合物系中の少なくとも一種の配合物は、硬化されたとき、非エラストマー(硬質)材料を与える。
R1及びR2の少なくとも一つは、本明細書に規定されるように、親水性基であるか、及び/又はそれを含む。
式中、R3,R4及びR5の各々は、独立して水素、C(1−4)アルキル、又は本明細書に規定されるような親水性基であり;
L1,L2及びL3の各々は、独立して連結部分であるか、又は不存在であり;
P1及びP2の各々は、独立して本明細書に規定されるように親水性基であるか、又は不存在であり;
X1,X2及びX3の各々は、独立してC(1−4)アルキル、又は本明細書に規定されるような親水性基であるか、又は不存在であり;
n,m及びkの各々は、0,1,2,3又は4であり、
但し、n+m+kは、少なくとも2であり、R3,R4,R5,X1,X2,X3,P1及びP2の少なくとも一つは、本明細書に規定されるように親水性基である。
硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の疎水性硬化性材料;
硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の親水性硬化性材料;及び
硬化されたとき、25℃〜50℃の範囲のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の親水性硬化性材料。
これらの実施形態による配合物系は、本明細書に記載されるように、鞘付き物体を与えるために、D−ABSモードでも使用されることができる。かかる配合物系は、例えば硬化されたとき、高いHDTを具備する一つの配合物、及び硬化されたとき、高い耐衝撃性を具備する一つの配合物を含む。
本明細書に記載された実施形態のいずれかの一部によれば、本実施形態の配合物系中の少なくとも一種の配合物は、硬化されたとき、本明細書に規定されるように、エラストマー材料を与える。
式中、Eは、本明細書に記載されるようなエラストマー結合部分であり、R’2は、R2に対して本明細書に規定されたようなものである。
式中、Eは、本明細書に記載されるようなエラストマー結合部分であり、R’2及びR”2は、各々独立して、R2に対して本明細書に規定されたようなものである。
式中、R2及びR’2は、本明細書に規定されるようなものであり、
Bは、(X1の性質に依存して)本明細書に規定されるような二官能又は三官能枝分かれ単位であり、
X2及びX3は、各々独立して、存在しないか、本明細書に記載されるようなエラストマー部分であるか、又はアルキル、炭化水素、アルキレン鎖、シクロアルキル、アリール、アルキレングリコール、ウレタン部分、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択され、
X1は、存在しないか、又はアルキル、炭化水素、アルキレン鎖、シクロアルキル、アリール、アルキレングリコール、ウレタン部分、及びエラストマー部分(各々は、任意選択的にメタ(アクリレート)部分(O−C(=O)CR”2=CH2)によって置換(例えば終了)される)、及びそれらのいずれかの組み合わせから選択され、又はX1は、以下のものである:
式中、曲線は、結合点を表わし、
B’は、枝分かれ単位であり、それは、Bと同じであるか又はBとは異なり、
X’2及びX’3は、各々独立して、X2及びX3に対して本明細書に規定されるようなものであり、
R”2及びR”’2は、R2及びR’2に対して本明細書に規定されるようなものであり、
但し、X1、X2、及びX3の少なくとも一つは、本明細書に記載されるようなエラストマー部分であるか、又はそれを含む。
本明細書に記載された実施形態のいずれかの一部によれば、配合物系は、他に示されない限り、一種の配合物からなる。
本明細書に記載された実施形態のいずれかの一部では、それぞれの実施形態のいずれか及びそれらのいずれかの組み合わせにおいて本明細書に記載されるように、造形用材料配合物又は配合物系を含むキットが提供される。
本発明の一部の実施形態による、物体112のAMに適したシステム110の代表的かつ非限定的実施例を、図1Aに示す。システム110は、複数の吐出ヘッドを含む吐出ユニット16を有する付加製造装置114を備える。各ヘッドは、下述する図2A〜図2Cに示すように、1つ以上のノズル122のアレイを含み、それを通して液状構築材料124が吐出されることが好ましい。
型は、ケイ素型(例えば「HDT」型については127×13×3mmの矩形、及び「Impact」型については64×12.7×3.2mmの矩形)にある容量の混合された配合物を注ぐことによって作られ、型は、UV放射線に2〜5時間供して完全な反応を確保した。放射線源は、10UVランプを備えたUVオーブン(Philips TL−K 40W化学線BL反射体)である。
造形用材料配合物設計
本発明者は、40℃を越えない、好ましくは35℃を越えない噴射温度で3Dインクジェット印刷法で使用されることができる造形用材料配合物の探索において、数年間、広範な研究を行なった。
硬化されたとき、非エラストマー(硬質)材料を与える造形用材料配合物
以下の表1は、部分A配合物(RF)及び部分B配合物(DLM)の両方として、鞘付物体を印刷するために、例えばDMモードを含む単一噴射及びPolyJet技術で、及びD−ABSモードで非エラストマー(硬質)材料の3Dインクジェット印刷に使用するために好適な造形用材料配合物の例示的な化学組成を与える。
硬化されたとき、エラストマー材料を与える造形用材料配合物
以下の表9は、例えばDMモードを含む単一噴射及びPolyJet技術で、本明細書に規定されるように、エラストマー材料の3Dインクジェット印刷に使用するために好適な造形用材料配合物の例示的な化学組成を与える。
Claims (61)
- 三次元物体の付加製造に使用可能な造形用材料配合物系であって、配合物系が、少なくとも二種の硬化性材料を含み、かつ35℃で50cPs以下の粘度を具備し、前記少なくとも二種の硬化性材料の平均分子量が、500グラム/mol以下である、配合物系。
- 前記付加製造が、3Dインクジェット印刷である、請求項1に記載の配合物系。
- 配合物系が、硬化されたとき、非エラストマー材料を与える少なくとも一種の配合物を含み、前記少なくとも一種の配合物が、
硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える少なくとも一種の疎水性硬化性材料;
硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える少なくとも一種の親水性硬化性材料
を含む、請求項1又は2に記載の配合物系。 - 硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の25〜60重量%である、請求項3に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項3又は4に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の30〜60重量%の範囲である、請求項5に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜25重量%の範囲である、請求項5又は6に記載の配合物系。
- 硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の15〜35重量%である、請求項3〜7のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の親水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項3〜8のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の15〜35重量%の範囲である、請求項9に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜5重量%の範囲である、請求項9又は10に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の配合物が、以下の少なくとも一つをさらに含む、請求項3〜11のいずれかに記載の配合物系:
硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の疎水性硬化性材料;
硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の親水性硬化性材料;及び
硬化されたとき、25℃〜80℃の範囲のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の親水性硬化性材料。 - 疎水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の35〜75重量%の範囲である、請求項3〜12のいずれかに記載の配合物系。
- 親水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の20〜60重量%の範囲である、請求項3〜12のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の配合物が、15センチポアズ以下の室温における粘度を具備する硬化性材料をさらに含む、請求項3〜14のいずれかに記載の配合物系。
- 前記硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜10重量%又は0〜7重量%の範囲である、請求項15に記載の配合物系。
- 三次元物体が、鞘なし物体である、請求項3〜16のいずれかに記載の配合物系。
- 硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の50〜60重量%である、請求項17に記載の配合物系。
- 硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項17又は18に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の30〜55重量%の範囲である、請求項19に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜25重量%の範囲である、請求項19又は20に記載の配合物系。
- 硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の15〜30重量%である、請求項17〜21のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の親水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項18〜22のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の15〜25重量%の範囲である、請求項23に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜5重量%の範囲である、請求項23又は24に記載の配合物系。
- 硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料の全量が、もし存在するなら、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜15重量%の範囲である、請求項17〜25のいずれかに記載の配合物系。
- 硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料の全量が、もし存在するなら、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜10重量%の範囲である、請求項17〜26のいずれかに記載の配合物系。
- 配合物系が、硬化されたとき、少なくとも60℃の熱変形温度(HDT)によって特徴づけられる第一配合物、及び硬化されたとき、少なくとも40J/mのアイゾット衝撃抵抗(IR)値によって特徴づけられる第二配合物を含み、前記第一配合物及び前記第二配合物の各々が、硬化されたとき、50℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料、及び硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料を含む、請求項3〜17のいずれかに記載の配合物系。
- 硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料の全量が、前記第一配合物の全重量の50〜60重量%である、請求項28に記載の配合物系。
- 前記第一配合物における、硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項28又は29に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記第一配合物の全重量の25〜40重量%の範囲である、請求項30に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記第一配合物の全重量の15〜30重量%の範囲である、請求項30又は31に記載の配合物系。
- 前記第一配合物における、硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の25〜35重量%である、請求項28〜32のいずれかに記載の配合物系。
- 前記第一配合物における前記少なくとも一種の親水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項28〜33のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記第一配合物の全重量の20〜35重量%の範囲である、請求項34に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記第一配合物の全重量の0〜5重量%の範囲である、請求項34又は35に記載の配合物系。
- 前記第一配合物における、硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料の全量が、もし存在するなら、前記第一配合物の全重量の0〜15重量%の範囲である、請求項28〜36のいずれかに記載の配合物系。
- 硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料の全量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の0〜5重量%の範囲である、請求項28〜37のいずれかに記載の配合物系。
- 硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料の全量が、前記第二配合物の全重量の30〜45重量%の範囲である、請求項28〜38のいずれかに記載の配合物系。
- 前記第二配合物における、硬化されたとき、80℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項28〜39のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記第二配合物の全重量の25〜40重量%の範囲である、請求項40に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記第二配合物の全重量の0〜25重量%の範囲である、請求項40又は41に記載の配合物系。
- 前記第二配合物における、硬化されたとき、50℃より高いTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料の全量が、前記第二配合物の全重量の25〜35重量%である、請求項28〜42のいずれかに記載の配合物系。
- 前記第二配合物における前記少なくとも一種の親水性硬化性材料が、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項28〜43のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記第二配合物の全重量の20〜35重量%の範囲である、請求項44に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記第二配合物の全重量の0〜5重量%の範囲である、請求項44又は45に記載の配合物系。
- 硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の疎水性硬化性材料の全量が、前記第二配合物の全重量の0〜5重量%の範囲である、請求項28〜46のいずれかに記載の配合物系。
- 前記第二配合物における、硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料の全量が、もし存在するなら、前記第二配合物の全重量の10〜30重量%の範囲である、請求項28〜47のいずれかに記載の配合物系。
- 前記第二配合物における、硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える前記少なくとも一種の親水性硬化性材料が、もし存在するなら、少なくとも一種の単官能硬化性材料及び/又は少なくとも一種の多官能硬化性材料を含む、請求項28〜48のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の量が、前記第二配合物の全重量の0〜5重量%の範囲である、請求項49に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の多官能硬化性材料の量が、前記第二配合物の全重量の10〜30重量%の範囲である、請求項49又は50に記載の配合物系。
- 硬化されたとき、エラストマー材料を与える少なくとも一種の配合物を含む、請求項1又は2に記載の配合物系であって、前記少なくとも一種の配合物が、エラストマー硬化性材料、単官能硬化性材料、及び任意選択的に二官能硬化性材料を含む、配合物系。
- 前記エラストマー硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の少なくとも30重量%である、請求項52に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料の全量が、約20〜約60の範囲である、請求項52又は53に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料が、硬化されたとき、少なくとも80℃のTgを具備する材料を与える疎水性単官能硬化性材料を含む、請求項52〜54のいずれかに記載の配合物系。
- 前記疎水性単官能硬化性材料の量が、前記少なくとも一種の配合物の全重量の20〜30重量%の範囲である、請求項55に記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の単官能硬化性材料が、硬化されたとき、25℃未満のTgを具備する材料を与える少なくとも一種の疎水性単官能硬化性材料を含む、請求項52〜56のいずれかに記載の配合物系。
- 前記少なくとも一種の配合物が、15センチポアズ以下又は10センチポアズ以下の室温における粘度を具備する非反応性材料をさらに含む、請求項52〜57のいずれかに記載の配合物系。
- 前記二種以上の硬化性材料の各々が、UV硬化性材料である、請求項1〜58のいずれかに記載の配合物系。
- 光開始剤をさらに含む、請求項59に記載の配合物系。
- 三次元物体を製作する方法であって、前記方法が、
物体の形状に対応する三次元印刷データを受けること;及び
前記印刷データに従って、少なくとも一つのインクジェット印刷ヘッドを使用して、受容媒体の上に、請求項1〜60のいずれかに記載の配合物系の液滴を層状に吐出すること
を含み、
前記インクジェット印刷ヘッド及び前記配合物系の温度が、45℃以下である、方法。
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