JP2022001432A - Polymer powder used in powder bed melt bonding method and method for producing three-dimensional molded object - Google Patents

Polymer powder used in powder bed melt bonding method and method for producing three-dimensional molded object Download PDF

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JP2022001432A JP2021099242A JP2021099242A JP2022001432A JP 2022001432 A JP2022001432 A JP 2022001432A JP 2021099242 A JP2021099242 A JP 2021099242A JP 2021099242 A JP2021099242 A JP 2021099242A JP 2022001432 A JP2022001432 A JP 2022001432A
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友彦 中村
Tomohiko Nakamura
到 浅野
Itaru Asano
陽太 奥野
Yota Okuno
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Abstract

To provide polymer powder which makes a surface of a three-dimensional molded object produced by a power bed melt bonding method smooth by controlling the ratio of apparent density to tapped density within a certain range to show high powder filling property and fluidity, and which has excellent penetrability of a melting aid, etc., and also can increase strength of the obtained molded object by controlling the ratio of the tapped density to actual density within a certain range to have a moderate gap between the powders.SOLUTION: In polymer powder for producing a three-dimensional molded object by a powder bed melt bonding method, the ratio of apparent density to tapped density of the powder is 0.75 or higher and 1.00 or lower, and the ratio of the tapped density to actual density of the powder is 0.50 or higher and 0.70 or lower.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、粉末床溶融結合方式に使用されるポリマー粉末として好適なポリマー粉末、及び3次元造形物を製造する方法に関する。 The present invention relates to a polymer powder suitable as a polymer powder used in a powder bed melt-bonding method, and a method for producing a three-dimensional model.

3次元造形物(以下、造形物と称する場合がある)を製造する技術として、材料押出方式、粉末床溶融結合方式、液槽光重合方式、シート積層方式などが知られている。これらの製法では、コンピュータ上のデータモデルに基づき、液体、粉末等の無形材料、またはペレット、フィラメント等の中間的形状の材料から直接3次元造形物を形成させる。特にポリマー粉末は、粉末床溶融結合方式に用いられる無形材料として適している。 As a technique for manufacturing a three-dimensional modeled object (hereinafter, may be referred to as a modeled object), a material extrusion method, a powder bed melt bonding method, a liquid tank photopolymerization method, a sheet laminating method and the like are known. In these manufacturing methods, a three-dimensional model is formed directly from an intangible material such as a liquid or powder, or an intermediate-shaped material such as a pellet or a filament, based on a data model on a computer. In particular, polymer powder is suitable as an intangible material used in the powder bed melt bonding method.

粉末床溶融結合方式では、粉末の層を設けた後に、物体の断面に対応する位置を選択的に溶融させ、これらの層同士を接着、積層することで3次元造形物を形成させる。ここで、選択的に粉末を溶融させる方法としては、レーザーを用いる選択的レーザー焼結法、溶融助剤を用いる選択的吸収焼結法、および溶融させない場所をマスクする選択的抑制焼結法などがある。 In the powder bed fusion bonding method, after the powder layer is provided, the position corresponding to the cross section of the object is selectively melted, and these layers are bonded and laminated to form a three-dimensional model. Here, as a method for selectively melting the powder, a selective laser sintering method using a laser, a selective absorption sintering method using a melting aid, a selective suppression sintering method for masking a place where the powder is not melted, or the like. There is.

これら粉末床溶融結合方式に適したポリマー粉末として広い表面積を有するポリマー粉末を造形に用いる技術などが開示されている(特許文献1)。 A technique of using a polymer powder having a large surface area for modeling as a polymer powder suitable for these powder bed melt-bonding methods is disclosed (Patent Document 1).

特開2018−59093号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-59093

特許文献1の技術は、真球形状の粒子のみを使用しているため粉末が密充填され空隙がなく、溶融助剤、阻害剤の吸着やエネルギー吸収が不足し、溶融焼結が十分でなかった。 Since the technique of Patent Document 1 uses only spherical particles, the powder is densely packed and there are no voids, the adsorption and energy absorption of the melt aid and the inhibitor are insufficient, and the melt sintering is not sufficient. rice field.

特許文献2の技術は、表面積が大きいため造形物に空孔が生じやすく、造形物の強度が低下する問題があった。 The technique of Patent Document 2 has a problem that since the surface area is large, holes are likely to be generated in the modeled object, and the strength of the modeled object is lowered.

本発明では、粉末床溶融結合方式に適用する上で必須となる粉末の流動性に優れ、かつ十分な溶融焼結を可能とし、高密度な造形物を製造することを課題として検討した結果、達成されたものである。 As a result of studying in the present invention, it is an object to produce a high-density model by excellent fluidity of powder, which is indispensable for application to a powder bed melt-bonding method, and enabling sufficient melt sintering. It has been achieved.

上記課題を解決するために、本発明の粉末床溶融結合方式に使用されるポリマー粉末は、次の構成を有する。すなわち、
<1>粉末床溶融結合方式によって3次元造形物を製造するためのポリマー粉末であって、前記粉末の見掛密度とタップ密度の比率が0.75以上1.00以下であり、前記粉末のタップ密度と真密度の比率が0.50以上0.70以下である、3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。
<2>選択的吸収焼結法または選択的抑制焼結法によって3次元造形物を製造するためのポリマー粉末である、<1>に記載の3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。
<3>前記ポリマー粉末の赤外吸収率A1と、前記ポリマー粉末に溶融助剤を吸着させた粉末の赤外吸収率A2の差A2−A1が10%以上40%以下であることを特徴とする、<1>または<2>に記載の3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。
<4>前記ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレンまたはそれらの混合物を含むことを特徴とする、<1>〜<3>のいずれかに記載の3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。
<5><1>〜<4>のいずれかに記載のポリマー粉末を用いて、粉末床溶融結合方式によって3次元造形物を製造する方法。
<6>粉末床溶融結合方式が、選択的吸収焼結法または選択的抑制焼結法である、<5>4に記載の3次元造形物を製造する方法。
In order to solve the above problems, the polymer powder used in the powder bed melt bonding method of the present invention has the following constitution. That is,
<1> A polymer powder for producing a three-dimensional model by a powder bed melt-bonding method, wherein the ratio of the apparent density to the tap density of the powder is 0.75 or more and 1.00 or less, and the powder is the same. A polymer powder for producing a three-dimensional model in which the ratio of tap density to true density is 0.50 or more and 0.70 or less.
<2> The polymer powder for producing a three-dimensional model according to <1>, which is a polymer powder for producing a three-dimensional model by a selective absorption sintering method or a selective suppression sintering method.
<3> The difference between the infrared absorption rate A1 of the polymer powder and the infrared absorption rate A2 of the powder obtained by adsorbing the melting aid on the polymer powder A2-A1 is 10% or more and 40% or less. The polymer powder for producing the three-dimensional model according to <1> or <2>.
<4> The polymer comprises polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyetherimide, polyamideimide, polyethersulfone, polytetrafluoroethylene or a mixture thereof. A polymer powder for producing the three-dimensional model according to any one of <1> to <3>.
<5> A method for producing a three-dimensional model by a powder bed melt-bonding method using the polymer powder according to any one of <1> to <4>.
<6> The method for producing a three-dimensional model according to <5> 4, wherein the powder bed melt-bonding method is a selective absorption sintering method or a selective suppression sintering method.

本発明のポリマー粉末は、見掛密度とタップ密度の比率を一定範囲に制御することで、高い粉末充填性と流動性を示し、粉末床溶融結合方式によって作製される3次元造形物の表面が滑らかになる。またタップ密度と真密度の比率を一定範囲に制御することで、適度に粉末同士に隙間があって溶融助剤などの浸透性に優れ、かつ得られる造形物の高強度化が可能になる。 The polymer powder of the present invention exhibits high powder filling property and fluidity by controlling the ratio of the apparent density to the tap density within a certain range, and the surface of the three-dimensional shaped object produced by the powder bed melt bonding method is formed. Become smooth. Further, by controlling the ratio of the tap density to the true density within a certain range, there is an appropriate gap between the powders, the permeability of the melting aid and the like is excellent, and the strength of the obtained modeled product can be increased.

以下、本発明について詳細を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明のポリマー粉末の見掛密度とタップ密度の比率は0.75以上1.00以下である。見掛密度とタップ密度の比率が0.75未満では、粉末の流動性が不十分で、粉末を積層する際に粉面が均質にならず、造形物の表面は粗くなる。ポリマー粉末の見掛密度とタップ密度の比率の下限は、0.78以上が好ましく、0.80以上がより好ましく、0.82以上がさらに好ましい。見掛密度がタップ密度を上回ることは原理上ないため、その上限は1.00である。 The ratio of the apparent density to the tap density of the polymer powder of the present invention is 0.75 or more and 1.00 or less. If the ratio of the apparent density to the tap density is less than 0.75, the fluidity of the powder is insufficient, the powder surface is not uniform when the powder is laminated, and the surface of the modeled object becomes rough. The lower limit of the ratio of the apparent density to the tap density of the polymer powder is preferably 0.78 or more, more preferably 0.80 or more, still more preferably 0.82 or more. Since the apparent density never exceeds the tap density in principle, the upper limit is 1.00.

なお、ポリマー粉末の見掛密度は、粉末を容器に充填したときの単位体積当たりの質量のことを示す。ここで、見掛密度は、日本工業規格(JIS規格)JIS K 7365(1999)「規定漏斗から注ぐことができる材料の見掛け密度の求め方」に準じ、ポリマー粉末を測定したものである。 The apparent density of the polymer powder indicates the mass per unit volume when the powder is filled in a container. Here, the apparent density is a measurement of the polymer powder in accordance with Japanese Industrial Standards (JIS standard) JIS K 7365 (1999) "How to determine the apparent density of a material that can be poured from a specified funnel".

また、ポリマー粉末のタップ密度は、粉末を容器に静かに充填した後、タッピングによって密充填させたときの単位体積当たりの質量のことを示し、日本工業規格(JIS規格)JIS K 7370(2000)「固め見掛けかさ密度の求め方」に準じ、ポリマー粉末を測定したものである。 The tap density of the polymer powder indicates the mass per unit volume when the powder is gently filled in a container and then densely filled by tapping. Japanese Industrial Standards (JIS standard) JIS K 7370 (2000) The polymer powder was measured according to "How to determine the bulk density".

本発明のポリマー粉末のタップ密度と真密度の比率は0.50以上0.70以下である。タップ密度と真密度の比率が0.50未満では、粉末の充填が不十分で、溶融焼結の際に空孔が発生しやすく、造形物の強度が低下する。さらには、造形室にポリマー粉末が充填された状態で空隙が多くなり、溶融助剤などを吸着させた際にコントラストがつき難くなり、造形精度が低下する。そのため、ポリマー粉末のタップ密度と真密度の比率の下限は、0.52以上が好ましく、0.55以上がより好ましく、0.58以上がさらに好ましい。またタップ密度と真密度の比率が0.70より大きいと、粉末が密充填状態であるため、溶融助剤や溶融阻害剤が浸透しにくく、焼結不十分となる。ポリマー粉末のタップ密度と真密度の比率の上限は、0.67以下が好ましく、0.65以下がより好ましく、0.63以下がさらに好ましい。 The ratio of the tap density to the true density of the polymer powder of the present invention is 0.50 or more and 0.70 or less. If the ratio of the tap density to the true density is less than 0.50, the filling of the powder is insufficient, pores are likely to be generated during melt sintering, and the strength of the modeled object is lowered. Further, the voids increase in the state where the polymer powder is filled in the molding chamber, and it becomes difficult to obtain contrast when the melting aid or the like is adsorbed, and the molding accuracy is lowered. Therefore, the lower limit of the ratio of the tap density to the true density of the polymer powder is preferably 0.52 or more, more preferably 0.55 or more, and even more preferably 0.58 or more. Further, when the ratio of the tap density to the true density is larger than 0.70, the powder is in a densely packed state, so that the melting aid and the melting inhibitor do not easily permeate, resulting in insufficient sintering. The upper limit of the ratio of the tap density to the true density of the polymer powder is preferably 0.67 or less, more preferably 0.65 or less, still more preferably 0.63 or less.

なお、ポリマー粉末の真密度は、日本工業規格(JIS規格)JIS Z 8807(2012)「固体の密度及び比重の測定方法」に準じて測定したものである。 The true density of the polymer powder was measured according to Japanese Industrial Standards (JIS standard) JIS Z 8807 (2012) "Method for measuring solid density and specific gravity".

本発明において、溶融助剤などを吸着させた際のコントラストは、ポリマー粉末のみの赤外吸収率A1とポリマー粉末に溶融助剤を吸着した状態の赤外吸収率A2の差であるA2−A1から評価することができる。A2−A1が大きいと、溶融助剤を吸着させた箇所のみを選択的に溶融させることができ、造形精度が向上して表面平滑な造形物を得ることができる。本発明において、A2−A1の値は、8%以上であることが好ましく、より好ましくは10%以上、さらに好ましくは13%以上、特に好ましくは15%以上である。A2−A1の上限は、溶融助剤の被覆量が過剰であるとポリマー粉末間の焼結を阻害する点で、40%以下が好ましく、より好ましくは35%以下、さらに好ましくは30%以下、特に好ましくは25%以下である。 In the present invention, the contrast when the melting aid or the like is adsorbed is the difference between the infrared absorptivity A1 of the polymer powder alone and the infrared absorptivity A2 of the polymer powder adsorbing the melting aid A2-A1. It can be evaluated from. When A2-A1 is large, only the portion where the melting aid is adsorbed can be selectively melted, the molding accuracy is improved, and a shaped product having a smooth surface can be obtained. In the present invention, the value of A2-A1 is preferably 8% or more, more preferably 10% or more, still more preferably 13% or more, and particularly preferably 15% or more. The upper limit of A2-A1 is preferably 40% or less, more preferably 35% or less, still more preferably 30% or less, in that an excessive coating amount of the melting aid inhibits sintering between polymer powders. Particularly preferably, it is 25% or less.

なお、ポリマー粉末の赤外吸収率は、拡散反射法を用いた赤外分光測定によって評価することができる。具体的には、ポリマー粉末の反射率(%)と、光を透過するポリマー粉末は透過率を測定した後に、100%−(反射率(%)+透過率(%))で吸収率を算出する。本発明において赤外吸収率は、ポリマー粉末を粉末の状態で評価することができれば、その方法は特に限定されないが、例えば株式会社島津製作所製フーリエ変換赤外分光光度計(IRPrestige−21)に拡散反射測定装置(DRS−8000)を設置し、ポリマー粉末を臭化カリウムで100倍に希釈したサンプルをセルに充填して赤外分光法(IR測定)を行うことで評価することができる。溶融助剤を吸着させた際の赤外吸収率測定をするサンプルとしては、例えばカーボンブラックを0.5重量%混合したポリマー粉末を拡散反射法にて赤外分光測定することで、評価することができる。 The infrared absorptivity of the polymer powder can be evaluated by infrared spectroscopic measurement using a diffuse reflection method. Specifically, the reflectance (%) of the polymer powder and the transmittance of the polymer powder that transmits light are measured, and then the absorptance is calculated by 100%-(reflectance (%) + transmittance (%)). do. In the present invention, the infrared absorptivity is not particularly limited as long as the polymer powder can be evaluated in the powder state, but the method is not particularly limited. It can be evaluated by installing a reflection measuring device (DRS-8000), filling a cell with a sample obtained by diluting a polymer powder 100 times with potassium bromide, and performing infrared spectroscopy (IR measurement). As a sample for measuring the infrared absorptivity when a melting aid is adsorbed, for example, a polymer powder mixed with 0.5% by weight of carbon black is evaluated by infrared spectroscopy by a diffuse reflection method. Can be done.

本発明のポリマー粉末のD50粒子径は、所望の見掛密度、タップ密度が得られ、粉末床溶融結合方式に使用可能なサイズのものを好適に用いることができ、好ましくは1〜100μmの範囲である。D50粒子径が100μmを超えると、タップ密度/真密度は大きくなって溶融助剤等が浸透しにくくなって強度低下の原因となり、また粒子サイズが造形面以上となり表面が粗くなる。D50粒子径が1μm以下であると、微細なため見掛密度は小さくなり、また造形時のコーターなどに付着し易くなり、造形室を必要温度まで上昇できない。ポリマー粉末のD50粒子径の上限は、90μm以下がより好ましく、80μm以下がさらに好ましく、70μm以下が特に好ましい。下限は、5μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましく、20μm以上が特に好ましい。 The D50 particle size of the polymer powder of the present invention can be preferably in a size that can obtain a desired apparent density and tap density and can be used in a powder bed melt-bonding method, and is preferably in the range of 1 to 100 μm. Is. When the D50 particle size exceeds 100 μm, the tap density / true density becomes large and it becomes difficult for the melting aid and the like to permeate, which causes a decrease in strength, and the particle size becomes larger than the modeling surface and the surface becomes rough. When the D50 particle diameter is 1 μm or less, the apparent density becomes small because it is fine, and it easily adheres to a coater or the like at the time of modeling, and the modeling chamber cannot be raised to the required temperature. The upper limit of the D50 particle size of the polymer powder is more preferably 90 μm or less, further preferably 80 μm or less, and particularly preferably 70 μm or less. The lower limit is more preferably 5 μm or more, further preferably 10 μm or more, and particularly preferably 20 μm or more.

なお、ポリマー粉末のD50粒子径は、レーザー回折式粒径分布計にて測定される粒径分布の小粒径側からの累積度数が50%となる粒径(D50粒子径)である。 The D50 particle size of the polymer powder is a particle size (D50 particle size) at which the cumulative frequency from the small particle size side of the particle size distribution measured by the laser diffraction type particle size distribution meter is 50%.

本発明の粉末の粒子形状は、所望の見掛密度、タップ密度が得られれば、特に限定されない。例えば略球状な粉末や、真球形状と粉砕形状の粉末の混合物を用いることができる。特に本発明では見掛密度とタップ密度を所望の範囲に調整する点で、真球形状と粉砕形状の粉末の混合物を用いることが好ましい。 The particle shape of the powder of the present invention is not particularly limited as long as a desired apparent density and tap density can be obtained. For example, a substantially spherical powder or a mixture of a spherical powder and a crushed powder can be used. In particular, in the present invention, it is preferable to use a mixture of a spherical powder and a pulverized powder in that the apparent density and the tap density are adjusted to desired ranges.

本発明で好適に用いることができる真球形状の粉末の添加量の下限は、粒子の表面積が小さい方が高い流動性を示すという点で、ポリマー粉末100質量部に対し、10質量部以上が好ましい。より好ましくは20質量部以上であり、30質量部以上がさらに好ましく、40質量部以上が特に好ましい。上限は、表面積が小さすぎると溶融助剤や溶融阻害剤が浸透しにくく、焼結不十分となる点で、99質量部以下が好ましい。より好ましくは97質量部以下であり、95質量部以下がさらに好ましく、90質量部以下が特に好ましい。 The lower limit of the amount of the spherical powder added, which can be suitably used in the present invention, is 10 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the polymer powder in that the smaller the surface area of the particles, the higher the fluidity. preferable. More preferably, it is 20 parts by mass or more, further preferably 30 parts by mass or more, and particularly preferably 40 parts by mass or more. The upper limit is preferably 99 parts by mass or less because if the surface area is too small, the melting aid and the melting inhibitor are difficult to permeate and the sintering becomes insufficient. It is more preferably 97 parts by mass or less, further preferably 95 parts by mass or less, and particularly preferably 90 parts by mass or less.

本発明におけるポリマー粉末の真球度は、その表面積が低くなり粒子同士の摩擦を小さくでき、結果、高い流動性を示し、得られる造形物の表面が滑らかになる点で、70以上であることが好ましい。真球度が70に満たない場合には、流動性が悪化し造形物の表面が粗くなる。真球度は、より好ましくは75以上、さらに好ましくは78以上、特に好ましくは80以上である。またその上限は、表面積が小さすぎると溶融助剤や溶融阻害剤が浸透しにくく、焼結不十分となる点で、96以下が好ましく、より好ましくは94以下、さらに好ましくは92以下、特に好ましくは90以下である。 The sphericity of the polymer powder in the present invention is 70 or more in that the surface area thereof can be reduced, the friction between the particles can be reduced, and as a result, high fluidity is exhibited and the surface of the obtained modeled product becomes smooth. Is preferable. If the sphericity is less than 70, the fluidity deteriorates and the surface of the modeled object becomes rough. The sphericity is more preferably 75 or more, still more preferably 78 or more, and particularly preferably 80 or more. Further, the upper limit is preferably 96 or less, more preferably 94 or less, still more preferably 92 or less, and particularly preferably 92 or less, in that if the surface area is too small, the melting aid and the melting inhibitor do not easily permeate and the sintering becomes insufficient. Is 90 or less.

なお、粉末の真球度は、走査型電子顕微鏡写真から無作為に30個の粒子を観察し、その短径と長径から下記数式に従い、決定される。 The sphericity of the powder is determined by observing 30 particles at random from a scanning electron micrograph and following the following formula from the minor axis and the major axis.

Figure 2022001432
Figure 2022001432

なお、S:真球度、a:長径、b:短径、n:測定数30とする。 In addition, S: sphericity, a: major diameter, b: minor diameter, n: measurement number 30.

本発明におけるポリマー粉末の表面の平滑性や内部の中実性は、所望の見掛密度、タップ密度が得られれば、特に限定されない。粉末の表面の平滑性や内部の中実性は、ガス吸着によるBET比表面積によって表すことが可能であり、表面が平滑であるほど、BET比表面積は小さくなる。その上限は、得られる3次元造形物に空孔が生じにくくなるという点で、10m/g以下であることが好ましく、より好ましくは5m/g以下であり、さらに好ましくは3m/g以下であり、特に好ましくは1m/g以下である。その下限は、溶融助剤や溶融阻害剤が浸透しやすくなるという点で、0.01m/g以上であることが好ましく、より好ましくは0.05m/g以上であり、さらに好ましくは0.10m/g以上であり、特に好ましくは0.15m/g以上である。 The smoothness of the surface and the internal solidity of the polymer powder in the present invention are not particularly limited as long as the desired apparent density and tap density can be obtained. The smoothness of the surface of the powder and the internal solidity can be expressed by the BET specific surface area due to gas adsorption, and the smoother the surface, the smaller the BET specific surface area. The upper limit is preferably 10 m 2 / g or less, more preferably 5 m 2 / g or less, still more preferably 3 m 2 / g, in that pores are less likely to occur in the obtained three-dimensional model. It is less than or equal to, and particularly preferably 1 m 2 / g or less. The lower limit, in that melting aid or melting inhibitors is likely to penetrate, is preferably 0.01 m 2 / g or more, more preferably 0.05 m 2 / g or more, more preferably 0 .10m and 2 / g or more, particularly preferably 0.15 m 2 / g or more.

なお、BET比表面積は、日本工業規格(JIS規格)JIS R 1626(1996)「気体吸着BET法による比表面積の測定方法」に準じて測定される。 The BET specific surface area is measured according to Japanese Industrial Standards (JIS standard) JIS R 1626 (1996) "Method for measuring specific surface area by gas adsorption BET method".

更に、粒子の中実性は、BET比表面積とD50粒子径から算出される理論表面積の比を示す下記の式によって評価することもできる。上記の比が1に近いほど、粒子の最表面のみで吸着が起こるため、表面平滑で中実な粒子であることを示す。5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましく、2以下が最も好ましい。 Further, the solidity of the particles can be evaluated by the following formula showing the ratio of the BET specific surface area to the theoretical surface area calculated from the D50 particle diameter. The closer the above ratio is to 1, the more the adsorption occurs only on the outermost surface of the particle, indicating that the particle has a smooth surface and is solid. 5 or less is preferable, 4 or less is more preferable, 3 or less is further preferable, and 2 or less is most preferable.

Figure 2022001432
Figure 2022001432

なお、R:表面積の比、D:D50粒子径、α:ポリアミドの密度、A:BET比表面積を示す。 The ratio of R: surface area, D: D50 particle size, α: density of polyamide, and A: BET specific surface area are shown.

本発明のポリマー粉末を構成するポリマーは、粉末床溶融結合方式によって3次元造形物を製造するのに適したポリマーであり、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレンまたはそれらの混合物を含むことが好ましい。得られる3次元造形物が耐熱性に優れるという点で、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレンがより好ましく、融点と結晶化温度の差が明確で造形性、再現性に優れるという点でポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレンがさらに好ましく、この中でも比較的安価な点でポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイドが特に好ましい。 The polymer constituting the polymer powder of the present invention is a polymer suitable for producing a three-dimensional model by a powder bed melt-bonding method, and is polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, or polyether. It preferably contains imide, polyamideimide, polyethersulfone, polytetrafluoroethylene or a mixture thereof. Polyester, polyamide, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyetherimide, polyamideimide, polyethersulfone, and polytetrafluoroethylene are more preferable, and melting point and crystallization are preferable in that the obtained three-dimensional model has excellent heat resistance. Polyester, polyamide, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, and polytetrafluoroethylene are more preferable because of their clear temperature difference and excellent formability and reproducibility, and among them, polyester, polyamide, and polyphenylene sulfide are relatively inexpensive. Is particularly preferable.

本発明におけるポリエステルとは、多塩基酸または多塩基酸ジアルキルエステルと、多価アルコールを主原料として重縮合することにより得られる。ここで主原料とは、ポリマー中の多塩基酸または多塩基酸ジアルキルエステルと、多価アルコールとの構成単位が25重量% 以上であることを示す。ポリマー中の多塩基酸または多塩基酸ジアルキルエステルと、多価アルコールとの構成単位は、好ましくは40重量% 以上、より好ましくは50重量% 以上である。ここで、多価アルコールとしては、特に限定されず、たとえばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール等のプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等のブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール等のアルキレングリコール(脂肪族グリコール)およびこれらのアルキレンオキサイド付加物、ビスフェノールA 、水素添加ビスフェノール等のビスフェノール類およびこれらのアルキレンオキサイド付加物のフェノール系グリコール類、単環あるいは多環ジオール等の脂環式および芳香族ジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン等のトリオール等が挙げられる。これらを単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。 The polyester in the present invention is obtained by polycondensing with a polybasic acid or a polybasic acid dialkyl ester using a polyhydric alcohol as a main raw material. Here, the main raw material indicates that the constituent unit of the polybasic acid or the polybasic acid dialkyl ester in the polymer and the polyhydric alcohol is 25% by weight or more. The constituent unit of the polybasic acid or the polybasic acid dialkyl ester in the polymer and the polyhydric alcohol is preferably 40% by weight or more, more preferably 50% by weight or more. Here, the polyhydric alcohol is not particularly limited, and for example, propylene glycol such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propylene glycol, dipropylene glycol, butanediol such as 1,4-butanediol, and the like. Alkylene glycols (aliphatic glycols) such as neopentyl glycol and 1,6-hexanediol and their alkylene oxide adducts, bisphenols such as bisphenol A and hydrogenated bisphenol, and phenolic glycols of these alkylene oxide adducts, Examples thereof include alicyclic diols such as monocyclic or polycyclic diols, aromatic diols, triols such as glycerin and trimethylolpropane, and the like. These can be used alone or in combination of two or more.

また、多塩基酸(多カルボン酸)としては、たとえばマロン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、フタル酸およびその変性酸(たとえば、ヘキサヒドロ無水フタル酸)、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸等の飽和または不飽和(あるいは芳香族)の多価塩基酸およびこれらの酸無水物、低級アルキルエステル等を挙げることができ、これらを各単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。 Examples of the polybasic acid (polycarboxylic acid) include malonic acid, succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, fumaric acid, maleic acid, itaconic acid, phthalic acid and its modified acid (for example, hexahydrochloride phthalic acid). Saturated or unsaturated (or aromatic) polyvalent basic acids such as acid), isophthalic acid, terephthalic acid, trimellitic acid, trimesic acid, pyromellitic acid, acid anhydrides thereof, lower alkyl esters and the like. These can be used alone or in admixture of two or more.

これらのポリエステル樹脂の中でも、PBT樹脂が好適に使用される。PBT樹脂とは、80重量% 以上、好ましくは85重量% 以上がPBTからなるものであり、PBT樹脂以外の他の樹脂を、共重合または混合したものであっても良い。また、本発明におけるPBTとは、ブチレンテレフタレート成分を主たる繰返し単位とするポリエステルである。なお、ここでいう主たる繰り返し単位とは、全繰り返し単位の80モル%以上、好ましくは85モル% 以上を意味する。その他の酸成分としてイソフタル酸、オルトフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ナトリウムスルホイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、デカリンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、セバシン酸、アジピン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸等を、その他のジオール成分としては、具体的には、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサンジオール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等の脂肪族ジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の脂環式ジオール、2,2−ビス(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン等の芳香族ジオールを一部用いることもできる。これらの共重合成分はそれぞれテレフタル酸または1,4−ブタンジオールに対して40モル%以下であることが好ましい。 Among these polyester resins, PBT resin is preferably used. The PBT resin is composed of PBT in an amount of 80% by weight or more, preferably 85% by weight or more, and may be a copolymer or a mixture of resins other than the PBT resin. Further, the PBT in the present invention is a polyester containing a butylene terephthalate component as a main repeating unit. The main repeating unit here means 80 mol% or more, preferably 85 mol% or more of all the repeating units. Other acid components include aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid, orthophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, diphenyldicarboxylic acid and sodium sulfoisophthalic acid, alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexanedicarboxylic acid and decalindicarboxylic acid, oxalic acid and malonic acid. , Succinic acid, sebacic acid, adipic acid, dodecanedioic acid and other aliphatic dicarboxylic acids, and other diol components, specifically, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol. , Neopentyl glycol, 1,6-hexanediol, polypropylene glycol, aliphatic diol such as polytetramethylene glycol, alicyclic diol such as 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 2,2- Some aromatic diols such as bis (4'-hydroxyphenyl) propane can also be used. It is preferable that these copolymerization components are 40 mol% or less with respect to terephthalic acid or 1,4-butanediol, respectively.

本発明におけるポリアミドとは、3員環以上のラクタム、重合可能なアミノカルボン酸、二塩基酸とジアミンまたはそれらの塩、あるいはこれらの混合物の重縮合することによって得られる。このようなポリアミドの具体的な例としては、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリウンデカアミド(ポリアミド11)、ポリラウロアミド(ポリアミド12)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリデカメチレンセバカミド(ポリアミド1010)、ポリドデカメチレンドデカミド(ポリアミド1212)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ポリアミド612)、ポリデカメチレンアジパミド(ポリアミド106)、ポリドデカメチレンアジパミド(ポリアミド126)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ポリアミド6T)、ポリデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド10T)、ポリドデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド12T)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミド共重合体(ポリアミド6/66)、ポリカプロアミド/ポリラウロアミド共重合体(6/12)、非晶性のポリアミドとしては、イソフタル酸、テレフタル酸、メタキシリレンジアミン、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、イソホロンジアミン、2,2,4−または2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルプロパンから選ばれた一種の成分を構成成分とする共重合体が挙げられる。市販品としては、EMS−GRIVORY社製“GRILAMID(登録商標)”TRシリーズ、EVONIK社製“TROGAMID(登録商標)”シリーズなどが挙げられる。真球形状に制御し易い点から、好ましくは、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリラウロアミド(ポリアミド12)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリデカメチレンセバカミド(ポリアミド1010)、ポリドデカメチレンドデカミド(ポリアミド1212)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ポリアミド612)、EMS−GRIVORY社製“GRILAMID(登録商標)”TRシリーズ、EVONIK社製“TROGAMID(登録商標)”シリーズなどが挙げられ、造形時の耐熱性や造形に適した熱特性である点から、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリラウロアミド(ポリアミド12)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)が特に好ましい。 The polyamide in the present invention is obtained by polycondensing a three-membered ring or more of lactam, a polymerizable aminocarboxylic acid, a dibasic acid and a diamine or a salt thereof, or a mixture thereof. Specific examples of such a polyamide include polycaproamide (polyamide 6), polyundecamide (polyamide 11), polylauroamide (polyamide 12), polyhexamethylene adipamide (polyamide 66), and polydeca. Methylene sebacamide (polyamide 1010), polydodecamethylene dodecamide (polyamide 1212), polyhexamethylene sebacamide (polyamide 610), polyhexamethylene dodecamide (polyamide 612), polydecamethylene adipamide (polyamide 106) , Polydodecamethylene adipamide (polyamide 126), polyhexamethylene terephthalamide (polyamide 6T), polydecamethylene terephthalamide (polyamide 10T), polydodecamethylene terephthalamide (polyamide 12T), polycaproamide / polyhexamethylene azi. Pamide copolymer (polyamide 6/66), polycaproamide / polylauroamide copolymer (6/12), and as amorphous polyamide, isophthalic acid, terephthalic acid, metaxylylene diamine, 1,3 -Bisaminomethylcyclohexane, isophoronediamine, 2,2,4- or 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, 4,4'-diaminodicyclohexylmethane, 3,3'-dimethyl-4,4'-diaminodicyclohexyl Examples thereof include a copolymer having a kind of component selected from methane and 4,4'-diaminodicyclohexylpropane as constituent components. Examples of commercially available products include the "GRILAMID (registered trademark)" TR series manufactured by EMS-GRIVORY and the "TROGAMID (registered trademark)" series manufactured by EVONIC. From the viewpoint of easy control to a true spherical shape, polycaproamide (polyamide 6), polylauroamide (polyamide 12), polyhexamethylene adipamide (polyamide 66), and polydecamethylene sebacamide (polyamide 1010) are preferable. , Polydodecamethylene dodecamide (polyamide 1212), polyhexamethylene sebacamide (polyamide 610), polyhexamethylene dodecamide (polyamide 612), EMS-GRIVORY "GRILAMID (registered trademark)" TR series, EVONIK The "TROGAMID (registered trademark)" series and the like are mentioned, and polycaproamide (polyamide 6), polylauroamide (polyamide 12), and polyhexamethylene azimuth are given because of their heat resistance during modeling and thermal properties suitable for modeling. Pamide (polyamide 66) is particularly preferred.

これらは、本発明の効果を損なわない範囲で共重合していても構わない。共重合可能な成分としては、柔軟性を付与するポリオレフィンやポリアルキレングリコールなどのエラストマー成分、耐熱性や強度を向上する剛直な芳香族成分など適宜選択できる。また後述するが、粉末床溶融結合方式でポリマー粉末を再利用するために末端基を調整する酢酸、ヘキサン酸、ラウリン酸や安息香酸などのモノカルボン酸やへキシルアミンやオクチルアミン、アニリンなどのモノアミンが共重合成分として挙げられる。 These may be copolymerized as long as the effects of the present invention are not impaired. As the copolymerizable component, an elastomer component such as polyolefin or polyalkylene glycol that imparts flexibility, a rigid aromatic component that improves heat resistance and strength, and the like can be appropriately selected. Also, as will be described later, monocarboxylic acids such as acetic acid, hexaneic acid, lauric acid and benzoic acid, and monoamines such as hexylamine, octylamine and aniline, whose terminal groups are adjusted to reuse the polymer powder by the powder bed melt bonding method. Is mentioned as a copolymerization component.

本発明におけるポリフェニレンサルファイドとは、式(1)に示す繰り返し単位を主要構成単位とするホモポリマーまたはコポリマーである。 The polyphenylene sulfide in the present invention is a homopolymer or a copolymer having the repeating unit represented by the formula (1) as a main constituent unit.

Figure 2022001432
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一般式(1)のArは芳香族基であり、Arとしては式(2)〜(4)等が挙げられる(R、Rは水素、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン基から選ばれる基である)。 Ar of the general formula (1) is an aromatic group, and examples of Ar include formulas (2) to (4) (R 1 and R 2 are groups selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxyl group, and a halogen group. Is).

Figure 2022001432
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この繰り返しを主要構成単位とする限り、式(5)等で表される分岐結合または架橋結合や、 As long as this repetition is the main constituent unit, a branched bond or a crosslinked bond represented by the formula (5) or the like, or a crosslinked bond, or

Figure 2022001432
Figure 2022001432

式(6)〜(14)(R、Rは水素、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン基から選ばれる置換基である)で表される共重合成分を含むこともできる。 It can also contain a copolymerization component represented by the formulas (6) to (14) (where R 1 and R 2 are substituents selected from hydrogen, an alkyl group, an alkoxyl group and a halogen group).

Figure 2022001432
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特に好ましく用いられるPPSとしては、ポリマーの主構成単位として式(15)で表されるp−フェニレンサルファイド単位とm−フェニレンサルファイド単位、またはo−フェニレンサルファイド単位との共重合体である。 A particularly preferably used PPS is a copolymer of a p-phenylene sulfide unit represented by the formula (15) and an m-phenylene sulfide unit or an o-phenylene sulfide unit as the main constituent unit of the polymer.

Figure 2022001432
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本発明におけるポリマー粉末の融点は、造形物の耐熱性に優れるという点で150℃以上が好ましく、より好ましくは170℃以上、さらに好ましくは190℃以上、特に好ましくは210℃以上である。 The melting point of the polymer powder in the present invention is preferably 150 ° C. or higher, more preferably 170 ° C. or higher, still more preferably 190 ° C. or higher, and particularly preferably 210 ° C. or higher in terms of excellent heat resistance of the modeled product.

また、ポリマー粉末の結晶化温度と融点の差は20℃以上であることが好ましい。結晶化温度と融点の差が小さいと、3次元造形物の製造における温度条件が厳しくなり、造形物に反りなどが発生しやすくなるため好ましくない。ポリマー粉末の結晶化温度と融点の差は25℃以上がより好ましく、30℃以上がさらに好ましく、35℃以上が特に好ましく、最も好ましくは40℃以上である。 Further, the difference between the crystallization temperature and the melting point of the polymer powder is preferably 20 ° C. or higher. If the difference between the crystallization temperature and the melting point is small, the temperature conditions in the production of the three-dimensional model become strict, and the model tends to warp, which is not preferable. The difference between the crystallization temperature and the melting point of the polymer powder is more preferably 25 ° C. or higher, further preferably 30 ° C. or higher, particularly preferably 35 ° C. or higher, and most preferably 40 ° C. or higher.

なお、本発明においてポリマー粉末の融点と結晶化温度は、示差走査熱量計(DSC、例えば、TAインスツルメント社製DSCQ20)を用いて、窒素雰囲気下、30℃から、当該ポリマーの融点よりも30℃超える温度までの温度範囲を、20℃/分の昇温速度で1回昇温させた後に1分間保持し、その後20℃/分で30℃まで降温させて1分間保持したときの溶融に伴う吸熱ピークおよび結晶化に伴う発熱ピークの頂点を指す。 In the present invention, the melting point and crystallization temperature of the polymer powder are set from 30 ° C. to higher than the melting point of the polymer by using a differential scanning calorimeter (DSC, for example, DSCQ20 manufactured by TA Instruments). For melting when the temperature range up to a temperature exceeding 30 ° C. is raised once at a heating rate of 20 ° C./min and then held for 1 minute, then lowered to 30 ° C. at 20 ° C./min and held for 1 minute. It refers to the peak of the heat absorption peak that accompanies and the exothermic peak that accompanies crystallization.

本発明に係るポリマー粉末の製造方法としては、公知の方法で製造することが可能であり、ポリマーを溶剤中に溶解させ、冷却や濃縮によって析出させる方法や、霧状に飛散させ乾燥させる方法、貧溶媒を添加して析出させる方法、およびポリマーを機械的に粉砕する方法がある。粉砕処理の方法としては、具体的にはジェットミル、ビーズミル、ハンマーミル、ボールミル、サンドミル、ターボミル、冷凍粉砕が挙げられる。 As a method for producing a polymer powder according to the present invention, a known method can be used, and a method of dissolving a polymer in a solvent and precipitating it by cooling or concentration, a method of scattering it into a mist and drying it, There is a method of adding a poor solvent to precipitate, and a method of mechanically grinding the polymer. Specific examples of the crushing treatment method include a jet mill, a bead mill, a hammer mill, a ball mill, a sand mill, a turbo mill, and a freezing crushing method.

本発明で特に好ましく用いられる真球形状の粉末は、具体的には、有機溶媒にポリマーを溶解し、水中に加えO/Wのエマルションを形成後、有機溶媒を減圧乾燥し除去することで微粒子を製造する液中乾燥法、国際公開2012/043509号に記載された、有機溶媒にポリマーと第二のポリマーを溶解させエマルションを形成後、ポリマーの貧溶媒である水を接触させ、微粒子を製造する方法が挙げられる。また、本発明のポリマー粉末の製造には、先に本発明者らが開示した国際公開WO2018/207728号公報に記載された、ポリアミドの単量体(B)をポリマー(A)の存在下で、単量体(B)を重合して得られるポリアミドの結晶化温度より高い温度で重合後、粉末を洗浄、乾燥して作製する手法も用いることができる。 The spherical powder, which is particularly preferably used in the present invention, is specifically obtained by dissolving a polymer in an organic solvent, adding it to water to form an O / W emulsion, and then drying and removing the organic solvent under reduced pressure to remove fine particles. A method for producing fine particles, which is described in International Publication No. 2012/043509, is prepared by dissolving a polymer and a second polymer in an organic solvent to form an emulsion, and then contacting the mixture with water, which is a poor solvent for the polymer, to produce fine particles. There is a way to do it. Further, in the production of the polymer powder of the present invention, the polyamide monomer (B) described in International Publication WO2018 / 207728, which was previously disclosed by the present inventors, is used in the presence of the polymer (A). , A method of polymerizing at a temperature higher than the crystallization temperature of the polyamide obtained by polymerizing the monomer (B), washing and drying the powder can also be used.

本発明のポリマー粉末の効果は、ポリマー粉末が高い流動性を示すことである。その指標は、公知の測定方法であれば何れでも採用できる。具体的に例示するならば、安息角が挙げられ、その角度が40度以下である。好ましくは37度以下、より好ましくは33度以下、特に好ましくは30度以下である。下限は通常20度以上である。 The effect of the polymer powder of the present invention is that the polymer powder exhibits high fluidity. The index can be adopted by any known measuring method. A specific example is the angle of repose, which is 40 degrees or less. It is preferably 37 degrees or less, more preferably 33 degrees or less, and particularly preferably 30 degrees or less. The lower limit is usually 20 degrees or more.

本発明のポリマー粉末は、本発明を損なわない範囲で他の配合物を加えても構わない。配合剤としては、例えば、粉末床溶融結合方式で造形中の加熱による熱劣化を抑制するために、酸化防止剤や耐熱安定剤などが挙げられる。酸化防止剤、耐熱安定剤としては、例えばヒンダードフェノール、ヒドロキノン、ホスファイト類およびこれらの置換体や、亜リン酸塩、次亜リン酸塩などが挙げられる。他には、着色用の顔料や染料、粘度調整用の可塑剤、流動性改質用の流動助剤、機能付与する帯電防止剤、難燃剤やカーボンブラック、シリカ、二酸化チタン、ガラス繊維やガラスビーズ、炭素繊維などのフィラーなどが挙げられる。これらは公知の物を使用することが可能で、ポリマー粉末の内部、外部のいずれに存在していても構わない。 The polymer powder of the present invention may be added with other formulations as long as the present invention is not impaired. Examples of the compounding agent include an antioxidant and a heat-resistant stabilizer in order to suppress thermal deterioration due to heating during molding by the powder bed melt-bonding method. Examples of antioxidants and heat-stabilizing agents include hindered phenols, hydroquinones, phosphites and their substitutes, phosphite, hypophosphite and the like. Others include pigments and dyes for coloring, plasticizers for adjusting viscosity, flow aids for fluidity modification, antistatic agents for imparting functions, flame retardants and carbon black, silica, titanium dioxide, glass fiber and glass. Examples include fillers such as beads and carbon fibers. Known substances can be used as these, and they may be present inside or outside the polymer powder.

かかる配合物は、後述のように造形物の強度をより向上できるという点で、好ましくはフィラーが挙げられる。本発明で用いられる好ましいフィラーとは、ポリマー粉末同士の付着力によってポリマー粉末が凝集することを抑制する物質を指す。かかるフィラーを含むことで、ポリマー粉末の流動性を向上でき、造形物にした際にポリマー粉末の充填性が高くなることから、機械特性の要因となる欠陥が減少するため好ましい。また、かかる理由から、得られる造形物の強度をより向上できる傾向にある。 Such a formulation preferably includes a filler in that the strength of the modeled product can be further improved as described later. The preferred filler used in the present invention refers to a substance that suppresses aggregation of the polymer powder due to the adhesive force between the polymer powders. By including such a filler, the fluidity of the polymer powder can be improved, and the filling property of the polymer powder becomes high when it is formed into a model, so that defects that cause mechanical properties are reduced, which is preferable. Further, for this reason, there is a tendency that the strength of the obtained modeled object can be further improved.

かかるフィラーは、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アモルファスシリカなどのシリカ(二酸化ケイ素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、アルミナコロイド(アルミナゾル)、アルミナホワイトなどのアルミナ、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、微粉化炭酸カルシウム、特殊炭酸カルシウム系充填剤などの炭酸カルシウム、霞石閃長石微粉末、モンモリロナイト、ベントナイト等の焼成クレー、シラン改質クレーなどのクレー(ケイ酸アルミニウム粉末)、タルク、ケイ藻土、ケイ砂などのケイ酸含有化合物、軽石粉、軽石バルーン、スレート粉、雲母粉などの天然鉱物の粉砕品、硫酸バリウム、リトポン、硫酸カルシウム、二硫化モリブデン、グラファイト(黒鉛)などの鉱物、ガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク、発泡ガラスビーズなどのガラス系フィラー、フライアッシュ球、火山ガラス中空体、合成無機中空体、単結晶チタン酸カリ、炭素繊維、カーボンナノチューブ、炭素中空球、フラーレン、無煙炭粉末、人造氷晶石(クリオライト)、酸化チタン、酸化マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、ドロマイト、チタン酸カリウム、亜硫酸カルシウム、マイカ、アスベスト、ケイ酸カルシウム、硫化モリブデン、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられる。さらに好ましくは、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム粉末、ガラス系フィラー、酸化チタンである。特に好ましくは、硬質で強度向上や流動性改良に寄与できるという点で、シリカ、アルミナが挙げられる。 Such fillers include, for example, fused silica, crystalline silica, silica (silicon dioxide) such as amorphous silica, alumina (alumina oxide), alumina colloid (alumina sol), alumina such as alumina white, light calcium carbonate, heavy calcium carbonate, and fine powder. Calcium carbonate, calcium carbonate such as special calcium carbonate-based filler, calcined clay such as Kasumi stone flash stone fine powder, montmorillonite, bentonite, clay (aluminum silicate powder) such as silane modified clay, talc, diatomaceous soil, Silica-containing compounds such as silica sand, crushed products of natural minerals such as light stone powder, light stone balloon, slate powder, mica powder, minerals such as barium sulfate, lithopon, calcium sulfate, molybdenum disulfide, graphite (graphite), and glass fiber. , Glass beads, glass flakes, glass fillers such as foamed glass beads, fly ash balls, volcanic glass hollows, synthetic inorganic hollows, potassium monocrystal titanate, carbon fibers, carbon nanotubes, carbon hollow spheres, fullerene, smokeless charcoal powder , Artificial ice crystal (cryolite), titanium oxide, magnesium oxide, basic magnesium carbonate, dolomite, potassium titanate, calcium sulfite, mica, asbestos, calcium silicate, molybdenum sulfide, boron fiber, silicon carbide fiber, etc. Be done. More preferably, silica, alumina, calcium carbonate powder, glass-based filler, and titanium oxide are used. Particularly preferably, silica and alumina are mentioned because they are hard and can contribute to strength improvement and fluidity improvement.

かかるシリカの市販品としては、日本アエロジル株式会社製フュームドシリカ“AEROSIL”(登録商標)シリーズ、株式会社トクヤマ製乾式シリカ“レオロシール”(登録商標)シリーズ、信越化学工業株式会社製ゾルゲルシリカパウダーX−24シリーズなどが挙げられる。 Commercially available products of such silica include fumed silica "AEROSIL" (registered trademark) series manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., dry silica "Leorosil" (registered trademark) series manufactured by Tokuyama Corporation, and Zolgel silica powder X manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. The -24 series and the like can be mentioned.

かかるフィラーの平均粒径は、20nm以上1μm以下のものが好ましく用いられる。フィラーの平均粒径の上限は、1μmが好ましく、さらに好ましくは500nmであり、より好ましくは400nmであり、特に好ましくは300nmであり、著しく好ましくは250nmである。下限は、20nmが好ましく、さらに好ましくは30nmであり、より好ましくは50nmであり、特に好ましくは100nmである。フィラーの平均粒径が上記範囲にあれば、ポリマー粉末の流動性を向上させるとともに、ポリマー粉末に対し、フィラーを均一に分散させることができる傾向にある。 The average particle size of the filler is preferably 20 nm or more and 1 μm or less. The upper limit of the average particle size of the filler is preferably 1 μm, more preferably 500 nm, more preferably 400 nm, particularly preferably 300 nm, and remarkably preferably 250 nm. The lower limit is preferably 20 nm, more preferably 30 nm, more preferably 50 nm, and particularly preferably 100 nm. When the average particle size of the filler is within the above range, the fluidity of the polymer powder can be improved and the filler can be uniformly dispersed in the polymer powder.

かかるフィラーの配合量は、ポリマー粉末100質量部に対し、0.01質量部超5質量部未満が好ましい。配合量の上限は、3質量部未満が好ましく、1質量部未満がより好ましく、0.5質量部未満がさらに好ましく、0.3質量部未満が特に好ましく、0.1質量部未満が著しく好ましい。また、配合量の下限は、0.02質量部超が好ましく、0.03質量部超がより好ましく、0.04質量部超がさらに好ましい。フィラーの配合量が0.01質量部超であれば、ポリマー粉末の流動性がさらに向上し、造形物した際の充填性が増すため、機械特性で欠陥となるボイドが発生しにくく、得られる造形物は高い強度を発現する傾向にある。また、フィラーの配合量が5質量部未満であれば、ポリマー粉末の表面をフィラーが被覆することによる焼結の阻害が発生せず、強度の高い造形物が得られる傾向にある。 The blending amount of the filler is preferably more than 0.01 part by mass and less than 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer powder. The upper limit of the blending amount is preferably less than 3 parts by mass, more preferably less than 1 part by mass, further preferably less than 0.5 parts by mass, particularly preferably less than 0.3 parts by mass, and remarkably preferably less than 0.1 parts by mass. .. The lower limit of the blending amount is preferably more than 0.02 parts by mass, more preferably more than 0.03 parts by mass, and even more preferably more than 0.04 parts by mass. When the blending amount of the filler exceeds 0.01 parts by mass, the fluidity of the polymer powder is further improved and the filling property at the time of modeling is increased, so that voids that become defects in the mechanical properties are less likely to occur and can be obtained. The model tends to develop high strength. Further, when the blending amount of the filler is less than 5 parts by mass, sintering is not hindered by covering the surface of the polymer powder with the filler, and a high-strength molded product tends to be obtained.

また、粉末床溶融結合方式では、使用するポリマー粉末の一部で造形物を作製し、多くのポリマー粉末が残存する。そのポリマー粉末を再利用することがコストの観点で重要になる。そのためには、加熱し造形する工程中でポリマー粉末の特性を変化させないことが重要になる。そのような方法としては、例えば、酸化防止剤などの安定化剤を粒子内部などに配合させ、熱劣化を抑制する方法や、ポリマーの末端基を変性させ、造形中の分子量変化を抑制する方法などが挙げられる。このような調整を適宜用いることで、造形性と再利用を両立することが可能となる傾向にある。 Further, in the powder bed melt-bonding method, a modeled product is produced from a part of the polymer powder used, and a large amount of polymer powder remains. Reusing the polymer powder is important in terms of cost. For that purpose, it is important not to change the properties of the polymer powder during the heating and modeling process. As such a method, for example, a stabilizer such as an antioxidant is blended inside the particles to suppress thermal deterioration, or a method of modifying the terminal group of the polymer to suppress a change in molecular weight during modeling. And so on. By appropriately using such adjustments, it tends to be possible to achieve both formability and reuse.

本発明のポリマー粉末は、粉末床溶融結合方式による3次元造形物の製造に有用な材料である。 The polymer powder of the present invention is a material useful for producing a three-dimensional model by a powder bed melt-bonding method.

粉末床溶融結合方式積層造形法による造形物の製造は、ポリマー粉末を薄層に展開する薄層形成工程と、この薄層に、造形対象物の断面形状に対応する形状に選択的に溶融させる断面形成工程と、を順次繰り返すことで3次元造形物を形成させる。断面形成工程には、レーザー光を照射して、ポリマー粉末を結合させる選択的レーザー焼結法、エネルギー吸収促進剤を印刷し、電磁放射線を用いてポリマー粉末を結合させる選択的吸収焼結法、および溶融させない場所にエネルギー吸収抑制剤を印刷してマスクし、電磁放射線を用いてポリマー粉末を結合させる選択的抑制焼結法などがある。この中でも、造形速度が速く生産性に優れる点で、選択的吸収焼結法、選択的抑制焼結法が好ましい。 The manufacturing of the modeled product by the powder bed melt-bonding method is a thin layer forming process in which the polymer powder is developed into a thin layer, and the thin layer is selectively melted into a shape corresponding to the cross-sectional shape of the object to be modeled. By repeating the cross-section forming step in sequence, a three-dimensional model is formed. In the cross-section forming step, a selective laser sintering method of irradiating a laser beam to bond the polymer powder, a selective absorption sintering method of printing an energy absorption accelerator and binding the polymer powder using electromagnetic radiation, There is also a selective suppression sintering method in which an energy absorption inhibitor is printed and masked in a place where it is not melted, and the polymer powder is bonded using electromagnetic radiation. Among these, the selective absorption sintering method and the selective suppression sintering method are preferable because the molding speed is high and the productivity is excellent.

選択的吸収焼結法、および選択的抑制焼結法で用いる電磁放射線としては、ポリマー粉末や造形物の品位を損なわないものであればどのようなものであっても良いが、比較的安価で造形に適したエネルギーが得られるため、赤外線が好ましい。また電磁放射線はコヒーレントなものであっても無くとも良い。 The electromagnetic radiation used in the selective absorption sintering method and the selective suppression sintering method may be any as long as it does not impair the quality of the polymer powder or the modeled object, but it is relatively inexpensive. Infrared rays are preferable because energy suitable for modeling can be obtained. Also, electromagnetic radiation may or may not be coherent.

本発明において、選択的吸収焼結法で用いられるエネルギー吸収促進剤は、電磁放射線を吸収する物質である。このような物質としては、カーボンブラック、炭素繊維、銅ヒドロキシホスフェート、近赤外線吸収性染料、近赤外線吸収性顔料、金属ナノ粒子、ポリチオフェン、ポリ(p−フェニレンスルフィド)、ポリアニリン、ポリ(ピロール)、ポリアセチレン、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリパラフェニレン、ポリ(スチレンスルホネート)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンホスホネート)p−ジエチルアミノベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン、アンチ−9−イソプロピルカルバゾール、又はこれらの組み合わせからなる共役ポリマーなどが例示でき、これらは単体で用いても良く複数組み合わせて用いても良い。 In the present invention, the energy absorption accelerator used in the selective absorption sintering method is a substance that absorbs electromagnetic radiation. Examples of such substances include carbon black, carbon fiber, copper hydroxyphosphate, near-infrared absorbent dye, near-infrared absorbent pigment, metal nanoparticles, polythiophene, poly (p-phenylene sulfide), polyaniline, poly (pyrrole), and the like. Polyacetylene, poly (p-phenylene vinylene), polyparaphenylene, poly (styrene sulfonate), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrene phosphonate) p-diethylaminobenzaldehyde diphenylhydrazone, anti-9-isopropylcarbazole , Or a conjugated polymer composed of a combination of these can be exemplified, and these may be used alone or in combination of two or more.

本発明において、選択的抑制焼結法で用いられるエネルギー吸収抑制剤は、電磁放射線を吸収しにくい物質である。このような物質としてはチタンなどの粒子電磁放射線を反射する物質、雲母粉末、セラミック粉末などの断熱性の粉末、水などが例示でき、これらは単体で用いても良く複数組み合わせて用いても良い。 In the present invention, the energy absorption inhibitor used in the selective suppression sintering method is a substance that does not easily absorb electromagnetic radiation. Examples of such substances include substances that reflect particle electromagnetic radiation such as titanium, heat insulating powders such as mica powder and ceramic powder, and water, which may be used alone or in combination of two or more. ..

これら選択的吸収剤または選択的抑制剤はそれぞれ単独で用いても良いし、組み合わせて使用することも可能である。 These selective absorbents or selective inhibitors may be used alone or in combination.

選択的吸収剤または選択的抑制剤造形対象物の断面形状に対応する形状に印刷する工程においては、インクジェットなどの手法を用いることができる。この場合、選択的吸収剤や選択的抑制剤はそのまま用いても良いし、溶媒中に分散又は溶解して用いてもよい。 Selective Absorbent or Selective Inhibitor In the step of printing into a shape corresponding to the cross-sectional shape of the object to be modeled, a method such as inkjet can be used. In this case, the selective absorbent or selective inhibitor may be used as it is, or may be dispersed or dissolved in a solvent.

以下本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited thereto.

(1)ポリマー粉末の見掛密度およびタップ密度
ポリマー粉末の見掛密度は、日本工業規格(JIS規格)JIS Z 7365(1999)に従い、50gのポリマー粉末をロートから100cmのメスシリンダーに落下させ、体積を読み取り、ポリマー粉末の重量を当該体積で除した値とした。またポリマー粉末のタップ密度は、日本工業規格(JIS規格)JIS Z 7370(2000)に従い、50gのポリマー粉末をロートから100cmのメスシリンダーに落下させ、タッピングを行った後の体積を読み取り、ポリマー粉末の重量を当該体積で除した値とした。
(1) Apparent density and tap density of the polymer powder The apparent density of the polymer powder is determined by dropping 50 g of the polymer powder from the funnel into a 100 cm 3 graduated cylinder in accordance with the Japanese Industrial Standard (JIS standard) JIS Z 7365 (1999). , The volume was read and the weight of the polymer powder was divided by the volume. The tap density of the polymer powder is according to Japanese Industrial Standards (JIS standard) JIS Z 7370 (2000). 50 g of the polymer powder is dropped from the funnel into a 100 cm 3 measuring cylinder, and the volume after tapping is read to read the polymer. The value was obtained by dividing the weight of the powder by the volume.

(2)ポリマー粉末の真密度
ポリマー粉末の真密度は、日本工業規格(JIS規格)JIS Z 8807(2012)に従い、ゲーリュサック型比重瓶(ピクノメーター)にポリマー粉末10g程度とポリマー粉末より比重が小さい溶媒を導入し、比重瓶のみ、比重瓶粉末、比重瓶+粉末+溶媒、比重瓶+溶媒の重量をそれぞれ測定し、下記数式に従い算出した。
(2) True density of polymer powder According to Japanese Industrial Standards (JIS standard) JIS Z 8807 (2012), the true density of polymer powder is about 10 g of polymer powder in a Gerusac type specific gravity bottle (pycnometer), which is higher than that of polymer powder. A small solvent was introduced, and the weights of only the specific density bottle, the specific density bottle powder, the specific density bottle + powder + solvent, and the specific density bottle + solvent were measured and calculated according to the following formula.

Figure 2022001432
Figure 2022001432

なお、d:粉末真密度、d0:溶媒密度、Wa:比重瓶重量、Wb:比重瓶+粉末重量、Wc:比重瓶+粉末+溶媒重量、Wd:比重瓶+溶媒重量とする。 In addition, d: powder true density, d0: solvent density, Wa: specific gravity bottle weight, Wb: specific gravity bottle + powder weight, Wc: specific gravity bottle + powder + solvent weight, Wd: specific gravity bottle + solvent weight.

(3)ポリマー粉末のD50粒子径
日機装株式会社製レーザー回折式粒径分布計測定装置(マイクロトラックMT3300EXII)に、予め100mg程度のポリマー粉末を5mL程度の脱イオン水で分散させた分散液を測定可能濃度になるまで添加し、測定装置内で30Wにて60秒間の超音波分散を行った後、測定時間10秒で測定される粒径分布の小粒径側からの累積度数が50%となる粒径をD50粒子径とした。なお測定時の屈折率は1.52、媒体(脱イオン水)の屈折率は1.333を用いた。
(3) D50 particle size of polymer powder Measure a dispersion in which about 100 mg of polymer powder is dispersed in about 5 mL of deionized water in advance on a laser diffraction type particle size distribution meter measuring device (Microtrac MT3300EXII) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. After adding until the concentration becomes possible and ultrasonically dispersing at 30 W for 60 seconds in the measuring device, the cumulative frequency from the small particle size side of the particle size distribution measured in 10 seconds is 50%. The particle size was defined as the D50 particle size. The refractive index at the time of measurement was 1.52, and the refractive index of the medium (deionized water) was 1.333.

(4)ポリマー粉末の真球度
ポリマー粉末の真球度は、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製走査型電子顕微鏡JSM−6301NF)写真から無作為に30個の粒子を観察し、その短径と長径から下記数式に従い算出した。
(4) Gravity of polymer powder The sphericity of polymer powder is determined by observing 30 particles at random from a scanning electron microscope (scanning electron microscope JSM-6301NF manufactured by JEOL Ltd.). It was calculated from the diameter and the major axis according to the following formula.

Figure 2022001432
Figure 2022001432

なお、S:真球度、a:長径、b:短径、n:測定数30とする。 In addition, S: sphericity, a: major diameter, b: minor diameter, n: measurement number 30.

(5)ポリマー粉末のBET比表面積
日本工業規格(JIS規格)JISR1626(1996)に従い、日本ベル製BELSORP−maxを用いて、ポリマー粉末約0.2gをガラスセルに入れ、80℃で約5時間減圧脱気した後に、液体窒素温度におけるクリプトンガス吸着等温線を測定し、BET法により算出した。
(5) BET specific surface area of polymer powder According to Japanese Industrial Standards (JIS standard) JISR1626 (1996), about 0.2 g of polymer powder is placed in a glass cell using BELSORP-max manufactured by Nippon Bell, and the temperature is 80 ° C. for about 5 hours. After degassing under reduced pressure, the krypton gas adsorption isotherm at the liquid nitrogen temperature was measured and calculated by the BET method.

(6)ポリマー粉末の結晶化温度と融点
TAインスツルメント社製示差走査熱量計(DSCQ20)を用いて、窒素雰囲気下、30℃からポリマーの融点を示す吸熱ピークから30℃高い温度まで20℃/分の昇温速度で1回昇温させた後に1分間保持し、その後20℃/分で30℃まで降温させて1分間保持したときの溶融に伴う吸熱ピークおよび結晶化に伴う発熱ピークの頂点を指す。測定に要したポリマー粉末は約8mgである。
(6) Crystallization temperature and melting point of polymer powder Using a differential scanning calorimeter (DSCQ20) manufactured by TA Instruments, the temperature is 20 ° C from 30 ° C to 30 ° C higher than the endothermic peak indicating the melting point of the polymer under a nitrogen atmosphere. The endothermic peak associated with melting and the peak of the exothermic peak associated with crystallization when the temperature is raised once at a heating rate of / min and then held for 1 minute, then lowered to 30 ° C at 20 ° C / min and held for 1 minute. Point to. The polymer powder required for the measurement is about 8 mg.

(7)ポリマー粉末の安息角の測定
セイシン企業製マルチテスターMT−1を用い、100gのポリマー粉末をロートから平板上に落下させ、体積した山の斜面と板の角度から測定した。安息角が40度以下であれば良い、40度超を悪いと評価した。
(7) Measurement of the angle of repose of the polymer powder Using the Seishin Enterprise Multitester MT-1, 100 g of the polymer powder was dropped from the funnel onto a flat plate and measured from the angle between the slope of the mountain and the plate. If the angle of repose is 40 degrees or less, it is good, and if it exceeds 40 degrees, it is evaluated as bad.

(8)ポリマー粉末の赤外吸収率の測定
株式会社島津製作所製フーリエ変換赤外分光光度計(IRPrestige−21)に拡散反射測定装置(DRS−8000)を設置し、ポリマー粉末を臭化カリウムで100倍に希釈したサンプルをセルに充填してIR測定を行い、波長2750nmの吸収率%を求めた。ポリマー粉末を測定した結果をA1、ポリマー粉末にエネルギー吸収体としてカーボンブラック0.5重量%を添加した粉末を測定した結果をA2とし、A2−A1が10%以上を良い、10%未満を悪いと評価した。
(8) Measurement of infrared absorptivity of polymer powder A diffuse reflection measuring device (DRS-8000) was installed in a Fourier transform infrared spectrophotometer (IRPrestig-21) manufactured by Shimadzu Corporation, and the polymer powder was measured with potassium bromide. A 100-fold diluted sample was filled in the cell and IR measurement was performed to determine the absorption rate% at a wavelength of 2750 nm. The result of measuring the polymer powder is A1, the result of measuring the powder obtained by adding 0.5% by weight of carbon black as an energy absorber to the polymer powder is A2, and A2-A1 is good at 10% or more and bad at less than 10%. I evaluated it.

(9)造形物の表面粗度
株式会社キーエンス製光学顕微鏡(VHX−5000)、対物レンズはVH−ZST(ZS−20)を使用し、倍率200倍で造形物の表面を観察した。装置に付属のソフトウェア(システムバージョン1.04)を用い自動合成モードで造形物表面の凹凸を三次元画像化したのち、1mm以上長さにわたって断面の高さプロファイルを取得し、算術平均によって表面粗度Raを計算した。表面粗度Raが小さいほど、表面の平滑性に優れることを示している。
(9) Surface roughness of the modeled object Using an optical microscope (VHX-5000) manufactured by KEYENCE CORPORATION and a VH-ZST (ZS-20) objective lens, the surface of the modeled object was observed at a magnification of 200 times. After three-dimensional imaging of the unevenness of the surface of the modeled object in the automatic composition mode using the software (system version 1.04) attached to the device, the height profile of the cross section is acquired over a length of 1 mm or more, and the surface is roughened by arithmetic averaging. The degree Ra was calculated. The smaller the surface roughness Ra, the better the smoothness of the surface.

(10)造形物の曲げ強度
ポリマー粉末を使用して作製した三次元造形物の曲げ強度は、粉末床溶融結合方式3Dプリンターを使用して幅10mm、長さ80mm、厚さ4mmの試験片を作製し、テンシロン万能試験機(TENSIRON TRG−1250、エー・アンド・デイ社製)を用いて測定した。JIS K7171(2008)に従い、支点間距離64mm、試験速度2mm/分の条件で3点曲げ試験を測定し、曲げ強度を測定した。測定温度は室温(23℃)、測定数はn=5とし、その平均値を求めた。
(10) Bending strength of the model The bending strength of the three-dimensional model produced using the polymer powder is as follows. It was prepared and measured using a Tensilon universal tester (TENSIRON TRG-1250, manufactured by A & D Co., Ltd.). According to JIS K7171 (2008), a three-point bending test was measured under the conditions of a distance between fulcrums of 64 mm and a test speed of 2 mm / min, and the bending strength was measured. The measurement temperature was room temperature (23 ° C.), the number of measurements was n = 5, and the average value was calculated.

[製造例1](真球ポリアミド粉末の製造)
3Lのヘリカルリボン型の撹拌翼が付属したオートクレーブに、ポリアミドの単量体としてε−カプロラクタム400g、およびポリエチレングリコール600g、水1000gを加え均一な溶液を形成後に密封し、窒素で置換した。その後、撹拌速度を40rpmに設定し、温度を210℃まで昇温させた。この際、系の圧力が10kg/cmに達した後、圧が10kg/cmを維持するよう水蒸気を微放圧させながら制御した。温度が210℃に達した後に、0.2kg/cm・分の速度で放圧させた。その後、窒素を流しながら1時間温度を維持し重合を完了させ、2000gの水浴に吐出しスラリーを得た。溶解物を溶かした後に、ろ過を行い、ろ上物に水2000gを加え、80℃で洗浄を行った。その後200μmの篩を通過させた凝集物を除いたスラリー液を、再度ろ過して単離したろ上物を80℃で12時間乾燥させ、ポリアミド6粉末を280g作製した。得られた粉末の融点はポリアミド6と同様の215℃、結晶化温度は173℃であった。D50粒子径は53μm、真球度は98であった。
[Manufacturing Example 1] (Manufacturing of true sphere polyamide powder)
400 g of ε-caprolactam as a polyamide monomer, 600 g of polyethylene glycol, and 1000 g of water were added to an autoclave equipped with a 3 L helical ribbon-type stirring blade to form a uniform solution, which was then sealed and replaced with nitrogen. Then, the stirring speed was set to 40 rpm and the temperature was raised to 210 ° C. At this time, after the pressure of the system reached 10 kg / cm 2 , the pressure was controlled while slightly releasing the water vapor so as to maintain the pressure at 10 kg / cm 2. After the temperature reached 210 ° C., the pressure was released at a rate of 0.2 kg / cm 2 · min. Then, the temperature was maintained for 1 hour while flowing nitrogen to complete the polymerization, and the slurry was discharged into a 2000 g water bath to obtain a slurry. After dissolving the lysate, filtration was performed, 2000 g of water was added to the filter medium, and the mixture was washed at 80 ° C. Then, the slurry liquid from which the agglomerates had been passed through a 200 μm sieve was filtered again, and the isolated filter was dried at 80 ° C. for 12 hours to prepare 280 g of polyamide 6 powder. The melting point of the obtained powder was 215 ° C., which was the same as that of polyamide 6, and the crystallization temperature was 173 ° C. The D50 particle size was 53 μm and the sphericity was 98.

[製造例2](真球PPS粉末の製造)
1Lオートクレーブに、PPS(融点284℃)17.5g、ポリビニルアルコール(日本合成化学工業株式会社製、G型“ゴーセノール(登録商標)”GM−14、重量平均分子量29,000)52.5g、N−メチル−2−ピロリドン280gを入れ、パドル翼400rpmで撹拌しながら250℃まで約1時間かけて加熱し、250℃で保持したまま1時間攪拌を行った。続いて、系の温度を210℃にし、400rpmで攪拌しながら、貧溶媒として350gのイオン交換水を、送液ポンプを経由して、2.92g/分のスピードで滴下した。得られた懸濁液を濾過し、イオン交換水350gで洗浄し、濾別したものを、80℃で真空乾燥することでPPS微粒子の白色粉体を得た。得られた粉末の融点は原料PPSと同様の284℃、結晶化温度は215℃であった。D50粒子径は34μm、真球度は94であった。
[Manufacturing Example 2] (Manufacturing of true sphere PPS powder)
1L autoclave, PPS (melting point 284 ° C) 17.5 g, polyvinyl alcohol (manufactured by Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd., G-type "Gosenol (registered trademark)" GM-14, weight average molecular weight 29,000) 52.5 g, N 280 g of -methyl-2-pyrrolidone was added, and the mixture was heated to 250 ° C. for about 1 hour while stirring at 400 rpm of the paddle blade, and stirred for 1 hour while being held at 250 ° C. Subsequently, the temperature of the system was set to 210 ° C., and while stirring at 400 rpm, 350 g of ion-exchanged water as a poor solvent was added dropwise at a speed of 2.92 g / min via a liquid feed pump. The obtained suspension was filtered, washed with 350 g of ion-exchanged water, filtered off, and vacuum dried at 80 ° C. to obtain a white powder of PPS fine particles. The melting point of the obtained powder was 284 ° C., which was the same as that of the raw material PPS, and the crystallization temperature was 215 ° C. The D50 particle size was 34 μm and the sphericity was 94.

[製造例3](粉砕ポリアミド粉末の製造)
東レ株式会社製ポリアミド“アミラン(登録商標)”CM1007をジェットミル(ホソカワミクロン製100AFG)で120分間粉砕し、D50粒子径50μmのポリアミド6粉末を得た。
[Manufacturing Example 3] (Manufacturing of crushed polyamide powder)
Polyamide "Amilan (registered trademark)" CM1007 manufactured by Toray Industries, Inc. was pulverized with a jet mill (100AFG manufactured by Hosokawa Micron) for 120 minutes to obtain polyamide 6 powder having a D50 particle diameter of 50 μm.

[実施例1]
製造例1の真球ポリアミド6粉末と、製造例3の粉砕ポリアミド6粉末を、ポリマー粉末100質量部に対し真球ポリアミド6粉末が50質量部となるよう混合し、さらにフィラーとして平均粒径170nmのトリメチルシリル化非晶質シリカ(信越化学工業株式会社製X−24−9500)を0.1質量部添加した。得られたポリマー粉末のD50粒子径は52μm、融点は218℃であった。またこのポリマー粉末の見掛密度は0.58g/cm、タップ密度0.68g/cm、真密度1.11g/cm、BET比表面積0.7m/g、安息角は32度、波長2750nmの吸収率%はA1が3%、A2が18%であった。
[Example 1]
The true sphere polyamide 6 powder of Production Example 1 and the crushed polyamide 6 powder of Production Example 3 are mixed so that the amount of the true sphere polyamide 6 powder is 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer powder, and the average particle size is 170 nm as a filler. Trimethylsilylated amorphous silica (X-24-9500 manufactured by Shin-Etsu Chemical Industry Co., Ltd.) was added in an amount of 0.1 part by mass. The obtained polymer powder had a D50 particle size of 52 μm and a melting point of 218 ° C. The apparent density 0.58 g / cm 3, a tap density of 0.68 g / cm 3, the true density of 1.11 g / cm 3, BET specific surface area of 0.7 m 2 / g of the polymer powder, angle of repose 32 degrees, The absorption rate% at a wavelength of 2750 nm was 3% for A1 and 18% for A2.

本ポリマー粉末5kgを用いて、ヒューレットパッカード社製粉末床溶融結合装置(HP Jet Fusion 3D 4200)を使用し、立体造形物の製造を行った。温度設定は、部品床温度を融点より−15℃、供給槽温度を結晶化温度−5℃とした。得られた造形物の表面粗度Raは10μm、曲げ強度は83MPa、外観はボイドなど無く良好であった。特性を表1に示す。 Using 5 kg of this polymer powder, a three-dimensional model was manufactured using a powder bed fusion coupling device (HP Jet Fusion 3D 4200) manufactured by Hewlett-Packard Company. The temperature was set so that the component floor temperature was -15 ° C from the melting point and the supply tank temperature was -5 ° C. The surface roughness Ra of the obtained model was 10 μm, the bending strength was 83 MPa, and the appearance was good with no voids. The characteristics are shown in Table 1.

[実施例2]
ポリマー粉末100質量部に対し真球ポリアミド6粉末が80質量部となるよう混合した以外は実施例1と同様にポリマー粉末を調製した。得られたポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。
[Example 2]
A polymer powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the true sphere polyamide 6 powder was mixed so as to be 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer powder. Table 1 shows the characteristics of the obtained polymer powder and the model.

[実施例3]
ポリマー粉末100質量部に対し真球ポリアミド6粉末が100質量部となるよう混合した以外は実施例1と同様にポリマー粉末を調製した。得られたポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。
[Example 3]
A polymer powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the true sphere polyamide 6 powder was mixed so as to be 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polymer powder. Table 1 shows the characteristics of the obtained polymer powder and the model.

[実施例4]
製造例1における撹拌速度を32rpmとし、真球ポリアミド6粉末のD50粒子径74μm、真球度97である以外は実施例2と同様にポリマー粉末を調製した。得られたポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。
[Example 4]
A polymer powder was prepared in the same manner as in Example 2 except that the stirring speed in Production Example 1 was 32 rpm, the D50 particle diameter of the spherical polyamide 6 powder was 74 μm, and the sphericity was 97. Table 1 shows the characteristics of the obtained polymer powder and the model.

[実施例5]
製造例1における撹拌速度を80rpmとし、真球ポリアミド6粉末のD50粒子径21μm、真球度96である以外は実施例3と同様にポリマー粉末を調製した。得られたポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。
[Example 5]
A polymer powder was prepared in the same manner as in Example 3 except that the stirring speed in Production Example 1 was 80 rpm, the D50 particle diameter of the spherical polyamide 6 powder was 21 μm, and the sphericity was 96. Table 1 shows the characteristics of the obtained polymer powder and the model.

[実施例6]
製造例1におけるε−カプロラクタムをアジピン酸223g(東京化成工業株式会社製)、ヘキサメチレンジアミン50%水溶液354g(東京化成工業株式会社製)、に変更し、得られた真球ポリアミド66粉末のD50粒子径45μm、真球度96である以外は製造例1と同様に真球ポリアミド粉末を作製した。また製造例3におけるポリアミド“アミラン(登録商標)”CM1007をCM3006に変更し、D50粒子径50μmの粉砕ポリアミド66粉末を得た。
[Example 6]
D50 of the obtained true sphere polyamide 66 powder was obtained by changing ε-caprolactam in Production Example 1 to 223 g of adipic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) and 354 g of a 50% hexamethylenediamine aqueous solution (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.). A true spherical polyamide powder was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the particle size was 45 μm and the sphericity was 96. Further, the polyamide "Amilan (registered trademark)" CM1007 in Production Example 3 was changed to CM3006 to obtain a pulverized polyamide 66 powder having a D50 particle diameter of 50 μm.

実施例2における真球ポリアミド6粉末を上記真球ポリアミド66粉末、粉砕ポリアミド6粉末を上記粉砕ポリアミド66粉末とした以外は、実施例2と同様にポリマー粉末を得た。ポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。 A polymer powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the spherical polyamide 6 powder in Example 2 was the spherical polyamide 66 powder and the crushed polyamide 6 powder was the crushed polyamide 66 powder. The properties of the polymer powder and the model are shown in Table 1.

[実施例7]
製造例1におけるε−カプロラクタムをアミノドデカン酸に変更し、得られた真球ポリアミド12粉末のD50粒子径50μm、真球度98である以外は製造例1と同様に真球ポリアミド粉末を作製した。また製造例3におけるポリアミド“アミラン(登録商標)”CM1007をアルケマ社製“リルサン(登録商標)”AESN TLに変更し、D50粒子径50μmの粉砕ポリアミド12粉末を得た。
[Example 7]
The ε-caprolactam in Production Example 1 was changed to aminododecanoic acid, and a spherical polyamide powder was produced in the same manner as in Production Example 1 except that the obtained spherical polyamide 12 powder had a D50 particle diameter of 50 μm and a sphericity of 98. .. Further, the polyamide "Amilan (registered trademark)" CM1007 in Production Example 3 was changed to "Lilsan (registered trademark)" AESNTL manufactured by Arkema Co., Ltd. to obtain crushed polyamide 12 powder having a D50 particle diameter of 50 μm.

実施例2における真球ポリアミド6粉末を上記真球ポリアミド12粉末、粉砕ポリアミド6粉末を上記粉砕ポリアミド12粉末とした以外は、実施例2と同様にポリマー粉末を得た。ポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。 A polymer powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the spherical polyamide 6 powder in Example 2 was the spherical polyamide 12 powder and the crushed polyamide 6 powder was the crushed polyamide 12 powder. The properties of the polymer powder and the model are shown in Table 1.

[実施例8]
製造例3におけるポリアミド“アミラン(登録商標)”CM1007を東レ株式会社製PPS“トレリナ(登録商標)”A900に変更し、D50粒子径70μmの粉砕PPS粉末を得た。
[Example 8]
The polyamide "Amilan (registered trademark)" CM1007 in Production Example 3 was changed to PPS "Trelina (registered trademark)" A900 manufactured by Toray Industries, Inc. to obtain a pulverized PPS powder having a D50 particle diameter of 70 μm.

実施例2における真球ポリアミド6粉末を製造例2の真球PPS粉末、粉砕ポリアミド6粉末を上記粉砕PPS粉末とした以外は、実施例2と同様にポリマー粉末を得た。ポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。 A polymer powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the true sphere polyamide 6 powder in Example 2 was the true sphere PPS powder of Production Example 2 and the crushed polyamide 6 powder was the above crushed PPS powder. The properties of the polymer powder and the model are shown in Table 1.

[比較例1]
ポリマー粉末100質量部に対し真球ポリアミド6粉末を混合しなかったこと以外は実施例1と同様にポリマー粉末を調製した。得られたポリマー粉末の造形時には、流動性が悪く造形面が荒れた。ポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A polymer powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that the true sphere polyamide 6 powder was not mixed with 100 parts by mass of the polymer powder. At the time of molding the obtained polymer powder, the fluidity was poor and the molding surface was rough. The properties of the polymer powder and the model are shown in Table 1.

[比較例2]
製造例3における粉砕を60分間とし、粉砕ポリアミド6粉末のD50粒子径150μm、真球度70のものを用いた以外は比較例1と同様にポリマー粉末を調製した。得られたポリマー粉末の造形時、粗大粒子の粒が造形面に存在し、また溶融助剤の浸透性が悪く焼結不十分であった。ポリマー粉末および造形物の特性を表1に示す。
[Comparative Example 2]
The pulverization in Production Example 3 was carried out for 60 minutes, and a polymer powder was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the pulverized polyamide 6 powder having a D50 particle diameter of 150 μm and a sphericity of 70 was used. At the time of molding the obtained polymer powder, coarse particles were present on the molding surface, and the permeability of the melting aid was poor and sintering was insufficient. The properties of the polymer powder and the model are shown in Table 1.

[比較例3]
製造例1における撹拌速度を90rpmとし、真球ポリアミド6粉末のD50粒子径15μm、真球度97である以外は実施例2と同様にポリマー粉末を調製した。得られたポリマー粉末の造形時、溶融助剤が吸着した箇所のみを選択的に溶融焼結させることができず、造形物の表面が荒くなった。特性を表1に示す。
[Comparative Example 3]
A polymer powder was prepared in the same manner as in Example 2 except that the stirring speed in Production Example 1 was 90 rpm, the D50 particle diameter of the spherical polyamide 6 powder was 15 μm, and the sphericity was 97. At the time of molding the obtained polymer powder, it was not possible to selectively melt-sinter only the portion where the melting aid was adsorbed, and the surface of the molded product became rough. The characteristics are shown in Table 1.

Figure 2022001432
Figure 2022001432

本発明のポリマー粉末は、見掛密度とタップ密度を一定範囲に制御することで、高い粉末充填性と流動性を示し、粉末床溶融結合方式によって作製される3次元造形物の表面が滑らかになる。また、タップ密度と真密度の比率を一定範囲に制御することで、適度に粉末同士に隙間があって溶融助剤などの浸透性に優れ、かつ得られる造形物の高密度化が可能になる。 The polymer powder of the present invention exhibits high powder filling property and fluidity by controlling the apparent density and tap density within a certain range, and the surface of the three-dimensional model produced by the powder bed fusion bonding method is smooth. Become. In addition, by controlling the ratio of tap density to true density within a certain range, it is possible to have an appropriate gap between the powders, to have excellent permeability of the melting aid, etc., and to increase the density of the obtained modeled product. ..

Claims (6)

粉末床溶融結合方式によって3次元造形物を製造するためのポリマー粉末であって、前記粉末の見掛密度とタップ密度の比率が0.75以上1.00以下であり、前記粉末のタップ密度と真密度の比率が0.50以上0.70以下である、3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。 It is a polymer powder for producing a three-dimensional model by a powder bed melt-bonding method, and the ratio of the apparent density to the tap density of the powder is 0.75 or more and 1.00 or less, and the tap density of the powder is used. A polymer powder for producing a three-dimensional model having a true density ratio of 0.50 or more and 0.70 or less. 選択的吸収焼結法または選択的抑制焼結法によって3次元造形物を製造するためのポリマー粉末である、請求項1に記載の3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。 The polymer powder for producing a three-dimensional model according to claim 1, which is a polymer powder for producing a three-dimensional model by a selective absorption sintering method or a selective suppression sintering method. 前記ポリマー粉末の赤外吸収率A1と、前記ポリマー粉末に溶融助剤を吸着させた粉末の赤外吸収率A2の差A2−A1が10%以上40%以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。 The claim is characterized in that the difference A2-A1 between the infrared absorption rate A1 of the polymer powder and the infrared absorption rate A2 of the powder obtained by adsorbing the melting aid on the polymer powder is 10% or more and 40% or less. The polymer powder for producing the three-dimensional model according to Item 1 or 2. 前記ポリマーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリテトラフルオロエチレンまたはそれらの混合物を含むことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の3次元造形物を製造するためのポリマー粉末。 1. The polymer comprises polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyetherimide, polyamideimide, polyethersulfone, polytetrafluoroethylene or a mixture thereof. A polymer powder for producing the three-dimensional model according to any one of 3 to 3. 請求項1〜4のいずれかに記載のポリマー粉末を用いて、粉末床溶融結合方式によって3次元造形物を製造する方法。 A method for producing a three-dimensional model by a powder bed melt-bonding method using the polymer powder according to any one of claims 1 to 4. 粉末床溶融結合方式が、選択的吸収焼結法または選択的抑制焼結法である、請求項5に記載の3次元造形物を製造する方法。 The method for producing a three-dimensional model according to claim 5, wherein the powder bed melt-bonding method is a selective absorption sintering method or a selective suppression sintering method.
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