JP2022513909A - Composition for 3D printing - Google Patents
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Abstract
３次元プリンティング用組成物を開示する。本実施例の一側面によれば、３次元プリンタの原料として用いられる組成物であって、単官能モノマー、二官能モノマー、オリゴマー、開始剤、および光増感剤を含むことを特徴とする３次元プリンティング用組成物を提供する。The composition for three-dimensional printing is disclosed. According to one aspect of this embodiment, the composition used as a raw material for a three-dimensional printer is characterized by containing a monofunctional monomer, a bifunctional monomer, an oligomer, an initiator, and a photosensitizer. A composition for dimension printing is provided.
Description
本発明は、３次元プリンティングに用いられる光硬化組成物に関する。 The present invention relates to a photocurable composition used for three-dimensional printing.
当該部分に記述された内容は単に本発明の一実施例に関する背景情報を提供するだけで、従来技術を構成するものではない。 The content described in this section merely provides background information regarding an embodiment of the present invention and does not constitute a prior art.
現在、世界産業技術の核心トレンドを挙げるとすれば、３Ｄプリンタを抜きにして語ることはできない。３Ｄプリンティング技術は、今後付加価置の高い産業への発展が予想されるにつれ、各国の多くの企業がハードウェア（Ｈ／Ｗ）とソフトウェア（Ｓ／Ｗ）を独自開発すべく絶え間のない努力を続けている。このような３Ｄプリンティング方式の一つとして、現在広く普及された類型の３Ｄプリンティング方式でＦＤＭ（Ｆｕｓｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）方式がある。ＦＤＭ方式は、３Ｄプリンタがプラスチック素材のフィラメントを熱で溶かして押出した後、常温で固めて物体を積み上げる方式である。しかし、このようなＦＤＭ方式は機械的な動きが多いため、実際の形状作成過程で失敗率が高いという欠点がある。 At present, if we mention the core trends of world industrial technology, we cannot talk about it without 3D printers. As 3D printing technology is expected to develop into a high-value-added industry in the future, many companies in each country are constantly striving to develop their own hardware (H / W) and software (S / W). Continues. As one of such 3D printing methods, there is an FDM (Fused Deposition Modeling) method, which is a type of 3D printing method that is widely used at present. The FDM method is a method in which a 3D printer melts a filament of a plastic material with heat, extrudes it, and then solidifies it at room temperature to stack objects. However, since such an FDM method has many mechanical movements, it has a drawback that the failure rate is high in the actual shape creation process.
このような問題を解消するために最近登場した３Ｄプリンティング技術が、光硬化を利用してプリンティングする技術である。光硬化３Ｄプリンティング技術の代表例として、ＳＬＡ（Ｓｔｅｒｅｏ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ａｐｐａｒａｔｕｓ）方式、またはＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式が存在する。ＳＬＡ方式は、３Ｄプリンタが高密度のレーザを照射してレジンを所望の形状に硬化させる方式であり、ＤＬＰは、３Ｄプリンタが高密度のレーザの代わりに、光プロジェクタを用いてレジンを硬化させる方式である。ＤＬＰ方式の３Ｄプリンタは、ＳＬＡ方式のような特定の焦点ではない面積に光を照射してレジンを硬化させる。 A 3D printing technology that has recently appeared to solve such a problem is a technology for printing using photocuring. As a typical example of the photocuring 3D printing technique, there is an SLA (Stareo Lithography Apparatus) method or a DLP (Digital Light Processing) method. In the SLA method, a 3D printer irradiates a high-density laser to cure the resin into a desired shape, and in DLP, the 3D printer uses an optical projector instead of the high-density laser to cure the resin. It is a method. DLP type 3D printers cure the resin by irradiating a specific non-focus area like the SLA type with light.
ＳＬＡ方式の３Ｄプリンタは、高密度のレーザを特定の焦点に照射してレジンを硬化させるため、最終的に製造される形状の精度が高いという利点を有するのに対し、最終形状の製造まで長い時間が経過するという欠点がある。逆に、ＤＬＰ方式の３Ｄプリンタは、面積に光を照射してレジンを硬化させるため、形状の製造時間が非常に短縮されるという利点を有するのに対し、最終形状の精度、特に、形状の表面で実現の精度が低下するという欠点がある。 The SLA 3D printer irradiates a high-density laser to a specific focal point to cure the resin, which has the advantage of high accuracy of the final shape, whereas it takes a long time to manufacture the final shape. The drawback is that time passes. On the contrary, the DLP type 3D printer has an advantage that the manufacturing time of the shape is greatly shortened because the resin is cured by irradiating the area with light, whereas the accuracy of the final shape, particularly the shape, is obtained. There is a drawback that the accuracy of realization is reduced on the surface.
前述の通り、従来の光硬化を利用した３Ｄプリンティング方式はそれぞれ欠点を抱える問題があり、欠点を最小化した新たな３Ｄプリンティング方式に対する需要が存在する。 As described above, each of the conventional 3D printing methods using photocuring has a problem of having a defect, and there is a demand for a new 3D printing method that minimizes the defect.
また、従来３Ｄプリンティングに用いられるレジンは、不透明なプラスチック素材、例えば、ＡＢＳ樹脂またはウレタンなどが用いられて不透明な特徴を有する。これにより、従来のレジンは、審美性および透過や拡散などの光学的特性が低下する問題がある。したがって、３Ｄプリンティングに用いられるレジンについても審美性と光学的特性に優れ、耐久性が向上した透明な材質の素材に対する需要が存在する。 In addition, the resin conventionally used for 3D printing uses an opaque plastic material, for example, ABS resin or urethane, and has an opaque characteristic. As a result, conventional resins have a problem of deterioration in aesthetics and optical properties such as transmission and diffusion. Therefore, there is a demand for a transparent material having excellent aesthetics and optical properties and improved durability for the resin used for 3D printing.
本発明の一実施例は、透明であり、ＳＬＡ ３Ｄプリンティング方式およびＤＬＰ ３Ｄプリンティング方式ともに反応して硬化可能な３次元プリンティング用組成物を提供することをその目的とする。 One embodiment of the present invention is intended to provide a transparent, curable three-dimensional printing composition that reacts with both SLA 3D printing and DLP 3D printing methods.
また、本発明の一実施例は、製造する最終形状のコアとシェルとを分離して硬化させる３Ｄプリンティング装置を提供することをその目的とする。 Another object of the present invention is to provide a 3D printing device that separates and cures a core and a shell having a final shape to be manufactured.
本発明の一側面によれば、３次元プリンタの原料として用いられる組成物であって、単官能モノマー、二官能モノマー、オリゴマー、開始剤、および光増感剤を含むことを特徴とする３次元プリンティング用組成物を提供する。 According to one aspect of the present invention, a composition used as a raw material for a three-dimensional printer, characterized in that it contains a monofunctional monomer, a bifunctional monomer, an oligomer, an initiator, and a photosensitizer. A composition for printing is provided.
本発明の一側面によれば、前記３次元プリンティング用組成物は、単官能モノマーとして１０～３０重量部、二官能モノマーとして２０～５０重量部、オリゴマーとして３０～４０重量部、５重量部以内の開始剤、および１重量部以内の光増感剤を含むことを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the three-dimensional printing composition is 10 to 30 parts by weight as a monofunctional monomer, 20 to 50 parts by weight as a bifunctional monomer, and 30 to 40 parts by weight as an oligomer, and within 5 parts by weight. It is characterized by containing an initiator and a photosensitizer within 1 part by weight.
本発明の一側面によれば、前記３次元プリンティング用組成物は、顔料をさらに含むことを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the three-dimensional printing composition is characterized by further containing a pigment.
本発明の一側面によれば、前記３次元プリンティング用組成物は、１重量部以内の顔料を含むことを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the three-dimensional printing composition is characterized by containing up to 1 part by weight of a pigment.
本発明の一側面によれば、前記単官能モノマーは、エポキシ系モノマーまたはエーテル系モノマーであることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the monofunctional monomer is an epoxy-based monomer or an ether-based monomer.
本発明の一側面によれば、前記二官能モノマーは、アクリル系モノマーであることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the bifunctional monomer is an acrylic monomer.
本発明の一側面によれば、前記二官能モノマーは、ビスフェノールＺ（ＢＰＺ）系のモノマーであることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, the bifunctional monomer is a bisphenol Z (BPZ) -based monomer.
以上に説明したように、本発明の一側面によれば、３次元プリンティング用組成物が透明でありながらも、ＳＬＡ ３Ｄプリンティング方式およびＤＬＰ ３Ｄプリンティング方式ともに反応して硬化できるという利点がある。 As described above, according to one aspect of the present invention, although the composition for three-dimensional printing is transparent, there is an advantage that both the SLA 3D printing method and the DLP 3D printing method can react and cure.
また、本発明の一側面によれば、３Ｄプリンティング装置が製造する最終形状のコアとシェルとを分離して硬化させることにより、速い製造時間と製造された最終形状の優れた精度をすべて保障できるという利点がある。 Further, according to one aspect of the present invention, by separating and curing the core and the shell of the final shape manufactured by the 3D printing device, it is possible to guarantee a fast manufacturing time and excellent accuracy of the manufactured final shape. There is an advantage.
本発明は多様な変更が加えられて様々な実施例を有し得ることから、特定の実施例を図面に例示し詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施形態について限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物乃至代替物を含むことが理解されなければならない。各図面を説明するにあたり、類似の参照符号を類似の構成要素について付した。 Since the present invention may have various examples with various modifications, specific examples will be illustrated in the drawings and described in detail. However, it is not intended to limit the invention to any particular embodiment, but it must be understood to include any modifications, equivalents or alternatives contained within the ideas and technical scope of the invention. In explaining each drawing, similar reference numerals are attached to similar components.
第１、第２、Ａ、Ｂなどの用語は多様な構成要素を説明するのに使われるが、前記構成要素は前記用語によって限定されてはならない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を逸脱することなく、第１構成要素は第２構成要素と名付けられてもよく、同様に、第２構成要素も第１構成要素と名付けられてもよい。および／またはという用語は、複数のかかる記載項目の組み合わせまたは複数のかかる記載項目のいずれかの項目を含む。 Terms such as first, second, A, and B are used to describe the various components, but the components should not be limited by the terms. The term is used only to distinguish one component from the other. For example, the first component may be named the second component without departing from the scope of rights of the present invention, and similarly, the second component may be named the first component. The terms and / or include any combination of such entries or any of such entries.
ある構成要素が他の構成要素に「連結」または「接続」されていると言及された場合は、その他の構成要素に直接的に連結されているかまたは接続されていてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されなければならない。これに対し、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」または「直接接続」されていると言及された場合、中間に他の構成要素が存在しないことが理解されなければならない。 When it is mentioned that one component is "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but in the middle the other. It must be understood that the components of may be present. On the other hand, when it is mentioned that one component is "directly linked" or "directly connected" to another component, it must be understood that there is no other component in between.
本出願で使った用語は、単に特定の実施例を説明するために使われたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないことが理解されなければならない。 The terms used in this application are used solely to describe a particular embodiment and are not intended to limit the invention. A singular expression includes multiple expressions unless they have a distinctly different meaning in context. In this application, terms such as "include" or "have" do not preclude the existence or addition of features, numbers, stages, actions, components, parts or combinations thereof described herein. Must be understood.
他に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含む、ここで使われるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。
一般的に使われる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有すると解釈されなければならず、本出願において明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味で解釈されない。
また、本発明の各実施例に含まれた各構成、過程、工程または方法などは、技術的に相互矛盾しない範囲内で共有できる。
Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by those with ordinary knowledge in the art to which the invention belongs. Have.
Terms such as those defined in commonly used dictionaries must be construed to have a meaning consistent with the context of the relevant technology and are ideal or excessive unless expressly defined in this application. Is not interpreted in a formal sense.
In addition, each configuration, process, process, method, etc. included in each embodiment of the present invention can be shared within a technically consistent range.
図１は、本発明の一実施例による３Ｄプリンティング装置の構成を示す図である。
図１を参照すれば、本発明の一実施例による３Ｄプリンティング装置１００は、第１光源１１０と、第２光源１１５と、制御部１２０と、モータ１３０とを含む。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a 3D printing device according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, the
第１光源１１０は、３Ｄプリンティング組成物（以下、「組成物」と略称する）に一定の面積の光を照射する。第１光源１１０は、一点にフォーカシングされた光ではない、３Ｄプリンティング装置によって最終的に製造される形状（以下、「最終形状」と略称する）のコア部分の形状に対応する面積の光を照射する。第１光源１１０は、一定の面積の光を組成物に照射して、一定の面積だけの組成物を一度に硬化させる。第１光源１１０が照射する光の面積は、最終形状の各レイヤ内のコア部分の面積に応じて異なる。第１光源１１０は、組成物が最終形状のコア部分のように硬化できるように、最終形状の各レイヤ内のコア部分の面積だけの光を組成物に照射する。第１光源１１０は、３Ｄプリンティング装置１００がＤＬＰ ３Ｄプリンティング方式で動作できるようにする。
The
第２光源１１５は、組成物入り容器に一焦点のレーザを照射する。第２光源１１５は、一焦点にフォーカシングされたレーザを照射し、焦点を移動させて最終形状のシェル（Ｓｈｅｌｌ）部分となるように組成物を硬化させる。第２光源１１５は、第１光源１１０が組成物を硬化させた後、または第１光源１１０と同時に、最終形状のシェル部分を追加的に硬化させる。ＳＬＡ ３Ｄプリンティング装置は、第２光源のように一焦点にフォーカシングされるレーザを照射して組成物を硬化させるため、組成物を最終形状に硬化させるためには非常に長い時間を費やす。しかし、第２光源１１５は、すでに第１光源でコア部分の硬化が完了した組成物のシェル部分のみを硬化させれば良いので、３Ｄプリンティング装置１００は、従来のＳＬＡ ３Ｄプリンティング装置のような長い時間の硬化時間を有することなく、最終形状の表面で高い精度を示すことができる。第２光源１１５は、３Ｄプリンティング装置１００がＳＬＡ ３Ｄプリンティング方式で動作できるようにする。
The second
第１光源１１０が硬化する最終形状のコア部分と、第２光源１１５が硬化する最終形状のシェル部分は、制御部１２０の設定に応じてその面積または体積が異なる。例えば、シェル部分は、制御部１２０の設定に応じて最外郭表面から最終形状の全体積の１０％になる地点までを意味することができる。
The area or volume of the core portion of the final shape in which the first
第１光源１１０および第２光源１１５は、組成物を硬化させるための波長帯域の一例として、４０５ｎｍの帯域の光またはレーザを照射することができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
The first
制御部１２０は、第１光源１１０と第２光源１１５とを交互に作動させるか、同時に作動させて、組成物を最終形状に硬化させる。
制御部１２０は、第１光源１１０が硬化させる最終形状のコア部分の面積または体積と、第２光源１１５が硬化させる最終形状のシェル部分の面積または体積を設定することができる。
The
The
制御部１２０は、第１光源１１０と第２光源１１５とを交互に作動させる。前述の通り、第１光源１１０が先に各レイヤ内の最終形状のコア部分を硬化させ、以後、第２光源１１５が各レイヤ内の最終形状のシェル部分を硬化する。第１光源１１０と第２光源１１５とが交互に作動して組成物を硬化できるように、制御部１２０は、モータ１３０を制御して、第１光源１１０、第２光源１１５、または組成物入り容器を移動させる。第１光源１１０と第２光源１１５がそれぞれ組成物を硬化させるために、第１光源１１０および第２光源１１５ともが同一の光軸や光軸の一定の領域内に位置している場合、いずれか１つの光源によって他の光源が照射する光やレーザに干渉が発生しうる。このような問題を防止すべく、制御部１２０は、第１光源１１０や第２光源１１５が移動するようにモータ１３０を制御して、いずれかの光源が光を照射する時、光軸上に位置する他の光源を移動させる。あるいは、制御部１２０は、組成物入り容器が移動するようにモータ１３０を制御して、互いに異なる光軸を有するように配置された各光源の光軸上に組成物入り容器を移動させる。これにより、第１光源１１０と第２光源１１５とは互いに影響されずに、そのまま組成物にそれぞれ光を照射することができる。
The
制御部１２０は、第１光源１１０と第２光源１１５とを同時に作動させる。前述の場合とは異なり、第１光源１１０と第２光源１１５がそれぞれ互いの光軸に影響を及ぼさない範囲内で配置されているか、移動することができる。この場合、組成物の硬化速度を向上させるために、制御部１２０は、第１光源１１０と第２光源１１５とを同時に作動させて、最終形状のコアおよびシェルの形状に対応する組成物の硬化が同時に行われるようにする。
The
制御部１２０は、モータ１３０を制御して、各光源１１０、１１５が組成物入り容器に近づくか、組成物入り容器が各光源１１０、１１５に近づくように制御することができる。使用される光源の種類や特性によって、光源と組成物が非常に近づいていてこそ硬化が進行したり、ひいては、光源が組成物中に浸かった状態で硬化が進行する場合が存在する。この場合、各光源１１０、１１５と組成物入り容器は相互間で近づいたり遠のいたりしなければならない。制御部１２０は、モータ１３０を制御して、各光源１１０、１１５が容器に近づいたり遠のくように制御することができる。逆に、制御部１２０は、モータ１３０を制御して、容器が各光源１１０、１１５に近づいたり遠のくように制御することができる。
The
制御部１２０は、レイヤごとに区分して組成物を硬化するように第１光源１１０と第２光源１１５を制御する。制御部１２０は、最終形状を各光源が１回の動作で硬化させることが可能な水準のレイヤごとに区分する。以後、制御部１２０は、組成物が最終形状の各レイヤと同一に硬化できるように各光源１１０、１１５を制御する。まず、制御部１２０は、第１光源１１０を制御して、最終形状の特定のレイヤ内のコアの形状のように組成物が硬化するようにする。これと同時に、またはその後に、制御部１２０は、第２光源１１５を制御して、最終形状の特定のレイヤ内のシェルの形状のように組成物が硬化するようにする。特定のレイヤに対して硬化を完了した後、制御部１２０は、硬化を完了したレイヤが最終レイヤであるかを判断する。硬化したレイヤが最終レイヤの場合であれば、各光源１１０、１１５によって硬化がすべて完了した状況であるので、制御部１２０は、硬化を終了する。逆に、硬化したレイヤが最終レイヤではない場合、制御部１２０は、各光源１１０、１１５が次のレイヤの通りに組成物を硬化するように各光源１１０、１１５を制御する。
The
モータ１３０は、制御部１２０の制御によって、各光源１１０、１１５または組成物入り容器を移動させる。モータ１３０は、各光源１１０、１１５が組成物を交互に硬化できるように各光源１１０、１１５または組成物入り容器を移動させ、各光源１１０、１１５が組成物に近づいて組成物を硬化させることができるように各光源１１０、１１５または組成物入り容器を移動させる。
The
図２は、本発明の一実施例による３Ｄプリンティング装置の一実現例を示す図である。
まず、第１光源１１０は、容器２１０内の組成物２２０に光を照射して、最終形状の特定のレイヤ内のコアの面積２３０だけの組成物を一度に硬化させる。この時、制御部（図示せず）は、第２光源１１５を第１光源１１０の光軸から遠のくように制御することができ、第１光源１１０から照射された光が、第２光源１１５からの干渉なく組成物２２０にそのまま照射できる。この時、制御部（図示せず）は、モータ（図示せず）を制御して、第１光源１１０と容器２１０とが近接するように容器２１０を移動させることができる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of realizing a 3D printing device according to an embodiment of the present invention.
First, the first
以後、第２光源１２０は、組成物２２０に光を照射して、最終形状の特定のレイヤ内のシェル２４０だけの組成物を硬化させる。第２光源１２０が組成物を硬化させることができるように、制御部（図示せず）は、モータ（図示せず）を制御して、第２光源１２０の照射するレーザが組成物に入射可能な位置まで第２光源１２０を再移動させる。また、制御部（図示せず）は、モータ（図示せず）を制御して、第２光源１１５と容器２１０とが近接するように容器２１０を移動させることができる。
このように、３Ｄプリンティング装置１００は、第１光源１１０と第２光源１１５とを交互にして組成物を硬化することで、硬化速度と品質とも優れた水準を確保することができる。
After that, the second
As described above, the
図２には、第１光源１１０と第２光源１１５とが交互に作動する例のみが示されているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、第２光源１１５が、第１光源１１０の照射する光軸に影響を及ぼさない範囲内で配置されているか、移動することにより、第１光源１１０と第２光源１１５が同時に作動できる。また、第２光源１１５と容器２１０が移動するものとして示されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
FIG. 2 shows only an example in which the first
図３は、本発明の一実施例による３Ｄプリンティング装置が３Ｄプリンティング組成物を硬化させる方法を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing a method in which a 3D printing apparatus according to an embodiment of the present invention cures a 3D printing composition.
制御部１２０は、光を照射するように第１光源１１０を制御して、コア部分を硬化させる（Ｓ３１０）。制御部１２０は、第１光源１１０を制御して、一定の面積の光を組成物に照射するようにする。第１光源１１０は、一定の面積の光を組成物に照射することで、最終形状の特定のレイヤ内のコアの面積だけ組成物を一度に硬化させる。
The
制御部１２０は、第１光源１１０の光軸上に第２光源１１５が進入するようにモータ１３０を制御する（Ｓ３２０）。
The
制御部１２０は、光を照射するように第２光源１１５を制御して、シェル部分を硬化させる（３３０）。制御部１２０は、第２光源１１５を制御して、第２光源１１５が一焦点のレーザを組成物に照射するようにする。第２光源１１５は、一焦点にフォーカシングされたレーザを照射し、制御部１２０の制御によって焦点を移動させて最終形状のシェル部分の形状に組成物を硬化させる。
The
制御部１２０は、硬化したレイヤが最終レイヤであるかを判断する（Ｓ３４０）。制御部１２０は、第１光源１１０と第２光源１１５によって硬化したレイヤ最終形状の最終レイヤであるかを判断する。硬化したレイヤが最終レイヤの場合であれば、各光源１１０、１１５によって硬化がすべて完了した状況であるので、制御部１２０は、硬化を終了する。
The
硬化したレイヤが最終レイヤではない場合、制御部１２０は、硬化したレイヤの次のレイヤを硬化できるように、光源または容器が移動するようにモータを制御する（Ｓ３５０）。硬化したレイヤが最終レイヤではない場合、次のレイヤに対して硬化が進行しなければならない。したがって、制御部１２０は、光源または容器が移動するようにモータを制御して、次のレイヤに対して、Ｓ３１０～Ｓ３３０の硬化過程が行われるようにする。
If the cured layer is not the final layer, the
図４は、本発明の他の実施例による３Ｄプリンティング装置が３Ｄプリンティング組成物を硬化させる方法を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart showing a method in which a 3D printing apparatus according to another embodiment of the present invention cures a 3D printing composition.
制御部１２０は、光を照射するように第１光源１１０および第２光源１１５を制御して、コア部分およびシェル部分を硬化させる（Ｓ４１０）。制御部１２０は、第１光源１１０および第２光源１１５が同時に動作するように制御して、一度にコア部分およびシェル部分に対応する組成物を硬化させる。
The
制御部１２０は、硬化したレイヤが最終レイヤであるかを判断する（Ｓ４２０）。
硬化したレイヤが最終レイヤではない場合、制御部１２０は、硬化したレイヤの次のレイヤを硬化できるように、光源または容器が移動するようにモータを制御する（Ｓ４３０）。硬化したレイヤが最終レイヤではない場合、次のレイヤに対して硬化が進行しなければならない。したがって、制御部１２０は、光源または容器が移動するようにモータを制御して、次のレイヤに対して、Ｓ４１０の硬化過程が行われるようにする。
The
If the cured layer is not the final layer, the
３Ｄプリンティング装置１００によって硬化して最終形状に製造される、本発明の一実施例による組成物２２０は、透明な特性を有し、ＤＬＰ ３Ｄプリンティング方式の光源およびＳＬＡ ３Ｄプリンティング方式の光源ともに硬化する特徴を有する。
The
組成物２２０は、単官能モノマー（Ｍｏｎｏｍｅｒ）、二官能モノマー、オリゴマー（Ｏｌｉｇｏｍｅｒ）、開始剤、光増感剤、およびその他の添加剤を含む。
The
単官能モノマーは、エポキシ系またはエーテル系モノマーが用いられ、１０～２０重量部だけ含まれる。単官能モノマーは、組成物の粘度を調整するために組成物２２０に配合される。組成物の粘度が高すぎる場合、３Ｄプリンティング装置が組成物を用いて３Ｄプリンティングを行うにあたり、組成物をハンドリングするのに困難が存在する。このような問題を防止すべく、単官能モノマーが二官能モノマーとは別途に追加的に含まれて、組成物の粘度が過度に高くならないようにする。ただし、組成物の強度の低下と黄変が現れないように、単官能モノマーは１０～２０重量部だけが含まれる。
As the monofunctional monomer, an epoxy-based or ether-based monomer is used, and only 10 to 20 parts by weight is contained. The monofunctional monomer is added to the
二官能モノマーは、アクリル系モノマーが用いられ、２０～５０重量部だけ含まれる。
二官能モノマーは、組成物中に最も多く含まれてメインチェーン（Ｍａｉｎ Ｃｈａｉｎ）を形成する成分であって、組成物の全体的な反応性と透明度に影響を及ぼすメイン成分に相当する。従来の組成物は、単官能モノマーと二官能モノマーの区分なく特定の成分だけが含まれていたとすれば、組成物２２０は、単官能モノマーと二官能モノマーのそれぞれを一定の重量部だけ含む。それぞれのモノマーが組成物２２０に含まれることにより、組成物が粘度と反応性ともをそれぞれ分離して制御することができる。
As the bifunctional monomer, an acrylic monomer is used, and only 20 to 50 parts by weight is contained.
The bifunctional monomer is the component most abundant in the composition to form the main chain (Main Chain) and corresponds to the main component that affects the overall reactivity and transparency of the composition. Assuming that the conventional composition contains only a specific component without distinction between the monofunctional monomer and the bifunctional monomer, the
二官能モノマーとして用いられるアクリル系モノマーは、従来のビスフェノールＡ（ＢＰＡ）系ではない、新たに合成されたビスフェノールＺ（ＢＰＺ）系から構成される。二官能モノマーとして用いられるビスフェノールＺ系のモノマーは、次の工程で製造される。 The acrylic monomer used as the bifunctional monomer is composed of a newly synthesized bisphenol Z (BPZ) system, which is not a conventional bisphenol A (BPA) system. The bisphenol Z-based monomer used as the bifunctional monomer is produced in the following step.
従来のビスフェノールＺ（反応前の物質）にエチレンオキシド（ＥＯ：Ｅｔｈｙｌｅｎ Ｏｘｉｄｅ）を付加して、第２ビスフェノールＺ（ＢＰＺ（ＥＯ）、反応後の物質）を合成する。 Ethylene oxide (EO: Ethylene Oxide) is added to conventional bisphenol Z (substance before reaction) to synthesize second bisphenol Z (BPZ (EO), substance after reaction).
合成された第２ビスフェノールＺの両末端基（－ＯＨ）グループに重合反応（Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）可能なアクリレート（Ａｃｒｙｌａｔｅ）官能基を付加して、第３ビスフェノールＺ（ＢＰＺ（ＥＯ） Ａｃ）を合成する。 A acrylate functional group capable of polymerization reaction (Polymerization) is added to both terminal groups (-OH) groups of the synthesized second bisphenol Z to synthesize the third bisphenol Z (BPZ (EO) Ac).
このように新たに合成されたアクリル系モノマー（第３ビスフェノールＺ）が二官能モノマーとして用いられることにより、組成物２２０は、透明性、強度、および耐摩耗性が高いという利点を有する。
By using the newly synthesized acrylic monomer (third bisphenol Z) as the bifunctional monomer, the
オリゴマーは、エポキシアクリレートおよびウレタン系アクリレートが用いられ、３０～５０重量部だけ含まれる。
オリゴマーは、強度のような組成物の機械的物性に影響を及ぼす成分である。ただし、過度に多い量のオリゴマーが含まれる場合、黄変が発生することがあって、３０～５０重量部だけ含まれる。
Epoxy acrylates and urethane-based acrylates are used as oligomers, and only 30 to 50 parts by weight are contained.
Oligomers are components that affect the mechanical properties of the composition, such as strength. However, if an excessively large amount of oligomer is contained, yellowing may occur, and only 30 to 50 parts by weight is contained.
オリゴマーは、エポキシアクリレートおよびウレタン系アクリレートが用いられる。ウレタン系アクリレートは、ＤＬＰ ３Ｄプリンティング方式の光源に主に影響されるため、ＳＬＡ ３Ｄプリンティング方式の光源でも組成物が硬化するためには、ウレタン系アクリレートのみがオリゴマーとして用いられることはできない。したがって、オリゴマーには、ウレタン系アクリレートのみならず、ＤＬＰ ３Ｄプリンティング方式の光源およびＳＬＡ ３Ｄプリンティング方式の光源ともに反応するエポキシアクリレートも含まれる。 As the oligomer, epoxy acrylate and urethane-based acrylate are used. Since the urethane-based acrylate is mainly affected by the light source of the DLP 3D printing method, only the urethane-based acrylate cannot be used as the oligomer in order to cure the composition even with the light source of the SLA 3D printing method. Therefore, the oligomer includes not only a urethane-based acrylate but also an epoxy acrylate that reacts with both a DLP 3D printing light source and an SLA 3D printing light source.
開始剤は、ラジカル系開始剤成分とカチオン系開始剤成分がすべて含まれた開始剤が用いられ、５重量部以内だけ含まれる。
開始剤は、特定の波長帯域で反応を開始する物質である。重合反応は連鎖的に起こる反応であるが、開始剤が特定の波長帯域の光に反応して反応を開始する。
開始剤としては、ラジカル系開始剤成分とカチオン系開始剤成分がすべて含まれた開始剤が用いられる。両成分をすべて含むことにより、開始剤は、ＤＬＰ ３Ｄプリンティング方式の光源およびＳＬＡ ３Ｄプリンティング方式の光源ともに反応を開始することができる。
As the initiator, an initiator containing all the radical-based initiator component and the cationic-based initiator component is used, and the initiator is contained only within 5 parts by weight.
Initiators are substances that initiate a reaction in a particular wavelength band. The polymerization reaction is a reaction that occurs in a chain reaction, and the initiator reacts with light in a specific wavelength band to initiate the reaction.
As the initiator, an initiator containing all the radical-based initiator component and the cationic-based initiator component is used. By including all of both components, the initiator can initiate a reaction with both a DLP 3D printing light source and an SLA 3D printing light source.
顔料は、１重量部以内だけ含まれる。顔料は、可視光線領域帯の光の透過度と反応速度を一定水準低下させる可能性は存在するが、色相改善の効果を有する。これにより、顔料は、組成物中に少量含まれる。 The pigment is contained in only 1 part by weight or less. Pigments have the effect of improving hue, although there is a possibility that the transmittance and reaction rate of light in the visible light region band will be reduced by a certain level. Thereby, the pigment is contained in a small amount in the composition.
光増減剤は、シランカップリング剤が用いられてもよいし、１重量部以内だけ含まれる。光増減剤は、特定の波長の光を吸収して、３Ｄプリンティング出力時に光が滲む現象を最小化することができる。これにより、光増減剤は、最終形状の精度を増加させる。また、光増減剤は、反応速度を抑制することにより、過度に反応が進行するのを防止することができる。光増減剤は、反応速度を抑制するため、前述の通り、１重量部以内だけ含まれることが好ましい。
これに追加的に、必要な性能に応じて、その他の添加剤がさらに含まれてもよい。
As the light increasing / decreasing agent, a silane coupling agent may be used, and only 1 part by weight or less is contained. The light-reducing agent can absorb light of a specific wavelength and minimize the phenomenon of light bleeding at the time of 3D printing output. Thereby, the light-reducing agent increases the accuracy of the final shape. In addition, the light-reducing agent can prevent the reaction from proceeding excessively by suppressing the reaction rate. As described above, the light-reducing agent is preferably contained in an amount of 1 part by weight or less in order to suppress the reaction rate.
In addition to this, other additives may be further included, depending on the required performance.
以下、各成分の配合をそれぞれ異ならせた本発明の一実施例と、比較例とを比較して説明する。 Hereinafter, an example of the present invention in which the formulations of the respective components are different from each other will be described in comparison with a comparative example.
［実施例１］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Example 1]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［実施例２］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Example 2]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［実施例３］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Example 3]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［実施例４］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Example 4]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［実施例５］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Example 5]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［実施例６］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Example 6]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［実施例７］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Example 7]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
これに対し、比較例の配合比は、次の通りである。
［比較例１］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
On the other hand, the compounding ratio of the comparative example is as follows.
[Comparative Example 1]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［比較例２］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Comparative Example 2]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［比較例３］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Comparative Example 3]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［比較例４］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Comparative Example 4]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
［比較例５］
以下に開示された表の配合比によって組成物を製造した。
[Comparative Example 5]
Compositions were prepared according to the compounding ratios in the table disclosed below.
実施例１～７の配合比で製造された組成物と、比較例１～５の配合比で製造された組成物の物性に関する実験を行った。実験の結果を以下に開示された表に示した。備考に別途の記載が存在しない場合は、後硬化を３０分行った場合に相当する。 An experiment was conducted on the physical characteristics of the compositions produced in the compounding ratios of Examples 1 to 7 and the compositions produced in the compounding ratios of Comparative Examples 1 to 5. The results of the experiment are shown in the table disclosed below. If there is no separate description in the remarks, it corresponds to the case where post-curing is performed for 30 minutes.
実施例１～６の配合比で配合されて硬化した組成物のすべては引張強度が４６～５３ＭＰａであるのに対し、比較例の配合比で配合されて硬化した組成物は７～４１ＭＰａと非常に低い強度を有することを確認することができた。実施例１～６の配合比で配合されて硬化した組成物が優れた引張強度を有する理由としては、オリゴマーが適切な重量部で含まれると同時に、二官能モノマーも適切な重量部で共に含まれているためと把握される。 All of the compositions blended and cured at the blending ratios of Examples 1 to 6 had a tensile strength of 46 to 53 MPa, whereas the compositions blended and cured at the blending ratios of Comparative Examples were very high at 7 to 41 MPa. It was confirmed that the product had low strength. The reason why the compositions blended and cured in the blending ratios of Examples 1 to 6 have excellent tensile strength is that the oligomer is contained in an appropriate weight portion and at the same time, the bifunctional monomer is also contained in an appropriate weight portion. It is understood that it is because it is.
実施例１～６の配合比で配合されて硬化した組成物のすべては伸び率が３～８水準の優れた伸び率を有するのに対し、比較例の配合比で配合されて硬化した組成物は大体１～２水準の低い伸び率を有することを確認することができた。比較例５の配合比で配合されて硬化した組成物は３４．６５の高い伸び率を有することが確認されたが、これは著しく低い引張強度に起因した結果であるので、伸び率の判断から除外する。 All of the compositions blended and cured at the blending ratios of Examples 1 to 6 have an excellent elongation ratio of 3 to 8 levels, whereas the compositions blended and cured at the blending ratios of Comparative Examples Was able to be confirmed to have a low elongation rate of about 1 to 2 levels. It was confirmed that the composition blended and cured at the blending ratio of Comparative Example 5 had a high elongation ratio of 34.65, but this was a result of the extremely low tensile strength. exclude.
また、実施例１～５の配合比で配合されて硬化した組成物は１１７～１３４ＭＰａの屈曲強度を有するのに対し、比較例の配合比で配合されて硬化した組成物は屈曲強度を有することができないことが確認された。 Further, the composition blended and cured at the blending ratios of Examples 1 to 5 has a bending strength of 117 to 134 MPa, whereas the composition blended and cured at the blending ratio of Comparative Examples has a bending strength. It was confirmed that it could not be done.
このような実験結果を参照する時、本実施例による組成物は、透明な特性を有すると同時に、別途の後処理工程なくても非常に優れた物性を有する。 When referring to such experimental results, the composition according to this example has a transparent property and at the same time has a very excellent physical property without a separate post-treatment step.
図３には、各過程を順次に実行するものとして記載しているが、これは本発明の一実施例の技術思想を例示的に説明したに過ぎない。つまり、本発明の一実施例の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の一実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で図３に記載の順序を変更して実行したり、各過程の１つ以上の過程を並列的に実行するものに多様に修正および変形して適用可能であるので、図３は時系列的な順序に限定されるものではない。 Although it is described in FIG. 3 that each process is sequentially executed, this merely illustrates the technical idea of one embodiment of the present invention. That is, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the embodiment of the present invention belongs can change the order shown in FIG. 3 and execute the invention without departing from the essential characteristics of the embodiment of the present invention. FIG. 3 is not limited to chronological order, as it can be variously modified and modified and applied to those that execute one or more processes in parallel.
一方、図３に示された過程は、コンピュータで読取可能な記録媒体にコンピュータが読取可能なコードとして実現することが可能である。コンピュータが読取可能な記録媒体は、コンピュータシステムにより読取可能なデータが記憶される全種類の記録装置を含む。すなわち、コンピュータが読取可能な記録媒体は、マグネチック記憶媒体（例えば、ＲＯＭ、フロッピーディスク、ハードディスクなど）および光学的読取媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤなど）のような記憶媒体を含む。また、コンピュータが読取可能な記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散して分散方式でコンピュータが読取可能なコードが記憶および実行できる。 On the other hand, the process shown in FIG. 3 can be realized as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. That is, computer-readable recording media include storage media such as magnetic storage media (eg, ROMs, floppy disks, hard disks, etc.) and optical reading media (eg, CD-ROMs, DVDs, etc.). In addition, the computer-readable recording medium is distributed to computer systems connected by a network, and a computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
以上の説明は、本実施例の技術思想を例示的に説明したに過ぎないものであって、本実施例の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で多様な修正および変形が可能であろう。したがって、本実施例は本実施例の技術思想を限定するためではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本実施例の技術思想の範囲が限定されるものではない。本実施例の保護範囲は以下の特許請求の範囲によって解釈されなければならず、それと同等範囲内にあるすべての技術思想は本実施例の権利範囲に含まれると解釈されなければならない。
The above explanation is merely an exemplary explanation of the technical idea of the present embodiment, and any person who has ordinary knowledge in the technical field to which the present embodiment belongs is essential to the present embodiment. Various modifications and modifications will be possible within the range that does not deviate from the characteristics. Therefore, the present embodiment is not for limiting the technical idea of the present embodiment but for explaining the technical idea, and such an embodiment does not limit the scope of the technical idea of the present embodiment. The scope of protection of this example shall be construed as being within the scope of the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope shall be construed as being included in the scope of rights of this embodiment.
Claims (7)
単官能モノマー、二官能モノマー、オリゴマー、開始剤、および光増感剤を含むことを特徴とする３次元プリンティング用組成物。 A composition used as a raw material for a three-dimensional printer.
A three-dimensional printing composition comprising a monofunctional monomer, a bifunctional monomer, an oligomer, an initiator, and a photosensitizer.
単官能モノマーとして１０～３０重量部、二官能モノマーとして２０～５０重量部、オリゴマーとして３０～５０重量部、５重量部以内の開始剤、および１重量部以内の光増感剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンティング用組成物。 The three-dimensional printing composition is
It contains 10 to 30 parts by weight of a monofunctional monomer, 20 to 50 parts by weight of a bifunctional monomer, 30 to 50 parts by weight of an oligomer, an initiator of 5 parts by weight or less, and a photosensitizer of 1 part by weight or less. The composition for three-dimensional printing according to claim 1.
顔料をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンティング用組成物。 The three-dimensional printing composition is
The three-dimensional printing composition according to claim 1, further comprising a pigment.
１重量部以内の顔料を含むことを特徴とする請求項３に記載の３次元プリンティング用組成物。 The three-dimensional printing composition is
The three-dimensional printing composition according to claim 3, which comprises 1 part by weight or less of a pigment.
エポキシ系モノマーまたはエーテル系モノマーであることを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンティング用組成物。 The monofunctional monomer is
The three-dimensional printing composition according to claim 1, wherein the composition is an epoxy-based monomer or an ether-based monomer.
アクリル系モノマーであることを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンティング用組成物。 The bifunctional monomer is
The three-dimensional printing composition according to claim 1, which is an acrylic monomer.
ビスフェノールＺ（ＢＰＺ）系のモノマーであることを特徴とする請求項６に記載の３次元プリンティング用組成物。
The bifunctional monomer is
The three-dimensional printing composition according to claim 6, which is a bisphenol Z (BPZ) -based monomer.
Applications Claiming Priority (3)
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