JP2022515996A - 強化された材料を使用する付加製造 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年12月27日に出願された米国仮特許出願第62/785,286号の米国特許法第119条(e)下での優先権の利益を主張するものであり、その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本発明の一部の実施形態の態様によれば、本明細書に記載の硬化性材料又は硬化性系と1種又は複数種の強化材(複数可)(充填剤(複数可))とを含むモデリング材配合物が提供される。
10~20重量%の量の、本明細書において前記それぞれの実施形態のいずれかに記載のシリカ粒子;
重量で10~30%又は15~20%の量の、本明細書において前記それぞれの実施形態のいずれかに記載の第1多官能硬化性材料;
重量で10~30%の量の、本明細書において前記それぞれの実施形態のいずれかに記載の第2のエトキシ化された多官能硬化性材料;及び
10~50重量%の量の、300グラム/mol以下の分子量を有する単官能(好ましくは親水性)硬化性材料
を含む。
本明細書に記載の実施形態のいずれかのうち一部において、硬化性材料のそれぞれが、UV硬化性材料である。
重量で、20~60%、又は30~60%の、第1多官能硬化性材料に予め分散されたシリカ粒子;
10~30重量%の第2多官能硬化性材料;
25~30重量%の単官能硬化性材料;及び
15~20重量%の更なる硬化性材料、
を含み、ここで、これらの成分のすべてが、前記それぞれの実施形態のいずれか及びこれらの任意の組み合わせに定義する通りである。
シリカ粒子は、(メタ)アクリル官能化されたシリカナノ粒子であり;
第1多官能硬化性材料は、3個のアクリレート基と少なくとも3個のアルキレングリコール基と脂肪族分岐単位とを含む3官能のエトキシ化された硬化性材料であり;
第2多官能材料は、2個のメタクリレート基と芳香族分岐単位とを含む2官能硬化性材料であり;
単官能硬化性材料は、親水性モノアクリレートである。
シリカ粒子は、(メタ)アクリル官能化されたシリカナノ粒子であり;
第1多官能硬化性材料は、脂環で全て炭素の基を含む連結部位を特徴とする2官能硬化性材料であり;
第2多官能材料は、2個のメタクリレート基と芳香族分岐単位とを含む2官能硬化性材料であり;
単官能硬化性材料は、親水性モノアクリレートである。
重量で、20~60%、又は30~60%の、第1多官能硬化性材料に予め分散されたシリカ粒子、ここで、シリカ粒子は(メタ)アクリル官能化されたシリカナノ粒子であり、第1多官能硬化性材料は3個のアクリレート基と少なくとも3個のアルキレングリコール基と脂肪族分岐単位とを含む3官能のエトキシ化された硬化性材料である;
10~30重量%の第2多官能硬化性材料、ここで、第2多官能材料は2個のメタクリレート基と芳香族分岐単位とを含む2官能のエトキシ化された硬化性材料である;
20~50重量%の、親水性材料である単官能硬化性材料;及び
10~30重量%の更なる硬化性材料
を含み、ここで、これらの成分のすべてが、前記それぞれの実施形態のいずれか及びこれらの任意の組み合わせに定義する通りである。
重量で、20~60%、又は30~60%の、第1多官能硬化性材料に予め分散されたシリカ粒子、ここで、シリカ粒子は(メタ)アクリル-官能化されたシリカナノ粒子であり、第1多官能硬化性材料は脂環で全て炭素の基を含む連結部位を特徴とする2官能硬化性材料である;
10~30重量%の第2多官能硬化性材料、ここで、第2多官能材料は2個のメタクリレート基と芳香族分岐単位とを含む2官能のエトキシ化された硬化性材料である;
20~50重量%の、親水性材料である単官能硬化性材料;及び
10~30重量%の更なる硬化性材料
を含み、ここで、これらの成分のすべてが、前記それぞれの実施形態のいずれか及びこれらの任意の組み合わせに定義する通りである。
本明細書において定義する、70MPa以上の引張強度;及び/又は
本明細書において定義する、3000以上若しくは3300MPa以上の引張弾性率;及び/又は
100以上若しくは110以上若しくは120MPa以上の曲げ強度;及び/又は
3500以上若しくは3800若しく以上若しくは4000MPa以上の曲げ弾性率;
の少なくとも1つを特徴とする。
本明細書に記載のモデリング材配合物は、マルチ材料の物体を形成するために、更なる1種又は複数種のモデリング材配合物(複数可)と組み合わせて使用され得る。
本発明の一部の実施形態の態様によれば、本明細書に記載のように、三次元物体の付加製造の方法が提供される。本実施形態の方法は、本明細書において定義するように、少なくとも一部分に強化された材料を有する物体を製造するのに使用可能である。
本実施形態の方法は、本明細書に記載のように、物体の形状に対応する構成パターンで複数の層を形成することによって層状に三次元物体を製造する。
70MPa超の引張強度;
1500MPa超、又は1800MPa超、又は2000MPa超、又は3000MPa超の引張弾性率;
90MPa超、又は100MPa超の曲げ強度;
2500MPa超、又は2800MPa超、又は3000MPa超、又は3500MPa超の曲げ弾性率
の1つ又は複数を特徴とする。
20重量%のシリカ粉末を含有するアクリル配合物を含むペーストを、各ペースト中のシリカ粉末について異なるミリング技術を使用して調製した。
Nanobyk3605、NANOCRYL(登録商標)C153-10として販売されている、ヘキサンジオールジアクリレート(HDDA)中に50重量%のシリカナノ粒子を含有する市販の硬化性配合物の使用を検討した。15、35又は50重量%のNanobyk3605(それぞれ7.5、17.5及び25重量%SiO2、並びに同量のHDDA)、15~40重量%の単官能アクリレート(イソボルニルアクリレート;IBOA及び/又はアクリロイルモルホリン;ACMO)、15~25重量%の2官能脂肪族ウレタンオリゴマージアクリレート(例えば、商品名CN981、CN991、CN980としてSartomerによって販売されているもの)、1~20重量%の2官能又は多官能アクリレート(例えば、商品名SR833s;SR399、SR508、SR595、SR355としてSartomerによって販売されているもの)、並びに重量で1~3%の光開始剤系(例えば、I184とTPOの混合物)を含有する種々の配合物を調製し、これらの配合物をUVオーブンにおけるUV硬化に24時間曝した際に得られるモールド調製物の特性を試験した。
HDDA含有配合物によって示される脆性、高粘度及び/又は高いカールを克服するために、例えばNANOCRYL(登録商標)C153、Laromer(登録商標)PO9026Nとして販売されている、エトキシ化されたトリメチロールプロパントリアクリレート(TMPEOTA)中50重量%のシリカナノ粒子の分散物を含む配合物を試験した。
本実施形態に係る17%のシリカ含有配合物を、WO2018/055521に記載の実施形態の一部に係るアクリルコーティングと中間混合層(スティッチ層)を用いるデジタルモード(DM)でプリントした場合についても試験した。より詳細には、図6に例示するように、RGD515でできている1ピクセルコート層と、50:50のRGD515及びシリカ含有配合物でできている1ピクセルのスティッチ層と、を物体にプリントした。以下表7は、本明細書においてINV1(本明細書において17% SiO2 DM又はINV1-DMと称する)及びINV2(本明細書において17% SiO2-剛性-DM又はINV2-DMと称する)と称する配合物によって得られるプリントした物体の機械的特性を、WO2018/055521に記載のように作製したD-ABSと称する同様の物体の機械的特性と比較して示す。
比較提示
以下表8に、本明細書において上記した検討の知見をまとめる。
更なる検討を、異なる多官能硬化性材料(好ましくは、硬化性基同士を連結する脂肪族(所望によりヘテロ脂環式)炭化水素部位を有するジアクリレート)中のシリカ前分散物を使用して実施した。
Claims (40)
- 三次元物体の付加製造に使用可能な配合物であって:
重量で10~30%又は15~20%の量のシリカ粒子;
重量で10~30%又は15~20%の量の、300グラム/mol~1,000グラム/molの分子量を有する第1多官能硬化性材料;
重量で10~30%の量の、1,000グラム/mol未満の分子量を有する第2多官能硬化性材料;及び
10~50重量%の量の、300グラム/mol以下の分子量を有する単官能硬化性材料、
を含む、配合物。 - 前記付加製造が、3Dインクジェットプリントである、請求項1に記載の配合物。
- 前記シリカナノ粒子の平均サイズが、1ミクロン未満、又は500nm未満又は100nm未満である、請求項1又は請求項2に記載の配合物。
- 前記シリカナノ粒子の平均サイズが、20~100nmの範囲である、請求項1又は請求項2に記載の配合物。
- 前記シリカ粒子の少なくとも一部又は全部が、官能化されたシリカ粒子を含む、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記シリカ粒子の少なくとも一部又は全部が、硬化性官能基によって官能化されている、請求項5に記載の配合物。
- 前記硬化性官能基が、アクリル基を含む、請求項6に記載の配合物。
- 前記シリカ粒子が、前記第1多官能硬化性材料に予め分散されている、請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第1多官能硬化性材料が、少なくとも3個のアルキレングリコール基を含むエトキシ化された多官能硬化性材料である、請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第1多官能硬化性材料が、鎖状脂肪族分岐単位を含む、請求項1~請求項9のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第1多官能材料が、3官能硬化性材料である、請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第1多官能材料が、脂環式分岐単位を含む、請求項1~請求項8のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第1多官能硬化性材料が、2官能硬化性材料である、請求項1~請求項12のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第2多官能硬化性材料が、2~20個のアルキレングリコール単位を含むエトキシ化された多官能硬化性材料である、請求項1~請求項13のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第2多官能硬化性材料が、2~6個のアルキレングリコール単位を含むエトキシ化された多官能硬化性材料である、請求項1~請求項14のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第2多官能硬化性材料が、芳香族分岐単位を含む、請求項1~請求項15のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第2多官能硬化性材料が、2官能硬化性材料である、請求項1~請求項16のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記第2多官能硬化性材料が、メタクリル硬化性基を含む、請求項1~請求項17のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記単官能硬化性材料が、親水性である、請求項1~請求項18のいずれか一項に記載の配合物。
- 10~20重量%の量の、500グラム/mol以下の分子量を有する更なる単官能硬化性材料をさらに含む、請求項1~請求項19のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記更なる単官能硬化性材料が、疎水性である、請求項20に記載の配合物。
- 前記硬化性材料のそれぞれが、UV硬化性材料である、請求項1~請求項21のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記硬化性材料のそれぞれが、アクリル材料である、請求項1~請求項22のいずれか一項に記載の配合物。
- 前記硬化性材料のそれぞれが、アクリレート又はメタクリレートである、請求項1~請求項23のいずれか一項に記載の配合物。
- 約20~約60重量%の、前記第1多官能硬化性材料に予め分散された前記シリカ粒子を含む分散物;
約10~約30重量%の前記第2多官能硬化性材料;
約20~約50重量%の前記単官能硬化性材料;及び
約10~約30重量%の前記更なる硬化性材料、
を含む、請求項20~請求項24のいずれか一項に記載の配合物。 - 前記第1多官能硬化性材料が、3個のアクリレート基と少なくとも3個のアルキレングリコール基と脂肪族分岐単位とを含む3官能のエトキシ化された硬化性材料であり;
前記第2多官能硬化性材料が、2個のメタクリレート基と芳香族分岐単位とを含む2官能のエトキシ化された硬化性材料であり;
前記単官能硬化性材料が、親水性モノアクリレートである、
請求項1~請求項11及び請求項13~請求項25のいずれか一項に記載の配合物。 - 前記第1多官能硬化性材料が、脂環式分岐単位を含む2官能硬化性材料であり;
前記第2多官能硬化性材料が、芳香族分岐単位を含む2官能のエトキシ化された硬化性材料あり;
前記単官能硬化性材料が、親水性モノアクリレートである、
請求項12に記載の配合物。 - 光開始剤又は光開始剤系をさらに含む、請求項22~請求項27のいずれか一項に記載の配合物。
- 界面活性剤をさらに含む、請求項1~請求項28のいずれか一項に記載の配合物。
- ブルックフィールドレオメータにより求めた75℃での粘度が8~30センチポアズであることを特徴とする、請求項1~請求項29のいずれか一項に記載の配合物。
- 硬質化したとき、以下の特性:
70MPa以上の引張強度;及び/又は
3000MPa以上の引張弾性率;及び/又は
100MPa以上の曲げ強度;及び/又は
3500MPa以上の曲げ弾性率;
の少なくとも1つを特徴とする、請求項1~請求項30のいずれか一項に記載の配合物。 - 少なくとも2種の配合物を含むマルチ配合物系であって、前記配合物の少なくとも1種が、請求項1~請求項31のいずれか一項に記載の配合物である第1配合物であり、少なくとも1種の別の配合物が、HDT、アイゾット衝撃及び弾性率の少なくとも1つが前記第1配合物とは異なる第2配合物である、マルチ配合物系。
- 三次元物体の付加製造の方法であって、物体の形状に対応する構成パターンで複数の層を逐次形成することにより、物体を形成することを含み、
前記層の少なくともいくつかのそれぞれの形成が、少なくとも1種の配合物を付与すること、及び前記付与された配合物を硬化条件に曝すことにより硬化したモデリング材料を形成することを含み、
前記少なくとも1種の配合物が、請求項1~請求項31のいずれか一項に定義された配合物である、
方法。 - 前記層の少なくともいくつかのそれぞれの形成が、少なくとも2種の配合物を付与すること、及び前記付与された配合物を硬化条件に曝すことにより硬化した材料を形成することを含み、
前記配合物の少なくとも1種が、請求項1~請求項31のいずれか一項に定義された第1配合物であり、前記配合物の少なくとも1種の別のものが、HDT、アイゾット衝撃及び弾性率の少なくとも1つが前記第1配合物とは異なる第2モデリング材料配合物である、
請求項33に記載の方法。 - 前記層の少なくともいくつかのそれぞれの形成が、少なくとも前記第1配合物及び前記第2配合物を付与して、前記第1配合物を用いたコア領域と、前記第2配合物を用いた、前記コア領域を少なくとも部分的に囲む少なくとも1のエンベロープ領域と、を形成することを含む、請求項34に記載の方法。
- 前記層の少なくともいくつかのそれぞれの形成が、少なくとも前記第1配合物及び前記第2配合物を付与して、前記第1配合物を用いたコア領域と、前記第1配合物及び前記第2配合物を両方用いた、前記コア領域を少なくとも部分的に囲む少なくとも1の内側エンベロープ領域と、前記第2配合物を用いた、前記内側エンベロープ領域を少なくとも部分的に囲む外側エンベロープ領域と、を形成することを含む、請求項34又は請求項35に記載の方法。
- 前記内側エンベロープ領域の少なくとも1における前記第1配合物及び前記第2配合物の重量比が、3:1~1:3の範囲である、請求項36に記載の方法。
- 前記付与が、ボクセル状になされる、請求項34~請求項37のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項33~請求項38のいずれか一項に記載の方法によって得ることができる物体。
- 請求項1~請求項31のいずれか一項に記載の配合物を調製する方法であって、前記シリカ粒子及び前記第1多官能硬化性材料の分散物を、前記第2多官能硬化性材料及び前記単官能硬化性材料と接触させることを含む、方法。
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