JP2023140593A - 積層造形用粉末および積層造形体 - Google Patents
積層造形用粉末および積層造形体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023140593A JP2023140593A JP2022046496A JP2022046496A JP2023140593A JP 2023140593 A JP2023140593 A JP 2023140593A JP 2022046496 A JP2022046496 A JP 2022046496A JP 2022046496 A JP2022046496 A JP 2022046496A JP 2023140593 A JP2023140593 A JP 2023140593A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- additive manufacturing
- group
- less
- layered
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 258
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 188
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 129
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 129
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 74
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 39
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 28
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 54
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 36
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 36
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 25
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 22
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 9
- 125000003709 fluoroalkyl group Chemical group 0.000 claims description 8
- 125000004407 fluoroaryl group Chemical group 0.000 claims description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 6
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 abstract description 35
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 32
- 239000000047 product Substances 0.000 description 28
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 20
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 13
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 12
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- -1 etc. Substances 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 125000002029 aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 4
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 4
- 150000004292 cyclic ethers Chemical group 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 125000002723 alicyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 3
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 3
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 3
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 3
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 125000002877 alkyl aryl group Chemical group 0.000 description 2
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 2
- 125000001316 cycloalkyl alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 description 2
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009692 water atomization Methods 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- RPFDGUHLVQGZLU-UHFFFAOYSA-N 2,2-dimethoxy-1-phenylazasilolidine Chemical compound CO[Si]1(OC)CCCN1C1=CC=CC=C1 RPFDGUHLVQGZLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YVHUUEPYEDOELM-UHFFFAOYSA-N 2-ethylpropanedioic acid;piperidin-1-id-2-ylmethylazanide;platinum(2+) Chemical compound [Pt+2].[NH-]CC1CCCC[N-]1.CCC(C(O)=O)C(O)=O YVHUUEPYEDOELM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000094 2-phenylethyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- YMTRNELCZAZKRB-UHFFFAOYSA-N 3-trimethoxysilylaniline Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C1=CC=CC(N)=C1 YMTRNELCZAZKRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CNODSORTHKVDEM-UHFFFAOYSA-N 4-trimethoxysilylaniline Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C1=CC=C(N)C=C1 CNODSORTHKVDEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019589 Cr—Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FXMBKAAULHJRKL-UHFFFAOYSA-N [amino(dimethoxy)silyl]oxymethane Chemical compound CO[Si](N)(OC)OC FXMBKAAULHJRKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLFKGWCMFMCFRM-UHFFFAOYSA-N [diacetyloxy(phenyl)silyl] acetate Chemical compound CC(=O)O[Si](OC(C)=O)(OC(C)=O)C1=CC=CC=C1 VLFKGWCMFMCFRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003668 acetyloxy group Chemical group [H]C([H])([H])C(=O)O[*] 0.000 description 1
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005001 aminoaryl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000000732 arylene group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001797 benzyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(C([H])=C1[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 150000001733 carboxylic acid esters Chemical class 0.000 description 1
- PQRFRTCWNCVQHI-UHFFFAOYSA-N chloro-dimethyl-(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl)silane Chemical compound C[Si](C)(Cl)C1=C(F)C(F)=C(F)C(F)=C1F PQRFRTCWNCVQHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000001995 cyclobutyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004210 cyclohexylmethyl group Chemical group [H]C([H])(*)C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001511 cyclopentyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004851 cyclopentylmethyl group Chemical group C1(CCCC1)C* 0.000 description 1
- 125000001559 cyclopropyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C1([H])* 0.000 description 1
- KQAHMVLQCSALSX-UHFFFAOYSA-N decyl(trimethoxy)silane Chemical compound CCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC KQAHMVLQCSALSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- OTARVPUIYXHRRB-UHFFFAOYSA-N diethoxy-methyl-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CCO[Si](C)(OCC)CCCOCC1CO1 OTARVPUIYXHRRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AHUXYBVKTIBBJW-UHFFFAOYSA-N dimethoxy(diphenyl)silane Chemical compound C=1C=CC=CC=1[Si](OC)(OC)C1=CC=CC=C1 AHUXYBVKTIBBJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHGNXNCOTZPEEK-UHFFFAOYSA-N dimethoxy-methyl-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](C)(OC)CCCOCC1CO1 WHGNXNCOTZPEEK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N ethenyl(trimethoxy)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C=C NKSJNEHGWDZZQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000003454 indenyl group Chemical group C1(C=CC2=CC=CC=C12)* 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N isocyanate group Chemical group [N-]=C=O IQPQWNKOIGAROB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000006178 methyl benzyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N methyltrimethoxysilane Chemical compound CO[Si](C)(OC)OC BFXIKLCIZHOAAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004200 microcrystalline wax Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 125000001624 naphthyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N octadecyltrimethoxysilane Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC[Si](OC)(OC)OC SLYCYWCVSGPDFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003566 oxetanyl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 125000005010 perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 125000006187 phenyl benzyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 150000003138 primary alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N silanol Chemical compound [SiH3]O SCPYDCQAZCOKTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004819 silanols Chemical class 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 125000003944 tolyl group Chemical group 0.000 description 1
- BGSBEWOQSOBCCU-UHFFFAOYSA-N trichloro(3-phenoxypropyl)silane Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)CCCOC1=CC=CC=C1 BGSBEWOQSOBCCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N triethoxy(phenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=CC=C1 JCVQKRGIASEUKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PADYPAQRESYCQZ-UHFFFAOYSA-N triethoxy-(4-methylphenyl)silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)C1=CC=C(C)C=C1 PADYPAQRESYCQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JXUKBNICSRJFAP-UHFFFAOYSA-N triethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCOCC1CO1 JXUKBNICSRJFAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLGNHOJUQFHYEZ-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(3,3,3-trifluoropropyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCC(F)(F)F JLGNHOJUQFHYEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJROHELDTBDTPH-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(3,3,4,4,5,5,6,6,6-nonafluorohexyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F IJROHELDTBDTPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVQYIDJXNYHKRK-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F BVQYIDJXNYHKRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(phenyl)silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)C1=CC=CC=C1 ZNOCGWVLWPVKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N trimethoxy(propyl)silane Chemical compound CCC[Si](OC)(OC)OC HQYALQRYBUJWDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PZJJKWKADRNWSW-UHFFFAOYSA-N trimethoxysilicon Chemical compound CO[Si](OC)OC PZJJKWKADRNWSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006337 unsaturated polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 125000005023 xylyl group Chemical group 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
- B22F1/102—Metallic powder coated with organic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/14—Treatment of metallic powder
- B22F1/142—Thermal or thermo-mechanical treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/14—Treatment of metallic powder
- B22F1/145—Chemical treatment, e.g. passivation or decarburisation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/16—Metallic particles coated with a non-metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/10—Formation of a green body
- B22F10/14—Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
- B22F12/63—Rollers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2304/00—Physical aspects of the powder
- B22F2304/10—Micron size particles, i.e. above 1 micrometer up to 500 micrometer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
【課題】高温環境下でも流動性に優れ、機械的強度および寸法精度が高い積層造形体を製造可能な積層造形用粉末、および、かかる積層造形用粉末を有する積層造形体を提供すること。【解決手段】金属粉末と、前記金属粉末の粒子表面に設けられ、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む被膜と、を備え、平均粒径が3.0μm以上30.0μm以下であり、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理に供された後、層状に敷き詰められた状態で、θ/2法により25℃で測定された水の接触角が、80°以上150°以下であることを特徴とする積層造形用粉末。【選択図】図11
Description
本発明は、積層造形用粉末および積層造形体に関するものである。
三次元の立体物を造形する技術として、近年、金属粉末を用いた積層造形法が普及しつつある。この技術は、立体物について積層方向と直交する面で薄くスライスしたときの断面形状を計算する工程と、金属粉末を層状にならして粉末層を形成する工程と、計算により求めた形状に基づいて粉末層の一部を固化させる工程と、を有し、粉末層を形成する工程と一部を固化させる工程とを繰り返すことにより、立体物を造形する技術である。
積層造形法としては、固化させる原理に応じて、熱溶融積層法(FDM : Fused Deposition Molding)、粉末焼結積層造形法(SLS : Selective Laser Sintering)、バインダージェッティング法等が知られている。
特許文献1には、粉末焼結積層造形法の変形例として、レーザーに代えて電子ビーム(EB)を用いた、EB焼結型3Dプリンター造形品の製造方法が開示されている。この方法は、EB焼結型3Dプリンター用表面処理金属粉を積層した後、所望により予備加熱を行って、その後、EB照射によって焼結させ、金属成形品を製造する方法である。そして、EB焼結型3Dプリンター用表面処理金属粉とは、公知の方法で製造された金属粉の表面にカップリング剤で表面処理が施された粉末である。このような表面処理が施された金属粉を用いることにより、積層時の導電性が良好になる。このため、EBによって好適に焼結させることができる。また、予備加熱によって部分焼結が生じるのを抑制することができる。
しかしながら、特許文献1に記載の表面処理金属粉は、高温下や多湿下に流動性が低下するという課題がある。表面処理金属粉の流動性が低下すると、例えば3Dプリンターにおいて粉末層を形成したとき、金属粉の充填性を高めることができない。そうすると、積層造形体の機械的強度や寸法精度の低下が生じる。
本発明の適用例に係る積層造形用粉末は、
金属粉末と、
前記金属粉末の粒子表面に設けられ、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む被膜と、
を備え、
平均粒径が3.0μm以上30.0μm以下であり、
大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理に供された後、層状に敷き詰められた状態で、θ/2法により25℃で測定された水の接触角が、80°以上150°以下であることを特徴とする。
金属粉末と、
前記金属粉末の粒子表面に設けられ、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む被膜と、
を備え、
平均粒径が3.0μm以上30.0μm以下であり、
大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理に供された後、層状に敷き詰められた状態で、θ/2法により25℃で測定された水の接触角が、80°以上150°以下であることを特徴とする。
本発明の適用例に係る積層造形体は、
本発明の適用例に係る積層造形用粉末と、
前記積層造形用粉末の粒子同士を結着するバインダーと、
を有することを特徴とする。
本発明の適用例に係る積層造形用粉末と、
前記積層造形用粉末の粒子同士を結着するバインダーと、
を有することを特徴とする。
以下、本発明の積層造形用粉末および積層造形体の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
1.積層造形体の製造方法
まず、積層造形体の製造方法について説明する。
まず、積層造形体の製造方法について説明する。
図1は、積層造形体を製造する方法を説明するための工程図である。図2ないし図10は、それぞれ図1に示す積層造形体の製造方法を説明するための図である。なお、本願の各図では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸およびZ軸を設定している。各軸は、矢印で表され、先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」とする。以下の説明では、特に、Z軸のプラス側を「上」とし、Z軸のマイナス側を「下」とする。また、X軸と平行な両方向をX軸方向、Y軸と平行な両方向をY軸方向、Z軸と平行な両方向をZ軸方向という。
図1ないし図10に示す積層造形体の製造方法は、バインダージェット法と呼ばれる方法であり、図1に示すように、粉末層形成工程S102と、バインダー溶液供給工程S104と、繰り返し工程S106と、を有する。
粉末層形成工程S102では、積層造形用粉末1を敷いて粉末層31を形成する。バインダー溶液供給工程S104では、粉末層31の所定領域にバインダー溶液4を供給し、粉末層31中の粒子同士を結着させ、結着層41を得る。繰り返し工程S106では、粉末層形成工程S102およびバインダー溶液供給工程S104を1回以上繰り返すことにより、図10に示す積層造形体6を得る。以下、各工程について順次説明する。
1.1.積層造形装置
まず、粉末層形成工程S102の説明に先立ち、積層造形装置2について説明する。
まず、粉末層形成工程S102の説明に先立ち、積層造形装置2について説明する。
積層造形装置2は、粉末貯留部211および造形部212を有する装置本体21と、粉末貯留部211に設けられた粉末供給エレベーター22と、造形部212に設けられた造形ステージ23と、装置本体21上において移動可能に設けられたコーター24、ローラー25および液体供給部26と、を備えている。
粉末貯留部211は、装置本体21に設けられ、上部が開口している凹部である。この粉末貯留部211には、積層造形用粉末1が貯留される。そして、粉末貯留部211に貯留されている積層造形用粉末1の適量が、コーター24によって造形部212へ供給されるようになっている。
粉末貯留部211の底部には、粉末供給エレベーター22が配置されている。粉末供給エレベーター22は、積層造形用粉末1を載せた状態で、上下方向に移動可能になっている。粉末供給エレベーター22を上方に移動させることにより、この粉末供給エレベーター22に載置されている積層造形用粉末1を押し上げ、粉末貯留部211からはみ出させる。これにより、はみ出した分の積層造形用粉末1を造形部212側へ移動させることができる。
造形部212は、装置本体21に設けられ、上部が開口している凹部である。造形部212の内部には、造形ステージ23が配置されている。造形ステージ23上には、コーター24によって積層造形用粉末1が層状に敷かれるようになっている。また、造形ステージ23は、積層造形用粉末1が敷かれた状態で、上下方向に移動可能になっている。造形ステージ23の高さを適宜設定することにより、造形ステージ23上に敷かれる積層造形用粉末1の量を調整することができる。
コーター24およびローラー25は、粉末貯留部211から造形部212にかけて、X軸方向に移動可能になっている。コーター24は、積層造形用粉末1を引きずることにより、積層造形用粉末1を均して、層状に敷くことができる。ローラー25は、均された積層造形用粉末1を上から圧縮する。
液体供給部26は、例えばインクジェットヘッドやディスペンサー等で構成され、造形部212において、X軸方向およびY軸方向に移動可能になっている。そして、液体供給部26は、目的とする量のバインダー溶液4を目的とする位置に供給することができる。なお、液体供給部26は、1つのヘッドに複数の吐出ノズルを備えていてもよい。そして、複数の吐出ノズルからバインダー溶液4を同時または時間差を伴って吐出するようになっていてもよい。
1.2.粉末層形成工程
次に、上述した積層造形装置2を用いた粉末層形成工程S102について説明する。粉末層形成工程S102では、造形ステージ23上に積層造形用粉末1を敷いて粉末層31を形成する。具体的には、図2および図3に示すように、コーター24を用い、粉末貯留部211に貯留している積層造形用粉末1を造形ステージ23上に引きずり、均一な厚さに均す。これにより、図4に示す粉末層31を得る。この際、造形ステージ23の上面を、造形部212の上端よりも下げるとともに、下げる量を調整することにより、粉末層31の厚さを調整することができる。なお、積層造形用粉末1は、後述するように、均されたときの充填性に優れる粉末である。このため、充填率が高い粉末層31を得ることができる。
次に、上述した積層造形装置2を用いた粉末層形成工程S102について説明する。粉末層形成工程S102では、造形ステージ23上に積層造形用粉末1を敷いて粉末層31を形成する。具体的には、図2および図3に示すように、コーター24を用い、粉末貯留部211に貯留している積層造形用粉末1を造形ステージ23上に引きずり、均一な厚さに均す。これにより、図4に示す粉末層31を得る。この際、造形ステージ23の上面を、造形部212の上端よりも下げるとともに、下げる量を調整することにより、粉末層31の厚さを調整することができる。なお、積層造形用粉末1は、後述するように、均されたときの充填性に優れる粉末である。このため、充填率が高い粉末層31を得ることができる。
次に、粉末層31をローラー25で厚さ方向に圧縮しながら、ローラー25をX軸方向に移動させる。これにより、粉末層31における積層造形用粉末1の充填率を高めることができる。なお、ローラー25による圧縮は、必要に応じて行えばよく、省略してもよい。また、ローラー25とは異なる手段、例えば押さえ板等により、粉末層31を圧縮するようにしてもよい。
1.3.バインダー溶液供給工程
バインダー溶液供給工程S104では、図5に示すように、液体供給部26により、粉末層31のうち、造形しようとする積層造形体6に対応する形成領域60にバインダー溶液4を供給する。バインダー溶液4は、バインダーと、溶媒または分散媒と、を含有する液体である。バインダー溶液4が供給された形成領域60では、積層造形用粉末1の粒子同士が結着し、図6に示す結着層41が得られる。結着層41では、積層造形用粉末1の粒子同士がバインダーによって結着され、自重によって壊れない程度の保形性を有している。
バインダー溶液供給工程S104では、図5に示すように、液体供給部26により、粉末層31のうち、造形しようとする積層造形体6に対応する形成領域60にバインダー溶液4を供給する。バインダー溶液4は、バインダーと、溶媒または分散媒と、を含有する液体である。バインダー溶液4が供給された形成領域60では、積層造形用粉末1の粒子同士が結着し、図6に示す結着層41が得られる。結着層41では、積層造形用粉末1の粒子同士がバインダーによって結着され、自重によって壊れない程度の保形性を有している。
なお、バインダー溶液4の供給と同時または供給後に、結着層41を加熱するようにしてもよい。これにより、バインダー溶液4に含まれる溶媒や分散媒の揮発を促進するとともに、バインダーの固化または硬化による粒子同士の結着を促進する。なお、バインダーが光硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂を含む場合には、加熱に代えて、または、加熱とともに光照射や紫外線照射を行うようにすればよい。
加熱する場合の加熱温度は、特に限定されないが、50℃以上250℃以下であるのが好ましく、70℃以上200℃以下であるのがより好ましい。これにより、バインダー溶液4によって結着しなかった積層造形用粉末1を再利用するとき、加熱によって積層造形用粉末1に変性が生じるのを抑制することができる。
バインダー溶液4は、積層造形用粉末1の粒子同士を結着可能な成分を有する液体であれば、特に限定されない。一例として、バインダー溶液4が含む溶媒または分散媒としては、例えば、水、アルコール類、ケトン類、カルボン酸エステル類等が挙げられ、これらのうちの少なくとも1種を含む混合液であってもよい。また、バインダー溶液4が含むバインダーとしては、例えば、脂肪酸、パラフィンワックス、マイクロワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル、ステアリン酸、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレングリコール(PEG)、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニル系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。
1.4.繰り返し工程
繰り返し工程S106では、結着層41を複数積層してなる積層体が、所定の形状になるまで、粉末層形成工程S102およびバインダー溶液供給工程S104を1回以上繰り返す。つまり、これらの工程を合計で2回以上行う。これにより、図10に示す、立体的な積層造形体6を得る。
繰り返し工程S106では、結着層41を複数積層してなる積層体が、所定の形状になるまで、粉末層形成工程S102およびバインダー溶液供給工程S104を1回以上繰り返す。つまり、これらの工程を合計で2回以上行う。これにより、図10に示す、立体的な積層造形体6を得る。
具体的には、まず、図6に示す結着層41の上に、図7に示すように、新たな粉末層31を形成する。次に、図8に示すように、新たに形成した粉末層31のうち、形成領域60にバインダー溶液4を供給する。これにより、図9に示す結着層41が得られる。これらの操作を繰り返すことにより、図10に示す積層造形体6が得られる。
なお、粉末層31のうち、結着層41を構成しなかった積層造形用粉末1は回収され、必要に応じて再利用に供される。
また、得られた積層造形体6には、必要に応じて仮焼結を行うようにしてもよい。これにより、積層造形体6に含まれるバインダーの少なくとも一部を除去し、金属粒子の存在比を高めることができる。その結果、積層造形体6を焼結して金属焼結体を得るとき、収縮率を下げることができるので、意図しない変形等を抑制することができる。
仮焼結の温度は、バインダーの少なくとも一部を揮発させ、かつ、金属粉末が焼結に至らない程度の温度であれば、特に限定されないが、100℃以上500℃以下であるのが好ましく、150℃以上300℃以下であるのがより好ましい。また、仮焼結の時間は、前記温度範囲で、5分以上であるのが好ましく、10分以上120分以下であるのがより好ましく、20分以上60分以下であるのがさらに好ましい。仮焼結の雰囲気は、例えば、大気雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。
1.5.金属焼結体の製造方法
積層造形体6に焼結処理を施すことにより、金属焼結体が得られる。焼結処理では、積層造形体6を加熱し、焼結反応を生じさせる。
積層造形体6に焼結処理を施すことにより、金属焼結体が得られる。焼結処理では、積層造形体6を加熱し、焼結反応を生じさせる。
焼結温度は、積層造形用粉末1の種類や粒径等によって異なるが、一例として、980℃以上1330℃以下であるのが好ましく、1050℃以上1260℃以下であるのがより好ましい。また、焼結時間は、0.2時間以上7時間以下であるのが好ましく、1時間以上6時間以下であるのがより好ましい。
焼結処理の雰囲気は、例えば、水素等の還元性雰囲気、窒素、アルゴンのような不活性雰囲気、またはこれらの雰囲気を減圧した減圧雰囲気等が挙げられる。減圧雰囲気の圧力は、常圧(100kPa)未満であれば、特に限定されないが、10kPa以下であるのが好ましく、1kPa以下であるのがより好ましい。
以上のようにして得られる金属焼結体は、例えば、自動車用部品、自転車用部品、鉄道車両用部品、船舶用部品、航空機用部品、宇宙輸送機用部品のような輸送機器用部品、パソコン用部品、携帯電話端末用部品、タブレット端末用部品、ウェアラブル端末用部品のような電子機器用部品、冷蔵庫、洗濯機、冷暖房機のような電気機器用部品、工作機械、半導体製造装置のような機械用部品、原子力発電所、火力発電所、水力発電所、製油所、化学コンビナートのようなプラント用部品、時計用部品、金属食器、宝飾品、眼鏡フレームのような装飾品の全体または一部を構成する材料として用いることができる。
2.積層造形用粉末
次に、実施形態に係る積層造形用粉末について説明する。
図11は、実施形態に係る積層造形用粉末を模式的に示す断面図である。
次に、実施形態に係る積層造形用粉末について説明する。
図11は、実施形態に係る積層造形用粉末を模式的に示す断面図である。
本実施形態に係る積層造形用粉末1は、前述したバインダージェッティング法のような各種の積層造形法に用いられる粉末である。
積層造形用粉末1は、図11に示すように、金属粉末を構成する金属粒子11と、金属粒子11の表面を覆う被膜12と、を含む表面被覆粒子13を複数有する。このような表面被覆粒子13を有する積層造形用粉末1は、高い流動性を有するため、均されたときの充填性が高い。
2.1.金属粒子
金属粒子11の構成材料は、特に限定されず、焼結性を有している材料であれば、いかなる材料であってもよい。一例としては、Fe、Ni、Co、Ti等の単体、またはこれらを主成分とする合金、金属間化合物等が挙げられる。
金属粒子11の構成材料は、特に限定されず、焼結性を有している材料であれば、いかなる材料であってもよい。一例としては、Fe、Ni、Co、Ti等の単体、またはこれらを主成分とする合金、金属間化合物等が挙げられる。
Fe系合金としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼のようなステンレス鋼、低炭素鋼、炭素鋼、耐熱鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼、Fe-Ni合金、Fe-Ni-Co合金等が挙げられる。
Ni系合金としては、例えば、Ni-Cr-Fe系合金、Ni-Cr-Mo系合金、Ni-Fe系合金等が挙げられる。
Co系合金としては、例えば、Co-Cr系合金、Co-Cr-Mo系合金、Co-Al-W系合金等が挙げられる。
Ti系合金としては、例えば、Tiと、Al、V、Nb、Zr、Ta、Mo等の金属元素との合金が挙げられ、具体的には、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-7Nb等が挙げられる。
2.2.被膜
被膜12は、疎水性官能基を持つカップリング剤を金属粒子11の表面に反応させることによって造膜されたものである。したがって、被膜12は、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含み、疎水性官能基に由来する性質を示す。
被膜12は、疎水性官能基を持つカップリング剤を金属粒子11の表面に反応させることによって造膜されたものである。したがって、被膜12は、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含み、疎水性官能基に由来する性質を示す。
疎水性官能基としては、例えば、環状構造含有基、フルオロアルキル基、フルオロアリール基、ニトロ基、アシル基、シアノ基等を含有するものが挙げられる。このいうち、疎水性官能基は、環状構造含有基、フルオロアルキル基またはフルオロアリール基であるのが好ましい。これらは、被膜12に対して特に高い耐熱性も付与する。これにより、高温を経た後でも、良好な流動性を維持し得る積層造形用粉末1を実現することができる。
環状構造含有基は、環状構造を持つ官能基である。環状構造含有基としては、例えば、芳香族炭化水素基、脂環式炭化水素基、環状エーテル基等が挙げられる。
芳香族炭化水素基は、芳香族炭化水素から水素を除いた残基であり、炭素数は、6以上20以下であるのが好ましい。芳香族炭化水素基としては、例えば、アリール基、アルキルアリール基、アミノアリール基、ハロゲン化アリール基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、インデニル基等が挙げられる。アルキルアリール基としては、例えば、ベンジル基、メチルベンジル基、フェネチル基、メチルフェネチル基、フェニルベンジル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素基は、脂環式炭化水素から水素を除いた残基であり、炭素数は、3以上20以下であるのが好ましい。脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロアルキル基、シクロアルキルアルキル基等が挙げられる。シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。シクロアルキルアルキル基としては、例えば、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基等が挙げられる。
環状エーテル基としては、例えば、エポキシ基、3,4-エポキシシクロヘキシル基、オキセタニル基等が挙げられる。
フルオロアルキル基は、1つ以上のフッ素原子で置換されている炭素数1以上16以下のアルキル基または炭素数3以上16以下のシクロアルキル基である。特にフルオロアルキル基は、パーフルオロアルキル基であるのが好ましい。
フルオロアリール基は、1つ以上のフッ素原子で置換されている炭素数6以上20以下のアリール基である。特にフルオロアリール基は、パーフルオロアリール基であるのが好ましい。
これらの疎水性官能基は、比較的良好な耐熱性を有している。したがって、これらの疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む被膜12は、高温環境下でも変性しにくい。このため、表面被覆粒子13は、高温環境下でも凝集しにくく、流動性が低下しにくい。その結果、再利用された場合でも、良好に積層可能で、寸法精度の高い積層造形体6を製造可能な積層造形用粉末1が得られる。
また、これらの疎水性官能基は、良好な疎水性も有している。したがって、これらの疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む被膜12は、積層造形用粉末1に対し、多湿環境下でも優れた流動性をもたらす。
被膜12の平均厚さは、特に限定されないが、100nm以下であるのが好ましく、0.5nm以上50nm以下であるのがより好ましく、1nm以上10nm以下であるのがさらに好ましい。これにより、被膜12を維持するのに必要な膜厚を確保することができる。なお、被膜12の平均厚さは、例えば、積層造形用粉末1の粒子断面を透過型電子顕微鏡で観察し、観察像から取得した被膜12の膜厚を5点以上で平均した値である。
また、被膜12は、前述した化合物の分子が複数層、例えば2層以上10層以下の層数で重なった多層膜であってもよいが、前述した化合物による単分子膜であるのが好ましい。単分子膜である被膜12では、その厚さを最小限に抑えることができる。
なお、単分子膜は、カップリング剤の自己組織化により形成された膜である。すなわち、カップリング剤によれば、金属粒子11の表面に親和性を有する分子が表面上に緻密に並ぶことで、分子1つ分の厚さの膜を効率よく形成することができる。
2.3.各種特性
本実施形態に係る積層造形用粉末1の平均粒径は、3.0μm以上30.0μm以下であり、好ましくは4.0μm以上15.0μm以下であり、より好ましくは5.0μm以上10.0μm以下である。積層造形用粉末1の平均粒径を前記範囲内に設定することにより、面粗度が良好で、寸法精度が高い金属焼結体を製造可能な積層造形体6が得られる。なお、積層造形用粉末1の平均粒径は、例えばレーザー回折法により体積基準での粒度分布を測定し、得られる積算分布曲線から求められる。具体的には、積算分布曲線において、小径側からの累積値が50%であるときの粒子径D50を平均粒径とする。測定装置としては、例えば、日機装株式会社製マイクロトラック、HRA9320-X100が挙げられる。
本実施形態に係る積層造形用粉末1の平均粒径は、3.0μm以上30.0μm以下であり、好ましくは4.0μm以上15.0μm以下であり、より好ましくは5.0μm以上10.0μm以下である。積層造形用粉末1の平均粒径を前記範囲内に設定することにより、面粗度が良好で、寸法精度が高い金属焼結体を製造可能な積層造形体6が得られる。なお、積層造形用粉末1の平均粒径は、例えばレーザー回折法により体積基準での粒度分布を測定し、得られる積算分布曲線から求められる。具体的には、積算分布曲線において、小径側からの累積値が50%であるときの粒子径D50を平均粒径とする。測定装置としては、例えば、日機装株式会社製マイクロトラック、HRA9320-X100が挙げられる。
また、本実施形態に係る積層造形用粉末1は、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理に供された後、層状に敷き詰められた状態で測定される水の接触角が80°以上150°以下である。
このような水の接触角を示す積層造形用粉末1は、平均粒径が小さいにもかかわらず、高温環境下や多湿環境下でも吸湿しにくく、凝集しにくいため、流動性が高い粉末である。したがって、かかる積層造形用粉末1は、再利用に供された場合や高温環境下および多湿環境下に曝された場合でも、充填性に優れるため、積層造形体6の機械的強度や寸法精度の向上に寄与する。これにより、機械的強度および寸法精度に優れる金属焼結体を製造可能な積層造形体6が得られる。
また、水の接触角が前記範囲内にある積層造形用粉末1は、バインダー溶液4との親和性に優れる。このため、積層造形用粉末1を敷いて粉末層31を形成した後、バインダー溶液4を供給したとき、粉末層31の形成領域60にバインダー溶液4が浸透しやすくなる。これにより、形成領域60にバインダー溶液4を均一に浸透させることができるので、寸法精度の高い積層造形体6を製造することができる。
積層造形用粉末1における水の接触角の測定は、以下の手順で行える。まず、積層造形用粉末1に対し、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理を施す。次に、両面テープを平坦面上に貼り付ける。次に、両面テープ上に加熱処理を経た積層造形用粉末1を敷き詰める。そして、板状の部材により、敷き詰められた積層造形用粉末1を軽く押さえつける。次に、余分な積層造形用粉末1をエアーブロワーで吹き飛ばす。これにより、接触角測定用の試験体が得られる。
次に、協和界面科学株式会社製、接触角測定装置、DropMaster500により、試験体についての水の接触角をθ/2法により測定する。測定条件は、気温25℃、相対湿度50%±5%とする。また、水の滴下量を3μLとし、着滴後5秒後に測定する。
層状に敷き詰められた積層造形用粉末1について測定された水の接触角は、前述したように80°以上150°以下とされるが、好ましくは95°以上145°以下とされ、より好ましくは110°以上140°以下とされる。なお、水の接触角は、前記上限値を上回ってもよいが、その場合、疎水性が大きすぎるため、バインダー溶液4の組成によっては、バインダー溶液4の浸透性が低下するおそれがある。そうすると、積層造形体6の均質性が低下するおそれがある。
また、積層造形用粉末1について、レーザー回折法により体積基準の粒度分布を測定して積算分布曲線を得たとき、得られた積算分布曲線において小径側からの累積値が10%であるときの粒子径をD10とし、小径側からの累積値が90%であるときの粒子径をD90とする。このとき、積層造形用粉末1の(D90-D10)/D50は、1.0以上2.7以下程度であるのが好ましく、1.2以上2.4以下程度であるのがより好ましい。(D90-D10)/D50は粒度分布の広がりの程度を示す指標であるが、この指標が前記範囲内であることにより、積層造形用粉末1の充填性が特に良好になる。
また、本実施形態に係る積層造形用粉末1は、大気中において200℃で24時間加熱されたとき、加熱前からのかさ密度の低下率が2.5%以下であるのが好ましく、2.0%以下であるのがより好ましく、1.0%以下であるのがさらに好ましい。これにより、前述した積層造形法において結着されなかった積層造形用粉末1が再利用されるとき、加熱による変性が十分に抑制される。その結果、再利用した積層造形用粉末1と、新たに追加された積層造形用粉末1と、を混合した場合でも、両者の流動性の差を抑えることができる。したがって、かさ密度の低下率が前記範囲内である積層造形用粉末1は、再利用に適したものとなる。このような効果は、前述した疎水性官能基により、被膜12に良好な耐熱性が付与された結果である。
なお、積層造形用粉末1のかさ密度は、JIS Z 2504:2012に規定の金属粉の見掛密度測定方法により測定される。そして、加熱前からの低下率とは、加熱前に測定したかさ密度から、加熱後に測定したかさ密度の低下幅を測定し、その低下幅を加熱前のかさ密度で除したときの商として求められる。したがって、加熱後にかさ密度が上昇した場合には、低下率はゼロである。
同様に、本実施形態に係る積層造形用粉末1は、大気中において200℃で24時間加熱されたとき、加熱前からのタップ密度の低下率が10.0%以下であるのが好ましく、5.0%以下であるのがより好ましく、2.5%以下であるのがさらに好ましい。これにより、前述した積層造形法において結着されなかった積層造形用粉末1が再利用されるとき、加熱による変性が十分に抑制される。その結果、再利用された積層造形用粉末1と、新たに追加された積層造形用粉末1と、を混合した場合でも、両者の流動性の差を抑えることができる。したがって、タップ密度の低下率が前記範囲内である積層造形用粉末1は、再利用に特に適したものとなる。
なお、積層造形用粉末1のタップ密度は、ホソカワミクロン株式会社製、粉体特性評価装置、パウダテスタ(登録商標)PT-Xにより測定される。そして、加熱前からの低下率とは、加熱前に測定したタップ密度から、加熱後に測定したタップ密度の低下幅を測定し、その低下幅を加熱前のタップ密度で除したときの商として求められる。したがって、加熱後にタップ密度が上昇した場合には、低下率はゼロである。
また、本実施形態に係る積層造形用粉末1は、カールフィッシャー法で測定された水分量が、質量比で150ppm以下であることが好ましく、10ppm以上120ppm以下であることがより好ましく、30ppm以上100ppm以下であることがさらに好ましい。積層造形用粉末1の水分量が前記範囲内であることにより、積層造形用粉末1は、特に凝集しにくいものとなる。このため、積層造形用粉末1の流動性および充填性を特に高めることができる。また、水分による金属粒子11の発錆を抑制することもできるので、機械的強度および外観に優れる金属焼結体が得られる。
なお、カールフィッシャー法による水分量の測定には、例えば、日東精工アナリテック株式会社製、水分測定装置CA-310等が用いられる。
また、本実施形態に係る積層造形用粉末1は、水溶性樹脂をバインダーとして積層造形されたとき、得られる積層造形体の曲げ応力が、15N/cm2(0.15MPa)以上であることが好ましく、20N/cm2(0.20MPa)以上であることがより好ましい。このような積層造形用粉末1は、曲げ応力が十分に高い積層造形体を製造可能である。これにより、積層造形体を焼結して得られる金属焼結体の機械的強度を高めることができる。また、金属焼結体の機械的強度が十分に高く、それ以上の向上が必要ない場合には、造形時のバインダー使用量を減らすことができる。これにより、脱脂、焼結における積層造形体の収縮量を減らすことができる。その結果、積層造形体を焼結して得られる金属焼結体の寸法精度を高めることができる。
2.4.実施形態が奏する効果
以上のように、本実施形態に係る積層造形用粉末1は、金属粉末の粒子(金属粒子11)と、金属粒子11の表面に設けられた被膜12と、を備える。被膜12は、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む。
以上のように、本実施形態に係る積層造形用粉末1は、金属粉末の粒子(金属粒子11)と、金属粒子11の表面に設けられた被膜12と、を備える。被膜12は、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む。
積層造形用粉末1の平均粒径は、3.0μm以上30.0μm以下である。また、積層造形用粉末1が大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理に供された後、層状に敷き詰められた状態で、θ/2法により25℃で測定された水の接触角が、80°以上150°以下である。
このような積層造形用粉末1は、平均粒径が小さいにもかかわらず、高温環境下や多湿環境下でも吸湿しにくく、凝集しにくいため、流動性が高い。したがって、かかる積層造形用粉末1は、再利用に供された場合や高温環境下および多湿環境下に曝された場合でも、充填性に優れるため、積層造形体6の機械的強度や寸法精度の向上に寄与する。また、水の接触角が前記範囲内にある積層造形用粉末1は、バインダー溶液4との親和性に優れる。このため、粉末層31の形成領域60にバインダー溶液4が浸透しやすくなり、寸法精度の高い積層造形体6を製造することができる。そして、このような積層造形体6によれば、機械的強度および寸法精度に優れる金属焼結体を製造することができる。
また、前述したように、疎水性官能基は、環状構造含有基、フルオロアルキル基またはフルオロアリール基であることが好ましい。これらの疎水性官能基は、被膜12に対して疎水性だけでなく、耐熱性も付与する。これにより、高温を経た後でも、良好な流動性を維持し得る積層造形用粉末1を実現することができる。
また、前述したように、積層造形用粉末1は、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱されたとき、かさ密度の低下率が加熱前の2.5%以下であるのが好ましい。これにより、積層造形法において結着されなかった積層造形用粉末1が再利用されるとき、加熱による変性が十分に抑制される。その結果、再利用した積層造形用粉末1と、新たに追加された積層造形用粉末1と、を混合した場合でも、両者の流動性の差を抑えることができる。
また、前述したように、被膜12は、前述した化合物による単分子膜であるのが好ましい。単分子膜である被膜12では、その厚さを最小限に抑えることができる。
また、前述したように、積層造形用粉末1では、カールフィッシャー法で測定された水分量が、質量比で150ppm以下であるのが好ましい。これにより、積層造形用粉末1は、特に凝集しにくいものとなる。このため、積層造形用粉末1の流動性および充填性を特に高めることができる。
また、前述したように、積層造形用粉末1は、水溶性樹脂をバインダーとして積層造形されたとき、得られる積層造形体の曲げ応力が、15N/cm2(0.15MPa)以上であることが好ましい。これにより、曲げ応力が十分に高い積層造形体を製造したり、造形時のバインダー使用量を減らしたりすることができる。
また、前述したように、実施形態に係る積層造形体6は、積層造形用粉末1と、積層造形用粉末1の粒子同士を結着するバインダーと、を有する。このような積層造形体6は、積層造形用粉末1の高い流動性および充填性の恩恵を受けることにより、高い寸法精度および高い機械的強度を有するものとなる。このため、かかる積層造形体6を焼結することにより、寸法精度および機械的強度が高い金属焼結体を得ることができる。
3.積層造形用粉末の製造方法
次に、積層造形用粉末の製造方法について説明する。
図12は、積層造形用粉末の製造方法を説明するための工程図である。
次に、積層造形用粉末の製造方法について説明する。
図12は、積層造形用粉末の製造方法を説明するための工程図である。
図12に示す積層造形用粉末の製造方法は、準備工程S202と、カップリング剤反応工程S204と、加熱工程S206と、を有する。
3.1.準備工程
準備工程S202では、金属粒子11を含む金属粉末を用意する。金属粒子11は、いかなる方法で製造されたものであってもよいが、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法で製造された粉末であるのが好ましく、水アトマイズ法または回転水流アトマイズ法で製造された粉末であるのが好ましい。これらの方法で製造された金属粒子11では、その表面が水に由来した水酸基で覆われやすい。このため、被膜12の密着性を高めることができ、被膜12が薄くても表面被覆粒子13の流動性を十分に高めることができる。その結果、被膜12に比べて金属粒子11の占有率が高く、焼結時の収縮率が小さい積層造形体6を実現することができる。
準備工程S202では、金属粒子11を含む金属粉末を用意する。金属粒子11は、いかなる方法で製造されたものであってもよいが、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法で製造された粉末であるのが好ましく、水アトマイズ法または回転水流アトマイズ法で製造された粉末であるのが好ましい。これらの方法で製造された金属粒子11では、その表面が水に由来した水酸基で覆われやすい。このため、被膜12の密着性を高めることができ、被膜12が薄くても表面被覆粒子13の流動性を十分に高めることができる。その結果、被膜12に比べて金属粒子11の占有率が高く、焼結時の収縮率が小さい積層造形体6を実現することができる。
3.2.カップリング剤反応工程
カップリング剤反応工程S204では、疎水性官能基を持つカップリング剤を金属粉末に反応させる。これにより、金属粒子11の表面にカップリング剤を付着させる。
カップリング剤反応工程S204では、疎水性官能基を持つカップリング剤を金属粉末に反応させる。これにより、金属粒子11の表面にカップリング剤を付着させる。
この操作としては、例えば、以下の3つの操作が挙げられる。
第1の操作としては、金属粒子11とカップリング剤の双方をチャンバー内に投入した後、チャンバー内を加熱する操作が挙げられる。
第2の操作としては、金属粒子11をチャンバー内に投入した後、金属粒子11を攪拌しながらチャンバー内にカップリング剤を噴霧する操作が挙げられる。
第3の操作としては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の第1級アルコールに、水、カップリング剤、アンモニアや水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液を入れて攪拌し、ろ過後乾燥させる操作が挙げられる。
カップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカップリング剤等が挙げられる。
次の化学式は、シランカップリング剤の分子構造の一例である。
次の化学式は、シランカップリング剤の分子構造の一例である。
上式のXは官能基、Yはスペーサー、ORは加水分解性基である。なお、Rは、例えばメチル基、エチル基等である。
スペーサーとしては、例えば、アルキレン基、アリーレン基、アラルキレン基、アルキレンエーテル基等が挙げられる。
加水分解性基は、例えばアルコキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、アセトキシ基、イソシアネート基等であり、このうち、アルコキシ基の場合、加水分解によってシラノールが生じる。このシラノールと金属粒子11の表面に生じた水酸基とが反応し、カップリング剤が金属粒子11の表面に付着する。
このような加水分解性基は、カップリング剤に少なくとも1つ含まれていればよいが、2つ以上含まれているのが好ましく、上式のように3つの加水分解性基が含まれているのがより好ましい。例えば加水分解性基がアルコキシ基であるカップリング剤は、ジアルコキシ基を含有するのが好ましく、トリアルコキシ基を含有するのがより好ましい。トリアルコキシ基を含有するカップリング剤(3つの加水分解性基を含有するカップリング剤)は、金属粒子11の表面に生じた3つの水酸基と反応する。このため、カップリング剤に由来する被膜12は、金属粒子11に対して良好な密着性を有する。また、トリアルコキシ基を含有するカップリング剤は、造膜性にも優れるため、連続性に優れた被膜12を得ることができる。このような被膜12は、積層造形用粉末1の流動性をより高めるのに寄与する。
また、トリアルコキシ基を含有するカップリング剤では、被膜12を形成後、疎水性官能基が熱分解しても、残部によって金属粒子11の表面を覆い続けることができる。具体的には、疎水性官能基が熱分解すると、その代わりに、Si原子に対して結合した水酸基が生じる。この水酸基は、金属粒子11の表面に当初生じていた水酸基よりも数が少ない。
図13は、トリアルコキシ基を含有するカップリング剤CAが加水分解後、金属粒子11の表面に生じた水酸基と反応する前の状態、カップリング剤CAが反応した直後の状態、および、被膜12が含有する疎水性官能基が熱分解した後の状態を模式的に示す表である。
トリアルコキシ基を含有するカップリング剤CAは、図13に示すように、金属粒子11の表面に生じた3つの水酸基に対してトリアルコキシ基が反応し、水素結合により付着する。その後、後述する加熱工程S206では、加熱により脱水縮合反応が生じ、共有結合が生じて、被膜12が得られる。また、加熱により疎水性官能基が熱分解した場合、疎水性官能基の後に水酸基が生じる。その結果、金属粒子11の表面に当初生じていた水酸基よりも、被膜12に生じる水酸基の数を減らすことができる。したがって、被膜12が形成されることにより、疎水性官能基が熱分解したとしても耐湿性(疎水性)を維持することができる。
カップリング剤が持つ疎水性官能基としては、前述したように、環状構造含有基、フルオロアルキル基、フルオロアリール基が挙げられる。
このうち、環状構造含有基を持つカップリング剤としては、前述したように、芳香族炭化水素基を持つカップリング剤、環状エーテル基を持つカップリング剤等が挙げられる。
芳香族炭化水素基を持つカップリング剤としては、例えば、
下記式(A-1)で表されるフェニルトリメトキシシラン、
下記式(A-1)で表されるフェニルトリメトキシシラン、
下記式(A-2)で表されるフェニルトリエトキシシラン、
下記式(A-3)で表されるジメトキシジフェニルシラン、
下記式(A-4)で表される2,2-ジメトキシ-1-フェニル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、
下記式(A-11)で表される3-フェノキシプロピルトリクロロシラン、
下記式(A-12)で表されるフェニルトリアセトキシシラン、
下記式(A-13)で表されるトリエトキシ(p-トリル)シラン、
下記式(A-14)で表されるp-アミノフェニルトリメトキシシラン、
下記式(A-15)で表されるm-アミノフェニルトリメトキシシラン、
下記式(A-16)で表される((クロロメチル)フェニルエチル)トリメトキシシラン、
等が挙げられる。
環状エーテル基を持つカップリング剤としては、例えば、
下記式(A-5)で表される3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、
下記式(A-5)で表される3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、
下記式(A-6)で表される3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
下記式(A-7)で表される3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、
下記式(A-8)で表される3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、
等が挙げられる。
フルオロアルキル基を持つカップリング剤としては、例えば、
下記式(B-1)で表されるトリメトキシ(3,3,3-トリフルオロプロピル)シラン、
下記式(B-1)で表されるトリメトキシ(3,3,3-トリフルオロプロピル)シラン、
下記式(B-2)で表されるトリメトキシ(1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロ-n-オクチル)シラン、
下記式(B-3)で表されるトリメトキシ(1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキシル)シラン、
等が挙げられる。
フルオロアリール基を持つカップリング剤としては、例えば、
下記式(C-1)で表されるトリメトキシ(11-ペンタフルオロフェノキシウンデシル)シラン、
下記式(C-1)で表されるトリメトキシ(11-ペンタフルオロフェノキシウンデシル)シラン、
下記式(C-2)で表されるペンタフルオロフェニルジメチルクロロシラン、
等が挙げられる。
カップリング剤の投入量は、特に限定されないが、金属粒子11に対して0.01質量%以上1.00質量%以下であるのが好ましく、0.05質量%以上0.50質量%以下であるのがより好ましい。
また、カップリング剤は、チャンバー内に静置、チャンバー内に噴霧といった方法で供給される。
3.3.加熱工程
加熱工程S206では、カップリング剤が付着した金属粒子11を加熱する。これにより、金属粒子11の表面に被膜12が形成され、積層造形用粉末1が得られる。また、加熱により、未反応のカップリング剤を除去することができる。
加熱工程S206では、カップリング剤が付着した金属粒子11を加熱する。これにより、金属粒子11の表面に被膜12が形成され、積層造形用粉末1が得られる。また、加熱により、未反応のカップリング剤を除去することができる。
カップリング剤が付着した金属粒子11の加熱温度は、特に限定されないが、50℃以上300℃以下であるのが好ましく、100℃以上250℃以下であるのがより好ましい。加熱時間は、10分以上24時間以下であるのが好ましく、30分以上10時間以下であるのがより好ましい。加熱処理の雰囲気としては、例えば、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気等が挙げられる。
以上、本発明の積層造形用粉末および積層造形体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば本発明の積層造形用粉末および積層造形体は、前記実施形態に任意の成分が付加されたものであってもよい。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
4.積層造形用粉末の製造
4.1.実施例1
まず、水アトマイズ法により製造された析出硬化系ステンレス鋼17-4PHの粉末を用意した。そして、用意した金属粉末100gに前処理を施した。次に、カップリング剤と水とを混合した溶液を作製した後、200℃に加熱した金属粉末にこの溶液をスプレー塗布にて吹きかけた。その後、溶液を吹きかけた金属粉末をそのまま乾燥させた。なお、カップリング剤の使用量は、金属粉末の0.1質量%とした。以上のようにして積層造形用粉末を得た。
4.積層造形用粉末の製造
4.1.実施例1
まず、水アトマイズ法により製造された析出硬化系ステンレス鋼17-4PHの粉末を用意した。そして、用意した金属粉末100gに前処理を施した。次に、カップリング剤と水とを混合した溶液を作製した後、200℃に加熱した金属粉末にこの溶液をスプレー塗布にて吹きかけた。その後、溶液を吹きかけた金属粉末をそのまま乾燥させた。なお、カップリング剤の使用量は、金属粉末の0.1質量%とした。以上のようにして積層造形用粉末を得た。
その後、得られた積層造形用粉末を、層状に敷き詰め、試験体を作製した後、この試験体について水の接触角を測定した。そして、測定した値を、以下の分類基準に基づいて、A~Dのいずれかに分類した。
A:接触角が110°以上である
B:接触角が95°以上110°未満である
C:接触角が80°以上95°未満である
D:接触角が80°未満である
B:接触角が95°以上110°未満である
C:接触角が80°以上95°未満である
D:接触角が80°未満である
分類結果を「加熱処理前の水の接触角」として表1に示す。なお、水には純水を使用し、測定温度は25℃とした。
次に、積層造形用粉末に対し、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理を施した。次に、加熱処理を経た積層造形用粉末を、層状に敷き詰め、試験体を作製した後、この試験体について再び水の接触角を測定した。そして、測定した値を、上記の分類基準に基づいて、A~Dのいずれかに分類した。分類結果を「加熱処理後の水の接触角」として表1に示す。
また、得られた積層造形用粉末について、水分量を測定した。さらに、得られた積層造形用粉末について、粒子径D10、D50、D90を求めた。粒子径D50は、7μmであった。そして、(D90-D10)/D50を算出した。測定した水分量および算出した(D90-D10)/D50をそれぞれ表1に示す。
4.2.実施例2~6
積層造形用粉末の製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして積層造形用粉末を得た。使用した金属粉末の粒子径D50は、3~15μmであった。
積層造形用粉末の製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして積層造形用粉末を得た。使用した金属粉末の粒子径D50は、3~15μmであった。
4.3.比較例1~7
積層造形用粉末の製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして積層造形用粉末を得た。使用した金属粉末の粒子径D50は、3~15μmであった。なお、表1に示す化学式の記号は、以下の化合物に対応している。
積層造形用粉末の製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして積層造形用粉末を得た。使用した金属粉末の粒子径D50は、3~15μmであった。なお、表1に示す化学式の記号は、以下の化合物に対応している。
D-1:メチルトリメトキシシラン
D-2:プロピルトリメトキシシラン
D-3:デシルトリメトキシシラン
D-4:オクタデシルトリメトキシシラン
D-5:ビニルトリメトキシシラン
D-6:アミノトリメトキシシラン
D-2:プロピルトリメトキシシラン
D-3:デシルトリメトキシシラン
D-4:オクタデシルトリメトキシシラン
D-5:ビニルトリメトキシシラン
D-6:アミノトリメトキシシラン
5.積層造形用粉末および積層造形体の評価
5.1.充填性
各実施例および各比較例の粉末50gを、50mLのスクリュー管瓶に入れた。そして、スクリュー管瓶を立てた状態で、底面からの粉末上面までの高さを測定し、これにより充填性を評価した。なお、この充填性の評価は、以下の評価基準に照らして行った。
5.1.充填性
各実施例および各比較例の粉末50gを、50mLのスクリュー管瓶に入れた。そして、スクリュー管瓶を立てた状態で、底面からの粉末上面までの高さを測定し、これにより充填性を評価した。なお、この充填性の評価は、以下の評価基準に照らして行った。
A:高さが25mm以下である
B:高さが25mm超30mm以下である
C:高さが30mm超である
B:高さが25mm超30mm以下である
C:高さが30mm超である
次に、各実施例および各比較例の粉末に対し、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理を施した。そして、加熱処理後の粉末について、再び充填性を評価した。評価結果を表2に示す。
5.2.タッピング性
各実施例および各比較例の粉末50gを、50mLのスクリュー管瓶に入れた。そして、スクリュー管瓶を机に10回叩き付けた。その後、スクリュー管瓶を立てた状態で、底面から粉末上面までの高さを測定し、これによりタッピング性を評価した。なお、このタッピング性の評価は、以下の評価基準に照らして行った。
各実施例および各比較例の粉末50gを、50mLのスクリュー管瓶に入れた。そして、スクリュー管瓶を机に10回叩き付けた。その後、スクリュー管瓶を立てた状態で、底面から粉末上面までの高さを測定し、これによりタッピング性を評価した。なお、このタッピング性の評価は、以下の評価基準に照らして行った。
A:高さが19mm以下である
B:高さが19mm超25mm以下である
C:高さが25mm超である
評価結果を表2に示す。
B:高さが19mm超25mm以下である
C:高さが25mm超である
評価結果を表2に示す。
5.3.凝集性
各実施例および各比較例の粉末50gを、50mLのスクリュー管瓶に入れた。そして、スクリュー管瓶の底面の中心を通過する軸まわりに、スクリュー管瓶を10回回転させた。その後、スクリュー管瓶の外から粉末の凝集状態を観察し、これにより凝集性を評価した。なお、この凝集性の評価は、以下の評価基準に照らして行った。
各実施例および各比較例の粉末50gを、50mLのスクリュー管瓶に入れた。そして、スクリュー管瓶の底面の中心を通過する軸まわりに、スクリュー管瓶を10回回転させた。その後、スクリュー管瓶の外から粉末の凝集状態を観察し、これにより凝集性を評価した。なお、この凝集性の評価は、以下の評価基準に照らして行った。
A:凝集あり
C:凝集なし
C:凝集なし
次に、各実施例および各比較例の粉末に対し、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理を施した。そして、加熱処理後の粉末について、再び凝集性を評価した。以上の評価結果を表2に示す。
5.4.加熱処理に伴うかさ密度およびタップ密度の変化
各実施例および各比較例の粉末について、JIS Z 2504:2012に規定の金属粉の見掛密度測定方法により、かさ密度を測定した。次に、各実施例および各比較例の粉末に対し、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理を施した。次に、加熱処理後の粉末について、かさ密度およびタップ密度を再び測定した。そして、測定値を前述した評価基準に照らして評価した。評価結果を表2に示す。なお、以下の評価基準における低下率とは、加熱処理前後でのかさ密度またはタップ密度の変化幅を、加熱処理前のかさ密度またはタップ密度で除して求めた値である。
各実施例および各比較例の粉末について、JIS Z 2504:2012に規定の金属粉の見掛密度測定方法により、かさ密度を測定した。次に、各実施例および各比較例の粉末に対し、大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理を施した。次に、加熱処理後の粉末について、かさ密度およびタップ密度を再び測定した。そして、測定値を前述した評価基準に照らして評価した。評価結果を表2に示す。なお、以下の評価基準における低下率とは、加熱処理前後でのかさ密度またはタップ密度の変化幅を、加熱処理前のかさ密度またはタップ密度で除して求めた値である。
<加熱処理に伴うかさ密度の変化の評価基準>
A:加熱処理による低下率が1.0%以下である
B:加熱処理による低下率が1.0%超2.5%以下である
C:加熱処理による低下率が2.5%超である
A:加熱処理による低下率が1.0%以下である
B:加熱処理による低下率が1.0%超2.5%以下である
C:加熱処理による低下率が2.5%超である
<加熱処理に伴うタップ密度の変化の評価基準>
A:加熱処理による低下率が2.5%以下である
B:加熱処理による低下率が2.5%超5.0%以下である
C:加熱処理による低下率が5.0%超である
A:加熱処理による低下率が2.5%以下である
B:加熱処理による低下率が2.5%超5.0%以下である
C:加熱処理による低下率が5.0%超である
5.5.積層造形体の曲げ応力
各実施例および各比較例の粉末を用い、バインダージェット法により、直方体形状をなす積層造形体を作製した。作製した積層造形体のサイズは、長さ40mm、幅20mm、厚さ6.6mmであった。バインダー溶液には、ポリビニルアルコール水溶液を用いた。
各実施例および各比較例の粉末を用い、バインダージェット法により、直方体形状をなす積層造形体を作製した。作製した積層造形体のサイズは、長さ40mm、幅20mm、厚さ6.6mmであった。バインダー溶液には、ポリビニルアルコール水溶液を用いた。
次に、作製した積層造形体について、3点曲げ試験治具を用い、曲げ荷重を測定した。そして、下記式により、積層造形体の曲げ応力σを算出した。
なお、上式において、Fは曲げ荷重、Lは3点曲げ試験治具の支点間距離、bは積層造形体の幅、hは積層造形体の厚さである。
また、積層造形体の作製にあたっては、バインダー使用量を金属粉末の70質量%および100質量%に変更した積層造形体を作製し、それぞれの積層造形体について曲げ応力σを算出した。算出結果を表2に示す。
5.6.積層造形体の寸法精度
各実施例および各比較例の粉末を用い、バインダージェット法により、直方体形状をなす積層造形体を作製した。次に、積層造形体の寸法を測定した。そして、寸法の狙い値からのずれ幅を算出し、狙い値に対するずれ幅の比率を寸法精度とした。なお、積層造形体の作製にあたっては、バインダー使用量を金属粉末の70質量%、85質量%および100質量%に変更した積層造形体を作製し、それぞれの積層造形体について寸法精度を算出した。算出結果を表2に示す。なお、寸法精度においてマイナスの値は、狙い値よりも寸法が小さかったことを表し、プラスの値は、狙い値よりも寸法が大きかったことを表す。
各実施例および各比較例の粉末を用い、バインダージェット法により、直方体形状をなす積層造形体を作製した。次に、積層造形体の寸法を測定した。そして、寸法の狙い値からのずれ幅を算出し、狙い値に対するずれ幅の比率を寸法精度とした。なお、積層造形体の作製にあたっては、バインダー使用量を金属粉末の70質量%、85質量%および100質量%に変更した積層造形体を作製し、それぞれの積層造形体について寸法精度を算出した。算出結果を表2に示す。なお、寸法精度においてマイナスの値は、狙い値よりも寸法が小さかったことを表し、プラスの値は、狙い値よりも寸法が大きかったことを表す。
表2に示すように、各実施例の積層造形用粉末は、各比較例の積層造形用粉末に比べて、タッピング性が良好であるとともに、加熱処理の前後に関わらず、充填性および凝集性も良好であった。また、各実施例の積層造形用粉末は、加熱処理の前後で、かさ密度およびタップ密度の変化率が小さく抑えられていた。
以上のことから、本発明に係る積層造形用粉末は、層状に均されたときの充填性を高められると推測される。そして、このような効果が得られる理由として、各実施例の積層造形用粉末では、加熱処理後であっても、水の接触角が所定の範囲内にあり、良好な疎水性を維持していることが挙げられる。
また、各実施例の積層造形用粉末を用いることで、曲げ応力が大きく、かつ、寸法精度が高い積層造形体を作製可能であることがわかった。特に、各実施例の積層造形用粉末では、各比較例の積層造形用粉末に比べて、バインダー使用量を少なくしても、曲げ応力や寸法精度の低下が少なかった。
ここで、表2に示す曲げ応力の測定結果のうち、実施例1の粉末を用いて作製した積層造形体の曲げ応力と、比較例1の粉末を用いて作製した積層造形体の曲げ応力と、の比較結果をグラフにして図14に示す。
図14に示すように、実施例1の積層造形用粉末を用いて作製した積層造形体の曲げ応力は、バインダー使用量が70%に減らされても、比較例1の積層造形用粉末を用いて作製した積層造形体の曲げ応力を上回っていた。したがって、各実施例の積層造形用粉末では、積層造形体の曲げ応力を維持しながら、バインダーの使用量を減らすことが可能であるといえる。
また、各実施例の積層造形用粉末は、水分量が少なく抑えられていた。さらに、各実施例の積層造形用粉末は、粒度分布の広がりの程度を表す(D90-D10)/D50の値が小さく抑えられていた。これらの特性も、積層造形体の良好な機械的強度および寸法精度に寄与していると推測される。
また、前述した加熱処理の時間を変化させたとき、粉末のかさ密度の変化を測定した。測定結果を図15に示す。図15は、横軸に加熱処理の時間(加熱時間)、縦軸にかさ密度をとったとき、実施例1の粉末および比較例1の粉末の各かさ密度と、加熱時間と、の関係を示すグラフである。
図15に示すように、実施例1の粉末では、加熱処理の処理時間が長くなっても、かさ密度の低下が抑えられており、むしろ、かさ密度が上昇している。このため、実施例1の粉末では、高温環境下に置かれた粉末を繰り返し再利用したとしても、流動性が低下しにくいことがわかる。一方、比較例1の粉末では、加熱時間に応じてかさ密度が低下していることから、高温環境下に置かれると、流動性が低下しやすいことがわかる。また、他の実施例の粉末および他の比較例の粉末も、このような実施例1の粉末および比較例1の粉末と同様の傾向を示した。
このことから、本発明の積層造形用粉末は、高温環境下に置かれても、良好な流動性および充填性を維持し、再利用に適していると認められる。
1…積層造形用粉末、2…積層造形装置、4…バインダー溶液、6…積層造形体、11…金属粒子、12…被膜、13…表面被覆粒子、21…装置本体、22…粉末供給エレベーター、23…造形ステージ、24…コーター、25…ローター、26…液体供給部、31…粉末層、41…結着層、60…形成領域、211…粉末貯留部、212…造形部、CA…カップリング剤、S102…粉末層形成工程、S104…バインダー溶液供給工程、S106…繰り返し工程、S202…準備工程、S204…カップリング剤反応工程、S206…加熱工程
Claims (7)
- 金属粉末と、
前記金属粉末の粒子表面に設けられ、疎水性官能基を持つカップリング剤に由来する化合物を含む被膜と、
を備え、
平均粒径が3.0μm以上30.0μm以下であり、
大気雰囲気下、200℃で24時間加熱する加熱処理に供された後、層状に敷き詰められた状態で、θ/2法により25℃で測定された水の接触角が、80°以上150°以下であることを特徴とする積層造形用粉末。 - 前記疎水性官能基は、環状構造含有基、フルオロアルキル基またはフルオロアリール基である請求項1に記載の積層造形用粉末。
- 大気雰囲気下、200℃で24時間加熱されたとき、かさ密度の低下率が加熱前の2.5%以下である請求項1または2に記載の積層造形用粉末。
- 前記被膜は、前記化合物による単分子膜である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の積層造形用粉末。
- カールフィッシャー法で測定された水分量が、質量比で150ppm以下である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の積層造形用粉末。
- 水溶性樹脂をバインダーとして積層造形されたとき、得られる積層造形体の曲げ応力が、15N/cm2(0.15MPa)以上である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の積層造形用粉末。
- 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の積層造形用粉末と、
前記積層造形用粉末の粒子同士を結着するバインダーと、
を有することを特徴とする積層造形体。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022046496A JP2023140593A (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 積層造形用粉末および積層造形体 |
CN202310278009.8A CN116803570A (zh) | 2022-03-23 | 2023-03-20 | 层叠造型用粉末以及层叠造型体 |
US18/188,189 US20230302533A1 (en) | 2022-03-23 | 2023-03-22 | Additive Manufacturing Powder And Additively Manufactured Body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022046496A JP2023140593A (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 積層造形用粉末および積層造形体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023140593A true JP2023140593A (ja) | 2023-10-05 |
Family
ID=88078864
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022046496A Pending JP2023140593A (ja) | 2022-03-23 | 2022-03-23 | 積層造形用粉末および積層造形体 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20230302533A1 (ja) |
JP (1) | JP2023140593A (ja) |
CN (1) | CN116803570A (ja) |
-
2022
- 2022-03-23 JP JP2022046496A patent/JP2023140593A/ja active Pending
-
2023
- 2023-03-20 CN CN202310278009.8A patent/CN116803570A/zh active Pending
- 2023-03-22 US US18/188,189 patent/US20230302533A1/en active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116803570A (zh) | 2023-09-26 |
US20230302533A1 (en) | 2023-09-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4706411B2 (ja) | 軟磁性材料、圧粉磁心、軟磁性材料の製造方法、および圧粉磁心の製造方法 | |
JP6519274B2 (ja) | 立体造形用粉末材料、立体造形材料セット、立体造形物製造装置、及び立体造形物の製造方法 | |
Rak et al. | Porous titanium foil by tape casting technique | |
US20100047557A1 (en) | Ceramic and/or powder-metallurgical composite shaped body and method for the production thereof | |
JP2013216964A (ja) | 圧粉磁心用鉄基軟磁性粉末およびその製造方法、ならびに圧粉磁心 | |
JP2009212466A (ja) | 軟磁性膜およびその製造方法 | |
KR20130109325A (ko) | 성형성이 우수한 금속나노분말 응집체 및 그 제조방법 | |
JP2016190322A (ja) | 立体造形用粉末材料、立体造形材料セット、立体造形物製造装置、及び立体造形物の製造方法 | |
JP2023140593A (ja) | 積層造形用粉末および積層造形体 | |
JP5513922B2 (ja) | 圧粉磁心用鉄基軟磁性粉末およびその圧粉磁心用鉄基軟磁性粉末の製造方法並びに圧粉磁心 | |
CN112548088A (zh) | 层叠造型用粉末、层叠造型体、层叠造型体的制造方法和金属烧结体的制造方法 | |
WO2023063170A1 (ja) | アルミニウム粉末混合物、金属積層造形用粉末および金属積層造形物 | |
JP2020172674A (ja) | 積層造形用粉末、積層造形体および積層造形体の製造方法 | |
JP2024052000A (ja) | 積層造形用粉末および積層造形体 | |
EP4043124A1 (en) | Additive manufacturing powder, method for producing same, additive manufactured product, and metal sintered body | |
JP2023110342A (ja) | 積層造形用粉末および金属焼結体の製造方法 | |
TW202248429A (zh) | 鋁粉末混合物及鋁燒結體之製造方法 | |
TW201039945A (en) | Intermediate for producing sintered metallic components, a process for producing the intermediate and the production of the components | |
WO2023136285A1 (ja) | アルミニウム粉末製品、その製造方法、および積層造形物 | |
CN114334386B (zh) | 磁性成型体及电感器 | |
JP2023120694A (ja) | 射出成形用粉末、射出成形用粉末の製造方法および金属焼結体の製造方法 | |
JPH01212706A (ja) | 磁性材料の製造方法 | |
JPH01212702A (ja) | 磁性材料の製造方法 | |
KR101788927B1 (ko) | 다공성 박막의 제조 방법 | |
JP2023093892A (ja) | 造形用金属粉末および造形用金属粉末の製造方法 |