JP2023511500A - 三次元グリーン体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、三次元(3D)印刷法によって三次元グリーン体(GB)を製造する方法に関し、該方法には少なくとも1つの供給原料、ビルドチャンバ、及び少なくとも1つのノズルを含む三次元押出プリンタ(3Dプリンタ)が採用されている。この方法においては、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのノズルを含む3Dプリンタに供給され、該少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのバインダー(B)及び少なくとも1つの無機粉末(IP)を含み、該少なくとも1つのバインダー(B)は、少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含む。次に、少なくとも1つの供給原料は、3Dプリンタ内で加熱され、少なくとも1つの押し出されたストランドを得るために少なくとも1つのノズルを通して押し出される。少なくとも1つの押し出されたストランドから、三次元グリーン体(GB)が、ビルドチャンバ内に位置するベースプレート(BP)上に層ごとに形成され、ベースプレート(BP)は、少なくとも1つのバインダー(B)及び任意で少なくとも1つの無機粉末(IP)を含む。三次元グリーン体(GB)及びベースプレート(BP)は、ビルドチャンバから取り出され、三次元グリーン体(GB)は、ベースプレート(BP)に取り付けられている。本発明は、さらに、この方法で調製された三次元グリーン体(GB)、及び、三次元グリーン体(GB)から調製された三次元焼結体に関する。
Description
本発明は、三次元(3D)印刷法による三次元グリーン体(GB)の製造方法に関し、該方法には、少なくとも1つの供給原料(feedstock)、ビルドチャンバ、及び少なくとも1つのノズルを含む三次元押出プリンタ(3Dプリンタ)が採用されている。この方法において、該少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのノズルを含む3Dプリンタに供給され、該少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのバインダー(B)及び少なくとも1つの無機粉末(IP)を含み、該少なくとも1つのバインダー(B)は、少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含んでいる。次に、少なくとも1つの供給原料は、3Dプリンタ内で加熱され、少なくとも1つの押し出されたストランドを得るために、少なくとも1つのノズルを通って押し出される。少なくとも1つの押し出されたストランドから、三次元グリーン体(GB)が、ビルドチャンバ内に位置するベースプレート(BP)上に層ごとに形成され、ベースプレート(BP)は、少なくとも1つのバインダー(B)及び任意で少なくとも1つの無機粉末(IP)を含む。三次元グリーン体(GB)とベースプレート(BP)は、ビルドチャンバから取り出され、そこでは、三次元グリーン体(GB)は、ベースプレート(BP)に取り付けられている。本発明は、さらに、この方法で調製された三次元グリーン体(GB)に関し、及び、三次元グリーン体(GB)から調製された三次元焼結体(sintered body)に関する。
近来よく直面する作業は、金属材料又はセラミック材料などのプロトタイプ及びモデル、特に複雑な形状を示すプロトタイプ及びモデルの製作である。特にプロトタイプの製作には、迅速な製作法が必要である。このいわゆる「高速プロトタイピング」には、さまざまな方法が知られている。最も経済的なものの1つは、「熱溶解積層法」(FDM)としても知られている溶融フィラメント製造法(FFF)である。
溶融フィラメント製造法(FFF)は、付加製造(additive manufacturing)技術である。三次元体は、ノズルを通って熱可塑性材料を押し出し、押し出し後に熱可塑性材料が硬化するにつれて層を形成することにより、製造される。ノズルは加熱されて熱可塑性材料をその溶融温度及び/又はガラス転移温度を超えて加熱し、次に熱可塑性材料は押出ヘッドによってベース上に堆積されて三次元体を層状に形成する。熱可塑性材料が通常選択され、その温度は、熱可塑性材料が実質的に押し出し時に、又は所望の三次元体を形成するために複数層の堆積でベース上に分配された時に、直ちに固化するように制御される。
各層を形成するために、駆動モータが、ベース及び/又は押出ノズル(分配ヘッド)をx、y及びz軸に沿って所定のパターンで互いに対して移動させるように提供されている。FFF法は、US5,121,329に初めて記載された。ベースのための代表的な材料は、接着層を有するガラス又はアルミニウムである。
三次元体を製造するための典型的な材料は、熱可塑性材料である。溶融フィラメント製造法による金属又はセラミック物体の製造は、金属又はセラミック材料が、ノズルによって加熱されて溶融され得るような低融点を有する場合にのみ可能である。金属又はセラミック材料の融点が高い場合、バインダー組成物中の金属又はセラミック材料を押出ノズルに供給する必要がある。バインダー組成物は、通常、熱可塑性材料を含む。バインダー中の金属又はセラミック材料をベース上に堆積させる場合、形成された三次元体は、バインダー中に金属又はセラミック材料を含む、いわゆる「グリーン体(green body)」となる。所望の金属又はセラミックの物体を入手するために、バインダーは除去されなければならず、最後に物体は焼結されなければならない。バインダーを除去した後に形成される三次元体は、いわゆる「ブラウン体(brown body)」であり、焼結後に形成される三次元体は、いわゆる「焼結体(sintered body)」である。
WO2016/012486は、無機粉末とバインダーを含む混合物を用いて三次元グリーン体を製造する溶融フィラメント製造法を記載している。溶融フィラメント製造の工程に続いて、三次元グリーン体からバインダーの少なくとも一部を除去して、三次元ブラウン体を形成する脱バインダー工程が行われる。脱バインダー工程は、ガス状の酸と、酸の凝縮を回避するために任意にキャリアガスを含む雰囲気中で、180℃までの温度で、三次元グリーン体を処理することによって行われる。適切な酸は、ハロゲン化水素及び硝酸などの無機酸、ならびにギ酸及び酢酸などの有機酸である。脱バインダー工程後、形成された三次元ブラウン体は焼結されて三次元焼結体が形成される。
WO2017/009190は、三次元のグリーン体を調製するための溶融フィラメント製造法で使用するフィラメントについて記載している。フィラメントは、シェル材料の層でコーティングされたコア材料を含む。コア材料は、無機粉末とバインダーを含んでいる。三次元ブラウン体ならびに三次元焼結体の調製は、WO2016/012486に記載されているのと同様に調製されることができる。しかし、WO2017/009190に記載されているコア-シェル-フィラメントは、より安定しており、スプールに容易に巻き取ることができ、WO2016/012486に開示されているものよりも保管及び処理が容易である。
上述したように、FFF/FDM法は、最も一般的に使用される3D印刷技術の1つである。しかし、FDM/FFF法にはいくつかのバリエーションが存在し、そのようなバリエーションは「FDM/FFF法」という用語でまとめられる場合があり、そのようなバリエーションは個別の3Dプリント技術/異なる3Dプリント技術であると考えられる場合さえある。一般的に使用されるFDM/FFM法のそのようなバリエーションの1つは、FDM/FFF印刷法内で「古典的な出発材料」として使用されるフィラメントを、粒状材料に置き換えることによって見出されることができる。粒状材料は、従来のFFF/FDM印刷法で使用される対応するフィラメントと比較して、その化学組成の点で、完全に又は圧倒的に同一であり得るが、粒状物は、その形状の点で対応するフィラメントと異なる。
フィラメントの化学組成に関する従来のFDM/FFFF印刷技術によれば、様々な粒状物が、粒状物ベースの3D押出印刷技術/方法の出発材料として採用されることができる。採用される粒状物は、通常、ポリマー、特に、3D押出印刷法内でその溶融温度及び/又はガラス転移温度を超えた温度に加熱され得る熱可塑性材料に基づく。採用される粒状物は、上記のポリマー、特に熱可塑性材料の他に、金属、金属合金、又はセラミック材料などのある無機粉末を含むこともできる。その場合、3Dグリーン体は対応する3D印刷法によって得られる。従来のFFF/FDM印刷技術と同様に、そのような3Dグリーン体の有機/ポリマー部分は、3Dブラウン体及び3D焼結体などの3D金属体又はセラミック体を得るために、除去され得る。
しかしながら、先行技術に記載された三次元(3D)印刷法では、ベースと、ベース上に堆積される押出混合物の最初の層との間の接着に起因する問題がしばしば存在する。一方では、最初の堆積層とベースとの間の接着が低すぎる場合、例えばベースがガラス製である場合は、望ましくない現象である「反り」が発生し;他方では、最初の堆積層とベースとの間の接着性が強すぎる場合は、得られる三次元体はベースから分離する際に損傷を受ける。
本発明の文脈で、「反り」という用語は、堆積層がベース上で冷却される間に典型的に発生する効果を指す。ベースがその形状を維持するのに対して、押し出された混合物が収縮を開始し、それによって堆積層が収縮する。最初に堆積層とベースとの間の接着が低い場合は、堆積層のコーナーが浮いてベースから部分的に剥離する。このことは、得られる三次元体の形状変化(丸いエッジ)をもたらすことが多く、それらは完全に剥離することもある。そのため、堆積層が使用できなくなり、印刷プロセスを中断せざるを得なくなる。
「反り」現象を回避し、堆積層とベースの接着を改善するために、多くの場合、ポリエチレン結合層が、堆積開始前にベース上に塗布される。しかし、このポリエチレン結合層により、多くの場合、堆積層とベースの接着が強くなりすぎ、そのことは、三次元体をベースから分離することによって、三次元体の損傷をもたらす。
頻繁に発生するさらなる問題は、三次元ブラウン体を焼結する際に典型的に発生する、いわゆる「歪み」である。通常、部品は焼結のためにセラミックプレートの上に直接配置される。ベースはその形状を維持するか、又はほんのわずかにしか変化しないのに対し、三次元ブラウン体は焼結中に収縮し、そのことは、ベースと三次元ブラウン体の間に摩擦を生じる。その結果、三次元ブラウン体全体に応力が発生し、変形及び破砕を生じる。
したがって、本発明の根底にある目的は、先行技術の上述の欠点を有さないか、又は大幅に縮小された程度でのみ有する、三次元体の改善された製造方法を提供することである。
この目的は、少なくとも1つの供給原料、ビルドチャンバ、及び少なくとも1つのノズルを含む三次元押出プリンタ(3Dプリンタ)を採用する三次元(3D)印刷法によって三次元グリーン体(GB)を製造する方法によって達成され、該方法は以下のステップa)~e):
a) 前記少なくとも1つのノズルを含む前記3Dプリンタに、前記少なくとも1つの供給原料を供給するステップであって、前記少なくとも1つの供給原料が、少なくとも1つのバインダー(B)と少なくとも1つの無機粉末(IP)とを含み、前記少なくとも1つのバインダー(B)が少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含む、ステップと、
b) 前記3Dプリンタ内で前記少なくとも1つの供給原料を加熱する、ステップと、
c) 少なくとも1つの押し出されたストランドを得るために、ステップb)で得られた前記少なくとも1つの加熱された供給原料を、前記少なくとも1つのノズルを通して押し出す、ステップと、
d) ビルドチャンバ内に配置されたベースプレート(BP)上に、ステップc)で得られた前記少なくとも1つの押し出されたストランドから、層ごとに前記三次元グリーン体(GB)を形成するステップであって、前記ベースプレート(BP)は、前記少なくとも1つのバインダー(B)及び任意に前記少なくとも1つの無機粉末(IP)を含む、ステップと、
e) 前記ビルドチャンバから前記三次元グリーン体(GB)と前記ベースプレート(BP)を取り出すステップであって、前記三次元グリーン体(GB)は前記ベースプレート(BP)に取り付けられている、ステップと、
を含む。
a) 前記少なくとも1つのノズルを含む前記3Dプリンタに、前記少なくとも1つの供給原料を供給するステップであって、前記少なくとも1つの供給原料が、少なくとも1つのバインダー(B)と少なくとも1つの無機粉末(IP)とを含み、前記少なくとも1つのバインダー(B)が少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含む、ステップと、
b) 前記3Dプリンタ内で前記少なくとも1つの供給原料を加熱する、ステップと、
c) 少なくとも1つの押し出されたストランドを得るために、ステップb)で得られた前記少なくとも1つの加熱された供給原料を、前記少なくとも1つのノズルを通して押し出す、ステップと、
d) ビルドチャンバ内に配置されたベースプレート(BP)上に、ステップc)で得られた前記少なくとも1つの押し出されたストランドから、層ごとに前記三次元グリーン体(GB)を形成するステップであって、前記ベースプレート(BP)は、前記少なくとも1つのバインダー(B)及び任意に前記少なくとも1つの無機粉末(IP)を含む、ステップと、
e) 前記ビルドチャンバから前記三次元グリーン体(GB)と前記ベースプレート(BP)を取り出すステップであって、前記三次元グリーン体(GB)は前記ベースプレート(BP)に取り付けられている、ステップと、
を含む。
驚くべきことに、本発明の方法によって、少なくとも1つの押し出されたストランドから形成された第1層のベースプレート(BP)への接着が、低温でも著しく増加し、形成された三次元グリーン体(GB)の反りの減少につながることが見出された。また、ベースプレート(BP)が少なくとも1つの無機粉末(IP)を含む場合、ベースプレート(BP)は、増加した熱伝導率及び熱容量を有し、このことは、ベースプレート(BP)内のより均一な温度分布をもたらし、したがって、接着をさらに増加させることも見出された。
増加された接着は、先行技術に記載された三次元グリーン体の形成プロセスと比較して、本発明の三次元グリーン体(GB)をより迅速に形成することが可能とし、時間及びコストを節約することができる。さらに、ポリエチレン結合層は不要である。
さらに、驚くべきことに、本発明の方法によって、印刷後に、三次元グリーン体(GB)が、脱バインダー及び焼結の間、ベースプレート(BP)に取り付けられたままでいられるため、三次元焼結体の製造のための総速度も著しく向上することが見出された。例えば、ベースプレート(BP)と共にビルドチャンバから取り出し、脱バインダー及び焼結のために連続炉システム内に直接配置することができる。このように、本発明の方法は自動化が可能であり、そのことは、非常に時間を節約し、かつ費用効率も高める。
脱バインダー及び焼結後、ベースプレート(BP)と得られた三次元焼結体は機械的に分離されることができ、得られた三次元焼結体は、当該技術分野で説明された方法によって製造された焼結体と比較して、少ない歪みを示す。
本発明は、以下でより詳細に特定される。
本発明によれば、三次元グリーン体(GB)は、少なくとも1つの供給原料、ビルドチャンバ、及び少なくとも1つのノズルを含む三次元押出プリンタ(3Dプリンタ)を採用する三次元(3D)印刷法によって製造される。
既に上述したように、そのような三次元(3D)印刷技術は、当業者に知られている。結果として、そのような3D印刷法で採用されるのに適した、そのような供給原料、ビルドチャンバ、及び三次元(3D)押出プリンタも、当業者に知られている。同じことが、やはり当業者に知られている、3D印刷技術によって得られるそのような三次元グリーン体(GB)にも当てはまる。結果として、従来の3D押出プリンタは、本発明のプロセス内で採用されることができ、及び/又は、当業者は、本発明の方法を実施することができるように、その技術力により、そのような従来の3D押出プリンタを修正する方法を知っている。
本発明の文脈では、「少なくとも1つの供給原料」という用語は、正確に1つの供給原料ならびに2つ以上の供給原料を意味すると理解される。好ましい実施形態では、1つの供給原料が三次元(3D)印刷法において採用される。さらに、本発明の文脈では、「少なくとも1つのノズル」という用語は、正確に1つのノズルならびに2つ以上のノズルを意味すると理解される。好ましい実施形態では、三次元押出プリンタは、1つのノズルを含む。
ノズルの材料は、通常、ノズルの動作中は固体のままであり、かつ、金属及び/又はセラミックを含む任意の材料であり得る。ノズルの内部はさらに、適切なコーティング材料、例えばTiN3、Ni-PTFE(ニッケル-ポリテトラフルオロエチレン)、Ni-PFA(ニッケル-パーフルオロアルコキシ)などでコーティングされることができる。
ノズルは、一般的に、それが使用される方法に応じて、任意の形態又はサイズであることができる。好ましくは、ノズルは円筒形を有する。
ノズルは、数百μm~数mmの範囲の押出径を有することができ、例えば、0.1mm~5mmの範囲、好ましくは0.2mm~4mmの範囲、より好ましくは0.3mm~2mmの範囲、特に好ましくは0.4mm~1mmの範囲の押出径を有することができる。好ましくは、ノズルの押出径は、3mm未満、より好ましくは2mm未満、特に好ましくは1mm未満である。
ノズル供給径は、好ましくは1mm~20mmの範囲、より好ましくは1.5mm~15mmの範囲、さらにより好ましくは2mm~12mmの範囲、特に好ましくは2.5mm~10mmの範囲にある。本発明の文脈内で、「ノズル供給径」という用語は、少なくとも1つのノズルの断面の内壁間の直径を意味すると理解される。
ノズルの長さは、やはり意図する用途によって大きく異なり、1.5cm~20cmの範囲、好ましくは2cm~10cmの範囲、より好ましくは2.5cm~5cmの範囲にあり得る。
本発明プロセスは、a)~e)のステップを有する。
ステップa)
ステップa)によれば、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのノズルを含む3Dプリンタに供給される。
ステップa)によれば、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのノズルを含む3Dプリンタに供給される。
既に上述したように、本発明の文脈内では、「少なくとも1つの供給原料」という用語は、正確に1つの供給原料、及び2つ以上の供給原料の混合物を意味すると理解される。好ましい実施形態では、1つの供給原料のみが、少なくとも1つのノズルを含む3Dプリンタに供給される。
少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのバインダー(B)と少なくとも1つの無機粉末(IP)とを含み、少なくとも1つのバインダー(B)は、少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含む。
本発明の方法では、任意の既知の無機粉末(IP)が使用され得る。好ましくは、焼結可能な無機粉末(IP)が成分(IP)として使用される。より好ましくは、少なくとも1つの無機粉末(IP)は、金属、金属合金及びセラミック材料前駆体からなる群から選択される少なくとも1つの無機材料の粉末であり、最も好ましくは、少なくとも1つの無機粉末(IP)は、金属又は金属合金であり、特に好ましくは、少なくとも無機粉末(IP)は、金属である。
「少なくとも1つの無機粉末(IP)」とは、正確に1つの無機粉末(IP)ならびに、2つ以上の無機粉末(IP)の混合物も意味する。「少なくとも1つの無機材料」という用語についても同じことが当てはまる。「少なくとも1つの無機材料」は、正確に1つの無機材料ならびに2つ以上の無機材料の混合物を意味する。
「金属」とは、正確に1つの金属ならびに2つ以上の金属の混合物を意味する。無機粉末(IP)としての金属は、三次元(3D)印刷法の条件下で安定であり、かつ三次元体を形成し得る元素の周期表の任意の金属から選択され得る。好ましくは、金属はアルミニウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、カルボニル鉄粉(CIP)、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛及びカドミウムからなる群から選択され、より好ましくは、金属は、チタン、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、カルボニル鉄粉(CIP)、ニッケル及び銅からなる群から選択される。特に好ましくは、金属は、チタン、鉄及びカルボニル鉄粉(CIP)からなる群から選択される。
カルボニル鉄粉(CIP)は、精製された鉄ペンタカルボニルの化学分解によって調製された高純度の鉄粉である。
「金属合金」とは、正確に1つの金属合金ならびに2つ以上の金属合金の混合物を意味する。本発明の方法の文脈において、「金属合金」という用語は、金属特性を示し、かつ金属及び別の元素を含む固溶体又は部分固溶体を意味すると理解され、「金属」とは、上述したように正確に1つの金属及び2つ以上の金属の混合物を意味する。同じことは「別の元素」に適用される。「別の元素」は、正確に1つの他の元素及び2つ以上の他の元素の混合物を意味する。
固溶体金属合金は、単一の固相微細構造を示す一方で、部分固溶体金属合金は2つ以上の固相を示す。これらの2つ以上の固相は、金属合金中に均質に分布することができるが、金属合金中に不均一に分布することもできる。
金属合金は、当業者に知られている任意の方法に従って調製され得る。例えば、金属を溶融させることができ、他の元素を溶融した金属に添加することができる。しかしながら、少なくとも1つの供給原料を調製するために混合物に金属及び他の元素を直接添加することも可能であり、又は少なくとも1つの供給原料がコア材料(CM)及びシェル材料(SM)を含むフィラメントである場合、金属及び他の元素をフィラメントのコア材料(CM)に直接添加することも可能であり、いずれの場合も金属合金を事前に調製する必要はない。その後、金属合金は、三次元体の調製のプロセスで形成される。
金属に関しては、金属についての上記の実施形態及び好ましいものが適用される。他の元素は、上述の金属から選択され得る。しかしながら、他の元素は、金属合金に含まれる金属とは異なる。
他の元素は、三次元(3D)印刷法の条件下で安定な金属合金を形成する、又は、三次元(3D)印刷法の条件下で安定であるか又は金属と安定な合金を形成する、周期表の任意の元素から選択され得る。本発明の好ましい実施形態では、他の元素は、前述の金属、ホウ素、炭素、ケイ素、リン、硫黄、セレン及びテルルからなる群から選択される。特に好ましくは、少なくとも1つの他の元素は、前述の金属、ホウ素、炭素、ケイ素、リン及び硫黄からなる群から選択される。
好ましくは、本発明の方法における金属合金は鋼を含む。
「セラミック材料前駆体」は、正確に1つのセラミック材料前駆体ならびに2つ以上のセラミック材料前駆体の混合物を意味する。本発明の文脈において、「セラミック材料前駆体」という用語は、金属の非金属性化合物又は第1のメタロイド、及び、非金属又は第2のメタロイドを意味する。
「金属」とは、正確に1つの金属及び2つ以上の金属の混合物を意味する。同じことは、「非金属」及び「第1のメタロイド」ならびに「第2のメタロイド」に当てはまる。「非金属」とは、正確に1つの非金属及び2つ以上の非金属の混合物を意味する。「第1のメタロイド」とは、正確に1つの第1のメタロイド及び2つ以上の第1のメタロイドの混合物を意味する。「第2のメタロイド」とは、正確に1つの第2のメタロイド及び2つ以上の第2のメタロイドの混合物を意味する。
非金属は、それ自体当業者に知られている。非金属は、周期表の任意の非金属から選択され得る。好ましくは、少なくとも1つの非金属は、炭素、窒素、酸素、リン及び硫黄からなる群から選択される。
メタロイドはそれ自体当業者によく知られている。第1のメタロイド及び第2のメタロイドは、周期表の任意のメタロイドから選択され得る。好ましくは、第1のメタロイド及び/又は第2のメタロイドは、ホウ素及びケイ素からなる群から選択される。第1のメタロイド及び第2のメタロイドは互いに異なることは明らかであるべきである。例えば、第1のメタロイドがホウ素である場合、第2のメタロイドは、ホウ素以外の元素の周期表の任意の他のメタロイドから選択される。
セラミック材料前駆体の焼結後に得られるセラミック材料は、セラミック材料前駆体と同じ化学組成を有していてもよく、又は異なる化学組成を有していてもよい。例えば、BaOを焼結するとBaOになり、CaCO3を焼結するとCaOになり得る。
少なくとも1つの無機粉末(IP)がセラミック材料前駆体を含む場合、セラミック材料前駆体は、好ましくは、酸化物、炭化物、ホウ化物、窒化物及びケイ化物からなる群から選択される。より好ましくは、セラミック材料前駆体は、MgO、CaO、SiO2、Na2O、K2O、Al2O3、ZrO2、Y2O3、SiC、Si3N4、TiB、AlN、CaCO3、xAl2O3・ySiO2・zH2O(アルミニウムシリケート)、TiO2、NaAlSi3O8、KAlSi3O8、CaAl2Si2O8(長石)、酸化鉄(FeO、Fe2O3、Fe3O4)、BaO及びこれらの混合物からなる群から選択される。特に好ましくは、セラミック材料前駆体が、Al2O3、ZrO2及びY2O3からなる群から選択される。
無機粉末(IP)がセラミック材料前駆体を含む場合、セラミック材料前駆体の焼結後に得られるそれぞれのセラミック材料は、セラミック材料前駆体と同じ化学組成を有していてもよく、又は異なる化学組成を有していてもよい。
無機粉末(IP)の調製のために、無機材料を粉砕する必要がある。無機材料を粉砕するために、当業者に既知の任意の方法が使用され得る。例えば、無機材料をすりつぶす(ground)ことができる。すりつぶし(grinding)は、例えば、分級機ミルにおいて、ハンマーミルにおいて、又はボールビルにおいて行われ得る。
使用される無機粉末(IP)の粒径は、レーザー回折によって測定されて、好ましくは0.1~80μm、特に好ましくは0.5~50μm、より好ましくは0.1~30μmである。
少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのバインダー(B)をさらに含む。
「少なくとも1つのバインダー」とは、正確に1つのバインダー(B)ならびに2つ以上のバインダー(B)の混合物を意味する。
本発明によれば、少なくとも1つのバインダー(B)は、少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含む。
本発明の目的のための「成分(b1)」及び「ポリオキシメチレン(POM)」という用語は同義であり、本発明全体で交換可能に使用される。
好ましくは、少なくとも1つのバインダー(B)は、バインダー(B)の総質量に基づいて、50~98質量%、より好ましくは60~90質量%、最も好ましくは70~85質量%の少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含む。
本発明における「少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)」は、正確に1つのポリオキシメチレン(POM)、及び2つ以上のポリオキシメチレン(POM)の混合物も意味する。
本発明の目的のために、「ポリオキシメチレン(POM)」という用語は、ポリオキシメチレン(POM)自体、すなわち、ポリオキシメチレン(POM)ホモポリマーと、ポリオキシメチレン(POM)コポリマー及びポリオキシメチレン(POM)ターポリマーの両方を包含する。
ポリオキシメチレン(POM)ホモポリマーは、通常、ホルムアルデヒド源(b1a)から選択されるモノマーの重合によって調製される。
「ホルムアルデヒド源(b1a)」という用語は、ポリオキシメチレン(POM)の調製の反応条件下でホルムアルデヒドを遊離させることができる物質を指す。
ホルムアルデヒド源(b1a)は、有利には、環状又は線状のホルマールの群から選択され、特にホルムアルデヒド及び1,3,5-トリオキサンからなる群から選択される。1,3,5-トリオキサンが特に好ましい。
ポリオキシメチレン(POM)コポリマーはそれ自体知られており、市販されている。それらは、通常、主モノマーとしてのトリオキサンの重合によって調製される。また、コモノマーが付随して使用される。主モノマーは、好ましくは、トリオキサン及び他の環状若しくは線状のホルマール又は他のホルムアルデヒド源(b1a)から選択される。
「主モノマー」という表現は、モノマーの総量、すなわち、主モノマー及びコモノマーの合計におけるこれらのモノマーの割合が、モノマーの総量におけるコモノマーの割合よりも大きいことを示すものと意図されている。
非常に一般に、ポリオキシメチレン(POM)は、好ましくは、主ポリマー鎖中に少なくとも50mol%の繰り返し単位-CH2O-を有する。適切なポリオキシメチレン(POM)コポリマーは、特に、繰り返し単位-CH2O-及び0.01~20mol%、特に0.1~10mol%、非常に特に好ましくは0.5~6mol%の式(I)の繰り返し単位を含むものである。
(式中、
R1~R4は、互いにそれぞれ独立して、H、C1~C4-アルキル及びハロゲン置換C1~C4-アルキルからなる群より選択され;
R5は、化学結合、(-CR5aR5b-)基及び(-CR5aR5bO-)基からなる群から選択され、
式中、
R5a及びR5bは、互いにそれぞれ独立して、H及び非置換又は少なくとも一置換のC1~C4-アルキルからなる群より選択され;
置換基は、F、Cl、Br、OH及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され;
nは、0,1,2又は3である。)
R1~R4は、互いにそれぞれ独立して、H、C1~C4-アルキル及びハロゲン置換C1~C4-アルキルからなる群より選択され;
R5は、化学結合、(-CR5aR5b-)基及び(-CR5aR5bO-)基からなる群から選択され、
式中、
R5a及びR5bは、互いにそれぞれ独立して、H及び非置換又は少なくとも一置換のC1~C4-アルキルからなる群より選択され;
置換基は、F、Cl、Br、OH及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され;
nは、0,1,2又は3である。)
nが0の場合、R5は隣接炭素原子と酸素原子との間の化学結合である。R5が(-CR5aR5bO-)基である場合、(-CR5aR5bO-)基の酸素原子(O)は、式(I)の別の炭素原子(C)に結合し、式(I)の酸素原子(O)に結合していない。換言すれば、式(I)は、過酸化物化合物を含まない。同じことは式(II)についても当てはまる。
本発明の文脈において、例えば、式(I)中のラジカルR1~R4について上記で定義されたようなC1~C4-アルキルなどの定義は、この置換基(ラジカル)が1~4の炭素原子数を有するアルキルラジカルであることを意味する。アルキルラジカルは、直鎖状又は分枝状であってもよく、任意に環状であってもよい。環状成分及び直鎖成分の両方を有するアルキルラジカルも同様にこの定義に該当する。アルキルラジカルの例は、メチル、エチル、n-プロピル、イソ-プロピル、ブチル、イソ-ブチル、sec-ブチル及びtert-ブチルである。
本発明の文脈において、例えば、式(I)中のラジカルR1~R4について上記で定義されたようなハロゲン置換C1~C4-アルキルなどの定義は、C1~C4-アルキルが少なくとも1つのハロゲンで置換されていることを意味する。ハロゲンは、F(フッ素)、Cl(塩素)、Br(臭素)及びI(ヨウ素)である。
式(I)の繰り返し単位は、有利には、第1コモノマー(b1b)として環状エーテルの開環によってポリオキシメチレン(POM)コポリマー中に導入されることができる。一般式(II)の第1コモノマー(b1b)が好ましい。
(式中、
R1~R5及びnは、一般式(I)について上記で定義した意味を有する。)
第1コモノマー(b1b)として、例えば、環状エーテルとして、エチレンオキシド、1,2-プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、1,3-ブチレンオキシド、1,3ジオキサン、1,3-ジオキソラン及び1,3-ジオキセパン(=ブタンジオールホルマール、BUFO)、ならびにポリジオキソラン又はポリジオキセパンなどの線状オリゴホルマール又はポリホルマールを挙げることができる。1,3-ジオキソラン及び1,3-ジオキセパンが特に好ましい第1コモノマー(b1b)であり、1,3-ジオキセパンが第1コモノマー(b1b)として非常に特に好ましい。
R1~R5及びnは、一般式(I)について上記で定義した意味を有する。)
第1コモノマー(b1b)として、例えば、環状エーテルとして、エチレンオキシド、1,2-プロピレンオキシド、1,2-ブチレンオキシド、1,3-ブチレンオキシド、1,3ジオキサン、1,3-ジオキソラン及び1,3-ジオキセパン(=ブタンジオールホルマール、BUFO)、ならびにポリジオキソラン又はポリジオキセパンなどの線状オリゴホルマール又はポリホルマールを挙げることができる。1,3-ジオキソラン及び1,3-ジオキセパンが特に好ましい第1コモノマー(b1b)であり、1,3-ジオキセパンが第1コモノマー(b1b)として非常に特に好ましい。
ホルムアルデヒド源を第1コモノマー(b1b)及び第2コモノマー(b1c)と反応させることによって得ることができるポリオキシメチレン(POM)ポリマーも同様に好適である。第2コモノマー(b1c)の添加により、特に、ポリオキシメチレン(POM)ターポリマーを調製することが可能になる。
第2コモノマー(b1c)は、好ましくは、式(III)の化合物及び式(IV)の化合物からなる群から選択される。
(式中、
Zは、化学結合、(-O-)基及び(-OR6O-)基からなる群から選択され、
R6は、非置換のC1~C8-アルキレン及びC3~C8-シクロアルキレンからなる群から選択される。)
Zは、化学結合、(-O-)基及び(-OR6O-)基からなる群から選択され、
R6は、非置換のC1~C8-アルキレン及びC3~C8-シクロアルキレンからなる群から選択される。)
本発明の文脈では、C1~C8-アルキレンなどの定義は、C1~C8-アルカンジイルを意味する。C1~C8-アルキレンは、2つの自由原子価及び1~8の炭素原子数を有する炭化水素である。C1~C8-アルキレンは、分枝状又は非分枝状であり得る。
本発明の文脈では、C3~C8-シクロアルキレンなどの定義は、C3~C8-シクロアルカンジイルを意味する。C3~C8-シクロアルキレンは、2つの自由原子価及び3~8の炭素原子数を有する環状炭化水素である。2つの自由原子価、環状成分及び直鎖状成分、ならびに3~8個の炭素原子数を有する炭化水素も同様にこの定義に該当する。
第2コモノマー(b1c)の好ましい例は、エチレンジグリシジル、ジグリシジルエーテル、及びグリシジル化合物とホルムアルデヒド、ジオキサン又はトリオキサンとの2:1のモル比から調製されたジエーテル、同様に2molのグリシジル化合物と2~8個の炭素原子を有する1molの脂肪族ジオールとから調製されるジエーテル、例えば、エチレングリコール、1,4ブタンジオール、1,3ブタンジオール、1,3シクロブタンジオール、1,2プロパンジオール、及び1,4シクロヘキサンジオールのジグリシジルエーテルである。
好ましい実施形態では、成分(b1)は、少なくとも50mol%のホルムアルデヒド源(b1a)、0.01~20mol%の少なくとも1つの第1コモノマー(b1b)、及び0~20mol%の少なくとも1つの第2コモノマー(b1c)の重合によって調製されるポリオキシメチレン(POM)コポリマーである。
特に好ましい実施形態では、成分(b1)は、80~99.98mol%、好ましくは88~99mol%のホルムアルデヒド源(b1a)、0.1~10mol%、好ましくは0.5~6mol%の少なくとも1つの第1コモノマー(b1b)、及び0.1~10mol%、好ましくは0.5~6mol%の少なくとも1つの第2コモノマー(b1c)の重合によって調製されるポリオキシメチレン(POM)コポリマーである。
さらに好ましい実施形態では、成分(b1)は、少なくとも50mol%のホルムアルデヒド源(b1a)、0.01~20mol%の一般式(II)の少なくとも1つの第1コモノマー(b1b)、及び0~20mol%の、式(III)の化合物及び式(IV)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの第2コモノマー(b1c)の重合によって調製されるポリオキシメチレン(POM)コポリマーである。
好ましい実施形態では、少なくとも1つのバインダー(B)において、成分(b1)は、
- 少なくとも50mol%のホルムアルデヒド源(b1a)、
- 0.01~20mol%の一般式(II)の少なくとも1つの第1コモノマー(b1b)、
(式中、
R1~R4は、互いにそれぞれ独立して、H、C1~C4-アルキル及びハロゲン置換C1~C4-アルキルからなる群より選択され;
R5は、化学結合、(-CR5aR5b-)基及び(-CCR5aR5O-)基からなる群から選択され、
式中、
R5a及びR5bは、互いにそれぞれ独立して、H及び非置換又は少なくとも一置換C1~C4-アルキルからなる群より選択され、
ここで、置換基は、F、Cl、Br、OH及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され;
nは、0、1、2又は3である。)
及び、
- 0~20mol%の式(III)の化合物及び式(IV)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの第2コモノマー(b1c)、
(式中、
Zは、化学結合、(-O-)基、及び(-OR6O-)基からなる群から選択され、
式中、R6は、非置換C1~C8-アルキレン及びC3~C8シクロアルキレンからなる群から選択される。)
を重合することによって調製されるポリオキシメチレン(POM)コポリマーである。
- 少なくとも50mol%のホルムアルデヒド源(b1a)、
- 0.01~20mol%の一般式(II)の少なくとも1つの第1コモノマー(b1b)、
R1~R4は、互いにそれぞれ独立して、H、C1~C4-アルキル及びハロゲン置換C1~C4-アルキルからなる群より選択され;
R5は、化学結合、(-CR5aR5b-)基及び(-CCR5aR5O-)基からなる群から選択され、
式中、
R5a及びR5bは、互いにそれぞれ独立して、H及び非置換又は少なくとも一置換C1~C4-アルキルからなる群より選択され、
ここで、置換基は、F、Cl、Br、OH及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され;
nは、0、1、2又は3である。)
及び、
- 0~20mol%の式(III)の化合物及び式(IV)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの第2コモノマー(b1c)、
Zは、化学結合、(-O-)基、及び(-OR6O-)基からなる群から選択され、
式中、R6は、非置換C1~C8-アルキレン及びC3~C8シクロアルキレンからなる群から選択される。)
を重合することによって調製されるポリオキシメチレン(POM)コポリマーである。
好ましい実施形態では、ポリオキシメチレン(POM)のOH末端基の少なくとも一部は、キャップされる。OH末端基をキャップする方法は、当業者に知られている。例えば、OH末端基は、エーテル化又はエステル化によってキャップされ得る。
好ましいポリオキシメチレン(POM)コポリマーは、少なくとも150℃の融点及び5000g/mol~300000g/mol、好ましくは6000g/mol~150000g/mol、特に好ましくは7000g/mol~100000g/molの範囲の質量平均分子量Mwと有する。
2~15、好ましくは2.5~12、特に好ましくは3~9の多分散度(Mw/Mn)を有するポリオキシメチレン(POM)共コポリマーが特に好ましい。
質量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)の測定は、一般にゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって行われる。GPCはサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)としても知られている。
ポリオキシメチレン(POM)の調製方法は、当業者に知られている。
さらに、少なくとも1つのバインダー(B)は、成分(b2)を含み得る。
好ましくは、少なくとも1つのバインダー(B)は、2~50質量%、より好ましくは5~20質量%、最も好ましくは5~15質量%の成分(b2)を含む。
好ましくは、成分(b2)は少なくとも1つのポリオレフィン(PO)である。本発明における「少なくとも1つのポリオレフィン(PO)」は、正確に1つのポリオレフィン(POM)及び2つ以上のポリオレフィン(PO)の混合物も意味する。
ポリオレフィン(PO)はそれ自体知られており、市販されている。それらは、通常、C2~C8-アルケンモノマーの重合によって、好ましくはC2~C4-アルケンモノマーの重合によって調製される。
本発明の文脈において、C2~C8-アルケンは、2~8個の炭素原子及び少なくとも1つの炭素-炭素二重結合(C-C二重結合)を有する非置換又は少なくとも一置換の炭化水素を意味する。「少なくとも1つの炭素-炭素二重結合」は、正確に1つの炭素-炭素二重結合及び2つ以上の炭素-炭素二重結合を意味する。
言い換えれば、C2~C8-アルケンは、2~8個の炭素原子を有する炭化水素が不飽和であることを意味する。炭化水素は、分枝状又は非分枝状であり得る。1つのC-C二重結合を有するC2~C8-アルケンの例は、エテン、プロペン、1-ブテン、2-ブテン、2-メチル-プロペン(=イソブチレン)、1-ペンテン、2-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、2-ヘキセン、3-ヘキセン及び4-メチル-1-ペンテンである。2つ以上のC-C-二重結合を有するC2~C8-アルケンの例は、アレン、1,3-ブタジエン、1,4-ペンタジエン、1,3ペンタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン(=イソプレン)である。
C2~C8-アルケンが1つのC-C二重結合を有する場合、それらのモノマーから調製されるポリオレフィン(PO)は直鎖状である。1つを超える二重結合がC2~C8-アルケンに存在する場合、それらのモノマーから調製されるポリオレフィン(PO)は架橋され得る。直鎖状ポリオレフィン(PO)が好ましい。
ポリオレフィン(PO)の調製中に異なるC2~C8-アルケンモノマーを使用することによって調製されるポリオレフィン(PO)コポリマーを使用することも可能である。
好ましくは、ポリオレフィン(PO)は、ポリメチルペンテン、ポリ-1-ブテン、ポリイソブチレン、ポリエチレン及びポリプロピレンからなる群から選択される。当業者に知られており市販されているようなポリエチレン及びポリプロピレン及びそれらのコポリマーが特に好ましい。
ポリオレフィン(PO)は、当業者に知られている任意の重合プロセスによって、好ましくはフリーラジカル重合によって、例えばエマルション、ビーズ、溶液又はバルク重合によって調製され得る。可能な開始剤は、モノマー及び重合の種類に応じて、ペルオキシ化合物及びアゾ化合物などのフリーラジカル開始剤であり、開始剤の量は一般にモノマーを基準として0.001~0.5質量%の範囲である。
少なくとも1つのバインダー(B)は、成分(b3)としてさらなるポリマー(FP)を含み得る。
本発明の目的のための「成分(b3)」及び「さらなるポリマー(FP)」という用語は、同義であり、本発明全体で交換可能に使用される。
好ましくは、バインダー(B)は、バインダー(B)の総質量に基づいて、0~40質量%、より好ましくは2~30質量%、最も好ましくは3~26質量%を成分(b3)として含む。
成分(b3)は、好ましくは少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)である。本発明における「少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)」は、正確に1つのさらなるポリマー(FP)及び2つ以上のさらなるポリマー(FP)の混合物も意味する。
既に上述したように、少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)は、成分(b1)、ポリオキシメチレン(POM)、及び成分(b2)、ポリオレフィン(PO)とは異なる。
少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)は、好ましくは、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリエポキシド、ポリアミド、ビニル芳香族ポリマー、ポリ(ビニルエステル)、ポリビニルエーテル)、ポリ(アルキル(メタ)アクリレート)及びそれらのコポリマーからなる群から選択される少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)である。
好ましくは、成分(b3)、少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)は、ポリ(C2~C6-アルキレンオキシド)、脂肪族ポリウレタン、脂肪族非架橋エポキシド、脂肪族ポリアミド、ビニル芳香族ポリマー、脂肪族C1~C8カルボン酸のポリ(ビニルエステル)、C1~C8-アルキルビニルエーテルのポリ(ビニルエーテル)、C1~C8-アルキルのポリ(アルキル(メタ)アクリレート)及びそれらのコポリマーからなる群から選択される。
好ましい少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)は、以下でより詳細に説明される。
ポリエーテルは、式(V)の繰り返し単位を含む。
(式中、
R11~R14は、互いにそれぞれ独立して、H、C1~C4-アルキル及びハロゲン置換C1~C4-アルキルからなる群から選択され;
R15は、化学結合、(-CR15aR15b)基及び(-CR15aR15bO-)基からなる群から選択され、
式中、
R15a及びR15bは、互いにそれぞれ独立して、H及び非置換又は少なくとも一置換C1~C4-アルキルからなる群から選択され、
置換基は、F、Cl、Br、OH及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され;
nは、0,1,2又は3である。) nが0の場合、R15は隣接炭素原子と酸素原子との間の化学結合である。R15が(-CR15aR15bO-)基である場合、(-CR15aR15bO-)基の酸素原子(O)は、式(V)の別の炭素原子(C)に結合し、式(V)酸素原子(O)に結合しない。換言すれば、式(V)は過酸化物化合物を含まない。同じことは式(VI)についても当てはまる。
R11~R14は、互いにそれぞれ独立して、H、C1~C4-アルキル及びハロゲン置換C1~C4-アルキルからなる群から選択され;
R15は、化学結合、(-CR15aR15b)基及び(-CR15aR15bO-)基からなる群から選択され、
式中、
R15a及びR15bは、互いにそれぞれ独立して、H及び非置換又は少なくとも一置換C1~C4-アルキルからなる群から選択され、
置換基は、F、Cl、Br、OH及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され;
nは、0,1,2又は3である。) nが0の場合、R15は隣接炭素原子と酸素原子との間の化学結合である。R15が(-CR15aR15bO-)基である場合、(-CR15aR15bO-)基の酸素原子(O)は、式(V)の別の炭素原子(C)に結合し、式(V)酸素原子(O)に結合しない。換言すれば、式(V)は過酸化物化合物を含まない。同じことは式(VI)についても当てはまる。
典型的なポリエーテルならびにそれらの調製は当業者に知られている。
好ましいポリエーテルは、例えば、ポリ(アルキレングリコール)であり、ポリ(アルキレンオキシド)としても知られている。
ポリアルキレンオキシド及びそれらの調製は当業者に知られている。それらは、通常、水及び二価アルコール又は多価アルコールと環状エーテル、すなわち、一般式(VI)アルキレンオキシドとの相互作用によって合成される。反応は、酸性又は塩基性の触媒によって触媒される。反応は、一般式(VI)の環状エーテルのいわゆる開環重合である。
(式中、
R11~R15は、式(V)について上記で定義した同じ意味を有する。)
好ましいポリ(アルキレンオキシド)は、環内に2~6個の炭素原子を有する一般式(VI)のモノマーから誘導される。換言すれば、好ましくは、ポリ(アルキレンオキシド)は、ポリ(C2~C6-アルキレンオキシド)である。特に好ましくは、1,3-ジオキソラン、1,3ジオキセパン及びテトラヒドロフラン(IUPAC名:オキソラン)からなる群から選択されるモノマーから誘導されるポリ(アルキレンオキシド)である。換言すれば、特に好ましくは、ポリ(アルキレンオキシド)は、ポリ-1,3-ジオキソラン、ポリ-1,3-ジオキセパン及びポリテトラヒドロフランからなる群から選択される。
R11~R15は、式(V)について上記で定義した同じ意味を有する。)
好ましいポリ(アルキレンオキシド)は、環内に2~6個の炭素原子を有する一般式(VI)のモノマーから誘導される。換言すれば、好ましくは、ポリ(アルキレンオキシド)は、ポリ(C2~C6-アルキレンオキシド)である。特に好ましくは、1,3-ジオキソラン、1,3ジオキセパン及びテトラヒドロフラン(IUPAC名:オキソラン)からなる群から選択されるモノマーから誘導されるポリ(アルキレンオキシド)である。換言すれば、特に好ましくは、ポリ(アルキレンオキシド)は、ポリ-1,3-ジオキソラン、ポリ-1,3-ジオキセパン及びポリテトラヒドロフランからなる群から選択される。
一実施形態では、ポリ(アルキレンオキシド)はOH末端基を含み得る。別の実施形態では、ポリ(アルキレンオキシド)のOH末端基の少なくともいくつかはキャップされ得る。OH末端基をキャップする方法は当業者に知られている。例えば、OH末端基は、エーテル化又はエステル化によってキャップされ得る。
ポリ(アルキレンオキシド)の質量平均分子量は、好ましくは、1000~150000g/molの範囲、特に好ましくは1500~120000g/molの範囲、より好ましくは2000~100000g/molの範囲である。
ポリウレタンはカルバメート単位を有するポリマーである。ポリウレタンならびにそれらの調製は当業者に知られている。
ポリウレタンとしては、脂肪族ポリウレタンが好ましい。それらは、例えば、脂肪族ポリイソシアネート及び脂肪族ポリヒドロキシ化合物の重付加によって調製され得る。ポリイソシアネートの中で、一般式(VII)のジイソシアネートが好ましい。
(式中、
R7は、置換又は非置換のC1~C20-アルキレン又はC4~C20-シクロアルキレンであり、その置換基は、F、Cl、Br及びC1~C6-アルキルからなる群から選択される。)
R7は、置換又は非置換のC1~C20-アルキレン又はC4~C20-シクロアルキレンであり、その置換基は、F、Cl、Br及びC1~C6-アルキルからなる群から選択される。)
好ましくは、R7は、置換又は非置換のC2~C12-アルキレン又はC6~C15-シクロアルキレンである。
本発明の文脈において、C1~C20-アルキレンなどの定義はC1~C20-アルカンジイルを意味する。C1~C20-アルキレンは、2つの自由原子価及び1~20の炭素原子数を有する炭化水素である。C1~C20-アルキレンは、分枝状又は非分枝状であり得る。
本発明の文脈において、C4~C20-シクロアルキレンなどの定義はC4~C20-シクロアルカンジイルを意味する。C4~C20-シクロアルキレンは、2つの自由原子価及び4~20の炭素原子数を有する環状炭化水素である。2つの自由原子価、環式及びさらに直鎖状成分ならびに4~20の炭素原子数を有する炭化水素も同様にこの定義に該当する。
好ましいジイソシアネートは、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,2-ジイソシアナトメチルシクロヘキサン、1,4ジイソシアナトメチルシクロヘキサン及びイソホロンジイソシアネート(IUPAC名:5-イソシアナト1(イソシアナトメチル)1,3,3-トリメチル-シクロヘキサン)からなる群から選択される。
ジイソシアネートはオリゴマーの、例えば、二量体の又は三量体の形態で使用されることもできる。ポリイソシアネートの代わりに、例えば、フェノール又はカプロラクタムの付加反応により、記述されたイソシアネートから得られる慣用のブロックポリイソシアネートを使用することも可能である。
脂肪族ポリウレタンの調製に適切なポリヒドロキシ化合物は、例えば、ポリエステル、ポリエーテル、ポリエステルアミド、若しくはポリアセタール、又はそれらの混合物である。
ポリウレタンの調製に適切な鎖延長剤は、低分子量ポリオール、特にジオール及びポリアミン、特にジアミン又は水である。
ポリウレタンは、好ましくは熱可塑性であり、そのため、好ましくは本質的に未架橋であり、すなわち、それらは分解の有意な徴候を伴わずに繰り返し溶融され得る。それらの還元された比粘度は、概して、ジメチルホルムアミド中、30℃で測定して、0.5~3dl/g、好ましくは1~2dl/gである。
ポリエポキシドは、少なくとも2つのエポキシド基を含む。エポキシド基は、グリシジル基又はオキシラン基としても知られている。「少なくとも2つのエポキシド基」は正確に2つのエポキシド基及び3つ以上のエポキシド基をも意味する。
ポリエポキシド及びそれらの調製は、当業者に知られている。例えば、ポリエポキシドは、エピクロルヒドリン(IUPAC名:クロルメチルオキシラン)とジオール、ポリオール又はジカルボン酸との反応によって調製される。このようにして調製されたポリエポキシドは、エポキシド末端基を有するポリエーテルである。
ポリエポキシドを調製する別の可能性は、グリシジル(メタ)アクリレート(IUPAC名:オキシラン-2-イルメチル-2-メチルプロプ-2-エノエート)とポリオレフィン又はポリアクリレートとの反応である。これにより、エポキシ末端基を有するポリオレフィン又はポリアクリレートが得られる。
好ましくは、脂肪族未架橋ポリエポキシドが使用される。エピクロルヒドリンと2,2ビス(4-ヒドロキシフェニル)-プロパン(ビスフェノールA)とのコポリマーが特に好ましい。
成分(b3)(少なくとも1つのさらなるポリマー(FP))はまた、ポリアミドを含み得る。脂肪族ポリアミドが好ましい。
好適なポリアミドの固有粘度は、一般に150~350ml/g、好ましくは180~275ml/gである。固有粘度は、ここでは、ISO 307に従って25℃で96質量%の硫酸中0.5質量%のポリアミドの溶液から決定される。
好ましいポリアミドは、半結晶質又は非晶質ポリアミドである。
成分(b3)として好適なポリアミドの例は、7~13環員を有するラクタムから誘導されるものである。他の好適なポリアミドは、ジカルボン酸とジアミンとの反応によって得られるものである。
ラクタムから誘導されるポリアミドについて挙げられる例は、ポリカプロラクタム、ポリカプリロラクタム、及び/又はポリラウロラクタムから誘導されるポリアミドである。
ジカルボン酸及びジアミンから得られるポリアミドが使用される場合、使用され得るジカルボン酸は、6~14個の炭素原子、好ましくは6~10個の炭素原子を有するアルカンジカルボン酸である。芳香族ジカルボン酸も好適である。
ここで言及され得るジカルボン酸の例は、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、及びテレフタル酸及び/又はイソフタル酸である。
好適なジアミンの例は、4~14個の炭素原子を有するアルカンジアミン、特に6~8個の炭素原子を有するアルカンジアミン、及び芳香族ジアミン、例えば、m-キシリレンジアミン、ジ(4-アミノフェニル)メタン、ジ(4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ジ(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ジ(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、及び1,5-ジアミノ-2-メチルペンタンである。
他の好適なポリアミドは、上述及び後述のモノマーのうち2つ以上の共重合によって得られるもの、及び複数のポリアミドの任意の所望の混合比の混合物である。
好ましいポリアミドは、ポリヘキサメチレンアジパミド、ポリヘキサメチレンセバカミド、及びポリカプロラクタム、ならびにナイロン6/6,6、特に75~95質量%のカプロラクタム単位の割合を有するものである。
ナイロン6と他のポリアミドとの混合物、特にナイロン6/6,6(PA6/66)との混合物が好ましく、80~50質量%のPA6と20~50質量%のPA6/66との混合物が特に好ましく、PA6/66は混合物中のPA6/66の総質量に基づいて75~95質量%のカプロラクタム単位を含む。
以下の非限定的なリストは、上記のポリアミド、及び他の好適なポリアミド、ならびに含まれるモノマーを含む。ABポリマー:
PA4 ピロリドン
PA6 ε-カプロラクタム
PA7 エタノールラクタム
PA8 カプリロラクタム
PA9 9-アミノペラルゴン酸
PA11 11-アミノウンデカン酸
PA12 ラウロラクタム
AA/BBポリマー:
PA46 テトラメチレンジアミン、アジピン酸
PA66 ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸
PA69 ヘキサメチルエンジアミン、アゼライン酸
PA610 ヘキサメチレンジアミン、セバシン酸
PA612 ヘキサメチレンジアミン、デカンジカルボン酸
PA613 ヘキサメチレンジアミン、ウンデカンジカルボン酸
PA1212 1,12-ドデカンジアミン、デカンジカルボン酸
PA1313 1,13-ジアミノトリデカン、ウンデカンジカルボン酸
PA6T ヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸
PA MXD6 m-キシリレンジアミン、アジピン酸
PA6I ヘキサメチレンジアミン、イソフタル酸
PA6-3-T トリメチルヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸
PA6/6T (PA6及びPA6Tを参照されたい)
PA6/66 (PA6及びPA66を参照されたい)
PA6/12 (PA6及びPA12を参照されたい)
PA66/6/610 (PA66、PA6及びPA610を参照されたい)
PA6I/6T (PA6I及びPA6Tを参照されたい)
PA PACM6 ジアミノジシクロヘキシルメタン、アジピン酸
PA PACM12 ジアミノジシクロヘキシルメタン、ラウロラクタム
PA6I/6T/PACM PA6I/6T+ジアミノジシクロヘキシルメタンとして
PA 9T 1,9-ノナンジアミン、テレフタル酸
PA12/MACMI ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、イソフタル酸
PA12/MACMT ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、テレフタル酸
PA PDA-T フェニレンジアミン、テレフタル酸
PA4 ピロリドン
PA6 ε-カプロラクタム
PA7 エタノールラクタム
PA8 カプリロラクタム
PA9 9-アミノペラルゴン酸
PA11 11-アミノウンデカン酸
PA12 ラウロラクタム
AA/BBポリマー:
PA46 テトラメチレンジアミン、アジピン酸
PA66 ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸
PA69 ヘキサメチルエンジアミン、アゼライン酸
PA610 ヘキサメチレンジアミン、セバシン酸
PA612 ヘキサメチレンジアミン、デカンジカルボン酸
PA613 ヘキサメチレンジアミン、ウンデカンジカルボン酸
PA1212 1,12-ドデカンジアミン、デカンジカルボン酸
PA1313 1,13-ジアミノトリデカン、ウンデカンジカルボン酸
PA6T ヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸
PA MXD6 m-キシリレンジアミン、アジピン酸
PA6I ヘキサメチレンジアミン、イソフタル酸
PA6-3-T トリメチルヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸
PA6/6T (PA6及びPA6Tを参照されたい)
PA6/66 (PA6及びPA66を参照されたい)
PA6/12 (PA6及びPA12を参照されたい)
PA66/6/610 (PA66、PA6及びPA610を参照されたい)
PA6I/6T (PA6I及びPA6Tを参照されたい)
PA PACM6 ジアミノジシクロヘキシルメタン、アジピン酸
PA PACM12 ジアミノジシクロヘキシルメタン、ラウロラクタム
PA6I/6T/PACM PA6I/6T+ジアミノジシクロヘキシルメタンとして
PA 9T 1,9-ノナンジアミン、テレフタル酸
PA12/MACMI ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、イソフタル酸
PA12/MACMT ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、テレフタル酸
PA PDA-T フェニレンジアミン、テレフタル酸
好ましいポリアミドは、PA6、PA66及びPA PACM6である。
ビニル芳香族ポリマーは、モノマー単位として非置換又は少なくとも一置換スチレンを有するポリオレフィンである。好適な置換基は、例えば、C1~C6アルキル、F、Cl、Br及びOHである。好ましいビニル芳香族ポリマーは、ポリスチレン、ポリ-αメチルスチレン、ならびにアクリルエステル、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルからなる群から選択されるコモノマーを最大30質量%有するそれらのコポリマーからなる群から選択される。
ビニル芳香族ポリマーは市販されており、当業者に知られている。これらのポリマーの調製もまた、当業者に知られている。
好ましくは、ビニル芳香族ポリマーは、フリーラジカル重合によって、例えばエマルション、ビーズ、溶液又はバルク重合によって調製される。可能な開始剤は、モノマー及び重合の種類に応じて、過酸化物化合物及びアゾ化合物などのフリーラジカル開始剤であり、開始剤の量は一般にモノマーに基づいて、0.001~0.5質量%の範囲である。
ポリ(ビニルエステル)及びそれらの調製は当業者に知られている。ポリ(ビニルエステル)は、ビニルエステルの重合によって好ましく製造される。本発明の好ましい態様において、ビニルエステルは、脂肪族C1~C6-カルボン酸のビニルエステルである。好ましいモノマーは酢酸ビニル及びプロピオン酸ビニルである。これらのモノマーは、ポリ(酢酸ビニル)及びポリ(プロピオン酸ビニル)ポリマーを形成する。
ポリ(ビニルエーテル)は、ビニルエーテルモノマーの重合によって調製される。ポリ(ビニルエーテル)及びそれらの調製は、当業者に知られている。好ましい実施形態では、ビニルエーテルは、脂肪族C1~C8アルキルエーテルのビニルエーテルである。好ましいモノマーは、メチルビニルエーテル及びエチルビニルエーテルであり、重合中にポリ(メチルビニルエーテル)及びポリ(エチルビニルエーテル)を形成する。
好ましくは、ポリ(ビニルエーテル)は、フリーラジカル重合によって、例えばエマルション、ビーズ、溶液、懸濁液又はバルク重合によって調製される。可能な開始剤は、モノマー及び重合の種類に応じて、過酸化物化合物及びアゾ化合物などのフリーラジカル開始剤であり、開始剤の量は一般にモノマーに基づいて、0.001~0.5質量%の範囲である。
本発明におけるポリ(アルキル(メタ)アクリレート)は、ポリ(アルキルアクリレート)、ポリ(アルキルメタクリレート)及びそれらのコポリマーを含む。ポリ(アルキル(メタ)アクリレート)は、式(VIII)のモノマーから誘導される単位を含み、
(式中、
R8は、H及びC1~C8-アルキルからなる群から選択され、
R9、式(IX)のラジカルである。)
(式中、
R10は、C1~C14アルキルである。)
好ましくは、R8は、H及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され、特に好ましくは、R8は、H又はメチルである。好ましくは、R10は、C1~C8-アルキルであり、特に好ましくは、R10は、メチル又はエチルである。
R8は、H及びC1~C8-アルキルからなる群から選択され、
R9、式(IX)のラジカルである。)
R10は、C1~C14アルキルである。)
好ましくは、R8は、H及びC1~C4-アルキルからなる群から選択され、特に好ましくは、R8は、H又はメチルである。好ましくは、R10は、C1~C8-アルキルであり、特に好ましくは、R10は、メチル又はエチルである。
式(VIII)のR8がHであり、R9が式(IX)のラジカルであり、式(IX)中のR10がメチルである場合、式(VIII)のモノマーはアクリル酸メチルである。
式(VIII)中のR8がHであり、R9が式(IX)のラジカルであり、式(IX)中のR10がエチルである場合、式(VIII)のモノマーはアクリル酸エチルである。
式(VIII)中のR8がメチルであり、R9が式(IX)のラジカルである場合、式(VI)のモノマーは、メタクリル酸エステルである。
ポリ(アルキル(メタ)アクリレート)は、モノマーとして、それぞれポリ(アルキル(メタ)アクリレート)の総量に基づいて、好ましくは40~100質量%のメタクリル酸エステル、特に好ましくは70~100質量%のメタクリル酸エステル、より好ましくは80~100質量%のメタクリル酸エステルを含む。
別の好ましい実施形態では、ポリ(アルキル(メタ)アクリレート)は、モノマーとして、それぞれポリ(アルキル(メタ)アクリレート)の総質量に基づいて、20~100質量%のアクリル酸メチル、アクリル酸エチル又はこれらの混合物、好ましくは40~100質量%のアクリル酸メチル、アクリル酸エチル又はこれらの混合物、特に好ましくは50~100質量%のアクリル酸メチル、アクリル酸エチル又はこれらの混合物を含む。
さらなるモノマーを有するか又は有しない式(VIII)のモノマーのそのようなポリマーは、従来の、好ましくはフリーラジカル重合、例えばエマルション、ビーズ、溶液又はバルク重合で調製され得る(参照:Kirk-Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology 3rd Ed.,Vol.1.330~342頁,Vol.18,720~755頁,J.Wiley; H.Rauch-Puntigam,Th.Voelker,Acryl-und Methacrylverbindungen)。可能な開始剤は、モノマー及び重合の種類に応じて、ペルオキシ又はペルオキソ化合物及びアゾ化合物などのフリーラジカル開始剤である。開始剤の量は、モノマーに基づいて、一般に0.001~0.5質量%の範囲内である。
乳化重合に好適な開始剤は、例えば、ペルオキソ二硫酸塩及びバルク重合のためのレドックスシステムなど、例えばジベンゾイルペルオキシド又はジラウロイルペルオキシドなどの過酸化物だけでなく、溶液又はビーズ重合の場合には同様に、例えば、アゾビスイソブチロジニトリルなどのアゾ化合物である。分子量は、従来の調節剤、特にメルカプタン、例えば、ドデシルメルカプタンを使用して調節され得る。
好ましくは、重合は、高温、例えば50°C超で実施される。質量平均分子量(Mw)は、一般に、2000~5000000g/molの範囲、好ましくは20000~3000000g/molの範囲内である(光散乱により決定;HoubenWeyl,Methoden der Org.Chemie,4th edition,Volume 14/1,Georg Thieme-Verlag Stuttgart 1961参照)。
当業者は、成分(b1)、(b2)及び(b3)の調製のための上記のモノマーが、重合反応中にそれらの構造の変化を受け得ることを知っている。結果として、ポリマーの構成単位は、それらが誘導されるモノマーと同じではない。しかしながら、当業者であれば、どのモノマーがポリマーのどの構成単位に対応するかを知っている。
配合又は三次元(3D)印刷による処理の条件下では、成分(b1)(ポリオキシメチレン(POM))と成分(b3)(少なくとも1つのさらなるポリマー(FP))との間でトランスアセタール化が実質的に起こらない、すなわち、コモノマー単位の交換が実質的に起こらない。
少なくとも1つのバインダー(B)は、(b1)の他に、成分(b2)及び/又は(b3)を含み得る。一実施形態では、バインダー(B)は、(b1)の他に、成分(b2)及び/又は(b3)を含む。
好ましい実施形態では、少なくとも1つのバインダー(B)は、(b1)の他に、バインダー(B)の総質量に基づいて、5~20質量%の成分(b2)、及び/又はバインダー(B)の総質量に基づいて、2~30質量%の成分(b3)を含む。
別の実施形態では、少なくとも1つのバインダー(B)は、(b1)の他に、成分(b2)及び/又は(b3)を含んでおり、ここで
(b2)は、少なくとも1つのポリオレフィン(PO)であり、
(b3)は、少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)である。
(b2)は、少なくとも1つのポリオレフィン(PO)であり、
(b3)は、少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)である。
さらなる好ましい実施形態では、少なくとも1つのバインダー(B)は、
(b1)少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、50~98質量%の少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)、
(b2)少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、2~50質量%の少なくとも1つのポリオレフィン(PO)、
(b3)少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、0~40質量%の少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)、
を含む。
(b1)少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、50~98質量%の少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)、
(b2)少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、2~50質量%の少なくとも1つのポリオレフィン(PO)、
(b3)少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、0~40質量%の少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)、
を含む。
少なくとも1つの供給原料は、任意の所望の形態を有してよい。好ましくは、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのフィラメント又は少なくとも1つの粒状物であり、より好ましくは、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つの粒状物である。
「少なくとも1つのフィラメント」は、正確に1つのフィラメント、及び2つ以上のフィラメントの混合物も意味する。同じことは「少なくとも1つの粒状物」に適用される。「少なくとも1つの粒状物」は、正確に1つの粒状物、及び2つ以上の粒状物の混合物も意味する。
少なくとも1つの供給原料が少なくとも1つの粒状物である場合、少なくとも1つの粒状物は、ホッパーから3Dプリンタに供給される。
少なくとも1つの粒状物は、少なくとも1つのバインダー(B)と少なくとも1つの無機粉末(IP)とを任意の所望の量で含み得る。
好ましい実施形態では、少なくとも1つの粒状物は、少なくとも1つの粒状物の総体積に基づいて、30~70体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の少なくとも1つのバインダー(B)を含み、好ましくは、40~65体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)及び35~60体積%の少なくとも1つのバインダー(B)を含む。
少なくとも1つの供給原料が少なくとも1つのフィラメントである場合、少なくとも1つのフィラメントは、スプールから巻き出すことによって3Dプリンタに供給される。
フィラメントは、当業者によって適切であるとみなされる任意の直径を有し得る。好ましくは、少なくとも1つのフィラメントの直径は、1.5~3.5mm、より好ましくは1.6~3.2mm、最も好ましくは1.7~3.1mmである。
好ましい実施形態においては、少なくとも1つのフィラメントは、少なくとも1つのフィラメントの総体積に基づいて、30~70体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の少なくとも1つのバインダー(B)を含み、好ましくは、40~65体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)及び35~60体積%の少なくとも1つのバインダー(B)を含む。
別の好ましい実施形態では、少なくとも1つのフィラメントは、シェル材料(SM)の層でコーティングされたコア材料(CM)を含み、ここで、
コア材料(CM)は、コア材料(CM)の総体積に基づいて、30~70体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の少なくとも1つのバインダー(B)を含み、
及び、
シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総体積に基づいて、75~100体積%の少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)、0~20体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)、及び0~25体積%の少なくとも1つの添加剤を含む。
コア材料(CM)は、コア材料(CM)の総体積に基づいて、30~70体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の少なくとも1つのバインダー(B)を含み、
及び、
シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総体積に基づいて、75~100体積%の少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)、0~20体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)、及び0~25体積%の少なくとも1つの添加剤を含む。
シェル材料(SM)の層は、当業者によって適切であるとみなされる任意の厚さを有し得る。好ましくは、シェル材料(SM)の層の厚さは、0.01~0.5mm、より好ましくは0.02~0.3mm、最も好ましくは0.025~0.25mmである。
コア材料(CM)は、当業者によって適切とみなされる任意の直径を有し得る。好ましくは、コア材料の直径は、1.3~3.0mm、より好ましくは1.4~2.95mm、最も好ましくは1.5~2.9mmである。
シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総体積に基づいて、75~100体積%、好ましくは85~100体積%、より好ましくは95~100体積%の、少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)を含む。
熱可塑性ポリマー(TP)として、当業者であれば、技術的に適切な任意の熱可塑性ポリマーを選択することができる。
熱可塑性ポリマー(TP)は、少なくとも1つのバインダー(B)で使用されるポリマーの1つと同一であってもよい。
本発明における「少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)」は、正確に1つの熱可塑性ポリマー(TP)、及び2つ以上の熱可塑性ポリマー(TP)の混合物も意味する。
少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)は、熱可塑性ホモポリマー、熱可塑性コポリマー、ならびに熱可塑性ポリマーのブレンドを含み得る。
好ましくは、シェル材料(SM)の熱可塑性ポリマー(TP)は、ポリオキシメチレン(POM)、ポリプロピレンなどのポリオレフィン(PE)、ポリウレタン(PU)、ポリアミド(PA)、ポリエーテル(PETH)、ポリカーボネート(PC)、及び/又はポリ乳酸などのポリエステル(PES)及びそれらのブレンドの群から選択される。
より好ましくは、熱可塑性ポリマー(TP)は、ポリオキシメチレン(POM)、ポリプロピレン及び/又はポリ乳酸(PLA)及びそれらのブレンドからなる群から選択される。
シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総体積に基づいて、0~20体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)をさらに含む。
シェル材(SM)の少なくとも1つの無機粉末(IP)は、コア材料(CM)の無機粉末(IP)と同一である。
好ましくは、シェル材料(SM)は、少なくとも1つの無機粉末(IP)のいずれも含まない。
しかしながら、シェル材料(SM)が少なくとも1つの無機粉末(IP)を含ないフィラメントの実施形態では、シェル材料(SM)の総体積に基づいて、1体積%未満の微量の無機粉末(IP)が存在する場合がある。
シェル材料(SM)は、シェル材料(SM)の総質量に基づいて、0~25体積%、好ましくは0~15体積%、より好ましくは0~5体積%の少なくとも1つの添加剤(A)のをさらに含有する。
本発明による「少なくとも1つの添加剤(A)」は、正確に1つの添加剤(A)、及び2つ以上の添加剤(A)の混合物も意味する。
好ましくは、少なくとも1つの添加剤(A)は、分散剤、安定剤、顔料及び粘着付与剤からなる群から選択される。
添加剤(A)は、公知の分散剤の中から選択されることができる。例えば、200~600g/molの低分子量を有するオリゴマーポリエチレンオキシド、ステアリン酸、ステアラミド、ヒドロキシステアリン酸、脂肪アルコール、脂肪酸エステル、スルホン酸エステルならびにエチレンオキシド及びプロピレンオキシドのブロックコポリマー、さらに、特に好ましくはポリイソブチレンである。
さらに、添加剤(A)は、UV安定剤及び/又は酸化防止剤のような安定剤から選択され得る。
添加剤(A)は、有機染料及び/又は無機顔料などの顔料から選択され得る。
さらに、添加剤(A)は、室温より低い、好ましくは25℃未満のガラス転移温度を有するポリマー及び/又はテルペン誘導体のような粘着付与剤から選択され得る。
添加剤(A)はまた、WO2013/117428A1に開示されている粘着付与剤から選択され得る。市販の粘着付与剤の例はAcronal(登録商標)A107である。
WO2013/117428A1に基づき、及び、WO2013/117428A1における粘着付与剤の成分の定義を適用すると、粘着付与剤として、好ましくは、質量平均分子量が50000g/mol未満であり、かつ、ガラス転移温度が-40℃以上0℃以下、好ましくは-35℃以上0℃以下であって、好ましくは、
(c1a)少なくとも40質量%の、少なくとも1つのC1~C20-アルキル(メタ)アクリレート、
(c1b)0~30質量%の少なくとも1つのビニル芳香族化合物、
(c1c)少なくとも0.1質量%の少なくとも1つの酸モノマー、
(c1d)0~50質量%のさらなるモノマー、
(ここで、モノマーの量は、すべてのモノマーの合計に基づいている。)を含むモノマー混合物の、水溶性分散重合体中の少なくとも1つを含む分散体が適用される。
(c1a)少なくとも40質量%の、少なくとも1つのC1~C20-アルキル(メタ)アクリレート、
(c1b)0~30質量%の少なくとも1つのビニル芳香族化合物、
(c1c)少なくとも0.1質量%の少なくとも1つの酸モノマー、
(c1d)0~50質量%のさらなるモノマー、
(ここで、モノマーの量は、すべてのモノマーの合計に基づいている。)を含むモノマー混合物の、水溶性分散重合体中の少なくとも1つを含む分散体が適用される。
さらに、粘着付与剤は、US4,767,813に開示されているように、及び、以下の3つの段落に特定されるように適用されてもよい。
US4767813によれば、粘着付与剤は、約25°~110℃、好ましくは約50°~110℃の環球軟化点を有するロジン又はロジン誘導体であり得る。
好適な粘着付与剤には、ロジン、水素化ロジンエステル、ロジンのグリセロール、例えばトリグリセロールロジンエステル、ロジンのC2~C3-アルキレンエステル、例えばロジンのトリエチレングリコールエステル及びロジンのトリプロピレングリコールエステル;ロジン塩、不均化(disproportionated)ロジン塩、ペンタエリスリトール及びアルファとベータピネンを含むポリテルペン樹脂が含まれる。好適な樹脂は、Staybelite Ester 3、Staybelite Ester 10、Pentalyn H及びHercolyn Dの商品名で販売されている。
粘着付与樹脂は、約10°~100℃、好ましくは約50°~100℃の環球軟化点を有するC5又はC9合成粘着付与樹脂であってよい。適切な樹脂は、Piccovar、Hercotac、Picconal及びPiccolyteの商品名で販売されている。これらの粘着付与剤は、C9モノマー、好ましくは芳香族及びC5モノマー、好ましくは脂肪族から重合される。
ステップb)
ステップb)によれば、少なくとも1つの供給原料は、3Dプリンタ内で加熱される。
ステップb)によれば、少なくとも1つの供給原料は、3Dプリンタ内で加熱される。
ステップb)による少なくとも1つの供給原料の加熱は、好ましくは、3Dプリンタの少なくとも1つのノズルの内部で実行される。
少なくとも1つのノズルは、好ましくは、少なくとも1つの供給原料が溶融形態で少なくとも1つのノズル内に存在するように、この程度まで、加熱され、例えば、少なくとも1つのノズルは、電気ヒーターによって加熱される。少なくとも1つのノズル内の電気ヒーターの熱は、好ましくは、少なくとも1つの供給原料が少なくとも1つのノズルに到達する前に軟化しないように、隔離される。
したがって、少なくとも1つのノズルは、好ましくは、少なくとも2つの領域を有し、少なくとも1つの供給原料は、第1領域において固体形態で存在し、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのノズルの第2領域において溶融形態で存在する。ノズル内では、少なくとも1つの供給原料の固体状態と溶融状態との間の遷移は連続的である。
好ましくは、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのバインダー(B)の溶融温度より高い温度に加熱される。少なくとも1つの供給原料がコア材料(CM)及びシェル材料(SM)を含む少なくとも1つのフィラメントである場合、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのバインダー(B)と少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)の溶融温度より高い温度に加熱される。
少なくとも1つのバインダー(B)と少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)の溶融温度を決定するための方法は、当業者に知られている。例えば、少なくとも1つのバインダー(B)及び少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)の溶融温度は、示差走査熱量測定(DSC)によって推定することができる。
本発明の方法の好ましい実施形態では、方法ステップb)において、少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのバインダー(B)の融点より、少なくとも1℃、好ましくは少なくとも5℃、特に好ましくは少なくとも10℃、高い温度に加熱される。
別の好ましい実施形態では、少なくとも1つの供給原料は、140~250℃の範囲、好ましくは160~245℃の範囲の温度に加熱される。
ステップc)
ステップc)では、ステップb)で得られた少なくとも1つの加熱された供給原料が少なくとも1つのノズルを通って押し出され、少なくとも1つの押し出されたストランドを得る。
ステップc)では、ステップb)で得られた少なくとも1つの加熱された供給原料が少なくとも1つのノズルを通って押し出され、少なくとも1つの押し出されたストランドを得る。
少なくとも1つの押し出されたストランドは、一般に、少なくとも1つのノズルを通って押し出された後、急速に硬化し、ノズル供給径とほぼ同じ厚さで押し出される。好ましくは、少なくとも1つの押し出されたストランドの厚さは、20μm~1.5mmの範囲、好ましくは100μm~800μmの範囲である。
少なくとも1つの押し出されたストランドの総表面積は、好ましくは、少なくとも1つの無機粉末(IP)、少なくとも1つのバインダー(B)、存在する場合、少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)、及び、存在する場合、少なくとも1つの添加剤(A)で構成されている。
少なくとも1つの無機粉末(IP)によってカバーされる少なくとも1つの押し出されたストランドの表面積は、好ましくは、少なくとも1つの押し出されたストランドの総表面積の、少なくとも30%、より好ましくは少なくとも35%を構成する。
さらに、少なくとも1つの無機粉末(IP)によってカバーされる少なくとも1つの押し出されたストランドの表面積は、好ましくは、少なくとも1つの押し出されたストランドの総表面積の、80%以下、より好ましくは70%以下を構成する。
好ましい実施形態では、少なくとも1つの無機粉末(IP)によってカバーされる少なくとも1つの押し出されたストランドの表面上の面積は、好ましくは、少なくとも1つの押し出されたストランドの総表面積の、30~80%、より好ましくは35~70%を構成する。
少なくとも1つの無機粉末(IP)が金属又は金属合金からなる群から選択される場合、少なくとも1つの押し出されたストランドの総表面積に対する少なくとも1つの無機粉末(IP)の表面積は、走査電子顕微鏡(SEM)により決定されることができる。
ステップd)
ステップd)によれば、三次元グリーン体(GB)は、ステップc)で得られた少なくとも1つの押し出されたストランドから、層ごとに形成される。三次元グリーン体(GB)の形成は、通常、ビルドチャンバ内に位置するベースプレート(BP)上に押し出されたストランドを堆積させることによる、「層ベースの付加技術」を使用して行われる。
ステップd)によれば、三次元グリーン体(GB)は、ステップc)で得られた少なくとも1つの押し出されたストランドから、層ごとに形成される。三次元グリーン体(GB)の形成は、通常、ビルドチャンバ内に位置するベースプレート(BP)上に押し出されたストランドを堆積させることによる、「層ベースの付加技術」を使用して行われる。
本発明の目的のための「層ベースの付加技術」は、押し出されたストランドの第1層がビルドチャンバ内のベースプレート(BP)上に堆積され、押し出されたストランドの第1層を形成し、次いで、押し出されたストランドの第1層上に押し出されたストランドの第2層が堆積され、次いで、押し出されたストランドの第3層が堆積されるなどの技術である。層ベースの付加技術によって堆積される層の数は、三次元グリーン体(GB)のサイズに依存する。さらに、層の数は、堆積される層の厚さに依存する。
層の厚さは、通常、ステップc)で得られた少なくとも1つの押し出されたストランドの厚さと同じ範囲である。
ビルドチャンバの温度は、通常20~100℃の範囲、好ましくは40~90℃、特に好ましくは50~80℃の範囲である。
要約すると、本発明の方法のステップa)~d)において、少なくとも1つの供給原料は、一般に、最初に固体状態で存在し、その後溶融し、その後、ストランドを押し出すことによって印刷され、該ストランドは、次いで、層ごとに適用され、三次元グリーン体(GB)を形成する。
三次元グリーン体(GB)は、ベースプレート(BP)上に層ごとに形成される。ベースプレート(BP)は、ビルドチャンバ内に配置される。
ベースプレート(BP)は、少なくとも1つのバインダー(B)と任意に少なくとも1つの無機粉末(IP)を含む。少なくとも1つのバインダー(B)と任意に少なくとも1つの無機粉末(IP)を任意の所望の量で含み得る。
好ましくは、ベースプレート(BP)は、いずれの場合もベースプレート(BP)の総体積に基づいて、0~70体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)と30~100体積%の少なくとも1つのバインダー(B)、より好ましくは、30~70体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)と30~70体積%の少なくとも1つのバインダー(B)、最も好ましくは、40~65体積%の少なくとも1つの無機粉末(IP)と35~60体積%の少なくとも1つのバインダー(B)を含む。
ベースプレート(BP)は、射出成形又は押出成形によって、より好ましくは射出成形によって調製されることができる。それは、任意の所望の厚さを有することができる。好ましくは、0.5~20mm、より好ましくは1~15mm、最も好ましくは1~10mmの厚さを有する。
好ましくは、ベースプレート(BP)は、ビルドチャンバ内に不可逆的に固定されておらず、これは、損傷なしにビルドチャンバから取り外すことができることを意味する。
好ましい実施形態では、ステップa)からd)の間、ベースプレート(BP)はクランプによってビルドチャンバ内に位置するベース上に固定される。ベースは、好ましくは、ビルドチャンバ内に不可逆的に固定される。
ステップe)
ステップe)によれば、三次元グリーン体(GB)とベースプレート(BP)がビルドチャンバから取り出され、三次元グリーン体(GB)はベースプレート(BP)に取り付けられている。
ステップe)によれば、三次元グリーン体(GB)とベースプレート(BP)がビルドチャンバから取り出され、三次元グリーン体(GB)はベースプレート(BP)に取り付けられている。
本発明の目的のために、「取り付けられている」という用語は、三次元グリーン体(GB)の下面全体に基づいて、三次元グリーン体(GB)の下面の、好ましくは少なくとも90%、より好ましくは少なくとも95%、最も好ましくは少なくとも99%がベースプレート(BP)に固定されていることを意味する。
好ましくは、三次元グリーン体(GB)とベースプレート(BP)は、ベースプレート(BP)がベースに固定されているクランプを取り外すことにより、ビルドチャンバから取り出される。
したがって、新たな三次元体(GB)を製造するための新しいベースプレート(BP)をベース上に固定することが可能である。
好ましい実施形態では、ステップe)の後にステップf2)~h2):
f2)三次元グリーン体(GB)をベースプレート(BP)から分離するステップと、
g2)三次元グリーン体(GB)を脱バインダーするステップであって、三次元ブラウン体(BB)が三次元グリーン体(GB)から形成される、ステップと、
h2)三次元ブラウン体(GB)を焼結するステップであって、三次元焼結体が三次元ブラウン体(BB)から形成される、ステップと、
が続く。
f2)三次元グリーン体(GB)をベースプレート(BP)から分離するステップと、
g2)三次元グリーン体(GB)を脱バインダーするステップであって、三次元ブラウン体(BB)が三次元グリーン体(GB)から形成される、ステップと、
h2)三次元ブラウン体(GB)を焼結するステップであって、三次元焼結体が三次元ブラウン体(BB)から形成される、ステップと、
が続く。
別のより好ましい実施形態では、ステップe)の後に、ステップf1)~h1):
f1)ベースプレート(BP)と、ベースプレート(BP)に取り付けられた三次元グリーン体(GB)を脱バインダーするステップであって、三次元ブラウン体(BB)が三次元グリーン体(GB)から形成される、ステップと、
g1)ベースプレート(BP)と、ベースプレート(BP)に取り付けられた三次元ブラウン体(GB)とを焼結をするステップであって、三次元焼結体が三次元ブラウン体(BB)から形成される、ステップと、
h1)三次元焼結体をベースプレート(BP)から分離する、ステップと、
が続く。
f1)ベースプレート(BP)と、ベースプレート(BP)に取り付けられた三次元グリーン体(GB)を脱バインダーするステップであって、三次元ブラウン体(BB)が三次元グリーン体(GB)から形成される、ステップと、
g1)ベースプレート(BP)と、ベースプレート(BP)に取り付けられた三次元ブラウン体(GB)とを焼結をするステップであって、三次元焼結体が三次元ブラウン体(BB)から形成される、ステップと、
h1)三次元焼結体をベースプレート(BP)から分離する、ステップと、
が続く。
ステップf1)及びg2)
ステップf1)又はg2)によれば、三次元グリーン体(GB)及び任意でベースプレート(BP)がそれぞれ脱バインダーされる。
ステップf1)又はg2)によれば、三次元グリーン体(GB)及び任意でベースプレート(BP)がそれぞれ脱バインダーされる。
本発明の目的のための「脱バインダー」とは、バインダー(B)の少なくとも一部及び/又は存在すれば熱可塑性ポリマー(TP)の少なくとも一部が、三次元ブラウン体(BB)を形成するために、三次元グリーン体(GB)から除去されることを意味する。
バインダー(B)を少なくとも部分的に、及び/又は、存在する場合には、熱可塑性ポリマー(TP)の少なくとも一部を除去した後、得られる三次元体は、「三次元ブラウン体」と呼ばれる。三次元ブラウン体(BB)は、無機粉末(IP)、バインダー(B)の画分、及び存在する場合には、それぞれステップf1)又はg2)の間に除去されなかった熱可塑性ポリマー(TP)の画分をそれぞれ含む。
ステップf1)又はg2)で、それぞれバインダー(B)の少なくとも一部を除去し、及び/又は、存在する場合には、熱可塑性ポリマー(TP)の少なくとも一部を除去するために、三次元(3D)印刷法によって得られた三次元グリーン体は、ガス状酸を含む雰囲気で処理されることが好ましい。適切なプロセスは、例えば、US2009/0288739及びUS5,145,900に記載されている。ステップf1)又はg2)は、それぞれ、好ましくは、バインダー(B)の溶融温度未満の温度で実施される。ステップf1)又はg2)はそれぞれ、好ましくはバインダー(B)の融点より少なくとも1℃低い温度で、好ましくはバインダー(B)の融点より少なくとも5℃低い温度で、特に好ましくはバインダー(B)の融点より少なくとも10℃低い温度で実施される。
一般に、ステップf1)又はg2)は、それぞれ、20~180℃の範囲、特に好ましくは100~150℃の範囲の温度で実施される。好ましくは、f1)又はg2)はそれぞれ、0.1~24時間、特に好ましくは0.5~12時間の期間実施される。
必要な処理時間は、処理温度及び処理雰囲気中の酸の濃度、ならびに三次元グリーン体(GB)のサイズによって異なる。
本発明のステップf1)又はg2)にそれぞれ適した酸は、例えば、室温で気体であるか、又は処理温度以下で気化することができる無機酸である。例えば、ハロゲン化水素、硝酸が挙げられる。ハロゲン化水素は、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素などである。好適な有機酸は、130℃未満の大気圧での沸点を有するもの、例えば、ギ酸、酢酸又はトリフルオロ酢酸及びそれらの混合物である。130℃を超える沸点を有する酸、例えばメタンスルホン酸は、より低沸点の酸及び/又は水との混合物として投与される場合、ステップf1)又はg2)においてそれぞれ利用され得る。ステップf1)又はg2)のためにそれぞれ好ましい酸は、硝酸、10質量%のシュウ酸水溶液、又は水中で50体積%のメタンスルホン酸の混合物である。
さらに、BF3及びその無機エーテルとの付加物を酸として使用することができる。
キャリアガスを用いる場合は、一般に、キャリアガスを酸に通し、予め酸を負荷させておく。このようにして酸を負荷させたキャリアガスは、次にステップf1)又はg2)がそれぞれ実施される温度にされる。この温度は、酸の凝縮を避けるために、負荷温度よりも高いことが有利である。好ましくは、ステップf1)又はg2)がそれぞれ実施される温度は、負荷温度より少なくとも1℃、特に好ましくは少なくとも5℃、最も好ましくは少なくとも10℃高い。
好ましくは、計量装置によって酸をキャリアガスに混合し、酸がもはや凝縮し得ないような温度にガス混合物を加熱する。好ましくは、温度は、酸及び/又はキャリアガスの昇華及び/又は気化温度より少なくとも1℃、特に好ましくは少なくとも5℃、最も好ましくは少なくとも10℃高い。
キャリアガスは、一般に、それぞれステップf1)又はg2)の反応条件下で不活性な任意のガスである。好ましいキャリアガスは窒素である。
本発明の異なる実施形態においてバインダー(B)及び/又は存在する場合、熱可塑性ポリマー(TP)によって含まれ得るすべての成分が、それらの化学的及び物理的特性に起因して、ステップf1)又はg2)において除去可能であるわけではないことは当業者に知られている。
そのため、本発明の異なる実施形態における、ステップf1)又はg2)においてそれぞれ除去され得るバインダー(B)の部分及び/又は存在する場合には熱可塑性ポリマー(TP)の部分は、使用される特定の化合物に依存して変動し得る。
好ましくは、ステップf1)又はg2)は、バインダー(B)及び/又は存在する場合には熱可塑性ポリマー(TP)が、それぞれバインダー(B)及び/又は存在する場合には熱可塑性ポリマー(TP)の総質量に基づいて、少なくとも40質量%、より好ましくは少なくとも60質量%、最も好ましくは少なくとも80質量%、特に好ましくは少なくとも90質量%、より特に好ましくは少なくとも95質量%の程度除去されるまで、継続される。これは、例えば、質量減少の高さで確認され得る。
ステップf1)又はg2)の温度で、それぞれ三次元グリーン体(GB)に含まれる無機粉末(IP)が化学的反応及び/又は物理的反応を受け得ることは、当業者に知られている。特に、無機粉末(IP)の粒子は一緒に融合され得、無機粉末は固体状態相転移を受け得る。
同じことがバインダー(B)と、存在する場合は熱可塑性ポリマー(TP)にも当てはまる。ステップf1)又はg2)の間に、それぞれ、バインダー(B)の組成が変わり得る。
その結果、本発明の一実施形態では、ステップe)で得られた三次元グリーン体(GB)に含まれる無機粉末(IP)、バインダー(B)及び/又は存在する場合には熱可塑性ポリマー(TP)は、それぞれステップf1)又はg2)で得られた三次元ブラウン体に含まれる無機粉末(IP)及び/又はバインダー(B)とは異なる。
ステップg1)とh2)
ステップf1)又はg2)はそれぞれ、三次元ブラウン体を焼結して三次元焼結体を形成する、ステップg1)又はh2)に後続され得る。それぞれステップg1)又はh2)はそれぞれ、焼結とも呼ばれる。「ステップg1)」又は「ステップh2)」、及び、本発明の目的のための「焼結」という用語はそれぞれ同義であり、本発明全体を通じて交換可能に使用される。
ステップf1)又はg2)はそれぞれ、三次元ブラウン体を焼結して三次元焼結体を形成する、ステップg1)又はh2)に後続され得る。それぞれステップg1)又はh2)はそれぞれ、焼結とも呼ばれる。「ステップg1)」又は「ステップh2)」、及び、本発明の目的のための「焼結」という用語はそれぞれ同義であり、本発明全体を通じて交換可能に使用される。
一実施形態では、三次元ブラウン体(BB)は、無機粉末(IP)が金属及び金属合金からなる群から選択される部分と、無機粉末(IP)がセラミック材料前駆体である部分とを含んでもよい。無機粉末(IP)がセラミック材料前駆体である部分は、焼結前又は焼結後に三次元ブラウン体から除去されてよい。好ましくは、無機粉末(IP)がセラミック材料前駆体である部分は、焼結後に除去される。
焼結後の三次元体は三次元焼結体である。三次元焼結体は、無機粉末(IP)を含み、バインダー(B)、及び三次元ブラウン体中にまだ存在していた場合は、熱可塑性ポリマー(TP)を本質的に含まない。
本発明の文脈における「バインダー(B)及び熱可塑性ポリマー(TP)を本質的に含まない」とは、三次元焼結体が、5体積%未満、好ましくは2体積%未満、特に好ましくは0.5体積%未満、最も好ましくは0.01体積%未満のバインダー(B)及び熱可塑性ポリマー(TP)を含むことを意味する。
焼結プロセス中に無機粉末(IP)が一緒に焼結されて焼結無機粉末を得ることは当業者に知られている。さらに、焼結プロセスの間、無機粉末(IP)は、化学的反応及び/又は物理的反応を受け得る。結果的に、三次元ブラウン体(BB)に含まれる無機粉末(IP)は、通常、三次元焼結体に含まれる焼結無機粉末とは異なる。
本発明の一実施形態では、それぞれステップf1)又はg2)の後、かつ、それぞれg1)又はステップh2)の前に、ステップf1)又はg2)で得られた三次元ブラウン体(BB)れぞれ、好ましくは0.1~12時間、特に好ましくは0.3~6時間、好ましくは250~700℃、特に好ましくは250~600℃の温度で加熱して残留バインダー(B)と存在する場合の残留熱可塑性ポリマー(TP)を完全に除去する。
ステップg1)又はステップh2)の間の温度ならびに持続時間及び雰囲気は、それぞれ、少なくとも1つの供給原料に含まれる無機粉末(IP)に依存する。焼結プロセスの温度プログラム、持続時間及び雰囲気は、一般に、少なくとも1つの供給原料に含まれる無機粉末(IP)の必要性に適合される。ステップg1)又はステップh2)のそれぞれに適した条件は、当業者に知られている。
一般に、ステップg1)又はステップh2)は、それぞれ、無機粉末(IP)及びバインダー(B)に対して不活性であるガスの雰囲気下で行われる。典型的な不活性ガスは、例えば、窒素及び/又はアルゴンである。
少なくとも1つの供給原料に含まれる無機粉末(IP)に応じて、ステップg1)又はステップh2)をそれぞれ、空気中、真空下、又は水素雰囲気中で実施することも可能である。
ステップg1)又はステップh2)におけるそれぞれの温度は、一般に750~1600℃の範囲、好ましくは800~1500℃の範囲、特に好ましくは850~1450℃の範囲である。
ステップh1)とf2)
ステップh1)において、三次元焼結体をベースプレート(BP)から分離し、ステップh2)において三次元グリーン体をベースプレート(BP)からそれぞれ分離する。
ステップh1)において、三次元焼結体をベースプレート(BP)から分離し、ステップh2)において三次元グリーン体をベースプレート(BP)からそれぞれ分離する。
好ましくは、分離は機械的に行われ、より好ましくは、破断(breaking)、鋸引き(sawing)、粉砕(milling)、研削(grinding)及び/又はジガー(jiggering)によって行われる。
したがって、本発明のさらなる目的は、それぞれステップf1)~h1)又はf2)~h2)により調製される、三次元焼結体である。
本発明のさらなる主題は、ステップa)~e)による、本発明の方法によって調製された三次元グリーン体(GB)である。
Claims (17)
- 少なくとも1つの供給原料、ビルドチャンバ、及び少なくとも1つのノズルを含む三次元押出プリンタ(3Dプリンタ)を採用する三次元(3D)印刷法によって三次元グリーン体(GB)を製造する方法であって、前記方法は以下のステップa)~e):
a) 前記少なくとも1つのノズルを含む前記3Dプリンタに、前記少なくとも1つの供給原料を供給するステップであって、前記少なくとも1つの供給原料が、少なくとも1つのバインダー(B)と少なくとも1つの無機粉末(IP)とを含み、前記少なくとも1つのバインダー(B)が少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)を含む、ステップと、
b) 前記3Dプリンタ内で前記少なくとも1つの供給原料を加熱する、ステップと、
c) 少なくとも1つの押し出されたストランドを得るために、ステップb)で得られた前記少なくとも1つの加熱された供給原料を、前記少なくとも1つのノズルを通して押し出す、ステップと、
d) 前記ビルドチャンバ内に配置されたベースプレート(BP)上に、ステップc)で得られた前記少なくとも1つの押し出されたストランドから層ごとに前記三次元グリーン体(GB)を形成するステップであって、前記ベースプレート(BP)は、前記少なくとも1つのバインダー(B)と任意で前記少なくとも1つの無機粉末(IP)を含む、ステップと、
e) 前記ビルドチャンバから前記三次元グリーン体(GB)と前記ベースプレート(BP)を取り出すステップであって、前記三次元グリーン体(GB)は前記ベースプレート(BP)に取り付けられている、ステップと、
を含む、方法。 - i) 前記少なくとも1つの無機粉末(IP)の粒径は、0.1~80μm、好ましくは0.5~50μm、より好ましくは0.1~30μmであり、及び/又は、
ii) 前記少なくとも1つの無機粉末(IP)は、金属、金属合金及びセラミック材料前駆体からなる群から選択される少なくとも1つの無機材料の粉末であり、及び/又は、
iii) ステップb)において、前記少なくとも1つの供給原料は前記少なくとも1つのバインダー(B)の溶融温度より高い温度に加熱され、及び/又は、
iv) ステップb)による前記少なくとも1つの供給原料の加熱は、前記少なくとも1つのノズルの内部で実施される、請求項1に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つのフィラメントである、請求項1又は2に記載の方法。
- i) 前記少なくとも1つのフィラメントは、前記少なくとも1つのフィラメントの総体積に基づいて、30~70体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含み、好ましくは、40~65体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び35~60体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含み、及び/又は、
ii) 前記少なくとも1つのフィラメントの直径は、1.5~3.5mm、好ましくは1.6~3.2mm、より好ましくは1.7~3.1mmである、請求項3に記載の方法。 - 前記少なくとも1つのフィラメントは、シェル材料(SM)の層でコーティングされたコア材料(CM)を含み、
前記コア材料(CM)は、前記コア材料(CM)の総体積に基づいて、30~70体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含み、
及び、
前記シェル材料(SM)は、前記シェル材料(SM)の総体積に基づいて、75~100体積%の少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)、0~20体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)、及び0~25体積%の前記少なくとも1つの添加剤を含む、請求項3に記載の方法。 - i) 前記少なくとも1つのフィラメントの直径は、1.5~3.5mm、好ましくは1.6~3.2mm、より好ましくは1.7~3.1mmであり、及び/又は、
ii) 前記コア材料の直径は、1.3~3.0mm、好ましくは1.4~2.95mm、より好ましくは1.5~2.9mmであり、及び/又は、
iii) 前記シェル材料(SM)の層の厚さは、0.01~0.5mm、好ましくは0.02~0.3mm、より好ましくは0.025~0.25mmであり、及び/又は、
iv) 前記シェル材料(SM)の前記少なくとも1つの熱可塑性ポリマー(TP)は、ポリオキシメチレン(POM)、ポリプロピレンなどのポリオレフィン(PE)、ポリウレタン(PU)、ポリアミド(PA)、ポリエーテル(PETH)、ポリカーボネート(PC)、及び/又はポリ乳酸などのポリエステル(PES)及びそれらのブレンドの群から選択され、及び/又は、
v) 前記シェル材料(SM)の少なくとも1つの添加剤(A)は、分散剤、安定剤、顔料及び粘着付与剤からなる群から選択される、
請求項5に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの供給原料は、少なくとも1つの粒状物である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの粒状物は、前記少なくとも1つの粒状物の総体積に基づいて、30~70体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含み、好ましくは、40~65体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び35~60体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ベースプレート(BP)は、前記ベースプレート(BP)の総体積に基づいて、0~70体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~100体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含み、好ましくは、30~70体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び30~70体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含み、より好ましくは、40~65体積%の前記少なくとも1つの無機粉末(IP)及び35~60体積%の前記少なくとも1つのバインダー(B)を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのバインダー(B)は、
(b1)前記少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、50~98質量%の前記少なくとも1つのポリオキシメチレン(POM)、
(b2)前記少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、2~50質量%の少なくとも1つのポリオレフィン(PO)、
(b3)前記少なくとも1つのバインダー(B)の総質量に基づいて、0~40質量%の少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)、
を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。 - 前記さらなるポリマー(FP)は、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリエポキシド、ポリアミド、ビニル芳香族ポリマー、ポリ(ビニルエステル)、ポリ(ビニルエーテル)、ポリ(アルキル(メタ)アクリレート)及びそれらのコポリマーからなる群から選択される少なくとも1つのさらなるポリマー(FP)である、請求項10に記載の方法。
- 前記ベースプレート(BP)は、
i) 0.5~20mm、好ましくは1~15mm、より好ましくは1~10mmの厚さを有し、及び/又は、
ii) 射出成形又は押し出しによって、好ましくは射出成形によって調製される、
請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。 - ステップe)の後に、以下のステップf1)~h1):
f1)前記ベースプレート(BP)と、前記ベースプレート(BP)に取り付けられた前記三次元グリーン体(GB)を脱バインダーするステップであって、三次元ブラウン体(BB)が前記三次元グリーン体(GB)から形成される、ステップと、
g1)前記ベースプレート(BP)と、前記ベースプレート(BP)に取り付けられた前記三次元ブラウン体(GB)とを焼結するステップであって、三次元焼結体が前記三次元ブラウン体(BB)から形成される、ステップと、
h1)焼結体三次元焼結体を焼結体ベースプレート(BP)から分離する、ステップと、
が続く、請求項1~12のいずれか1項に記載の方法。 - ステップe)の後に、以下のステップf2)~h2):
f2)前記三次元グリーン体(GB)を前記ベースプレート(BP)から分離するステップと、
g2)前記三次元グリーン体(GB)を脱バインダーするステップであって、前記三次元ブラウン体(BB)が前記三次元グリーン体(GB)から形成される、ステップと、
h2)前記三次元ブラウン体(GB)を焼結するステップであって、三次元焼結体が前記三次元ブラウン体(BB)から形成される、ステップと、
が続く、請求項1~12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記分離は機械的に行われ、好ましくは、破断、鋸引き、粉砕、研削及び/又はジガーによって行われる、請求項13又は14に記載の方法。
- 請求項1~12のいずれか1項に記載の方法によって調製される、三次元グリーン体(GB)。
- 請求項13~15のいずれか1項に記載の方法によって調製される、三次元焼結体。
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