JP4846425B2 - 粉末焼結積層造形法に使用される微小球体、その製造方法、粉末焼結積層造形物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
第2の発明は、第1の発明の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体に係り、前記微小球体が、0.1重量%以上95重量%以下の充填材を含むことを特徴とし、
第3の発明は、第2の発明の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体に係り、前記充填材が無機材料からなる微粒子であることを特徴とし、
第4の発明は、第3の発明の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体に係り、前記無機材料が金属、金属酸化物およびカーボンよりなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とし、
第5の発明は、第1乃至第4の発明のいずれか一の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体に係り、前記熱可塑性樹脂が、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマー(ABS)、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、スチレン・アクリロニトリルコポリマー(SAN)およびポリカプロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とし、
第6の発明は、第1乃至第5の発明のいずれか一の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体に係り、前記微小球体の充填率=かさ密度÷真密度×100 (但し、かさ密度とは、粉体を一定の容器に振動を加えて充填したとき、その重量を容積で割ったタップ密度(g/cm 3 )のことをいう。真密度とは、ピクノメーター法による粒子密度測定器を用いて実測した測定値をいう。)で定義される前記微小球体の充填率が50%以上であることを特徴とし、
第7の発明は、粉末焼結積層造形法に使用される微小球体の製造方法に係り、(1)熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を、この組成物と相溶性のない分散媒と共にこの組成物の軟化点以上の温度に加熱して混練し、微粒子に分散する工程と、(2)得られた微粒子をその軟化点以下の温度に冷却する工程と、 (3)冷却された微粒子を分散媒から分離し、平均粒子径が1乃至100μmの略球状の微粒子を得る工程と、(4)前記分離して得られた微粒子を乾燥させた後、乾燥状態で該微粒子に、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、及びヒドロキシアパタイトよりなる群から選ばれた少なくとも1種からなり、平均粒子径が1μm以下である凝集防止粒子を混合し、攪拌して、該凝集防止粒子の被覆重量が、作製される微小球体の重量の0.1%以上5%以下となるように、分離された微粒子の表面の一部又は全部を該凝集防止粒子で被覆する工程とを含むことを特徴とし、
第8の発明は、粉末焼結積層造形物の製造方法に係り、(1)第1乃至第6の発明の何れか一に記載の微小球体を薄層に展開する薄層形成工程と、(2)前記薄層に、造形対象物の断面形状に対応する形状にレーザ光を照射して、該微小粉末を結合させる断面形状形成工程とを順次繰り返すことを特徴とし、
第9の発明は、粉末焼結積層造形物に係り、第8の発明記載の粉末焼結積層造形物の製造方法により作製されたことを特徴としている。
熱可塑性樹脂とは、加熱により軟化し、別の形に変形しうる樹脂のことであり、熱可塑性樹脂には、多くの合成高分子が該当する。
凝集防止粒子とは、微小球体表面の少なくとも一部をその粒子で被覆することにより、微小球体同士の凝集を防止させ得る効果を有する粒子のことをいう。その使用により微小球体同士の凝集を減少させることができる限り、特に制限なく凝集防止粒子として用いることができる。また、凝集防止粒子は、1種類を単独で使用することもでき、複数の種類の凝集防止粒子を同時に使用することもできる。
本発明の微小球体は少なくとも1種の充填材を内包することが好ましい。
本発明の微小球体には必要に応じて、着色のための顔料及び染料、摩擦帯電電荷量を制御するための帯電制御剤、ワックス等を添加することができる。
本発明の微小球体は何れの方法によっても製造することができるが、特に以下の方法で製造することが好ましい。
布を均一にすることが好ましい。
本発明の粉末焼結積層造形物の製造方法は、微小球体を薄層に展開する薄層形成工程1と、形成された薄層に、造形対象物の断面形状に対応する形状にレーザ光を照射して、該微小粉末を結合させる断面形状形成工程2とを順次繰り返すことを特徴としている。
上記のようにして作製された本発明の粉末焼結積層造形物は、さまざまな分野に用いることができる。これらの中でも特に自動車部品、一般機械部品、人工骨、各種人工臓器およびこれらのモデル製品の製造に好適に用いることができる。
本発明者らの一人が先に開発した溶融分相法を用いて平均粒子径が50μmのほぼ正規分布をしたナイロン12の微小球体約5kgを作製した。具体的には、ナイロン12(ダイセル化学工業(株)製のダイアミド1640)を5kgと、明成化学工業(株)製のポリエチレンオキサイドR150の6.5kgを良く混合した後、2軸型の加圧混練機中で230℃に均一に加熱しながら混練した。
次に上記で得た微小球体を2本の指の間でこすり合わせることで微小球体の粘着性を調べた。その結果、シリカ粒子で被覆した微小球体は被覆しない微小球体に比べて粘着性が少なかった。
ポリプロピレンは、住友化学製ノブレンW531を10kg使用し、分散媒として三洋化成製PEG20000を15kg使用した。これらを良く混合した後、加圧混練機中で180℃において5分間混練した。その後3分間静置した。ここで、分散媒PEGは、ポリプロピレンと相溶性がない分散媒であり、180℃でのPEGに対するポリプロピレンの溶解度は0.1%であった。また、ポリプロピレンの軟化点は145℃であった。
ポリ乳酸は、ユニチカ(株)製のポリ乳酸ペレット(PLA4031DK)を5kg使用し、分散媒として日本純薬(株)製のポリアクリル酸ペレット(ジュリマーAC−103AP)を7.5kg使用した。これらを良く混合した後、加圧混練機中で180℃において10分間混練後、190℃で安定静置を5分間行った。ここで、ポリアクリル酸は、ポリ乳酸と相溶性がない分散媒であり、190℃でのポリアクリル酸に対するポリ乳酸ペレットの溶解度は1%以下であった。また、ポリ乳酸ペレットの軟化点は60℃であった。
ポリカプロラクトンは、ダイセル化学製プラクセルト15を10kg使用し、分散媒として三洋化成製PEG P−20000を15kg使用した。これらを良く混合した後、加圧混練機中で190℃において5分間混練した。その後3分間静置した。ここで、分散媒は、ポリカプロラクトンと相溶性がない分散媒であり、190℃でのPEGに対するポリカプロラクトンの溶解度は0.1%以下であった。また、ポリカプロラクトンの軟化点は145℃であった。
0.5%、5%とした以外は、実施例1と同様な方法で微小球体を作製した。
比較例として化学粉砕した円形度が0.64のナイロン12で粉末焼結積層造形した試験片の密度を測定した。これを上記実施例で得られた粉末(円形度0.82)と比較すると表1のような結果になった。
Claims (9)
- 熱可塑性樹脂を含む、平均粒子径が1乃至100μmの略球状の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体であって、
前記略球状とは、粒子の円形度が0.7以上のものをいい、該円形度とは、複数の粒子についてそれぞれ(粒子の投影面積/粒子の最大長を直径とする円の面積)比を求め、それらを平均した値をいい、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、及びヒドロキシアパタイトよりなる群から選ばれた少なくとも1種からなり、平均粒子径が1μm以下である凝集防止粒子によって、かつ該凝集防止粒子の被覆重量が該微小球体の重量の0.1%以上5%以下であるように、前記微小球体の表面の一部又は全部が被覆されていることを特徴とする粉末焼結積層造形法に使用される微小球体。 - 前記微小球体が、0.1重量%以上95重量%以下の充填材を含むことを特徴とする請求項1記載の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体。
- 前記充填材が無機材料からなる微粒子であることを特徴とする請求項2に記載の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体。
- 前記無機材料が金属、金属酸化物およびカーボンよりなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項3に記載の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体。
- 前記熱可塑性樹脂が、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマー(ABS)、エチレン・酢酸ビニルコポリマー(EVA)、スチレン・アクリロニトリルコポリマー(SAN)およびポリカプロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一に記載の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体。
- 前記微小球体の充填率=かさ密度÷真密度×100
(但し、かさ密度とは、粉体を一定の容器に振動を加えて充填したとき、その重量を容積で割ったタップ密度(g/cm 3 )のことをいう。真密度とは、ピクノメーター法による粒子密度測定器を用いて実測した測定値をいう。)
で定義される前記微小球体の充填率が50%以上であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一に記載の粉末焼結積層造形法に使用される微小球体。 - (1)熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を、この組成物と相溶性のない分散媒と共にこの組成物の軟化点以上の温度に加熱して混練し、微粒子に分散する工程と、
(2)得られた微粒子をその軟化点以下の温度に冷却する工程と、
(3)冷却された微粒子を分散媒から分離し、平均粒子径が1乃至100μmの略球状の微粒子を得る工程と、
(4)前記分離して得られた微粒子を乾燥させた後、乾燥状態で該微粒子に、シリカ、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、及びヒドロキシアパタイトよりなる群から選ばれた少なくとも1種からなり、平均粒子径が1μm以下である凝集防止粒子を混合し、攪拌して、該凝集防止粒子の被覆重量が、作製される微小球体の重量の0.1%以上5%以下となるように、分離された微粒子の表面の一部又は全部を該凝集防止粒子で被覆する工程と
を含むことを特徴とする粉末焼結積層造形法に使用される微小球体の製造方法。 - (1)請求項1乃至6の何れか一に記載の微小球体を薄層に展開する薄層形成工程と、
(2)前記薄層に、造形対象物の断面形状に対応する形状にレーザ光を照射して、該微小粉末を結合させる断面形状形成工程と
を順次繰り返すことを特徴とする粉末焼結積層造形物の製造方法。 - 請求項8記載の粉末焼結積層造形物の製造方法により作製されたことを特徴とする粉末焼結積層造形物。
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