JP6514082B2 - Three-dimensional object and method for forming the same - Google Patents

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Description

本発明は、付加製造技術を用いて造形される三次元造形物及びその造形方法に関する。   The present invention relates to a three-dimensional structure formed by using an additive manufacturing technique and a method of forming the same.

近年、任意の立体形状の三次元造形物を造形(成形又は製造)できる技術として、三次元データに基づいて流動性材料を固化させる付加製造技術の進展が著しく、その技術は一般に3Dプリンタの名称で知られている。 In recent years, as a technology capable of shaping (forming or manufacturing) arbitrary three-dimensional three-dimensional shaped objects, the development of additional manufacturing technology to solidify flowable materials based on three-dimensional data is remarkable, and the technology is generally named 3D printer It is known by

また従来、3Dプリンタである三次元造形装置としては例えば材料押出方式(熱溶融押出積層方式)のものが知られている(例えば特許文献1,2)。かかる材料押出方式の三次元造形装置では、熱可塑性樹脂を溶融して積層するだけのシンプルな造形方式、即ち溶融した細い糸状のプラスチック(流動性材料)を一筆書きのように積層することによって所望の三次元造形物を形成することができる。ここで、前記樹脂としては、ABS樹脂やPLA樹脂が主に用いられている。   In addition, conventionally, as a three-dimensional modeling apparatus which is a 3D printer, for example, a material extrusion system (heat melting extrusion lamination system) is known (for example, Patent Documents 1 and 2). In such a material extrusion system three-dimensional modeling apparatus, a simple modeling system in which only a thermoplastic resin is melted and laminated, that is, by laminating molten thin thread-like plastic (fluid material) like a single stroke, is desired. It is possible to form a three-dimensional structure of Here, ABS resin and PLA resin are mainly used as the resin.

特許第5751388号公報Patent No. 5751388 gazette 特許第3333909号公報Patent No. 3333909

上記従来の三次元造形装置で用いられる樹脂は、ABS樹脂やPLA樹脂が主であるため、得られた製造物では耐熱性もしくは耐候性はある程度優れているものの耐薬品性等に優れていない。
これに対して、耐熱性と耐候性と耐薬品性等の何れの性能においてもバランス良く優れる樹脂としては例えばフッ素樹脂がある。しかしながら、検討したところ、フッ素樹脂は、溶融温度が高いことや樹脂同士の接着性が悪いなどの特性(困難性)ゆえに、従来の三次元造形装置には未だ適用されていないものと考えられる。
この点に本発明は着目し、付加製造技術を用いてフッ素樹脂を含む三次元造形物及びその造形方法を提供することを課題とする。
The resin used in the above-mentioned conventional three-dimensional modeling apparatus is mainly made of ABS resin and PLA resin, and thus the obtained product is not excellent in chemical resistance etc. although it is excellent in heat resistance or weather resistance to some extent.
On the other hand, there is, for example, a fluorine resin as a resin excellent in a well-balanced manner in any performances such as heat resistance, weather resistance and chemical resistance. However, when examined, the fluorine resin is considered not to be applied to the conventional three-dimensional modeling apparatus because of the characteristics (difficulty) such as the high melting temperature and the poor adhesion between the resins.
The present invention focuses on this point, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional structure including a fluorine resin using an additive manufacturing technology and a method for forming the same.

上記課題を解決するため、本発明で創意工夫した点は、3Dプリンタ(三次元造形装置)において、フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとの両方の加熱設定温度、及び、フッ素樹脂のメルトフローレートに着目して、これらの連関する各要素の適切な所定範囲を見出した点である。
即ち本発明の三次元造形物は、三次元形状を与える手段として3Dプリンタを用いて造形され、フッ素樹脂を含んでなることを特徴とする。
また本発明に係る三次元造形物は、フッ素樹脂を含む所定厚みの層が積層されてなることを特徴とする。
また本発明に係る三次元造形物の造形方法は、フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと、該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとを備える3Dプリンタを用いた三次元造形物の造形方法であって、前記フッ素樹脂のメルトフローレートが30以上70g/10分未満であり、前記ヒータの加熱温度を350乃至500℃、前記ステージの加熱温度を200乃至300℃に制御する工程を含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the point which was invented in the present invention is that in a 3D printer (three-dimensional modeling apparatus), a heater for heating and melting a fluorine resin and a fluorine resin melted from the heater are placed and heated In view of the heating set temperatures of both stages and the melt flow rate of the fluorocarbon resin, appropriate predetermined ranges of respective elements related to each other have been found.
That is, the three-dimensional structure of the present invention is characterized by using a 3D printer as a means for giving a three-dimensional shape, and comprising a fluorine resin.
The three-dimensional structure according to the present invention is characterized in that a layer having a predetermined thickness containing a fluorine resin is laminated.
The method for forming a three-dimensional structure according to the present invention is a tertiary method using a 3D printer including a heater for heating and melting a fluorine resin, and a stage for placing and heating the fluorine resin melted from the heater. The method for forming a three-dimensional object, wherein the melt flow rate of the fluorine resin is 30 to 70 g / 10 min, the heating temperature of the heater is 350 to 500 ° C., and the heating temperature of the stage is 200 to 300 ° C. It is characterized by including the step of controlling.

本発明の三次元造形物及びその造形方法によれば、付加製造技術を用いてフッ素樹脂を含む三次元造形物を得ることができる。   According to the three-dimensional structure of the present invention and the formation method thereof, it is possible to obtain a three-dimensional structure containing a fluorocarbon resin by using an additive manufacturing technique.

図1は、材料押出方式の三次元造形装置(3Dプリンタ)の一般的な印刷ヘッド部分の構成を模式的に示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a configuration of a general print head portion of a material extrusion type three-dimensional modeling apparatus (3D printer). 図2は、図1に示す印刷ヘッドのヒータの内部構造を模式的に示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view schematically showing an internal structure of a heater of the print head shown in FIG. 図3(a)は、図1に示す印刷ヘッドのノズル先端部分を拡大した説明図であり、図3(b)は、ノズル先端部分から吐出する流動性材料の樹脂温度の変化をステージの設定温度別に表したグラフである。3 (a) is an enlarged view of the nozzle tip portion of the print head shown in FIG. 1, and FIG. 3 (b) is a stage setting of the change of the resin temperature of the fluid material discharged from the nozzle tip portion. It is a graph represented according to temperature. 図4は、実施例および比較例の評価結果を示す表である。FIG. 4 is a table showing evaluation results of the example and the comparative example.

以下、本発明の三次元造形物及びその造形方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。[材料押出方式]
本発明の一実施形態に係る三次元造形物は、所定の付加製造技術により、流動性材料が固化されて三次元の立体形状に造形されてなる造形物(又は成形体)であり、流動性材料として、フッ素樹脂を用いることを特徴とするものである。
そして、本実施形態では、付加製造技術として材料押出方式を用いており、材料押出方式による三次元造形方法において、流動性材料としてフッ素樹脂を適用できるものである。
Hereinafter, an embodiment of a three-dimensional structure of the present invention and a method of forming the same will be described with reference to the drawings. [Material extrusion method]
The three-dimensional structure according to one embodiment of the present invention is a three-dimensional structure obtained by solidifying the flowable material into a three-dimensional three-dimensional shape by a predetermined additive manufacturing technology, It is characterized by using a fluorine resin as a material.
And, in the present embodiment, the material extrusion method is used as the additional manufacturing technology, and in the three-dimensional shaping method by the material extrusion method, the fluorocarbon resin can be applied as the fluid material.

付加製造技術における材料押出方式は、熱溶解積層法(FDM:米国ストラタシス社の登録商標)等とも呼ばれ、造形される立体モデルの三次元CADデータを複数の層にスライスして得られる断面群のデータから、各層を形成し、これらの層を一体的に積層して立体的な造形物を製造する技術である。
より詳しくは、材料押出方式では、固体材料を熱溶融した流動性材料をノズルから押出して吐出させつつノズルおよびステージを駆動することにより、流動性材料を所定形状を構成する複数の層状に堆積・積層させ、その後積層状態の流動性材料の各層を融着して固化させることで、所望の三次元造形物を形成するものである。
The material extrusion method in the additive manufacturing technology is also called hot melt lamination method (FDM: registered trademark of Stratasys, Inc., USA), etc., and is a cross-sectional group obtained by slicing three-dimensional CAD data of a three-dimensional model to be formed into plural layers. The respective layers are formed from these data, and these layers are integrally laminated to produce a three-dimensional shaped article.
More specifically, in the material extrusion method, the fluid material is deposited in a plurality of layers forming a predetermined shape by driving the nozzle and the stage while extruding and discharging the fluid material in which the solid material is melted by heat from the nozzle. The desired three-dimensional structure is formed by laminating and then fusing and solidifying the layers of the flowable material in the laminated state.

[三次元造形装置]
本実施形態に係る三次元造形装置は、フッ素樹脂を含んでなる三次元造形物を造形するための装置である。具体的には、図1,2に示すように、本実施形態に係る三次元造形装置100は、材料押出方式であり、印刷ヘッド部分の構成として、溶融される前の熱可塑性樹脂が棒状・紐状に形成されたフィラメント1aを搬送する原料送りローラ101と、フィラメント1aを加熱して溶融させるためのヒータ102と、ヒータ102を冷却する冷却ファン103と、ヒータ102で溶融されたフィラメント1aを流動性材料1bとして押出しつつ所定の形状に積層させていくノズル104と、ノズル104から押し出されて層状に積層された流動性材料1bを搭載し、所定温度で加熱しつつ流動性材料1bの各積層間を融着させて造形物として成形・固化させるステージ105とを備えている。
[3D modeling device]
The three-dimensional modeling apparatus according to the present embodiment is an apparatus for modeling a three-dimensional model comprising a fluorine resin. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the three-dimensional modeling apparatus 100 according to the present embodiment is a material extrusion method, and as a configuration of the print head portion, the thermoplastic resin before melting is rod-shaped The raw material feed roller 101 for conveying the filament 1a formed in a cord shape, the heater 102 for heating and melting the filament 1a, the cooling fan 103 for cooling the heater 102, and the filament 1a melted by the heater 102 A nozzle 104 which is laminated as a fluid material 1b while being extruded into a predetermined shape, and a fluid material 1b which is extruded from the nozzle 104 and laminated into a layer is mounted, and heated at a predetermined temperature while each material of the fluid material 1b is And a stage 105 which fuses between the laminations to form and solidify as a shaped object.

原料送りローラ101は、溶融されて流動性材料1bとなる前の固化された固体材料が棒状・紐状に形成されたフィラメント1aを、ヒータ102に対して搬送・供給するための搬送手段である。
フィラメント1aは、流動性材料1bが棒状・紐状に固化された固体材料であって、特に図示しないが、リールやスプール等に巻かれてコイル状・糸巻き状に束ねられたフィラメント1aが、原料送りローラ11の上流側に配置され、原料送りローラ11の回転動作に伴って、フィラメント1aが順次繰り出されてヒータ102に搬送・供給されるようになる。
そして、本実施形態では、フィラメント1aとして備えられる流動性材料1bが、フッ素樹脂によって構成されている。
流動性材料1bとなるフッ素樹脂については更に後述する。
The raw material feed roller 101 is a conveying means for conveying / supplying the filament 1a, which is formed into a rod shape and a string shape, into a rod-like / string-like solid material that has solidified before being solidified into the flowable material 1b. .
The filament 1a is a solid material in which the flowable material 1b is solidified in a rod-like or string-like shape, and although not particularly shown, the filament 1a wound around a reel or a spool and bundled in a coil shape The filaments 1a are sequentially fed out and conveyed / supplied to the heater 102 as the raw material feed roller 11 is rotated.
And, in the present embodiment, the flowable material 1 b provided as the filament 1 a is made of fluorocarbon resin.
The fluorine resin to be the flowable material 1 b will be described later.

ヒータ102は、原料送りローラ101を介して搬送されたフィラメント1aを加熱して溶融させるための加熱手段であり、原料送りローラ101の搬送方向前方側(下流側)に配置されている。
具体的には、図2に示すように、ヒータ102は、フィラメント1aが搬送・通過する流路102aと、流路12a内を通過するフィラメント1aを加熱するための流路全長に亘って配置されて所定温度に制御可能な加熱手段102bを備えており、フィラメント1aは、ヒータ102を通過する間に加熱・溶融されて、所定の粘度を有する流動性材料1bとなって、ヒータ下側(下流側)のノズル104を介して押し出される。
The heater 102 is heating means for heating and melting the filament 1 a conveyed via the raw material feed roller 101, and is disposed on the front side (downstream side) in the conveyance direction of the raw material feed roller 101.
Specifically, as shown in FIG. 2, the heater 102 is disposed over the entire length of the flow path 102a for transporting and passing the filament 1a and the entire length of the flow path for heating the filament 1a passing through the flow path 12a. The heating means 102b can be controlled to a predetermined temperature, and the filament 1a is heated and melted while passing through the heater 102 to become a flowable material 1b having a predetermined viscosity, and the lower side of the heater (downstream Side) is pushed out through the nozzle 104.

冷却ファン103は、ヒータ102を冷却する冷却手段であり、ヒータ102の上方(上流側)の近傍に配置されている。
ノズル104は、ヒータ102で加熱されて溶融・溶解されたフィラメント1aを流動性材料1bとして押出しつつ所定の形状に積層させていく造形手段である。
具体的にはノズル104およびステージ105は、図示しない制御手段・駆動手段によって駆動制御されるようになっており、所定の三次元データ(例えばCADデータ)に基づいて、予め決定されたパターンで水平方向(X軸方向及びY軸方向)と垂直方向(Z軸方向)に移動して、ノズル先端から押し出されて吐出する流動性材料1bを、所定の形状に積層・堆積させる。
The cooling fan 103 is a cooling unit that cools the heater 102 and is disposed in the vicinity of the upper side (upstream side) of the heater 102.
The nozzle 104 is a shaping means for laminating the filament 1a heated and melted by the heater 102 into a predetermined shape while extruding the filament 1a as the flowable material 1b.
Specifically, the nozzle 104 and the stage 105 are driven and controlled by control means and drive means (not shown), and are horizontally arranged in a predetermined pattern based on predetermined three-dimensional data (for example, CAD data). The movable material 1b is moved in a direction (X-axis direction and Y-axis direction) perpendicular to the direction (X-axis direction and Y-axis direction) to stack and deposit the flowable material 1b extruded and discharged from the nozzle tip in a predetermined shape.

ステージ105は、ノズル104から押し出されて層状に積層された流動性材料1bを搭載する平面状のテーブル・搭載手段であるとともに、搭載された流動性材料を所定温度(ステージ設定温度)で加熱して、積層された流動性材料1bの各積層間を融着させて造形物として成形・固化させるための加熱・固化手段である。
なお、ステージ105は、本実施形態では特に図示していないが、ステージ15の内部や底面等に備えられる加熱手段の数や出力等を調整することで、所望の設定温度に設定(制御)できるようになっている。
The stage 105 is a planar table / mounting means for mounting the flowable material 1b which is extruded from the nozzle 104 and laminated in layers, and heats the mounted flowable material at a predetermined temperature (stage set temperature) It is a heating and solidification means for fusing between the laminations of the laminated flowable material 1b to form and solidify as a shaped object.
Although the stage 105 is not particularly illustrated in the present embodiment, it can be set (controlled) to a desired set temperature by adjusting the number, output, and the like of the heating means provided on the inside and the bottom of the stage 15 and the like. It is supposed to be.

以上のような三次元造形装置の印刷ヘッド100では、溶融されて流動性材料1bとなるフィラメント1aがヒータ102に搬送・供給されることで、ヒータ102で加熱・溶融されたフィラメント1aが流動性材料1bとしてノズル104の先端から押し出され、ノズル104およびステージ105が所定の三次元データに基づいて移動されることで、ステージ105上において流動性材料1bが所定形状の層状に積層され、複数の層が高さ方向に順次積層されていくことで、最終的に三次元造形物が形成されるようになっている。   In the print head 100 of the three-dimensional modeling apparatus as described above, the filaments 1a which are melted and become the flowable material 1b are transported and supplied to the heater 102, whereby the filaments 1a heated and melted by the heater 102 are flowable As the material 1b is pushed out from the tip of the nozzle 104, and the nozzle 104 and the stage 105 are moved based on predetermined three-dimensional data, the flowable material 1b is stacked in layers of a predetermined shape on the stage 105. The layers are sequentially stacked in the height direction to finally form a three-dimensional structure.

なお、図1に示した印刷ヘッド100は、材料押出方式で用いられる三次元造形装置を概念的・模式的に表したもので、実際の装置構成を忠実に表したものではない。
従って、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法を実施する場合には、実際の三次元造形装置の構成や方式,動作,機能などは、図1に示した印刷ヘッド100に限定されるものではない。
The print head 100 shown in FIG. 1 conceptually and schematically represents a three-dimensional shaping apparatus used in the material extrusion method, and does not faithfully represent the actual apparatus configuration.
Therefore, when implementing the three-dimensional object according to the present invention and the forming method thereof, the configuration, method, operation, function, etc. of the actual three-dimensional object forming apparatus are limited to the print head 100 shown in FIG. It is not a thing.

[流動性材料]
次に、本実施形態に係る材料押出方式に係る三次元造形で使用される流動性材料(図1に示した流動性材料1b)について説明する。
本実施形態の流動性材料はフッ素樹脂を含む。
フッ素樹脂は、耐熱性や耐候性,耐薬品性、防塵性等に優れ、これを三次元造形の流動性材料に用いることで、得られる造形物についても耐熱性や耐候性,耐薬品性等の強度を高めることができる。
本実施形態に用いることができるフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(略号:PTFE)を除く、溶融可能なフッ素樹脂で構成することができる。具体的には、かかるフッ素樹脂は例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン(三フッ素化樹脂、略号:PCTFE,CTFE)、ポリフッ化ビニリデン(略号:PVDF)、ポリフッ化ビニル(略号:PVF)、エチレン・四フッ化エチレン共重合体(略号:ETFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(略号:ECTFE)などで構成され得る。好ましくは、本フッ素樹脂は、耐薬品性に特に優れる全フッ素化樹脂であるペルフルオロアルコキシフッ素樹脂(略号:PFA)、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体(略号:FEP)で構成され、より好ましくは、耐薬品性だけでなく耐熱性、耐候性及び防塵性にも特に優れるPFA樹脂で構成され得る。本フッ素樹脂は、上記列挙したフッ素樹脂のうち一又は複数で構成することができる。
また、本フッ素樹脂の融点は350℃未満であり、メルトフローレートは30以上70g/10分未満であるように構成される。
なお、フッ素樹脂は上記構成に限定されない。例えば、フッ素樹脂の融点は250℃以上350℃未満、270℃以上330℃以下、280℃以上320℃以下、290℃以上310℃以下、300℃近傍で構成可能である。またフッ素樹脂のメルトフローレートの下限は、40g/10分以上、50g/10分以上、60g/10分以上などで構成でき、その上限は、68g/10分以下、65以下などで構成できる。
[Flowable material]
Next, the flowable material (flowable material 1b shown in FIG. 1) used in the three-dimensional shaping according to the material extrusion method according to the present embodiment will be described.
The fluid material of the present embodiment contains a fluorocarbon resin.
The fluorine resin is excellent in heat resistance, weather resistance, chemical resistance, dust resistance, etc. By using this as a three-dimensional flowable material, heat resistance, weather resistance, chemical resistance, etc. can be obtained also for a shaped article obtained. Can increase the strength of
The fluorine resin which can be used in the present embodiment can be made of a meltable fluorine resin except for polytetrafluoroethylene (abbreviation: PTFE). Specifically, such fluorine resin is, for example, polychlorotrifluoroethylene (trifluorinated resin, abbreviation: PCTFE, CTFE), polyvinylidene fluoride (abbreviation: PVDF), polyvinyl fluoride (abbreviation: PVF), ethylene, It may be composed of a fluorinated ethylene copolymer (abbreviation: ETFE), an ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (abbreviation: ECTFE), and the like. Preferably, the fluorine resin is composed of perfluoroalkoxy fluorine resin (abbreviation: PFA) and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (abbr .: FEP), which are perfluorinated resins which are particularly excellent in chemical resistance. More preferably, it may be made of PFA resin which is particularly excellent not only in chemical resistance but also in heat resistance, weather resistance and dust resistance. The present fluororesin can be composed of one or more of the above-listed fluororesins.
Further, the melting point of the present fluororesin is less than 350 ° C., and the melt flow rate is configured to be 30 or more and less than 70 g / 10 minutes.
In addition, a fluorine resin is not limited to the said structure. For example, the melting point of the fluorine resin can be configured at 250 ° C. to less than 350 ° C., 270 ° C. to 330 ° C., 280 ° C. to 320 ° C., 290 ° C. to 310 ° C., around 300 ° C. The lower limit of the melt flow rate of the fluorine resin can be 40 g / 10 minutes or more, 50 g / 10 minutes or more, 60 g / 10 minutes or more, and the upper limit thereof can be 68 g / 10 minutes or less, 65 or less.

[造核剤]
樹脂中に粗大な球晶が形成されフッ素樹脂表面の平滑性が失われると、三次元造形物が得られないもしくは成形精度や寸法制度が十分得られない可能性がある。
この点に鑑みて、本実施形態の流動性材料は造核剤をさらに含んで構成される。このように結晶核となる造核剤をフッ素樹脂に与えることで球晶の数を増加させることによって、フッ素樹脂の表面平滑性を保たせることができると共に樹脂同士の接触面積を増やして接着性を向上できる。かかる造核剤は、テトラフルオロエチレンのみを重合させた重合体であってよいし、あるいは、テトラフルオロエチレンに加えて、微量のコモノマーや金属、アンモニウム塩基も共重合させた共重合体であってもよい。
また造核剤の含量は特に限定されないが、例えば造核剤の含量はフッ素樹脂100質量%に対して、0.01乃至20.0質量%、好ましくは0.01乃至15.0質量%、より好ましくは0.01乃至10.0質量%で構成され得る。
なお、本実施形態の流動性材料は、フッ素樹脂と造核剤のみを含んで構成されるが、この構成に限定されない。例えば、その他実施形態として流動性材料は、フッ素樹脂のみ、又は、フッ素樹脂と造核剤とその他樹脂などを含んで構成されることが可能である。
[Nucleator]
If coarse spherulites are formed in the resin and the smoothness of the surface of the fluorine resin is lost, there is a possibility that a three-dimensional structure can not be obtained, or sufficient forming accuracy and dimensional accuracy can not be obtained.
In view of this point, the flowable material of the present embodiment is configured to further include a nucleating agent. Thus, the surface smoothness of the fluorine resin can be maintained by increasing the number of spherulites by giving a nucleating agent which becomes a crystal nucleus to the fluorine resin, and the contact area between the resins is increased to improve adhesion. Can be improved. The nucleating agent may be a polymer obtained by polymerizing only tetrafluoroethylene, or a copolymer obtained by copolymerizing a trace amount of comonomer, metal and ammonium base in addition to tetrafluoroethylene. It is also good.
Also, the content of the nucleating agent is not particularly limited, but the content of the nucleating agent is, for example, 0.01 to 20.0 mass%, preferably 0.01 to 15.0 mass%, with respect to 100 mass% of the fluororesin. More preferably, it may be composed of 0.01 to 10.0% by mass.
In addition, although the fluid material of this embodiment is comprised including only a fluororesin and a nucleating agent, it is not limited to this structure. For example, in another embodiment, the flowable material can be configured to include only a fluorocarbon resin, or a fluorocarbon resin, a nucleating agent, and other resins.

[三次元造形方法]
次に、以上のようなフッ素樹脂からなる流動性材料を用いて行われる本実施形態の三次元造形方法について説明する。
材料押出方式により三次元造形を行う場合には、まず、三次元造形装置の印刷ヘッド100の原料送りローラ101に、固化されたフッ素樹脂からなるフィラメント1aをセットし、原料送りローラ101の駆動によって、フィラメント1aをヒータ102に対して搬送・供給する(図1参照)。
[Three-dimensional modeling method]
Next, the three-dimensional modeling method of this embodiment performed using the fluid material which consists of the above fluorocarbon resin is demonstrated.
When three-dimensional shaping is performed by the material extrusion method, first, the filament 1a made of solidified fluorocarbon resin is set to the raw material feed roller 101 of the print head 100 of the three-dimensional shaping apparatus, and the raw material feed roller 101 is driven. , And convey and supply the filament 1a to the heater 102 (see FIG. 1).

ヒータ102に搬送されたフィラメント1aは、ヒータ内の流路102aを通過しつつ、流路102aの周囲が流路全長に亘って配置された加熱手段102bによって加熱され、軟化・溶融する。
ヒータ102の加熱手段102bは、所定の温度に設定(制御)されており(ヒータ設定温度)、加熱手段102b(流路102a)の全長にわたってフィラメント1aを加熱する。その結果、フィラメント1aは、流路102a内に位置している時間だけ、加熱手段102bによって所定温度(ヒータ設定温度)で加熱されることになる。
The filament 1a conveyed to the heater 102 is heated and softened / melted by the heating means 102b disposed around the entire length of the flow passage while passing through the flow passage 102a in the heater.
The heating means 102b of the heater 102 is set (controlled) to a predetermined temperature (heater set temperature), and heats the filament 1a over the entire length of the heating means 102b (flow path 102a). As a result, the filament 1a is heated by the heating means 102b at a predetermined temperature (heater set temperature) only during the time when it is located in the flow path 102a.

ノズル104は、ヒータ102で加熱されて溶融・溶解されたフィラメント1aは、流動性材料1bとしてノズル104から押し出されて吐出し、ステージ105上に搭載・積層される。
ノズル104およびステージ105は、図示しない制御手段・駆動手段によって駆動制御され、所定の三次元データ(例えばCADデータ)に基づいて、予め決定されたパターンで水平方向(X軸方向及びY軸方向)と垂直方向(Z軸方向)に移動される。
その結果、ノズル104の先端から押し出されて吐出する流動影材料1bを、所定の三次元立体形状に積層・堆積される。
In the nozzle 104, the filament 1a heated and melted / melted by the heater 102 is pushed out from the nozzle 104 as the flowable material 1b and discharged, and mounted / laminated on the stage 105.
The nozzle 104 and the stage 105 are driven and controlled by control means and drive means (not shown), and horizontally (X-axis direction and Y-axis direction) in a predetermined pattern based on predetermined three-dimensional data (for example, CAD data) And in the vertical direction (Z-axis direction).
As a result, the flow shadow material 1b which is pushed out and discharged from the tip of the nozzle 104 is stacked and deposited in a predetermined three-dimensional shape.

ステージ105は、所定の温度に設定(制御)されており(ステージ設定温度)、ノズル104から押し出されて層状に積層された流動性材料1bは、ステージ105上で所定温度(ステージ設定温度)で加熱され、積層された流動性材料1bの各積層間が融着されつつ、造形物として成形・固化される。
このようにして、溶融された細い糸状・紐状の流動性材料1bが一筆書き状に積層されることを繰り返すことによって、最終的に、所定の三次元造形物が造形・製造されることになる。得られた三次元造形物は、フッ素樹脂を含む所定厚みの層が積層されてなる。所定厚みの複数層における各層は、全て同じ厚さ又は互いに異なる厚さで構成することが可能であり、各層の厚さは特に限定されない。各層の厚さの調整は、原料送りローラの駆動とヒータの設定温度とを適宜制御することで流動性材料の径を調整し、或いは、流動性材料であるフィラメントを径の異なる別のフィラメントに交換することにより実施され得る。
なお、ノズル104およびステージ105の移動量や移動範囲,移動回数等は、造形する三次元造形物の形状や大きさ、積層厚さ等に応じて任意に設定・変更することができることは言うまでもない。
The stage 105 is set (controlled) to a predetermined temperature (stage setting temperature), and the flowable material 1 b pushed out from the nozzle 104 and layered is at a predetermined temperature (stage setting temperature) on the stage 105. It is shape | molded and solidified as a shaped article, fuse | bonding between each lamination | stacking of the flowable material 1b heated and laminated | stacked.
In this way, by repeating that the thin thread-like / string-like flowable material 1b which is melted is repeatedly stacked in a stroke, a predetermined three-dimensional structure is finally formed and manufactured. Become. The obtained three-dimensional structure is formed by laminating a layer having a predetermined thickness containing a fluorocarbon resin. Each layer in a plurality of layers having a predetermined thickness may be configured to have the same thickness or different thicknesses, and the thickness of each layer is not particularly limited. Adjustment of the thickness of each layer adjusts the diameter of the flowable material by appropriately controlling the drive of the raw material feed roller and the set temperature of the heater, or changes the filament which is the flowable material into another filament having a different diameter It can be implemented by exchanging.
Needless to say, the movement amount, movement range, movement number, etc. of the nozzle 104 and the stage 105 can be arbitrarily set and changed according to the shape, size, lamination thickness, etc. of the three-dimensional object to be formed. .

[設定温度]
上記の通り、本実施形態に係る三次元造形物の造形方法では、熱溶融された流動性材料1bとなる固体材料であるフィラメント1aをヒータ102で所定のヒータ設定温度で加熱するようにしてあり、また、ヒータ102で溶融された流動性材料1bをステージ105上で所定のステージ設定温度で加熱しつつ、最終的な造形物を造形するようになっている。
ここで、本実施形態では、ヒータ102のヒータ設定温度と、ステージ設定温度は、以下のように設定するようにしてある。
[Preset temperature]
As described above, in the method of forming a three-dimensional structure according to the present embodiment, the filament 1a which is a solid material to be the heat-meltable flowable material 1b is heated by the heater 102 at a predetermined heater setting temperature Also, while heating the flowable material 1b melted by the heater 102 at a predetermined stage set temperature on the stage 105, the final shaped object is formed.
Here, in the present embodiment, the heater set temperature of the heater 102 and the stage set temperature are set as follows.

すなわち、固体材料(フィラメント1a)の融点t0は、350℃未満であり、具体的には250℃以上350℃未満で構成可能であり、本実施形態の融点t0は310℃である。ヒータ12の設定温度t1は、350乃至500℃であり、好ましくは400乃至470℃であり、より好ましくは425乃至450℃である。ステージ15の設定温度t2は、200乃至300℃であり、好ましくは260乃至280℃である。   That is, the melting point t0 of the solid material (filament 1a) is less than 350 ° C., specifically 250 ° C. or more and less than 350 ° C., and the melting point t0 of this embodiment is 310 ° C. The set temperature t1 of the heater 12 is 350 to 500 ° C., preferably 400 to 470 ° C., and more preferably 425 to 450 ° C. The set temperature t2 of the stage 15 is 200 to 300.degree. C., preferably 260 to 280.degree.

また、フィラメント1aが溶融された流動性材料1bが搭載されるステージ105の温度は、流動性材料1b(固定材料)のガラス転移点温度(Tg)より低い場合、流動性材料1bがステージ105上ですぐに固化してしまい、積層状態の流動性材料1bの各層間を融着させることができなくなる。但し、ステージ105の温度がヒータ102の加熱温度よりも高い場合には、流動性材料1bは溶融されたまま固化せず、造形物を造形することができなくなる。   When the temperature of the stage 105 on which the flowable material 1b in which the filament 1a is melted is mounted is lower than the glass transition temperature (Tg) of the flowable material 1b (fixed material), the flowable material 1b is on the stage 105 And solidify immediately, and it becomes impossible to fuse each layer of the flowable material 1b in the laminated state. However, when the temperature of the stage 105 is higher than the heating temperature of the heater 102, the flowable material 1b does not solidify while being melted, and it becomes impossible to form a shaped object.

ヒータ102の設定温度は、固体材料であるフィラメント1aを溶融させるために、少なくとも固体材料の融点t0より大きくなければならない。
ただ、その場合に、ヒータ102の設定温度が高すぎる場合、例えば固体材料が熱分解するような高温の場合には、固体材料の揮発やコゲなどが発生してしまう。
一方、そのような熱分解が発生しないように、ヒータ102を固体材料の融点t0と略同等な温度に設定したとしても、例えば固定材料(フィラメント1a)がヒータ102(流路102a)内に留まる滞留時間による影響を受け易いため、フィラメント1aを十分に溶融・軟化させ難い、あるいは既に溶融した材料に対して不必要な加熱が行われることがあり得る。
The set temperature of the heater 102 must be at least greater than the melting point t0 of the solid material in order to melt the filament 1a which is the solid material.
However, in this case, if the set temperature of the heater 102 is too high, for example, at a high temperature where the solid material is thermally decomposed, volatilization or kogation or the like of the solid material occurs.
On the other hand, even if the heater 102 is set to a temperature substantially equal to the melting point t0 of the solid material, for example, the fixing material (filament 1a) remains in the heater 102 (flow path 102a) so that such thermal decomposition does not occur. Since it is susceptible to the residence time, unnecessary heating may be performed on the material which is difficult to sufficiently melt and soften the filament 1a or which is already melted.

そこで、本実施形態では、固体材料を確実かつ迅速に溶融・溶解させて流動性材料1bとして吐出できるようにするために、ヒータ102の設定温度は、固体材料の融点(350℃未満)を超える所定の温度、具体的には350℃ないし500℃となるように設定する。   Therefore, in the present embodiment, the set temperature of the heater 102 exceeds the melting point (less than 350 ° C.) of the solid material so that the solid material can be melted and dissolved reliably and rapidly and can be discharged as the flowable material 1b. The temperature is set to a predetermined temperature, specifically, 350 ° C. to 500 ° C.

なお、上述したように、本実施形態では、ヒータ102において所定の加熱温度で所定時間固定材料(フィラメント1a)を加熱できるようにするために、ヒータ102のフィラメント1aの搬送方向に沿った長さを、従来の装置よりも長く構成することで、原料の加熱時間の下限を例えば1秒以上、5秒以上、10秒以上、15秒以上、20秒以上などで設定でき、加熱時間の上限を90秒以下、80秒以下、70秒以下、60秒以下などで設定できる。本実施形態では、かかる加熱時間は60秒程度となるよう調整される。   As described above, in the present embodiment, the length of the heater 102 along the transport direction of the filament 1a is set so that the fixing material (filament 1a) can be heated for a predetermined time at a predetermined heating temperature. The lower limit of the heating time of the raw material can be set to, for example, 1 second or more, 5 seconds or more, 10 seconds or more, 15 seconds or more, 20 seconds or more, by configuring the It can be set in 90 seconds or less, 80 seconds or less, 70 seconds or less, 60 seconds or less. In the present embodiment, the heating time is adjusted to be about 60 seconds.

ここで、ヒータ102及びステージ105の設定温度を、ノズル104の先端の流動性材料1bが押し出される部分の温度を参照して、より具体的に説明する。
図3(a)は、本実施形態に係る印刷ヘッド100のノズル104の先端部分を拡大した説明図であり、図3(b)は、ノズル104の先端部分から吐出する流動性材料1bの樹脂温度の変化を計算により求め、ステージの設定温度別に表したグラフであり、流動性材料1bとなるフッ素樹脂としてPFAを用いる場合を示している。
Here, the set temperatures of the heater 102 and the stage 105 will be described more specifically with reference to the temperature of the portion of the tip of the nozzle 104 from which the flowable material 1 b is pushed out.
FIG. 3A is an enlarged view of the tip of the nozzle 104 of the print head 100 according to the present embodiment, and FIG. 3B is a resin of the flowable material 1b discharged from the tip of the nozzle 104. It is the graph which calculated | required the change of temperature by calculation and was represented according to the preset temperature of the stage, and has shown the case where PFA is used as a fluororesin used as the fluid material 1b.

まず、フッ素樹脂であるPFAの融点は約310℃である。
したがって、ヒータ102の設定温度は、PFAの融点より高い温度、例えば400℃に設定する。
また、ヒータ102で加熱・溶融された流動性材料1bが押し出されて搭載・積層されるステージの設定温度は、25℃ないし300℃の範囲で、25℃,100℃,200℃,300℃と異なる温度に設定する。
そして、この場合に、ヒータ102で400℃で加熱・溶融された流動性材料1bがノズル104の先端から押し出されたときの、ノズル先端部の樹脂温度を計算する。
First, the melting point of PFA, which is a fluorocarbon resin, is about 310.degree.
Therefore, the set temperature of the heater 102 is set to a temperature higher than the melting point of PFA, for example, 400.degree.
The setting temperature of the stage where the flowable material 1b heated and melted by the heater 102 is extruded and mounted and stacked is 25 ° C. to 100 ° C., 200 ° C., and 300 ° C. in the range of 25 ° C. to 300 ° C. Set to a different temperature.
Then, in this case, the resin temperature at the tip of the nozzle when the flowable material 1b heated and melted at 400 ° C. by the heater 102 is pushed out from the tip of the nozzle 104 is calculated.

その結果、図3(b)に示すように、まず、ステージ105の設定温度を25℃に設定した場合、ノズル104の先端から押し出された流動性材料1bの樹脂温度は、直後にほぼ200℃近くまで低下し、その後、0.5秒後にはほぼ50℃まで低下・冷却された。
また、ステージ105の設定温度を100℃に設定した場合、ノズル104先端の樹脂温度はほぼ250℃で、その後、0.5秒後には100℃近くまで低下した。
また、ステージ105の設定温度を200℃に設定した場合、ノズル104先端の樹脂温度はほぼ300℃で、その後、0.5秒後には200℃近くまで低下した。
As a result, as shown in FIG. 3B, first, when the set temperature of the stage 105 is set to 25 ° C., the resin temperature of the flowable material 1b extruded from the tip of the nozzle 104 is approximately 200 ° C. immediately thereafter. The temperature dropped to near, and after 0.5 seconds, it dropped to about 50 ° C. and cooled.
Further, when the set temperature of the stage 105 was set to 100 ° C., the resin temperature at the tip of the nozzle 104 was approximately 250 ° C., and then dropped to nearly 100 ° C. after 0.5 seconds.
In addition, when the set temperature of the stage 105 was set to 200 ° C., the resin temperature at the tip of the nozzle 104 was approximately 300 ° C., and then decreased to nearly 200 ° C. after 0.5 seconds.

一方、ステージ105の設定温度を300℃に設定した場合には、ノズル14先端の樹脂温度はほぼ350℃で、その後、0.5秒後でもほぼ300℃近となっており、PFAの融点近傍の温度が維持された。
以上のことから、ステージ105の設定温度は、好ましく300℃として、少なくとも、220℃以上とすることにより、流動性材料1bのノズル104先端部の樹脂温度を融点以上かその近傍に維持することができるようになる。
なお、ステージ105の設定温度は、特に図示しないが、ステージ105の内部や底面側に備えられる加熱手段の数や出力等を調整することで、所望の設定温度に設定・変更することができる。
On the other hand, when the set temperature of the stage 105 is set to 300 ° C., the resin temperature at the tip of the nozzle 14 is approximately 350 ° C., and then it is nearly 300 ° C. even after 0.5 seconds. Temperature was maintained.
From the above, it is preferable to maintain the resin temperature at the tip of the nozzle 104 of the flowable material 1b at or above the melting point or in the vicinity by setting the set temperature of the stage 105 to preferably 300 ° C and at least 220 ° C. become able to.
The set temperature of the stage 105 can be set or changed to a desired set temperature by adjusting the number, the output, and the like of the heating means provided on the inside or the bottom side of the stage 105, although not particularly shown.

[用途]
以上のようにして造形・製造される本実施形態に係る三次元造形物は、従来の材料押出方式等で造形される立体造形物と同様、各種製品の試作品やサンプル品として製造することができる。
特に、本実施形態では、三次元造形物の材料として上記のようなフッ素樹脂を用いていることから、硬化・完成した成形品は、強度や耐熱性,耐候性,耐薬品性等に優れる。
[Use]
The three-dimensional structure according to the present embodiment, which is shaped and manufactured as described above, may be manufactured as a prototype or sample of various products, similarly to a three-dimensional structure fabricated by a conventional material extrusion method or the like. it can.
In particular, in the present embodiment, since the above-mentioned fluorine resin is used as the material of the three-dimensional structure, the cured and completed molded article is excellent in strength, heat resistance, weather resistance, chemical resistance and the like.

本三次元造形物の用途は、特に限定されないが、例えば、半導体製造装置、自動車や航空機等の輸送機械,化学プラント用設備,燃料の貯蔵用・輸送用設備,電子機器,燃料電池,発電装置,民生用品等の各種製品を対象とすることができる。
具体的には、耐熱性や耐候性,耐薬品性等が要求される配管機器部材、例えばバルブ、継ぎ手、ガスケット、パッキンや、半導体製品を製造する際に用いられるクリーン性を要求されるような部材、例えば抑えジグ、搬送装置、ストッカーなどの用途が挙げられる。
Although the application of the three-dimensional structure is not particularly limited, for example, semiconductor manufacturing equipment, transportation machines such as automobiles and aircrafts, equipment for chemical plants, equipment for storage and transportation of fuel, electronic equipment, fuel cells, power generators , And various products such as household goods can be targeted.
Specifically, piping equipment members that are required to have heat resistance, weather resistance, chemical resistance, etc., such as valves, fittings, gaskets, packings, and cleanness to be used when manufacturing semiconductor products are required. Applications include members such as holding jigs, conveying devices, stockers, and the like.

以上説明したように、本実施形態に係る三次元造形物及びその造形方法によれば、三次元造形の流動性材料としてフッ素樹脂を用いて、三次元造形物が得られる。
即ち、本実施形態に係る三次元造形物及びその造形方法では、三次元造形装置(3Dプリンタ)において、フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとの両方の加熱設定温度、及び、フッ素樹脂のメルトフローレートに着目して、これらの連関する各要素の適切な所定範囲を見出し、各要素を適切な所定範囲に設定(制御又は調整)することによって、フッ素樹脂を含む三次元造形物を成形性良く安定的に得ることができる。
そして、造形された造形物はフッ素樹脂の特性により、優れた耐熱性や耐候性,耐薬品性等を有しており、従来にはない新たな三次元造形物を造形・製造することができる。
As explained above, according to the three-dimensional structure according to the present embodiment and the formation method thereof, a three-dimensional structure can be obtained using a fluorocarbon resin as a flowable material of the three-dimensional structure.
That is, in the three-dimensional structure and its formation method according to the present embodiment, in the three-dimensional formation device (3D printer), a heater for heating and melting a fluorine resin and a fluorine resin dissolved from the heater are placed Focusing on both the heating setting temperature of the heating stage and the melt flow rate of the fluorocarbon resin, find an appropriate predetermined range of each of these related elements, and set each element to an appropriate predetermined range (control or By adjusting (3), a three-dimensional structure containing a fluorocarbon resin can be stably obtained with good moldability.
And, the formed object has excellent heat resistance, weather resistance, chemical resistance and the like due to the characteristics of the fluorocarbon resin, and it is possible to form and manufacture a new three-dimensional object which is not available conventionally. .

また、本実施形態に係る三次元造形物及びその造形方法によれば、フッ素樹脂を溶融して積層するだけのシンプルな方式である材料押出方式の付加製造技術を用いることができるため、工程時間が短く、装置構成も簡易なものとすることができ、特に簡易・廉価な3Dプリンタやラピッド・プロトタイピング等に好適である。
また、付加造形技術により、バルクからの削り出しによる造形の場合とことなり、造形物をクリーンな状態で造形することができる。
さらに、材料押出方式によれば、複雑な立体形状も一回の成形処理によって造形・製造でき、金型等の設備も一切必要なく、低コストで効率よく迅速に、所望の立体形状をなす造形物を得ることができるようになる。
In addition, according to the three-dimensional structure and the method for forming the same according to the present embodiment, since it is possible to use the additive manufacturing technology of the material extrusion method which is a simple method of melting and laminating the fluorine resin, the process time The system configuration can also be simplified, and is particularly suitable for a simple and inexpensive 3D printer and rapid prototyping.
Moreover, unlike the case of shaping by scraping from the bulk, the additive shaping technology can form a shaped object in a clean state.
Furthermore, according to the material extrusion method, complex three-dimensional shapes can be shaped and manufactured by a single molding process, and there is no need for equipment such as molds, and the shapes can be made efficiently, efficiently, at low cost at desired shapes. You will be able to get things.

[実施例]
以下、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法の一実施例を説明する。図4は実施例および比較例の評価結果である。図4中の評価は作製した三次元造形物の造形性であり、「○」は三次元造形物に変形や破損が生じていない良好な成形状態を示し、「△」は三次元造形物の一部に若干変形や破損が生じているが全体として所望形状を担保できる成形状態を示し、「×」は三次元造形物に変形や破損が生じて所望形状を担保できない成形状態又は成形不能を示す。
なお、本発明を以下の実施例により更に説明するが、本発明は下記実施例により何らかの制限を受けるものではない。
[実施例1]
(三次元造形物の作製)
汎用の3Dプリンタ(Delta-Microfacotry社製 UP!Plus2)システムを用いて、原料を加熱するノズルヒータ温度を450℃、ステージ加熱温度を280℃とし、メルトフローレートが60g/10分のPFA樹脂を原料として三次元造形物を作製した際の、三次元造形物の造形性を確認した。
その結果、ノズル先端から溶融した樹脂がステージに定着し、樹脂が積層された三次元造形物を得た。
[実施例2、3]
ノズルヒータ温度を300℃および500℃に設定したこと以外は、実施例1と同様に作製した三次元造形物の造形性を確認した。
ノズルヒータ温度が350℃の場合は、ノズルからの樹脂吐出量が不足し、ノズルヒータ温度が500℃の場合は吐出量過多のため、三次元造形物の一部に若干変形や破損が生じていたが全体として所望形状を概ね担保できていた。
[実施例4および5]
ノズルヒータ温度を450℃とし、安定して樹脂が吐出するが、ステージ加熱温度が200℃の場合は、吐出した樹脂の一部が定着せずにはがれてしまい、ステージ加熱温度が300℃と高い場合は、樹脂の一部が軟化してしまい、いずれも三次元造形物の一部に変形が認められたが全体として所望形状を担保できていた。
[実施例6]
ノズルヒータ温度を450℃、ステージ加熱温度を280℃に設定しても、樹脂のメルトフローレートが30g/10分の場合は、樹脂の吐出量が少なく、三次元造形物の一部に若干変形や破損が生じていたが全体として所望形状を概ね担保できていた。
[比較例1および2]
メルトフローレートが60g/10分の樹脂を用い、ステージ温度を280℃に設定しても、ノズルヒータ温度が250℃では樹脂は全く吐出せず、ノズルヒータ温度が600℃では樹脂が分解してしまい、樹脂が細い線状に吐出しせず、いずれも三次元造形はできなかった。
[比較例3および4]
メルトフローレートが60g/10分の樹脂を用い、ノズルヒータ温度を450℃に設定し、安定的に樹脂が吐出できても、ステージ温度が150℃では樹脂がステージに全く定着せず、ステージ温度が350℃では樹脂がステージ上で再溶融してしまい、いずれも三次元造形はできなかった。
[比較例5および6]
ノズルヒータ温度を450℃に設定し、ステージ温度を280℃に設定しても、メルトフローレートが20g/10分の樹脂を用いた場合は、全く樹脂が吐出せず、メルトフローレートが70g/10分の樹脂を用いた場合は、吐出量過多により、いずれも三次元造形はできなかった。
[Example]
Hereinafter, an example of a three-dimensional structure according to the present invention and a method of forming the same will be described. FIG. 4 shows the evaluation results of the example and the comparative example. The evaluation in FIG. 4 is the formability of the produced three-dimensional object, "○" indicates a good molding state in which no deformation or breakage occurs in the three-dimensional object, "「 "indicates that the three-dimensional object is The part shows a molding state in which the desired shape can be secured as a whole, although some deformation or breakage has occurred. "X" indicates a molding state or non-moldability in which the desired shape can not be secured due to the deformation or breakage occurring in the three-dimensional structure. Show.
The present invention is further described by the following examples, but the present invention is not limited by the following examples.
Example 1
(Production of a three-dimensional object)
The nozzle heater temperature for heating the raw material is 450 ° C., the stage heating temperature is 280 ° C., and the melt flow rate is 60 g / 10 min PFA resin using a general-purpose 3D printer (UP! Plus 2 made by Delta-Microfacotry) system The formability of the three-dimensional structure was confirmed when the three-dimensional structure was produced.
As a result, the molten resin was fixed on the stage from the tip of the nozzle, and a three-dimensional structure on which the resin was laminated was obtained.
[Examples 2 and 3]
The formability of the three-dimensional structure manufactured like Example 1 was confirmed except having set nozzle heater temperature to 300 degreeC and 500 degreeC.
When the nozzle heater temperature is 350 ° C, the resin discharge amount from the nozzle is insufficient, and when the nozzle heater temperature is 500 ° C, the discharge amount is excessive, so some deformation or breakage occurs in a part of the three-dimensional structure. As a whole, the desired shape was generally secured.
[Examples 4 and 5]
The nozzle heater temperature is 450 ° C., and the resin is discharged stably. However, when the stage heating temperature is 200 ° C., a part of the discharged resin is not fixed but peeled off, and the stage heating temperature is as high as 300 ° C. A part of the resin was softened, and a part of the three-dimensional structure was deformed in all cases, but the desired shape was secured as a whole.
[Example 6]
Even if the nozzle heater temperature is set at 450 ° C and the stage heating temperature is set at 280 ° C, when the melt flow rate of the resin is 30g / 10 min, the discharge amount of the resin is small, and some deformation occurs in part of the three-dimensional structure Although the failure occurred, the desired shape was generally secured as a whole.
[Comparative Examples 1 and 2]
Even if the melt flow rate is 60 g / 10 min and the stage temperature is set to 280 ° C., the resin is not discharged at all at a nozzle heater temperature of 250 ° C., and the resin is decomposed at a nozzle heater temperature of 600 ° C. The resin did not discharge in a thin linear shape, and none of the three-dimensional modeling was possible.
[Comparative Examples 3 and 4]
Even if the resin is used at a melt flow rate of 60 g / 10 min and the nozzle heater temperature is set to 450 ° C and the resin can be discharged stably, the resin is not fixed at all at the stage temperature of 150 ° C and the stage temperature is At 350 ° C., the resin remelted on the stage, and three-dimensional shaping was not possible in any case.
[Comparative Examples 5 and 6]
Even if the nozzle heater temperature is set to 450 ° C. and the stage temperature is set to 280 ° C., when a resin having a melt flow rate of 20 g / 10 min is used, the resin is not discharged at all, and the melt flow rate is 70 g / 10 When resin for a minute was used, three-dimensional modeling could not be performed in any case due to excessive discharge amount.

以上、本発明の三次元造形物及びその造形方法について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, although the three-dimensional model of the present invention and its modeling method were shown and explained preferred embodiments, the three-dimensional model and the modeling method concerning the present invention are limited only to the above-mentioned embodiment It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the present invention.

例えば、上述した実施形態においては、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法を、流動性材料を熱溶融させる材料押出方式の付加製造技術に適用した場合を例に取って説明したが、本発明は材料押出方式のみに適用されるものではなく、他の方式の付加製造技術にも適用することが可能である。   For example, in the embodiment described above, the three-dimensional structure and the forming method thereof according to the present invention have been described by taking as an example the case of applying to the additive manufacturing technology of material extrusion method of heat melting a flowable material. The present invention is not only applied to the material extrusion method, but can be applied to other methods of additive manufacturing technology.

1a フィラメント
1b 流動性材料
100 印刷ヘッド(三次元造形装置)
101 原料送りローラ
102 ヒータ
103 冷却ファンテーブル
104 ノズル
105 ステージ
1a Filament 1b Flowable Material 100 Print Head (Three-Dimensional Forming Device)
101 material feed roller 102 heater 103 cooling fan table 104 nozzle 105 stage

Claims (1)

フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと、該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとを備える3Dプリンタを用いた三次元造形物の造形方法であって、
前記フッ素樹脂のメルトフローレートが30以上70g/10分未満であり、
前記ヒータの加熱温度を350乃至500℃、前記ステージの加熱温度を200乃至300℃に制御する工程を含む三次元造形物の造形方法。
A method for forming a three-dimensional object using a 3D printer, comprising: a heater for heating and melting a fluorine resin; and a stage for placing and heating the fluorine resin melted from the heater,
The melt flow rate of the fluororesin is 30 to 70 g / 10 minutes,
A method for forming a three-dimensional structure, comprising the steps of controlling the heating temperature of the heater to 350 to 500 ° C. and the heating temperature of the stage to 200 to 300 ° C.
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