JP6798326B2 - Powder material, manufacturing method of three-dimensional model using this, and three-dimensional modeling device - Google Patents

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Description

本発明は、粉末材料、およびこれを用いた立体造形物の製造方法、ならびに立体造形装置に関する。 The present invention relates to a powder material, a method for producing a three-dimensional model using the powder material, and a three-dimensional model device.

近年、複雑な形状の立体造形物を比較的容易に製造できる様々な方法が開発されており、このような手法を利用したラピッドプロトタイピングやラピッドマニュファクチュアリングが注目されている。立体造形物の作製方法の一つとして、粉末床溶融結合法が知られている。粉末床溶融結合法では、樹脂材料または金属材料からなる粒子を含む粉末材料を平らに敷き詰めて薄層を形成する。そして、当該薄層の所望の位置にレーザ光を照射して、隣り合う粒子を選択的に焼結または溶融結合(以下、単に「溶融結合」とも称する)させる。つまり、立体造形物を厚さ方向に微分割した層(以下、単に「造形物層」とも称する)を形成する。こうして形成された造形物層上に、さらに粉末材料を敷き詰め、レーザ光照射を繰り返すことで、所望の形状の立体造形物を製造する。 In recent years, various methods have been developed that can relatively easily produce three-dimensional objects having complicated shapes, and rapid prototyping and rapid manufacturing using such methods are attracting attention. As one of the methods for producing a three-dimensional model, a powder bed fusion bonding method is known. In the powder bed melt-bonding method, a powder material containing particles made of a resin material or a metal material is spread flat to form a thin layer. Then, a laser beam is irradiated to a desired position of the thin layer to selectively sinter or melt-bond adjacent particles (hereinafter, also simply referred to as “melt-bond”). That is, a layer (hereinafter, also simply referred to as a "modeled object layer") is formed by subdividing the three-dimensional modeled object in the thickness direction. A powder material is further spread on the modeled object layer formed in this manner, and laser light irradiation is repeated to produce a three-dimensional modeled object having a desired shape.

粉末床溶融結合法は、造形精度が高く、積層された造形物層間の接着強度が高い。したがって、当該方法によれば、高い強度を有する立体造形物が得られやすいとの利点がある。ただし、現状、粉末床溶融結合法に用いられる樹脂種は、ポリスチレンやポリアミド11、ポリアミド12等に留まっており、より多用な樹脂を用いて、立体造形物を形成することが求められている。 The powder bed melt-bonding method has high molding accuracy and high adhesive strength between laminated shaped objects. Therefore, according to this method, there is an advantage that a three-dimensional model having high strength can be easily obtained. However, at present, the resin species used in the powder bed fusion bonding method are limited to polystyrene, polyamide 11, polyamide 12, and the like, and it is required to form a three-dimensional model using a wider variety of resins.

ここで、粉末床溶融結合法では、造形物の反りを低減すること等を目的として、レーザ光照射前に、粉末材料からなる薄層を予備加熱することがある。予備加熱を行うことで、不均一な冷却による収縮ひずみの発生を抑制でき、反りの少ない造形物作製が可能となる。また、予備加熱を行うことで、レーザ光量を少なくできるとの利点もある。当該予備加熱温度をより高い温度とすることが望まれている。一方で、従来の熱可塑性樹脂の粒子からなる粉末材料は、予備加熱を高めると、凝集してしまうことがある。このような凝集が生じると、レーザ光照射されていない粒子、すなわち造形物の作製に利用されなかった粒子を廃棄せざるを得ない。そこで、予備加熱温度を高めること、およびレーザ光照射されていない粉末材料の再利用性を高めること、の両立が強く求められている。 Here, in the powder bed fusion bonding method, a thin layer made of a powder material may be preheated before irradiation with a laser beam for the purpose of reducing warpage of a modeled object. By performing preheating, it is possible to suppress the occurrence of shrinkage strain due to non-uniform cooling, and it is possible to produce a modeled object with less warpage. In addition, there is an advantage that the amount of laser light can be reduced by performing preheating. It is desired that the preheating temperature be set to a higher temperature. On the other hand, the conventional powder material composed of thermoplastic resin particles may agglomerate when the preheating is increased. When such agglomeration occurs, the particles that have not been irradiated with the laser beam, that is, the particles that have not been used for producing the modeled object, must be discarded. Therefore, it is strongly required to raise the preheating temperature and to improve the reusability of the powder material not irradiated with the laser beam.

ここで、粉末床溶融結合法の分野において、粉末粒子をコアシェル粒子とし、機能を向上させた種々の被覆粒子が開発されている。例えば特許文献1には、コア粒子、樹脂を含む第1被膜、および界面活性剤を含む第2被膜を有する粒子が開示されている。当該技術では、粒子の凝集を抑制し、造形精度を改良することを目的として、第2被膜に界面活性剤を添加している。また、特許文献2には、シェルにコア粒子より低い温度で焼結可能、もしくはガラス形成可能な細粒材料を含めることが開示されている。当該技術では、粒子間の溶融結合力を増強することを目的として、細粒材料をシェルに添加している。一方、特許文献3には、フィラーを含むコア粒子と、結着樹脂を含むシェルとを有する粒子が開示されている。当該技術では、複雑な立体形状の積層構造物を高強度で寸法精度良く製造することを目的として、コア粒子にフィラーを含めている。 Here, in the field of the powder bed melt-bonding method, various coated particles have been developed in which the powder particles are used as core-shell particles and the functions are improved. For example, Patent Document 1 discloses particles having a core particle, a first coating containing a resin, and a second coating containing a surfactant. In this technique, a surfactant is added to the second coating film for the purpose of suppressing the aggregation of particles and improving the molding accuracy. Further, Patent Document 2 discloses that the shell contains a fine-grained material that can be sintered or glass-formed at a temperature lower than that of the core particles. In this technique, a fine-grained material is added to the shell for the purpose of enhancing the melt-bonding force between the particles. On the other hand, Patent Document 3 discloses particles having core particles containing a filler and shells containing a binder resin. In this technique, a filler is included in the core particles for the purpose of producing a laminated structure having a complicated three-dimensional shape with high strength and dimensional accuracy.

特表2005−533877号公報Special Table 2005-533877 特表2006−521264号公報Special Table 2006-521264 特開2016−40121号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-40121

前述のように、粉末床溶融結合方式に用いられる粉末材料には、造形物の反り防止のために予備加熱が必要であると共に、製品歩留まり向上のためには予備加熱時に粒子が凝集しないことが求められている。 As described above, the powder material used in the powder bed melt-bonding method requires preheating to prevent warpage of the modeled object, and particles do not aggregate during preheating to improve the product yield. It has been demanded.

しかしながら、上述の特許文献1に記載の被覆粒子では、コア粒子と第2被膜との間に配置される第1被膜に、低い軟化点の材料が含まれている。そのため、予備加熱を行う造形方式では、たとえ第2被膜に界面活性剤層が含まれていたとしても粒子凝集が生じやすい、との課題があった。一方、特許文献2に記載のように、粉末床溶融結合方式用の被覆粒子のシェルに細粒材料を分散させただけでは、予備加熱時の被覆粒子の凝集を十分に抑制することは難しかった。また、特許文献3に記載の粉末床溶融結合方式用の被覆粒子は、体積収縮の少ないフィラーの焼結を目的としたものであり、予備加熱を行わずに焼結される。つまり、当該被覆粒子は、予備加熱を考慮して構成されたものではなく、当該被覆粒子によっても、予備加熱時における被覆粒子の凝集を抑制することは困難であった。 However, in the coating particles described in Patent Document 1 described above, the first coating film arranged between the core particles and the second coating film contains a material having a low softening point. Therefore, in the modeling method in which preheating is performed, there is a problem that particle agglutination is likely to occur even if the second coating film contains a surfactant layer. On the other hand, as described in Patent Document 2, it was difficult to sufficiently suppress the aggregation of the coated particles during preheating only by dispersing the fine particle material in the shell of the coated particles for the powder bed fusion bonding method. .. Further, the coating particles for the powder bed melt-bonding method described in Patent Document 3 are intended for sintering a filler having a small volume shrinkage, and are sintered without preheating. That is, the coated particles were not configured in consideration of preheating, and it was difficult for the coated particles to suppress the aggregation of the coated particles during the preheating.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、造形物の反りの発生防止のための予備加熱を十分に行うことができ、さらに再利用性が高い粉末材料やこれを用いた立体造形方法、当該立体造形方法を行うための立体造形装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems. That is, the present invention can sufficiently perform preheating for preventing the occurrence of warpage of the modeled object, and further, a powder material having high reusability, a three-dimensional modeling method using the same, and the three-dimensional modeling method. An object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus.

本発明の第1は、以下の粉末材料にある。
[1]被覆粒子を含む粉末材料の予備加熱、および前記粉末材料の薄層への選択的なレーザ光照射を繰返し、前記被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合した造形物層を複数層積層して立体造形物を製造する方法に使用される粉末材料であって、前記被覆粒子は、コア樹脂と、前記コア樹脂を被覆するシェル樹脂とを含み、前記コア樹脂と前記シェル樹脂との間に金属酸化物および金属窒化物の少なくとも一方が局在する、粉末材料。
The first of the present invention is in the following powder materials.
[1] Preheating of the powder material containing the coated particles and selective laser light irradiation to the thin layer of the powder material are repeated, and a plurality of molded product layers in which at least a part of the coated particles are melt-bonded are laminated. A powder material used in a method for producing a three-dimensional molded product, wherein the coating particles include a core resin and a shell resin that coats the core resin, and is between the core resin and the shell resin. A powder material in which at least one of a metal oxide and a metal nitride is localized.

[2]前記金属酸化物または金属窒化物が粒子状である、[1]に記載の粉末材料。
[3]前記粒子状の前記金属酸化物または前記金属窒化物の平均粒子径が5nm〜100nmであり、前記コア樹脂100質量部に対する、前記金属酸化物および前記金属窒化物の合計量が0.05質量部〜1.0質量部である、[2]に記載の粉末材料。
[4]前記金属酸化物が酸化チタンである、[1]〜[3]のいずれかに記載の粉末材料。
[5]前記シェル樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TS(65)は、前記コア樹脂材料の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)より高い、[1]〜[4]のいずれかに記載の粉末材料。
[6]前記シェル樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TS(65)と、前記コア樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)との差が、5℃以上70℃以下である、[5]に記載の粉末材料。
[2] The powder material according to [1], wherein the metal oxide or metal nitride is in the form of particles.
[3] The average particle size of the particulate metal oxide or the metal nitride is 5 nm to 100 nm, and the total amount of the metal oxide and the metal nitride with respect to 100 parts by mass of the core resin is 0. The powder material according to [2], which is 05 parts by mass to 1.0 part by mass.
[4] The powder material according to any one of [1] to [3], wherein the metal oxide is titanium oxide.
[5] The storage elastic modulus G of the shell resin 'temperature is 10 6.5 Pa TS (65), said core storage elastic modulus of the resin material G' is 10 6.5 Pa Temperature TC (65) The higher powder material according to any one of [1] to [4].
'And is 10 6.5 Pa Temperature TS (65), the storage modulus G of the core resin' [6] The storage elastic modulus of the shell resin G temperature is 10 6.5 Pa TC and (65) The powder material according to [5], wherein the difference between the two is 5 ° C. or higher and 70 ° C. or lower.

本発明の第2は、以下の立体造形物の製造方法にある。
[7]前記[1]〜[6]のいずれかに記載の粉末材料からなる薄層を形成する薄層形成工程と、前記粉末材料を予備加熱する予備加熱工程と、予備加熱された前記粉末材料からなる前記薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合した造形物層を形成するレーザ光照射工程と、を含み、前記薄層形成工程、前記予備加熱工程、および前記レーザ光照射工程を複数回繰り返し、前記造形物層を積層することで立体造形物を形成する、立体造形物の製造方法。
The second aspect of the present invention is the following method for manufacturing a three-dimensional model.
[7] A thin layer forming step of forming a thin layer made of the powder material according to any one of the above [1] to [6], a preheating step of preheating the powder material, and the preheated powder. The thin layer forming step includes a laser light irradiation step of selectively irradiating the thin layer made of a material with a laser beam to form a shaped object layer in which at least a part of the coating particles are melt-bonded to each other. A method for producing a three-dimensional model, wherein the preheating step and the laser light irradiation step are repeated a plurality of times to form a three-dimensional model by laminating the model layers.

本発明の第3は、以下の立体造形装置にある。
[8]造形ステージと、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の粉末材料の薄層を前記造形ステージ上に形成する薄層形成部と、前記粉末材料を予備加熱する予備加熱部と、予備加熱された前記粉末材料からなる前記薄層にレーザを照射して、前記被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合してなる造形物層を形成するレーザ照射部と、前記造形ステージを、その鉛直方向の位置を可変に支持するステージ支持部と、前記薄層形成部、前記予備加熱部、前記レーザ照射部および前記ステージ支持部を制御して、前記造形物層を繰り返し形成させて積層させる制御部と、を備える、立体造形装置。
The third aspect of the present invention lies in the following three-dimensional modeling apparatus.
[8] A molding stage, a thin layer forming portion for forming a thin layer of the powder material according to any one of [1] to [6] on the molding stage, and a preheating portion for preheating the powder material. A laser irradiation unit that irradiates the thin layer made of the preheated powder material with a laser to form a model layer formed by melt-bonding at least a part of the coating particles, and the modeling stage. By controlling the stage support portion that variably supports the vertical position thereof, the thin layer forming portion, the preheating portion, the laser irradiation portion, and the stage support portion, the modeled object layer is repeatedly formed. A three-dimensional modeling device including a control unit for stacking.

本発明によれば、造形物の反りの発生防止のための予備加熱を十分に行うことができ、さらに再利用性が高い粉末材料、および当該粉末材料を用いた立体造形物の製造方法、ならびに当該製造方法を行うための立体造形装置を提供できる。 According to the present invention, a powder material that can be sufficiently preheated to prevent warpage of the modeled object and has high reusability, a method for producing a three-dimensional modeled object using the powdered material, and A three-dimensional modeling apparatus for carrying out the manufacturing method can be provided.

図1Aは本発明の一実施形態における被覆粒子の模式的な断面図である。図1Bは本発明の別の実施形態における被覆粒子の模式的な断面図である。FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the coated particles according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the coated particles in another embodiment of the present invention. 図2は本発明の一実施形態における立体造形装置の構成を概略的に示す側面図である。FIG. 2 is a side view schematically showing a configuration of a three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention. 図3は本発明の一実施形態における立体造形装置の制御系の主要部を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a main part of a control system of a three-dimensional modeling apparatus according to an embodiment of the present invention.

前述の課題を解決すべく、本発明者らは粉末床溶融結合法用の粉末材料について鋭意検討および実験を行った。本発明者らは、コア樹脂と、これを被覆するシェル樹脂とを含み、これらの間に金属酸化物および/または金属窒化物をさらに含む被覆粒子を粉末床溶融結合法用の粉末材料に採用することで、上述の課題が解決できることを見出した。本発明の粉末材料が含む被覆粒子によれば、コア樹脂とシェル樹脂とを、金属酸化物および/または金属窒化物によって物理的に相分離することができる。したがって、予備加熱によってコア樹脂を溶融または軟化させたとしても、シェル樹脂がその影響を受け難く、被覆粒子の凝集が抑制される。その結果、造形物作製時にレーザ光が照射されず、造形物の形成に利用されなかった被覆粒子を、他の造形物作製に利用することが可能となる。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted diligent studies and experiments on powder materials for the powder bed fusion bonding method. The present inventors have adopted coating particles containing a core resin and a shell resin coating the core resin, and further containing a metal oxide and / or a metal nitride between them, as a powder material for a powder bed melt bonding method. It was found that the above-mentioned problems can be solved by doing so. According to the coated particles contained in the powder material of the present invention, the core resin and the shell resin can be physically phase-separated by a metal oxide and / or a metal nitride. Therefore, even if the core resin is melted or softened by preheating, the shell resin is not easily affected by the preheating, and the aggregation of the coating particles is suppressed. As a result, the coated particles that are not irradiated with the laser beam at the time of producing the modeled object and are not used for forming the modeled object can be used for producing another modeled object.

以下、本発明の一実施形態に係る粉末材料について説明し、その後、当該粉末材料を用いた立体造形物の製造方法について説明する。 Hereinafter, the powder material according to one embodiment of the present invention will be described, and then a method for producing a three-dimensional model using the powder material will be described.

1.粉末材料
本実施形態の粉末材料は、粉末床溶融結合法による立体造形物の製造に用いられる。より具体的には、被覆粒子を含む粉末材料の予備加熱、および前記薄層への選択的なレーザ光照射を繰返し、前記被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合した造形物層を複数層積層して立体造形物を製造する方法に使用される。
1. 1. Powder material The powder material of the present embodiment is used for producing a three-dimensional model by the powder bed fusion bonding method. More specifically, the preheating of the powder material containing the coating particles and the selective laser irradiation of the thin layer are repeated, and a plurality of shaped object layers in which at least a part of the coating particles are melt-bonded are laminated. It is used in the method of manufacturing a three-dimensional model.

粉末材料は、被覆粒子を少なくとも含んでいればよく、被覆粒子のみからなるものであってもよい。一方で、粉末材料は、レーザ光照射による溶融結合を妨げない範囲において、レーザ吸収剤およびフローエージェントを含む被覆粒子以外の材料をさらに含んでもよい。 The powder material may contain at least coating particles and may consist only of coating particles. On the other hand, the powder material may further contain a material other than the coating particles containing the laser absorber and the flow agent as long as the melt bonding due to the laser irradiation is not hindered.

1−1.被覆粒子
被覆粒子は、コア樹脂、およびこれをシェル樹脂が被覆する構造(以下、当該構造を「コアシェル構造」とも称する)を有する。また、コア樹脂およびシェル樹脂の間には、金属酸化物および/または金属窒化物が局在している。本明細書において、コアシェル構造とは、コア樹脂から基本的に構成されるコア粒子の表面のうち、シェル樹脂によって被覆されている部分の面積の割合が90%以上であることを意味する。なお、コア樹脂およびシェル樹脂の間には、金属酸化物および/または金属窒化物が局在しているが、コアシェル構造の確認の際には、金属酸化物および/または金属窒化物は、コア粒子の一部として取り扱う。実用上は、多数の被覆粒子の断面を透過電子顕微鏡(TEM)で撮像し、任意に選択した10個の被覆粒子について、コア粒子の表面積に対する、シェル樹脂の被覆面積の割合を算出する。そして、それらの平均値が90%以上であれば、それらの被覆粒子がコアシェル構造を有するものとみなす。
1-1. Coated particles The coated particles have a core resin and a structure in which the shell resin coats the core resin (hereinafter, the structure is also referred to as a “core-shell structure”). In addition, metal oxides and / or metal nitrides are localized between the core resin and the shell resin. In the present specification, the core-shell structure means that the ratio of the area of the portion covered with the shell resin to the surface of the core particles basically composed of the core resin is 90% or more. The metal oxide and / or the metal nitride is localized between the core resin and the shell resin, but when confirming the core-shell structure, the metal oxide and / or the metal nitride is the core. Treat as part of the particle. Practically, the cross sections of a large number of coated particles are imaged with a transmission electron microscope (TEM), and the ratio of the coated area of the shell resin to the surface area of the core particles is calculated for 10 arbitrarily selected coated particles. Then, if their average value is 90% or more, it is considered that those coated particles have a core-shell structure.

ここで、図1Aの模式的な断面図に示すように、コアシェル構造を有する被覆粒子100は、シート状のシェル樹脂102がコア粒子101を被覆していてもよい。また、図1Bの模式的な断面図に示すように、粒子状のシェル樹脂102がコア粒子101を被覆した被覆粒子100であってよい。なお、図1Aおよび図1Bでは、便宜的に、金属酸化物および/金属窒化物を示していないが、実際の被覆粒子では、コア粒子100とシェル樹脂102との間に金属酸化物および/金属窒化物が局在している。 Here, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1A, the coated particles 100 having the core-shell structure may be coated with the core particles 101 by the sheet-shaped shell resin 102. Further, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1B, the particulate shell resin 102 may be the coated particles 100 in which the core particles 101 are coated. Although metal oxides and / metal nitrides are not shown in FIGS. 1A and 1B for convenience, in actual coating particles, metal oxides and / metals are formed between the core particles 100 and the shell resin 102. Nitride is localized.

ここで、本明細書において、コア樹脂およびシェル樹脂の間に金属酸化物および金属窒化物の少なくとも一方が局在している、とは、コア樹脂およびシェル樹脂の間に、金属酸化物および/または金属窒化物がTEMにて観察される領域があることをいう。なお、金属酸化物および/または金属窒化物の一部が、コア樹脂からなるコア粒子、もしくはこれを覆うシェル樹脂中に含まれることもあるが、TEMで被覆粒子の断面を確認した際に、コア粒子およびシェル樹脂の間に、実質的に金属酸化物および/または金属窒化物からなる領域が存在すれば、金属酸化物および/または金属窒化物が当該領域に局在している、として取り扱う。 Here, in the present specification, at least one of the metal oxide and the metal nitride is localized between the core resin and the shell resin, that is, the metal oxide and / / between the core resin and the shell resin. Alternatively, it means that there is a region where the metal nitride is observed by TEM. In addition, a part of the metal oxide and / or the metal nitride may be contained in the core particles made of the core resin or the shell resin covering the core particles, but when the cross section of the coated particles is confirmed by TEM, If a region consisting substantially of a metal oxide and / or a metal nitride is present between the core particles and the shell resin, it is treated as if the metal oxide and / or the metal nitride is localized in the region. ..

ここで、コア樹脂とシェル樹脂との間に含まれる金属酸化物および/または金属窒化物は、粒子状であってもよく、膜状であってもよい。乾式混合にて、容易に被覆粒子を製造可能であるとの観点から、金属酸化物および/または金属窒化物は粒子状であることが好ましい。 Here, the metal oxide and / or the metal nitride contained between the core resin and the shell resin may be in the form of particles or may be in the form of a film. The metal oxide and / or metal nitride is preferably in the form of particles from the viewpoint that coated particles can be easily produced by dry mixing.

なお、金属酸化物および/または金属窒化物は、コア樹脂の一部のみを被覆するように含まれていてもよいが、コア樹脂の略全面を略均一に被覆するように含まれていることが好ましい。金属酸化物および/または金属窒化物がコア樹脂の略全面を被覆していると、前述のようにコア樹脂とシェル樹脂とを物理的に分離することができる。そして、予備加熱によって、コア樹脂を溶融させても、当該コア樹脂へシェル樹脂が溶解すること等を防ぐことができ、予備加熱時に被覆粒子が凝集することを抑制することができる。 The metal oxide and / or the metal nitride may be contained so as to cover only a part of the core resin, but it should be contained so as to cover substantially the entire surface of the core resin. Is preferable. When the metal oxide and / or the metal nitride covers substantially the entire surface of the core resin, the core resin and the shell resin can be physically separated as described above. Then, even if the core resin is melted by the preheating, it is possible to prevent the shell resin from being dissolved in the core resin, and it is possible to prevent the coating particles from aggregating during the preheating.

ここで、金属酸化物および/または金属窒化物が粒子である場合、その平均粒子径は1nm〜350nmであることが好ましく、3nm〜200nmであることがより好ましく、5nm〜100nmであることがさらに好ましい。平均粒子径が1nm未満である場合には、金属酸化物および/または金属窒化物によるコア粒子の表面被覆率が高くなるものの、コア樹脂とシェル樹脂との距離が近く、上述の凝集抑制効果が得られ難い。一方、平均粒子径が350nm超であると、金属酸化物および/または金属窒化物が、コア樹脂を被覆し難くなり、この場合も上述の凝集抑制効果が得られ難くなる。上記平均粒子径は、動的光散乱法により測定した体積平均粒子径とする。体積平均粒径は、例えば、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒子径分布測定装置マイクロトラック・ベル社製、マイクロトラックMT3300 IIにより測定することができる。被覆粒子中の金属酸化物および/または金属窒化物の平均粒子径を測定する場合、コア樹脂およびシェル樹脂を溶剤等に溶解させ、金属酸化物および/または金属窒化物を取り出すことで、測定が可能である。 Here, when the metal oxide and / or the metal nitride is a particle, the average particle diameter thereof is preferably 1 nm to 350 nm, more preferably 3 nm to 200 nm, and further preferably 5 nm to 100 nm. preferable. When the average particle size is less than 1 nm, the surface coverage of the core particles by the metal oxide and / or the metal nitride is high, but the distance between the core resin and the shell resin is short, and the above-mentioned aggregation suppressing effect is obtained. Hard to get. On the other hand, when the average particle size is more than 350 nm, it becomes difficult for the metal oxide and / or the metal nitride to coat the core resin, and in this case as well, it becomes difficult to obtain the above-mentioned agglutination suppressing effect. The average particle size is the volume average particle size measured by the dynamic light scattering method. The volume average particle diameter can be measured by, for example, the Microtrack MT3300 II manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd., a laser diffraction type particle size distribution measuring device equipped with a wet disperser. When measuring the average particle size of the metal oxide and / or the metal nitride in the coated particles, the measurement can be performed by dissolving the core resin and the shell resin in a solvent or the like and taking out the metal oxide and / or the metal nitride. It is possible.

また、被覆粒子において、金属酸化物および/または金属窒化物の含有量は、コア樹脂100質量部に対して0.01質量部〜5.0質量部であることが好ましく、0.03質量部〜3.0質量部であることがより好ましく、0.05質量部〜1.0質量部であることがより好ましい。金属酸化物および/または金属窒化物の量が0.01質量部未満であると、金属酸化物および/または金属窒化物によるコア樹脂の被覆率が低くなり、凝集抑制効果が得られ難くなる。一方、金属酸化物および/または金属窒化物の量が上記範囲より多い場合には、凝集抑制効果は高いものの、金属酸化物および/または金属窒化物が、レーザ照射による粒子どうしの融着を阻害することがあり、造形物の強度が低下することがある。金属酸化物および/または金属窒化物の含有量は、熱重量分析により測定することができる。 Further, the content of the metal oxide and / or the metal nitride in the coated particles is preferably 0.01 part by mass to 5.0 part by mass, and 0.03 part by mass with respect to 100 parts by mass of the core resin. It is more preferably ~ 3.0 parts by mass, and more preferably 0.05 parts by mass to 1.0 parts by mass. When the amount of the metal oxide and / or the metal nitride is less than 0.01 parts by mass, the coverage of the core resin by the metal oxide and / or the metal nitride becomes low, and it becomes difficult to obtain the aggregation suppressing effect. On the other hand, when the amount of the metal oxide and / or the metal nitride is larger than the above range, the effect of suppressing aggregation is high, but the metal oxide and / or the metal nitride inhibits the fusion of the particles by laser irradiation. May reduce the strength of the modeled object. The content of metal oxides and / or metal nitrides can be measured by thermogravimetric analysis.

金属酸化物および/または金属窒化物は、金属の酸化物もしくは金属の窒化物であれば、その種類は特に制限されない。金属酸化物の例には、酸化鉄、酸化銅、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム等が含まれる。また、金属窒化物の例には、窒化ホウ素等が含まれる。なお、本明細書において、金属酸化物を構成する金属には、ケイ素やホウ素等の半金属も含むものとする。また、金属は、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、ホウ素等の金属単体に限られず、当該金属単体を含む合金(例えば、チタン合金、ジルコニウム合金、コバルトクロム合金等)、ステンレス鋼等であってもよい。ここで、上記金属酸化物および/または金属窒化物が凝集しやすい材料であると、金属酸化物および/または金属窒化物が、コア樹脂とシェル樹脂との間で偏在してしまうことがある。したがって、分散性が良好であり、凝集が生じ難い、との観点から上記の中でも酸化チタンが特に好ましい。 The type of the metal oxide and / or the metal nitride is not particularly limited as long as it is a metal oxide or a metal nitride. Examples of metal oxides include iron oxide, copper oxide, aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide and the like. Examples of metal nitrides include boron nitride and the like. In this specification, the metal constituting the metal oxide also includes a metalloid such as silicon and boron. Further, the metal is not limited to a single metal such as iron, copper, aluminum, silicon, titanium, zirconium, and boron, and an alloy containing the single metal (for example, a titanium alloy, a zirconium alloy, a cobalt-chromium alloy, etc.), and stainless steel. It may be steel or the like. Here, if the metal oxide and / or the metal nitride is a material that easily aggregates, the metal oxide and / or the metal nitride may be unevenly distributed between the core resin and the shell resin. Therefore, titanium oxide is particularly preferable among the above from the viewpoint that the dispersibility is good and aggregation is unlikely to occur.

ここで、本実施形態の被覆粒子は、後述する立体造形物の製造方法における予備加熱温度において、コア樹脂の貯蔵弾性率G’cが、当該温度におけるシェル樹脂の貯蔵弾性率G’sより低くなることが好ましい。コア樹脂およびシェル樹脂の貯蔵弾性率(G’cおよびG’s)がこのような関係にあると、予備加熱によって、コア樹脂のみを軟化させることが可能となる。予備加熱温度において、コア樹脂およびシェル樹脂の貯蔵弾性率(G’cおよびG’s)が上記関係を満たすかは、シェル樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TS(65)と、コア樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)とから、ある程度推測することができる。本実施形態では、TS(65)がTC(65)より高いものとする。シェル樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TS(65)が、前記コア樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)より高い被覆粒子を採用することで、造形歪を抑制しつつ、予備加熱時における粒子凝集をさらに抑制することが可能となる。また、このような被覆粒子を用いることで、レーザ照射によって、効率よく被覆粒子どうしを溶融結合できる。 Here, in the coated particles of the present embodiment, the storage elastic modulus G'c of the core resin is lower than the storage elastic modulus G's of the shell resin at the preheating temperature in the method for producing a three-dimensional model described later. Is preferable. When the storage elastic moduli (G'c and G's) of the core resin and the shell resin have such a relationship, it is possible to soften only the core resin by preheating. In the preheating temperature, the core resin and the or storage modulus of the shell resin (G'c and G's) satisfies the above relationship, the storage modulus of the shell resin G 'is 10 6.5 Pa Temperature TS ( It can be estimated to some extent from 65) and the temperature TC (65) at which the storage elastic modulus G'of the core resin becomes 106.5 Pa. In this embodiment, TS (65) is higher than TC (65). Covered particles in which the temperature TS (65) at which the storage elastic modulus G'of the shell resin is 106.5 Pa is higher than the temperature TC (65) at which the storage elastic modulus G'of the core resin is 106.5 Pa. By adopting it, it becomes possible to further suppress particle agglomeration during preheating while suppressing modeling distortion. Further, by using such coated particles, the coated particles can be efficiently melt-bonded to each other by laser irradiation.

ここで、予備加熱温度は、被覆粒子の種類等に合わせて適宜設定され、一般的な粉末床溶融結合法と同様に設定することができる。予備加熱温度は、50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上300℃以下であることがより好ましく、100℃以上250℃以下であることがさらに好ましく、140℃以上250℃以下であることがさらに好ましい。140℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 Here, the preheating temperature is appropriately set according to the type of coated particles and the like, and can be set in the same manner as the general powder bed melt bonding method. The preheating temperature is preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, further preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and 140 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. It is more preferable to have. It is more preferably 140 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.

ここで、被覆粒子は、後述する立体造形物の製造方法においてレーザ光が照射されると、シェル樹脂が軟化したり、溶融したり、消失すること等によって、被覆粒子の少なくとも一部(少なくともコア樹脂)どうしが溶融結合する。またこのとき、金属酸化物および/または金属硫化物は、被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合した造形物内に分散される。 Here, the coated particles are formed by at least a part (at least a core) of the coated particles due to the shell resin softening, melting, disappearing, etc. when irradiated with laser light in the method for producing a three-dimensional model described later. Resin) melt-bonded to each other. At this time, the metal oxide and / or the metal sulfide is dispersed in the molded product in which at least a part of the coated particles are melt-bonded to each other.

そこで、レーザ光照射によって、シェル樹脂を軟化、溶融、もしくは消失しやすくし、より短時間で立体造形物を製造する観点からは、シェル樹脂が軟化、溶融、もしくは消失する温度と、コア樹脂が軟化もしくは溶融する温度とが、近い値であることが好ましい。さらに、レーザ光照射時、レーザ光エネルギーによって、コア樹脂の比容量が大きくなり、体積が変化するが、立体造形物の造形精度を高める観点から、当該体積変化は少ないことが好ましい。したがって、コア樹脂の体積変化が少ないうちに、被覆粒子の少なくとも一部(コア樹脂)どうしを溶融結合させるためにも、上記温度差は小さいことが好ましい。一方で、予備加熱時における被覆粒子の変形の抑制、すなわちシェル樹脂の軟化を抑制する観点からは、上記温度差は小さすぎないことが好ましい。 Therefore, from the viewpoint of making the shell resin soften, melt, or disappear by laser light irradiation and producing a three-dimensional model in a shorter time, the temperature at which the shell resin softens, melts, or disappears, and the core resin It is preferable that the temperature at which the material softens or melts is close to the value. Further, during laser light irradiation, the specific volume of the core resin increases and the volume changes due to the laser light energy, but the volume change is preferably small from the viewpoint of improving the modeling accuracy of the three-dimensional modeled object. Therefore, it is preferable that the temperature difference is small in order to melt-bond at least a part (core resin) of the coated particles while the volume change of the core resin is small. On the other hand, from the viewpoint of suppressing deformation of the coating particles during preheating, that is, suppressing softening of the shell resin, it is preferable that the temperature difference is not too small.

そこで、上述のTS(65)とTC(65)との差が、5℃以上70℃以下であることが好ましく、10℃以上70℃以下であることがより好ましく、10℃以上60℃以下であることがさらに好ましく、30℃以上60℃以下であることがさらに好ましい。 Therefore, the difference between the above-mentioned TS (65) and TC (65) is preferably 5 ° C. or higher and 70 ° C. or lower, more preferably 10 ° C. or higher and 70 ° C. or lower, and 10 ° C. or higher and 60 ° C. or lower. It is more preferable that the temperature is 30 ° C. or higher and 60 ° C. or lower.

また、上記コア樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)は、粉末床溶融結合法における一般的な予備加熱温度の範囲に含まれることが好ましい。そこで、TC(65)は、50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上300℃以下であることがより好ましく、100℃以上250℃以下であることがさらに好ましく、140℃以上250℃以下であることがさらに好ましく、140℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 Further, the temperature TC (65) at which the storage elastic modulus G'of the core resin is 106.5 Pa is preferably included in the range of the general preheating temperature in the powder bed melt bonding method. Therefore, TC (65) is preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, further preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and 140 ° C. or higher and 250 ° C. or higher. It is more preferably ° C. or lower, and even more preferably 140 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.

また、上記シェル樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TS(65)は、コア樹脂の選択の自由度を確保しつつ、レーザ光の照射によって溶融しやすくするような温度範囲にあることが好ましい。そこで、TS(65)は、100℃以上350℃以下であることが好ましく、150℃以上330℃以下であることがより好ましく、250℃以上330℃以下であることがさらに好ましく、250℃以上300℃以下であることがさらに好ましい。 Further, the temperature TS (65) at which the storage elastic modulus G'of the shell resin is 106.5 Pa is a temperature that facilitates melting by irradiation with laser light while ensuring the degree of freedom in selecting the core resin. It is preferably in the range. Therefore, TS (65) is preferably 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or higher and 330 ° C. or lower, further preferably 250 ° C. or higher and 330 ° C. or lower, and 250 ° C. or higher and 300 ° C. or higher. It is more preferably below ° C.

また、レーザ光照射後の造形物の変形をより生じにくくする観点からは、コア樹脂は、レーザ光照射後の冷却時により短い時間で固まることが好ましい。上記観点からは、コア樹脂が軟化する温度(貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65))と、コア樹脂が変形しない程度に硬くなる温度(貯蔵弾性率G’が107.0Paになる温度(TC(70))との温度差は小さいことが好ましい。具体的には、|TC(70)−TC(65)|は10℃以上100℃以下であることが好ましく、10℃以上80℃以下であることがより好ましく、15℃以上80℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上80℃以下であることがさらに好ましく、20℃以上50℃以下であることがさらに好ましい。 Further, from the viewpoint of making it more difficult for the modeled object to be deformed after the laser beam irradiation, it is preferable that the core resin hardens in a shorter time during cooling after the laser beam irradiation. From the above viewpoint, the temperature at which the core resin softens (temperature TC (65) at which the storage elastic modulus G'is 106.5 Pa) and the temperature at which the core resin becomes hard enough not to be deformed (storage elastic modulus G') are It is preferable that the temperature difference from the temperature at which it reaches 10 7.0 Pa (TC (70)) is small. Specifically, | TC (70) -TC (65) | is 10 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. It is more preferably 10 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, further preferably 15 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, further preferably 20 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, and 20 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. Is even more preferable.

ここで、上記各貯蔵弾性率は、公知の方法で測定した値とすることができる。本明細書では、貯蔵弾性率測定装置(ティー・エイ・インスツルメント社製、ARES−G2レオメータ)を用いての方法で測定して得られた値を上記貯蔵弾性率とする。具体的な方法を以下に示す。 Here, each of the storage elastic moduli can be a value measured by a known method. In the present specification, the value obtained by measuring by a method using a storage elastic modulus measuring device (ARES-G2 rheometer manufactured by TA Instruments) is referred to as the storage elastic modulus. The specific method is shown below.

(貯蔵弾性率測定用試料の調製)
コア樹脂およびシェル樹脂いずれか一方のみを溶解する溶剤で、被覆粒子を構成するコア樹脂またはシェル樹脂を分離および抽出し、乾燥させて粉末状にする。加圧成型機(エヌピーエーシステム株式会社製、NT−100H)を用いて、得られた粉末を常温で30kNに1分間加圧して、直径約8mm、高さ約2mmの円柱状試料に成型する。
(Preparation of sample for storage elastic modulus measurement)
The core resin or shell resin constituting the coating particles is separated and extracted with a solvent that dissolves only one of the core resin and the shell resin, and dried to be powdered. Using a pressure molding machine (NT-100H, manufactured by NPA System Co., Ltd.), the obtained powder is pressurized to 30 kN at room temperature for 1 minute to form a columnar sample having a diameter of about 8 mm and a height of about 2 mm. ..

(貯蔵弾性率の測定手順)
上記装置が有するパラレルプレートの温度を150℃に温調して、上記調製した円柱状の試料を加熱溶融させた後、axial forceが10(g重)を超えないように垂直方向に荷重をかけて、パラレルプレートに上記試料を固着させる。この状態でパラレルプレートおよび該円柱状試料を測定開始温度250℃まで加熱し、徐冷しながら粘弾性データを測定する。測定されたデータは、Microsoft社製Windows7(「Windows」は同社の登録商標)を搭載したコンピュータに転送し、上記コンピュータ上で動作する制御、データ収集および解析ソフト(TRIOS)を通じてデータ転送し、所望の温度における貯蔵弾性率G’(Pa)の値を読み取る。
(Measurement procedure of storage elastic modulus)
After adjusting the temperature of the parallel plate of the above device to 150 ° C. and heating and melting the prepared columnar sample, a load is applied in the vertical direction so that the axial force does not exceed 10 (g weight). Then, the above sample is fixed to the parallel plate. In this state, the parallel plate and the columnar sample are heated to a measurement start temperature of 250 ° C., and the viscoelastic data is measured while slowly cooling. The measured data is transferred to a computer equipped with Microsoft Windows 7 (“Windows” is a registered trademark of the company), and the data is transferred through the control, data collection and analysis software (TRIOS) operating on the computer, and desired. The value of the storage elasticity G'(Pa) at the temperature of is read.

(貯蔵弾性率の測定条件)
測定周波数 :6.28ラジアン/秒
測定歪みの設定 :初期値を0.1%に設定し、自動測定モードにて測定を行う。
試料の伸長補正 :自動測定モードにて調整する。
測定温度 :250℃から100℃まで毎分5℃の割合で徐冷する。
測定間隔 :1℃ごとに粘弾性データを測定する。
(Measurement conditions for storage elastic modulus)
Measurement frequency: 6.28 radians / second Measurement distortion setting: Set the initial value to 0.1% and perform measurement in the automatic measurement mode.
Sample elongation correction: Adjust in automatic measurement mode.
Measurement temperature: Slowly cool from 250 ° C to 100 ° C at a rate of 5 ° C per minute.
Measurement interval: Viscoelastic data is measured every 1 ° C.

ここで、上記被覆粒子の平均粒子径は、2μm以上210μm以下であることが好ましく、10μm以上80μm以下であることがより好ましい。被覆粒子の平均粒子径が2μm以上であると、後述の立体造形物の製造方法で作製する各造形物層の厚みが十分に厚くなりやすく、効率良く立体造形物を製造することが可能となる。一方、被覆粒子の平均粒子径が210μm以下であると、複雑な形状の立体造形物も作製することが可能となる。 Here, the average particle size of the coated particles is preferably 2 μm or more and 210 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 80 μm or less. When the average particle diameter of the coated particles is 2 μm or more, the thickness of each modeled object layer produced by the method for producing a three-dimensional object described later tends to be sufficiently thick, and it becomes possible to efficiently produce a three-dimensional object. .. On the other hand, when the average particle diameter of the coated particles is 210 μm or less, it is possible to produce a three-dimensional model having a complicated shape.

またこのとき、コアの平均粒子径は、1μm以上200μm以下であることが好ましく、2μm以上150μm以下であることがより好ましく、5μm以上100μm以下であることがさらに好ましく、5μm以上70μm以下であることがさらに好ましく、10μm以上60μm以下であることがさらに好ましい。コアの平均粒子径が1μm以上であると、粉末材料が十分な流動性を有するため、立体造形物を製造する際の粉末材料の取り扱いが容易になる。また、上記平均粒子径が1μm以上であると、コア樹脂の作製が容易であり、粉末材料の製造コストが高くならない。上記平均粒子径が200μm以下であると、より高精細な立体造形物を製造することが可能となる。 At this time, the average particle size of the core is preferably 1 μm or more and 200 μm or less, more preferably 2 μm or more and 150 μm or less, further preferably 5 μm or more and 100 μm or less, and 5 μm or more and 70 μm or less. Is more preferable, and it is further preferable that it is 10 μm or more and 60 μm or less. When the average particle size of the core is 1 μm or more, the powder material has sufficient fluidity, so that the powder material can be easily handled when producing a three-dimensional model. Further, when the average particle size is 1 μm or more, the core resin can be easily produced, and the production cost of the powder material does not increase. When the average particle size is 200 μm or less, a higher-definition three-dimensional model can be manufactured.

一方、シェルの厚み(シェル樹脂からなる層の厚み)は、10〜500nmであることが好ましく、15〜400nmであることがより好ましく、20〜300nmであることがさらに好ましい。 On the other hand, the thickness of the shell (thickness of the layer made of the shell resin) is preferably 10 to 500 nm, more preferably 15 to 400 nm, and even more preferably 20 to 300 nm.

上記被覆粒子の平均粒子径は、動的光散乱法により測定した体積平均粒子径とする。体積平均粒径は、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置(シンパティック(SYMPATEC)社製、ヘロス(HELOS))により測定することができる。また、コアの平均粒子径およびシェルの厚みは、多数の被覆粒子の断面をTEMで撮像して得た画像中で、ランダムに選択した10個の被覆粒子について、シェル樹脂からなる層の厚みを10点実測し、それらの平均値を採用することができる。なお、TEMで撮像した画像による観察では、コア粒子とシェル樹脂との間に、金属酸化物および/または金属窒化物も確認される。金属酸化物および/または金属窒化物が局在している領域の厚みは、金属酸化物および/または金属窒化物の含有量に応じて適宜選択され、本発明の目的を損なわない範囲で適宜設定される。 The average particle size of the coated particles is the volume average particle size measured by the dynamic light scattering method. The volume average particle size can be measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device (HELOS manufactured by SIMPATEC) equipped with a wet disperser. The average particle size of the core and the thickness of the shell are the thickness of the layer made of shell resin for 10 randomly selected coated particles in the image obtained by imaging the cross sections of a large number of coated particles with TEM. It is possible to actually measure 10 points and adopt the average value thereof. In the observation using the image taken by the TEM, a metal oxide and / or a metal nitride is also confirmed between the core particles and the shell resin. The thickness of the region where the metal oxide and / or the metal nitride is localized is appropriately selected according to the content of the metal oxide and / or the metal nitride, and is appropriately set within a range that does not impair the object of the present invention. Will be done.

被覆粒子における、コア樹脂およびシェル樹脂の量は、上記コアシェル構造が形成される量であればよい。たとえば、コア樹脂100質量部に対するシェル樹脂の量は、0.1質量部以上20質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上20質量部以下であることがより好ましく、0.5質量部以上15質量部以下であることがさらに好ましく、1質量部以上15質量部以下であることがさらに好ましく、1質量部以上10質量部以下であることがさらに好ましい。 The amount of the core resin and the shell resin in the coated particles may be any amount as long as the core-shell structure is formed. For example, the amount of the shell resin with respect to 100 parts by mass of the core resin is preferably 0.1 part by mass or more and 20 parts by mass or less, more preferably 0.5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and 0.5 parts by mass or less. It is more preferably 1 part by mass or more and 15 parts by mass or less, further preferably 1 part by mass or more and 15 parts by mass or less, and further preferably 1 part by mass or more and 10 parts by mass or less.

また、被覆粒子の円形度は0.95以上であることが好ましく、0.96以上であることがより好ましく、0.97以上であることがさらに好ましい。被覆粒子の円形度が0.95以上であると、個々の被覆粒子の体積が均一になりやすく、所望の形状に造形物層を形成しやすくなる。上記円形度は、被覆粒子の平均円形度を示し、「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて測定される値である。 The circularity of the coated particles is preferably 0.95 or more, more preferably 0.96 or more, and even more preferably 0.97 or more. When the circularity of the coating particles is 0.95 or more, the volumes of the individual coating particles tend to be uniform, and it becomes easy to form the modeled object layer in a desired shape. The circularity indicates the average circularity of the coated particles, and is a value measured using "FPIA-2100" (manufactured by Sysmex Corporation).

具体的には、被覆粒子を界面活性剤水溶液に湿潤させ、超音波分散を1分間行う。そして、「FPIA−2100」を用い、測定条件HPF(高倍率撮像)モードにて、HPF検出数3000〜10000個の適正濃度で測定を行う。この範囲であれば、再現性のある測定値が得られる。円形度は下記式で計算される。
円形度=(粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
また平均円形度は、各粒子の円形度を足し合わせ、測定した全粒子数で割った算術平均値である。
Specifically, the coated particles are moistened with an aqueous surfactant solution, and ultrasonic dispersion is performed for 1 minute. Then, using "FPIA-2100", measurement is performed at an appropriate density of 3000 to 10000 HPF detections in the measurement condition HPF (high-magnification imaging) mode. Within this range, reproducible measurements can be obtained. The circularity is calculated by the following formula.
Circularity = (peripheral length of a circle having the same projected area as the particle image) / (peripheral length of the particle projected image)
The average circularity is an arithmetic mean value obtained by adding the circularity of each particle and dividing by the total number of measured particles.

ここで、上述の被覆粒子のコア樹脂およびシェル樹脂は、加熱によって軟化もしくは溶融する樹脂であれば特に制限されず、前述の、TS(65)、TC(65)、貯蔵弾性率等を勘案して、それぞれ選択することができる。なお、シェル樹脂として、加熱によって消失する樹脂を選択することもできる。コア樹脂およびシェル樹脂に適用可能な樹脂の例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニルサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、結晶性ポリエステル等の結晶性の樹脂;ポリスチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリルニトリル・ブタジエン・スチレンコポリマ(ABS)、アクリルポリマー、ポリカーボネート、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)、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、ポリカプロラクトン等の非結晶性の樹脂;が含まれる。 Here, the core resin and shell resin of the coating particles described above are not particularly limited as long as they are resins that soften or melt by heating, and the above-mentioned TS (65), TC (65), storage elastic modulus, etc. are taken into consideration. Can be selected individually. As the shell resin, a resin that disappears by heating can also be selected. Examples of resins applicable to core resins and shell resins include crystalline resins such as polyethylene, polypropylene, nylon, polyacetal, polyethylene terephthalate (PET), polyphenyl sulfide, polyether ether ketone (PEEK), and crystalline polyester. Polystyrene, polyurethane, polyvinyl chloride, acrylic nitrile butadiene styrene copolyma (ABS), acrylic polymer, polycarbonate, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), styrene acrylonitrile copolymer (SAN), polyarylate, polyphenylene ether, polycaprolactone Non-crystalline resins such as;

これらの樹脂のうち、非結晶性の樹脂は、従来の方法では造形精度を高くすることが難しかったが、本実施形態のコアシェル構造を有する被覆粒子によれば、造形精度を高めることが可能となる。このような観点からは、コア樹脂の材料は非結晶性の樹脂であっても良い。コア樹脂の材料に非結晶性の樹脂を用いた際に、より有用な粒子構造であると言える。 Among these resins, it was difficult to increase the molding accuracy of the non-crystalline resin by the conventional method, but the coated particles having the core-shell structure of the present embodiment can improve the molding accuracy. Become. From this point of view, the material of the core resin may be a non-crystalline resin. It can be said that the particle structure is more useful when a non-crystalline resin is used as the material of the core resin.

1−2.その他の材料
前述のように、粉末材料は、上記被覆粒子以外の成分を含んでいてもよく、その例には、レーザ吸収剤や、フローエージェント等が含まれる。
1-2. Other Materials As described above, the powder material may contain components other than the above-mentioned coated particles, and examples thereof include a laser absorber, a flow agent, and the like.

1−2−1.レーザ吸収剤
レーザの光エネルギーをより効率的に熱エネルギーに変換する観点から、粉末材料は、レーザ吸収剤をさらに含んでもよい。レーザ吸収剤は、使用する波長のレーザを吸収して熱を発する材料であればよい。このようなレーザ吸収剤の例には、カーボン粉末、ナイロン樹脂粉末、顔料、および染料が含まれる。これらのレーザ吸収剤は、一種類のみ用いても、二種類を組み合わせて用いてもよい。
1-2-1. Laser Absorbent The powder material may further contain a laser absorber from the viewpoint of more efficiently converting the light energy of the laser into thermal energy. The laser absorber may be a material that absorbs a laser having a wavelength to be used and generates heat. Examples of such laser absorbers include carbon powders, nylon resin powders, pigments, and dyes. These laser absorbers may be used alone or in combination of two.

レーザ吸収剤の量は、上記被覆粒子の溶融結合が容易になる範囲で適宜設定することができる。例えば、粉末材料の全質量に対して、0質量%より多く3質量%未満とすることができる。 The amount of the laser absorber can be appropriately set within a range in which the melt bonding of the coating particles is facilitated. For example, it can be more than 0% by mass and less than 3% by mass with respect to the total mass of the powder material.

1−2−2.フローエージェント
粉末材料の流動性を向上させ、立体造形物の製造時における粉末材料の取り扱いを容易にする観点から、粉末材料は、フローエージェントをさらに含んでもよい。フローエージェントは、摩擦係数が小さく、自己潤滑性を有する材料であればよい。このようなフローエージェントの例には、二酸化ケイ素および窒化ホウ素が含まれる。これらのフローエージェントは、一種類のみ用いても、二種類を組み合わせて用いてもよい。
1-2-2. Flow Agent The powder material may further include a flow agent from the viewpoint of improving the fluidity of the powder material and facilitating the handling of the powder material during the production of the three-dimensional model. The flow agent may be a material having a small coefficient of friction and self-lubricating property. Examples of such flow agents include silicon dioxide and boron nitride. Only one type of these flow agents may be used, or two types may be used in combination.

フローエージェントの量は、粉末材料の流動性が向上し、かつ、コアシェル構造を有する被覆粒子(少なくともコア樹脂)の溶融結合が十分に生じる範囲で適宜設定することができ、たとえば、粉末材料の全質量に対して、0質量%より多く2質量%未満とすることができる。 The amount of the flow agent can be appropriately set within a range in which the fluidity of the powder material is improved and the coating particles having a core-shell structure (at least the core resin) are sufficiently melt-bonded. It can be more than 0% by mass and less than 2% by mass with respect to the mass.

2.粉末材料の製造方法
上記粉末材料の製造方法は、特に制限されず、公知の方法で製造することができる。例えば、粉末材料が、前述の被覆粒子のみ含む場合には、当該被覆粒子をそのまま粉末材料として用いることができる。一方、粉末材料が被覆粒子と、その他の材料とを含む場合、粉末状にしたその他の材料と、被覆粒子とを撹拌混合して製造することができる。以下、被覆粒子の調製方法について説明する。
2. 2. Method for Producing Powder Material The method for producing the powder material is not particularly limited, and can be produced by a known method. For example, when the powder material contains only the above-mentioned coated particles, the coated particles can be used as they are as the powder material. On the other hand, when the powder material contains the coated particles and other materials, the powdered other material and the coated particles can be mixed and mixed for production. Hereinafter, a method for preparing coated particles will be described.

(被覆粒子の調製方法)
前述の被覆粒子の調製方法を以下、説明する。
被覆粒子は、コア樹脂からなる粒子を準備する工程と、当該コア樹脂からなる粒子の表面に金属酸化物および/または金属窒化物を付着させる工程と、当該金属酸化物および/または金属窒化物を覆うようにシェル樹脂を付着させる工程と、を行うことで調製することができる。
(Preparation method of coated particles)
The method for preparing the above-mentioned coated particles will be described below.
The coating particles include a step of preparing particles made of a core resin, a step of adhering a metal oxide and / or a metal nitride to the surface of the particles made of the core resin, and the step of adhering the metal oxide and / or the metal nitride. It can be prepared by performing a step of adhering a shell resin so as to cover it.

コア樹脂からなる粒子は、調製してもよく、市販品を用いてもよい。調製方法は、公知の樹脂粒子の調製方法と同様とすることができる。 The particles made of the core resin may be prepared or a commercially available product may be used. The preparation method can be the same as the known method for preparing resin particles.

また、コア樹脂からなる粒子の表面に金属酸化物および/または金属窒化物を付着させる方法は特に制限されない。金属酸化物および/または金属窒化物を付着させる方法の例には、コア樹脂からなる粒子の表面に、金属酸化物および/または金属窒化物からなる粒子を分散させた分散液を塗布する方法であってもよく、コア樹脂からなる粒子の表面に、金属酸化物および/または金属窒化物を蒸着法やスパッタ法等により付着させる方法であってもよく、コア樹脂からなる粒子と金属酸化物および/または金属窒化物からなる粒子とを乾式混合し、コア樹脂表面に金属酸化物粒子を物理的に付着させる方法であってもよい。これらの中でも、効率よく金属酸化物および/または金属窒化物を付着させることができるとの観点から、乾式混合が好ましい。 Further, the method of adhering the metal oxide and / or the metal nitride to the surface of the particles made of the core resin is not particularly limited. An example of the method of adhering the metal oxide and / or the metal nitride is a method of applying a dispersion liquid in which the particles of the metal oxide and / or the metal nitride are dispersed on the surface of the particles made of the core resin. It may be a method of adhering a metal oxide and / or a metal nitride to the surface of the particles made of the core resin by a vapor deposition method, a sputtering method or the like, and the particles made of the core resin and the metal oxide and / Or a method may be used in which the particles made of metal nitride are dry-mixed and the metal oxide particles are physically adhered to the surface of the core resin. Among these, dry mixing is preferable from the viewpoint that metal oxides and / or metal nitrides can be efficiently adhered.

また、シェル樹脂を付着させる方法としては、シェル樹脂を溶解させた塗布液を塗布する湿式コート法や、金属酸化物および/または金属窒化物を付着させた粒子と、シェル樹脂からなる粒子とを撹拌混合して機械的衝撃により、表面にシェル樹脂を結合させる乾式コート法、ならびにこれらを組み合わせた方法が含まれる。 Further, as a method for adhering the shell resin, a wet coating method in which a coating liquid in which the shell resin is dissolved is applied, particles to which a metal oxide and / or a metal nitride is attached, and particles made of the shell resin are used. A dry coating method in which the shell resin is bonded to the surface by stirring and mixing and mechanical impact, and a method in which these are combined are included.

湿式コート法を採用する場合、金属酸化物および/または金属窒化物を付着させたコア樹脂の表面に上記塗布液をスプレー塗布してもよく、金属酸化物および/または金属窒化物を付着させたコア樹脂を上記塗布液の中に浸漬してもよい。湿式コート法によれば、図1Aに示すような、シート状のシェル樹脂がコア粒子を被覆した被覆粒子が得られる。一方で、乾式コート法によれば、図1Bに示すような、粒子状のシェル樹脂がコア粒子を被覆した被覆粒子が得られる。湿式コート法によれば、均一な厚みのシェル樹脂からなる層を形成しやすく、乾式コート法は乾燥工程が不要であるため、製造工程を簡素化できる。 When the wet coating method is adopted, the coating liquid may be spray-coated on the surface of the core resin to which the metal oxide and / or the metal nitride is attached, and the metal oxide and / or the metal nitride is attached. The core resin may be immersed in the coating liquid. According to the wet coating method, coated particles in which the core particles are coated with the sheet-shaped shell resin as shown in FIG. 1A can be obtained. On the other hand, according to the dry coating method, coated particles in which the core particles are coated with the particulate shell resin as shown in FIG. 1B can be obtained. According to the wet coating method, it is easy to form a layer made of a shell resin having a uniform thickness, and since the dry coating method does not require a drying step, the manufacturing process can be simplified.

コア樹脂およびシェル樹脂は、前述のように、貯蔵弾性率を勘案してそれぞれ選択する。コア樹脂およびシェル樹脂は、市販のものを用いてもよい。またモノマーやプレポリマー等を重合することにより、調製したものを用いてもよい。 As described above, the core resin and the shell resin are selected in consideration of the storage elastic modulus. Commercially available core resins and shell resins may be used. Further, those prepared by polymerizing a monomer, a prepolymer or the like may be used.

一方、コア樹脂として特定の樹脂を選択し、当該樹脂よりTgが高い材料をシェル樹脂に選択すれば、上述のTC(65)およびTS(65)の関係を容易に満たすことが可能となる。たとえば、Tgが低くなる傾向があるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンをコア樹脂として選択し、Tgが高く傾向があるポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリカーボネート、アクリルポリマーをシェル樹脂として選択すれば、上述のTC(65)およびTS(65)の関係を容易に満たすことが可能となる。なお、市販の樹脂のTgは、各メーカーから公表されていることが多い。 On the other hand, if a specific resin is selected as the core resin and a material having a higher Tg than the resin is selected as the shell resin, the above-mentioned relationship between TC (65) and TS (65) can be easily satisfied. For example, if polyethylene, polypropylene, and polystyrene, which tend to have a low Tg, are selected as the core resin, and polyetheretherketone (PEEK), polycarbonate, and an acrylic polymer, which tend to have a high Tg, are selected as the shell resin, the above-mentioned TC The relationship between (65) and TS (65) can be easily satisfied. The Tg of a commercially available resin is often published by each manufacturer.

また調製する樹脂の貯蔵弾性率G’は、樹脂の平均分子量を変化させることで、所望の範囲に制御することができる。具体的には、調製する樹脂の平均分子量を大きくすれば、樹脂の貯蔵弾性率G’が高くなり、調製する樹脂の平均分子量を小さくすれば、樹脂の貯蔵弾性率G’が低くなる。使用する樹脂の種類ごとに、分子量と予備加熱温度における貯蔵弾性率G’との関係を予め調べておき、次回からの樹脂の製造時に上記関係を参照して調製する樹脂の分子量を決定してもよい。 Further, the storage elastic modulus G'of the resin to be prepared can be controlled within a desired range by changing the average molecular weight of the resin. Specifically, if the average molecular weight of the resin to be prepared is increased, the storage elastic modulus G'of the resin is increased, and if the average molecular weight of the resin to be prepared is decreased, the storage elastic modulus G'of the resin is decreased. For each type of resin to be used, the relationship between the molecular weight and the storage elastic modulus G'at the preheating temperature is investigated in advance, and the molecular weight of the resin to be prepared is determined by referring to the above relationship in the next production of the resin. May be good.

3.立体造形物の製造方法
次に、前述の粉末材料を用いて立体造形物を製造する方法を説明する。本実施形態の立体造形物の製造方法では、前記粉末材料を用いるほかは、通常の粉末床溶融結合法と同様に行うことができる。具体的には、(1)前述の粉末材料からなる薄層を形成する薄層形成工程と、(2)粉末材料を予備加熱する予備加熱工程と、(3)予備加熱された粉末材料からなる薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記粉末材料に含まれる被覆粒子どうしが溶融結合した造形物層を形成するレーザ光照射工程と、を含む方法とすることができる。そして工程(1)〜工程(3)を複数回繰り返し、造形物層を積層することで、立体造形物を製造することができる。なお、工程(1)および工程(2)は、いずれを先に行ってもよい。
3. 3. Method for manufacturing a three-dimensional model Next, a method for manufacturing a three-dimensional model using the above-mentioned powder material will be described. In the method for producing a three-dimensional model of the present embodiment, it can be carried out in the same manner as the usual powder bed fusion bonding method except that the powder material is used. Specifically, it comprises (1) a thin layer forming step of forming a thin layer made of the above-mentioned powder material, (2) a preheating step of preheating the powder material, and (3) a preheated powder material. The method can include a laser light irradiation step of selectively irradiating the thin layer with laser light to form a molded product layer in which the coating particles contained in the powder material are melt-bonded to each other. Then, the three-dimensional model can be manufactured by repeating the steps (1) to (3) a plurality of times and laminating the model layers. Either step (1) or step (2) may be performed first.

3−1.薄層形成工程(工程(1))
本工程では、前記粉末材料の薄層を形成する。たとえば、粉末供給部から供給された前記粉末材料を、リコータによって造形ステージ上に平らに敷き詰める。薄層は、造形ステージ上に直接形成してもよいし、すでに敷き詰められている粉末材料またはすでに形成されている造形物層の上に接するように形成してもよい。
3-1. Thin layer forming step (step (1))
In this step, a thin layer of the powder material is formed. For example, the powder material supplied from the powder supply unit is spread flat on the modeling stage by a recoater. The thin layer may be formed directly on the modeling stage or may be formed so as to be in contact with the already spread powder material or the already formed modeling layer.

薄層の厚さは、所望の造形物層の厚さと同じとする。薄層の厚さは、製造しようとする立体造形物の精度に応じて任意に設定することができるが、通常、0.01mm以上0.30mm以下である。薄層の厚さを0.01mm以上とすることで、次の造形物層を形成するためのレーザ光照射によって下の層の被覆粒子が溶融結合されることを防ぐことができる。均一な粉体の敷き詰めが可能となる。また、薄層の厚さを0.30mm以下とすることで、レーザ光のエネルギーを薄層の下部まで伝導させて、薄層を構成する粉末材料に含まれる被覆粒子を、厚み方向の全体にわたって十分に溶融結合させることができる。前記観点からは、薄層の厚さは0.01mm以上0.10mm以下であることがより好ましい。また、薄層の厚み方向の全体にわたってより十分に被覆粒子を溶融結合させ、造形物層の割れをより生じにくくする観点からは、薄層の厚さは、後述するレーザ光のビームスポット径との差が0.10mm以内になるよう設定することが好ましい。 The thickness of the thin layer is the same as the thickness of the desired model layer. The thickness of the thin layer can be arbitrarily set according to the accuracy of the three-dimensional model to be manufactured, but is usually 0.01 mm or more and 0.30 mm or less. By setting the thickness of the thin layer to 0.01 mm or more, it is possible to prevent the coating particles of the lower layer from being melt-bonded by the laser irradiation for forming the next modeled object layer. It is possible to spread uniform powder. Further, by setting the thickness of the thin layer to 0.30 mm or less, the energy of the laser beam is conducted to the lower part of the thin layer, and the coating particles contained in the powder material constituting the thin layer are spread over the entire thickness direction. It can be sufficiently melt-bonded. From the above viewpoint, the thickness of the thin layer is more preferably 0.01 mm or more and 0.10 mm or less. Further, from the viewpoint of more sufficiently melt-bonding the coating particles over the entire thickness direction of the thin layer and making it more difficult for the modeled object layer to crack, the thickness of the thin layer is the beam spot diameter of the laser beam described later. It is preferable to set so that the difference between the two is within 0.10 mm.

3−2.予備加熱工程(工程(2))
本工程では、粉末材料を予備加熱する。前述のように、工程(1)および工程(2)は、いずれを先に行ってもよい。例えば、粉末材料を予備加熱してから薄層を形成してもよく、薄層を形成してから粉末材料の予備加熱を行ってもよい。
3-2. Preheating step (step (2))
In this step, the powder material is preheated. As described above, either step (1) or step (2) may be performed first. For example, the powder material may be preheated to form a thin layer, or the thin layer may be formed and then the powder material may be preheated.

予備加熱温度は、コア樹脂のガラス転移温度以上の温度、かつシェル樹脂のガラス転移温度より低い温度とすることができ、前述の被覆粒子のコア樹脂の貯蔵弾性率G’cが10Pa以下、かつシェル樹脂の貯蔵弾性率G’sが10Pa以上となる温度であることが好ましい。また、予備加熱された粉末材料の熱によって、造形物層が再溶解して歪み、造形精度が低下することを抑制する観点から、予備加熱後の粉末材料の表面温度が、コア樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)より5℃以上50℃以下高くなるように、予備加熱を行うことが好ましい。なお、予備加熱温度は、50℃以上300℃以下であることが好ましく、100℃以上250℃以下であることがより好ましく、140℃以上250℃以下であることがさらに好ましく、140℃以上200℃以下であることがさらに好ましい。 Preheating temperature is a temperature higher than the glass transition temperature of the core resin, and can be lower than the glass transition temperature of the shell resin temperature, the storage modulus G'c the core resin of the above coated particles 10 6 Pa or less and it is preferably a temperature at which the storage modulus G's of the shell resin is 10 8 Pa or more. Further, from the viewpoint of suppressing the heat of the preheated powder material from remelting and distorting the modeled object layer and lowering the modeling accuracy, the surface temperature of the powder material after preheating is the storage elastic modulus of the core resin. Preheating is preferably performed so that the rate G'is 5 ° C. or higher and 50 ° C. or lower higher than the temperature TC (65) at which the rate G'is 10 6.5 Pa. The preheating temperature is preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, further preferably 140 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and 140 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. The following is more preferable.

またこのとき、加熱時間は1〜30秒とすることが好ましく、5〜20秒とすることがより好ましい。加熱温度および加熱時間を上記範囲とすることで、被覆粒子中のコア樹脂を十分に軟化もしくは溶解させることができ、レーザエネルギー量で立体造形物を製造することもできる。 At this time, the heating time is preferably 1 to 30 seconds, more preferably 5 to 20 seconds. By setting the heating temperature and the heating time within the above ranges, the core resin in the coated particles can be sufficiently softened or melted, and a three-dimensional model can be produced with the amount of laser energy.

3−3.レーザ光照射工程(工程(3))
本工程では、予備加熱された粉末材料からなる薄層のうち、造形物層を形成すべき位置にレーザ光を選択的に照射し、照射された位置の被覆粒子の少なくとも一部どうし(少なくともコア樹脂どうし)を溶融結合させる。溶融した被覆粒子(コア樹脂)は、隣接する被覆粒子(コア樹脂)と溶融し合って溶融結合体を形成し、造形物層となる。このとき、レーザ光のエネルギーを受け取った被覆粒子は、すでに形成された造形物層とも溶融結合するため、隣り合う層間の接着も生じる。
3-3. Laser light irradiation step (step (3))
In this step, among the thin layers made of the preheated powder material, the laser beam is selectively irradiated to the position where the model layer should be formed, and at least a part of the coated particles at the irradiated position (at least the core) are irradiated. Resins) are melt-bonded. The melted coated particles (core resin) melt with the adjacent coated particles (core resin) to form a melt-bonded body, which becomes a modeled object layer. At this time, the coating particles that have received the energy of the laser beam are also melt-bonded to the already formed model layer, so that adhesion between adjacent layers also occurs.

レーザ光の波長は、シェル樹脂が吸収する波長の範囲内で設定すればよい。このとき、レーザ光の波長と、シェル樹脂の吸収率が最も高くなる波長との差が小さくなるようにすることが好ましいが、一般的に樹脂は様々な波長域の光を吸収するため、COレーザ等の波長帯域の広いレーザ光を用いることが好ましい。たとえば、レーザ光の波長は、例えば0.8μm以上12μm以下とすることができる。 The wavelength of the laser beam may be set within the wavelength range absorbed by the shell resin. At this time, it is preferable that the difference between the wavelength of the laser beam and the wavelength at which the absorption rate of the shell resin is the highest is small. However, since the resin generally absorbs light in various wavelength ranges, CO 2 It is preferable to use a laser beam having a wide wavelength band such as a laser. For example, the wavelength of the laser beam can be, for example, 0.8 μm or more and 12 μm or less.

レーザ光の出力時のパワーは、後述するレーザ光の走査速度において、前記シェル樹脂が十分に溶融結合する範囲内で設定すればよい。具体的には、5.0W以上60W以下とすることができる。レーザ光のエネルギーを低くして、製造コストを低くし、かつ、製造装置の構成を簡易なものにする観点からは、レーザ光の出力時のパワーは30W以下であることが好ましく、20W以下であることがより好ましい。 The power at the time of output of the laser light may be set within a range in which the shell resin is sufficiently melt-bonded at the scanning speed of the laser light described later. Specifically, it can be 5.0 W or more and 60 W or less. From the viewpoint of lowering the energy of the laser beam, lowering the manufacturing cost, and simplifying the configuration of the manufacturing apparatus, the power at the time of outputting the laser beam is preferably 30 W or less, preferably 20 W or less. More preferably.

レーザ光の走査速度は、製造コストを高めず、かつ、装置構成を過剰に複雑にしない範囲内で設定すればよい。具体的には、1m/秒以上10m/秒以下とすることが好ましく、2m/秒以上8m/秒以下とすることがより好ましく、3m/秒以上7m/秒以下とすることがさらに好ましい。
レーザ光のビーム径は、製造しようとする立体造形物の精度に応じて適宜設定することができる。
The scanning speed of the laser beam may be set within a range that does not increase the manufacturing cost and does not excessively complicate the apparatus configuration. Specifically, it is preferably 1 m / sec or more and 10 m / sec or less, more preferably 2 m / sec or more and 8 m / sec or less, and further preferably 3 m / sec or more and 7 m / sec or less.
The beam diameter of the laser beam can be appropriately set according to the accuracy of the three-dimensional model to be manufactured.

3−4.工程(1)〜工程(3)の繰返しについて
立体造形物の製造の際には、上述の工程(1)〜工程(3)を、任意の回数繰り返す。これにより、造形物層が積層されて、所望の立体造形物が得られることとなる。
3-4. Repeating steps (1) to (3) When manufacturing a three-dimensional model, the above steps (1) to (3) are repeated an arbitrary number of times. As a result, the modeled object layers are laminated to obtain a desired three-dimensional modeled object.

3−5.その他
なお、溶融結合中の被覆粒子の酸化等によって、立体造形物の強度が低下することを防ぐ観点からは、少なくとも工程(3)は減圧下または不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。減圧するときの圧力は10−2Pa以下であることが好ましく、10−3Pa以下であることがより好ましい。本実施形態で使用することができる不活性ガスの例には、窒素ガスおよび希ガスが含まれる。これらの不活性ガスのうち、入手の容易さの観点からは、窒素(N)ガス、ヘリウム(He)ガスまたはアルゴン(Ar)ガスが好ましい。製造工程を簡略化する観点からは、工程(1)〜工程(3)のすべてを減圧下または不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。
3-5. In addition, from the viewpoint of preventing the strength of the three-dimensional model from being lowered due to oxidation of the coated particles during melt bonding, it is preferable that at least step (3) is performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere. Preferably the pressure is less than or equal to 10 -2 Pa at the time of decompression, and more preferably 10 -3 Pa or less. Examples of the inert gas that can be used in this embodiment include nitrogen gas and rare gas. Of these inert gases, nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, or argon (Ar) gas is preferable from the viewpoint of easy availability. From the viewpoint of simplifying the manufacturing process, it is preferable that all of the steps (1) to (3) are performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere.

4.立体造形装置
上記立体造形物の製造方法に使用可能な立体造形装置について説明する。本実施形態に用いることが可能な立体造形装置は、公知の立体造形装置と同様の構成とすることができる。具体的には、本実施形態に係る立体造形装置200は、図2の概略側面図に示すように、開口内に位置する造形ステージ210、粉末材料からなる薄層を形成するための薄層形成部220、粉末材料を予備加熱するための予備加熱部230、薄層にレーザ光を照射するためのレーザ照射部240、鉛直方向の位置を可変に造形ステージ210を支持するステージ支持部250、および上記各部を支持するベース290を備える。
4. Three-dimensional modeling equipment
A three-dimensional modeling apparatus that can be used in the above-mentioned method for manufacturing a three-dimensional model will be described. The three-dimensional modeling apparatus that can be used in the present embodiment can have the same configuration as the known three-dimensional modeling apparatus. Specifically, as shown in the schematic side view of FIG. 2, the three-dimensional modeling apparatus 200 according to the present embodiment forms a thin layer for forming a thin layer made of a modeling stage 210 and a powder material located in the opening. Part 220, preheating part 230 for preheating the powder material, laser irradiation part 240 for irradiating the thin layer with laser light, stage support part 250 for supporting the modeling stage 210 in a variable vertical position, and A base 290 for supporting each of the above parts is provided.

一方、立体造形装置200の制御系の主要部を図3に示す。図3に示すように、立体造形装置200は、薄層形成部220、予備加熱部230、レーザ照射部240、およびステージ支持部250を制御して、造形物の形成および積層を行う制御部260、各種情報を表示するための表示部270、ユーザーからの指示を受け付けるためのポインティングデバイス等を含む操作部275、制御部260の実行する制御プログラムを含む各種の情報を記憶する記憶部280、ならびに外部機器との間で立体造形データ等の各種情報を送受信するためのインターフェース等を含むデータ入力部285を備えてもよい。また、立体造形装置200は、造形ステージ210上に形成された薄層の表面温度を測定する温度測定器235を備えてもよい。また立体造形装置200には、立体造形用のデータを生成するためのコンピュータ装置300が接続されてもよい。 On the other hand, the main part of the control system of the three-dimensional modeling apparatus 200 is shown in FIG. As shown in FIG. 3, the three-dimensional modeling apparatus 200 controls the thin layer forming unit 220, the preheating unit 230, the laser irradiation unit 240, and the stage support unit 250 to form and stack the modeled objects 260. , A display unit 270 for displaying various information, an operation unit 275 including a pointing device for receiving instructions from a user, a storage unit 280 for storing various information including a control program executed by the control unit 260, and a storage unit 280. A data input unit 285 including an interface for transmitting and receiving various information such as three-dimensional modeling data to and from an external device may be provided. Further, the three-dimensional modeling apparatus 200 may include a temperature measuring device 235 for measuring the surface temperature of the thin layer formed on the modeling stage 210. Further, a computer device 300 for generating data for three-dimensional modeling may be connected to the three-dimensional modeling device 200.

造形ステージ210は、昇降可能に制御され、当該造形ステージ210上で、薄層形成部220による薄層の形成、予備加熱部230による粉末材料の予備加熱、およびレーザ照射部240によるレーザ光の照射が行われる。そして、これらによって形成された造形物が積層されて、立体造形物が形成される。 The modeling stage 210 is controlled so as to be able to move up and down, and the thin layer forming unit 220 forms a thin layer, the preheating unit 230 preheats the powder material, and the laser irradiation unit 240 irradiates the laser beam on the modeling stage 210. Is done. Then, the shaped objects formed by these are laminated to form a three-dimensional shaped object.

薄層形成部220は、粉末材料を収納する粉末材料収納部221aと、粉末材料収納部221aの底部に設けられ開口内を昇降する供給ピストン221bとを備える粉末供給部221、および粉末供給部221から供給された粉末材料を造形ステージ210上に平らに敷き詰めて、粉末材料の薄層を形成するリコータ222aを備えた構成とすることができる。本実施形態では、粉末材料収納部221aの開口部の上面が、造形ステージ210を昇降させる(立体造形物を形成するための)開口部の上面と、ほぼ同一平面上に配置される。 The thin layer forming unit 220 includes a powder material storage unit 221a for storing the powder material, a powder supply unit 221 provided at the bottom of the powder material storage unit 221a and a supply piston 221b for moving up and down in the opening, and a powder supply unit 221. The powder material supplied from the above can be spread flat on the molding stage 210 to include a recorder 222a for forming a thin layer of the powder material. In the present embodiment, the upper surface of the opening of the powder material storage portion 221a is arranged on substantially the same plane as the upper surface of the opening for raising and lowering the modeling stage 210 (for forming a three-dimensional model).

なお、粉末供給部221は、造形ステージ210に対して鉛直方向上方に設けられた粉末材料収納部(不図示)と、当該粉末材料収納部に収納された粉末材料を、所望の量ずつ吐出するためのノズル(不図示)と、を備える構成としてもよい。この場合、ノズルから造形ステージ210上に、均一に粉末材料を吐出することで、薄層を形成することが可能となる。 The powder supply unit 221 discharges a powder material storage unit (not shown) provided vertically above the modeling stage 210 and a powder material stored in the powder material storage unit in desired amounts. A nozzle (not shown) for the purpose may be provided. In this case, a thin layer can be formed by uniformly discharging the powder material from the nozzle onto the modeling stage 210.

予備加熱部230は、粉末材料のうち、造形物層を形成すべき領域を加熱し、その温度を維持できるものであればよい。本実施形態では、予備加熱部230が、造形ステージ210上に形成された薄層の表面を加熱可能な第1のヒータ231と、造形ステージ上に供給される前の粉末材料を加熱する第2のヒータ232とを備えるが、これらはいずれか一方のみであってもよい。また、予備加熱部230は、上記造形物層を形成すべき領域を選択的に加熱する構成であってもよい。また、装置内の全体を予め加熱しておいて、上記薄層の表面を所定の温度に調温する構成であってもよい。 The preheating unit 230 may be any powder material that can heat the region where the model layer is to be formed and maintain the temperature. In the present embodiment, the preheating unit 230 heats the first heater 231 capable of heating the surface of the thin layer formed on the modeling stage 210 and the powder material before being supplied onto the modeling stage 210. The heater 232 and the like, but these may be only one of them. Further, the preheating unit 230 may be configured to selectively heat the region where the modeled object layer should be formed. Further, the entire inside of the apparatus may be preheated so that the surface of the thin layer is adjusted to a predetermined temperature.

温度測定器235は、薄層の表面温度、特に造形物層を形成すべき領域の表面温度を非接触で測定できるものであればよく、たとえば、赤外線センサまたは光高温計とすることができる。 The temperature measuring device 235 may be any one capable of measuring the surface temperature of the thin layer, particularly the surface temperature of the region where the modeled object layer should be formed, in a non-contact manner, and may be, for example, an infrared sensor or an optical thermometer.

レーザ照射部240は、レーザ光源241およびガルバノミラー242aを含む構成とすることができる。レーザ照射部240は、レーザ光を透過させるレーザ窓243およびレーザ光の焦点距離を薄層の表面にあわせるためのレンズ(不図示)を備えていてもよい。レーザ光源241は、前記波長のレーザ光を、前記出力で出射する光源であればよい。レーザ光源241の例には、YAGレーザ光源、ファイバレーザ光源およびCOレーザ光源が含まれる。ガルバノミラー242aは、レーザ光源241から出射したレーザ光を反射してレーザ光をX方向に走査するXミラーおよびY方向に走査するYミラーから構成されてもよい。レーザ窓243は、レーザ光を透過させる材料からなるものであればよい。 The laser irradiation unit 240 can be configured to include a laser light source 241 and a galvanometer mirror 242a. The laser irradiation unit 240 may include a laser window 243 that transmits the laser light and a lens (not shown) for adjusting the focal length of the laser light to the surface of the thin layer. The laser light source 241 may be a light source that emits laser light of the wavelength at the output. Examples of the laser light source 241 include a YAG laser light source, a fiber laser light source, and a CO 2 laser light source. The galvano mirror 242a may be composed of an X mirror that reflects the laser light emitted from the laser light source 241 and scans the laser light in the X direction and a Y mirror that scans the laser light in the Y direction. The laser window 243 may be made of a material that transmits laser light.

ステージ支持部250は、造形ステージ210の鉛直方向の位置を可変に支持するものであればよい。すなわち、造形ステージ210は、ステージ支持部250によって鉛直方向に精密に移動可能に構成されている。ステージ支持部250としては、種々の構成を採用できるが、例えば、造形ステージ210を保持する保持部材と、この保持部材を鉛直方向に案内するガイド部材と、ガイド部材に設けられたねじ孔に係合するボールねじ等で構成することができる。 The stage support portion 250 may variably support the vertical position of the modeling stage 210. That is, the modeling stage 210 is configured to be precisely movable in the vertical direction by the stage support portion 250. Various configurations can be adopted for the stage support portion 250. For example, the stage support portion 250 is engaged with a holding member for holding the modeling stage 210, a guide member for guiding the holding member in the vertical direction, and a screw hole provided in the guide member. It can be configured with a matching ball screw or the like.

制御部260は、中央処理装置等のハードウェアプロセッサを含んでおり、立体造形物の造形動作中、立体造形装置200全体の動作を制御する。 The control unit 260 includes a hardware processor such as a central processing unit, and controls the operation of the entire three-dimensional modeling device 200 during the modeling operation of the three-dimensional modeled object.

また、制御部260は、たとえばデータ入力部285がコンピュータ装置300から取得した立体造形データを、造形物層の積層方向について薄く切った複数のスライスデータに変換するよう構成されてもよい。スライスデータは、立体造形物を造形するための各造形物層の造形データである。スライスデータの厚み、すなわち造形物層の厚みは、造形物層の一層分の厚さに応じた距離(積層ピッチ)と一致する。 Further, the control unit 260 may be configured to convert, for example, the three-dimensional modeling data acquired from the computer device 300 by the data input unit 285 into a plurality of slice data sliced in the stacking direction of the modeling object layer. Slice data is modeling data of each modeling object layer for modeling a three-dimensional model. The thickness of the slice data, that is, the thickness of the modeled object layer corresponds to the distance (stacking pitch) corresponding to the thickness of one layer of the modeled object layer.

表示部270は、たとえば液晶ディスプレイ、モニタとすることができる。
操作部275は、たとえばキーボードやマウスなどのポインティングデバイスを含むものとすることができ、テンキー、実行キー、スタートキー等の各種操作キーを備えてもよい。
The display unit 270 can be, for example, a liquid crystal display or a monitor.
The operation unit 275 may include a pointing device such as a keyboard or a mouse, and may include various operation keys such as a numeric keypad, an execution key, and a start key.

記憶部280は、たとえばROM、RAM、磁気ディスク、HDD、SSD等の各種の記憶媒体を含むものとすることができる。 The storage unit 280 may include various storage media such as ROM, RAM, magnetic disk, HDD, and SSD.

立体造形装置200は、制御部260の制御を受けて、装置内を減圧する、減圧ポンプなどの減圧部(不図示)、または、制御部260の制御を受けて、不活性ガスを装置内に供給する、不活性ガス供給部(不図示)を備えていてもよい。 The three-dimensional modeling apparatus 200 receives the control of the control unit 260 to decompress the inside of the apparatus, a decompression unit such as a decompression pump (not shown), or the control unit 260 to inject an inert gas into the apparatus. It may be provided with an inert gas supply unit (not shown) for supplying.

ここで、本実施形態の立体造形装置200を用いた立体造形方法について、具体的に説明する。制御部260は、データ入力部285がコンピュータ装置300から取得した立体造形データを、造形物層の積層方向について薄く切った複数のスライスデータに変換する。その後、制御部260は、立体造形装置200における以下の動作の制御を行う。 Here, a three-dimensional modeling method using the three-dimensional modeling apparatus 200 of the present embodiment will be specifically described. The control unit 260 converts the three-dimensional modeling data acquired by the data input unit 285 from the computer device 300 into a plurality of slice data sliced thinly in the stacking direction of the modeling object layers. After that, the control unit 260 controls the following operations in the three-dimensional modeling apparatus 200.

粉末供給部221は、制御部260から出力された供給情報に従って、モーターおよび駆動機構(いずれも不図示)を駆動し、供給ピストンを鉛直方向上方(図2の上矢印方向)に移動させ、前記造形ステージと水平方向同一平面上に、粉末材料を押し出す。 The powder supply unit 221 drives the motor and the drive mechanism (both not shown) according to the supply information output from the control unit 260, and moves the supply piston upward in the vertical direction (in the direction of the up arrow in FIG. 2). The powder material is extruded on the same plane in the horizontal direction as the modeling stage.

その後、リコータ駆動部222は、制御部260から出力された薄層形成情報に従って水平方向(図中矢印方向)にリコータ222aを移動させて、粉末材料を造形ステージ210に運搬し、かつ、薄層の厚さが造形物層の1層分の厚さとなるように粉末材料を押圧する。 After that, the recorder drive unit 222 moves the recorder 222a in the horizontal direction (in the direction of the arrow in the figure) according to the thin layer formation information output from the control unit 260, transports the powder material to the modeling stage 210, and makes the thin layer. The powder material is pressed so that the thickness of is one layer of the modeled object layer.

予備加熱部230は、制御部260から出力された温度情報に従って所定の領域の粉末材料のみ、または装置内の全体を加熱する。上記温度情報は、たとえば、データ入力部285から入力されたコア樹脂を構成する材料の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(6.5)のデータに基づいて制御部260が記憶部280から引き出した、上記温度との差が5℃以上50℃以下となる温度に粉末材料を加熱するための情報とすることができる。予備加熱部230は、薄層が形成された後に加熱を開始してもよいし、薄層が形成される前から形成されるべき薄層の表面に該当する箇所または装置内の加熱を行っていてもよい。 The preheating unit 230 heats only the powder material in a predetermined region or the entire inside of the apparatus according to the temperature information output from the control unit 260. The temperature information is, for example, based on the data of the temperature TC (6.5) at which the storage elastic modulus G'of the material constituting the core resin input from the data input unit 285 becomes 10 6.5 Pa, the control unit 260. Can be used as information for heating the powder material to a temperature at which the difference from the above temperature is 5 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, which is extracted from the storage unit 280. The preheating unit 230 may start heating after the thin layer is formed, or heats a portion corresponding to the surface of the thin layer to be formed before the thin layer is formed or the inside of the apparatus. You may.

その後、レーザ照射部240は、制御部260から出力されたレーザ照射情報に従って、薄層上の、各スライスデータにおける立体造形物を構成する領域に適合して、レーザ光源241からレーザ光を出射し、ガルバノミラー駆動部242によりガルバノミラー242aを駆動してレーザ光を走査する。レーザ光の照射によって粉末材料に含まれる被覆粒子の少なくとも一部(少なくともコア樹脂)が溶融結合し、造形物層が形成される。 After that, the laser irradiation unit 240 emits laser light from the laser light source 241 according to the laser irradiation information output from the control unit 260, conforming to the region constituting the three-dimensional model in each slice data on the thin layer. , The galvano mirror drive unit 242 drives the galvano mirror 242a to scan the laser beam. By irradiation with the laser beam, at least a part (at least the core resin) of the coating particles contained in the powder material is melt-bonded to form a modeled object layer.

その後、ステージ支持部250は、制御部260から出力された位置制御情報に従って、モーターおよび駆動機構(いずれも不図示)を駆動し、造形ステージ210を、積層ピッチだけ鉛直方向下方(図2の下矢印方向)に移動する。 After that, the stage support unit 250 drives the motor and the drive mechanism (both not shown) according to the position control information output from the control unit 260, and pushes the modeling stage 210 vertically downward by the stacking pitch (lower part of FIG. 2). Move in the direction of the arrow).

表示部270は、必要に応じて、制御部260の制御を受けて、ユーザーに認識させるべき各種の情報やメッセージを表示する。操作部275は、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、その入力操作に応じた操作信号を制御部260に出力する。たとえば、形成される仮想の立体造形物を表示部270に表示して所望の形状が形成されるか否かを確認し、所望の形状が形成されない場合は、操作部275から修正を加えてもよい。 The display unit 270 is controlled by the control unit 260 as necessary, and displays various information and messages to be recognized by the user. The operation unit 275 receives various input operations by the user and outputs an operation signal corresponding to the input operation to the control unit 260. For example, the virtual three-dimensional model to be formed is displayed on the display unit 270 to check whether or not the desired shape is formed, and if the desired shape is not formed, the operation unit 275 may make corrections. Good.

制御部260は、必要に応じて、記憶部280へのデータの格納または記憶部280からのデータの引き出しを行う。 The control unit 260 stores the data in the storage unit 280 or retrieves the data from the storage unit 280, if necessary.

なお、制御部260は、薄層の表面のうち、造形物層を形成すべき領域の温度の情報を温度測定器235から受け取り、前記造形物層を形成すべき領域の温度と、前記コア樹脂を構成する材料の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(6.5)と、の差が5℃以上50℃以下、好ましくは5℃以上30℃以下になるように、予備加熱部230による加熱を制御してもよい。 The control unit 260 receives information on the temperature of the region where the modeled object layer should be formed on the surface of the thin layer from the temperature measuring device 235, and the temperature of the region where the modeled object layer should be formed and the core resin. The difference between the temperature TC (6.5) at which the storage elastic modulus G'of the material constituting the material is 10 6.5 Pa and 5 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, preferably 5 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. The heating by the preheating unit 230 may be controlled.

これらの動作を繰り返すことで、造形物層が積層され、立体造形物が製造される。 By repeating these operations, the modeled object layers are laminated to produce a three-dimensional modeled object.

以下において、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、これらの実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described. It should be noted that these examples do not limit the scope of the present invention.

1.粉末材料の作製
1−1.原料の準備
コア樹脂およびシェル樹脂、および金属酸化物または金属窒化物として、以下の表1に記載の材料を準備した。なお、コア樹脂およびシェル樹脂について、市販の樹脂の平均粒子径が表1に記載の数値より大きいときは、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置(シンパティック(SYMPATEC)社製、ヘロス(HELOS))で測定した平均粒子径が表1に記載の値になるまで、市販の樹脂粒子を機械的粉砕法で粉砕した。

Figure 0006798326
1. 1. Preparation of powder material 1-1. Preparation of raw materials The materials shown in Table 1 below were prepared as core resins and shell resins, and metal oxides or metal nitrides. Regarding the core resin and shell resin, when the average particle size of the commercially available resin is larger than the value shown in Table 1, a laser diffraction type particle size distribution measuring device (manufactured by SYMPATEC) equipped with a wet disperser, Commercially available resin particles were pulverized by a mechanical pulverization method until the average particle diameter measured with HELOS) reached the values shown in Table 1.
Figure 0006798326

1−2.粉末材料の調製
(1)粉末材料3の調製
2500gのPA12粒子、及び5gのチタニア1をFMミキサ(日本コークス工業株式会社製 FM10C/I)に投入し、25℃温調下、羽根先端周速35m/sにて、10min混合し、PA12粒子表面にチタニア1が付着した粒子を作成した。その後、前記粒子950gを転動流動コーティング装置(株式会社パウレック製 MP−10)に投入し、給気温度50℃、層内静圧1.8kPa、排気静圧2.1kPa、ローター回転数400rpmの条件にて流動状態とした。その後、別途用意した50gのポリカーボネート樹脂(三菱ガス化学株式会社製 FPC−0220)をテトラヒドロフラン(THF)1000質量部に溶解させた溶液を、4g/minの速度でスプレーノズルより層内に投入し、全量スプレーノズルより溶液を噴霧することで、被覆粒子を含む粉末材料3を得た。
1-2. Preparation of powder material (1) Preparation of powder material 2500 2 g of PA12 particles and 5 g of titania 1 were put into an FM mixer (FM10C / I manufactured by Nippon Coke Industries Co., Ltd.), and the temperature was adjusted at 25 ° C. The mixture was mixed for 10 minutes at 35 m / s to prepare particles in which titania 1 was attached to the surface of PA12 particles. After that, 950 g of the particles were put into a rolling fluid coating device (MP-10 manufactured by Paulec Co., Ltd.), and the air supply temperature was 50 ° C., the static pressure in the layer was 1.8 kPa, the static pressure of exhaust gas was 2.1 kPa, and the rotor rotation speed was 400 rpm. It was made into a fluid state under the conditions. Then, a solution prepared by dissolving 50 g of a polycarbonate resin (FPC-0220 manufactured by Mitsubishi Gas Chemicals Co., Ltd.) in 1000 parts by mass of tetrahydrofuran (THF) was poured into the layer from a spray nozzle at a rate of 4 g / min. By spraying the solution from a total amount spray nozzle, a powder material 3 containing coated particles was obtained.

当該粉末材料では、シェル樹脂とコア樹脂との間にチタニア1が局在していた。チタニア1の局在は、TEMで撮像した被覆粒子の断面画像により確認した。 In the powder material, titania 1 was localized between the shell resin and the core resin. The localization of titania 1 was confirmed by a cross-sectional image of the coated particles imaged by TEM.

(2)粉末材料2の調製
ポリアミド12粒子にチタニア1を付着させなかった以外は、粉末材料3と同様に調製した。
(2) Preparation of powder material 2 The powder material 2 was prepared in the same manner as the powder material 3 except that titania 1 was not attached to the polyamide 12 particles.

(3)粉末材料4〜21の調製
表2に示すように、コア樹脂、シェル樹脂、および金属酸化物または金属窒化物を組み合わせた以外は、粉末材料3と同様に、粉末材料4〜21を調製した。得られた粉末材料4〜21について、粉末材料3と同様の方法で確認したところ、シェル樹脂とコア樹脂との間に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、または窒化ホウ素がそれぞれ局在していた。
(3) Preparation of powder materials 4 to 21 As shown in Table 2, the powder materials 4 to 21 are prepared in the same manner as the powder material 3 except that the core resin, the shell resin, and the metal oxide or the metal nitride are combined. Prepared. When the obtained powder materials 4 to 21 were confirmed by the same method as that of the powder material 3, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, or boron nitride were localized between the shell resin and the core resin, respectively. It was.

(4)粉末材料1の準備
ポリアミド12粒子をそのまま粉末材料1とした。
(4) Preparation of Powder Material 1 Polyamide 12 particles were used as they were as powder material 1.

Figure 0006798326
Figure 0006798326

2.評価
上記粉末材料から得られる立体造形物について、以下のように評価を行った。結果を表3に示す。
2. 2. Evaluation The three-dimensional model obtained from the above powder material was evaluated as follows. The results are shown in Table 3.

A.立体造形物の評価
(1)立体造形物の作製
粉末材料1〜21をホットプレート上に設置した造形ステージ上に敷き詰めて厚さ0.1mmの薄層を形成し、ホットプレートの温度を調整することで、表3に記載の予備加熱温度にそれぞれ加熱した。この薄層に、以下の条件で、YAG波長用ガルバノメータスキャナを搭載した50W COレーザからISO 527−2−1BAの試験片形状に準じてレーザ光を照射して、造形物層を作製した。上記工程を10回繰り返し、10層からなる積層された立体造形物をそれぞれ製造した。
[レーザ光の出射条件]
レーザ出力 :50W
レーザ光の波長 :10μm
ビーム径 :薄層表面で170μm
[レーザ光の走査条件]
走査速度 :2000mm/sec
ライン数 :1ライン
[周囲雰囲気]
温度 :予備加熱温度
ガス :窒素(N) 100%
A. Evaluation of three-dimensional modeled object (1) Preparation of three-dimensional modeled object Powder materials 1 to 21 are spread on a modeling stage installed on a hot plate to form a thin layer with a thickness of 0.1 mm, and the temperature of the hot plate is adjusted. As a result, they were heated to the preheating temperatures shown in Table 3, respectively. This thin layer was irradiated with laser light from a 50 W CO 2 laser equipped with a galvanometer scanner for YAG wavelength according to the shape of a test piece of ISO 527-2-1BA under the following conditions to prepare a model layer. The above steps were repeated 10 times to produce laminated three-dimensional objects composed of 10 layers.
[Laser light emission conditions]
Laser output: 50W
Laser beam wavelength: 10 μm
Beam diameter: 170 μm on thin layer surface
[Laser light scanning conditions]
Scanning speed: 2000 mm / sec
Number of lines: 1 line [Ambient atmosphere]
Temperature: Preheating temperature Gas: Nitrogen (N 2 ) 100%

(2)造形物歪みの測定
上記で作製した立体造形物について、寸法誤差をミツトヨ社製デジマチックハイトゲージHD−AXを用いて、試験片の長手方向の長さを測定した。当該寸法誤差を以下の基準で評価した。
〇:基準長75mmに対して誤差±0.1mm未満
△:基準長75mmに対して誤差±0.1mm以上〜0.2mm未満
×:基準長75mmに対して誤差±0.3mm以上
(2) Measurement of strain of modeled object For the three-dimensional modeled object produced above, the length of the test piece in the longitudinal direction was measured using a Digimatic Height Gauge HD-AX manufactured by Mitutoyo Co., Ltd. for dimensional error. The dimensional error was evaluated according to the following criteria.
〇: Error less than ± 0.1 mm with respect to the reference length 75 mm Δ: Error ± 0.1 mm or more and less than 0.2 mm with respect to the reference length 75 mm ×: Error ± 0.3 mm or more with respect to the reference length 75 mm

(3)造形物強度の測定
上記で作製した立体造形物について、インスロン社製万能試験機 model−5582を用い、引張速度1mm/min、掴み具距離60mm、試験温度23℃の条件にて引張強度を測定した。当該強度比を、以下の基準で評価した。
〇:コア樹脂を用いて作製した射出成型品の引張強度に対して、引張強度が90%以上
△:コア樹脂を用いて作製した射出成型品の引張強度に対して、引張強度が80%以上90%未満
×:コア樹脂を用いて作製した射出成型品の引張強度に対して、引張強度が80%未満
(3) Measurement of the strength of the modeled object The three-dimensional modeled object produced above was subjected to the above-mentioned universal testing machine model-5582 manufactured by Inslon Co., Ltd. under the conditions of a tensile speed of 1 mm / min, a gripping tool distance of 60 mm, and a test temperature of 23 ° C. Was measured. The strength ratio was evaluated according to the following criteria.
〇: Tensile strength is 90% or more with respect to the tensile strength of the injection molded product manufactured using the core resin Δ: Tensile strength is 80% or more with respect to the tensile strength of the injection molded product manufactured using the core resin. Less than 90% ×: Tensile strength is less than 80% of the tensile strength of injection molded products made using core resin.

B.粉末材料の評価
(再利用性)
粉末材料1〜21をそれぞれ1gずつ20ccのガラス製サンプル瓶に計りとり、ホットプレート上に表3に記載の予熱温度にて10分間放置した。放置後、室温まで戻した後、2mmの開口径を有する金属メッシュ篩上に粉末材料を移し、20秒間振動を与えた。篩上に残った粉末材料の重量を計測し、以下の基準で、粉末材料の再利用性を評価した。
◎:篩上に残存した粒子の量が3質量%未満
〇:篩上に残存した粒子の量が3質量%以上7質量%未満
△:篩上に残存した粒子の量が7質量%以上15質量%未満
×:篩上に残存した粒子の量が15質量%以上
B. Evaluation of powder material (reusability)
1 g of each of the powder materials 1 to 21 was weighed in a 20 cc glass sample bottle, and left on a hot plate at the preheating temperature shown in Table 3 for 10 minutes. After being left to stand, the powder material was returned to room temperature, and then the powder material was transferred onto a metal mesh sieve having an opening diameter of 2 mm and vibrated for 20 seconds. The weight of the powder material remaining on the sieve was measured, and the reusability of the powder material was evaluated according to the following criteria.
⊚: Amount of particles remaining on the sieve is less than 3% by mass 〇: Amount of particles remaining on the sieve is 3% by mass or more and less than 7% by mass Δ: Amount of particles remaining on the sieve is 7% by mass or more 15 Less than mass% ×: The amount of particles remaining on the sieve is 15% by mass or more.

Figure 0006798326
Figure 0006798326

表3に示すように、コア樹脂およびシェル樹脂の間に、金属酸化物または金属窒化物が局在している粉末材料3〜21では、コア樹脂およびシェル樹脂の間に金属酸化物および金属窒化物を含まない場合(粉末材料2)やコア樹脂のみである場合(粉末材料1)と比較して、再利用性が良好であった。コア樹脂およびシェル樹脂が、金属酸化物または金属窒化物によって物理的に相分離されたため、予備加熱時に被覆粒子どうしが凝集し難かったと推察される。ただし、金属酸化物または金属窒化物の量が、コア樹脂100質量部に対して0.05質量未満である場合(粉末材料8および10)には、実用上問題はないものの、再利用性が低下する傾向にあった。また、コア樹脂およびシェル樹脂の間に、金属酸化物または金属窒化物が局在している粉末材料3〜21では、造形歪みが少なく、造形物強度が実用状問題内程度に十分に高かった。ただし、金属酸化物または金属窒化物の量がコア樹脂とシェル樹脂との合計量100質量部に対して1.0質量%超である場合(粉末材料9および11)には、実用状問題はないものの、造形物強度が低下する傾向にあった。 As shown in Table 3, in the powder materials 3 to 21 in which the metal oxide or metal nitride is localized between the core resin and the shell resin, the metal oxide and the metal nitride are located between the core resin and the shell resin. The reusability was good as compared with the case where no substance was contained (powder material 2) and the case where only the core resin was used (powder material 1). Since the core resin and the shell resin were physically phase-separated by the metal oxide or the metal nitride, it is presumed that the coated particles were difficult to aggregate during the preheating. However, when the amount of metal oxide or metal nitride is less than 0.05 mass with respect to 100 parts by mass of the core resin (powder materials 8 and 10), there is no practical problem, but the reusability is high. It tended to decline. Further, in the powder materials 3 to 21 in which the metal oxide or the metal nitride is localized between the core resin and the shell resin, the modeling distortion was small and the modeling object strength was sufficiently high within the practical problem. .. However, when the amount of the metal oxide or the metal nitride is more than 1.0% by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of the core resin and the shell resin (powder materials 9 and 11), there is a practical problem. Although there was no such thing, the strength of the modeled object tended to decrease.

本発明に係る粉末材料は、予備加熱を行っても、凝集し難いことから、造形に利用されなかった被覆粒子を再利用することが可能である。したがって、本発明によれば、粉末床溶融結合法のさらなる普及に寄与するものと思われる。 Since the powder material according to the present invention does not easily aggregate even when preheated, it is possible to reuse the coated particles that were not used for modeling. Therefore, according to the present invention, it is considered that it contributes to the further spread of the powder bed melt bonding method.

100 被覆粒子
101 コア粒子
102 シェル樹脂
200 立体造形装置
210 造形ステージ
220 薄層形成部
221 粉末供給部
222 リコータ駆動部
222a リコータ
230 予備加熱部
231 第1のヒータ
232 第2のヒータ
235 温度測定器
240 レーザ照射部
241 レーザ光源
242 ガルバノミラー駆動部
242a ガルバノミラー
243 レーザ窓
250 ステージ支持部
260 制御部
270 表示部
275 操作部
280 記憶部
290 ベース
285 データ入力部
300 コンピュータ装置
100 Coated particles 101 Core particles 102 Shell resin 200 Three-dimensional modeling device 210 Modeling stage 220 Thin layer forming unit 221 Powder supply unit 222 Recoater drive unit 222a Recoater 230 Preheating unit 231 First heater 232 Second heater 235 Temperature measuring instrument 240 Laser irradiation unit 241 Laser light source 242 Galvano mirror drive unit 242a Galvano mirror 243 Laser window 250 Stage support unit 260 Control unit 270 Display unit 275 Operation unit 280 Storage unit 290 Base 285 Data input unit 300 Computer device

Claims (8)

被覆粒子を含む粉末材料の予備加熱、および前記粉末材料の薄層への選択的なレーザ光照射を繰返し、前記被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合した造形物層を複数層積層して立体造形物を製造する方法に使用される粉末材料であって、
前記被覆粒子は、コア樹脂と、前記コア樹脂を被覆するシェル樹脂とを含み、
前記コア樹脂と前記シェル樹脂との間に金属酸化物および金属窒化物の少なくとも一方が局在する、粉末材料。
Preheating of the powder material comprising coated particles, and the selective laser irradiation of the thin layer as many times as the powder material, at least a part each other is a plurality of layers stacked shaped object layer which is melted binding of said coated particles It is a powder material used in the method of manufacturing a three-dimensional model.
The coating particles include a core resin and a shell resin that coats the core resin.
A powder material in which at least one of a metal oxide and a metal nitride is localized between the core resin and the shell resin.
前記金属酸化物または金属窒化物が粒子状である、請求項1に記載の粉末材料。 The powder material according to claim 1, wherein the metal oxide or metal nitride is in the form of particles. 前記粒子状の前記金属酸化物または前記金属窒化物の平均粒子径が5nm〜100nmであり、
前記コア樹脂100質量部に対する、前記金属酸化物および前記金属窒化物の合計量が0.05質量部〜1.0質量部である、請求項2に記載の粉末材料。
The average particle size of the particulate metal oxide or metal nitride is 5 nm to 100 nm.
The powder material according to claim 2, wherein the total amount of the metal oxide and the metal nitride with respect to 100 parts by mass of the core resin is 0.05 parts by mass to 1.0 part by mass.
前記金属酸化物が酸化チタンである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の粉末材料。 The powder material according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal oxide is titanium oxide. 前記シェル樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TS(65)は、前記コア樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)より高い、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の粉末材料。
The storage elastic modulus of the shell resin G 'is 10 6.5 Pa Temperature TS (65) has a storage modulus G of the core resins' is higher than the temperature TC (65) to become 10 6.5 Pa,
The powder material according to any one of claims 1 to 4.
前記シェル樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TS(65)と、前記コア樹脂の貯蔵弾性率G’が106.5Paになる温度TC(65)との差が、5℃以上70℃以下である、請求項5に記載の粉末材料。 The storage elastic modulus of the shell resin G 'is the temperature TS (65) to become 10 6.5 Pa, the storage modulus G of the core resin' is the difference between the temperature TC (65) to become 10 6.5 Pa The powder material according to claim 5, wherein the temperature is 5 ° C. or higher and 70 ° C. or lower. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の粉末材料からなる薄層を形成する薄層形成工程と、
前記粉末材料を予備加熱する予備加熱工程と、
予備加熱された前記粉末材料からなる前記薄層にレーザ光を選択的に照射して、前記被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合した造形物層を形成するレーザ光照射工程と、
を含み、
前記薄層形成工程、前記予備加熱工程、および前記レーザ光照射工程を複数回繰り返し、前記造形物層を積層することで立体造形物を形成する、
立体造形物の製造方法。
A thin layer forming step of forming a thin layer made of the powder material according to any one of claims 1 to 6.
A preheating step of preheating the powder material and
A laser light irradiation step of selectively irradiating the thin layer made of the preheated powder material with laser light to form a shaped object layer in which at least a part of the coating particles are melt-bonded to each other.
Including
The thin layer forming step, the preheating step, and the laser light irradiation step are repeated a plurality of times, and the three-dimensional model is formed by laminating the model layers.
A method for manufacturing a three-dimensional model.
造形ステージと、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の粉末材料の薄層を前記造形ステージ上に形成する薄層形成部と、
前記粉末材料を予備加熱する予備加熱部と、
予備加熱された前記粉末材料からなる前記薄層にレーザを照射して、前記被覆粒子の少なくとも一部どうしが溶融結合してなる造形物層を形成するレーザ照射部と、
前記造形ステージを、その鉛直方向の位置を可変に支持するステージ支持部と、
前記薄層形成部、前記予備加熱部、前記レーザ照射部および前記ステージ支持部を制御して、前記造形物層を繰り返し形成させて積層させる制御部と、
を備える、立体造形装置。
The modeling stage and
A thin layer forming portion for forming a thin layer of the powder material according to any one of claims 1 to 6 on the molding stage, and a thin layer forming portion.
A preheating unit that preheats the powder material and
A laser irradiation unit that irradiates the thin layer made of the preheated powder material with a laser to form a shaped object layer in which at least a part of the coating particles are melt-bonded to each other.
A stage support portion that variably supports the modeling stage in its vertical position, and
A control unit that controls the thin layer forming portion, the preheating portion, the laser irradiation portion, and the stage support portion to repeatedly form and stack the modeled object layer.
A three-dimensional modeling device equipped with.
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