JP6874531B2 - Manufacturing method of three-dimensional model, powder material used for it, and fluid for bonding - Google Patents

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Description

本発明は、立体造形物の製造方法、それに用いる樹脂組成物、および結合用流体に関する。 The present invention relates to a method for producing a three-dimensional model, a resin composition used therein, and a binding fluid.

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として、熱溶解積層方式や、粉末床溶融結合法が知られている。 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 a method for producing a three-dimensional model, a fused deposition modeling method and a powder bed fusion bonding method are known.

熱溶解積層方式では、例えば、樹脂組成物をフィラメント状に溶融押出しし、ステージ上に、立体造形物を厚さ方向に微分割した薄層を形成する。そして、溶融押出しおよび薄層の形成を繰り返すことで、所望の形状の立体造形物を得る。 In the Fused Deposition Modeling method, for example, the resin composition is melt-extruded into filaments to form a thin layer on the stage in which the three-dimensional model is finely divided in the thickness direction. Then, by repeating melt extrusion and formation of a thin layer, a three-dimensional model having a desired shape is obtained.

一方、レーザ焼結粉末積層方式では、樹脂材料または金属材料からなる粒子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させる。つまり、当該方法においても、立体造形物を厚さ方向に微分割した造形物層を形成する。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。 On the other hand, in the laser sintering powder lamination method, particles made of a resin material or a metal material are 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. That is, also in this method, 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.

また近年、新たな造形手法についても盛んに検討がなされている。例えば、樹脂材料または金属材料等からなる粉末材料の薄層を形成し、当該薄層の所望の位置に粉末材料を結合させるための結合用流体(接着剤等)を塗布し、結合用流体を塗布しない領域には、結合用流体の拡散を抑制するための剥離用流体を塗布する。そして、結合用流体を塗布した領域の粉末材料のみを硬化させて造形物層を得る。さらにこれらの工程を繰り返し、造形物層を積層することで、所望の形状の立体造形物を製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 In recent years, new modeling methods have been actively studied. For example, a thin layer of a powder material made of a resin material, a metal material, or the like is formed, and a binding fluid (adhesive or the like) for binding the powder material is applied to a desired position of the thin layer, and the binding fluid is applied. A peeling fluid for suppressing the diffusion of the binding fluid is applied to the non-applied area. Then, only the powder material in the region coated with the binding fluid is cured to obtain a modeled object layer. Further, a method of producing a three-dimensional model having a desired shape by repeating these steps and laminating the model layers has been proposed (for example, Patent Document 1).

一方、ナノセルロース含む薄層を形成し、当該薄層の所望の領域に結着液を塗布し、結着液を塗布した領域のみの薄層を固化させて、立体造形物を形成する方法も提案されている(特許文献2)。 On the other hand, there is also a method of forming a thin layer containing nanocellulose, applying a binder liquid to a desired region of the thin layer, and solidifying the thin layer only in the region to which the binder liquid is applied to form a three-dimensional model. It has been proposed (Patent Document 2).

特開2004−262243号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-262243 特開2015−212060号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-21260

上記特許文献1の方法では、造形物の精度が、結合用流体と剥離用流体との混和性に大きく依存している。そして、結合用流体および剥離用流体に、混和し難い溶媒を含めただけでは、これらの混和や拡散を十分に抑制することは難しく、造形物層とそれ以外の領域との界面が曖昧になりやすかった。したがって、得られる立体造形物の寸法精度が低下しやすかった。 In the method of Patent Document 1, the accuracy of the modeled object largely depends on the miscibility of the coupling fluid and the peeling fluid. It is difficult to sufficiently suppress the miscibility and diffusion of the binding fluid and the exfoliating fluid simply by adding a solvent that is difficult to mix, and the interface between the model layer and the other regions becomes ambiguous. It was easy. Therefore, the dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model tends to decrease.

また近年、上記結合用流体に赤外光吸収剤等を含め、結合用流体および剥離用流体の塗布後、赤外光照射を行うことにより結合用流体を塗布した領域の粉末材料のみを加熱溶融させる手法も提案されている(HP JET FUSION 3D(登録商標)方式)。当該方法では、赤外光等の一括照射により結合用流体を塗布した領域の粉末材料(熱可塑性樹脂等)を部分的に加熱溶融させることができ、従来の方法に比べて格段に速い造形が可能となっている。しかしながら、当該手法でも、結合用流体および剥離用流体との混和を十分に抑制することは難しい。そして、結合用流体に含まれる赤外線吸収剤等が、溶媒等と共に造形物層を形成しない領域まで入り込むと、造形物層を形成する領域とそれ以外の領域との界面が曖昧になりやすく、得られる立体造形物の寸法精度が低下しやすかった。 Further, in recent years, after applying an infrared light absorber or the like to the binding fluid and applying the binding fluid and the peeling fluid, only the powder material in the region to which the binding fluid is applied is heated and melted by irradiating infrared light. A method for making the fluid is also proposed (HP JET FUSION 3D (registered trademark) method). In this method, the powder material (thermoplastic resin, etc.) in the region to which the binding fluid is applied can be partially heated and melted by batch irradiation with infrared light or the like, and the molding is much faster than the conventional method. It is possible. However, even with this method, it is difficult to sufficiently suppress the miscibility with the coupling fluid and the peeling fluid. Then, when the infrared absorber or the like contained in the binding fluid enters the region where the modeled object layer is not formed together with the solvent or the like, the interface between the region where the modeled object layer is formed and the other regions tends to be ambiguous. The dimensional accuracy of the three-dimensional model to be created was likely to decrease.

一方、特許文献2の方法においても、結着液が拡散しやすく、立体造形物の寸法精度が低下しやすいとの課題があった。 On the other hand, the method of Patent Document 2 also has a problem that the binder liquid easily diffuses and the dimensional accuracy of the three-dimensional modeled object tends to decrease.

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、得られる立体造形物の寸法精度が高い立体造形物の製造方法、それに用いる粉末材料、および結合用流体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, an object of the present invention is to provide a method for producing a three-dimensional model having high dimensional accuracy, a powder material used for the method, and a fluid for bonding.

本発明の第1は、以下の立体造形物の製造方法にある。
[1]熱可塑性樹脂を含む粉末材料を含む薄層を形成する薄層形成工程と、エネルギー吸収剤を含む結合用流体、および前記結合用流体の拡散を抑制するための剥離用流体を、前記薄層の互いに隣接する領域に塗布する流体塗布工程と、前記流体塗布工程後の前記薄層にエネルギーを照射し、前記結合用流体を塗布した領域の前記熱可塑性樹脂を溶融させて造形物層を形成するエネルギー照射工程と、を含む、立体造形物の製造方法であって、前記粉末材料および/または前記結合用流体が多糖類のナノファイバーを含み、前記結合用流体は、比誘電率が20〜50である溶媒を含む、立体造形物の製造方法。
The first aspect of the present invention is the following method for manufacturing a three-dimensional model.
[1] The thin layer forming step of forming a thin layer containing a powder material containing a thermoplastic resin, a binding fluid containing an energy absorber, and a peeling fluid for suppressing diffusion of the binding fluid are described above. The fluid coating step of applying the thin layer to the regions adjacent to each other and the thermoplastic resin in the region to which the binding fluid is applied are melted by irradiating the thin layer with energy after the fluid coating step to melt the model layer. A method for producing a three-dimensional model, which comprises an energy irradiation step of forming the above, wherein the powder material and / or the binding fluid contains nanofibers of a polysaccharide, and the binding fluid has a specific dielectric constant. A method for producing a three-dimensional model, which comprises a fluid of 20 to 50.

[2]前記剥離用流体は、比誘電率が1〜5である溶媒を含む、[1]に記載の立体造形物の製造方法。
[3]前記薄層形成工程、前記流体塗布工程、および前記エネルギー照射工程を複数回繰返すことで、前記造形物層を積層し、立体造形物を形成する、[1]または[2]に記載の立体造形物の製造方法。
[4]前記流体塗布工程において、前記結合用流体および前記剥離用流体をインクジェット法で塗布する、[1]〜[3]のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
[5]前記エネルギー吸収剤が赤外光吸収剤であり、前記エネルギー照射工程で、赤外光を照射する、[1]〜[4]のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
[2] The method for producing a three-dimensional model according to [1], wherein the peeling fluid contains a solvent having a relative permittivity of 1 to 5.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the thin layer forming step, the fluid coating step, and the energy irradiation step are repeated a plurality of times to stack the shaped object layers to form a three-dimensional shaped object. Manufacturing method of three-dimensional model.
[4] The method for producing a three-dimensional model according to any one of [1] to [3], wherein in the fluid coating step, the bonding fluid and the peeling fluid are coated by an inkjet method.
[5] The method for producing a three-dimensional model according to any one of [1] to [4], wherein the energy absorber is an infrared light absorber and is irradiated with infrared light in the energy irradiation step.

本発明の第2は、以下の粉末材料および結合用流体にある。
[6]前記[1]〜[5]のいずれかに記載の立体造形物の製造方法に用いる粉末材料であって、熱可塑性樹脂と、多糖類のナノファイバーとを含む、粉末材料。
[7]前記多糖類のナノファイバーの平均繊維径が3〜30nmであり、平均繊維長が200〜10000nmである、[6]に記載の粉末材料。
[8]前記多糖類のナノファイバーが、セルロースのナノファイバーを含む、[6]または[7]に記載の粉末材料。
The second aspect of the present invention lies in the following powder materials and bonding fluids.
[6] A powder material used in the method for producing a three-dimensional model according to any one of the above [1] to [5], which comprises a thermoplastic resin and nanofibers of a polysaccharide.
[7] The powder material according to [6], wherein the polysaccharide nanofibers have an average fiber diameter of 3 to 30 nm and an average fiber length of 200 to 10000 nm.
[8] The powder material according to [6] or [7], wherein the polysaccharide nanofibers contain cellulose nanofibers.

[9]前記[1]〜[5]のいずれかに記載の立体造形物の製造方法に用いられる結合用流体であって、エネルギー吸収剤と、多糖類のナノファイバーと、比誘電率が20〜50である溶媒と、を含む、結合用流体。
[10]前記多糖類のナノファイバーの平均繊維径が3〜30nmであり、かつ平均繊維長が200〜10000nmである、[9]に記載の結合用流体。
[11]前記多糖類のナノファイバーが、セルロースのナノファイバーを含む、[9]または[10]に記載の結合用流体。
[9] A binding fluid used in the method for producing a three-dimensional model according to any one of the above [1] to [5], which comprises an energy absorber, a polysaccharide nanofiber, and a relative permittivity of 20. A binding fluid, comprising a solvent of ~ 50.
[10] The binding fluid according to [9], wherein the polysaccharide nanofibers have an average fiber diameter of 3 to 30 nm and an average fiber length of 200 to 10000 nm.
[11] The binding fluid according to [9] or [10], wherein the polysaccharide nanofibers contain cellulose nanofibers.

本発明によれば、得られる立体造形物の寸法精度が高い、立体造形物の製造方法、それに用いる粉末材料、および結合用流体を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a three-dimensional model, a powder material used for the method, and a fluid for bonding, which have high dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model.

図1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. 1 is a side view schematically showing a configuration of a three-dimensional modeling apparatus according to an 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制御系の主要部を示す図である。FIG. 2 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.

前述のように、従来、粉末材料からなる薄層に、当該粉末材料を結合させるための結合用流体、および結合用流体の拡散を抑制するための剥離用流体を、互いに隣接するように塗布し、結合用流体を塗布した領域の粉末材料のみを結合させて、立体造形物を得る手法が提案されている。当該方法では、2つの混和し難い流体を粉末材料からなる薄層上で塗り分けている。 As described above, conventionally, a bonding fluid for binding the powder material and a peeling fluid for suppressing the diffusion of the bonding fluid are applied to the thin layer made of the powder material so as to be adjacent to each other. , A method has been proposed in which only the powder material in the region coated with the binding fluid is bonded to obtain a three-dimensional model. In this method, two immiscible fluids are applied separately on a thin layer of powder material.

しかしながら、従来、結合用流体および剥離用流体の混和性は、これらが含む溶媒の種類で調整しており、このような方法では、結合用流体および剥離用流体の混和を十分に抑制することは難しかった。したがって、従来の方法では、結合用流体を塗布した領域と剥離用流体を塗布した領域との境界が曖昧になりやすく、得られる立体造形物の寸法精度が低くなりやすい、との課題があった。 However, conventionally, the miscibility of the binding fluid and the peeling fluid is adjusted by the type of the solvent contained therein, and such a method cannot sufficiently suppress the miscibility of the binding fluid and the peeling fluid. was difficult. Therefore, in the conventional method, there is a problem that the boundary between the region coated with the coupling fluid and the region coated with the peeling fluid tends to be ambiguous, and the dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model tends to be low. ..

これに対し、本発明者らが鋭意検討を行ったところ、上記粉末材料および/または上記結合用流体に多糖類のナノファイバーを含めること、さらに結合用流体に比誘電率が比較的高い溶媒(以下、「極性溶媒」とも称する)を含めることで、得られる立体造形物の寸法精度が格段に高まることを見出した。多糖類のナノファイバーは、水酸基等の極性基を比較的多く有しており、極性溶媒(比誘電率が高い溶媒)との親和性が高い。そのため、粉末材料が多糖類のナノファイバーを含む場合、当該粉末材料に塗布された結合用流体(特に極性溶媒)が多糖類のナノファイバーに引き寄せられる。その結果、結合用流体中の成分が剥離用流体を塗布した側に拡散し難くなり、結合用流体を塗布した領域の粉末材料のみを溶融させやすくなる。 On the other hand, as a result of diligent studies by the present inventors, it was found that the powder material and / or the binding fluid contained polysaccharide nanofibers, and that the binding fluid contained a solvent having a relatively high relative dielectric constant (a solvent). It has been found that the dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model is remarkably improved by including (hereinafter, also referred to as “polar solvent”). Nanofibers of polysaccharides have a relatively large number of polar groups such as hydroxyl groups, and have high affinity with polar solvents (solvents having a high relative permittivity). Therefore, when the powder material contains the polysaccharide nanofibers, the binding fluid (particularly the polar solvent) applied to the powder material is attracted to the polysaccharide nanofibers. As a result, it becomes difficult for the components in the binding fluid to diffuse to the side to which the peeling fluid is applied, and it becomes easy to melt only the powder material in the region to which the bonding fluid is applied.

一方、結合用流体が、多糖類のナノファイバーを含む場合、粉末材料に結合用流体を塗布すると、ナノファイバーは固体であり、かつ繊維状であるため、拡散せずにその場に留まりやすい。一方、結合用流体中の極性溶媒等は比較的移動しやすい性質を有するが、ナノファイバーと極性溶媒との親和性によって、ナノファイバー側に引き寄せられる。したがって、この場合も、結合用流体中の成分が、剥離用流体を塗布した側に拡散し難く、結合用流体を塗布した領域の粉末材料のみを溶融させやすくなる。 On the other hand, when the binding fluid contains nanofibers of a polysaccharide, when the binding fluid is applied to the powder material, the nanofibers are solid and fibrous, so that they tend to stay in place without diffusing. On the other hand, the polar solvent and the like in the binding fluid have a property of being relatively easy to move, but are attracted to the nanofiber side due to the affinity between the nanofiber and the polar solvent. Therefore, also in this case, the components in the binding fluid are less likely to diffuse to the side to which the stripping fluid is applied, and only the powder material in the region to which the binding fluid is applied is likely to be melted.

したがって、本発明の製造方法によれば、高い寸法精度で立体造形物を形成することが可能となる。以下、立体造形物の製造方法について、多糖類のナノファイバーを粉末材料に含める態様(第1の実施形態)、および結合用流体に含める態様(第2の実施形態)にわけて説明する。 Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to form a three-dimensional model with high dimensional accuracy. Hereinafter, the method for producing the three-dimensional model will be described separately in a mode in which the polysaccharide nanofibers are included in the powder material (first embodiment) and a mode in which the polysaccharide nanofibers are included in the binding fluid (second embodiment).

1−1.第1の実施形態について
本実施形態の立体造形物の製造方法は、熱可塑性樹脂および多糖類のナノファイバーを少なくとも含む粉末材料を含む薄層を形成する薄層形成工程と、結合用流体および剥離用流体を、薄層の互いに隣接する領域に塗布する流体塗布工程と、流体塗布工程後の薄層にエネルギーを照射し、結合用流体の塗布領域の熱可塑性樹脂を溶融させて造形物層を形成するエネルギー照射工程と、を含む。なお、本実施形態の製造方法は、必要に応じて、他の工程を有していてもよい。
1-1. About the first embodiment The method for producing a three-dimensional model of the present embodiment includes a thin layer forming step of forming a thin layer containing a powder material containing at least a thermoplastic resin and nanofibers of a polysaccharide, a fluid for binding, and peeling. The fluid coating step of applying the fluid for bonding to the regions adjacent to each other of the thin layer and the thin layer after the fluid coating step are irradiated with energy to melt the thermoplastic resin in the coating region of the coupling fluid to form a model layer. Including an energy irradiation step of forming. The manufacturing method of the present embodiment may have other steps, if necessary.

(1)薄層形成工程
本実施形態の薄層形成工程では、熱可塑性樹脂および多糖類のナノファイバーを少なくとも含む粉末材料を主に含む薄層を形成する。薄層の形成方法は、所望の厚みの層を形成可能であれば特に制限されない。例えば、本工程は、立体造形装置の粉末供給部から供給された粉末材料を、リコータによって造形ステージ上に平らに敷き詰める工程とすることができる。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。
(1) Thin layer forming step In the thin layer forming step of the present embodiment, a thin layer mainly containing a powder material containing at least a thermoplastic resin and nanofibers of a polysaccharide is formed. The method for forming the thin layer is not particularly limited as long as a layer having a desired thickness can be formed. For example, this step can be a step of laying the powder material supplied from the powder supply unit of the three-dimensional modeling apparatus flat on the modeling stage by a recorder. 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、新たな造形物層を形成するためのエネルギー照射(後述のエネルギー照射工程におけるエネルギー照射)によって、既に作製した造形物層が溶融することを防ぐことができる。また、薄層の厚さが0.01mm以上であると、粉末材料を均一に敷き詰めやすくなる。また、薄層の厚さを0.30mm以下とすることで、後述のエネルギー照射工程において、エネルギー(例えば赤外光)を薄層の下部まで伝導させることが可能となる。これにより、所望の領域(結合用流体を塗布する領域)の熱可塑性樹脂を、厚み方向の全体にわたって溶融させることが可能となる。前記観点からは、薄層の厚さは0.01mm以上0.20mm以下であることがより好ましい。 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, the already produced modeled object layer is melted by energy irradiation for forming a new modeled object layer (energy irradiation in the energy irradiation step described later). Can be prevented. Further, when the thickness of the thin layer is 0.01 mm or more, it becomes easy to spread the powder material uniformly. Further, by setting the thickness of the thin layer to 0.30 mm or less, energy (for example, infrared light) can be conducted to the lower part of the thin layer in the energy irradiation step described later. This makes it possible to melt the thermoplastic resin in a desired region (region to which the binding fluid is applied) over the entire thickness direction. From the above viewpoint, the thickness of the thin layer is more preferably 0.01 mm or more and 0.20 mm or less.

薄層の形成後、必要に応じて予備加熱を行ってもよい。予備加熱を行うことで、後述のエネルギー照射工程で照射するエネルギー量を少なくすることが可能となる。またさらに、短時間で効率良く造形物層を形成することが可能となる。予備加熱温度は、薄層が含む熱可塑性樹脂が溶融する温度より低い温度であり、さらに後述の流体塗布工程で塗布する結合用流体や剥離用流体が含む溶媒の沸点より低い温度であることが好ましい。具体的には、熱可塑性樹脂の融点または、結合用流体や剥離用流体が含む溶媒の沸点のうち、融点、または沸点の低い側の温度に対して、−50℃以上〜−5℃以下であることが好ましく、−30℃以上〜−5℃以下であることがより好ましい。またこのとき、加熱時間は1〜60秒とすることが好ましく、3〜20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、エネルギー照射工程におけるエネルギー照射量を低減することができる。 After forming the thin layer, preheating may be performed if necessary. By performing preheating, it is possible to reduce the amount of energy to be irradiated in the energy irradiation step described later. Furthermore, it becomes possible to efficiently form the modeled object layer in a short time. The preheating temperature is lower than the temperature at which the thermoplastic resin contained in the thin layer melts, and is lower than the boiling point of the solvent contained in the bonding fluid or the peeling fluid to be applied in the fluid coating step described later. preferable. Specifically, at the melting point of the thermoplastic resin or the boiling point of the solvent contained in the bonding fluid or the peeling fluid, the temperature on the lower side of the melting point or boiling point is -50 ° C or higher to -5 ° C or lower. It is preferably -30 ° C or higher and more preferably -5 ° C or lower. At this time, the heating time is preferably 1 to 60 seconds, more preferably 3 to 20 seconds. By setting the heating temperature and the heating time within the above ranges, the amount of energy irradiation in the energy irradiation step can be reduced.

本工程に用いる粉末材料は、熱可塑性樹脂と、多糖類のナノファイバーとを少なくとも含んでいればよく、必要に応じて各種添加剤や、フローエージェント、充填材等を含んでいてもよい。ここで、粉末材料は、熱可塑性樹脂からなる粒子と、多糖類のナノファイバーとを別々に含んでいてもよく、熱可塑性樹脂および多糖類のナノファイバーを含む粒子を含んでいてもよい。また、粉末材料は、これらの両方を含んでいてもよい。 The powder material used in this step may contain at least a thermoplastic resin and nanofibers of a polysaccharide, and may contain various additives, a flow agent, a filler, and the like, if necessary. Here, the powder material may separately contain particles made of a thermoplastic resin and nanofibers of a polysaccharide, or may contain particles containing a thermoplastic resin and nanofibers of a polysaccharide. Moreover, the powder material may contain both of these.

熱可塑性樹脂と多糖類のナノファイバーとが同一の粒子に含まれている場合、粒子の表面に多糖類のナノファイバーの少なくとも一部が露出していることが好ましい。多糖類のナノファイバーの一部が露出していることで、後述の流体塗布工程で塗布される結合用流体が当該ナノファイバーに引き寄せられて拡散し難くなる。 When the thermoplastic resin and the polysaccharide nanofibers are contained in the same particles, it is preferable that at least a part of the polysaccharide nanofibers is exposed on the surface of the particles. Since a part of the polysaccharide nanofibers is exposed, the binding fluid applied in the fluid coating step described later is attracted to the nanofibers and is difficult to diffuse.

熱可塑性樹脂からなる粒子、もしくは、熱可塑性樹脂と多糖類のナノファイバーとを含む粒子の平均粒子径は、10μm以上100μm以下であることがより好ましい。これらの粒子の平均粒子径が当該範囲であると、複雑な形状の立体造形物も作製することが可能となる。上記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(マイクロトラックベル社製、MT3300EXII)により測定することができる。 More preferably, the average particle size of the particles made of the thermoplastic resin or the particles containing the thermoplastic resin and the nanofibers of the polysaccharide is 10 μm or more and 100 μm or less. When the average particle size of these particles is within the range, it is possible to produce a three-dimensional model having a complicated shape. The average particle size of the 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 (MT3300EXII manufactured by Microtrac Bell) equipped with a wet disperser.

ここで、粉末材料が含む熱可塑性樹脂は、後述のエネルギー照射工程で溶融可能な樹脂であれば特に制限されず、所望の立体造形物の種類や、立体造形物の形成方法に応じて適宜選択される。粉末材料は、熱可塑性樹脂を一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 Here, the thermoplastic resin contained in the powder material is not particularly limited as long as it is a resin that can be melted in the energy irradiation step described later, and is appropriately selected according to a desired type of three-dimensional model and a method for forming the three-dimensional model. Will be done. The powder material may contain only one type of thermoplastic resin, or may contain two or more types of thermoplastic resin.

当該熱可塑性樹脂としては、一般的な立体造形用の粒子に含まれる樹脂等を用いることができるが、熱可塑性樹脂の溶融温度が高すぎると、後述のエネルギー照射工程において必要なエネルギー照射量が多くなり、造形物層の形成に時間がかかったり、多糖類のナノファイバーが劣化すること等がある。そこで、熱可塑性樹脂の溶融温度は、300℃以下であることが好ましく、230℃以下であることがより好ましい。一方、得られる立体造形物の耐熱性等の観点から、熱可塑性樹脂の溶融温度は100℃以上であることが好ましく、120℃以上であることがより好ましい。溶融温度は、熱可塑性樹脂の種類等によって調整することができる。 As the thermoplastic resin, a resin or the like contained in particles for general three-dimensional modeling can be used, but if the melting temperature of the thermoplastic resin is too high, the amount of energy irradiation required in the energy irradiation step described later will be increased. The number increases, and it may take time to form the model layer, or the polysaccharide nanofibers may deteriorate. Therefore, the melting temperature of the thermoplastic resin is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 230 ° C. or lower. On the other hand, from the viewpoint of heat resistance of the obtained three-dimensional model, the melting temperature of the thermoplastic resin is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher. The melting temperature can be adjusted depending on the type of thermoplastic resin and the like.

熱可塑性樹脂の例には、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12等のポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリアミドエラストマー樹脂、熱可塑性ポリウレタン等が含まれる。 Examples of the thermoplastic resin include polyamide resins such as polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12, polypropylene resin, polyethylene resin, polyphenylene sulfide resin, polyacetal resin, polybutylene terephthalate resin, polyamide elastomer resin, thermoplastic polyurethane and the like. ..

粉末材料は、熱可塑性樹脂を40〜99.5質量%含むことが好ましく、50〜99質量%含むことがより好ましく、70〜99質量%含むことがさらに好ましい。粉末材料が、熱可塑性樹脂を40質量%以上含むと、得られる立体造形物の強度が十分に高くなる。一方で、熱可塑性樹脂の量が99.5質量%以下であると、相対的にナノファイバー等の量が十分となり、得られる立体造形物の寸法精度が高まりやすくなる。 The powder material preferably contains 40 to 99.5% by mass of the thermoplastic resin, more preferably 50 to 99% by mass, and even more preferably 70 to 99% by mass. When the powder material contains 40% by mass or more of the thermoplastic resin, the strength of the obtained three-dimensional model is sufficiently high. On the other hand, when the amount of the thermoplastic resin is 99.5% by mass or less, the amount of nanofibers and the like is relatively sufficient, and the dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model tends to be improved.

一方、多糖類のナノファイバーは、前述のように、熱可塑性樹脂と一体化されていてもよく、熱可塑性樹脂とは別に含まれていてもよい。このような多糖類のナノファイバーは、平均径が10000nm以下である多糖類由来の繊維であれば特に制限されない。多糖類のナノファイバーは、単糖がグリコシド結合した多糖類またはその誘導体が集合したナノフィブリルを含む、平均繊維径が10000nm以下の集合体とすることができる。粉末材料は、多糖類のナノファイバーを、一種のみ含んでいてもよく、二種以上が含んでいてもよい。 On the other hand, the polysaccharide nanofibers may be integrated with the thermoplastic resin as described above, or may be contained separately from the thermoplastic resin. The nanofibers of such polysaccharides are not particularly limited as long as they are fibers derived from polysaccharides having an average diameter of 10,000 nm or less. The polysaccharide nanofiber can be an aggregate having an average fiber diameter of 10,000 nm or less, which contains nanofibrils in which a polysaccharide in which a monosaccharide is glycosidic bonded or a derivative thereof is aggregated. The powder material may contain only one type of polysaccharide nanofibers, or may contain two or more types of nanofibers.

多糖類のナノファイバーは、上述の熱可塑性樹脂や、後述の結合用流体との親和性を高めるため化学的に修飾されていてもよい。例えば、アセチル化処理やカルボキシメチル化処理、シランカップリング剤処理等、各種方法で処理されたものであってもよい。また、多糖類のナノファイバーは、上記処理が施されていない、未処理の多糖類のナノファイバーであってもよい。 The polysaccharide nanofibers may be chemically modified to enhance their affinity with the thermoplastic resins described above and the binding fluids described below. For example, it may be treated by various methods such as acetylation treatment, carboxymethylation treatment, and silane coupling agent treatment. Further, the polysaccharide nanofiber may be an untreated polysaccharide nanofiber that has not been subjected to the above treatment.

また、多糖類のナノファイバー中には、本発明の目的を損なわない範囲で、多糖類またはその誘導体以外の成分を含んでいてもよいが、多糖類またはその誘導体がナノファイバーの全質量に対して50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましく、99質量%以上であることが特に好ましい。 Further, the polysaccharide nanofiber may contain a component other than the polysaccharide or its derivative as long as the object of the present invention is not impaired, but the polysaccharide or its derivative is based on the total mass of the nanofiber. It is preferably 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, further preferably 90% by mass or more, and 99% by mass or more. Is particularly preferable.

ここで、多糖類のナノファイバーの構造は特に制限されず、一本鎖からなるものであってもよく、枝分かれ構造を有するものであってもよい。枝分かれ構造を有するとは、ナノフィブリルを主成分とする主鎖に対し、側方に突出した分岐鎖が存在することを意味する。 Here, the structure of the polysaccharide nanofiber is not particularly limited, and it may be composed of a single chain or may have a branched structure. Having a branched structure means that there is a branched chain protruding laterally from the main chain containing nanofibrils as a main component.

また、多糖類のナノファイバーの平均繊維径は3nm以上30nm以下であることが好ましい。上記平均繊維径が3nm以上であると、均一に分散されやすくなる。一方、上記平均繊維径が30nm以下であると、得られる立体造形物の強度が高まりやすくなる。多糖類のナノファイバーの平均繊維径は、3nm以上20nm以下であることがより好ましく、5nm以上20nm以下であることがさらに好ましい。 The average fiber diameter of the polysaccharide nanofibers is preferably 3 nm or more and 30 nm or less. When the average fiber diameter is 3 nm or more, it is easy to disperse uniformly. On the other hand, when the average fiber diameter is 30 nm or less, the strength of the obtained three-dimensional model tends to increase. The average fiber diameter of the polysaccharide nanofibers is more preferably 3 nm or more and 20 nm or less, and further preferably 5 nm or more and 20 nm or less.

一方、多糖類のナノファイバーの平均繊維長は200nm以上10000nm以下であることが好ましく、250nm以上10000nm以下であることがより好ましい。上記平均繊維長10000nm以下であると、立体造形物から多糖類のナノファイバーがはみ出しにくくなり、外観が良好な立体造形物が得られやすくなる。一方、上記平均繊維長が200nm以上であると、後述する流体塗布工程において結合用流体が拡散し難くなり、得られる立体造形物の寸法精度がさらに高まりやすくなる。上記多糖類のナノファイバーの平均繊維長は、300nm以上10000nm以下であることがさらに好ましく、500nm以上10000nm以下であることが特に好ましい。なお、多糖類のナノファイバーが枝分かれ構造を有する場合には、当該ナノファイバーが最長となる場合の長さを繊維長とする。 On the other hand, the average fiber length of the polysaccharide nanofibers is preferably 200 nm or more and 10000 nm or less, and more preferably 250 nm or more and 10000 nm or less. When the average fiber length is 10,000 nm or less, the polysaccharide nanofibers are less likely to protrude from the three-dimensional model, and a three-dimensional model having a good appearance can be easily obtained. On the other hand, when the average fiber length is 200 nm or more, the binding fluid is less likely to diffuse in the fluid coating step described later, and the dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model is more likely to be improved. The average fiber length of the polysaccharide nanofibers is more preferably 300 nm or more and 10000 nm or less, and particularly preferably 500 nm or more and 10000 nm or less. When the polysaccharide nanofiber has a branched structure, the length when the nanofiber is the longest is defined as the fiber length.

上記多糖類のナノファイバーのアスペクト比(平均繊維長を平均繊維径で除算して得られる値)は5以上3500以下であることが好ましく、10以上3500以下であることがより好ましい。アスペクト比が当該範囲であると、後述の流体塗布工程で結合用流体が拡散し難くなる。 The aspect ratio of the polysaccharide nanofibers (value obtained by dividing the average fiber length by the average fiber diameter) is preferably 5 or more and 3500 or less, and more preferably 10 or more and 3500 or less. When the aspect ratio is in this range, it becomes difficult for the coupling fluid to diffuse in the fluid coating step described later.

多糖類のナノファイバーの平均繊維径、および平均繊維長は、以下のように特定することができる。まず、粉末材料から上述の樹脂を溶剤等で除去し、ナノファイバーのみを取り出す。そして、これを走査型電子顕微鏡(SEM)で撮像して得られた画像から、任意に選択した100本のナノファイバーの繊維径や繊維長の加算平均とすることができる。 The average fiber diameter and the average fiber length of the polysaccharide nanofibers can be specified as follows. First, the above-mentioned resin is removed from the powder material with a solvent or the like, and only the nanofibers are taken out. Then, from the image obtained by imaging this with a scanning electron microscope (SEM), the fiber diameter and the fiber length of 100 arbitrarily selected nanofibers can be added and averaged.

尚、SEMの倍率は、100本以上のナノファイバーが撮像できる程度に調整すればよい。 The magnification of the SEM may be adjusted so that 100 or more nanofibers can be imaged.

ここで、ナノファイバーを構成する多糖類の例には、セルロース、ヘミセルロース、リグノセルロース、キチンおよびキトサンなどが含まれる。これらの中でも、強度が高く、熱膨張率が小さく、軽量であるとの観点から、セルロースもしくはその誘導体のナノファイバー(以下、「ナノセルロース」とも称する)が好ましく用いられる。 Here, examples of polysaccharides constituting nanofibers include cellulose, hemicellulose, lignocellulose, chitin and chitosan. Among these, nanofibers of cellulose or its derivatives (hereinafter, also referred to as “nanocellulose”) are preferably used from the viewpoint of high strength, low coefficient of thermal expansion, and light weight.

ナノセルロースは、植物由来の繊維質もしくは植物の細胞壁の機械的な解繊、酢酸菌による生合成、2,2,6,6−tetramethylpiperidine−1−oxyl radical(TEMPO)などのN−オキシル化合物による酸化または電解紡糸法などによって得られる、繊維状のナノフィブリルを主成分とするセルロースナノファイバーであってもよい。また、ナノセルロースは、植物由来の繊維質もしくは植物の細胞壁を機械的に解繊した後に酸処理などをして得られる、ウィスカー状(針状)に結晶化した、ナノフィブリルを主成分とするセルロースナノクリスタルであってもよい。また、ナノセルロースは、その他の形状を有するものであってもよい。 Nanocellulose is derived from plant-derived fibrils or mechanical defibration of plant cell walls, biosynthesis by acetic acid bacteria, and N-oxyl compounds such as 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl radical (TEMPO). Cellulose nanofibers containing fibrous nanofibrils as a main component, which are obtained by oxidation or electrolytic spinning, may be used. In addition, nanocellulose is mainly composed of nanofibrils crystallized in a whisker shape (needle shape), which is obtained by mechanically defibrating plant-derived fibrous material or plant cell walls and then treating with acid. It may be a cellulose nanocrystal. Further, the nanocellulose may have other shapes.

また、ナノセルロースには、セルロースと共にリグニンやヘミセルロースなどが含まれていてもよい。脱リグニン処理を行わず、疎水性であるリグニンを含有するナノセルロースは、熱可塑性樹脂との親和性が高いため好ましい。 In addition, nanocellulose may contain lignin, hemicellulose, and the like together with cellulose. Nanocellulose containing hydrophobic lignin without delignin treatment is preferable because it has a high affinity with a thermoplastic resin.

なお、多糖類のナノファイバーの形状(枝分かれ構造の有無や、平均繊維径、平均繊維長およびアスペクト比等)は、多糖類のナノファイバーの製造方法等によって調整することができる。たとえば、多糖類のナノファイバーがナノセルロースであるときは、解繊または合成の方法(解繊の強さ等)や、解繊の回数などを調整することで、平均繊維径や平均繊維長等を調整することができる。 The shape of the polysaccharide nanofibers (presence or absence of a branched structure, average fiber diameter, average fiber length, aspect ratio, etc.) can be adjusted by a method for producing polysaccharide nanofibers or the like. For example, when the polysaccharide nanofiber is nanocellulose, the average fiber diameter, average fiber length, etc. can be adjusted by adjusting the method of defibration or synthesis (strength of defibration, etc.) and the number of defibration. Can be adjusted.

粉末材料は、多糖類のナノファイバーを0.5〜60.0質量%含むことが好ましく、1〜30質量%含むことがより好ましい。多糖類のナノファイバーを0.5質量%以上含むと、後述の流体塗布工程において、結合用流体が拡散し難くなる。一方、多糖類のナノファイバーの含有量が60.0質量%以下であると、相対的に熱可塑性樹脂の量が十分になり、得られる立体造形物の強度等が高まる。 The powder material preferably contains 0.5 to 60.0% by mass of nanofibers of the polysaccharide, and more preferably 1 to 30% by mass. If the polysaccharide nanofibers are contained in an amount of 0.5% by mass or more, the binding fluid becomes difficult to diffuse in the fluid coating step described later. On the other hand, when the content of the polysaccharide nanofibers is 60.0% by mass or less, the amount of the thermoplastic resin is relatively sufficient, and the strength of the obtained three-dimensional model is increased.

また、粉末材料は、各種添加剤を含んでいてもよい。各種添加剤の例には、酸化防止剤、酸性化合物及びその誘導体、滑剤、紫外線吸収剤、光安定剤、核剤、難燃剤、衝撃改良剤、発泡剤、着色剤、有機過酸化物、展着剤、粘着剤等が含まれる。粉末材料は、これらを一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 Moreover, the powder material may contain various additives. Examples of various additives include antioxidants, acidic compounds and their derivatives, lubricants, UV absorbers, light stabilizers, nucleating agents, flame retardants, impact modifiers, foaming agents, colorants, organic peroxides, and exhibitions. Includes adhesives, adhesives, etc. The powder material may contain only one kind of these, or may contain two or more kinds of these.

さらに、粉末材料は、充填材を含んでいてもよい。充填材の例には、タルク、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、ワラストナイト、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、ガラスバルーン、ガラスカットファイバー、ガラスミルドファイバー、ガラスフレーク、ガラス粉末、炭化ケイ素、窒化ケイ素、石膏、石膏ウィスカー、焼成カオリン、カーボンブラック、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイト、金属繊維、金属ウィスカー、金属粉、セラミックウィスカー、チタン酸カリウム、窒化ホウ素、グラファイト、炭素繊維等の無機充填材;上記多糖類のナノファイバー以外の有機充填剤;各種ポリマー等が含まれる。粉末材料は、これらを一種のみ含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 Further, the powder material may include a filler. Examples of fillers are talc, calcium carbonate, zinc carbonate, wallastonite, silica, alumina, magnesium oxide, calcium silicate, sodium aluminate, calcium aluminate, sodium aluminosilicate, magnesium silicate, glass balloon, glass cut. Fiber, glass milled fiber, glass flakes, glass powder, silicon carbide, silicon nitride, gypsum, gypsum whisker, calcined silicic acid, carbon black, zinc oxide, antimony trioxide, zeolite, hydrotalcite, metal fiber, metal whisker, metal powder , Ceramic whisker, potassium titanate, boron nitride, graphite, carbon fiber and other inorganic fillers; organic fillers other than the above-mentioned polysaccharide nanofibers; various polymers and the like are included. The powder material may contain only one kind of these, or may contain two or more kinds of these.

また、粉末材料は、フローエージェントを含んでいてもよい。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、一種のみ用いてもよく、二種を組み合わせて用いてもよい。フローエージェントの量は、粉末材料の流動性が向上し、かつ粉末材料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 powder material may also contain a flow agent. 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. These flow agents may be used alone or in combination of two. 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 melt bond of the powder material is sufficiently generated, for example, more than 0% by mass with respect to the total mass of the powder material. It can be less than 2% by mass.

ここで、粉末材料は、100〜300℃に溶融温度を有することが好ましく、120〜230℃に溶融温度を有することがより好ましい。溶融温度が当該範囲にあると、後述のエネルギー照射工程において、過度なエネルギー照射を行うことなく、造形物層を形成することが可能となる。粉末材料の溶融温度は、上記熱可塑性樹脂の種類等によって、調整することが可能である。 Here, the powder material preferably has a melting temperature of 100 to 300 ° C, more preferably 120 to 230 ° C. When the melting temperature is within this range, it is possible to form a modeled object layer without excessive energy irradiation in the energy irradiation step described later. The melting temperature of the powder material can be adjusted by the type of the thermoplastic resin or the like.

粉末材料の溶融温度は、以下のように特定することができる。まず、ホットプレートを例えば180℃、185℃、190℃、195℃、および200℃にそれぞれ保つ。そして、粉末材料を直径5cmのアルミホイル皿に1g敷き詰め、各温度に設定したホットプレート上に置く。そして、粉末材料の融着状態を確認し、融着開始が認められた温度を、粉末材料の溶融温度として特定する。なお、上記では、粉末材料の溶融温度が180℃以上200℃未満にある場合を例に説明しているが、粉末材料の溶融温度が当該範囲以外である場合には、ホットプレートの温度を適宜変更する。 The melting temperature of the powder material can be specified as follows. First, the hot plate is kept at, for example, 180 ° C., 185 ° C., 190 ° C., 195 ° C., and 200 ° C., respectively. Then, 1 g of the powder material is spread on an aluminum foil dish having a diameter of 5 cm, and placed on a hot plate set at each temperature. Then, the fusion state of the powder material is confirmed, and the temperature at which the start of fusion is recognized is specified as the melting temperature of the powder material. In the above description, the case where the melting temperature of the powder material is 180 ° C. or higher and lower than 200 ° C. is described as an example, but when the melting temperature of the powder material is outside the range, the temperature of the hot plate is appropriately adjusted. change.

また、粉末材料の溶融温度±20℃の範囲における損失弾性率の最大値は、溶融温度±20℃の範囲における損失弾性率の最小値の30〜500倍であることが好ましく、50〜200倍であることがより好ましい。溶融温度±20℃の範囲における損失弾性率の最大値および最小値の比が当該範囲であると、溶融した粉末材料の変形が適度になる。したがって、得られる立体造形物の寸法精度がさらに高まる。なお、損失弾性率は、後述の実施例で示す方法で特定することができる。 The maximum value of the elastic modulus of the powder material in the range of the melting temperature of ± 20 ° C. is preferably 30 to 500 times, preferably 50 to 200 times the minimum value of the elastic modulus of loss in the range of the melting temperature of ± 20 ° C. Is more preferable. When the ratio of the maximum value and the minimum value of the loss elastic modulus in the range of the melting temperature ± 20 ° C. is in the range, the deformation of the melted powder material becomes appropriate. Therefore, the dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model is further improved. The loss elastic modulus can be specified by the method shown in Examples described later.

上記粉末材料の調製方法は特に制限されず、例えば、熱可塑性樹脂と、多糖類のナノファイバーと、必要に応じて他の成分とを、所望の比率で混合する方法とすることができる。また、例えば熱可塑性樹脂と、多糖類のナノファイバーと、必要に応じて他の成分とを加熱しながら攪拌混合し、冷却する方法とすることもできる。この場合、粉末材料を構成する粒子の平均粒子径を揃えるため、必要に応じて機械的粉砕や、分級等を行ってもよい。 The method for preparing the powder material is not particularly limited, and for example, a method in which a thermoplastic resin, nanofibers of a polysaccharide, and if necessary, other components are mixed at a desired ratio can be used. Alternatively, for example, a method may be used in which a thermoplastic resin, nanofibers of a polysaccharide, and other components, if necessary, are stirred and mixed while being heated and cooled. In this case, in order to make the average particle diameters of the particles constituting the powder material uniform, mechanical pulverization, classification, or the like may be performed as necessary.

(2)流体塗布工程
本実施形態の流体塗布工程では、上記薄層形成工程で形成した薄層の互いに隣接する領域に、結合用流体および剥離用流体をそれぞれ塗布する。具体的には、造形物層を形成すべき位置に選択的に結合用流体を塗布し、造形物層を形成しない領域には、剥離用流体を塗布する。結合用流体を塗布する領域の周囲に隣接して剥離用流体を塗布することで、結合用流体が薄層内で拡散することをある程度抑制することができる。本実施形態では、結合用流体および剥離用流体のうち、どちらを先に塗布してもよいが、得られる立体造形物の寸法精度の観点から、結合用流体を先に塗布することが好ましい。
(2) Fluid coating step In the fluid coating step of the present embodiment, the binding fluid and the peeling fluid are coated on the regions adjacent to each other of the thin layers formed in the thin layer forming step, respectively. Specifically, the binding fluid is selectively applied to the position where the modeled object layer should be formed, and the peeling fluid is applied to the region where the modeled object layer is not formed. By applying the peeling fluid adjacent to the periphery of the region to which the bonding fluid is applied, it is possible to suppress the diffusion of the bonding fluid in the thin layer to some extent. In the present embodiment, either the coupling fluid or the peeling fluid may be applied first, but from the viewpoint of the dimensional accuracy of the obtained three-dimensional model, the coupling fluid is preferably applied first.

結合用流体および剥離用流体の塗布方法は特に制限されず、例えばディスペンサーによる塗布や、インクジェット法による塗布、スプレー塗布等とすることができるが、高速で所望の領域に結合用流体および剥離用流体を塗布可能であるとの観点から少なくとも一方を、インクジェット法で塗布することが好ましく、両方をインクジェット法で塗布することがより好ましい。 The method of applying the binding fluid and the peeling fluid is not particularly limited, and for example, coating by a dispenser, coating by an inkjet method, spray coating, or the like can be performed, but the bonding fluid and the peeling fluid can be applied to a desired region at high speed. From the viewpoint that the above can be applied, it is preferable to apply at least one by the inkjet method, and it is more preferable to apply both by the inkjet method.

結合用流体および剥離用流体の塗布量は、それぞれ薄層1mm当たり、0.1〜50μLであることが好ましく、0.2〜40μLであることがより好ましい。結合用流体および剥離用流体の塗布量が当該範囲であると、造形物層を形成する領域、および造形物層を形成しない領域の粉末材料に、それぞれ結合用流体および剥離用流体を十分に含浸させることができ、寸法精度の良好な立体造形物を形成することができる。 The coating amounts of the binding fluid and the peeling fluid are preferably 0.1 to 50 μL, and more preferably 0.2 to 40 μL , respectively, per 1 mm 3 of the thin layer. When the application amount of the binding fluid and the peeling fluid is within the above range, the powder material in the region where the modeled object layer is formed and the region where the modeled object layer is not formed is sufficiently impregnated with the bonding fluid and the peeling fluid, respectively. It is possible to form a three-dimensional model with good dimensional accuracy.

本工程で塗布する結合用流体は、エネルギー吸収剤と、比誘電率が特定の範囲である溶媒と、を少なくとも含む。結合用流体は、必要に応じて公知の分散剤等を含んでいてもよい。 The binding fluid applied in this step contains at least an energy absorber and a solvent having a relative permittivity in a specific range. The binding fluid may contain a known dispersant or the like, if necessary.

エネルギー吸収剤は、後述するエネルギー照射工程において照射されるエネルギーを吸収し、結合用流体が塗布された領域の温度を効率的に高めることが可能なものであれば特に制限されない。エネルギー吸収剤の具体例には、カーボンブラック、ITO(スズ酸化インジウム)、ATO(アンチモン酸化スズ)等の赤外線吸収剤、シアニン色素,アルミニウムや亜鉛を中心に持つフタロシアニン色素,各種ナフタロシアニン化合物,平面四配位構造を有するニッケルジチオレン錯体,スクアリウム色素,キノン系化合物,ジインモニウム化合物,アゾ化合物等の赤外線吸収色素が含まれる。これらの中でも、汎用性や結合用流体が塗布された領域の温度を効率的に高めることができるとの観点から、赤外線吸収剤が好ましく、カーボンブラックであることがさらに好ましい。 The energy absorber is not particularly limited as long as it can absorb the energy irradiated in the energy irradiation step described later and efficiently raise the temperature of the region to which the binding fluid is applied. Specific examples of energy absorbers include carbon black, infrared absorbers such as ITO (indium tin oxide) and ATO (antimony tin oxide), cyanine pigments, phthalocyanine pigments mainly composed of aluminum and zinc, various naphthalocyanine compounds, and flat surfaces. Infrared absorbing dyes such as nickel dithiolene complex having a tetracoordinate structure, squalium dye, quinone compound, diimmonium compound, and azo compound are included. Among these, an infrared absorber is preferable, and carbon black is more preferable, from the viewpoint of versatility and the ability to efficiently raise the temperature of the region to which the binding fluid is applied.

エネルギー吸収剤の形状は特に制限されないが、粒子状であることが好ましい。また、その平均粒子径は0.1〜1.0μmであることが好ましく、0.1〜0.5μmであることがより好ましい。エネルギー吸収剤の平均粒子径が過度に大きいと、結合用流体を薄膜上に塗布した際、エネルギー吸収剤が熱可塑性樹脂やナノファイバー等の隙間に入り込み難くなる。これに対し、平均粒子径が1.0μm以下であれば、エネルギー吸収剤が、薄膜内に入り込みやすくなる。一方、エネギー吸収剤の平均粒子径が0.1μm以上であると、後述するエネルギー照射工程で、効率良く熱可塑性樹脂に熱を伝えることができ、周囲の熱可塑性樹脂を溶融させることが可能となる。 The shape of the energy absorber is not particularly limited, but it is preferably in the form of particles. The average particle size is preferably 0.1 to 1.0 μm, more preferably 0.1 to 0.5 μm. If the average particle size of the energy absorber is excessively large, it becomes difficult for the energy absorber to enter the gaps of the thermoplastic resin, nanofibers, etc. when the binding fluid is applied onto the thin film. On the other hand, when the average particle size is 1.0 μm or less, the energy absorber easily penetrates into the thin film. On the other hand, when the average particle size of the energy absorber is 0.1 μm or more, heat can be efficiently transferred to the thermoplastic resin in the energy irradiation step described later, and the surrounding thermoplastic resin can be melted. Become.

結合用流体は、エネルギー吸収剤を0.1〜10.0質量%含むことが好ましく、1.0〜5.0質量%含むことがより好ましい。エネルギー吸収剤の量が0.1質量%以上であると、後述のエネルギー照射工程で、結合用流体が塗布された領域の温度を十分に高めることが可能となる。一方、エネルギー吸収剤の量が10.0質量%以下であると、結合用流体内でエネルギー吸収剤が凝集すること等が少なく、結合用流体の塗布安定性が高まりやすくなる。 The binding fluid preferably contains 0.1 to 10.0% by mass, more preferably 1.0 to 5.0% by mass of the energy absorber. When the amount of the energy absorber is 0.1% by mass or more, it is possible to sufficiently raise the temperature of the region to which the binding fluid is applied in the energy irradiation step described later. On the other hand, when the amount of the energy absorber is 10.0% by mass or less, the energy absorber is less likely to aggregate in the binding fluid, and the coating stability of the binding fluid is likely to be improved.

一方、溶媒は、比誘電率が20.0〜50.0であり、エネルギー吸収剤を分散可能であり、さらに粉体材料中の成分(例えば熱可塑性樹脂)を溶解し難い溶媒であれば特に制限されない。比誘電率は、多糖類のナノファイバーとの親和性との観点から20.0〜45.0であることがより好ましく、20.0〜40.0であることがさらに好ましい。比誘電率の値は、化学便覧 基礎編II 改訂5版等、公知文献から参照することができ、測定温度20℃における値を用いる。なお、溶媒の比誘電率が過度に大きい(50超である)と、溶媒と多糖類のナノファイバーとの親和性が過度に高まり、毛管現象等が生じ、かえって造形精度が低下しやすくなる。また、溶媒の比誘電率が過度に小さい(20未満である)と、溶媒と多糖類ナノファイバーとの親和性が低く、上述のような造形精度向上効果が得られ難い。 On the other hand, the solvent has a relative permittivity of 20.0 to 50.0, is capable of dispersing an energy absorber, and is particularly difficult to dissolve components (for example, thermoplastic resin) in the powder material. Not limited. The relative permittivity is more preferably 20.0 to 45.0, and even more preferably 20.0 to 40.0, from the viewpoint of the affinity of the polysaccharide with the nanofibers. The value of the relative permittivity can be referred to from publicly known documents such as the Chemical Handbook Basic Edition II Revised 5th Edition, and the value at the measurement temperature of 20 ° C. is used. If the relative permittivity of the solvent is excessively large (more than 50), the affinity between the solvent and the nanofibers of the polysaccharide becomes excessively high, a capillary phenomenon or the like occurs, and the molding accuracy tends to decrease. Further, if the relative permittivity of the solvent is excessively small (less than 20), the affinity between the solvent and the polysaccharide nanofiber is low, and it is difficult to obtain the above-mentioned effect of improving the molding accuracy.

また、溶媒の沸点は、100〜300℃であることが好ましく、125〜300℃であることがより好ましい。溶媒の沸点が高すぎると、得られる立体造形物中に溶媒が残存しやすくなり、立体造形物の強度等が低下しやすくなる。一方、溶媒の沸点が低すぎると、結合用流体の塗布時に溶媒が揮発してしまい、結合用流体の塗布安定性が低下することがある。 The boiling point of the solvent is preferably 100 to 300 ° C, more preferably 125 to 300 ° C. If the boiling point of the solvent is too high, the solvent tends to remain in the obtained three-dimensional model, and the strength of the three-dimensional model tends to decrease. On the other hand, if the boiling point of the solvent is too low, the solvent may volatilize when the binding fluid is applied, and the coating stability of the binding fluid may decrease.

溶媒の具体例としては、トリエチレングリコール、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、等が含まれる。これらの中でも、比誘電率が大きく、結合用流体の塗布安定性が高い等の観点から、トリエチレングリコール、エチレングリコールが好ましい。 Specific examples of the solvent include triethylene glycol, ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, and the like. Among these, triethylene glycol and ethylene glycol are preferable from the viewpoints of high relative permittivity and high coating stability of the bonding fluid.

結合用流体は、上記溶媒を90.0〜99.9質量%含むことが好ましく、95.0〜99.0質量%含むことがより好ましい。結合用流体中の溶媒量が90.0質量%以上であると、結合用流体の流動性が高くなり、例えばインクジェット法等で塗布しやすくなる。 The binding fluid preferably contains the above solvent in an amount of 90.0 to 99.9% by mass, more preferably 95.0 to 99.0% by mass. When the amount of the solvent in the binding fluid is 90.0% by mass or more, the fluidity of the binding fluid becomes high, and it becomes easy to apply by, for example, an inkjet method.

結合用流体の粘度は、0.5〜50.0mPa・sであることが好ましく、1.0〜20.0mPa・sであることがより好ましい。結合用流体の粘度が0.5mPa・s以上であると、結合用流体を薄層に塗布した際の拡散がさらに抑制されやすくなる。一方で、結合用流体の粘度が50.0mPa・s以下であると、結合用流体の塗布安定性が高まりやすくなる。 The viscosity of the binding fluid is preferably 0.5 to 50.0 mPa · s, more preferably 1.0 to 20.0 mPa · s. When the viscosity of the binding fluid is 0.5 mPa · s or more, diffusion when the binding fluid is applied to the thin layer is more likely to be suppressed. On the other hand, when the viscosity of the binding fluid is 50.0 mPa · s or less, the coating stability of the binding fluid tends to increase.

一方、本工程で塗布する剥離用流体は、結合用流体と混和し難く、かつ粉末材料中の成分を溶解し難い溶媒を含んでいれば特に制限されない。剥離用流体が含む溶媒の比誘電率は、1.0〜5.0であることが好ましく、1.0〜3.0であることがより好ましい。また、結合用流体中の溶媒の比誘電率と、剥離用流体中の溶媒の比誘電率との差は、25.0以上であることが好ましく、30.0以上であることがより好ましい。これらの差が大きいほど、結合用流体と剥離用流体とが混和し難くなり、より寸法精度の高い立体造形物が得られやすくなる。 On the other hand, the peeling fluid applied in this step is not particularly limited as long as it contains a solvent that is difficult to mix with the binding fluid and is difficult to dissolve the components in the powder material. The relative permittivity of the solvent contained in the stripping fluid is preferably 1.0 to 5.0, and more preferably 1.0 to 3.0. The difference between the relative permittivity of the solvent in the bonding fluid and the relative permittivity of the solvent in the stripping fluid is preferably 25.0 or more, and more preferably 30.0 or more. The larger these differences are, the more difficult it is for the coupling fluid and the peeling fluid to be mixed, and it becomes easier to obtain a three-dimensional model with higher dimensional accuracy.

また、当該溶媒の沸点は、100〜300℃であることが好ましく、125〜300℃であることがより好ましい。剥離用流体が含む溶媒の沸点が低すぎると、剥離用流体の塗布時に溶媒が揮発してしまい、剥離用流体の塗布安定性が低下することがある。 The boiling point of the solvent is preferably 100 to 300 ° C, more preferably 125 to 300 ° C. If the boiling point of the solvent contained in the peeling fluid is too low, the solvent may volatilize when the peeling fluid is applied, and the coating stability of the peeling fluid may decrease.

このような溶媒の例には、n−デカン、n−ドデカン、シクロオクタン等の無極性炭化水素、キシレン等の芳香族炭化水素等が含まれる。 Examples of such solvents include non-polar hydrocarbons such as n-decane, n-dodecane and cyclooctane, aromatic hydrocarbons such as xylene and the like.

剥離用流体は、上記溶媒を90質量%以上含むことが好ましく、95質量%以上含むことがより好ましい。剥離用流体中の溶媒量が90質量%以上であると、剥離用流体の流動性が高くなり、例えばインクジェット法等で塗布しやすくなる。 The stripping fluid preferably contains 90% by mass or more of the above solvent, and more preferably 95% by mass or more. When the amount of the solvent in the peeling fluid is 90% by mass or more, the fluidity of the peeling fluid becomes high, and it becomes easy to apply by, for example, an inkjet method.

剥離用流体の粘度は、0.5〜50.0mPa・sであることが好ましく、0.5〜30.0mPa・sであることがより好ましい。剥離用流体の粘度が0.5mPa・s以上であると、剥離用流体が、結合用流体側に拡散し難くなる。一方で、剥離用流体の粘度が30.0mPa・s以下であると、剥離用流体の塗布安定性が高まりやすくなる。 The viscosity of the stripping fluid is preferably 0.5 to 50.0 mPa · s, more preferably 0.5 to 30.0 mPa · s. When the viscosity of the peeling fluid is 0.5 mPa · s or more, it becomes difficult for the peeling fluid to diffuse to the bonding fluid side. On the other hand, when the viscosity of the peeling fluid is 30.0 mPa · s or less, the coating stability of the peeling fluid tends to increase.

(3)エネルギー照射工程
本実施形態のエネルギー照射工程では、上記流体塗布工程後の薄層、すなわち結合用流体および剥離用流体が塗布された薄層に、エネルギーを一括照射する。このとき、結合用流体が塗布された領域では、エネルギー吸収剤がエネルギーを吸収し、当該領域の温度が部分的に上昇する。そして、当該領域の熱可塑性樹脂のみが溶融し、造形物層が形成される。
(3) Energy Irradiation Step In the energy irradiation step of the present embodiment, energy is collectively irradiated to the thin layer after the fluid coating step, that is, the thin layer coated with the binding fluid and the peeling fluid. At this time, in the region where the binding fluid is applied, the energy absorber absorbs the energy, and the temperature of the region partially rises. Then, only the thermoplastic resin in the region is melted to form a modeled object layer.

本工程で照射するエネルギーの種類は、結合用流体が含むエネルギー吸収剤の種類に応じて適宜選択される。当該エネルギーの具体例には、赤外光、白色光等が含まれる。これらの中でも、結合用流体を塗布した領域では、効率よく熱可塑性樹脂を溶融させることが可能である一方で、剥離用流体を塗布した領域では、薄層の温度が上昇し難いとの観点から赤外光であることが好ましく、波長780〜3000nmの光であることがより好ましく、波長800〜2500nmの光であることがより好ましい。 The type of energy to be irradiated in this step is appropriately selected according to the type of energy absorber contained in the binding fluid. Specific examples of the energy include infrared light, white light and the like. Among these, from the viewpoint that the thermoplastic resin can be efficiently melted in the region coated with the bonding fluid, while the temperature of the thin layer is unlikely to rise in the region coated with the stripping fluid. Infrared light is preferable, light having a wavelength of 780 to 3000 nm is more preferable, and light having a wavelength of 800 to 2500 nm is more preferable.

また、本工程でエネルギーを照射する時間は、粉末材料が含む熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜選択されるが、通常、5〜60秒であることが好ましく、10〜30秒であることがより好ましい。エネルギー照射時間を5秒以上とすることで、十分に熱可塑性樹脂を溶融させて、これらを結合させることが可能となる。一方で、60秒以下とすることで、効率よく立体造形物を製造することが可能となる。 The time for irradiating energy in this step is appropriately selected according to the type of the thermoplastic resin contained in the powder material, but is usually preferably 5 to 60 seconds, preferably 10 to 30 seconds. More preferred. By setting the energy irradiation time to 5 seconds or more, it becomes possible to sufficiently melt the thermoplastic resin and combine them. On the other hand, if the time is 60 seconds or less, it becomes possible to efficiently manufacture a three-dimensional model.

1−2.第2の実施形態
本実施形態の立体造形物の製造方法は、熱可塑性樹脂を少なくとも含む粉末材料を含む薄層を形成する薄層形成工程と、結合用流体および剥離用流体を、薄層の互いに隣接する領域に塗布する流体塗布工程と、流体塗布工程後の薄層にエネルギーを照射し、結合用流体の塗布領域の熱可塑性樹脂を溶融させて造形物層を形成するエネルギー照射工程と、を含む。本実施形態では、上記結合用流体が、エネルギー吸収剤、多糖類のナノファイバー、および比誘電率が特定の範囲である溶媒を含む。なお、本実施形態の製造方法は、必要に応じて、他の工程を有していてもよい。
1-2. Second Embodiment In the method for producing a three-dimensional model of the present embodiment, a thin layer forming step of forming a thin layer containing a powder material containing at least a thermoplastic resin, and a thin layer of a binding fluid and a peeling fluid are used. A fluid coating step of applying to adjacent regions, and an energy irradiation step of irradiating a thin layer after the fluid coating step with energy to melt the thermoplastic resin in the coating region of the binding fluid to form a model layer. including. In this embodiment, the binding fluid comprises an energy absorber, polysaccharide nanofibers, and a solvent having a specific permittivity range. The manufacturing method of the present embodiment may have other steps, if necessary.

ここで、本実施形態の立体造形物の製造方法は、粉末材料の組成、および結合用流体の組成以外は、第1の実施形態と同様である。そこで以下、粉末材料の組成および結合用流体の組成についてのみ説明し、これら以外の説明は省略する。 Here, the method for producing the three-dimensional model of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the composition of the powder material and the composition of the binding fluid. Therefore, only the composition of the powder material and the composition of the binding fluid will be described below, and the other description will be omitted.

本実施形態の薄層形成工程で使用する粉末材料は、熱可塑性樹脂を少なくとも含んでいればよく、例えば熱可塑性樹脂のみからなるものであってもよい。また、粉末材料は必要に応じて各種添加剤や、フローエージェント、充填材等を含んでいてもよい。 The powder material used in the thin layer forming step of the present embodiment may contain at least a thermoplastic resin, and may be composed of, for example, only a thermoplastic resin. Further, the powder material may contain various additives, a flow agent, a filler and the like, if necessary.

本実施形態で使用する粉末材料が含む熱可塑性樹脂の種類や平均粒子径、溶融温度等は、第1の実施形態の粉末材料が含む熱可塑性樹脂と同様とすることができる。ここで、本実施形態では、粉末材料が熱可塑性樹脂を40質量%以上含むことが好ましく、50質量%以上含むことがさらに好ましい。粉末材料が、熱可塑性樹脂を40質量%以上含むと、得られる立体造形物の強度が十分に高まる。 The type, average particle size, melting temperature, and the like of the thermoplastic resin contained in the powder material used in the present embodiment can be the same as those of the thermoplastic resin contained in the powder material of the first embodiment. Here, in the present embodiment, the powder material preferably contains 40% by mass or more of the thermoplastic resin, and more preferably 50% by mass or more. When the powder material contains 40% by mass or more of the thermoplastic resin, the strength of the obtained three-dimensional model is sufficiently increased.

一方、粉末材料が含む各種添加剤やフローエージェント、充填材等の種類や含有量は、第1の実施形態の粉末材料が含む各種添加剤やフローエージェント、充填材等と同様とすることができる。なお、本実施形態の粉末材料にも、必要に応じて多糖類のナノファイバーを含んでいてもよい。 On the other hand, the types and contents of various additives, flow agents, fillers and the like contained in the powder material can be the same as those of various additives, flow agents, fillers and the like contained in the powder material of the first embodiment. .. The powder material of the present embodiment may also contain nanofibers of a polysaccharide, if necessary.

一方、流体塗布工程で使用する結合用流体は、エネルギー吸収剤と、多糖類のナノファイバーと、比誘電率が20〜50である溶媒と、を少なくとも含む。結合用流体は、必要に応じて公知の分散剤等を含んでいてもよい。本実施形態の結合用流体が含むエネルギー吸収剤や溶媒は、それぞれ第1の実施形態の流体塗布工程で塗布する結合用流体が含むエネルギー吸収剤や溶媒と同様とすることができる。一方、本実施形態の結合用流体が含む多糖類のナノファイバーは、第1の実施形態の粉末材料が含む多糖類のナノファイバーと同様とすることができる。 On the other hand, the binding fluid used in the fluid coating step contains at least an energy absorber, a polysaccharide nanofiber, and a solvent having a relative permittivity of 20 to 50. The binding fluid may contain a known dispersant or the like, if necessary. The energy absorber and solvent contained in the binding fluid of the present embodiment can be the same as the energy absorbing agent and solvent contained in the binding fluid to be applied in the fluid coating step of the first embodiment, respectively. On the other hand, the polysaccharide nanofiber contained in the binding fluid of the present embodiment can be the same as the polysaccharide nanofiber contained in the powder material of the first embodiment.

本実施形態の結合用流体は、エネルギー吸収剤を0.1〜10.0質量%含むことが好ましく、1.0〜5.0質量%含むことがより好ましい。エネルギー吸収剤の量が0.1質量%以上であると、エネルギー照射工程で、結合用流体が塗布された領域の温度を十分に高めることが可能となる。一方、エネルギー吸収剤の量が10.0質量%以下であると、結合用流体内でエネルギー吸収剤が凝集すること等が少なく、結合用流体の塗布安定性が高まりやすくなる。 The binding fluid of the present embodiment preferably contains an energy absorber in an amount of 0.1 to 10.0% by mass, more preferably 1.0 to 5.0% by mass. When the amount of the energy absorber is 0.1% by mass or more, it is possible to sufficiently raise the temperature of the region to which the binding fluid is applied in the energy irradiation step. On the other hand, when the amount of the energy absorber is 10.0% by mass or less, the energy absorber is less likely to aggregate in the binding fluid, and the coating stability of the binding fluid is likely to be improved.

また、結合用流体は、多糖類のナノファイバーを0.1〜10.0質量%含むことが好ましく、0.1〜5.0質量%含むことがより好ましい。多糖類のナノファイバーの量が当該範囲であると、結合用流体が薄層上に塗布された際、多糖類のナノファイバーと結合用流体中の溶媒との親和性によって、溶媒が移動し難くなる。これにより、エネルギー吸収剤も移動し難くなり、寸法精度の高い立体造形物が得られやすくなる。 The binding fluid preferably contains the polysaccharide nanofibers in an amount of 0.1 to 10.0% by mass, more preferably 0.1 to 5.0% by mass. When the amount of the polysaccharide nanofibers is in the above range, when the binding fluid is applied onto the thin layer, the solvent is difficult to move due to the affinity between the polysaccharide nanofibers and the solvent in the binding fluid. Become. This makes it difficult for the energy absorber to move, and makes it easier to obtain a three-dimensional model with high dimensional accuracy.

一方、結合用流体は、上記溶媒を80.0〜99.8質量%含むことが好ましく、90.0〜99.8質量%含むことがより好ましい。結合用流体中の溶媒量が80.0質量%以上であると、結合用流体の流動性が高くなり、例えばインクジェット法等で塗布しやすくなる。 On the other hand, the binding fluid preferably contains the above solvent in an amount of 80.0 to 99.8% by mass, more preferably 90.0 to 99.8% by mass. When the amount of the solvent in the binding fluid is 80.0% by mass or more, the fluidity of the binding fluid becomes high, and it becomes easy to apply by, for example, an inkjet method.

本実施形態の結合用流体の粘度は、0.5〜50.0mPa・sであることが好ましく、1.0〜20.0mPa・sであることがより好ましい。結合用流体の粘度が0.5mPa・s以上であると、結合用流体の拡散がさらに抑制されやすくなる。一方で、結合用流体の粘度が50.0mPa・s以下であると、結合用流体の塗布安定性が高まりやすくなる。 The viscosity of the binding fluid of the present embodiment is preferably 0.5 to 50.0 mPa · s, more preferably 1.0 to 20.0 mPa · s. When the viscosity of the binding fluid is 0.5 mPa · s or more, the diffusion of the binding fluid is more likely to be suppressed. On the other hand, when the viscosity of the binding fluid is 50.0 mPa · s or less, the coating stability of the binding fluid tends to increase.

2.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1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膜を形成するための薄膜形成部220、薄膜を予備加熱するための予備加熱部230、薄膜に結合用流体および剥離用流体を塗布するための流体塗布部300、薄膜に赤外光を照射するための赤外照射部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。
2. Three-dimensional modeling device A three-dimensional modeling device that can be used in the 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, the three-dimensional modeling apparatus 200 according to the present embodiment has a modeling stage 210 located in the opening and a thin film forming portion 220 for forming a thin film made of a powder material, as shown in the schematic side view of FIG. , Preheating part 230 for preheating the thin film, fluid coating part 300 for applying the binding fluid and the peeling fluid to the thin film, infrared irradiation part 240 for irradiating the thin film with infrared light, in the vertical direction. A stage support portion 250 that supports the modeling stage 210 in a variable position, and a base 290 that supports each of the above portions are provided.

一方、立体造形装置200の制御系の主要部を図2に示す。図2に示すように、立体造形装置200は、薄膜形成部220、予備加熱部230、流体塗布部300、赤外線照射部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310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. 2, the three-dimensional modeling apparatus 200 controls a thin film forming unit 220, a preheating unit 230, a fluid coating unit 300, an infrared irradiation unit 240, and a stage support unit 250 to form and stack a modeled object. A storage unit for storing various information including a control unit 260 to be performed, a display unit 270 for displaying various information, an operation unit 275 including a pointing device for receiving an instruction from a user, and a control program executed by the control unit 260. The unit 280 and 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 310 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、薄膜形成部220による薄層の形成、予備加熱部230による薄層の予備加熱、流体塗布部300による結合用流体および剥離用流体の塗布、および赤外光照射部240による赤外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 on the modeling stage 210, a thin layer is formed by the thin film forming portion 220, the thin layer is preheated by the preheating portion 230, and the connecting fluid and the peeling are performed by the fluid coating portion 300. The fluid is applied and the infrared light irradiation unit 240 irradiates the infrared light. Then, the shaped objects formed by these are laminated to form a three-dimensional shaped object.

薄膜形成部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 film forming unit 220 is provided from the powder supply unit 221 and the powder supply unit 221 having a powder material storage unit 221a for storing the powder material, a supply piston 221b provided at the bottom of the powder material storage unit 221a and moving up and down in the opening. The supplied powder material can be spread flat on the molding stage 210 to include a recorder 222a that forms 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、薄層の表面のうち、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、上記薄膜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 one that can heat the region of the surface of the thin layer on which the modeled object layer should 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 film 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.

流体塗布部300は、結合用流体塗布部301および剥離用流体塗布部302を備える。結合用流体塗布部301および剥離用流体塗布部302は、それぞれ結合用流体または剥離用流体を貯留するための貯留部(不図示)と、これに接続されたインクジェットノズル(不図示)とを備えるものとすることができる。 The fluid coating unit 300 includes a coupling fluid coating unit 301 and a peeling fluid coating unit 302. The coupling fluid coating unit 301 and the peeling fluid coating unit 302 each include a storage unit (not shown) for storing the coupling fluid or the peeling fluid, and an inkjet nozzle (not shown) connected thereto. Can be.

赤外光照射部240は、赤外ランプを含む構成とすることができる。赤外ランプは所望のタイミングで赤外光を照射可能な光源であればよい。 The infrared light irradiation unit 240 can be configured to include an infrared lamp. The infrared lamp may be a light source capable of irradiating infrared light at a desired timing.

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 composed of 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310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 310 by the data input unit 285 into a plurality of slice data sliced in the stacking direction of the modeling object layer. The slice data is the modeling data of each modeled object layer for modeling the three-dimensional modeled object. The thickness of the slice data, that is, the thickness of the modeled object layer, coincides with 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。 The display unit 270 can be, for example, a liquid crystal display or a monitor.

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 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 depressurize the inside of the apparatus, and under the control of a decompression unit (not shown) such as a decompression pump or the control unit 260, the inert gas is introduced 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310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 310 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1の矢印方向)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 a motor and a drive mechanism (both not shown) according to the supply information output from the control unit 260, moves the supply piston upward in the vertical direction (in the direction of the arrow in FIG. 1), and forms the above-mentioned modeling. Extrude the powder material on the same plane in the horizontal direction as the stage.

その後、リコータ駆動部222は、制御部260から出力された薄膜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 film formation information output from the control unit 260, transports the powder material to the modeling stage 210, and forms a thin layer. The powder material is pressed so that the thickness is the thickness of 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形成された薄層の表面または装置内の全体を加熱する。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 the surface of the thin layer formed according to the temperature information output from the control unit 260 or the entire inside of the apparatus. 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、流体塗布部240が、制御部260から出力された流体塗布情報に従って、各スライスデータにおける立体造形物を構成する領域の薄膜上に結合用流体塗布部301から結合用流体を塗布する。一方、立体造形物を構成しない領域の薄膜には、剥離用流体塗布部302から剥離用流体を塗布する。 After that, the fluid coating unit 240 applies the coupling fluid from the coupling fluid coating unit 301 onto the thin film of the region constituting the three-dimensional model in each slice data according to the fluid coating information output from the control unit 260. On the other hand, the peeling fluid is applied from the peeling fluid coating unit 302 to the thin film in the region that does not form the three-dimensional model.

その後、赤外光照射部240が、制御部260から出力された赤外光照射情報に従って、薄膜全体に赤外光を照射する。赤外光の照射によって結合用流体が塗布された領域の温度が部分的に大きく上昇し、粉末材料に含まれる熱可塑性樹脂が溶融する。これにより、造形物層が形成される。 After that, the infrared light irradiation unit 240 irradiates the entire thin film with infrared light according to the infrared light irradiation information output from the control unit 260. The temperature of the region where the binding fluid is applied rises partially due to the irradiation of infrared light, and the thermoplastic resin contained in the powder material melts. As a result, a model layer is formed.

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(図中矢印方向)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 (in the direction of the arrow in the figure). ).

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 data in the storage unit 280 or retrieves data from the storage unit 280, if necessary.

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.

<ナノセルロースの作製>
スギノマシン製カルボキシメチルセルロースを、吉田機械興業製ナノヴェイダでナノセルロースのサイズが、表1に示す平均繊維径および平均繊維長になるまで繰り返し解繊を行い、乾燥させた。
<Making nanocellulose>
Carboxymethyl cellulose manufactured by Sugino Machine Limited was repeatedly defibrated with NanoVeda manufactured by Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd. until the size of the nanocellulose reached the average fiber diameter and average fiber length shown in Table 1 and dried.

<粉末材料の調製>
・実施例1
Xplore Instruments社製小型混練機に、解繊したナノセルロースとポリアミド12樹脂((以下、「PA12」とも称する)ダイセル・エボニック社製、ダイアミドL1600)とを、ナノセルロースの割合が粉末材料全量に対して1質量%になるように混合して投入し、180℃、100rpmで加熱混合した。前記混合物を冷却後、日本ニューマチック工業(株)製ラボジェットを用いて粉砕し、平均粒子径50μmの粉末材料を得た。なお、平均粒子径はマイクロトラック・ベル社製MT−3000IIを用い、レーザー回折式測定法により測定した。
<Preparation of powder material>
・ Example 1
In a small kneader manufactured by Xplore Instruments, defibrated nanocellulose and polyamide 12 resin (hereinafter, also referred to as "PA12"), Daicel Evonik Co., Ltd., Daiamide L1600) are mixed with the ratio of nanocellulose to the total amount of powder material. The mixture was mixed so as to be 1% by mass, charged, and heated and mixed at 180 ° C. and 100 rpm. After cooling the mixture, it was pulverized using a lab jet manufactured by Nippon Pneumatic Industries Co., Ltd. to obtain a powder material having an average particle size of 50 μm. The average particle size was measured by a laser diffraction measurement method using MT-3000II manufactured by Microtrac Bell.

・実施例2
ナノセルロースの割合が粉末材料全量に対して30質量%になるように混合し、混練機に投入した以外は実施例1と同様の方法で粉末材料を得た。
-Example 2
The powder material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nanocellulose was mixed so as to have a ratio of nanocellulose to 30% by mass with respect to the total amount of the powder material and put into a kneader.

・実施例3
ナノセルロースの割合が粉末材料全量に対して70質量%になるように混合し、混練機に投入した以外は実施例1と同様の方法で粉末材料を得た。
・ Example 3
The powder material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nanocellulose was mixed so as to be 70% by mass with respect to the total amount of the powder material and put into a kneader.

・実施例4
ナノセルロースの割合が粉末材料全量に対して75質量%になるように混合し、混練機に投入した以外は実施例1と同様の方法で粉末材料を得た。
・ Example 4
The powder material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nanocellulose was mixed so as to have a ratio of nanocellulose to 75% by mass with respect to the total amount of the powder material and put into a kneader.

・実施例5〜8
ナノセルロースの平均繊維径および平均繊維長が表1に示す値となるように解繊した以外は、それぞれ実施例2と同様の方法で粉末材料を得た。
-Examples 5 to 8
A powder material was obtained in the same manner as in Example 2 except that the nanocellulose was defibrated so that the average fiber diameter and the average fiber length were the values shown in Table 1.

・比較例1
ナノセルロースを混合しなかった以外は、実施例1と同様の方法で粉末材料を得た。
・ Comparative example 1
A powder material was obtained in the same manner as in Example 1 except that nanocellulose was not mixed.

<立体造形物の作製>
上記実施例1〜8、および比較例1で作製した粉末材料を、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、160℃に予備加熱を行った。この薄層に、ISO527−2−1BAの試験片形状(最大長さ:75mm、最大幅:10mm)に結合用流体をインクジェット法にて塗布した。結合用流体は、トリエチレングリコール95質量部(比誘電率:23.7)と、赤外光吸収剤(カーボンブラック(キャボット社製Mogul−L))5質量部とを含むものを用いた。結合用流体の塗布量は、1mm当たり、30μLとした。次いで、当該結合用流体を塗布した以外の領域に剥離用流体をインクジェット法にて塗布した。剥離用流体は、n−デカン(比誘電率:2.0)とした。また、剥離用流体の塗布量は、1mm当たり、30μLとした。その後、薄層に赤外ランプから赤外光を照射して、結合用流体を塗布した領域の表面温度が220℃になるまで加熱した。これにより、結合用流体を塗布した領域の粉末材料が溶融結合し、造形物層が作製された。そして、当該工程を10回繰り返し、造形物層が10層積層された立体造形物を製造した。
<Making a three-dimensional model>
The powder materials prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 were spread on a modeling stage installed on a hot plate to form a thin layer having a thickness of 0.1 mm, and preheated to 160 ° C. .. A binding fluid was applied to this thin layer by an inkjet method in the shape of a test piece of ISO5272-1BA (maximum length: 75 mm, maximum width: 10 mm). As the binding fluid, a fluid containing 95 parts by mass of triethylene glycol (relative permittivity: 23.7) and 5 parts by mass of an infrared light absorber (carbon black (Mogul-L manufactured by Cabot Corporation)) was used. The coating amount of the coupling fluid, 1 mm 3 per set to 30 [mu] L. Next, the peeling fluid was applied by an inkjet method to a region other than the area to which the binding fluid was applied. The peeling fluid was n-decane (relative permittivity: 2.0). The coating amount of the stripping fluid, 1 mm 3 per set to 30 [mu] L. Then, the thin layer was irradiated with infrared light from an infrared lamp and heated until the surface temperature of the region coated with the coupling fluid reached 220 ° C. As a result, the powder material in the region coated with the binding fluid was melt-bonded to form a model layer. Then, the process was repeated 10 times to produce a three-dimensional model in which 10 layers of the model were laminated.

<立体造形物における精度の評価>
各立体造形物について、デジタルノギス(株式会社ミツトヨ製、スーパキャリパCD67−S PS/PM、「スーパキャリパ」は同社の登録商標))で長さ方向の寸法を測定した。製造しようとした寸法(最大長さ75mm)と、作製した立体造形物の寸法との差を平均して、造形精度のずれとした。このとき、評価は以下の基準で行った。
◎:基準長75mmに対して誤差±0.05mm未満
〇:基準長75mmに対して誤差±0.05mm以上〜±0.15mm未満
△:基準長75mmに対して誤差±0.15mm以上〜±0.3mm未満
×:基準長75mmに対して誤差±0.3mm以上
<Evaluation of accuracy in 3D objects>
The dimensions of each three-dimensional object were measured in the length direction with a digital caliper (manufactured by Mitutoyo Co., Ltd., Super Caliper CD67-S PS / PM, "Super Caliper" is a registered trademark of the same company). The difference between the dimensions to be manufactured (maximum length 75 mm) and the dimensions of the manufactured three-dimensional model was averaged to obtain a deviation in modeling accuracy. At this time, the evaluation was performed according to the following criteria.
⊚: Error less than ± 0.05 mm with respect to the reference length 75 mm 〇: Error ± 0.05 mm or more to less than ± 0.15 mm with respect to the reference length 75 mm Δ: Error ± 0.15 mm or more with respect to the reference length 75 mm ~ ± Less than 0.3 mm ×: Error ± 0.3 mm or more with respect to the standard length of 75 mm

<粉末材料の損失弾性率の特定>
・粉末材料の溶融温度の特定
ホットプレートを180℃、185℃、190℃、195℃、および200℃にそれぞれ保った。作製した粉末材料を直径5cmのアルミホイル皿に1g敷き詰め、各温度に設定したホットプレート上に置いた。そして、粉末材料の融着状態を確認し、融着開始が認められた温度を、粉末材料の溶融温度として特定した。
<Specification of elastic modulus of powder material>
-Specification of melting temperature of powder material The hot plate was maintained at 180 ° C., 185 ° C., 190 ° C., 195 ° C., and 200 ° C., respectively. The prepared powder material was spread on an aluminum foil dish having a diameter of 5 cm in an amount of 1 g, and placed on a hot plate set at each temperature. Then, the fusion state of the powder material was confirmed, and the temperature at which the start of fusion was recognized was specified as the melting temperature of the powder material.

・損失弾性率の測定
(試料の調製)
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、常温で粉末材料を30kNで1分間加圧して、樹脂組成物を直径約8mm、高さ約2mmの円柱状試料に成型した。
・ Measurement of loss modulus (preparation of sample)
Using a pressure molding machine (NT-100H, manufactured by NPA System Co., Ltd.), pressurize the powder material at room temperature at 30 kN for 1 minute to make the resin composition into a columnar sample with a diameter of about 8 mm and a height of about 2 mm. Molded.

(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℃に調温して、上記のように調製した円柱状の試料を加熱溶融させた。その後、axial forceが10g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た。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した。測定されたデータを、Microsoft社製Windows7を搭載したコンピュータに転送し、ソフト(TRIOS)を通じて、上記コンピュータの制御、データ収集および解析を行い、上述の粉末材料の溶融温度±20℃の範囲における損失弾性率(Pa)の値を読み取った。
そして、粉末材料の溶融温度±20℃における損失弾性率の最小値に対する、粉末材料の溶融温度±20℃における損失弾性率の最大値(最大値/最小値)の値を算出した。
(Measurement procedure)
The temperature of the parallel plate of the above apparatus was adjusted to 150 ° C., and the columnar sample prepared as described above was heated and melted. Then, a load was applied in the vertical direction so that the axial force did not exceed 10 g weight), and the sample was fixed to the parallel plate. In this state, the parallel plate and the columnar sample were heated to a measurement start temperature of 250 ° C., and the viscoelastic data was measured while slowly cooling. The measured data is transferred to a computer equipped with Microsoft Windows 7, and the computer is controlled, data collected and analyzed through software (TRIOS), and the loss in the melting temperature range of ± 20 ° C. of the powder material is performed. The value of elastic modulus (Pa) was read.
Then, the value of the maximum value (maximum value / minimum value) of the loss elastic modulus at the melting temperature of the powder material ± 20 ° C. was calculated with respect to the minimum value of the loss elastic modulus at the melting temperature of the powder material ± 20 ° C.

(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った
試料の伸長補正 :自動測定モードにて調整した
測定温度 :250℃から100℃まで毎分5℃の割合で徐冷した
測定間隔 :1℃ごとに粘弾性データを測定した
(Measurement condition)
Measurement frequency: 6.28 Radian / sec Measurement strain setting: Initial value set to 0.1%, sample elongation correction measured in automatic measurement mode: Measurement temperature adjusted in automatic measurement mode: 250 Measurement interval of slow cooling from ° C to 100 ° C at a rate of 5 ° C per minute: Viscoelastic data was measured at 1 ° C.

Figure 0006874531
Figure 0006874531

上記表1に示されるように、ナノセルロースを含む粉末材料からなる薄層に結合用流体および剥離用流体を塗布して立体造形物を作製した場合(実施例1〜8)、得られた立体造形物の寸法精度が良好であった。ただし、結合用流体が含む溶媒の比誘電率が50超である場合には、造形精度が低下した(比較例2)。結合用流体が含む溶媒の比誘電率が高すぎると、溶媒とナノセルロースとの親和性が過度に高まり、毛管現象が誘発されたこと等によって、かえって造形精度が低下したと推察される。また、結合用流体が含む溶媒の比誘電率が20未満である場合にも、造形精度が低かった(比較例3)。結合用流体が含む溶媒とナノセルロースとの親和性が低く、結合用流体中の成分の拡散を十分に防ぐことができなかったと推察される。 As shown in Table 1 above, when a three-dimensional model was produced by applying a binding fluid and a peeling fluid to a thin layer made of a powder material containing nanocellulose (Examples 1 to 8), the obtained three-dimensional object was obtained. The dimensional accuracy of the modeled object was good. However, when the relative permittivity of the solvent contained in the bonding fluid is more than 50, the molding accuracy is lowered (Comparative Example 2). If the relative permittivity of the solvent contained in the binding fluid is too high, the affinity between the solvent and nanocellulose is excessively increased, and it is presumed that the molding accuracy is rather lowered due to the induction of capillarity and the like. Further, the molding accuracy was low even when the relative permittivity of the solvent contained in the bonding fluid was less than 20 (Comparative Example 3). It is presumed that the affinity between the solvent contained in the binding fluid and nanocellulose was low, and the diffusion of the components in the binding fluid could not be sufficiently prevented.

<結合用流体の調製>
・実施例9
エチレングリコール(比誘電率:38.7)94.5質量部と、ナノセルロース0.5質量部と、赤外光吸収剤5.0質量部とを、超音波分散機を用いて混合した。
<Preparation of binding fluid>
-Example 9
94.5 parts by mass of ethylene glycol (relative permittivity: 38.7), 0.5 parts by mass of nanocellulose, and 5.0 parts by mass of an infrared light absorber were mixed using an ultrasonic disperser.

・実施例10〜12および比較例4
溶媒を表2に示すものとし、結合用流体の全量に対する、ナノセルロースの量を表2に示す値となるように変更し、さらに平均繊維径および平均繊維長が表2に示すナノセルロースを用いた以外は、実施例7と同様に結合用流体を調製した。なお、赤外光吸収剤の量は一定とし、ナノセルロースの量は、溶媒の量によって調整した。また、比較例4では、ナノセルロースを混合しなかった。
-Examples 10 to 12 and Comparative Example 4
The solvent is shown in Table 2, the amount of nanocellulose is changed to the values shown in Table 2 with respect to the total amount of the binding fluid, and the average fiber diameter and average fiber length are the nanocellulose shown in Table 2. A coupling fluid was prepared in the same manner as in Example 7, except that the fluid was not present. The amount of the infrared light absorber was kept constant, and the amount of nanocellulose was adjusted according to the amount of the solvent. Moreover, in Comparative Example 4, nanocellulose was not mixed.

<立体造形物の作製>
表2に示すように、平均粒子径50μmのPA12もしくはポリプロピレンからなる粉末材料を、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、160℃に予備加熱を行った。この薄層に、ISO527−2−1BAの試験片形状(最大長さ:75mm、最大幅:10mm)に、各実施例で調製した結合用流体をインクジェット法にて塗布した。結合用流体の塗布量は、1mm当たり、30μLとした。次いで、当該結合用流体を塗布した以外の領域に剥離用流体をインクジェット法にて塗布した。剥離用流体は、n−デカン(比誘電率:2.0)もしくはn−ドデカン(比誘電率:2.0)とした。剥離剤流体の塗布量は、1mm当たり、30μLとした。その後、薄層に赤外ランプから赤外光を照射して、結合用流体を塗布した領域の表面温度が220℃になるまで加熱した。上記工程を10回繰り返し、造形物層が10層積層された立体造形物を製造した。
<Making a three-dimensional model>
As shown in Table 2, a powder material made of PA12 or polypropylene having an average particle diameter of 50 μm was spread on a molding stage installed on a hot plate to form a thin layer having a thickness of 0.1 mm, and preheated to 160 ° C. Was done. The binding fluid prepared in each example was applied to this thin layer in the shape of a test piece of ISO5272-1BA (maximum length: 75 mm, maximum width: 10 mm) by an inkjet method. The coating amount of the binding fluid was 30 μL per 1 mm 2. Next, the peeling fluid was applied by an inkjet method to a region other than the area to which the binding fluid was applied. The exfoliating fluid was n-decane (relative permittivity: 2.0) or n-dodecane (relative permittivity: 2.0). The amount of the release agent fluid applied was 30 μL per 1 mm 2. Then, the thin layer was irradiated with infrared light from an infrared lamp and heated until the surface temperature of the region coated with the coupling fluid reached 220 ° C. The above process was repeated 10 times to produce a three-dimensional model in which 10 layers of the model were laminated.

<立体造形物における精度の評価および粉末材料の損失弾性率の特定>
上記実施例1等と同様に、作製した各立体造形物の精度を評価した。またさらに、立体造形物の作製に使用した粉末材料の溶融温度±20℃における損失弾性率の最小値に対する、粉末材料の溶融温度±20℃における損失弾性率の最大値(最大値/最小値)を算出した。結果を表2に示す。
<Evaluation of accuracy in 3D objects and identification of loss elastic modulus of powder materials>
The accuracy of each three-dimensional model produced was evaluated in the same manner as in Example 1 and the like. Furthermore, the maximum value (maximum value / minimum value) of the loss elastic modulus at the melting temperature of the powder material ± 20 ° C. with respect to the minimum value of the loss elastic modulus at the melting temperature ± 20 ° C. of the powder material used for producing the three-dimensional model. Was calculated. The results are shown in Table 2.

Figure 0006874531
Figure 0006874531

上記表2に示されるように、結合用流体がナノセルロースを含む場合にも、造形流体がナノセルロースを含まない場合(比較例4)と比較して造形精度が高まった(実施例9〜12)。 As shown in Table 2 above, even when the binding fluid contains nanocellulose, the modeling accuracy is improved as compared with the case where the modeling fluid does not contain nanocellulose (Comparative Example 4) (Examples 9 to 12). ).

本発明によれば、寸法精度が高い、立体造形物を製造することができる。したがって、本発明は、立体造形法のさらなる普及に寄与するものと思われる。 According to the present invention, it is possible to manufacture a three-dimensional model having high dimensional accuracy. Therefore, the present invention is considered to contribute to the further spread of the three-dimensional modeling method.

200 立体造形装置
210 造形ステージ
220 薄膜形成部
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 赤外光照射部
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 流体塗布部
301 結合用流体塗布部
302 剥離用流体塗布部
310 コンピュータ装置
200 Three-dimensional modeling device 210 Modeling stage 220 Thin film 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 Infrared light irradiation unit 250 Stage support unit 260 Control unit 270 Display unit 275 Operation unit 280 Storage unit 290 Base 285 Data input unit 300 Fluid coating unit 301 Coupling fluid coating unit 302 Peeling fluid coating unit 310 Computer device

Claims (11)

熱可塑性樹脂を含む粉末材料を含む薄層を形成する薄層形成工程と、
エネルギー吸収剤を含む結合用流体、および前記結合用流体の拡散を抑制するための剥離用流体を、前記薄層の互いに隣接する領域に塗布する流体塗布工程と、
前記流体塗布工程後の前記薄層にエネルギーを照射し、前記結合用流体を塗布した領域の前記熱可塑性樹脂を溶融させて造形物層を形成するエネルギー照射工程と、
を含む、立体造形物の製造方法であって、
前記粉末材料および/または前記結合用流体が多糖類のナノファイバーを含み、
前記結合用流体は、比誘電率が20〜50である溶媒を含む、
立体造形物の製造方法。
A thin layer forming step of forming a thin layer containing a powder material containing a thermoplastic resin,
A fluid coating step of applying a binding fluid containing an energy absorber and a peeling fluid for suppressing diffusion of the binding fluid to regions adjacent to each other in the thin layer.
An energy irradiation step of irradiating the thin layer after the fluid coating step with energy and melting the thermoplastic resin in the region to which the binding fluid is applied to form a modeled object layer.
It is a manufacturing method of a three-dimensional model including
The powder material and / or the binding fluid comprises nanofibers of a polysaccharide and
The bonding fluid contains a solvent having a relative permittivity of 20 to 50.
A method for manufacturing a three-dimensional model.
前記剥離用流体は、比誘電率が1〜5である溶媒を含む、
請求項1に記載の立体造形物の製造方法。
The peeling fluid contains a solvent having a relative permittivity of 1 to 5.
The method for manufacturing a three-dimensional model according to claim 1.
前記薄層形成工程、前記流体塗布工程、および前記エネルギー照射工程を複数回繰返すことで、前記造形物層を積層し、立体造形物を形成する、
請求項1または2に記載の立体造形物の製造方法。
By repeating the thin layer forming step, the fluid coating step, and the energy irradiation step a plurality of times, the shaped object layers are laminated to form a three-dimensional shaped object.
The method for manufacturing a three-dimensional model according to claim 1 or 2.
前記流体塗布工程において、前記結合用流体および前記剥離用流体をインクジェット法で塗布する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の立体造形物の製造方法。
In the fluid coating step, the bonding fluid and the peeling fluid are coated by an inkjet method.
The method for manufacturing a three-dimensional model according to any one of claims 1 to 3.
前記エネルギー吸収剤が赤外光吸収剤であり、
前記エネルギー照射工程で、赤外光を照射する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の立体造形物の製造方法。
The energy absorber is an infrared light absorber,
In the energy irradiation step, infrared light is irradiated.
The method for manufacturing a three-dimensional model according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の立体造形物の製造方法に用いる粉末材料であって、
熱可塑性樹脂と、
多糖類のナノファイバーと、
を含む、粉末材料。
A powder material used in the method for producing a three-dimensional model according to any one of claims 1 to 5.
With thermoplastic resin
Polysaccharide nanofibers and
Including powder material.
前記多糖類のナノファイバーの平均繊維径が3〜30nmであり、平均繊維長が200〜10000nmである、
請求項6に記載の粉末材料。
The average fiber diameter of the polysaccharide nanofibers is 3 to 30 nm, and the average fiber length is 200 to 10000 nm.
The powder material according to claim 6.
前記多糖類のナノファイバーが、セルロースのナノファイバーを含む、
請求項6または7に記載の粉末材料。
The polysaccharide nanofibers include cellulose nanofibers.
The powder material according to claim 6 or 7.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の立体造形物の製造方法に用いられる結合用流体であって、
エネルギー吸収剤と、
多糖類のナノファイバーと、
比誘電率が20〜50である溶媒と、
を含む、結合用流体。
A coupling fluid used in the method for producing a three-dimensional model according to any one of claims 1 to 5.
Energy absorber and
Polysaccharide nanofibers and
With a solvent having a relative permittivity of 20 to 50,
For bonding fluids, including.
前記多糖類のナノファイバーの平均繊維径が3〜30nmであり、かつ平均繊維長が200〜10000nmである、
請求項9に記載の結合用流体。
The average fiber diameter of the polysaccharide nanofibers is 3 to 30 nm, and the average fiber length is 200 to 10000 nm.
The coupling fluid according to claim 9.
前記多糖類のナノファイバーが、セルロースのナノファイバーを含む、
請求項9または10に記載の結合用流体。
The polysaccharide nanofibers include cellulose nanofibers.
The coupling fluid according to claim 9 or 10.
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