JP6907657B2 - 三次元造形物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の三次元造形物の製造方法は、複数の層を積層して三次元造形物を製造する方法であって、
複数個の粒子、溶剤およびバインダーを含む組成物を液滴として吐出して前記層を形成する層形成工程と、前記層にレーザー光を照射し、前記層中に含まれる前記粒子同士を接合する接合工程とを含む一連の工程を繰り返し行い、
前記粒子の平均粒径D 50 が、0.2μm以上50μm未満であり、
前記組成物中における前記溶剤の含有量が、5質量%以上70質量%以下であり、
前記層形成工程における前記組成物の粘度が、100mPa・s以上1000000mPa・s以下であり、
前記粒子の平均粒径をD50[μm]、前記層形成工程で形成された前記層の厚さをDS[μm]としたとき、DS/D50<5.0の関係を満たし、
前記接合工程により前記粒子同士が接合された状態の前記層の表面の算術平均高さSaが0μm超5.0μm以下であることを特徴とする。
これにより、三次元造形物の寸法精度をさらに向上させることができる。
《三次元造形物の製造方法》
まず、本発明の三次元造形物の製造方法について説明する。
図1〜図10は、本発明の第1実施形態の三次元造形物の製造方法の工程を模式的に示す縦断面図である。図11は、本発明の第1実施形態の三次元造形物の製造方法を示すフローチャートである。
[層形成工程]
これにより、三次元造形物10の信頼性をより向上させることができる。
第1のパターン形成工程では、サポート部形成用組成物2A’を、例えば、ステージM41の平面M410上に吐出して第1のパターン2Aを形成する。
サポート部形成用組成物2A’は、例えば、ペースト状をなしていてもよい。
なお、サポート部形成用組成物2A’については、後に詳述する。
第2のパターン形成工程では、実体部形成用組成物2B’を吐出して第2のパターン2Bを形成する。
実体部形成用組成物2B’は、例えば、ペースト状をなしていてもよい。
上記のような第1のパターン形成工程、第2のパターン形成工程を行うことにより、第1のパターン2A、第2のパターン2Bを有する層1が形成される。言い換えると、層形成工程は、第1のパターン形成工程および第2のパターン形成工程を有している。
溶剤除去工程では、層1中に含まれる溶剤を除去する。
本工程後の層1中における溶剤の含有率は、0.1質量%以上25質量%以下であるのが好ましく、0.5質量%以上20質量%以下であるのがより好ましい。
接合工程では、層1にレーザー光Lを照射(走査)する(図3、図4、図7、図8参照)。
本実施形態では、層形成工程(第1のパターン形成工程および第2のパターン形成工程)、溶剤除去工程および接合工程を含む一連の工程を繰り返し行った後に(図9参照)、後処理工程として、サポート材5を除去する(図10参照)。これにより、三次元造形物10が取り出される。
次に、前述した実施形態の製造方法に用いられる三次元造形物製造用組成物について説明する。
まず、三次元造形物10の製造に用いる三次元造形物製造用組成物としての実体部形成用組成物2B’について説明する。
実体部形成用組成物2B’が、複数個の粒子21Bを含むことにより、三次元造形物10の構成材料の選択の幅を拡げることができ、所望の物性、質感等を有する三次元造形物10を好適に得ることができる。例えば、溶媒に溶解した材料を用いて三次元造形物を製造する場合、使用することのできる材料に制限があるが、粒子21Bを含む実体部形成用組成物2B’を用いることによりこのような制限を解消することができる。
また、実体部形成用組成物2B’は、2種以上の粒子21Bを含んでいてもよい。
実体部形成用組成物2B’が溶剤(分散媒)を含むことにより、実体部形成用組成物2B’中において粒子21Bを好適に分散させることができ、ディスペンサー等による実体部形成用組成物2B’の吐出を安定的に行うことができる。
実体部形成用組成物2B’は、溶剤が除去された状態において、粒子21B同士を仮結合する機能をするバインダーを含むものであってもよい。
また、実体部形成用組成物2B’は、前述した以外の成分を含んでいてもよい。このような成分としては、例えば、重合開始剤;分散剤;界面活性剤;増粘剤;凝集防止剤;消泡剤;スリップ剤(レベリング剤);染料;重合禁止剤;重合促進剤;浸透促進剤;湿潤剤(保湿剤);定着剤;防黴剤;防腐剤;酸化防止剤;紫外線吸収剤;キレート剤;pH調整剤等が挙げられる。
次に、三次元造形物10の製造に用いる三次元造形物製造用組成物としてのサポート部形成用組成物2A’について説明する。
サポート部形成用組成物2A’が、複数個の粒子21Aを含むことにより、形成すべきサポート部5(第1のパターン2A)が微細な形状を有する場合等であっても、サポート部5を高い寸法精度で、効率よく形成することができる。また、サポート部5を構成する複数個の粒子21Aの隙間から、溶剤やバインダー(分解物を含む)を効率よく除去することができ、三次元造形物10の生産性をより向上させることができるとともに、三次元造形物10の信頼性をより向上させることができる。
また、サポート部形成用組成物2A’は、2種以上の粒子21Aを含んでいてもよい。
サポート部形成用組成物2A’が溶剤を含むことにより、サポート部形成用組成物2A’中において粒子を好適に分散させることができ、ディスペンサー等によるサポート部形成用組成物2A’の吐出を安定的に行うことができる。
サポート部形成用組成物2A’は、溶剤が除去された状態において、粒子21A同士を仮結合する機能をするバインダーを含むものであってもよい。
また、サポート部形成用組成物2A’は、前述した以外の成分を含んでいてもよい。このような成分としては、例えば、重合開始剤;分散剤;界面活性剤;増粘剤;凝集防止剤;消泡剤;スリップ剤(レベリング剤);染料;重合禁止剤;重合促進剤;浸透促進剤;湿潤剤(保湿剤);定着剤;防黴剤;防腐剤;酸化防止剤;紫外線吸収剤;キレート剤;pH調整剤等が挙げられる。
次に、本実施形態に係る三次元造形物製造用組成物セットについて説明する。
これにより、三次元造形物10の信頼性をより向上させることができる。
これにより、三次元造形物10の信頼性をさらに向上させることができる。
図12〜図19は、本発明の第2実施形態の三次元造形物の製造方法の工程を模式的に示す縦断面図である。図20は、本発明の第2実施形態の三次元造形物の製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、層形成工程を、一旦組成物載置部(組成物仮置部)M7上に三次元造形物製造用組成物2’を供給(仮置き)し(図12、図15参照)、その後、当該三次元造形物製造用組成物2’を、平坦化手段M8により平坦化する(図13、図16参照)ことにより行う。
接合工程は、前述した実施形態と同様に、層1にレーザー光Lを照射(走査)することにより行ったが、本実施形態では、前述した実施形態と異なり、三次元造形物10の実体部4に対応する部位に選択的にレーザー光Lを照射する。これにより、三次元造形物10の実体部4に対応する部位に選択的に接合部3が形成され、それ以外の部位は、粒子21が結合していない状態が保持される。
本実施形態では、層形成工程、溶剤除去工程および接合工程を含む一連の工程を繰り返し行った後に(図18参照)、後処理工程として、三次元造形物10の実体部4に相当する部位以外の三次元造形物製造用組成物2’(不要部)を除去する(図19参照)。これにより、三次元造形物10が取り出される。
次に、第2実施形態の製造方法に用いられる三次元造形物製造用組成物2’について説明する。
次に、三次元造形物製造装置について説明する。
図21は、三次元造形物製造装置の第1実施形態を模式的に示す側面図である。
コンピューターM21は、内部にCPUやメモリー等を備えて構成される一般的な卓上型コンピューター等である。コンピューターM21は、三次元造形物10の形状をモデルデータとしてデータ化し、それを平行な幾層もの薄い断面体にスライスして得られる断面データ(スライスデータ)を駆動制御部M22に対して出力する。
組成物供給手段(吐出手段)M3としては、例えば、インクジェットヘッド、各種ディスペンサー等が挙げられるが、ディスペンサーであるのが好ましい。
図22は、三次元造形物製造装置の第2実施形態を模式的に示す側面図である。
本発明に係る三次元造形物は、前述したような本発明の三次元造形物の製造方法を用いて製造される。
これにより、信頼性に優れた三次元造形物を提供することができる。
また、本発明の三次元造形物の製造方法においては、必要に応じて、前処理工程、中間処理工程、後処理工程を行ってもよい。
後処理工程としては、例えば、洗浄工程、バリ取り等を行う形状調整工程、着色工程、被覆層形成工程、粒子の接合強度を向上させるための熱処理工程等が挙げられる。
[1]三次元造形物製造用組成物の製造
平均粒径が10μmのSUS316L粉末:30体積部と、溶剤としてのグリセリン:70体積部とを混合することにより、三次元造形物製造用組成物としての実体部形成用組成物を得た(表1参照)。
前記のようにして得られた三次元造形物製造用組成物を用いて、設計寸法が厚さ:4mm×幅:10mm×長さ:80mmの直方体形状である三次元造形物を、以下のようにして製造した。
実体部形成用組成物の構成、層形成工程で形成する層の厚さを、表1に示すようにし、レーザー光の照射条件を調整した以外は、前記実施例A1と同様にして三次元造形物製造用組成物(三次元造形物製造用組成物セット)、三次元造形物を製造した。
実体部形成用組成物の構成、層形成工程で形成する層の厚さを、表1に示すようにし、レーザー光の照射条件を調整した以外は、前記実施例A1と同様にして三次元造形物製造用組成物(三次元造形物製造用組成物セット)、三次元造形物を製造した。
[3.1]三次元造形物の寸法精度
前記各実施例および各比較例の三次元造形物について、厚さ、幅、長さを測定し、設計値からのずれ量を求め、以下の基準に従い評価した。
A:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が1.0%未満である。
B:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が1.0%以上2.0%未満である。
C:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が2.0%以上4.0%未満である。
D:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が4.0%以上7.0%未満である。
E:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が7.0%以上である。
前記各実施例および各比較例の三次元造形物について、JIS K 7171:1994(ISO 178:1993)に準拠し、支点間距離64mm、試験速度:2mm/分という条件で測定を行い、曲げ強度について、以下の基準に従い評価した。
A:曲げ強度が65MPa以上。
B:曲げ強度が60MPa以上65MPa未満。
C:曲げ強度が45MPa以上60MPa未満。
D:曲げ強度が30MPa以上45MPa未満。
E:曲げ強度が30MPa未満。
これらの結果を表2にまとめて示す。
[4]三次元造形物製造用組成物の用意
前記実施例A1で製造した実体部形成用組成物を、本実施例の三次元造形物製造用組成物として用意した。
前記のようにして得られた三次元造形物製造用組成物を用いて、設計寸法が厚さ:4mm×幅:10mm×長さ:80mmの直方体形状である三次元造形物を、以下のようにして製造した。
前記実施例A2〜A4で製造した実体部形成用組成物を、それぞれ、実施例B2〜B4の三次元造形物製造用組成物として用意した。
前記比較例A1〜A7で製造した実体部形成用組成物を、それぞれ、比較例B1〜B7の三次元造形物製造用組成物として用意した。
[6.1]三次元造形物の寸法精度
前記各実施例および各比較例の三次元造形物について、厚さ、幅、長さを測定し、設計値からのずれ量を求め、以下の基準に従い評価した。
A:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が1.0%未満である。
B:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が1.0%以上2.0%未満である。
C:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が2.0%以上4.0%未満である。
D:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が4.0%以上7.0%未満である。
E:厚さ、幅、長さのうち、設計値からのずれ量が最も大きいものについての設計値からのずれ量が7.0%以上である。
前記各実施例および各比較例の三次元造形物について、JIS K 7171:1994(ISO 178:1993)に準拠し、支点間距離64mm、試験速度:2mm/分という条件で測定を行い、曲げ強度について、以下の基準に従い評価した。
A:曲げ強度が65MPa以上。
B:曲げ強度が60MPa以上65MPa未満。
C:曲げ強度が45MPa以上60MPa未満。
D:曲げ強度が30MPa以上45MPa未満。
E:曲げ強度が30MPa未満。
これらの結果を表4にまとめて示す。
Claims (4)
- 複数の層を積層して三次元造形物を製造する方法であって、
複数個の粒子、溶剤およびバインダーを含む組成物を液滴として吐出して前記層を形成する層形成工程と、前記層にレーザー光を照射し、前記層中に含まれる前記粒子同士を接合する接合工程とを含む一連の工程を繰り返し行い、
前記粒子の平均粒径D 50 が、0.2μm以上50μm未満であり、
前記組成物中における前記溶剤の含有量が、5質量%以上70質量%以下であり、
前記層形成工程における前記組成物の粘度が、100mPa・s以上1000000mPa・s以下であり、
前記粒子の平均粒径をD50[μm]、前記層形成工程で形成された前記層の厚さをDS[μm]としたとき、DS/D50<5.0の関係を満たし、
前記接合工程により前記粒子同士が接合された状態の前記層の表面の算術平均高さSaが0μm超5.0μm以下であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 前記接合工程により前記粒子同士が接合された状態の前記層の表面の最大高さSzが250μm以下である請求項1に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記組成物を平坦化手段により平坦化して前記層を形成する請求項1または2に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記層形成工程で形成された前記層の厚さDSが、5μm以上300μm以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の三次元造形物の製造方法。
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