JP7232329B2 - 三次元物体成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

本願は、２０１９年０４月１８日に中国特許局に提出した、出願番号が２０１９１０３１３４１６．１で、出願の名称が「三次元物体成形方法及び成形装置」という中国特許出願の優先権を主張し、その全ての内容は援用によって本願に組み合わせられる。

３Ｄ印刷技術は、ラピッドプロトタイピング技術、ラピッドプロトタイピング製造技術、積層造形技術などとも呼ばれており、その基本的な原理は、スライスソフトウェアに基づいて３Ｄモデルをスライスし、データプロセッサは、３Ｄモデルのスライスデータを層印刷データに転換し、コントローラは、層印刷データに基づいて印刷装置が層ごとに印刷して重ね合わせて３Ｄ物体を形成するように制御する。現段階に、３Ｄ印刷技術は、主に選択的レーザ焼結技術（ＳＬＳ技術と略称）、三次元インクジェット印刷技術（ＭＪＰ技術と略称するマルチマテリアルインクジェット印刷技術に属する）などを含む。

３Ｄ印刷技術は、ラピッドプロトタイピング技術、ラピッドプロトタイピング製造技術、積層造形技術などとも呼ばれており、その基本的な原理は、スライスソフトウェアに基づいて３Ｄモデルをスライスし、データプロセッサは、３Ｄモデルのスライスデータを層印刷データに転換し、コントローラは、層印刷データに基づいて印刷装置が層ごとに印刷して重ね合わせて３Ｄ物体を形成するように制御する。現段階に、３Ｄ印刷技術は、主に選択的レーザ焼結技術（ＳＬＳ技術と略称）、三次元インクジェット印刷技術（ＭＪＰ技術と略称）などを含む。

ＳＬＳ技術は、粉末三次元成形技術とも呼ばれており、その主な過程は、支持プラットフォームに層ごとに粉末粒子層を敷き、モデルデータに基づいてレーザによって選択的に粉末粒子を階層化して焼結することにより、粉末粒子を焼結又は溶融した後スライス層に固化し、且つ焼結によって成形されたスライス層を層ごとに重ね合わせ、三次元物体を形成することである。ＳＬＳ技術は、実際に物理成形過程であり、成形精度が低い。

ＳＬＳ技術で使用される材料は、金属粉末、セラミック粉末、プラスチック粉末などであってもよい。プラスチックは、一般的に、熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックとに分けられることができ、熱硬化性プラスチックとは、加熱されると軟化して流動するが、再度加熱されると可塑性を失い、且つリサイクルされて再利用することができないプラスチックであるが、熱可塑性プラスチックは、一定の温度で可塑性があるが、冷却した後硬化し、且つ、このような過程を繰り返すことができるプラスチックであるため、ＳＬＳ技術で使用されるプラスチック粉末は、熱可塑性粉末粒子である場合が多い。しかし、熱可塑性粉末粒子によって作られた三次元物体は、通常、耐熱性と剛性とが劣っている欠点があるため、その航空宇宙、自動車産業、化学産業、紡績及び機械製造などの分野での応用が制限されている。

ＭＪＰ技術で、コントローラは、層印刷データに基づいて、印刷ヘッドが支持プラットフォームに光硬化材料又は熱硬化材料を選択的に噴射するように制御し、それから、レベリングと硬化により、硬化された材料層を形成し、上記硬化された材料層を層ごとに重ね合わせ、三次元物体を形成する。ＭＪＰ技術は、実際に、化学的に架橋成形過程であり、高い成形精度がある。しかしながら、インクジェット印刷の流暢さを確保するために、光硬化材料又は熱硬化材料全体は、適宜な粘度及び表面張力などを有する必要があり、これにより材料成分の具体的な選択に一定の制限がもたらされ、最終的に三次元物体の機械的性能が産業的応用を満たすことが困難になっている。

上記欠点に対し、本願は、高い成形精度を有する前提で、三次元物体に優れた機械的性能を持たせることができるように、三次元物体成形方法を提供する。

本願はさらに、前述三次元物体成形方法を実施するための三次元物体成形装置を提供する。

上記目的を実現するために、本願は、三次元物体成形方法を提供し、
熱重合が可能な熱硬化性粉末粒子を少なくとも含む粉末粒子層を形成するステップと、
層印刷データに基づいて、粉末粒子層に光硬化材料を噴射することにより、光硬化材料を少なくとも一部の粉末粒子層に被覆するとともに粉末粒子層内に浸透するステップと、
光硬化材料を硬化させてスライス層を形成するステップと、
取得された複数のスライス層を層ごとに重ね合わせて三次元物体グリーン体を形成するように、上記の粉末粒子層を形成するステップからスライス層を形成するステップまでのステップを繰り返して実行するステップと、
熱硬化性粉末粒子を熱重合して三次元物体を得るように、三次元物体グリーン体を加熱するステップと、を含む。

具体的に、実際の三次元物体成形過程において、まず、スライスソフトウェアに基づいて３Ｄモデルをスライスし、データプロセッサは、スライスデータを層印刷データに転換し、コントローラは、層印刷データに基づいて三次元インクジェット印刷機が光硬化材料を粉末粒子層の表面に印刷するように制御し、光硬化材料を粉末粒子層に浸透し、熱硬化性粉末粒子間の隙間が光硬化材料で充填され、熱硬化性粉末粒子が光硬化材料で包まれる。光硬化後に、光硬化材料中の感光性樹脂が架橋硬化されてスライス層が形成され、スライス層を層ごとに重ね合わせるように、上記ステップを繰り返し、三次元物体グリーン体を形成し、最後に、熱硬化性粉末粒子が化学的に架橋されて硬化されるように、三次元物体グリーン体を加熱し、最終的に、三次元物体を取得する。

したがって、本願により提供される三次元物体成形方法において、熱硬化性プラスチックを三次元物体の原料の１つとすることにより、取得された三次元物体は、三次元インクジェット印刷技術で使用される熱硬化材料の利点を保留した上で、熱硬化性プラスチック特有の高耐熱性、断熱性、耐摩耗性、絶縁性、高耐圧性などの優れた性能も兼備され、特に、優れた機械的性能が兼備されているため、三次元印刷技術の応用分野は広くなる。

また、成形方法全体は三次元インクジェット印刷技術を十分に使用したため、三次元物体の成形精度を確保することができる。光硬化材料を粉末粒子層に浸透し、粉末粒子間のギャップを補填したため、熱処理時の熱硬化性粉末粒子の収縮率を低減し、さらに、三次元物体の成形精度を向上させることができる。

本願により提供される三次元物体成形方法において、まず、熱硬化性プラスチックを採用して粉末粒子層を形成し、そして、光硬化材料を粉末粒子層の隙間に浸透するように、光硬化材料を粉末粒子層に噴射し、次に、光硬化により、粉末粒子層が包まれるように光硬化材料を架橋硬化させ、スライス層を形成し、上記方式で得られた複数のスライス層を層ごとに重ね合わせ、三次元物体グリーン体を得て、最後に、熱硬化性プラスチックを熱硬化させるように、三次元物体グリーン体を加熱し、最終的に、三次元物体を得る。

本願により提供される三次元物体成形方法において、まず、熱硬化性プラスチックを採用して粉末粒子層を形成し、そして、光硬化材料を粉末粒子層の隙間に浸透するように、光硬化材料を粉末粒子層に印刷し、次に、光硬化により、粉末粒子層が包まれるように光硬化材料を架橋硬化させ、スライス層を形成し、上記方式にしたがって複数のスライス層を層ごとに重ね合わせ、三次元物体グリーン体を得て、最後に、熱硬化性プラスチックを熱硬化させるように、三次元物体グリーン体を加熱し、最終的に、三次元物体を得る。

したがって、本願により提供される三次元物体成形方法において、ＳＬＳ技術とＭＪＰ技術とは、巧妙に組み合わせられて改善され、ＭＪＰ技術の強みは十分に利用され、粉末粒子三次元成形の成形精度を向上させる。また、光硬化材料が粉末粒子層の隙間に充填されたため、熱処理された三次元物体の収縮率を低減し、さらに、三次元物体の成形精度を向上させることができる。

なお、本願において、熱硬化性プラスチックを三次元物体の原料として採用しており、オリジナルの光硬化材料の強みは維持されると同時に、三次元物体は、熱硬化性プラスチック特有の高耐熱性、断熱性、耐摩耗性、絶縁性、高耐圧性などの優れた性能も兼備され、特に、優れた機械的性能が兼備されるため、三次元物体は、航空宇宙、自動車産業、化学産業、紡績及び機械製造などの分野に広く応用されることができる。

本願により提供される三次元物体成形装置は、前述三次元物体成形方法を実施するために用いられ、成形精度が高く、機械的強度が高い三次元物体を取得することができる。

本願の実施例１により提供される三次元物体成形方法の概略図である。 本願の実施例２により提供される三次元物体成形装置の構造概略図である。

本願の実施例の目的、技術案及び利点をより明瞭にするために、以下、本願の実施例に係る図面を参照しながら、本願の実施例における技術案を明瞭で、且つ完全に説明し、当然ながら、記載される実施例は本願の実施例の一部にすぎず、すべての実施例ではない。当業者が本発明における実施例に基づいて創造的な労働なしに取得されたその他のすべての実施例は、いずれも本願の保護範囲に属する。

実施例１

本実施例は、三次元物体成形方法を提供し、図１に示すように、
熱重合が可能な熱硬化性粉末粒子を少なくとも含む粉末粒子層を形成するステップＳ１と、
層印刷データに基づいて、粉末粒子層に光硬化材料を噴射することにより、光硬化材料を少なくとも一部の粉末粒子層に被覆するとともに粉末粒子層内に浸透するステップＳ２と、
光硬化材料を硬化させてスライス層を形成するステップＳ３と、
取得された複数のスライス層を層ごとに重ね合わせて三次元物体グリーン体を形成するように、上記の粉末粒子層を形成するステップからスライス層を形成するステップまでのステップ（即ち、ステップＳ１からＳ３まで）を繰り返して実行するステップＳ４と、
熱硬化性粉末粒子を熱重合させて、三次元物体を得るように、三次元物体グリーン体を加熱するステップＳ５と、を含む。

具体的に、上記三次元物体成形方法の実行主体は、印刷装置であってもよく、印刷装置は、粉末粒子層の供給、インクジェット印刷及び熱処理を制御することにより、上記ステップＳ１からＳ５までを実現し、最終的に、目標三次元物体を製造する。

上記ステップＳ１で使用される熱硬化性粉末粒子は、加熱される時に熱重合することができ、即ち、熱硬化性粉末粒子の分子は、加熱されると架橋することができ、最終的に、熱硬化性粉末粒子を硬化させて成形する。熱硬化性粉末粒子は、分子構造上で熱重合が可能な活性基を少なくとも１つ持っている。

いわゆる熱重合反応が可能な活性基とは、一定の温度で、当該熱硬化性粉末粒子での活性基自身であってもよいし、または、他の熱硬化性粉末粒子での活性基と熱重合反応が可能な活性基であってもよい。

例えば、熱硬化性粉末粒子自身は、熱重合が可能な活性基を１つ有してもよく、熱硬化性粉末粒子自身は、熱重合が可能な活性基を２つ又は複数有してもよく、２種類の熱硬化性粉末粒子は使用されてもよく、熱硬化性粉末粒子上で種類ごとに活性基が１つ持たれており、且つ、２種類の熱硬化性粉末粒子上で持たれた活性基は、熱重合が可能である。

具体的に、上記活性基は、エポキシ基、シアネート基、イソシアネート基、酸無水物、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、イミン基、ビニル基、アリル基、及びアクリロキシ基などのうちの少なくとも１つであってもよい。

選択的に、前記熱硬化性粉末粒子は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド、酸無水物、固体ポリ酸、固体ポリオール、ジシアンジアミド、トリグリシジルイソシアヌレート、β－ヒドロキシアルキルアミド、及びジヒドラジドなどのうちの少なくとも１種から選択される。

エポキシ樹脂は、具体的に、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、アルデヒドエポキシ樹脂、及びテトラフェノールエタンテトラグリシジルエーテルなどのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

不飽和ポリエステル樹脂は、具体的に、オルトフタル酸不飽和ポリエステル樹脂、テレフタル酸不飽和ポリエステル樹脂、イソフタル酸不飽和ポリエステル樹脂、ビスフェノールＡ型不飽和ポリエステル樹脂、及びビニルエステル型不飽和ポリエステル樹脂などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

飽和ポリエステル樹脂は、具体的に、ヒドロキシル末端飽和ポリエステル樹脂、及びカルボキシル末端飽和ポリエステル樹脂などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

アクリル樹脂は、具体的に、エポキシ基を有するアクリル樹脂、カルボキシル基を有するアクリル樹脂、及びヒドロキシル基を有するアクリル樹脂などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

アクリレート樹脂は、具体的に、ポリエステルアクリル樹脂、ポリウレタンアクリル樹脂、エポキシアクリル樹脂、及びハイパーブランチアクリル樹脂などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

シアネートエステル樹脂は、具体的に、ビスフェノールＡ型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールＦ型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールＭ型シアネートエステル樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型シアネートエステル樹脂、フェノール型シアネートエステル樹脂、及びジシクロペンタジエン型シアネートエステル樹脂などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

ポリイミド樹脂は、具体的に、脂肪族ポリイミド樹脂、半芳香族ポリイミド樹脂、及び芳香族ポリイミド樹脂などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

ポリイミド樹脂は、具体的に、脂肪族ポリイミド樹脂、半芳香族ポリイミド樹脂、及び芳香族ポリイミドなどのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

酸無水物は、具体的に、無水マレイン酸、ピロメリット酸無水物、フタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、テトラクロロフタル酸無水物、及びテトラブロモフタル酸無水物などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

酸無水物は、具体的に、無水マレイン酸、ピロメリット酸無水物、フタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、テトラクロロフタル酸無水物、テトラブロモフタル酸無水物、及びトリメリット酸無水物などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

固体ポリ酸は、具体的に、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、フマル酸、及び１，４－シクロヘキサンジカルボン酸などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

固体ポリオールは、具体的に、ネオペンチルグリコール、ジブロモネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ヘキサンジオール、及び１，４－シクロヘキサンジメタノールなどのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

理解することは難しくないものとして、熱硬化性粉末粒子の粒径が小さすぎることは好ましくなく、さもないと、光硬化材料が短時間内に粉末粒子層の現在層の底部まで浸透することは難しくなり、光硬化材料の光硬化成形にも不利であるが、熱硬化性粉末粒子の粒径が大きすぎることも好ましくなく、さもないと、粒子間のギャップが大きすぎて、三次元物体の成形精度に影響を及ぼす。したがって、本実施例では、熱硬化性粉末粒子の直径は、一般的に、１～３００μｍに制御されることができる。

粉末粒子層には、熱硬化性粉末粒子のほかに、また、活性基の熱重合反応を触媒するための触媒が含まれることができる。当該触媒は、選択された熱硬化性粉末粒子、特に、熱硬化性粉末粒子での活性基の具体的な状況に応じて合理的に選択されることができる。

具体的に、触媒は、ドデシルフェノール、ジアミノジフェニルメタン、１，３－ジアザシクロペンタジエン、２－メチルイミダゾール、２－エチルイミダゾール、１－シアノエチル－２－フェニルイミダゾール、イソオクタン酸コバルト、オクタン酸第一スズ、ジブチルスズジラウレート、及びＰ－トルエンスルホニルクロリドなどのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

選択的に、粉末粒子層には、加熱される時にフリーラジカルに分解され、続いて活性基の熱重合反応を開始するための開始剤がさらに含まれることができる。当該開始剤の具体的な種類は、熱硬化性粉末粒子での活性基の具体的な状況に応じて合理的に選択されることができ、過酸化ベンゾイル、過酸化ジクミル、シクロヘキサノンペルオキシド、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、アゾビスイソブチロニトリル及びアゾビスイソヘプトニトリルのうちの少なくとも１種を含むが、これらに限定されない。

選択的に、粉末粒子層には、さらに、開始剤をフリーラジカルに分解するように促進する、または、熱硬化性粉末粒子での活性基の熱重合反応を促進するための促進剤が含まれることができる。

具体的に、上記促進剤は、第三級アミン及びその塩類、脂肪アミン類、置換尿素、イミダゾール及びその塩類、アセチルアセトン金属塩、トリフェニルホスフィン及びその塩、カルボン酸金属塩及びその錯体、三フッ化ホウ素アミン錯体、フェノール類、第四級アンモニウム塩類、チオ尿素及びその誘導体、有機グアニジン類、シクロアルキルイミダゾリン、有機カルボン酸塩、チタン酸塩のうちの少なくとも１種から選択されることができ、例えば、フェノール、Ｏ－クレゾール、ビスフェノールＡ、レゾルシノール、エチレンチオ尿素、脂肪アミン、ネオジムアセチルアセトナート、トリフェニルホスフィン、及びサリチル酸などのうちの少なくとも１種から選択されることができる。

上記触媒、開始剤、促進剤のいずれにより、熱硬化性粉末粒子での活性基の迅速な熱重合反応はでき、熱処理時間が短縮され、これにより三次元物体の製造サイクルが短縮される。

選択的に、本実施例では、前記粉末粒子層には、さらに、粉末粒子層の硬化成形後の性能を改善し、さらに、三次元物体の性能を向上させるための充填剤が含まれることができる。

当該充填剤は、無機充填剤であってもよく、有機充填剤であってもよく、無機充填剤と有機充填剤とを同時に含んでもよい。無機充填剤は、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、カオリン、アスベスト、クォーツパウダー、タルカムパウダー、マイカパウダー、モンモリロナイト、アルミニウム粉末、銅粉、亜鉛粉、鉄粉、グラファイト、ダイヤモンド、アルミナ、ジルコニア、酸化マグネシウム、ガラス、セラミック、炭素、ケイ酸塩、煙道灰、ホウ酸塩、リン酸塩、二酸化ケイ素、二酸化チタンなどのうちの少なくとも１種を含む。有機充填剤は、炭素繊維、アラミド繊維、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳプラスチック、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレートような熱可塑性プラスチック、及び変性プラスチックなどのうちの少なくとも１種から選択される。

具体的に、三次元物体の性能に対する実際の必要に応じて適宜な充填剤を合理的に選択することができる。充填剤を他の成分と混合し、そして、粉末供給部材に提供し、層ごとに粉末粒子を供給して目標厚さを有する粉末粒子層を形成する。

本実施例では、粉末粒子層の厚さは、実際の目標三次元物体の精度のニーズに応じて合理的に設定されることができ、なお、光硬化材料が粉末粒子層の現在層の底部まで浸透できるように確保すべきであり、例えば１５～４００μｍであってもよい。

ステップＳ２は、層印刷データに基づいて、粉末粒子層に少なくとも１種の光硬化材料を選択的に噴射するステップである。

具体的に、本実施例では、層印刷データの取得方法は、限定されず、本分野における三次元物体印刷過程で層印刷データの任意の１種の取得方法を採用することができ、例えば、スライスソフトウェアを使用して目標三次元物体モデルをスライス階層化処理して層画像データを取得し、続いて、データプロセッサは、層画像データに対して色変換及びハーフトーン処理を実行し、最終的に、層印刷データを得る。

粉末粒子層領域の単位面積あたりに具体的に噴射される光硬化材料は、体積が光硬化材料の硬化状態に関連し、領域の単位面積あたりに噴射される光硬化材料が粉末粒子層の現在層の底部まで浸透できると同時に、光硬化材料が硬化されて成形され得ることを満たす必要がある。

本実施例に記載の光硬化材料とは、放射線源の照射で硬化反応可能な材料であり、放射線源は、具体的に、ＵＶ線、電磁放射線、及び赤外線などであってもよい。本実施例で使用される光硬化材料は、具体的に、光硬化性樹脂及び／又はモノマー、光開始剤を含んでもよいし、補助剤を含んでもよい。

本実施例では、モノマーは、光硬化反応に関与し、光硬化材料のパラメータ性能を調整する役割を果たすことができる限り、特に限定されない。具体的に、窒素含有複素環を有するアミド系モノマーのうちの少なくとも１種から選択されることができ、例えば、アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ）、Ｎ－ビニルピロリドン、Ｎ－ビニルカプロラクタムなどであってもよく、及び／又は、脂肪族環を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、例えば、ジシクロペンタジエンメタクリレート、ジシクロペンチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸イソボルニル、１－アダマンタン（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレートなどであってもよく、及び／又は、エトキシル化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、プロポキシル化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ベンジルメタクリレート、及び２－フェノキシエチルメタクリレートなどの芳香環を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、及び／又は、酸素（硫黄）複素環構造を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、及び／又は、窒素含有複素環を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、例えば、ＧＵＤＩ社製のＭ３７０、長興社製のＥＭ２３０８、深セン撒比斯有限公司製のＰＡＲ－６８Ａ、新中村社製のＡ９３００－１ＣＬなどであってもよく、及び／又は、環状構造を持たない（メタ）アクリレートモノマーから選択され、例えば、３－ヒドロキシー２，２－ジメチルプロピルー３－ヒドロキシー２，２－ジメチルプロピルジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、及びジプロピレングリコールジアクリレートなどのうちの少なくとも１種であってもよい。

本実施例では、モノマーは、光硬化反応に関与し、光硬化材料のパラメータ性能を調整する役割を果たすことができる限り、特に限定されない。具体的に、窒素含有複素環を有するアミド系モノマーのうちの少なくとも１種から選択されることができ、例えば、アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ）、Ｎ－ビニルピロリドン、Ｎ－ビニルカプロラクタムなどであってもよく、及び／又は、脂肪族環を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、例えば、ジシクロペンタジエンメタクリレート（ジシクロペンタジエンメタアクリレート）、ジシクロペンチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸イソボルニル、１－アダマンタン（メタ）アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ（メタ）アクリレートなどであってもよく、及び／又は、エトキシル化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、プロポキシル化ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ベンジルメタクリレート（Ｂｅｎｚｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、及び２－フェノキシエチルメタクリレートなどの芳香環を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、及び／又は、酸素（硫黄）複素環構造を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、及び／又は、窒素含有複素環を有する（メタ）アクリレートモノマーのうちの少なくとも１種から選択され、例えば、ＧＵＤＩ社製のＭ３７０、長興社製のＥＭ２３０８、深セン撒比斯有限公司製のＰＡＲ－６８Ａ、新中村社製のＡ９３００－１ＣＬなどであってもよく、及び／又は、環状構造を持たない（メタ）アクリレートモノマーから選択され、例えば、３－ヒドロキシー２，２－ジメチルプロピルー３－ヒドロキシー２，２－ジメチルプロピルジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、及びジプロピレングリコールジアクリレートなどのうちの少なくとも１種であってもよい。

本実施例で使用される光開始剤は、フリーラジカル光開始剤とカチオン性光開始剤とのうちの少なくとも１種であってもよい。具体的に、フリーラジカル光開始剤は、α－ヒドロキシケトン類、α－アミノケトン類、アシルホスフィンオキシド、オキシムエステル類、ＩＴＸ（イソプロピルチオキサントン）、第三級アミン安息香酸エステル、活性アミンラジカル光開始剤のうちの少なくとも１種から選択されることができ、カチオン性光開始剤は、ハロニウム塩、スルホニウム塩、スルホキソニウム塩、ヨードシル塩、及びジアゾチドなどの弱い求核性アニオンを有するオニウム塩から選択されることができる。

本実施例で使用される補助剤は、界面活性剤、消泡剤及び重合防止剤のうちの少なくとも１種から選択されてもよいし、他の種類の補助剤を含んでもよい。

本実施例では、上記界面活性剤は、光硬化材料の表面張力を低下させることができ、材料のレベリングの改善に寄与する限り、特に限定されず、例えば、市場で一般的に使用されている界面活性剤、例えば、ＢＹＫ社の変性ポリシロキサンポリマー界面活性剤ＢＹＫ－３３３、ＢＹＫ－３３７、ＢＹＫ－３７１、ＢＹＫ－３７７、ＢＹＫ１７９８、ＢＹＫ－ＵＶ３５３０、ＢＹＫ－ＵＶ３５７５など、ＴＥＧＯ社の変性ポリシロキサンポリマー界面活性剤Ｔｅｇｏ ｗｅｔ ２７０、ＴＥＧＯ ｗｅｔ ５００、Ｔｅｇｏ Ｇｌｉｄｅ ４５０、及びＴＥＧＯ ＲＡＤ ２０１０、ＴＥＧＯ ＲＡＤ ２０１１などを選択することができる。

重合防止剤は、主に、光硬化材料中のフリーラジカルの重合反応を防止し、光硬化材料の貯蔵安定性を向上させ、光硬化材料の化学的反応や凝固現象を防止するために用いられる。本実施例では、重合防止剤の具体的な選択は、特に限定されず、光硬化材料の貯蔵安定性を向上させることができ、且つ、３Ｄ印刷過程での光硬化反応に影響を及ぼさない重合防止剤であればよい。常用の重合防止剤は、例えば、Ｒａｈｎ社（Ｒａｈｎ ＡＧ）のＧＥＮＯＲＡＤ １６、ＧＥＮＯＲＡＤ １８、ＧＥＮＯＲＡＤ ２０、ＧＥＮＯＲＡＤ ２２など、ＢＡＳＦ ＳＥ社のＴｉｎｕｖｉｎ２３４、Ｔｉｎｕｖｉｎ７７０、Ｉｒｇａｎｏｘ２４５など、Ｃｙｔｅｃ社のＣｙｔｅｃ Ｓ１００、Ｃｙｔｅｃ １３０など、Ｃｉｂａ社のＩｒｇａｓｔａｂ ＵＶ １０、Ｉｒｇａｓｔａｂ ＵＶ ２２などであってもよい。

重合防止剤は、主に、光硬化材料中のフリーラジカルの重合反応を防止し、光硬化材料の貯蔵安定性を向上させ、光硬化材料の化学的反応や凝固現象を防止するために用いられる。本実施例では、重合防止剤の具体的な選択は、特に限定されず、光硬化材料の貯蔵安定性を向上させることができ、且つ、３Ｄ印刷過程での光硬化反応に影響を及ぼさない重合防止剤であればよい。常用の重合防止剤は、例えば、Ｒａｈｎ社（Ｒａｈｎ ＡＧ）のＧＥＮＯＲＡＤ １６、ＧＥＮＯＲＡＤ １８、ＧＥＮＯＲＡＤ ２０、ＧＥＮＯＲＡＤ ２２など、ＢＡＳＦ ＳＥ社のＴｉｎｕｖｉｎ２３４、Ｔｉｎｕｖｉｎ７７０、Ｉｒｇａｎｏｘ２４５、Ｃｙｔｅｃ Ｓ１００、Ｃｙｔｅｃ １３０など、Ｃｉｂａ社のＩｒｇａｓｔａｂ ＵＶ １０、Ｉｒｇａｓｔａｂ ＵＶ ２２などであってもよい。

目標三次元物体の色に対するニーズに応じて、本実施例における光硬化材料は、さらに、着色剤を含むことができ、着色剤は、染料と顔料とのうちの少なくとも１種であってもよく、好ましくは、顔料、特に自己分散型ナノスケール顔料カラーペーストである。自己分散型ナノスケール顔料カラーペーストは、表面が化学的修飾されたため、顔料の凝集や沈降を防止し、これにより光硬化材料の安定性を確保することができる。

本実施例の具体的な実施過程で、使用される自己分散型ナノスケール顔料カラーペーストは、自己分散型ナノスケール無機顔料カラーペーストであってもよく、又は自己分散型ナノスケール有機顔料カラーペーストであってもよい。自己分散型ナノスケール無機顔料カラーペーストは、具体的に、二酸化チタン、酸化亜鉛、リトポン、鉛白などの白色顔料カラーペーストであってもよく、カーボンブラック、グラファイト、酸化鉄ブラック、アニリンブラック、カーボンブラックなどの黒色顔料カラーペーストであってもよい。自己分散型ナノスケール有機顔料カラーペーストは、ゴールデンレッド（ＰＲ２１）、リソールスカーレット（ＰＲ４９：１）、ピグメントレッドＧ（ＰＲ３７）、ピグメントレッド１７１（ＰＲ１７１）、ライトファストイエローＧ（ＰＹ１）、ハンザイエローＲ（ＰＹ１０）、パーマネントイエローＧＲ（ＰＹ１３）、ピグメントイエロー１２９（ＰＹ１２９）、ピグメントイエロー１５０（ＰＹ１５０）、ピグメントイエロー１８５（ＰＹ１８５）、フタロシアニンブルー（ＰＢ１５）、及びインダンスレン（ＰＢ６０）などのカラー顔料カラーペーストであってもよい。

具体的に、粉末粒子層に噴射される光硬化材料の種類は、三次元物体のニーズに応じて確定されることができ、例えば、印刷対象である三次元物体は、２種類又は２種類以上の色を含む必要がある場合、少なくとも２種類の色の光硬化材料を使用することができ、例えば、印刷対象である三次元物体は、異なる部位の弾力性能が異なる場合、硬化後に異なる弾力性能を呈する２種類の光硬化材料を使用することができ、例えば、印刷対象である三次元物体は、異なる部位の導電性能が異なる場合、電気的性能が異なる複数種の光硬化材料を使用することができ、光硬化材料には、ポリマーの化学的反応を容易に引き起こす物質を含有する場合、または、光硬化材料のインクジェット印刷前の化学的反応を回避するために、通常、２種類の異なる光硬化材料を調製し、２種類の異なる光硬化材料を、それぞれ異なるディスペンサーを介して粉末粒子層に噴射することにより、粉末粒子層に互いに接触してから光硬化反応を行う。

具体的に、粉末粒子層に噴射される光硬化材料の種類は、三次元物体のニーズに応じて確定されることができ、例えば、印刷される三次元物体は、２種類又は２種類以上の色を含む必要がある場合、少なくとも２種類の色の光硬化材料を使用することができ、例えば、印刷される三次元物体は、異なる部位の弾力性能が異なる場合、硬化後に異なる弾力性能を呈する２種類の光硬化材料を使用することができ、例えば、印刷される三次元物体は、異なる部位の導電性能が異なる場合、電気的性能が異なる複数種の光硬化材料を使用することができ、光硬化材料には、ポリマーの化学的反応を容易に引き起こす物質を含有する場合、または、光硬化材料のインクジェット印刷前の化学的反応を回避するために、通常、２種類の異なる光硬化材料を調製し、２種類の異なる光硬化材料を、それぞれ異なるディスペンサーを介して粉末粒子層に噴射することにより、粉末粒子層に互いに接触してから光硬化反応を行う。

ステップＳ３において、光硬化材料は、硬化成形によりスライス層を形成する。

いわゆる硬化とは、放射線源を使用して光硬化材料を照射することにより、光硬化材料が光硬化反応して固化又は半固化状態になることである。

放射線源の放射強度は、光硬化材料の光硬化反応速度及び放射線源の移動速度、放射線源が粉末粒子層から離れる距離に関連する。

本実施例では、光硬化材料は、粉末粒子層の現在層に噴射されて粉末粒子層の現在層に浸透し、光硬化材料は、硬化された後に、粉末粒子を包んで粉末粒子間のギャップを補填し、これにより、光硬化材料と粉末粒子との混合層、即ち、スライス層は形成される。

上記ステップＳ１、Ｓ２及びＳ３にしたがって１つのスライス層を形成した後に、上記ステップＳ１からＳ３を繰り返して実行し、即ち、スライス層の表面に継続的に粉末粒子層を形成して、粉末粒子層の現在層に光硬化材料を噴射して、光硬化材料を硬化させて、新たなスライス層を形成する。複数のスライス層を順次に重ね合わせて（物体の高さ方向に層ごとに印刷して累積する）、三次元物体グリーン体を形成する。

当該三次元物体グリーン体の輪郭は、目標三次元物体に基本的に一致する。さらなる加熱処理を経て、三次元物体グリーン体中の熱硬化性粉末粒子を熱重合させ、最終的に、目標三次元物体が得られる。

本実施例では、三次元物体グリーン体の加熱温度は、使用される熱硬化性粉末粒子の熱重合温度及び印刷対象である三次元物体の体積などの要素に基づいて確定されることができ、加熱温度が、一般的に、７０～３５０℃に制御され得る。

さらに、プログラム昇温方法などの昇温加熱方法を利用して三次元物体グリーン体を加熱することができる。昇温加熱方法の利用は、熱硬化性粉末粒子上の熱重合を引き起こされる活性基が緩やかで十分に反応するように寄与し、これにより、三次元物体の性能を向上させる。

さらに、段階的昇温加熱方法を採って三次元物体グリーン体を加熱し、熱硬化性粉末粒子が十分に熱重合するようにさらに確保する。具体的に、昇温加熱過程を２～１５の段階に分けることができ、段階ごとに、いずれも先に行われる昇温段階と後に行われる保温段階とを含み、昇温段階の昇温速度は、０.５～３０℃／ｍｉｎに制御されることができ、保温段階の温度は、基本的に一定に保たれ、温度変動範囲は１０℃を超えず、即ち、保温段階の最高温度と最低温度との差は１０℃を超えない。段階ごとに、加熱時間は０.５～１０時間に制御されることができ、加熱総時間は１～３０時間である。

本実施例では、インクジェット印刷技術によって熱硬化性粉末粒子層に光硬化材料を選択的に噴射し、光硬化後にスライス層を形成し、層ごとに印刷して重ね合わせ、三次元物体グリーン体を形成するため、インクジェット印刷技術の強みは、十分に利用され、粉末粒子の三次元成形の成形精度を向上させ、この後に、三次元物体グリーン体を熱処理して熱硬化性粉末粒子の化学的架橋反応を誘発し、最終的に、目標三次元物体を得て、化学的架橋反応された熱硬化性粉末粒子は、その機械的性能が従来の熱可塑性粉末粒子と比較して顕著に向上し、これにより、本実施例における三次元物体成形方法により三次元印刷技術の応用分野は広くなる。

同時に、粉末粒子間には、必然的に一定のギャップが存在し、本実施例では粉末粒子層に光硬化材料を噴射し、一部の光硬化材料が当該ギャップを補填するため、熱処理された三次元物体の収縮率を低減し、三次元物体の成形精度を向上させることができる。

実施例２

本実施例は、三次元物体成形方法を提供し、これは、実施例１を基礎としたさらなる説明であり、本実施例で詳細に説明されない部分は、実施例１での説明を参照する。

さらに、図１を参照されたい。本実施例では、三次元物体グリーン体を取得した後に、ステップＳ４ａを実行し、即ち、光硬化材料によって被覆されていない粉末粒子層を除去する。

上記に記載されるように、粉末粒子層まで覆って浸透した光硬化材料は、その面積及び形状が層印刷データによって確定される場合、粉末粒子層の面積は、少なくとも光硬化材料の面積より小さくないべきであるため、粉末粒子層が光硬化材料によって覆われて浸透されないことを回避することは困難である。覆われて浸透されない粉末粒子層は、除去されないと、この後の熱重合時に、硬化成形されて三次元物体の表面に付着され、後処理の困難さが増大する一方、付着物が除去されがたいため、形成される目標三次元物体の精度には影響を与える。

具体的に、機械的自動化方法を利用して自動的に分離させてもよく、又は人工操作によって三次元物体グリーン体と光硬化材料によって覆われて浸透されない粉末粒子とを分離させてもよく、ここでこのような分離が限定されず、これにより、最終的に得られる三次元物体グリーン体には、光硬化材料によって包まれない粉末粒子を含有しないか、又は基本的に含有しない。

具体的に、機械的自動化方法を利用して自動的に分離させてもよく、又は人工操作によって三次元物体グリーン体と光硬化材料によって覆われて浸透されない粉末粒子とを分離させてもよく、ここで限定されず、これにより、最終的に得られる三次元物体グリーン体には、光硬化材料によって包まれない粉末粒子を含有しないか、又は基本的に含有しない。

実施例３

図２に示すように、本実施例は、粉末供給部材１１、成形プラットフォーム１２、インクジェット印刷ヘッド１３、放射線源２０及び加熱部材１５を含む三次元物体成形装置を提供し、
粉末供給部材１１は、成形プラットフォーム１２に粉末粒子層１６を形成するために用いられ、
インクジェット印刷ヘッド１３は、層印刷データに基づいて、粉末粒子層１６に光硬化材料１７を噴射するために用いられ、
放射線源２０は、光硬化材料１７を照射することにより、光硬化材料１７を硬化させてスライス層１８を形成するために用いられ、
加熱部材１５は、三次元物体グリーン体１９を加熱することにより、熱硬化性粉末粒子を熱重合し、三次元物体を得るために用いられる。

当該三次元物体成形装置を使用して三次元物体を印刷する過程は、具体的に、
粉末供給部材１１が成形プラットフォーム１２に粉末粒子を供給して粉末粒子層１６を形成し、
この後に、層印刷データに基づいて、インクジェット印刷ヘッド１３が粉末粒子層１６に光硬化材料１７を選択的に噴射し、光硬化材料１７を粉末粒子層１６まで覆って浸透し、
放射線源２０が粉末粒子層１６と接触した光硬化材料１７を放射して固化させ、スライス層１８を形成し、
１層のスライス層１８又は複数層のスライス層１８を形成したたびに、成形プラットフォーム１２がインクジェット印刷ヘッド１３に対して下へ１層又は複数層の厚さの距離を移動するように制御し、そして、続いてその次の１層又はその次の複数層の粉末供給及びインクジェット印刷過程を行い、スライス層１８を図２に示すＺ方向に積層して、最終的に三次元物体グリーン体１９を得て、
加熱部材１５を利用して三次元物体グリーン体１９を加熱することにより、粉末粒子層１６中の熱硬化性粉末粒子を熱重合させ、三次元物体を得るようになってもよい。

本実施例では、上記粉末供給部材１１の構造は、成形プラットフォーム１２へ粉末粒子を供給することにより、成形プラットフォーム１２に必要な厚さの粉末粒子層１６が形成されることができる構造であれば、特に限定されない。当然ながら、粉末供給部材１１の数は、図２に披露された１つに限定されず、２つ又は複数であってもよく、成形プラットフォーム１２の両側にそれぞれ配置されることができる。

本実施例では、成形プラットフォーム１２は、三次元物体の印刷のために、サポートを提供するために用いられ、一般的な３Ｄ印刷過程で使用される支持プラットフォームであってもよい。成形プラットフォーム１２は、印刷の便宜上、上下に動くことができるほうがよいと理解することができる。

本実施例では、インクジェット印刷ヘッド１３の種類及び仕様は、特に限定されず、シングルノズルの印刷ヘッド又はマルチノズルの印刷ヘッドであってもよく、ピエゾ印刷ヘッド又はサーマルバブル印刷ヘッドであってもよい。インクジェット印刷ヘッド１３の数は、印刷対象である三次元物体のニーズに応じて確定されることができる。

本実施例では、放射線源２０の種類は、光硬化材料１７の硬化形成に基づいて决定され、例えば、光硬化材料１７は紫外線照射で架橋硬化することができる場合、放射線源２０はＬＥＤ紫外線ランプであってもよい。当然ながら、放射線源２０はさらに、電磁放射線源、赤外線放射線源などであってもよい。

本実施例では、加熱部材１５は、三次元物体グリーン体１９中の熱硬化性粉末粒子が熱重合反応を行うように、十分な熱を提供することができるために用いられる。具体的に実施するとき、加熱部材１５は加熱炉である。三次元物体グリーン体１９を加熱炉に置いて加熱し、最終的に、三次元物体を得る。

さらに、上記三次元物体成形装置はさらに、レベリングローラなどのレベリング部材１４を含んでもよく、その主な役割が粉末粒子層１６に噴射された光硬化材料１７をレベリングし、スライス層１８の精度を向上させ、最終的に、目標三次元物体の精度を向上させることである。

さらに、上記三次元物体成形装置はさらに、制御部材（図示せず）を含んでもよく、当該制御部材は、粉末供給部材１１、インクジェット印刷ヘッド１３、放射線源２０及び加熱部材１５のうちの少なくとも１つの動作を制御するために用いられる。

例えば、制御部材は、粉末供給部材１１が、成形プラットフォーム１２へ粉末粒子を供給して必要な厚さの粉末粒子層１６を形成するように制御することができる。例えば、制御部材は、層印刷データに基づいて、インクジェット印刷ヘッド１３が粉末粒子層１６に光硬化材料１７を噴射するように制御することができる。例えば、制御部材は、光硬化材料１７が硬化成形されるように、放射線源２０を制御し、適当な放射エネルギーで光硬化材料１７を照射することができる。例えば、制御部材は、三次元物体グリーン体１９中の熱硬化性粉末粒子が熱重合され、架橋成形されるように、加熱部材１５を制御し、適宜な昇温速度及び温度で三次元物体グリーン体１９を加熱する。

実施例４

本実施例は、実施例３における三次元物体成形装置を利用し、前述実施例１又は実施例２における三次元物体成形方法に従って、三次元物体成形を実行する実例であり、具体的に、以下のステップを含む。

Ｓ１において、まず、制御部材は、単一の粉末供給部材１１が成形プラットフォーム１２へ粉末粒子層１６を供給するように制御する。

粉末粒子層１６は、具体的に、熱硬化性粉末粒子であるシアネートエステル樹脂によって形成され、粉末粒子層１６の厚さが約２０μｍである。

Ｓ２において、そして、制御部材は、層印刷データに基づいて、インクジェット印刷ヘッド１３が粉末粒子層１６に光硬化材料１７を選択的に噴射するように制御する。

本実施例で使用可能な光硬化材料１７の組成は、下記表１に示している。表１では、光硬化材料の合計４種類の配合方法、即ち、組成１から組成４を提供し、本実施例では、そのうちの任意の１種の光硬化材料１７を使用することができ、２種類、３種類又は４種類の光硬化材料１７を組み合わせて使用することもでき、他の組成の光硬化材１７を選択することもでき、ここで１つずつリストしない。

Ｓ３において、この後に、ＵＶランプなどの放射線源２０を使用し、光硬化材料１７を照射し、硬化された光硬化材料１７は、粉末粒子を包んで粉末粒子間のギャップを充填し、スライス層１８を形成する。

Ｓ３において、この後に、ＵＶランプなどの放射線源２０を使用し、光硬化材料１７を照射し、硬化された光硬化材料１７は、粉末粒子層１６を包んで粉末粒子層１６間のギャップを充填し、スライス層１８を形成する。

Ｓ４において、制御部材は、成形プラットフォーム１２がインクジェット印刷ヘッド１３に対して下へ垂直に１層の厚さの距離を移動するように制御し、続きに、制御部材は、粉末供給部材１１が上へ一定の距離を移動し、次の層の粉末供給過程を実行するように制御し、制御部材は、層印刷データに基づいてインクジェット印刷ヘッド１３が現在層のインクジェット印刷を実行するように制御し・・・・・・最終的に、スライス層１８は、図２でのＺ方向に沿って積層し、三次元物体グリーン体１９を形成する。

Ｓ４ａにおいて、人工手動操作の方式を利用し、三次元物体グリーン体１９を包まれていない熱硬化性粉末粒子と分離させ、液体できれいに洗い流す。

Ｓ５において、三次元物体グリーン体１９を加熱炉に置いて、プログラム昇温モードを利用し、２つの段階に分けて、第１の段階では、昇温速度が約１５℃／ｍｉｎで、温度が約２００～２１０℃に制御され、加熱時間が約５時間であり、この段階の主な役割は、三次元物体グリーン体１９全体を均一に加熱させて熱硬化性粉末粒子を加熱させ、活性基の熱重合反応を開始させることであり、第２の段階では、昇温速度が約１０℃／ｍｉｎで、温度が約３１０～３２０℃に制御され、加熱時間が約１０時間であり、この段階の主な役割は、熱硬化性粉末粒子での活性基のさらなる架橋重合反応を誘発し、反応を完全にさせ、最終的に、高性能の三次元物体を得ることである。

実施例５

本実施例は、実施例３における三次元物体成形装置を利用し、前述実施例１又は実施例２における三次元物体成形方法に従って、三次元物体成形を実行する実例であり、その具体的なステップは、以下を除いて実施例４に類似する。

ステップＳ１において、本実施例の粉末粒子層１６には、熱硬化性粉末粒子であるシアネートエステル樹脂のほか、さらに、触媒であるジブチルスズジラウレートも含有する。即ち、粉末粒子は、シアネートエステル樹脂とジブチルスズジラウレートとによって形成される混合物である。

ステップＳ２において、光硬化材料１７を噴射した後に、レベリングローラを使用して噴射された光硬化材料１７をレベリングする。

ステップＳ５において、三次元物体グリーン体１９を不活性環境下での加熱炉に置いて、プログラム昇温モードを利用し、３つの段階に分けて、第１の段階では、昇温速度が約５℃／ｍｉｎで、温度が約１１０～１２０℃に制御され、加熱時間が３時間であり、この段階の主な役割は、三次元物体グリーン体１９全体を均一に加熱させて熱硬化性粉末粒子を加熱させ、活性基の熱重合反応を開始させることであり、第２の段階では、昇温速度が約３℃／ｍｉｎで、温度が約１５０～１６０℃に制御され、加熱時間が約２時間であり、この段階の主な役割は、熱硬化性粉末粒子上の活性基の架橋重合反応を加速させ、反応の少なくとも５０％を完了させることであり、第３の段階では、昇温速度が約１℃／ｍｉｎで、温度が約２１０～２２０℃に制御され、加熱時間が約２時間であり、この段階の主な役割は、熱硬化性粉末粒子上の活性基の完全な架橋重合反応をさらに促進し、反応を徹底的に完全にさせ、最終的に、高性能の三次元物体を得ることである。

本実施例では、触媒を介して熱硬化性粉末粒子上の活性基の架橋反応を触媒することにより、架橋反応速度を加速させ、三次元物体の成形サイクルを短縮させることができ、且つ、本実施例では、プログラム昇温過程の段階数が増加し、異なる段階での温度変化勾配が減少し、これにより、三次元物体グリーン体の熱硬化性反応の均一性及び徹底性を向上させ、製造される三次元物体の各部位の性能の均一性を向上させることができる。

実施例６

粉末粒子層１６は、熱硬化性粉末粒子であるシアネートエステル樹脂、触媒であるジブチルスズジラウレート及び充填剤である二酸化ケイ素によって形成される混合物であること以外、他のものは実施例５に一致し、これにより、製造される三次元物体は、その機械的性能が実施例５で製造される三次元物体の機械的性能よりも高い。

実施例７

本実施例は、実施例３における三次元物体成形装置を利用し、前述実施例１又は実施例２における三次元物体成形方法に従って、三次元物体成形を実行する実例であり、その具体的なステップは、以下を除いて実施例４に類似する。

ステップＳ１において、本実施例の粉末粒子層１６には、熱硬化性粉末粒子である不飽和ポリエステル及び開始剤である過酸化ジクミルを含有する。

ステップＳ２において、光硬化材料１７を噴射した後に、レベリングローラを使用して噴射された光硬化材料１７をレベリングする。

ステップＳ５において、三次元物体グリーン体１９を不活性環境下での加熱炉に置いて、プログラム昇温モードを利用し、２つの段階に分けて、第１の段階では、昇温速度が約１℃／ｍｉｎで、温度が約１２０～１３０℃に制御され、加熱時間が約２時間であり、この段階の主な役割は、三次元物体グリーン体１９全体を均一に加熱させて熱硬化性粉末粒子を加熱させ、活性基の熱重合反応を開始させることであり、第２の段階では、昇温速度が約２℃／ｍｉｎで、温度が約１５０～１６０℃に制御され、加熱時間が約５時間であり、この段階の主な役割は、熱硬化性粉末粒子上の活性基の架橋重合反応を促進し、反応を完全にさせ、最終的に、高性能の三次元物体を得ることである。

最後に説明すべきなのは、以上の各実施例は、本願の技術案を説明するためのものだけであり、これを制限するものではなく、前述の各実施例を参照しながら本願を詳細に説明したが、当業者であれば、依然として前述の各実施例に記載の技術案を修正するか、又はそのうちの一部又はすべての技術的特徴に対して等価置換を行うことができ、これらの修正又は置換は、対応する技術案の本質を本願の各実施例の技術案の範囲から逸脱しないと理解すべきである。

１１ 粉末供給部材
１２ 成形プラットフォーム
１３ インクジェット印刷ヘッド
１４ レベリング部材
１５ 加熱部材
１６ 粉末粒子層
１７ 光硬化材料
１８ スライス層
１９ 三次元物体グリーン体
２０ 放射線源

Claims (19)

1. 三次元物体成形方法であって、
   熱重合が可能な熱硬化性粉末粒子を少なくとも含む粉末粒子層を形成するステップと、
   層印刷データに基づいて、前記粉末粒子層に光硬化材料を噴射することにより、光硬化材料を少なくとも一部の前記粉末粒子層に被覆するとともに前記粉末粒子層内に浸透するステップと、
   前記光硬化材料を光硬化することにより、前記粉末粒子層中の熱硬化性粉末粒子を包むとともに前記熱硬化性粉末粒子間の隙間を充填するように前記光硬化材料を架橋硬化させてスライス層を形成するステップと、
   取得された複数のスライス層を層ごとに重ね合わせて三次元物体グリーン体を形成するように、上記の粉末粒子層を形成するステップからスライス層を形成するステップまでのステップを繰り返して実行するステップと、
   前記熱硬化性粉末粒子を架橋して熱重合させ、三次元物体を得るように、前記三次元物体グリーン体を加熱するステップと、を含む三次元物体成形方法。
2. 前記三次元物体グリーン体を加熱するステップの前に、光硬化材料によって被覆されていない粉末粒子層を除去するステップをさらに含む請求項１に記載の三次元物体成形方法。
3. 前記熱硬化性粉末粒子の粒径は、１～３００μｍであり、及び／又は、前記粉末粒子層の厚さは、１５～４００μｍである請求項１に記載の三次元物体成形方法。
4. 前記熱硬化性粉末粒子の分子構造は、熱重合反応が可能な活性基を少なくとも１つ有し、前記熱重合反応が可能な活性基は、エポキシ基、シアネート基、イソシアネート基、酸無水物、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基、イミン基、ビニル基、アリル基及びアクリロキシ基のうちの少なくとも１つを含む請求項１に記載の三次元物体成形方法。
5. 前記熱硬化性粉末粒子は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド、酸無水物、固体ポリ酸、固体ポリオール、ジシアンジアミド、トリグリシジルイソシアヌレート、β－ヒドロキシアルキルアミド及びジヒドラジドのうちの少なくとも１種から選択される請求項１又は４に記載の三次元物体成形方法。
6. 前記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、アルデヒドエポキシ樹脂及びテトラフェノールエタンテトラグリシジルエーテルのうちの少なくとも１種から選択され、
   前記不飽和ポリエステル樹脂は、オルトフタル酸不飽和ポリエステル樹脂、テレフタル酸不飽和ポリエステル樹脂、イソフタル酸不飽和ポリエステル樹脂、ビスフェノールＡ型不飽和ポリエステル樹脂及びビニルエステル型不飽和ポリエステル樹脂のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記飽和ポリエステル樹脂は、ヒドロキシル末端飽和ポリエステル樹脂及び／又はカルボキシル末端飽和ポリエステル樹脂から選択され、
   前記アクリル樹脂は、エポキシ基を有するアクリル樹脂、カルボキシル基を有するアクリル樹脂及びヒドロキシル基を有するアクリル樹脂のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記アクリレート樹脂は、ポリエステルアクリル樹脂、ポリウレタンアクリル樹脂、エポキシアクリル樹脂及びハイパーブランチアクリル樹脂のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記フェノール樹脂は、従来のフェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、ポリビニルアセタール変性フェノール樹脂、ポリアミド変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、キシレン変性フェノール樹脂、ナノパウダー変性フェノール樹脂、金属修飾フェノール樹脂及び非金属イオン変性フェノール樹脂のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記シアネートエステル樹脂は、ビスフェノールＡ型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールＦ型シアネートエステル樹脂、ビスフェノールＭ型シアネートエステル樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型シアネートエステル樹脂、フェノール型シアネートエステル樹脂及びジシクロペンタジエン型シアネートエステル樹脂のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記ポリイミド樹脂は、脂肪族ポリイミド樹脂、半芳香族ポリイミド樹脂及び芳香族ポリイミド樹脂のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記ビスマレイミドは、芳香族ビスマレイミド及び／又は修飾芳香族ビスマレイミドから選択され、
   前記酸無水物は、無水マレイン酸、ピロメリット酸無水物、フタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、テトラクロロフタル酸無水物、及びテトラブロモフタル酸無水物のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記固体ポリ酸は、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、フマル酸及び１，４－シクロヘキサンジカルボン酸のうちの少なくとも１種から選択され、
   前記固体ポリオールは、ネオペンチルグリコール、ジブロモネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、ヘキサンジオール及び１，４－シクロヘキサンジメタノールのうちの少なくとも１種から選択される請求項５に記載の三次元物体成形方法。
7. 前記粉末粒子層は、さらに、
   前記熱硬化性粉末粒子が熱重合されるように触媒するための触媒、
   加熱されて前記熱硬化性粉末粒子が熱重合されるように引き起こすための開始剤、
   前記熱硬化性粉末粒子が熱重合されるように促進するための促進剤、及び
   充填剤、のうちの少なくとも１種を含む請求項１～６のいずれか１項に記載の三次元物体成形方法。
8. 前記触媒は、ドデシルフェノール、ジアミノジフェニルメタン、１，３－ジアザシクロペンタジエン、２－メチルイミダゾール、２－エチルイミダゾール、１－シアノエチル－２－フェニルイミダゾール、イソオクタン酸コバルト、オクタン酸第一スズ、ジブチルスズジラウレート及びＰ－トルエンスルホニルクロリドのうちの少なくとも１種から選択される請求項７に記載の三次元物体成形方法。
9. 前記開始剤は、過酸化ベンゾイル、過酸化ジクミル、シクロヘキサノンペルオキシド、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、アゾビスイソブチロニトリル及びアゾビスイソヘプトニトリルのうちの少なくとも１種から選択される請求項７に記載の三次元物体成形方法。
10. 前記促進剤は、第三級アミン及びその塩類、脂肪アミン類、置換尿素、イミダゾール及びその塩類、アセチルアセトン金属塩、トリフェニルホスフィン及びその塩、カルボン酸金属塩及びその錯体、三フッ化ホウ素アミン錯体、フェノール類、第四級アンモニウム塩類、チオ尿素及びその誘導体、有機グアニジン類、シクロアルキルイミダゾリン、有機カルボン酸塩及びチタン酸塩のうちの少なくとも１種から選択される請求項７に記載の三次元物体成形方法。
11. 前記促進剤は、フェノール、Ｏ－クレゾール、ビスフェノールＡ、レゾルシノール、エチレンチオ尿素、脂肪アミン、ネオジムアセチルアセトナート、トリフェニルホスフィン及びサリチル酸のうちの少なくとも１種から選択される請求項１０に記載の三次元物体成形方法。
12. 前記加熱温度は、７０～３５０℃である請求項１～１１のいずれか１項に記載の三次元物体成形方法。
13. 昇温加熱方法を利用して前記三次元物体グリーン体を加熱する請求項１２に記載の三次元物体成形方法。
14. 前記昇温加熱は、２～１５の段階に分けられ、段階ごとに、先に行われる昇温段階と後に行われる保温段階とを含み、昇温段階の昇温速度が０．５～３０℃／ｍｉｎで、保温段階の温度変動範囲が１０℃を超えず、
    段階ごとに、加熱時間が０．５～１０時間で、加熱総時間が１～３０時間である請求項１３に記載の三次元物体成形方法。
15. 前記光硬化材料は、光硬化性樹脂及び／又はモノマー、光開始剤を少なくとも含む請求項１に記載の三次元物体成形方法。
16. 前記光硬化材料はさらに、着色剤及び／又は補助剤を含む請求項１５に記載の三次元物体成形方法。
17. 前述請求項１～１６のいずれか１項に記載の三次元物体成形方法を実施するための三次元物体成形装置であって、粉末供給部材、成形プラットフォーム、インクジェット印刷ヘッド、放射線源及び加熱部材を少なくとも含み、
    前記粉末供給部材は、成形プラットフォームに前記粉末粒子層を形成するために用いられ、
    前記インクジェット印刷ヘッドは、層印刷データに基づいて、前記粉末粒子層に前記光硬化材料を噴射するために用いられ、
    前記放射線源は、前記光硬化材料が硬化されて前記スライス層が形成されるように、前記光硬化材料を照射するために用いられ、
    前記加熱部材は、前記三次元物体グリーン体を加熱することにより、前記熱硬化性粉末粒子を熱重合させ、三次元物体を得るために用いられる三次元物体成形装置。
18. 前記三次元物体成形装置はさらに、レベリング部材を含み、前記レベリング部材は、前記粉末粒子層での光硬化材料をレベリングするために用いられる請求項１７に記載の三次元物体成形装置。
19. 前記三次元物体成形装置は、さらに、制御部材を含み、前記制御部材は、粉末供給部材、インクジェット印刷ヘッド、放射線源及び加熱部材のうちの少なくとも１つの動作を制御するために用いられる請求項１７又は１８に記載の三次元物体成形装置。

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