JP7347044B2 - 積層造形用粉末、積層造形体、積層造形体の製造方法および金属焼結体の製造方法 - Google Patents

積層造形用粉末、積層造形体、積層造形体の製造方法および金属焼結体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、積層造形用粉末、積層造形体、積層造形体の製造方法および金属焼結体の製造方法に関するものである。
立体物を造形する技術として、近年、金属粉末を用いた積層造形法が普及しつつある。例えば、特許文献１には、粉体材料を造形テーブル上に撒布する動作と、撒布された粉体材料の上にインクジェットヘッドから結合剤を吐出する動作と、を交互に行うことにより、粉体材料を結合させて三次元造形物を作製する三次元造形装置が開示されている。また、特許文献１には、作製した三次元造形物を焼成することが開示されている。
国際公開ＷＯ２０１５／１５１８３２号
粉体材料として金属粉末を用いた場合、作製した三次元造形物を焼成することにより、立体的な金属焼結体を得ることができる。
近年、三次元造形技術においては、使用する金属粉末の粒径を微細にすることが求められている。しかしながら、微細な金属粉末は、かさ密度が大きいため、粗大な金属粉末に比べて多くの結合剤を使用する必要がある。このため、三次元造形装置で作製した造形物を脱脂処理に供する際には、多量の結合剤を除去しなければならない。その結果、脱脂処理に長時間を要するという課題や、金属焼結体中に多量の結合剤が残留するという課題がある。
本発明の適用例に係る積層造形用粉末は、
三次元積層造形法に用いられる積層造形用粉末であって、
金属粒子と、
前記金属粒子を被覆し、粘結剤を含む樹脂被膜と、
を備える被覆粒子を複数有し、
前記金属粒子についてレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定された質量基準の粒度分布において、小径側からの累積が５０％のときの粒径を平均粒径Ｄ５０とするとき、
前記金属粒子の平均粒径Ｄ５０は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、
前記金属粒子の質量に対する前記樹脂被膜を構成する被膜材料の質量の比率を、ＢＥＴ式比表面積測定装置を用いて測定された前記金属粒子の比表面積で除して、前記樹脂被膜の被覆量を算出した後、前記被覆量を前記被膜材料の密度で除して算出される、前記樹脂被膜の平均厚さをｔとするとき、
前記金属粒子の平均粒径Ｄ５０に対する前記樹脂被膜の平均厚さｔの比ｔ／Ｄ５０は、０．０００１以上０．００１０以下である。
実施形態に係る積層造形体の製造方法を含む金属焼結体の製造方法を示す工程図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る金属焼結体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る金属焼結体の製造方法を説明するための図である。 実施形態に係る積層造形用粉末の各粒子を模式的に示す断面図である。
以下、本発明の積層造形用粉末、積層造形体、積層造形体の製造方法および金属焼結体の製造方法の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
１．積層造形体の製造方法および金属焼結体の製造方法
まず、実施形態に係る金属焼結体の製造方法、およびそれに含まれる実施形態に係る積層造形体の製造方法について説明する。
図１は、実施形態に係る積層造形体の製造方法を含む金属焼結体の製造方法を示す工程図である。図２ないし図９は、それぞれ実施形態に係る積層造形体の製造方法を説明するための図である。図１０および図１１は、それぞれ実施形態に係る金属焼結体の製造方法を説明するための図である。図１２は、実施形態に係る積層造形用粉末の各粒子を模式的に示す断面図である。
実施形態に係る積層造形体の製造方法は、第１粉末層３１を形成する第１粉末層形成工程Ｓ０１と、第１粉末層３１中の溶結剤を溶解して第１結着体４１を得る第１粘結剤溶解工程Ｓ０２と、第２粉末層３２を形成する第２粉末層形成工程Ｓ０３と、第２粉末層３２中の溶結剤を溶解して第２結着体４２を得る第２粘結剤溶解工程Ｓ０４と、第２粉末層形成工程Ｓ０３と第２粘結剤溶解工程Ｓ０４を１回または２回以上繰り返すことにより、積層造形体５を得る積層工程Ｓ０５と、を有する。
また、実施形態に係る金属焼結体の製造方法は、上記のような積層造形体の製造方法を行う第１粉末層形成工程Ｓ０１ないし積層工程Ｓ０５と、積層造形体５に脱脂処理を施して脱脂体６を得る脱脂工程Ｓ０６と、脱脂体６を焼成し、金属焼結体を得る焼成工程Ｓ０７と、を有する。
以下、各工程について順次説明する。
１．１ 積層造形装置
まず、積層造形体の製造方法の説明に先立ち、それに用いることができる積層造形装置２について説明する。
積層造形装置２は、図２ないし図９に示すように、粉末貯留部２１１および造形部２１２を有する装置本体２１と、粉末貯留部２１１に設けられた粉末供給エレベーター２２と、造形部２１２に設けられた造形ステージ２３と、装置本体２１上において移動可能に設けられたコーター２４および溶液供給部２５と、を備えている。
粉末貯留部２１１は、装置本体２１に設けられ、上部が開口している凹部である。この粉末貯留部２１１には、積層造形用粉末１が貯留される。そして、粉末貯留部２１１に貯留されている積層造形用粉末１の適量が、コーター２４によって造形部２１２へ供給されるようになっている。
また、粉末貯留部２１１の底部には、粉末供給エレベーター２２が配置されている。粉末供給エレベーター２２は、積層造形用粉末１が載置された状態で、図２ないし図９中の上下方向に移動可能になっている。粉末供給エレベーター２２を上方に移動させることにより、この粉末供給エレベーター２２に載置されている積層造形用粉末１を押し上げ、粉末貯留部２１１からはみ出させることができる。これにより、はみ出した分の積層造形用粉末１を後述するようにして造形部２１２側へ移動させることができる。
造形部２１２は、装置本体２１の粉末貯留部２１１に隣り合うように設けられ、上部が開口している凹部である。この造形部２１２には、コーター２４により、粉末貯留部２１１から供給される積層造形用粉末１が層状に敷かれる。
また、造形部２１２の底部には、造形ステージ２３が配置されている。造形ステージ２３は、積層造形用粉末１が敷かれた状態で、図２ないし図９中の上下方向に移動可能になっている。造形ステージ２３の高さを適宜設定することにより、造形ステージ２３上に敷かれる積層造形用粉末１の量、すなわち第１粉末層３１の厚さを調整することができる。
コーター２４は、粉末貯留部２１１から造形部２１２にかけて図２ないし図９中の左右方向に移動可能になっている。移動に伴って積層造形用粉末１を引きずることにより、造形ステージ２３上に積層造形用粉末１を層状に敷くことができる。
溶液供給部２５は、例えばインクジェットヘッドやディスペンサー等で構成され、造形部２１２において図２ないし図９中の左右方向および紙面厚さ方向に２次元的に移動可能になっている。そして、溶液供給部２５は、目的とする量の溶媒４を第１粉末層３１または第２粉末層３２の目的とする位置に供給することができる。
１．２ 第１粉末層形成工程Ｓ０１
次に、上述した積層造形装置２を用いた第１粉末層形成工程Ｓ０１について説明する。
まず、造形ステージ２３上に積層造形用粉末１を敷いて第１粉末層３１を形成する。具体的には、図２および図３に示すように、コーター２４を用い、粉末貯留部２１１に貯留している積層造形用粉末１を造形ステージ２３上に引きずり、均一な厚さにならす。これにより、図４に示す第１粉末層３１を得る。この際、造形ステージ２３の上面を、造形部２１２の上端よりもわずかに下げておき、積層造形用粉末１が充填される空間を確保しておくとともに、その空間の厚さを適宜設定することにより、第１粉末層３１の厚さを調整することができる。
後に詳述するが、積層造形用粉末１は、図１２に示すように、金属粒子１１と、金属粒子１１を被覆し、粘結剤を含む樹脂被膜１２と、を備える被覆粒子１３を有する。粘結剤は、後述する工程において供給される溶媒４によって溶解し、結着性を発現する物質である。粘結剤が溶解することにより、金属粒子１１同士が結着することができる。そして、このような結着により、最終的に得られる積層造形体５は、所定の保形性を有するものとなる。
１．３ 第１粘結剤溶解工程Ｓ０２
次に、図５に示すように、溶液供給部２５を２次元的に走査しつつ、第１粉末層３１の所望の供給領域Ａ１に溶媒４を供給する。これにより、第１粉末層３１のうち、供給領域Ａ１の被覆粒子１３において、樹脂被膜１２中の粘結剤が溶解する。その結果、樹脂被膜１２に結着性が発現し、粘結剤の溶解物を介して金属粒子１１同士が結着する。以上のようにして、供給領域Ａ１に位置する第１結着体４１を得る。第１結着体４１は、供給領域Ａ１において第１粉末層３１中の被覆粒子１３同士を選択的に結着してなるものであり、自重によって壊れない程度またはそれ以上の保形性を有している。一方、第１粉末層３１のうち、供給領域Ａ１以外の領域については、保形性をほとんど有さない。
溶媒４は、樹脂被膜１２中の粘結剤を溶解し得る液体であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、水、アルコール類、ケトン類、カルボン酸エステル類等が挙げられ、これらのうちの少なくとも１種、または、これらのうちの少なくとも１種を含む混合液が用いられる。
なお、溶媒４には、必要に応じて任意の添加剤が添加されていてもよい。添加剤としては、例えば、潤滑剤、分散剤、界面活性剤、帯電防止剤等が挙げられる。また、添加剤として、後述する粘結剤が含まれていてもよい。
溶媒４における添加剤の含有率は、２．０質量％以下であるのが好ましく、１．０質量％以下であるのがより好ましく、０．１質量％以下であるのがさらに好ましい。これにより、溶媒４の粘性が低下し、より小さな液滴として供給することが可能になる。その結果、供給領域Ａ１の位置精度を高めることができる。また、溶媒４において、添加剤の濃度が十分に低ければ、後述する脱脂工程Ｓ０６において、樹脂被膜１２とともに脱脂対象となる添加剤の量を十分に少なく抑えることができる。その結果、脱脂工程Ｓ０６に要する時間の短縮を図るとともに、最終的に得られる金属焼結体１０の機械的特性の低下および寸法精度の低下を抑制することができる。
１．４ 第２粉末層形成工程Ｓ０３
次に、第１結着体４１を含む第１粉末層３１上に、新たな積層造形用粉末１を敷いて第２粉末層３２を形成する。具体的には、図６に示すように、コーター２４を用い、粉末貯留部２１１に貯留している積層造形用粉末１を造形ステージ２３上に引きずり、均一な厚さにならす。これにより、図７に示す第２粉末層３２を得る。この際、第１粉末層３１の上面および第１結着体４１の上面を、それぞれ、造形部２１２の上端よりもわずかに下げておくことにより、前述した第１粉末層形成工程Ｓ０１と同様、第２粉末層３２の厚さを調整することができる。
１．５ 第２粘結剤溶解工程Ｓ０４
次に、図８に示すように、溶液供給部２５により、第２粉末層３２の所望の供給領域Ａ２に溶媒４を供給する。これにより、第２粉末層３２のうち、供給領域Ａ２の被覆粒子１３において、樹脂被膜１２中の粘結剤が溶解する。その結果、樹脂被膜１２に結着性が発現し、粘結剤の溶解物を介して金属粒子１１同士が結着する。以上のようにして、供給領域Ａ２に位置する第２結着体４２を得る。第２結着体４２は、供給領域Ａ２において第２粉末層３２中の被覆粒子１３同士を選択的に結着してなるものであり、自重によって壊れない程度またはそれ以上の保形性を有している。また、供給領域Ａ２を、供給領域Ａ１と重なるように設定することにより、第２結着体４２は、第１結着体４１とも結着する。一方、第２粉末層３２のうち、供給領域Ａ２以外の領域については、保形性をほとんど有さない。
１．６ 積層工程Ｓ０５
次に、第２粉末層形成工程Ｓ０３と第２粘結剤溶解工程Ｓ０４とを、１回または２回以上繰り返すことにより、第２結着体４２上に、第２結着体４２と同様の新たな第２結着体４２を１層または複数層積み重ねる。これにより、図９に示すように、目的とする三次元形状を有する積層造形体５を得る。積層造形体５は、第１結着体４１および１層または複数層の第２結着体４２からなる集合体である。なお、積層造形体５を回収した後、積層造形体５を構成しなかった積層造形用粉末１については、積層造形体５とは別に回収され、必要に応じて再利用される。なお、本工程は、必要に応じて行えばよく、第２粘結剤溶解工程Ｓ０４の終了の段階で積層造形体５が得られている場合には省略されてもよい。
１．７ 脱脂工程Ｓ０６
次に、積層造形体５を造形部２１２から取り出し、脱脂炉等による脱脂処理に供する。これにより、図１０に示す脱脂体６を得る。
脱脂処理は、積層造形体５を加熱することにより、樹脂被膜１２等の少なくとも一部を除去する処理である。具体的には、積層造形体５を加熱する処理であり、加熱条件の一例は、温度１００℃以上７５０℃以下×０．１時間以上２０時間以下である。また、加熱雰囲気としては、例えば、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、減圧雰囲気等が挙げられる。
なお、この脱脂処理は、後述する焼成炉による焼成処理とともに連続して行うようにしてもよい。つまり、脱脂工程Ｓ０６は、後述する焼成工程Ｓ０７に含まれていてもよい。
１．８ 焼成工程Ｓ０７
次に、脱脂体６を焼成炉等で焼成する。これにより、図１１に示すように、積層造形用粉末１の焼結体である金属焼結体１０を得る。
焼成処理は、脱脂体６を加熱することにより、積層造形用粉末１中の金属粒子同士を焼結させる処理である。加熱条件の一例は、９８０℃以上１３３０℃以下×０．２時間以上７時間以下である。また、加熱雰囲気としては、例えば、大気雰囲気、不活性ガス雰囲気、減圧雰囲気等が挙げられる。
なお、前述した脱脂工程Ｓ０６を焼成工程Ｓ０７と連続して行う場合、焼成炉等には、積層造形体５を投入すればよい。
以上のように、本実施形態に係る積層造形体の製造方法は、三次元積層造形法により積層造形体５を製造する方法であって、粉末層形成工程である第１粉末層形成工程Ｓ０１および第２粉末層形成工程Ｓ０３と、粘結剤溶解工程である第１粘結剤溶解工程Ｓ０２および第２粘結剤溶解工程Ｓ０４と、を有する。
このうち、第１粉末層形成工程Ｓ０１および第２粉末層形成工程Ｓ０３は、金属粒子１１と、金属粒子１１を被覆し、粘結剤を含む樹脂被膜１２と、を備える被覆粒子１３を有する積層造形用粉末１を用いて第１粉末層３１および第２粉末層３２を形成する工程である。
また、第１粘結剤溶解工程Ｓ０２および第２粘結剤溶解工程Ｓ０４は、第１粉末層３１の供給領域Ａ１および第２粉末層３２の供給領域Ａ２に溶媒４を供給することにより、第１粉末層３１中および第２粉末層３２中の粘結剤を溶解し、供給領域Ａ１、Ａ２における金属粒子１１同士を結着することにより、第１結着体４１および第２結着体４２を形成する工程である。
そして、樹脂被膜１２の平均厚さｔは、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０に対する比ｔ／Ｄ５０が、０．０００１以上０．００１０以下という関係を満たしている。
このような製造方法によれば、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０が小さい場合、つまり、金属粒子１１として微細なものを使用した場合でも、積層造形体５の脱脂処理に要する時間を短縮することができる。したがって、微細な金属粒子１１に由来した、高密度でかつ寸法精度および面精度が高い金属焼結体１０を効率よく製造可能な積層造形体５を得ることができる。
また、本実施形態に係る金属焼結体１０の製造方法は、前述した積層造形体の製造方法により製造された積層造形体５に脱脂処理を施し、脱脂体６を得る脱脂工程Ｓ０６と、脱脂体６を焼成し、金属焼結体１０を得る焼成工程Ｓ０７と、を有する。
このような製造方法によれば、積層造形体５における樹脂被膜１２等の総量が従来に比べて少ないことを活かし、変形およびクラックの発生等を抑制しつつ、積層造形体５を焼結させることができる。これにより、高密度でかつ寸法精度および面精度が高い金属焼結体１０が得られる。
２．積層造形用粉末
次に、実施形態に係る積層造形用粉末について説明する。
本実施形態に係る積層造形用粉末１は、三次元積層造形法に用いられる粉末であり、図１２に示すように、金属粒子１１と、金属粒子１１を被覆し、粘結剤を含む樹脂被膜１２と、を備える被覆粒子１３を複数有する粉末である。換言すれば、積層造形用粉末１は、主に、被覆粒子１３の集合体で構成されている。そして、積層造形用粉末１における樹脂被膜１２の平均厚さｔは、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０に対する比ｔ／Ｄ５０が０．０００１以上０．００１０以下という関係を満たしている。
このような積層造形用粉末１によれば、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０が小さい場合、つまり、金属粒子１１として微細なものを使用した場合でも、積層造形体５の脱脂処理に要する時間を短縮することができる。その結果、高密度でかつ面精度が高い金属焼結体１０を効率よく製造可能な積層造形体５を実現することができる。また、このような積層造形体５は、保形性が高く、変形しにくい機械的強度を有している。このため、最終的に、寸法精度が高い金属焼結体１０を製造することが可能になる。
また、このような積層造形用粉末１によれば、積層造形体５を製造する際に使用する樹脂被膜１２等の総量を、従来に比べて減らすことができる。このため、積層造形体５において金属粒子１１に対する樹脂被膜１２等の樹脂成分の総量を減らすことができ、樹脂被膜１２等の除去、つまり脱脂処理における樹脂成分の除去量も自ずと減らすことができる。その結果、樹脂被膜１２等が除去される際の積層造形体５の寸法変化や品質の劣化等を抑制することができ、高品質の金属焼結体１０を製造することが可能になる。また、金属焼結体１０において、炭素または炭化物が残留しにくくなる。これらは、金属焼結体１０の機械的強度を低下させる原因となる。したがって、金属焼結体１０における炭素等の残留量を減らすことができれば、金属焼結体１０の機械的強度を高めることができる。
２．１ 金属粒子
また、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であるのが好ましく、０．５μｍ以上４．５μｍ以下であるのがより好ましく、１．０μｍ以上４．０μｍ以下であるのがさらに好ましい。このような比較的粒径の小さな金属粒子１１を用いることにより、焼結性が良好な積層造形体５を実現することができる。つまり、被覆粒子１３同士の充填性が高く、樹脂被膜１２等の総量を減らしても焼結しやすい積層造形体５を実現することができるため、このような積層造形体５に焼成処理を施すことによって、最終的には、金属焼結体１０の高密度化および高強度化を図ることができる。また、前述した積層造形体の製造方法において、供給領域Ａ１、Ａ２の境界の精度を高めやすい。このため、形状精度および寸法精度の高い積層造形体５を製造することができ、それに伴って、形状精度および寸法精度の高い金属焼結体１０を製造することができる。
なお、上述した平均粒径Ｄ５０とは、複数の金属粒子１１について、レーザー回折式粒度分布測定装置を用い、質量基準の粒度分布における小径側からの累積が５０％のときの粒径のことをいう。
金属粒子１１の比表面積は、特に限定されないが、０．０５ｍ２／ｇ以上１．００ｍ２／ｇ以下であるのが好ましく、０．１０ｍ２／ｇ以上０．７５ｍ２／ｇ以下であるのがより好ましく、０．２０ｍ２／ｇ以上０．５０ｍ２／ｇ以下であるのがさらに好ましい。金属粒子１１の比表面積が前記範囲内であることにより、金属粒子１１の焼結性と積層造形用粉末１の流動性および充填性とを両立させることができる。
なお、比表面積が前記下限値を下回ると、金属粒子１１の焼結性が低下するおそれがある。一方、比表面積が前記上限値を上回ると、積層造形用粉末１の流動性または充填性が低下するおそれがある。
金属粒子１１の比表面積は、例えば、株式会社マウンテック社製のＢＥＴ式比表面積測定装置ＨＭ１２０１－０１０を用いて測定することができる。この場合、検体の量は、例えば５ｇとすればよい。
金属粒子１１の構成材料は、特に限定されず、焼結性を有していれば、いかなる材料であってもよい。一例としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の単体、またはこれらを主成分とする合金、金属間化合物等が挙げられる。
このうち、Ｆｅ系合金としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼のようなステンレス鋼、低炭素鋼、炭素鋼、耐熱鋼、ダイス鋼、高速度工具鋼、Ｆｅ－Ｎｉ合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｃｏ合金等が挙げられる。
また、Ｎｉ系合金としては、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金、Ｎｉ－Ｆｅ系合金等が挙げられる。
さらに、Ｃｏ系合金としては、例えば、Ｃｏ－Ｃｒ系合金、Ｃｏ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金、Ｃｏ－Ａｌ－Ｗ系合金等が挙げられる。
また、Ｔｉ系合金としては、例えば、Ｔｉと、Ａｌ、Ｖ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｍｏ等の金属元素との合金が挙げられ、具体的には、Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ、Ｔｉ－６Ａｌ－７Ｎｂ等が挙げられる。
なお、金属粒子１１は、いかなる方法で製造されたものであってもよいが、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法のようなアトマイズ法で製造された粉末であるのが好ましく、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法で製造された粉末であるのがより好ましい。これらは、平均粒径Ｄ５０が小さな粉末であっても、低コストで製造可能であるため、金属粒子１１として有用である。
また、金属粒子１１は、加熱処理、プラズマ処理、オゾン処理、還元処理等の各種前処理が施されたものであってもよい。
２．２ 樹脂被膜
樹脂被膜１２は、前述したように、粘結剤を含み、金属粒子１１の表面を被覆している。
粘結剤は、溶媒４との接触によって溶解し、結着性を発現し得る材料であれば、いかなるものでもよい。
粘結剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－酢酸ビニル共重合体のようなポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンのようなフッ素樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリイソブチレン、ポリイソプレン、クロロプレンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブタジエンゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム等のゴム成分、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ナイロンのようなポリアミド、ポリエーテル、ビニロン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンまたはこれらの共重合体、ポリエチレングリコール、アセチルセルロース、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が用いられる。
樹脂被膜１２における粘結剤の含有量は、特に限定されないが、３０質量％以上であるのが好ましく、５０質量％以上９９質量％以下であるのがより好ましい。これにより、樹脂被膜１２は、溶媒４との接触によって十分な結着性を発現する。
また、樹脂被膜１２は、疎水性を有することが好ましい。樹脂被膜１２が疎水性を有するためには、例えば、粘結剤として疎水性を有する有機材料を用いればよい。樹脂被膜１２が疎水性を有することにより、樹脂被膜１２の吸湿性を低下させることができる。これにより、吸湿に伴って樹脂被膜１２に粘着性が発現するのを抑制することができる。その結果、被覆粒子１３同士が凝集するのを抑制するとともに、吸湿に伴う積層造形用粉末１の流動性の低下を抑制することができる。
疎水性を有する有機材料とは、主鎖が鎖式炭化水素または環式炭化水素である有機材料のことをいう。このような有機材料は、吸湿性が低い傾向があり、粘結剤として有用である。
鎖式炭化水素としては、例えば、アルカン、アルケン、アルキン等が挙げられるが、疎水性が高いという観点からは、アルカンがより好ましい。
環式炭化水素としては、例えば、シクロアルカン、シクロアルケン、芳香族炭化水素等が挙げられるが、疎水性が高いという観点からは、シクロアルカンまたは芳香族炭化水素がより好ましい。
上述した材料の中でも、粘結剤は、特に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリイソプレンおよびポリフッ化ビニリデンのうちの少なくとも１種を含むことが好ましい。これらは、比較的吸湿性が低い構造を有している。吸湿性が低い構造とは、前述した主鎖を有する分子構造であり、かつ、アミド結合、エステル結合およびシアノ結合等の吸湿性を高める官能基を有していない構造である。したがって、これらの材料を含む粘結剤は、被覆粒子１３同士の凝集を抑制するとともに、流動性の高い積層造形用粉末１を実現することができる。
このうち、粘結剤は、特に、ポリイソブチレンまたはポリイソプレンを含むことがより好ましい。
ポリイソブチレンは、－［Ｃ（ＣＨ３）２ＣＨ２］－で表される繰り返し単位を主鎖に含むポリマーである。ポリイソブチレンとしては、例えば、ＢＡＳＦ社製のグリソパールやオパノール、ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製のテトラックス、ハイモール、日本ブチル社製ブチルゴム等が挙げられる。
ポリイソブチレンの重量平均分子量は、１０，０００以上３００，０００以下であるのが好ましく、１５，０００以上１００，０００以下であるのがより好ましい。ポリイソブチレンの重量平均分子量が前記範囲内であることにより、粘結剤の結着性が十分に高くなるとともに、樹脂被膜１２の金属粒子１１に対する追従性が良好になる。
ポリイソプレンは、－［Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨＣＨ２ＣＨ２］－で表される繰り返し単位を主鎖に含むポリマーである。本願におけるポリイソプレンには、末端変性ポリイソプレン、水素添加ポリイソプレン、部分水素添加ポリイソプレン、ポリイソプレンポリオール等が含まれる。一例として、株式会社クラレ製のクラプレンＬＩＲシリーズ等が挙げられる。
ポリイソプレンの重量平均分子量は、５，０００以上５００，０００以下であるのが好ましく、８，０００以上２００，０００以下であるのがより好ましい。ポリイソプレンの重量平均分子量が前記範囲内であることにより、粘結剤の結着性が十分に高くなるとともに、樹脂被膜１２の金属粒子１１に対する追従性が良好になる。
なお、重量平均分子量は、例えばＷａｔｅｒｓ社製ＧＰＣシステムにおいて、昭和電工株式会社製Ｓｈｏｄｅｘ Ｋ－８０４（ポリスチレンゲル）のカラム、および、クロロホルムの移動相、を使用してゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）で測定されるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
樹脂被膜１２には、必要に応じて、粘結剤の他に任意の添加剤が添加されていてもよい。
添加剤としては、例えば、界面活性剤、帯電防止剤、滑剤、分散剤、可塑剤、硬化剤、架橋剤、酸化防止剤、老化防止剤、防錆剤、防腐剤、脱脂促進剤、希釈剤、充填剤、増粘剤、等が挙げられる。
このうち、界面活性剤としては、例えば、オレイン酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩のような各種陰イオン界面活性剤、アミノ酸塩、第４級アンモニウム塩のような各種陽イオン界面活性剤、グリセリン脂肪酸エステルのようなエステル型、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルのようなエーテル型、脂肪酸ポリエチレングリコールのようなエステル・エーテル型等の各種非イオン界面活性剤、アルキルベタインのような各種両性界面活性剤等が挙げられる。
また、帯電防止剤としては、例えば、シリカ系帯電防止剤の他、前述した界面活性剤も帯電防止剤として機能する。また、帯電防止剤の付与方式には、塗布型、練込型等が知られているが、樹脂被膜１２のより確実な成膜等を考慮すると練込型が好ましく用いられる。
以上を踏まえると、樹脂被膜１２は、少なくとも界面活性剤を含むことが好ましい。これにより、樹脂被膜１２を成膜する際、被膜材料を含む液体の表面張力を低下させることができる。その結果、金属粒子１１の表面に対する被膜材料の濡れ性を高めることができ、樹脂被膜１２の密着性を高めることができる。
また、前述したように、界面活性剤は帯電防止剤としても機能する。具体的には、界面活性剤は、金属粒子１１の表面において水分を吸着し、電気抵抗を下げるように作用する。これにより、静電作用によって被覆粒子１３同士が凝集したり、積層造形用粉末１の流動性が低下したりする不具合を抑制することができる。したがって、界面活性剤を含むことにより、微細な金属粒子１１を使用した場合でも、流動性に優れた積層造形用粉末１を実現することができる。
滑剤としては、例えばジメチルポリシロキサンおよびその変性物、カルボキシル変性シリコーン、αメチルスチレン変性シリコーン、αオレフィン変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、フッ素変性シリコーン、親水性特殊変性シリコーン、オレフィンポリエーテル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、アミド変性シリコーン、アルコール変性シリコーン等が挙げられる。
可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられる。
また、粘結剤は、ガラス転移温度が室温以下であることが好ましい。具体的には、ガラス転移温度が２５℃以下であるのが好ましく、１５℃以下であるのがより好ましい。このようなガラス転移温度を有する粘結剤を用いることにより、樹脂被膜１２を成膜する際に、被膜材料中の温度は、粘結剤のガラス転移温度を上回ることになる。このため、被膜材料中に界面活性剤が含まれている場合、被膜材料中の粘結剤が軟化し、それに伴って被膜材料も軟化する。そうすると、界面活性剤が移動しやすくなり、金属粒子１１の表面に移動する確率が上昇する。その結果、被膜材料の密着性を高める、電気抵抗を下げるといった、界面活性剤の作用が発揮され、特に流動性に優れた積層造形用粉末１を実現することができる。
なお、粘結剤のガラス転移温度は、動的粘弾性測定法（ＤＭＡ法）により測定することができる。
これらの添加剤の添加量は、個別に、樹脂被膜１２の０．０１質量％以上５．０質量％以下程度であるのが好ましく、０．０５質量％以上３．０質量％以下程度であるのがより好ましい。また、添加剤の添加量の合計は、樹脂被膜１２の１０．０質量％以下であるのが好ましい。これにより、粘結剤の機能を阻害することなく、添加剤の機能を樹脂被膜１２に付加することができる。
ここで、前述したように、樹脂被膜１２の平均厚さｔは、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０に対する比ｔ／Ｄ５０が０．０００１以上０．００１０以下という関係を満たす。
このような積層造形用粉末１によれば、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０が小さい場合でも、積層造形体５に脱脂処理を施すのに要する時間を短縮することができる。その結果、高密度でかつ面精度が高い金属焼結体１０を効率よく製造することができる。
また、積層造形体５を製造する際に使用する樹脂被膜１２等の総量を減らすことができ、樹脂成分が除去される際の積層造形体５の寸法変化や品質の劣化等を抑制することができる。その結果、高密度および高強度であり、寸法精度の高い金属焼結体１０を製造することが可能になる。
樹脂被膜１２の平均厚さｔの、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０に対する比ｔ／Ｄ５０は、好ましくは０．０００１以上０．０００５以下とされ、より好ましくは０．０００１以上０．０００３以下とされる。これにより、上記の効果がより顕著になる。
樹脂被膜１２の平均厚さｔの、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０に対する比ｔ／Ｄ５０は、次のようにして求めることができる。なお、下記の単位は一例であり、必要に応じて、単位の違いを調整する計算を加える。
まず、金属粒子１１の平均粒径Ｄ５０［μｍ］を求める。
次に、樹脂被膜１２の成膜に使用した被膜材料の質量を計測し、金属粒子１１の質量に対する被膜材料の質量を「被膜材料添加率［質量％］」として算出する。
次に、被膜材料添加率［質量％］を、使用した金属粒子１１の比表面積［ｍ２／ｇ］で除し、「被覆量［ｇ／ｍ２］」として算出する。
次に、被覆量を、使用した被膜材料の密度［ｇ／ｍ３］で除する。これにより、樹脂被膜１２の平均厚さｔ［ｎｍ］を算出する。その結果、求めるべき「比ｔ／Ｄ５０」が得られる。
なお、積層造形用粉末１には、金属粒子１１および樹脂被膜１２以外の要素が付加されていてもよい。例えば、樹脂被膜１２の表面に別の被膜等が付加されていてもよい。
また、積層造形用粉末１は、上述した被覆粒子１３以外の別の粒子を含んでいてもよい。別の粒子としては、例えば、金属粒子、セラミックス粒子、樹脂粒子等が挙げられる。このうち、金属粒子およびセラミックス粒子は、被覆粒子１３とともに焼成されることにより、複合材料の製造に寄与する。また、樹脂粒子は、積層造形用粉末１に対し、例えば樹脂成分を付加することができる。
この場合、積層造形用粉末１における被覆粒子１３の割合は、８０体積％以上であるのが好ましく、９０体積％以上であるのがより好ましい。これにより、上記のような効果をより確実に発揮させることができる。
３．積層造形用粉末の製造方法
次に、積層造形用粉末１を製造する方法について説明する。
積層造形用粉末１の製造方法は、金属粒子１１の表面に被膜材料を付着させ得る方法であれば、いかなる方法であってもよい。
一例として、被膜材料を含む液体に金属粒子１１を投入してスラリーを調製した後、スラリーを加熱して乾燥させ、その後、粉砕する方法が挙げられる。この場合、スラリーの加熱には、例えばスプレードライヤー、押出造粒機、流動層造粒機、撹拌造粒機のような各種造粒機、乾式混合機、湿式混合機のような各種混合機等が用いられる。また、粉砕には、例えばジェットミル、ピンミル、アトマイザー等が用いられる。
また、別の例として、被膜材料を含む液体を用いて、金属粒子１１を造粒した後、粉砕する方法が挙げられる。この場合、造粒には、各種造粒機が用いられる。
さらに、別の例として、金属粒子１１を槽内で流動させつつ、被膜材料を含む液体を噴霧して、被膜材料をコーティングする方法が挙げられる。この方法には、転動流動層コーティング装置、流動層コーティング装置、複合型流動層コーティング装置等が用いられる。
４．積層造形体
前述した積層工程Ｓ０５で得られる積層造形体５は、積層造形用粉末１を含む。そして、前述した三次元積層造形法により製造され、目的とする三次元形状を有する。前述したように、積層造形用粉末１は、微細な金属粒子１１を用いた場合でも、流動性の高いものとなる。このため、三次元積層造形法においても、第１粉末層３１および第２粉末層３２の厚さをそれぞれ薄くすることができるため、寸法精度の高い積層造形体５を容易に製造することができる。また、積層造形体５は、その形状を維持するために必要な保形性を有している一方、使用されている樹脂被膜１２等の総量が従来よりも少ない。このため、脱脂工程Ｓ０６において除去される樹脂成分の量が少ないため、脱脂処理に伴う変形量も少なく抑えられる。その結果、寸法精度が高い金属焼結体１０を製造することができる。
以上、本発明の積層造形用粉末、積層造形体、積層造形体の製造方法および金属焼結体の製造方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、本発明の積層造形用粉末および本発明の積層造形体は、それぞれ、前記実施形態に含まれる成分が同様の機能を有する別の成分に置換されたものであってもよいし、前記実施形態に任意の成分が付加されたものであってもよい。
また、本発明の積層造形体の製造方法および金属焼結体の製造方法は、それぞれ、前記実施形態が有する工程が同様の目的で行われる別の工程に置換されたものであってもよいし、前記実施形態に任意の目的の工程が付加されたものであってもよい。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
５．積層造形体の製造
（実施例１）
まず、水アトマイズ法により製造されたＳＵＳ３１６Ｌ系ステンレス鋼粉末の粒子に樹脂被膜を成膜し、積層造形用粉末を得た。なお、被膜材料には、粘結剤であるポリイソブチレンをイソプロピルエーテルに溶解して溶液を調製し、これを使用した。また、添加剤として非イオン界面活性剤を使用した。積層造形用粉末の各種条件を表１に示す。なお、ポリイソブチレンのガラス転移温度は、－６０℃であった。
次に、積層造形用粉末を用い、三次元積層造形法により、５０層を積層してなる積層造形体を作製した。
具体的には、第１粉末層を形成した後、第１粉末層の一部領域に向けて溶媒であるイソプロピルエーテルを噴霧し、その領域の粒子同士を結着させてなる第１結着体を得た。次に、第１結着体の上に、第２粉末層を形成した後、第２粉末層の一部領域に向けて溶媒であるイソプロピルエーテルを噴霧し、その領域の粒子同士を結着させてなる第２結着体を得た。その後、これらの工程を繰り返して５０層の結着体を積層することにより、目的とする形状の積層造形体を得た。
（実施例２～１０）
積層造形用粉末の製造条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして積層造形体を得た。なお、表１に記載の鋼種のうち、ＳＵＳ６３０は、ＳＵＳ６３０系ステンレス鋼、ＳＵＳ３０４Ｌは、ＳＵＳ３０４Ｌ系ステンレス鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ２は、ＳＵＳ４２０Ｊ２系ステンレス鋼である。また、ＳＣＭ４１５は、ＪＩＳ Ｇ ４０５３：２００８に規定されている機械構造用合金鋼のうち、クロムモリブデン鋼に分類される鋼種である。
（比較例１～１０）
積層造形用粉末の製造条件を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして積層造形体を得た。
６．積層造形用粉末の評価
６．１ 二次粒子
各実施例および各比較例で用いた積層造形用粉末について、電子顕微鏡による観察を行った。そして、観察像における確認結果を以下の評価基準に照らして評価した。なお、評価基準における「二次粒子」とは、金属粒子同士が凝集してなる凝集体のことをいう。
＜二次粒子についての評価基準＞
Ａ：観察像で確認できる二次粒子の数が１０％以下である
Ｂ：観察像で確認できる二次粒子の数が１０％超３０％以下である
Ｃ：観察像で確認できる二次粒子の数が３０％超である
以上の評価結果を表１に示す。
６．２ 流動性
各実施例および各比較例で得られた積層造形用粉末について、ＪＩＳ Ｚ ２５０２に規定の金属粉の流動性試験方法により、流動度を測定した。そして、測定した流動度を、以下の評価基準に照らして評価した。
＜流動性についての評価基準＞
Ａ：流動性が高い
Ｂ：流動性がやや高い
Ｃ：流動性が低い
以上の評価結果を表１に示す。
７．積層造形体の評価
各実施例および各比較例で得られた積層造形体を圧縮し、圧壊したときの圧縮強度を測定した。そして、これを積層造形体の機械的強度とし、以下の評価基準に照らして評価した。
＜圧縮強度についての評価基準＞
Ａ：圧縮強度が高い
Ｂ：圧縮強度がやや高い
Ｃ：圧縮強度が低い
以上の評価結果を表１に示す。
８．金属焼結体の評価
８．１ 外観
各実施例および各比較例で得られた積層造形体に脱脂処理および焼成処理を施し、金属焼結体を得た。続いて、得られた金属焼結体の外観を目視にて観察した。そして、観察結果を以下の評価基準に照らして評価した。
＜外観についての評価基準＞
Ａ：変形、クラック等の外観不良が認められない
Ｂ：変形、クラック等の外観不良がわずかに認められる
Ｃ：変形、クラック等の外観不良が多数認められる
以上の評価結果を表１に示す。
８．２ 機械的強度
８．１で得られた金属焼結体から棒状の試験片を切り出した。続いて、得られた試験片に引張試験を施し、引張強度を測定した。そして、測定結果を以下の評価基準に照らして評価した。
＜引張強度についての評価基準＞
Ａ：引張強度が高い
Ｂ：引張強度がやや高い
Ｃ：引張強度が低い
以上の評価結果を表１に示す。
８．３ 残留カーボン
８．１で得られた金属焼結体を切断し、断面について定性定量分析を行った。そして、カーボンの含有量を以下の評価基準に照らして評価した。
＜残留カーボンについての評価基準＞
Ａ：残留カーボンが多い
Ｂ：残留カーボンがやや多い
Ｃ：残留カーボンが少ない
以上の評価結果を表１に示す。
Figure 0007347044000001
表１から明らかなように、各実施例では、例えば金属粒子として平均粒径が５μｍ以下という微細な粒子を使用した場合でも、凝集や流動性不良等が発生しにくい積層造形用粉末を得ることができた。
また、各実施例では、機械的強度が高い積層造形体が得られた。
さらに、各実施例で得られた積層造形体を焼成することにより、変形やクラック等の外観不良が少なく、機械的強度が高い金属焼結体が得られた。また、このようにして得られた金属焼結体には、カーボンの残留が少ないことも併せて確認できた。
以上のことから、本発明によれば、微細な金属粉末を使用した場合でも、粘結剤の使用量を少なくすることができ、かつ、その場合でも、高品質な積層造形体および金属焼結体を製造し得ることが認められた。このことから、本発明に係る積層造形用粉末によれば、脱脂処理に要する時間を短縮し得ることが認められた。
なお、比較例１～５では、積層造形体が形を維持することができなかったため、積層造形体の評価および金属焼結体の評価を行わなかった。
また、粘結剤として、ガラス転移温度が－７０℃のポリイソプレン、ガラス転移温度が－４０℃のポリフッ化ビニリデン、ガラス転移温度が－２０℃のポリプロピレン、ガラス転移温度が－１１０℃のポリエチレンを用いた場合も、粘結剤としてポリイソブチレンを使用した上記実施例と同様の結果が得られた。
１…積層造形用粉末、２…積層造形装置、４…溶媒、５…積層造形体、６…脱脂体、１０…金属焼結体、１１…金属粒子、１２…樹脂被膜、１３…被覆粒子、２１…装置本体、２２…粉末供給エレベーター、２３…造形ステージ、２４…コーター、２５…溶液供給部、３１…第１粉末層、３２…第２粉末層、４１…第１結着体、４２…第２結着体、２１１…粉末貯留部、２１２…造形部、Ａ１…供給領域、Ａ２…供給領域、Ｓ０１…第１粉末層形成工程、Ｓ０２…第１粘結剤溶解工程、Ｓ０３…第２粉末層形成工程、Ｓ０４…第２粘結剤溶解工程、Ｓ０５…積層工程、Ｓ０６…脱脂工程、Ｓ０７…焼成工程

Claims (7)

  1. 三次元積層造形法に用いられる積層造形用粉末であって、
    金属粒子と、
    前記金属粒子を被覆し、粘結剤を含む樹脂被膜と、
    を備える被覆粒子を複数有し、
    前記金属粒子についてレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定された質量基準の粒度分布において、小径側からの累積が５０％のときの粒径を平均粒径Ｄ５０とするとき、
    前記金属粒子の平均粒径Ｄ５０は、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であり、
    前記金属粒子の質量に対する前記樹脂被膜を構成する被膜材料の質量の比率を、ＢＥＴ式比表面積測定装置を用いて測定された前記金属粒子の比表面積で除して、前記樹脂被膜の被覆量を算出した後、前記被覆量を前記被膜材料の密度で除して算出される、前記樹脂被膜の平均厚さをｔとするとき、
    前記金属粒子の平均粒径Ｄ５０に対する前記樹脂被膜の平均厚さｔの比ｔ／Ｄ５０は、０．０００１以上０．００１０以下であることを特徴とする積層造形用粉末。
  2. 前記樹脂被膜は、疎水性を有する請求項１に記載の積層造形用粉末。
  3. 前記樹脂被膜は、界面活性剤を含む請求項１または２に記載の積層造形用粉末。
  4. 前記粘結剤は、ガラス転移温度が室温以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の積層造形用粉末。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の積層造形用粉末を含むことを特徴とする積層造形体。
  6. 三次元積層造形法により積層造形体を製造する積層造形体の製造方法であって、
    請求項１ないし４のいずれか１項に記載の積層造形用粉末を用いて粉末層を形成する粉末層形成工程と、
    前記粉末層の供給領域に溶媒を供給することにより、前記粉末層中の前記粘結剤を溶解し、前記供給領域における前記金属粒子同士を結着することにより、結着体を得る粘結剤溶解工程と、
    を有することを特徴とする積層造形体の製造方法。
  7. 請求項６に記載の積層造形体の製造方法により製造された積層造形体に脱脂処理を施し、脱脂体を得る脱脂工程と、
    前記脱脂体を焼成し、金属焼結体を得る焼成工程と、
    を有することを特徴とする金属焼結体の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022175222A (ja) * 2021-05-13 2022-11-25 セイコーエプソン株式会社 軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子、電子機器および移動体
CN113500208A (zh) * 2021-07-05 2021-10-15 武汉东海石化重型装备有限公司 一种组合粉料激光熔铸3d打印方法
JPWO2023136285A1 (ja) * 2022-01-14 2023-07-20

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006521264A (ja) 2003-02-18 2006-09-21 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト 層造形法による三次元体製造のためのコーティングされた粉末粒子
JP2016187918A (ja) 2015-03-30 2016-11-04 株式会社リコー 立体造形用粉末材料、立体造形用キット、立体造形物の製造装置及び立体造形物の製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110217555A1 (en) * 2010-03-03 2011-09-08 Seiko Epson Corporation Granulated powder and method for producing granulated powder
KR20160138444A (ko) 2014-03-31 2016-12-05 씨메트 가부시키가이샤 3차원 조형 장치
JP2016055517A (ja) * 2014-09-09 2016-04-21 セイコーエプソン株式会社 三次元造形物の製造方法、三次元造形用材料セットおよび三次元造形物
CN205736044U (zh) * 2016-06-15 2016-11-30 珠海天威飞马打印耗材有限公司 光固化三维打印机
CN106890995A (zh) * 2017-02-23 2017-06-27 深圳市卡德姆科技有限公司 一种金属注塑成型烧结用催化脱脂型喂料的制作方法
EP3548209A4 (en) * 2017-04-28 2020-04-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. PELLETS OF METAL CONSTRUCTION MATERIAL
CN106984805B (zh) * 2017-05-23 2020-07-10 昆山卡德姆新材料科技有限公司 一种3d打印用喂料及其制备方法和应用
CN108752014A (zh) * 2018-05-14 2018-11-06 广东工业大学 一种用于选区激光烧结（sls）/选区激光融化（slm）的粉末及其制备方法和应用
US20200058820A1 (en) * 2018-08-14 2020-02-20 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Electrical conductivity by microwave sintering
US11958109B2 (en) * 2018-09-20 2024-04-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional printing

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006521264A (ja) 2003-02-18 2006-09-21 ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト 層造形法による三次元体製造のためのコーティングされた粉末粒子
JP2016187918A (ja) 2015-03-30 2016-11-04 株式会社リコー 立体造形用粉末材料、立体造形用キット、立体造形物の製造装置及び立体造形物の製造方法

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