JP7388190B2 - 積層造形用サポート材 - Google Patents
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従来から、積層造形においてサポート材は検討されており、造形後に主に液体に溶かして除去するものと、削り取るもの、液体や気体で吹き飛ばすものがある。
削り取る場合は、複雑形状の際には、立体に傷がつかないように削り取るのが難しく、吹き飛ばすものは、強度が不足し、十分なサポートができなかった。そこで、液体に溶かして除去できるサポート材が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
組成物中のPVA系樹脂(A)を特定の低ケン化度を特定の低ケン化度とし、ポリエステル系樹脂を生分解性芳香族脂肪族ポリエステル系樹脂にすることで、種々のモデル材との接着性にも優れる積層造形用サポート材が得られることを見出し、本発明を完成した。
ポリビニルアルコール系樹脂(A)とポリエステル系樹脂(B)を含有する積層造形用サポート材であって、
ポリビニルアルコール系樹脂(A)のケン化度が70~85モル%であり、
ポリエステル系樹脂が生分解性芳香族脂肪族ポリエステル系樹脂であることを特徴とする積層造形用サポート材に関する。
まずは、本発明で用いられるPVA系樹脂(A)について説明する。
まず、本発明で用いられるPVA系樹脂(A)について説明する。
PVA系樹脂(A)は、ビニルエステル系単量体を重合して得られるポリビニルエステル系樹脂をケン化して得られる、ビニルアルコール構造単位を主体とする樹脂であり、ケン化度相当のビニルアルコール構造単位とケン化されずに残存したビニルエステル構造単位から構成される。
本発明のPVA系樹脂(A)は、溶融成形可能なPVA系樹脂(A)を用いることが好ましい。
なお、ケン化度はJIS K 6726に準拠して測定されたものである。
かかる平均重合度が低すぎると積層時に安定した形状を形成することができず、高すぎると本発明の効果が得られない。
かかるビニルエステル系モノマーとしては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられるが、経済的に酢酸ビニルが好ましく用いられる。
ビニルエステル系単量体との共重合に用いられる単量体としては、例えば、エチレンやプロピレン、イソブチレン、α-オクテン、α-ドデセン、α-オクタデセン等のオレフィン類、3-ブテン-1-オール、4-ペンテン-1-オール、5-ヘキセン-1-オール、3,4-ジヒドロキシ-1-ブテン等のヒドロキシ基含有α-オレフィン類およびそのアシル化物などの誘導体、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸等の不飽和酸類、その塩、モノエステル、あるいはジアルキルエステル、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル類、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸類あるいはその塩、アルキルビニルエーテル類、ジメチルアリルビニルケトン、N-ビニルピロリドン、塩化ビニル、ビニルエチレンカーボネート、2,2-ジアルキル-4-ビニル-1,3-ジオキソラン、グリセリンモノアリルエーテル、3,4-ジアセトキシ-1-ブテン等のビニル化合物、酢酸イソプロペニル、1-メトキシビニルアセテート等の置換酢酸ビニル類、塩化ビニリデン、1,4-ジアセトキシ-2-ブテン、ビニレンカーボネート、等が挙げられる。これらの単量体は、単独で、又は2種以上を併用してもよい。
かかる変性PVA系樹脂中の変性量、すなわち共重合体中の各種単量体に由来する構成単位、あるいは後反応によって導入された官能基の含有量は、変性種によって特性が大きく異なるため一概には言えないが、通常、0.1~20モル%であり、特に0.5~12モル%の範囲が好ましく用いられる。
本発明で用いられるポリエステル系樹脂は、芳香族ジカルボン酸と脂肪族ジカルボン酸及び脂肪族ジオールを主成分とする生分解性芳香族脂肪族ポリエステル系樹脂(B)を含有するものである。
本発明でいう生分解性とは、ISO 9408、ISO 9439、ISO 10707、JIS K 6950、JIS K 6951、JIS K 6953又は、JIS K 6955のいずれかを満たすものである。
即ち、本発明で用いられるポリエステル系樹脂は、生分解性芳香族脂肪族ポリエステル系樹脂(B)をポリエステル系樹脂中に、80重量%以上含有するものである。
生分解性芳香族脂肪族ポリエステル系樹脂(B)の含有量が少ないと、積層造形時、サポート材として使用すると、メイン樹脂との接着性が十分得られなかったり、途中で折れたりする傾向がある。
[式(1)中、R1は2価の鎖状脂肪族炭化水素基及び/又は2価の脂環式炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
-OC-R2-CO- (2)
[式(2)中、R2は直接結合を示すか、2価の鎖状脂肪族炭化水素基及び/又は2価の脂環式炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
-OC-R3-CO- (3)
[式(3)中、R5は2価の芳香族炭化水素基を示し、共重合されている場合には1種に限定されない。]
本発明の積層造形用サポート材(以下、単にサポート材ということがある。)はPVA系樹脂(A)と生分解性ポリエステル系樹脂(B)を含有するものであるが、サポート材中のポリエステル系樹脂(B)の含有量としては、PVA系樹脂(A)100重量部に対して、5~90重量部であることが好ましく、特に好ましくは、10~60重量部、さらに好ましくは20~50重量部であり、少なすぎると、柔軟性が低下する傾向があり、多すぎると、水溶解性が低下する傾向がある。
また、積層造形装置のヘッド部にストランド状のサポート材を供給する際、チューブの中を通して供給されることがあり、チューブの内面とサポート材の表面の摺動性が良好であることが好ましい。そのため、サポート材の表面状態が平滑であり、かつタック性が低いことが好ましい。
上記成分以外に、酸化防止剤、着色剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、滑剤等の公知の添加剤、また他の熱可塑性樹脂を適宜配合することができるが、これらは可塑剤も含めて全て生分解性のものが好ましい。
本発明のサポート材を用いた積層造形方法について説明する。
積層造形に用いられる積層造形装置はモデル材とサポート材を各々押し出せるヘッドを複数個以上持つ熱溶融による積層造形ができるものであれば公知のものを用いればよく、例えば、フラッシュフォージ社製クリエイト、レイズ・エンタープライズ社製Eagleed、3Dシステムズ社製MBot Grid II等のデュアルヘッドタイプの積層造形装置を用いることができる。
ヘッド部での溶融温度は通常150~220℃で、200~1000psiの圧力で押出され、積層ピッチは通常100~350μmである。
〔サポート材の作製〕
上記のPVA系樹脂(A)(ケン化度77モル%、平均重合度370の無変性PVA)100部と、生分解性芳香族脂肪族ポリエステル系樹脂(B)としてPBAT(B1)(BASF社製「Ecoflex C1200」)」)43部をペレット状態でブレンドした後、これを二軸押出機に供給し、下記条件で溶融混練し、直径1.75mmのストランド状に押出して、ベルト上で空冷し、リールに巻き取り、サポート材を得た。
押出機:テクノベル社製 15mmφ L/D=60
押出温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/D=90/150/170/180/185/190/190/190/190℃
回転数:200rpm
吐出量:1.5kg/時
上記で得られたサポート材について、接着性の評価を以下の通り行った。
3Dプリンター(Ninjabot社製 FDM-200HW-X)に上記で得られたサポート材(フィラメント)とポリ乳酸のモデル材(PLA、ABS、PC製フィラメント)をセットし、図1に示す構成の立方体を造形し、以下の基準により接着性を評価した。
評価基準
◎:造形可能であり、部材同士の接着力も強く、手では引き剥がせない
〇:造形可能であるが、部材同士の接着力が弱く、手で引き剥がせる
△:部分的に造形不可能な個所あり
×:造形不可能
直径15mmの筒に上記で得られたフィラメントを10周巻き付け、折れた回数を測定した。結果を表1に示す。
上記で得られたフィラメントの直径を測定し、長さ20m中での1.75mmからの最大ずれた径を測定した。結果を表1に示す。
上記で得られたフィラメントを長さ5mmのペレット状に切断。そのペレット5gを500mlの水(40 ℃)中に浸漬し、スターラーで撹拌し、ペレットが目視で確認できなくなった時間を計測した。結果を表1に示す。
実施例1においてPVA系樹脂(A)をケン化度88モル%、平均重合度370、無変性PVAにした以外は、実施例1と同様にした。
結果を表1に示す。
実施例1においてPVA系樹脂(A1)をケン化度99モル%、平均重合度450、側鎖に1,2-ジオール構造の含有量(変性率)を6モル%にした以外は、実施例1と同様にした。
結果を表1に示す。
実施例1において、ポリエステル系樹脂(B)をPLA樹脂(ネイチャーワークス社製)に変更した以外は実施例1と同様にした。
結果を表1に示す。
Claims (2)
- ポリビニルアルコール系樹脂(A)とポリエステル系樹脂を含有する積層造形用サポート材であって、
ポリビニルアルコール系樹脂(A)のケン化度が70~85モル%であり、
ポリビニルアルコール系樹脂(A)が無変性ポリビニルアルコールであり、
ポリエステル系樹脂が生分解性芳香族脂肪族ポリエステル系樹脂 (B)を含有すること
を特徴とする積層造形用サポート材。 - 前記ポリエステル系樹脂の含有量が、PVA系樹脂(A)100重量部に対して、5~90重量部であることを特徴とする請求項1記載の積層造形用サポート材。
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