JP7457925B2 - Powder composition, method for producing a three-dimensional object by powder bed fusion bonding method using the powder composition, and three-dimensional object - Google Patents
Powder composition, method for producing a three-dimensional object by powder bed fusion bonding method using the powder composition, and three-dimensional object Download PDFInfo
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Description
本発明は、粉末床溶融結合方式によって得られる三次元造形物、これを得るために好適に用いられる粉末組成物、およびその粉末組成物を用いて三次元造形物を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional structure obtained by a powder bed fusion bonding method, a powder composition suitably used to obtain the three-dimensional structure, and a method for manufacturing a three-dimensional structure using the powder composition. .
三次元造形物(以下、造形物と称する場合がある)を製造する技術として、材料押出方式、粉末床溶融結合方式、液槽光重合方式、シート積層方式などが知られている。この中でも粉末床溶融結合方式では、粉末の層を設けた後に、物体の断面に対応する位置を選択的に溶融させ、これらの層同士を接着、積層することで三次元造形物を形成させる。ここで、選択的に粉末を溶融させる方法としては、レーザーを用いる選択的レーザー焼結法、溶融助剤を用いる選択的吸収焼結法、および溶融させない場所をマスクする選択的抑制焼結法などがある。粉末床溶融結合方式は、他の造形方法と比較して精密造形に好適である、造形時のサポート部材が不要であるという利点を有する。 BACKGROUND ART Material extrusion methods, powder bed fusion bonding methods, liquid bath photopolymerization methods, sheet lamination methods, and the like are known as techniques for manufacturing three-dimensional structures (hereinafter sometimes referred to as "modeled objects"). Among these, in the powder bed fusion bonding method, after a layer of powder is provided, a position corresponding to the cross section of the object is selectively melted, and these layers are bonded and laminated to form a three-dimensional object. Here, methods for selectively melting the powder include a selective laser sintering method using a laser, a selective absorption sintering method using a melting aid, and a selective suppression sintering method that masks areas that are not to be melted. There is. The powder bed fusion bonding method has the advantage of not requiring a support member during modeling, which is suitable for precision modeling compared to other modeling methods.
前記の方式によって得られる三次元造形物は、その良好な機械特性、寸法精度を活かし、例えば自動車、航空、宇宙などのモビリティ用途や、義肢、装具、補聴器、カテーテルなどの医療用途、スポーツ用途、電気電子材料など、多様な分野での活用を検討されている。この中でもモビリティ用途は、高い耐熱性と弾性率を要求されるため、多くの場合に強化材を配合させた樹脂材料が用いられており、三次元造形物においても類似の特性が必要となる。 The three-dimensional objects obtained by the above method take advantage of their good mechanical properties and dimensional accuracy, and can be used for mobility applications such as automobiles, aviation, and space; medical applications such as prosthetics, orthoses, hearing aids, and catheters; sports applications; It is being considered for use in a variety of fields, including electrical and electronic materials. Among these, mobility applications require high heat resistance and elastic modulus, so resin materials containing reinforcing materials are often used, and similar characteristics are required for three-dimensional objects.
このような市場の要求に対して、特許文献1では、ポリアミド11またはポリアミド12の不定形状の粉末にガラスビーズを配合させ、ポリアミド粉末のみと比較して高い弾性率を有する三次元造形物が開示されている。特許文献2では、ポリアミド粉末に所定のガラス繊維と粉末状流動剤を配合させ、高い弾性率と耐熱性を有する三次元造形物が開示されている。
In response to such market demands,
しかしながら、特許文献1の技術は、ポリアミド粉末が不定形状で流動性が不十分のため、強化材を多量に配合させることができず、得られる造形物の弾性率は3000MPa未満であり、3500MPa以上の弾性率を必要とする本発明の用途には不十分であった。
However, in the technique of
特許文献2の技術はガラス繊維を配合した場合に粉末が十分に充填せず、短いガラス繊維を使用した場合には流動性が不足し、また造形に使用した粉末をリサイクル使用する際にガラス繊維が絡まり流動性が低下する問題があった。
The technology in
そこで、本発明は、ポリアミド粉末と強化材を含むものでありながら高い流動性を有し、リサイクル使用時も良流動性を維持する粉末組成物、ならびに該粉末組成物を三次元造形に適用した際に、反りがなく、高い弾性率を有する造形物の提供を目的とするものである。 Therefore, the present invention provides a powder composition that contains polyamide powder and a reinforcing material but has high fluidity and maintains good fluidity even when recycled, and the powder composition is applied to three-dimensional modeling. In particular, the object is to provide a shaped article that is free from warpage and has a high elastic modulus.
上記課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
(1)ポリアミド粉末(A)と無機強化材(B)を含む粉末組成物であって、前記ポリアミド粉末(A)のD50粒子径が1μm以上100μm以下であり、前記無機強化材(B)の平均長軸径が10μm以上120μm以下、かつ平均長軸径/平均短軸径が2以上12以下であり、粉末組成物の総重量に対する前記無機強化材(B)の含有量X(B)が5重量%以上60重量%以下であり、ポリアミド粉末(A)の真密度T(A)、無機強化材(B)の真密度T(B)、粉末組成物の嵩密度Dとしたとき、粗充填率D/{T(A)×(100-X(B))/100+T(B)×X(B)/100}が0.40以上0.70以下であることを特徴とする粉末組成物。
(2)流動助剤(C)が、粉末組成物の総重量に対して0.01重量%以上2.0重量%以下含まれている、(1)に記載の粉末組成物。
(3)前記流動助剤(C)のD50粒子径が、100nm以上300nm以下である、(2)に記載の粉末組成物。
(4)前記流動助剤(C)がシリカである、(2)または(3)に記載の粉末組成物。
(5)前記無機強化材(B)の平均長軸径が30μm以上90μm以下である、(1)~(4)のいずれかに記載の粉末組成物。
(6)前記無機強化材(B)がガラス繊維および/または炭素繊維である、(1)~(5)のいずれかに記載の粉末組成物。
(7)前記ポリアミド粉末(A)の真球度が80以上100以下である、(1)~(6)のいずれかに記載の粉末組成物。
(8)粉末床溶融結合方式により三次元造形物を製造したときの、当該造形物のX方向弾性率が3500MPa以上である、(1)~(7)のいずれかに記載の粉末組成物。
(9)粉末床溶融結合方式により三次元造形物を製造したときの、0.45MPaの荷重にて測定される荷重たわみ温度が150℃以上である、(1)~(8)のいずれかに記載の粉末組成物。
(10)(1)~(9)のいずれかに記載の粉末組成物を用いて粉末床溶融結合方式によって三次元造形物を製造する方法。
(11)粉末床溶融結合方式によって得られる三次元造形物であって、表面粗度が20μm以下、X方向弾性率が3500MPa以上、かつX線CT測定によって観測される空孔の平均球相当径が1μm以上100μm以下である三次元造形物。
(12)X線CT測定によって観測される空孔が0.1体積%以上10体積%以下である、(11)に記載の三次元造形物。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
(1) A powder composition containing a polyamide powder (A) and an inorganic reinforcing material (B), wherein the D50 particle size of the polyamide powder (A) is 1 μm or more and 100 μm or less, and the inorganic reinforcing material (B) is The average major axis diameter is 10 μm or more and 120 μm or less, and the average major axis diameter/average minor axis diameter is 2 or more and 12 or less, and the content X (B) of the inorganic reinforcing material (B) with respect to the total weight of the powder composition is It is 5% by weight or more and 60% by weight or less, and when the true density T (A) of the polyamide powder (A), the true density T (B) of the inorganic reinforcing material (B), and the bulk density D of the powder composition, the coarse A powder composition characterized in that the filling rate D/{T(A)×(100−X(B))/100+T(B)×X(B)/100} is 0.40 or more and 0.70 or less .
(2) The powder composition according to (1), wherein the flow aid (C) is contained in an amount of 0.01% by weight or more and 2.0% by weight or less based on the total weight of the powder composition.
(3) The powder composition according to (2), wherein the flow aid (C) has a D50 particle size of 100 nm or more and 300 nm or less.
(4) The powder composition according to (2) or (3), wherein the flow aid (C) is silica.
(5) The powder composition according to any one of (1) to (4), wherein the inorganic reinforcing material (B) has an average major axis diameter of 30 μm or more and 90 μm or less.
(6) The powder composition according to any one of (1) to (5), wherein the inorganic reinforcing material (B) is glass fiber and/or carbon fiber .
(7) The powder composition according to any one of (1) to (6), wherein the polyamide powder (A) has a sphericity of 80 or more and 100 or less.
(8) The powder composition according to any one of (1) to (7), wherein when a three-dimensional structure is manufactured by a powder bed fusion bonding method, the X-direction elastic modulus of the structure is 3500 MPa or more.
(9) Any one of (1) to (8), where the deflection temperature under load measured at a load of 0.45 MPa is 150°C or higher when a three-dimensional structure is manufactured by the powder bed fusion bonding method. Powder composition as described.
(10) A method for producing a three-dimensional structure by a powder bed fusion bonding method using the powder composition according to any one of (1) to (9).
(11) A three-dimensional structure obtained by a powder bed fusion bonding method, with a surface roughness of 20 μm or less, an X-direction elastic modulus of 3500 MPa or more, and an average spherical equivalent diameter of pores observed by X-ray CT measurement. A three-dimensional structure whose diameter is 1 μm or more and 100 μm or less.
(12) The three-dimensional structure according to (11), wherein the pores observed by X-ray CT measurement are 0.1% by volume or more and 10% by volume or less.
本発明によれば、ポリアミド粉末と強化材を含むものでありながら高い流動性を有し、リサイクル使用時も良流動性を維持する粉末組成物、ならびに該粉末組成物を三次元造形に適用した際に、反りがなく、高い弾性率を有する造形物を得ることができる。 According to the present invention, there is provided a powder composition that contains polyamide powder and a reinforcing material but has high fluidity and maintains good fluidity even when recycled, and the powder composition is applied to three-dimensional modeling. At the same time, it is possible to obtain a shaped article that is free from warpage and has a high elastic modulus.
以下、本発明について詳細に説明する。
従来、三次元造形物の弾性率は原料である粉末組成物に含まれる強化材の配合量や形状に依存し、高い弾性率の造形物が得られる組成とするためには一定以上の繊維長を有する強化材を配合する必要があり、強化材の凝集などによってリサイクル使用が困難となり、弾性率とリサイクル性を両立することはできなかった。
The present invention will be described in detail below.
Conventionally, the elastic modulus of a three-dimensional object depends on the amount and shape of the reinforcing material contained in the raw material powder composition. In order to create a composition that can produce an object with a high elastic modulus, it is necessary to mix in a reinforcing material with a certain fiber length or longer. However, due to factors such as agglomeration of the reinforcing material, recycling becomes difficult, and it has not been possible to achieve both elastic modulus and recyclability.
しかしながら、3500MPa以上の高い弾性率を有する三次元造形物が得られる粉末組成物であっても、ポリアミド粉末と強化材が一定の条件を満たす場合において、リサイクル使用時も高い流動性を維持し、それを三次元造形に適用すると高弾性率の造形物を得ることができる。さらには、驚くべきことに、三次元造形物が形成される際の結晶化収縮を強化材が機械的に抑制することによって、反りのない、寸法精度に優れた造形物が得られることが分かった。さらに好ましい態様として、真球度が80以上のポリアミド粉末を適用することで、高い表面平滑性を有する三次元造形物を得ることが可能であることを見出した。 However, even with powder compositions that can yield three-dimensional objects with a high elastic modulus of 3,500 MPa or more, if the polyamide powder and reinforcing material meet certain conditions, they will maintain high fluidity even when recycled, When applied to three-dimensional modeling, it is possible to obtain objects with high elastic modulus. Furthermore, surprisingly, it has been found that by mechanically suppressing crystallization shrinkage during the formation of a three-dimensional model, a model with no warpage and excellent dimensional accuracy can be obtained. Ta. As a further preferred embodiment, it has been found that by applying polyamide powder with a sphericity of 80 or more, it is possible to obtain a three-dimensional structure with high surface smoothness.
すなわち、本発明の粉末組成物は、ポリアミド粉末(A)と無機強化材(B)を含み、前記(A)のD50粒子径が1μm以上100μm以下であり、前記(B)の平均長軸径が10μm以上120μm以下、平均長軸径/平均短軸径が2以上12以下であり、粉末組成物の総重量に対する前記(B)の含有量X(B)が5重量%以上60重量%以下であり、ポリアミド粉末(A)の真密度T(A)、無機強化材(B)の真密度T(B)、粉末組成物の嵩密度Dとしたとき、粗充填率D/{T(A)×(100-X(B))/100+T(B)×X(B)/100}が0.40以上0.70以下であることを特徴とするものである。 That is, the powder composition of the present invention contains a polyamide powder (A) and an inorganic reinforcing material (B), the D50 particle size of (A) is 1 μm or more and 100 μm or less, and the average major axis diameter of (B) is is 10 μm or more and 120 μm or less, the average major axis diameter/average minor axis diameter is 2 or more and 12 or less, and the content X (B) of the above (B) is 5% by weight or more and 60% by weight or less based on the total weight of the powder composition. When the true density T(A) of the polyamide powder (A), the true density T(B) of the inorganic reinforcement material (B), and the bulk density D of the powder composition, the rough filling rate D/{T(A )×(100−X(B))/100+T(B)×X(B)/100} is 0.40 or more and 0.70 or less.
以下、本発明の粉末組成物について説明する。
本発明における粉末組成物は、アミド基を含む構造のポリアミドから構成されるポリアミド粉末を含む。かかるポリアミドの具体的な例としては、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリウンデカアミド(ポリアミド11)、ポリラウロアミド(ポリアミド12)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリデカメチレンセバカミド(ポリアミド1010)、ポリドデカメチレンセバカミド(ポリアミド1012)、ポリドデカメチレンドデカミド(ポリアミド1212)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ポリアミド612)、ポリデカメチレンアジパミド(ポリアミド106)、ポリドデカメチレンアジパミド(ポリアミド126)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド(ポリアミド6T)、ポリデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド10T)、ポリドデカメチレンテレフタルアミド(ポリアミド12T)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミド共重合体(ポリアミド6/66)、ポリカプロアミド/ポリラウロアミド共重合体(ポリアミド6/12)などが挙げられる。中でも、真球形状に制御し易い点から好ましくは、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリウンデカアミド(ポリアミド11)、ポリラウロアミド(ポリアミド12)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリデカメチレンセバカミド(ポリアミド1010)、ポリドデカメチレンセバカミド(ポリアミド1012)、ポリドデカメチレンドデカミド(ポリアミド1212)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ポリアミド612)などが挙げられる。また、造形に適した熱特性である点から、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリウンデカアミド(ポリアミド11)、ポリラウロアミド(ポリアミド12)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)、ポリデカメチレンセバカミド(ポリアミド1010)、ポリドデカメチレンセバカミド(ポリアミド1012)が特に好ましい。この中でも、造形時の耐熱性の点では、ポリカプロアミド(ポリアミド6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ポリアミド610)が著しく好ましい。
The powder composition of the present invention will be explained below.
The powder composition in the present invention includes a polyamide powder composed of polyamide having a structure containing an amide group. Specific examples of such polyamides include polycaproamide (polyamide 6), polyundecamide (polyamide 11), polylauramide (polyamide 12), polyhexamethylene adipamide (polyamide 66), and polydecamethylene polymer. Bacamide (Polyamide 1010), Polydodecamethylene Sebamide (Polyamide 1012), Polydodecamethylene Dodecamide (Polyamide 1212), Polyhexamethylene Sebaamide (Polyamide 610), Polyhexamethylene Dodecamide (Polyamide 612), Poly Decamethylene adipamide (Polyamide 106), Polydodecamethylene adipamide (Polyamide 126), Polyhexamethylene terephthalamide (Polyamide 6T), Polydecamethylene terephthalamide (Polyamide 10T), Polydodecamethylene terephthalamide (Polyamide 12T) , polycaproamide/polyhexamethylene adipamide copolymer (
前記ポリアミドは、本発明の効果を損なわない範囲で共重合していても構わない。共重合可能な成分としては、柔軟性を付与するポリオレフィンやポリアルキレングリコールなどのエラストマー成分、耐熱性や強度を向上する剛直な芳香族成分など適宜選択できる。また、後述するが、粉末床溶融結合方式でポリマー粉末を再利用するために末端基を調整する共重合成分を用いてもよい。かかる共重合成分としては、酢酸、ヘキサン酸、ラウリン酸や安息香酸などのモノカルボン酸やへキシルアミンやオクチルアミン、アニリンなどのモノアミンが挙げられる。 The polyamide may be copolymerized to the extent that the effects of the present invention are not impaired. As the copolymerizable component, an elastomer component such as polyolefin or polyalkylene glycol that imparts flexibility, and a rigid aromatic component that improves heat resistance and strength can be selected as appropriate. Furthermore, as will be described later, a copolymerization component that adjusts the end groups may be used in order to reuse the polymer powder by a powder bed fusion bonding method. Examples of such copolymerization components include monocarboxylic acids such as acetic acid, hexanoic acid, lauric acid, and benzoic acid, and monoamines such as hexylamine, octylamine, and aniline.
ポリアミドの重量平均分子量の範囲は、10,000~1,000,000であることが好ましい。重量平均分子量が高いほど結晶化速度が遅くなり、造形時の結晶化に伴う反りなどが抑制できるため、下限は20,000以上が好ましく、30,000以上がより好ましく、40,000以上がさらに好ましく、45,000以上が特に好ましく、50,000以上が最も好ましい。分子量が高すぎると高粘度となり、造形時における強化材の分散性、均一性が悪化するため、上限は、700,000以下が好ましく、500,000以下がより好ましく、300,000以下がさらに好ましく、200,000以下が特に好ましく、100,000以下が最も好ましい。 The weight average molecular weight of the polyamide is preferably in the range of 10,000 to 1,000,000. The higher the weight average molecular weight, the slower the crystallization rate, and the more warping caused by crystallization during modeling can be suppressed. Therefore, the lower limit is preferably 20,000 or more, more preferably 30,000 or more, and even more preferably 40,000 or more. It is preferably 45,000 or more, particularly preferably 50,000 or more, and most preferably 50,000 or more. If the molecular weight is too high, the viscosity will be high and the dispersibility and uniformity of the reinforcing material during modeling will deteriorate, so the upper limit is preferably 700,000 or less, more preferably 500,000 or less, and even more preferably 300,000 or less. , 200,000 or less is particularly preferred, and 100,000 or less is most preferred.
なお、ポリアミド粉末を構成するポリアミドの重量平均分子量とは、ヘキサフルオロイソプロパノールを溶媒に用い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで重量平均分子量を測定し、ポリメチルメタクリレートで換算した値を指す。 Note that the weight average molecular weight of the polyamide constituting the polyamide powder refers to the value obtained by measuring the weight average molecular weight by gel permeation chromatography using hexafluoroisopropanol as a solvent and converting it into polymethyl methacrylate.
本発明のポリアミド粉末組成物は、本発明を損なわない範囲で他の配合物を加えても構わない。配合剤としては、例えば、粉末床溶融結合方式で造形中の加熱による熱劣化を抑制するために、酸化防止剤や耐熱安定剤などが挙げられる。酸化防止剤、耐熱安定剤としては、例えば、ヒンダードフェノール、ヒドロキノン、ホスファイト類およびこれらの置換体や、亜リン酸塩、次亜リン酸塩などが挙げられる。他には、着色用の顔料や染料、粘度調整用の可塑剤、流動性改質用の流動助剤、機能付与する帯電防止剤、難燃剤やカーボンブラック、シリカ、二酸化チタン、チタン酸カリウム、ガラス繊維やガラスビーズ、炭素繊維、セルロースナノファイバーなどのフィラーなどが挙げられる。これらは公知の物を使用することが可能で、ポリアミド粉末の内部、外部のいずれに存在していても構わない。 The polyamide powder composition of the present invention may contain other ingredients as long as the present invention is not impaired. Examples of compounding agents include antioxidants and heat-resistant stabilizers in order to suppress thermal deterioration due to heating during molding using the powder bed fusion bonding method. Examples of the antioxidant and heat stabilizer include hindered phenol, hydroquinone, phosphites, substituted products thereof, phosphites, hypophosphites, and the like. Other products include pigments and dyes for coloring, plasticizers for adjusting viscosity, flow aids for improving fluidity, antistatic agents for adding functionality, flame retardants, carbon black, silica, titanium dioxide, potassium titanate, Examples include fillers such as glass fiber, glass beads, carbon fiber, and cellulose nanofiber. Known materials can be used for these materials, and they may be present either inside or outside the polyamide powder.
本発明のポリアミド粉末のD50粒子径は、1~100μmの範囲である。D50粒子径が100μmを超えると、粒子サイズが積層高さ以上となり表面が粗くなる。D50粒子径が1μm未満であると、微細なため造形時のリコーターなどに付着し易くなり、造形室を必要温度まで上昇できない。ポリアミド粉末のD50粒子径の上限は、90μm以下が好ましく、80μm以下がより好ましく、70μm以下がさらに好ましい。下限は、5μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、30μm以上がさらに好ましい。 The D50 particle size of the polyamide powder of the present invention is in the range of 1 to 100 μm. If the D50 particle size exceeds 100 μm, the particle size will exceed the stacking height and the surface will become rough. If the D50 particle size is less than 1 μm, the particles will be so fine that they will easily adhere to a recoater or the like during molding, making it impossible to raise the temperature of the molding chamber to the required temperature. The upper limit of the D50 particle size of the polyamide powder is preferably 90 μm or less, more preferably 80 μm or less, and even more preferably 70 μm or less. The lower limit is preferably 5 μm or more, more preferably 20 μm or more, and even more preferably 30 μm or more.
なお、ポリアミド粉末のD50粒子径は、レーザー回折式粒径分布計にて測定される粒径分布の小粒径側からの累積度数が50%となる粒径(D50粒子径)である。 The D50 particle size of the polyamide powder is the particle size (D50 particle size) at which the cumulative frequency from the small particle size side of the particle size distribution measured by a laser diffraction particle size distribution meter is 50%.
ポリアミド粉末の粒度分布は、粒度分布のD90とD10の比であるD90/D10で表され、5.0未満であることが好ましい。粒度分布が狭い方が、粒子サイズの差による造形時の融解性の差が無くなり、また無機強化材も均一に分散しやすくなり、均質な造形物を得られるため好ましい。従って、D90/D10は、4.0未満がより好ましく、3.0未満がさらに好ましく、2.0未満が特に好ましい。また、その下限値は、理論上1.0である。 The particle size distribution of the polyamide powder is expressed as D90/D10, which is the ratio of D90 to D10 in the particle size distribution, and is preferably less than 5.0. A narrower particle size distribution is preferable because it eliminates differences in melting properties during molding due to differences in particle size, and also makes it easier to uniformly disperse inorganic reinforcing materials, resulting in a homogeneous molded product. Therefore, D90/D10 is more preferably less than 4.0, even more preferably less than 3.0, and particularly preferably less than 2.0. The lower limit is theoretically 1.0.
本発明におけるポリアミド粉末の粒度分布を示すD90/D10は、前記したレーザー回折式粒径分布計により測定した粒径分布の小粒径側からの累積度数が90%となる粒径(D90)を小粒径側からの累積度数が10%となる粒径(D10)で除した値である。 D90/D10, which indicates the particle size distribution of the polyamide powder in the present invention, is the particle size (D90) at which the cumulative frequency from the small particle size side of the particle size distribution measured by the above-mentioned laser diffraction particle size distribution meter is 90%. This is the value divided by the particle size (D10) at which the cumulative frequency from the small particle size side is 10%.
本発明のポリアミド粉末の真球性を示す真球度は、80以上100以下であることが好ましい。真球度が80に満たない場合には、流動性が悪化し造形物の表面が粗くなる。真球度は、好ましくは85以上100以下、より好ましくは90以上100以下、さらに好ましくは93以上100以下、特に好ましくは95以上100以下、著しく好ましくは97以上100以下である。 The polyamide powder of the present invention preferably has a sphericity of 80 or more and 100 or less. When the sphericity is less than 80, fluidity deteriorates and the surface of the shaped object becomes rough. The sphericity is preferably 85 or more and 100 or less, more preferably 90 or more and 100 or less, even more preferably 93 or more and 100 or less, particularly preferably 95 or more and 100 or less, and extremely preferably 97 or more and 100 or less.
なお、本発明のポリアミド粉末の真球度は、走査型電子顕微鏡の写真から無作為に30個の粒子を観察し、その短径と長径から下記数式に従い、決定される。 The sphericity of the polyamide powder of the present invention is determined by randomly observing 30 particles from a photograph taken with a scanning electron microscope and using the short axis and long axis according to the following formula.
なお、S:真球度、a:長径、b:短径、n:測定数30とする。 Note that S: sphericity, a: major axis, b: minor axis, and n: number of measurements is 30.
本発明のポリアミド粉末の表面の平滑性や内部の中実性は、ガス吸着によるBET比表面積によって表すことが可能である。ポリマー粉末の表面が平滑、内部が中実であると、その表面積が小さくなり、流動性が向上し造形物の表面が滑らかになり好ましい。ここでは、表面が平滑であるほど、BET比表面積は小さくなることを意味する。具体的には、10m2/g以下であることが好ましく、より好ましくは5m2/g以下であり、さらに好ましくは3m2/g以下であり、特に好ましくは1m2/g以下であり、最も好ましくは0.5m2/g以下である。また、その下限値は、粒子径が100μmであった場合に理論上0.05m2/gである。 The surface smoothness and internal solidity of the polyamide powder of the present invention can be expressed by the BET specific surface area determined by gas adsorption. If the surface of the polymer powder is smooth and the inside is solid, the surface area is small, the fluidity is improved, and the surface of the molded object is smooth, which is preferable. Here, it means that the smoother the surface, the smaller the BET specific surface area. Specifically, it is preferably 10 m 2 /g or less, more preferably 5 m 2 /g or less, even more preferably 3 m 2 /g or less, particularly preferably 1 m 2 /g or less, and most preferably 0.5 m 2 /g or less. The lower limit is theoretically 0.05 m 2 /g when the particle diameter is 100 μm.
なお、BET比表面積は、日本工業規格(JIS規格)JIS R 1626(1996)「気体吸着BET法による比表面積の測定方法」に準じて測定される。 The BET specific surface area is measured according to the Japanese Industrial Standards (JIS) JIS R 1626 (1996) "Method for measuring specific surface area by gas adsorption BET method".
本発明のポリアミド粉末の中実性は、BET比表面積とD50粒子径から算出される理論表面積の比を示す下記の式によって評価することもできる。上記の比が1に近いほど、粒子の最表面のみで吸着が起こるため、表面平滑で中実な粒子であることを示す。5以下が好ましく、4以下がより好ましく、3以下がさらに好ましく、2以下が最も好ましい。また、その下限値は、理論上1である。 The solidity of the polyamide powder of the present invention can also be evaluated by the following formula showing the ratio of the BET specific surface area to the theoretical surface area calculated from the D50 particle size. The closer the above ratio is to 1, the more adsorption occurs only on the outermost surface of the particle, indicating that the particle has a smoother surface and a solid particle. It is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, even more preferably 3 or less, and most preferably 2 or less. Further, the lower limit value is theoretically 1.
なお、R:表面積の比、D:D50粒子径、α:ポリアミドの密度、A:BET比表面積を示す。 Note that R: ratio of surface area, D: D50 particle diameter, α: density of polyamide, and A: BET specific surface area.
本発明のポリアミド粉末の製造には、先に本発明者らが開示した国際公開2018/207728号に記載された、ポリアミドの単量体を、ポリアミドとは非相溶のポリマーの存在下で、ポリアミドの結晶化温度より高い温度で重合後、ポリアミド粉末を洗浄、乾燥して作製する手法を用いることができる。 To produce the polyamide powder of the present invention, the polyamide monomer described in International Publication No. 2018/207728 previously disclosed by the present inventors is added to the polyamide in the presence of a polymer that is incompatible with the polyamide. A method can be used in which the polyamide powder is polymerized at a temperature higher than the crystallization temperature of the polyamide, and then the polyamide powder is washed and dried.
本発明で好ましく用いられるポリアミド粉末は、ポリアミド粉末製造工程などで使用された副成分の含有量が0.1質量%未満である。このような副成分は、粉末組成物の流動性やリサイクル性を低下させる原因となるため、0.05質量%未満がより好ましく、0.01質量%未満がさらに好ましく、0.007質量%未満が特に好ましく、0.004質量%未満が著しく好ましく、0.001質量%未満が最も好ましい。なお、このような副成分の含有量は、公知の方法で分析することができ、例えばポリアミド粉末から水または有機溶媒で抽出後、溶媒を除去した後に、水を溶媒としてゲルパーミエーションクロマトグラフィーで定量することができる。 The polyamide powder preferably used in the present invention has a content of subcomponents used in the polyamide powder manufacturing process or the like of less than 0.1% by mass. Since such subcomponents cause a decrease in the fluidity and recyclability of the powder composition, their content is more preferably less than 0.05% by mass, even more preferably less than 0.01% by mass, and less than 0.007% by mass. is particularly preferred, less than 0.004% by weight is highly preferred, and less than 0.001% by weight is most preferred. The content of such subcomponents can be analyzed by a known method. For example, after extracting polyamide powder with water or an organic solvent, removing the solvent, and performing gel permeation chromatography using water as a solvent. Can be quantified.
本発明の効果を損なわない範囲で、得られたポリアミド粉末に追加で熱処理を加えても構わない。熱処理の方法としては公知の方法を使用でき、オーブンなどを使用した常圧熱処理、真空乾燥機などを使用した減圧熱処理、オートクレーブなどの圧力容器中で水とともに加熱させる加圧熱処理を適宜選択できる。熱処理をすることで、ポリアミドの分子量や結晶化度、融点を所望の範囲に制御することが可能である。 The obtained polyamide powder may be subjected to additional heat treatment as long as the effect of the present invention is not impaired. A known method can be used for the heat treatment, and an appropriate method can be selected from normal pressure heat treatment using an oven, reduced pressure heat treatment using a vacuum dryer, and pressurized heat treatment in which the powder is heated together with water in a pressure vessel such as an autoclave. By carrying out the heat treatment, it is possible to control the molecular weight, crystallinity, and melting point of the polyamide to the desired range.
本発明における粉末組成物は、無機化合物から構成される無機強化材を含むことを特徴とする。無機強化材はポリアミド粉末に対してドライブレンドされてもよいし、ポリアミド粉末内部に含まれていてもよいが、ポリアミド粉末を真球形状に制御し、流動性を向上させる点で、ドライブレンドされていることが好ましい。 The powder composition of the present invention is characterized by containing an inorganic reinforcing material composed of an inorganic compound. The inorganic reinforcing material may be dry blended with the polyamide powder or may be contained inside the polyamide powder, but it is preferable to dry blend the inorganic reinforcing material in order to control the polyamide powder to a spherical shape and improve flowability.
かかる無機強化材は、例えば、ガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク、発泡ガラスビーズなどのガラス系フィラー、霞石閃長石微粉末、モンモリロナイト、ベントナイト等の焼成クレー、シラン改質クレーなどのクレー(ケイ酸アルミニウム粉末)、タルク、ケイ藻土、ケイ砂などのケイ酸含有化合物、軽石粉、軽石バルーン、スレート粉、雲母粉などの天然鉱物の粉砕品、硫酸バリウム、リトポン、硫酸カルシウム、二硫化モリブデン、グラファイト(黒鉛)などの鉱物、溶融シリカ、結晶シリカ、アモルファスシリカなどのシリカ(二酸化ケイ素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、アルミナコロイド(アルミナゾル)、アルミナホワイトなどのアルミナ、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、微粉化炭酸カルシウム、特殊炭酸カルシウム系充填剤などの炭酸カルシウム、フライアッシュ球、火山ガラス中空体、合成無機中空体、単結晶チタン酸カリ、チタン酸カリウム繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、炭素中空球、フラーレン、無煙炭粉末、セルロースナノファイバー、人造氷晶石(クリオライト)、酸化チタン、酸化マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、ドロマイト、亜硫酸カルシウム、マイカ、アスベスト、ケイ酸カルシウム、硫化モリブデン、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられる。硬質で強度向上の効果が大きい点で、ガラス系フィラー、鉱物類、炭素繊維が好ましく、粒子径分布、繊維径分布が狭い点でガラス系フィラーがさらに好ましい。これらの無機強化材は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。 Such inorganic reinforcing materials include, for example, glass-based fillers such as glass fiber, glass beads, glass flakes, and expanded glass beads; nepheline syenite fine powder, calcined clays such as montmorillonite and bentonite; clays (aluminum silicate powders) such as silane-modified clay; silicic acid-containing compounds such as talc, diatomaceous earth, and silica sand; crushed natural minerals such as pumice powder, pumice balloons, slate powder, and mica powder; minerals such as barium sulfate, lithopone, calcium sulfate, molybdenum disulfide, and graphite; silicas (silicon dioxides) such as fused silica, crystalline silica, and amorphous silica; alumina (aluminum oxide); and alumina colloids (alumina). Examples of such fillers include alumina such as Luminasol, alumina white, calcium carbonate such as light calcium carbonate, heavy calcium carbonate, finely powdered calcium carbonate, and special calcium carbonate-based fillers, fly ash spheres, volcanic glass hollow bodies, synthetic inorganic hollow bodies, potassium titanate monocrystal, potassium titanate fiber, carbon fiber, carbon nanotubes, carbon hollow spheres, fullerenes, anthracite powder, cellulose nanofibers, artificial cryolite, titanium oxide, magnesium oxide, basic magnesium carbonate, dolomite, calcium sulfite, mica, asbestos, calcium silicate, molybdenum sulfide, boron fiber, and silicon carbide fiber. Glass-based fillers, minerals, and carbon fibers are preferred because they are hard and have a large effect of improving strength, and glass-based fillers are even more preferred because they have a narrow particle size distribution and fiber size distribution. These inorganic reinforcing materials can be used alone or in combination of two or more types.
かかる無機強化材を構成する元素としては、一般にナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、チタン、鉄、アルミニウム、亜鉛、ホウ素、アルミニウム、ケイ素、酸素などが挙げられるが、剛性が高く、また耐熱性向上に寄与できる点で、ケイ素およびアルミニウムを含むことが好ましく、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムを含むことがより好ましい。ケイ素およびアルミニウムを含む無機強化材の具体的な例としては、マイカ、カオリンクレイ、モンモリロナイト、ガラス系フィラーなどが挙げられ、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムを含む無機強化材の具体的な例としてはガラス系フィラーなどが挙げられる。 Elements constituting such inorganic reinforcements generally include sodium, potassium, magnesium, calcium, barium, titanium, iron, aluminum, zinc, boron, aluminum, silicon, oxygen, etc., but they have high rigidity and heat resistance. It is preferable to contain silicon and aluminum, and it is more preferable to contain silicon, aluminum, magnesium, and calcium because they can contribute to improvement. Specific examples of inorganic reinforcing materials containing silicon and aluminum include mica, kaolin clay, montmorillonite, glass fillers, etc. Specific examples of inorganic reinforcing materials containing silicon, aluminum, magnesium, and calcium include Examples include glass fillers.
本発明において無機強化材の構成元素は、無機強化材をエネルギー分散型X線分析装置にて検出されるスペクトルデータから判定することができる。 In the present invention, the constituent elements of the inorganic reinforcing material can be determined from the spectral data detected by an energy dispersive X-ray analyzer.
本発明で好ましく使用されるガラス系フィラーの例としては、ガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク、発泡ガラスビーズなどが挙げられるが、三次元造形物に高い弾性率を発現させることが可能である点で、ガラス繊維、ガラスビーズ、またはこれらの混合物がより好ましい。この中でも、造形物の反りを抑制できる点でガラス繊維、またはガラス繊維とガラスビーズの混合物が特に好ましい。更には、造形物が高強度となる点でガラス繊維が著しく好ましい。また、造形物の強度異方性が小さい点でガラス繊維とガラスビーズの混合物が著しく好ましい。ガラス繊維としては、断面が円形状のものでも扁平形状のものでも良い。 Examples of glass-based fillers preferably used in the present invention include glass fibers, glass beads, glass flakes, and foamed glass beads, but they are capable of producing high elastic modulus in three-dimensional objects. and glass fibers, glass beads, or mixtures thereof are more preferred. Among these, glass fibers or a mixture of glass fibers and glass beads are particularly preferred since they can suppress warpage of the shaped object. Furthermore, glass fiber is extremely preferable since the shaped article has high strength. Further, a mixture of glass fiber and glass beads is extremely preferable since the strength anisotropy of the shaped object is small. The glass fiber may have a circular cross section or a flat cross section.
本発明の効果を損なわない範囲で、無機強化材とポリアミド粉末との密着性を向上させる目的で、無機強化材に表面処理を施されたものを用いることが可能である。そのような表面処理の例としては、アミノシラン、エポキシシラン、アクリルシラン等のシランカップリング剤などが挙げられる。これらの表面処理剤は、無機強化材の表面でカップリング反応により固定化されている、または無機強化材の表面を被覆していても良いが、三次元造形に使用した粉末をリサイクル使用する上で、熱などによって改質されにくいという点で、カップリング反応によって固定化されているものが好ましい。 To improve the adhesion between the inorganic reinforcing material and the polyamide powder, it is possible to use an inorganic reinforcing material that has been surface-treated, as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of such surface treatments include silane coupling agents such as aminosilane, epoxysilane, and acrylicsilane. These surface treatment agents may be fixed on the surface of the inorganic reinforcing material by a coupling reaction, or may cover the surface of the inorganic reinforcing material. However, in terms of recycling the powder used in three-dimensional modeling, those that are fixed by a coupling reaction are preferred because they are less likely to be modified by heat, etc.
本発明の無機強化材の平均長軸径は、10~120μmの範囲である。平均長軸径が120μmを超えると、造形面から無機強化材の凹凸が出て、表面平滑性を損なうため好ましくない。平均長軸径が10μm未満であると、弾性率向上に寄与できなくなるため、好ましくない。無機強化材の平均長軸径の上限は、110μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましく、95μm以下がさらに好ましく、90μm以下が特に好ましい。下限は、15μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、30μm以上がさらに好ましい。 The average major axis diameter of the inorganic reinforcing material of the present invention is in the range of 10 to 120 μm. If the average major axis diameter exceeds 120 μm, unevenness of the inorganic reinforcing material will appear from the modeling surface, impairing surface smoothness, which is not preferable. If the average major axis diameter is less than 10 μm, it is not preferable because it cannot contribute to improving the elastic modulus. The upper limit of the average major axis diameter of the inorganic reinforcing material is preferably 110 μm or less, more preferably 100 μm or less, even more preferably 95 μm or less, and particularly preferably 90 μm or less. The lower limit is preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm or more, and even more preferably 30 μm or more.
本発明の無機強化材の形状は、平均長軸径と平均短軸径の比である平均長軸径/平均短軸径で表され、2以上12以下である。平均長軸径/平均短軸径が12を超えると、後述する造形物におけるX方向への配向が顕著となり、Z方向との強度異方性が大きくなるため好ましくない。平均長軸径/平均短軸径が2未満では、強度向上に寄与できなくなるため、好ましくない。平均長軸径/平均短軸径の上限は、11以下が好ましく、10以下がより好ましく、9以下がさらに好ましい。下限は、3以上が好ましく、4以上がより好ましい。 The shape of the inorganic reinforcing material of the present invention is expressed by the ratio of the average major axis diameter to the average minor axis diameter, which is the average major axis diameter/average minor axis diameter, and is 2 or more and 12 or less. If the average major axis diameter/average minor axis diameter exceeds 12, the orientation in the X direction in the shaped article to be described later becomes significant, and the strength anisotropy with respect to the Z direction increases, which is not preferable. If the average major axis diameter/average minor axis diameter is less than 2, it is not preferable because it cannot contribute to improving the strength. The upper limit of the average major axis diameter/average minor axis diameter is preferably 11 or less, more preferably 10 or less, and even more preferably 9 or less. The lower limit is preferably 3 or more, more preferably 4 or more.
なお、本発明において無機強化材の平均長軸径、平均短軸径とは、無機強化材を走査型電子顕微鏡で撮像して得られる写真から無作為に100個の繊維または粒子の長軸径と短軸径を観察した数平均値である。長軸径とは、粒子の像を2本の平行線で挟んだときの平行線の間隔が最大となる径であり、短軸径とは、長軸径と直交する方向で2本の平行線で挟んだときの平行線の間隔が最小となる径である。無機強化材の平均長軸径、平均短軸径を測定する際に、図2のような粉末組成物の走査型電子顕微鏡写真から無機強化材を選んで長軸径、短軸径を測定してもよい。 In addition, in the present invention, the average major axis diameter and average minor axis diameter of the inorganic reinforcing material are the major axis diameters of 100 fibers or particles randomly selected from a photograph obtained by imaging the inorganic reinforcing material with a scanning electron microscope. This is the number average value obtained by observing the minor axis diameter. The major axis diameter is the diameter at which the distance between two parallel lines is maximum when the particle image is sandwiched between two parallel lines, and the minor axis diameter is the diameter at which the distance between two parallel lines is the maximum in the direction perpendicular to the major axis diameter. This is the diameter that minimizes the distance between parallel lines when sandwiched between lines. When measuring the average major axis diameter and average minor axis diameter of an inorganic reinforcement, select an inorganic reinforcement material from a scanning electron micrograph of a powder composition as shown in Figure 2, and measure the major axis diameter and minor axis diameter. You can.
かかる無機強化材の配合量X(B)は、粉末組成物の総重量に対して5重量%以上60重量%以下である。配合量の上限は、55重量%以下が好ましく、50重量%以下がより好ましい。また、配合量の下限は、10重量%以上が好ましく、15重量%以上がより好ましく、20重量%以上がさらに好ましい。無機強化材の配合量が5重量%以上であれば、粉末組成物を三次元造形して得られる造形物の弾性率と強度を向上させることができる。また、無機強化材の配合量が60重量%以下であれば、粉末組成物の流動性を悪化させず、表面平滑性に優れた造形物が得られる傾向にある。 The blending amount X(B) of the inorganic reinforcing material is 5% by weight or more and 60% by weight or less based on the total weight of the powder composition. The upper limit of the blending amount is preferably 55% by weight or less, more preferably 50% by weight or less. Further, the lower limit of the blending amount is preferably 10% by weight or more, more preferably 15% by weight or more, and even more preferably 20% by weight or more. If the blending amount of the inorganic reinforcing material is 5% by weight or more, the elastic modulus and strength of the molded product obtained by three-dimensionally molding the powder composition can be improved. Further, if the amount of the inorganic reinforcing material is 60% by weight or less, the fluidity of the powder composition is not deteriorated and a shaped article with excellent surface smoothness tends to be obtained.
本発明の粉末組成物は、流動性を向上させる点で、流動助剤を含むことが好ましい。流動助剤とは、粉末間の付着力によって粉末が凝集することを抑制する物質を指す。かかる流動助剤を含むことで、粉末組成物の流動性を向上、即ち後述する流動性の指標である安息角を所望の範囲に改善でき、機械特性低下の要因となる欠陥が減少することや、得られる造形物の外観をより向上できる傾向にある。 The powder composition of the present invention preferably contains a flow aid in order to improve flowability. The flow aid refers to a substance that suppresses powder agglomeration due to the adhesive force between powders. By including such a flow aid, the flowability of the powder composition can be improved, that is, the angle of repose, which is an index of flowability described below, can be improved to a desired range, and defects that cause deterioration of mechanical properties can be reduced. This tends to further improve the appearance of the resulting model.
かかる流動助剤は、例えば、溶融シリカ、結晶シリカ、アモルファスシリカなどのシリカ(二酸化ケイ素)、アルミナ(酸化アルミニウム)、アルミナコロイド(アルミナゾル)、アルミナホワイトなどのアルミナ、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、微粉化炭酸カルシウム、特殊炭酸カルシウム系充填剤などの炭酸カルシウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム、チタン酸カリウム繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などが挙げられる。さらに好ましくは、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム粉末、酸化チタンである。特に好ましくは、硬質で強度向上や流動性改良に寄与できるという点で、シリカが挙げられる。 Such flow aids include, for example, silica (silicon dioxide) such as fused silica, crystalline silica, and amorphous silica, alumina (aluminum oxide), alumina colloid (alumina sol), alumina such as alumina white, light calcium carbonate, and heavy calcium carbonate. , pulverized calcium carbonate, calcium carbonate such as special calcium carbonate fillers, titanium oxide, magnesium oxide, basic magnesium carbonate, potassium titanate fiber, boron fiber, silicon carbide fiber, etc. More preferred are silica, alumina, calcium carbonate powder, and titanium oxide. Particularly preferred is silica, since it is hard and can contribute to improving strength and fluidity.
かかるシリカの市販品としては、日本アエロジル株式会社製フュームドシリカ“AEROSIL”(登録商標)シリーズ、株式会社トクヤマ製乾式シリカ“レオロシール”(登録商標)シリーズ、信越化学工業株式会社製ゾルゲルシリカパウダーX-24シリーズなどが挙げられる。 Commercial products of such silica include fumed silica "AEROSIL" (registered trademark) series manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., dry silica "Rheolo Seal" (registered trademark) series manufactured by Tokuyama Co., Ltd., and sol-gel silica powder X manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. -24 series etc.
かかる流動助剤のD50粒子径は、100nm以上300nm以下のものが好ましく用いられる。流動助剤のD50粒子径の上限は、270nmがより好ましく、さらに好ましくは250nmであり、特に好ましくは230nmであり、著しく好ましくは200nmである。下限は、110nmがより好ましく、さらに好ましくは120nmであり、特に好ましくは130nmであり、著しく好ましくは140nmである。流動助剤のD50粒子径が上記範囲にあれば、粉末組成物の流動性を向上させるとともに、粉末組成物に対し、流動助剤を均一に分散させることができる傾向にある。 The flow aid preferably has a D50 particle diameter of 100 nm or more and 300 nm or less. The upper limit of the D50 particle size of the flow aid is more preferably 270 nm, even more preferably 250 nm, particularly preferably 230 nm, and extremely preferably 200 nm. The lower limit is more preferably 110 nm, further preferably 120 nm, particularly preferably 130 nm, and extremely preferably 140 nm. When the D50 particle size of the flow aid is within the above range, the flowability of the powder composition is improved and the flow aid tends to be able to be uniformly dispersed in the powder composition.
本発明における流動助剤のD50粒子径とは、動的光散乱法によるレーザーの散乱光を解析して得られる微粒子の総体積を100%として累積カーブを求め、小粒径側からの累積カーブが50%となる粒子径(D50)である。 The D50 particle size of the flow aid in the present invention is defined as the cumulative curve obtained by analyzing the scattered laser light by dynamic light scattering, taking the total volume of fine particles as 100%, and calculating the cumulative curve from the small particle size side. is the particle diameter (D50) at which 50%.
かかる流動助剤の配合量は、粉末組成物の総重量に対し、0.01重量%以上2.0重量%以下が好ましい。配合量の上限は、1.5重量%以下がより好ましく、1.0重量%以下がさらに好ましく、0.8重量%以下が特に好ましく、0.7重量%以下が著しく好ましい。また、配合量の下限は、0.02重量%以上がより好ましく、0.03重量%以上がさらに好ましく、0.04重量%以上が特に好ましい。流動助剤の配合量が0.01重量%以上であれば、粉末組成物の流動性がさらに向上し、造形物した際の充填性が増すため、機械特性で欠陥となるボイドが発生しにくく、得られる造形物は高い強度を発現する傾向にある。また、流動助剤の配合量が2.0重量%以下であれば、ポリアミド粉末の表面を流動助剤が被覆することによる焼結の阻害が発生せず、強度の高い造形物が得られる傾向にある。 The blending amount of the flow aid is preferably 0.01% by weight or more and 2.0% by weight or less based on the total weight of the powder composition. The upper limit of the blending amount is more preferably 1.5% by weight or less, further preferably 1.0% by weight or less, particularly preferably 0.8% by weight or less, and extremely preferably 0.7% by weight or less. Further, the lower limit of the blending amount is more preferably 0.02% by weight or more, further preferably 0.03% by weight or more, and particularly preferably 0.04% by weight or more. If the blending amount of the flow aid is 0.01% by weight or more, the fluidity of the powder composition will further improve, and the filling properties when molded will increase, so voids that will cause defects in mechanical properties will be less likely to occur. , the resulting shaped objects tend to exhibit high strength. Furthermore, if the blending amount of the flow aid is 2.0% by weight or less, sintering will not be hindered due to the flow aid coating the surface of the polyamide powder, and a molded object with high strength will tend to be obtained. It is in.
本発明の粉末組成物は、前述のポリアミド粉末に、無機強化材および必要に応じて流動助剤やその他の添加剤をドライブレンドした粉末混合物が好ましいが、ポリアミド粉末に無機強化材が練りこまれたものであってもよい。ブレンドするときに、必要以上の剪断力がかかると、無機強化材が欠損する場合があるので、必要以上の剪断力がかからない混合方法を選択するのが好ましい。また、無機強化材を練り込んだポリアミド樹脂を粉末状にするなどの方法で、無機強化材を内部に含む粉末組成物をしてもよい。 The powder composition of the present invention is preferably a powder mixture obtained by dry blending the above-mentioned polyamide powder with an inorganic reinforcing material and, if necessary, a flow aid and other additives. It may be something like that. If more than necessary shearing force is applied during blending, the inorganic reinforcing material may be damaged, so it is preferable to select a mixing method that does not apply more than necessary shearing force. Alternatively, a powder composition containing the inorganic reinforcing material may be prepared by powdering a polyamide resin into which the inorganic reinforcing material has been kneaded.
本発明の粉末組成物の効果の1つは、粉末組成物が高い流動性を示すことである。その指標は、公知の測定方法であれば何れでも採用できる。具体的に例示するならば、安息角が挙げられ、その角度が60度以下であることが好ましい。より好ましくは50度以下、さらに好ましくは40度以下、特に好ましくは35度以下である。下限は通常30度以上である。本発明の粉末組成物はその高い流動性により、粉末床溶融結合方式による三次元造形物製造に適している。 One of the advantages of the powder composition of the present invention is that the powder composition exhibits high fluidity. Any known measuring method can be used as the index. A specific example is the angle of repose, which is preferably 60 degrees or less. The temperature is more preferably 50 degrees or less, further preferably 40 degrees or less, particularly preferably 35 degrees or less. The lower limit is usually 30 degrees or more. Due to its high fluidity, the powder composition of the present invention is suitable for manufacturing three-dimensional objects using a powder bed fusion bonding method.
本発明の粉末組成物の充填性は、粗充填率として、ポリアミド粉末(A)の真密度T(A)、無機強化材(B)の真密度T(B)、粉末組成物の嵩密度Dとしたとき、D/{T(A)×(100-X(B))/100+T(B)×X(B)/100}として表すことができる。本発明の粉末組成物の粗充填率は、0.40以上0.70以下である。粗充填率が0.40未満である場合、粉末間の空隙が大きく、三次元造形に適用した際に溶融焼結が十分に進行せず、造形物にボイドが発生することや、造形物を得ることが困難となるため、好ましくない。粗充填率が0.70超の場合、粉末が過剰に密充填状態となり、拘束されて流動性を損ねるため、好ましくない。粗充填率の下限は、0.41以上が好ましく、0.42以上がより好ましく、0.43以上が更に好ましい。また上限は、0.65以下が好ましく、0.62以下がより好ましく、0.60以下が更に好ましい。 The filling properties of the powder composition of the present invention are determined by the rough filling rate: true density T (A) of the polyamide powder (A), true density T (B) of the inorganic reinforcing material (B), and bulk density D of the powder composition. Then, it can be expressed as D/{T(A)×(100−X(B))/100+T(B)×X(B)/100}. The rough filling rate of the powder composition of the present invention is 0.40 or more and 0.70 or less. If the rough filling rate is less than 0.40, the voids between the powders will be large, and when applied to three-dimensional modeling, melting and sintering will not progress sufficiently, causing voids to occur in the modeled object, and This is not preferable because it is difficult to obtain. If the rough filling ratio exceeds 0.70, the powder becomes excessively densely packed and is restrained, impairing fluidity, which is not preferable. The lower limit of the rough filling rate is preferably 0.41 or more, more preferably 0.42 or more, and even more preferably 0.43 or more. Moreover, the upper limit is preferably 0.65 or less, more preferably 0.62 or less, and even more preferably 0.60 or less.
なお、本発明において粉末組成物の嵩密度は、粉末を容器に充填したときの単位体積当たりの質量のことを示す。ここで、嵩密度は、日本工業規格(JIS規格)JIS K 7365(1999)「規定漏斗から注ぐことができる材料の見掛け密度の求め方」に準じ、粉末組成物を測定したものである。 In the present invention, the bulk density of the powder composition refers to the mass per unit volume when the powder is filled into a container. Here, the bulk density is measured for a powder composition according to the Japanese Industrial Standards (JIS) JIS K 7365 (1999) "How to determine the apparent density of a material that can be poured from a defined funnel."
本発明において、ポリアミド粉末(A)の真密度T(A)、無機強化材(B)の真密度T(B)は、文献値を使用することができ、例えばポリアミド6は1.1g/cm3、ポリアミド12は1.0g/cm3、ポリアミド1010は1.1g/cm3、ガラス繊維は2.6g/cm3、ガラスビーズは2.5g/cm3などの数値を用いることができる。
In the present invention, the true density T(A) of the polyamide powder (A) and the true density T(B) of the inorganic reinforcing material (B) can be based on literature values, for example,
粗充填率を高めるための方法としては、充填性に優れた繊維長の短い無機強化材を用いる方法や、分散力が適切な100nm~300nmの粒径を有する流動助剤を用いる方法、真球度が80以上と高いポリアミド粉末を用いる方法、アミド結合の多い高融点のポリアミド粉末を用いる方法、およびこれらの組み合わせなどにより達成することができる。 Methods for increasing the rough filling rate include using an inorganic reinforcing material with excellent filling properties and short fiber length, using a flow aid with a particle size of 100 nm to 300 nm that has an appropriate dispersion force, and using a true spherical material. This can be achieved by a method using polyamide powder with a high polyamide content of 80 or more, a method using a polyamide powder with a high melting point with many amide bonds, or a combination thereof.
また、粉末床溶融結合方式では、使用する粉末組成物の一部で造形物を作製し、多くの粉末組成物が残存する。その粉末組成物を再利用することがコストの観点で重要になる。そのためには、加熱し造形する工程中で粉末組成物の特性を変化させないことが重要になる。そのような方法としては、例えば、酸化防止剤などの安定化剤を粒子内部などに配合させ熱劣化を抑制する方法や、ポリアミドの末端基を低減させ、造形中の分子量変化を抑制する方法などが挙げられる。また粉末組成物中に配合させる無機強化材についても、熱によって変性しないものを用いることが好ましい。このような調整を適宜用いることで、造形性と再利用を両立することが可能となる傾向にある。 In addition, in the powder bed fusion bonding method, a shaped object is produced using a portion of the powder composition used, and a large amount of the powder composition remains. Reusing the powder composition becomes important from a cost perspective. To this end, it is important not to change the properties of the powder composition during the heating and shaping process. Examples of such methods include, for example, adding a stabilizer such as an antioxidant to the inside of the particles to suppress thermal deterioration, and reducing the terminal groups of polyamide to suppress changes in molecular weight during modeling. can be mentioned. It is also preferable to use an inorganic reinforcing material that is not denatured by heat as the inorganic reinforcing material to be blended into the powder composition. By appropriately using such adjustments, it tends to be possible to achieve both formability and reuse.
本発明の粉末組成物は、粉末床溶融結合方式による三次元造形物の製造に有用な材料である。以下、三次元造形物の製造方法について図1を用いて説明する。 The powder composition of the present invention is a useful material for producing three-dimensional objects using a powder bed fusion bonding method. Hereinafter, a method for manufacturing a three-dimensional structure will be described using FIG. 1.
(a)工程では、造形物を形成する槽1のステージ2を下降させる。
In step (a), the
(b)工程では、造形物を形成する槽1に供給する粉末組成物Pを事前に充填した槽3(以下、供給槽と称する場合がある)のステージ4を、槽1に形成させた所定の積層高さ分を充填するのに十分な量の粉末組成物Pを供給可能な高さだけ上昇させる。そして、リコーター5を供給槽3の左端部から槽1の右端部へ移動させ、槽1に粉末組成物Pを積層していく。なお、リコーター5が移動するのと平行な方向はX方向、粉末組成物Pの粉面でリコーター5の移動方向と直交する方向はY方向となる。符号7はX方向、Y方向、Z方向を表す座標系を示している。符号8は粉末組成物を積層する面方向、符号9は、粉末組成物を積層する高さ方向を示している。
In step (b), the
(c)工程では、(b)工程で槽1に所定の積層高さ分を充填した粉末組成物Pに対し、溶融可能な熱エネルギー6を与え、造形データに沿って選択的に溶融焼結させる。
In step (c), the powder composition P filled in the
粉末床溶融結合方式では、上記(a)~(c)工程を繰り返し行うことで、三次元造形物10が得られる。
In the powder bed fusion bonding method, the three-
(c)工程の、選択的に溶融焼結させる方法としては、例えば、造形物の断面形状に対応する形状にレーザーを照射して、粉末組成物を結合させる選択的レーザー焼結法などが挙げられる。また、造形対象物の断面形状に対応する形状にエネルギー吸収促進剤またはエネルギー吸収抑制剤を印刷する印刷工程と、電磁放射線を用いて樹脂粉末を結合させる選択的吸収(又は抑制)焼結法なども挙げられる。 Examples of the method of selectively melting and sintering in step (c) include selective laser sintering, in which the powder composition is bonded by irradiating a laser to a shape corresponding to the cross-sectional shape of the modeled object. It will be done. In addition, there is a printing process in which an energy absorption promoter or energy absorption inhibitor is printed in a shape that corresponds to the cross-sectional shape of the object to be modeled, and a selective absorption (or suppression) sintering method in which resin powder is bonded using electromagnetic radiation. can also be mentioned.
選択的レーザー焼結法で用いられるレーザー光としては、粉末組成物や造形物の品位を損なわないものであれば特に制限されない。例えば、炭酸ガスレーザー、YAGレーザー、エキシマレーザー、He-Cdレーザー、半導体励起固体レーザーなどが挙げられる。これらの中で、操作が簡単で、制御が容易であることから、炭酸ガスレーザーが好ましい。 The laser beam used in the selective laser sintering method is not particularly limited as long as it does not impair the quality of the powder composition or the shaped object. Examples include carbon dioxide laser, YAG laser, excimer laser, He--Cd laser, and semiconductor-excited solid-state laser. Among these, carbon dioxide laser is preferred because it is easy to operate and control.
また、選択的吸収(抑制)焼結で用いる電磁放射線としては、粉末組成物や造形物の品位を損なわないものであればどのようなものであっても良いが、比較的安価で造形に適したエネルギーが得られるため、赤外線が好ましい。また、電磁放射線はコヒーレントなものであっても無くともよい。 The electromagnetic radiation used in selective absorption (inhibited) sintering may be any type that does not impair the quality of the powder composition or the molded object, but infrared radiation is preferred because it is relatively inexpensive and provides energy suitable for molding. The electromagnetic radiation may or may not be coherent.
エネルギー吸収促進剤は、電磁放射線を吸収する物質である。このような物質としては、カーボンブラック、炭素繊維、銅ヒドロキシホスフェート、近赤外線吸収性染料、近赤外線吸収性顔料、金属ナノ粒子、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレンスルフィド)、ポリアニリン、ポリ(ピロール)、ポリアセチレン、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリパラフェニレン、ポリ(スチレンスルホネート)、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンホスホネート)p-ジエチルアミノベンズアルデヒドジフェニルヒドラゾン、又はこれらの組み合わせからなる共役ポリマーなどが例示でき、これらは単体で用いてもよく複数組み合わせて用いてもよい。 Energy absorption enhancers are substances that absorb electromagnetic radiation. Such substances include carbon black, carbon fiber, copper hydroxyphosphate, near-infrared absorbing dye, near-infrared absorbing pigment, metal nanoparticles, polythiophene, poly(p-phenylene sulfide), polyaniline, poly(pyrrole), Consisting of polyacetylene, poly(p-phenylene vinylene), polyparaphenylene, poly(styrene sulfonate), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene phosphonate) p-diethylaminobenzaldehyde diphenylhydrazone, or a combination thereof Examples include conjugated polymers, which may be used alone or in combination.
エネルギー吸収抑制剤は、電磁放射線を吸収しにくい物質である。このような物質としてはチタンなどの電磁放射線を反射する物質、雲母粉末、セラミック粉末などの断熱性の粉末、水などが例示でき、これらは単体で用いても良く複数組み合わせて用いてもよい。 Energy absorption inhibitors are substances that have low absorption of electromagnetic radiation. Examples of such materials include materials that reflect electromagnetic radiation such as titanium, heat-insulating powders such as mica powder and ceramic powder, and water, and these may be used alone or in combination.
これら選択的吸収剤または選択的抑制剤は、それぞれ単独で用いてもよいし、組み合わせて使用することも可能である。 These selective absorbents or selective inhibitors may be used alone or in combination.
選択的吸収剤または選択的抑制剤造形対象物の断面形状に対応する形状に印刷する工程においては、インクジェットなどの既知の手法を用いることができる。この場合、選択的吸収剤や選択的抑制剤はそのまま用いてもよいし、溶媒中に分散又は溶解して用いてもよい。 In the step of printing the selective absorbent or selective inhibitor into a shape corresponding to the cross-sectional shape of the object to be formed, a known method such as inkjet printing can be used. In this case, the selective absorbent and selective inhibitor may be used as they are, or may be used after being dispersed or dissolved in a solvent.
本発明の粉末組成物を粉末床溶融結合方式で造形することで、本発明の三次元造形物を得ることができる。以下、本発明の三次元造形物について説明する。 The three-dimensional structure of the present invention can be obtained by modeling the powder composition of the present invention using a powder bed fusion bonding method. Hereinafter, the three-dimensional structure of the present invention will be explained.
本発明の三次元造形物の表面粗度は20μm以下である。表面粗度は小さいほど、造形物間の接合部密着性に優れるため、造形物の表面粗度は18μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、12μm以下がさらに好ましく、10μm以下が特に好ましい。またその下限は特に限定されず、小さいものが好ましいが、下限は通常1μmである。 The surface roughness of the three-dimensional structure of the present invention is 20 μm or less. The smaller the surface roughness, the better the adhesion of the joints between the objects, so the surface roughness of the objects is preferably 18 μm or less, more preferably 15 μm or less, even more preferably 12 μm or less, and particularly preferably 10 μm or less. Further, the lower limit is not particularly limited, and a smaller one is preferable, but the lower limit is usually 1 μm.
なお、造形物の表面粗度は、光学顕微鏡で造形物の表面を観察し、自動合成モードで造形物表面の凹凸を三次元画像化したのち、1mm以上長さにわたって断面の高さプロファイルを取得し、算術平均によって表面粗度Raを計算した値である。 The surface roughness of the model is determined by observing the surface of the model using an optical microscope, converting the unevenness of the model's surface into a three-dimensional image using automatic synthesis mode, and then obtaining a cross-sectional height profile over a length of 1 mm or more. The surface roughness Ra is calculated using the arithmetic mean.
本発明の三次元造形物のX方向弾性率は3500MPa以上である。弾性率は大きいほど、造形物が高剛性であって変形しにくいため、造形物のX方向弾性率は3800MPa以上が好ましく、4000MPa以上がより好ましく、4500MPa以上がさらに好ましく、5000MPa以上が特に好ましい。またその上限は特に限定されないが、一般に弾性率が大きくなりすぎると脆くなり低強度化する傾向にあるため、20000MPa以下が好ましく、15000MPa以下がより好ましく、12000MPa以下がさらに好ましく、10000MPa以下が特に好ましい。 The X-direction elastic modulus of the three-dimensional object of the present invention is 3500 MPa or more. The higher the elastic modulus, the more rigid the object is and the less likely it is to deform. Therefore, the X-direction elastic modulus of the object is preferably 3800 MPa or more, more preferably 4000 MPa or more, even more preferably 4500 MPa or more, and particularly preferably 5000 MPa or more. There is no particular upper limit, but generally, if the elastic modulus becomes too large, it tends to become brittle and have low strength, so it is preferably 20000 MPa or less, more preferably 15000 MPa or less, even more preferably 12000 MPa or less, and particularly preferably 10000 MPa or less.
なお、本発明においてX方向弾性率は、三次元造形において前述のX方向を最長辺向きで造形した曲げ試験片について日本工業規格(JIS規格)JIS K7171(2016)「プラスチック-曲げ特性の求め方」に準じて測定した曲げ弾性率である。 In addition, in the present invention, the X-direction elastic modulus is determined based on the Japanese Industrial Standard (JIS standard) JIS K7171 (2016) "Plastics - How to determine bending properties" for a bending test piece manufactured with the aforementioned X direction facing the longest side in three-dimensional modeling. This is the flexural modulus measured according to ``.
本発明の三次元造形物のX方向曲げ強度は65MPa以上であることが好ましい。X方向曲げ強度は大きいほど、最も応力がかかる方向からの力に耐えることができるため、造形物のX方向曲げ強度は70MPa以上がより好ましく、80MPa以上がさらに好ましく、90MPa以上が特に好ましく、100MPa以上が著しく好ましく、最も好ましくは105MPa以上である。 The X-direction bending strength of the three-dimensional object of the present invention is preferably 65 MPa or more. The greater the X-direction bending strength, the more the object can withstand the force from the direction in which the greatest stress is applied, so the X-direction bending strength of the object is more preferably 70 MPa or more, even more preferably 80 MPa or more, particularly preferably 90 MPa or more, extremely preferably 100 MPa or more, and most preferably 105 MPa or more.
また本発明の三次元造形物の強度異方性は、Z方向曲げ強度/X方向曲げ強度によって評価することができる。Z方向曲げ強度/X方向曲げ強度は大きいほど、強度異方性がなく取り扱い性に優れるため、0.4以上であることが好ましく、より好ましくは0.5以上、さらに好ましくは0.6以上、特に好ましくは0.7以上である。 Further, the strength anisotropy of the three-dimensional structure of the present invention can be evaluated by Z-direction bending strength/X-direction bending strength. The larger the Z-direction bending strength/X-direction bending strength, the less strength anisotropy and the better handling properties, so it is preferably 0.4 or more, more preferably 0.5 or more, and even more preferably 0.6 or more. , particularly preferably 0.7 or more.
なお、本発明においてX方向曲げ強度、Z方向曲げ強度は、日本工業規格(JIS規格)JIS K7171(2016)「プラスチック-曲げ特性の求め方」に準じて、前述のX方向を最長辺向きで造形した曲げ試験片、およびZ方向を最長辺向きで造形した曲げ試験片についてそれぞれ測定した最大曲げ応力の値である。 In addition, in the present invention, the X-direction bending strength and the Z-direction bending strength are determined in accordance with the Japanese Industrial Standard (JIS standard) JIS K7171 (2016) "Plastic - How to determine bending properties", with the above-mentioned X direction facing the longest side. These are the values of the maximum bending stress measured for a shaped bending test piece and a bending test piece shaped with the longest side in the Z direction.
本発明の三次元造形物の荷重たわみ温度は150℃以上であることが好ましい。荷重たわみ温度は高いほど、造形物が高温環境下で変形しにくいため、造形物の荷重たわみ温度は170℃以上がより好ましく、185℃以上がさらに好ましく、200℃以上が特に好ましい。 It is preferable that the deflection temperature under load of the three-dimensional structure of the present invention is 150° C. or higher. The higher the deflection temperature under load, the less likely the shaped article is to deform in a high-temperature environment, so the deflection temperature under load of the shaped article is more preferably 170°C or higher, even more preferably 185°C or higher, and particularly preferably 200°C or higher.
なお、本発明において荷重たわみ温度は、日本工業規格(JIS規格)JIS K7191-1(2015)「プラスチック-荷重たわみ温度の求め方」に従い、0.45MPaの荷重にて測定した値である。 In the present invention, the deflection temperature under load is a value measured at a load of 0.45 MPa in accordance with the Japanese Industrial Standard (JIS standard) JIS K7191-1 (2015) "Plastics - How to determine deflection temperature under load."
また三次元造形では、粉末が充填された状態から常圧下で溶融焼結によって造形物となるため、通常収縮の密度変化を伴う。そのため、三次元造形物の寸法が所望の造形データに対して高精度で得られるためには、内部に適度の空孔を有することが好ましい。本発明の三次元造形物中に存在する空孔は、X線CTによってその割合や形状を観測することが可能である。 In addition, in three-dimensional modeling, a shaped object is formed by melting and sintering a powder-filled state under normal pressure, which usually involves changes in density due to shrinkage. Therefore, in order to obtain the dimensions of the three-dimensional structure with high accuracy based on desired modeling data, it is preferable to have an appropriate amount of holes inside. The proportion and shape of the pores present in the three-dimensional structure of the present invention can be observed by X-ray CT.
本発明の三次元造形物をX線CTで撮像し、空孔として観測された部分の造形物全体の体積に対する割合は、空孔率として表すことができる。本発明の三次元造形物のX線CT測定によって観測される空孔率は、0.1体積%以上、10体積%以下であることが好ましい。空孔率の下限は、小さすぎると造形物全体が造形データに対して収縮する問題が発生するため、0.2体積%以上がより好ましく、0.3体積%以上がさらに好ましく、0.5体積%以上が特に好ましい。またその上限は、空孔が多い場合には強度低下の原因となるため、5.0体積%以下がより好ましく、4.0体積%以下がさらに好ましく、3.0体積%以下が特に好ましい。 When the three-dimensional structure of the present invention is imaged by X-ray CT, the ratio of the portion observed as a void to the volume of the entire structure can be expressed as a porosity. The porosity observed by X-ray CT measurement of the three-dimensional structure of the present invention is preferably 0.1 volume % or more and 10 volume % or less. The lower limit of the porosity is more preferably 0.2 volume % or more, even more preferably 0.3 volume % or more, and 0.5 volume % or more, because if it is too small, the problem that the entire model shrinks with respect to the modeling data will occur. Particularly preferred is volume % or more. Moreover, the upper limit thereof is more preferably 5.0 volume % or less, further preferably 4.0 volume % or less, and particularly preferably 3.0 volume % or less, since a large number of pores causes a decrease in strength.
本発明の三次元造形物をX線CTで撮像し、空孔として観測された各独立孔のサイズは、球相当径として表すことができる。本発明の三次元造形物のX線CT測定によって観測される空孔の平均球相当径は、1μm以上100μm以下であることを特徴とする。三次元造形プロセスによらない溶融成形の場合、通常空孔の平均球相当径は1μm未満となるように設計するものであり、発泡成形など意図的に空孔を形成させる場合においては、通常空孔の平均球相当径は100μm超となるため、平均球相当径が1μm以上100μm以下となるのは三次元造形物の特徴である。上述の通り、常圧下での三次元造形において、空孔は一定量発生するため、その下限は、3μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましく、10μm以上がさらに好ましい。その上限は、大きな空孔は欠点となって造形物強度低下の原因となるため、80μm以下が好ましく、60μm以下がより好ましく、50μm以下がさらに好ましい。 The size of each independent hole observed as a void when the three-dimensional object of the present invention is imaged by X-ray CT can be expressed as a sphere-equivalent diameter. The three-dimensional object of the present invention is characterized in that the average sphere-equivalent diameter of the voids observed by X-ray CT measurement is 1 μm or more and 100 μm or less. In the case of melt molding that does not involve a three-dimensional molding process, the average sphere-equivalent diameter of the voids is usually designed to be less than 1 μm, and in the case of intentionally forming voids such as foam molding, the average sphere-equivalent diameter of the voids is usually more than 100 μm, so that the average sphere-equivalent diameter is 1 μm or more and 100 μm or less, which is a characteristic of the three-dimensional object. As described above, in three-dimensional molding under normal pressure, a certain amount of voids are generated, so the lower limit is preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 10 μm or more. The upper limit is preferably 80 μm or less, more preferably 60 μm or less, and even more preferably 50 μm or less, because large voids become defects and cause a decrease in the strength of the molded object.
また三次元造形物は、通常の溶融成形と比較して、常圧下、かつ低速で降温するプロセスで結晶化して得られるものであるため、結晶の状態が通常の溶融成形とは異なるものであるが、それをものの特徴として表すことは困難であるため、三次元造形、好ましくは粉末床溶融結合方式によって得られたものという、製法によって限定されるものである。通常の溶融成形であれば、金型の構造によって表面平滑な成形品を得ることができ、かつ弾性率の大きい成形品が得られることは公知であるが、複雑形状の成形が可能な三次元造形において、表面平滑かつ弾性率の大きい成形品を得ることはできず、本発明によって初めて可能になったものである。 Furthermore, compared to normal melt molding, three-dimensional objects are obtained by crystallization under normal pressure and through a process of lowering the temperature at a slower rate, so the state of the crystals is different from that of normal melt molding. However, since it is difficult to express this as a characteristic of a product, it is limited by the manufacturing method, which is obtained by three-dimensional modeling, preferably by a powder bed fusion bonding method. It is known that with normal melt molding, molded products with smooth surfaces and high elastic modulus can be obtained depending on the structure of the mold, but three-dimensional molding that allows molding of complex shapes is possible. In modeling, it has not been possible to obtain a molded product with a smooth surface and a high modulus of elasticity, and this was made possible for the first time by the present invention.
本発明の三次元造形物は、表面平滑性と高弾性率を両立し、造形物間の接合部密着性に優れ、良好な気密性を示す。本発明の粉末組成物を用いて得られる三次元造形物は、高い耐熱性と弾性率を要求される自動車部品、とりわけ自動車エンジン周辺部品、自動車アンダーフード部品、自動車ギア部品、自動車内装部品、自動車外装部品、吸排気系部品、エンジン冷却水系部品や自動車電装部品用途に有効に使用可能であり、かつ最適設計を行った複雑形状の三次元造形物を得ることができる。 The three-dimensional object of the present invention combines surface smoothness with a high modulus of elasticity, has excellent adhesion at the joints between objects, and exhibits good airtightness. The three-dimensional object obtained using the powder composition of the present invention can be effectively used for automobile parts that require high heat resistance and modulus of elasticity, particularly automobile engine peripheral parts, automobile underhood parts, automobile gear parts, automobile interior parts, automobile exterior parts, intake and exhaust system parts, engine cooling water system parts, and automobile electrical parts, and it is possible to obtain three-dimensional objects of complex shapes that have been optimally designed.
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
(1)ポリアミド粉末のD50粒子径
日機装株式会社製レーザー回折式粒径分布計測定装置(マイクロトラックMT3300EXII)に、予め100mg程度のポリアミド粉末を5mL程度の脱イオン水で分散させた分散液を測定可能濃度になるまで添加し、測定装置内で30Wにて60秒間の超音波分散を行った後、測定時間10秒で測定される粒径分布の小粒径側からの累積度数が50%となる粒径をD50粒子径とした。なお測定時の屈折率は1.52、媒体(脱イオン水)の屈折率は1.333を用いた。
The present invention will be explained below based on examples.
(1) D50 particle size of polyamide powder A dispersion liquid in which approximately 100 mg of polyamide powder was predispersed in approximately 5 mL of deionized water was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (Microtrac MT3300EXII) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. After adding it to a possible concentration and performing ultrasonic dispersion for 60 seconds at 30W in the measuring device, the cumulative frequency from the small particle size side of the particle size distribution measured in a measurement time of 10 seconds is 50%. The particle size was defined as the D50 particle size. Note that the refractive index at the time of measurement was 1.52, and the refractive index of the medium (deionized water) was 1.333.
(2)ポリアミド粉末の真球度
ポリアミド粉末の真球度は、日本電子株式会社製走査型電子顕微鏡(JSM-6301NF)写真から無作為に30個の粒子を観察し、その短径と長径から下記数式に従い算出した。
(2) Sphericity of polyamide powder The sphericity of polyamide powder is determined by observing 30 particles at random from a photograph taken with a scanning electron microscope (JSM-6301NF manufactured by JEOL Ltd.), and determining their short axis and long axis. It was calculated according to the following formula.
なお、S:真球度、a:長径、b:短径、n:測定数30とする。 Note that S: sphericity, a: major axis, b: minor axis, and n: number of measurements is 30.
(3)BET比表面積
日本工業規格(JIS規格)JISR1626(1996)「気体吸着BET法による比表面積の測定方法」に従い、日本ベル製BELSORP-maxを用いて、ポリアミド粉末約0.2gをガラスセルに入れ、80℃で約5時間減圧脱気した後に、液体窒素温度におけるクリプトンガス吸着等温線を測定し、BET法により算出した。
(3) BET specific surface area According to the Japanese Industrial Standards (JIS) JISR1626 (1996) "Method for measuring specific surface area by gas adsorption BET method", approximately 0.2 g of polyamide powder was placed in a glass cell using BELSORP-max manufactured by Nippon Bell. After degassing under reduced pressure at 80° C. for about 5 hours, the krypton gas adsorption isotherm at liquid nitrogen temperature was measured and calculated by the BET method.
(4)無機強化材の平均長軸径、平均短軸径
無機強化材を日本電子株式会社製走査型電子顕微鏡(JSM-6301NF)で観察し、その写真から無作為に選んだ100個の無機強化材の長径および短径の平均値を平均長軸径、平均短軸径とした。
(4) Average major axis diameter and average minor axis diameter of inorganic reinforcement The inorganic reinforcement was observed with a scanning electron microscope (JSM-6301NF) manufactured by JEOL Ltd., and 100 inorganic reinforcements were randomly selected from the photograph. The average value of the major axis and minor axis of the reinforcement was defined as the average major axis diameter and the average minor axis diameter.
(5)無機強化材の構成元素
無機強化材を株式会社日立ハイテクノロジーズ製走査型電子顕微鏡(Regulus8220)及びBRUKER社製エネルギー分散型X線分析装置(“XFlash”(登録商標)5060FlatQUAD)にて加速電圧5kV、測定時間180秒の条件で撮像した。得られたスペクトルデータから、1.49keVのピークをアルミニウム元素、1.74keVのピークをケイ素元素と帰属し、1cps/eV以上のピークが検出されている場合に当該元素を含有しているものと判定した。
(5) Constituent elements of inorganic reinforcement The inorganic reinforcement was accelerated using a scanning electron microscope (Regulus 8220) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation and an energy dispersive X-ray analyzer (“XFlash” (registered trademark) 5060FlatQUAD) manufactured by BRUKER. Images were taken under conditions of a voltage of 5 kV and a measurement time of 180 seconds. From the obtained spectrum data, the peak at 1.49 keV is assigned to the aluminum element, and the peak at 1.74 keV is assigned to the silicon element, and if a peak of 1 cps/eV or more is detected, it is determined that the element contains the element. I judged it.
(6)流動助剤のD50粒子径
流動助剤を脱イオン水またはエタノール中に0.1重量%の濃度で分散させたサンプルを、大塚電子株式会社製ゼータ電位・粒径測定装置(ELSZ-2)の動的光散乱法にて測定し、粒径分布の小粒径側からの累積度数が50%となる粒径をD50粒子径とした。
(6) D50 particle size of flow aid A sample in which flow aid was dispersed in deionized water or ethanol at a concentration of 0.1% by weight was measured using a zeta potential/particle size measuring device (ELSZ-) manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. Measured by the dynamic light scattering method described in 2), the particle size at which the cumulative frequency from the small particle size side of the particle size distribution is 50% was defined as the D50 particle size.
(7)粉末組成物の嵩密度、および粗充填率
粉末組成物の嵩密度は、日本工業規格(JIS規格)JIS Z 7365(1999)に従い、50gのポリマー粉末をロートから100cm3のメスシリンダーに落下させ、体積を読み取り、粉末組成物の重量を当該体積で除した値とした。ポリアミド粉末(A)の真密度T(A)、無機強化材(B)の真密度T(B)、粉末組成物の嵩密度Dとしたとき、粗充填率D/{T(A)×(100-X(B))/100+T(B)×X(B)/100}を算出した。なお真密度は、ポリアミド6は1.1g/cm3、ポリアミド12は1.0g/cm3、ポリアミド1010は1.1g/cm3、ポリアミド11は1.0g/cm3、ガラス繊維は2.6g/cm3、ガラスビーズは2.5g/cm3、炭素繊維は1.8g/cm3の数値を用いた。
(7) Bulk density and crude packing ratio of powder composition The bulk density of the powder composition was determined according to Japanese Industrial Standards (JIS) JIS Z 7365 (1999) by dropping 50 g of polymer powder from a funnel into a 100 cm3 measuring cylinder, reading the volume, and dividing the weight of the powder composition by the volume. The crude packing ratio D/{T(A)×(100−X(B))/100+T(B)×X(B)/100} was calculated, where T(A) is the true density of polyamide powder (A), T(B) is the true density of inorganic reinforcing material (B), and D is the bulk density of the powder composition. The true densities used were 1.1 g/cm 3 for
(8)造形物の外観の判定
得られた三次元造形物に、1mm以上の欠損部や斑点がないものを「◎」、1mm以上の欠損部はないが一部斑点があるものを「〇」、1mm以上の欠損部があるものを「△」とした。
(8) Judging the external appearance of the three-dimensional object The resulting three-dimensional object has no defects or spots of 1 mm or more with a rating of ``◎'', and those with no defects of 1 mm or more but with some spots are marked with an ``〇''. ”, and those with defects of 1 mm or more were rated “△”.
(9)造形物の反りの判定
得られた試験片を水平な場所に、上に凸な状態で静置し、水平面と試験片の隙間に精密テーパーゲージを挿入し、隙間の高さを計測し、試験片長さ10cm当たりに換算した値を反り量として算出して、以下の基準で反り量を評価した。
〇:反り量が0.1mm/10cm以下。
△:反り量が0.1mm/10cmより大きく、0.3mm/10cm以下。
×:反り量が0.3mm/10cmより大きい。
ランク「〇」、「△」を合格とした。
(9) Judgment of warpage of the model Place the obtained test piece on a horizontal surface with an upward convex position, insert a precision taper gauge into the gap between the horizontal surface and the test piece, and measure the height of the gap. Then, the value converted per 10 cm of test piece length was calculated as the amount of warpage, and the amount of warpage was evaluated based on the following criteria.
○: The amount of warpage is 0.1 mm/10 cm or less.
Δ: The amount of warpage is greater than 0.1 mm/10 cm and less than 0.3 mm/10 cm.
×: The amount of warpage is greater than 0.3 mm/10 cm.
Ranks “〇” and “△” were considered to be passed.
(10)造形物の表面粗度
株式会社キーエンス製光学顕微鏡(VHX-5000)、対物レンズはVH-ZST(ZS-20)を使用し、倍率200倍で造形物の表面を観察した。装置に付属のソフトウェア(システムバージョン1.04)を用い自動合成モードで造形物表面の凹凸を三次元画像化したのち、1mm以上長さにわたって断面の高さプロファイルを取得し、算術平均によって表面粗度Raを計算した。表面粗度Raが小さいほど、表面の平滑性に優れることを示している。
(10) Surface roughness of the modeled object The surface of the modeled object was observed at a magnification of 200 times using an optical microscope (VHX-5000) manufactured by Keyence Corporation and a VH-ZST (ZS-20) objective lens. After creating a three-dimensional image of the unevenness on the surface of the model in automatic synthesis mode using the software (system version 1.04) included with the device, the height profile of the cross section over a length of 1 mm or more is obtained, and the surface roughness is determined by arithmetic averaging. The degree Ra was calculated. It shows that the smaller the surface roughness Ra is, the more excellent the surface smoothness is.
(11)造形物の曲げ弾性率、曲げ強度の測定
三次元造形物の曲げ弾性率、曲げ強度は、株式会社アスペクト製粉末床溶融結合方式3Dプリンター(RaFaElII 150C-HT)を使用して幅10mm、長さ80mm、厚さ4mmの試験片を、80mmの長さ方向がX方向、またはZ方向となるように作製し、エー・アンド・デイ社製テンシロン万能試験機(TENSIRON TRG-1250)を用いてX方向、およびZ方向の曲げ弾性率、曲げ強度をそれぞれ測定した。JIS K7171(2016)に従い、支点間距離64mm、試験速度2mm/分の条件で3点曲げ試験を測定して曲げ弾性率を求めた。また曲げ強度は最大曲げ応力とした。測定温度は室温(23℃)、測定数はn=5とし、その平均値を求めた。
(11) Measurement of bending elastic modulus and bending strength of the three-dimensional model The bending elastic modulus and bending strength of the three-dimensional model were measured using a powder bed fusion method 3D printer (RaFaElII 150C-HT) manufactured by Aspect Co., Ltd. with a width of 10 mm. A test piece with a length of 80 mm and a thickness of 4 mm was prepared so that the length direction of the 80 mm was in the X direction or the Z direction. The bending elastic modulus and bending strength in the X direction and the Z direction were measured using the same. In accordance with JIS K7171 (2016), a three-point bending test was performed under the conditions of a distance between fulcrums of 64 mm and a test speed of 2 mm/min to determine the bending elastic modulus. The bending strength was defined as the maximum bending stress. The measurement temperature was room temperature (23° C.), the number of measurements was n=5, and the average value was determined.
(12)造形物の荷重たわみ温度
三次元造形物の荷重たわみ温度は株式会社アスペクト製粉末床溶融結合方式3Dプリンター(RaFaElII 150C-HT)を使用して幅10mm、長さ80mm、厚さ4mmの試験片を、80mmの長さ方向がX方向となるように作製し、株式会社安田精機製作所製ヒートディストーションテスター(No.148)を用い、JIS K7191-1(2015)に従い、0.45MPaの荷重にて測定した。測定数はn=3とし、その平均値を求めた。
(12) Deflection temperature under load of a three-dimensional object The deflection temperature under load of a three-dimensional object was measured using a powder bed fusion method 3D printer (RaFaElII 150C-HT) manufactured by Aspect Co., Ltd. A test piece was prepared so that the length direction of 80 mm was in the X direction, and a load of 0.45 MPa was applied using a heat distortion tester (No. 148) manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho Co., Ltd. according to JIS K7191-1 (2015). Measured at The number of measurements was n=3, and the average value was calculated.
(13)造形物中の空孔の平均球相当径
ZEISS社製X線CT装置(Xradia 510 Versa)を使用し、分解能5μm、視野5mm、電圧80kV、電力7Wにて三次元透過画像観察を行った。観察画像の空孔部をラベリング処理し、各独立した空孔を球とした場合のその直径である球相当径を算出し、その平均値を求めた。
(13) Average spherical equivalent diameter of holes in the modeled object Three-dimensional transmission image observation was performed using an X-ray CT device (Xradia 510 Versa) manufactured by ZEISS with a resolution of 5 μm, a field of view of 5 mm, a voltage of 80 kV, and a power of 7 W. Ta. The pores in the observed image were subjected to labeling processing, and the equivalent sphere diameter, which is the diameter of each independent pore when it was made into a sphere, was calculated, and the average value thereof was determined.
(14)リサイクル造形のMIX比
株式会社アスペクト製粉末床溶融結合方式3Dプリンター(RaFaElII 150C-HT)を使用して造形した後の造形室に残った使用済粉末を回収し、一定の比率で未使用粉末と混合後、再度三次元造形を行った。ここで得られた造形物の表面粗度、曲げ弾性率、曲げ強度が、未使用粉末のみで造形した場合と比較して、変化が10%以下となったとき、リサイクル造形「〇」とした。リサイクル造形が「〇」となったときの使用済粉末の混合割合をMIX比とした。
(14) MIX ratio of recycled modeling The used powder remaining in the modeling chamber after modeling using Aspect Co., Ltd.'s powder bed fusion method 3D printer (RaFaElII 150C-HT) is collected, and a certain ratio of unused powder is collected. After mixing with the powder used, three-dimensional modeling was performed again. When the surface roughness, flexural modulus, and flexural strength of the model obtained here show a change of 10% or less compared to the case where the model was modeled only with unused powder, the recycled model was evaluated as "〇". . The mixing ratio of the used powder when the recycled model was rated as "○" was defined as the MIX ratio.
[製造例1]
3Lのヘリカルリボン型の撹拌翼が付属したオートクレーブに、ポリアミドの単量体としてε-カプロラクタム(富士フィルム和光純薬株式会社製)300g、ポリアミドとは非相溶のポリマーとしてポリエチレングリコール(富士フィルム和光純薬株式会社製1級ポリエチレングリコール20,000、重量平均分子量18,600)700g、水1000gを加え均一な溶液を形成後に密封し、窒素で置換した。その後、撹拌速度を40rpmに設定し、温度を210℃まで昇温させた。この際、系の圧力が10kg/cm2に達した後、圧が10kg/cm2を維持するよう水蒸気を微放圧させながら制御した。温度が210℃に達した後に、0.2kg/cm2・分の速度で放圧させた。その後、窒素を流しながら1時間温度を維持し重合を完了させ、ポリアミド粉末とポリエチレングリコールの混合物から、ポリエチレングリコールが溶融状態を維持したまま、2000gの水浴に吐出しスラリーを得た。スラリーを撹拌により十分に均質化させた後に、ろ過を行い、ろ上物に水2000gを加え、80℃で洗浄を行った。その後100μmの篩を通過させた凝集物を除いたスラリー液を、再度ろ過して単離したろ上物を80℃で12時間乾燥させ、ポリアミド6粉末を170g作製した。得られたポリアミド粉末のD50粒子径は51μm、D90/D10は2.5、真球度は95、BET比表面積は0.16m2/gでR=1.3であった。
[Manufacture example 1]
In an autoclave equipped with a 3L helical ribbon type stirring blade, 300 g of ε-caprolactam (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added as a monomer for polyamide, and polyethylene glycol (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added as a polymer incompatible with polyamide. 700 g of primary polyethylene glycol 20,000 (weight average molecular weight 18,600) manufactured by Hikari Pure Chemical Industries, Ltd. and 1000 g of water were added to form a homogeneous solution, which was then sealed and replaced with nitrogen. Thereafter, the stirring speed was set to 40 rpm and the temperature was raised to 210°C. At this time, after the system pressure reached 10 kg/cm 2 , water vapor was controlled while being slightly released so as to maintain the pressure at 10 kg/cm 2 . After the temperature reached 210° C., the pressure was released at a rate of 0.2 kg/cm 2 ·min. Thereafter, the temperature was maintained for 1 hour while flowing nitrogen to complete polymerization, and a slurry was obtained from the mixture of polyamide powder and polyethylene glycol by discharging it into a 2000 g water bath while the polyethylene glycol remained in a molten state. After the slurry was sufficiently homogenized by stirring, it was filtered, 2000 g of water was added to the filtered product, and it was washed at 80°C. Thereafter, the slurry liquid from which aggregates were removed through a 100 μm sieve was filtered again, and the isolated filtered product was dried at 80° C. for 12 hours to produce 170 g of
[製造例2]
ポリアミドの単量体としてε-カプロラクタムをアミノドデカン酸(富士フィルム和光純薬株式会社製)、重合温度を210℃に変更した以外は製造例1と同様の方法でポリアミド12粉末を作製した。得られたポリアミド粉末のD50粒子径は55μm、真球度は97であった。
[Manufacture example 2]
Polyamide 12 powder was produced in the same manner as in Production Example 1, except that ε-caprolactam was used as the polyamide monomer, aminododecanoic acid (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used, and the polymerization temperature was changed to 210°C. The obtained polyamide powder had a D50 particle size of 55 μm and a sphericity of 97.
[製造例3]
ポリアミドの単量体としてε-カプロラクタムをセバシン酸216g(東京化成工業株式会社製)、ジアミノデカン184g(東京化成工業株式会社製)、重合温度を210℃に変更した以外は製造例1と同様の方法でポリアミド1010粉末を作製した。得られたポリアミド粉末のD50粒子径は49μm、真球度は93であった。
[Production Example 3]
Polyamide 1010 powder was produced in the same manner as in Production Example 1, except that ε-caprolactam was replaced with 216 g of sebacic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 184 g of diaminodecane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as the polyamide monomer, and the polymerization temperature was changed to 210° C. The D50 particle size of the obtained polyamide powder was 49 μm and the sphericity was 93.
[製造例4]
ポリアミドの単量体としてε-カプロラクタムをアミノウンデカン酸(富士フィルム和光純薬株式会社製)、重合温度を210℃に変更した以外は製造例1と同様の方法でポリアミド11粉末を作製した。得られたポリアミド粉末のD50粒子径は51μm、真球度は92であった。
[Manufacture example 4]
Polyamide 11 powder was produced in the same manner as in Production Example 1, except that ε-caprolactam was used as the polyamide monomer, aminoundecanoic acid (manufactured by Fuji Film Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used, and the polymerization temperature was changed to 210°C. The obtained polyamide powder had a D50 particle size of 51 μm and a sphericity of 92.
[製造例5]
ポリアミドの単量体としてε-カプロラクタムをω-ラウリンラクタム600g(東京化成工業株式会社製)、ポリエチレングリコールを400g、水80gとし、初期昇温温度を280℃に変更した以外は製造例1と同様の方法でポリアミド12粉末を作製した。得られたポリアミド粉末のD50粒子径は53μm、真球度は91であった。
[Manufacture example 5]
Same as Production Example 1 except that the polyamide monomers were 600 g of ω-laurinlactam (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) instead of ε-caprolactam, 400 g of polyethylene glycol, and 80 g of water, and the initial heating temperature was changed to 280°C. Polyamide 12 powder was produced by the method described above. The obtained polyamide powder had a D50 particle size of 53 μm and a sphericity of 91.
[実施例1]
ポリアミド粉末(A)として製造例1のポリアミド6粉末1050gと、無機強化材(B)としてガラス繊維EPG40M-10A(日本電気硝子株式会社製、平均長軸径43μm、平均短軸径10μm)450gを混合した。さらに流動助剤(C)としてトリメチルシリル化非晶質シリカX-24-9500(信越化学工業株式会社製、D50粒子径170nm)を4.5g添加し、粉末組成物とした。本粉末組成物1.5kgを用いて、株式会社アスペクト製粉末床溶融結合装置(RaFaElII 150C-HT)を使用し、立体造形物の製造を行った。設定条件は、60WCO2レーザーを使用し、積層高さ0.1mm、レーザー走査間隔を0.1mm、レーザー走査速度を5m/s、レーザー出力を12Wとした。温度設定は、部品床温度を融点より-15℃、供給槽温度を結晶化温度-5℃とした。得られた三次元造形物の外観は良好で、表面粗度は9μm、X方向弾性率は5600MPa、X方向曲げ強度151MPa、Z方向曲げ強度115MPa、荷重たわみ温度217℃、X線CTにおける空孔率1.2体積%、空孔の球相当径34μmであった。さらに、使用済粉末を回収し、未使用粉末と混合してリサイクル造形のMIX比について評価したところ、MIX比は70%であった。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 1]
1050 g of the
[実施例2]
ポリアミド粉末(A)として製造例2のポリアミド12粉末を750g、無機強化材(B)としてガラス繊維EPG40M-10Aを750gに変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した(得られた粉末組成物の走査型電子顕微鏡写真を図2に示す)。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 2]
A three-dimensional model was produced in the same manner as in Example 1, except that 750 g of the polyamide 12 powder of Production Example 2 was used as the polyamide powder (A), and 750 g of glass fiber EPG40M-10A was used as the inorganic reinforcement (B). and recycling characteristics were evaluated (a scanning electron micrograph of the obtained powder composition is shown in FIG. 2). Table 1 shows the powder used, the characteristics of the molded article obtained, and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[実施例3]
ポリアミド粉末(A)を1200g、無機強化材(B)としてガラス繊維EPG70M-01N(日本電気硝子株式会社製、平均長軸径73μm、平均短軸径10μm)を300g、流動助剤(C)を3.0gに配合組成を変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 3]
1200 g of polyamide powder (A), 300 g of glass fiber EPG 70M-01N (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., average major axis diameter 73 μm, average
[実施例4]
ポリアミド粉末(A)を900g、無機強化材(B)としてガラス繊維EPH80M-10A(日本電気硝子株式会社製、平均長軸径88μm、平均短軸径11μm)を600g、流動助剤(C)を7.5gに配合組成を変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 4]
A three-dimensional object was produced and its recyclability was evaluated in the same manner as in Example 1, except that the blending composition was changed to 900 g of polyamide powder (A), 600 g of glass fiber EPH80M-10A (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., average major axis diameter 88 μm, average minor axis diameter 11 μm) as inorganic reinforcing material (B), and 7.5 g of flow aid (C). The powders used, the properties of the obtained object, and the MIX ratio, which is the recyclability, are shown in Table 1.
[実施例5]
ポリアミド粉末(A)を900g、無機強化材(B)としてガラス繊維EPG40M-10Aを120gとガラスビーズGB731A(ポッターズバロティーニ社製、平均長軸径27μm、平均短軸径26μm)を480g、流動助剤(C)を1.5gに配合組成を変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 5]
A three-dimensional object was produced and its recyclability was evaluated in the same manner as in Example 1, except that the blending composition was changed to 900 g of polyamide powder (A), 120 g of glass fiber EPG40M-10A and 480 g of glass beads GB731A (manufactured by Potters Ballotini, average major axis diameter 27 μm, average minor axis diameter 26 μm) as inorganic reinforcing material (B), and 1.5 g of flow aid (C). The powders used, the properties of the obtained objects, and the MIX ratio, which is the recyclability, are shown in Table 1.
[実施例6]
ポリアミド粉末(A)を1125g、無機強化材(B)として炭素繊維Panex35(Zoltek社製、平均長軸径80μm、平均短軸径7μm)を375gに配合組成を変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 6]
A three-dimensional object was produced and its recyclability was evaluated in the same manner as in Example 1, except that the blending composition was changed to 1,125 g of polyamide powder (A) and 375 g of carbon fiber Panex 35 (manufactured by Zoltek, average major axis diameter 80 μm, average
[実施例7]
ポリアミド粉末(A)を1050g、無機強化材(B)としてガラス繊維EPG70M-01Nを450g、流動助剤(C)としてフュームドシリカ“AEROSIL(登録商標)”R972を4.5gに配合組成を変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 7]
The composition was changed to 1050 g of polyamide powder (A), 450 g of glass fiber EPG70M-01N as the inorganic reinforcement (B), and 4.5 g of fumed silica "AEROSIL (registered trademark)" R972 as the flow aid (C). A three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 1, except that the recycling characteristics were evaluated. Table 1 shows the powder used, the characteristics of the molded article obtained, and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[実施例8]
東レ株式会社製ポリアミド“アミラン(登録商標)”CM1007をジェットミル(ホソカワミクロン製100AFG)で120分間粉砕し、D50粒子径50μm、真球度60の粉砕ポリアミド6粉末を得た。ポリアミド粉末(A)として前記粉砕ポリアミド6粉末を使用し、流動助剤(C)の配合量を4.5gに変更した以外は実施例3と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 8]
Polyamide "Amilan (registered trademark)" CM1007 manufactured by Toray Industries, Inc. was pulverized for 120 minutes using a jet mill (100AFG manufactured by Hosokawa Micron) to obtain a pulverized
[実施例9]
ポリアミド粉末(A)として製造例3のポリアミド1010粉末を1050g、無機強化材(B)としてガラス繊維EPG70M-01Nを450gに変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 9]
A three-dimensional model was produced in the same manner as in Example 1, except that 1050 g of the polyamide 1010 powder of Production Example 3 was used as the polyamide powder (A), and 450 g of glass fiber EPG70M-01N was used as the inorganic reinforcement (B). and the recycling characteristics were evaluated. Table 1 shows the powder used, the characteristics of the molded article obtained, and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[実施例10]
ポリアミド粉末(A)として製造例4のポリアミド11粉末に変更した以外は実施例9と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 10]
A three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 9, except that the polyamide 11 powder of Production Example 4 was used as the polyamide powder (A), and the recycling characteristics were evaluated. Table 1 shows the powder used, the characteristics of the molded article obtained, and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[実施例11]
ポリアミド粉末(A)として製造例5のポリアミド12粉末に変更した以外は実施例9と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Example 11]
A three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 9, except that the polyamide 12 powder of Production Example 5 was used as the polyamide powder (A), and the recycling characteristics were evaluated. Table 1 shows the characteristics of the obtained model and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[比較例1]
ポリアミド粉末(A)として製造例3のポリアミド1010粉末を900g、無機強化材(B)としてガラスビーズGB731(ポッターズバロティーニ社製、平均長軸径31μm、平均短軸径31μm)を600g、流動助剤(C)の配合量を1.5gに変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Comparative example 1]
900 g of the polyamide 1010 powder of Production Example 3 was used as the polyamide powder (A), 600 g of glass beads GB731 (manufactured by Potter's Barotini, average major axis diameter 31 μm, average minor axis diameter 31 μm) was used as the inorganic reinforcement (B), and the fluidized A three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 1, except that the amount of the auxiliary agent (C) was changed to 1.5 g, and the recycling characteristics were evaluated. Table 1 shows the powder used, the characteristics of the molded article obtained, and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[比較例2]
ポリアミド粉末(A)として製造例3のポリアミド1010粉末を1500g、無機強化材(B)は配合せず、流動助剤(C)の配合量を1.5gに変更した以外は実施例1と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Comparative example 2]
Same as Example 1 except that 1500 g of polyamide 1010 powder of Production Example 3 was used as polyamide powder (A), no inorganic reinforcement (B) was added, and the amount of flow aid (C) was changed to 1.5 g. A three-dimensional model was created using the method described above, and its recycling characteristics were evaluated. Table 1 shows the powder used, the characteristics of the molded article obtained, and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[比較例3]
流動助剤(C)としてフュームドシリカ“AEROSIL(登録商標)”R972を4.5gに配合組成を変更した以外は実施例7と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末組成物は流動性が悪く、また造形時に焼結が阻害され、造形物を得ることができなかった。
[Comparative example 3]
A three-dimensional model was produced in the same manner as in Example 7, except that the blending composition was changed to 4.5 g of fumed silica "AEROSIL (registered trademark)" R972 as the flow aid (C), and the recycling characteristics were evaluated. did. The powder composition used had poor fluidity, and sintering was inhibited during shaping, making it impossible to obtain a shaped article.
[比較例4]
ポリアミド粉末(A)を1450g、無機強化材(B)を45g、流動助剤(C)の配合量を1.5gに配合組成を変更した以外は実施例3と同様の方法で三次元造形物を作製、およびリサイクル特性を評価した。使用した粉末、得られた造形物の特性、およびリサイクル特性であるMIX比を表1に示す。
[Comparative example 4]
A three-dimensional structure was produced in the same manner as in Example 3, except that the blending composition was changed to 1450 g of polyamide powder (A), 45 g of inorganic reinforcement (B), and 1.5 g of flow aid (C). were fabricated and their recycling characteristics were evaluated. Table 1 shows the powder used, the characteristics of the molded article obtained, and the MIX ratio, which is the recycling characteristic.
[比較例5]
無機強化材(B)としてガラス繊維チョップドストランドT-275H(日本電気硝子株式会社製、平均長軸径3000μm、平均短軸径10μm)を乳鉢中で乳棒によって破砕し、平均長軸径420μmとしたものを使用した以外は実施例6と同様の方法で三次元造形物を作製した。この粉末を繰り返しリサイクルに使用したところ、ガラス繊維が凝集して流動せず、造形に使用できなかった。使用した粉末、得られた造形物の特性を表1に示す。
[Comparative example 5]
As the inorganic reinforcement (B), chopped glass fiber strands T-275H (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., average major axis diameter 3000 μm, average
なお、表1の強化材種類におけるGFはガラス繊維、GBはガラスビーズをそれぞれ示している。 In addition, in the types of reinforcing materials in Table 1, GF indicates glass fiber and GB indicates glass beads.
本発明の粉末組成物を用いて得られた造形物は高い弾性率を有し、さらに造形に使用した粉末も高い割合でリサイクル使用できるため、産業用途などの三次元造形物の粉末原料として有効に用いることができる。さらに好ましい態様では、表面平滑性に優れた造形物を得ることも可能である。特に3500MPa以上の高い弾性率を有するため、構造部材としての使用も可能である。 The modeled object obtained using the powder composition of the present invention has a high elastic modulus, and the powder used for modeling can also be recycled at a high rate, making it effective as a powder raw material for three-dimensional structures for industrial purposes. It can be used for. In a further preferred embodiment, it is also possible to obtain a shaped article with excellent surface smoothness. In particular, since it has a high elastic modulus of 3500 MPa or more, it can also be used as a structural member.
1 造形物を形成する槽
2 造形物を形成する槽のステージ
3 供給する粉末組成物を事前に充填する供給槽
4 供給する粉末組成物を事前に充填する槽のステージ
5 リコーター
6 熱エネルギー
7 X、Y、Z座標系
8 粉末組成物を積層する面方向
9 粉末組成物を積層する高さ方向
10 三次元造形物
P 粉末組成物
1 Tank for forming a
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