JPWO2017047693A1 - モデル材用樹脂組成物、光造形用インクセット、および、光造形品の製造方法 - Google Patents

モデル材用樹脂組成物、光造形用インクセット、および、光造形品の製造方法 Download PDF

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Abstract

インクジェット光造形法によりモデル材4を造形するために使用されるモデル材用樹脂組成物4aであって、(A)光硬化成分としてのエチレン性不飽和単量体と、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤とを含有し、表面張力Mtが、26.0〜33.0mN/mであり、下記(i)式で表される表面張力Mstが、33.0mN/m以上である、モデル材用樹脂組成物4a。このモデル材用樹脂組成物4aは、寸法精度が良好な光造形品を得ることができる。
【数1】

Description

本発明は、モデル材用樹脂組成物、該モデル材用樹脂組成物を含む光造形用インクセット、および、該光造形用インクセットを用いた光造形品の製造方法に関する。
従来、立体造形物を作成する方法として、紫外線等を照射することにより硬化する光硬化性樹脂組成物を用いた造形法が広く知られている。具体的に、このような造形法では、光硬化性樹脂組成物に紫外線等を照射して硬化させることにより、所定の形状を有する硬化層を形成する。その後、該硬化層の上にさらに光硬化性樹脂組成物を供給して硬化させることにより、新たな硬化層を形成する。前記工程を繰り返し行うことにより、立体造形物を作製する。
前記造形法の中でも、近年、ノズルから光硬化性樹脂組成物を吐出させ、その直後に紫外線等を照射して硬化させることにより、所定の形状を有する硬化層を形成するインクジェット方式による光造形法(以下、インクジェット光造形法という)が報告されている(特開2004−255839号公報、特開2010−155889号公報、特開2010−155926号公報および特開2012−111226号公報)。インクジェット光造形法は、光硬化性樹脂組成物を貯留する大型の樹脂液槽および暗室の設置が不要である。そのため、従来法に比べて、造形装置を小型化することができる。インクジェット光造形法は、CAD(Computer Aided Design)データに基づいて、自由に立体造形物を作成可能な3Dプリンターによって実現される造形法として、注目されている。
インクジェット光造形法において、中空形状等の複雑な形状を有する光造形品を造形する場合には、モデル材を支えるために、該モデル材とサポート材とを組み合わせて形成する(特開2004−255839号公報、特開2010−155889号公報および特開2012−111226号公報)。サポート材は、モデル材と同様に、光硬化性樹脂組成物に紫外線等を照射して硬化させることにより作成される。モデル材が作成された後は、サポート材を、物理的に剥離する、または、有機溶媒もしくは水に溶解させることにより、前記サポート材を除去することができる。
モデル材およびサポート材を用いたインクジェット光造形法において、前記硬化層は、例えば、以下の方法により形成される。まず、インクジェットヘッドからモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物を吐出させることにより、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層とが隣接した樹脂組成物層が形成される。そして、前記樹脂組成物層の上面を平滑にするために、ローラーを用いて、余分なモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物を除去する。最後に、これらの樹脂組成物に、光源を用いて光を照射することにより、該樹脂組成物を硬化させる。これにより、モデル材およびサポート材からなる硬化層が形成される。
しかしながら、従来のモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物を用いて得られる光造形品は、寸法精度が低下するという問題があった。
本発明は、前記現状に鑑みてなされたものであり、寸法精度が良好な光造形品を得ることができるモデル材用樹脂組成物、該モデル材用樹脂組成物を含む光造形用インクセット、および、該光造形用インクセットを用いた光造形品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、光造形品の寸法精度が低下する原因について鋭意研究した。その結果、本発明者らは、寸法精度が低下した光造形品では、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、モデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物の一方が他方側に移動することにより、前記界面ににじみ(ブリーディング)が生じるという知見を得た。すなわち、本発明者らは、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において生じるブリーディングは、光造形品の寸法精度を低下させる原因の一つであるという知見を得た。
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、以下の通りである。
〔1〕インクジェット光造形法によりモデル材を造形するために使用されるモデル材用樹脂組成物であって、(A)光硬化成分としてのエチレン性不飽和単量体と、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤とを含有し、表面張力Mtが、26.0〜33.0mN/mであり、下記(i)式で表される表面張力Mstが、33.0mN/m以上である、モデル材用樹脂組成物。
Figure 2017047693
本発明によれば、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面におけるブリーディングの発生を抑制することにより、寸法精度が良好な光造形品を得ることができるモデル材用樹脂組成物、該モデル材用樹脂組成物を含む光造形用インクセット、および、該光造形用インクセットを用いた光造形品の製造方法を提供することができる。
図1は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(I)を模式的に示す図である。 図2は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(II)を模式的に示す図である。 図3は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(I)および(II)を繰り返し行うことにより得られたモデル材4およびサポート材5からなる硬化物6を模式的に示す図である。 図4は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(III)を模式的に示す図である。 図5(a)は、表1に示す各モデル材用樹脂組成物および各サポート材用樹脂組成物を用いて得られる硬化物の上面図である。図5(b)は、図5(a)のA−A線断面図である。
以下、本発明の一実施形態(以下、本実施形態ともいう)について詳しく説明する。本発明は、以下の内容に限定されるものではない。なお、以下の説明において「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよびメタクリレートの総称であり、アクリレートおよびメタクリレートの一方または両方を意味するものである。「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル」についても同様である。
〔1〕本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物は、インクジェット光造形法によりモデル材を造形するために使用されるモデル材用樹脂組成物であって、(A)光硬化成分としてエチレン性不飽和単量体と、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤とを含有し、表面張力Mtが、26.0〜33.0mN/mであり、下記(i)式で表される表面張力Mstが、33.0mN/m以上である。
Figure 2017047693
〔2〕前記〔1〕に記載のモデル材用樹脂組成物は、前記(A)成分が、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、70重量部以下の単官能エチレン性不飽和単量体を含む。
〔3〕前記〔2〕に記載のモデル材用樹脂組成物は、前記単官能エチレン性不飽和単量体の含有量が、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、5〜70重量部である。
〔4〕前記〔1〕〜〔3〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物は、前記(A)成分が、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、70重量部以下の多官能エチレン性不飽和単量体を含む。
〔5〕前記〔4〕に記載のモデル材用樹脂組成物は、前記多官能エチレン性不飽和単量体の含有量が、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20〜70重量部である。
〔6〕前記〔1〕〜〔5〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物は、前記(A)成分の含有量が、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、80〜99重量部である。
〔7〕前記〔1〕〜〔6〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物は、さらに、(D)光硬化成分としてのオリゴマーを含有する。
〔8〕前記〔7〕に記載のモデル材用樹脂組成物は、前記(D)成分の含有量が、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、10〜45重量部である。
〔9〕前記〔1〕〜〔8〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物は、前記表面張力Mstが、33.0〜40.0mN/mである。
〔10〕本実施形態に係る光造形用インクセットは、インクジェット光造形法に用いられ、かつ、前記〔1〕〜〔9〕のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物と、サポート材を造形するために使用されるサポート材用樹脂組成物とを組み合わせてなる光造形用インクセットであって、前記サポート材用樹脂組成物は、(E)水溶性単官能エチレン性不飽和単量体と、(F)オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコールと、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤と、を含有する。
〔11〕前記〔10〕に記載の光造形用インクセットは、前記(E)成分の含有量が、前記サポート材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20〜50重量部である。
〔12〕前記〔10〕または〔11〕に記載の光造形用インクセットは、前記(F)成分の含有量が、前記サポート材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20〜49重量部である。
〔13〕前記〔10〕〜〔12〕のいずれか一つに記載の光造形用インクセットは、前記(F)成分の数平均分子量Mnが、100〜5,000である。
〔14〕前記〔10〕〜〔13〕のいずれか一つに記載の光造形用インクセットは、前記サポート材用樹脂組成物の表面張力Stが、24.0〜33.0mN/mである。
〔15〕本実施形態に係る光造形品の製造方法は、インクジェット光造形法により、前記〔10〕〜〔14〕のいずれか一つに記載の光造形用インクセットを用いて光造形品を製造する方法であって、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層とが隣接して配置された樹脂組成物層が形成されるように、インクジェットヘッドから前記モデル材用樹脂組成物および前記サポート材用樹脂組成物を吐出させる工程(I)と、前記樹脂組成物層を構成するモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物をそれぞれ光硬化させることにより、モデル材およびサポート材を得る工程(II)と、前記サポート材を除去することにより、光造形品を得る工程(III)と、を有する。
1.モデル材用樹脂組成物
モデル材用樹脂組成物は、(A)光硬化成分としてエチレン性不飽和単量体と、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤とを含有する。
<(A)エチレン性不飽和単量体>
(A)エチレン性不飽和単量体は、エネルギー線により硬化する特性を有する光硬化成分である。前記(A)成分は、分子内にエチレン性二重結合を1個有する単官能エチレン性不飽和単量体、および、分子内にエチレン性二重結合を2個以上有する多官能エチレン性不飽和単量体のうち少なくとも一方を含む。また、単官能エチレン性不飽和単量体は、非水溶性単官能エチレン性不飽和単量体、および、水溶性単官能エチレン性不飽和単量体のうち少なくとも一方を含む。
非水溶性単官能エチレン性不飽和単量体としては、例えば、炭素数4〜30の直鎖または分岐のアルキル(メタ)アクリレート〔例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート等〕、炭素数6〜20の脂環含有(メタ)アクリレート〔例えば、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、4−t−シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、4−t−ブチルシクロヘキサノール(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等〕、炭素数5〜20の複素環含有(メタ)アクリレート〔例えば、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、4−(メタ)アクリロイルオキシメチル−2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン、4−(メタ)アクリロイルオキシメチル−2−シクロヘキシル−1,3−ジオキソラン、アダマンチル(メタ)アクリレート、環状トリメチロールプロパンホルマール(メタ)アクリレート等〕等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、モデル材用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点から、前記非水溶性単官能エチレン性不飽和単量体としては、4−t−ブチルシクロヘキサノール(メタ)アクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレートであることが好ましい。
水溶性単官能エチレン性不飽和単量体としては、例えば、炭素数5〜15の水酸基含有(メタ)アクリレート〔例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等〕、Mn200〜1,000の水酸基含有(メタ)アクリレート〔ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノアルコキシ(炭素数1〜4)ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、モノアルコキシ(炭素数1〜4)ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、PEG−PPGブロックポリマーのモノ(メタ)アクリレート等〕、炭素数3〜15の(メタ)アクリルアミド誘導体〔(メタ)アクリルアミド、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N−プロピル(メタ)アクリルアミド、N−ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N’−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N’−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシブチル(メタ)アクリルアミド等〕、(メタ)アクリロイルモルフォリン等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、サポート材用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点および人体への皮膚低刺激性の観点から、前記水溶性単官能エチレン性不飽和単量体としては、(メタ)アクリロイルモルフォリンであることが好ましい。
非水溶性単官能エチレン性不飽和単量体および水溶性単官能エチレン性不飽和単量体の合計含有量(すなわち、単官能エチレン性不飽和単量体の含有量)は、インクを低粘度に維持する観点から、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、5重量部以上であることが好ましく、30重量部以上であることがより好ましく、50重量部以上であることが特に好ましい。また、単官能エチレン性不飽和単量体の含有量は、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、70重量部以下であることが好ましく、69重量部以下であることがより好ましい。なお、単官能エチレン性不飽和単量体が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各単官能エチレン性不飽和単量体の含有量の合計である。
多官能エチレン性不飽和単量体としては、例えば、炭素数10〜25の直鎖または分岐のアルキレングリコールジ(メタ)アクリレートまたはアルキレングリコールトリ(メタ)アクリレート〔例えば、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、3-メチル−1,5−ペンタンジオールジ(メタ)アクリレート、2−n−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート等〕、炭素数10〜30の脂環含有ジ(メタ)アクリレート〔例えば、ジメチロールトリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、トリシクロデカンジメタノールジ(メタ)アクリレート等〕等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、モデル材用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点から、前記多官能エチレン性不飽和単量体としては、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、または、変性ビスフェノールAジ(メタ)アクリレートであることが好ましい。
多官能エチレン性不飽和単量体の含有量は、モデル材用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点から、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、70重量部以下であることが好ましく、60重量部以下であることがより好ましい。また、多官能エチレン性不飽和単量体の含有量は、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20重量部以上であることが好ましく、30重量部以上であることがより好ましい。なお、多官能エチレン性不飽和単量体が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各多官能エチレン性不飽和単量体の含有量の合計である。
前記(A)成分の含有量は、モデル材用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点から、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、80重量部以上であることが好ましく、90重量部以上であることがより好ましい。また、前記(A)成分の含有量は、99重量部以下であることが好ましく、95重量部以下であることがより好ましい。なお、前記(A)成分が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(A)成分の含有量の合計である。
<(B)光重合開始剤>
(B)光重合開始剤は、紫外線、近紫外線または可視光領域の波長の光を照射するとラジカル反応を促進する化合物であれば、特に限定されない。前記(B)成分としては、例えば、炭素数14〜18のベンゾイン化合物〔例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル等〕、炭素数8〜18のアセトフェノン化合物〔例えば、アセトフェノン、2,2−ジエトキシ−2−フェニルアセトフェノン、2,2−ジエトキシ−2−フェニルアセトフェノン、1,1−ジクロロアセトフェノン、2−ヒドロキシ−2−メチル−フェニルプロパン−1−オン、ジエトキシアセトフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン等〕、炭素数14〜19のアントラキノン化合物〔例えば、2−エチルアントラキノン、2−t−ブチルアントラキノン、2−クロロアントラキノン、2−アミルアントラキノン等〕、炭素数13〜17のチオキサントン化合物〔例えば、2,4−ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン等〕、炭素数16〜17のケタール化合物〔例えば、アセトフェノンジメチルケタール、ベンジルジメチルケタール等〕、炭素数13〜21のベンゾフェノン化合物〔例えば、ベンゾフェノン、4−ベンゾイル−4’−メチルジフェニルサルファイド、4,4’−ビスメチルアミノベンゾフェノン等〕、炭素数22〜28のアシルフォスフィンオキサイド化合物〔例えば、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド、ビス−(2、6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド〕、これらの化合物の混合物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、モデル材用樹脂組成物を光硬化させて得られるモデル材が黄変しにくいという耐光性の観点から、前記(B)成分としては、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイドであることが好ましい。また、市場で入手可能なアシルフォスフィンオキサイド化合物としては、例えば、BASF社製のDAROCURE TPO等が挙げられる。
前記(B)成分の含有量は、光重合性の観点から、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、1重量部以上であることが好ましく、3重量部以上であることがより好ましい。また、前記(B)成分の含有量は、15重量部以下であることが好ましく、13重量部以下であることがより好ましい。なお、前記(B)成分が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(B)成分の含有量の合計である。
<(C)表面調整剤>
(C)表面調整剤は、樹脂組成物の表面張力を適切な範囲に調整する成分である。前記(C)成分としては、例えば、シリコーン系化合物等が挙げられる。シリコーン系化合物としては、例えば、ポリジメチルシロキサン構造を有するシリコーン系化合物等が挙げられる。具体的には、ポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、ポリエステル変性ポリジメチルシロキサン、ポリアラルキル変性ポリジメチルシロキサン等が挙げられる。これらとして、商品名でBYK−300、BYK−302、BYK−306、BYK−307、BYK−310、BYK−315、BYK−320、BYK−322、BYK−323、BYK−325、BYK−330、BYK−331、BYK−333、BYK−337、BYK−344、BYK−370、BYK−375、BYK−377、BYK−UV3500、BYK−UV3510、BYK−UV3570(以上、ビックケミー社製)、TEGO−Rad2100、TEGO−Rad2200N、TEGO−Rad2250、TEGO−Rad2300、TEGO−Rad2500、TEGO−Rad2600、TEGO−Rad2700(以上、デグサ社製)、グラノール100、グラノール115、グラノール400、グラノール410、グラノール435、グラノール440、グラノール450、B−1484、ポリフローATF−2、KL−600、UCR−L72、UCR−L93(共栄社化学社製)等を用いてもよい。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記(C)成分の含有量は、樹脂組成物の表面張力を適切な範囲に調整する観点から、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、0.005重量部以上であることが好ましく、0.01重量部以上であることがより好ましい。また、前記(C)成分の含有量は、3.0重量部以下であることが好ましく、1.5重量部以下であることがより好ましい。なお、前記(C)成分が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(C)成分の含有量の合計である。
<(D)オリゴマー>
本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物は、さらに、(D)オリゴマーを含有することが好ましい。前記(D)成分は、エネルギー線により硬化する特性を有する光硬化成分である。前記(D)成分としては、例えば、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレートオリゴマー、ポリエステル(メタ)アクリレートオリゴマー、ポリエーテル(メタ)アクリレートオリゴマー等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、モデル材用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点から、前記(D)成分としては、ウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーであることが好ましい。
前記(D)成分の含有量は、モデル材用樹脂組成物の硬化性を向上させる観点から、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、10重量部以上であることが好ましく、15重量部以上であることがより好ましい。また、前記(D)成分の含有量は、45重量部以下であることが好ましく、40重量部以下であることがより好ましい。なお、前記(D)成分が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(D)成分の含有量の合計である。
なお、本明細書中において「オリゴマー」とは、重量平均分子量が800〜10000のものをいう。重量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量を意味する。
モデル材用樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要により、その他の添加剤を含有させることができる。その他の添加剤としては、例えば、酸化防止剤、着色剤、顔料分散剤、保存安定化剤、紫外線吸収剤、光安定剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、充填剤等が挙げられる。
着色剤としては、例えば、ジアリライド系着色剤、縮合アゾ系着色剤、キナクリドン系着色剤、バット系着色剤、イソインドリノン系着色剤、フタロシアニン系着色剤、アニリン系着色剤、酸化チタン、ニッケルチタン、黄色酸化鉄、弁柄、群青、コバルトブルー、酸化クロム、鉄黒、黄鉛、クロムオレンジ、モリブデンレッド、カドミウム系着色剤、カーボンブラック等、従来公知のものを用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、着色剤としては、例えば、カーボンブラック、縮合アゾ系着色剤であるニッケルアゾ、キナクリドン系着色剤であるキナクリドン、フタロシアニン系着色剤である銅フタロシアニン、酸化チタン等であることが好ましい。着色剤の含有量は、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、0.01重量部以上であることが好ましく、0.1重量部以上であることがより好ましい。また、着色剤の含有量は、5.0重量部以下であることが好ましく、3.0重量部以下であることがより好ましい。
顔料分散剤は、着色剤として顔料が用いられる場合、顔料の分散性を向上させるため、含有させてもよい。顔料分散剤としては、例えば、イオン性または非イオン性の界面活性剤、アニオン性、カチオン性またはノニオン性の高分子化合物等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、分散安定性の点から、顔料分散剤は、カチオン性基またはアニオン性基を含む高分子化合物が好ましい。市場で入手可能な顔料分散剤としては、アビシア社製のソルスパース、ビックケミー社製のDISPERBYK、エフカアディティブズ社製のEFKA等が挙げられる。顔料分散剤の含有量は、モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、0.05重量部以上であることが好ましく、5重量部以下であることが好ましい。
保存安定化剤は、樹脂組成物の保存安定性を高めるため、含有させてもよい。保存安定化剤としては、例えば、ヒンダードアミン系化合物(HALS)、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤等が挙げられる。具体的には、ハイドロキノン、メトキノン、ベンゾキノン、p−メトキシフェノール、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ハイドロキノンモノブチルエーテル、TEMPO、4−ヒドロキシ−TEMPO、TEMPOL、クペロンAl、IRGASTAB UV-10、IRGASTAB UV-22、FIRSTCURE ST−1(ALBEMARLE社製)、t−ブチルカテコール、ピロガロール、BASF社製のTINUVIN 111 FDL、TINUVIN 144、TINUVIN 292、TINUVIN XP40、TINUVIN XP60、TINUVIN 400等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
モデル材用樹脂組成物は、特に限定されるものではないが、例えば、前記(A)〜(C)成分、ならびに、必要により、(D)オリゴマー、および、その他の添加剤を、混合攪拌装置等を用いて均一に混合することにより、製造することができる。
このようにして製造されたモデル材用樹脂組成物は、インクジェットヘッドからの吐出性を良好にする観点から、25℃における粘度が、70mPa・s以下であることが好ましい。なお、モデル材用樹脂組成物の粘度の測定は、JIS Z 8803に準拠し、R100型粘度計を用いて行われる。
また、前記モデル材用樹脂組成物は、インクジェットヘッドからの吐出性を良好にする観点から、表面張力Mtを26.0〜33.0mN/mとする。なお、本明細書において、表面張力とは、25℃における、測定開始から20秒後の表面張力の値をいう。表面張力の測定は、例えば、全自動平衡式エレクトロ表面張力計ESB−V(協和界面科学社製)を用いて行われる。
さらに、前記モデル材用樹脂組成物は、前記(i)式で表される表面張力(等価表面張力ともいう)Mstが、33.0mN/m以上である。表面張力Mstが33.0mN/m以上であると、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面におけるブリーディングの発生を抑制できる。すなわち、モデル材用樹脂組成物がサポート材用樹脂組成物側に移動することにより、または、サポート材用樹脂組成物がモデル材用樹脂組成物側に移動することにより、にじみが生じる現象が発生しくくなる。その結果、このようなモデル材用樹脂組成物とサポート材用樹脂組成物とを組み合わせてなる光造形用インクセットを用いて、寸法精度が良好な光造形品を得ることができる。また、表面張力Mstは、40.0mN/m以下であることが好ましく、39.0mN/m以下であることがより好ましい。
なお、式中の光硬化成分とは、エネルギー線により硬化する特性を有する成分である。本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物では、(A)エチレン性不飽和単量体、および、任意成分である(D)オリゴマーが光硬化成分である。本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物は、その他の光硬化成分を含んでいてもよい。
2.サポート材用樹脂組成物
サポート材用樹脂組成物は、(E)水溶性単官能エチレン性不飽和単量体と、(F)オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコールと、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤と、を含有する。
<(E)水溶性単官能エチレン性不飽和単量体>
(E)水溶性単官能エチレン性不飽和単量体は、前記モデル材用樹脂組成物と同様の成分を用いることができる。
前記(E)成分の含有量は、サポート材用樹脂組成物の硬化性を向上させ、かつ、サポート材用樹脂組成物を光硬化させて得られるサポート材をすばやく水に溶解させる観点から、サポート材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20重量部以上であることが好ましく、25重量部以上であることがより好ましい。また、前記(E)成分の含有量は、50重量部以下であることが好ましく、45重量部以下であることがより好ましい。なお、前記(E)成分が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(E)成分の含有量の合計である。
<(F)オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコール>
(F)オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコールは、活性水素化合物に少なくともエチレンオキサイドおよび/またはプロピレンオキサイドが付加したものである。前記(F)成分としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。活性水素化合物としては、1〜4価アルコール、アミン化合物等が挙げられる。これらの中でも、活性水素化合物としては、2価アルコールまたは水であることが好ましい。
前記(F)成分の含有量は、サポート材用樹脂組成物を光硬化させて得られるサポート材の水への溶解性を高める観点から、サポート材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20重量部以上であることが好ましく、25重量部以上であることがより好ましい。また、前記(F)成分の含有量は、49重量部以下であることが好ましく、45重量部以下であることがより好ましい。なお、前記(F)成分が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各(F)成分の含有量の合計である。
前記(F)成分の数平均分子量Mnは、100〜5,000であることが好ましい。前記(F)成分のMnが前記範囲内であると、光硬化前の前記(F)成分と相溶し、かつ、光硬化後の前記(F)成分と相溶しない。その結果、サポート材用樹脂組成物を光硬化させて得られるサポート材の自立性を高め、かつ、該サポート材の水への溶解性を高めることができる。前記(F)成分のMnは、200〜3,000であることがより好ましく、400〜2,000であることがさらに好ましい。
<(B)光重合開始剤>
<(C)表面調整剤>
(B)光重合開始剤および(C)表面調整剤は、前記モデル材用樹脂組成物と同様の成分を同様の含有量で用いることができる。
サポート材用樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要により、その他の添加剤を含有させることができる。その他の添加剤としては、例えば、水溶性有機溶剤、酸化防止剤、着色剤、顔料分散剤、保存安定化剤、紫外線吸収剤、光安定剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、充填剤等が挙げられる。
水溶性有機溶剤としては、例えば、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート、ジエチレングリコールモノアセテート、ジプロピレングリコールモノアセテート、トリエチレングリコールモノアセテート、トリプロピレングリコールモノアセテート、テトラエチレングリコールモノアセテート、テトラプロピレングリコールモノアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテル、テトラエチレングリコールモノプロピルエーテル、テトラプロピレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジアセテート、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールジアセテート、トリエチレングリコールジアセテート、トリプロピレングリコールジアセテート、テトラエチレングリコールジアセテート、テトラプロピレングリコールジアセテート、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジプロピレングリコールジプロピルエーテル、トリエチレングリコールジプロピルエーテル、トリプロピレングリコールジプロピルエーテル、テトラエチレングリコールジプロピルエーテル、テトラプロピレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジブチルエーテル、トリプロピレングリコールジブチルエーテル、テトラエチレングリコールジブチルエーテル、テトラプロピレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、テトラプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、テトラプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、テトラエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、テトラプロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、サポート材の水への溶解性を向上させ、かつ、サポート材用樹脂組成物を低粘度に調整する観点から、水溶性有機溶剤としては、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、または、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートであることがより好ましい。
水溶性有機溶剤の含有量は、サポート材の水への溶解性を向上させ、かつ、サポート材用樹脂組成物を低粘度に調整する観点から、サポート材用樹脂組成物全体100重量部に対して、5重量部以上であることが好ましく、10重量部以上であることがより好ましい。また、水溶性有機溶剤の含有量は、35重量部以下であることが好ましく、30重量部以下であることがより好ましい。なお、水溶性有機溶剤が2種以上含まれる場合、前記含有量は、各水溶性有機溶剤の含有量の合計である。
着色剤、顔料分散剤、保存安定化剤は、前記モデル材用樹脂組成物と同様の成分を同様の含有量で用いることができる。
前記サポート材用樹脂組成物の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、前記(B)、(C)、(E)、(F)成分、および、必要により、その他の添加剤を、混合攪拌装置等を用いて均一に混合することにより、製造することができる。
このようにして製造されたサポート材用樹脂組成物は、インクジェットヘッドからの吐出性を良好にする観点から、25℃における粘度が、70mPa・s以下であることが好ましい。なお、サポート材用樹脂組成物の粘度の測定は、JIS Z 8803に準拠し、R100型粘度計を用いて行われる。
また、前記サポート材用樹脂組成物は、インクジェットヘッドからの吐出性を良好にする観点から、表面張力が、24.0〜33.0mN/mであることが好ましい。なお、本明細書において、表面張力とは、25℃における、測定開始から20秒後の表面張力の値をいう。表面張力の測定は、例えば、全自動平衡式エレクトロ表面張力計ESB−V(協和界面科学社製)を用いて行われる。
3.光造形品およびその製造方法
光造形品は、インクジェット光造形法により、本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物、および、該モデル材用樹脂組成物を含む光造形用インクセットを用いて製造される。具体的には、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層とが隣接して配置された樹脂組成物層が形成されるように、インクジェットヘッドから前記モデル材用樹脂組成物および前記サポート材用樹脂組成物を吐出させる工程(I)と、前記樹脂組成物層を構成するモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物をそれぞれ光硬化させることにより、モデル材およびサポート材を得る工程(II)と、前記サポート材を除去することにより、光造形品を得る工程(III)とを経て製造される。前記工程(I)〜(III)は、特に限定されないが、例えば、以下の方法により行われる。
<工程(I)>
図1は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(I)を模式的に示す図である。図1に示すように、三次元造形装置1は、インクジェットヘッドモジュール2および造形テーブル3を含む。インクジェットヘッドモジュール2は、光造形用インクユニット25と、ローラー23と、光源24とを有する。光造形用インクユニット25は、モデル材用樹脂組成物4aが充填されたモデル材用インクジェットヘッド21と、サポート材用樹脂組成物5aが充填されたサポート材用インクジェットヘッド22とを有する。なお、本実施形態に係る光造形用インクセット20は、モデル材用樹脂組成物4aとサポート材用樹脂組成物5aとを組み合わせることにより構成されている。
まず、インクジェットヘッドモジュール2を図1中の造形テーブル3に対して相対的に、X方向およびY方向に走査させるとともに、モデル材用インクジェットヘッド21からモデル材用樹脂組成物4aを吐出させ、かつ、サポート材用インクジェットヘッド22からサポート材用樹脂組成物5aを吐出させる。これにより、造形テーブル3上に、モデル材用樹脂組成物4aからなる層とサポート材用樹脂組成物5aとからなる層との界面同士が接触するように隣接して配置された樹脂組成物層が形成される。そして、前記樹脂組成物層の上面を平滑にするために、ローラー23を用いて、余分なモデル材用樹脂組成物4aおよびサポート材用樹脂組成物5aを除去する。
<工程(II)>
図2は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(II)を模式的に示す図である。図2に示すように、工程(I)により形成された樹脂組成物層に、光源24を用いて光を照射することにより、モデル材4およびサポート材5からなる硬化層が形成される。
次に、造形テーブル3を、前記硬化層の厚み分だけ、図1中のZ方向に降下させる。その後、前記工程(I)および(II)と同様の方法で、前記硬化層の上にさらにモデル材4およびサポート材5からなる硬化層を形成する。これらの工程を繰返し行うことにより、モデル材4およびサポート材5からなる硬化物6を作製する。図3は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(I)および(II)を繰り返し行うことにより得られたモデル材4およびサポート材5からなる硬化物6を模式的に示す図である。
樹脂組成物を硬化させる光としては、例えば、遠赤外線、赤外線、可視光線、近紫外線、紫外線等が挙げられる。これらの中でも、硬化作業の容易性および効率性の観点から、近紫外線または紫外線であることが好ましい。
光源24としては、水銀灯、メタルハライドランプ、紫外線LED、紫外線レーザー等が挙げられる。これらの中でも、設備の小型化および省電力の観点から、光源24は、紫外線LEDであることが好ましい。なお、光源24として紫外線LEDを用いた場合、紫外線の積算光量は、500mJ/cm程度であることが好ましい。
<工程(III)>
図4は、本実施形態に係る光造形品の製造方法における工程(III)を模式的に示す図である。図4に示すように、工程(III)で作製したモデル材4およびサポート材5からなる硬化物6は、容器7に入れた溶媒8中に浸漬させる。これにより、サポート材5を溶媒8に溶解させて、除去することができる。
サポート材5を溶解させる溶媒8としては、例えば、イオン交換水、蒸留水、水道水、井戸水等が挙げられる。これらの中でも、不純物が比較的少なく、かつ、安価に入手できるという観点から、溶媒8はイオン交換水であることが好ましい。
以上の工程により、本実施形態に係るモデル材用樹脂組成物、および、光造形用インクセットを用いて、寸法精度が良好な光造形品を得ることができる。
以下、本実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
[寸法精度とブリーディングとの関係性の評価]
<寸法精度の評価方法>
表1に示す試験No.A1〜A4の各モデル材用樹脂組成物および各サポート材用樹脂組成物を用いて、硬化物を作成した。該硬化物の形状および目標とする寸法を、図5(a)および(b)に示す。なお、インクジェットヘッドから各モデル材用樹脂組成物および各サポート材用樹脂組成物を吐出させる工程は、解像度が600×600dpi、樹脂組成物層の1層の厚さが48μmとなるように行った。また、各モデル材用樹脂組成物および各サポート材用樹脂組成物をそれぞれ光硬化させる工程は、スキャン方向に対してインクジェットヘッドの後ろ側に設置された波長385nmのLED光源を用いて、照度580mW/cm、樹脂組成物層の1層当りの積算光量600mJ/cmの条件で行った。次に、前記硬化物をイオン交換水に浸漬することにより、サポート材を除去して、光造形品を得た。その後、得られた光造形品をデシケーター内に24時間静置し、充分に乾燥させた。上述の工程により、試験No.A1〜A4の光造形品を、それぞれ5個ずつ製造した。乾燥後の光造形品について、図5(a)中のx方向およびy方向の寸法を、ノギスを用いて測定し、目標とする寸法からの変化率を算出した。寸法精度は、試験No.A1〜A4の各光造形品における寸法変化率の平均値を求め、該平均値を用いて下記の基準により評価を行った。評価結果を表1に示す。
○:平均寸法変化率が±1.0%未満
×:平均寸法変化率が±1.0%以上
<ブリーディングの評価方法>
まず、ポリエチレンテレフタレートからなるフィルム(A4300、東洋紡社製、100mm×150mm×厚さ188μm)上に、表1に示す各モデル材用樹脂組成物および各サポート材用樹脂組成物を、マイクロピペットを用いて、各0.02mL滴下した。この際、モデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、それぞれの液滴の中心部同士の距離が10mmであり、かつ、それぞれの液滴は独立していた。その後、それぞれの液滴は徐々に濡れ広がり、約10秒後にそれぞれの液滴が結合した。この際、それぞれの液滴の界面の状態を上方から目視により観察し、下記の基準においてブリーディングを評価した。評価結果を表1に示す。
○:モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面が上面視で直線状になり、ブリーディングが生じなかった。
△:モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、わずかなにじみが生じた。
×:モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、にじみが生じた。
Figure 2017047693
表1の結果から分かるように、寸法精度が良好であった試験No.A2およびA4の光造形品は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面が直線状になり、ブリーディングが生じなかった。一方、寸法精度が低下した試験No.A1およびA3の光造形品は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、モデル材用樹脂組成物がサポート材用樹脂組成物側に移動することにより、ブリーディングが生じた。このように、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において生じるブリーディングは、光造形品の寸法精度を低下させる原因の一つとなっている。そこで、以下では、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において生じるブリーディングについて、評価を行った。
[ブリーディングの評価]
<樹脂組成物の調整>
(モデル材用樹脂組成物の調整)
表2に示す配合で、(A)〜(D)成分、および、その他の添加剤を、混合攪拌装置を用いて均一に混合し、M1〜M23のモデル材用樹脂組成物を製造した。
Figure 2017047693
BCHA:4−t−ブチルシクロヘキサノールアクリレート[SR217(エチレン性二重結合/1分子:1個)、アルケマ社製]
TMCHA:3,3,5−トリメチルシクロヘキサノールアクリレート[SR420(エチレン性二重結合/1分子:1個)、アルケマ社製]
ACMO:アクリロイルモルフォリン[ACMO(エチレン性二重結合/1分子:1個)、KJケミカルズ社製]
PEA:フェノキシエチルアクリレート[SR339(エチレン性二重結合/1分子:1個)、アルケマ社製]
DEGDA:ジエチレングリコールジアクリレート[SR230(エチレン性二重結合/1分子:2個)、アルケマ社製]
A−NPA:アルコキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート[SR9003(エチレン性二重結合/1分子:2個)、アルケマ社製]
Ebe150:変性ビスフェノールAジアクリレート[Ebacryl150(エチレン性二重結合/1分子:2個)、ダイセル・オルネクス社製]
DAROCURE TPO:2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド[DAROCURE TPO、BASF社製]
IRGACURE907:2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン[IRGACURE 907、チバ社製]
Chivacure ITX:2−イソプロピルチオキサントン[Chivacure ITX、ダブルボンドケミカル社製]
BYK−UV3500:ポリジメチルシロキサン構造を有するシリコーン系化合物[BYK−UV3500、ビックケミー社製]
CN996:ウレタンアクリレートオリゴマー[CN996(エチレン性二重結合/1分子:2個)、アルケマ社製]
MA−8:酸性カーボンブラック顔料[MA−8、三菱化学社製]
Yellow G01:ニッケルアゾ顔料[Yellow G01、Levascreen社製]
RT355D:キナクリドン顔料[CINQUASIA Magenda RT−355−D、チバ社製]
BT−617−D:銅フタロシアニン顔料[HOSTAPERM BLUE BT−617−D、クラリアント社製]
CR−60:酸化チタン[CR−60、石原産業社製]
Sol.32000:塩基性官能基を有する櫛型コポリマー[ソルスパース32000、アビシア社製]
(サポート材用樹脂組成物の調整)
表3に示す配合で、(B)、(C)、(E)、(F)成分、および、水溶性有機溶剤を、混合攪拌装置を用いて均一に混合し、S1〜S6のサポート材用樹脂組成物を製造した。
Figure 2017047693
ACMO:アクリロイルモルフォリン[ACMO(エチレン性二重結合/1分子:1個)、KJケミカルズ社製]
PPG−1000:ポリプロピレングリコール[ユニオールD1000(分子量1000)、日油社製]
DAROCURE TPO:2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド[DAROCURE TPO、BASF社製]
IRGACURE907:2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン[IRGACURE 907、チバ社製]
Chivacure ITX:イソプロピルチオキサントン[Chivacure ITX、ダブルボンドケミカル社製]
BYK−307:ポリジメチルシロキサン構造を有するシリコーン系化合物[BYK−307、ビックケミー社製]
MTG:トリエチレングリコールモノメチルエーテル[MTG、日本乳化剤社製]
<表面張力の測定方法>
表2に示すM1〜M23の各モデル材用樹脂組成物および該モデル材用樹脂組成物に含まれる各光硬化成分、ならびに、表3に示すS1〜S6の各サポート材用樹脂組成物および該サポート材用樹脂組成物に含まれる各光硬化成分の表面張力は、25℃における、測定開始から20秒後の値を、全自動平衡式エレクトロ表面張力計ESB−V(協和界面科学社製)を用いて測定した。測定結果を表2および表3に示す。
<吐出安定性の評価方法>
表2に示すM1〜M23の各モデル材用樹脂組成物および表3に示すS1〜S6の各サポート材用樹脂組成物の吐出安定性は、ノズル抜けが発生した割合、および、リガメントの長さを算出することにより、評価した。
(ノズル抜けが発生した割合)
ノズル径:20μm、飛翔速度:7m/sec、吐出周波数:10kHz、連続吐出時間:5minの条件で連続吐出を行うことによりノズルチェックパターンを印字し、ノズル抜けが発生したノズルの本数を数えた。そして、下記の基準において、ノズル抜けが発生した割合を評価した。評価結果を表2および表3に示す。なお、ノズル抜けとは、ノズルが詰まることにより、インクが吐出されない状態をいう。
○:ノズル抜け0%
△:ノズル抜け0%超〜5%未満
×:ノズル抜け5%以上
(リガメントの長さ)
ノズル径:20μm、飛翔速度:7m/sec、吐出周波数:1kHzの条件で吐出を行い、ノズルから距離1mmの位置において、液滴先頭が通過してから液滴最後尾が通過するまでの時間を測定した後、該時間と飛翔速度とを積算することにより、リガメントの長さを算出した。そして、下記の基準において、リガメントの長さを評価した。評価結果を表2および表3に示す。なお、リガメントの長さとは、ノズルから吐出される液滴の長さをいう。リガメントの長さが長いと、インクミストが発生しやすくなる。
○:リガメントの長さ300μm未満
△:リガメントの長さ300〜500μm
×:リガメントの長さ500μm超
なお、本明細書において、ノズル抜けが発生した割合の評価が「○」であり、かつ、リガメントの長さの評価が「○」であった樹脂組成物は、吐出安定性に優れると判定した。また、上記以外の評価であった樹脂組成物は、吐出安定性に劣ると判定した。
表2から分かるように、表面張力Mtが26.0〜33.0mN/mであるM3〜M7、M11〜M21のモデル材用樹脂組成物は、吐出安定性に優れる。また、表3から分かるように、表面張力Stが24.0〜33.0mN/mであるS3〜S5のサポート材用樹脂組成物は、吐出安定性に優れる。
<ブリーディングの評価方法>
表2に示すM1〜M21の各モデル材用樹脂組成物および表3に示すS3およびS4の各サポート材用樹脂組成物を用いて、上述と同様の方法でブリーディングを評価した。評価結果を表4および表5に示す。
Figure 2017047693
Figure 2017047693
表4の結果から分かるように、本発明の要件を全て満たす試験No.3〜7、11〜16、19〜23および27〜32のモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面が上面視で直線状になり、ブリーディングが生じなかった。
一方、表面張力Mtおよび(i)式で表される表面張力Mstが本発明の要件を満たさない試験No.1、2、8、9、17、18、24および25のモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、にじみが生じた。
また、表面張力Mtが本発明の要件を満たさない試験No.10および26のモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面において、わずかなにじみが生じた。
表5の結果から分かるように、本発明の要件を全て満たす試験No.33〜44のモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面が直線状になり、ブリーディングが生じなかった。すなわち、本発明の要件を全て満たすモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、着色剤を含まないか、または、着色剤の種類を変えてもブリーディングが生じない。
表1で示したように、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面においてブリーディングが生じなければ、寸法精度が良好な光造形品が得られる。一方、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面においてブリーディングが生じる場合、光造形品の寸法精度が低下する。したがって、本発明の要件を全て満たす試験No.3〜7、11〜16、19〜23、27〜32、および、33〜44のモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面においてブリーディングが生じなかったため、寸法精度が良好な光造形品が得られる。一方、本発明の要件を満たさない試験No.1、2、8、9、10、17、18、および24〜26のモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物は、モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層との界面においてブリーディングが生じたため、光造形品の寸法精度が低下する。
(その他の実施形態)
前記実施形態に係る光造形品の製造方法は、さらに、モデル材用樹脂組成物からなる層のみが形成されるように、インクジェットヘッドからモデル材用樹脂組成物のみを吐出させた後、該層を構成するモデル材用樹脂組成物を光硬化させることにより、モデル材を得る工程、および/または、サポート材用樹脂組成物からなる層のみが形成されるように、インクジェットヘッドからサポート材用樹脂組成物のみを吐出させた後、該層を構成するサポート材用樹脂組成物を光硬化させることにより、サポート材を得る工程を含んでいてもよい。
本発明のモデル材用樹脂組成物、および、該モデル材用樹脂組成物を含む光造形用インクセットは、寸法精度が良好な光造形品を得ることができる。よって、本発明のモデル材用樹脂組成物および光造形用インクセットは、インクジェット光造形法による光造形品の製造に好適に用いることができる。

Claims (15)

  1. インクジェット光造形法によりモデル材を造形するために使用されるモデル材用樹脂組成物であって、
    (A)光硬化成分としてのエチレン性不飽和単量体と、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤とを含有し、
    表面張力Mtが、26.0〜33.0mN/mであり、
    下記(i)式で表される表面張力Mstが、33.0mN/m以上である、モデル材用樹脂組成物。
    Figure 2017047693
  2. 前記(A)成分は、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、70重量部以下の単官能エチレン性不飽和単量体を含む、請求項1に記載のモデル材用樹脂組成物。
  3. 前記単官能エチレン性不飽和単量体の含有量は、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、5〜70重量部である、請求項2に記載のモデル材用樹脂組成物。
  4. 前記(A)成分は、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、70重量部以下の多官能エチレン性不飽和単量体を含む、請求項1〜3のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物。
  5. 前記多官能エチレン性不飽和単量体の含有量は、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20〜70重量部である、請求項4に記載のモデル材用樹脂組成物。
  6. 前記(A)成分の含有量は、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、80〜99重量部である、請求項1〜5のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物。
  7. さらに、(D)光硬化成分としてのオリゴマーを含有する、請求項1〜6のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物。
  8. 前記(D)成分の含有量は、前記モデル材用樹脂組成物全体100重量部に対して、10〜45重量部である、請求項7に記載のモデル材用樹脂組成物。
  9. 前記表面張力Mstは、33.0〜40.0mN/mである、請求項1〜8のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物。
  10. インクジェット光造形法に用いられ、かつ、請求項1〜9のいずれか一つに記載のモデル材用樹脂組成物と、サポート材を造形するために使用されるサポート材用樹脂組成物とを組み合わせてなる光造形用インクセットであって、
    前記サポート材用樹脂組成物は、(E)水溶性単官能エチレン性不飽和単量体と、(F)オキシエチレン基および/またはオキシプロピレン基を含むポリアルキレングリコールと、(B)光重合開始剤と、(C)表面調整剤と、を含有する、光造形用インクセット。
  11. 前記(E)成分の含有量は、前記サポート材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20〜50重量部である、請求項10に記載の光造形用インクセット。
  12. 前記(F)成分の含有量は、前記サポート材用樹脂組成物全体100重量部に対して、20〜49重量部である、請求項10または11に記載の光造形用インクセット。
  13. 前記(F)成分の数平均分子量Mnは、100〜5,000である、請求項10〜12のいずれか一つに記載の光造形用インクセット。
  14. 前記サポート材用樹脂組成物の表面張力Stは、24.0〜33.0mN/mである、請求項10〜13のいずれか一つに記載の光造形用インクセット。
  15. インクジェット光造形法により、請求項10〜14のいずれか一つに記載の光造形用インクセットを用いて光造形品を製造する方法であって、
    モデル材用樹脂組成物からなる層とサポート材用樹脂組成物からなる層とが隣接して配置された樹脂組成物層が形成されるように、インクジェットヘッドから前記モデル材用樹脂組成物および前記サポート材用樹脂組成物を吐出させる工程(I)と、
    前記樹脂組成物層を構成するモデル材用樹脂組成物およびサポート材用樹脂組成物をそれぞれ光硬化させることにより、モデル材およびサポート材を得る工程(II)と、
    前記サポート材を除去することにより、光造形品を得る工程(III)と、
    を有する、光造形品の製造方法。
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