JPWO2018139537A1 - 三次元造形用可溶性材料 - Google Patents
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Abstract
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
本発明によれば熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に当該三次元物体の精度低下を抑制することができ、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができるサポート材用の三次元造形用可溶性材料を提供することができる。
Description
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
本実施形態の三次元造形用可溶性材料は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
前記熱可塑性樹脂は、強アルカリ水溶液ではないpHが6〜8の中性水への溶解性の観点から、親水性基を有する。当該親水性基としては、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基、第4級アンモニウム塩基、オキシエチレン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボキシル塩基、アミド基、リン酸基、リン酸塩基、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上が例示できる。当該親水性基は、同様の観点から、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、スルホン酸塩基がさらに好ましい。
前記ポリエステル樹脂としては、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA1、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1、及びジオールモノマーユニットを有し、前記ポリエステル樹脂中の親水性モノマーユニットA1及び疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1の合計に対する前記親水性モノマーユニットA1の割合が10〜70mol%であるポリエステル樹脂が例示できる。
前記ポリエステル樹脂は、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA1を有する。前記親水性モノマーユニットA1は、前記親水性基を有するモノマーユニットであれば特に限定されない。また、当該親水性モノマーユニットA1を誘導するためのモノマーをモノマーA1とも称する。
前記ポリエステル樹脂は、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1を有する。当該ジカルボン酸モノマーユニットB1は前記親水性基を有さない。本明細書において、当該疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1を誘導するためのジカルボン酸をジカルボン酸B1とも称する。
前記ポリエステル樹脂は、ジオールモノマーユニットを有する。前記ジオールモノマーユニットを誘導するためのジオールを、ジオールCとも称する。
前記ポリエステル樹脂αにおける、前記親水性モノマーユニットA1を含む全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記親水性モノマーユニットA1の割合は、中性水への溶解性、耐吸湿性、及び3Dプリンタによる造形に求められる耐熱性の観点から、10mol%以上が好ましく、20mol%以上がより好ましく、同様の観点から、70mol%以下が好ましく、65mol%以下がより好ましく、60mol%以下がさらに好ましく、40mol%以下がよりさらに好ましく、27mol%以下がよりさらに好ましい。
(前記一般式(II)中、p1はエチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレートの重合度、q1はエチレン5−スルホイソフタレートの重合度の数を表す。ただし、エチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレートとエチレン5−スルホイソフタレートはブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
(前記一般式(III)中、p2はエチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレートの重合度、q2はエチレン5−スルホイソフタレートの重合度、r2はビスフェノキシエタノールフルオレンと2,6−ナフタレンジカルボン酸との縮合物の重合度、s2はビスフェノキシエタノールフルオレンと5-スルホイソフタル酸との縮合物の重合度の数を表す。ただし、エチレン2,6−ナフタレンジカルボキシレート、エチレン5−スルホイソフタレート、ビスフェノキシエタノールフルオレンと2,6−ナフタレンジカルボン酸との縮合物、ビスフェノキシエタノールフルオレンと5-スルホイソフタル酸との縮合物はブロック結合及び/又はランダム結合であり、中性水への溶解性の観点からランダム結合がより好ましい。)
前記ポリアミド樹脂としては、親水性基を有する親水性モノマーユニットA2、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2、及び疎水性ジアミンモノマーユニットを有し、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの合計に対する前記親水性モノマーユニットA2の割合が2.5〜40mol%であるポリアミド樹脂が例示できる。
前記ポリアミド樹脂は、親水性基を有する親水性モノマーユニットA2を有する。前記親水性モノマーユニットA2は、親水性基を有するモノマーユニットであれば特に限定されない。また、当該親水性モノマーユニットA2を誘導するためのモノマーをモノマーA2とも称する。
前記ポリアミド樹脂は、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2を有する。当該ジカルボン酸モノマーユニットB2は前記親水性基を有さない。本明細書において、当該疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2を誘導するためのジカルボン酸をジカルボン酸B2とも称する。
前記ポリアミド樹脂は、疎水性ジアミンモノマーユニットを有する。当該疎水性ジアミンモノマーユニットは、前記親水性基を有さない。前記疎水性ジアミンモノマーユニットを誘導するためのジアミンを、ジアミンCとも称する。
前記三次元造形用可溶性材料は、造形材との接着性を向上させる観点から、前記一般式(I)で示される有機塩化合物を含む。
本実施形態の三次元物体の製造方法は、三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、前記サポート材の材料が、前記三次元造形用可溶性材料である。当該三次元物体の製造方法によれば、三次元物体の精度低下を抑制することができ、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができる。
三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程は、前記サポート材の材料が前記三次元造形用可溶性材料である点を除けば、公知の熱溶融積層方式の3Dプリンタによる三次元物体の製造方法における三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程を利用することができる。
前記サポート材除去工程において、サポート材の除去は三次元物体前駆体を中性水に接触させることによって行われる。三次元物体前駆体を中性水に接触させる手法は、コストの観点、及び作業の容易さの観点から、三次元物体前駆体を中性水に浸漬させる手法が好ましい。サポート材の除去性を向上させる観点から、浸漬中に超音波を照射し、サポート材の溶解を促すこともできる。
前記中性水としては、イオン交換水、純水、水道水、工業用水が挙げられるが、経済性の観点からイオン交換水、水道水が好ましい。また、中性水は造形した三次元物体にダメージを与えない範囲で水溶性有機溶媒を含んでいてもよい。水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、2−プロパノールなどの低級アルコール類、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、エチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類が挙げられる。中性水が前記水溶性有機溶媒を含む場合、溶解性と造形した三次元物体へのダメージ性の観点から中性水中の前記水溶性有機溶媒の含有量は0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、50%質量以下が好ましく、40%質量以下が好ましく、30%質量以下が好ましく、20%質量以下が好ましい。
本実施形態のサポート材は、熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材であって、前記親水性基を有する熱可塑性樹脂と、前記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する。当該サポート材は、造形材と十分な接着性を有し、かつ、中性水への溶解速度が大きく、強アルカリ水溶液を用いること無く三次元物体前駆体から速やかに除去することができる。
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
<2>前記親水性基が、第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基、第4級アンモニウム塩基、オキシエチレン基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボキシル塩基、アミド基、リン酸基、リン酸塩基、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、スルホン酸基、及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、スルホン酸塩基がさらに好ましい、<1>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<3>前記熱可塑性樹脂中の前記親水性基の含有量が、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、3.0mmol/g以下が好ましく、2.0mmol/g以下がより好ましく、1.0mmol/g以下がさらに好ましく、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gがより好ましく、0.7〜1.5mmol/gがさらに好ましい、<1>又は<2>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<4>前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、エステルアミド樹脂、ウレタン樹脂からなる群より選ばれる1種以上が好ましく、ポリエステル樹脂及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がより好ましい、<1>〜<3>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<5>前記熱可塑性樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA1、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1、及びジオールモノマーユニットを有し、前記ポリエステル樹脂中の前記親水性モノマーユニットA1及び前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1の合計に対する前記親水性モノマーユニットA1の割合が10〜70mol%であるポリエステル樹脂である、<1>〜<4>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<6>前記親水性モノマーユニットA1を誘導するためのモノマーA1は、ヒドロキシ基含有芳香族ジカルボン酸、第1級アミノ基含有芳香族ジカルボン酸、スルホン酸基含有芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基含有芳香族ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、5−ヒドロキシイソフタル酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、5−アミノイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸、2−スルホテレフタル酸、及び4−スルホ−2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、5−スルホイソフタル酸がよりさらに好ましい、<5>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<7>前記ポリエステル樹脂中の前記親水性基の含有量は、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、3.0mmol/g以下が好ましく、1.5mmol/g以下がより好ましく、1.0mmol/g以下がさらに好ましく、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜1.5mmol/gがより好ましく、0.7〜1.0mmol/gがさらに好ましい、<4>〜<6>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<8>前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットA1の物質量の割合は、5mol%以上であり、7mol%以上が好ましく、10mol%以上がより好ましく、12mol%以上がさらに好ましく、35mol%以下であり、33mol%以下が好ましく、32mol%以下がより好ましく、30mol%以下がさらに好ましく、5〜35mol%が好ましく、7〜33mol%がより好ましく、10〜32mol%がさらに好ましく、12〜30mol%がよりさらに好ましく、8〜13mol%がよりさらに好ましい、<5>〜<7>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<9>前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1を誘導するためのジカルボン酸B1は、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,3−アダマンタンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、2,6−ナフタレンジカルボン酸がよりさらに好ましい、<5>〜<8>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<10>前記ポリエステル樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリエステル樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1の物質量の割合は、15mol%以上が好ましく、18mol%以上がより好ましく、20mol%以上がさらに好ましく、45mol%以下が好ましく、42mol%以下がより好ましく、40mol%以下がさらに好ましく、15〜45mol%が好ましく、20〜42mol%がより好ましく、30〜40mol%がさらに好ましい、<5>〜<9>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<11>前記親水性モノマーユニットA1と前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1のmol比(前記親水性モノマーユニットA1/前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1)は、10/90以上が好ましく、15/85以上がより好ましく、18/82以上がさらに好ましく、20/80以上がよりさらに好ましく、70/30以下が好ましく、65/35以下がより好ましく、60/40以下がさらに好ましく、40/60以下がよりさらに好ましく、26/74以下がよりさらに好ましい、<5>〜<10>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<12>前記ポリエステル樹脂中の全ジオールモノマーユニットの合計に対するジエチレングリコールユニットの割合は、5mol%以上が好ましく、10mol%以上がより好ましく、15mol%以上がさらに好ましく、20mol%以上がさらに好ましく、25mol%以上がよりさらに好ましく、30mol%以上がよりさらに好ましく、60mol%以下が好ましく、55mol%以下がより好ましく、50mol%以下がさらに好ましく、45mol%以下がよりさらに好ましい、<5>〜<11>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<13>前記ポリエステル樹脂中の全ジオールモノマーユニットの合計に対する、エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA、イソソルバイド、ビスフェノキシエタノールフルオレン、ビスフェノールフルオレン、ビスクレゾキシエタノールフルオレン、及びビスクレゾールフルオレンの合計の割合は、80mol%以上が好ましく、90mol%以上がより好ましく、95mol%以上がさらに好ましく、98mol%以上がよりさらに好ましく、実質的に100mol%がよりさらに好ましく、100mol%がよりさらに好ましい、<5>〜<12>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<14>前記ポリエステル樹脂は、前記親水性モノマーユニットA1を含む全ジカルボン酸モノマーユニットの合計に対する、前記親水性モノマーユニットA1の割合、及び前記ジカルボン酸モノマーユニットB1の割合が、それぞれ10〜70mol%、及び30〜90mol%であり、前記ジカルボン酸モノマーユニットB1を得るためのジカルボン酸B1が2,6−ナフタレンジカルボン酸であるポリエステル樹脂αが好ましい、<5>〜<13>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<15>前記ポリアミド樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA2、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2、及び疎水性ジアミンモノマーユニットを有し、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの合計に対する前記親水性モノマーユニットA2の割合が2.5〜40mol%である、<4>〜<14>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<16>前記親水性モノマーユニットA2を誘導するためのモノマーA2は、ヒドロキシ基含有芳香族ジカルボン酸、第1級アミノ基含有芳香族ジカルボン酸、スルホン酸基含有芳香族ジカルボン酸、及びスルホン酸塩基含有芳香族ジカルボン酸がより好ましく、5−ヒドロキシイソフタル酸、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸、5−アミノイソフタル酸、5−スルホイソフタル酸、2−スルホテレフタル酸、及び4−スルホ−2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、5−スルホイソフタル酸、及び2−スルホテレフタル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、5−スルホイソフタル酸がよりさらに好ましい、<15>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<17>前記ポリアミド樹脂中の前記親水性基の含有量は、0.5mmol/g以上が好ましく、0.6mmol/g以上がより好ましく、0.7mmol/g以上がさらに好ましく、3.0mmol/g以下が好ましく、2.0mmol/g以下がより好ましく、1.5mmol/g以下がさらに好ましく、0.5〜3.0mmol/gが好ましく、0.6〜2.0mmol/gがより好ましく、0.7〜1.5mmol/gがさらに好ましい、<4>、<15>、<16>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<18>前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記親水性モノマーユニットA2の物質量の割合は、2.5mol%以上であり、4mol%以上が好ましく、6mol%以上がより好ましく、8mol%以上がさらに好ましく、10mol%以上がよりさらに好ましく、40mol%以下であり、35mol%以下が好ましく、31mol%以下がより好ましく、25mol%以下がさらに好ましく、20mol%以下がよりさらに好ましく、15mol%以下がよりさらに好ましく、10mol%以下がよりさらに好ましく、8mol%以下がよりさらに好ましく、2.5〜40mol%が好ましく、4〜35mol%がより好ましく、6〜31mol%がさらに好ましく、8〜20mol%がよりさらに好ましく、8〜15mol%がよりさらに好ましく、8〜12mol%がよりさらに好ましい、<15>〜<17>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<19>前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2を誘導するためのジカルボン酸B2は、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、及び脂環式ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上が好ましく、テレフタル酸、イソフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、及び1,3−アダマンタンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がより好ましく、テレフタル酸、2,5−フランジカルボン酸、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種以上がさらに好ましく、テレフタル酸がよりさらに好ましい、<15>〜<18>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<20>前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの物質量の合計に対する、前記ポリアミド樹脂中の前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2の物質量の割合は、10mol%以上が好ましく、20mol%以上がより好ましく、30mol%以上がさらに好ましく、35mol%以上がよりさらに好ましく、40mol%以上がよりさらに好ましく、42mol%以上がよりさらに好ましく、47.5mol%以下が好ましく、45mol%以下がより好ましく、42mol%以下がさらに好ましく、40mol%以下がよりさらに好ましく、10〜47.5mol%が好ましく、20〜45mol%がより好ましく、30〜42mol%がさらに好ましい、<15>〜<19>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<21>前記親水性モノマーユニットA2と前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2のmol比(前記親水性モノマーユニットA2/前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2)は、10/90以上が好ましく、15/85以上がより好ましく、18/82以上がさらに好ましく、20/80以上がよりさらに好ましく、50/50以下が好ましく、40/60以下がより好ましく、30/70以下がさらに好ましく、25/75以下がよりさらに好ましい、<15>〜<20>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<22>前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、3000以上が好ましく、3500以上がより好ましく、4000以上がさらに好ましく、70000以下が好ましく、50000以下がより好ましく、30000以下がさらに好ましく、25000以下がよりさらに好ましい、<1>〜<21>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<23>前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上であり、60℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましく、80℃以上がさらに好ましく、250℃以下であり、220℃以下が好ましく、180℃以下がより好ましく、160℃以下がさらに好ましく、140℃以下がよりさらに好ましく、120℃以下がよりさらに好ましい、<1>〜<22>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<24>前記三次元造形用可溶性材料中の前記熱可塑性樹脂の含有量は、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましい、<1>〜<23>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<25>前記炭化水素基が脂肪族炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、1以上が好ましく、4以上がより好ましく、8以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下がさらに好ましい、<1>〜<24>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<26>前記炭化水素基が脂環式炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、3以上が好ましく、5以上がより好ましく、6以上がさらに好ましく、10以上がよりさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましく、20以下がさらに好ましい、<1>〜<25>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<27>前記炭化水素基が芳香族炭化水素基の場合、当該炭化水素基の炭素数は、6以上が好ましく、8以上がより好ましく、10以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、25以下がより好ましい、<1>〜<26>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<28>前記置換基は、水素原子、炭素原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、及びケイ素原子、並びにハロゲン原子からなる群より選ばれる1種以上を含むものが好ましく、中でも炭素数1〜22の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がより好ましく、炭素数1〜16の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がさらに好ましく、炭素数1〜12の炭化水素基又はハロゲン化アルキル基がよりさらに好ましく、炭素数1〜12の炭化水素基がよりさらに好ましい、<1>〜<27>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<29>前記一般式(I)中、Xn+は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、亜鉛イオン、又はホスホニウムイオンを示し、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンが好ましく、ナトリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンがより好ましく、リチウムイオン、又はホスホニウムイオンがさらに好ましく、ホスホニウムイオンがよりさらに好ましい、<1>〜<28>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<30>前記ホスホニウムイオンは、テトラアルキルホスホニウムイオンが好ましく、テトラブチルホスホニウムイオンがより好ましい、<29>に記載の三次元造形用可溶性材料。
<31>前記有機塩化合物の前記熱可塑性樹脂に対する質量比は、0.5以上が好ましく、2以上がより好ましく、6以上がさらに好ましく、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、15以下がさらに好ましい、<1>〜<30>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<32>前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオン(R1−SO3 −)の物質量(mol)と前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量(mol)の比(前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオンの物質量/前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量)は、0.005以上が好ましく、0.01以上がより好ましく、0.05以上がさらに好ましく、0.15以上がよりさらに好ましく、1.0以下が好ましく、0.9以下がより好ましく、0.7以下がさらに好ましい、<1>〜<31>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<33>前記三次元造形用可溶性材料のガラス転移温度は、50℃以上が好ましく、60℃以上がより好ましく、70℃以上がさらに好ましく、80℃以上がよりさらに好ましく、250℃以下が好ましく220℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましい、<1>〜<32>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<34>前記三次元造形用可溶性材料の形状は、フィラメント状が好ましい、<1>〜<33>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料。
<35>三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、前記サポート材の材料が、<1>〜<34>のいずれかに記載の三次元造形用可溶性材料である、三次元物体の製造方法。
<36>前記三次元物体の材料である造形材は、ABS樹脂、PP樹脂、ASA樹脂、PS樹脂、HIPS樹脂、PVC樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリフェニルスルフォン樹脂等の熱可塑性樹脂が好ましく、ABS樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がより好ましく、ABS樹脂、ポリカーボネート樹脂、及びポリアミド樹脂からなる群より選ばれる1種以上がさらに好ましい、<35>に記載の三次元物体の製造方法。
<37>前記三次元物体前駆体を得る工程に使用するサポート材のガラス転移温度は、(使用する造形材のガラス転移温度−20℃)〜(使用する造形材のガラス転移温度+20℃)が好ましく、(使用する造形材のガラス転移温度−15℃)〜(使用する造形材のガラス転移温度+15℃)がさらに好ましい、<35>又は<36>に記載の三次元物体の製造方法。
<38>前記三次元物体前駆体を中性水に浸漬し、前記サポート材を溶解させて除去するサポート材除去工程を含む、<35>〜<37>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<39>前記中性水が、水溶性有機溶媒を含む、<35>〜<38>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<40>前記水溶性有機溶媒が、メタノール、エタノール、2−プロパノールなどの低級アルコール類、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、エチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのグリコールエーテル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類が好ましい、<39>に記載の三次元物体の製造方法。
<41>前記中性水中の前記水溶性有機溶媒の含有量が、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がより好ましく、1質量%以上がさらに好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、50%質量以下が好ましく、40%質量以下が好ましく、30%質量以下が好ましく、20%質量以下が好ましい、<39>又は<40>に記載の三次元物体の製造方法。
<42>前記中性水の使用量が、前記サポート材に対して10質量倍以上が好ましく、20質量倍以上がより好ましく、10000質量倍以下が好ましく、5000質量倍以下がより好ましく、1000質量倍以下がさらに好ましく、100質量倍以下がよりさらに好ましい、<35>〜<41>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<43>前記三次元造形用可溶性材料を中性水に接触させる時間が、5分以上が好ましく、180分以下が好ましく、120分以下がより好ましく、90分以下がさらに好ましい、<35>〜<42>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<44>前記三次元造形用可溶性材料に接触させる中性水の温度が、15℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましく、30℃以上がさらに好ましく、40℃以上がよりさらに好ましく、85℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましく、60℃以下がさらに好ましい、<35>〜<43>のいずれかに記載の三次元物体の製造方法。
<45>熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材であって、親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する、サポート材。
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。)
<46>前記サポート材の原料が、<1>〜<34>のいずれかに記載の前記三次元造形用可溶性材料である、<45>のサポート材。
<47><1>〜<34>のいずれかに記載の熱可塑性樹脂の、三次元造形用可溶性材料としての使用。
〔合成例1〕
100Lステンレス製反応器(撹拌機、窒素導入管付)に2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチル(BP社製)、4.09kg、エチレングリコール(和光純薬工業社製、特級)3.20kg、5−スルホイソフタル酸ジメチルナトリウム(竹本油脂社製)1.69kg、チタンテトラブトキシド(東京化成工業社製、一級)1.71g、酢酸ナトリウム・三水和物(和光純薬工業社製、特級)42.0gを仕込み、常圧、窒素雰囲気下、1.5時間かけて温度を230℃に昇温し、230℃で360分加熱してエステル交換を行った。85%リン酸(シグマアルドリッチジャパン社製、特級)を637mg添加し、10分間撹拌した後、150分かけて260℃まで昇温し、同時に30mmHgまで減圧しながら撹拌して重縮合を行い、薄茶白色固体(室温)のポリエステル樹脂1を得た。
酢酸ナトリウム・三水和物を74.1gに変更し、ポリエステル樹脂2を得た以外は前記合成例1と同様に行った。
〔熱可塑性樹脂の組成〕
Agilent社製NMR、MR400を用いたプロトンNMR測定により、前記ポリエステル樹脂1の組成を求めることができる。
前記方法により求めた前記ポリエステル樹脂1の組成から、前記ポリエステル樹脂1中の親水性基(SO3)の量(単位:mmol/g)を求めることができる。
前記ポリエステル樹脂1各10mgをHFIP(1,1,1,3,3,3−Hexafluoro−2−propanol 和光純薬社製)3gに8時間溶解させ、下記条件に従ってゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定した。前記ポリエステル樹脂1の重量平均分子量は22000だった。
測定装置:HLC−8320GPC(TOSOH製)
溶離液:HFIP/0.5mMトリフルオロ酢酸ナトリウム
流量:0.2mL/min
測定温度:40℃
分析カラム:TSK−Gel Super AWM−H(TOSOH社製)
検量線:ShodexSTANDARD M−75
標準物質:ポリメチルメタクリレート(PMMA)
プレス機(東洋精機製作所社製 ラボプレスP2−30T)を用い、前記ポリエステル樹脂1をそれぞれ230℃、0.5MPaで2分間、続いて230℃、20MPaで2分間、プレスを行った。その後急冷することにより厚み0.4mmのシートを作成した。このシートから5〜10mgのサンプルをハサミで切り出し、アルミパンに精秤して封入し、DSC装置(セイコーインスツル株式会社製DSC7020)を用い、30℃から250℃まで10℃/minで昇温させた後、急速に30℃まで冷却した。再び10℃/minで250℃まで昇温させて得られたDSC曲線より、ガラス転移温度(℃)を求めた。
〔実施例1〕
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を84.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.5g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.2g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)0.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料1を得た。
前記三次元造形用可溶性材料1を細かく砕いたサンプル片を、キャピログラフ(東洋精機製作所社製:Capilograph 1D)を用いて、溶融温度180℃、押し出し速度10mm/minで直径2.0mm、長さ10mmのキャピラリーから押し出し、先端をピンセットではさみ、手で軽く引っ張りながら、直径1.7mmのフィラメントに加工した。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を81.6g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.2g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル−メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)4.1gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料2を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料2に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を78.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル-ポリアクリル酸ブチル-ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 9.8g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル−メタクリル酸グリシジル共重合体)3.9g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)7.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料3を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料3に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を84.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.5g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.2g、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(和光純薬株式会社製)0.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料4を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料4に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を81.6g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.2g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(和光純薬株式会社製)4.1gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料5を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料5に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を78.4g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 9.8g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)3.9g、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(和光純薬株式会社製)7.8gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料6を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料6に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例1で得られたポリエステル樹脂1を85.1g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.6g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.3gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料7を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料7、溶融温度を210℃に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例2で得られたポリエステル樹脂2を83.0g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.4g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)2.5gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料8を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料8に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例2で得られたポリエステル樹脂2を81.6g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社:製熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.2g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.1g、エレカットS−418(竹本油脂株式会社製:有機塩:ドデシルベンゼンスルホン酸テトラブチルホスホニウム塩)4.1gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料9を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料9に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
[三次元造形用可溶性材料の調製]
合成例2で得られたポリエステル樹脂2を85.1g、クラリティLA2250(株式会社クラレ社製:熱可塑性エラストマー:ポリメタクリル酸メチル−ポリアクリル酸ブチル−ポリメタクリル酸メチルトリブロック共重合体) 10.6g、相溶化剤としてBondfast(登録商標) 7B(住友化学社製:エチレン−酢酸ビニル-メタクリル酸グリシジル共重合体)4.3gを減圧下60℃で乾燥後、溶融混練機(東洋精機製作所社製:Labo Plastmill 4C150)を用いて230℃、90r/min、10分間溶融混練を行い、白色混合物である三次元造形用可溶性材料10を得た。
三次元造形用可溶性材料1を三次元造形用可溶性材料10、溶融温度を210℃に変えた以外は前記実施例1に係るフィラメントの製造と同様に行った。その後、フィラメントをMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、250℃の温度を有するヒートノズルから押し出したところ、ノズルが閉塞することなく吐出することができ、溶融物も、直ちに固化することを確認した。
〔ガラス転移温度〕
前記ベースポリマーのガラス転移温度の分析方法と同様に行った。評価結果を表1に示す。
容量1Lのビーカーに水を1L入れ、マグネットスターラーで300rpmで撹拌しながらヒーターで70℃まで加熱した。そこに上部から、キャピログラフで成形した樹脂フィラメント(直径約1.7mm、長さ13cm)を吊るして浸漬させ、フィラメントが溶解して切れるまでの時間をストップウォッチで測定した。評価結果を表1に示す。
[ABS樹脂との接着性]
(実施例1〜7、及び比較例1、2)
キャピログラフで成形した実施例1〜7、及び比較例1、2に係る樹脂フィラメントとABSP430(ストラタシス社製:造形材フィラメント:ABS樹脂,ガラス転移温度:108℃)をMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、それぞれ、250℃、230℃の温度を有するヒートノズルから交互に押し出し、造形して実施例1〜7、及び比較例1、2にかかる評価サンプルをそれぞれ作成した。造形後の評価サンプルの1つの写真を図1に示す。図1において、評価サンプル1は造形材11の上にサポート材12が積層されている。実施例1〜7、及び比較例1、2にかかる評価サンプルについてそれぞれ造形材11とサポート材12との樹脂界面をスパーテルで削った時の剥離しにくさを下記基準で評価してABS樹脂との接着性を評価した。評価結果を表1に示す。
A:金属製のスパーテルで界面を削っても剥離しない
B:金属製のスパーテルで界面を強く削ると剥離する
C:金属製のスパーテルで触れると剥離する
D:造形時に剥離する
(実施例7、8及び比較例2)
キャピログラフで成形した実施例7、8及び比較例2に係る樹脂フィラメントとFDM Nylon12(ストラタシス社製:造形材フィラメント:ポリアミド樹脂,結晶化温度:148℃,融点:178℃)をMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、それぞれ、250℃、255℃の温度を有するヒートノズルから交互に押し出し、造形して実施例7、8及び比較例2にかかる評価サンプルをそれぞれ作成した以外は、ABS樹脂との接着性と同様にしてポリアミド樹脂との接着性を評価した。評価結果を表1に示す。
(実施例7、8及び比較例2)
キャピログラフで成形した実施例7、8及び比較例2に係る樹脂フィラメントとPC−10(ストラタシス社製:造形材フィラメント:ポリカーボネート樹脂, ガラス転移温度:145℃)をMakerbot社製3DプリンタReplicator2Xに供給し、それぞれ、250℃、255℃の温度を有するヒートノズルから交互に押し出し、造形して実施例7、8及び比較例2にかかる評価サンプルをそれぞれ作成した以外は、ABS樹脂との接着性と同様にしてポリカーボネート樹脂との接着性を評価した。評価結果を表1に示す。
11造形材
12 サポート材
Claims (16)
- 熱溶融積層方式の3Dプリンタによって三次元物体を製造する際に、当該三次元物体を支持するサポート材の材料として用いられる三次元造形用可溶性材料であって、
親水性基を有する熱可塑性樹脂と、下記一般式(I)で示される有機塩化合物とを含有する、三次元造形用可溶性材料。
(R1−SO3 −)nXn+ (I)
(前記一般式(I)中、R1は置換基を有していてもよい炭素数1〜30の炭化水素基を示し、nは1又は2の数を示し、nが1のとき、Xn+はナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、又はホスホニウムイオンを示し、nが2のとき、Xn+はマグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、又は亜鉛イオンを示す。) - 前記熱可塑性樹脂中の前記親水性基の含有量が、0.5mmol/g以上3.0mmol/g以下である、請求項1に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエステルアミド樹脂、ポリウレタン樹脂からなる群より選ばれる1種以上である、請求項1又は2に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記親水基が、スルホン酸塩基である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 形状がフィラメント状である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記ポリエステル樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA1、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1、及びジオールモノマーユニットを有し、前記ポリエステル樹脂中の前記親水性モノマーユニットA1及び前記疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB1の合計に対する前記親水性モノマーユニットA1の割合が10mol%以上70mol%以下である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記ポリアミド樹脂が、前記親水性基を有する親水性モノマーユニットA2、疎水性ジカルボン酸モノマーユニットB2、及び疎水性ジアミンモノマーユニットを有し、前記ポリアミド樹脂中の全モノマーユニットの合計に対する前記親水性モノマーユニットA2の割合が2.5mol%以上40mol%以下である、請求項3〜6のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記ポリアミド樹脂中の前記親水性基の含有量は、0.5mmol/g以上3.0mmol/g以下である、請求項3〜7のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記熱可塑性樹脂の重量平均分子量が、3000以上70000以下である、請求項3〜8のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記ホスホニウムイオンが、テトラアルキルホスホニウムイオンである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記有機塩化合物の前記熱可塑性樹脂に対する質量比が、0.5以上30以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオン(R1−SO3 −)の物質量(mol)と前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量(mol)の比(前記有機塩化合物のアルキルスルホン酸イオンの物質量/前記熱可塑性樹脂の親水性基の物質量)は、0.005以上1.0以下である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料。
- 三次元物体及びサポート材を含む三次元物体前駆体を得る工程、及び当該三次元物体前駆体を中性水に接触させ、サポート材を除去するサポート材除去工程を有する熱溶融積層方式による三次元物体の製造方法であって、
前記サポート材の材料が、請求項1〜12のいずれか1項に記載の三次元造形用可溶性材料である、三次元物体の製造方法。 - 前記三次元物体の材料である造形材は、ABS樹脂、PP樹脂、ASA樹脂、PS樹脂、HIPS樹脂、PVC樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂及びポリフェニルスルフォン樹脂からなる群より選ばれる1種以上である、請求項13に記載の三次元物体の製造方法。
- 前記三次元物体前駆体を中性水に浸漬し、前記サポート材を溶解させて除去するサポート材除去工程を含む、請求項13又は14に記載の三次元物体の製造方法。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂の、三次元造形用可溶性材料としての使用。
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