WO2021206029A1 - 三次元造形物から焼結製品を製造する方法、及び3d造形用インクジェットインク - Google Patents

三次元造形物から焼結製品を製造する方法、及び3d造形用インクジェットインク Download PDF

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賢司 立石
成造 尾畑
由紀子 小林
小原 一樹
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岐阜県
株式会社ミマキエンジニアリング
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562Heating rate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658Atmosphere during thermal treatment
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/77Density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • C04B2235/9615Linear firing shrinkage
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    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a sintered product from a three-dimensional model and an inkjet ink for 3D modeling.
  • Ceramic products are manufactured by molding a mixture of a raw material powder of ceramics and an organic binder by injection molding, extrusion molding, casting molding, etc., and then undergoing a degreasing step and a sintering step (non-patent documents). 1).
  • Patent Document 1 discloses a copolymer having a segment derived from a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer and a specific polyalkylene oxide segment.
  • Patent Document 1 discloses a ceramic paste composed of a binder resin composition and a ceramic powder.
  • the binder resin composition is a binder resin composition in which a copolymer having a segment derived from a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer and a polyalkylene oxide segment is used as a matrix resin.
  • Patent Document 1 discloses that a laminated ceramic sintered body is obtained by screen-printing and firing this ceramic paste.
  • liquid curable ink is ejected to form an ink layer, which is then cured.
  • a 3D printing molding method is known in which a three-dimensional shape is formed by repeatedly forming a cured layer.
  • Non-Patent Document 2 a method for manufacturing ceramic products using a 3D printing molding method for molding has been attempted.
  • Patent Document 2 describes a step of 3D printing a desired three-dimensional object using a suspension containing a ceramic material, a polymer material, or the like in an amount of 50 to 95% by weight (w / w) of the total weight as a feed material.
  • a method including a step of sintering and the like is disclosed.
  • the material is rapidly heated to a desired degreasing temperature (for example, at a heating rate of 10 ° C./min), and then. Heat at a constant degreasing temperature until most of the organic matter in the three-dimensional model is removed.
  • a desired degreasing temperature for example, at a heating rate of 10 ° C./min
  • the ink ejected by the inkjet method ejects the ink from the inkjet nozzle, so that it is necessary to lower the volume ratio of the ceramic material.
  • the volume ratio of the ceramic material is low, the storage stability of the ink is insufficient, and when the molded product molded with the ink is degreased, the shrinkage becomes extremely non-uniform and cracks occur, and subsequent sintering occurs. In some cases, cracks occurred and ceramic products could not be obtained.
  • the present invention is required to appropriately produce a sintered product from a three-dimensional model.
  • the method for producing a sintered product from a three-dimensional model according to the present invention is The process of laminating ink containing inorganic particles and organic materials to prepare a three-dimensional model, The first degreasing step of heating the three-dimensional modeled object at the first average degreasing temperature for the first heating time in an inert gas atmosphere to degreas the organic material, The organic material is heated for a second heating time at a second average degreasing temperature higher than the first average degreasing temperature in an inert gas atmosphere after degreasing in the first degreasing step.
  • the heating rate when heating to the first average degreasing temperature and the second average degreasing temperature is less than 10 ° C./min. Is desirable.
  • the rate of temperature rise is low, so the possibility of defects is further reduced.
  • the second average degreasing temperature is 80% by mass of the organic material in the test object before heating when the test object made of the organic material is heated in an inert gas atmosphere for 30 minutes at the temperature.
  • the above is the temperature at which degreasing is performed. Is desirable.
  • the three-dimensional modeled object in an inert atmosphere at an average degreasing temperature higher than the first average degreasing temperature and lower than the second average degreasing temperature. Further includes one or more additional degreasing steps to heat and degreas. When there are two or more of the additional degreasing steps, the average degreasing temperature of the additional degreasing step is gradually increased. Is desirable.
  • the present inventors examined the composition of ink and degreasing.
  • the present inventors temporarily retain the shape of the degreased body when degreasing a 3D model that has been cured by ejecting ink to a specific degreasing rate when degreasing in a nitrogen atmosphere, and cracks do not occur during firing. I found that ceramic products can be obtained.
  • the present inventors have found that it is easy to degreas to a specific degreasing rate by using a plurality of types of polymerizable compounds as the curable binder component.
  • the inkjet ink for 3D modeling is An inkjet ink for 3D modeling containing a ceramic component and a curable binder component.
  • the curable binder component is a component that can be degreased at a degreasing rate that maintains the shape of the degreased body when the 3D model formed by curing the 3D modeling inkjet ink is degreased to obtain a degreased body. It contains a plurality of types of polymerizable compounds.
  • a ceramic product can be easily obtained without cracking when firing an inkjet-printed 3D model.
  • a sintered product can be appropriately manufactured from the three-dimensional modeled object.
  • the content of the ceramic component in the 3D modeling inkjet ink is preferably 10% by volume or more and 50% by volume or less.
  • the ink ejection property is excellent.
  • the plurality of types of polymerizable compounds are components that cause the 3D model to shrink and not crack when the 3D model is degreased.
  • the plurality of types of polymerizable compounds preferably have a degreasing rate of 80% by weight or more and 90% by weight or less when the degreasing temperature is 320 ° C. or higher and 350 ° C. or lower.
  • the plurality of types of polymerizable compounds include monomers and oligomers.
  • the plurality of types of polymerizable compounds include a monofunctional polymerizable compound and a polyfunctional polymerizable compound.
  • the plurality of polymerizable compounds include at least one monofunctional monomer selected from the group consisting of benzyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, and 2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate, and a polyfunctional urethane acrylate-based oligomer. , And preferred.
  • a sintered product can be appropriately manufactured from a three-dimensional model.
  • the flow chart of the manufacturing method of the sintered product which concerns on one Embodiment of this invention.
  • the cross-sectional view of the support material layer and the ceramic layer for one layer formed in the manufacturing process of a ceramic product.
  • TGA curve of 3D model The flow chart of the manufacturing method of the ceramic product using the ink of one Embodiment of this invention.
  • a method for producing a sintered product according to an embodiment of the present invention will be described.
  • a three-dimensional model is prepared (step S11), the three-dimensional model is degreased at different temperatures in at least two steps (step S12), and finally degreasing is performed.
  • the subsequent three-dimensional model is sintered to obtain a sintered product (step S13).
  • Step S11 In step S11, a three-dimensional model is prepared.
  • the three-dimensional model is formed from a mixture of inorganic particles for modeling and an organic material for modeling.
  • the states of the modeling inorganic particles and the modeling organic material are preferably solid, but other states such as gel may be used.
  • the ratio of the modeling inorganic particles to the modeling organic material in the three-dimensional modeled object is 0.5 to 2.0 as the value obtained by dividing the mass of the modeling inorganic particles by the mass of the modeling organic material. It may be 0.5 to 1.5, and in particular, it may be 0.5 to 1.0.
  • the molding inorganic particles are arbitrary as long as they are inorganic particles that are integrated with each other after sintering in step S13, which will be described later, to form a sintered product.
  • the particle size of the molding inorganic particles is arbitrary as long as a sintered product can be formed after sintering in step S13.
  • examples of the components of the inorganic particles for modeling include a ceramic material, a metal material, a carbon material, or a mixture thereof.
  • Each particle of the modeling inorganic particles may be composed of a single material or a mixture of a plurality of materials.
  • the modeling inorganic particles may be composed of a mixture of particles made of a plurality of different materials.
  • a ceramic material is an inorganic non-metallic material made of a compound consisting of a metallic element and a non-metallic element. Ceramic materials include TCP (tricalcium phosphate), MCP (monocalcium phosphate), DCP (dicalcium phosphate), tetracalcium phosphate, hydroxyapatite, ⁇ -TCP, ⁇ -TCP, titanium oxide (titania).
  • Metallic materials include copper, zinc, aluminum, iron, silver, gold, palladium, platinum, tin, antimony, bismuth, lead, nickel, cobalt, vanadium, manganese, chromium, titanium, tantalum, tungsten, neodymium, lithium, sodium.
  • carbon materials include carbon allotropes such as graphite, graphene, and carbon nanotubes.
  • Organic material for modeling is any organic material that is mixed with the inorganic particles for modeling in the 3D model and has enough strength to maintain the three-dimensional shape of the 3D model at the stage of degreasing and sintering. Is.
  • step S12 Although most of the organic material for modeling is degreased in step S12 described later, the remaining organic material for modeling can be useful for maintaining the three-dimensional shape of the three-dimensional model through steps S12 and S13.
  • Examples of the organic material for modeling include a polymer material.
  • Polymer materials include polylactic acid (PLA), polycaprolactone (PCL), polyglycolic acid (PGA), polystyrene (PS), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), poly (methylmethacrylate) ( PMMA), poly (1,4-phenylene sulfide) (PPS), poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO), polyamide (PA), polybutylene terephthalate (PBT), polyetherether Ketone (PEEK), polyetherketone (PEK), polyethylene terephthalate (PET), polyimide (PI), polyoxymethylene (POM), polysulfone (PSU), polyurethane (PU), polybutadiene (PB), polytetrafluoroethylene (PB) PTFE), Polyvinyl Fluoride (PVF), Vinylidene Polyfluoride (PVDF), Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), Perfluoroalkoxypoly
  • the three-dimensional model may contain components such as pigments, monomers, oligomers, polymerization initiators, dispersants, antioxidants, surfactants, and solvents.
  • components such as pigments, monomers, oligomers, polymerization initiators, dispersants, antioxidants, surfactants, and solvents.
  • these components those satisfying the above definition of modeling inorganic particles are counted as modeling inorganic particles, and those satisfying the above definition of modeling organic material are counted as modeling organic materials.
  • those that do not meet the definitions of the above-mentioned inorganic particles for modeling and organic materials for modeling are referred to as other components.
  • the three-dimensional model may contain other components to the extent that it does not affect the shape of the three-dimensional model after being degreased in step S12 or sintered in step S13.
  • the three-dimensional model contains 33.3 to 66.7 mass%, 40 to 66.7 mass%, or 50 to 66.7 mass% of other components with respect to the mass of the three-dimensional model. But it may be.
  • the three-dimensional modeled object prepared in step S11 is not particularly limited in its modeling method, but it is preferable to use an additional manufacturing method, particularly a material injection method additional manufacturing method. For example, it is preferable to use a method of laminating ink for three-dimensional modeling by an inkjet method or a dispenser method to form a three-dimensional modeled object.
  • three-dimensional modeling ink is printed layer by layer, laminated, and the laminate is cured by an external stimulus such as irradiation (for example, ultraviolet irradiation) or heating to obtain a desired three-dimensional object.
  • an external stimulus such as irradiation (for example, ultraviolet irradiation) or heating to obtain a desired three-dimensional object.
  • This three-dimensional modeling ink contains inorganic particles for modeling and a fluid capable of forming the above-mentioned polymer material which is an organic material for modeling.
  • the particle size of the inorganic particles for modeling is arbitrary as long as it can be ejected from the nozzle for inkjet or the nozzle of the dispenser.
  • the particle size is 1 ⁇ m or less, preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less, still more preferably 300 nm or less.
  • the particle size is 10 nm or more, preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and further preferably 200 nm or more.
  • the particle size is preferably 200 nm or more and 500 nm or less.
  • the fluid capable of forming the polymer material contains a polymerizable compound (for example, a monomer or a polymer having a lower degree of polymerization than the above-mentioned polymer material) that is a raw material of the above-mentioned polymer material, and is discharged from a nozzle for inkjet or a nozzle of a dispenser.
  • a polymerizable compound for example, a monomer or a polymer having a lower degree of polymerization than the above-mentioned polymer material
  • Any possible fluid eg, liquid, gel, etc.
  • the fluid of the above-mentioned polymerizable compound, the solution in which the polymerizable compound is dissolved, the dispersion liquid in which the fluid or solid particles of the polymerizable compound are dispersed, or the gel of the solution or the dispersion liquid thereof is included.
  • the three-dimensional modeling ink may contain any additional components such as a solvent, a dispersant, a surface tension adjusting agent, a polymerization initiator, and a polymerization inhibitor, depending on the ink ejection method and the ink curing method.
  • the support composition is used to maintain the shape of the uncured three-dimensional model. May surround the perimeter.
  • a supporting composition When such a supporting composition is deposited around the three-dimensional model, it is preferable to remove the supporting composition before moving to step S12.
  • a washable support composition for example, a water-soluble support composition that can be washed with water
  • the support composition is washed and removed between steps S11 and S12.
  • the supporting composition is naturally removed by heating in step S12 or step S13, it is not necessary to remove the supporting composition before moving to step S12.
  • the supporting composition is the above-mentioned polymer material
  • such a supporting composition is independent because most of it is removed in steps S12 and S13 together with the organic material for modeling the three-dimensional model. It is not necessary to provide a step of removing the supporting composition.
  • the supporting composition still remaining after the steps S12 and S13 is washed and removed, the amount of the supporting composition to be removed is significantly reduced, so that the energy consumption can be reduced.
  • step S12 degreasing is performed by heating the three-dimensional modeled object at different temperatures in at least two steps under an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere.
  • step S12 includes steps SD1 to SDn, which are n (n is an integer of 2 or more) inert gas atmosphere degreasing steps.
  • step SD1 is the first degreasing step
  • step SD2 is the second degreasing step.
  • the temperature T1 in step SD1 is the first average degreasing temperature during execution of step SD1.
  • the heating time P1 at this time is the first heating time.
  • the temperature T2 in step SD2 is the second average degreasing temperature during execution of step SD2.
  • the heating time P2 at this time is the second heating time.
  • Heating temperature The heating temperature Tk of each step SDk is set so that Tk ⁇ Tk + 1.
  • the heating temperature T1 of the first step SD1 may be higher than 25 ° C., for example, 100 ° C. or higher.
  • the heating temperature Tn of the final step SDn is determined from the ratio of organic substances to be degreased based on the relationship between the temperature and the critical degreasing rate described below.
  • the critical degreasing rate can be obtained, for example, by measuring the density of a certain object before and after degreasing, and as the degreasing rate at which a substantial change in density does not occur.
  • the critical degreasing rate increases monotonically as the temperature increases. Therefore, there is a one-to-one correspondence between the critical degreasing rate and the temperature. Therefore, the heating temperature in the degreasing step can be obtained from the ratio of organic substances to be degreased in the degreasing step. It is considered that even when degreasing under different inert gas atmospheres, almost the same critical degreasing rate corresponds to the same temperature.
  • step S12 when it is necessary to remove organic matter (particularly, organic material for modeling) in the three-dimensional modeled object up to W mass% with respect to the initial amount, but not to remove any more, heating of the final step SDn.
  • the temperature Tn is preferably set to a temperature corresponding to the critical degreasing rate W mass%.
  • the heating temperature Tn of the final step SDn is for modeling in the test object before heating when the test object made of the organic material for modeling is heated in an inert gas atmosphere for 30 minutes at that temperature.
  • the temperature may be such that 80% by mass or more of the organic material is degreased.
  • the degreasing rate is increased, for example, if 80% by mass or more of the organic material for modeling before heating is degreased, most of the organic material will be degreased from the three-dimensional model before firing. The total amount of organic material released from the three-dimensional model at the time of firing is reduced. Therefore, the possibility of defects occurring in the sintering process is further reduced.
  • the heating time Pn of the final step SDn is preferably set to a length that can achieve 70%, 80%, 90%, 99%, or 100% of the critical degreasing rate at the corresponding heating temperature Tn.
  • the heating time Pk of each step SDk except the last step SDn achieved the critical degreasing rate of 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 99%, or 100% at the corresponding heating temperature Tk. It may be set to a length that allows it.
  • Steps SD1 to SDn may be continuously performed in the same degreasing device or may be performed in different degreasing devices. Further, in either case, between steps SD1 and SDn, the three-dimensional model after degreasing is taken out and temporarily placed in a storage place outside the degreasing device at a temperature lower than that inside the degreasing device (for example, at 25 ° C.). You may keep it.
  • the three-dimensional model stored outside the degreasing device is subjected to the step SDk, for example, when the first step SD1 is performed, or as described above, the three-dimensional model temporarily stored outside the degreasing device is temporarily stored.
  • the three-dimensional model may be preheated at a preheating temperature lower than the degreasing temperature of the step (additional degreasing step).
  • step SDk and the next step SDk + 1 are continuously performed in the same degreasing device, it is desirable that the heating rate is such that the three-dimensional model is not damaged, for example, less than 10 ° C./min. Is preferable. Further, the rate of temperature rise in the case of performing the above-mentioned preheating is also the same.
  • Steps SD1 to SDn can be performed by a degreasing method under any suitable inert gas atmosphere. Further, as the degreasing device, an electric furnace or the like can be used.
  • step S12 most of the organic matter in the three-dimensional model is finally removed. For example, at least 70% by mass, 75% by mass, 80% by mass, 85% by mass, 90% by mass, 95% by mass, or 99% by mass of the total amount of organic matter in the three-dimensional model prepared in step S11. It may be removed through step S12. Further, for example, at least 70% by mass, 75% by mass, 80% by mass, 85% by mass, 90% by mass, 95% by mass, or at least 70% by mass, 75% by mass, 80% by mass, or at least 70% by mass, 75% by mass, 80% by mass, or 99% by weight may be removed through step S12.
  • the organic material for modeling remaining in the three-dimensional model during and / or after degreasing can be useful for maintaining the three-dimensional shape of the three-dimensional model through steps S12 and S13. Therefore, for example, at least 1% by mass, 5% by mass, 10% by mass, 15% by mass, 20% by mass, 25% by mass, or, of the total amount of the organic material for modeling in the three-dimensional model prepared in step S11. 30% by mass may be left in the three-dimensional model after step S12.
  • the three-dimensional model may be further heated and degreased in an oxygen atmosphere such as an air atmosphere.
  • an oxygen atmosphere such as an air atmosphere.
  • Solventing in an oxygen atmosphere can be performed by any suitable degreasing method.
  • step S13 the three-dimensional model after degreasing in step S12 is sintered to obtain a sintered product.
  • the sintering temperature is higher than the heating temperature Tn (second average degreasing temperature) of the last step SDn in step S12 described above, and the inorganic particles for molding can be integrated with each other after sintering to form a sintered product, It is optional.
  • the sintering temperature is preferably 1500 ° C. to 1700 ° C.
  • the sintering temperature in the present invention is the average sintering temperature during execution of step S13.
  • Sintering can be performed by any suitable sintering method. Further, as the sintering apparatus, an electric furnace or the like can be used.
  • one part may be heated more easily than another part in the degreasing step because the thermal conductivity is different for each part of the three-dimensional model. Therefore, when a three-dimensional model with a large amount of resin is degreased by a conventional degreasing step, the degree of heating differs in the adjacent portion, so that the release rate of the degreasing component released as a gas from the portion also differs. It is considered that defects such as cracks and distortions are likely to occur at the boundaries of these parts.
  • the inkjet printer According to the growing demand for highly designed 3D objects, it is possible to use an inkjet printer to form a 3D model with a complicated design, and then degrease and sinter it to produce a baked product. It is desired.
  • the three-dimensional model formed by the inkjet printer has a large amount of resin, and the three-dimensional model with a complicated design has a remarkable bias in heating for each part, so that the above-mentioned defects may occur. Even higher.
  • the principle is as follows. Since the total amount of organic material gas released from the 3D model during degreasing on the high temperature side is small, even if there is a heating bias in the adjacent part of the 3D model, those The effect of the gas released from the parts is small, and the possibility of defects occurring at the boundaries of those parts is low. As a result, it is possible to suppress the occurrence of defects such as cracks and strains, and it is possible to manufacture a sintered product from a three-dimensional model.
  • the heating temperature Tk of each step SDk may be set according to the respective degreasing temperatures.
  • the degreasing start temperature when the temperature at which these organic components start to be degreased (hereinafter referred to as the degreasing start temperature) is set to TD1 to TDm (m is an integer of 2 or more) from the lower side, m consecutive steps SDl + k (1 ⁇ l ⁇
  • the heating temperature Tl + k (n, 1 ⁇ k ⁇ m) may be equal to TDk, substantially the same as TDk (for example, within ⁇ 10% of TDk), or from TDk-20 ° C. to TDk-. It may be in the range of 10 ° C.
  • the step SDk using the heating temperature Tk corresponding to TD1 to TDm does not necessarily have to be continuous. For example, even if there is a step SDp using the heating temperature Tp such that Tk ⁇ Tp ⁇ Tk + 1 between the step SDk using the heating temperature Tk corresponding to TDk and the step SDk + 1 using the heating temperature Tk + 1 corresponding to TDk + 1. good.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a TGA curve when a three-dimensional model having a certain composition is heated in a nitrogen atmosphere under a heating condition of 10 ° C./min.
  • the horizontal axis shows the temperature (° C.), and the vertical axis shows the mass reduction rate (mass% / min) based on the initial weight.
  • This curve has three peaks, as indicated by the arrows in the figure. These three peaks suggest that the three-dimensional model contains three types of organic components with different temperatures at which the three-dimensional model is degreased.
  • the temperature at which these organic components begin to be degreased does not coincide with the temperature at which the corresponding peak in the figure is brought about, and is generally considered to be lower than the temperature and around the rising temperature of the peak. Be done.
  • the degreasing start temperature of the organic component corresponding to peak 1 is about 200 ° C.
  • the degreasing start temperature of the organic component corresponding to peak 2 is about 310 ° C.
  • the degreasing start temperature of the organic component corresponding to peak 3 is 420 ° C. It is considered to be a degree.
  • the degreasing step may be performed at these temperatures.
  • the degreasing start temperature of each organic component contained in the three-dimensional model can be determined by thermogravimetric analysis.
  • heating may be performed so that the average heating temperature becomes the heating temperature Tk within a predetermined temperature range.
  • the temperature may be raised at a constant temperature rise rate or lowered at a constant temperature lowering rate so that the average heating temperature becomes the heating temperature Tk.
  • the temperature rise rate or temperature decrease rate in the step SDk is sufficiently smaller than the temperature rise rate between steps SD1 and SDk (or the slowest temperature rise rate if there are a plurality of them), for example. It is preferable to have an absolute value smaller than 50%, 40%, 30%, 20%, 10%, and 5% of the heating rate between steps SD1 and SDk.
  • the average heating temperature can be calculated by dividing the integrated value of the heating temperature during heating by the time required for heating. Similarly, in the sintering step, heating may be performed so that the average sintering temperature becomes the above-mentioned sintering temperature in a predetermined temperature range instead of a constant sintering temperature.
  • Example 2 The ink for a 3D inkjet printer was adjusted, and a rectangular parallelepiped of 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 5 cm was formed by an inkjet printer (UV curable inkjet full-color 3D printer, 3DUJ-553, manufactured by Mimaki Engineering Co., Ltd.).
  • an inkjet printer UV curable inkjet full-color 3D printer, 3DUJ-553, manufactured by Mimaki Engineering Co., Ltd.
  • Ink for 3D inkjet printers As a ceramic component (pigment), 38.8 parts of high-purity alumina with a small particle size (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP-53, center particle size 0.18 ⁇ m), As a dispersant, an active polymer dispersant (manufactured by Lubrizol, trade name: SOLSPERSE 36000), pour point: 40 ° C., boiling point: about 200 ° C., flash point: about 200 ° C., density: 1.
  • SOLSPERSE 36000 active polymer dispersant
  • oligomer of the binder component 8.3 parts of an aliphatic polyester urethane acrylate oligomer (manufactured by Sartomer, trade name: CN968, number of functional groups: 6, density 1.2 g / cm 3), 12.4 parts of benzyl acrylate (BZA) and 32.8 parts of phenoxyethyl acrylate (PEA) as the binder component monomers.
  • BZA benzyl acrylate
  • PEA phenoxyethyl acrylate
  • Phosphine oxide-based initiators for photopolymerization As phosphine oxide-based initiators, 0.50 parts of phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (manufactured by Ciba Specialty Chemicals, trade name: Irg819), and 2,4.
  • 6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide (manufactured by BASF, trade name: Irgacure-TPO) 4.66 parts
  • As a thioxanthone-based sensitizer 1.58 parts of 2,4-diethylthioxanthene-9-one (DETX),
  • DETX 2,4-diethylthioxanthene-9-one
  • As a polymerization inhibitor 2,5-di-tert-butyl hydroquinone (manufactured by Seiko Kagaku Co., Ltd., trade name: Nonflex Alba) 0.04 part
  • As a radiation curable additive a completely crosslinked silicone polyether acrylate (manufactured by Evonik Resources Efficiency GmbH, trade name: TEGO RAD2100, short chain siloxane skeleton / long chain organic modified hypercrosslinked additive) 0.046 Parts were mixed and prepared.
  • the rectangular parallelepiped was degreased and sintered using an electric furnace (Tanman tube type atmosphere electric furnace S7T-2025D-SP, manufactured by Motoyama Co., Ltd.) under the following conditions to obtain a sintered product E10.
  • the degreasing conditions are also shown in FIG.
  • the rate of temperature rise between each step was 40 ° C./hour.
  • an inkjet ink for 3D modeling containing a ceramic component and a curable binder component is used.
  • the curable binder component is a component that can be degreased at a degreasing rate that maintains the shape of the degreased body when the 3D model formed by curing the inkjet ink for 3D modeling is degreased to obtain a degreased body.
  • ink B the inkjet ink for 3D modeling is also referred to as "ink B".
  • ink A and ink B are ejected to the stage S from, for example, an inkjet head module (not shown) (see FIG. 5).
  • the ink A is an ink containing a support material and a curable binder component.
  • Ink B is an ink containing a ceramic component and a curable binder component.
  • each ejected ink is irradiated with, for example, ultraviolet rays to cure each ink.
  • the support material layer 11 in which the ink A is cured and the ceramic layer 12 in which the ink B is cured are further formed.
  • the timing of irradiating the ultraviolet rays is arbitrary, and may be after one layer of ink A and ink B has been ejected, or even during one layer of ink A and ink B being ejected. good.
  • the support material layer 11 is located in the center, and the ceramic layer 12 is formed on the outside thereof.
  • FIG. 6 shows a laminated body 20 obtained by laminating the entire layers in this way.
  • the laminated body 20 has a cylindrical shape formed by laminating a support body 21 formed by laminating a support material layer 11 (a layer of cured ink A) and a ceramic layer 12 (a layer of cured ink B).
  • a ceramic body 22 is provided.
  • the whole layer for one layer is shown by the thin line in the laminated body 20.
  • the laminated body 20 is separated from the stage S and immersed in a solvent to dissolve and remove the support body 21.
  • a 3D model 30 (see FIG. 7) having a cylindrical ceramic body 22 is obtained.
  • the 3D model 30 preferably has a strength capable of maintaining its shape to such an extent that the degreasing and sintering operations described later can be performed.
  • the bending strength of the degreased body is preferably 1 MPa or more.
  • the 3D model 30 is degreased to obtain a degreased body.
  • the temperature is gradually raised in a predetermined temperature, for example, 100 ° C. or higher and 340 ° C. or lower, and then heated.
  • a predetermined temperature for example, 100 ° C. or higher and 340 ° C. or lower.
  • the residual amount of the cured product in the ceramic body 22 gradually decreases with heating.
  • the degree of reduction varies depending on the binder component used and the heating temperature. For example, when the maximum degreasing temperature is 340 ° C, the degreasing rate should be about 85% (the residual amount of the cured product should be about 15%). Can be done.
  • the degreasing rate is not particularly limited, but is preferably in the range of 80% or more and 90% or less, and more preferably in the range of 83% or more and 88%. When the degreasing rate is within this range, the shape of the degreased body is maintained, and cracks and the like are less likely to occur in the sintering operation described later.
  • the shape of the 3D model 30 is maintained by the remaining cured body of the degreased body after degreasing, but the size shrinks almost uniformly, for example, from about 63% to about 74% in size.
  • the dimensional changes of each of the X-axis, Y-axis, and Z-axis may differ by about 10%.
  • the degreased body has enough strength to maintain its shape so that the sintering operation described later can be performed.
  • the bending strength of the degreased body is preferably 1 MPa or more.
  • the degreased body is fired at a predetermined temperature, for example, 1,200 ° C. or higher and 1,250 ° C. or lower in an air atmosphere to obtain a ceramic product.
  • a predetermined temperature for example, 1,200 ° C. or higher and 1,250 ° C. or lower in an air atmosphere.
  • the strength required for the sintered body varies depending on the application, but for example, the bending strength of the sintered body is preferably 300 MPa or more.
  • the inkjet ink for 3D modeling according to the embodiment of the present invention contains a ceramic component and a curable binder component.
  • the ceramic component used in this embodiment is not particularly limited as long as it is a non-metallic inorganic solid material, and is not limited to, for example, alumina, zirconia, zircone, feldspar, mullite, steatite, cordierite, silicon carbide, aluminum nitride and the like. It can be appropriately selected from natural minerals such as ceramic stone, feldspar, and clay.
  • the shape of the ceramic component is not particularly limited, but particles, for example, are preferable in terms of dispersibility in the ink.
  • the particle size of the ceramic component is not particularly limited as long as it can be ejected by inkjet, but the central particle size is preferably 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less from the viewpoint of ink ejection property and strength of the 3D modeled object. , 0.1 ⁇ m or more and 0.6 ⁇ m or less, more preferably 0.4 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
  • Ceramic component examples include AKP-20 (center particle size: 0.46 ⁇ m), AKP-30 (center particle size: 0.27 ⁇ m), and AKP-50 (center particle size: 0.20 ⁇ m) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. ), AKP-53 (center particle size: 0.18 ⁇ m), AKP-3000 (center particle size: 0.70 ⁇ m), and the like can be used.
  • the content of the ceramic component in the inkjet ink for 3D modeling is not particularly limited, but the volume concentration is preferably 10% by volume or more and 50% by volume or less, more preferably 15% by volume or more and 40% by volume or less, and 20 It is more preferably 5% by volume or more and 35% by volume or less, and particularly preferably 25% by volume or more and 32% by volume or less.
  • the content of the ceramic component in the ink is preferably 30% by mass or more and 80% by mass or less, more preferably 40% by mass or more and 75% by mass or less, and 50% by mass or more and 70% by mass or less in terms of mass concentration. It is more preferably 55% by mass or more, and particularly preferably 65% by mass or less. If the content is less than the upper limit, it is preferable from the viewpoint of ink ejection property, physical properties, stability, etc., and if it is more than the lower limit, it is preferable from the viewpoint of the strength of the obtained 3D model.
  • the curable binder component according to the present embodiment contains a plurality of types of polymerizable compounds. Further, this curable binder component can be degreased at a degreasing rate that maintains the shape of the degreased body when the 3D model formed by curing the inkjet ink for 3D modeling is degreased to obtain a degreased body. ..
  • the polymerizable compound is not particularly limited as long as it is a polymerizable compound, and examples thereof include the following compounds.
  • Acrylate such as methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate, octyl acrylate, cyclohexyl acrylate, and benzyl.
  • Alkyl vinyl ethers such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether and butyl vinyl ether.
  • Styrene derivatives such as styrene, ⁇ -methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene and vinylnaphthalene.
  • Alkyl vinyl esters such as vinyl formate, vinyl acetate, vinyl butyrate, vinyl caproate, and vinyl stearate.
  • Monomers of unsaturated compounds such as crotonic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl chloride, vinylidene chloride, acrylamide, and methacrylamide, and oligomers thereof.
  • acrylates and acrylate oligomers are preferable in terms of polymerizable properties, solubility of initiators and sensitizers, and acrylate oligomers are more preferably urethane acrylate oligomers, and they are based on aliphatic polyesters. It is particularly preferable that it is a urethane acrylate oligomer of.
  • the curable binder component according to the present embodiment contains a plurality of such polymerizable compounds.
  • the combination of the polymerizable compounds is not particularly limited as long as it is two different types of polymerizable compounds. For example, a combination of a monomer and an oligomer, a combination of a monofunctional polymerizable compound and a polyfunctional polymerizable compound, a combination of a monomer and an oligomer, and a combination of a monofunctional polymerizable compound and a polyfunctional polymerizable compound. Be done.
  • the "monomer” refers to a low molecular weight compound that is a raw material for synthesizing a polymer.
  • An “oligomer” is a molecule formed by repeatedly linking one or several kinds of atoms or atomic groups (constituent units) to each other, and has one or several physical properties. It refers to a molecule that changes depending on the increase or decrease of the unit, and examples thereof include a dimer, a trimer, and a tetramer.
  • the "monofunctional polymerizable compound” refers to a polymerizable compound containing only one polymerizable functional group (for example, acryloyl group) contained in the organic compound.
  • the "polyfunctional polymerizable compound” refers to a compound having two or more polymerizable functional groups contained in the polymerizable compound, and there are cases where two or more functional groups of the same type are present. This includes cases where different types of functional groups are present in the same molecule.
  • the plurality of types of polymerizable compounds according to the present embodiment are the oligomer of the monofunctional polymerizable compound and the polyfunctional polymerizable compound.
  • a combination with an oligomer a combination of a monomer of a monofunctional polymerizable compound and a monomer of a polyfunctional polymerizable compound, a combination of an oligomer of a monofunctional polymerizable compound and an oligomer of a polyfunctional polymerizable compound, etc. Can be mentioned.
  • Examples of the monofunctional monomer include acrylate, methacrylate, alkyl vinyl ether, and unsaturated compound monomers listed as examples of polymerizable compounds, as well as benzyl acrylate (abbreviation: BZA), 2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate, and stearyl.
  • a phenol EO-modified (n 2) acrylate (trade name: Miramer M142, abbreviated name: Ph (EO) 2A) manufactured
  • Bifunctional monomers include 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, polyethylene glycol (200) diacrylate, and tetraethylene glycol diacrylate.
  • bifunctional monomer examples include hexanediol diacrylate (trade name: Miramer M200, abbreviated name: HDDA, molecular weight: 226) manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd., hexanediol EO modified diacrylate (trade name: Miramer M202,).
  • trifunctional monomer examples include trimethylol propanetriacrylate, tris (2-hydroxyethyl) isocyanurate triacrylate, ethoxylated trimethylol propanetriacrylate, pentaerythritol triacrylate, ethoxylated (3) trimethylol propanetriacrylate, and propoxy.
  • tetrafunctional or higher functional monomer examples include tetrafunctional acrylates such as pentaerythritol tetraacrylate, ditrimethylolpropane tetraacrylate and ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate, and pentaerythritol pentaacrylate and the like.
  • bifunctional oligomer examples include a bisphenol A epoxy diacrylate oligomer (trade name: Miramer PE210, molecular weight: 520) manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd., and an aliphatic epoxy diacrylate oligomer (trade name: Miramer PE230, molecular weight:: 420), modified epoxy diacrylate oligomer (trade name: Miramer EA2280, molecular weight: 1580), epoxy acrylate oligomer (trade name: Miramer WS2100, molecular weight: 720) and other epoxy acrylate oligomers, urethane acrylate manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd.
  • a bisphenol A epoxy diacrylate oligomer trade name: Miramer PE210, molecular weight: 520
  • an aliphatic epoxy diacrylate oligomer trade name: Miramer PE230, molecular weight:: 420
  • modified epoxy diacrylate oligomer trade name: Miramer
  • Oligomer (trade name: Miramer WS2600, molecular weight: 7,200), aliphatic urethane acrylate EO-TMPTA blend (trade name: CN961E75, density: 1.094 g / cm 3 ) manufactured by Sartmer, aliphatic urethane acrylate.
  • EOEOEA blend (trade name: CN961H81, density: 1.083 g / cm 3 ), aliphatic urethane acrylate (trade name: CN962, density: 1.105 g / cm 3 ), aliphatic urethane acrylate (trade name: CN963, density: 1.102 g / cm 3 ), aliphatic urethane acrylate TPGDA blend (trade name: CN963A80, density: 1.094 g / cm 3 ), aliphatic urethane acrylate HDDA blend (trade name: CN963B80, density: 1.091 g / cm 3) ), Aliper Urethane Acrylate EO-TMPTA Blend (Product Name: CN963E75, Density: 1.103 g / cm 3 ), Aliper Urethane Acrylate EO-TMPTA Blend (Product Name: CN963E80, Density: 1.105 g / cm 3 ), Ali
  • trifunctional oligomer examples include an aliphatic urethane acrylate oligomer manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd. (trade name: Miramer PU340, molecular weight: 2,400), and an aliphatic urethane acrylate manufactured by Sartmer (trade name: CN929,). Density: 1.114 g / cm 3 ), Aromatic Urethane Acrylate TPGDA Blend (Product Name: CN970A60, Density: 1.140 g / cm 3 ), Aromatic Urethane Acrylate EO-TMPTA Blend (Product Name: CN970E60, Density: 1.
  • Aromatic urethane acrylate (trade name: CN971, density: 1.095 g / cm 3 ), aromatic urethane acrylate TPGDA blend (trade name: CN971A80, density: 1.118 g / cm 3 ), aromatic urethane Urethane acrylate oligomers such as acrylate (trade name: CN972, density: 1.052 g / cm 3) can be used.
  • urethane acrylate oligomer (trade name: PU4300, molecular weight: 850), polyester acrylate (trade name: Miramer PS420, molecular weight: 3,000) and urethane acrylate (trade name: PU4300, molecular weight: 850) manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd.
  • urethane acrylate oligomer (trade name: PU4300, molecular weight: 850) is preferable.
  • hexafunctional oligomer examples include an aliphatic urethane acrylate oligomer manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd. (trade name: Miramer PU610, molecular weight: 1,800) and an aliphatic polyester-based urethane acrylate oligomer manufactured by Sartmer Co., Ltd. (trade name). : CN968, density: 1.2 g / cm 3 ), aromatic urethane acrylate (trade name: CN975, density: 1.181 g / cm 3 ) can be used. Of these, an aliphatic polyester urethane acrylate oligomer manufactured by Sartmer (trade name: CN968, density: 1.2 g / cm 3 ) is preferable.
  • an aliphatic urethane acrylate oligomer manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd. (trade name: Miramer MU9500, molecular weight: 3,200) can be used.
  • Examples of the 15-functional oligomer include an aliphatic urethane acrylate oligomer manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd. (trade name: Polymer SC2152, molecular weight: 20,787) and pentaerythritol triacrylate hexamethylene diisocyanate urethane manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd. A prepolymer (trade name: UA-306H) can be used.
  • a combination of a hexafunctional aliphatic polyester urethane acrylate oligomer and a benzyl acrylate monomer (abbreviation: BZA), a hexafunctional aliphatic polyester urethane acrylate oligomer and a benzyl acrylate monomer (abbreviation: BZA)
  • BZA benzyl acrylate monomer
  • PEA 2-phenoxyethyl acrylate
  • combination of a hexafunctional aliphatic polyester urethane acrylate oligomer, a benzyl acrylate monomer, and 2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate (abbreviation: EOEOEA).
  • the inkjet ink for 3D modeling according to the present embodiment may further contain other components as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • Other ingredients include initiators, sensitizers, dispersants, polymerization inhibitors, surface conditioners, colorants, antioxidants, antioxidants, solvents, surfactants, fillers, plasticizers, flame retardants, leveling. Examples thereof include agents, defoamers, charge-imparting agents, bactericides, preservatives, deodorants, charge modifiers, wetting agents, anti-skinning agents, and fragrances.
  • the initiator produces active species and cures the polymerizable compound when heated or irradiated with light.
  • the initiator include a thermal radical polymerization initiator, a thermal cationic polymerization initiator, a photoradical polymerization initiator, a photocationic polymerization initiator, a photoanionic polymerization initiator, and the like, and among them, a photoradical polymerization initiator is preferable.
  • the photoradical polymerization initiator include a phosphine oxide-based initiator, and among them, a phosphine oxide-based initiator is preferable.
  • the phosphine oxide-based initiator is a phosphine oxide compound represented by the following formula (1).
  • R2, R3, and R4 each independently have a hydrogen or a substituent, or represent an unsubstituted hydrocarbon group.
  • examples of R2, R3, and R4 include a phenyl group and an acyl group, respectively.
  • examples of the phosphine oxide-based initiator include 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide (2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl phosphine oxide) represented by the following formula (2).
  • Examples thereof include biz (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide represented by the following formula (3) (Bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide).
  • the phosphine oxide-based initiator is preferably an acylphosphine oxide-based photopolymerization initiator, more preferably 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide and biz (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide. ..
  • phosphine oxide-based initiator examples include 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenylphosphine oxide (trade name: Omnirad TPO H (former trade name: Irgacure TPO)) manufactured by IGM Resins, and Biz (2,4). , 6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide (trade name: Omnirad819 (former trade name of BASF): Irgacure819) can be used.
  • the phosphine oxide-based initiator may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the initiator in the inkjet ink for 3D modeling is not particularly limited, but is preferably 1% by mass or more and 15% by mass or less, more preferably 4% by mass or more and 8% by mass or less, and 6% by mass or more and 7 by mass. It is more preferably mass% or less.
  • the sensitizer imparts photosensitivity to a wavelength region in which the initiator does not have photosensitivity, or increases the photosensitivity of the initiator.
  • the sensitizer include a photocation sensitizer and a photoradical sensitizer, and a photoradical sensitizer is preferable.
  • the photoradical sensitizer include anthracene-based sensitizers and thioxanthone-based sensitizers, and thioxanthone-based sensitizers are preferable.
  • the thioxanthone-based sensitizer according to the present embodiment is a compound having a thioxanthone skeleton represented by the following formula (4).
  • the thioxanthone-based sensitizer include a thioxanthone compound having a hydrocarbon group such as an unsubstituted thioxanthone, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group as a substituent. Of these, unsubstituted thioxanthone is preferable.
  • examples of the thioxanthone-based sensitizer include thioxanthone, 2,4-diethyl-9H-thioxanthene-9-one, and 2-isopropylthioxanthone.
  • the thioxanthone-based sensitizers are, for example, thioxanthone manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 2,4-diethyl-9H-thioxanthene-9-one manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., and 2-isopropyl manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. Thioxanthone can be used.
  • the thioxanthone-based sensitizer may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the thioxanthone-based sensitizer in the inkjet ink for 3D modeling is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and is 0.5% by mass or more and 3.0% by mass or less. More preferably, it is more preferably 1.5% by mass or more and 2.5% by mass or less.
  • the polymerization inhibitor is not particularly limited as long as it is a compound that inhibits polymerization, and examples thereof include 4-tert-butylpyrocatechol, tert-butylhydroquinone, 1,4-benzoquinone, dibutylhydroxytoluene, hydroquinone, mequinol, and phenothiazine. .. More specifically, as the polymerization inhibitor, for example, 2,5-di-tert-butylhydroquinone (trade name: Nonflex Alba (Alba)) manufactured by Seiko Kagaku Co., Ltd. can be used.
  • the content of the polymerization inhibitor is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 5% by mass or less in the inkjet ink for 3D modeling. It is preferably 0.8% by mass or more and 1.5% by mass or less, more preferably.
  • the dispersant is not particularly limited as long as it can uniformly disperse the ceramic material in the inkjet ink for 3D modeling.
  • the dispersant is a low molecular weight dispersant such as an anionic low molecular weight dispersant, a nonionic low molecular weight dispersant, a nonionic low molecular weight dispersant, a cationic low molecular weight dispersant, and an amphoteric low molecular weight dispersant.
  • examples thereof include molecular dispersants such as molecular dispersants, anionic polymer dispersants, nonionic polymer dispersants, and cationic polymer dispersants.
  • the dispersant is preferably a high molecular weight dispersant rather than a low molecular weight dispersant.
  • polymer-type dispersant examples include pigment dispersants manufactured by Lubrisol (trade names: Solsperse 74000, 82500, 83500, V350, W200, WV400, J180, 39000, 36000) and Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd.
  • polymer pigment dispersant trade name: Ajisper PB821, PB822, PB824, PB881, PN411, PA111
  • polymer-type dispersants (trade names: S36000, Solspurs 36000) and polymer-type dispersants (trade names: S39000, Solspurs 39000) manufactured by Lubrisol Co., Ltd. are preferable.
  • the content of the dispersant is not particularly limited as long as the ceramic component can be dispersed in the dispersant, but is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less in the ink composition for inkjet. It is more preferably 20% by mass or less.
  • the surface adjusting agent is not particularly limited as long as the surface tension of the inkjet ink for 3D modeling can be adjusted, and examples thereof include TEGO RAD2100, TEGO RAD2200, TEGO RAD2250, TEGO RAD2500, and TEGO RAD2700 manufactured by Evonik Industries.
  • a fully crosslinked silicone polyether acrylate (trade name: TEGO RAD2100, short-chain siloxane skeleton / long-chain organically modified hypercrosslinked additive), which is a silicone-based surface conditioner, is preferable.
  • the content of the surface conditioner is not particularly limited as long as the surface tension can be adjusted, but it is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less in the ink composition for inkjet. , 0.01% by mass or more and 1% by mass or less is more preferable, and 0.04% by mass or more and 0.1% by mass or less is further preferable.
  • Color material As the coloring material, known dyes and pigments can be used, but inorganic pigments are preferable in that discoloration due to sintering does not occur.
  • inorganic pigments include titanium oxide, zinc white, zinc oxide, trypon, iron oxide, aluminum oxide, silicon dioxide, kaolinite, montmorillonite, talc, barium sulfate, calcium carbonate, silica, alumina, cadmium red, red pepper, molybdenum. Red, Chrome Vermillion, Molybdate Orange, Chrome Yellow, Chrome Yellow, Cadmium Yellow, Yellow Iron Oxide, Titanium Yellow, Chromium Oxide, Pyridian, Cobalt Green, Titanium Cobalt Green, Cobalt Chrome Green, Ultramarine Blue, Navy Blue, Examples include cobalt blue, cerulean blue, manganese violet, cobalt violet, and mica.
  • the 3D modeling inkjet ink according to the present embodiment is not limited depending on the adjustment method, but for example, a ceramic component, a crosslinkable binder component and other components to be added as necessary are mixed, and a stirrer such as a homogenizer or a colloid mill is used. It can be prepared by stirring by a physical method of dispersing using an emulsifier, a physicochemical method of dispersing by a phase inversion emulsification method, a surfactant phase emulsification method, a phase inversion temperature emulsification method, or the like.
  • Mixers include lead screw type feeders, three-one motors, magnetic stirrers, dispersers, homogenizers, ball mills, centrifugal mills, container drive medium mills such as planetary ball mills, high-speed rotary mills such as sand mills, and media such as stirring tank type mills. Examples include a stirring mill, a bead mill, a high-pressure injection mill, and a disper.
  • the 3D modeling inkjet ink according to this embodiment can be used for modeling a 3D modeled object by inkjet printing.
  • an ink layer is formed by ejecting with an inkjet head module, cured by ultraviolet rays or the like to form a ceramic layer, and these are repeated to form a 3D model.
  • the thickness of each layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 ⁇ m or more and 1 mm or less, more preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and further preferably 10 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • Ceramic products can be manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 9 using a 3D model.
  • a 3D model (see FIGS. 5 to 7) is formed by the above-mentioned modeling method (step S21), the 3D model is degreased (step S22), and finally the degreased body is formed.
  • a ceramic product is obtained by firing (step S23).
  • the degreasing conditions are not particularly limited, but it is preferable to remove 80% by weight or more and 90% by weight or less (defatting rate) of the curable binder component in the inkjet ink for 3D modeling.
  • defatting rate By setting the degreasing rate in this range, the shape can be maintained at the time of degreasing and the strength at the time of firing the degreased body can be maintained, which is preferable.
  • the temperature condition at the time of degreasing is not particularly limited, but for example, the temperature can be gradually raised from room temperature to 320 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. By raising the temperature stepwise, it becomes easy to maintain the shape of the degreased body.
  • the atmospheric conditions for degreasing are not particularly limited, and for example, it can be performed in an air atmosphere or a nitrogen atmosphere. Solvent degreasing in a nitrogen atmosphere is preferable because it can prevent cracking due to rapid vaporization due to oxidation of the binder component.
  • Ceramic products can be obtained by firing the degreased body.
  • the firing conditions are not particularly limited, but for example, by heating to 1,000 ° C. or higher in an air atmosphere, the organic component can be removed and the ceramic component can be sintered. More specifically, sintering can be performed at 1,600 ° C. for 6 hours in an air atmosphere.
  • thermogravimetric analysis Using a thermogravimetric analyzer (manufactured by TA Instruments, trade name: Q-50), a sample of 5 mm ⁇ 5 mm ⁇ 5 mm was subjected to thermogravimetric analysis under the condition of a heating rate of 10 ° C./min.
  • the volume shrinkage from the 3D model to the degreased body was measured.
  • the shrinkage rate (volume) (%) is a value calculated by the following formula. ((Volume of 3D model)-(Volume of degreased body)) / (Volume of 3D model) x 100
  • the shrinkage rate (X-axis length) (%) is a value calculated by the following formula. ((X-axis length of 3D modeled object)-(X-axis length of degreased body)) / (X-axis length of 3D modeled object) x 100
  • the shrinkage rate (volume) is a value calculated by the following formula. ((Volume of 3D model)-(Volume of sintered body)) / (Volume of 3D model) x 100
  • the shrinkage rate (X-axis length) (%) is a value calculated by the following formula. ((X-axis length of 3D modeled object)-(X-axis length of sintered body)) / (X-axis length of 3D modeled object) x 100
  • Example 1 As a ceramic component (pigment), 38.8 parts of high-purity alumina with a small particle size (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., AKP-53, center particle size: 0.18 ⁇ m), As a dispersant, an active polymer dispersant (manufactured by Lubrizol, trade name: SOLSPERSE 36000), pour point: 40 ° C., boiling point: about 200 ° C., flash point: about 200 ° C., density: 1.
  • an active polymer dispersant manufactured by Lubrizol, trade name: SOLSPERSE 36000
  • oligomer of the binder component 8.3 parts of an aliphatic polyester urethane acrylate oligomer (manufactured by Sartomer, trade name: CN968, number of functional groups: 6, density 1.2 g / cm 3), 12.4 parts of benzyl acrylate (BZA) and 32.8 parts of phenoxyethyl acrylate (PEA) as the binder component monomers.
  • BZA benzyl acrylate
  • PEA phenoxyethyl acrylate
  • Phosphine oxide-based initiators for photopolymerization As phosphine oxide-based initiators, 0.50 parts of phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphine oxide (manufactured by Ciba Specialty Chemicals, trade name: Irg819), and 2,4.
  • 6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide (manufactured by BASF, trade name: Irgacure-TPO) 4.66 parts
  • As a thioxanthone-based sensitizer 1.58 parts of 2,4-diethylthioxanthene-9-one (DETX),
  • DETX 2,4-diethylthioxanthene-9-one
  • As a polymerization inhibitor 2,5-di-tert-butyl hydroquinone (manufactured by Seiko Kagaku Co., Ltd., trade name: Nonflex Alba) 0.04 part
  • As a radiation-curable additive 0.046 parts of a completely crosslinked silicone polyether acrylate (manufactured by Evonik, trade name: TEGO RAD2100, short-chain siloxane skeleton / long-chain organically modified hypercrosslinked additive) is mixed.
  • Table 1 shows the composition of the inkjet ink E1 for 3D modeling, the ceramic material concentration (mass% and volume%), and the dispersant concentration (% (ratio to ceramic material)) (see Example 1).
  • Inkjet ink E1 for 3D modeling was repeatedly ejected (layer thickness: about 32 ⁇ m) and cured with an inkjet printer to obtain a rectangular parallelepiped 3D model E1 of 5 mm ⁇ 5 mm ⁇ 5 mm.
  • the characteristics of the 3D model E1 were measured. The results are shown in Table 4 (see Example 1).
  • thermogravimetric analysis of the 3D model E1 are shown in FIG. From the TGA curve of FIG. 8 (Example 1), when the temperature of the 3D model E1 is raised from room temperature, the low boiling point compound is vaporized from about 200 ° C., and the binder component and its thermal decomposition product are vaporized from about 340 ° C. It can be seen that the amount of weight loss is small at 500 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and the weight of the 3D model E1 is reduced to about 45%.
  • the 3D model E1 was subjected to the first degreasing step (300 ° C., 15 minutes), the second degreasing step (310 ° C., 15 minutes), and the third degreasing step (3D degreasing step) under a nitrogen atmosphere at a maximum temperature of 340 ° C. and a total time of 170 hours.
  • 320 ° C., 15 minutes 4th degreasing step (330 ° C., 15 minutes), 5th degreasing step (340 ° C., 15 minutes), degreasing and degreasing by a temperature program with a heating rate of 40 ° C./hour between each step.
  • Body E1 was obtained.
  • the characteristics of the shrinkage rate of the degreased body E1 were measured.
  • the shrinkage rate (volume) was 65.3%
  • the shrinkage rate (X-axis length) was 25.3%.
  • the degreased body E1 was fired at 1625 ° C. for 58 hours in an air atmosphere to obtain a sintered body E1.
  • the characteristics of the sintered body E1 were measured. The results are shown in Table 5 (see Example 1).
  • a chess piece-shaped 3D model printed using the 3D modeling inkjet ink E1 is shown on the right side in FIG. 4.
  • a sintered body obtained by degreasing and sintering the 3D model is shown on the left side in FIG. 4.
  • the sintered body is reduced in size without cracking from the 3D modeled object, and the shape is maintained.
  • the weight was reduced to 31.7%, and the shrinkage rates of the XYZ axes were 73.3%, 63.3%, and 65.0%, respectively.
  • Inkjet ink R1 for 3D modeling was repeatedly ejected (layer thickness: about 32 ⁇ m) and cured with an inkjet printer to obtain a rectangular parallelepiped 3D model R1 of 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 5 cm.
  • the 3D model R1 was degreased by raising the temperature at 5 ° C./h (maximum temperature 650 ° C.) under a nitrogen or air atmosphere to obtain a degreased body R1.
  • the degreased body R1 was heated at 50 ° C./h (maximum temperature: 1,625 ° C.) and fired in an air atmosphere to obtain a sintered body R1.
  • the characteristics of the sintered body R1 were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5 (see Reference Example 1).
  • Example 2 As a ceramic component (pigment), 60.7 parts of high-purity alumina with a large particle size (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: AKP-20, center particle size: 0.46 ⁇ m), As a dispersant, an active polymer dispersant (manufactured by Lubrizol, trade name: SOLSPERSE 36000), pour point: 40 ° C., boiling point: about 200 ° C., flash point: about 200 ° C., density: 1.
  • oligomer of the binder component 5.5 parts of an aliphatic polyester urethane acrylate oligomer (manufactured by Sartmer, trade name: CN968, number of functional groups: 6, density: 1.2 g / cm 3),
  • a monomer of the binder component 26.3 parts of benzyl acrylate (BZA)
  • BZA benzyl acrylate
  • phosphine oxide-based initiator for the photopolymerization initiator 6.24 parts of 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide (manufactured by BASF, trade name: Irgacure-TPO)
  • a polymerization inhibitor 0.02 part of 2,5-di-tert-butyl hydroquinone (manufactured by Seiko Kagaku Co., Ltd., trade name: Nonflex Alba),
  • a radiation curable additive 0.050 parts of a completely crosslinked silicone polyether acrylate
  • Table 1 shows the composition of the inkjet ink E2 for 3D modeling, the ceramic material concentration (mass% and volume%), and the dispersant concentration (% (ratio to ceramic material)) (see Example 2).
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the ink physical characteristics and ink performance of the 3D modeling inkjet ink E2 were measured. The results are shown in Tables 2 and 3 (see Example 2).
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the inkjet ink E2 for 3D modeling was repeatedly ejected and cured with an inkjet printer to obtain a 3D modeled object E2. The characteristics of the 3D model E2 were measured. The results are shown in Table 4 (see Example 2).
  • FIG. 8 shows the results of thermogravimetric analysis of the 3D model E2. From the TGA curve of FIG. 8 (Example 2), when the temperature of the 3D model E2 is raised from room temperature, the low boiling point compound is vaporized from about 200 ° C., and the binder component and its thermal decomposition product are vaporized from about 340 ° C. It can be seen that the amount of weight loss is small at 500 ° C. or higher and 550 ° C. or lower, and the weight of the 3D model E2 is reduced to about 63%.
  • Example 3 As a ceramic component (pigment), 49.2 parts of high-purity alumina with a small particle size (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: AKP-53, center particle size: 0.18 ⁇ m), As a dispersant, an active polymer dispersant (manufactured by Lubrizol, trade name: SOLSPERSE 36000), pour point: 40 ° C., boiling point: about 200 ° C., flash point: about 200 ° C., density: 1.
  • oligomer of the binder component 7.8 parts of an aliphatic polyester urethane acrylate oligomer (manufactured by Sartmer, trade name: CN968, number of functional groups: 6, density 1.2 g / cm 3),
  • monomer of the binder component 15.3 parts of benzyl acrylate (BZA) and 20.4 parts of 2- (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate (EOEOEA)
  • phosphine oxide-based initiator for the photopolymerization initiator 6.24 parts of 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide (manufactured by BASF, trade name: Irgacure-TPO),
  • a polymerization inhibitor 0.09 parts of 2,5-di-tert-butyl hydroquinone (manufactured by Seiko Kagaku Co., Ltd., trade name: Non
  • Table 1 shows the composition of the inkjet ink E3 for 3D modeling, the ceramic material concentration (mass% and volume%), and the dispersant concentration (% (ratio to ceramic material)) (see Example 3).
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, the ink physical characteristics and ink performance of the 3D modeling inkjet ink E3 were measured. The results are shown in Tables 2 and 3 (see Example 3).
  • Example 3 In the same manner as in Example 1, the inkjet ink E3 for 3D modeling was repeatedly ejected and cured with an inkjet printer to obtain a 3D modeled object E3. The characteristics of the 3D model E3 were measured. The results are shown in Table 4 (see Example 3).
  • Example 4 As a ceramic component (pigment), 60.7 parts of high-purity alumina with a large particle size (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name: AKP-20, center particle size: 0.46 ⁇ m), As a dispersant, an active polymer dispersant (manufactured by Lubrizol, trade name: SOLSPERSE 36000), pour point: 40 ° C., boiling point: about 200 ° C., flash point: about 200 ° C., density: 1.
  • oligomer of the curable binder component 3.8 parts of an aliphatic urethane acrylate oligomer (manufactured by Tomoe Kogyo Co., Ltd., trade name: CN968, number of functional groups: 6, density: 1.2 g / cm 3),
  • a monomer of the curable binder component 28.0 parts of benzyl acrylate (BZA)
  • BZA benzyl acrylate
  • phosphine oxide-based initiator for the photopolymerization initiator 6.24 parts of 2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine oxide (manufactured by BASF, trade name: Irgacure-TPO)
  • a polymerization inhibitor 0.02 part of 2,5-di-tert-butyl hydroquinone (manufactured by Seiko Kagaku Co., Ltd., trade name: Nonflex Alba),
  • a silicone-based surface conditioner a completely
  • Example 4 In the same manner as in Example 1, the ink physical characteristics and ink performance of the 3D modeling inkjet ink E4 were measured. The results are shown in Tables 2 and 3 (see Example 4).
  • Example 4 In the same manner as in Example 1, the inkjet ink E4 for 3D modeling was repeatedly ejected and cured with an inkjet printer to obtain a 3D modeled object E4. The characteristics of the 3D model E4 were measured. The results are shown in Table 4 (see Example 4).
  • the 3D model E4 was degreased in the same manner as in Example 1 to obtain a degreased body E4.
  • the characteristics of the shrinkage rate of the degreased body E4 were measured.
  • the shrinkage rate (volume) was 32.8%, and the shrinkage rate (X-axis length) was 10.3%.
  • the degreased body E4 was fired at 1,625 ° C. for 35 hours in an air atmosphere to obtain a sintered body E4.
  • the shrinkage rate (volume) was 63.5%
  • the shrinkage rate (X-axis length) was 25.7%
  • the dimensional accuracy was 3%.
  • the characteristics of the sintered body E4 the bulk density, the apparent density, the open porosity, and the bending strength were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 5 (see Example 4).
  • AKP-20 Alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., center particle size: 0.46 ⁇ m)
  • AKP-53 Alumina (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., center particle size: 0.18 ⁇ m)
  • S39000 Sol Spurs 39000 (manufactured by Lubrisol, flash point> 186 ° C, melting point> 3 ° C, pour point> 3 ° C, decomposition temperature> 250 ° C, density: 0.99 g / cm 3 )
  • S36000 Sol Spurs 36000 (manufactured by Lubrisol, pour point: 40 ° C, boiling point: about 200 ° C, flash point: about 200 ° C, density: 1.05 g / cm 3 )
  • PU4300 Urethane acrylate oligomer (manufactured by Bigen Specialty Chemical Co., Ltd., number of functional groups: 4, number average mole
  • Support material layer 12 Ceramic layer 20 Laminated body 21 Support body 22 Ceramic body 30 3D modeled object S21 3D modeled object formation S22 Solvent degreasing S23 Firing

Abstract

課題は、三次元造形物から焼結製品を適切に製造することであり、解決手段としての三次元造形物から焼結製品を製造する方法は、準備工程S11と、脱脂工程S12と、焼結工程S13とを備える。準備工程S11では、無機粒子と有機材料とを含有するインクを積層して三次元造形物を準備する。脱脂工程S12は、三次元造形物を不活性気体雰囲気下において第1の平均脱脂温度で第1の加熱時間にわたり加熱して有機材料を脱脂する第1の脱脂工程と、第1の脱脂工程で脱脂後の三次元造形物を不活性気体雰囲気下において第1の平均脱脂温度より高い第2の平均脱脂温度で第2の加熱時間にわたり加熱して有機材料を脱脂する第2の脱脂工程とを含む。焼結工程S13では、第2の脱脂工程で脱脂後の三次元造形物を第2の平均脱脂温度より高い平均焼結温度で焼結して焼結製品を得る。

Description

三次元造形物から焼結製品を製造する方法、及び3D造形用インクジェットインク
 本発明は、三次元造形物から焼結製品を製造する方法、及び3D造形用インクジェットインクに関する。
 セラミック製品は、セラミックスの原料粉末と有機系バインダを混合した混合物を、射出成形、押出成形、鋳込成形などで成形し、その後、脱脂工程及び焼結工程を経て製造されている(非特許文献1)。
 有機系バインダとしては、例えば、特許文献1には、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体に由来するセグメントと、特定のポリアルキレンオキサイドセグメントとを有する共重合体が開示されている。
 混合物としては、例えば特許文献1には、バインダ樹脂組成物と、セラミック粉末とからなるセラミックペーストが開示されている。バインダ樹脂組成物は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル単量体に由来するセグメントとポリアルキレンオキサイドセグメントとを有する共重合体をマトリックス樹脂としたバインダ樹脂組成物である。また、特許文献1には、このセラミックペーストをスクリーン印刷し、焼成することで、積層型のセラミック焼結体を得ることが開示されている。
 また、三次元形状を作る方法として、このようなスクリーン印刷を繰り返すものの他に、3D(三次元)造形方式として、液状の硬化性インクを吐出してインク層を形成し、それを硬化させて硬化層を形成することを繰り返して三次元形状を作る3D印刷造形法が知られている。
 セラミック製品の製造においても、3D印刷造形法を成形に利用したセラミック製品の製造方法が試みられている(非特許文献2)。
 例えば、特許文献2には、セラミック材料とポリマー材料等を全重量の50~95重量%(w/w)含む懸濁液を供給原料として使用して所望の3次元物体を3D印刷する工程と、焼結する工程等を含む方法が開示されている。
大陽日酸技報、No.29、27頁、2010年 精密工学会誌、Vol.80、No.12、1066頁、2014年
特開2006-282978号公報 特表2018-536556号公報
 従来、三次元造形物を脱脂及び焼結して焼結製品を製造する場合、脱脂工程では、所望の脱脂温度まで急激に(例えば、10℃/分の昇温速度で)加熱し、その後、一定の脱脂温度で三次元造形物中の有機物の大部分が除去されるまで加熱する。
 しかし、樹脂分の多い三次元造形物を従来の脱脂工程で脱脂する場合、割れや歪みなどの欠損が生じやすいという問題があった。
 また、3D印刷に用いるインクの中でもインクジェット方式で吐出させるインクは、インクジェットノズルからインクを吐出させるため、セラミック材料の体積比率を低くする必要がある。
 しかし、セラミック材料の体積比率を低くすると、インクの保管性が不十分であったり、そのインクで成形した造形物を脱脂する際に収縮が著しく不均一になって割れたり、その後の焼結の際に亀裂が生じてセラミック製品が得られないことがあった。
 以上を鑑み、本発明は、三次元造形物から焼結製品を適切に製造することが求められている。
 本発明に係る三次元造形物から焼結製品を製造する方法は、
 無機粒子と有機材料とを含有するインクを積層して三次元造形物を準備する工程と、
 前記三次元造形物を不活性気体雰囲気下において第1の平均脱脂温度で第1の加熱時間にわたり加熱して前記有機材料を脱脂する第1の脱脂工程と、
 前記第1の脱脂工程で脱脂後の前記三次元造形物を不活性気体雰囲気下において前記第1の平均脱脂温度より高い第2の平均脱脂温度で第2の加熱時間にわたり加熱して前記有機材料を脱脂する第2の脱脂工程と、
 前記第2の脱脂工程で脱脂後の前記三次元造形物を前記第2の平均脱脂温度より高い平均焼結温度で焼結して焼結製品を得る焼結工程と、
 を備える。
 以上の構成によれば、脱脂を段階的に行っているため、割れや歪みなどの欠損の発生を抑制できる。これにより、三次元造形物から焼結製品を適切に製造することができる。
 前記第1の脱脂工程及び前記第2の脱脂工程において、前記第1の平均脱脂温度及び前記第2の平均脱脂温度まで加熱する際の昇温速度は10℃/分未満である、
 ことが望ましい。
 以上の構成によれば、昇温速度が低いため、欠損が生じる可能性はさらに低くなる。
 前記第2の平均脱脂温度は、当該温度で前記有機材料からなる被検物を30分間にわたり不活性気体雰囲気下において加熱したときに加熱前の前記被検物内の当該有機材料の80質量%以上が脱脂される温度である、
 ことが望ましい。
 以上の構成によれば、焼成の前に三次元造形物から有機材料の大部分が脱脂されることになるので、焼結の際に三次元造形物から放出される有機材料の総量自体が少なくなっているため、焼結工程で、欠損が生じる可能性はさらに低くなる。
 前記第1の脱脂工程と前記第2の脱脂工程との間に、前記第1の平均脱脂温度より高く前記第2の平均脱脂温度より低い平均脱脂温度で不活性雰囲気下において前記三次元造形物を加熱して脱脂する1つ以上の追加の脱脂工程をさらに含み、
 前記追加の脱脂工程が2つ以上ある場合、前記追加の脱脂工程の前記平均脱脂温度は段階的に高くなっている、
 ことが望ましい。
 以上の構成によれば、脱脂をさらに段階的に行っているので、欠損が生じる可能性はさらに低くなる。
 また、本発明者らは、インクの組成と脱脂について検討を行った。本発明者らは、インクを吐出し硬化した3D造形物を窒素雰囲気下で脱脂するときに特定の脱脂率に脱脂すると、脱脂体の形状が仮保持されて焼成の際に、割れが生じずにセラミック製品が得られることを見いだした。また、本発明者らは、硬化性バインダ成分として複数種の重合性化合物を用いると、特定の脱脂率に脱脂することが容易であることを見いだした。
 すなわち、本発明に係る3D造形用インクジェットインクは、
 セラミック成分と硬化性バインダ成分とを含有する3D造形用インクジェットインクであって、
 前記硬化性バインダ成分は、前記3D造形用インクジェットインクを硬化させて形成した3D造形物を脱脂して脱脂体を得る際に、前記脱脂体の形状が維持される脱脂率で脱脂可能な成分であって、複数種の重合性化合物を含有する。
 以上の構成によれば、インクジェット印刷した3D造形物を焼成する際に割れが生じずにセラミック製品が容易に得られる。これにより、三次元造形物から焼結製品を適切に製造することができる。
 前記3D造形用インクジェットインク中の前記セラミック成分の含有率は10体積%以上50体積%以下である、と好ましい。
 以上の構成によれば、インクの吐出性に優れる。
 前記複数種の重合性化合物は、前記3D造形物を脱脂する際に、前記3D造形物が収縮しかつ割れが生じない成分である、と好ましい。
 以上の構成によれば、得られる脱脂体を焼結する際にも割れが生じにくく、セラミック製品が得られやすい。
 前記複数種の重合性化合物は、脱脂温度を320℃以上350℃以下としたときに脱脂率が80重量%以上90重量%以下となる、と好ましい。
 以上の構成によれば、3D造形物を焼成する際にその焼結体の形状変化が少なく割れが生じにくい。
 前記複数種の重合性化合物は、モノマー及びオリゴマーを含む、と好ましい。
 以上の構成によれば、3D造形物とその焼結体との形状変化がより少ない。
 前記複数種の重合性化合物は、単官能重合性化合物及び多官能重合性化合物を含む、と好ましい。
 以上の構成によれば、3D造形物とその焼結体との形状変化がより少ない。
 前記複数種の重合性化合物は、ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、及びアクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチルからなる群から選ばれる少なくとも1つの単官能モノマー、及び多官能ウレタンアクリレート系オリゴマーを含む、と好ましい。
 以上の構成によれば、3D造形物とその焼結体との形状変化がより少ない。
 本発明によれば、三次元造形物から焼結製品を適切に製造することができる。
本発明の一実施形態に係る焼結製品の製造方法の流れ図。 三次元造形物を窒素雰囲気下で10℃/分の昇温速度条件で加熱したときのTGA曲線の模式図。 実施例における脱脂条件を示す図。 本発明の一実施形態に係る3D造形用インクジェットインクを用いてインクジェット印刷した3D造形物(右)と、その3D造形物を脱脂・焼結して得られた焼結体(左)の写真。 セラミック製品の製造工程において形成される、一層分のサポート材層及びセラミック層の断面図。 セラミック製品の製造工程において形成される積層体の断面図。 セラミック製品の製造工程において形成される3D造形物の断面図。 3D造形物のTGA曲線。 本発明の一実施形態のインクを用いたセラミック製品の製造方法の流れ図。
(焼結製品の製造方法)
 本発明の一実施形態に係る焼結製品の製造方法について説明する。当該製造方法では、図1に示すように、三次元造形物を準備し(ステップS11)、三次元造形物を異なる温度で少なくとも2段階に分けて脱脂を行い(ステップS12)、最後に、脱脂後の三次元造形物を焼結して焼結製品を得る(ステップS13)。
(ステップS11)
 ステップS11では、三次元造形物を準備する。
 三次元造形物は、造形用無機粒子と造形用有機材料との混合物から形成されている。造形用無機粒子及び造形用有機材料の状態は、それぞれ、固体であることが望ましいが、その他の状態、例えば、ゲルでもよい。
 三次元造形物中の、造形用無機粒子と造形用有機材料との比率は、造形用無機粒子の質量を造形用有機材料の質量で割った値として、0.5~2.0であってもよく、0.5~1.5であってもよく、特に、0.5~1.0であってもよい。
(造形用無機粒子)
 造形用無機粒子は、後述のステップS13での焼結後に互いに一体となり焼結製品を構成する無機物の粒子であれば任意である。
 造形用無機粒子の粒径は、ステップS13での焼結後に焼結製品を形成できるのであれば任意である。
 例えば、造形用無機粒子の成分としては、セラミック材料、金属材料、炭素材料、又はこれらの混合物が挙げられる。造形用無機粒子の各粒子が単一材料から構成されてもよいし又は複数材料の混合物から構成されてもよい。また、造形用無機粒子は、複数の異なる材料からなる粒子の混合物から構成されてもよい。
 セラミック材料とは、金属元素および非金属元素からなる化合物から作られた無機質の非金属材料である。セラミック材料としては、TCP(リン酸三カルシウム)、MCP(リン酸一カルシウム)、DCP(リン酸二カルシウム)、リン酸四カルシウム、ハイドロキシアパタイト、α-TCP、β-TCP、酸化チタン(チタニア)、酸化アルミニウム(アルミナ)、酸化ジルコニウム(ジルコニア)、酸化イットリウム(イットリア)、イットリア安定化ジルコニア、酸化インジウム、酸化インジウムスズ、窒化ホウ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、酸化ベリリウム、ゼオライト、酸化セリウム(セリア)、二ケイ化タングステン、ケイ化ナトリウム、ケイ化白金、窒化ジルコニウム、窒化タングステン、窒化バナジウム、窒化タンタル、窒化ニオブ、ホウ化ケイ素、クレー、土(earth)、土壌、セメント、ポルトランドセメント、シリカ、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛(lead zirconate titanium)、酸化亜鉛、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、ガラス、ジオポリマー、塩化ナトリウム、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、酸化ストロンチウム、リン酸ストロンチウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、フッ化ナトリウムおよびこれらの混合物が挙げられる。
 金属材料としては、銅、亜鉛、アルミニウム、鉄、銀、金、パラジウム、プラチナ、スズ、アンチモン、ビスマス、鉛、ニッケル、コバルト、バナジウム、マンガン、クロム、チタン、タンタル、タングステン、ネオジム、リチウム、ナトリウム、オスミウム、イリジウム、ウラン、トリウム、プルトニウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ロジウム、カドミウム、ハフニウム、レニウム、水銀、ガリウム、インジウム、タリウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ゲルマニウム、ヒ素、およびアスタチン、並びに、これらの合金および水素化物が挙げられる。
 炭素材料としては、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素同素体が挙げられる。
(造形用有機材料)
 造形用有機材料は、三次元造形物中で造形用無機粒子と混ざり合っており、且つ、脱脂及び焼結の段階で三次元造形物の立体形状を維持するだけの強度をもたらす任意の有機材料である。
 造形用有機材料は後述のステップS12で大部分が脱脂されるものの、残存する造形用有機材料は三次元造形物の立体形状をステップS12及びステップS13を通して維持することに役立ち得る。
 造形用有機材料としては、例えば、ポリマー材料が挙げられる。
 ポリマー材料としては、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、ポリ(1,4-フェニレンスルフィド)(PPS)、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンオキシド)(PPO)、ポリアミド(PA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリイミド(PI)、ポリオキシメチレン(POM)、ポリスルホン(PSU)、ポリウレタン(PU)、ポリブタジエン(PB)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、ペルフルオロアルコキシポリマー(PFA)、フッ化エチレン-プロピレン(FEP)、ポリエチレンテトラフルオロエチレン(ETFE)、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン(ECTFE)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)、ポリヒドロキシ吉草酸(PHV)、ポリヒドロキシ酪酸(PHB)、液晶ポリマー、ポリアクリレート、ポリアセタール、ポリアミドイミド(PAI)、ポリブチレン(PB)、ポリ塩化ビニル(PVC)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリフェニルスルホン(PPSU)、ポリメチルペンタン(PMP)、アルギナート、キチン、キトサン、アクリル酸、ヒアルロン酸、デンプン、アミロース、アミロペクチン、ペクチン、デキストラン、プルラン、アラビアゴム、キサンタンガム、プルラン、セルロース、エラスチン、コラーゲン、ゼラチン、フィブロネクチン、絹、多糖、タンパク質、核酸、ゴム、シリコーンおよびこれらのコポリマーなどが挙げられる。
(その他の成分)
 三次元造形物は、顔料、モノマー、オリゴマー、重合開始剤、分散剤、酸化防止剤、界面活性剤、溶剤などの成分を含んでもよい。これらの成分のうち、上述の造形用無機粒子の定義を満たすものは、造形用無機粒子に勘定し、上述の造形用有機材料の定義を満たすものは、造形用有機材料に勘定する。一方、これらの成分のうち、上述の造形用無機粒子及び造形用有機材料の定義をみたさないものを、その他の成分と呼ぶ。
 三次元造形物は、その他の成分を、ステップS12での脱脂又はステップS13での焼結を経た後の三次元造形物の形状に影響を与えない程度まで含んでもよい。例えば、三次元造形物は、その他の成分を、三次元造形物の質量に対して、33.3~66.7質量%、40~66.7質量%、又は50~66.7質量%含んでもよい。
(三次元造形物の造形方法)
 ステップS11で準備する三次元造形物は、その造形方法については、特に限定されないが、付加製造法、特に、材料噴射方式の付加製造法を用いるとよい。例えば、インクジェット方式又はディスペンサ方式で三次元造形用インクを積層して三次元造形物を形成する方法を用いるとよい。
 この三次元造形物の造形方法では、三次元造形用インクを一層ずつ印刷して積層し、積層物を放射線照射(例えば、紫外線照射)又は加熱などの外部刺激により硬化させることで、所望の立体形状を有する三次元造形物を造形する。
 この三次元造形用インクは、造形用無機粒子と、造形用有機材料である前述のポリマー材料を形成可能な流体とを含む。
 造形用無機粒子の粒径は、インクジェット用のノズル又はディスペンサのノズルから吐出可能であれば任意である。例えば、粒径は、1μm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは400nm以下、更に好ましくは300nm以下である。また、粒径は、10nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは200nm以上である。特に、粒径は、200nm以上500nm以下であることが好ましい。
 ポリマー材料を形成可能な流体は、前述のポリマー材料の原料となる重合性化合物(例えば、モノマー又は前述のポリマー材料よりも重合度の低いポリマー)を含み、インクジェット用のノズル又はディスペンサのノズルから吐出可能な流体(例えば、液体、ゲルなど)であれば任意である。例えば、前述の重合性化合物の流体、当該重合性化合物が溶解している溶液、当該重合性化合物の流体又は固体粒子が分散している分散液、またはこれらの溶液もしくは分散液のゲルを含む。
 三次元造形用インクは、インクの吐出方法やインクの硬化方法に応じて、任意の追加成分、例えば、溶剤、分散剤、表面張力調整剤、重合開始剤、重合禁止剤などを含んでもよい。
 また、いくつかの付加製造法(例えば、上述のインクジェット方式の三次元造形物の造形方法)では、未硬化の三次元造形物の形状を維持するために支持用組成物で三次元造形物の周囲を囲むことがある。
 三次元造形物の周囲にこうした支持用組成物が堆積されている場合は、ステップS12に移る前に、この支持用組成物を除去することが好ましい。例えば、洗浄可能な支持用組成物(例えば、水洗可能な水溶性支持用組成物)であれば、ステップS11からステップS12の間に、当該支持用組成物を洗浄して除去する。
 また、支持用組成物が、ステップS12又はステップS13での加熱により自然に除去されるのであれば、ステップS12に移る前に、支持用組成物を除去する必要はない。例えば、支持用組成物が、上述のポリマー材料である場合、こうした支持用組成物は、三次元造形物の造形用有機材料とともに、ステップS12及びステップS13でほぼ大部分が除去されるため、独立した支持用組成物の除去工程を設ける必要はない。また、ステップS12及びステップS13を経てなお残存する支持用組成物を洗浄して除去する場合、除去すべき支持用組成物の量が大幅に減少しているため、エネルギー消費が少なくて済む。
(ステップS12)
 ステップS12では、窒素雰囲気などの不活性気体雰囲気下において三次元造形物を異なる温度で少なくとも2段階に分けて加熱することにより、脱脂を行う。
 具体的には、ステップS12は、n個(nは2以上の整数)の不活性気体雰囲気脱脂工程であるステップSD1~SDnを含む。各ステップSDk(k=1~n)では、三次元造形物は、同じ又は異なる不活性気体雰囲気下において、温度Tkで、時間Pkの間、加熱される。例えば、n=2の場合、ステップSD1が第1の脱脂工程であり、ステップSD2が第2の脱脂工程である。
 ステップSD1における温度T1は、ステップSD1を実行中の第1の平均脱脂温度である。このときの加熱時間P1が、第1の加熱時間である。
 ステップSD2における温度T2は、ステップSD2を実行中の第2の平均脱脂温度である。このときの加熱時間P2が、第2の加熱時間である。
(加熱温度)
 各ステップSDkの加熱温度Tkは、Tk<Tk+1となるように設定される。
 最初のステップSD1の加熱温度T1は、25℃より高ければよく、例えば、100℃以上でもよい。
 最後のステップSDnの加熱温度Tnは、脱脂すべき有機物の割合から、以下で説明する温度と限界脱脂率との関係に基づいて、決定されることが望ましい。
(限界脱脂率)
 一般的に、ある温度Tで物体を加熱して脱脂する場合、十分に長時間にわたり加熱すると、脱脂前の物体中の有機物含量を基準としてR質量%以上はその物体中の有機物を除去できない。このRを、本明細書では、温度Tでの限界脱脂率と呼ぶ。
 限界脱脂率は、例えば、ある物体の脱脂前後の密度を測定し、実質的な密度の変化が生じなくなった脱脂率として求めることができる。
 温度が増加するにつれて限界脱脂率は単調に増加する。従って、限界脱脂率と温度とは一対一の対応関係にある。そのため、脱脂工程で脱脂すべき有機物の割合から脱脂工程での加熱温度を求めることができる。なお、異なる不活性気体雰囲気下での脱脂でも、同じ温度に対しては、ほぼ同じ限界脱脂率が対応すると考えられる。
 ステップS12において、三次元造形物中の有機物(特に、造形用有機材料)を初期量に対してW質量%まで除去するものの、それ以上は除去しないことが必要な場合、最後のステップSDnの加熱温度Tnは、限界脱脂率W質量%に対応する温度に設定されることが望ましい。
 例えば、最後のステップSDnの加熱温度Tnは、当該温度で造形用有機材料からなる被検物を30分間にわたり不活性気体雰囲気下において加熱したときに、加熱前の前記被検物内の造形用有機材料の80質量%以上が脱脂される温度であってもよい。
 脱脂率を高くすれば、例えば、加熱前の造形用有機材料の80質量%以上を脱脂すれば、焼成の前に三次元造形物から有機材料の大部分が脱脂されることになるので、焼結の際に三次元造形物から放出される有機材料の総量自体が少なくなっている。そのため、焼結工程で、欠損が生じる可能性はさらに低くなる。
(加熱時間)
 最後のステップSDnの加熱時間Pnは、対応する加熱温度Tnでの限界脱脂率の、70%、80%、90%、99%、又は100%を達成できる長さに設定されることが望ましい。
 最後のステップSDnを除く各ステップSDkの加熱時間Pkは、対応する加熱温度Tkでの限界脱脂率の、50%、60%、70%、80%、90%、99%、又は100%を達成できる長さに設定されてもよい。
(ステップSD1~SDnの実施)
 ステップSD1~SDnは、同じ脱脂装置内で連続的に行われてもよいし、異なる脱脂装置内で行われてもよい。また、いずれの場合も、ステップSD1~SDnの間で、脱脂後の三次元造形物を取り出して、脱脂装置外の保管場所に脱脂装置内よりも低温で(例えば、25℃で)一時的に保管してもよい。
 さらに、脱脂装置外に保管されていた三次元造形物をステップSDkにかける場合、例えば、最初のステップSD1を行う場合や、前述のように脱脂装置外に一時的に保管していた三次元造形物をステップSDkにかける場合、当該ステップの脱脂温度よりも低い予熱温度で当該三次元造形物を予熱してもよい(追加の脱脂工程)。
 同じ脱脂装置内でステップSDkと次のステップSDk+1を連続して行う場合、昇温速度は、三次元造形物の欠損が生じない程度であることが望ましく、例えば、10℃/分未満であることが好ましい。また、前述の予熱を行う場合の昇温速度も同様である。
 ステップSD1~SDnは、任意の適切な不活性気体雰囲気下での脱脂法により行うことができる。また、脱脂装置としては、電気炉などを用いることができる。
(脱脂率)
 ステップS12では、最終的に、三次元造形物中の有機物の大部分が除去される。例えば、ステップS11で準備した三次元造形物中の有機物の全量の、少なくとも、70質量%、75質量%、80質量%、85質量%、90質量%、95質量%、又は99質量%が、ステップS12を通じて除去されてもよい。また、例えば、ステップS11で準備した三次元造形物中の造形用有機材料の全量の、少なくとも、70質量%、75質量%、80質量%、85質量%、90質量%、95質量%、又は99質量%が、ステップS12を通じて除去されてもよい。
 また、上述したように、脱脂中及び/又は脱脂後に三次元造形物中に残存する造形用有機材料は、三次元造形物の立体形状をステップS12及びステップS13を通して維持することに役立ち得る。そのため、例えば、ステップS11で準備した三次元造形物中の造形用有機材料の全量の、少なくとも、1質量%、5質量%、10質量%、15質量%、20質量%、25質量%、又は30質量%が、ステップS12後の三次元造形物中に残されてもよい。
(酸素雰囲気下での脱脂)
 さらに、任意で、上述の不活性気体雰囲気下での脱脂の後に、大気雰囲気などの酸素雰囲気下で三次元造形物をさらに加熱して脱脂してもよい。この場合、例えば、上述の脱脂率のうち、80%は不活性気体雰囲気下での脱脂により生じ、残りの20%は酸素雰囲気下での脱脂により生じるようにすることが望ましい。酸素雰囲気下での脱脂は、任意の適切な脱脂法により行うことができる。
(ステップS13)
 ステップS13では、ステップS12で脱脂した後の三次元造形物を焼結して焼結製品を得る。
 焼結温度は、前述のステップS12における最後のステップSDnの加熱温度Tn(第2の平均脱脂温度)より高く、焼結後に造形用無機粒子が互いに一体となり焼結製品を形成できるのであれば、任意である。例えば、造形用無機粒子の材料がアルミナの場合、焼結温度は1500℃~1700℃であることが好ましい。なお、本発明における焼結温度とは、ステップS13を実行中の平均焼結温度のことである。
 焼結は、任意の適切な焼結法により行うことができる。また、焼結装置としては、電気炉などを用いることができる。
(本製造方法の効果)
 従来、三次元造形物を脱脂及び焼結して焼結製品を製造する場合、その脱脂工程では、所望の脱脂温度まで急激に(例えば、10℃/分の昇温速度で)加熱し、その後、一定の脱脂温度で三次元造形物中の有機物の大部分が除去されるまで加熱する。
 しかし、樹脂分の多い三次元造形物を従来の脱脂工程で脱脂する場合、割れや歪みなどの欠損が生じやすいという問題があった。
 この問題が生じる理由として、以下のようなものが考えられる。一般的に、三次元造形物の部分ごとに熱伝導率が異なるためなどの理由で、脱脂工程においてある部分が他の部分よりも加熱されやすいことがある。そのため、樹脂分の多い三次元造形物を従来の脱脂工程で脱脂する場合、隣接する部分で加熱の程度が異なるために、当該部分から気体として放出される脱脂成分の放出速度も異なることとなり、こうした部分の境界で割れや歪みなどの欠損が生じやすいと考えられる。
 また、意匠性の高い三次元造形物への需要の高まりから、インクジェットプリンタを用いて複雑な意匠が施された三次元造形物を形成し、脱脂及び焼結して焼成製品を製造することが望まれている。しかし、インクジェットプリンタで形成した三次元造形物は樹脂分が多く、さらに、複雑な意匠の三次元造形物では部位ごとの加熱の偏りが顕著であるため、上述のような欠損が生じる可能性はさらに高い。
 一方、本製造方法によれば、脱脂を段階的に行っているため、割れや歪みなどの欠損の発生を抑制できる。
 その原理としては、以下のようなものが考えられる。高温側の脱脂の際に三次元造形物から放出される有機材料の気体の総量自体が少なくなっているので、三次元造形物内の隣接する部分に加熱の偏りがあったとしても、それらの部分から放出される気体の影響は少なく、それらの部分の境界で欠損が生じる可能性は低くなる。これにより、割れや歪みなどの欠損の発生を抑制でき、そして、三次元造形物から焼結製品を製造できる。
(変形例)
 三次元造形物が、脱脂される温度の異なる複数の有機成分を含む場合、それぞれの脱脂される温度に応じて各ステップSDkの加熱温度Tkが設定されてもよい。例えば、それら有機成分の脱脂され始める温度(以下、脱脂開始温度と呼ぶ)を低い側からTD1~TDm(mは2以上の整数)とした時、m個の連続したステップSDl+k(1≦l<n、1≦k≦m)の加熱温度Tl+kは、TDkに等しくてもよいし、TDkとほぼ同じ(例えば、TDkの±10%以内)であってもよいし、TDk-20℃からTDk-10℃の範囲であってもよい。
 また、TD1~TDmに対応する加熱温度Tkを用いるステップSDkは必ずしも連続していなくてもよい。例えば、TDkに対応する加熱温度Tkを用いるステップSDkと、TDk+1に対応する加熱温度Tk+1を用いるステップSDk+1との間に、Tk≦Tp≦Tk+1となる加熱温度Tpを用いるステップSDpが存在してもよい。
 図2は、ある組成の三次元造形物を窒素雰囲気下で10℃/分の昇温条件で加熱したときのTGA曲線の模式図を示している。横軸は温度(℃)、縦軸は初期重量を基準とした質量減少速度(質量%/分)を示している。この曲線には、図中矢印で示すように、3つのピークが存在する。これら3つのピークは、この三次元造形物が脱脂される温度の異なる3種類の有機成分を含むことを示唆している。なお、これらの有機成分が脱脂され始める温度は、図中の対応するピークがもたらされる温度と一致するわけではなく、一般的に、当該温度よりも低く、ピークの立ち上がり温度の周辺にあると考えられる。図2では、ピーク1に対応する有機成分の脱脂開始温度は200℃程度、ピーク2に対応する有機成分の脱脂開始温度は310℃程度、ピーク3に対応する有機成分の脱脂開始温度は420℃程度と考えられる。この場合、脱脂工程をこれらの温度で行ってもよい。
 三次元造形物に含まれる各有機成分の脱脂開始温度は、熱重量測定により決定できる。
 また、各ステップSDkにおいて、一定の加熱温度Tkで加熱する代わりに、所定の温度幅で平均加熱温度が加熱温度Tkとなるように加熱することとしてもよい。例えば、あるステップSDkにおいて、加熱温度Tk±50℃、加熱温度Tk±40℃、加熱温度Tk±30℃、加熱温度Tk±20℃、加熱温度Tk±10℃、又は加熱温度Tk±5℃の温度幅で、平均加熱温度が加熱温度Tkとなるように、一定の昇温速度で昇温又は一定の降温速度で降温してもよい。このとき、当該ステップSDkでの昇温速度又は降温速度は、ステップSD1~SDk間の昇温速度(又は複数あるなら最も遅い昇温速度)よりも絶対値が十分に小さいことが望ましく、例えば、ステップSD1~SDk間の昇温速度の50%、40%、30%、20%、10%、5%よりも小さい絶対値を有することが好ましい。平均加熱温度は、加熱中の加熱温度の積算値を加熱に要した時間で割ることで算出できる。焼結工程も同様に、一定の焼結温度ではなく、所定の温度幅で平均焼結温度が前述の焼結温度となるように加熱することとしてもよい。
(実施例)
 3Dインクジェットプリンタ用インクを調整し、インクジェットプリンタ(UV硬化インクジェット方式フルカラー3Dプリンター、3DUJ-553、株式会社ミマキエンジニアリング製)により、5cm×5cm×5cmの直方体を形成した。
 3Dインクジェットプリンタ用インクは、
 セラミック成分(顔料)として、小粒径の高純度アルミナ(住友化学株式会社製、AKP-53、中心粒径0.18μm)38.8部、
 分散剤として、活性高分子分散剤(ルブリゾル社(Lubrizol)製、商品名:ソルスパーズ36000(SOLSPERSE 36000)、流動点:40℃、沸点:約200℃、引火点:約200℃、密度:1.05g/cm3)0.91部、
 バインダ成分のオリゴマーとして、脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマー(サートマー社(Sartomer)製、商品名:CN968、官能基数:6、密度1.2g/cm3)8.3部、
 バインダ成分のモノマーとして、ベンジルアクリレート(BZA)12.4部、及びフェノキシエチルアクリレート(PEA)32.8部、
 光重合開始剤のホスフィンオキサイド系開始剤として、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(チバ・スペシャリティーケミカルズ社製、商品名:Irg819)0.50部、及び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(BASF社製、商品名:Irgacure-TPO)4.66部、
 増感剤のチオキサントン系増感剤として2,4-ジエチルチオキサンテン-9-オン(DETX)1.58部、
 重合禁止剤として、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(精工化学株式会社製、商品名:ノンフレックスAlba)0.04部、
 放射線硬化型添加剤として、完全架橋型シリコーンポリエーテルアクリレート(エボニク リソース エフィシエンシイ社(Evonik Resource Efficiency GmbH)製、商品名:TEGO RAD2100、短鎖シロキサン骨格/長鎖有機変性高架橋型添加剤)0.046部、を混合して、調製した。
 直方体を、電気炉(タンマン管式雰囲気電気炉S7T-2025D-SP、株式会社モトヤマ製)を用いて、以下の条件で、脱脂、焼結し、焼結製品E10を得た。脱脂条件は図3にも示す。なお、各工程間の昇温速度は40℃/時間とした。
(1)第1脱脂工程
 雰囲気:窒素
 脱脂温度:300℃
 脱脂時間:15分
(2)第2脱脂工程
 雰囲気:窒素
 脱脂温度:310℃
 脱脂時間:15分
(3)第3脱脂工程
 雰囲気:窒素
 脱脂温度:320℃
 脱脂時間:15分
(4)第4脱脂工程
 雰囲気:窒素
 脱脂温度:330℃
 脱脂時間:15分
(5)第5脱脂工程
 雰囲気:窒素
 脱脂温度:340℃
 脱脂時間:15分
(6)焼結工程
 雰囲気:窒素
 焼結温度:1600℃
 焼結時間:6時間
 焼結製品E10では欠損がみられなかった。
 以下、本発明の一実施形態に係るインクについて説明する。
 上記した焼結製品のうち、特にセラミック製品の製造については、以下の3Dインクジェットプリンタ用インクを用いる。具体的には、セラミック成分と硬化性バインダ成分とを含有する3D造形用インクジェットインクを用いる。
 硬化性バインダ成分は、3D造形用インクジェットインクを硬化させて形成した3D造形物を脱脂して脱脂体を得る際に、脱脂体の形状が維持される脱脂率で脱脂可能な成分であって、複数種の重合性化合物を含有する。この複数種の重合性化合物は、3D造形物を脱脂する際に、3D造形物が収縮しかつ割れが生じない成分であるとより好ましい。
 以下に、図4~図9を用いて3D造形用インクジェットインクを用いたセラミック製品の製造について説明する。以下の説明では、3D造形用インクジェットインクを、「インクB」とも称する。
 なお、内部に円筒空洞が形成された円柱状のセラミック製品を製造する場合について説明するが、本発明によれば、円柱状のセラミック製品のみならず、任意の形態のセラミック製品を同様に製造することができる。
 このセラミック製品の製造方法では、例えば図示しないインクジェットヘッドモジュールから、インクA及びインクBを、ステージSに吐出する(図5参照)。
 ここで、インクAは、サポート材料と硬化性バインダ成分とを含有するインクである。インクBは、セラミック成分と硬化性バインダ成分とを含有するインクである。
 その後、吐出した各インクに、例えば紫外線を照射して各インクを硬化させる。これにより、図5に示すような、インクAが硬化したサポート材層11及びインクBが硬化したセラミック層12が一層形成される。なお、紫外線の照射タイミングは、任意であり、一層分のインクA及びインクBを吐出した後であってもよいし、一層分のインクA及びインクBを吐出している最中であってもよい。この実施形態では、サポート材層11が中央に位置し、その外側にセラミック層12が形成されている。
 その後、インクA及びインクBの吐出、及び、紫外線の照射を繰り返し、セラミック層12を積層させていく。なお、一層形成するごとに、ローラー等により、層を平坦化してもよい。層は、インクの硬化により、その下の層と固着する。このようにして全体層を積層させて得られる積層体20を図6に示す。積層体20は、サポート材層11(硬化したインクAの層)が積層されて形成されたサポート体21と、セラミック層12(硬化したインクBの層)が積層されて形成された円筒状のセラミック体22と、を備える。なお、図6では、積層体20中の細線により、一層分の全体層が示されている。
 その後、積層体20を、ステージSから切り離し、溶剤に浸漬させることにより、サポート体21を溶解除去する。これにより、円筒状のセラミック体22を有する3D造形物30(図7参照)が得られる。3D造形物30は、後述する脱脂、焼結操作を行うことができる程度に形状を維持できる強度を有することが好ましい。具体的には、脱脂体の曲げ強度が1MPa以上であると好ましい。
 次いで、3D造形物30を脱脂して脱脂体を得る。脱脂は、例えば窒素雰囲気中で、所定温度、例えば100℃以上340℃以下の範囲で段階的に昇温して、加熱する。この加熱工程により、インクB中の硬化性バインダ成分が硬化した硬化体は、揮発し、又は熱分解した後に揮発する。
 セラミック体22中の硬化体残存量は、加熱により徐々に減少する。減少の程度は、用いるバインダ成分、加熱温度により異なるが、例えば、脱脂の最高温度を340℃とした場合には、脱脂率を85%程度(硬化体の残存量を15%程度)にすることができる。脱脂率は特に限定されないが、80%以上90%以下の範囲にあると好ましく、83%以上88%の範囲にあるとより好ましい。脱脂率がこの範囲にあると、脱脂体の形状が維持され、また、後述する焼結操作においてヒビなどが生じにくくなる。
 脱脂後の脱脂体は、残存する硬化体によって3D造形物30の形状が維持されているが、例えばサイズが寸法で約63%から約74%でほぼ均一に収縮する。X軸、Y軸、Z軸のそれぞれの寸法変化が10%程度異なる場合があるが、例えば、焼成の際の収縮の差を含め、X軸、Y軸、Z軸の収縮率の差を予め計算して3D造形物30の寸法を決定することで、所望の寸法の焼結体が得られる。
 脱脂体は、後述する焼結操作を行うことができる程度に形状を維持できる強度を有することが好ましい。具体的には、脱脂体の曲げ強度が1MPa以上であると好ましい。
 次いで、上記脱脂体を所定温度、例えば1,200℃以上1,250℃以下、空気雰囲気下で焼成して、セラミック製品を得る。焼結体は、用途により要求される強度が異なるが、例えば、焼結体の曲げ強度が300MPa以上であると好ましい。
 本発明の一実施形態の3D造形用インクジェットインクは、セラミック成分と硬化性バインダ成分とを含有する。
(セラミック成分)
 本実施形態に用いるセラミック成分は、非金属無機質固体材料であれば特に限定されないが、例えばアルミナやジルコニア、ジルコン、フォルステライト、ムライト、ステアタイト、コーディエライト、炭化ケイ素、窒化アルミニウム等の他、陶石、長石、粘土等天然の鉱物から適宜選択することができる。
 セラミック成分の形状は特に限定されないが、例えば粒子であると、インク中の分散性の点で好ましい。セラミック成分の粒径としては、インクジェットで吐出できる範囲であれば特に限定されないが、インクの吐出性、3D造形物の強度の観点で、中心粒径で、0.01μm以上1μm以下であると好ましく、0.1μm以上0.6μm以下であるとより好ましく、0.4μm以上0.5μm以下であると更に好ましい。
 セラミック成分としては、例えば、住友化学株式会社製のAKP-20(中心粒径:0.46μm)、AKP-30(中心粒径:0.27μm)、AKP-50(中心粒径:0.20μm)、AKP-53(中心粒径:0.18μm)、AKP-3000(中心粒径:0.70μm)、などを用いることができる。
 3D造形用インクジェットインク中のセラミック成分の含有率は、特に限定されないが、体積濃度で10体積%以上50体積%以下であると好ましく、15体積%以上40体積%以下であるとより好ましく、20体積%以上35体積%以下であると更に好ましく、25体積%以上32体積%以下であると特に好ましい。また、インク中のセラミック成分の含有率は、質量濃度では、30質量%以上80質量%以下であると好ましく、40質量%以上75質量%以下であるとより好ましく、50質量%以上70質量%以下であると更に好ましく、55質量%以上65質量%以下であると特に好ましい。含有率が上限より少ないと、インクの吐出性、物性、安定性などの観点で好ましく、下限より多いと、得られる3D造形物の強度の観点で好ましい。
(硬化性バインダ成分)
 本実施形態に係る硬化性バインダ成分は、複数種の重合性化合物を含有する。また、この硬化性バインダ成分は、3D造形用インクジェットインクを硬化させて形成した3D造形物を脱脂して脱脂体を得る際に、その脱脂体の形状が維持される脱脂率で脱脂可能である。
 重合性化合物は、重合性を有する化合物であれば特に限定されないが、例えば、以下の物が例示される。メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、i-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、オクチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジル等のアクリレート。
 メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、i-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、オクチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート等のメタクリレート。
 メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のアルキルビニルエーテル。
 スチレン、α-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、ビニルナフタレン等のスチレン誘導体。
 ギ酸ビニル、酢酸ビニル、酪酸ビニル、カプロン酸ビニル、ステアリン酸ビニル等のアルキルビニルエステル。
 クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリルアミド、メタクリルアミド等の不飽和化合物のモノマー及びこれらのオリゴマー。これらの中でも、重合性化合物としては、重合性、開始剤・増感剤の溶解性などの点でアクリレート及びアクリレートオリゴマーが好ましく、アクリレートオリゴマーは、ウレタンアクリレートオリゴマーであるとより好ましく、脂肪族ポリエステル系のウレタンアクリレートオリゴマーであると特に好ましい。
 本実施形態に係る硬化性バインダ成分は、このような重合性化合物を複数種含有する。重合性化合物の組合せは、異なる二種類の重合性化合物であれば特に限定されない。例えば、モノマーとオリゴマーとの組合せ、単官能重合性化合物と多官能重合性化合物との組合せ、モノマーとオリゴマーとの組合せであってかつ単官能重合性化合物と多官能重合性化合物との組合せが挙げられる。
 ここで、本明細書では、「モノマー」とは、ポリマー(重合体)を合成する際の原料となる低分子化合物をいう。また、「オリゴマー」とは、1種又は数種の原子あるいは原子団(構成単位)が数個から十数個互いに繰り返し連結してできた分子で、その物理的性質が1ないし数個の構成単位の増減によって変化するものをいい、ダイマー(dimer)、トライマー(trimer)、テトラマー(tetramer)などが挙げられる。
 また、本明細書では、「単官能重合性化合物」とは、有機化合物に含まれている重合性の官能基(例えば、アクリロイル基)が1個だけの重合性化合物をいう。また、「多官能重合性化合物」とは、重合性化合物に含まれている重合性の官能基が2個又はそれ以上の化合物をいい、同一種の官能基が2個以上存在する場合と、異なる種類の官能基が同一分子内に存在する場合とを含む。
 したがって、本実施形態に係る複数種の重合性化合物は、単官能重合性化合物のモノマーと多官能重合性化合物のモノマーとの組合せの場合、単官能重合性化合物のオリゴマーと多官能重合性化合物のオリゴマーとの組合せの場合、単官能重合性化合物のモノマーと多官能重合性化合物のモノマーとの組合せの場合、単官能重合性化合物のオリゴマーと多官能重合性化合物のオリゴマーとの組合せの場合などが挙げられる。
 単官能のモノマーとしては、重合性化合物の例示として挙げたアクリレート、メタクリレート、アルキルビニルエーテル、不飽和化合物のモノマーの他、ベンジルアクリレート(略称:BZA)、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアクリレート、ステアリルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ラウリルアクリレート、2-フェノキシエチルアクリレート(略称:PEA)、アクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチル(略称:EOEOEA)、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、トリデシルアクリレート、カプロラクトンアクリレート、イソボニルアクリレートなどの単官能アクリレート、テトラヒドロフルフリルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、2-フェノキシエチルメタクリレート、イソボルニルメタクリレート、トリデシルメタクリレート、メトキシポリエチレンングリコール、モノメタクリレート、メトキシポリエチレンングリコール、モノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレートなどの単官能メタクリレートなどが挙げられる。
 単官能のモノマーは、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社(Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.)製のフェノールEO変性(n=2)アクリレート(商品名:Miramer M142、略式名:Ph(EO)2A、分子量:236)、フェノールEO変性(n=4)アクリレート(商品名:Miramer M144、略式名:Ph(EO)4A、分子量:324)、ノニルフェノールEO変性(n=8)アクリレート(商品名:Miramer M166、略式名:NP(EO)8A、分子量:626)、エトキシジエチレングリコールアクリレート(商品名:Miramer M170、略式名:EOEOEA、分子量:188)などを用いることができる。
 2官能のモノマーとしては、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール(400)ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、アルコキシ化ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシ化(4)ビスフェノールAジアクリレート、エトキシ化(10)ビスフェノールAジアクリレート、ポリエチレングリコール(600)ジアクリレート、トリシクロデカンジメタノールジアクリレート、プロポキシ化(2)ネオペンチルグリコールジアクリレートなどの2官能アクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,4-ブタンジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、1,6-ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール(600)ジメタクリレート、1,3-ブチレンジオールジメタクリレート、エトキシ化(2)ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化(10)ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、ポリエチレングリコール(400)ジメタクリレート、ポリプロピレングリコール(400)ジメタクリレー、エトキシ化(30)ビスフェノールAジメタクリレートなどの2官能メタクリレートなどが挙げられる。
 2官能のモノマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製のヘキサンジオールジアクリレート(商品名:Miramer M200、略式名:HDDA、分子量:226)、ヘキサンジオールEO変性ジアクリレート(商品名:MiramerM202、略式名:HD(EO)DA、分子量:314)、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート(商品名:Miramer M210、略式名:HPNDA、分子量:312)、ネオペンチルグリコールPO変性(n=2)ジアクリレート(商品名:Miramer M216、略式名:NPG(PO)2DA、分子量:328)、トリプロピレングリコールジアクリレート(商品名:Miramer M220、略式名:TPGDA、分子量:300)、ジプロピレングリコールジアクリレート(商品名:Miramer M222、略式名:DPGDA、分子量:242)、ビスフェノールA EO変性(n=4)ジアクリレート(商品名:Mirmaer M240、略式名:BPA(EO)4DA、分子量:512)、ビスフェノールA EO変性(n=10)ジアクリレート(商品名:Miramer M2100、略式名:BPA(EO)10DA、分子量:770)、ポリエチレングリコール(分子量400)ジアクリレート(略式名:PEG400DA、商品名:Miramer M280、略式名:PEG400DA、分子量:508)、ポリエチレングリコール(分子量300)ジアクリレート(略式名:PEG300DA、商品名:Miramer M284、略式名:PEG300DA、分子量:408)、ポリプロピレングリコールジアクリレート(商品名:Miramer M2040、略式名:PPG400DA、分子量:548)、共栄社化学株式会社製のフェニルグリシジルエーテルアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー(商品名:AH-600、モノマー)などを用いることができる。
 3官能のモノマーとしては、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、エトキシ化(3)トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化(3)トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化(6)トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化(9)トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化(3)グリセリルトリアクリレート、高プロポキシ化(5.5)グリセリルトリアクリレート、エトキシ化(15)トリメチロールプロパントリアクリレートなどの3官能アクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどの3官能メタクリレートなどが挙げられる。
 3官能のモノマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製のトリメチロールプロパントリアクリレート(商品名:Miramer M300、略式名:TMPTA、分子量:296)、トリメチロールプロパンEO変性(n=3)トリアクリレート(商品名:Miramer M3130、略式名:TMP(EO)3TA、分子量:428)、トリメチロールプロパンPO変性(n=3)トリアクリレート(商品名:Miramer M360、略式名:TMP(PO)3TA、分子量:470)、グリセリンプロポキシトリアクリレート(商品名:Miramer M320)、ペンタエリスリトールトリアクリレート(商品名:Miramer M340)、ペンタエリスリトールEO変性テトラアクリレート(商品名:Miramer M4004)、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(商品名:Miramer M410)、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(商品名:Miramer M600、略式名:DPHA、分子量:578)、トリメチロールプロパンEO変性トリアクリレート(商品名:Miramer M3160、略式名:TMP(EO)6TA、分子量:560)、トリメチロールプロパンEO変性トリアクリレート(商品名:Miramer M3190、略式名:TMP(EO)9TA、分子量:692)、トリメチロールプロパンPO変性トリアクリレート(商品名:Miramer M360、略式名:TMP(PO)3TA、分子量:470)、グリセリンプロポキシトリアクリレート(商品名:Miramer M320、略式名:GPTA、分子量:428)、ペンタエリスリトールトリアクリレート(商品名:Miramer M340、略式名:PETA、分子量:298)、東亞合成株式会社製のグリセリントリアクリレートモノマー(商品名:アロニックスMT-3547)を用いる事ができる。
 4官能以上のモノマーとしては、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレートなどの4官能アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレートなどの5官能アクリレートなどが挙げられる。
 4官能以上のモノマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製のトリメチロールプロパンEO変性(n=6)トリアクリレート(商品名:MiramerM3160)、トリメチロールプロパンEO変性(n=9)トリアクリレート(商品名:Miramer M3190)、ペンタエリスリトールEO変性テトラアクリレート(商品名:Miramer M4004、略式名:PE(EO)TTA、分子量:572)、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(商品名:Miramer M410、略式名:DTMPTTA、分子量:467)、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(商品名:Miramer M600、略式名:DPHA、分子量:578)を用いる事ができる。
 2官能のオリゴマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製のビスフェノールAエポキシジアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer PE210、分子量:520)、脂肪族エポキシジアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer PE230、分子量:420)、変性エポキシジアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer EA2280、分子量:1580)、エポキシアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer WS2100、分子量:720)などのエポキシアクリレートオリゴマー、美源スペシャリティケミカル株式会社製のウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer WS2600、分子量:7,200)、サートマー社(Sartmer)製の脂肪族ウレタンアクリレートEO-TMPTAブレンド(商品名:CN961E75、密度:1.094g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートEOEOEAブレンド(商品名:CN961H81、密度:1.083g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレート(商品名:CN962、密度:1.105g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレート(商品名:CN963、密度:1.102g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートTPGDAブレンド(商品名:CN963A80、密度:1.094g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートHDDAブレンド(商品名:CN963B80、密度:1.091g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートEO-TMPTAブレンド(商品名:CN963E75、密度:1.103g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートEO-TMPTAブレンド(商品名:CN963E80、密度:1.105g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートIBOAブレンド(商品名:CN963J85、密度:1.089g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレート(商品名:CN964、密度:1.103g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートEO-TMPTAブレンド(商品名:CN964E75、密度:1.089g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートTPGDAブレンド(商品名:CN964A85、密度:1.096g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレート(商品名:CN965、密度:1.098g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートTPGDAブレンド(商品名:CN965A80、密度:1.078g/cm3)、脂肪族ウレタンアクリレートTPGDAブレンド(商品名:CN966A80、密度:1.074g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレートTPGDAブレンド(商品名:CN973A80、密度:1.094g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレートEOEOEAブレンド(商品名:CN973H85、密度:1.071g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレートIBOAブレンド(商品名:CN973J75、密度:1.048g/cm3)などのウレタンアクリレートオリゴマーを用いる事ができる。
 3官能のオリゴマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer PU340、分子量:2,400)、サートマー社製の脂肪族ウレタンアクリレート(商品名:CN929、密度:1.114g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレートTPGDAブレンド(商品名:CN970A60、密度:1.140g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレートEO-TMPTAブレンド(商品名:CN970E60、密度:1.147g/cm3)芳香族ウレタンアクリレート(商品名:CN971、密度:1.095g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレートTPGDAブレンド(商品名:CN971A80、密度:1.118g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレート(商品名:CN972、密度:1.052g/cm3)などのウレタンアクリレートオリゴマーを用いる事ができる。
 4官能のオリゴマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製のウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:PU4300、分子量:850)、ポリエステルアクリレート(商品名:Miramer PS420、分子量:3,000)、ウレタンアクリレート(商品名:Miramer WS4000、分子量:7,600)が挙げられる、中でもウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:PU4300、分子量:850)が好ましい。
 6官能のオリゴマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer PU610、分子量:1,800)、サートマー社製の脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:CN968、密度:1.2g/cm3)、芳香族ウレタンアクリレート(商品名:CN975、密度:1.181g/cm3)を用いる事ができる。中でもサートマー社製の脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:CN968、密度:1.2g/cm3)が好ましい。
 10官能のオリゴマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer MU9500、分子量:3,200)を用いる事ができる。
 15官能のオリゴマーとしては、例えば、美源スペシャリティケミカル株式会社製の脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー(商品名:Miramer SC2152、分子量:20,787)、共栄社化学株式会社製のペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンプレポリマー(商品名:UA-306H)を用いる事ができる。
 これらのうちモノマーやオリゴマーの中でも、6官能の脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマーとベンジルアクリレートモノマー(略称:BZA)との組合せ、6官能の脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマーとベンジルアクリレートモノマー(略称:BZA)と2-フェノキシエチルアクリレート(略称:PEA)との組合せ、6官能の脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマーとベンジルアクリレートモノマーとアクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチル(略称:EOEOEA)との組合せが好ましい。
(他の成分)
 本実施形態に係る3D造形用インクジェットインクは、本発明の効果を損なわない範囲で、更に他の成分を含有することができる。他の成分としては、開始剤、増感剤、分散剤、重合禁止剤、表面調整剤、色材、酸化防止剤、老化防止剤、溶媒、界面活性剤、フィラー、可塑剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤、電荷付与剤、殺菌剤、防腐剤、防臭剤、電荷調整剤、湿潤剤、皮はり防止剤、香料などが挙げられる。
(開始剤)
 開始剤は、加熱や光が照射されることによって、活性種を生じ、重合性化合物を硬化する。開始剤としては、熱ラジカル重合開始剤、熱カチオン重合開始剤、光ラジカル重合開始剤、光カチオン重合開始剤、光アニオン重合開始剤等が挙げられるが、中でも、光ラジカル重合開始剤が好ましい。光ラジカル重合開始剤としては、ホスフィンオキサイド系開始剤などが挙げられるが、中でもホスフィンオキサイド系開始剤が好ましい。
 ホスフィンオキサイド系開始剤は、下記式(1)で示されるホスフィンオキサイド化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(R2、R3、R4は、それぞれ独立に水素又は置換基を有する若しくは、無置換の炭化水素基を表す。)
 具体的には、R2、R3、R4としては、それぞれ独立に、フェニル基、アシル基などが挙げられる。
 より具体的には、ホスフィンオキサイド系開始剤としては、下記式(2)で示される、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキシド(2,4,6-trimethylbenzoyl-diphenyl phosphine oxide)、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 下記式(3)で示されるビズ(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphine oxide)などが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 ホスフィンオキサイド系開始剤は、アシルホスフィンオキサイド系光重合開始剤であると好ましく、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキシド及びビズ(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシドがより好ましい。
 ホスフィンオキサイド系開始剤は、例えば、IGMレジンズ社製の2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニルホスフィンオキシド(商品名:Omnirad TPO H(BASF社旧商品名:Irgacure TPO))、ビズ(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(商品名:Omnirad819(BASF社旧商品名:Irgacure819))を用いることができる。ホスフィンオキサイド系開始剤は、一種単独で、又は複数種を用いることができる。
 3D造形用インクジェットインク中の開始剤の含有量は特に限定されないが、1質量%以上15質量%以下であると好ましく、4質量%以上8質量%以下であるとより好ましく、6質量%以上7質量%以下であると更に好ましい。
(増感剤)
 増感剤は、開始剤に光感性を有さない波長領域に感光性を与えたり、開始剤の光感度を増大させる。増感剤としては、光カチオン増感剤、光ラジカル増感剤などが挙げられ、光ラジカル増感剤が好ましい。光ラジカル増感剤としては、アントラセン系増感剤、チオキサントン系増感剤などが挙げられ、チオキサントン系増感剤が好ましい。
 本実施形態に係るチオキサントン系増感剤は、下記式(4)で示されるチオキサントン骨格を有する化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 チオキサントン系増感剤としては、無置換のチオキサントン、メチル基、エチル基、プロピル基などの炭化水素基を置換基として有するチオキサントン化合物が挙げられる。中でも無置換のチオキサントンが好ましい。
 より具体的には、チオキサントン系増感剤としては、チオキサントン、2,4-ジエチル-9H-チオキサンテン-9-オン、2-イソプロピルチオキサントンなどが挙げられる。
 チオキサントン系増感剤は、例えば、東京化成工業株式会社製のチオキサントン、和光純薬株式会社製の2,4-ジエチル-9H-チオキサンテン-9-オン、東京化成工業株式会社製の2-イソプロピルチオキサントンを用いることができる。チオキサントン系増感剤は、一種単独で、又は複数種を用いることができる。
 3D造形用インクジェットインク中のチオキサントン系増感剤の含有量は特に限定されないが、0.1質量%以上10質量%以下であると好ましく、0.5質量%以上3.0質量%以下であるとより好ましく、1.5質量%以上2.5質量%以下であるとより好ましい。
(重合禁止剤)
 重合禁止剤は、重合を阻害する化合物であれば特に限定されないが、4-tert-ブチルピロカテコール、tert-ブチルヒドロキノン、1,4-ベンゾキノン、ジブチルヒドロキシトルエン、ヒドロキノン、メキノール、フェノチアジン等が挙げられる。より具体的には、重合禁止剤として、例えば、精工化学株式会社製の2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(商品名:ノンフレックスアルバ(Alba))を用いることができる。
 重合禁止剤を用いる場合の重合禁止剤の含有量は、3D造形用インクジェットインク中0.1質量%以上10質量%以下であると好ましく、0.5質量%以上5質量%以下であるとより好ましく、0.8質量%以上1.5質量%以下であると更に好ましい。
(分散剤)
 分散剤は、3D造形用インクジェットインク中にセラミック材を均一に分散させることができるものであれば特に限定されない。例えば、分散剤は、アニオン系低分子型分散剤、非イオン系低分子型分散剤、非イオン系低分子型分散剤、カチオン系低分子型分散剤、両性系低分子型分散剤などの低分子型分散剤、アニオン系高分子型分散剤、非イオン系高分子型分散剤、カチオン系高分子型分散剤などの高分子型分散剤が挙げられる。この場合、分散剤は、低分子型分散剤よりも高分子型分散剤が好ましい。
 高分子型分散剤としては、例えば、ルブリゾル社製の顔料分散剤(商品名:Solsperse(ソルスパーズ)74000、82500、83500、V350、W200、WV400、J180、39000、36000)、味の素ファインテクノ株式会社製の高分子系顔料分散剤(商品名:アジスパーPB821、PB822、PB824、PB881、PN411、PA111)などが挙げられる。中でも、ルブリゾル社製の高分子型分散剤(商品名:S36000、ソルスパーズ36000)、高分子型分散剤(商品名:S39000、ソルスパーズ39000)が好ましい。
 分散剤を用いる場合の分散剤の含有量は、セラミック成分を分散剤に分散できる範囲で特に限定されないが、インクジェット用インク組成物中1質量%以上30質量%以下であると好ましく、5質量%以上20質量%以下であるとより好ましい。
(表面調整剤)
 表面調整剤は、3D造形用インクジェットインクの表面張力を調整することができれば特に限定されないが、エボニック社(Evonik)製のTEGO RAD2100、TEGO RAD2200、TEGO RAD2250、TEGO RAD2500、TEGO RAD2700などが挙げられる。中でも、シリコーン系表面調整剤の完全架橋型シリコーンポリエーテルアクリレート(商品名:TEGO RAD2100、短鎖シロキサン骨格/長鎖有機変性高架橋型添加剤)が好ましい。
 表面調整剤を用いる場合の表面調整剤の含有量は、表面張力を調整することができる範囲で特に限定されないが、インクジェット用インク組成物中0.001質量%以上5質量%以下であると好ましく、0.01質量%以上1質量%以下であるとより好ましく、0.04質量%以上0.1質量%以下であると更に好ましい。
(色材)
 色材としては、公知の染料及び顔料を用いることができるが、焼結による変色が起きない点で、無機顔料が好ましい。
 無機顔料としては、例えば、酸化チタン、亜鉛華、酸化亜鉛、トリポン、酸化鉄、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、カオリナイト、モンモリロナイト、タルク、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、アルミナ、カドミウムレッド、べんがら、モリブデンレッド、クロムバーミリオン、モリブデートオレンジ、黄鉛、クロムイエロー、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、チタンイエロー、酸化クロム、ピリジアン、コバルトグリーン、チタンコバルトグリーン、コバルトクロムグリーン、群青、ウルトラマリンブルー、紺青、コバルトブルー、セルリアンブルー、マンガンバイオレット、コバルトバイオレット、マイカなどが挙げられる。
 本実施形態に係る3D造形用インクジェットインクは、その調整方法によっては限定されないが、例えば、セラミック成分、架橋性バインダ成分及び必要により加える他の成分を混合し、ホモジナイザーやコロイドミルなどの撹拌機や乳化機を用いて分散させる物理的方法や、転相乳化法、界面活性剤相乳化法、転相温度乳化法などで分散させる物理化学的方法で、攪拌することにより調製することができる。
 混合機としては、リードスクリュータイプのフィーダー、スリーワンモーター、マグネチックスターラー、ディスパー、ホモジナイザー、ボールミル、遠心ミル、遊星ボールミルなどの容器駆動媒体ミル、サンドミルなどの高速回転ミル、攪拌槽型ミルなどの媒体攪拌ミル、ビーズミル、高圧噴射ミル、ディスパーなどが挙げられる。
 本実施形態に係る3D造形用インクジェットインクは、インクジェット印刷による3D造形物の造形に用いることができる。例えば、前述のように、インクジェットヘッドモジュールで吐出してインク層を形成し、紫外線等で硬化して、セラミック層を形成し、これらを繰り返して、3D造形物を成形する。各層の厚みは特に限定されないが、例えば0.1μm以上1mm以下であると好ましく、1μm以上100μm以下であるとより好ましく、10μm以上50μm以下であると更に好ましい。
 3D造形物を用いて、図9に示す製造方法によりセラミック製品を製造することができる。図9に示す製造方法では、前述の造形方法で3D造形物(図5~図7参照)を形成し(ステップS21)、その3D造形物を脱脂し(ステップS22)、最後に、脱脂体を焼成する(ステップS23)ことでセラミック製品が得られる。
 焼成する前に、脱脂を行い、セラミック成分以外の成分の一部を予め除去することで、焼成の際に亀裂の発生を防ぐことができる。
 脱脂条件は特に限定されないが、3D造形用インクジェットインク中の硬化性バインダ成分の80重量%以上90重量%以下(脱脂率)を除去することが好ましい。脱脂率をこの範囲にすることで、脱脂の際に形状を保つことができ、かつ脱脂体を焼成する際の強度を保つことができるので好ましい。
 また、脱脂の際の温度条件は特に限定されないが、例えば、室温から、320℃以上350℃以下まで温度を段階的に昇温させることができる。段階的に昇温させることで、脱脂体の形状を維持することが容易となる。
 脱脂の際の雰囲気条件は特に限定されず、例えば、空気雰囲気下又は窒素雰囲気下で行うことができる。バインダ成分の酸化による急激な気化で割れが生じることを防ぐことができる点で、窒素雰囲気下での脱脂が好ましい。
 脱脂体を焼成することで、セラミック製品が得られる。焼成条件は特に限定されないが、例えば、空気雰囲気下で1,000℃以上に加熱することで、有機成分を除去できると共に、セラミック成分を焼結することができる。より具体的には、焼結は、空気雰囲気下、1,600℃、6時間で行うことができる。
(実施例)
 以下、本発明を実施例に基づき説明する。各インクの性能試験については、以下の方法で行った。
(インクの性能;保管性)
 インクを、60℃で30日間静置して、粘度の変化を測定し、粘度変化が±10%を超えるまでの期間を測定して、インクの保管性を評価した。
(インクの性能;吸光度)
 インクをポリアクリル酸メチル(PMA)で10倍に希釈して、波長385nmの吸光度(Abs)を測定した。
(インクの性能;皮膜吸光度)
 インクを#8バーコータでPETフィルム(東山フイルム株式会社製、商品名:HK-31WF)に塗布して、385nmの吸光度(Abs)を測定した。
(インクの性能;沈殿率)
 沈殿物重量を測定した。
(インクの性能;再分散率)
 沈殿物をインクと混合し、試験管ミキサーで撹拌する。沈殿物の重量を測定した。
(インクの性能;サポート剤との界面形成)
 インクをサポート剤の上に、#14バーコータで塗布後10秒、60秒、180秒後を写真撮影し、サポート剤との界面形成を5(良)~1(悪)の五段階で評価した。
(インクの性能;擦過性)
 綿棒でインク塗布面の擦過を20往復行い、5(良)~1(悪)の五段階で評価した。
(インクの性能;反り)
 インクを#18バーコータで1層塗布して、反り(°)を測定した。
(インクの性能;硬化性)
 インクを#8バーコータでPETフィルム(東山フイルム株式会社製、商品名:HK-31WF)に6パス塗布して、UV硬化インクジェット方式フルカラー3Dプリンター(株式会社ミマキエンジニアリング製、商品名:3DUJ-553)で硬化させて鉛筆硬度を測定した。
(インクの性能;吐出性)
 インクジェットヘッド(東芝テック株式会社製、商品名:CF1BXL)を用いて吐出試験を、各インク温度、上流圧力、下流圧力、電圧で、連続吐出(1drop、5drop)、間欠吐出(1drop、5drop)を行った。
(3D造形物の特性;反り)
 3D造形物の寸法を測定した。
(3D造形物の特性;固体比重)
 固体密度計にて測定した。
(3D造形物の特性;硬化収縮)
 硬化直後の密度より収縮率を算出した。
(3D造形物の特性;ショア硬度)
 ショアD硬度、ショアA硬度を測定した。
(3D造形物の特性;曲げ強度)
 JIS K7171に準拠して測定した。
(3D造形物の特性;曲げ弾性)
 JIS K7171に準拠して測定した。
(3D造形物の特性;引っ張り強度)
 JIS K7162に準拠して測定した。
(3D造形物の特性;引っ張り伸び率)
 JIS K7162に準拠して測定した。
(3D造形物の特性;最大点伸び)
 JIS K7162に準拠して測定した。
(3D造形物の特性;熱重量分析)
 熱重量分析装置(TAインスツルメント社製、商品名:Q-50)を用いて、5mm×5mm×5mmの試料を昇温速度10℃/分の条件で、熱重量分析を行った。
(脱脂体の特性;収縮率(体積))
 3D造形物から脱脂体への体積収縮率を測定した。収縮率(体積)(%)は、下記式で求めた値である。
 ((3D造形物の体積)-(脱脂体の体積))/(3D造形物の体積)×100
(脱脂体の特性;収縮率(X軸長さ))
 3D造形物から脱脂体へのX軸長さ収縮率を測定した。収縮率(X軸長さ)(%)は、下記式で求めた値である。
 ((3D造形物のX軸長さ)-(脱脂体のX軸長さ))/(3D造形物のX軸長さ)×100
(焼結体の特性;収縮率(体積))
 3D造形物から焼結体への体積収縮率を測定した。収縮率(体積)(%)は、下記式で求めた値である。
 ((3D造形物の体積)-(焼結体の体積))/(3D造形物の体積)×100
(焼結体の特性;収縮率(X軸長さ))
 3D造形物から焼結体へのX軸長さ収縮率を測定した。収縮率(X軸長さ)(%)は、下記式で求めた値である。
 ((3D造形物のX軸長さ)-(焼結体のX軸長さ))/(3D造形物のX軸長さ)×100
(焼結体の特性;寸法精度)
 3D造形物から焼結体への寸法精度を測定した。
(焼結体の特性;密度)
 固体密度計にて測定した。
(焼結体の特性;曲げ強度)
 JIS K7171に準拠して測定した。
(実施例1)
 セラミック成分(顔料)として、小粒径の高純度アルミナ(住友化学株式会社製、AKP-53、中心粒径:0.18μm)38.8部、
 分散剤として、活性高分子分散剤(ルブリゾル社(Lubrizol)製、商品名:ソルスパーズ36000(SOLSPERSE 36000)、流動点:40℃、沸点:約200℃、引火点:約200℃、密度:1.05g/cm3)0.91部、
 バインダ成分のオリゴマーとして、脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマー(サートマー社(Sartomer)製、商品名:CN968、官能基数:6、密度1.2g/cm3)8.3部、
 バインダ成分のモノマーとして、ベンジルアクリレート(BZA)12.4部、及びフェノキシエチルアクリレート(PEA)32.8部、
 光重合開始剤のホスフィンオキサイド系開始剤として、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(チバ・スペシャリティーケミカルズ社製、商品名:Irg819)0.50部、及び2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド(BASF社製、商品名:Irgacure-TPO)4.66部、
 増感剤のチオキサントン系増感剤として2,4-ジエチルチオキサンテン-9-オン(DETX)1.58部、
 重合禁止剤として、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(精工化学株式会社製、商品名:ノンフレックスAlba)0.04部、
 放射線硬化型添加剤として、完全架橋型シリコーンポリエーテルアクリレート(エボニック社(Evonik)製、商品名:TEGO RAD2100、短鎖シロキサン骨格/長鎖有機変性高架橋型添加剤)0.046部、を混合して、3D造形用インクジェットインクE1を調製した。3D造形用インクジェットインクE1の組成、セラミック材濃度(質量%及び体積%)、分散剤濃度(%(対セラミック材比))を表1に示す(実施例1参照)。
 3D造形用インクジェットインクE1のインク物性の測定、インク性能の測定を行った。結果を表2、表3に示す(実施例1参照)。
 インクジェットプリンタで3D造形用インクジェットインクE1の吐出(層の厚み:約32μm)と硬化を繰り返して積層し、5mm×5mm×5mmの直方体の3D造形物E1を得た。3D造形物E1の特性を測定した。結果を表4に示す(実施例1参照)。
 また、3D造形物E1の熱重量分析を行った結果を図8に示す。図8のTGA曲線(実施例1)から、3D造形物E1を室温から昇温していくと、約200℃から低沸点化合物が気化し、約340℃からバインダ成分やその熱分解物が気化し、500℃以上550℃以下では重量の減少量が少なく、3D造形物E1の重量は、約45%程度に減少することがわかる。
 3D造形物E1を、窒素雰囲気下、最高温度340℃、総時間170時間で、第1脱脂工程(300℃、15分間)、第2脱脂工程(310℃、15分間)、第3脱脂工程(320℃、15分間)、第4脱脂工程(330℃、15分間)、第5脱脂工程(340℃、15分間)、各工程間の昇温速度40℃/時間の温度プログラムで脱脂し、脱脂体E1を得た。脱脂体E1の収縮率の特性を測定した。収縮率(体積)が65.3%、収縮率(X軸長さ)が25.3%であった。
 次に、脱脂体E1を、空気雰囲気下、58時間、1625℃で焼成を行って、焼結体E1を得た。焼結体E1の特性を測定した。結果を表5に示す(実施例1参照)。
 図4における右側には、3D造形用インクジェットインクE1を用いてチェス駒形状の3D造形物を印刷したものが示されている。図4における左側には、その3D造形物を脱脂・焼結して得られた焼結体が示されている。図4に示すように、焼結体は、3D造形物からヒビ割れが生じずに縮小して、形状が維持されていることが判る。チェス駒形状の3D造形物を脱脂した際に、重量は31.7%に減少し、XYZ軸の収縮率はそれぞれ、73.3%、63.3%、65.0%であった。
(参考例1)
 セラミック成分(顔料)として、大粒径の高純度アルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP-20、中心粒径:0.46μm)62.6部、
 分散剤として、活性高分子分散剤(ルブリゾル社(Lubrizol)製、商品名:ソルスパーズ39000(SOLSPERSE 39000)、引火点:>186℃、融点:>3℃、流動点:>3℃、分解温度:>250℃、密度:0.99g/cm3)0.8部、
 バインダ成分のオリゴマーとして、ウレタンアクリレートオリゴマー(美源スペシャリティケミカル株式会社(Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.)製、商品名:PU4300、官能基数:4、数平均分子量:850)2.0部、
 バインダ成分のモノマーとして、ベンジルアクリレート(BZA)9.8部、及びアクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチル(EOEOEA)17.36部、
 光重合開始剤のホスフィンオキサイド系開始剤として、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(チバ・スペシャリティーケミカルズ社製、商品名:Irg819)0.6部、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド(BASF社製、商品名:Irgacure-TPO)5.6部、
 増感剤のチオキサントン系増感剤として2,4-ジエチルチオキサンテン-9-オン(ラムソン(LAMBSON)社製、商品名:DETX)1.9部、
 重合禁止剤として、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(精工化学株式会社製、商品名:ノンフレックスAlba)0.05部、を混合して、3D造形用インクジェットインクR1を調製した。3D造形用インクジェットインクR1の組成、セラミック材濃度(質量%及び体積%)、分散剤濃度(%(対セラミック材比))を表1に示す(参考例1参照)。
 3D造形用インクジェットインクR1のインク物性の測定、インク性能の測定を行った。結果を表2、表3に示す(参考例1参照)。
 インクジェットプリンタで3D造形用インクジェットインクR1の吐出(層の厚み:約32μm)と硬化を繰り返して積層し、5cm×5cm×5cmの直方体の3D造形物R1を得た。
 3D造形物R1を、窒素又は空気雰囲気下、5℃/hで昇温(最高温度650℃)して脱脂し、脱脂体R1を得た。
 脱脂体R1を、空気雰囲気下、50℃/hで昇温(最高温度:1,625℃)して焼成を行って、焼結体R1を得た。焼結体R1の特性を、実施例1と同様に測定した。結果を表5に示す(参考例1参照)。
(実施例2)
 セラミック成分(顔料)として、大粒径の高純度アルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP-20、中心粒径:0.46μm)60.7部、
 分散剤として、活性高分子分散剤(ルブリゾル社(Lubrizol)製、商品名:ソルスパーズ36000(SOLSPERSE 36000)、流動点:40℃、沸点:約200℃、引火点:約200℃、密度:1.05g/cm3)1.2部、
 バインダ成分のオリゴマーとして、脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマー(サートマー社製、商品名:CN968、官能基数:6、密度:1.2g/cm3)5.5部、
 バインダ成分のモノマーとして、ベンジルアクリレート(BZA)26.3部、
 光重合開始剤のホスフィンオキサイド系開始剤として、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド(BASF社製、商品名:Irgacure-TPO)6.24部、
 重合禁止剤として、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(精工化学株式会社製、商品名:ノンフレックスAlba)0.02部、
 放射線硬化型添加剤として、完全架橋型シリコーンポリエーテルアクリレート(エボニック社(Evonik)製、商品名:TEGO RAD2100、短鎖シロキサン骨格/長鎖有機変性高架橋型添加剤)0.050部を混合して、3D造形用インクジェットインクE2を調製した。3D造形用インクジェットインクE2の組成、セラミック材濃度(質量%及び体積%)、分散剤濃度(%(対セラミック材比))を表1に示す(実施例2参照)。
 実施例1と同様にして、3D造形用インクジェットインクE2のインク物性の測定、インク性能の測定を行った。結果を表2、表3に示す(実施例2参照)。
 実施例1と同様にして、インクジェットプリンタで3D造形用インクジェットインクE2の吐出と硬化を繰り返して積層し、3D造形物E2を得た。3D造形物E2の特性を測定した。結果を表4に示す(実施例2参照)。
 3D造形物E2の熱重量分析を行った結果を図8に示す。図8のTGA曲線(実施例2)から、3D造形物E2を室温から昇温していくと、約200℃から低沸点化合物が気化し、約340℃からバインダ成分やその熱分解物が気化し、500℃以上550℃以下では重量の減少量が少なく、3D造形物E2の重量は、約63%程度に減少することがわかる。
(実施例3)
 セラミック成分(顔料)として、小粒径の高純度アルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP-53、中心粒径:0.18μm)49.2部、
 分散剤として、活性高分子分散剤(ルブリゾル社(Lubrizol)製、商品名:ソルスパーズ36000(SOLSPERSE 36000)、流動点:40℃、沸点:約200℃、引火点:約200℃、密度:1.05g/cm3)1.2部、
 バインダ成分のオリゴマーとして、脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマー(サートマー社製、商品名:CN968、官能基数:6、密度1.2g/cm3)7.8部、
 バインダ成分のモノマーとして、ベンジルアクリレート(BZA)15.3部、及びアクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチル(EOEOEA)20.4部、
 光重合開始剤のホスフィンオキサイド系開始剤として、2,4,6-トリメチルベンゾイル-ジフェニル-ホスフィンオキサイド(BASF社製、商品名:Irgacure-TPO)6.24部、
 重合禁止剤として、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(精工化学株式会社製、商品名:ノンフレックスAlba)0.09部、
 放射線硬化型添加剤として、完全架橋型シリコーンポリエーテルアクリレート(エボニック社(Evonik)製、商品名:TEGO RAD2100、短鎖シロキサン骨格/長鎖有機変性高架橋型添加剤)0.050部を混合して、3D造形用インクジェットインクE3を調製した。3D造形用インクジェットインクE3の組成、セラミック材濃度(質量%及び体積%)、分散剤濃度(%(対セラミック材比))を表1に示す(実施例3参照)。
 実施例1と同様にして、3D造形用インクジェットインクE3のインク物性の測定、インク性能の測定を行った。結果を表2、表3に示す(実施例3参照)。
 実施例1と同様にして、インクジェットプリンタで3D造形用インクジェットインクE3の吐出と硬化を繰り返して積層し3D造形物E3を得た。3D造形物E3の特性を測定した。結果を表4に示す(実施例3参照)。
(実施例4)
 セラミック成分(顔料)として、大粒径の高純度アルミナ(住友化学株式会社製、商品名:AKP-20、中心粒径:0.46μm)60.7部、
 分散剤として、活性高分子分散剤(ルブリゾル社(Lubrizol)製、商品名:ソルスパーズ36000(SOLSPERSE 36000)、流動点:40℃、沸点:約200℃、引火点:約200℃、密度:1.05g/cm3)3.8部、
 硬化性バインダ成分のオリゴマーとして、脂肪族ウレタンアクリレートオリゴマー(巴工業株式会社製、商品名:CN968、官能基数:6、密度:1.2g/cm3)3.8部、
 硬化性バインダ成分のモノマーとして、ベンジルアクリレート(BZA)28.0部、
 光重合開始剤のホスフィンオキサイド系開始剤として、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(BASF社製、商品名:Irgacure-TPO)6.24部、
 重合禁止剤として、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(精工化学株式会社製、商品名:ノンフレックスAlba)0.02部、
 シリコーン系表面調整剤として、放射線硬化型添加剤の、完全架橋型シリコーンポリエーテルアクリレート(エボニック社(Evonik)製、商品名:TEGO RAD2100、短鎖シロキサン骨格/長鎖有機変性高架橋型添加剤)0.050部を混合して、3D造形用インクジェットインクE4を調製した。3D造形用インクジェットインクE4の組成、セラミック濃度(質量%及び体積%)、分散剤濃度(%(対セラミック材比))を表1に示す(実施例4参照)。
 実施例1と同様にして、3D造形用インクジェットインクE4のインク物性の測定、インク性能の測定を行った。結果を表2、表3に示す(実施例4参照)。
 実施例1と同様にして、インクジェットプリンタで3D造形用インクジェットインクE4の吐出と硬化を繰り返して積層し、3D造形物E4を得た。3D造形物E4の特性を測定した。結果を表4に示す(実施例4参照)。
 実施例1と同様にして、3D造形物E4を、脱脂し、脱脂体E4を得た。脱脂体E4の収縮率の特性を測定した。収縮率(体積)が32.8%、収縮率(X軸長さ)が10.3%であった。
 脱脂体E4を、空気雰囲気下、35時間、1,625℃で焼成を行って、焼結体E4を得た。収縮率(体積)が63.5%、収縮率(X軸長さ)が25.7%、寸法精度が3%であった。また、焼結体E4の特性として、嵩密度、見掛け密度、開気孔率、曲げ強度を実施例1と同様に測定した。結果を表5に示す(実施例4参照)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 表1中の略号は、以下の通りである。
 AKP-20:アルミナ(住友化学株式会社製、中心粒径:0.46μm)
 AKP-53:アルミナ(住友化学株式会社製、中心粒径:0.18μm)
 S39000:ソルスパーズ39000(ルブリゾル社製、引火点>186℃、融点>3℃、流動点>3℃、分解温度>250℃、密度:0.99g/cm3
 S36000:ソルスパーズ36000(ルブリゾル社製、流動点:40℃、沸点:約200℃、引火点:約200℃、密度:1.05g/cm3
 PU4300:ウレタンアクリレートオリゴマー(美源スペシャリティケミカル株式会社製、官能基数:4、数平均分子量:850)
 CN968:脂肪族ポリエステル系ウレタンアクリレートオリゴマー(サートマー社製、官能基数:6、密度:1.2g/cm3
 BZA:ベンジルアクリレート
 PEA:フェノキシエチルアクリレート
 EOEOEA:アクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチル
 Irg819:フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(チバ・スペシャリティーケミカルズ社製)
 IrgTPO:Irgacure-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(BASF社製)
 DETX:2,4-ジエチルチオキサンテン-9-オン
 Alba:ノンフレックスアルバ、2,5-ジ-tert-ブチルハイドロキノン(精工化学株式会社製)
 TEGORAD2100:完全架橋型シリコーンポリエーテルアクリレート(エボニック社製)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
S ステージ
11 サポート材層
12 セラミック層
20 積層体
21 サポート体
22 セラミック体
30 3D造形物
S21 3D造形物の形成
S22 脱脂
S23 焼成

Claims (11)

  1.  無機粒子と有機材料とを含有するインクを積層して三次元造形物を準備する工程と、
     前記三次元造形物を不活性気体雰囲気下において第1の平均脱脂温度で第1の加熱時間にわたり加熱して前記有機材料を脱脂する第1の脱脂工程と、
     前記第1の脱脂工程で脱脂後の前記三次元造形物を不活性気体雰囲気下において前記第1の平均脱脂温度より高い第2の平均脱脂温度で第2の加熱時間にわたり加熱して前記有機材料を脱脂する第2の脱脂工程と、
     前記第2の脱脂工程で脱脂後の前記三次元造形物を前記第2の平均脱脂温度より高い平均焼結温度で焼結して焼結製品を得る焼結工程と、
     を備える、
     三次元造形物から焼結製品を製造する方法。
  2.  前記第1の脱脂工程及び前記第2の脱脂工程において、前記第1の平均脱脂温度及び前記第2の平均脱脂温度まで加熱する際の昇温速度は10℃/分未満である、
     請求項1に記載の三次元造形物から焼結製品を製造する方法。
  3.  前記第2の平均脱脂温度は、当該第2の平均脱脂温度で前記有機材料からなる被検物を30分間にわたり不活性気体雰囲気下において加熱したときに加熱前の前記被検物内の当該有機材料の80質量%以上が脱脂される温度である、
     請求項1又は2に記載の三次元造形物から焼結製品を製造する方法。
  4.  前記第1の脱脂工程と前記第2の脱脂工程との間に、前記第1の平均脱脂温度より高く前記第2の平均脱脂温度より低い平均脱脂温度で不活性雰囲気下において前記三次元造形物を加熱して脱脂する1つ以上の追加の脱脂工程をさらに含み、
     前記追加の脱脂工程が2つ以上ある場合、前記追加の脱脂工程の前記平均脱脂温度は段階的に高くなっている、
     請求項1から3のいずれか1項に記載の三次元造形物から焼結製品を製造する方法。
  5.  セラミック成分と硬化性バインダ成分とを含有する3D造形用インクジェットインクであって、
     前記硬化性バインダ成分は、前記3D造形用インクジェットインクを硬化させて形成した3D造形物を脱脂して脱脂体を得る際に、前記脱脂体の形状が維持される脱脂率で脱脂可能な成分であって、複数種の重合性化合物を含有する、3D造形用インクジェットインク。
  6.  前記3D造形用インクジェットインク中の前記セラミック成分の含有率は10体積%以上50体積%以下である、請求項5に記載の3D造形用インクジェットインク。
  7.  前記複数種の重合性化合物は、前記3D造形物を脱脂する際に、前記3D造形物が収縮しかつ割れが生じない成分である、請求項5又は6に記載の3D造形用インクジェットインク。
  8.  前記複数種の重合性化合物は、脱脂温度を320℃以上350℃以下としたときに前記脱脂率が80重量%以上90重量%以下となる、請求項5から7のいずれか1項に記載の3D造形用インクジェットインク。
  9.  前記複数種の重合性化合物は、モノマー及びオリゴマーを含む、請求項5から8のいずれか1項に記載の3D造形用インクジェットインク。
  10.  前記複数種の重合性化合物は、単官能重合性化合物及び多官能重合性化合物を含む、請求項5から9のいずれか1項に記載の3D造形用インクジェットインク。
  11.  前記複数種の重合性化合物は、ベンジルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、及びアクリル酸2-(2-エトキシエトキシ)エチルからなる群から選ばれる少なくとも1つの単官能モノマー、及び多官能ウレタンアクリレート系オリゴマーを含む、請求項5から10のいずれか1項に記載の3D造形用インクジェットインク。
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