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JP6915328B2 - Manufacturing method of three-dimensional structure - Google Patents
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Description

本発明は、立体構造物の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensional structure.

近年、血管の人工モデルやマイクロ流路、生体材料の観察実験に使用可能な、高アスペクト比で、かつハイドロゲルや生体材料といったもろい材料からなる筒形状等の微細な立体構造物の形成技術の必要性が高まっている。 In recent years, technology for forming fine three-dimensional structures such as cylinders made of brittle materials such as hydrogels and biomaterials with a high aspect ratio that can be used for artificial models of blood vessels, microchannels, and observation experiments of biomaterials. The need is increasing.

化学反応、抽出、分析等を行うマイクロ流路装置は、薬品の反応試験に用いるキットとして使用することができる。また反応条件の制御性に優れるため、高純度化合物の効率合成や流体間の界面を利用する化学反応や抽出等に好適で、環境・バイオ・創薬・医療・食品等の幅広い分野において発展が期待されている。 A microchannel device that performs a chemical reaction, extraction, analysis, etc. can be used as a kit used for a chemical reaction test. In addition, because it has excellent controllability of reaction conditions, it is suitable for efficient synthesis of high-purity compounds, chemical reactions using interfaces between fluids, extraction, etc., and has been developed in a wide range of fields such as environment, biotechnology, drug discovery, medicine, and food. Expected.

よって生体材料やハイドロゲルといった脆くやわらかい材料であっても、高アスペクト比かつ微細な立体構造物が造形できれば、化学反応の観察用部材や人工の血管モデルとして利用できるだけではなく、形状がフレキシブルでpH応答性、温度応答性の膨潤・収縮可能なマイクロ流路を形成することができる。 Therefore, even if it is a brittle and soft material such as a biomaterial or hydrogel, if a fine three-dimensional structure with a high aspect ratio can be formed, it can be used not only as a member for observing chemical reactions or as an artificial blood vessel model, but also as a flexible shape and pH. It is possible to form a swellable / contractible microchannel that is responsive and temperature responsive.

強度の低い材料の立体構造物を、金属やプラスチックからなる造形型を用いて造形する場合、離型時に生じる強い力学的ダメージによる形状崩れや破損が問題となっていた。そこで、強度の低い材料の立体構造物を作製する際に、ゲル材料の支持構造を用い、最後にゲル材料の支持構造を除去する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 When a three-dimensional structure made of a low-strength material is molded using a molding mold made of metal or plastic, there has been a problem of shape collapse or breakage due to strong mechanical damage that occurs at the time of mold release. Therefore, a method has been proposed in which a support structure of a gel material is used when producing a three-dimensional structure of a material having low strength, and finally the support structure of the gel material is removed (see, for example, Patent Document 1).

しかし、ゲル材料はシリンジ先端から押し出せる程度に粘度が低く、形状を維持しながら積層することは困難であるため、高アスペクト比の立体構造物を製造するための造形型として用いることはできない。 However, since the gel material has a low viscosity enough to be extruded from the tip of a syringe and it is difficult to stack the gel material while maintaining its shape, it cannot be used as a molding mold for producing a three-dimensional structure having a high aspect ratio.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、高アスペクト比のゲル状態の立体構造物を小さな離型の負荷で作製することができる製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing a three-dimensional structure in a gel state having a high aspect ratio with a small release load.

本立体構造物の製造方法は、ゾルゲル転移温度より低い温度でゾル化し、且つ、ゾルゲル転移温度より高い温度でゲル化する、ゾルゲル転移温度を有する温度応答性ハイドロゲルである第1ゲル状部材を用いて少なくとも一部に空洞が設けられた造形型を作製する第一の工程と、前記空洞を第2の溶液で充填し、硬化させる第二の工程と、前記第一の工程と前記第二の工程で作製した構造物の上部で前記第一の工程と前記第二の工程を繰り返し、積層構造物を作製する第三の工程と、雰囲気、前記造形型の土台となる基材、或いは前記造形型を前記ゾルゲル転移温度以下にして前記積層構造物から前記第1ゲル状部材の積層部である造形型を除去し、造形対象物を作製する第四の工程と、を有する。 The method for producing this three-dimensional structure is to obtain a first gel-like member which is a temperature-responsive hydrogel having a sol-gel transition temperature, which is sol-gelized at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gelled at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. A first step of producing a sol-gel having a cavity at least partially provided by using it, a second step of filling the cavity with a second solution and curing it, and the first step and the second step. The first step and the second step are repeated on the upper part of the structure manufactured in the above step, and the third step of manufacturing the laminated structure, the atmosphere, the base material serving as the base of the sol-gel process, or the above. It has a fourth step of setting the modeling mold to the sol-gel transition temperature or lower, removing the modeling mold which is the laminated portion of the first gel-like member from the laminated structure, and producing a modeling object.

開示の技術によれば、高アスペクト比のゲル状態の立体構造物を小さな離型の負荷で作製することができる。 According to the disclosed technique, a gel-like three-dimensional structure having a high aspect ratio can be produced with a small release load.

第1の実施の形態に係る造形対象物の構造を例示する図である(図1(a)造形対象物の斜視図、図1(b)造形対象物の断面図、図1(c)造形対象物の上面図)。It is a figure which illustrates the structure of the modeling object which concerns on 1st Embodiment (FIG. 1 (a) perspective view of the modeling object, FIG. 1 (b) sectional view of the modeling object, FIG. 1 (c) modeling. Top view of the object). 第1の実施の形態に係る造形型の構造を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates the structure of the modeling mold which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る製造用の積層装置の模式図である。It is a schematic diagram of the laminating apparatus for manufacturing which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る製造方法において工程Aを実行した構造物を例示する図である(図4(a)小工程1、2、3を実行した図、図4(b)小工程4を実行した図、図4(c)上面図)。It is a figure which illustrates the structure which performed the process A in the manufacturing method which concerns on 1st Embodiment (FIG. 4 (a) figure which executed small steps 1, 2 and 3 and FIG. 4 (b) small process 4 4 (c) top view). 第1の実施の形態に係る製造方法において工程Bを実行した構造物を例示する図である(図5(a)小工程5を実行した図、図5(b)小工程6を実行した図)。It is a figure which illustrates the structure which executed the process B in the manufacturing method which concerns on 1st Embodiment (FIG. 5 (a) figure which executed small process 5, FIG. 5 (b) figure which executed small process 6 ). 第1の実施の形態に係る製造方法において工程Cを実行した構造物を例示する図である(図6(a)工程Aを繰り返した図、(図6(b)工程Bの工程5を実行した図、図6(c)工程Bの工程6を実行した図)。It is a figure which illustrates the structure which performed the process C in the manufacturing method which concerns on 1st Embodiment (the figure which repeated the process A of FIG. 6 (a), (the process 5 of FIG. 6 (b) process B is executed. 6 (c) A diagram in which step 6 of step B is executed). 第1の実施の形態に係る製造方法において工程Dを実行した構造物を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure which performed the step D in the manufacturing method which concerns on 1st Embodiment. 比較例において造形型が崩れた様子を例示する図である。It is a figure which illustrates the appearance that the modeling mold collapsed in a comparative example. 実施例2に係る造形対象物と造形型の構造を例示する図である(図9(a)造形対象物、図9(b)造形型)。It is a figure which illustrates the structure of the modeling object and the modeling mold which concerns on Example 2 (FIG. 9 (a) modeling object, FIG. 9 (b) modeling). 第二の実施の形態に係る実施例3の造形対象物の構造を例示する図である(図10(a)斜視図、図10(b)断面図)。It is a figure which illustrates the structure of the modeling object of Example 3 which concerns on 2nd Embodiment (FIG. 10 (a) perspective view, FIG. 10 (b) sectional view).

以下、図面を参照して、実施の形態の説明を行う。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted.

なお、以下の実施の形態では、本発明に係る立体構造物の製造方法の一例として、筒状構造物の製造方法について説明する。但し、本発明に係る立体構造物の製造方法は筒状構造物の製造方法には限定されず、小さな離型の負荷で作製することが要求される高アスペクト比のゲル状態の立体構造物の製造方法に幅広く適用することができる。 In the following embodiments, a method for manufacturing a tubular structure will be described as an example of a method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention. However, the method for producing a three-dimensional structure according to the present invention is not limited to the method for producing a tubular structure, and a three-dimensional structure in a gel state having a high aspect ratio, which is required to be produced with a small release load. It can be widely applied to manufacturing methods.

(実施の形態1)
<造形対象物2000の構造>
図1は、本実施の形態に係る筒状構造物を例示する図である。なお本明細書においては、材料が可撓性を有し、自由な変形が可能な部材であっても、少なくとも一方向に貫通する空間(空洞)が設けられた形状であれば筒状構造物とする。なお以降では説明の都合上、作製したい筒状構造物のことを造形対象物と称する。
(Embodiment 1)
<Structure of modeling object 2000>
FIG. 1 is a diagram illustrating a tubular structure according to the present embodiment. In the present specification, even if the material is a flexible member and can be freely deformed, it is a tubular structure as long as it has a shape provided with a space (cavity) penetrating in at least one direction. And. Hereinafter, for convenience of explanation, the tubular structure to be manufactured is referred to as a modeling object.

本実施の形態の造形対象物2000は、図1(a)の本実施の形態に係る筒状構造物である造形対象物2000を例示する斜視図に示すとおり、垂直方向に貫通した中空部2001が設けられている円筒状の部材である。図1(b)に示すのは、図1(a)のI−I線に沿う垂直方向の断面図である。また図1(c)は上面図である。なお本明細書においては、図1(a)で示すように、造形対象物2000の貫通する空間が上下になるように直立させたときのZ方向を垂直方向とする。なお本明細書の中の方向は製造工程を説明するための便宜上のものであり、筒状構造物の使用用途を制限するものではない。 The modeling object 2000 of the present embodiment is a hollow portion 2001 penetrating in the vertical direction as shown in a perspective view illustrating the modeling object 2000 which is a cylindrical structure according to the present embodiment of FIG. 1A. Is a cylindrical member provided with. FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. 1 (a) in the vertical direction. Further, FIG. 1 (c) is a top view. In the present specification, as shown in FIG. 1A, the Z direction when the modeling object 2000 is erected upright so that the space through which the modeling object 2000 penetrates is upright is defined as the vertical direction. The directions in the present specification are for convenience of explaining the manufacturing process, and do not limit the usage of the tubular structure.

造形対象物2000は、例えばκ-カラギーナン(三晶、CSK−01)をゲル化した材料からなる、可撓性を有するやわらかいチューブ形状の部材である。外径は3mm、外壁の厚みは0.9mm、高さは10mm程度で、例えば人口の血管モデルとして用いることができる。また後述するが、造形対象物2000の形状は円筒に限られるものではない。四角筒、三角筒などの多様な形状を造形することが可能である。 The modeling object 2000 is a flexible and soft tube-shaped member made of, for example, a gelled material of κ-carrageenan (tricrystal, CSK-01). The outer diameter is 3 mm, the thickness of the outer wall is 0.9 mm, and the height is about 10 mm. For example, it can be used as an artificial blood vessel model. Further, as will be described later, the shape of the modeling object 2000 is not limited to the cylinder. It is possible to model various shapes such as square cylinders and triangular cylinders.

<造形対象物2000の製造方法>
<造形型1000>
造形対象物2000を製造するためには、造形型1000が必要である。図2は、造形対象物2000を製造する造形型1000について説明する図である。図2に示す造形型1000は、垂直方向に環状(筒状)の中空空間が設けられている。より詳しくは、筒形状の部材と、筒形状の部材の内側の中空の空間に設けられた柱形状の部材の、2つの部材から構成されている。以降は、筒状の部材を筒状造形型1001、柱状の部材を柱状造形型1002、これら2つをあわせたものを造形型1000と称する。また筒状造形型1001と柱状造形型1002と間の空間をスペース1003とする。
<Manufacturing method of modeling object 2000>
<Modeling type 1000>
In order to manufacture the modeling object 2000, the modeling mold 1000 is required. FIG. 2 is a diagram illustrating a modeling mold 1000 for manufacturing a modeling object 2000. The modeling mold 1000 shown in FIG. 2 is provided with an annular (cylindrical) hollow space in the vertical direction. More specifically, it is composed of two members, a tubular member and a pillar-shaped member provided in a hollow space inside the tubular member. Hereinafter, the tubular member will be referred to as a tubular modeling die 1001, the columnar member will be referred to as a columnar modeling die 1002, and the combination of these two will be referred to as a modeling die 1000. Further, the space between the tubular molding die 1001 and the columnar molding die 1002 is defined as a space 1003.

筒状造形型1001と柱状造形型1002は、土台となる基材102上で柱状造形型1002が筒状造形型1001の内壁に接触しないように配置される。また筒状造形型1001と柱状造形型1002の高さは等しいか、もしくは柱状造形型1002のほうが高いことが好ましい。理由としては、製造方法は後述するが、造形対象物2000の材料をスペース1003に注入して造形対象物2000を作製する。そこで柱状造形型1002の高さが筒状造形型1001よりも低く形成された場合は、造形対象物2000の高さ中空部2001を上下方向に貫通させることができず、造形対象物2000が筒形状とならないためである。基材102は、造形型1000や造形対象物2000の材料となる溶液が付着すればよく、金属、ガラス、プラスチックフィルムなどが挙げられるが、特に制限しない。 The tubular molding die 1001 and the columnar molding die 1002 are arranged on the base material 102 as a base so that the columnar molding die 1002 does not come into contact with the inner wall of the tubular molding die 1001. Further, it is preferable that the heights of the tubular molding die 1001 and the columnar molding die 1002 are equal to each other, or that the columnar molding die 1002 is higher. The reason is that the manufacturing method will be described later, but the material of the modeling object 2000 is injected into the space 1003 to produce the modeling object 2000. Therefore, when the height of the columnar modeling die 1002 is formed lower than that of the tubular modeling die 1001, the height hollow portion 2001 of the modeling object 2000 cannot be penetrated in the vertical direction, and the modeling object 2000 is formed into a cylinder. This is because it does not have a shape. The base material 102 may be attached with a solution as a material for the modeling mold 1000 or the modeling object 2000, and examples thereof include metal, glass, and plastic film, but the substrate 102 is not particularly limited.

<溶液>
本実施の形態では、造形型1000用の高分子と、造形対象物2000を形成する高分子の2種類の高分子を用いて、3次元的な造形対象物2000を造形する。なお、本明細書においては、造形型1000の材料となる高分子を高分子Aとし、高分子Aを溶液化したものを溶液Aとする。また造形対象物2000の材料となる高分子を高分子Bとし、高分子Bを溶液化したものを溶液Bとする。なお溶液Aと溶液Bは、ゾルゲル転移温度が異なる。また造形対象物2000は、2種類以上の高分子Bを用いて形成しても良い。
<Solution>
In the present embodiment, the three-dimensional modeling object 2000 is modeled by using two types of polymers, a polymer for the modeling model 1000 and a polymer forming the modeling object 2000. In the present specification, the polymer used as the material of the modeling mold 1000 is referred to as the polymer A, and the solution of the polymer A is referred to as the solution A. Further, the polymer used as the material of the modeling object 2000 is referred to as polymer B, and the solution of the polymer B is referred to as solution B. Note that solution A and solution B have different sol-gel transition temperatures. Further, the modeling object 2000 may be formed by using two or more kinds of polymers B.

<溶液A(第1の溶液)の説明>
溶液Aは造形型1000の材料となる溶液である。溶液Aとしては、温度応答性ゾルゲル転移材料となる温度応答性のハイドロゲル形成性高分子を溶液化したものを用いる。以下、温度応答性ゾルゲル転移材料について詳説する。
<Explanation of solution A (first solution)>
Solution A is a solution that serves as a material for modeling mold 1000. As the solution A, a solution of a temperature-responsive hydrogel-forming polymer used as a temperature-responsive sol-gel transition material is used. The temperature-responsive sol-gel transition material will be described in detail below.

ゾルゲル転移材料とは、ゾルとゲルとの間の可逆的な相転移現象であるゾルゲル転移を示す高分子材料を指す。特にハイドロゲル形成性高分子である高分子Aは、溶液Aがゾルゲル転移温度より低い温度でゾル化し、且つ、ゾルゲル転移温度より高い温度でゲル化するゾルゲル転移温度を有する限り、特に制限されない。なお本実施の形態では、ゾル状態とは流動性のある液体状態を指し、ゲル状態とは増粘して流動性を失った状態を指す。 The sol-gel transition material refers to a polymer material that exhibits a sol-gel transition, which is a reversible phase transition phenomenon between a sol and a gel. In particular, the polymer A, which is a hydrogel-forming polymer, is not particularly limited as long as the solution A has a sol-gel transition temperature that sol-gels at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gels at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. In the present embodiment, the sol state refers to a fluid state, and the gel state refers to a state in which the fluid is thickened and loses fluidity.

溶液がゾルゲル転移温度より低い温度でゾル化し、且つ、ゾルゲル転移温度より高い温度でゲル化するゾルゲル転移温度を有するハイドロゲル形成性高分子の例として、メチルセルロース、特許文献2(特許5019851)に示される8−arms PEG−block−PLLA−cholesterol・コンジュゲイトや、特許文献3(特許5264103)に示されるPoly[(Glc−Asp)−r−DL−LA]−g−PEG、Pluronic(登録商標) F127やKolliphor(登録商標) P407の名称で市販されているポロキサマー407がある。但しこれらは一例であり、限定されるものではない。ハイドロゲル形成性高分子の中でも、溶液が23度から28度前後の室温付近でゾルゲル転移すること、容易が入手であること、そして利用実績から、ポロキサマー407(以下、ポロキサマー)を高分子Aとして用いることが最も好ましい。 Methyl cellulose is shown in Patent Document 2 (Patent 501951) as an example of a hydrogel-forming polymer having a sol-gel transition temperature in which a solution sol-gels at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gels at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. 8-arms PEG-block-PLLA-cholesterol conjugate, Poly [(Glc-Asp) -r-DL-LA] -g-PEG, Pluronic® shown in Patent Document 3 (Patent 5264103). There are poloxamers 407 commercially available under the names of F127 and Kolliphor® P407. However, these are examples and are not limited. Among the hydrogel-forming polymers, poloxamer 407 (hereinafter referred to as poloxamer) is designated as polymer A because the solution undergoes a sol-gel transition at around room temperature of around 23 to 28 degrees Celsius, is easily available, and has been used. Most preferably used.

また溶液は、高分子の濃度と添加物を変化させることで、ゾルゲル転移温度を調整することが可能である。本実施の形態では、一例として、ゾルゲル転移温度を有する高分子溶液Aとして、ポロキサマー水溶液を使用する例について説明する。ポロキサマー水溶液の場合、ポロキサマーの濃度を変化させることでゾルゲル転移温度を調整できる。例えば15重量パーセント濃度の場合は、ゾルゲル転移温度は30度から40度付近である。20重量パーセント濃度の場合は、ゾルゲル転移温度は約20度である。また添加物を加えることでも、ゾルゲル転移温度が調整できる。25重量パーセント濃度のポロキサマー水溶液に塩化ナトリウムを添加した場合は、ゾルゲル転移温度が5度から10度付近となる。 In addition, the solution can adjust the sol-gel transition temperature by changing the concentration of the polymer and the additives. In this embodiment, as an example, an example in which a poloxamer aqueous solution is used as the polymer solution A having a sol-gel transition temperature will be described. In the case of an aqueous poloxamer solution, the sol-gel transition temperature can be adjusted by changing the concentration of poloxamer. For example, at a concentration of 15 weight percent, the sol-gel transition temperature is around 30 to 40 degrees. For a 20 weight percent concentration, the sol-gel transition temperature is about 20 degrees. The sol-gel transition temperature can also be adjusted by adding an additive. When sodium chloride is added to a 25% by weight poloxamer aqueous solution, the sol-gel transition temperature becomes around 5 to 10 degrees.

添加物の例としては他に食品添加物に用いられるメチルセルロースとソルビトールの組み合わせも、入手が容易であり、溶液のゾルゲル転移温度を40度未満に調整することができる。なお添加物は上記以外にもポリアクリル粒子やキトサンなどの粒子、増粘剤、色素、蛍光染料、繊維、分散剤、有機溶媒などが挙げられるが、これらは一例であり、限定されるものではない。 As an example of the additive, a combination of methyl cellulose and sorbitol used for food additives is also easily available, and the sol-gel transition temperature of the solution can be adjusted to less than 40 degrees. In addition to the above, additives include particles such as polyacrylic particles and chitosan, thickeners, dyes, fluorescent dyes, fibers, dispersants, organic solvents, etc., but these are examples and are not limited. do not have.

高分子の濃度や添加物の添加によりゾルゲル転移温度が変化する性質を用いて、造形対象物2000の材料である溶液Bが凝固する温度よりも、造形型1000の材料である溶液Aがゾル化するゾルゲル転移温度を低く調整する。つまり状態変化を起こす温度が異なる溶液を用いて造形型1000と造形対象物2000を作製することで、温度変化により、各溶液の状態変化を同時に制御することが可能である。 By using the property that the sol-gel transition temperature changes depending on the concentration of the polymer and the addition of additives, the solution A, which is the material of the modeling mold 1000, is sol-ized rather than the temperature at which the solution B, which is the material of the modeling object 2000, solidifies. Adjust the sol-gel transition temperature to a low level. That is, by producing the modeling mold 1000 and the modeling object 2000 using solutions having different temperatures that cause a state change, it is possible to simultaneously control the state change of each solution by the temperature change.

より具体的には、ゲル状態の溶液A及びゾル状態の溶液Bが同時に存在する状態から、溶液Aをゲル状態のままで溶液Bをゲル化させる。また再び温度を変化させて、溶液Aをゾル化させ、溶液Bはゲル状態のまま、といった2種類の溶液の状態変化を制御することができる。ひとつの高分子Aは高分子の濃度や添加物の変化により異なるゾルゲル転移温度をもつ溶液に調整することができるため、溶液Aと溶液Bの材料も多用に組み合わせることができる。 More specifically, the solution B is gelled while the solution A is in the gel state from the state in which the solution A in the gel state and the solution B in the sol state are present at the same time. Further, the temperature can be changed again to control the state change of the two kinds of solutions, such as solizing the solution A and leaving the solution B in the gel state. Since one polymer A can be adjusted to a solution having a different sol-gel transition temperature depending on the concentration of the polymer and changes in additives, the materials of the solution A and the solution B can be combined in various ways.

<溶液B(第2の溶液)の説明>
溶液B(第2の溶液)は造形対象物2000の材料となる溶液である。溶液Bの原料となる高分子Bは、溶液Aがゲル状態であっても溶液Bがゲル化できるもの、つまり高分子Aのゾルゲル転移温度以上の温度領域であっても凝固(硬化)が可能な材料であれば、特に制限しない。一例としては、樹脂やゲルが含まれる。また溶液Bは粒子等を含んでいても良い。
<Explanation of solution B (second solution)>
Solution B (second solution) is a solution that is a material for the modeling object 2000. The polymer B, which is the raw material of the solution B, can be gelled even if the solution A is in a gel state, that is, it can be solidified (cured) even in a temperature range higher than the sol-gel transition temperature of the polymer A. There are no particular restrictions as long as it is a suitable material. Examples include resins and gels. Further, the solution B may contain particles and the like.

なお、本実施の形態では造形型1000と造形対象物2000で異なる2種類の高分子を用いて作製したが、1種類の高分子から、温度応答性の異なる2種類の溶液を作製し、各々の溶液で造形型1000と造形対象物2000を作製することもできる。 In the present embodiment, the modeling mold 1000 and the modeling object 2000 were prepared using two different types of polymers, but two types of solutions having different temperature responsiveness were prepared from one type of polymer, and each of them was prepared. It is also possible to prepare the modeling mold 1000 and the modeling object 2000 with the solution of.

<製造方法>
造形対象物2000は、大工程である工程A、工程B、工程C、及び工程Dを順次実行することにより製造される。工程Aは、小工程である少なくとも工程1、工程2及び工程3を順次実行することにより、造形型1000の一部を造形する工程である。また更に工程Aは工程3を実行した後に、小工程である工程4を含んでも良い。工程Bは、小工程である工程5及び工程6を順次実行することにより、工程Aで造形した造形型1000のスペース1003に溶液Bを注入し、溶液Bをゲル化させて固める工程である。工程Cは、造形型1000及び造形対象物2000が任意の高さ及び形状になるまで、工程A、工程Bを繰り返す工程である。工程Dは、造形型1000を造形対象物2000から除去する工程である。
<Manufacturing method>
The modeling object 2000 is manufactured by sequentially executing the large steps of step A, step B, step C, and step D. Step A is a step of modeling a part of the modeling mold 1000 by sequentially executing at least step 1, step 2 and step 3, which are small steps. Further, step A may include step 4, which is a small step, after executing step 3. Step B is a step of injecting the solution B into the space 1003 of the modeling die 1000 formed in the step A by sequentially executing the small steps of the steps 5 and 6, and gelling and solidifying the solution B. Step C is a step of repeating steps A and B until the modeling mold 1000 and the modeling object 2000 have an arbitrary height and shape. Step D is a step of removing the modeling mold 1000 from the modeling object 2000.

表1は、工程ごとの溶液A、溶液Bの状態と、雰囲気の温度の変化を示したものである。なお、本明細書では、雰囲気とは積層造形装置の周囲の空気を表現する。例えば恒温槽を用いる場合は、恒温槽内部で温度調節された空気を意味し、室内で特段の温度調整をしない場合は室温を意味する。 Table 1 shows the states of the solutions A and B and the changes in the temperature of the atmosphere for each step. In this specification, the atmosphere represents the air around the laminated modeling apparatus. For example, when a constant temperature bath is used, it means air whose temperature is regulated inside the constant temperature bath, and when no special temperature adjustment is performed indoors, it means room temperature.

Figure 0006915328
工程Aは、溶液Aを用いて、上下方向に貫通する環状の空間が設けられた第1ゲル状部材を作製する第1ゲル状部材作製工程である。第1ゲル状部材は、造形型1000もしくは造形型1000の一部を称する。
Figure 0006915328
Step A is a first gel-like member manufacturing step of producing a first gel-like member provided with an annular space penetrating in the vertical direction using the solution A. The first gel-like member refers to a modeling mold 1000 or a part of the modeling mold 1000.

以下は造形型1000の一部を積層造形する手法を説明するが、所望の形状に造形することができれば単層でもよく、必ずしも複数層を積層する必要はない。本実施の形態では、装置構成が容易な点から、図3に示す空気圧式のディスペンサ104を用いた造形方法を一例として説明する。なお本実施の形態では、説明の便宜上単層のものであっても積層造形と称する。 The method of laminating a part of the modeling die 1000 will be described below, but a single layer may be used as long as it can be formed into a desired shape, and it is not always necessary to laminate a plurality of layers. In the present embodiment, a modeling method using the pneumatic dispenser 104 shown in FIG. 3 will be described as an example from the viewpoint of easy device configuration. In the present embodiment, for convenience of explanation, even a single layer is referred to as laminated modeling.

工程Aの詳細は図4を参照して説明する。また工程Aは、小工程である工程1、工程2、工程3、工程4を設けている。小工程の詳細は以下に詳説するが、第1ゲル状部材が単層の場合は、工程1、工程2、及び工程3を順次実行することにより達成される。第1ゲル状部材として複数層を積層する場合は、工程1、工程2、工程3、及び工程4を順次実行することにより達成される。 The details of the step A will be described with reference to FIG. Further, step A includes steps 1, step 2, step 3, and step 4, which are small steps. The details of the small steps will be described in detail below, but when the first gel-like member is a single layer, it is achieved by sequentially executing the steps 1, step 2, and step 3. When a plurality of layers are laminated as the first gel-like member, it is achieved by sequentially executing step 1, step 2, step 3, and step 4.

工程1は、図3に示すようなゲル状態の溶液Aを注入したシリンジ101を用意し、圧縮空気でシリンジ101の上部を加圧し、シリンジ101下部のシリンジノズル105先端から、駆動ステージ103上の基材102に向けて溶液Aを吐出する。溶液Aを吐出する方法としては、本実施の形態で示す空気圧式のディスペンサ104のほかにも、機械的な押し出し、静電吐出などが挙げられるが、吐出方法は特に制限しない。 In step 1, a syringe 101 in which the gel-like solution A as shown in FIG. 3 is injected is prepared, the upper part of the syringe 101 is pressurized with compressed air, and the tip of the syringe nozzle 105 below the syringe 101 is placed on the drive stage 103. The solution A is discharged toward the base material 102. Examples of the method for discharging the solution A include mechanical extrusion, electrostatic discharge, and the like in addition to the pneumatic dispenser 104 shown in the present embodiment, but the discharge method is not particularly limited.

工程2はシリンジ101と基材102とを水平方向に相対移動させる。シリンジノズル105を動かしても、駆動ステージ103及び基材102を動かしても良いが、吐出する溶液Aの形状が崩れないように、シリンジ101を動かすことが好ましい。 In step 2, the syringe 101 and the base material 102 are relatively moved in the horizontal direction. The syringe nozzle 105 may be moved, or the drive stage 103 and the base material 102 may be moved, but it is preferable to move the syringe 101 so that the shape of the discharged solution A does not collapse.

工程3は、図4(a)に示すように、工程1、2により溶液Aが基材102上に吐出され、任意の形状で一層造形する。図4(a)に示すのが、溶液Aによる一層分の第1ゲル状部材の垂直方向の断面図である。 In step 3, as shown in FIG. 4A, the solution A is discharged onto the base material 102 in steps 1 and 2, and the solution A is further formed into an arbitrary shape. FIG. 4A is a vertical cross-sectional view of the first gel-like member for one layer of the solution A.

工程4は、図4(b)に示すように、工程3で作製した溶液Aの構造物の上部に、再度溶液Aを吐出して積層する。図4(b)に示すのが、4層積層した垂直方向の断面図である。また図4(c)に示すのが、図4(a)及び図4(b)に共通するA−A線が入った上面図である。 In step 4, as shown in FIG. 4B, the solution A is discharged again and laminated on the upper part of the structure of the solution A prepared in the step 3. FIG. 4 (b) is a cross-sectional view in the vertical direction in which four layers are laminated. Further, FIG. 4 (c) is a top view showing the line AA common to FIGS. 4 (a) and 4 (b).

工程Aにより、任意の形状及び高さになるまで工程1から工程4を繰り返し、溶液Aを積層する。また工程Aはゾルゲル転移温度以上の雰囲気下において行われる。よって溶液Aは吐出から積層まで一貫してゲル状態で保持される。 In step A, steps 1 to 4 are repeated until the shape and height become arbitrary, and the solution A is laminated. Further, the step A is performed in an atmosphere equal to or higher than the sol-gel transition temperature. Therefore, the solution A is consistently held in a gel state from discharge to lamination.

溶液Aをゾルゲル転移温度以上に保持する方法として、駆動ステージ103とシリンジ101をペルチェ素子で加熱する、恒温槽内部の加熱環境下で造形する、などの加熱機構を用いることができる。但し雰囲気がゾルゲル転移温度以上であれば良く、室温がゾルゲル転移温度より高い場合においては加熱機構を必要としない。 As a method of keeping the solution A above the sol-gel transition temperature, a heating mechanism such as heating the drive stage 103 and the syringe 101 with a Pelche element or modeling in a heating environment inside a constant temperature bath can be used. However, the atmosphere may be equal to or higher than the sol-gel transition temperature, and when the room temperature is higher than the sol-gel transition temperature, a heating mechanism is not required.

工程Bは、工程Aにより作製された環状の空間(スペース1003)を、第2ゲル状部材となる溶液Bで充填する第2ゲル状部材充填工程である。本実施の形態では、一例として、小工程である工程5、工程6を順次実行することでゾル状態の溶液Bをスペース1003に充填し、ゲル化させている。しかし溶液Bはゾル状態のものに限らず、工程B完了時に、スペース1003が造形対象物2000の一部であるゲル状態の部材で充填されていれば良い。スペース1003に流し込む工程を小工程5、硬化させる工程を小工程6として以下に詳説する。 Step B is a second gel-like member filling step in which the annular space (space 1003) created in step A is filled with the solution B to be the second gel-like member. In the present embodiment, as an example, the sol-state solution B is filled in the space 1003 and gelled by sequentially executing the small steps, step 5 and step 6. However, the solution B is not limited to the one in the sol state, and when the step B is completed, the space 1003 may be filled with the gel-state member which is a part of the modeling object 2000. The step of pouring into the space 1003 is referred to as a small step 5, and the step of curing is referred to as a small step 6, which will be described in detail below.

工程5は図5(a)に示すように、未硬化のゾル状態の溶液Bを第1ゲル状部材のスペース1003にシリンジ101で注入する。また工程5は第1ゲル状部材がゾル化しないように、第1ゲル状部材をゾルゲル転移温度以上に保持した状態で行う。造形型1000をゾルゲル転移温度以上の温度に保持する方法は、前述した工程Aの造形型1000を積層造形する際の保持手段と同様である。未硬化の溶液Bを注入する手段は、ピペット、スポイト、シリンジなどが挙げられるが、特に制限しない。図5(a)では、溶液Bがゾル状態かゲル状態であるかを明記するため、ゾル状態の溶液BをBSと称する。 In step 5, as shown in FIG. 5A, the uncured sol solution B is injected into the space 1003 of the first gel-like member with a syringe 101. Further, the step 5 is performed in a state where the first gel-like member is held at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature so that the first gel-like member does not become sol-gel. The method of holding the model 1000 at a temperature equal to or higher than the sol-gel transition temperature is the same as the holding means for laminating the model 1000 in step A described above. The means for injecting the uncured solution B includes a pipette, a dropper, a syringe and the like, but is not particularly limited. 5 (a), because the solution B to specify whether a sol state or a gel state, referred to as solution B sol state B S.

工程6は図5(b)に示すように、第1ゲル状部材のスペース1003に注入した溶液Bを硬化させる。溶液Bの種類と硬化方法は特に限定しない。工程6を実行した際に、構造物は溶液Aと溶液Bが各々ゲル状態で混じらずに存在している。図5(b)では、溶液Bがゲル状態であるため、Bと称する。 In step 6, as shown in FIG. 5B, the solution B injected into the space 1003 of the first gel-like member is cured. The type of solution B and the curing method are not particularly limited. When step 6 is performed, the structure is present in which solution A and solution B are not mixed in a gel state. In FIG. 5B, since the solution B is in a gel state, it is referred to as B g.

溶液Bの硬化方法は、溶液Bの種類によって、UV照射、放熱、架橋剤の添加、などが挙げられるが、特に制限しない。時間経過により硬化する材料であれば、そのまま放置してもよい。 The curing method of the solution B includes UV irradiation, heat dissipation, addition of a cross-linking agent, etc., depending on the type of the solution B, but is not particularly limited. Any material that cures over time may be left as it is.

UV照射で硬化する溶液としては、UVレジンが挙げられる。 Examples of the solution that cures by UV irradiation include UV resin.

放熱によって硬化する溶液としては、アガロースゲルやカラギーナンゲル、ゼラチンゲルなどが挙げられる。これらの溶液を、ゲル状態からゾルゲル転移温度以上に加熱してゾル状態に溶解し、造形型1000(第1ゲル状部材)のスペース1003に注入して造形型1000の温度まで放熱することによって硬化させても良い。 Examples of the solution that cures by heat dissipation include agarose gel, carrageenan gel, gelatin gel and the like. These solutions are heated from the gel state to a sol-gel transition temperature or higher to dissolve in the sol state, injected into the space 1003 of the modeling mold 1000 (first gel-like member), and cured by dissipating heat to the temperature of the modeling mold 1000. You may let me.

架橋剤の添加による硬化方法として、造形型1000のスペース1003へ溶液Bを注入する前に、溶液Bに架橋剤を添加して、溶液Bが硬化しきる前の徐々に硬化しているゲル段階で注入し、注入後に自然に硬化させる方法を用いてもよい。例えば、アルギン酸ナトリウム水溶液に塩化カルシウムを添加する、ポリビニルアルコール水溶液にホウ砂を添加する、などが挙げられる。アルジネート印象材と呼ばれる、アルギン酸ナトリウムと難溶性カルシウム塩、キレート剤とが混合された粉末に対して水を添加し混合すると、数分から十数分で徐々に硬化していく特性がある。アルジネート印象材を水に混合して直ちに造形型1000のスペース1003に注入し、数分から十数分放置することによって溶液Bを硬化させてもよい。 As a curing method by adding a cross-linking agent, before injecting the solution B into the space 1003 of the modeling mold 1000, the cross-linking agent is added to the solution B, and the gel stage is gradually cured before the solution B is completely cured. A method of injecting and naturally curing after infusion may be used. For example, calcium chloride is added to an aqueous solution of sodium alginate, borax is added to an aqueous solution of polyvinyl alcohol, and the like. When water is added to a powder called alginate impression material, which is a mixture of sodium alginate, a sparingly soluble calcium salt, and a chelating agent, and mixed, it has the property of gradually curing in a few minutes to a dozen minutes. The solution B may be cured by mixing the alginate impression material with water, immediately injecting it into the space 1003 of the molding die 1000, and leaving it to stand for several minutes to ten and several minutes.

また、構造物において、第1ゲル状部材の上面と硬化した溶液B(以降、第2ゲル状部材とする)の上面が同一平面上となるように、スペース1003を溶液Bで充填させることが好ましい。また本実施の形態に係る成型方法は、造形対象物2000の材料や、造形型1000の材料がゲル状のもろい部材の場合であっても有効な成型方法である。この効果に寄与する特徴のひとつが、第2ゲル状部材が、サポート材としての役割を担うということがある。詳しい効果は後述する。 Further, in the structure, the space 1003 may be filled with the solution B so that the upper surface of the first gel-like member and the upper surface of the cured solution B (hereinafter referred to as the second gel-like member) are flush with each other. preferable. Further, the molding method according to the present embodiment is an effective molding method even when the material of the modeling object 2000 or the material of the modeling mold 1000 is a gel-like brittle member. One of the features that contributes to this effect is that the second gel-like member plays a role as a support material. The detailed effect will be described later.

本実施の形態では、ゲル状の溶液で造形型1000を積層造形しているため、層間にへこみや段差が形成されることがある。よって造形対象物2000へとへこみや段差が転写されることを防ぐために、溶液Bを造形型1000のスペース1003に注入する前に、造形型1000の表面から凹凸を取り除いておくことが好ましい。一例としては、工程Aの実行または終了後、雰囲気の温度を下げるなどし、若干ゾルゲル転移温度に近づけ、第1ゲル状部材の該周囲のみをゾル化させることで段差を取り除くことができる。 In the present embodiment, since the modeling mold 1000 is laminated and molded with the gel-like solution, dents and steps may be formed between the layers. Therefore, in order to prevent the dents and steps from being transferred to the modeling object 2000, it is preferable to remove the unevenness from the surface of the modeling mold 1000 before injecting the solution B into the space 1003 of the modeling mold 1000. As an example, after the execution or completion of the step A, the step can be removed by lowering the temperature of the atmosphere to slightly approach the sol-gel transition temperature and sol-forming only the periphery of the first gel-like member.

工程Cは、図6に示すとおり、工程A、Bにより造形された構造物の上部に、目的の造形対象物2000の高さ及び形状になるまで工程A、Bを繰り返す工程である。つまり、前述した何れかの方法によって溶液Bを硬化させた後、図6(a)に示されるように、構造物の上部で再度工程Aから繰り返し、積層する。その後、図6(b)に示されるように、工程Bと同じく、スペース1003に溶液Bを注入し、図6(c)に示されるように、工程Cと同じくスペースに充填された溶液Bを硬化させる。 As shown in FIG. 6, step C is a step of repeating steps A and B on the upper part of the structure formed by steps A and B until the height and shape of the target modeling object 2000 are reached. That is, after the solution B is cured by any of the above-mentioned methods, as shown in FIG. 6A, the process A is repeated and laminated on the upper part of the structure. Then, as shown in FIG. 6 (b), the solution B is injected into the space 1003 as in step B, and as shown in FIG. 6 (c), the solution B filled in the space as in step C is poured. Let it cure.

例えば、2cm程度の筒状の造形対象物2000を造形したい場合は、所望の高さ(2cm)に到達するまで、0.5cmくらいの比較的低アスペクト比の構造物の造形を4度繰り返せばよい。造形対象物2000の直径が垂直方向に同径な寸胴形状の場合は、前工程までに積層された第1ゲル状部材の上部に、同一形状に溶液Aを吐出すればよい。なお目的とする造形対象物2000の形状によっては、硬化した溶液Bの上部に溶液Aを積層してもよい。 For example, if you want to model a tubular modeling object 2000 of about 2 cm, you can repeat modeling of a structure with a relatively low aspect ratio of about 0.5 cm four times until you reach the desired height (2 cm). good. When the diameter of the object to be modeled 2000 is the same in the vertical direction, the solution A may be discharged into the same shape on the upper part of the first gel-like member laminated up to the previous step. Depending on the shape of the target modeling object 2000, the solution A may be laminated on the cured solution B.

工程Dは、図7に示すように、目的の形状に形成した造形対象物2000から、造形型1000を取り除く工程である。ゲル状態の造形型1000の除去には、力学的な除去方法と、ゾル化による除去方法が挙げられる。造形型1000はゲル状態であるから、ピンセットやコテを使用して力学的に剥離することもできる。しかし、造形対象物2000や造形型1000は脆く可塑性がある。特に造形対象物2000の中空部2001を形成するための柱状造形型1002は微細であり、内部の中空部に充填された造形型1000を手作業で完全に取り除くのは困難である。また筒状造形型1001の剥離時も、造形対象物2000に対して力学的負荷が生じるため、破損しやすくなる。 As shown in FIG. 7, the step D is a step of removing the modeling mold 1000 from the modeling object 2000 formed in the target shape. Examples of the removal of the gel-state modeling mold 1000 include a mechanical removal method and a removal method by solification. Since the modeling mold 1000 is in a gel state, it can be mechanically peeled off using tweezers or a trowel. However, the modeling object 2000 and the modeling mold 1000 are brittle and plastic. In particular, the columnar modeling mold 1002 for forming the hollow portion 2001 of the modeling object 2000 is fine, and it is difficult to completely remove the modeling mold 1000 filled in the hollow portion inside by hand. Further, even when the tubular modeling mold 1001 is peeled off, a mechanical load is generated on the modeling object 2000, so that the tubular modeling mold 1001 is easily damaged.

そこで造形型1000は、ゾル化して除去することが望ましい。造形型1000の材料となる溶液Aは温度応答性ゾルゲル転移材料であるため、造形型1000をゾル化温度未満まで冷却することで、溶液Aはゾル化し、容易に取り除くことが可能となる。冷却する手段は、冷蔵庫・冷凍庫などの低温状態で保持する、冷却物を造形型1000に当てる、などが挙げられるが、造形型1000を冷却できる手段であれば特に制限しない。 Therefore, it is desirable that the modeling mold 1000 is solified and removed. Since the solution A, which is the material of the modeling mold 1000, is a temperature-responsive sol-gel transition material, the solution A is sol-ized and can be easily removed by cooling the modeling mold 1000 to a temperature lower than the sol-gel formation temperature. Examples of the cooling means include holding the model 1000 in a low temperature state such as a refrigerator or a freezer, and applying a cooled object to the model 1000, but the method is not particularly limited as long as the model 1000 can be cooled.

また取り出した造形対象物2000は、密閉状態や水につけて保管することで、形崩れを防ぐことができる。 Further, the shape of the object to be modeled 2000 taken out can be prevented from losing its shape by storing it in a closed state or by immersing it in water.

高いアスペクト比の造形対象物は、円筒の長手方向を垂直方向に立てた状態で造形するのではなく、水平方向に寝かせた状態で、造形型を用いて造形することも考えられる。しかし本明細書では、造形対象物に一方向に貫通した空間を設ける必要がある。水平方向に寝かせた状態で造形する場合は、貫通した中空空間を設けるために、製法と造形型の形状が複雑となる。また中央の中空空間を設けるために、柱形状の造形型を宙に浮かせなくてはならず、中空空間の位置や寸法が安定しない。特に、短手方向の断面が略円形状となる造形対象物(例えば円筒)を作製することは困難であった。よって、水平方向に寝かせた状態では、作製可能な造形対象物の形状が狭まる。 It is conceivable that the object to be modeled with a high aspect ratio is not modeled in a state where the longitudinal direction of the cylinder is erected in the vertical direction, but is modeled in a state where it is laid down in the horizontal direction using a modeling mold. However, in the present specification, it is necessary to provide a space penetrating in one direction in the object to be modeled. When modeling in a horizontally laid state, the manufacturing method and the shape of the modeling mold become complicated in order to provide a hollow space that penetrates. Further, in order to provide the central hollow space, the pillar-shaped molding must be floated in the air, and the position and dimensions of the hollow space are not stable. In particular, it has been difficult to produce a modeling object (for example, a cylinder) having a substantially circular cross section in the lateral direction. Therefore, when the object is laid down in the horizontal direction, the shape of the object to be modeled is narrowed.

また造形対象物を長手方向に裂くように複数のパーツに分けて造形し、それらを接着して筒形状とすることも考えられる。しかし造形対象物をチューブとして、液体の注入や材料をつめるなどの用途で使用したときに、何らかの部材をつめた中空空間から対象物の外側にかけての圧力で、長手方向の接着がさけ、破損する可能性が高い。また、造形対象物を可撓性のある材料で造形する場合、横方向での造形では内側の空間がつぶれる可能性が高い。よって高アスペクト比かつ筒形状の造形対象物は、水平方向に寝かせた状態で造形することはできない。 It is also conceivable that the object to be modeled is divided into a plurality of parts so as to be torn in the longitudinal direction, and the objects are bonded to form a tubular shape. However, when the object to be modeled is used as a tube for injection of liquid or filling of materials, the pressure from the hollow space filled with some members to the outside of the object avoids adhesion in the longitudinal direction and causes damage. Probability is high. In addition, when the object to be modeled is modeled with a flexible material, there is a high possibility that the inner space will be crushed in the lateral modeling. Therefore, an object to be modeled with a high aspect ratio and a tubular shape cannot be modeled while lying down in the horizontal direction.

本実施の形態に係る造形対象物の製造方法では、温度応答性ゾルゲル転移材料で造形型1000を積層し、ゾル化による除去方法を行うことで、垂直方向に貫通した中空部2001が設けられた造形対象物2000を、力学的負荷無く得ることができる。このことから従来よりも造形した造形対象物2000に対する力学的負荷を低減することが可能となり、造形対象物2000をもろい材料で造形することが可能となる。また造形対象物2000が高アスペクト比で複雑な形状をであっても、造形型1000を造形対象物2000からゾル化して流出させることができるので、微細な加工が必要であっても問題ない。 In the method for manufacturing a modeling object according to the present embodiment, the modeling mold 1000 is laminated with a temperature-responsive sol-gel transition material, and the removal method is performed by solification to provide a hollow portion 2001 penetrating in the vertical direction. The modeling object 2000 can be obtained without a mechanical load. From this, it is possible to reduce the mechanical load on the modeled object 2000 that has been modeled as compared with the conventional case, and it is possible to model the modeled object 2000 with a brittle material. Further, even if the modeling object 2000 has a high aspect ratio and a complicated shape, the modeling die 1000 can be solified from the modeling object 2000 and flowed out, so that there is no problem even if fine processing is required.

そして造形対象物2000を製造する際に、工程Aと工程Bを繰り返すことで、造形型1000の積層と、造形対象物2000の造形を同時に行うことができる。このような造形手法をとることで、工程Cで構造物の上部に溶液Aを積層する際に、土台となる構造物のゲル状態の溶液Aが積層されている部分は、構造物の硬化した溶液B(第2ゲル状部材)によって支えられている。これは構造物において、筒状に硬化させた第2ゲル状部材が、溶液Aで形成した柱状造形型1002の水平方向への変形を制限するためである。ゲル状の溶液Aを造形型1000として積層する場合、溶液Aが自重で崩れてしまう。特に基材102へ設置する面に対して垂直方向に高さがある高アスペクト比の場合、ゲル状の溶液で造形型1000を一度に積層することは困難であった。 Then, when the model object 2000 is manufactured, the process A and the process B are repeated so that the model 1000 can be laminated and the model 2000 can be modeled at the same time. By adopting such a modeling method, when the solution A is laminated on the upper part of the structure in the step C, the portion where the gel-like solution A of the base structure is laminated is hardened. It is supported by solution B (second gel-like member). This is because, in the structure, the second gel-like member cured into a tubular shape limits the horizontal deformation of the columnar molding mold 1002 formed by the solution A. When the gel-like solution A is laminated as the modeling mold 1000, the solution A collapses due to its own weight. In particular, in the case of a high aspect ratio having a height in the direction perpendicular to the surface to be installed on the base material 102, it was difficult to stack the modeling molds 1000 at once with a gel-like solution.

しかし造形型1000と造形対象物2000を段階的にゲル化しながら積層することで、その都度土台となる構造体には、第1ゲル状部材と筒形状の第2ゲル状部材が含まれる。よって注入した溶液Bが造形型1000に対する保持材となり、下部を支えることができるため、アスペクト比の高い造形対象物2000や、微細なサイズの造形対象物2000であっても、形状を保ちながら上部に積み増すことができる。 However, by laminating the modeling mold 1000 and the modeling object 2000 while gradually gelling, the structure that serves as the base each time includes a first gel-like member and a tubular second gel-like member. Therefore, the injected solution B serves as a holding material for the modeling mold 1000 and can support the lower part. Therefore, even if the modeling object 2000 has a high aspect ratio or the modeling object 2000 has a fine size, the upper part maintains the shape. Can be added to.

なお工程Bで、注入した溶液Bを硬化させるために長時間放置すると、構造物の界面が乾燥する。特に上面が乾燥すると、工程Cで構造物の第1ゲル状部材上部へ溶液Aを吐出する際に、接着がうまくいかないことがある。よって構造物の乾燥を防ぐために、工程Bはなるべく短時間で行うことが好ましい。また積層を繰り返す時間を短くすることでも同様の効果が得られる。 In step B, if the injected solution B is left for a long time to cure, the interface of the structure dries. In particular, when the upper surface is dried, adhesion may not be successful when the solution A is discharged to the upper part of the first gel-like member of the structure in step C. Therefore, in order to prevent the structure from drying, it is preferable that the step B is performed in as short a time as possible. Further, the same effect can be obtained by shortening the time for repeating the lamination.

造形対象物2000の形状も、筒状造形型1001と柱状造形型1002の形状を変化させることで、多様なバリエーションが可能である。例えば筒状造形型1001は円筒形状で、柱状造形型1002を四角柱とすれば、造形対象物2000は、円柱に四角い貫通孔が設けられた形状とすることができる。 The shape of the modeling object 2000 can be varied in various ways by changing the shapes of the tubular modeling mold 1001 and the columnar modeling mold 1002. For example, if the cylindrical modeling mold 1001 has a cylindrical shape and the columnar modeling mold 1002 has a square pillar, the modeling object 2000 can have a shape in which a square through hole is provided in the cylinder.

〈実施例〉
本実施の形態で製造される造形対象物2000の実施例を説明する。なお実施の形態の説明と重複する説明は省くことがある。また、実施例の中で使用した溶液Aの貯蔵弾性率で強度を評価した。貯蔵弾性率は、レオメーター(Anton Paar社、MCR301)に直径25mmの平行プレートセンサーを装着し、測定対象物とのギャップ1mm、周波数1Hz、ひずみ0.5%の条件下で測定した。ここで、貯蔵弾性率とは、強度(かたさ)の判断の指標となる値である。貯蔵弾性率が高ければかたい材料であり、低ければやわらかく、液体に近い状態の材料である。
<Example>
An example of the modeling object 2000 manufactured in the present embodiment will be described. It should be noted that the description that overlaps with the description of the embodiment may be omitted. In addition, the strength was evaluated by the storage elastic modulus of the solution A used in the examples. The storage elastic modulus was measured under the conditions of a rheometer (Anton Parr, MCR301) equipped with a parallel plate sensor having a diameter of 25 mm, a gap of 1 mm from the object to be measured, a frequency of 1 Hz, and a strain of 0.5%. Here, the storage elastic modulus is a value that serves as an index for determining the strength (hardness). If the storage elastic modulus is high, the material is hard, and if it is low, the material is soft and almost liquid.

[実施例1]
周囲を氷で冷却したビーカーを用いて10度以下に保持した純水に対し、高分子A-1として温度応答性のハイドロゲル形成性高分子であるポロキサマー407(BASFジャパン株式会社、Kolliphor(登録商標) P407)を添加し、攪拌溶解させた溶液A-1を作成した。ポロキサマー407の濃度は20重量%とする。溶液A-1のゾルゲル転移温度は21度であるため、余裕を持って溶液A−1を15度の温度に保ちゾル状態とした。その後、ゾル状態である溶液A-1を15度から37度に昇温し、透明なゲルを得た。得られた透明なゲルの貯蔵弾性率を前述の評価方法で測定した結果、11000 [Pa]であった。
[Example 1]
Poloxamer 407 (BASF Japan Co., Ltd., Kolliphor), which is a temperature-responsive hydrogel-forming polymer as polymer A-1, with respect to pure water held at 10 ° C or lower using a beaker whose surroundings are cooled with ice. A solution A-1 was prepared by adding (trademark) P407) and stirring and dissolving the solution. The concentration of poloxamer 407 is 20% by weight. Since the sol-gel transition temperature of the solution A-1 is 21 degrees, the solution A-1 was kept at a temperature of 15 degrees with a margin to bring it into a sol state. Then, the temperature of the solution A-1 in a sol state was raised from 15 ° C. to 37 ° C. to obtain a transparent gel. The storage elastic modulus of the obtained transparent gel was measured by the above-mentioned evaluation method and found to be 11000 [Pa].

工程Aとして、以下を実行した。 As step A, the following was executed.

10度に冷却した溶液A-1を容積10mLのシリンジ101に充填し、先端内径100μmのシリンジノズル(武蔵エンジニアリング製)を取り付けた。次にシリンジ101を28度の環境で10分間放置して、シリンジ101内の溶液A-1を10度から28度へ昇温させることで、ゾル状態からゲル状態へと変化させた。本実施例では、室温が28度の環境である。また同じく28度の環境で、ゲル状態のシリンジ101内の溶液A-1を圧縮空気式のディスペンサ104(武蔵エンジニアリング:ML−5000XII)を用いて加圧し、シリンジノズル105の先端から溶液A-1のゲルを吐出した。 Solution A-1 cooled to 10 degrees was filled in a syringe 101 having a volume of 10 mL, and a syringe nozzle (manufactured by Musashi Engineering) having a tip inner diameter of 100 μm was attached. Next, the syringe 101 was left in an environment of 28 degrees for 10 minutes, and the temperature of the solution A-1 in the syringe 101 was raised from 10 degrees to 28 degrees to change the sol state to the gel state. In this embodiment, the room temperature is 28 degrees. Similarly, in an environment of 28 degrees, the solution A-1 in the gelled syringe 101 is pressurized using a compressed air dispenser 104 (Musashi Engineering: ML-5000XII), and the solution A-1 is pressed from the tip of the syringe nozzle 105. The gel was discharged.

シリンジノズル105の下部に駆動ステージ103と、駆動ステージ103の上に基材102としてPETフィルムを敷き、駆動ステージ103とシリンジ101とを相対移動させることによって基材102上にゲル状態で吐出させた溶液A-1の積層物を作製した。なお実施例では基材102の一例として、PETフィルムを用いた。作製された溶液A-1は、28度の環境下ではゲル状態で存在し、形状が大きく崩れないような特性を持つため、積層が可能である。 A PET film was laid on the drive stage 103 as a base material 102 on the lower part of the syringe nozzle 105, and the drive stage 103 and the syringe 101 were moved relative to each other to be discharged on the base material 102 in a gel state. A laminate of solution A-1 was prepared. In the examples, a PET film was used as an example of the base material 102. The prepared solution A-1 exists in a gel state in an environment of 28 degrees Celsius, and has the property of not significantly losing its shape, so that it can be laminated.

概略図を図4(b)に示す。この筒状造形型1001と、筒状造形型1001の内側に設けられた柱状造形型1002で構成された構造物を、第1ゲル状部材とする。第1ゲル状部材は造形型1000の一部分である。第1ゲル状部材は、筒状造形型1001の外壁の外径が6.0mm、外壁の厚みが1.5mm、柱状造形型1002の外径が1.2mm、高さが2.5mmとなった。 A schematic diagram is shown in FIG. 4 (b). A structure composed of the tubular molding die 1001 and the columnar molding die 1002 provided inside the tubular molding die 1001 is referred to as a first gel-like member. The first gel-like member is a part of the modeling mold 1000. In the first gel-like member, the outer diameter of the outer wall of the tubular molding die 1001 is 6.0 mm, the thickness of the outer wall is 1.5 mm, the outer diameter of the columnar molding die 1002 is 1.2 mm, and the height is 2.5 mm. rice field.

次に工程Bとして、以下を実行した。 Next, as step B, the following was executed.

高分子B−1として、温度応答性のハイドロゲル形成性高分子であるκ-カラギーナン(三晶、CSK−01)を70度の水に2重量%濃度で溶解した溶液B−1を作成した。溶液B−1のゾルゲル転移温度は28度である。作製した70度の溶液B−1を冷却し、70度から40度へ減温させる。なお溶液B−1はゾル状態から変化しない。減温させる理由としては、ゾルゲル転移温度に近づけ、なるべく短時間でゾル化させるためである。 As the polymer B-1, a solution B-1 in which κ-carrageenan (tricrystal, CSK-01), which is a temperature-responsive hydrogel-forming polymer, was dissolved in water at 70 ° C. at a concentration of 2% by weight was prepared. .. The sol-gel transition temperature of solution B-1 is 28 degrees. The prepared solution B-1 at 70 ° C. is cooled and the temperature is lowered from 70 ° C. to 40 ° C. The solution B-1 does not change from the sol state. The reason for lowering the temperature is to bring it closer to the sol-gel transition temperature and to sol it in as short a time as possible.

40度の溶液B−1をシリンジに101に充填し、第1ゲル状部材のスペース1003に溶液B−1を吐出した。注入直後にスペース1003に充填された溶液B−1はゾル状態だが、その後、28度の環境下で30分放置して、温度をより下げることで、溶液B−1をゾル状態からゲル状態へと変化させた。溶液B−1がゲル状である筒状の部材を、第2ゲル状部材と称する。 The syringe was filled with the solution B-1 at 40 degrees, and the solution B-1 was discharged into the space 1003 of the first gel-like member. The solution B-1 filled in the space 1003 immediately after the injection is in a sol state, but after that, the solution B-1 is changed from the sol state to the gel state by leaving it in an environment of 28 degrees for 30 minutes to lower the temperature. I changed it. A tubular member in which the solution B-1 is in the form of a gel is referred to as a second gel-like member.

工程A及び工程Bにより作製された後の構造は、図5(b)に示される構造物を得る。この円柱状の構造体は、28度の環境下で、溶液A-1と溶液B−1が各々ゲル状態で存在し、外径が6.0mm、高さが2.5mmである。 The structure after being produced by the steps A and B obtains the structure shown in FIG. 5 (b). In this columnar structure, solution A-1 and solution B-1 each exist in a gel state under an environment of 28 degrees, and the outer diameter is 6.0 mm and the height is 2.5 mm.

次に工程Cとして、以下を実行した。 Next, as step C, the following was executed.

以上の工程により作製された構造物の上部で、工程A、工程Bを2回繰り返し、同じ形状・高さの構造物を積層した。より詳しくは、構造物の上部に、1度目の工程Aで形成した第1ゲル状部材と同形状で、かつ高さ2.5mmの構造物を溶液A-1で形成した。なお同じ材料と形状で積層するため、第1ゲル状部材と上部の構造物は十分に接着されており、肉眼では接着面を確認することはほぼできない。 Steps A and B were repeated twice on the upper part of the structure produced by the above steps, and structures having the same shape and height were laminated. More specifically, a structure having the same shape as the first gel-like member formed in the first step A and having a height of 2.5 mm was formed with the solution A-1 on the upper part of the structure. Since the first gel-like member and the upper structure are sufficiently bonded to each other because they are laminated with the same material and shape, the bonded surface can hardly be confirmed with the naked eye.

また40度の溶液B−1を、第2ゲル状部材のスペース1003にシリンジ101で注入した。その後、28度の環境で30分放置して溶液B−1をゲル化させた。更に、もう一度この工程を繰り返し、最終的には垂直方向に第1ゲル状部材と第2ゲル状部材が3個ずつ積層された形状の、溶液A-1と溶液B−1が各々にゲル化して存在する円柱状の構造物が形成される。構造物は、外径が6.0mm、高さが7.5mmである。なお溶液B−1はスペース1003内に充填できればよく、シリンジ101に限らず、スポイトや溶液の保管容器から直接注ぐこともできる。 Further, the solution B-1 at 40 degrees was injected into the space 1003 of the second gel-like member with a syringe 101. Then, the solution B-1 was gelled by leaving it in an environment of 28 degrees for 30 minutes. Further, this step is repeated once more, and finally, the solution A-1 and the solution B-1 in the form in which three first gel-like members and three second gel-like members are laminated in the vertical direction are gelled respectively. The existing columnar structure is formed. The structure has an outer diameter of 6.0 mm and a height of 7.5 mm. The solution B-1 may be filled in the space 1003, and can be poured directly not only from the syringe 101 but also from a dropper or a storage container for the solution.

最後に工程Dとして、以下を実行した。 Finally, as step D, the following was executed.

円柱状の構造物を基材102とともに4度に設定した冷蔵庫に入れ、4度の環境下で2時間冷却した。すると、溶液A-1のゾルゲル転移温度21度を下回り、工程Cまではゲル状態だった溶液A-1がゾル化して構造物から流れ出し、取り除かれる。冷蔵庫から取り出し、得られたゲル状態の溶液B-1の造形対象物2000の概略図を図7に示す。溶液B−1で形成された造形対象物2000の寸法は、外径が3.0mm、外壁の厚みが0.9mm、全体の高さが7.5mmである。 The columnar structure was placed in a refrigerator set at 4 degrees together with the base material 102, and cooled in an environment of 4 degrees for 2 hours. Then, the sol-gel transition temperature of the solution A-1 falls below 21 ° C., and the solution A-1 which was in a gel state until the step C is sol-ized and flows out from the structure and is removed. FIG. 7 shows a schematic view of the modeling object 2000 of the gelled solution B-1 taken out of the refrigerator. The dimensions of the modeling object 2000 formed by the solution B-1 are an outer diameter of 3.0 mm, an outer wall thickness of 0.9 mm, and an overall height of 7.5 mm.

以上の工程をもって、長さ7.5mmの同一径の微細な円筒状の可撓性を有するゲルチューブが完成した。なお、造形対象物2000は、複数回工程Cを行うことで、その都度ゾルをゲル化している。しかし造形対象物2000は親和性のある材料のため、層間の境目が見えない程度に接着されている。よって造形対象物2000をひとつの部材として使用することに、強度的な問題は存在しない。 Through the above steps, a fine cylindrical flexible gel tube having the same diameter and a length of 7.5 mm was completed. In the modeling object 2000, the sol is gelled each time by performing step C a plurality of times. However, since the modeling object 2000 is a material having an affinity, it is adhered to such an extent that the boundary between the layers is not visible. Therefore, there is no strength problem in using the modeling object 2000 as one member.

[比較例1]
10度に冷却した溶液A-1を容積10mLのシリンジ101に充填し、先端内径100μmのシリンジノズル(武蔵エンジニアリング製)を取り付けた。次にシリンジ101を28度の環境で10分放置して、シリンジ内の溶液A-1を10度から28度近くへ昇温させることで、ゾル状態からゲル状態へと変化させた。同じく28度の環境で、ゲル状態のシリンジ101内の溶液A-1を圧縮空気式のディスペンサ104(武蔵エンジニアリング:ML−5000XII)を用いて加圧し、シリンジノズル105の先端から溶液A-1のゲルを吐出した。
[Comparative Example 1]
Solution A-1 cooled to 10 degrees was filled in a syringe 101 having a volume of 10 mL, and a syringe nozzle (manufactured by Musashi Engineering) having a tip inner diameter of 100 μm was attached. Next, the syringe 101 was left to stand in an environment of 28 degrees for 10 minutes, and the temperature of the solution A-1 in the syringe was raised from 10 degrees to nearly 28 degrees to change from a sol state to a gel state. Similarly, in an environment of 28 degrees, the solution A-1 in the gelled syringe 101 is pressurized using a compressed air dispenser 104 (Musashi Engineering: ML-5000XII), and the solution A-1 is pressed from the tip of the syringe nozzle 105. The gel was ejected.

シリンジノズル105の下部に駆動ステージ103と、駆動ステージ103の上に基材102としてPETフィルム敷き、駆動ステージ103とシリンジ101とを相対移動させることによって、実施例1と同様に基材102上にゲル状態で吐出させた溶液A-1の第1ゲル状部材となる積層物を作製した。この第1ゲル状部材は、筒状造形型1001の外壁の外径が6.0mm、外壁の厚みが1.5mm、柱状造形型1002の外径が1.2mm、高さが2.5mmである。 By laying a PET film as a base material 102 on the drive stage 103 below the syringe nozzle 105 and the drive stage 103 and moving the drive stage 103 and the syringe 101 relative to each other, the drive stage 103 and the syringe 101 are moved relative to each other on the base material 102 as in the first embodiment. A laminate to be the first gel-like member of the solution A-1 discharged in the gel state was prepared. In this first gel-like member, the outer diameter of the outer wall of the tubular molding die 1001 is 6.0 mm, the thickness of the outer wall is 1.5 mm, the outer diameter of the columnar molding die 1002 is 1.2 mm, and the height is 2.5 mm. be.

次に、第1の実施例とは異なり、工程Aの実行後に工程Bの第1ゲル状部材のスペース1003への溶液B−1の注入を行わず、筒状造形型1001及び柱状造形型1002の上部へ溶液A-1の積層を続けた。すると図8の造形型1000の垂直方向での断面図に示すように、約3.0mmの高さまで積層したところで、柱状造形型1002が全体的に湾曲し始めた。その後も積層を続けるごとに柱状造形型1002は湾曲した。高さ4.0mmまで積層した時点で、柱状造形型1002の曲がり具合を示す指標として、長さLが0.7mmとなった。このとき、造形型1000の寸法誤差が修復不可能なほどに大きくなり、これ以上柱状造形型1002が湾曲すると、筒状造形型1001の内部に接触し、筒形状の造形対象物2000の造形型として使用することができないことから、積層を中止した。 Next, unlike the first embodiment, after the execution of the step A, the solution B-1 is not injected into the space 1003 of the first gel-like member of the step B, and the tubular molding mold 1001 and the columnar molding mold 1002 are not injected. Continued stacking of solution A-1 on top of. Then, as shown in the vertical cross-sectional view of the modeling mold 1000 in FIG. 8, the columnar modeling mold 1002 began to bend as a whole when the molding molds 1000 were laminated to a height of about 3.0 mm. After that, the columnar molding mold 1002 was curved each time the lamination was continued. When laminated to a height of 4.0 mm, the length L was 0.7 mm as an index showing the degree of bending of the columnar molding mold 1002. At this time, the dimensional error of the modeling mold 1000 becomes so large that it cannot be repaired, and when the columnar modeling mold 1002 is curved any more, it comes into contact with the inside of the tubular modeling mold 1001 and the modeling mold of the tubular modeling object 2000. Since it cannot be used as a stack, the lamination was stopped.

造形型1000を利用して筒形状の造形対象物2000を作成したい場合は、外壁となる筒状造形型1001の内部に、筒状造形型1001の内壁に接触しないような柱状造形型1002を有する造形型1000が必要である。しかし比較例1から、造形対象物2000からの離形性を高めるために造形型1000にゲル材料を用いた場合は特に、高アスペクト比に微細な構造物を、ゲル単独で積層することは困難であるとわかった。よって実施例1及び比較例1から、工程B、Cにより造形型1000と造形対象物2000の形成を、造形型1000をゾルからゲルへその都度変化させること、またそれらを段階的に積層することで、造形型1000と造形対象物2000が相互に支持しあう効果が得られる。この効果を一因として、最終的な造形対象物2000として高アスペクト比の筒状構造物を形成できる。 When it is desired to create a tubular modeling object 2000 by using the modeling mold 1000, a columnar modeling mold 1002 is provided inside the tubular modeling mold 1001 which is an outer wall so as not to come into contact with the inner wall of the tubular modeling mold 1001. Model 1000 is required. However, from Comparative Example 1, it is difficult to laminate a fine structure with a high aspect ratio by itself, especially when a gel material is used for the modeling mold 1000 in order to improve the releasability from the modeling object 2000. It turned out to be. Therefore, from Example 1 and Comparative Example 1, the formation of the modeling mold 1000 and the modeling object 2000 is changed from the sol to the gel each time by the steps B and C, and they are laminated stepwise. Therefore, the effect that the modeling mold 1000 and the modeling object 2000 mutually support each other can be obtained. Partly due to this effect, a tubular structure having a high aspect ratio can be formed as the final modeling object 2000.

底面と高さの比率が、1:2以上となるような高アスペクト比な造形対象物2000を製造することができる。この比率は、人口血管のモデルに必要なのは外径が3mm、長さが6mm以上であるため、十分に適用可能である。また、本手法により長さが5.0mm程度のゲルチューブの部材を作製できれば、複数の部材を手作業(ピンセットなど)で造形対象物2000の断面同士を垂直方向に接着し、より長いチューブを形成することもできる。 It is possible to manufacture a modeling object 2000 having a high aspect ratio such that the ratio of the bottom surface to the height is 1: 2 or more. This ratio is fully applicable because the model of artificial blood vessels requires an outer diameter of 3 mm and a length of 6 mm or more. Further, if a gel tube member having a length of about 5.0 mm can be produced by this method, the cross sections of the objects to be modeled 2000 are vertically bonded to each other by manually (tweezers, etc.) a plurality of members to form a longer tube. It can also be formed.

[実施例2]
周囲を氷で冷却したビーカーを用いて10度以下に保持した純水に対し、高分子A-1として温度応答性のハイドロゲル形成性高分子であるポロキサマー407(BASFジャパン株式会社、Kolliphor(登録商標) P407)を添加し、攪拌溶解させた溶液A−2を作成した。ポロキサマー407の濃度は20重量%とする。溶液A-2のゾルゲル転移温度は15度であるため、余裕を持って溶液A−2の温度を10度に保ちゾル状態とした。その後、ゾル状態である溶液A-2を10度から37度に昇温し、透明なゲルを得た。得られた透明なゲルの貯蔵弾性率を前述の評価方法で測定した結果、14000 [Pa]であった。
[Example 2]
Poloxamer 407 (BASF Japan Co., Ltd., Kolliphor), which is a temperature-responsive hydrogel-forming polymer as polymer A-1, with respect to pure water held at 10 ° C or lower using a beaker whose surroundings are cooled with ice. A solution A-2 was prepared by adding (trademark) P407) and stirring and dissolving the solution. The concentration of poloxamer 407 is 20% by weight. Since the sol-gel transition temperature of solution A-2 is 15 degrees, the temperature of solution A-2 was kept at 10 degrees with a margin to bring it into a sol state. Then, the temperature of the solution A-2 in a sol state was raised from 10 ° C. to 37 ° C. to obtain a transparent gel. The storage elastic modulus of the obtained transparent gel was measured by the above-mentioned evaluation method and found to be 14000 [Pa].

工程Aとして、以下を実行した。10度に冷却した溶液A-2を容積10mLのシリンジ101に充填し、先端内径100μmのシリンジノズル(武蔵エンジニアリング製)を取り付けた。次にシリンジ101を28度の環境で10分間放置して、シリンジ101内の溶液A-1を10度から28度へ昇温させることで、ゾル状態からゲル状態へと変化させた。本実施例では、室温が28度の環境である。また同じく28度の環境で、ゲル状態のシリンジ101内の溶液A-2を圧縮空気式のディスペンサ104(武蔵エンジニアリング:ML−5000XII)を用いて加圧し、シリンジノズル105の先端から溶液A-2のゲルを吐出した。 As step A, the following was executed. Solution A-2 cooled to 10 degrees was filled in a syringe 101 having a volume of 10 mL, and a syringe nozzle (manufactured by Musashi Engineering) having a tip inner diameter of 100 μm was attached. Next, the syringe 101 was left in an environment of 28 degrees for 10 minutes, and the temperature of the solution A-1 in the syringe 101 was raised from 10 degrees to 28 degrees to change the sol state to the gel state. In this embodiment, the room temperature is 28 degrees. Similarly, in an environment of 28 degrees, the solution A-2 in the gelled syringe 101 is pressurized using a compressed air dispenser 104 (Musashi Engineering: ML-5000XII), and the solution A-2 is pressed from the tip of the syringe nozzle 105. The gel was discharged.

シリンジノズル105の下部に駆動ステージ103と、駆動ステージ103の上に基材102としてPETフィルムを敷き、駆動ステージ103と溶液A−2が充填されたシリンジ101とを相対移動させた。そしてPETフィルム(基材102)上に、筒状造形型1001として四角筒と、柱状造形型1002として四角筒内に設けられた四角柱で構成された溶液A-2のゲルによる第1ゲル状部材を形成した。概略図を図9(b)に示す。第1ゲル状部材は、筒状造形型1001の外壁が12.0mm四方、外壁の厚みが3.0mm、柱状造形型1002が3.0mm四方、高さが5.0mmとなった。 A drive stage 103 was laid under the syringe nozzle 105, and a PET film was laid on the drive stage 103 as a base material 102, and the drive stage 103 and the syringe 101 filled with the solution A-2 were relatively moved. Then, on the PET film (base material 102), the first gel-like form of the solution A-2 composed of a square cylinder as the tubular molding mold 1001 and a square pillar provided in the square cylinder as the columnar molding mold 1002. A member was formed. A schematic diagram is shown in FIG. 9 (b). In the first gel-like member, the outer wall of the tubular molding mold 1001 was 12.0 mm square, the thickness of the outer wall was 3.0 mm, the columnar molding mold 1002 was 3.0 mm square, and the height was 5.0 mm.

次に工程Bとして、以下を実行した。高分子B-2として、アルギン酸ナトリウム(キミカ、IL−2)2重量%水溶液、第二りん酸カルシウム2重量%水溶液、クエン酸4重量%水溶液、径10μmのポリアクリル粒子(綜研化学、MX−1000)をそれぞれ5:1:1:1で混合した溶液B-2を作成した。作成した溶液B-2を、直ちに第1ゲル状部材のスペース1003にスポイトで注入した。その後、溶液B-2を28度の環境で5分放置してゲル化させ、第2ゲル状部材を形成した。 Next, as step B, the following was executed. As the polymer B-2, a 2% by weight aqueous solution of sodium alginate (Kimika, IL-2), a 2% by weight aqueous solution of dicalcium phosphate, a 4% by weight aqueous solution of citric acid, and polyacrylic particles having a diameter of 10 μm (Soken Kagaku, MX- Solution B-2 was prepared by mixing 1000) in a ratio of 5: 1: 1: 1. The prepared solution B-2 was immediately injected into the space 1003 of the first gel-like member with a dropper. Then, the solution B-2 was left to stand in an environment of 28 degrees for 5 minutes to gel, and a second gel-like member was formed.

次に工程Cとして、以下を実行した。実施例1と同様に、構造物の上部で第1ゲル状部材の上に、同じ形状と高さの構造物の形成と、スペース1003へ溶液B-2の注入、ゲル化を4回繰り返した。最終的に構造物が垂直方向に5個積層された形状の、溶液A-2と溶液B-2が各々ゲル状態で存在する四角柱状の構造物を形成した。構造物は、外径が12.0mm、高さが25.0mmとなった。 Next, as step C, the following was executed. Similar to Example 1, the formation of the structure having the same shape and height, the injection of the solution B-2 into the space 1003, and the gelation were repeated four times on the first gel-like member at the upper part of the structure. .. Finally, a square columnar structure in which solution A-2 and solution B-2 each existed in a gel state was formed in a shape in which five structures were vertically laminated. The structure had an outer diameter of 12.0 mm and a height of 25.0 mm.

次に工程Dとして、以下を実行した。四角柱状の構造物を基材102とともに4度に設定した冷蔵庫に入れ、4度の環境下で2時間冷却した。すると、溶液A-2のゾルゲル転移温度15度を下回り、工程Cまではゲル状態だった溶液A-2がゾル化して構造物から流れ出し、取り除かれる。冷蔵庫から取り出し、得られたゲル状態の溶液B-2の造形対象物2000の概略図を図9(b)に示す。溶液B-2で形成された四角筒状の造形対象物2000の寸法は、外径が6.0mm、外壁の厚みが1.5mm、全体の高さが25.0mmとなった。造形対象物2000は、アルギン酸のハイドロゲルにポリアクリル粒子が分散して全体が白濁した形態であった。 Next, as step D, the following was executed. The square columnar structure was placed in a refrigerator set at 4 degrees together with the base material 102, and cooled in an environment of 4 degrees for 2 hours. Then, the sol-gel transition temperature of the solution A-2 falls below 15 degrees, and the solution A-2, which was in a gel state until the step C, is sol-ized and flows out from the structure and is removed. FIG. 9 (b) shows a schematic view of the object to be modeled 2000 of the gelled solution B-2 taken out of the refrigerator. The dimensions of the square tubular modeling object 2000 formed by the solution B-2 were an outer diameter of 6.0 mm, an outer wall thickness of 1.5 mm, and an overall height of 25.0 mm. The object to be modeled 2000 had a form in which polyacrylic particles were dispersed in a hydrogel of alginic acid and the whole became cloudy.

実施例2では、実施例1と同様の効果が確認できた。 In Example 2, the same effect as in Example 1 was confirmed.

(実施の形態2)
以下、図面を参照して、本実施の形態の説明を行う。なお、実施の形態1と重複する部分は省略する場合がある。また各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. The part that overlaps with the first embodiment may be omitted. Further, in each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted.

図10は、本実施の形態に係る、径の異なる2つの円筒形状が設けられた部材である造形対象物3000を例示している。図10(a)に示す造形対象物3000は、筒状構造物3010と筒状構造物3020の2つの円筒形状を有し、垂直方向に貫通した中空部3001が設けられていた部材である。また図10(b)は、造形対象物3000から造形型を除去する前の、垂直方向の断面図である。 FIG. 10 illustrates an object to be modeled 3000, which is a member provided with two cylindrical shapes having different diameters according to the present embodiment. The modeling object 3000 shown in FIG. 10A is a member having two cylindrical shapes, a tubular structure 3010 and a tubular structure 3020, and provided with a hollow portion 3001 penetrating in the vertical direction. Further, FIG. 10B is a cross-sectional view in the vertical direction before removing the modeling mold from the modeling object 3000.

造形対象物3000は、例えばκ-カラギーナン(三晶、CSK−01)を溶液化したものからなる、可撓性を有する構造物であって、外壁の厚みが垂直方向に同一ではない部材である。また後述するが、造形対象物3000の形状は円筒形状に限られるものではなく、任意の径や外壁の厚みを持つ2つ以上の部材を組み合わせてすることが可能である。 The object to be modeled 3000 is a flexible structure made of, for example, a solution of κ-carrageenan (tricrystal, CSK-01), and the thickness of the outer wall is not the same in the vertical direction. .. Further, as will be described later, the shape of the object to be modeled 3000 is not limited to a cylindrical shape, and two or more members having an arbitrary diameter and outer wall thickness can be combined.

造形対象物3000を製造するための溶液は、実施の形態1と同様である。造形対象物3000の製造方法は、まずは実施の形態と同様に大工程である工程A、工程B、工程Cを順次実行する。そして更に形状を変え、構造物の上部で工程A、工程B、工程Cを繰り返す。よって内径や外径の異なる筒状を組み合わせて造形することが可能である。最終的な造形対象物3000を作製した後に工程Dを実行し、溶液Aをゾル化させ、造形対象物3000から除去する。 The solution for producing the modeling object 3000 is the same as that in the first embodiment. In the method for manufacturing the object to be modeled 3000, first, the large steps A, B, and C are sequentially executed as in the embodiment. Then, the shape is further changed, and steps A, B, and C are repeated on the upper part of the structure. Therefore, it is possible to combine tubular shapes with different inner and outer diameters. After producing the final object to be modeled 3000, step D is executed to sol the solution A and remove it from the object to be modeled 3000.

[実施例3]
まずは工程Aとして、28度の環境で、実施例1と同様の手法で、ゾルゲル転移温度が21度であるゲル状態の溶液A-1を積層した。図4と同様に、造形型1000は筒状造形型1001と、筒状造形型1001の内側に設けられた柱状造形型1002で構成され、筒状造形型1001の外壁の外径が8.0mm、外壁の厚みが1.5mm、高さが2.5mmである。柱状造形型1002の外径が1.2mm、高さが2.5mmである。
[Example 3]
First, as step A, the gel-like solution A-1 having a sol-gel transition temperature of 21 degrees was laminated in the same manner as in Example 1 in an environment of 28 degrees. Similar to FIG. 4, the modeling mold 1000 is composed of a tubular modeling mold 1001 and a columnar modeling mold 1002 provided inside the tubular modeling mold 1001, and the outer diameter of the outer wall of the tubular modeling mold 1001 is 8.0 mm. The outer wall has a thickness of 1.5 mm and a height of 2.5 mm. The columnar molding mold 1002 has an outer diameter of 1.2 mm and a height of 2.5 mm.

次に工程Bとして、高分子B−1として、実施例1と同様のκ-カラギーナン(三晶、CSK−01)を70度の水に2重量%濃度で溶解した溶液B−1を作成した。作成した溶液B−1を40度まで冷却した後、スペース1003にスポイトで注入し、28度の環境で30分放置して溶液B−1をゲル化し、外径が8.0mm、高さが2.5mmの円柱状の構造物を作製した。 Next, in step B, as the polymer B-1, a solution B-1 in which κ-carrageenan (tricrystal, CSK-01) similar to that in Example 1 was dissolved in water at 70 ° C. at a concentration of 2% by weight was prepared. .. After cooling the prepared solution B-1 to 40 degrees, inject it into space 1003 with a dropper and leave it in an environment of 28 degrees for 30 minutes to gel the solution B-1, having an outer diameter of 8.0 mm and a height of 8.0 mm. A 2.5 mm columnar structure was prepared.

次に工程Cとして、実施例1と同様に、構造物の上部で、工程A及び工程Bを3回繰り返した。最終的には構造物が垂直方向に4個積層された形状の、溶液A-1と溶液B−1が各々にゲル化して存在する円柱状の構造物を形成した。構造物は、外径が8.0mm、高さが10.0mmである。構造物に含まれる最終的な筒状構造物3010の一部を、構造物3010と称する。 Next, as step C, step A and step B were repeated three times on the upper part of the structure in the same manner as in Example 1. Finally, a columnar structure was formed in which four structures were laminated in the vertical direction, and solution A-1 and solution B-1 were gelled in each of them. The structure has an outer diameter of 8.0 mm and a height of 10.0 mm. A part of the final tubular structure 3010 included in the structure is referred to as a structure 3010.

次に、構造物3010の上部に、径の異なる構造物3020の積層を行う。工程Aから工程Cにより作製した構造物3010を含む構造物を土台とする。 Next, structures 3020 having different diameters are laminated on the upper part of the structure 3010. The structure including the structure 3010 produced by the steps A to C is used as a base.

工程Aとして、土台となる構造物の上部に、ゲル状態の溶液A-1を異なる形状で吐出して積層する。工程Aにより、構造物の上部には、筒状の造形型1000の外径よりも小さな外径をもつ構造物が作製される。新たに積層した構造物は、筒状造形型1001の外壁の外径が6.0mm、外壁の厚みが1.5mm、柱状造形型1002の外径が1.2mm、高さが2.5mmとなった。次に工程Bと同様に、溶液B−1を構造物のスペース1003にスポイトで注入し、28度の環境で30分放置して溶液B−1をゲル化させた。次に工程Cと同様に、構造物の上部で工程A及び工程Bを2回繰り返した。最終的には構造物が垂直方向に3個積層された形状の、溶液A-1と溶液B−1が各々にゲル化して存在する円柱状の構造物を形成した。よって図10(b)の構造物の断面図に示されるような、異なる外径の円柱である構造物が2つ積層した形状の構造物が形成された。 In step A, the gel-like solution A-1 is discharged in different shapes and laminated on the upper part of the base structure. In step A, a structure having an outer diameter smaller than the outer diameter of the tubular molding die 1000 is produced on the upper part of the structure. The newly laminated structure has an outer diameter of 6.0 mm for the outer wall of the tubular molding mold 1001, a thickness of 1.5 mm for the outer wall, and an outer diameter of 1.2 mm and a height of 2.5 mm for the columnar molding mold 1002. became. Next, in the same manner as in step B, the solution B-1 was injected into the space 1003 of the structure with a dropper and left in an environment of 28 degrees for 30 minutes to gel the solution B-1. Next, in the same manner as in step C, steps A and B were repeated twice on the upper part of the structure. Finally, a columnar structure was formed in which three structures were laminated in the vertical direction, and solution A-1 and solution B-1 were gelled in each of them. Therefore, as shown in the cross-sectional view of the structure of FIG. 10B, a structure having a shape in which two structures having different outer diameters of cylinders are laminated is formed.

最後に、工程Dを行う。以上の工程Aから工程Cを異なる径で2度行い、作製された構造物を、基材102のPETフィルムとともに4度の環境で2時間冷却した。すると溶液A-1のゾルゲル転移温度21度を下回るため、ゲル状態だった溶液A-1がゾル化し、構造物から取り除かれる。冷却後の造形対象物2000の概略図を図10(a)に示す。造形対象物2000の寸法は、全体としては中央の穴の径が1.2mmで全体の高さが17.5mmであって、下部の円筒は外径が5.0mm、外壁の厚みが1.9mm、高さが10.0mmであって、上部の円筒は外径が3.0mm、外壁の厚みが0.9mm、高さが7.5mmとなった。 Finally, step D is performed. Steps A to C were performed twice with different diameters, and the produced structure was cooled together with the PET film of the base material 102 in an environment of 4 degrees for 2 hours. Then, since the sol-gel transition temperature of the solution A-1 is lower than 21 ° C., the gel-like solution A-1 is sol-ized and removed from the structure. A schematic view of the modeled object 2000 after cooling is shown in FIG. 10 (a). As for the dimensions of the object to be modeled 2000, the diameter of the central hole is 1.2 mm and the total height is 17.5 mm, and the lower cylinder has an outer diameter of 5.0 mm and an outer wall thickness of 1. It was 9 mm and had a height of 10.0 mm, and the upper cylinder had an outer diameter of 3.0 mm, an outer wall thickness of 0.9 mm, and a height of 7.5 mm.

以上の実施例で径の異なる2つの円筒状を組み合わせた造形対象物3000の形成方法を記載したが、形状や径の大きさはこれに限るものではなく、異なる形状を任意に組み合わせることが可能である。またこの製法であれば、中空部3001が狭窄するように作製することもできる。 In the above embodiment, the method of forming the modeling object 3000 by combining two cylindrical shapes having different diameters has been described, but the shape and the size of the diameter are not limited to this, and different shapes can be arbitrarily combined. Is. Further, according to this manufacturing method, the hollow portion 3001 can be manufactured so as to be narrowed.

径が異なる円筒を複数の部材に分けて造形し、それらを接着して1つの部材とすることも考えられるが、しかし径や外壁の厚みが互いに異なる部材を手作業で接着することは、接着面積が小さいため困難であった。そこで本実施の形態のように、前工程までに作製した構造体を土台として積層造形すれば、容易に各構造体を接着することができる。 It is conceivable to divide cylinders with different diameters into multiple members and bond them together to form a single member, but manually bonding members with different diameters and outer wall thicknesses is an adhesion. It was difficult because the area was small. Therefore, as in the present embodiment, if the structures produced up to the previous step are used as a base for laminating and modeling, each structure can be easily bonded.

また造形型1000の材料に温度応答性のゲルを用いることで、除去時はゾル化して取り除くことが可能である。従来のような金属や溶けない材料の造形型を使う場合は、造形対象物を破壊せずに造形型を取り出すために、造形できる形状が限られていた。しかし本発明によれば、造形対象物の内部の中空形状の径が中央で最も大きく端部は狭い、内部の空間が広い形状の部材や、狭窄のある複雑な形状の部材も形成が容易である。 Further, by using a temperature-responsive gel as the material of the modeling mold 1000, it is possible to remove it by solification at the time of removal. When using a conventional molding of metal or insoluble material, the shape that can be shaped is limited in order to take out the molding without destroying the object to be modeled. However, according to the present invention, it is easy to form a member having a hollow shape having the largest diameter in the center and a narrow end and a wide internal space, or a member having a complicated shape having a narrowing. be.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。例えば上述した実施例の高分子Bに生体材料を使用することで、ヘルスケア分野に適用可能な造形対象物2000を容易に造形することが可能である。また、実施の形態1と実施の形態2は適宜組み合わせて実施することが可能である。 Although the preferred embodiments and the like have been described in detail above, the embodiments are not limited to the above-described embodiments and the like, and various embodiments and the like described above are used without departing from the scope of the claims. Modifications and substitutions can be added. For example, by using a biomaterial for the polymer B of the above-mentioned example, it is possible to easily model the modeling object 2000 applicable to the healthcare field. Further, the first embodiment and the second embodiment can be combined and implemented as appropriate.

また実施の形態では筒形状の造形対象物2000の作製方法として説明した。しかし言うまでも無く、筒状造形型1001のみを造形型として使用し、スペース1003に柱状造形型1002を設けずに、本実施の形態の製法と同様に造形対象物を作製すれば、中空部を有さない、柱状の造形対象物を作製することが可能である。 Further, in the embodiment, the method of manufacturing the tubular modeling object 2000 has been described. However, needless to say, if only the tubular modeling mold 1001 is used as the modeling mold and the modeling object is produced in the same manner as the manufacturing method of the present embodiment without providing the columnar modeling mold 1002 in the space 1003, the hollow portion It is possible to produce a columnar object to be modeled without the above.

101 シリンジ
102 基材
103 駆動ステージ
104 ディスペンサ
105 シリンジノズル
1000 造形型
1001 筒状造形型
1002 柱状造形型
1003 スペース
2000、3000 造形対象物
2001、3001 中空部
3010、3020 構造物
101 Syringe 102 Base material 103 Drive stage 104 Dispenser 105 Syringe nozzle 1000 Modeling mold 1001 Cylindrical modeling mold 1002 Columnar modeling mold 1003 Space 2000, 3000 Modeling object 2001, 3001 Hollow part 3010, 3020 Structure

特表2013−542728号公報Special Table 2013-542728

Claims (6)

ゾルゲル転移温度より低い温度でゾル化し、且つ、ゾルゲル転移温度より高い温度でゲル化する、ゾルゲル転移温度を有する温度応答性ハイドロゲルである第1ゲル状部材を用いて少なくとも一部に空洞が設けられた造形型を作製する第一の工程と、
前記空洞を第2の溶液で充填し、硬化させる第二の工程と、
前記第一の工程と前記第二の工程で作製した構造物の上部で前記第一の工程と前記第二の工程を繰り返し、積層構造物を作製する第三の工程と、
雰囲気、前記造形型の土台となる基材、或いは前記造形型を前記ゾルゲル転移温度以下にして前記積層構造物から前記第1ゲル状部材の積層部である造形型を除去し、造形対象物を作製する第四の工程と、
を有することを特徴とする立体構造物の製造方法。
A cavity is provided at least in part by using a first gel-like member which is a temperature-responsive hydrogel having a sol-gel transition temperature that sol-gels at a temperature lower than the sol-gel transition temperature and gels at a temperature higher than the sol-gel transition temperature. The first step of making the sol-gel process
A second step of filling the cavity with a second solution and curing it,
A third step of producing a laminated structure by repeating the first step and the second step on the upper part of the structure produced in the first step and the second step.
The atmosphere, the base material that serves as the base of the molding mold, or the molding mold that is the laminated portion of the first gel-like member is removed from the laminated structure by setting the molding mold to the sol-gel transition temperature or lower, and the molding target is removed. The fourth step to make and
A method for manufacturing a three-dimensional structure.
前記立体構造物が筒形状であることを特徴とする請求項1に記載の立体構造物の製造方法。 The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 1, wherein the three-dimensional structure has a tubular shape. 前記造形型は、
一方向に貫通した空洞が設けられた筒状造形型と、
前記空洞に設けられた柱状造形型を有することを特徴とする
請求項1、または2に記載の立体構造物の製造方法。
The modeling mold is
Cylindrical molding with a cavity penetrating in one direction,
The method for manufacturing a three-dimensional structure according to claim 1 or 2, wherein the cavity is provided with a columnar molding.
前記温度応答性ハイドロゲルは、
メチルセルロース、8-arms PEG-block-PLLA-cholesterol・コンジュゲイト、ポロキサマーの何れかであることを特徴とする
請求項1、2、3の何れか一項に記載の立体構造物の製造方法。
The temperature-responsive hydrogel is
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 1, 2 and 3, characterized in that it is any one of methyl cellulose, 8-arms PEG-block-PLLA-cholesterol / conjugate, and poloxamer.
前記第2の溶液は、
前記ゾルゲル転移温度以上の温度領域でゲル化可能なことを特徴とする
請求項1、2、3、4の何れか一項に記載の立体構造物の製造方法。
The second solution is
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 1, 2, 3, and 4, wherein gelation is possible in a temperature region equal to or higher than the sol-gel transition temperature.
前記第2の溶液に、粒子を含むことを特徴とする
請求項1、2、3、4、5の何れか一項に記載の立体構造物の製造方法。
The method for producing a three-dimensional structure according to any one of claims 1, 2 , 3, 4, and 5, wherein the second solution contains particles.
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