JP7136186B2 - Method for producing thermoplastic resin-containing particles, resin composition for three-dimensional modeling, and method for producing three-dimensional object using the same - Google Patents
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Description
本発明は、熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法、立体造形用樹脂組成物、およびこれを用いた立体造形物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing thermoplastic resin-containing particles, a resin composition for three-dimensional modeling, and a method for producing a three-dimensional object using the same.
近年、複雑な形状の立体造形物を比較的容易に製造できる様々な方法が開発されており、このような手法を利用したラピッドプロトタイピングやラピッドマニュファクチュアリングが注目されている。 In recent years, various methods have been developed to relatively easily manufacture three-dimensional objects with complicated shapes, and rapid prototyping and rapid manufacturing using such methods have attracted attention.
従来、これらの造形物作製方法は、モデリングの分野で広く使用されてきたが、近年、これらの手法を直接製造に展開する動きが活発になっている。例えば、機能的な義肢装具等を作製すること等も検討されている。ただし、義肢装具等は、機械的強度が高く、さらには薄肉で高い弾性率を有することが要求される。 Conventionally, these modeled object manufacturing methods have been widely used in the field of modeling, but in recent years there has been an active movement to apply these methods directly to manufacturing. For example, the production of functional prostheses and the like is also under consideration. However, prostheses and the like are required to have high mechanical strength, thin wall thickness, and high elastic modulus.
ここで、立体造形物の製造方法の一つに、熱可塑性樹脂を含む樹脂粒子からなる薄層を形成し、所望の領域の樹脂粒子どうしを焼結もしくは溶融結合(以下、単に「溶融結合」とも称する)させて、立体造形物を得る方法がある。各種立体造形物の製造方法の中でも、樹脂粒子を用いる立体造形物の製造方法は、他の方式に比べて比較的高い造形精度で立体造形物を作製できる。 Here, in one method of manufacturing a three-dimensional object, a thin layer made of resin particles containing a thermoplastic resin is formed, and the resin particles in a desired region are sintered or melt-bonded (hereinafter simply “melt bond”). There is a method of obtaining a three-dimensional object by allowing the object to be formed. Among various methods for producing a three-dimensional object, a method for producing a three-dimensional object using resin particles can produce a three-dimensional object with relatively high modeling accuracy compared to other methods.
このような立体造形物の製造方法の一つに、粉末床溶融結合法がある。粉末床溶融結合法では、樹脂粒子を平らに敷き詰めて薄層を形成し、当該薄層にパターン状(立体造形物を厚さ方向に微分割したパターン状)にレーザ光を照射する。これにより、レーザ光が照射された領域の樹脂粒子が選択的に溶融結合する。さらに、得られた造形物層上に樹脂粒子をさらに敷き詰め、同様にレーザ光照射を繰り返し行うことで、所望の形状の立体造形物が得られる。 One method of manufacturing such three-dimensional objects is the powder bed fusion method. In the powder bed fusion method, resin particles are spread evenly to form a thin layer, and the thin layer is irradiated with laser light in a pattern (a pattern obtained by subdividing a three-dimensional object in the thickness direction). As a result, the resin particles in the region irradiated with the laser light are selectively melted and bonded. Further, resin particles are further spread over the obtained modeled article layer, and laser light irradiation is repeated in the same manner to obtain a three-dimensionally shaped article having a desired shape.
また、樹脂粒子を用いる立体造形物の製造方法の他の例に、Multi Jet Fusion法(以下、「MJF法」とも称する)がある(例えば特許文献1)。MJF法では、まず樹脂粒子を平らに敷き詰めて薄層を形成する。そして当該薄層のうち、樹脂粒子どうしを溶融結合させる領域(以下、「硬化領域」とも称する)にエネルギー吸収剤等を塗布し、エネルギーを照射する。さらに、得られた造形物層上に樹脂粒子をさらに敷き詰め、同様の工程を繰返し行うことで、所望の形状の立体造形物を得る。 Another example of the method for producing a three-dimensional object using resin particles is the Multi Jet Fusion method (hereinafter also referred to as the "MJF method") (for example, Patent Document 1). In the MJF method, resin particles are first spread flat to form a thin layer. Then, in the thin layer, an energy absorbing agent or the like is applied to a region where the resin particles are to be melt-bonded (hereinafter also referred to as a “curing region”), and energy is irradiated. Further, resin particles are further spread over the obtained modeled article layer, and the same steps are repeated to obtain a three-dimensionally shaped article having a desired shape.
上述の粉末床溶融結合法や、MJF法で得られる立体造形物の物性は、用いる樹脂粒子の種類や物性に大きく依存する。そして、樹脂粒子は従来、高温に加熱した溶媒中に熱可塑性樹脂を溶解させた後、攪拌しながら析出させること等により調製されてきた。しかしながら、機械的強度が高く、かつ弾性率の高い樹脂は、一般的に溶融温度が高い。そのため、当該方法で樹脂粒子を調製する場合、溶媒や樹脂を高温まで加熱しなければならず、製造効率が低いという課題があった。 The physical properties of the three-dimensional object obtained by the above-described powder bed fusion method and MJF method greatly depend on the type and physical properties of the resin particles used. Resin particles have conventionally been prepared by, for example, dissolving a thermoplastic resin in a solvent heated to a high temperature and then precipitating the solution with stirring. However, resins with high mechanical strength and high elastic modulus generally have high melting temperatures. Therefore, when resin particles are prepared by this method, the solvent and the resin must be heated to a high temperature, resulting in a problem of low production efficiency.
一方、粉末床溶融結合法や、MJF法に用いる樹脂粒子の調製方法として、熱可塑性樹脂と、水溶性樹脂とを混練する方法等も提案されている(例えば、特許文献1および特許文献2)。当該方法では、水溶性樹脂中に熱可塑性樹脂を混練によって分散させた後、水溶性樹脂を除去することで、所望の熱可塑性樹脂含有粒子を得る。上記水溶性樹脂としては、ポリエチレングリコールや、ポリエチレンオキサイド等が提案されている。 On the other hand, a method of kneading a thermoplastic resin and a water-soluble resin has been proposed as a method for preparing resin particles used in the powder bed fusion method and the MJF method (for example, Patent Documents 1 and 2). . In this method, the desired thermoplastic resin-containing particles are obtained by dispersing the thermoplastic resin in the water-soluble resin by kneading and then removing the water-soluble resin. Polyethylene glycol, polyethylene oxide, and the like have been proposed as the water-soluble resin.
しかしながら、粘度の高い樹脂や、弾性率の高い樹脂を、ポリエチレングリコール等に分散させることは難しく、特許文献1や特許文献2に記載の方法で、均一な樹脂粒子を調製することが困難であった。 However, it is difficult to disperse a highly viscous resin or a resin having a high elastic modulus in polyethylene glycol or the like, and it is difficult to prepare uniform resin particles by the methods described in Patent Documents 1 and 2. rice field.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものである。すなわち本発明は、簡便な方法で効率よく熱可塑性樹脂含有粒子を製造する方法、およびこれにより得られる熱可塑性樹脂含有粒子を含む立体造形用樹脂組成物、ならびにこれを用いた立体造形物の製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems. That is, the present invention provides a method for efficiently producing thermoplastic resin-containing particles by a simple method, a resin composition for three-dimensional modeling containing the thermoplastic resin-containing particles obtained by the method, and three-dimensional object production using the same. It aims at providing a method.
本発明は、以下の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法を提供する。
[1]熱可塑性樹脂および耐熱温度130℃以上200℃以下の水溶性樹脂を混合し、混合物を得る混合工程と、前記混合物を、前記混合物の軟化点以上に加熱して混練し、混練物を得る混練工程と、前記混練物を前記軟化点未満に冷却する冷却工程と、前記冷却工程後、前記混練物を水または有機溶媒を含む第1の溶媒と混合し、前記水溶性樹脂を前記第1の溶媒に溶解させる溶解工程と、前記溶解工程後、固形分を分離し、熱可塑性樹脂含有粒子を得る分離工程と、を含む、熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。The present invention provides the following method for producing thermoplastic resin-containing particles.
[1] A mixing step of mixing a thermoplastic resin and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower to obtain a mixture; a cooling step of cooling the kneaded product below the softening point; after the cooling step, the kneaded product is mixed with a first solvent containing water or an organic solvent, and the water-soluble resin is added to the first solvent; 1. A method for producing thermoplastic resin-containing particles, comprising a dissolving step of dissolving in the solvent of No. 1, and a separating step of separating the solid content after the dissolving step to obtain thermoplastic resin-containing particles.
[2]前記水溶性樹脂が、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体を含む、[1]に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。
[3]前記エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の重量平均分子量が50000以上150000以下である、[2]に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。
[4]前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレンを含む、[1]~[3]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。
[5]前記ポリプロピレンの27℃における弾性率が、1500MPa以上2500MPa以下である、[4]に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。
[6]前記混合工程が、前記熱可塑性樹脂および前記水溶性樹脂を、質量比1:9~5:5で混合し、前記混合物を得る工程である、[1]~[5]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。[2] The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to [1], wherein the water-soluble resin contains an ethylene oxide/propylene oxide copolymer.
[3] The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to [2], wherein the ethylene oxide/propylene oxide copolymer has a weight average molecular weight of 50,000 or more and 150,000 or less.
[4] The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to any one of [1] to [3], wherein the thermoplastic resin contains polypropylene.
[5] The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to [4], wherein the polypropylene has an elastic modulus of 1500 MPa or more and 2500 MPa or less at 27°C.
[6] Any one of [1] to [5], wherein the mixing step is a step of mixing the thermoplastic resin and the water-soluble resin at a mass ratio of 1:9 to 5:5 to obtain the mixture. 3. The method for producing the thermoplastic resin-containing particles according to .
[7]前記分離工程後に、前記熱可塑性樹脂含有粒子を水または有機溶媒を含む第2の溶媒で洗浄する洗浄工程をさらに含む、[1]~[6]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。
[8]前記洗浄工程は、前記熱可塑性樹脂含有粒子の質量に対する前記水溶性樹脂の含有量が5質量%以下になるまで、前記熱可塑性樹脂含有粒子を洗浄する工程である、[7]に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。
[9]前記洗浄工程が、有機溶媒で前記熱可塑性樹脂含有粒子を洗浄する工程であり、前記洗浄工程後に、前記有機溶媒と前記水溶性樹脂とを分離し、前記有機溶媒を回収する第2溶媒回収工程をさらに含む、[7]または[8]に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。[7] The thermoplastic resin according to any one of [1] to [6], further comprising a washing step of washing the thermoplastic resin-containing particles with a second solvent containing water or an organic solvent after the separating step. A method for producing the contained particles.
[8] In [7], the washing step is a step of washing the thermoplastic resin-containing particles until the content of the water-soluble resin with respect to the weight of the thermoplastic resin-containing particles is 5% by mass or less. A method for producing the thermoplastic resin-containing particles described.
[9] The washing step is a step of washing the thermoplastic resin-containing particles with an organic solvent, and after the washing step, the organic solvent and the water-soluble resin are separated to recover the organic solvent. The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to [7] or [8], further including a solvent recovery step.
[10]前記溶解工程が、前記水溶性樹脂を有機溶媒に溶解させる工程であり、前記溶解工程後に、前記有機溶媒と前記水溶性樹脂とを分離し、前記有機溶媒を回収する第1溶媒回収工程をさらに含む、[1]~[9]のいずれかに記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。
[11]前記第1の溶媒および/または前記第2の溶媒が、アセトニトリル、ジクロロメタン、メタノール、エタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、アセトン、および酢酸エチルからなる群から選ばれる、[9]または[10]に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。[10] The dissolving step is a step of dissolving the water-soluble resin in an organic solvent, and after the dissolving step, the organic solvent and the water-soluble resin are separated to recover the organic solvent. The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to any one of [1] to [9], further comprising steps.
[11] to [9] or [10], wherein the first solvent and/or the second solvent is selected from the group consisting of acetonitrile, dichloromethane, methanol, ethanol, toluene, tetrahydrofuran, acetone, and ethyl acetate; A method for producing the thermoplastic resin-containing particles described.
本発明は、以下の立体造形用樹脂組成物を提供する。
[12]熱可塑性樹脂と、耐熱温度130℃以上200℃以下の水溶性樹脂と、を含み、前記水溶性樹脂の量が0.001質量%以上5質量%以下である、熱可塑性樹脂含有粒子を含む、立体造形用樹脂組成物。The present invention provides the following three-dimensional modeling resin composition.
[12] Thermoplastic resin-containing particles containing a thermoplastic resin and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower, wherein the amount of the water-soluble resin is 0.001% by mass or more and 5% by mass or less. A three-dimensional modeling resin composition comprising:
[13]前記水溶性樹脂が、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体を含む、[12]に記載の立体造形用樹脂組成物。
[14]前記エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の重量平均分子量が50000以上150000以下である、[13]に記載の立体造形用樹脂組成物。
[15]前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレンを含む、[12]~[14]のいずれかに記載の立体造形用樹脂組成物。
[16]前記ポリプロピレンの27℃における弾性率が、1500MPa以上2500MPa以下である、[15]に記載の立体造形用樹脂組成物。[13] The resin composition for stereolithography according to [12], wherein the water-soluble resin contains an ethylene oxide/propylene oxide copolymer.
[14] The resin composition for stereolithography according to [13], wherein the ethylene oxide/propylene oxide copolymer has a weight average molecular weight of 50,000 or more and 150,000 or less.
[15] The resin composition for stereolithography according to any one of [12] to [14], wherein the thermoplastic resin contains polypropylene.
[16] The resin composition for stereolithography according to [15], wherein the polypropylene has an elastic modulus of 1500 MPa or more and 2500 MPa or less at 27°C.
本発明は、以下の立体造形物の製造方法を提供する。
[17]上記[12]~[16]のいずれかに記載の立体造形用樹脂組成物を含む薄層を形成する薄層形成工程と、前記薄層にレーザ光を選択的に照射して、複数の前記熱可塑性樹脂含有粒子が溶融結合した造形物層を形成するレーザ光照射工程と、を含み、前記薄層形成工程、および前記レーザ光照射工程を複数回繰り返し、前記造形物層を積層することで立体造形物を形成する、立体造形物の製造方法。
[18]上記[12]~[16]のいずれかに記載の立体造形用樹脂組成物を含む薄層を形成する薄層形成工程と、エネルギー吸収剤を含む結合用流体を、前記薄層の特定の領域に塗布する流体塗布工程と、前記流体塗布工程後の前記薄層にエネルギーを照射し、前記結合用流体を塗布した領域の前記熱可塑性樹脂含有粒子が溶融した造形物層を形成するエネルギー照射工程と、を含み、前記薄層形成工程、前記流体塗布工程、および前記エネルギー照射工程を複数回繰り返し、前記造形物層を積層することで立体造形物を形成する、立体造形物の製造方法。The present invention provides the following method for manufacturing a three-dimensional object.
[17] A thin layer forming step of forming a thin layer containing the three-dimensional modeling resin composition according to any one of the above [12] to [16], and selectively irradiating the thin layer with laser light, and a laser light irradiation step of forming a modeled article layer in which a plurality of the thermoplastic resin-containing particles are melt-bonded, and the thin layer forming step and the laser light irradiation step are repeated multiple times to laminate the modeled article layers. A method for manufacturing a three-dimensional object, wherein the three-dimensional object is formed by
[18] A thin layer forming step of forming a thin layer containing the three-dimensional modeling resin composition according to any one of [12] to [16] above; a step of applying a fluid to a specific region; and irradiating energy to the thin layer after the step of applying the fluid to form a modeled object layer in which the thermoplastic resin-containing particles in the region to which the bonding fluid is applied are melted. and an energy irradiation step, wherein the thin layer forming step, the fluid application step, and the energy irradiation step are repeated a plurality of times to form a three-dimensional object by laminating the object layers. Method.
本発明の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法によれば、簡便な方法で効率よく熱可塑性樹脂含有粒子を製造することができる。また、当該方法により得られる熱可塑性樹脂含有粒子を含む立体造形用樹脂組成物、ならびにこれを用いた立体造形物の製造方法が提供される。 According to the method for producing thermoplastic resin-containing particles of the present invention, thermoplastic resin-containing particles can be efficiently produced by a simple method. Also provided are a resin composition for three-dimensional modeling containing the thermoplastic resin-containing particles obtained by the method, and a method for producing a three-dimensional object using the same.
1.熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法
本発明の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法には、熱可塑性樹脂および耐熱温度130℃以上200℃以下の水溶性樹脂の混合物を得る混合工程と、当該混合物の混練物を得る混練工程と、得られた混練物を冷却する冷却工程と、混練物中の水溶性樹脂を第1の溶媒に溶解させる溶解工程と、固形分を分離し、熱可塑性樹脂含有粒子を得る分離工程と、が含まれる。なお、当該熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法には、必要に応じて、得られた熱可塑性樹脂含有粒子を第2の溶媒で洗浄する洗浄工程等が含まれていてもよい。また、溶解工程や洗浄工程後に、第1の溶媒や第2の溶媒を回収する溶媒回収工程が含まれていてもよい。1. Method for producing thermoplastic resin-containing particles The method for producing thermoplastic resin-containing particles of the present invention includes a mixing step of obtaining a mixture of a thermoplastic resin and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and kneading the mixture. A kneading step of obtaining a product, a cooling step of cooling the obtained kneaded product, a dissolving step of dissolving the water-soluble resin in the kneaded product in a first solvent, separating the solid content, and separating the thermoplastic resin-containing particles and a separation step of obtaining. The method for producing the thermoplastic resin-containing particles may optionally include a washing step of washing the obtained thermoplastic resin-containing particles with a second solvent. Moreover, a solvent recovery step of recovering the first solvent and the second solvent may be included after the dissolving step and the washing step.
上述のように従来、熱可塑性樹脂と、ポリエチレングリコールや、ポリエチレンオキサイド等の水溶性樹脂とを混練し、熱可塑性樹脂を水溶性樹脂中に粒子状に分散させる方法が提案されている。しかしながら、粘度が高い熱可塑性樹脂や弾性率の高い熱可塑性樹脂は、ポリエチレングリコール等に均一に分散させることが難しく、従来の方法では、所望の熱可塑性樹脂含有粒子が得られない、との課題があった。 As described above, conventionally, a method has been proposed in which a thermoplastic resin is kneaded with a water-soluble resin such as polyethylene glycol or polyethylene oxide, and the thermoplastic resin is dispersed in the water-soluble resin in the form of particles. However, it is difficult to uniformly disperse a thermoplastic resin having a high viscosity or a thermoplastic resin having a high elastic modulus in polyethylene glycol or the like, and conventional methods cannot obtain desired thermoplastic resin-containing particles. was there.
一般的に、粘度が高い熱可塑性樹脂や弾性率の高い熱可塑性樹脂は、長時間混練したり、高い温度まで加熱したりすることで、ポリエチレングリコール等の水溶性樹脂中に分散させられると考えられる。しかしながら、本発明者が鋭意検討したところ、ポリエチレングリコール等と共に熱可塑性樹脂を混練すると、混練時にポリエチレングリコール等の粘度が過度に低下して、熱可塑性樹脂と混ざりにくかったり、ポリエチレングリコール等が分解したりすることが明らかとなった。そして、このような状態で混練を続けると、熱可塑性樹脂が均一な粒子状になり難く、さらには粒子状となっても、再度これらが結合してしまいやすかった。これに対し、耐熱温度130℃以上200℃以下の水溶性樹脂は、混練時に粘度が過度に低下し難く、さらには熱によっても分解し難い。したがって、熱可塑性樹脂が均一に分散されやすく、所望の熱可塑性樹脂含有粒子が得られることが見出された。 In general, thermoplastic resins with high viscosity and high elastic modulus are considered to be dispersed in water-soluble resins such as polyethylene glycol by kneading for a long time or heating to a high temperature. be done. However, as a result of extensive studies by the present inventors, when a thermoplastic resin is kneaded together with polyethylene glycol or the like, the viscosity of the polyethylene glycol or the like is excessively lowered during kneading, making it difficult to mix with the thermoplastic resin, or the polyethylene glycol or the like decomposes. It became clear that If kneading is continued in such a state, it is difficult for the thermoplastic resin to form uniform particles. On the other hand, a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130° C. or more and 200° C. or less is less likely to excessively decrease in viscosity during kneading, and is less likely to be decomposed by heat. Therefore, it was found that the thermoplastic resin is easily dispersed uniformly, and the desired thermoplastic resin-containing particles can be obtained.
以下、本発明の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法の各工程について、詳しく説明する。 Each step of the method for producing thermoplastic resin-containing particles of the present invention will be described in detail below.
1-1.混合工程
混合工程では、熱可塑性樹脂と耐熱温度が130℃以上200℃以下の水溶性樹脂とを混合し、混合物を得る。熱可塑性樹脂および水溶性樹脂の混合方法は特に制限されず、公知の混合・攪拌装置で行うことができる。また、熱可塑性樹脂および水溶性樹脂の混合は、室温で行ってもよく、加熱しながら行ってもよい。1-1. Mixing Step In the mixing step, a thermoplastic resin and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower are mixed to obtain a mixture. The method of mixing the thermoplastic resin and the water-soluble resin is not particularly limited, and can be carried out using a known mixing/stirring device. Further, the thermoplastic resin and the water-soluble resin may be mixed at room temperature or while being heated.
ここで、熱可塑性樹脂および水溶性樹脂の混合比(質量比)は、1:9~5:5であることが好ましく、4:6~5:5であることがより好ましく、4:5~5:5であることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂の量が過度に多くなると、後述の混練工程にて水溶性樹脂中に熱可塑性樹脂を十分に分散させにくくなるが、混合比が5:5以下であれば、熱可塑性樹脂を水溶性樹脂中に分散させやすくなる。一方、熱可塑性樹脂含有粒子の生産性の観点から、上記混合比を1:9以上とすることが好ましい。 Here, the mixing ratio (mass ratio) of the thermoplastic resin and the water-soluble resin is preferably 1:9 to 5:5, more preferably 4:6 to 5:5, and 4:5 to More preferably 5:5. If the amount of the thermoplastic resin is excessively large, it becomes difficult to sufficiently disperse the thermoplastic resin in the water-soluble resin in the later-described kneading step. It becomes easy to disperse in the resin. On the other hand, from the viewpoint of productivity of the thermoplastic resin-containing particles, the mixing ratio is preferably 1:9 or more.
上記熱可塑性樹脂は特に制限されないが、本発明の効果を十分に得るとの観点、さらには得られる立体造形物の弾性率を高めるとの観点から、比較的高弾性の熱可塑性樹脂であることが好ましい。具体的には、熱可塑性樹脂の27℃における弾性率は1400MPa以上であることが好ましく、1700MPa以上であることがより好ましい。一方、弾性率が過度に高い場合には、水溶性樹脂中に分散させ難くなりやすい。そこで、熱可塑性樹脂の27℃における弾性率は、2500MPa以下であることが好ましく、2300MPa以下であることがより好ましい。熱可塑性樹脂の弾性率は、ISO527-1:2017に準拠して、引張試験器により測定される。 Although the thermoplastic resin is not particularly limited, it should be a relatively highly elastic thermoplastic resin from the viewpoint of sufficiently obtaining the effects of the present invention and from the viewpoint of increasing the elastic modulus of the resulting three-dimensional model. is preferred. Specifically, the elastic modulus of the thermoplastic resin at 27° C. is preferably 1400 MPa or more, more preferably 1700 MPa or more. On the other hand, when the elastic modulus is excessively high, it tends to be difficult to disperse in the water-soluble resin. Therefore, the elastic modulus of the thermoplastic resin at 27° C. is preferably 2500 MPa or less, more preferably 2300 MPa or less. The elastic modulus of a thermoplastic resin is measured using a tensile tester in accordance with ISO527-1:2017.
上記熱可塑性樹脂の例には、ポリアミド12、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合チア、エチレン・酢酸ビニル共重合体、スチレン・アクリロニトリル共重合体、およびポリカプロラクトン等が含まれる。これらの中でも、弾性率が高く、かつ機械的強度が高いとの観点から、ポリアミド12およびポリプロピレンが好ましく、ポリプロピレンが特に好ましい。なお、熱可塑性樹脂は、一種のみを用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the thermoplastic resins include polyamide 12, polypropylene, polylactic acid, polyethylene, polyethylene terephthalate, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer thia, ethylene-vinyl acetate copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, and poly Caprolactone and the like are included. Among these, polyamide 12 and polypropylene are preferred, and polypropylene is particularly preferred, from the viewpoint of high elastic modulus and high mechanical strength. In addition, only 1 type may be used and a thermoplastic resin may be used in combination of 2 or more types.
ここで、熱可塑性樹脂がポリプロピレンである場合、ポリプロピレンの27℃における弾性率は、1500MPa以上2500MPa以下であることが好ましく、2000MPa以上2500MPa以下であることがより好ましく、2300MPa以上2500MPa以下であることがさらに好ましい。ポリプロピレンの弾性率が当該範囲であると、汎用性の高い立体造形物が得られやすくなる。 Here, when the thermoplastic resin is polypropylene, the elastic modulus of polypropylene at 27° C. is preferably 1500 MPa or more and 2500 MPa or less, more preferably 2000 MPa or more and 2500 MPa or less, and 2300 MPa or more and 2500 MPa or less. More preferred. When the elastic modulus of polypropylene is within this range, it becomes easier to obtain a three-dimensionally shaped article with high versatility.
なお、本工程で混合する熱可塑性樹脂の形状は特に制限されず、例えば塊状であってもよく、粒子状であってもよく、ペレット状であってもよい。 The shape of the thermoplastic resin to be mixed in this step is not particularly limited, and may be, for example, in the form of lumps, particles, or pellets.
一方、本工程で混合する水溶性樹脂は、耐熱温度が130℃以上200℃以下であり、水溶性を有し、かつ上述の熱可塑性樹脂と相溶性の低い樹脂であれば特に制限されない。ここで、本明細書において、水溶性樹脂の「耐熱温度」とは、水溶性樹脂の分解温度の上限を意味し、レオメーターにより、貯蔵弾性率の変化が起きるまで昇温させることによって測定される値をいう。また、「水溶性を有する」とは、100gの水に10g以上溶解する場合のことをいう。 On the other hand, the water-soluble resin to be mixed in this step is not particularly limited as long as it has a heat resistance temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower, has water solubility, and has low compatibility with the thermoplastic resin. Here, in this specification, the "heat resistant temperature" of the water-soluble resin means the upper limit of the decomposition temperature of the water-soluble resin, and is measured by raising the temperature until the storage modulus changes with a rheometer. value. Moreover, "having water solubility" refers to the case where 10 g or more is dissolved in 100 g of water.
後述の混練工程において、水溶性樹脂中に熱可塑性樹脂を均一に分散させるとの観点から、水溶性樹脂として、熱可塑性樹脂と流動性の挙動が近いものを選択することが好ましい。例えば、150℃における熱可塑性樹脂の粘度を1としたとき、150℃における水溶性樹脂の粘度は、0.8~1.2であることが好ましく、0.9~1であることがより好ましい。なお粘度は、レオメーターにより100℃~200℃に昇温した際に測定される値とする。 From the viewpoint of uniformly dispersing the thermoplastic resin in the water-soluble resin in the later-described kneading step, it is preferable to select a water-soluble resin having fluid behavior similar to that of the thermoplastic resin. For example, when the viscosity of the thermoplastic resin at 150°C is 1, the viscosity of the water-soluble resin at 150°C is preferably 0.8 to 1.2, more preferably 0.9 to 1. . The viscosity is a value measured by a rheometer when the temperature is raised from 100°C to 200°C.
水溶性樹脂の具体例には、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体、ポリアクリルアミド等が含まれる。水溶性樹脂は、一種のみ用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。これらの中でも特に、後述の溶解工程において、有機溶媒に溶解させることが可能であり、かつ耐熱性が高いという観点で、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体が好ましい。 Specific examples of water-soluble resins include ethylene oxide/propylene oxide copolymers, polyacrylamide, and the like. One type of water-soluble resin may be used, or two or more types may be mixed and used. Among these, ethylene oxide/propylene oxide copolymers are particularly preferred from the viewpoints of being able to be dissolved in an organic solvent in the dissolving step described below and having high heat resistance.
ここで、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体は、重量平均分子量が50000以上150000以下であることが好ましく、50000以上120000以下であることがより好ましく、50000以上100000以下であることがさらに好ましい。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される分子量(スチレン換算)である。エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の重量平均分子量が過度に大きいと、水や有機溶媒に溶解し難くなることがあるが、150000以下であれば、これらに十分に溶解させることが可能である。また、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の重量平均分子量が50000以上であると、混練時における、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイドの粘度と、熱可塑性樹脂の粘度とが近くなりやすい。 Here, the ethylene oxide/propylene oxide copolymer preferably has a weight average molecular weight of 50,000 to 150,000, more preferably 50,000 to 120,000, even more preferably 50,000 to 100,000. The weight average molecular weight is the molecular weight (in terms of styrene) measured by gel permeation chromatography (GPC). If the weight average molecular weight of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer is excessively large, it may become difficult to dissolve in water or an organic solvent. Further, when the weight average molecular weight of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer is 50000 or more, the viscosity of the ethylene oxide/propylene oxide and the viscosity of the thermoplastic resin tend to be close to each other during kneading.
エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体は、エチレンオキサイドモノマーとプロピレンオキサイドモノマーとを共重合したものであればよいが、エチレオキサイドモノマーとプロピレンオキサイドモノマーとの重合比は、12:1~10:1であることが好ましく、8:1~7:1であることがより好ましく、6:1~5:1であることがさらに好ましい。エチレンオキサイドモノマー由来の構造が、一定以上含まれると、後述する溶解工程において、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の水や有機溶媒に対する溶解性が良好になる。 The ethylene oxide/propylene oxide copolymer may be obtained by copolymerizing an ethylene oxide monomer and a propylene oxide monomer. preferably 8:1 to 7:1, even more preferably 6:1 to 5:1. When the ethylene oxide monomer-derived structure is contained at a certain level or more, the solubility of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer in water and organic solvents is improved in the dissolution step described later.
なお、本工程で混合する際の水溶性樹脂の形状も特に制限されず、例えば塊状であってもよく、粒子状であってもよく、ペレット状であってもよい。 The shape of the water-soluble resin to be mixed in this step is also not particularly limited, and may be, for example, in the form of lumps, particles, or pellets.
1-2.混練工程
上述の混合工程で調製した混合物を、当該混合物の軟化点以上に加熱して混練する。混合物の軟化点は、示差走査熱量計(DSC)により、10℃/minの条件で0℃から200℃まで昇温させ、10分間アニーリングをし、200℃から0℃まで降温させ、更に0℃から200℃まで昇温させることにより特定される。1-2. Kneading Step The mixture prepared in the above-described mixing step is heated to a temperature equal to or higher than the softening point of the mixture and kneaded. The softening point of the mixture was measured by a differential scanning calorimeter (DSC) by heating from 0°C to 200°C at a rate of 10°C/min, annealing for 10 minutes, cooling from 200°C to 0°C, and further to 0°C. to 200°C.
混練時の温度は、上述の混合物の軟化点以上であればよいが、当該軟化点より10~200℃高い温度であることが好ましく、20~150℃高い温度であることがより好ましい。混練時の温度が軟化点より10℃以上高いと、水溶性樹脂中に熱可塑性樹脂が均一に分散されやすくなる。一方で、混練時の温度を、軟化点より200℃以下高い温度とすることで、水溶性樹脂や熱可塑性樹脂が混練時に分解し難くなる。 The temperature during kneading may be equal to or higher than the softening point of the mixture, preferably 10 to 200° C. higher than the softening point, more preferably 20 to 150° C. higher. When the temperature during kneading is 10° C. or more higher than the softening point, the thermoplastic resin tends to be uniformly dispersed in the water-soluble resin. On the other hand, by setting the kneading temperature to 200° C. or less higher than the softening point, it becomes difficult for the water-soluble resin and the thermoplastic resin to decompose during kneading.
また、混練時間は、水溶性樹脂中で熱可塑性樹脂が所望の平均粒子径となるまで分散可能な時間であれば特に制限されない。通常10~40分とすることができ、10~30分とすることがより好ましく、15~20分とすることがさらに好ましい。混練時間が過度に長いと、製造効率が低下したり、水溶性樹脂が分解しやすくなったりする。一方、混練時間が過度に短いと、十分に熱可塑性樹脂を分散させることが難しい。 Further, the kneading time is not particularly limited as long as the thermoplastic resin can be dispersed in the water-soluble resin until it has a desired average particle size. It can be usually 10 to 40 minutes, more preferably 10 to 30 minutes, even more preferably 15 to 20 minutes. If the kneading time is excessively long, the production efficiency may be lowered, or the water-soluble resin may be easily decomposed. On the other hand, if the kneading time is too short, it will be difficult to sufficiently disperse the thermoplastic resin.
なお、本工程では、水溶性樹脂中に分散される熱可塑性樹脂の平均粒子径が、20~100μm程度となるように混練することが好ましく、30~70μm程度となるように混練することがより好ましい。熱可塑性樹脂を含む粒子(本願では「熱可塑性樹脂含有粒子」とも表す)の平均粒子径が100μm以下であると、当該熱可塑性樹脂含有粒子を用いて、微細な構造の立体造形物を作製することが可能となる。一方、立体造形物の作製時に、熱可塑性樹脂含有粒子に十分な流動性を付与し、かつ取り扱い性を良好にする等の観点から20μm以上であることが好ましい。また、各熱可塑性樹脂含有粒子の粒子径の粒度分布は狭いことが好ましい。なお、熱可塑性樹脂含有粒子の多分散度(Mw/Mn)は、2.0以下であることが好ましく、1.8以下であることがより好ましく、1.5以下であることがさらに好ましい。熱可塑性樹脂含有粒子の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、GPCにより測定できる。当該多分散度(Mw/Mn)が低くなると、粒子径の粒度分布も低くなりやすい。 In this step, the average particle size of the thermoplastic resin dispersed in the water-soluble resin is preferably about 20 to 100 μm, more preferably about 30 to 70 μm. preferable. If the average particle size of particles containing a thermoplastic resin (also referred to as “thermoplastic resin-containing particles” in the present application) is 100 μm or less, the thermoplastic resin-containing particles are used to produce a three-dimensional object with a fine structure. becomes possible. On the other hand, it is preferably 20 μm or more from the viewpoint of imparting sufficient fluidity to the thermoplastic resin-containing particles and improving handleability when producing a three-dimensional object. Moreover, it is preferable that the particle size distribution of the particle size of each thermoplastic resin-containing particle is narrow. The polydispersity (Mw/Mn) of the thermoplastic resin-containing particles is preferably 2.0 or less, more preferably 1.8 or less, even more preferably 1.5 or less. The weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) of the thermoplastic resin-containing particles can be measured by GPC. When the polydispersity (Mw/Mn) is low, the particle size distribution of the particle size tends to be low.
上記平均粒子径は、混練物の一部を抜きとり、水溶性樹脂を後述の第1の溶媒等に溶解させた後、残留する粒子状の成分の平均粒子径を測定することで特定できる。具体的には、動的光散乱法によって測定した体積平均粒子径とする。体積平均粒子径は、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置(マイクロトラックベル社製、MT3300EXII)により測定することができる。 The average particle size can be specified by extracting part of the kneaded product, dissolving the water-soluble resin in a first solvent or the like described later, and then measuring the average particle size of the remaining particulate component. Specifically, it is the volume average particle diameter measured by the dynamic light scattering method. The volume-average particle size can be measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer (manufactured by Microtrack Bell, MT3300EXII) equipped with a wet disperser.
ここで、本工程における混練方法は特に制限されず、例えばロール、バンバリーミキサー、ニーダー、単軸押出機、二軸押出機等が含まれる。これらの中でも、得られる熱可塑性樹脂含有粒子の平均粒子径を均一にするとの観点から、二軸押出機が好ましい。なお、混練後の混練物を、塊状のままとしてもよいが、シート状やストランド状、ペレット状等、各種形状に加工してもよい。 Here, the kneading method in this step is not particularly limited, and examples thereof include rolls, Banbury mixers, kneaders, single-screw extruders, twin-screw extruders, and the like. Among these, a twin-screw extruder is preferable from the viewpoint of making the average particle size of the obtained thermoplastic resin-containing particles uniform. The kneaded product after kneading may be left as a mass, but may be processed into various shapes such as sheet, strand, pellet, and the like.
1-3.冷却工程
上記混練工程後、混練物をその軟化点未満まで冷却する。本工程では、混練物を軟化点より110℃以上低い温度まで冷却することが好ましく、120℃以上低い温度まで冷却することがより好ましい。冷却工程で十分に冷却することで、熱可塑性樹脂が固化し、後述の溶解工程や分離工程等において熱可塑性樹脂含有粒子(熱可塑性樹脂)どうしが融着し難くなる。なお、冷却工程では、混練物の内部まで均一な温度となるように冷却することが好ましい。1-3. Cooling Step After the kneading step, the kneaded material is cooled below its softening point. In this step, the kneaded product is preferably cooled to a temperature lower than the softening point by 110°C or more, and more preferably cooled to a temperature lower than the softening point by 120°C or more. Sufficient cooling in the cooling step solidifies the thermoplastic resin, making it difficult for the thermoplastic resin-containing particles (thermoplastic resin) to fuse together in the dissolution step, separation step, etc. described below. In addition, in the cooling step, it is preferable to cool the inside of the kneaded material to a uniform temperature.
混練物は、徐冷してもよく、急冷してもよい。混練物の冷却方法は特に制限されず、例えば混練物を室温に放置することで、冷却してもよく、公知の冷却装置等を用いて冷却してもよい。混練物は徐冷したほうが、粒子がゆっくり成長するため好ましく、室温に放置する方法が特に好ましい。 The kneaded product may be cooled slowly or rapidly. The method of cooling the kneaded product is not particularly limited, and for example, the kneaded product may be cooled by leaving it at room temperature, or it may be cooled using a known cooling device or the like. Gradual cooling of the kneaded material is preferable because the particles grow slowly, and the method of leaving the kneaded material at room temperature is particularly preferable.
1-4.溶解工程
上記冷却工程後、上述の混練物を、水または有機溶媒を含む第1の溶媒と混合し、水溶性樹脂を第1の溶媒に溶解させる。1-4. Dissolving Step After the cooling step, the kneaded product is mixed with a first solvent containing water or an organic solvent to dissolve the water-soluble resin in the first solvent.
第1の溶媒は、水溶性樹脂を溶解可能であり、かつ熱可塑性樹脂を溶解しない溶媒であればよく、水、もしくは、アセトニトリルや、ジクロロメタン、メタノール、エタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、アセトン、酢酸エチル等の有機溶媒とすることができる。第1の溶媒には、これらが一種の含まれていてもよく、二種以上含まれていてもよい。これらの中でも、水溶性樹脂を溶解させやすいとの観点で、アセトニトリル、ジクロロメタン、メタノール、エタノール、トルエン、テトラヒドロフラン、およびアセトンが好ましい。 The first solvent may be any solvent that can dissolve the water-soluble resin and does not dissolve the thermoplastic resin, such as water, acetonitrile, dichloromethane, methanol, ethanol, toluene, tetrahydrofuran, acetone, and ethyl acetate. can be used as an organic solvent. The first solvent may contain one of these, or may contain two or more of them. Among these, acetonitrile, dichloromethane, methanol, ethanol, toluene, tetrahydrofuran, and acetone are preferable from the viewpoint of being easy to dissolve the water-soluble resin.
第1の溶媒に水溶性樹脂を溶解させる方法としては、上述の混練物を第1の溶媒に浸漬させる方法等とすることができる。このとき、水溶性樹脂が溶解しやすいように、混練物をクラッシャー等で破砕してから、第1の溶媒に浸漬させてもよい。さらに、混練物を浸漬後、必要に応じて第1の溶媒を攪拌してもよい。 As a method of dissolving the water-soluble resin in the first solvent, a method of immersing the kneaded product in the first solvent can be used. At this time, the kneaded product may be crushed with a crusher or the like and then immersed in the first solvent so that the water-soluble resin is easily dissolved. Furthermore, after the kneaded material is immersed, the first solvent may be stirred if necessary.
第1の溶媒と混練物とを混合する際の第1の溶媒の温度は、第1の溶媒の沸点以下の温度であればよく、必要に応じて加熱してもよい。例えば、第1の溶媒として、酢酸エチルまたはエタノールを用いる場合には、水溶性樹脂の第1の溶媒への溶解性を高める観点から、第1の溶媒を50℃以上に加熱して、混練物と混合することが好ましい。一方、その他の溶媒を用いる場合には、室温で第1の溶媒と上述の混練物とを混合してもよい。 The temperature of the first solvent when mixing the first solvent and the kneaded material may be a temperature equal to or lower than the boiling point of the first solvent, and may be heated as necessary. For example, when ethyl acetate or ethanol is used as the first solvent, the first solvent is heated to 50 ° C. or higher from the viewpoint of increasing the solubility of the water-soluble resin in the first solvent, and the kneaded product It is preferred to mix with On the other hand, when other solvents are used, the first solvent and the kneaded material may be mixed at room temperature.
第1の溶媒と混練物とを接触させる時間は、水溶性樹脂の溶解性等に応じて適宜選択されるが、通常1~5時間とすることができ、3~7時間とすることがより好ましい。なお、溶解工程では、熱可塑性樹脂含有粒子中の水溶性樹脂の量が、当該熱可塑性樹脂含有粒子の質量に対して0.001%~5質量%以下となるように、水溶性樹脂を溶解させることが好ましい。水溶性樹脂の量が0.001%~5質量%以下となると、熱可塑性樹脂含有粒子を用いて立体造形物を作製した際に、立体造形物の強度等が十分に高くなりやすい。熱可塑性樹脂含有粒子中の水溶性樹脂の量は、NMR測定により熱可塑性樹脂由来のピークと水溶性樹脂由来のピークを比較することで特定することができる。 The time for contacting the first solvent and the kneaded product is appropriately selected according to the solubility of the water-soluble resin, etc., but it can usually be 1 to 5 hours, more preferably 3 to 7 hours. preferable. In the dissolving step, the water-soluble resin is dissolved so that the amount of the water-soluble resin in the thermoplastic resin-containing particles is 0.001% to 5% by mass or less with respect to the mass of the thermoplastic resin-containing particles. It is preferable to let When the amount of the water-soluble resin is 0.001% to 5% by mass or less, when a three-dimensional object is produced using the thermoplastic resin-containing particles, the strength of the three-dimensional object tends to be sufficiently high. The amount of the water-soluble resin in the thermoplastic resin-containing particles can be specified by comparing the peak derived from the thermoplastic resin and the peak derived from the water-soluble resin by NMR measurement.
1-5.分離工程
溶解工程後、溶液中に含まれる固形分を分離し、熱可塑性樹脂含有粒子を得る。固形分の分離方法は特に制限されず、例えば遠心分離や、濾過、もしくはこれらの組み合わせ等とすることができる。熱可塑性樹脂含有粒子を必要に応じて、公知の乾燥方法で乾燥させてもよい。1-5. Separation Step After the dissolution step, the solid content contained in the solution is separated to obtain thermoplastic resin-containing particles. The solid content separation method is not particularly limited, and may be, for example, centrifugation, filtration, or a combination thereof. If necessary, the thermoplastic resin-containing particles may be dried by a known drying method.
1-6.洗浄工程
上述の分離工程後、必要に応じて、得られた熱可塑性樹脂含有粒子を洗浄する洗浄工程を行ってもよい。洗浄工程は、例えば水または有機溶媒を含む第2の溶媒で、熱可塑性樹脂含有粒子を洗浄する工程とすることができる。1-6. Washing Step After the separation step described above, if necessary, a washing step for washing the obtained thermoplastic resin-containing particles may be performed. The washing step can be, for example, a step of washing the thermoplastic resin-containing particles with a second solvent containing water or an organic solvent.
洗浄工程を行うことにより、熱可塑性樹脂含有粒子中の水溶性樹脂をさらに除去し、熱可塑性樹脂含有粒子中の熱可塑性樹脂量を高めることができる。その結果、当該熱可塑性樹脂含有粒子を用いて作製される立体造形物の強度を高めること等が可能となる。 By performing the washing step, the water-soluble resin in the thermoplastic resin-containing particles can be further removed, and the amount of thermoplastic resin in the thermoplastic resin-containing particles can be increased. As a result, it is possible to increase the strength of a three-dimensional object produced using the thermoplastic resin-containing particles.
洗浄工程は、分離工程で分離された熱可塑性樹脂含有粒子を、第2の溶媒に浸漬する工程等とすることができる。第2の溶媒としては、上述の第1の溶媒と同様のものを用いることができる。なお、第1の溶媒および第2の溶媒は、同一であってもよく、異なってもよい。 The washing step can be, for example, a step of immersing the thermoplastic resin-containing particles separated in the separating step in the second solvent. As the second solvent, the same solvent as the above-described first solvent can be used. In addition, the first solvent and the second solvent may be the same or different.
また、洗浄工程を行う際の第2の溶媒の温度は、第2の溶媒の沸点以下の温度であればよく、必要に応じて適宜加熱してもよい。例えば、第2の溶媒として、酢酸エチルまたはエタノールを用いる場合には、第2の溶媒に対する水溶性樹脂の溶解性を高める観点から、第2の溶媒を50℃以上に加熱することが好ましい。一方、その他の溶媒を用いる場合には、室温で第2の溶媒と熱可塑性樹脂含有粒子とを混合してもよい。 Moreover, the temperature of the second solvent when performing the washing step may be a temperature equal to or lower than the boiling point of the second solvent, and may be appropriately heated as necessary. For example, when ethyl acetate or ethanol is used as the second solvent, it is preferable to heat the second solvent to 50° C. or higher from the viewpoint of increasing the solubility of the water-soluble resin in the second solvent. On the other hand, when using another solvent, the second solvent and the thermoplastic resin-containing particles may be mixed at room temperature.
溶解工程では、熱可塑性樹脂含有粒子中の水溶性樹脂の量が、当該熱可塑性樹脂含有粒子の質量に対して5質量%以下となるように、熱可塑性樹脂含有粒子を洗浄することが好ましい。水溶性樹脂の量が5質量%以下となると、熱可塑性樹脂含有粒子を用いて立体造形物を作製した際に、立体造形物の強度等が十分に特に高くなりやすい。熱可塑性樹脂含有粒子中の水溶性樹脂の量は、上述と同様の方法で特定することができる。 In the dissolving step, the thermoplastic resin-containing particles are preferably washed so that the amount of the water-soluble resin in the thermoplastic resin-containing particles is 5% by mass or less with respect to the mass of the thermoplastic resin-containing particles. When the amount of the water-soluble resin is 5% by mass or less, when a three-dimensional object is produced using the thermoplastic resin-containing particles, the strength of the three-dimensional object tends to be sufficiently high. The amount of water-soluble resin in the thermoplastic resin-containing particles can be specified by the same method as described above.
1-7.溶媒回収工程(第1溶媒回収工程および第2溶媒回収工程)
また、上述の溶解工程および洗浄工程後、必要に応じて、第1の溶媒および/または第2の溶媒(これらをまとめて単に「溶媒」とも称する)を回収する溶媒回収工程を行ってもよい。本工程では、水溶性樹脂が溶解した第1の溶媒や第2の溶媒から水溶性樹脂を除去し、各溶媒を再利用する。1-7. Solvent recovery step (first solvent recovery step and second solvent recovery step)
Further, after the above-described dissolving step and washing step, if necessary, a solvent recovery step of recovering the first solvent and/or the second solvent (collectively referred to simply as "solvent") may be performed. . In this step, the water-soluble resin is removed from the first solvent and the second solvent in which the water-soluble resin is dissolved, and each solvent is reused.
溶媒の回収方法は特に制限されず、例えば蒸留法等により、溶媒と水溶性樹脂とを分離し、溶媒を分取する方法等とすることができる。なお、第1の溶媒および第2の溶媒が同じである場合には、これらをまとめて回収してもよい。 The method for recovering the solvent is not particularly limited, and for example, a method of separating the solvent and the water-soluble resin by distillation or the like and fractionating the solvent can be used. In addition, when the first solvent and the second solvent are the same, they may be collected together.
2.立体造形用樹脂組成物
上述の方法で製造される熱可塑性樹脂含有粒子は、立体造形用樹脂組成物に適用することが可能である。以下、熱可塑性樹脂含有粒子を含む立体造形用樹脂組成物について説明する。本発明の立体造形用樹脂組成物は、粉末床溶融結合法やMJF法等、熱可塑性樹脂含有粒子を溶融結合させて立体造形物を製造する方法に用いられる。当該立体造形用樹脂組成物は、熱可塑性樹脂含有粒子と、必要に応じて各種添加剤やフローエージェント等を含む組成物とすることができる。2. Resin composition for three-dimensional modeling The thermoplastic resin-containing particles produced by the method described above can be applied to a resin composition for three-dimensional modeling. A three-dimensional modeling resin composition containing thermoplastic resin-containing particles will be described below. The resin composition for three-dimensional modeling of the present invention is used in a method for producing three-dimensional objects by fusion-bonding thermoplastic resin-containing particles, such as the powder bed fusion method and the MJF method. The three-dimensional modeling resin composition can be a composition containing thermoplastic resin-containing particles and, if necessary, various additives, a flow agent, and the like.
上記熱可塑性樹脂含有粒子には、熱可塑性樹脂と、耐熱温度130℃以上200℃以下の水溶性樹脂とが含まれ、熱可塑性樹脂含有粒子全量に対する水溶性樹脂の量は0.001質量%以上5質量%以下である。熱可塑性樹脂含有粒子に、水溶性樹脂が0.001質量%以上含まれると、造形時に熱可塑性樹脂含有粒子中の水溶性樹脂が軟化することで、界面の融着性が向上し、破断伸びが向上するという効果がある。さらに、水溶性樹脂によって造形物表面の結晶化が抑制されるという効果もある。一方で、水溶性樹脂の量が5質量%以下であるため、作製される立体造形物の耐熱性や機械的強度が良好になる。上記水溶性樹脂の量は、0.001~3質量%であることがより好ましく、0.001~1質量%であることがさらに好ましい。当該熱可塑性樹脂含有粒子は、上述の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法で製造されるため、ここでの詳細な説明は省略する。 The thermoplastic resin-containing particles contain a thermoplastic resin and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower, and the amount of the water-soluble resin with respect to the total amount of the thermoplastic resin-containing particles is 0.001% by mass or more. It is 5% by mass or less. When the thermoplastic resin-containing particles contain 0.001% by mass or more of the water-soluble resin, the water-soluble resin in the thermoplastic resin-containing particles softens during molding, thereby improving the interfacial fusion bondability and breaking elongation. has the effect of improving Furthermore, the water-soluble resin has the effect of suppressing the crystallization of the surface of the modeled object. On the other hand, since the amount of the water-soluble resin is 5% by mass or less, the heat resistance and mechanical strength of the produced three-dimensional object are improved. The amount of the water-soluble resin is more preferably 0.001 to 3% by mass, even more preferably 0.001 to 1% by mass. Since the thermoplastic resin-containing particles are produced by the method for producing thermoplastic resin-containing particles described above, detailed description thereof is omitted here.
立体造形用樹脂組成物に必要に応じて含まれるフィラーは、本発明の目的および効果を損なわない限り特に制限されない。立体造形用樹脂組成物にフィラーが含まれると、立体造形物作製時に照射するエネルギーが伝わりやすくなったり、得られる立体造形物の強度が高まったりする。 The filler that is optionally contained in the three-dimensional modeling resin composition is not particularly limited as long as it does not impair the object and effect of the present invention. When a filler is contained in the resin composition for three-dimensional modeling, the energy to be irradiated during production of a three-dimensional modeled article can be easily transmitted, and the strength of the three-dimensional modeled article obtained can be increased.
フィラーの例には、タルク、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、ワラストナイト、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、ケイ酸カルシウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カルシウム、アルミノ珪酸ナトリウム、珪酸マグネシウム、ガラスバルーン、ガラスカットファイバー、ガラスミルドファイバー、ガラスフレーク、ガラス粉末、炭化ケイ素、窒化ケイ素、石膏、石膏ウィスカー、焼成カオリン、カーボンブラック、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、ゼオライト、ハイドロタルサイト、金属繊維、金属ウィスカー、金属粉、セラミックウィスカー、チタン酸カリウム、窒化ホウ素、グラファイト、層状粘土鉱物、炭素繊維等の無機フィラー;多糖類のナノファイバー等の有機フィラー;各種ポリマー等が含まれる。立体造形用樹脂組成物には、フィラーが一種のみ含まれていてもよく、二種以上含まれていてもよい。 Examples of fillers include talc, calcium carbonate, zinc carbonate, wollastonite, silica, alumina, magnesium oxide, calcium silicate, sodium aluminate, calcium aluminate, sodium aluminosilicate, magnesium silicate, glass balloon, glass cut fiber. , glass milled fiber, glass flake, glass powder, silicon carbide, silicon nitride, gypsum, gypsum whisker, calcined kaolin, carbon black, zinc oxide, antimony trioxide, zeolite, hydrotalcite, metal fiber, metal whisker, metal powder, Inorganic fillers such as ceramic whiskers, potassium titanate, boron nitride, graphite, layered clay minerals, and carbon fibers; organic fillers such as polysaccharide nanofibers; and various polymers. The three-dimensional modeling resin composition may contain only one type of filler, or may contain two or more types.
フィラーの平均粒子径は、立体造形物作製時に、熱可塑性樹脂含有粒子どうしの結合を阻害しないとの観点から0.01~50μm程度であることが好ましい。フィラーの平均粒子径は、体積平均粒子径であり、立体造形用樹脂組成物から、熱可塑性樹脂含有粒子を溶媒等によって除去した後、レーザ回折式粒度分布測定装置等にて測定することで特定できる。 The average particle size of the filler is preferably about 0.01 to 50 μm from the viewpoint of not interfering with the bonding of the thermoplastic resin-containing particles when producing a three-dimensional object. The average particle size of the filler is the volume average particle size, which is specified by measuring with a laser diffraction particle size distribution analyzer after removing the thermoplastic resin-containing particles from the three-dimensional modeling resin composition with a solvent or the like. can.
フィラーは、上記の中でも、立体造形物作製時に照射するエネルギーの伝導性が良好であり、かつ立体造形物の機械的強度および延性を高めやすいとの観点から、直径が1~1000nmである球状粒子、厚みが1~1000nmである平板状粒子、もしくは繊維径が1~1000nmである繊維状粒子であることが好ましい。 Among the above, the filler is a spherical particle having a diameter of 1 to 1000 nm from the viewpoint that the energy to be irradiated when producing a three-dimensional object has good conductivity and that the mechanical strength and ductility of the three-dimensional object can be easily increased. , tabular particles having a thickness of 1 to 1000 nm, or fibrous particles having a fiber diameter of 1 to 1000 nm.
球状粒子は、無機材料からなる粒子、有機材料からなる粒子のいずれであってもよく、その例には、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、酸化チタン微粒子、ジルコニア微粒子等が含まれる。 The spherical particles may be particles made of an inorganic material or particles made of an organic material, examples of which include silica fine particles, alumina fine particles, titanium oxide fine particles, zirconia fine particles, and the like.
フィラーが平板状粒子である場合、平板状粒子の厚みは、50~500nmであることがより好ましく、100~400nmであることがさらに好ましく、150~300nmであることが特に好ましい。本明細書において、平板状粒子とは、対向する2つの主平面を有し、これら2つの主平面の間の距離(厚み)が、主平面の最大径および最小径に対して十分に小さい粒子をいう。 When the filler is tabular grains, the thickness of the tabular grains is more preferably 50 to 500 nm, still more preferably 100 to 400 nm, and particularly preferably 150 to 300 nm. In the present specification, a tabular grain is a grain having two main planes facing each other, and the distance (thickness) between the two main planes is sufficiently small relative to the maximum and minimum diameters of the main planes. Say.
また、当該平板状粒子の主平面の形状は、円形状であってもよく、楕円状であってもよく、多角形状であってもよい。平板状粒子の主平面の幅は、1~10μmであることが好ましく、2~8μmであることがより好ましい。また、主平面の最大径と平板状粒子の厚みとの比(主平面の最大径/厚み)は、5~15であることが好ましく、10~12であることがより好ましい。主平面の最大径と、平板状粒子の厚みとの比が上記範囲であると、熱可塑性樹脂含有粒子に対するエネルギー伝導性が良好になりやすく、熱可塑性樹脂含有粒子どうしを溶融結合させやすくなる。 The shape of the main plane of the tabular grain may be circular, elliptical, or polygonal. The width of the major planes of tabular grains is preferably 1 to 10 μm, more preferably 2 to 8 μm. The ratio of the maximum diameter of the major planes to the thickness of the tabular grain (maximum diameter of the major planes/thickness) is preferably 5-15, more preferably 10-12. When the ratio between the maximum diameter of the major planes and the thickness of the tabular particles is within the above range, the energy conductivity with respect to the thermoplastic resin-containing particles tends to be good, and the thermoplastic resin-containing particles are easily melt-bonded.
平板状粒子の例には、上述の層状粘土鉱物(例えば、カオリン;タルク;マイカ;モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、ノントロナイト、スチーブンサイト等のスメクタイト系鉱物;バーミキュライト;ベントナイト;カネマイト、ケニアナイト、マカナイト等の層状ケイ酸ナトリウム;Na型テトラシリシックフッ素雲母、Li型テトラシリシックフッ素雲母、Na型フッ素テニオライト、Li型フッ素テニオライト等の雲母族粘土鉱物等)が含まれる。このような平板状粒子は、天然の鉱物から得られたものであってもよく、化学的に合成されたものであってもよい。さらに、平板状粒子は、表面がアンモニウム塩等で修飾(表面処理)されたものであってもよい。 Examples of tabular particles include the above-mentioned layered clay minerals (e.g., kaolin; talc; mica; smectite minerals such as montmorillonite, beidellite, hectorite, saponite, nontronite, stevensite; vermiculite; bentonite; lamellar sodium silicates such as night and macanite; mica group clay minerals such as Na-type tetrasilicic fluoromica, Li-type tetrasilicic fluoromica, Na-type fluoroteniolite, Li-type fluoroteniolite, etc.). Such tabular grains may be obtained from natural minerals or chemically synthesized. Further, the tabular grains may be modified (surface-treated) with an ammonium salt or the like.
一方、フィラーが繊維状である場合、その繊維径は、分散性等の観点から3~30nmであることが好ましく、5~20nmであることがより好ましい。また、繊維状フィラーの繊維長は、200~10000nmであることが好ましく、250~10000nmであることがより好ましい。繊維長10000nm以下であると、立体造形物の外観性が良好になりやすい。また、繊維長が200nm以上であると、得られる立体造形物の強度が高まりやすくなる。ここで、繊維状フィラーの例には、炭素繊維、多糖類のナノファイバー等が含まれる。 On the other hand, when the filler is fibrous, the fiber diameter is preferably 3 to 30 nm, more preferably 5 to 20 nm, from the viewpoint of dispersibility. The fiber length of the fibrous filler is preferably 200-10000 nm, more preferably 250-10000 nm. When the fiber length is 10,000 nm or less, the appearance of the three-dimensional model tends to be good. In addition, when the fiber length is 200 nm or more, the strength of the three-dimensional object to be obtained tends to increase. Here, examples of fibrous fillers include carbon fibers, polysaccharide nanofibers, and the like.
立体造形用樹脂組成物中のフィラーの量は、熱可塑性樹脂含有粒子の含有量を100質量部としたとき、5~30質量部であることが好ましく、10~25質量部であることがより好ましく、15~20質量部であることがさらに好ましい。フィラーの量が5質量部以上であると、立体造形用樹脂組成物から得られる立体造形物の機械的強度が高まりやすい。一方、フィラーの量が30質量部以上であると、得られる立体造形物の延性が低下しやすい。 The amount of the filler in the three-dimensional modeling resin composition is preferably 5 to 30 parts by mass, more preferably 10 to 25 parts by mass, when the content of the thermoplastic resin-containing particles is 100 parts by mass. It is preferably from 15 to 20 parts by mass, and more preferably from 15 to 20 parts by mass. When the amount of the filler is 5 parts by mass or more, the mechanical strength of the three-dimensional object obtained from the resin composition for three-dimensional modeling tends to increase. On the other hand, when the amount of the filler is 30 parts by mass or more, the ductility of the obtained three-dimensional molded article tends to decrease.
一方、立体造形用樹脂組成物に必要に応じて含まれる各種添加剤の例には、酸化防止剤、酸性化合物及びその誘導体、滑剤、紫外線吸収剤、光安定剤、核剤、難燃剤、衝撃改良剤、発泡剤、着色剤、有機過酸化物、展着剤、粘着剤等が含まれる。立体造形用樹脂組成物には、これらが一種のみ含まれていてもよく、二種以上含まれていてもよい。また、これらは、本発明の目的を損なわない範囲で、熱可塑性樹脂含有粒子の表面に塗布されていてもよい。 On the other hand, examples of various additives optionally contained in the three-dimensional modeling resin composition include antioxidants, acidic compounds and their derivatives, lubricants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, nucleating agents, flame retardants, impact It includes modifiers, blowing agents, coloring agents, organic peroxides, spreading agents, adhesives, and the like. The three-dimensional modeling resin composition may contain only one of these, or may contain two or more of them. Moreover, these may be applied to the surface of the thermoplastic resin-containing particles within a range that does not impair the object of the present invention.
また、フローエージェントは、摩擦係数が小さく、自己潤滑性を有する材料であればよい。このようなフローエージェントの例には、二酸化ケイ素および窒化ホウ素が含まれる。立体造形用樹脂組成物には、フローエージェントを一種のみ含まれていてもよく、二種とも含まれていてもよい。フローエージェントの量は、熱可塑性樹脂含有粒子等の流動性を向上させ、かつ熱可塑性樹脂含有粒子の溶融結合が十分に生じる範囲で適宜設定することができる。たとえば、熱可塑性樹脂含有粒子の質量に対して、0質量%より多く2質量%未満とすることができる。 Also, the flow agent may be any material as long as it has a small coefficient of friction and self-lubricating properties. Examples of such flow agents include silicon dioxide and boron nitride. The three-dimensional modeling resin composition may contain only one type of flow agent, or may contain both types. The amount of the flow agent can be appropriately set within a range that improves the fluidity of the thermoplastic resin-containing particles and the like and sufficiently causes fusion bonding of the thermoplastic resin-containing particles. For example, it can be more than 0% by mass and less than 2% by mass with respect to the mass of the thermoplastic resin-containing particles.
また、後述の粉末床溶融結合法に用いる立体造形用樹脂組成物には、レーザ吸収剤等が含まれていてもよい。レーザ吸収剤の例には、カーボン粉末、ナイロン樹脂粉末、顔料、および染料等が含まれる。立体造形用樹脂組成物には、レーザ吸収剤が一種類のみ含まれていてもよく、二種類以上含まれていてもよい。 In addition, the resin composition for stereolithography used in the powder bed fusion bonding method described below may contain a laser absorber or the like. Examples of laser absorbers include carbon powder, nylon resin powder, pigments, dyes, and the like. The three-dimensional modeling resin composition may contain only one type of laser absorber, or may contain two or more types.
3.立体造形物の製造方法
上述の立体造形用樹脂組成物は、前述のように、粉末床結合溶融方式、またはMJF方式による立体造形物の製造方法に用いることができる。以下、上記樹脂組成物を用いた立体造形方法について、それぞれ説明するが、本発明は、これらの方法に制限されない。3. Method for producing a three-dimensional object As described above, the three-dimensional object forming resin composition can be used in a method for producing a three-dimensional object by the powder bed bonding fusion method or the MJF method. Three-dimensional modeling methods using the resin composition will be described below, but the present invention is not limited to these methods.
3-1.粉末床結合溶融方式による立体造形物の製造方法
粉末床結合溶融方式による立体造形物の製造方法では、前記立体造形用樹脂組成物を用いる以外は、通常の粉末床結合溶融方式と同様に行うことができる。具体的には、(1)前述の立体造形用樹脂組成物を含む薄層を形成する薄層形成工程と、(2)当該薄層にレーザ光を選択的に照射して、熱可塑性樹脂含有粒子どうしが溶融結合した造形物層を形成するレーザ光照射工程と、を含む方法とすることができる。そして工程(1)および工程(2)を複数回繰り返し、造形物層を積層することで、立体造形物を製造することができる。なお、当該立体造形物の製造方法は、必要に応じて、他の工程を含んでいてもよく、例えば立体造形用樹脂組成物を予備加熱する工程等を含んでいてもよい。3-1. Method for manufacturing three-dimensional object by powder bed bonding melting method In the method for manufacturing three-dimensional object by powder bed bonding melting method, except for using the resin composition for three-dimensional modeling, it is performed in the same manner as the usual powder bed bonding melting method. can be done. Specifically, (1) a thin layer forming step of forming a thin layer containing the three-dimensional modeling resin composition described above, and (2) selectively irradiating the thin layer with a laser beam to obtain a thermoplastic resin containing and a laser beam irradiation step of forming a modeled article layer in which particles are fused and bonded together. By repeating the step (1) and the step (2) a plurality of times to stack the modeled object layers, a three-dimensional modeled object can be manufactured. In addition, the manufacturing method of the said three-dimensional model may include another process as needed, for example, the process of preheating the resin composition for three-dimensional shaping, etc. may be included.
・薄層形成工程(工程(1))
本工程では、立体造形用樹脂組成物を含む薄層を形成する。たとえば、立体造形装置の粉末供給部から供給された立体造形用樹脂組成物を、リコータによって造形ステージ上に平らに敷き詰める。薄層は、造形ステージ上に直接形成してもよいし、すでに敷き詰められている立体造形用樹脂組成物、またはすでに形成されている造形物層の上に形成してもよい。なお、上記立体造形用樹脂組成物に、必要に応じて別途、フローエージェントやレーザ吸収剤を混合して薄層を形成してもよい。・Thin layer forming step (step (1))
In this step, a thin layer containing the three-dimensional modeling resin composition is formed. For example, the three-dimensional modeling resin composition supplied from the powder supply section of the three-dimensional modeling apparatus is evenly spread on the modeling stage by a recoater. The thin layer may be formed directly on the modeling stage, or may be formed on the three-dimensional modeling resin composition that has already been spread, or on the modeled article layer that has already been formed. If necessary, a thin layer may be formed by mixing a flow agent or a laser absorber with the three-dimensional modeling resin composition.
薄層の厚さは、所望の造形物層の厚さと同じとする。薄層の厚さは、製造しようとする立体造形物の精度に応じて任意に設定することができるが、通常、0.01mm以上0.30mm以下である。薄層の厚さを0.01mm以上とすることで、次の造形物層を形成するためのレーザ光照射によって下の層の立体造形用樹脂組成物が溶融結合することを防ぐことができ、さらには均一な敷き詰めが可能となる。また、薄層の厚さを0.30mm以下とすることで、レーザ光のエネルギーを薄層の下部まで伝導させて、薄層を構成する立体造形用樹脂組成物を、厚み方向の全体にわたって十分に溶融結合させることができる。前記観点からは、薄層の厚さは0.01mm以上0.10mm以下であることがより好ましい。また、十分に立体造形用樹脂組成物を溶融結合させ、造形物層の割れをより生じ難くする観点からは、薄層の厚さと、後述するレーザ光のビームスポット径との差が0.10mm以内になるよう、薄層の厚さを設定することが好ましい。 The thickness of the thin layer should be the same as the thickness of the desired build layer. The thickness of the thin layer can be arbitrarily set according to the accuracy of the three-dimensional object to be manufactured, but is usually 0.01 mm or more and 0.30 mm or less. By setting the thickness of the thin layer to 0.01 mm or more, it is possible to prevent the three-dimensional modeling resin composition of the lower layer from being melted and bonded by laser light irradiation for forming the next modeled object layer. Furthermore, it becomes possible to spread evenly. In addition, by setting the thickness of the thin layer to 0.30 mm or less, the energy of the laser light is conducted to the bottom of the thin layer, and the three-dimensional modeling resin composition constituting the thin layer is sufficiently spread over the entire thickness direction. can be melt-bonded to From the above viewpoint, the thickness of the thin layer is more preferably 0.01 mm or more and 0.10 mm or less. In addition, from the viewpoint of sufficiently melting and bonding the resin composition for three-dimensional modeling and making it more difficult for cracks to occur in the modeled object layer, the difference between the thickness of the thin layer and the beam spot diameter of the laser beam, which will be described later, is 0.10 mm. It is preferable to set the thickness of the thin layer to be within the range.
・レーザ光照射工程(工程(2))
本工程では、立体造形用樹脂組成物を含む薄層のうち、造形物層を形成すべき位置にレーザ光を選択的に照射し、照射された位置の熱可塑性樹脂含有粒子を溶融結合させて造形物層を形成する。このとき、レーザ光のエネルギーを受け取った立体造形用樹脂組成物(熱可塑性樹脂含有粒子)は、すでに形成された造形物層とも溶融結合するため、隣り合う層間の接着も生じる。・Laser light irradiation step (step (2))
In this step, of the thin layer containing the resin composition for three-dimensional modeling, a laser beam is selectively irradiated to the position where the modeled object layer is to be formed, and the thermoplastic resin-containing particles at the irradiated position are melted and bonded. Form a model layer. At this time, the resin composition for three-dimensional modeling (thermoplastic resin-containing particles) that has received the energy of the laser beam melts and bonds with the layer of the object that has already been formed, so adhesion between adjacent layers also occurs.
レーザ光の波長は、立体造形用樹脂組成物(熱可塑性樹脂含有粒子)が吸収する波長の範囲内で設定すればよい。このとき、レーザ光の波長と、立体造形用樹脂組成物の吸収率が最も高くなる波長との差が小さくなるように設定することが好ましいが、一般的に熱可塑性樹脂は様々な波長域の光を吸収するため、CO2レーザ等の波長帯域の広いレーザ光を用いることが好ましい。たとえば、レーザ光の波長は、例えば0.8μm以上12μm以下とすることができる。The wavelength of the laser light may be set within the range of wavelengths absorbed by the three-dimensional modeling resin composition (thermoplastic resin-containing particles). At this time, it is preferable to set the difference between the wavelength of the laser light and the wavelength at which the resin composition for three-dimensional modeling has the highest absorption rate. Since light is absorbed, it is preferable to use a laser beam with a wide wavelength band such as a CO 2 laser. For example, the wavelength of the laser light can be, for example, 0.8 μm or more and 12 μm or less.
レーザ光の出力時のパワーは、後述するレーザ光の走査速度において、前記立体造形用樹脂組成物(熱可塑性樹脂含有粒子)が十分に溶融結合する範囲内で設定すればよい。具体的には、5.0W以上60W以下とすることができる。レーザ光のエネルギーを低くして、製造コストを低くし、かつ、製造装置の構成を簡易なものにする観点からは、レーザ光の出力時のパワーは30W以下であることが好ましく、20W以下であることがより好ましい。 The output power of the laser light may be set within a range in which the three-dimensional modeling resin composition (thermoplastic resin-containing particles) is sufficiently melt-bonded at the scanning speed of the laser light, which will be described later. Specifically, it can be 5.0 W or more and 60 W or less. From the viewpoint of reducing the energy of the laser light, reducing the manufacturing cost, and simplifying the structure of the manufacturing apparatus, the power of the laser light output is preferably 30 W or less, and 20 W or less. It is more preferable to have
レーザ光の走査速度は、製造コストを高めず、かつ、装置構成を過剰に複雑にしない範囲内で設定すればよい。具体的には、1m/秒以上10m/秒以下とすることが好ましく、2m/秒以上8m/秒以下とすることがより好ましく、3m/秒以上7m/秒以下とすることがさらに好ましい。
レーザ光のビーム径は、製造しようとする立体造形物の精度に応じて適宜設定することができる。The scanning speed of the laser light may be set within a range that does not increase the manufacturing cost and does not make the device configuration excessively complicated. Specifically, it is preferably from 1 m/sec to 10 m/sec, more preferably from 2 m/sec to 8 m/sec, and even more preferably from 3 m/sec to 7 m/sec.
The beam diameter of the laser light can be appropriately set according to the accuracy of the three-dimensional object to be manufactured.
・工程(1)および工程(2)の繰返しについて
立体造形物の製造の際には、上述の工程(1)および工程(2)を、任意の回数繰り返す。これにより、造形物層が積層されて、所望の立体造形物が得られることとなる。- About repetition of a process (1) and a process (2) In the case of manufacture of a three-dimensional molded article, the above-mentioned process (1) and a process (2) are repeated arbitrary times. As a result, the layers of the modeled object are laminated to obtain a desired three-dimensional modeled object.
・予備加熱工程
前述のように、粉末床結合溶融方式による立体造形物の製造方法では、立体造形用樹脂組成物を予備加熱する工程を行ってもよい。立体造形用樹脂組成物の予備加熱は、上記薄層形成(工程(1))後に行ってもよく、薄層形成(工程(1))前に行ってもよい。また、これらの両方で行ってもよい。Preheating step As described above, in the method for producing a three-dimensional object by the powder bed bonding melting method, a step of preheating the resin composition for three-dimensional modeling may be performed. The preheating of the three-dimensional modeling resin composition may be performed after the thin layer formation (step (1)) or before the thin layer formation (step (1)). Alternatively, both of these methods may be used.
予備加熱温度は、立体造形用樹脂組成物(熱可塑性樹脂含有粒子)どうしが溶融結合しないように、熱可塑性樹脂含有粒子に含まれる熱可塑性樹脂の溶融温度より低い温度とする。予備加熱温度は、熱可塑性樹脂の溶融温度に応じて適宜選択され、例えば、50℃以上300℃以下とすることができ、100℃以上230℃以下であることがより好ましく、150℃以上190℃以下であることがさらに好ましい。 The preheating temperature is lower than the melting temperature of the thermoplastic resin contained in the thermoplastic resin-containing particles so that the three-dimensional modeling resin composition (thermoplastic resin-containing particles) is not melt-bonded. The preheating temperature is appropriately selected according to the melting temperature of the thermoplastic resin. More preferably:
またこのとき、加熱時間は1~30秒とすることが好ましく、5~20秒とすることがより好ましい。上記温度で上記時間、予備加熱を行うことで、レーザエネルギー照射時に立体造形用樹脂組成物(熱可塑性樹脂含有粒子)が溶融するまでの時間を短くすることができ、少ないレーザエネルギー量で立体造形物を製造することが可能となる。 At this time, the heating time is preferably 1 to 30 seconds, more preferably 5 to 20 seconds. By performing preheating at the above temperature for the above time, it is possible to shorten the time until the resin composition for three-dimensional modeling (thermoplastic resin-containing particles) melts at the time of laser energy irradiation, and three-dimensional modeling with a small amount of laser energy. It is possible to manufacture things.
・その他
なお、溶融結合中の立体造形用樹脂組成物の酸化等によって、立体造形物の強度が低下することを防ぐ観点からは、少なくとも工程(2)は減圧下または不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。減圧するときの圧力は10-2Pa以下であることが好ましく、10-3Pa以下であることがより好ましい。このとき、使用することができる不活性ガスの例には、窒素ガスおよび希ガスが含まれる。これらの不活性ガスのうち、入手の容易さの観点からは、窒素(N2)ガス、ヘリウム(He)ガスまたはアルゴン(Ar)ガスが好ましい。製造工程を簡略化する観点からは、工程(1)および工程(2)の両方を減圧下または不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。・Other In addition, from the viewpoint of preventing the strength of the three-dimensional model from decreasing due to oxidation of the three-dimensional model resin composition during fusion bonding, at least step (2) is performed under reduced pressure or in an inert gas atmosphere. is preferred. The pressure when reducing the pressure is preferably 10 −2 Pa or less, more preferably 10 −3 Pa or less. Examples of inert gases that can be used at this time include nitrogen gas and noble gases. Among these inert gases, nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, or argon (Ar) gas is preferable from the viewpoint of availability. From the viewpoint of simplifying the manufacturing process, it is preferable to perform both steps (1) and (2) under reduced pressure or in an inert gas atmosphere.
3-2.MJF方式による立体造形物の製造方法
本実施形態の立体造形物の製造方法は、(1)上述の立体造形用樹脂組成物を含む薄層を形成する薄層形成工程と、(2)エネルギー吸収剤を含む結合用流体を、薄層の特定の領域に塗布する流体塗布工程と、(3)流体塗布工程後の薄層にエネルギーを照射し、結合用流体を塗布した領域の熱可塑性樹脂含有粒子を溶融結合させて造形物層を形成するエネルギー照射工程と、を含む。なお、当該立体造形物の製造方法は、必要に応じて、他の工程を含んでいてもよく、例えば立体造形用樹脂組成物を予備加熱する工程等を含んでいてもよい。3-2. Method for producing a three-dimensional object by the MJF method The method for producing a three-dimensional object according to the present embodiment includes (1) a thin layer forming step of forming a thin layer containing the three-dimensional object forming resin composition described above, and (2) energy absorption. (3) applying energy to the thin layer after the fluid application step to apply a binding fluid containing an agent to a specific region of the thin layer; and an energy irradiation step of fusing and bonding the particles to form the model layer. In addition, the manufacturing method of the said three-dimensional model may include another process as needed, for example, the process of preheating the resin composition for three-dimensional shaping, etc. may be included.
(1)薄層形成工程
本工程では、上述の立体造形用樹脂組成物を主に含む薄層を形成する。薄層の形成方法は、所望の厚みの層を形成可能であれば特に制限されない。例えば、本工程は、立体造形装置の樹脂組成物供給部から供給された立体造形用樹脂組成物を、リコータによって造形ステージ上に平らに敷き詰める工程とすることができる。薄層は、造形ステージ上に直接形成してもよいし、すでに敷き詰められている立体造形用樹脂組成物またはすでに形成されている造形物層の上に接するように形成してもよい。(1) Thin Layer Forming Step In this step, a thin layer mainly containing the three-dimensional modeling resin composition described above is formed. A method for forming the thin layer is not particularly limited as long as a layer having a desired thickness can be formed. For example, this step can be a step of evenly spreading the resin composition for three-dimensional modeling supplied from the resin composition supply section of the three-dimensional modeling apparatus on the modeling stage by a recoater. The thin layer may be formed directly on the modeling stage, or may be formed so as to be in contact with the three-dimensional modeling resin composition that has already been spread or the modeled article layer that has already been formed.
薄層の厚さは、所望の造形物層の厚さと同じとする。薄層の厚さは、製造しようとする立体造形物の精度に応じて任意に設定することができるが、通常、0.01mm以上0.30mm以下である。薄層の厚さを0.01mm以上とすることで、新たな造形物層を形成するためのエネルギー照射(後述のエネルギー照射工程におけるエネルギー照射)によって、既に作製した造形物層が溶融することを防ぐことができる。また、薄層の厚さが0.01mm以上であると、立体造形用樹脂組成物を均一に敷き詰めやすくなる。また、薄層の厚さを0.30mm以下とすることで、後述のエネルギー照射工程において、エネルギー(例えば赤外光)を薄層の下部まで伝導させることが可能となる。これにより、所望の領域(結合用流体を塗布する領域)の熱可塑性樹脂含有粒子を、厚み方向の全体にわたって溶融させることが可能となる。前記観点からは、薄層の厚さは0.01mm以上0.20mm以下であることがより好ましい。 The thickness of the thin layer should be the same as the thickness of the desired build layer. The thickness of the thin layer can be arbitrarily set according to the accuracy of the three-dimensional object to be manufactured, but is usually 0.01 mm or more and 0.30 mm or less. By setting the thickness of the thin layer to 0.01 mm or more, it is possible to prevent melting of the already-fabricated object layer by energy irradiation for forming a new object layer (energy irradiation in the energy irradiation step described later). can be prevented. Moreover, when the thickness of the thin layer is 0.01 mm or more, it becomes easier to evenly spread the resin composition for three-dimensional modeling. Further, by setting the thickness of the thin layer to 0.30 mm or less, it becomes possible to conduct energy (for example, infrared light) to the lower portion of the thin layer in the energy irradiation step described later. This makes it possible to melt the thermoplastic resin-containing particles in the desired region (region where the bonding fluid is applied) over the entire thickness direction. From the above viewpoint, the thickness of the thin layer is more preferably 0.01 mm or more and 0.20 mm or less.
(2)流体塗布工程
本工程では、上記薄層形成工程で形成した薄層の特定の領域に、エネルギー吸収剤を含む結合用流体を塗布する。このとき、必要に応じて、結合用流体よりエネルギー吸収の少ない剥離用流体を、結合用流体を塗布しない領域に塗布してもよい。具体的には、造形物層を形成すべき位置に選択的に結合用流体を塗布し、造形物層を形成しない領域に、剥離用流体を塗布してもよい。結合用流体を塗布する領域の周囲に隣接して剥離用流体を塗布することで、剥離用流体を塗布した領域では、熱可塑性樹脂含有粒子が溶融結合し難くなる。結合用流体および剥離用流体のうち、どちらを先に塗布してもよいが、得られる立体造形物の寸法精度の観点から、結合用流体を先に塗布することが好ましい。(2) Fluid application step In this step, a bonding fluid containing an energy absorbing agent is applied to specific regions of the thin layer formed in the thin layer forming step. At this time, if necessary, a stripping fluid that absorbs less energy than the bonding fluid may be applied to the areas not coated with the bonding fluid. Specifically, the binding fluid may be selectively applied to the positions where the model layer should be formed, and the release fluid may be applied to the regions where the model layer is not to be formed. By applying the release fluid adjacent to and around the area to which the bonding fluid is applied, the thermoplastic resin-containing particles are less likely to melt bond in the area to which the release fluid is applied. Either of the bonding fluid and the separating fluid may be applied first, but it is preferable to apply the bonding fluid first from the viewpoint of the dimensional accuracy of the three-dimensional molded article to be obtained.
結合用流体および剥離用流体の塗布方法は特に制限されず、例えばディスペンサーによる塗布や、インクジェット法による塗布、スプレー塗布等とすることができるが、高速で所望の領域に結合用流体および剥離用流体を塗布可能であるとの観点から少なくとも一方を、インクジェット法で塗布することが好ましく、両方をインクジェット法で塗布することがより好ましい。 The method of applying the bonding fluid and the detachment fluid is not particularly limited. can be applied, at least one of them is preferably applied by an inkjet method, and both are more preferably applied by an inkjet method.
結合用流体および剥離用流体の塗布量は、それぞれ薄層1mm3当たり、0.1~50μLであることが好ましく、0.2~40μLであることがより好ましい。結合用流体および剥離用流体の塗布量が当該範囲であると、造形物層を形成する領域、および造形物層を形成しない領域の立体造形用樹脂組成物に、それぞれ結合用流体および剥離用流体を十分に含浸させることができ、寸法精度の良好な立体造形物を形成することができる。The coating amount of the bonding fluid and the stripping fluid is preferably 0.1 to 50 μL, more preferably 0.2 to 40 μL, per 1 mm 3 of the thin layer. When the coating amounts of the bonding fluid and the releasing fluid are within the above ranges, the bonding fluid and the releasing fluid are applied to the three-dimensional modeling resin composition in the region where the modeled object layer is to be formed and the region where the modeled object layer is not formed. can be sufficiently impregnated, and a three-dimensional object with good dimensional accuracy can be formed.
本工程で塗布する結合用流体は、従来のMJF方式に用いられる結合用流体と同様とすることができ、例えばエネルギー吸収剤と、溶媒と、を少なくとも含む組成物とすることができる。結合用流体は、必要に応じて公知の分散剤等を含んでいてもよい。 The coupling fluid applied in this step can be the same as the coupling fluid used in the conventional MJF method, and can be, for example, a composition containing at least an energy absorber and a solvent. The binding fluid may contain a known dispersant or the like as necessary.
エネルギー吸収剤は、後述するエネルギー照射工程において照射されるエネルギーを吸収し、結合用流体が塗布された領域の温度を効率的に高めることが可能なものであれば特に制限されない。エネルギー吸収剤の具体例には、カーボンブラック、ITO(スズ酸化インジウム)、ATO(アンチモン酸化スズ)等の赤外線吸収剤、シアニン色素,アルミニウムや亜鉛を中心に持つフタロシアニン色素,各種ナフタロシアニン化合物,平面四配位構造を有するニッケルジチオレン錯体,スクアリウム色素,キノン系化合物,ジインモニウム化合物,アゾ化合物等の赤外線吸収色素が含まれる。これらの中でも、汎用性や結合用流体が塗布された領域の温度を効率的に高めることができるとの観点から、赤外線吸収剤が好ましく、カーボンブラックであることがさらに好ましい。 The energy absorbing agent is not particularly limited as long as it can absorb the energy irradiated in the energy irradiation step described below and efficiently raise the temperature of the region coated with the bonding fluid. Specific examples of energy absorbers include infrared absorbers such as carbon black, ITO (indium tin oxide) and ATO (antimony tin oxide), cyanine dyes, phthalocyanine dyes mainly containing aluminum and zinc, various naphthalocyanine compounds, planar Infrared absorption dyes such as nickel dithiolene complexes having a four-coordinated structure, squalium dyes, quinone compounds, diimmonium compounds and azo compounds are included. Among these, the infrared absorbing agent is preferable, and carbon black is more preferable, from the viewpoint of versatility and ability to efficiently raise the temperature of the region coated with the bonding fluid.
エネルギー吸収剤の形状は特に制限されないが、粒子状であることが好ましい。また、その平均粒子径は0.1~1.0μmであることが好ましく、0.1~0.5μmであることがより好ましい。エネルギー吸収剤の平均粒子径が過度に大きいと、結合用流体を薄層上に塗布した際、エネルギー吸収剤が熱可塑性樹脂含有粒子の隙間に入り込み難くなる。一方、エネギー吸収剤の平均粒子径が0.1μm以上であると、後述するエネルギー照射工程で、効率良く熱可塑性樹脂含有粒子に熱を伝えることができ、周囲の熱可塑性樹脂含有粒子を溶融させることが可能となる。 Although the shape of the energy absorber is not particularly limited, it is preferably particulate. Also, the average particle size is preferably 0.1 to 1.0 μm, more preferably 0.1 to 0.5 μm. If the average particle size of the energy absorbing agent is excessively large, it becomes difficult for the energy absorbing agent to enter the interstices of the thermoplastic resin-containing particles when the bonding fluid is applied on a thin layer. On the other hand, when the average particle size of the energy absorbent is 0.1 μm or more, heat can be efficiently transferred to the thermoplastic resin-containing particles in the energy irradiation step described later, and the surrounding thermoplastic resin-containing particles are melted. becomes possible.
結合用流体は、エネルギー吸収剤を0.1~10.0質量%含むことが好ましく、1.0~5.0質量%含むことがより好ましい。エネルギー吸収剤の量が0.1質量%以上であると、後述のエネルギー照射工程で、結合用流体が塗布された領域の温度を十分に高めることが可能となる。一方、エネルギー吸収剤の量が10.0質量%以下であると、結合用流体内でエネルギー吸収剤が凝集すること等が少なく、結合用流体の塗布安定性が高まりやすくなる。 The coupling fluid preferably contains 0.1 to 10.0% by weight, more preferably 1.0 to 5.0% by weight, of the energy absorber. When the amount of the energy absorbing agent is 0.1% by mass or more, it is possible to sufficiently raise the temperature of the region coated with the bonding fluid in the energy irradiation step described later. On the other hand, when the amount of the energy absorbing agent is 10.0% by mass or less, the energy absorbing agent is less likely to agglomerate in the coupling fluid, and the application stability of the coupling fluid tends to be improved.
一方、溶媒は、エネルギー吸収剤を分散可能であり、さらに立体造形用樹脂組成物中の熱可塑性樹脂含有粒子(特に熱可塑性樹脂)等を溶解し難い溶媒であれば特に制限されず、例えば水とすることができる。 On the other hand, the solvent is not particularly limited as long as it is capable of dispersing the energy absorber and is difficult to dissolve the thermoplastic resin-containing particles (especially thermoplastic resin) in the three-dimensional modeling resin composition. can be
結合用流体は、上記溶媒を90.0~99.9質量%含むことが好ましく、95.0~99.0質量%含むことがより好ましい。結合用流体中の溶媒量が90.0質量%以上であると、結合用流体の流動性が高くなり、例えばインクジェット法等で塗布しやすくなる。 The coupling fluid preferably contains 90.0 to 99.9% by mass of the solvent, more preferably 95.0 to 99.0% by mass. When the amount of the solvent in the binding fluid is 90.0% by mass or more, the fluidity of the binding fluid becomes high, and it becomes easy to apply, for example, an ink jet method.
結合用流体の粘度は、0.5~50.0mPa・sであることが好ましく、1.0~20.0mPa・sであることがより好ましい。結合用流体の粘度が0.5mPa・s以上であると、結合用流体を薄層に塗布した際の拡散が抑制されやすくなる。一方で、結合用流体の粘度が50.0mPa・s以下であると、結合用流体の塗布安定性が高まりやすくなる。 The viscosity of the coupling fluid is preferably 0.5 to 50.0 mPa·s, more preferably 1.0 to 20.0 mPa·s. When the viscosity of the binding fluid is 0.5 mPa·s or more, the diffusion of the binding fluid when applied in a thin layer is likely to be suppressed. On the other hand, when the viscosity of the coupling fluid is 50.0 mPa·s or less, the application stability of the coupling fluid tends to be enhanced.
一方、本工程で塗布する剥離用流体は、相対的に、結合用流体よりエネルギー吸収の少ない流体であればよく、例えば水を主成分とする流体等とすることができる。 On the other hand, the stripping fluid applied in this step may be any fluid that absorbs relatively less energy than the bonding fluid, such as a fluid containing water as its main component.
剥離用流体は、水を90質量%以上含むことが好ましく、95質量%以上含むことがより好ましい。剥離用流体中の水の量が90質量%以上であると、例えばインクジェット法等で塗布しやすくなる。 The stripping fluid preferably contains 90% by mass or more of water, more preferably 95% by mass or more. When the amount of water in the stripping fluid is 90% by mass or more, it can be easily applied by, for example, an ink jet method.
(3)エネルギー照射工程
本工程では、上記流体塗布工程後の薄層、すなわち結合用流体および剥離用流体が塗布された薄層に、エネルギーを一括照射する。このとき、結合用流体が塗布された領域では、エネルギー吸収剤がエネルギーを吸収し、当該領域の温度が部分的に上昇する。そして、当該領域の熱可塑性樹脂含有粒子のみが溶融し、造形物層が形成される。(3) Energy Irradiation Step In this step, the thin layer after the fluid applying step, that is, the thin layer coated with the bonding fluid and the separating fluid is collectively irradiated with energy. At this time, in the area where the coupling fluid is applied, the energy absorber absorbs energy, and the temperature of the area partially increases. Then, only the thermoplastic resin-containing particles in the region are melted to form a model layer.
本工程で照射するエネルギーの種類は、結合用流体が含むエネルギー吸収剤の種類に応じて適宜選択される。当該エネルギーの具体例には、赤外光、白色光等が含まれる。これらの中でも、結合用流体を塗布した領域では、効率よく熱可塑性樹脂含有粒子を溶融させることが可能である。一方で、剥離用流体を塗布した領域では、薄層の温度が上昇し難いとの観点から赤外光であることが好ましく、波長780~3000nmの光であることがより好ましく、波長800~2500nmの光であることがより好ましい。 The type of energy irradiated in this step is appropriately selected according to the type of energy absorber contained in the coupling fluid. Specific examples of the energy include infrared light, white light, and the like. Among these areas, the thermoplastic resin-containing particles can be efficiently melted in the areas coated with the bonding fluid. On the other hand, in the region where the stripping fluid is applied, infrared light is preferable from the viewpoint that the temperature of the thin layer is less likely to rise, and light with a wavelength of 780 to 3000 nm is more preferable, and a wavelength of 800 to 2500 nm. is more preferable.
また、本工程でエネルギーを照射する時間は、立体造形用樹脂組成物が含む熱可塑性樹脂含有粒子(特に熱可塑性樹脂)の種類に応じて適宜選択されるが、通常、5~60秒であることが好ましく、10~30秒であることがより好ましい。エネルギー照射時間を5秒以上とすることで、十分に熱可塑性樹脂含有粒子を溶融させて、これらを結合させることが可能となる。一方で、60秒以下とすることで、効率よく立体造形物を製造することが可能となる。 In addition, the time for irradiating energy in this step is appropriately selected according to the type of the thermoplastic resin-containing particles (especially thermoplastic resin) contained in the three-dimensional modeling resin composition, but is usually 5 to 60 seconds. preferably 10 to 30 seconds. By setting the energy irradiation time to 5 seconds or longer, it is possible to sufficiently melt the thermoplastic resin-containing particles and bond them together. On the other hand, by setting the time to 60 seconds or less, it is possible to efficiently manufacture a three-dimensional molded article.
・予備加熱工程
MJF方式においても、立体造形用樹脂組成物を予備加熱する工程を行ってもよい。立体造形用樹脂組成物の予備加熱は、上記薄層形成(工程(1))後に行ってもよく、薄層形成(工程(1))前に行ってもよい。また、これらの両方で行ってもよい。予備加熱を行うことで、(3)エネルギー照射工程で照射するエネルギー量を少なくすることが可能となる。またさらに、短時間で効率良く造形物層を形成することが可能となる。予備加熱温度は、熱可塑性樹脂の溶融温度より低い温度であり、かつ(2)流体塗布工程で塗布する結合用流体や剥離用流体が含む溶媒の沸点より低い温度であることが好ましい。具体的には、熱可塑性樹脂含有粒子中の熱可塑性樹脂の融点や、結合用流体や剥離用流体が含む溶媒の沸点より、50℃~5℃低い温度であることが好ましく、30℃~5℃低い温度であることがより好ましい。またこのとき、加熱時間は1~60秒とすることが好ましく、3~20秒とすることがより好ましい。加熱温度および加熱時間を上記範囲とすることで、(3)エネルギー照射工程におけるエネルギー照射量を低減することができる。- Preheating step In the MJF method, a step of preheating the resin composition for stereolithography may be performed. The preheating of the three-dimensional modeling resin composition may be performed after the thin layer formation (step (1)) or before the thin layer formation (step (1)). Alternatively, both of these methods may be used. By performing preheating, it is possible to reduce the amount of energy irradiated in the (3) energy irradiation step. Furthermore, it is possible to efficiently form the modeled object layer in a short time. The preheating temperature is preferably lower than the melting temperature of the thermoplastic resin and lower than the boiling point of the solvent contained in the bonding fluid or the separating fluid applied in the (2) fluid application step. Specifically, the temperature is preferably 50° C. to 5° C. lower than the melting point of the thermoplastic resin in the thermoplastic resin-containing particles or the boiling point of the solvent contained in the bonding fluid or the separating fluid, and preferably 30° C. to 5° C. °C lower temperature is more preferred. At this time, the heating time is preferably 1 to 60 seconds, more preferably 3 to 20 seconds. By setting the heating temperature and the heating time within the above ranges, the amount of energy irradiation in the (3) energy irradiation step can be reduced.
以下において、本発明の具体的な実施例を説明する。なお、これらの実施例によって、本発明の範囲は限定して解釈されない。 Specific examples of the present invention are described below. The scope of the present invention should not be construed as being limited by these examples.
1.熱可塑性樹脂含有粒子(立体造形用樹脂組成物)の作製
熱可塑性樹脂の弾性率は、ISO527-1:2017に準拠して、引張試験器により27℃で測定した。
また、水溶性樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーション(GPC、スチレン換算)で特定した。
水溶性樹脂の耐熱温度は、レオメーターにより、貯蔵弾性率の変化が起きるまで昇温させることにより特定した。
混合物の軟化点は、示差走査熱量計(DSC)により、10℃/minの条件で0℃から200℃まで昇温させ、10分間アニーリングをし、200℃から0℃まで降温させ、更に0℃から200℃まで昇温させることにより特定した。1. Preparation of Thermoplastic Resin-Containing Particles (Resin Composition for Stereolithography) The elastic modulus of the thermoplastic resin was measured at 27° C. using a tensile tester in accordance with ISO527-1:2017.
Moreover, the weight average molecular weight of the water-soluble resin was specified by gel permeation (GPC, converted to styrene).
The heat-resistant temperature of the water-soluble resin was specified by raising the temperature with a rheometer until the storage modulus changed.
The softening point of the mixture was measured by a differential scanning calorimeter (DSC) by heating from 0°C to 200°C at a rate of 10°C/min, annealing for 10 minutes, cooling from 200°C to 0°C, and further to 0°C. It was specified by raising the temperature from to 200°C.
[実施例1]
メタロセン系ポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ社製、WMH02、弾性率2300MPa)45質量部と、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド(EO・PO)共重合体(明成化学工業社製、EP1010N、耐熱温度200℃、分子量約10万)55質量部と、を混合した。当該混合物の軟化点は、160℃であった。当該混合物を180℃に加熱し、小型混練機(Xplore社製、MC15)にて20分間混練した。
そして、混練物を30℃まで冷却した後、70℃に加熱した酢酸エチル(第1の溶媒)10Lと混合した。これにより、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体が酢酸エチルに溶解した。その後、当該溶液を遠心分離にかけ、ポリプロピレン樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子を分取した。
さらに、当該熱可塑性樹脂含有粒子を酢酸エチル(第2の溶媒)で洗浄し、ポリプロピレン樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子1を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子1の平均粒子径は、40μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子1中のエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の量は、0.01質量%であった。[Example 1]
Metallocene polypropylene resin (manufactured by Japan Polypropylene Corporation, WMH02, elastic modulus 2300 MPa) 45 parts by mass, ethylene oxide / propylene oxide (EO / PO) copolymer (manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd., EP1010N, heat resistance temperature 200 ° C., molecular weight about 100,000) and 55 parts by mass were mixed. The softening point of the mixture was 160°C. The mixture was heated to 180° C. and kneaded for 20 minutes with a small kneader (manufactured by Xplore, MC15).
Then, after the kneaded product was cooled to 30°C, it was mixed with 10 L of ethyl acetate (first solvent) heated to 70°C. As a result, the ethylene oxide/propylene oxide copolymer was dissolved in ethyl acetate. After that, the solution was centrifuged to separate thermoplastic resin-containing particles containing polypropylene resin.
Further, the thermoplastic resin-containing particles were washed with ethyl acetate (second solvent) to obtain thermoplastic resin-containing particles 1 containing polypropylene resin. The average particle size of the thermoplastic resin-containing particles 1 was 40 μm. Moreover, the amount of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer in the thermoplastic resin-containing particles 1 was 0.01% by mass.
[実施例2]
混練物と混合する際の第1の溶媒の温度を、27℃とした以外は、実施例1と同様に、熱可塑性樹脂含有粒子2を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子2の平均粒子径は、40μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子2中のエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の量は、7質量%であった。[Example 2]
Thermoplastic resin-containing particles 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the temperature of the first solvent when mixed with the kneaded material was 27°C. The average particle size of the thermoplastic resin-containing particles 2 was 40 μm. Moreover, the amount of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer in the thermoplastic resin-containing particles 2 was 7% by mass.
[実施例3]
第1の溶媒および第2の溶媒を水とし、混練物と混合する際の第1の溶媒の温度を、27℃とした以外は、実施例1と同様に、熱可塑性樹脂含有粒子3を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子3の平均粒子径は、50μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子3中のエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の量は、0.1質量%であった。[Example 3]
Thermoplastic resin-containing particles 3 were obtained in the same manner as in Example 1, except that water was used as the first solvent and the second solvent, and the temperature of the first solvent during mixing with the kneaded product was 27°C. rice field. The average particle diameter of the thermoplastic resin-containing particles 3 was 50 μm. Moreover, the amount of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer in the thermoplastic resin-containing particles 3 was 0.1% by mass.
[実施例4]
ポリアミド樹脂(ダイセル・エボニック社製、ダイアミドL1600、弾性率1430MPa)45質量部と、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体(明成化学工業社製、EP1010N、耐熱温度200℃、分子量約10万)55質量部と、を混合した。当該混合物の軟化点は、160℃であった。当該混合物を200℃に加熱し、小型混練機(Xplore社製、MC15)にて20分間混練した。
そして、混練物を30℃まで冷却した後、70℃に加熱した酢酸エチル(第1の溶媒)に浸漬した。これにより、エチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体が酢酸エチルに溶解した。その後、当該溶液を遠心分離にかけ、ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子を分取した。
さらに、当該熱可塑性樹脂含有粒子を酢酸エチル(第2の溶媒)で洗浄し、ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子4を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子4の平均粒子径は、40μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子4中のエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の量は、0.01質量%であった。[Example 4]
45 parts by mass of polyamide resin (Daimid L1600, elastic modulus 1430 MPa, manufactured by Daicel-Evonik) and 55 parts by mass of ethylene oxide/propylene oxide copolymer (EP1010N, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd., heat resistance temperature 200 ° C., molecular weight of about 100,000) and mixed. The softening point of the mixture was 160°C. The mixture was heated to 200° C. and kneaded for 20 minutes with a small kneader (manufactured by Xplore, MC15).
Then, after the kneaded product was cooled to 30°C, it was immersed in ethyl acetate (first solvent) heated to 70°C. As a result, the ethylene oxide/propylene oxide copolymer was dissolved in ethyl acetate. After that, the solution was centrifuged to separate the thermoplastic resin-containing particles containing the polyamide resin.
Furthermore, the thermoplastic resin-containing particles were washed with ethyl acetate (second solvent) to obtain thermoplastic resin-containing particles 4 containing a polyamide resin. The average particle size of the thermoplastic resin-containing particles 4 was 40 μm. Moreover, the amount of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer in the thermoplastic resin-containing particles 4 was 0.01% by mass.
[実施例5]
混練物と混合する際の第1の溶媒の温度を、27℃とした以外は、実施例4と同様に、熱可塑性樹脂含有粒子5を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子5の平均粒子径は、40μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子5中のエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の量は、7質量%であった。[Example 5]
Thermoplastic resin-containing particles 5 were obtained in the same manner as in Example 4, except that the temperature of the first solvent when mixed with the kneaded material was 27°C. The average particle size of the thermoplastic resin-containing particles 5 was 40 μm. Moreover, the amount of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer in the thermoplastic resin-containing particles 5 was 7% by mass.
[実施例6]
第1の溶媒および第2の溶媒を水とし、混練物と混合する際の第1の溶媒の温度を、27℃とした以外は、実施例4と同様に、熱可塑性樹脂含有粒子6を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子6の平均粒子径は、50μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子6中のエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体の量は、0.1質量%であった。[Example 6]
Thermoplastic resin-containing particles 6 were obtained in the same manner as in Example 4, except that water was used as the first solvent and the second solvent, and the temperature of the first solvent during mixing with the kneaded product was 27°C. rice field. The average particle size of the thermoplastic resin-containing particles 6 was 50 μm. Moreover, the amount of the ethylene oxide/propylene oxide copolymer in the thermoplastic resin-containing particles 6 was 0.1% by mass.
[比較例1]
ポリアミド樹脂(ダイセル・エボニック社製、ダイアミドL1600、弾性率1430MPa)45質量部と、エチレンオキサイド(明成化学工業社製、R1000、耐熱温度120℃、分子量25~40万)55質量部と、を混合した。当該混合物の軟化点は、160℃であった。当該混合物を180℃に加熱し、小型混練機(Xplore社製、MC15)にて20分間混練した。
そして、混練物を30℃まで冷却した後、70℃の酢酸エチル(第1の溶媒)10Lと混合した。これにより、エチレンオキサイドが酢酸エチルに溶解した。その後、当該溶液を遠心分離にかけ、ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子を分取した。
さらに、当該熱可塑性樹脂含有粒子を酢酸エチル(第2の溶媒)で洗浄し、ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子7を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子7の平均粒子径は、30μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子7中のエチレンオキサイドの量は、10質量%であった。[Comparative Example 1]
Polyamide resin (manufactured by Daicel-Evonik, Daiamide L1600, elastic modulus 1430 MPa) 45 parts by mass and ethylene oxide (manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd., R1000, heat resistance temperature 120 ° C., molecular weight 25 to 400,000) 55 parts by mass Mix. did. The softening point of the mixture was 160°C. The mixture was heated to 180° C. and kneaded for 20 minutes with a small kneader (manufactured by Xplore, MC15).
Then, after the kneaded product was cooled to 30°C, it was mixed with 10 L of ethyl acetate (first solvent) at 70°C. This caused the ethylene oxide to dissolve in the ethyl acetate. After that, the solution was centrifuged to separate the thermoplastic resin-containing particles containing the polyamide resin.
Furthermore, the thermoplastic resin-containing particles were washed with ethyl acetate (second solvent) to obtain thermoplastic resin-containing particles 7 containing a polyamide resin. The average particle diameter of the thermoplastic resin-containing particles 7 was 30 μm. Moreover, the amount of ethylene oxide in the thermoplastic resin-containing particles 7 was 10% by mass.
[比較例2]
ポリプロピレン樹脂(サンアロマー社製、PM600A、弾性率1320MPa)45質量部と、ポリエチレングリコール(明成化学工業社製、R150、耐熱温度120℃、分子量20000)55質量部と、を混合した。当該混合物の軟化点は、145℃であった。当該混合物を160℃に加熱し、小型混練機(Xplore社製、MC15)にて混練した。
そして、混練物を30℃まで冷却した後、70℃の酢酸エチル(第1の溶媒)10Lと混合した。これにより、ポリエチレングリコールが酢酸エチルに溶解した。その後、当該溶液を遠心分離にかけ、ポリプロピレン樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子を分取した。
さらに、当該熱可塑性樹脂含有粒子を酢酸エチル(第2の溶媒)で洗浄し、ポリプロピレン樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子8を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子8の平均粒子径は、20μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子8中のポリエチレングリコールの量は、10質量%であった。[Comparative Example 2]
45 parts by mass of polypropylene resin (PM600A, elastic modulus 1320 MPa, manufactured by SunAllomer Co., Ltd.) and 55 parts by mass of polyethylene glycol (R150, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd., heat resistance temperature 120° C., molecular weight 20000) were mixed. The softening point of the mixture was 145°C. The mixture was heated to 160° C. and kneaded with a small kneader (manufactured by Xplore, MC15).
Then, after the kneaded product was cooled to 30°C, it was mixed with 10 L of ethyl acetate (first solvent) at 70°C. This caused the polyethylene glycol to dissolve in the ethyl acetate. After that, the solution was centrifuged to separate thermoplastic resin-containing particles containing polypropylene resin.
Furthermore, the thermoplastic resin-containing particles were washed with ethyl acetate (second solvent) to obtain thermoplastic resin-containing particles 8 containing a polypropylene resin. The average particle size of the thermoplastic resin-containing particles 8 was 20 μm. Moreover, the amount of polyethylene glycol in the thermoplastic resin-containing particles 8 was 10% by mass.
[比較例3]
ポリプロピレン樹脂(サンアロマー社製、PM600A、弾性率1320MPa)の代わりに、ポリアミド樹脂(ダイセル・エボニック社製、ダイアミドL1600、弾性率1430MPa)を用いた以外は、比較例2と同様に、ポリアミド樹脂を含む熱可塑性樹脂含有粒子9を得た。当該熱可塑性樹脂含有粒子9の平均粒子径は、20μmであった。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子9中のポリエチレングリコールの量は、10質量%であった。[Comparative Example 3]
Polyamide resin (manufactured by Daicel-Evonik, Daimid L1600, modulus of elasticity 1430 MPa) was used instead of polypropylene resin (manufactured by SunAllomer, PM600A, modulus of elasticity 1320 MPa). A thermoplastic resin-containing particle 9 was obtained. The average particle size of the thermoplastic resin-containing particles 9 was 20 μm. Moreover, the amount of polyethylene glycol in the thermoplastic resin-containing particles 9 was 10% by mass.
[比較例4]
メタロセン系ポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ社製、WMH02、弾性率2300MPa)45質量部と、ポリエチレングリコール(明成化学工業社製、R150、耐熱温度120℃、分子量20000)55質量部と、を混合した。当該混合物の軟化点は、160℃であった。
当該混合物を200℃に加熱し、小型混練機(Xplore社製、MC15)にて混練したところ、ポリプロピレン樹脂が粒子状とならなかった。[Comparative Example 4]
45 parts by mass of a metallocene polypropylene resin (WMH02, modulus of elasticity 2300 MPa, manufactured by Nippon Polypropylene Co., Ltd.) and 55 parts by mass of polyethylene glycol (R150, manufactured by Meisei Chemical Industry Co., Ltd., heat resistance temperature 120° C., molecular weight 20000) were mixed. The softening point of the mixture was 160°C.
When the mixture was heated to 200° C. and kneaded with a small kneader (manufactured by Xplore, MC15), the polypropylene resin did not become particulate.
2.評価
各実施例および比較例で作製した熱可塑性樹脂含有粒子(立体造形用樹脂組成物)について、もしくはその製造段階での状態について、以下のように評価した。結果を表1に示す。2. Evaluation The thermoplastic resin-containing particles (three-dimensional modeling resin composition) produced in each example and comparative example, or the state at the production stage thereof, was evaluated as follows. Table 1 shows the results.
[水溶性樹脂の溶解性評価]
熱可塑性樹脂含有粒子を作製する際の、第1の溶媒に対する、水溶性樹脂の溶解性を目視で評価した。そして、以下のように評価した。
◎:数分以内に、混練物(塊)が水中に残っていない状態になった。
○:数時間かけて、混練物(塊)が水中に残っていない状態になった。
△:数日かけて、混練物(塊)が水中に残っていない状態になった。[Evaluation of solubility of water-soluble resin]
The solubility of the water-soluble resin in the first solvent when producing the thermoplastic resin-containing particles was visually evaluated. And it evaluated as follows.
A: Within a few minutes, no kneaded material (lumps) remained in the water.
◯: After several hours, no kneaded material (lumps) remained in the water.
Δ: Over several days, no kneaded material (lumps) remained in the water.
[溶媒のリサイクル性]
第1の溶媒および第2の溶媒のリサイクル性を、溶媒の分取率で評価した。評価は以下のように行った。
◎:蒸留法により溶媒と水溶性樹脂とを分離し、溶媒を分取することが可能であり、その分取率が70%以上であった。
○:蒸留法により溶媒と水溶性樹脂とを分離し、溶媒を分取することが可能であり、その分取率が10%以上70%未満であった。
×:溶媒の分取が不可能、もしくは分取率が10%未満であった。[Solvent recyclability]
The recyclability of the first solvent and the second solvent was evaluated by the solvent fractionation rate. Evaluation was performed as follows.
⊚: The solvent and water-soluble resin were separated by a distillation method, and the solvent could be fractionated, and the fractionation rate was 70% or more.
○: It was possible to separate the solvent and the water-soluble resin by distillation, and the fractionation rate was 10% or more and less than 70%.
x: Fractionation of the solvent was impossible, or the fractionation rate was less than 10%.
[水溶性樹脂量]
得られた熱可塑性樹脂含有粒子中の水溶性樹脂を、NMR測定により熱可塑性樹脂由来のピークと水溶性樹脂由来のピークを比較することで定量した。[Amount of water-soluble resin]
The water-soluble resin in the obtained thermoplastic resin-containing particles was quantified by comparing the peak derived from the thermoplastic resin and the peak derived from the water-soluble resin by NMR measurement.
[引張強度(破断伸び)の評価]
(立体造形物の作製)
上述の実施例および比較例で作製した熱可塑性樹脂含有粒子(立体造形用樹脂組成物)を、ホットプレート上に設置した造形ステージ上に敷き詰め、厚さ0.1mmの薄層を形成した。ホットプレートの温度を調整することで、予備加熱温度160℃にそれぞれ加熱した。この薄層に、以下の条件で、YAG波長用ガルバノメータスキャナを搭載したCO2レーザから縦15mm×横20mmの範囲にレーザ光を照射して、造形物層を作製した。上記工程を高さ55mmになるまで繰り返し、積層された立体造形物をそれぞれ製造した。
<レーザ光の出射条件>
レーザ出力 :12W
レーザ光の波長 :10.6μm
ビーム径 :薄層表面で170μm
<レーザ光の走査条件>
走査速度 :2000mm/sec
ライン数 :1ライン[Evaluation of tensile strength (elongation at break)]
(Production of three-dimensional object)
The thermoplastic resin-containing particles (three-dimensional modeling resin composition) produced in the above Examples and Comparative Examples were spread over a modeling stage placed on a hot plate to form a thin layer with a thickness of 0.1 mm. Each was heated to a preheating temperature of 160° C. by adjusting the temperature of the hot plate. Under the following conditions, this thin layer was irradiated with a laser beam from a CO 2 laser equipped with a YAG wavelength galvanometer scanner in a range of 15 mm long×20 mm wide to prepare a model layer. The above steps were repeated until a height of 55 mm was reached to manufacture each of the stacked three-dimensional objects.
<Laser beam emission conditions>
Laser output: 12W
Wavelength of laser light: 10.6 μm
Beam diameter: 170 μm on thin layer surface
<Laser beam scanning conditions>
Scanning speed: 2000mm/sec
Number of lines: 1 line
(引張強度(破断伸び)の測定)
上記のようにして作製した立体造形物について、インスロン社製万能試験機model-5582を用い、引張速度1mm/min、掴み具距離60mm、試験温度23℃の条件にて引張強度を測定した。そして、当該引張強度を以下のように評価した。
◎:破断伸びが、10%以上である(装具に好適)
○:破断伸びが5%以上10%未満である(装具へ使用可能)
×:破断伸びが5%未満である(装具に使用不可)(Measurement of tensile strength (elongation at break))
The tensile strength of the three-dimensional object produced as described above was measured using a universal testing machine model-5582 manufactured by Inslon Co., Ltd. under the conditions of a tensile speed of 1 mm/min, a gripper distance of 60 mm, and a test temperature of 23°C. And the said tensile strength was evaluated as follows.
◎: Elongation at break is 10% or more (suitable for braces)
○: Breaking elongation is 5% or more and less than 10% (can be used for braces)
×: Breaking elongation is less than 5% (cannot be used for braces)
上記表1に示されるように、比較的高弾性率の熱可塑性樹脂と、耐熱温度が130℃以上200℃以下である水溶性樹脂とを混合して、熱可塑性樹脂含有粒子を作製した場合、いずれも所望の平均粒子径の熱可塑性樹脂含有粒子を得ることができた(実施例1~6)。また、当該熱可塑性樹脂含有粒子を含む立体造形用樹脂組成物から立体造形物を作製した場合、破断伸びが優れていた。水溶性樹脂を微量に含むことでも、立体造形時の界面の融着性が向上し、破断伸びが向上したと考えられる。また、立体造形物の表面を偏光顕微鏡で観察したところ、水溶性樹脂によって表面の結晶化も抑制されていた。なお、有機溶媒を第1の溶媒や第2の溶媒として用いた場合、回収後、リサイクルすることが可能であった(実施例1、2、4、および5)。 As shown in Table 1 above, when thermoplastic resin-containing particles are produced by mixing a thermoplastic resin having a relatively high elastic modulus and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower, In any case, thermoplastic resin-containing particles having a desired average particle size could be obtained (Examples 1 to 6). Moreover, when a three-dimensional object was produced from the resin composition for three-dimensional modeling containing the thermoplastic resin-containing particles, the elongation at break was excellent. It is considered that the inclusion of a small amount of water-soluble resin also improved the fusion bondability at the interface during three-dimensional modeling, and the elongation at break also improved. Moreover, when the surface of the three-dimensional object was observed with a polarizing microscope, crystallization of the surface was also suppressed by the water-soluble resin. In addition, when an organic solvent was used as the first solvent and the second solvent, it was possible to recycle after recovery (Examples 1, 2, 4, and 5).
これに対し、比較的高弾性率の熱可塑性樹脂と、耐熱温度が130℃未満の水溶性樹脂とを混合して、熱可塑性樹脂含有粒子を作製しようとした場合、熱可塑性樹脂が十分に分散せず、さらには水溶性樹脂が分解してしまった。つまり、これらを組み合わせた場合には、所望の熱可塑性樹脂含有粒子を得ることができなかった(比較例4)。 On the other hand, when trying to produce thermoplastic resin-containing particles by mixing a thermoplastic resin with a relatively high elastic modulus and a water-soluble resin with a heat resistance temperature of less than 130° C., the thermoplastic resin is sufficiently dispersed. Moreover, the water-soluble resin decomposed. In other words, when these were combined, desired thermoplastic resin-containing particles could not be obtained (Comparative Example 4).
また、比較的弾性率の低い熱可塑性樹脂と、耐熱温度が130℃未満の水溶性樹脂とを混合して、熱可塑性樹脂含有粒子を作製すると、所望の熱可塑性樹脂含有粒子は得られたものの、破断伸びの評価が低く、例えば装具等、耐久性が要求される用途への適用は難しかった(比較例1~3)。 Further, when thermoplastic resin-containing particles were produced by mixing a thermoplastic resin having a relatively low elastic modulus and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of less than 130° C., the desired thermoplastic resin-containing particles were obtained. , the evaluation of elongation at break was low, and it was difficult to apply to applications requiring durability, such as braces (Comparative Examples 1 to 3).
本出願は、2018年3月9日出願の特願2018-043183号に基づく優先権を主張する。当該出願明細書に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-043183 filed on March 9, 2018. All contents described in the specification of the application are incorporated herein by reference.
本発明に係る方法で製造される熱可塑性樹脂含有粒子を含む立体造形用樹脂組成物によれば、粉末床溶融結合法やMJF法等のいずれの方法によっても、精度よく立体造形物を形成することが可能である。また、得られる立体造形物は、高い機械的強度および高い弾性率を兼ね備える。したがって、本発明は、立体造形法のさらなる普及に寄与するものと思われる。 According to the three-dimensional modeling resin composition containing the thermoplastic resin-containing particles produced by the method according to the present invention, three-dimensional objects can be formed with high accuracy by any method such as the powder bed fusion bonding method and the MJF method. It is possible. In addition, the three-dimensional object obtained has both high mechanical strength and high elastic modulus. Therefore, it is believed that the present invention contributes to the further spread of stereolithography.
Claims (14)
前記混合物を、前記混合物の軟化点以上に加熱して混練し、混練物を得る混練工程と、
前記混練物を前記軟化点未満に冷却する冷却工程と、
前記冷却工程後、前記混練物を水または有機溶媒を含む第1の溶媒と混合し、前記水溶性樹脂を前記第1の溶媒に溶解させる溶解工程と、
前記溶解工程後、固形分を分離し、熱可塑性樹脂含有粒子を得る分離工程と、
を含み、
前記水溶性樹脂が、重量平均分子量が50000以上150000以下であるエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体を含む、
熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 A mixing step of mixing a thermoplastic resin and a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower to obtain a mixture;
A kneading step of heating and kneading the mixture to a softening point or higher of the mixture to obtain a kneaded product;
a cooling step of cooling the kneaded product below the softening point;
After the cooling step, a dissolving step of mixing the kneaded product with a first solvent containing water or an organic solvent and dissolving the water-soluble resin in the first solvent;
After the dissolution step, a separation step of separating the solid content to obtain thermoplastic resin-containing particles;
including
The water-soluble resin contains an ethylene oxide/propylene oxide copolymer having a weight average molecular weight of 50000 or more and 150000 or less.
A method for producing thermoplastic resin-containing particles.
請求項1に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 wherein the thermoplastic resin comprises polypropylene;
The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to claim 1 .
請求項2に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 The elastic modulus of the polypropylene at 27° C. is 1500 MPa or more and 2500 MPa or less.
The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to claim 2 .
請求項1~3のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 The mixing step is a step of mixing the thermoplastic resin and the water-soluble resin at a mass ratio of 1:9 to 5:5 to obtain the mixture.
A method for producing thermoplastic resin-containing particles according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1~4のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 After the separation step, further comprising a washing step of washing the thermoplastic resin-containing particles with a second solvent containing water or an organic solvent.
A method for producing thermoplastic resin-containing particles according to any one of claims 1 to 4 .
前記洗浄工程後に、前記有機溶媒と前記水溶性樹脂とを分離し、前記有機溶媒を回収する第2溶媒回収工程をさらに含む、
請求項5または6に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 The washing step is a step of washing the thermoplastic resin-containing particles with an organic solvent,
After the washing step, further comprising a second solvent recovery step of separating the organic solvent and the water-soluble resin and recovering the organic solvent,
7. The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to claim 5 or 6 .
前記溶解工程後に、前記有機溶媒と前記水溶性樹脂とを分離し、前記有機溶媒を回収する第1溶媒回収工程をさらに含む、
請求項1~7のいずれか一項に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 The dissolving step is a step of dissolving the water-soluble resin in an organic solvent,
Further comprising a first solvent recovery step of separating the organic solvent and the water-soluble resin after the dissolving step and recovering the organic solvent,
A method for producing thermoplastic resin-containing particles according to any one of claims 1 to 7 .
請求項7または8に記載の熱可塑性樹脂含有粒子の製造方法。 The organic solvent contained in the first solvent and/or the organic solvent contained in the second solvent is selected from the group consisting of acetonitrile, dichloromethane, methanol, ethanol, toluene, tetrahydrofuran, acetone, and ethyl acetate.
The method for producing thermoplastic resin-containing particles according to claim 7 or 8 .
耐熱温度130℃以上200℃以下の水溶性樹脂と、
を含み、前記水溶性樹脂の量が0.001質量%以上5質量%以下である、熱可塑性樹脂含有粒子を含み、
前記水溶性樹脂が、重量平均分子量が50000以上150000以下であるエチレンオキサイド/プロピレンオキサイド共重合体を含む、
立体造形用樹脂組成物。 a thermoplastic resin;
a water-soluble resin having a heat resistance temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower;
containing thermoplastic resin- containing particles, wherein the amount of the water-soluble resin is 0.001% by mass or more and 5% by mass or less,
The water-soluble resin contains an ethylene oxide/propylene oxide copolymer having a weight average molecular weight of 50000 or more and 150000 or less.
A resin composition for three-dimensional modeling.
請求項10に記載の立体造形用樹脂組成物。 wherein the thermoplastic resin comprises polypropylene;
The resin composition for stereolithography according to claim 10.
請求項11に記載の立体造形用樹脂組成物。 The elastic modulus of the polypropylene at 27° C. is 1500 MPa or more and 2500 MPa or less.
The resin composition for three-dimensional modeling according to claim 11 .
前記薄層にレーザ光を選択的に照射して、複数の前記熱可塑性樹脂含有粒子が溶融結合した造形物層を形成するレーザ光照射工程と、
を含み、
前記薄層形成工程、および前記レーザ光照射工程を複数回繰り返し、前記造形物層を積層することで立体造形物を形成する、
立体造形物の製造方法。 A thin layer forming step of forming a thin layer containing the three-dimensional modeling resin composition according to any one of claims 10 to 12 ;
a laser beam irradiation step of selectively irradiating the thin layer with a laser beam to form a modeled object layer in which a plurality of the thermoplastic resin-containing particles are melt-bonded;
including
Repeating the thin layer forming step and the laser light irradiation step a plurality of times to form a three-dimensional object by stacking the object layers,
A method for manufacturing a three-dimensional object.
エネルギー吸収剤を含む結合用流体を、前記薄層の特定の領域に塗布する流体塗布工程と、
前記流体塗布工程後の前記薄層にエネルギーを照射し、前記結合用流体を塗布した領域の前記熱可塑性樹脂含有粒子が溶融した造形物層を形成するエネルギー照射工程と、
を含み、
前記薄層形成工程、前記流体塗布工程、および前記エネルギー照射工程を複数回繰り返し、前記造形物層を積層することで立体造形物を形成する、
立体造形物の製造方法。
A thin layer forming step of forming a thin layer containing the three-dimensional modeling resin composition according to any one of claims 10 to 12 ;
a fluid application step of applying a bonding fluid comprising an energy absorbing agent to specific areas of the thin layer;
an energy irradiation step of irradiating the thin layer after the fluid application step with energy to form a modeled object layer in which the thermoplastic resin-containing particles in the region to which the bonding fluid is applied are melted;
including
Repeating the thin layer forming step, the fluid applying step, and the energy irradiation step a plurality of times to form a three-dimensional modeled object by stacking the modeled object layers;
A method for manufacturing a three-dimensional object.
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