JP7685124B2 - Resin composition for 3D printers, 3D model and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、3Dプリンター用樹脂組成物、3次元造形物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a resin composition for 3D printers, a three-dimensional object, and a method for producing the same.
3Dプリンターは3次元造形機の一種であり、コンピュータ上で作成したCAD、CG等の3Dデータを設計図として、プラスチック等からなる3次元造形物を製造する立体プリンターである。 A 3D printer is a type of three-dimensional modeling machine that uses 3D data such as CAD and CG created on a computer as blueprints to produce three-dimensional objects made from plastic and other materials.
一般に、3Dプリンターは積層方式により分類され、例えば、結合剤噴射方式、熱溶解積層方式、液槽光重合方式、粉末焼結積層造形方式(SLS方式:Selective Laser Sintering、又はSLM方式:Selective Laser Melting)等が知られている。 3D printers are generally classified according to the deposition method they use, and known methods include binder injection, fused deposition modeling, liquid vat photopolymerization, and powder sintering additive manufacturing (SLS: Selective Laser Sintering, or SLM: Selective Laser Melting).
3Dプリンターでは、樹脂材料を使用して3次元造形物を造形する。例えば、熱溶解積層方式(以下、「FDM方式」(Fused Deposition Modeling)と記載する)では、熱可塑性樹脂をフィラメント状にしたものを材料として用い、前記フィラメントを3Dプリンターのノズルから溶融させながら押出して、所望の形状を構成するように積層させていく。FDM方式の3Dプリンター用フィラメントとしては、ポリ乳酸樹脂(PLA樹脂)やアクリロニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂(ABS樹脂)等が主に使用されている。このうちABS樹脂は耐熱性に優れる3次元造形物が得られやすく、後加工性も良好であるが、造形時に反りが発生しやすい。そこで、ABS樹脂にガラスファイバーを配合して反りを低減した3Dプリンター用樹脂材料が提案されている。しかしながら本願発明者らの検討によると、ガラスファイバーの配合によって反りは改善するものの、3Dプリンターのノズルが摩耗することが分かった。 In a 3D printer, a resin material is used to create a three-dimensional object. For example, in the fused deposition modeling method (hereinafter referred to as the "FDM method"), a filament-shaped thermoplastic resin is used as the material, and the filament is melted and extruded from the nozzle of the 3D printer, and laminated to form the desired shape. As filaments for FDM 3D printers, polylactic acid resin (PLA resin) and acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin) are mainly used. Of these, ABS resin is easy to obtain three-dimensional objects with excellent heat resistance and has good post-processing properties, but is prone to warping during modeling. Therefore, a resin material for 3D printers has been proposed in which glass fiber is blended into ABS resin to reduce warping. However, according to the study by the present inventors, it was found that although warping is improved by blending glass fiber, the nozzle of the 3D printer is worn out.
3次元造形物の反りを改善するその他の方法として、特許文献1には、Tgが50℃以上100℃未満のスチレン系樹脂を用いることが提案されている。しかしながら、低Tgの樹脂を混合する方法では得られる3次元造形物の耐熱性が悪化する。
特許文献2には、熱可塑性樹脂及び熱可塑性エラストマーに、特定量の充填材(タルクを含む)を配合した3次元造形用材料が提案されている。しかしながら本願発明者らの検討によれば、熱可塑性樹脂に一般的なタルクを混合した樹脂組成物では、造形時の反りの抑制が十分ではなく、長時間の使用により3Dプリンターのノズルの摩耗も発生することが分かった。また、このような方法では、反りの抑制と高速造形性とを両立できないことも判明した。
As another method for improving warpage of a three-dimensional object, Patent Literature 1 proposes using a styrene-based resin having a Tg of 50° C. or more and less than 100° C. However, the method of mixing a resin with a low Tg deteriorates the heat resistance of the resulting three-dimensional object.
Patent Document 2 proposes a material for three-dimensional modeling in which a specific amount of filler (including talc) is blended with a thermoplastic resin and a thermoplastic elastomer. However, according to the study by the inventors of the present application, it was found that a resin composition in which a thermoplastic resin is mixed with general talc does not sufficiently suppress warping during modeling, and wear of the nozzle of the 3D printer occurs after long-term use. It was also found that such a method cannot achieve both warping suppression and high-speed modeling.
本開示は、3Dプリンターのノズルが摩耗せず、かつ造形時の反りも抑制できる、3Dプリンター用樹脂組成物とそれを用いた3次元造形物の製造方法、及び反りの少ない3次元造形物の提供を第1の課題とする。
また、本開示は、3Dプリンターのノズルの摩耗を抑え、反りの抑制と高速造形性とを両立した3Dプリンター用樹脂組成物とそれを用いた3次元造形物の製造方法、及び反りの少ない3次元造形物の提供を第2の課題とする。
A first objective of the present disclosure is to provide a resin composition for 3D printers that does not wear out the nozzle of a 3D printer and that can suppress warping during modeling, a method for manufacturing a three-dimensional object using the same, and a three-dimensional object with minimal warping.
A second object of the present disclosure is to provide a resin composition for 3D printers that reduces wear on the nozzle of a 3D printer, and achieves both suppression of warping and high-speed modeling ability, a method for producing a three-dimensional object using the same, and a three-dimensional object with minimal warping.
本願発明者らは鋭意検討した結果、以下の第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)であれば、前記第1の課題を解決できることを見出した。
[1]3Dプリンター用樹脂組成物(1)であって、
前記樹脂組成物(1)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)と、
モース硬度が3以下の板状粒子(B1)とを含み、
前記樹脂組成物(1)の総質量に対する前記板状粒子(B1)の含有量が10質量%以上であり、かつ前記樹脂組成物(1)の総質量に対する結晶性シリカの割合が0.02質量%未満である、3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
As a result of intensive investigations, the inventors of the present application have found that the first problem can be solved by a resin composition (1) according to the following first embodiment.
[1] A resin composition (1) for a 3D printer,
The resin composition (1) comprises a rubber component-containing styrene-based resin (A1),
and plate-like particles (B1) having a Mohs hardness of 3 or less,
The content of the plate-like particles (B1) relative to the total mass of the resin composition (1) is 10% by mass or more, and the proportion of crystalline silica relative to the total mass of the resin composition (1) is less than 0.02% by mass. Resin composition (1) for 3D printers.
また、以下の第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)であれば、前記第2の課題を解決できることを見出した。
<1>3Dプリンター用樹脂組成物(2)であって、
ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)と、
モース硬度が3以下であり、表面がシランカップリング剤(X2)で処理された板状粒子(B2)とを含み、
前記板状粒子(B2)の含有量が、前記樹脂組成物(2)の総質量に対して、10~30質量%である、3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
In addition, it has been found that the second problem can be solved by using a resin composition (2) according to the second embodiment described below.
<1> A resin composition (2) for 3D printers,
A rubber component-containing styrene-based resin (A2),
and plate-like particles (B2) having a Mohs hardness of 3 or less and having a surface treated with a silane coupling agent (X2),
The content of the plate-like particles (B2) is 10 to 30% by mass relative to the total mass of the resin composition (2).
本開示の第1の実施形態によれば、第1の課題を解決できる。すなわち、3Dプリンターのノズルが摩耗せず、かつ造形時の反りも抑制できる、3Dプリンター用樹脂組成物(1)とそれを用いた3次元造形物の製造方法(1)、及び反りの少ない3次元造形物(1)を提供できる。
本開示の第2の実施形態によれば、第2の課題を解決できる。すなわち、3Dプリンターのノズルの摩耗を抑え、反りの抑制と高速造形性とを両立した3Dプリンター用樹脂組成物(2)とそれを用いた3次元造形物の製造方法(2)、及び反りの少ない3次元造形物(2)を提供できる。
According to the first embodiment of the present disclosure, the first problem can be solved. That is, it is possible to provide a resin composition for 3D printers (1) that prevents wear on the nozzle of the 3D printer and suppresses warping during modeling, a method for producing a three-dimensional object using the same (1), and a three-dimensional object (1) with little warping.
According to the second embodiment of the present disclosure, the second problem can be solved. That is, it is possible to provide a resin composition for 3D printers (2) that suppresses wear on the nozzle of the 3D printer and achieves both suppressed warping and high-speed modeling properties, a method for producing a three-dimensional object using the same (2), and a three-dimensional object (2) with little warping.
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。一実施形態について記載した特定の説明が他の実施形態についても当てはまる場合には、他の実施形態においてはその説明を省略している場合がある。
本開示において数値範囲についての「1~10」の表現は、「1以上10以下」であることを意味している。例えば、「10~30g/min」とは、「10g/10min以上30g/10min以下」を意味する。
各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはない。
本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。
An embodiment of the present invention will be described in detail below. The present invention is not limited to the following embodiment, and can be implemented by making appropriate modifications within the scope that does not impair the effects of the present invention. When a specific description given for one embodiment also applies to other embodiments, the description may be omitted in the other embodiments.
In the present disclosure, the expression "1 to 10" regarding a numerical range means "1 or more and 10 or less." For example, "10 to 30 g/min" means "10 g/10 min or more and 30 g/10 min or less."
The configurations and combinations thereof in each embodiment are merely examples, and addition, omission, substitution, and other modifications of the configurations are possible as appropriate without departing from the spirit of the present disclosure. The present disclosure is not limited to the embodiments.
Each feature disclosed herein may be combined with any other feature disclosed herein.
[第1の実施形態]
まず、第1の実施形態に係る3Dプリンター用樹脂組成物(1)とそれを用いた3次元造形物の製造方法(1)、及び3次元造形物(1)について説明する。
[First embodiment]
First, a resin composition for 3D printers (1) according to a first embodiment, a method for producing a three-dimensional object using the same (1), and a three-dimensional object (1) will be described.
[3Dプリンター用樹脂組成物(1)]
本開示の第1の実施形態は、3Dプリンター用樹脂組成物(1)に関する。
第1の実施形態に係る3Dプリンター用樹脂組成物(1)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)と、モース硬度が3以下の板状粒子(B1)とを含み、前記樹脂組成物(1)の総質量に対する前記板状粒子(B1)の含有量が10質量%以上であり、かつ前記樹脂組成物(1)の総質量に対する結晶性シリカの割合が0.02質量%未満であることを特徴とする。第1の実施形態に係る3Dプリンター用樹脂組成物(1)(以下、単に「樹脂組成物(1)」又は「樹脂材料(1)」と記載することもある)によれば、第1の課題を解決できる。すなわち、3Dプリンターのノズルが摩耗せず、かつ造形時の反りも抑制できる。
[Resin composition for 3D printers (1)]
The first embodiment of the present disclosure relates to a resin composition for 3D printers (1).
The resin composition for 3D printers (1) according to the first embodiment includes a rubber component-containing styrene-based resin (A1) and a plate-like particle (B1) having a Mohs hardness of 3 or less, and the content of the plate-like particle (B1) relative to the total mass of the resin composition (1) is 10% by mass or more, and the ratio of crystalline silica to the total mass of the resin composition (1) is less than 0.02% by mass. According to the resin composition for 3D printers (1) according to the first embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as "resin composition (1)" or "resin material (1)"), the first problem can be solved. That is, the nozzle of the 3D printer is not worn, and warping during modeling can be suppressed.
本開示における「反り」とは、3Dプリンターを用いて3次元造形物を造形する際に、基板上に積層された樹脂材料(以下、基板上に積層された樹脂材料であって、造形途中の3次元造形物を「積層物」と記載する)の少なくとも一部が基板表面から剥がれて、基板と積層物との間に隙間(浮き)が生じる現象を指す。造形時に反りが発生すると、所望の形状の3次元造形物が得られにくくなる、積層物が3Dプリンターのノズルと接触して、それ以上造形ができなくなる、得られる3次元造形物の外観が悪くなる等の問題が発生する。第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)は、造形時の反りを抑制して、所望の形状の3次元造形物を得ることができる。また、反りに起因する造形時のトラブルを防ぐこともできる。
なお本開示における「3Dプリンター用」樹脂組成物(1)とは、3Dプリンターで3次元造形物を造形する際のフィラメントとして使用可能であることを意味する。
In the present disclosure, "warping" refers to a phenomenon in which, when a three-dimensional object is modeled using a 3D printer, at least a part of the resin material laminated on the substrate (hereinafter, the resin material laminated on the substrate and the three-dimensional object in the middle of modeling will be referred to as the "laminate") peels off from the substrate surface, causing a gap (floating) between the substrate and the laminate. If warping occurs during modeling, problems such as difficulty in obtaining a three-dimensional object of the desired shape, the laminate coming into contact with the nozzle of the 3D printer and making it impossible to model any further, and the appearance of the obtained three-dimensional object becoming worse occur. The resin composition (1) according to the first embodiment can suppress warping during modeling to obtain a three-dimensional object of the desired shape. It can also prevent problems during modeling caused by warping.
In addition, in the present disclosure, the resin composition (1) “for 3D printers” means that it can be used as a filament when forming a three-dimensional object with a 3D printer.
<ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)>
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)(以下、「樹脂(A1)」と記載する)を含む。「ゴム成分含有スチレン系樹脂」とは、スチレン系樹脂にゴム成分を共重合又はブレンドした樹脂を指す。樹脂(A1)を後述する板状粒子(B1)と組み合わせることで、造形時の反りを抑制し、ノズルの摩耗も防ぐことができる。
<Rubber component-containing styrene-based resin (A1)>
The resin composition (1) according to the first embodiment contains a rubber component-containing styrene-based resin (A1) (hereinafter referred to as "resin (A1)"). The "rubber component-containing styrene-based resin" refers to a resin obtained by copolymerizing or blending a rubber component with a styrene-based resin. By combining the resin (A1) with the plate-like particles (B1) described later, warping during molding can be suppressed and nozzle wear can also be prevented.
「スチレン系樹脂」とは、スチレン骨格を有する化合物を主成分とする重合体を指す。「スチレン骨格を有する化合物を主成分とする」とは、原料モノマーの合計量(100質量%)に対するスチレン骨格を有する化合物の割合が50質量%超であることを指す。前記割合は60質量%以上であってもよく、70質量%以上であってもよく、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、95質量%以上であってもよい。
スチレン骨格を有する化合物としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、パラメチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン等を挙げることができ、好ましくは、スチレンである。
The term "styrene-based resin" refers to a polymer mainly composed of a compound having a styrene skeleton. The term "mainly composed of a compound having a styrene skeleton" refers to a ratio of the compound having a styrene skeleton to the total amount (100% by mass) of raw material monomers that is more than 50% by mass. The ratio may be 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more.
Examples of compounds having a styrene skeleton include styrene, α-methylstyrene, paramethylstyrene, vinyltoluene, and vinylxylene, with styrene being preferred.
一実施形態において、スチレン系樹脂としては、前述のスチレン骨格を有する化合物に他のモノマーを共重合させた共重合体を用いることもできる。このような共重合体としては、例えば、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS樹脂)、無水マレイン酸-スチレン共重合体(無水マレイン酸変性ポリスチレン樹脂)等が挙げられる。In one embodiment, the styrene-based resin may be a copolymer obtained by copolymerizing the above-mentioned compound having a styrene skeleton with another monomer. Examples of such copolymers include acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), maleic anhydride-styrene copolymer (maleic anhydride modified polystyrene resin), etc.
ゴム成分としては、共役ジエンゴム又は非ジエンゴムが挙げられる。共役ジエンゴムとしては、例えば、ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン等の共役ジエン炭化水素が挙げられる。また、非ジエンゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、エチレン-プロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。このような共役ジエンゴム又は非ジエンゴムを含むスチレン系樹脂としては、例えば、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS);アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂);アクリロニトリル-アクリルゴム-スチレン共重合体(AAS樹脂)、アクリロニトリル-塩素化ポリエチレン-スチレン共重合体(ACS樹脂)、アクリロニトリル-(エチレン-プロピレン-ジエンゴム)-スチレン共重合体(AES樹脂)等のAXS樹脂;メタクリル酸メチル-ブタジエン-スチレン共重合体(MBS樹脂)等が挙げられる。なお、「AXS樹脂」とは、ゴム成分(AXS樹脂におけるX成分)にアクリロニトリル(AXS樹脂におけるA成分)とスチレン(AXS樹脂におけるS成分)とがグラフト重合した樹脂を指す。
樹脂(A1)として、上記のゴム成分を含むスチレン系樹脂を1種単独で又は2種以上を併用できる。
Examples of the rubber component include conjugated diene rubber and non-diene rubber. Examples of the conjugated diene rubber include conjugated diene hydrocarbons such as butadiene, isoprene, and 1,3-pentadiene. Examples of the non-diene rubber include silicone rubber, ethylene-propylene rubber, acrylic rubber, and urethane rubber. Examples of styrene-based resins containing such conjugated diene rubber or non-diene rubber include high impact polystyrene (HIPS); acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin); AXS resins such as acrylonitrile-acrylic rubber-styrene copolymer (AAS resin), acrylonitrile-chlorinated polyethylene-styrene copolymer (ACS resin), and acrylonitrile-(ethylene-propylene-diene rubber)-styrene copolymer (AES resin); and methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer (MBS resin). The term "AXS resin" refers to a resin in which acrylonitrile (A component in AXS resin) and styrene (S component in AXS resin) are graft polymerized onto a rubber component (X component in AXS resin).
As the resin (A1), the above-mentioned styrene-based resins containing a rubber component can be used alone or in combination of two or more kinds.
一実施形態において、樹脂(A1)はゴム成分として、共役ジエンゴムを含むことが好ましい。樹脂(A1)が共役ジエンゴム含有スチレン系樹脂を含むことで、3Dプリンターでの造形加工性がより良好となる。より好ましい実施形態において、樹脂(A1)は、HIPS、及びABS樹脂から選択される少なくとも1つの樹脂を含むことができる。特に好ましい実施形態において、樹脂(A1)は、ABS樹脂である。In one embodiment, the resin (A1) preferably contains a conjugated diene rubber as a rubber component. When the resin (A1) contains a styrene-based resin containing a conjugated diene rubber, the molding processability using a 3D printer is improved. In a more preferred embodiment, the resin (A1) may contain at least one resin selected from HIPS and ABS resin. In a particularly preferred embodiment, the resin (A1) is an ABS resin.
一実施形態において、樹脂(A1)のTg(ガラス転移温度)は100℃以上が好ましい。樹脂(A1)のTgが100℃以上であれば、耐熱性が良好となりやすい。本開示において、樹脂(A1)のTgはDSC(示差走査熱量測定)(例えば、(株)リガク製、製品名「DSCvesta」)により測定することができる。
一実施形態においては、樹脂(A1)として、Tgが100℃以上のABS樹脂を用いることが好ましい。
In one embodiment, the Tg (glass transition temperature) of the resin (A1) is preferably 100° C. or higher. If the Tg of the resin (A1) is 100° C. or higher, the heat resistance is likely to be good. In the present disclosure, the Tg of the resin (A1) can be measured by DSC (differential scanning calorimetry) (for example, product name "DSCvesta" manufactured by Rigaku Corporation).
In one embodiment, it is preferable to use an ABS resin having a Tg of 100° C. or more as the resin (A1).
一実施形態において、3Dプリンターによる造形に必要な流動性を確保しやすい観点からは、樹脂(A1)の質量平均分子量(Mw)は、10万~15万が好ましい。また、耐衝撃性、耐熱性が良好な3次元造形物が得られやすい観点からは、前記Mwは、11万~14万であってもよい。なお、Mwの異なる、2種類以上のABS樹脂を混合して、前記流動性、耐熱性、及び耐衝撃性等を両立させてもよい。2種類以上のABS樹脂を混合して用いる場合、混合物の平均のMwが前述の範囲(例えば、11万~14万)となるように調整することが好ましい。また、1種類のABS樹脂を用いる場合、前述の流動性、耐熱性及び耐衝撃性の観点からは、Mwが13万~15万のABS樹脂を用いることが特に好ましい。なお、樹脂(A1)のMwは、GPCを用いて、溶媒:THF、測定温度:40℃、標準物質:ポリスチレン換算で測定した値を指す。In one embodiment, from the viewpoint of easily securing the fluidity required for modeling by a 3D printer, the mass average molecular weight (Mw) of the resin (A1) is preferably 100,000 to 150,000. From the viewpoint of easily obtaining a three-dimensional model with good impact resistance and heat resistance, the Mw may be 110,000 to 140,000. Note that two or more types of ABS resins with different Mw may be mixed to achieve both the fluidity, heat resistance, and impact resistance. When two or more types of ABS resins are mixed and used, it is preferable to adjust the average Mw of the mixture to be in the above-mentioned range (for example, 110,000 to 140,000). Also, when one type of ABS resin is used, it is particularly preferable to use an ABS resin with a Mw of 130,000 to 150,000 from the viewpoint of the above-mentioned fluidity, heat resistance, and impact resistance. Note that the Mw of the resin (A1) refers to a value measured using GPC, solvent: THF, measurement temperature: 40°C, and standard substance: polystyrene conversion.
(ABS樹脂)
樹脂(A1)がABS樹脂を含む場合、前記ABS樹脂としては、ABS樹脂の総質量に対する共役ジエンゴム(ブタジエン)の割合が12~22質量%のものが好ましく、16~20質量%のものがより好ましい。また、樹脂(A1)は前述の通り、2種類以上のABS樹脂の混合物であってもよい。
(ABS resin)
When resin (A1) contains an ABS resin, the ABS resin preferably contains a conjugated diene rubber (butadiene) in an amount of 12 to 22% by mass, more preferably 16 to 20% by mass, based on the total mass of the ABS resin. Also, as described above, resin (A1) may be a mixture of two or more types of ABS resins.
一実施形態において、前記ABS樹脂のMFR(220℃、10kg荷重)は、10~30g/10minが好ましく、10~25g/10minがより好ましく、10~20g/10minがさらに好ましい。このようなMFR(220℃、10kg荷重)を有するABS樹脂を用いることにより、高速造形性がより良好となる。
一実施形態において、樹脂(A1)として、2種類以上のABS樹脂を用いる場合、ABS樹脂の混合物のMFR(220℃、10kg荷重)が10~30g/10minとなるように、好ましくは10~25g/10minとなるように、各ABS樹脂の配合割合を調整してもよい。例えば、MFR(220℃、10kg荷重)が30~45g/10minのABS樹脂1と、MFR(220℃、10kg荷重)が10~15g/10minのABS樹脂2とを、ABS樹脂1:ABS樹脂2が、3~7:7~3となる範囲で組み合わせてもよい。本開示において、樹脂(A1)のMFRは、JIS K 7210-1のA法に沿って測定できる。
In one embodiment, the MFR (220°C, 10 kg load) of the ABS resin is preferably 10 to 30 g/10 min, more preferably 10 to 25 g/10 min, and even more preferably 10 to 20 g/10 min. By using an ABS resin having such an MFR (220°C, 10 kg load), high-speed modeling properties are improved.
In one embodiment, when two or more kinds of ABS resins are used as the resin (A1), the blending ratio of each ABS resin may be adjusted so that the MFR (220°C, 10 kg load) of the mixture of ABS resins is 10 to 30 g/10 min, preferably 10 to 25 g/10 min. For example, ABS resin 1 having an MFR (220°C, 10 kg load) of 30 to 45 g/10 min and ABS resin 2 having an MFR (220°C, 10 kg load) of 10 to 15 g/10 min may be combined in a range of ABS resin 1:ABS resin 2 of 3 to 7:7 to 3. In the present disclosure, the MFR of the resin (A1) can be measured according to the A method of JIS K 7210-1.
樹脂(A1)がABS樹脂を含む場合、樹脂(A1)中のABS樹脂の割合は、樹脂(A1)の総質量に対して、50質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。また、樹脂(A1)としてABS樹脂のみを含んでいてもよい。すなわち、樹脂(A1)中の樹脂(A)の割合は、50~100質量%であってもよく、80~100質量%であってもよく、50~80質量%であってもよい。When resin (A1) contains ABS resin, the proportion of ABS resin in resin (A1) is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, based on the total mass of resin (A1). Resin (A1) may also contain only ABS resin. That is, the proportion of resin (A) in resin (A1) may be 50 to 100% by mass, 80 to 100% by mass, or 50 to 80% by mass.
樹脂組成物(1)中の樹脂(A1)の割合は、樹脂組成物(1)の総質量に対して、50~90質量%が好ましく、70~90質量%がより好ましい。一実施形態においては、樹脂組成物(1)中の樹脂(A1)の割合は、樹脂組成物(1)の総質量に対して、50~70質量%であってもよい。The proportion of resin (A1) in resin composition (1) is preferably 50 to 90% by mass, more preferably 70 to 90% by mass, based on the total mass of resin composition (1). In one embodiment, the proportion of resin (A1) in resin composition (1) may be 50 to 70% by mass, based on the total mass of resin composition (1).
<板状粒子(B1)>
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)は、モース硬度が3以下の板状粒子(B1)を、樹脂組成物(1)の総質量に対して、10質量%以上含む。本開示において「板状粒子」とは、厚みが薄く、かつアスペクト比が1.0以上の粒子を指す。したがって、板状粒子は、球状粒子以外の、例えば鱗片状粒子、棒状粒子、又は針状(繊維状)粒子等と表現される粒子を含み得る。第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)が板状粒子を含むかどうかは、例えば、SEM等の電子顕微鏡で第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)に含まれる粒子(100個以上)を観察した際に、その厚みが薄く、かつアスペクト比が1.0以上となる粒子が50個数%超含まれるかどうかで判断できる。
一実施形態において、板状粒子(B1)のアスペクト比は、10~90であってもよく、10~80であってもよく、20~70であってもよい。
<Plate-like particles (B1)>
The resin composition (1) according to the first embodiment contains 10% by mass or more of plate-like particles (B1) having a Mohs hardness of 3 or less, based on the total mass of the resin composition (1). In the present disclosure, the term "plate-like particles" refers to particles that are thin and have an aspect ratio of 1.0 or more. Therefore, the plate-like particles may contain particles other than spherical particles, such as particles expressed as scale-like particles, rod-like particles, or needle-like (fibrous) particles. Whether the resin composition (1) according to the first embodiment contains plate-like particles can be determined, for example, by observing the particles (100 or more) contained in the resin composition (1) according to the first embodiment with an electron microscope such as a SEM, and determining whether the particles are thin and have an aspect ratio of 1.0 or more and whether more than 50% by number of particles are contained.
In one embodiment, the aspect ratio of the plate-like particles (B1) may be 10-90, 10-80, or 20-70.
第1の実施形態に係る板状粒子(B1)は、モース硬度が3以下の板状の無機粒子であり、かつ結晶性シリカの含有量が少ない粒子、又は結晶性シリカを実質的に含まない粒子である。このような板状粒子(B1)を、前述の樹脂(A1)と組み合わせ、かつ樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合を一定値以下とすることにより、3Dプリンターのノズルが摩耗せず、造形時の反りも抑制できる。
なお「結晶性シリカの含有量が少ない粒子、又は結晶性シリカを実質的に含まない粒子」とは、より具体的には、後述のX線回折法による測定において、結晶性シリカの含有率が0.2質量%未満である、あるいは結晶性シリカが実質的に検出されない粒子を指す。このような板状粒子(B1)としては、例えば、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、黒鉛、海泡石(セピオライト)、タルク(合成スメクタイト等)、マイカ、クレイ等が好ましい例として挙げられる。このうち、粒子の吸水が少なく、反り抑制効果がより得られやすい観点から、板状粒子(B1)は、上記のタルク、マイカ、及びクレイから選択される少なくとも1つの板状粒子を含むことがより好ましく、タルク及び/又はマイカを含むことがさらに好ましい。なお、板状粒子(B1)としては、市販品を用いてもよい。市販品としては、例えば、日本タルク(株)製の、製品名「MS-SF」、「ミクロエース(登録商標)K-1#90-SF」、「FG-15F」;IMI-FABI社製の、製品名「HTP1LPultra5L」等を採用できる。
The plate-like particles (B1) according to the first embodiment are plate-like inorganic particles having a Mohs hardness of 3 or less, and have a low content of crystalline silica, or are particles that are substantially free of crystalline silica. By combining such plate-like particles (B1) with the above-mentioned resin (A1) and setting the ratio of crystalline silica in the resin composition (1) to a certain value or less, the nozzle of the 3D printer is not worn, and warping during modeling can be suppressed.
In addition, "particles with a low content of crystalline silica or particles that do not substantially contain crystalline silica" refers to particles with a crystalline silica content of less than 0.2% by mass or particles in which crystalline silica is not substantially detected, as measured by the X-ray diffraction method described below. As such plate-like particles (B1), for example, boron nitride, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, magnesium carbonate, calcium carbonate, graphite, sepiolite, talc (synthetic smectite, etc.), mica, clay, etc. are preferred examples. Among these, from the viewpoint of the particles having low water absorption and more easily obtaining the warpage suppression effect, it is more preferable that the plate-like particles (B1) contain at least one plate-like particle selected from the above talc, mica, and clay, and more preferably contain talc and/or mica. In addition, commercially available products may be used as the plate-like particles (B1). Examples of commercially available products include those manufactured by Nippon Talc Co., Ltd. under the product names "MS-SF", "MicroAce (registered trademark) K-1#90-SF", and "FG-15F"; and those manufactured by IMI-FABI under the product name "HTP1LPultra5L".
板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率は、X線回折法(基底標準吸収補正法)により測定できる。具体的には、まず、X線回折分析装置により、板状粒子(B1)の遊離ケイ酸定性分析を行う。この時、遊離ケイ酸分析用標準試料として、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト(公益社団法人 日本作業環境測定協会製)を用いる。その後、X線回折法(基底標準吸収補正法)により、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの定量分析を行う。なお、X線回折法における測定条件は以下のとおりである。
測定装置:X線発生装置(例えば、(株)リガク製の卓上型回転対陰極型X線発生装置、製品名「ultrax18」)
ターゲット:Cu
走査角度:5°~60°
ステップ幅:0.02度
計測時間:0.6秒
管電圧:40kV
管電流:30mA
発散スリット:1.00度、散乱スリット:1.00度、受光スリット:0.3mm
The content of crystalline silica in the plate-like particles (B1) can be measured by X-ray diffraction (base standard absorption correction method). Specifically, first, the free silicic acid qualitative analysis of the plate-like particles (B1) is performed by an X-ray diffraction analyzer. At this time, quartz, cristobalite, and tridymite (manufactured by the Japan Working Environment Measurement Association, a public interest incorporated association) are used as standard samples for free silicic acid analysis. Then, the crystalline silica in the plate-like particles (B1) is quantitatively analyzed by X-ray diffraction (base standard absorption correction method). The measurement conditions in the X-ray diffraction method are as follows.
Measuring device: X-ray generator (for example, a tabletop rotating anode type X-ray generator manufactured by Rigaku Corporation, product name "Ultrax 18")
Target: Cu
Scanning angle: 5° to 60°
Step width: 0.02 degrees Measurement time: 0.6 seconds Tube voltage: 40 kV
Tube current: 30mA
Divergence slit: 1.00 degrees, scattering slit: 1.00 degrees, receiving slit: 0.3 mm
なお、上記の測定条件における、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率の検出限界は0.1質量%である。一般的なタルクやマイカは上記の方法で測定した結晶性シリカの含有率が約1質量%程度である。第1の実施形態に係る板状粒子(B1)は、一般的なタルクやマイカよりも結晶性シリカの含有量が少ない。好ましい実施形態においては、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有量は0.2質量%未満であり、より好ましい実施形態においては0.1質量%以下である。さらに好ましい実施形態において、板状粒子(B1)は、上記の測定条件で結晶性シリカが検出されない、タルク、マイカ及びクレイから選択される少なくとも1つの粒子である。In addition, the detection limit of the content of crystalline silica in the plate-like particles (B1) under the above measurement conditions is 0.1% by mass. The content of crystalline silica in general talc and mica measured by the above method is about 1% by mass. The plate-like particles (B1) according to the first embodiment have a lower content of crystalline silica than general talc and mica. In a preferred embodiment, the content of crystalline silica in the plate-like particles (B1) is less than 0.2% by mass, and in a more preferred embodiment, it is 0.1% by mass or less. In a further preferred embodiment, the plate-like particles (B1) are at least one particle selected from talc, mica, and clay in which crystalline silica is not detected under the above measurement conditions.
「モース硬度」とは、硬さの指標を10段階で表したものであり、それぞれに対応する標準物質と測定する物質とを擦り、傷がつくかどうかで標準物質に対する硬さの大小を相対的に評価した値である。標準物質は、柔らかいもの(モース硬度1)から硬いもの(モース硬度10)の順に、1:滑石、2:石膏、3:方解石、4:蛍石、5:燐灰石、6:長石、7:石英、8:トパーズ、9:コランダム、10:ダイヤモンドである。モース硬度の測定方法は、表面が平滑な、モース硬度既知の板2枚を用意し、測定したい粒子を2枚の板の間に挟み、両方の板をこすり合わせて板表面の傷の発生有無を調べる。板表面に傷が発生した場合、さらにモース硬度の低い板に変更して、再度同じ操作を行い、モース硬度を特定する。 "Mohs hardness" is a hardness index expressed on a 10-point scale, and is a value obtained by rubbing the corresponding standard substance with the substance being measured and evaluating the hardness of the substance relative to the standard substance based on whether scratches are left. The standard substances are, in order from soft (Mohs hardness 1) to hard (Mohs hardness 10), 1: talc, 2: gypsum, 3: calcite, 4: fluorite, 5: apatite, 6: feldspar, 7: quartz, 8: topaz, 9: corundum, and 10: diamond. The Mohs hardness is measured by preparing two smooth-surfaced plates with known Mohs hardness, placing the particle to be measured between the two plates, and rubbing the two plates together to check for scratches on the plate surface. If scratches are left on the plate surface, a plate with a lower Mohs hardness is used and the same procedure is repeated to determine the Mohs hardness.
(平均粒子径(D50))
一実施形態において、板状粒子(B1)の平均粒子径(D50)は、1~50μmが好ましく、1~40μmがより好ましく、1~30μmがさらに好ましく、1~20μmが特に好ましい。一実施形態においては、板状粒子(B1)の平均粒子径(D50)は、1.5~13μmであってもよい。平均粒子径(D50)が前記範囲内であれば、樹脂組成物(1)のMFRが低下しにくい。そのため、3Dプリンター用フィラメントに必要な高MFRを達成できるフィラメントが得られやすい。さらに混合時に弾性率が上昇しにくいことから、フィラメント作製時に該フィラメントが折れにくく、生産性も良好となりやすい。なお、板状粒子(B1)の平均粒子径(D50)は、レーザー回折散乱法にて評価した体積基準累積径(D50)を指す。また、「体積基準累積径(D50)」は、レーザー回折散乱法により測定される体積基準の累積粒度分布において、累積値が50%に相当する粒子径のことを意味する。累積粒度分布は、横軸を粒子径(μm)、縦軸を累積値(%)とする分布曲線で表される。
(Average particle diameter (D50))
In one embodiment, the average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B1) is preferably 1 to 50 μm, more preferably 1 to 40 μm, even more preferably 1 to 30 μm, and particularly preferably 1 to 20 μm. In one embodiment, the average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B1) may be 1.5 to 13 μm. If the average particle diameter (D50) is within the above range, the MFR of the resin composition (1) is unlikely to decrease. Therefore, it is easy to obtain a filament that can achieve a high MFR required for a filament for a 3D printer. Furthermore, since the elastic modulus is unlikely to increase during mixing, the filament is unlikely to break during filament production, and the productivity is likely to be good. The average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B1) refers to the volume-based cumulative diameter (D50) evaluated by a laser diffraction scattering method. In addition, the "volume-based cumulative diameter (D50)" means a particle diameter corresponding to a cumulative value of 50% in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction scattering method. The cumulative particle size distribution is represented by a distribution curve with the particle size (μm) on the horizontal axis and the cumulative value (%) on the vertical axis.
(シランカップリング剤(X1))
第1の実施形態に係る板状粒子(B1)は、その表面がシランカップリング剤(X1)で処理されていてもよい。「表面がシランカップリング剤(X1)で処理されている」とは、板状粒子(B1)の表面の少なくとも一部が、シランカップリング剤(X1)で被覆されていることを意味する。板状粒子(B1)の表面がシランカップリング剤(X1)で処理されていることにより、樹脂組成物(1)が増粘しにくくなり、造形時の反り抑制効果がより得られやすく、かつ高速造形性も良好となりやすい。本開示において、「高速造形性」とは、例えば、80~150mm/sの造形速度で3次元造形物を造形できることを指す。高速造形性に劣る樹脂材料は、前述の造形速度では吐出むらが生じる、又は得られた3次元造形物の外観に穴あき等が発生する。板状粒子(B1)として、その表面がシランカップリング剤(X1)で処理された粒子を用いることにより、高速で造形しても、外観に優れた3次元造形物が得られやすくなる。
シランカップリング剤(X1)としては特に限定されないが、一実施形態においては、構造内にビニル基、アミノ基、スチリル基、エポキシ基、メルカプト基等の官能基を含むシランカップリング剤を、1種単独で又は2種以上併用してもよい。
(Silane coupling agent (X1))
The plate-like particle (B1) according to the first embodiment may have its surface treated with a silane coupling agent (X1). "The surface is treated with a silane coupling agent (X1)" means that at least a part of the surface of the plate-like particle (B1) is coated with the silane coupling agent (X1). By treating the surface of the plate-like particle (B1) with the silane coupling agent (X1), the resin composition (1) is less likely to thicken, the warping suppression effect during modeling is more likely to be obtained, and high-speed modeling properties are also likely to be good. In the present disclosure, "high-speed modeling properties" refers to the ability to model a three-dimensional object at a modeling speed of, for example, 80 to 150 mm/s. Resin materials with poor high-speed modeling properties will cause uneven discharge at the above-mentioned modeling speed, or will cause holes or the like in the appearance of the obtained three-dimensional object. By using particles whose surfaces have been treated with a silane coupling agent (X1) as the plate-like particles (B1), a three-dimensional object having excellent appearance can be easily obtained even when modeled at high speed.
The silane coupling agent (X1) is not particularly limited. In one embodiment, a silane coupling agent containing a functional group such as a vinyl group, an amino group, a styryl group, an epoxy group, or a mercapto group in the structure may be used alone or in combination of two or more kinds.
構造内にビニル基を含むシランカップリング剤(ビニル系シランカップリング剤)としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。Examples of silane coupling agents containing a vinyl group in the structure (vinyl-based silane coupling agents) include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
構造内にアミノ基を含むシランカップリング剤(アミノ系シランカップリング剤)としては、例えば、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルトリメトキシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。Examples of silane coupling agents containing an amino group in the structure (amino-based silane coupling agents) include N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxylane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyltrimethoxylane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N-(1,3-dimethyl-butylidene)propylamine, and N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more.
構造内にエポキシ基を含むシランカップリング剤(エポキシ系シランカップリング剤)としては、例えば、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of silane coupling agents containing an epoxy group in the structure (epoxy-based silane coupling agents) include 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, etc. These may be used alone or in combination of two or more types.
構造内にスチリル基を含むシランカップリング剤(スチリル系シランカップリング剤)としては、例えば、p-スチリルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of silane coupling agents that contain a styryl group in their structure (styryl-based silane coupling agents) include p-styryltrimethoxysilane.
構造内にメルカプト基を含むシランカップリング剤(メルカプト系シランカップリング剤)としては、例えば、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。Examples of silane coupling agents containing a mercapto group in the structure (mercapto-based silane coupling agents) include 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, etc. These may be used alone or in combination of two or more types.
一実施形態において、シランカップリング剤(X1)としては、構造内にアミノ基又はエポキシ基を含むシランカップリング剤が好ましく、エポキシ基を含むシランカップリング剤(エポキシ系シランカップリング剤)を含むことがより好ましい。特に好ましい実施形態において、シランカップリング剤(X1)は、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを含むことができる。このようなシランカップリング剤(X1)で表面が処理された、モース硬度が3以下の板状粒子(B1)を含むことにより、シランカップリング剤(X1)中の官能基、好ましくはエポキシ基に由来する粘着性が発現しやすくなり、反りがより抑制されやすくなると推察される。また、樹脂(A1)の酸化に由来するカルボニル基と、シランカップリング剤(X1)中の官能基(好ましくはアミノ基又はエポキシ基)との反応により、熱収縮がさらに抑制されやすくなると推察される。In one embodiment, the silane coupling agent (X1) is preferably a silane coupling agent containing an amino group or an epoxy group in the structure, and more preferably contains a silane coupling agent containing an epoxy group (epoxy-based silane coupling agent). In a particularly preferred embodiment, the silane coupling agent (X1) can contain 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. It is presumed that by containing plate-like particles (B1) having a Mohs hardness of 3 or less and having a surface treated with such a silane coupling agent (X1), the adhesiveness derived from the functional group in the silane coupling agent (X1), preferably the epoxy group, becomes more likely to be expressed, and warping is more likely to be suppressed. It is also presumed that the reaction between the carbonyl group derived from the oxidation of the resin (A1) and the functional group in the silane coupling agent (X1) (preferably an amino group or an epoxy group) makes it easier to suppress thermal shrinkage.
一実施形態において、板状粒子(B1)として、表面がシランカップリング剤(X1)で処理されたものを用いる場合、板状粒子(B1)に添加するシランカップリング剤(X1)の量は、板状粒子(B1)の総質量(100質量%)に対して、0.1~3質量%であってもよく、0.1~2質量%であってもよく、0.5~1.5質量%であってもよく、0.5~1質量%であってもよい。シランカップリング剤(X1)の割合を前記範囲内とすることにより、造形時の反り抑制の効果がより得られやすくなる。
表面がシランカップリング剤(X1)で処理された板状粒子(B1)としては、前述の、結晶性シリカ含有率が0.2質量%未満のタルク、マイカ、及びクレイから選択される少なくとも1つを用いることが好ましく、タルク及び/又はマイカを用いることがより好ましい。このような板状粒子(B1)を用いることにより、3Dプリンターのノズルが摩耗せず、造形時の反りも抑制でき、かつ高速造形性も可能な樹脂組成物(1)が得られやすくなる。
In one embodiment, when the plate-like particle (B1) is used whose surface is treated with a silane coupling agent (X1), the amount of the silane coupling agent (X1) added to the plate-like particle (B1) may be 0.1 to 3 mass%, 0.1 to 2 mass%, 0.5 to 1.5 mass%, or 0.5 to 1 mass% based on the total mass (100 mass%) of the plate-like particle (B1). By setting the ratio of the silane coupling agent (X1) within the above range, the effect of suppressing warpage during molding is more easily obtained.
As the plate-like particle (B1) whose surface is treated with a silane coupling agent (X1), it is preferable to use at least one selected from the above-mentioned talc, mica, and clay having a crystalline silica content of less than 0.2% by mass, and it is more preferable to use talc and/or mica. By using such plate-like particle (B1), it is easy to obtain a resin composition (1) that does not wear out the nozzle of a 3D printer, can suppress warping during modeling, and can also be modeled at high speed.
原料粒子の表面をシランカップリング剤(X1)で処理する方法としては特に限定されず、例えば、エタノール等の有機溶媒にシランカップリング剤(X1)を溶解させたのち、原料粒子に噴霧し、攪拌しながら加熱する等、一般的な方法を採用することができる。
なお、板状粒子(B1)の表面がシランカップリング剤で処理されているかどうかは、樹脂組成物(1)中の板状粒子(B1)の表面をTEM-EDXで分析し、Si元素を検出することにより判断してもよい。
The method for treating the surface of the raw material particles with the silane coupling agent (X1) is not particularly limited, and a general method can be adopted, such as dissolving the silane coupling agent (X1) in an organic solvent such as ethanol, spraying the resulting solution onto the raw material particles, and heating the mixture while stirring.
Whether the surface of the plate-like particle (B1) has been treated with a silane coupling agent may be determined by analyzing the surface of the plate-like particle (B1) in the resin composition (1) by TEM-EDX and detecting Si element.
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)の総質量に対する板状粒子(B1)の割合は、10質量%以上である。樹脂組成物(1)中の板状粒子(B1)の割合は、10質量%以上の範囲で任意に調整できる。造形時の反りを抑制しやすくなる観点からは、樹脂組成物(1)の総質量に対する板状粒子(B1)の割合は、15質量%以上であってもよく、20質量%以上であってもよく、25質量%以上であってもよく、30質量%以上であってもよい。一実施形態においては、樹脂組成物(1)の総質量に対する板状粒子(B1)の割合は、10~40質量%であってもよく、10~30質量%であってもよい。The ratio of the plate-like particles (B1) to the total mass of the resin composition (1) according to the first embodiment is 10% by mass or more. The ratio of the plate-like particles (B1) in the resin composition (1) can be adjusted arbitrarily within a range of 10% by mass or more. From the viewpoint of making it easier to suppress warping during molding, the ratio of the plate-like particles (B1) to the total mass of the resin composition (1) may be 15% by mass or more, 20% by mass or more, 25% by mass or more, or 30% by mass or more. In one embodiment, the ratio of the plate-like particles (B1) to the total mass of the resin composition (1) may be 10 to 40% by mass, or 10 to 30% by mass.
<結晶性シリカ>
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)の総質量に対する結晶性シリカの割合は、0.02質量%未満である。樹脂(A1)及び板状粒子(B1)を含み、かつ樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合が0.02質量%未満であることにより、造形時の反りを抑制でき、かつ3Dプリンターのノズルの摩耗も抑制できる。
樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合は、ノズルの摩耗をより抑制しやすい観点からは、0.015質量%以下であってもよく、0.01質量%以下であってもよい。また、前述の、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率の測定条件で測定した際に、結晶性シリカが検出されないことが好ましい。樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合は、樹脂組成物(1)を窒素雰囲気中、500℃で加熱して灰化させた後、得られた残渣中の結晶性シリカの割合を、前述の測定条件で測定して求めてもよく、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率から、樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合を算出してもよい。
<Crystalline Silica>
The ratio of crystalline silica to the total mass of the resin composition (1) according to the first embodiment is less than 0.02% by mass. By including the resin (A1) and the plate-like particles (B1) and by having the ratio of crystalline silica in the resin composition (1) being less than 0.02% by mass, warping during modeling can be suppressed, and wear of the nozzle of the 3D printer can also be suppressed.
The proportion of crystalline silica in the resin composition (1) may be 0.015% by mass or less, or 0.01% by mass or less, from the viewpoint of more easily suppressing the wear of the nozzle. In addition, it is preferable that crystalline silica is not detected when measured under the above-mentioned measurement conditions for the content of crystalline silica in the plate-like particles (B1). The proportion of crystalline silica in the resin composition (1) may be obtained by heating the resin composition (1) at 500 ° C. in a nitrogen atmosphere to incinerate it, and then measuring the proportion of crystalline silica in the resulting residue under the above-mentioned measurement conditions, or the proportion of crystalline silica in the resin composition (1) may be calculated from the content of crystalline silica in the plate-like particles (B1).
本願発明者らの検討により、一般的なタルクやマイカ等の、比較的モース硬度の低い粒子を配合した樹脂組成物を3Dプリンター用のフィラメントとして用いた場合でも、長時間の使用により3Dプリンターのノズルに摩耗が生じることが判明した。この理由について本願発明者らは鋭意検討した結果、粒子内に含まれる結晶性シリカによってノズルが摩耗することを突き止めた。第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)は、モース硬度が3以下の板状粒子(B1)(好ましくは、結晶性シリカの含有率が少ない板状の無機粒子)と、前述の樹脂(A1)と組み合わせ、かつ樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合を0.02質量%未満とすることにより、3Dプリンターのノズルが摩耗せず、かつ造形時の反りも抑制できたものである。本開示において、「3Dプリンターのノズルが摩耗しない」ことは、長時間3Dプリンターを使用した場合(例えば、フィラメント10m分をノズルから吐出して3次元造形物を造形した場合)に、使用前後におけるノズルの摩耗量が0.01mm未満であること、又はノズル内部に傷がつかないこと(ノズルの摩耗量が0mm)を含み得る。Through the study of the present inventors, it has been found that even when a resin composition containing particles with a relatively low Mohs hardness, such as common talc or mica, is used as a filament for a 3D printer, the nozzle of the 3D printer wears out after long-term use. As a result of intensive study of the reason for this, the present inventors have found that the nozzle wears out due to the crystalline silica contained in the particles. The resin composition (1) according to the first embodiment is a combination of plate-shaped particles (B1) (preferably plate-shaped inorganic particles with a low content of crystalline silica) having a Mohs hardness of 3 or less and the above-mentioned resin (A1), and the proportion of crystalline silica in the resin composition (1) is less than 0.02% by mass, thereby preventing the nozzle of the 3D printer from wearing out and suppressing warping during modeling. In this disclosure, "the nozzle of a 3D printer does not wear out" may include when the 3D printer is used for an extended period of time (for example, when 10 m of filament is ejected from the nozzle to form a three-dimensional object), the amount of nozzle wear before and after use is less than 0.01 mm, or the inside of the nozzle is not scratched (nozzle wear is 0 mm).
<その他の成分>
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、前述の樹脂(A1)及び板状粒子(B1)以外の成分(その他の成分)を含むことができる。
その他の成分としては、例えば、樹脂(A1)以外の熱可塑性樹脂(例えば、PLA樹脂、PC樹脂等);板状粒子(B1)以外の無機粒子(例えば、モース硬度が4以上の無機粒子等);高分子充填剤;紫外線吸収剤、安定剤、酸化防止剤、可塑剤、着色剤、整色剤、難燃剤、帯電防止剤、蛍光増白剤、艶消し剤、衝撃強度改良剤等の添加剤等が挙げられる。これらその他の成分を樹脂組成物(1)中に1種以上配合できる。一方で、3Dプリンターのノズル摩耗を防ぐ観点からは、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)には、板状粒子(B1)以外の無機粒子を含まないことが好ましい。一実施形態において、樹脂組成物(1)がその他の成分(板状粒子(B1)以外の無機粒子を除く)を含む場合、樹脂組成物(1)の総質量に対して、2質量%以下の範囲で配合してもよい。
<Other ingredients>
The resin composition (1) according to the first embodiment can contain components (other components) other than the above-described resin (A1) and plate-like particles (B1) within the range that does not impair the effects of the present invention.
Examples of other components include thermoplastic resins other than the resin (A1) (e.g., PLA resin, PC resin, etc.); inorganic particles other than the plate-like particles (B1) (e.g., inorganic particles having a Mohs hardness of 4 or more); polymer fillers; additives such as ultraviolet absorbers, stabilizers, antioxidants, plasticizers, colorants, tinting agents, flame retardants, antistatic agents, fluorescent brighteners, matting agents, and impact strength improvers. One or more of these other components can be blended into the resin composition (1). On the other hand, from the viewpoint of preventing nozzle wear of the 3D printer, it is preferable that the resin composition (1) according to the first embodiment does not contain inorganic particles other than the plate-like particles (B1). In one embodiment, when the resin composition (1) contains other components (excluding inorganic particles other than the plate-like particles (B1)), they may be blended in a range of 2 mass% or less with respect to the total mass of the resin composition (1).
<樹脂組成物(1)の物性>
一実施形態において、造形時の反り抑制効果が得られやすくなる観点からは、樹脂組成物(1)のMFR(220℃、10kg荷重)は、10g/10min以上が好ましく、10~19g/10minがさらに好ましい。なお、樹脂組成物(1)のMFR(220℃、10kg荷重)は、JIS K 7210-1のA法に沿って測定できる。
<Physical Properties of Resin Composition (1)>
In one embodiment, from the viewpoint of easily obtaining the effect of suppressing warping during molding, the MFR (220°C, 10 kg load) of the resin composition (1) is preferably 10 g/10 min or more, more preferably 10 to 19 g/10 min. The MFR (220°C, 10 kg load) of the resin composition (1) can be measured according to Method A of JIS K 7210-1.
[樹脂組成物(1)の製造方法]
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)を製造する方法としては、本発明の効果を有する限り特に限定されず、例えば、樹脂(A1)と、板状粒子(B1)と、必要に応じてその他の成分とを、二軸混練機等に投入して混合した後、所望の形状となるように押出して樹脂組成物(1)を得る方法が挙げられる。なお、樹脂組成物(1)をフィラメント状に成形する場合、前記混練機は、フィラメント作成用のストランドスプーラー、ギアポンプ等を備えることが好ましい。
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)は、混合性にも優れている。一実施形態において、二軸混練機(例えば、芝浦機械(株)製、製品名「TEM-26SX」)を用いる場合、設定温度:200~220℃、吐出量:30~40kg/hr、回転数:250~350rpmの条件で混合することができる。なお、樹脂組成物(1)中の板状粒子(B1)の分散性が向上することにより、造形時の反り抑制効果がより発現しやすいと推察される。これらの観点からは、二軸混練機の回転数は300rpm以上に設定することが好ましい。一実施形態において、板状粒子(B1)の分散性及び形状維持の観点から、上記回転数は300~600rpmに設定されてもよい。
[Method for producing resin composition (1)]
The method for producing the resin composition (1) according to the first embodiment is not particularly limited as long as it has the effect of the present invention, and for example, the resin (A1), the plate-like particles (B1), and other components as necessary are mixed in a twin-screw kneader or the like, and then extruded into a desired shape to obtain the resin composition (1). When the resin composition (1) is molded into a filament, the kneader is preferably equipped with a strand spooler for producing filaments, a gear pump, or the like.
The resin composition (1) according to the first embodiment is also excellent in mixability. In one embodiment, when using a twin-screw kneader (for example, manufactured by Shibaura Machine Co., Ltd., product name "TEM-26SX"), mixing can be performed under the conditions of a set temperature of 200 to 220°C, a discharge rate of 30 to 40 kg/hr, and a rotation speed of 250 to 350 rpm. It is presumed that the improved dispersibility of the plate-like particles (B1) in the resin composition (1) makes it easier to exhibit the warpage suppression effect during molding. From these viewpoints, it is preferable to set the rotation speed of the twin-screw kneader to 300 rpm or more. In one embodiment, from the viewpoint of the dispersibility and shape maintenance of the plate-like particles (B1), the rotation speed may be set to 300 to 600 rpm.
一実施形態において、板状粒子(B1)として、その表面がシランカップリング剤(X1)で処理されたものを用いる場合、シランカップリング剤(X1)で板状粒子(B1)の表面処理を行うことを含んでいてもよい。すなわち、板状粒子(B1)を原料粒子として、前述のシランカップリング剤(X1)で表面処理して、表面がシランカップリング剤(X1)で処理された板状粒子(B1)を得ることと、樹脂(A1)とシランカップリング剤(X1)で処理された板状粒子(B1)とを混合して所望の形状に押出し、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)を得ることとを含んでいてもよい。In one embodiment, when the plate-like particles (B1) are used whose surfaces have been treated with a silane coupling agent (X1), the method may include surface-treating the plate-like particles (B1) with the silane coupling agent (X1). That is, the method may include surface-treating the plate-like particles (B1) as raw material particles with the above-mentioned silane coupling agent (X1) to obtain plate-like particles (B1) whose surfaces have been treated with the silane coupling agent (X1), and mixing the resin (A1) and the plate-like particles (B1) treated with the silane coupling agent (X1) and extruding them into a desired shape to obtain the resin composition (1) according to the first embodiment.
[3次元造形物の製造方法(1)]
第1の実施形態に係る3次元造形物の製造方法(1)は、第1の実施形態に係る3Dプリンター用樹脂組成物(1)を用いて3次元造形物を造形することを含む。
より具体的には、第1の実施形態に係る製造方法(1)は、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)を溶融させることと、溶融させた第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)をノズルから押出して3次元造形物を造形することとを含むことが好ましい。また、第1の実施形態に係る製造方法(1)は、FDM方式3Dプリンターを用いて3次元造形物を製造する方法であることが好ましい。なお、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)をFDM方式の3Dプリンター用の原料樹脂として用いる場合は、フィラメント状に成形されたものを用いる。
[Method for manufacturing three-dimensional object (1)]
The method for producing a three-dimensional object (1) according to the first embodiment includes forming a three-dimensional object using the resin composition for a 3D printer (1) according to the first embodiment.
More specifically, the manufacturing method (1) according to the first embodiment preferably includes melting the resin composition (1) according to the first embodiment, and extruding the melted resin composition (1) according to the first embodiment from a nozzle to form a three-dimensional object. The manufacturing method (1) according to the first embodiment is preferably a method for manufacturing a three-dimensional object using an FDM 3D printer. When the resin composition (1) according to the first embodiment is used as a raw material resin for an FDM 3D printer, a filament-shaped product is used.
FDM方式の3Dプリンターは、一般には、加熱可能な基板(造形テーブル)、押出ヘッド(ノズル)、加熱溶融器、フィラメントのガイド、フィラメント設置物等の原料供給部を備える。FDM方式の3Dプリンターには、ノズルと加熱溶融器とが一体化されているものもある。 FDM 3D printers generally include a heatable substrate (modeling table), an extrusion head (nozzle), a heat melter, a filament guide, a filament installation, and other raw material supply parts. Some FDM 3D printers have an integrated nozzle and heat melter.
ノズルは、ガントリー構造で設置されることにより、基板のX-Y平面上を任意に移動できる。基板は目的の3次元造形物や支持材等を構築するためのプラットフォームである。基板の構成としては特に限定されないが、積層物の密着性や寸法安定性等が改善しやすい観点からは加熱保温できる構成が好ましい。ノズルと基板とは、通常、少なくとも一方がX-Y平面に垂直なZ軸方向に可動となっている。 The nozzle is installed in a gantry structure, allowing it to move freely on the XY plane of the substrate. The substrate is a platform for constructing the desired three-dimensional object, support material, etc. There are no particular limitations on the configuration of the substrate, but a configuration that can be heated and kept warm is preferable from the viewpoint of making it easier to improve the adhesion and dimensional stability of the laminate. Usually, at least one of the nozzle and the substrate is movable in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane.
好ましい実施形態では、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)からなるフィラメントは原料供給部から繰り出され、対向する1組のローラー又はギアーによりノズルへ送り込まれる。その後、ノズルにて加熱溶融され、ノズルの先端から溶融したフィラメントが押し出される。CADモデルを基にして発信される信号により、ノズルは、その位置を移動しながら溶融フィラメントを基板上に供給して積層させて、3次元造形物を造形する。この工程が完了した後、基板から積層物を取り出し、必要に応じて支持材等を剥離したり、余分な部分を切除したりして所望の3次元造形物を得ることができる。In a preferred embodiment, a filament made of the resin composition (1) according to the first embodiment is unwound from a raw material supply section and fed into a nozzle by a pair of opposing rollers or gears. It is then heated and melted in the nozzle, and the molten filament is extruded from the tip of the nozzle. In response to a signal transmitted based on a CAD model, the nozzle moves its position while supplying and stacking the molten filament onto the substrate to form a three-dimensional object. After this process is completed, the stacked object is removed from the substrate, and the desired three-dimensional object can be obtained by peeling off support materials, etc., or cutting off excess portions as necessary.
ノズルにフィラメントを供給する手段としては、例えば、フィラメントを繰り出して供給する方法が挙げられる。なお、フィラメントは、ボビン状に巻きとったカートリッジに収納されていることが、安定した繰り出し、湿気等の環境要因からの保護や、捩れやキンクの防止等の観点から好ましい。 One way to supply the filament to the nozzle is, for example, to unwind and supply the filament. It is preferable that the filament is stored in a cartridge wound into a bobbin, from the standpoints of stable unwinding, protection from environmental factors such as moisture, and prevention of twisting and kinking.
フィラメントを繰り出しながらノズルに供給する方法としては、ニップロールやギアロール等の駆動ロールにフィラメントを係合させて、引き取りながらノズルへ供給することが好ましい。ここでフィラメントと駆動ロールとの係合による把持をより強固にすることでフィラメント供給を安定化させる観点からは、フィラメントの表面に微小凹凸形状を転写してもよい。A preferred method of feeding the filament to the nozzle while unwinding it is to engage the filament with a driving roll such as a nip roll or gear roll, and feed the filament to the nozzle while pulling it up. From the viewpoint of stabilizing the filament feed by making the filament gripped by the engagement of the driving roll stronger, a fine uneven shape may be transferred to the surface of the filament.
第1の実施形態に係る製造方法(1)は、ノズルの温度を、好ましくは220~260℃、より好ましくは240~260℃に設定して、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)からなるフィラメントを溶融させることが好ましい。また、基板温度は、110℃以下に設定することが好ましく、100℃以下に設定することがより好ましい。In the manufacturing method (1) according to the first embodiment, the nozzle temperature is preferably set to 220 to 260°C, more preferably 240 to 260°C, to melt the filaments made of the resin composition (1) according to the first embodiment. The substrate temperature is preferably set to 110°C or less, more preferably 100°C or less.
一実施形態において、造形速度は、80~150mm/sであってもよく、90~120mm/sであってもよい。 In one embodiment, the build speed may be 80 to 150 mm/s, or may be 90 to 120 mm/s.
一実施形態において、反りがより少ない3次元造形物を得る観点から、3Dプリンター内の造形雰囲気温度は、室温~50℃が好ましく、30~40℃がより好ましい。In one embodiment, from the viewpoint of obtaining a three-dimensional object with less warping, the printing atmosphere temperature inside the 3D printer is preferably room temperature to 50°C, and more preferably 30 to 40°C.
第1の実施形態に係る製造方法(1)によれば、造形時の反りを抑制できる。また、反りが少なく外観に優れた3次元造形物を製造できる。According to the manufacturing method (1) of the first embodiment, warping during modeling can be suppressed. In addition, it is possible to manufacture a three-dimensional object with less warping and excellent appearance.
[3次元造形物(1)]
第1の実施形態に係る3次元造形物(1)は、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)を含む。好ましい実施形態においては、3次元造形物(1)は第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)のみで構成される。このような3次元造形物(1)は、反りが少なく、外観が良好である。そのため、第1の実施形態に係る3次元造形物(1)は、文房具;玩具;スマートフォン等の電子機器のカバー;グリップ等の部品;学校教材、家電製品、OA機器の補修部品、自動車、オートバイ、自転車等の各種パーツ;建築材等の部材;プラスチックの賦形型等の用途に好適に用いることができる。
[3D object (1)]
The three-dimensional object (1) according to the first embodiment includes the resin composition (1) according to the first embodiment. In a preferred embodiment, the three-dimensional object (1) is composed only of the resin composition (1) according to the first embodiment. Such a three-dimensional object (1) has little warping and a good appearance. Therefore, the three-dimensional object (1) according to the first embodiment can be suitably used for applications such as stationery; toys; covers for electronic devices such as smartphones; parts such as grips; school teaching materials, home appliances, repair parts for office automation equipment, various parts for automobiles, motorcycles, bicycles, etc.; building materials; plastic shaping molds, etc.
一実施形態において、3次元造形物(1)を水平な板の上に配置した際の、3次元造形物(1)の底面と水平板との間の隙間の最大値(浮き量)は、1mm未満が好ましく、0.5mm以下がより好ましく、0.3mm以下がさらに好ましい。前記浮き量は、水平板上に3次元造形物(1)が静置した状態で、3次元造形物(1)の底部が水平板から離れて浮いている箇所の水平板と3次元造形物(1)との隙間の距離を曲尺で測定し、その最大値から求めることができる。In one embodiment, when the three-dimensional object (1) is placed on a horizontal plate, the maximum value of the gap (floating amount) between the bottom surface of the three-dimensional object (1) and the horizontal plate is preferably less than 1 mm, more preferably 0.5 mm or less, and even more preferably 0.3 mm or less. The floating amount can be determined from the maximum value of the gap distance between the horizontal plate and the three-dimensional object (1) at a point where the bottom of the three-dimensional object (1) is separated from the horizontal plate and floating, measured with a curved ruler, while the three-dimensional object (1) is placed on the horizontal plate.
第1の実施形態のその他の態様は、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)の、3Dプリンターを用いて製造される3次元造形物の樹脂原料(フィラメント)としての使用(1)、又はその使用方法(1)である。
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)を3Dプリンター用の樹脂原料(フィラメント)として使用する方法(1)としては、例えば、前述の樹脂組成物の製造方法(1)により第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)を得たのち、前記樹脂組成物(1)を3Dプリンターに供給して、前記樹脂組成物(1)を溶融させながらノズルから押出して3次元造形物を造形することを含む方法が挙げられる。
Another aspect of the first embodiment is the use of the resin composition (1) according to the first embodiment as a resin raw material (filament) for a three-dimensional object manufactured using a 3D printer (1), or a method of using the same (1).
An example of the method (1) for using the resin composition (1) according to the first embodiment as a resin raw material (filament) for a 3D printer is a method including obtaining the resin composition (1) according to the first embodiment by the above-described method for producing a resin composition (1), supplying the resin composition (1) to a 3D printer, and extruding the resin composition (1) from a nozzle while melting it to form a three-dimensional object.
第1の実施形態の例示的な態様及び例示的な態様の組み合わせの非限定的なリストを以下に記載する。
[1]3Dプリンター用樹脂組成物(1)であって、
前記樹脂組成物(1)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)と、
モース硬度が3以下の板状粒子(B1)とを含み、
前記樹脂組成物(1)の総質量に対する前記板状粒子(B1)の含有量が10質量%以上であり、かつ前記樹脂組成物(1)の総質量に対する結晶性シリカの割合が0.02質量%未満である、3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
[2]前記板状粒子(B1)の平均粒子径(D50)が、1~50μmである、[1]に記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
[3]前記ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)が共役ジエンゴムを含む、[1]または[2]に記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
[4]前記ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)のTgが100℃以上である、[1]から[3]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
[5]前記板状粒子(B1)中の前記結晶性シリカの含有量が、前記板状粒子(B1)の総質量に対して、0.2質量%未満である、[1]から[4]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
[6]前記板状粒子(B1)が、タルク、マイカ及びクレイから選択される少なくとも1つの板状粒子を含む、[1]から[5]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
[7]前記ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)が、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂を含む、[1]から[6]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
[8][1]から[7]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)を用いて3次元造形物を造形する、3次元造形物の製造方法(1)。
[9][1]から[7]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)を含む、3次元造形物(1)。
A non-limiting list of exemplary aspects and exemplary combinations of aspects of the first embodiment are set forth below.
[1] A resin composition (1) for a 3D printer,
The resin composition (1) comprises a rubber component-containing styrene-based resin (A1),
and plate-like particles (B1) having a Mohs hardness of 3 or less,
The content of the plate-like particles (B1) relative to the total mass of the resin composition (1) is 10% by mass or more, and the proportion of crystalline silica relative to the total mass of the resin composition (1) is less than 0.02% by mass. Resin composition (1) for 3D printers.
[2] The resin composition for 3D printers (1) described in [1], wherein the average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B1) is 1 to 50 μm.
[3] The resin composition for 3D printers (1) according to [1] or [2], wherein the rubber component-containing styrene-based resin (A1) contains a conjugated diene rubber.
[4] The resin composition for 3D printers according to any one of [1] to [3], wherein the rubber component-containing styrene-based resin (A1) has a Tg of 100 ° C. or higher.
[5] The content of the crystalline silica in the plate-like particles (B1) is less than 0.2% by mass relative to the total mass of the plate-like particles (B1). [1] The resin composition for 3D printers according to any one of [1] to [4].
[6] The resin composition (1) for 3D printers according to any one of [1] to [5], wherein the plate-like particles (B1) include at least one plate-like particle selected from talc, mica, and clay.
[7] The resin composition for 3D printers (1) according to any one of [1] to [6], wherein the rubber component-containing styrene-based resin (A1) contains an acrylonitrile-butadiene-styrene resin.
[8] A method for producing a three-dimensional object (1), comprising the steps of: forming a three-dimensional object using the resin composition for a 3D printer (1) according to any one of [1] to [7].
[9] A three-dimensional object (1) comprising the resin composition for 3D printers (1) according to any one of [1] to [7].
また、第1の実施形態の好ましい態様は以下の通りある。
<1>3Dプリンター用樹脂組成物(1)であって、
前記樹脂組成物(1)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)と、無機粒子として、モース硬度が3以下の板状粒子(B1)のみを含み、
前記樹脂組成物(1)の総質量に対する前記板状粒子(B1)の含有量が10質量%以上であり、かつ前記樹脂組成物(1)の総質量に対する結晶性シリカの割合が0.02質量%未満である、3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
<2>板状粒子(B1)が、結晶性シリカの含有率が0.2質量%未満の、タルク、マイカ及びクレイから選択される少なくとも1つの板状粒子、又は窒化ホウ素である、<1>に記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
<3>ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)が、MFR(220℃、10kg荷重)が10g/10min以上のABS樹脂を含む、<1>または<2>に記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)。
<4><1>から<3>のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)を用いて3次元造形物を造形する、3次元造形物の製造方法(1)。
<5><1>から<3>のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(1)を含む、3次元造形物(1)。
Moreover, preferred aspects of the first embodiment are as follows.
<1> A resin composition (1) for a 3D printer,
The resin composition (1) contains a rubber component-containing styrene-based resin (A1) and, as inorganic particles, only plate-like particles (B1) having a Mohs hardness of 3 or less,
The content of the plate-like particles (B1) relative to the total mass of the resin composition (1) is 10% by mass or more, and the proportion of crystalline silica relative to the total mass of the resin composition (1) is less than 0.02% by mass. Resin composition (1) for 3D printers.
<2> The plate-like particles (B1) are at least one plate-like particle selected from talc, mica, and clay having a crystalline silica content of less than 0.2% by mass, or boron nitride. The resin composition (1) for 3D printers according to <1>.
<3> The resin composition for 3D printers according to <1> or <2>, wherein the rubber component-containing styrene-based resin (A1) contains an ABS resin having an MFR (220 ° C., 10 kg load) of 10 g / 10 min or more.
<4> A method for producing a three-dimensional object (1), comprising the step of forming a three-dimensional object using the resin composition for a 3D printer (1) according to any one of <1> to <3>.
<5> A three-dimensional object (1) comprising the resin composition for 3D printers (1) according to any one of <1> to <3>.
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る3Dプリンター用樹脂組成物(2)とそれを用いた3次元造形物の製造方法(2)、及び3次元造形物(2)について説明する。
Second Embodiment
Next, a resin composition for 3D printers (2) according to a second embodiment, a method for producing a three-dimensional object using the resin composition (2), and a three-dimensional object (2) will be described.
[3Dプリンター用樹脂組成物(2)]
第2の実施形態に係る3Dプリンター用樹脂組成物(2)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)と、モース硬度が3以下であり、表面がシランカップリング剤(X2)で処理された板状粒子(B2)とを含み、前記板状粒子(B2)の含有量が、前記樹脂組成物(2)の総質量に対して、10~30質量%であることを特徴とする。第2の実施形態に係る3Dプリンター用樹脂組成物(2)(以下、単に「樹脂組成物(2)」又は「樹脂材料(2)」と記載することもある)によれば、第2の課題を解決できる。すなわち、3Dプリンターのノズルの摩耗を抑え、反りの抑制と高速造形性とを両立することができる。
[Resin composition for 3D printers (2)]
The resin composition for 3D printers (2) according to the second embodiment includes a rubber component-containing styrene-based resin (A2) and a plate-like particle (B2) having a Mohs hardness of 3 or less and a surface treated with a silane coupling agent (X2), and the content of the plate-like particle (B2) is 10 to 30% by mass with respect to the total mass of the resin composition (2). According to the resin composition for 3D printers (2) according to the second embodiment (hereinafter, sometimes simply referred to as "resin composition (2)" or "resin material (2)"), the second problem can be solved. That is, it is possible to suppress the wear of the nozzle of the 3D printer, and to achieve both suppression of warping and high-speed modeling.
なお、ここで言う「反り」とは、3Dプリンターを用いて3次元造形物を造形する際に、基板上に積層された樹脂材料(以下、「積層物」と記載することもある)の少なくとも一部が基板表面から剥がれて、基板と積層物との間に隙間(浮き)が生じる現象を指す。このような現象が発生すると、所望の形状の3次元造形物が得られにくい、積層物が3Dプリンターのノズルと接触して、それ以上造形ができなくなる等の問題が発生する。本実施形態に係る樹脂組成物は、造形時の反りを抑制して、所望の形状の3次元造形物を得ることができる。また、反りに起因する造形時のトラブルを防ぐこともできる。なお本開示において「積層物」とは、造形途中の3次元造形物を意味する。In addition, the "warping" referred to here refers to a phenomenon in which, when a three-dimensional object is formed using a 3D printer, at least a part of the resin material (hereinafter sometimes referred to as "laminate") laminated on a substrate peels off from the substrate surface, causing a gap (floating) between the substrate and the laminate. When such a phenomenon occurs, problems occur, such as it being difficult to obtain a three-dimensional object of the desired shape, or the laminate coming into contact with the nozzle of the 3D printer, making further modeling impossible. The resin composition according to this embodiment can suppress warping during modeling, and can obtain a three-dimensional object of the desired shape. It can also prevent problems during modeling caused by warping. In this disclosure, the "laminate" refers to a three-dimensional object in the middle of being modeled.
第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は、反り抑制と併せて、高速造形性も達成できる。ここで「高速造形性」とは、例えば、80~150mm/sの造形速度で3次元造形物を造形できることを指す。高速造形性に劣る樹脂材料は、前述の造形速度では吐出むらが生じる、又は得られた3次元造形物の外観に穴あき等が発生する。第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)によれば、高速で造形しても、外観に優れた3次元造形物を造形できる。
なお本開示の「3Dプリンター用」樹脂組成物(2)とは、3Dプリンターで3次元造形物を造形する際のフィラメントとして使用可能であることを意味する。
The resin composition (2) according to the second embodiment can achieve high-speed modeling properties in addition to suppressing warping. Here, "high-speed modeling properties" refers to the ability to model a three-dimensional object at a modeling speed of, for example, 80 to 150 mm/s. Resin materials with poor high-speed modeling properties will be discharged unevenly at the above-mentioned modeling speed, or will have holes or the like in the appearance of the obtained three-dimensional object. With the resin composition (2) according to the second embodiment, it is possible to model a three-dimensional object with excellent appearance, even when modeled at high speed.
In addition, the resin composition (2) “for 3D printers” in the present disclosure means that it can be used as a filament when forming a three-dimensional object with a 3D printer.
<ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)>
第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)(以下、「樹脂(A2)」と記載する)を含む。「ゴム成分含有スチレン系樹脂」とは、スチレン系樹脂にゴム成分を共重合又はブレンドした樹脂を指す。樹脂(A2)を後述する板状粒子(B2)と組み合わせることで、ノズルの摩耗を抑えつつ、反りの抑制と高速造形性とを両立した樹脂組成物となる。
<Rubber component-containing styrene-based resin (A2)>
The resin composition (2) according to the second embodiment contains a rubber component-containing styrene-based resin (A2) (hereinafter referred to as "resin (A2)"). The "rubber component-containing styrene-based resin" refers to a resin obtained by copolymerizing or blending a rubber component with a styrene-based resin. By combining the resin (A2) with the plate-like particles (B2) described later, a resin composition is obtained that suppresses nozzle wear while simultaneously suppressing warpage and achieving high-speed modeling properties.
「スチレン系樹脂」とは、スチレン骨格を有する化合物を主成分とする重合体を指す。「スチレン骨格を有する化合物を主成分とする」とは、原料モノマーの合計量(100質量%)に対するスチレン骨格を有する化合物の割合が50質量%超であることを指す。前記割合は60質量%以上であってもよく、70質量%以上であってもよく、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよく、95質量%以上であってもよい。
スチレン骨格を有する化合物としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、パラメチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン等を挙げることができ、好ましくは、スチレンである。
The term "styrene-based resin" refers to a polymer mainly composed of a compound having a styrene skeleton. The term "mainly composed of a compound having a styrene skeleton" refers to a ratio of the compound having a styrene skeleton to the total amount (100% by mass) of raw material monomers that is more than 50% by mass. The ratio may be 60% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more.
Examples of compounds having a styrene skeleton include styrene, α-methylstyrene, paramethylstyrene, vinyltoluene, and vinylxylene, with styrene being preferred.
一実施形態において、スチレン系樹脂としては、前述のスチレン骨格を有する化合物に他のモノマーを共重合させた共重合体を用いることもできる。このような共重合体としては、例えば、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS樹脂)、無水マレイン酸-スチレン共重合体(無水マレイン酸変性ポリスチレン樹脂)等が挙げられる。In one embodiment, the styrene-based resin may be a copolymer obtained by copolymerizing the above-mentioned compound having a styrene skeleton with another monomer. Examples of such copolymers include acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin), maleic anhydride-styrene copolymer (maleic anhydride modified polystyrene resin), etc.
ゴム成分としては、共役ジエンゴム又は非ジエンゴムが挙げられる。共役ジエンゴムとしては、例えば、ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン等の共役ジエン炭化水素が挙げられる。また、非ジエンゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、エチレン-プロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等が挙げられる。このような共役ジエンゴム又は非ジエンゴムを含むスチレン系樹脂としては、例えば、耐衝撃性ポリスチレン(HIPS);アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂);アクリロニトリル-アクリルゴム-スチレン共重合体(AAS樹脂)、アクリロニトリル-塩素化ポリエチレン-スチレン共重合体(ACS樹脂)、アクリロニトリル-(エチレン-プロピレン-ジエンゴム)-スチレン共重合体(AES樹脂)等のAXS樹脂;メタクリル酸メチル-ブタジエン-スチレン共重合体(MBS樹脂)等が挙げられる。樹脂(A2)として、これらゴム成分を含むスチレン系樹脂を1種単独で又は2種以上を併用できる。 Examples of the rubber component include conjugated diene rubber or non-diene rubber. Examples of the conjugated diene rubber include conjugated diene hydrocarbons such as butadiene, isoprene, and 1,3-pentadiene. Examples of the non-diene rubber include silicone rubber, ethylene-propylene rubber, acrylic rubber, and urethane rubber. Examples of styrene-based resins containing such conjugated diene rubber or non-diene rubber include high impact polystyrene (HIPS); acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin); AXS resins such as acrylonitrile-acrylic rubber-styrene copolymer (AAS resin), acrylonitrile-chlorinated polyethylene-styrene copolymer (ACS resin), and acrylonitrile-(ethylene-propylene-diene rubber)-styrene copolymer (AES resin); and methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer (MBS resin). As the resin (A2), one type of styrene-based resin containing these rubber components can be used alone or two or more types can be used in combination.
一実施形態において、樹脂(A2)はゴム成分として、共役ジエンゴムを含むことが好ましい。樹脂(A2)が共役ジエンゴム含有スチレン系樹脂を含むことで、成形加工性がより良好となる。より好ましい実施形態において、樹脂(A2)は、HIPS、及びABS樹脂から選択される少なくとも1つの樹脂を含むことができる。特に好ましい実施形態において、樹脂(A2)は、ABS樹脂である。In one embodiment, the resin (A2) preferably contains a conjugated diene rubber as a rubber component. When the resin (A2) contains a styrene-based resin containing a conjugated diene rubber, the molding processability is improved. In a more preferred embodiment, the resin (A2) may contain at least one resin selected from HIPS and ABS resin. In a particularly preferred embodiment, the resin (A2) is an ABS resin.
一実施形態において、3Dプリンターによる造形に必要な流動性を確保しやすい観点からは、樹脂(A2)の質量平均分子量(Mw)は、11万~15万が好ましい。また、耐衝撃性、耐熱性が良好な3次元造形物が得られやすい観点からは、前記Mwは、14万~17万であってもよい。なお、Mwの異なる、2種類以上のABS樹脂を混合して、前記流動性、耐熱性、及び耐衝撃性等を両立させてもよい。2種類以上のABS樹脂を混合して用いる場合、混合物の平均のMwが前述の範囲(例えば、11万~17万)となるように調整することが好ましい。また、1種類のABS樹脂を用いる場合、前述の流動性、耐熱性及び耐衝撃性の観点からは、Mwが13万~15万のABS樹脂を用いることが特に好ましい。なお、樹脂(A2)のMwは、GPCを用いて、溶媒:THF、測定温度:40℃、標準物質:ポリスチレン換算で測定した値を指す。In one embodiment, from the viewpoint of easily securing the fluidity required for modeling by a 3D printer, the mass average molecular weight (Mw) of the resin (A2) is preferably 110,000 to 150,000. From the viewpoint of easily obtaining a three-dimensional model with good impact resistance and heat resistance, the Mw may be 140,000 to 170,000. Note that two or more types of ABS resins with different Mw may be mixed to achieve both the fluidity, heat resistance, and impact resistance. When two or more types of ABS resins are mixed and used, it is preferable to adjust the average Mw of the mixture to be in the above-mentioned range (for example, 110,000 to 170,000). Also, when one type of ABS resin is used, it is particularly preferable to use an ABS resin with a Mw of 130,000 to 150,000 from the viewpoint of the above-mentioned fluidity, heat resistance, and impact resistance. Note that the Mw of the resin (A2) refers to a value measured using GPC, solvent: THF, measurement temperature: 40°C, and standard substance: polystyrene conversion.
(ABS樹脂)
樹脂(A2)がABS樹脂を含む場合、前記ABS樹脂としては、ABS樹脂の総質量に対するブタジエンの割合が12~22質量%のものが好ましく、16~20質量%のものがより好ましい。また、樹脂(A2)は前述の通り、2種類以上のABS樹脂の混合物であってもよい。
(ABS resin)
When resin (A2) contains an ABS resin, the ABS resin preferably contains butadiene in an amount of 12 to 22% by mass, more preferably 16 to 20% by mass, based on the total mass of the ABS resin. Furthermore, as described above, resin (A2) may be a mixture of two or more types of ABS resins.
また一実施形態において、前記ABS樹脂としては、MFR(220℃、10kg荷重)が10~30g/10minのものが好ましく、15~30g/10minのものがより好ましく、20~30g/10minのものがさらに好ましい。このようなMFR(220℃、10kg荷重)を有するABS樹脂を用いることにより、高速造形性がより良好となる。なお、樹脂(A2)として、2種類以上のABS樹脂を用いる場合、ABS樹脂の混合物のMFR(220℃、10kg荷重)が10~30g/10minとなるように、各ABS樹脂の配合割合を調整してもよい。例えば、MFR(220℃、10kg荷重)が30~45g/10minのABS樹脂1と、MFR(220℃、10kg荷重)が10~15g/10minのABS樹脂2とを、ABS樹脂1:ABS樹脂2が、3~7:7~3となる範囲で組み合わせてもよい。In one embodiment, the ABS resin preferably has an MFR (220°C, 10 kg load) of 10 to 30 g/10 min, more preferably 15 to 30 g/10 min, and even more preferably 20 to 30 g/10 min. By using an ABS resin having such an MFR (220°C, 10 kg load), high-speed molding properties are improved. When two or more types of ABS resins are used as resin (A2), the blending ratio of each ABS resin may be adjusted so that the MFR (220°C, 10 kg load) of the ABS resin mixture is 10 to 30 g/10 min. For example, ABS resin 1 having an MFR (220°C, 10 kg load) of 30 to 45 g/10 min and ABS resin 2 having an MFR (220°C, 10 kg load) of 10 to 15 g/10 min may be combined in a ratio of ABS resin 1:ABS resin 2 of 3-7:7-3.
樹脂(A2)がABS樹脂を含む場合、樹脂(A2)中のABS樹脂の割合は、樹脂(A2)の総質量に対して、50質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましい。また、樹脂(A2)としてABS樹脂のみを含んでいてもよい。すなわち、樹脂(A2)中の樹脂(A2)の割合は、50~100質量%であってもよく、80~100質量%であってもよい。When resin (A2) contains ABS resin, the proportion of ABS resin in resin (A2) is preferably 50% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more, based on the total mass of resin (A2). Resin (A2) may also contain only ABS resin. In other words, the proportion of resin (A2) in resin (A2) may be 50 to 100% by mass, or 80 to 100% by mass.
樹脂組成物(2)中の樹脂(A2)の割合は、樹脂組成物(2)の総質量に対して、70~90質量%の範囲で任意に調整できる。一実施形態において、樹脂組成物(2)中の樹脂(A2)の割合は、樹脂組成物(2)の総質量に対して、70~85質量%であってもよく、73~83質量%であってもよく、73~80質量%であってもよい。The proportion of resin (A2) in resin composition (2) can be adjusted arbitrarily within the range of 70 to 90% by mass, based on the total mass of resin composition (2). In one embodiment, the proportion of resin (A2) in resin composition (2) may be 70 to 85% by mass, 73 to 83% by mass, or 73 to 80% by mass, based on the total mass of resin composition (2).
<板状粒子(B2)>
第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は、モース硬度が3以下であり、表面がシランカップリング剤(X2)で処理された板状粒子(B2)を、樹脂組成物(2)の総質量に対して、10~30質量%含む。このような板状粒子(B1)を前述の樹脂(A1)と組み合わせることにより、反りの抑制と高速造形性とを両立でき、かつ3Dプリンターのノズルの摩耗も抑制できる。
<Plate-like particles (B2)>
The resin composition (2) according to the second embodiment contains 10 to 30% by mass of plate-like particles (B2) having a Mohs hardness of 3 or less and having a surface treated with a silane coupling agent (X2) relative to the total mass of the resin composition (2). By combining such plate-like particles (B1) with the above-mentioned resin (A1), it is possible to achieve both suppression of warping and high-speed modeling properties, and also to suppress wear of the nozzle of the 3D printer.
ここで、「板状粒子」とは、厚みが薄く、かつアスペクト比が1.0以上の粒子を指す。したがって、板状粒子は、球状粒子以外の、例えば鱗片状粒子、棒状粒子、又は針状(繊維状)粒子等と表現される粒子を含み得る。好ましい実施形態においては、板状粒子は、タルク、クレー(カオリン、ベントナイト)、マイカ等の鱗片状粒子を含む。樹脂組成物中の粒子が板状粒子であるかどうかは、例えば、SEM等の電子顕微鏡で本実施形態に係る樹脂組成物に含まれる粒子(100個以上)を観察した際に、その厚みが薄く、かつアスペクト比が1.0以上となる粒子が50個数%超含まれるかどうかで判断できる。
一実施形態において、板状粒子(B2)のアスペクト比は、10~90であってもよく、10~80であってもよく、20~70であってもよい。
Here, the term "plate-like particles" refers to particles that are thin and have an aspect ratio of 1.0 or more. Therefore, the plate-like particles may include particles other than spherical particles, such as those expressed as scaly particles, rod-like particles, or needle-like (fibrous) particles. In a preferred embodiment, the plate-like particles include scaly particles such as talc, clay (kaolin, bentonite), and mica. Whether the particles in the resin composition are plate-like particles can be determined, for example, by observing the particles (100 or more) contained in the resin composition according to this embodiment with an electron microscope such as SEM, and determining whether the particles are thin and have an aspect ratio of 1.0 or more at more than 50% by number.
In one embodiment, the aspect ratio of the plate-like particles (B2) may be 10-90, 10-80, or 20-70.
「モース硬度」とは、硬さの指標を10段階で表したものであり、それぞれに対応する標準物質と測定する物質とを擦り、傷がつくかどうかで標準物質に対する硬さの大小を相対的に評価した値である。標準物質は、柔らかいもの(モース硬度1)から硬いもの(モース硬度10)の順に、1:滑石、2:石膏、3:方解石、4:蛍石、5:燐灰石、6:長石、7:石英、8:トパーズ、9:コランダム、10:ダイヤモンドである。モース硬度の測定方法は、表面の平滑なモース硬度既知の板2枚を用意し、測定したい異物を2枚の板の間に挟み、両方の板をこすり合わせて板表面の傷の発生有無を調べる。 "Mohs hardness" is a hardness index expressed on a 10-point scale, and is a value obtained by rubbing the material being measured against a corresponding standard material and evaluating the hardness of the material relative to the standard material based on whether or not it is scratched. The standard materials are, in order from softest (Mohs hardness 1) to hardest (Mohs hardness 10), 1: talc, 2: gypsum, 3: calcite, 4: fluorite, 5: apatite, 6: feldspar, 7: quartz, 8: topaz, 9: corundum, and 10: diamond. The Mohs hardness is measured by preparing two smooth plates with known Mohs hardness, placing the foreign object to be measured between the two plates, and rubbing the two plates together to check for scratches on the plate surface.
第2の実施形態に係る板状粒子(B2)を構成する粒子(以下、「原料粒子」と記載することもある)は、モース硬度が3以下の無機粒子であれば特に限定されず、例えば、珪藻土、ベントナイト、窒化ホウ素、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、タルク、カオリン、クレー及びマイカからなる群より選択される少なくとも1つを挙げることができる。このうち、粒子の吸水、及び反り抑制効果の観点からは、原料粒子は、タルク及びマイカから選択される少なくとも1つの板状粒子を含むことが好ましい。すなわち、好ましい実施形態において、板状粒子(B2)は、タルク及びマイカから選択される少なくとも1つの板状粒子の表面がシランカップリング剤(X2)で処理されたものを含む。The particles constituting the plate-like particles (B2) according to the second embodiment (hereinafter sometimes referred to as "raw material particles") are not particularly limited as long as they are inorganic particles having a Mohs hardness of 3 or less, and examples thereof include at least one selected from the group consisting of diatomaceous earth, bentonite, boron nitride, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, magnesium carbonate, calcium carbonate, talc, kaolin, clay, and mica. Of these, from the viewpoint of water absorption of the particles and warpage suppression effect, it is preferable that the raw material particles include at least one plate-like particle selected from talc and mica. That is, in a preferred embodiment, the plate-like particles (B2) include at least one plate-like particle selected from talc and mica, the surface of which is treated with a silane coupling agent (X2).
本願発明者らの検討により、単にモース硬度が3以下の板状粒子(未処理のタルクやマイカ等)を樹脂(A2)と組み合わせただけでは、造形時にノズルの摩耗が発生することが判明した。また、このような粒子を組み合わせた樹脂組成物は粗粒が残りやすく、造形時に欠陥が発生しやすい。本願発明者らの検討の結果、モース硬度が3以下であり、かつ表面がシランカップリング剤(X2)で処理された板状粒子(B2)を樹脂(A2)と組み合わせることで、上述の課題を解決できることが分かった。板状粒子(B2)を樹脂(A2)と組み合わせることで、ノズルの摩耗や、反り抑制及び高速造形性を両立できる理由は、樹脂材料を溶融させた際に、板状粒子(B2)表面のシランカップリング剤(X2)に含まれる官能基により粘着性が発現して、積層物が基板から剥がれにくくなることで反りが抑制されやすくなるためと推察される。さらに驚くべきことに、このような板状粒子(B2)は熱収縮低下の効果が得られやすく、樹脂(A2)と組み合わせることで、その相互作用(化学的な反応を含む)によって、より熱収縮が抑制されやすくなり、反り抑制及び高速造形性が両立できたものと推察される。The inventors of the present application have found that simply combining plate-like particles (untreated talc, mica, etc.) with a Mohs hardness of 3 or less with resin (A2) causes nozzle wear during modeling. In addition, resin compositions combining such particles tend to leave coarse particles, which are prone to defects during modeling. As a result of the inventors' studies, it has been found that the above-mentioned problems can be solved by combining plate-like particles (B2) with resin (A2) that have a Mohs hardness of 3 or less and whose surfaces have been treated with a silane coupling agent (X2). The reason why the combination of plate-like particles (B2) with resin (A2) can achieve both nozzle wear, warpage suppression, and high-speed modeling is presumably because, when the resin material is melted, the functional groups contained in the silane coupling agent (X2) on the surface of the plate-like particles (B2) exert adhesive properties, making it difficult for the laminate to peel off from the substrate, which makes it easier to suppress warpage. Even more surprisingly, it is presumed that such plate-like particles (B2) are likely to have the effect of reducing thermal shrinkage, and that by combining them with resin (A2), the interaction (including chemical reaction) makes it easier to suppress thermal shrinkage, thereby enabling both warpage suppression and high-speed moldability to be achieved.
(平均粒子径(D50))
一実施形態において、板状粒子(B2)の平均粒子径(D50)は、1~50μmが好ましく、5~40μmがより好ましく、10~35μmがさらに好ましい。一実施形態においては、板状粒子(B2)の平均粒子径(D50)は、1~10μmであってもよく、10~50μmであってもよく、20~50μmであってもよく、20~35μmであってもよい。平均粒子径(D50)が前記範囲内であれば、混合時のMFRの低下が小さいことから、3Dプリンター用フィラメントに必要な高MFRを達成できるフィラメントに調整しやすい。さらに混合時の弾性率の上昇が小さいことから、フィラメント作製時に折れる事がなく生産性が良好となりやすい。なお、板状粒子(B2)の平均粒子径(D50)は、レーザー回折散乱法にて評価した体積基準累積径(D50)を指す。また、「体積基準累積径(D50)」は、レーザー回折散乱法により測定される体積基準の累積粒度分布において、累積値が50%に相当する粒子径のことを意味する。累積粒度分布は、横軸を粒子径(μm)、縦軸を累積値(%)とする分布曲線で表される。
(Average particle diameter (D50))
In one embodiment, the average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B2) is preferably 1 to 50 μm, more preferably 5 to 40 μm, and even more preferably 10 to 35 μm. In one embodiment, the average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B2) may be 1 to 10 μm, may be 10 to 50 μm, may be 20 to 50 μm, or may be 20 to 35 μm. If the average particle diameter (D50) is within the above range, the decrease in MFR during mixing is small, so it is easy to adjust the filament to achieve the high MFR required for 3D printer filaments. Furthermore, since the increase in elastic modulus during mixing is small, the filament does not break during production and the productivity is likely to be good. The average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B2) refers to the volume-based cumulative diameter (D50) evaluated by a laser diffraction scattering method. The term "volume-based cumulative diameter (D50)" refers to a particle diameter at which the cumulative value is 50% in a volume-based cumulative particle size distribution measured by a laser diffraction scattering method. The cumulative particle size distribution is expressed by a distribution curve with the particle diameter (μm) on the horizontal axis and the cumulative value (%) on the vertical axis.
(シランカップリング剤(X2))
第2の実施形態に係る板状粒子(B2)は、その表面がシランカップリング剤(X2)で処理されている。「表面がシランカップリング剤(X2)で処理されている」とは、板状粒子(B2)の表面の少なくとも一部が、シランカップリング剤(X2)で被覆されていることを意味する。板状粒子の表面をシランカップリング剤(X2)で処理することにより、樹脂組成物の増粘を抑えて、高速造形性に優れる樹脂組成物(2)が得られる。
シランカップリング剤(X2)としては、例えば、官能基として、ビニル基、アミノ基、スチリル基、エポキシ基、メルカプト基等を構造内に含むシランカップリング剤を、1種単独で又は2種以上併用することができる。
(Silane coupling agent (X2))
The plate-like particle (B2) according to the second embodiment has its surface treated with a silane coupling agent (X2). "Surface treated with a silane coupling agent (X2)" means that at least a part of the surface of the plate-like particle (B2) is coated with a silane coupling agent (X2). By treating the surface of the plate-like particle with a silane coupling agent (X2), the viscosity of the resin composition is suppressed, and a resin composition (2) having excellent high-speed molding properties is obtained.
As the silane coupling agent (X2), for example, a silane coupling agent containing a functional group such as a vinyl group, an amino group, a styryl group, an epoxy group, a mercapto group, etc. in the structure can be used alone or in combination of two or more kinds.
構造内にビニル基を含むシランカップリング剤(ビニル系シランカップリング剤)としては、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。Examples of silane coupling agents containing a vinyl group in the structure (vinyl-based silane coupling agents) include vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, etc. These may be used alone or in combination of two or more.
構造内にアミノ基を含むシランカップリング剤(アミノ系シランカップリング剤)としては、例えば、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルトリメトキシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1,3-ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。Examples of silane coupling agents containing an amino group in the structure (amino-based silane coupling agents) include N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxylane, N-2-(aminoethyl)-3-aminopropylmethyltrimethoxylane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N-(1,3-dimethyl-butylidene)propylamine, and N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane. These may be used alone or in combination of two or more.
構造内にエポキシ基を含むシランカップリング剤(エポキシ系シランカップリング剤)としては、例えば、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。 Examples of silane coupling agents containing an epoxy group in the structure (epoxy-based silane coupling agents) include 2-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, etc. These may be used alone or in combination of two or more types.
構造内にスチリル基を含むシランカップリング剤(スチリル系シランカップリング剤)としては、例えば、p-スチリルトリメトキシシラン等が挙げられる。 Examples of silane coupling agents that contain a styryl group in their structure (styryl-based silane coupling agents) include p-styryltrimethoxysilane.
構造内にメルカプト基を含むシランカップリング剤(メルカプト系シランカップリング剤)としては、例えば、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。Examples of silane coupling agents containing a mercapto group in the structure (mercapto-based silane coupling agents) include 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, etc. These may be used alone or in combination of two or more types.
一実施形態において、シランカップリング剤(X2)としては、アミノ基又はエポキシ基を含むシランカップリング剤が好ましく、エポキシ基を含むシランカップリング剤(エポキシ系シランカップリング剤)を含むことがより好ましい。特に好ましい実施形態において、シランカップリング剤(X2)は、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを含む。このようなシランカップリング剤(X2)で表面が処理された、モース硬度が3以下の板状粒子(B2)を含むことにより、シランカップリング剤(X2)中の官能基、好ましくはエポキシ基に由来する粘着性が発現しやすくなり、反りが抑制されやすくなると推察される。また、樹脂(A2)の酸化に由来するカルボニル基と、シランカップリング剤(X2)中の官能基(好ましくはアミノ基又はエポキシ基)との反応により、熱収縮がさらに抑制されやすくなると推察される。In one embodiment, the silane coupling agent (X2) is preferably a silane coupling agent containing an amino group or an epoxy group, and more preferably contains a silane coupling agent containing an epoxy group (epoxy-based silane coupling agent). In a particularly preferred embodiment, the silane coupling agent (X2) contains 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. It is presumed that by containing plate-like particles (B2) having a Mohs hardness of 3 or less and having a surface treated with such a silane coupling agent (X2), the adhesiveness derived from the functional group in the silane coupling agent (X2), preferably the epoxy group, becomes more likely to be expressed, and warping is more likely to be suppressed. It is also presumed that the reaction between the carbonyl group derived from the oxidation of the resin (A2) and the functional group in the silane coupling agent (X2) (preferably an amino group or an epoxy group) makes it easier to suppress thermal shrinkage.
一実施形態において、板状粒子(B2)中のシランカップリング剤(X2)の割合は、原料粒子の総質量に対して、0.1~3質量%が好ましく、0.1~2質量%がより好ましく、0.5~1.5質量%がより好ましく、0.5~1質量%がさらに好ましい。シランカップリング剤(X2)の割合を前記範囲内とすることにより、反り抑制の効果がより得られやすくなる。原料粒子の表面をシランカップリング剤(X2)で処理する方法としては特に限定されず、例えば、エタノール等の有機溶媒にシランカップリング剤を溶解させたのち、原料粒子に噴霧し、攪拌しながら加熱する等、一般的な方法を採用することができる。
なお、樹脂組成物(2)中の板状粒子(B2)の表面がシランカップリング剤で処理されているかどうかは、例えば、樹脂中に分散された粒子をTEM-EDXで測定し、Si元素を検出することにより判断できる。
In one embodiment, the ratio of the silane coupling agent (X2) in the plate-like particle (B2) is preferably 0.1 to 3 mass%, more preferably 0.1 to 2 mass%, more preferably 0.5 to 1.5 mass%, and even more preferably 0.5 to 1 mass%, based on the total mass of the raw material particles. By setting the ratio of the silane coupling agent (X2) within the above range, the effect of suppressing warpage is more easily obtained. The method of treating the surface of the raw material particles with the silane coupling agent (X2) is not particularly limited, and a general method can be adopted, such as dissolving the silane coupling agent in an organic solvent such as ethanol, spraying it on the raw material particles, and heating while stirring.
Whether the surfaces of the plate-like particles (B2) in the resin composition (2) have been treated with a silane coupling agent can be determined, for example, by measuring the particles dispersed in the resin with TEM-EDX and detecting the Si element.
樹脂組成物(2)の総質量に対する板状粒子(B2)の割合は、10~30質量%の範囲で任意に調整できる。板状粒子(B2)の割合が10~30質量%であれば、ノズルの摩耗を抑制しながら、高速造形性と反り抑制とを両立できる。後述する樹脂組成物(2)のMFR(220℃、10kg荷重)を30g/10min以下に調整しやすくなり、より高速造形性に優れる樹脂組成物(2)となりやすい観点からは、板状粒子(B2)の割合は11~27質量%であってもよく、15~25質量%であってもよい。The ratio of the plate-like particles (B2) to the total mass of the resin composition (2) can be adjusted arbitrarily within the range of 10 to 30% by mass. If the ratio of the plate-like particles (B2) is 10 to 30% by mass, it is possible to achieve both high-speed modeling properties and warpage suppression while suppressing nozzle wear. From the viewpoint of making it easier to adjust the MFR (220°C, 10 kg load) of the resin composition (2) described later to 30 g/10 min or less and making the resin composition (2) more excellent in high-speed modeling properties, the ratio of the plate-like particles (B2) may be 11 to 27% by mass or 15 to 25% by mass.
<その他の成分>
第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、前述の樹脂(A2)及び板状粒子(B2)以外の成分(その他の成分)を含むことができる。
その他の成分としては、例えば、樹脂(A2)以外の熱可塑性樹脂(例えば、PLA樹脂、PC樹脂等);板状粒子(B2)以外の無機粒子;高分子充填剤;紫外線吸収剤、安定剤、酸化防止剤、可塑剤、着色剤、整色剤、難燃剤、帯電防止剤、蛍光増白剤、艶消し剤、衝撃強度改良剤等の添加剤等が挙げられる。これらは1種単独で用いられてもよく、2種以上を併用してもよい。樹脂組成物がその他の成分を含む場合、樹脂組成物の総質量に対して、2質量%以下の範囲で配合してもよい。
<Other ingredients>
The resin composition (2) according to the second embodiment can contain components (other components) other than the above-mentioned resin (A2) and plate-like particles (B2) within the range that does not impair the effects of the present invention.
Examples of other components include thermoplastic resins other than the resin (A2) (e.g., PLA resin, PC resin, etc.); inorganic particles other than the plate-like particles (B2); polymer fillers; additives such as ultraviolet absorbers, stabilizers, antioxidants, plasticizers, colorants, tinting agents, flame retardants, antistatic agents, fluorescent brighteners, matting agents, and impact strength improvers. These may be used alone or in combination of two or more. When the resin composition contains other components, they may be blended in an amount of 2 mass% or less based on the total mass of the resin composition.
<樹脂組成物(2)の物性>
一実施形態において、より高速造形性に優れ、かつ反り抑制の良好な樹脂組成物(2)となりやすい観点からは、樹脂組成物(2)のMFR(220℃、10kg荷重)は、30g/10min以下が好ましく、6g/10min以上30g/10min未満がより好ましく、8~28g/10minがさらに好ましい。一実施形態において、樹脂組成物(2)のMFR(220℃、10kg荷重)は、10~30g/10minの範囲であってもよい。なお、樹脂組成物(2)のMFR(220℃、10kg荷重)は、例えば、(株)東洋精機製作所製、製品名「メルトインデックサ G-02」で、JIS K7210に従い測定することができる。
<Physical Properties of Resin Composition (2)>
In one embodiment, from the viewpoint of being more excellent in high-speed modeling and more favorable in warpage suppression, the MFR (220 ° C., 10 kg load) of the resin composition (2) is preferably 30 g / 10 min or less, more preferably 6 g / 10 min or more and less than 30 g / 10 min, and even more preferably 8 to 28 g / 10 min. In one embodiment, the MFR (220 ° C., 10 kg load) of the resin composition (2) may be in the range of 10 to 30 g / 10 min. The MFR (220 ° C., 10 kg load) of the resin composition (2) can be measured according to JIS K7210, for example, using a product name "Melt Indexer G-02" manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.
[樹脂組成物(2)の製造方法]
第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)を製造する方法としては、本発明の効果を有する限り特に限定されず、例えば、樹脂(A2)と、板状粒子(B2)と、必要に応じてその他の成分とを、二軸混練機等に投入して混合した後、所望の形状となるように押出して樹脂組成物を得る方法が挙げられる。なお、樹脂組成物(2)をフィラメント状に成形する場合、前記混練機は、フィラメント作成用のストランドスプーラー、ギアポンプ等を備えることが好ましい。
第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は、表面処理された特定の板状粒子(B2)を含むため、樹脂(A2)との混合性も良好である。一実施形態において、二軸混練機(例えば、芝浦機械(株)製、製品名「TEM-26SX」)を用いる場合、設定温度:200~220℃、吐出量:30~40kg/hr、回転数:250~350rpmの条件で混合することができる。
[Method for producing resin composition (2)]
The method for producing the resin composition (2) according to the second embodiment is not particularly limited as long as it has the effect of the present invention, and for example, the resin (A2), the plate-like particles (B2), and other components as necessary are mixed in a twin-screw kneader or the like, and then extruded into a desired shape to obtain a resin composition. When the resin composition (2) is molded into a filament shape, the kneader is preferably equipped with a strand spooler for producing filaments, a gear pump, or the like.
The resin composition (2) according to the second embodiment contains the specific surface-treated plate-like particles (B2), and therefore has good mixability with the resin (A2). In one embodiment, when a twin-screw kneader (for example, manufactured by Shibaura Machine Co., Ltd., product name "TEM-26SX") is used, mixing can be performed under the conditions of a set temperature of 200 to 220°C, a discharge rate of 30 to 40 kg/hr, and a rotation speed of 250 to 350 rpm.
一実施形態において、樹脂組成物(2)の製造方法は、板状粒子(B2)を調製することを含んでいてもよい。すなわち、原料粒子を前述のシランカップリング剤(X2)で表面処理して板状粒子(B2)を得ることと、樹脂(A2)と板状粒子(B2)とを混合して所望の形状に押出し、樹脂組成物(2)を得ることとを含んでいてもよい。In one embodiment, the method for producing the resin composition (2) may include preparing plate-like particles (B2). That is, the method may include surface-treating the raw material particles with the above-mentioned silane coupling agent (X2) to obtain plate-like particles (B2), and mixing the resin (A2) and the plate-like particles (B2) and extruding them into a desired shape to obtain the resin composition (2).
[3次元造形物の製造方法(2)]
第2の実施形態に係る3次元造形物の製造方法(2)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)と、モース硬度が3以下であり、表面がシランカップリング剤(X2)で処理された板状粒子(B2)とを含み、前記板状粒子(B2)の含有量が、前記樹脂組成物(2)の総質量に対して、10~30質量%である、第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)を原料樹脂として含む、3次元造形物の製造方法(2)である。好ましい実施形態においては、原料樹脂は第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)のみで構成される。
第2の実施形態に係る製造方法(2)は、前記樹脂組成物(2)を溶融させることと、前記溶融させた前記樹脂組成物(2)をノズルから押出して3次元造形物を造形することとを含む。第2の実施形態に係る製造方法(2)は、FDM方式3Dプリンターを用いて3次元造形物を製造する方法であることが好ましい。なお、第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)をFDM方式の3Dプリンター用の原料樹脂として用いる場合は、フィラメント状に成形されたものを用いる。
[Method for manufacturing three-dimensional object (2)]
The method for producing a three-dimensional object (2) according to the second embodiment includes a rubber component-containing styrene-based resin (A2) and plate-like particles (B2) having a Mohs hardness of 3 or less and surface-treated with a silane coupling agent (X2), and the content of the plate-like particles (B2) is 10 to 30 mass% relative to the total mass of the resin composition (2). In a preferred embodiment, the raw resin is composed only of the resin composition (2) according to the second embodiment.
The manufacturing method (2) according to the second embodiment includes melting the resin composition (2) and extruding the melted resin composition (2) from a nozzle to form a three-dimensional object. The manufacturing method (2) according to the second embodiment is preferably a method for manufacturing a three-dimensional object using an FDM 3D printer. When the resin composition (2) according to the second embodiment is used as a raw material resin for an FDM 3D printer, a filament-shaped product is used.
FDM方式の3Dプリンターは、一般には、加熱可能な基板(造形テーブル)、押出ヘッド(ノズル)、加熱溶融器、フィラメントのガイド、フィラメント設置物等の原料供給部を備える。FDM方式の3Dプリンターには、ノズルと加熱溶融器とが一体化されているものもある。 FDM 3D printers generally include a heatable substrate (modeling table), an extrusion head (nozzle), a heat melter, a filament guide, a filament installation, and other raw material supply parts. Some FDM 3D printers have an integrated nozzle and heat melter.
ノズルは、ガントリー構造で設置されることにより、基板のX-Y平面上を任意に移動できる。基板は目的の3次元造形物や支持材等を構築するためのプラットフォームである。基板の構成としては特に限定されないが、積層物の密着性や寸法安定性等が改善しやすい観点からは加熱保温できる構成が好ましい。ノズルと基板とは、通常、少なくとも一方がX-Y平面に垂直なZ軸方向に可動となっている。 The nozzle is installed in a gantry structure, allowing it to move freely on the XY plane of the substrate. The substrate is a platform for constructing the desired three-dimensional object, support material, etc. There are no particular limitations on the configuration of the substrate, but a configuration that can be heated and kept warm is preferable from the viewpoint of making it easier to improve the adhesion and dimensional stability of the laminate. Typically, at least one of the nozzle and the substrate is movable in the Z-axis direction perpendicular to the XY plane.
好ましい実施形態では、第2の実施形態の樹脂組成物(2)からなるフィラメントは原料供給部から繰り出され、対向する1組のローラー又はギアーによりノズルへ送り込まれる。その後、ノズルにて加熱溶融され、ノズルの先端から溶融したフィラメントが押し出される。CADモデルを基にして発信される信号により、ノズルはその位置を移動しながら溶融フィラメントを基板上に供給して積層させて、3次元造形物を造形する。この工程が完了した後、基板から積層物を取り出し、必要に応じて支持材等を剥離したり、余分な部分を切除したりして所望の3次元造形物を得ることができる。In a preferred embodiment, a filament made of the resin composition (2) of the second embodiment is unwound from a raw material supply section and fed into a nozzle by a pair of opposing rollers or gears. It is then heated and melted in the nozzle, and the molten filament is extruded from the tip of the nozzle. In response to a signal transmitted based on a CAD model, the nozzle moves its position while supplying and stacking the molten filament onto a substrate to form a three-dimensional object. After this process is completed, the stacked object can be removed from the substrate, and the desired three-dimensional object can be obtained by peeling off support materials, etc., or cutting off excess portions as necessary.
ノズルにフィラメントを供給する手段としては、例えば、フィラメントを繰り出して供給する方法が挙げられる。なお、フィラメントは、ボビン状に巻きとったカートリッジに収納されていることが、安定した繰り出し、湿気等の環境要因からの保護や、捩れやキンクの防止等の観点から好ましい。 One way to supply the filament to the nozzle is, for example, to unwind and supply the filament. It is preferable that the filament is stored in a cartridge wound into a bobbin, from the standpoints of stable unwinding, protection from environmental factors such as moisture, and prevention of twisting and kinking.
フィラメントを繰り出しながらノズルに供給する方法としては、ニップロールやギアロール等の駆動ロールにフィラメントを係合させて、引き取りながらノズルへ供給することが好ましい。ここでフィラメントと駆動ロールとの係合による把持をより強固にすることでフィラメント供給を安定化させる観点からは、フィラメントの表面に微小凹凸形状を転写してもよい。A preferred method of feeding the filament to the nozzle while unwinding it is to engage the filament with a driving roll such as a nip roll or gear roll, and feed the filament to the nozzle while pulling it up. From the viewpoint of stabilizing the filament feed by making the filament gripped by the engagement of the driving roll stronger, a fine uneven shape may be transferred to the surface of the filament.
第2の実施形態に係る製造方法(2)は、ノズルの温度を好ましくは220~260℃、より好ましくは240~260℃に設定して、樹脂組成物からなるフィラメントを溶融させることが好ましい。また、基板温度は、110℃以下に設定することが好ましく、100℃以下に設定することがより好ましい。In the manufacturing method (2) according to the second embodiment, the nozzle temperature is preferably set to 220 to 260°C, more preferably 240 to 260°C, to melt the filaments made of the resin composition. The substrate temperature is preferably set to 110°C or less, more preferably 100°C or less.
また、第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は高速造形性にも優れるため、造形速度を高く設定することもできる。一実施形態において、造形速度は、80~150mm/sであってもよく、90~120mm/sであってもよい。In addition, since the resin composition (2) according to the second embodiment has excellent high-speed modeling properties, the modeling speed can be set high. In one embodiment, the modeling speed may be 80 to 150 mm/s, or 90 to 120 mm/s.
一実施形態において、より反りの少なく3次元造形物を得る観点から、3Dプリンター内の造形雰囲気温度は、室温~50℃が好ましく、30~40℃がより好ましい。In one embodiment, from the viewpoint of obtaining a three-dimensional object with less warping, the printing atmosphere temperature inside the 3D printer is preferably room temperature to 50°C, and more preferably 30 to 40°C.
[3次元造形物(2)]
第2の実施形態に係る3次元造形物(2)は、前述の樹脂組成物(2)を用いて形成される。すなわち第2の実施形態に係る3次元造形物(2)は、前述の樹脂組成物(2)を含む。好ましい実施形態においては、3次元造形物(2)は第2の実施形態の樹脂組成物(2)のみで構成される。このような3次元造形物(2)は、反りが少なく、外観が良好である。そのため、第2の実施形態に係る3次元造形物(2)は、文房具;玩具;スマートフォン等の電子機器のカバー;グリップ等の部品;学校教材、家電製品、OA機器の補修部品、自動車、オートバイ、自転車等の各種パーツ;建築材等の部材;プラスチックの賦形型等の用途に好適に用いることができる。
[3D object (2)]
The three-dimensional object (2) according to the second embodiment is formed using the resin composition (2) described above. That is, the three-dimensional object (2) according to the second embodiment contains the resin composition (2) described above. In a preferred embodiment, the three-dimensional object (2) is composed only of the resin composition (2) according to the second embodiment. Such a three-dimensional object (2) has little warping and a good appearance. Therefore, the three-dimensional object (2) according to the second embodiment can be suitably used for applications such as stationery; toys; covers for electronic devices such as smartphones; parts such as grips; school teaching materials, home appliances, repair parts for office automation equipment, various parts for automobiles, motorcycles, bicycles, etc.; building materials; plastic shaping molds, etc.
一実施形態において、3次元造形物(2)を水平な板の上に配置した際の、3次元造形物(2)の底面と水平板との間の隙間の最大値(浮き量)は、1mm未満が好ましく、0.3mm以下がより好ましい。前記浮き量は、水平板上に3次元造形物(2)が静置した状態で、3次元造形物(2)の底部が水平板から離れて浮いている箇所の水平板と3次元造形物(2)との隙間の距離を曲尺で測定し、その最大値から求めることができる。In one embodiment, when the three-dimensional object (2) is placed on a horizontal plate, the maximum value of the gap (floating amount) between the bottom surface of the three-dimensional object (2) and the horizontal plate is preferably less than 1 mm, and more preferably 0.3 mm or less. The floating amount can be determined from the maximum value of the gap distance between the horizontal plate and the three-dimensional object (2) at a point where the bottom of the three-dimensional object (2) is separated from the horizontal plate and floating, measured with a curved ruler, while the three-dimensional object (2) is placed on the horizontal plate.
第2の実施形態のその他の態様は、前述の樹脂組成物(2)の、3Dプリンターを用いて製造される3次元造形物(2)の樹脂原料(フィラメント)としての使用(2)、又はその使用方法(2)である。
第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)を3Dプリンター用の樹脂原料(フィラメント)として使用する方法としては、例えば、前述の樹脂組成物の製造方法(2)により樹脂組成物(2)を得たのち、前記樹脂組成物(2)を3Dプリンターに供給して、前記樹脂組成物(2)を溶融させながらノズルから押出して3次元造形物(2)を造形することを含む方法が挙げられる。
Another aspect of the second embodiment is the use of the above-mentioned resin composition (2) as a resin raw material (filament) for a three-dimensional object (2) produced using a 3D printer (2), or a method for using the same (2).
An example of a method for using the resin composition (2) according to the second embodiment as a resin raw material (filament) for a 3D printer includes obtaining the resin composition (2) by the above-described method for producing a resin composition (2), supplying the resin composition (2) to a 3D printer, and extruding the resin composition (2) from a nozzle while melting it to form a three-dimensional object (2).
第2の実施形態の例示的な態様及び例示的な態様の組み合わせの非限定的なリストを以下に記載する。
[1]3Dプリンター用樹脂組成物(2)であって、
ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)と、
モース硬度が3以下であり、表面がシランカップリング剤(X2)で処理された板状粒子(B2)とを含み、
前記板状粒子(B2)の含有量が、前記樹脂組成物(2)の総質量に対して、10~30質量%である、3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
[2]前記ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)が共役ジエンゴムを含む、[1]に記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
[3]前記板状粒子(B2)が、タルク及びマイカから選択される少なくとも1つの板状粒子の表面が前記シランカップリング剤(X2)で処理されたものを含む、[1]または[2]に記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
[4]前記ゴム成分含有スチレン系樹脂(A2)が、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂を含む、[1]から[3]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
[5]前記シランカップリング剤(X2)が、アミノ基又はエポキシ基を含む、[1]から[4]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
[6]前記樹脂組成物(2)の、220℃、10kg荷重におけるMFRが、10~30g/10minである、[1]から[5]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
[7]前記板状粒子(B2)の平均粒子径(D50)が1~50μmである、[1]から[6]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)。
[8][1]から[7]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)を溶融させることと、前記溶融させた前記樹脂組成物(2)をノズルから押出して3次元造形物を造形することとを含む、3次元造形物の製造方法(2)。
[9][1]から[7]のいずれかに記載の3Dプリンター用樹脂組成物(2)を含む、3次元造形物(2)。
A non-limiting list of exemplary aspects and combinations of exemplary aspects of the second embodiment is set forth below.
[1] A resin composition (2) for a 3D printer,
A rubber component-containing styrene-based resin (A2),
and plate-like particles (B2) having a Mohs hardness of 3 or less and having a surface treated with a silane coupling agent (X2),
The content of the plate-like particles (B2) is 10 to 30% by mass relative to the total mass of the resin composition (2).
[2] The resin composition (2) for 3D printers described in [1], wherein the rubber component-containing styrene-based resin (A2) contains a conjugated diene rubber.
[3] The plate-like particles (B2) include at least one plate-like particle selected from talc and mica, the surface of which is treated with the silane coupling agent (X2). [1] or [2] The resin composition (2) for 3D printers.
[4] The resin composition for 3D printers (2) according to any one of [1] to [3], wherein the rubber component-containing styrene-based resin (A2) contains an acrylonitrile-butadiene-styrene resin.
[5] The resin composition (2) for 3D printers according to any one of [1] to [4], wherein the silane coupling agent (X2) contains an amino group or an epoxy group.
[6] The resin composition (2) has an MFR of 10 to 30 g / 10 min at 220 ° C. and a load of 10 kg. Resin composition (2) for 3D printers according to any one of [1] to [5].
[7] The resin composition for 3D printers (2) according to any one of [1] to [6], wherein the average particle diameter (D50) of the plate-like particles (B2) is 1 to 50 μm.
[8] A method for producing a three-dimensional object (2), comprising: melting a resin composition for a 3D printer (2) according to any one of [1] to [7]; and extruding the molten resin composition (2) from a nozzle to form a three-dimensional object.
[9] A three-dimensional object (2) comprising the resin composition for 3D printers (2) according to any one of [1] to [7].
以下、実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の解釈が限定されるものではない。The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the interpretation of the present invention is not limited to these examples.
第1の実施形態に係る原料としては以下を用いた。
<原料>
樹脂(A1)として以下を用いた。
(樹脂(A1))
・樹脂(A1-1):ABS樹脂(デンカ(株)製、製品名「GR3500」、MFR(220℃、10kg荷重):14g/10min、Tg:105℃、樹脂中の共役ジエンゴム量:18.1質量%)。
・樹脂(A1-2):ABS樹脂(デンカ(株)製、製品名「QF」、MFR(220℃、10kg荷重):44g/10min、Tg:105℃、樹脂中の共役ジエンゴム量:15.8質量%)。
なお、樹脂(A1)のMFRは、JIS K 7210-1のA法に沿って測定した値である。
The following raw materials were used according to the first embodiment.
<Raw materials>
The following was used as resin (A1).
(Resin (A1))
Resin (A1-1): ABS resin (manufactured by Denka Co., Ltd., product name "GR3500", MFR (220°C, 10 kg load): 14g/10min, Tg: 105°C, amount of conjugated diene rubber in resin: 18.1% by mass).
Resin (A1-2): ABS resin (manufactured by Denka Co., Ltd., product name "QF", MFR (220°C, 10 kg load): 44 g/10 min, Tg: 105°C, amount of conjugated diene rubber in resin: 15.8% by mass).
The MFR of the resin (A1) is a value measured in accordance with Method A of JIS K 7210-1.
板状粒子(B1)として表1に記載のものを用いた。なお、板状粒子(B1-2-1)は、板状粒子(B1-2)を、シランカップリング剤(X1)((3-グリシドキシプロピル)トリメトキシシラン(信越シリコーン(株)製、製品名「KBM-403」))0.5質量%で処理した粒子である。The plate-like particles (B1) used were those shown in Table 1. The plate-like particles (B1-2-1) are particles obtained by treating the plate-like particles (B1-2) with 0.5% by mass of a silane coupling agent (X1) ((3-glycidoxypropyl)trimethoxysilane (manufactured by Shin-Etsu Silicones Co., Ltd., product name "KBM-403")).
板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率は以下の条件で測定した。
<結晶性シリカの含有率の測定>
X線回折法(基底標準吸収補正法)により各板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率を測定した。具体的には、まず、X線回折分析装置により、板状粒子(B1)の遊離ケイ酸定性分析を行った。この時、遊離ケイ酸分析用標準試料として、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト(公益社団法人 日本作業環境測定協会製)を用いた。その後、X線回折法(基底標準吸収補正法)により、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの定量分析を行った。なお、X線回折法における測定条件は以下のとおりである。
測定装置:X線発生装置((株)リガク製の卓上型回転対陰極型X線発生装置、製品名「ultrax18」)
ターゲット:Cu
走査角度:5°~60°
ステップ幅:0.02度
計測時間:0.6秒
管電圧:40kV
管電流:30mA
発散スリット:1.00度、散乱スリット:1.00度、受光スリット:0.3mm
The content of crystalline silica in the plate-like particles (B1) was measured under the following conditions.
<Measurement of Crystalline Silica Content>
The content of crystalline silica in each plate-like particle (B1) was measured by X-ray diffraction method (base standard absorption correction method). Specifically, first, the free silicic acid qualitative analysis of the plate-like particle (B1) was performed by an X-ray diffraction analyzer. At this time, quartz, cristobalite, and tridymite (manufactured by Japan Working Environment Measurement Association, a public interest incorporated association) were used as standard samples for free silicic acid analysis. Then, the crystalline silica in the plate-like particle (B1) was quantitatively analyzed by X-ray diffraction method (base standard absorption correction method). The measurement conditions in the X-ray diffraction method are as follows.
Measurement device: X-ray generator (a tabletop rotating anode type X-ray generator manufactured by Rigaku Corporation, product name "Ultrax18")
Target: Cu
Scanning angle: 5° to 60°
Step width: 0.02 degrees Measurement time: 0.6 seconds Tube voltage: 40 kV
Tube current: 30mA
Divergence slit: 1.00 degrees, scattering slit: 1.00 degrees, receiving slit: 0.3 mm
上記の測定方法における結晶性シリカの含有率の検出限界は0.1質量%である。板状粒子(B1-1)~(B1-5)及び板状粒子(B1-2-1)は、上記の測定方法で結晶性シリカが検出されなかったため(未検出)、これら板状粒子(B1-1)~(B1-5)及び板状粒子(B1-2-1)中の結晶性シリカの含有率は0質量%以上0.1質量%未満であると推察される。The detection limit for the crystalline silica content in the above measurement method is 0.1% by mass. Since no crystalline silica was detected (undetected) in plate-like particles (B1-1) to (B1-5) and plate-like particles (B1-2-1) using the above measurement method, the crystalline silica content in these plate-like particles (B1-1) to (B1-5) and plate-like particles (B1-2-1) is presumed to be equal to or greater than 0% by mass and less than 0.1% by mass.
[実施例1-1]
二軸混練機(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、製品名「Process11」)にモノフィラメント作成用ストランドスプーラーとギアポンプを装着し、樹脂(A1-1)45質量部、樹脂(A1-2)45質量部、及び板状粒子(B1-1)10質量部とを混合して、フィーダーで6g/分でペレットを装置内に送り、回転数300rpm、ギアポンプ12rpm、バレル温度220℃で混合した後に押し出して、直径1.75mmの、3Dプリンター用樹脂組成物(1)からなるフィラメントを作成した。得られたフィラメントのMFR(220℃、10kg荷重)を、(株)東洋精機製作所製、製品名「メルトインデックサ G-02」でJIS K7210-1のA法に沿って測定した。
また、得られたフィラメントを用いて3次元造形物を造形し、下記の条件で造形時の反り、及びノズルの摩耗耐性を評価した。また、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率を元に、樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合を算出した。結果を表2に示す。
[Example 1-1]
A twin-screw kneader (manufactured by Thermo Fisher Scientific, product name "Process 11") was equipped with a strand spooler for monofilament production and a gear pump, and 45 parts by mass of resin (A1-1), 45 parts by mass of resin (A1-2), and 10 parts by mass of plate-like particles (B1-1) were mixed, and pellets were sent into the device at 6 g / min with a feeder, and the mixture was mixed at a rotation speed of 300 rpm, a gear pump of 12 rpm, and a barrel temperature of 220 ° C., and then extruded to create a filament made of a resin composition for 3D printers (1) having a diameter of 1.75 mm. The MFR (220 ° C., 10 kg load) of the obtained filament was measured according to JIS K7210-1 A method using the product name "Melt Indexer G-02" manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.
In addition, a three-dimensional object was formed using the obtained filament, and the warpage during the formation and the wear resistance of the nozzle were evaluated under the following conditions. In addition, the proportion of crystalline silica in the resin composition (1) was calculated based on the content of crystalline silica in the plate-like particles (B1). The results are shown in Table 2.
<3次元造形物の反り評価>
3Dプリンター(日本3Dプリンター(株)製、製品名「Raise3D Pro2」)を用いて、基板温度:100℃、ノズル温度:240℃、造形速度:30mm/s、内部充填率:100%、3Dプリンター内の雰囲気温度:約30℃の条件で、横200mm×縦50mm×厚み4mmの評価用サンプル板(3次元造形物)を造形した。得られたサンプル板を水平なガラス板の上に設置し、サンプル板とガラス板との接面における隙間の距離の最大値を曲尺で、1mm以下は高精度接触式デジタルセンサGT2((株)キーエンス製)で測定し、最大値が1mm未満(A評価及びS評価)であれば合格とした。
(評価基準)
S:サンプル板とガラス板との間に隙間がない(隙間の距離が0mmである)。
A:サンプル板とガラス板との間の隙間の距離(最大値)が0mm超1mm未満である。
B:サンプル板とガラス板との間の隙間の距離(最大値)が1mm以上3mm未満である。
C:サンプル板とガラス板との間の隙間の距離(最大値)が3mm以上である。
<Warpage evaluation of 3D objects>
Using a 3D printer (manufactured by Japan 3D Printer Co., Ltd., product name "Raise3D Pro2"), a sample plate for evaluation (three-dimensional object) measuring 200 mm wide x 50 mm long x 4 mm thick was modeled under the following conditions: substrate temperature: 100 ° C., nozzle temperature: 240 ° C., modeling speed: 30 mm/s, internal filling rate: 100%, and ambient temperature inside the 3D printer: about 30 ° C. The obtained sample plate was placed on a horizontal glass plate, and the maximum value of the gap distance at the contact surface between the sample plate and the glass plate was measured with a curved ruler, and 1 mm or less was measured with a high-precision contact digital sensor GT2 (manufactured by Keyence Corporation). If the maximum value was less than 1 mm (A rating and S rating), it was considered to have passed.
(Evaluation Criteria)
S: There is no gap between the sample plate and the glass plate (the gap distance is 0 mm).
A: The gap distance (maximum value) between the sample plate and the glass plate is more than 0 mm and less than 1 mm.
B: The gap distance (maximum value) between the sample plate and the glass plate is 1 mm or more and less than 3 mm.
C: The gap distance (maximum value) between the sample plate and the glass plate is 3 mm or more.
<3Dプリンターのノズル摩耗耐性評価>
3Dプリンター(日本3Dプリンター(株)製、製品名「Raise3D Pro2」)のノズルを、口径0.4mmの真鍮製ノズルに交換した後、ノズル温度:240℃、造形速度:30mm/s、3Dプリンター内の雰囲気温度:約30℃で、直径1.75mmのフィラメント10mを用いて3次元造形物を作成した。その後、ノズルの口径を光学顕微鏡で測定してノズルの摩耗量を算出し、A評価を合格とした。
(評価基準)
A:ノズルの摩耗量が0mmである。
B:ノズルの摩耗量が0mm超0.05mm未満である。
C:ノズルの摩耗量が0.05mm以上である。
<3D printer nozzle wear resistance evaluation>
After replacing the nozzle of the 3D printer (manufactured by Japan 3D Printer Co., Ltd., product name "Raise3D Pro2") with a brass nozzle with a diameter of 0.4 mm, a three-dimensional model was created using 10 m of a 1.75 mm diameter filament at a nozzle temperature of 240° C., modeling speed of 30 mm/s, and an ambient temperature inside the 3D printer of approximately 30° C. The nozzle diameter was then measured with an optical microscope to calculate the amount of nozzle wear, and an A rating was given for passing.
(Evaluation Criteria)
A: The amount of wear of the nozzle is 0 mm.
B: The amount of wear of the nozzle is more than 0 mm and less than 0.05 mm.
C: The amount of wear of the nozzle is 0.05 mm or more.
[実施例1-2~1-8及び比較例1-1~1-6]
樹脂組成物(1)の組成を表2の通りとした以外は、実施例1-1と同じ条件でフィラメントを作成した。各例のフィラメントのMFR(220℃、10kg荷重)を実施例1-1と同じ条件で測定した。また実施例1-1と同じ条件で、造形時の反り、及びノズルの摩耗耐性を評価した。また、板状粒子(B1)中の結晶性シリカの含有率を元に、樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合を算出した。結果を表2に示す。
[Examples 1-2 to 1-8 and Comparative Examples 1-1 to 1-6]
A filament was produced under the same conditions as in Example 1-1, except that the composition of the resin composition (1) was as shown in Table 2. The MFR (220°C, 10 kg load) of the filament of each example was measured under the same conditions as in Example 1-1. In addition, the warping during molding and the abrasion resistance of the nozzle were evaluated under the same conditions as in Example 1-1. In addition, the proportion of crystalline silica in the resin composition (1) was calculated based on the content of crystalline silica in the plate-like particles (B1). The results are shown in Table 2.
実施例1-1~1-8の樹脂組成物(1)は、結晶性シリカが未検出であった板状粒子(B1-1)~(B1-5)及び板状粒子(B1-2-1)を含んでいるため、樹脂組成物(1)中の結晶性シリカの割合も「未検出」として評価した。第1の実施形態の構成を満たす、実施例1-1~1-8の樹脂組成物(1)は、3Dプリンター用のフィラメントとして用いた場合に、ノズルが摩耗しておらず、かつ造形時の反り量も少なかった。また、シランカップリング剤(X1)で処理された板状粒子(B1)を含む、実施例1-8の樹脂組成物(1)からは、実施例1-4よりも反り量の少ない3次元造形物が得られた。一方、板状粒子(B1)の配合量が10質量部未満の比較例1-1~1-2の樹脂組成物は、ノズルの耐摩耗性評価はA評価であったが、反り量が大きかった。また、樹脂組成物中の結晶性シリカの割合が0.02質量%以上であった、比較例1-3~1-6の樹脂組成物は、反り量は小さかったものの、ノズルに摩耗が発生していた。以上の結果より、第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)は、3Dプリンターのノズルが摩耗せず、かつ造形時の反りも抑制できることが確認された。また、第1の実施形態に係る製造方法(1)によれば、造形時の反りを抑制して、反りの少ない3次元造形物が得られることも確認された。 The resin compositions (1) of Examples 1-1 to 1-8 contain plate-like particles (B1-1) to (B1-5) and plate-like particles (B1-2-1) in which crystalline silica was not detected, so the proportion of crystalline silica in the resin composition (1) was also evaluated as "not detected". When the resin compositions (1) of Examples 1-1 to 1-8, which satisfy the configuration of the first embodiment, were used as filaments for 3D printers, the nozzles were not worn and the amount of warping during modeling was small. In addition, the resin composition (1) of Example 1-8, which contains plate-like particles (B1) treated with a silane coupling agent (X1), produced a three-dimensional model with less warping than that of Example 1-4. On the other hand, the resin compositions of Comparative Examples 1-1 to 1-2, in which the amount of plate-like particles (B1) was less than 10 parts by mass, were rated A in the wear resistance evaluation of the nozzles, but had a large amount of warping. In addition, the resin compositions of Comparative Examples 1-3 to 1-6, in which the proportion of crystalline silica in the resin composition was 0.02% by mass or more, had a small amount of warping, but the nozzle was worn. From the above results, it was confirmed that the resin composition (1) according to the first embodiment does not wear out the nozzle of the 3D printer and can suppress warping during modeling. It was also confirmed that the manufacturing method (1) according to the first embodiment can suppress warping during modeling and obtain a three-dimensional object with little warping.
第2の実施形態に係る原料としては以下を用いた。
<原料>
樹脂(A2)として以下を用いた。
(樹脂(A2))
・樹脂(A2-1):ABS樹脂(デンカ(株)製、製品名「GR3000」、MFR(220℃、10kg荷重):14g/10min)。
・樹脂(A2-2):ABS樹脂(デンカ(株)製、製品名「QF」、MFR(220℃、10kg荷重):74g/10min)。
なお、樹脂(A2)のMFRは、220℃、10kg荷重で測定した値である。
The following raw materials were used according to the second embodiment.
<Raw materials>
The following was used as resin (A2).
(Resin (A2))
Resin (A2-1): ABS resin (manufactured by Denka Co., Ltd., product name "GR3000", MFR (220°C, 10 kg load): 14g/10min).
Resin (A2-2): ABS resin (manufactured by Denka Co., Ltd., product name "QF", MFR (220°C, 10 kg load): 74g/10min).
The MFR of resin (A2) is a value measured at 220° C. under a load of 10 kg.
板状粒子(B2)として表3に記載のものを用いた。
なお、各板状粒子(B2)の原料粒子としては以下を用いた。また、表3中、シランカップリング剤(X2)の添加量は、原料粒子の総質量に対する割合を意味する。
(原料粒子)
・板状粒子(B2-1)及び(B2-2):タルク(モース硬度:1、日本タルク(株)製、製品名「P-2」、平均粒子径(D50):7μm、アスペクト比:20)。
・板状粒子(B2-3)及び(B2-4):タルク(モース硬度:1、日本タルク(株)製、製品名「PAOG-R」、平均粒子径(D50):30μm)。
・板状粒子(B2-5)及び(B2-6):マイカ(モース硬度:3、(株)ヤマグチマイカ製、製品名「A-21S」、平均粒子径(D50):23μm)。
・板状粒子(B’2-1):タルク(モース硬度:1、日本タルク(株)製、製品名「P-2」、平均粒子径(D50):7μm)。
・板状粒子(B’2-2):タルク(モース硬度:1、日本タルク(株)製、製品名「PAOG-R」、平均粒子径(D50):30μm)。
・板状粒子(B’2-3):マイカ(モース硬度:3、(株)ヤマグチマイカ製、製品名「A-21S」、平均粒子径(D50):23μm)。
・板状粒子(B’2-4):アルミナ(モース硬度:8、キンセイマテック(株)製、製品名「セラフ(登録商標)(品番10030)」、平均粒子径(D50):10μm)。
・板状粒子(B’2-5):ガラスファイバー(モース硬度:5、セントラルグラスファイバー(株)製、製品名「ECS03-70」、平均粒子径(SEM観察による平均値):13μm)。
板状粒子(B’2-5)のガラスファイバーの平均粒子径は、SEM(日立ハイテクノロジーズ製、製品名「TM-1000」)を用いて、倍率40倍で100個の粒子の長径を測定し、その平均値を意味する。
The following raw material particles for each of the plate-like particles (B2) were used: In Table 3, the amount of silane coupling agent (X2) added means the ratio to the total mass of the raw material particles.
(raw material particles)
Plate-like particles (B2-1) and (B2-2): talc (Mohs hardness: 1, manufactured by Nippon Talc Co., Ltd., product name "P-2", average particle size (D50): 7 μm, aspect ratio: 20).
Plate-like particles (B2-3) and (B2-4): talc (Mohs hardness: 1, manufactured by Nippon Talc Co., Ltd., product name "PAOG-R", average particle size (D50): 30 μm).
Plate-like particles (B2-5) and (B2-6): Mica (Mohs hardness: 3, manufactured by Yamaguchi Mica Co., Ltd., product name "A-21S", average particle size (D50): 23 μm).
Plate-like particles (B'2-1): talc (Mohs hardness: 1, manufactured by Nippon Talc Co., Ltd., product name "P-2", average particle size (D50): 7 μm).
Plate-like particles (B'2-2): talc (Mohs hardness: 1, manufactured by Nippon Talc Co., Ltd., product name "PAOG-R", average particle size (D50): 30 μm).
Plate-like particles (B'2-3): mica (Mohs hardness: 3, manufactured by Yamaguchi Mica Co., Ltd., product name "A-21S", average particle size (D50): 23 μm).
Plate-like particles (B'2-4): alumina (Mohs hardness: 8, manufactured by Kinsei Matec Co., Ltd., product name "Seraph (registered trademark) (product number 10030)", average particle size (D50): 10 μm).
Plate-like particles (B'2-5): glass fiber (Mohs hardness: 5, manufactured by Central Glass Fiber Co., Ltd., product name "ECS03-70", average particle size (average value obtained by SEM observation): 13 μm).
The average particle size of the glass fiber of the plate-like particle (B'2-5) is the average value of the major axes of 100 particles measured at 40x magnification using a SEM (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, product name "TM-1000").
[実施例2-1]
二軸混練機(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、製品名「Process11」)にモノフィラメント作成用ストランドスプーラーとギアポンプを装着し、樹脂(A1-1)80質量部と、板状粒子(B2-1)20質量部とを混合して、220℃で混合した後に押し出して、直径1.75mmの、3Dプリンター用樹脂組成物(2)からなるフィラメントを作成した。得られたフィラメントのMFR(220℃、10kg荷重)を、(株)東洋精機製作所製、製品名「メルトインデックサ G-02」でJIS K7210に沿って測定した。
また、得られたフィラメントを用いて3次元造形物を造形し、下記の条件で反り、高速造形性及びノズルの摩耗耐性を評価した。結果を表4に示す。
[Example 2-1]
A twin-screw kneader (manufactured by Thermo Fisher Scientific, product name "Process 11") was equipped with a monofilament-producing strand spooler and a gear pump, and 80 parts by mass of resin (A1-1) and 20 parts by mass of plate-like particles (B2-1) were mixed and mixed at 220 ° C., and then extruded to produce a filament made of the resin composition (2) for 3D printers having a diameter of 1.75 mm. The MFR (220 ° C., 10 kg load) of the obtained filament was measured according to JIS K7210 using a product name "Melt Indexer G-02" manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.
In addition, a three-dimensional object was formed using the obtained filament, and the warpage, high-speed formability, and nozzle wear resistance were evaluated under the following conditions. The results are shown in Table 4.
<3次元造形物の反り評価>
3Dプリンター(日本3Dプリンター(株)製、製品名「Raise3D Pro2」)を用いて、基板温度:100℃、ノズル温度:240℃、造形速度:30mm/s、内部充填率:100%、3Dプリンター内の雰囲気温度:約30℃の条件で、横200mm×縦50mm×厚み4mmの評価用サンプル板(3次元造形物)を造形した。得られたサンプル板を水平なガラス板の上に設置し、サンプル板とガラス板との接面における隙間の距離の最大値を曲尺で、1mm以下は高精度接触式デジタルセンサGT2((株)キーエンス製)で測定し、最大値が1mm未満であれば合格とした。
(評価基準)
S:サンプル板とガラス板との間に隙間がない(隙間の距離が0mmである)。
A:サンプル板とガラス板との間の隙間の距離(最大値)が0mm超1mm未満である。
B:サンプル板とガラス板との間の隙間の距離(最大値)が1mm以上3mm未満である。
C:サンプル板とガラス板との間の隙間の距離(最大値)が3mm以上である。
<Warpage evaluation of 3D objects>
Using a 3D printer (manufactured by Japan 3D Printer Co., Ltd., product name "Raise3D Pro2"), a sample plate for evaluation (three-dimensional object) measuring 200 mm wide x 50 mm long x 4 mm thick was modeled under the following conditions: substrate temperature: 100°C, nozzle temperature: 240°C, modeling speed: 30 mm/s, internal filling rate: 100%, and ambient temperature inside the 3D printer: about 30°C. The obtained sample plate was placed on a horizontal glass plate, and the maximum value of the gap distance at the contact surface between the sample plate and the glass plate was measured with a curved ruler, and 1 mm or less was measured with a high-precision contact digital sensor GT2 (manufactured by Keyence Corporation). If the maximum value was less than 1 mm, it was considered to have passed.
(Evaluation Criteria)
S: There is no gap between the sample plate and the glass plate (the gap distance is 0 mm).
A: The gap distance (maximum value) between the sample plate and the glass plate is more than 0 mm and less than 1 mm.
B: The gap distance (maximum value) between the sample plate and the glass plate is 1 mm or more and less than 3 mm.
C: The gap distance (maximum value) between the sample plate and the glass plate is 3 mm or more.
<高速造形性の評価>
反り評価と同じ3Dプリンターを用いて、基板温度:100℃、ノズル温度:240℃、造形速度:100mm/s、3Dプリンター内の雰囲気温度:約30℃の条件で、直径:75mmφ×高さ120mmの円柱を造形した。得られた円柱の外観に穴あきや吐出むらがないか目視で確認し、以下の評価基準に沿って評価した。また、B評価以上を合格とした。なお、「吐出むら」とは、吐出が不均一になる事に由来するスジや微細な凹凸ムラなどを意味する。
(評価基準)
A:円柱に穴あきや吐出むらがない。
B:円柱の一部に吐出むらが見られるが、穴あきはない。
C:円柱に穴あきと吐出むらがある。
<Evaluation of high-speed modeling>
Using the same 3D printer as used in the warpage evaluation, a cylinder with a diameter of 75 mmφ x height of 120 mm was formed under the following conditions: substrate temperature: 100°C, nozzle temperature: 240°C, modeling speed: 100 mm/s, and ambient temperature inside the 3D printer: about 30°C. The appearance of the obtained cylinder was visually checked for holes or uneven discharge, and evaluated according to the following evaluation criteria. In addition, a rating of B or higher was considered to be acceptable. Note that "uneven discharge" refers to streaks and fine unevenness resulting from uneven discharge.
(Evaluation Criteria)
A: There are no holes or uneven discharge in the cylinder.
B: There is uneven discharge in some parts of the cylinder, but no holes.
C: The cylinder has holes and is unevenly discharged.
<3Dプリンターのノズル摩耗耐性評価>
3Dプリンター(日本3Dプリンター(株)製、製品名「Raise3D Pro2」)のノズルを、口径0.4mmの真鍮製ノズルに交換した後、ノズル温度:240℃、造形速度:30mm/s、3Dプリンター内の雰囲気温度:約30℃で、直径1.75mmのフィラメント10mを用いて3次元造形物を作成した。その後、ノズルの口径を光学顕微鏡で測定してノズルの摩耗量を算出し、摩耗が検出されなかった場合を合格とした。
(評価基準)
A:ノズルの摩耗量が0mmである。
B:ノズルの摩耗量が0mm超0.05mm未満である。
C:ノズルの摩耗量が0.05mm以上である。
<3D printer nozzle wear resistance evaluation>
After replacing the nozzle of a 3D printer (manufactured by Japan 3D Printer Co., Ltd., product name "Raise3D Pro2") with a brass nozzle with a diameter of 0.4 mm, a three-dimensional model was created using 10 m of a 1.75 mm diameter filament at a nozzle temperature of 240° C., a modeling speed of 30 mm/s, and an ambient temperature inside the 3D printer of approximately 30° C. The nozzle diameter was then measured with an optical microscope to calculate the amount of nozzle wear, and the nozzle was deemed to have passed if no wear was detected.
(Evaluation Criteria)
A: The amount of wear of the nozzle is 0 mm.
B: The amount of wear of the nozzle is more than 0 mm and less than 0.05 mm.
C: The amount of wear of the nozzle is 0.05 mm or more.
[実施例2-2~2-10及び比較例2-1~2-7]
樹脂組成物の組成を表4の通りとした以外は、実施例2-1と同じ条件でフィラメントを作成した。各例のフィラメントのMFR(220℃、10kg荷重)を実施例2-1と同じ条件で測定した。また実施例2-1と同じ条件で、反り、高速造形性及びノズルの摩耗耐性を評価した。結果を表4に示す。
[Examples 2-2 to 2-10 and Comparative Examples 2-1 to 2-7]
Filaments were produced under the same conditions as in Example 2-1, except that the resin composition was as shown in Table 4. The MFR (220°C, 10 kg load) of the filaments of each example was measured under the same conditions as in Example 2-1. In addition, warping, high-speed modeling ability, and nozzle wear resistance were evaluated under the same conditions as in Example 2-1. The results are shown in Table 4.
表4に示す通り、第2の実施形態の構成を満たす樹脂組成物(2)は、3Dプリンター用のフィラメントとして用いた場合に、ノズルの摩耗を抑え、反りの抑制と高速造形性とを両立できた。一方、板状粒子(B2)の配合量が10質量部未満の比較例2-1の樹脂組成物は、得られた3次元造形物の反りが大きかった。また、板状粒子(B2)を30質量部超配合した比較例2-2の樹脂組成物では、高速造形性が悪かった。
また、表面処理されていないタルク、マイカを配合した比較例2-3~2-5の樹脂組成物は、ノズルの摩耗量は小さかったものの、得られた3次元造形物の反りが大きく、かつ高速造形性も悪かった。これらの結果より、比較的柔らかい板状粒子であっても、表面処理されていないものでは、第2の課題を解決することはできないことが分かった。また比較例2-6、2-7より、表面がシランカップリング剤で処理されていても、モース硬度が3超の板状粒子では、第2の課題を解決できなかった。以上の結果より、第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は、3Dプリンターのノズルの摩耗を抑え、反りの抑制と高速造形性とを両立できることが確認できた。
As shown in Table 4, the resin composition (2) satisfying the configuration of the second embodiment, when used as a filament for a 3D printer, suppressed the wear of the nozzle, and was able to suppress warping and achieve both high-speed modeling properties. On the other hand, the resin composition of Comparative Example 2-1, in which the amount of plate-like particles (B2) was less than 10 parts by mass, had a large warp in the obtained three-dimensional model. In addition, the resin composition of Comparative Example 2-2, in which more than 30 parts by mass of plate-like particles (B2) were blended, had poor high-speed modeling properties.
In addition, the resin compositions of Comparative Examples 2-3 to 2-5, which contained talc and mica that were not surface-treated, had a small amount of nozzle wear, but the resulting three-dimensional objects had a large warp and poor high-speed modeling properties. From these results, it was found that even if the plate-like particles were relatively soft, those that were not surface-treated could not solve the second problem. Furthermore, from Comparative Examples 2-6 and 2-7, it was found that the second problem could not be solved with plate-like particles having a Mohs hardness of more than 3, even if the surface was treated with a silane coupling agent. From the above results, it was confirmed that the resin composition (2) according to the second embodiment can suppress the wear of the nozzle of the 3D printer, and can achieve both suppression of warping and high-speed modeling properties.
第1の実施形態に係る樹脂組成物(1)及び第2の実施形態に係る樹脂組成物(2)は、3Dプリンターで3次元造形物を造形する際のフィラメントとして産業上の利用可能性を有する。The resin composition (1) according to the first embodiment and the resin composition (2) according to the second embodiment have industrial applicability as filaments for producing three-dimensional objects using a 3D printer.
Claims (9)
前記樹脂組成物(1)は、ゴム成分含有スチレン系樹脂(A1)と、
モース硬度が3以下の板状粒子(B1)とを含み、
前記樹脂組成物(1)の総質量に対する前記板状粒子(B1)の含有量が10質量%以上であり、かつ前記樹脂組成物(1)の総質量に対する結晶性シリカの割合が0.02質量%未満である、3Dプリンター用樹脂組成物(1)。 A resin composition (1) for a 3D printer,
The resin composition (1) comprises a rubber component-containing styrene-based resin (A1),
and plate-like particles (B1) having a Mohs hardness of 3 or less,
The content of the plate-like particles (B1) relative to the total mass of the resin composition (1) is 10% by mass or more, and the proportion of crystalline silica relative to the total mass of the resin composition (1) is less than 0.02% by mass. Resin composition (1) for 3D printers.
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