立体造型用粉末材料制造技术

本发明专利技术涉及立体造型用粉末材料，立体造型用套件，立体造型物的制造方法，立体烧结物的制造方法，以及立体造型物的制造装置。本发明专利技术的课题在于，提供剩余粉的除去性高、且剩余粉的凝集性低、可以提高立体造型物的强度、可以抑制立体造型物的尺寸精度降低的立体造型用粉末材料。又，提供立体造型物的叠层方向、即Z轴方向的强度高、X、Y、Z轴的强度各向异性低的金属制的立体烧结物。本发明专利技术的立体造型用粉末材料含有金属粒子和水溶性的有机材料粒子。有机材料粒子的含有率相对该立体造型用粉末材料，为2容积％以上，18容积％以下。有机材料粒子的体积平均粒径为3μm以上，15μm以下。

Powder material for solid modeling

The invention relates to a powder material for solid modeling, a solid molding kit, a method of manufacturing a three-dimensional molding, a method of manufacturing a three-dimensional sintered matter, and a device for manufacturing a three-dimensional molding. The present invention provides surplus powder removal to reduce the dimensional accuracy is high, and the remaining powder agglutination is low, can improve the strength, three-dimensional modeling can inhibit the three-dimensional solid modeling for powder material. In addition, a three-dimensional sintered material with a low strength anisotropy in the direction of the Z axis, a low strength anisotropy of the X, a Y and a Z axis, is provided for the lamination direction of the solid molding. The powder material for solid modeling of the invention contains metal particles and water soluble organic material particles. The content of organic material particles is relative to that of solid material, which is 2 volume%, and 18 volume% below. The average particle size of organic material particles is more than 3 mu m and below 15 mu m.

【技术实现步骤摘要】
立体造型用粉末材料
本专利技术涉及立体造型用粉末材料，立体造型用套件(kit)，立体造型物的制造方法，立体烧结物的制造方法，以及立体造型物的制造装置。
技术介绍
取代以往的利用成形模具的立体造型物的制作方法，近年，提出了按需响应、使用可以制作更为复杂且精细的立体造型物的三维(3D)打印机的叠层造型法。特别是，制作由金属、无机化合物构成的立体造型物时，使用粉末叠层法。作为粉末叠层法的一种，可以列举使含有金属、无机化合物等的粒子的立体造型用粉末材料叠层，每层或是每多层间，将立体造型用液体材料以所定的图样给予，使立体造型用粉末材料之间相互粘合，制作立体造型物的方法。如此得到的立体造型物，其后经脱脂，进一步通过烧结，可以得到立体烧结物。上述的粉末叠层法为了使立体造型用粉末材料之间相互粘合，已知有将粘合树脂等的有机材料向立体造型用粉末材料中添加的方法。再有，作为向立体造型用粉末材料中添加有机材料的方法，已知将有机材料粒子和立体造型用粉末材料混合的方法。作为一例，例如，在专利文献1中，公开了含有水溶性聚合物，滴加以水为溶剂的造型液，在造型液中溶解，生成立体造型物的层的立体造型粉体。此时，水溶性聚合物含有部分皂化型聚乙烯醇。并且，立体造型粉体含有平均粒子径为9μm以上、40μm以下的无粘合力的无机物或有机物作为填充料。并且，在专利文献2中，公开了对于堆积面上堆积的粉末材料的特定区域，喷出造型液，用于造型三维构造物的三维造型的粉末材料。此时，粉末材料包括作为形成三维构造物的粒子的充填材料，以及通过溶解于造型液使充填材料相互粘合的粘合剂。并且，充填材料的比重比排出到粉末材料的造型液的比重大。【专利文献】【专利文献1】日本特开2011-230422号公报【专利文献2】日本特开2012-125996号公报但是，在专利文献1和2公开的技术中，存在以下课题：在造型槽内，没有用于造型的剩余粉(没有给予立体造型用液体材料的立体造型用粉末材料)凝集的课题。其结果，除去剩余粉费时费力，除去剩余粉时使得立体造型物变形，或剩余粉无法完全除去，导致立体造型物的尺寸精度大幅降低的课题。这也和立体烧结物尺寸精度降低有关。并且，若剩余粉的凝集物大量混入，则剩余粉再利用时，立体造型物的强度、尺寸精度降低，因此，也有剩余粉的再利用率低的课题。再有，重要的课题是，作为立体造型物的叠层方向的Z轴方向的强度低。这是由于形成粉末材料层时，X-Y面的粉末材料之间紧密相接，因此，容易得到高强度，反之，Z轴方向在层间容易存在空隙，受此影响，这也是叠层造型法都有的课题。这些课题在需要高强度的金属制的立体烧结物制造方面，尤为重要。金属制的立体烧结物用于机械部件、工夹具，测定机械强度用的试作品等，需要高强度的用途。此时，即使X-Y面的强度高，但若Z轴方向的强度低，可能由于受力情况很快破损，存在无法作为金属部件或试作品使用的问题。层间的粘合力随有机材料的量的增加呈改善趋势，但由于不能充分达到降低层间的空隙的效果，提高Z轴方向的强度的效果有限。并且，随着有机材料的增量，有机材料扩散至本来不应存在的区域，这增加了剩余粉的附着，可能造成立体造型物、进一步来说立体烧结物的尺寸精度大幅降低。此外，若有机材料的量多，烧结立体造型物时体积收缩变大，这也是立体烧结物的尺寸精度低的要因。由上述可知，包含金属的立体造型物，进一步来说金属制的立体烧结物，为了同时达到强度和尺寸精度，有必要调整最适合的有机材料的量。但是，以往，立体烧结物强度的各向异性高，即，存在立体造型物的叠层方向(Z轴方向)的强度低的课题，因此，实际上，立体烧结物的强度并不明确。在专利文献1和2中，公开了混合充填材料和有机材料的粉末材料，记述通过添加充填材料可以降低立体造型物的翘曲。但是，在专利文献1和2中，作为充填材料，使用碳酸钙、各种树脂材料，但是关于需要高强度的金属制的立体烧结物的记述完全没有，无法适用于上述课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供剩余粉的除去性高、且剩余粉的凝集性低、可以提高立体造型物的强度、可以抑制立体造型物的尺寸精度降低的立体造型用粉末材料。此外，本专利技术的目的在于，提供立体造型物的叠层方向、即Z轴方向的强度高、X、Y、Z轴的强度各向异性低的金属制的立体烧结物。本专利技术的立体造型用粉末材料含有金属粒子和水溶性的有机材料粒子，上述有机材料粒子的含有率相对该立体造型用粉末材料，为2容积％以上，18容积％以下，上述有机材料粒子的体积平均粒径为3μm以上，15μm以下。下面说明本专利技术的效果：按照本专利技术，可以提供剩余粉的除去性高、且剩余粉的凝集性低、提高立体造型物的强度、能抑制立体造型物的尺寸精度降低的立体造型用粉末材料。又，按照本专利技术，可以提供Z轴方向的强度高、X、Y、Z轴的强度的各向异性低的金属制的立体烧结物。附图说明图1是为了说明粒子的面积包络度的概略图。图2(a)～(f)是表示本实施形态的立体造型物的制造方法的一例的概略图。图3(a)～(f)是表示本实施形态的立体造型物的制造方法另一例的概略图。图4是表示图2的造型槽和供给槽的一例的概略图。图5(a)～(b)是表示实施例的纵向叠层样品和横向叠层样品的模式图。具体实施方式下面，说明用于实施本专利技术的形态的一例。但是，本专利技术并不限于这些实施形态。(立体造型用粉末材料)本实施形态的立体造型用粉末材料(以下，略称为“粉末材料”)含有金属粒子和水溶性的有机材料粒子，根据需要，也可以进一步含有上述以外的成分(以下，称为“其他成分”)。-金属粒子-作为构成金属粒子的材料，只要是具有粉末或粒子形态的金属，就没有特别限制，可以根据目的合适地选择。作为构成金属粒子的材料，以往公知的材料没有特别限制，可以根据目的合适地选择，可以列举例如Mg，Al，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Y，Zr，Nb，Mo，Pd，Au，Ag，PT，In，Sn，Ta，W，Sb，或是这些的合金等。作为更优选的构成金属粒子的材料，可以列举例如不锈钢(SUS)，铁，铜，钛，银，铝，锆，或是这些的合金等。作为不锈钢(SUS)，可以列举例如SUS304，SUS316L，SUS317，SUS329，SUS410，SUS430，SUS440，SUS630等。金属粒子的密度优选3g/cm3以上。金属粒子的密度为3g/cm3以上时，粉末材料水平铺设时(有时也称作均平(再涂覆))，金属粒子容易紧密相连，有时可以降低立体造型物、进而立体烧结物的空隙率。这些材料可以一种单独使用，也可以二种或二种以上混合使用。在本实施形态中，作为金属粒子，可以使用由这些材料形成的市售品的粒子或粉末。作为金属粒子，为了提高和有机材料粒子的亲和性的目的等，也可以进行公知的表面(改性)处理。金属粒子的体积平均粒径优选的是1～250μm，更优选的是2～100μm，特别优选的是3～50μm，最优选的是5～25μm。金属粒子的体积平均粒径为1μm以上时，可以提高粉末材料的流动性，容易形成后述的粉末材料层，提高粉末材料层的表面的平滑性。由此，提高立体造型物的制造效率，提高粉末材料的使用、处理性的同时，立体造型物的尺寸精度也有提高的倾向。另一方面，金属粒子的体积平均粒径为250μm以下时，粉末材料之间的接点增加的同时，由于立体造型物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体造型用粉末材料，含有金属粒子和水溶性的有机材料粒子，其特征在于：上述有机材料粒子的含有率相对该立体造型用粉末材料，为2容积％以上，18容积％以下；上述有机材料粒子的体积平均粒径为3μm以上，15μm以下。

【技术特征摘要】
2016.01.27 JP 2016-013597;2016.09.30 JP 2016-193871.一种立体造型用粉末材料，含有金属粒子和水溶性的有机材料粒子，其特征在于：上述有机材料粒子的含有率相对该立体造型用粉末材料，为2容积％以上，18容积％以下；上述有机材料粒子的体积平均粒径为3μm以上，15μm以下。2.如权利要求1所述的立体造型用粉末材料，其特征在于：上述金属粒子的体积平均粒径相对上述有机材料粒子的体积平均粒径，为0.5倍以上，3.5倍以下。3.如权利要求1或2所述的立体造型用粉末材料，其特征在于：上述金属粒子用下式(1)计算的纵横比平均值为0.85以上：纵横比平均值＝(X1×Y1+X2×Y2+……+Xn×Yn)/100(1)其中，X是粒子的纵横比，即短径/长径，Yi是纵横比为Xi的粒子的存在率[％]，i为1以上，n以下的整数，Y1+Y2+……+Yn＝100。4.如权利要求1～3任意一项所述的立体造型用粉末材料，其特征在于：上述有机材料粒子含有聚乙烯醇树脂。5.如权利要求4所述的立体造型用粉末材料，其特征在于：上述聚乙烯醇树脂含有交联性官能团。6.一种立体造型用套件，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：山下康之，铃木康夫，岩附仁，草原辉树，山口刚男，齐藤拓也，田元望，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本,JP