增材制造物体的制造方法和制造设备、用于增材制造的固化用液体和用于增材制造的套组技术

三维物体制造方法，其包括：用三维物体成形用粉末材料形成粉末材料层，其中粉末材料包括基体材料和包含反应性官能团的树脂；和将固化用液体施加到粉末材料层以形成固化产物，其中固化用液体含有能够与反应性官能团形成共价键的固化剂，其中固化剂包括在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物。具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造物体的制造方法和制造设备、用于增材制造的固化用液体和用于增材制造的套组


[0001]本专利技术涉及三维物体制造方法和三维物体制造设备、以及用于三维物体成形的固化用液体和用于三维物体成形的套组。

技术介绍

[0002]近年来，对复杂且精细的三维物体的低批量(low
‑
lot)制造的需求一直在增长。为满足该需求，已经提出这样的技术如粉末烧结方法和粉末粘附(adhesion)方法(参见例如专利文献1至3)。
[0003]在粉末烧结方法中，形成薄的粉末层且用激光照射以形成薄烧结体。然后，在该薄烧结体上堆积新的薄烧结体。重复该工序以获得期望的三维物体。在粉末粘附方法中，使用粘附剂(粘接剂，adhesive)材料来代替粉末烧结方法中的进行激光烧结使薄的粉末层固化，以形成固化的薄膜。重复该工序以获得期望的三维物体。
[0004]粉末粘附方法的实例包括：包括通过喷墨方法将粘附剂材料供应到薄的粉末层的方法；三维物体制造方法，该方法包括堆积通过混合粉末颗粒和粘附剂颗粒获得的粉末材料、和向其施加粘合剂以将粘附剂材料颗粒溶解和固体化(凝固，solidify)；和三维物体制造方法，该方法包括在基体材料例如玻璃或陶瓷上提供涂覆有疏水树脂的粉末材料、使用疏水溶剂例如柠檬烯将涂覆粉末材料的树脂溶解、和将溶解的树脂固体化(参见例如专利文献4和5)。为防止网眼阻塞或增加可用的粘附剂材料的变化，已经提出其中选择所使用的固化用液体的材料的三维物体制造方法(参见例如专利文献6)。
[0005]引文列表
>[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本未审专利申请公布No.2000
‑
328106
[0008]专利文献2：日本未审专利申请公布No.2006
‑
200030
[0009]专利文献3：日本未审专利申请公布No.2003
‑
48253
[0010]专利文献4：日本未审专利申请公布No.2004
‑
330743
[0011]专利文献5：日本未审专利申请公布No.2005
‑
297325
[0012]专利文献6：日本专利No.5920498

技术实现思路

[0013]技术问题
[0014]本专利技术目的在于提供如下的三维物体制造方法：其即使在将三维物体浸渍在溶液中时也能够维持三维物体形状且能够防止由树脂残余物引起的三维物体的烧结抑制。
[0015]问题的解决方案
[0016]用于解决所述问题的手段于下。具体地，本专利技术的三维物体制造方法包括：用三维物体成形用粉末材料形成粉末材料层，其中粉末材料包括基体材料和包含反应性官能团的
树脂；和将固化用液体施加到粉末材料层以形成固化产物，其中固化用液体含有能够与反应性官能团形成共价键的固化剂。固化剂包括在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物。
[0017]专利技术效果
[0018]根据本专利技术，可提供如下的三维物体制造方法：其即使在将三维物体浸渍在溶液中时也能维持三维物体形状且能够防止由树脂残余物引起的三维物体的烧结抑制。
附图说明
[0019]图1A为呈现用于描绘在物体制造期间的单位体积的粉末材料层横截面的一个实例的示意图。
[0020]图1B为呈现用于描绘在物体制造期间的单位体积的粉末材料层横截面的另一实例的示意图。
[0021]图2A为呈现三维物体制造设备的操作的一个实例的示意图。
[0022]图2B为呈现三维物体制造设备的操作的另一实例的示意图。
[0023]图2C为呈现三维物体制造设备的操作的另一实例的示意图。
[0024]图2D为呈现三维物体制造设备的操作的另一实例的示意图。
[0025]图2E为呈现三维物体制造设备的操作的另一实例的示意图。
具体实施方式
[0026](三维物体制造方法和设备)
[0027]本专利技术的三维物体制造方法包括：用三维物体成形用粉末材料形成粉末材料层的粉末材料层形成步骤，其中粉末材料包括基体材料和包含反应性官能团的树脂；和将固化用液体施加到粉末材料层以形成固化产物的固化产物形成步骤，其中固化用液体含有能够与反应性官能团形成共价键的固化剂。固化剂包括在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物。本专利技术的三维物体制造方法按需进一步包括其它步骤例如多余粉末除去步骤和烧结步骤。重复粉末材料层形成步骤和固化产物形成步骤以制造三维物体。
[0028]本专利技术的三维物体制造设备包括：粉末材料层形成单元，其配置成用三维物体成形用粉末材料形成粉末材料层，其中粉末材料包括基体材料和包含反应性官能团的树脂；和固化产物形成单元，其配置成将固化用液体施加到粉末材料层以形成固化产物，其中固化用液体含有能够与反应性官能团形成共价键的固化剂。固化剂包括在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物。本专利技术的三维物体制造设备进一步包括粉末材料收容单元和固化用液体收容单元，并且按需包括其它单元例如多余粉末除去单元和烧结单元。
[0029]本专利技术人在研究相关技术中的以下问题时获得以下发现。
[0030]当通过喷墨方法供应粘附剂材料时，存在问题例如使用的喷嘴头中的网眼阻塞、在可用的粘附剂材料的选择方面的局限性以及高成本和低效率。
[0031]还有，常规技术具有以下问题。具体地，即使在提供粘合材料以将粘附颗粒溶解时，溶解的粘附液也不容易以均匀方式在粉末颗粒之间铺展。因此，赋予三维物体(烧结前体)足够的强度和精度可能是困难的。
[0032]在常规技术中，柠檬烯因其低挥发性而容易残留在三维物体(烧结前体)上，这可能导致强度下降。另外，低挥发性溶剂例如甲苯具有安全性方面的问题。此外，为将它们用涂覆树脂粘合，涂覆树脂膜的厚度需要增厚(树脂量需要增加)。因此，这导致这样的问题如三维物体精度不足和三维物体中含有的基体材料的密度减小。特别地，在最终需要后处理过程例如树脂脱脂和烧结的金属烧结体或陶瓷烧结体应用的情形中，基体材料的密度无法足够高，且显著观察到在烧结体的强度和精度方面的问题。
[0033]常规技术具有这样的问题：当固化用液体或粉末材料中含有的树脂含有水且使用的基体材料为对水具有高反应性的材料时，它们无法使用。常规技术进一步具有以下问题。具体地，抗水性效果低，且无法使用一次性处理多个物体的多余粉末的除去液体浸渍方法，因为交联剂为有机金属盐、所形成的交联结构为螯合络合物、且交联反应是不可逆的。
[0034]作为辛勤研究的结果，本专利技术人发现，通过粉末粘附方法制造的物体的强度是弱的，并且若三维物体为复杂且精细的，其精细部分在除去多余粉末时可能坍塌。他们进一步发现，难以除去不能通过吹气达到的管中的多余粉末。
[0035]本专利技术人发现，在包括向三维物体成形用粉末材料(其中该粉末材料包括基体材料和包含反应性官能团的树脂)提供能够与反应性官能团形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.三维物体制造方法，其包括：用三维物体成形用粉末材料形成粉末材料层，其中粉末材料包括基体材料和包含反应性官能团的树脂；和将固化用液体施加到粉末材料层以形成固化产物，其中固化用液体含有能够与所述反应性官能团形成共价键的固化剂，其中所述固化剂包括在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物。2.根据权利要求1所述的三维物体制造方法，其中所述树脂为选自多元醇和聚乙烯醇的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的三维物体制造方法，其中所述反应性官能团为羟基基团，并且满足表达式：0.1≤N
[NCO]
/N
[OH]
其中N
[OH]
为在物体成形期间每单位体积的粉末材料中含有的羟基基团的摩尔量，和N
[NCO]
为在物体成形期间每单位体积施加的固化用液体中含有的异氰酸酯基团的摩尔量。4.根据权利要求1至3的任一项所述的三维物体制造方法，其中相对于固化用液体的总量，固化剂的量为5.0质量％或更大。5.根据权利要求1至4的任一项所述的三维物体制造方法，其中所述树脂的重均分子量为100,000或更低。6.根据权利要求1至5的任一项所述的三维物体制造方法，其中所述树脂的羟值为30mg KOH/g或更大。7.根据权利要求1至6的任一项所述的三维物体制造方法，其中在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物为选自下面的式(1)和式(2)的至少一个：其中，在式(1)中，R1表示脂族烃基团，R2为选自尿烷键、酰胺键、酯键和醚键的至少一个，和R3由选自各自可具有取代基的下式(1
‑
1)至式(1
‑
6)的至少一个表示，其中，在式(1
‑
1)至式(1
‑
6)中，Y1表示烷基基团，且Y2至Y7各自独立地表示亚烷基基团，
其中，在式(2)中，R1表示脂族烃基团，R2为选自尿烷键、酰胺键、酯键和醚键的至少一个，和R4为可具有取代基的亚烷基基团。8.根据权利要求7所述的三维物体制造方法，其中在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物为选自式(1)和式(2)的至少一个，其中，在式(1)和式(2)中，R1表示具有1个或更多但6个或更少的碳原子的亚烷基基团，R2表示尿烷键，R3表示选自各自可具有取代基的式(1
‑
2)和式(1
‑
3)的至少一个，其中Y1表示具有1个或更多但4个或更少的碳原子的烷基基团，且Y2至Y4各自独立地表示具有1个或更多但6个或更少的碳原子的亚烷基基团，和R4表示可具有取代基的具有1个或更多但4个或更少的碳原子的亚烷基基团。9.根据权利要求8所述的三维物体制造方法，其中在其分子末端处具有两个或更多个异氰酸酯基团的脂族化合物为选自式(1)和式(2)的至少一个，其中，在式(1)和式(2)中，R1表示具有6个碳原子的亚烷基基团，R2表示尿烷键，R3表示选自式(1
‑
2)和式(1
‑
3)的至少一个，其中Y1表示甲基基团，且Y2至Y4表示具有6个碳原...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤慎一郎，大谷直生，横山拓海，十龟淳次郎，宫崎浩辅，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：