JPH11216779A - 粉末状材料の選択的レーザー焼結により成形体を製造する方法 - Google Patents

粉末状材料の選択的レーザー焼結により成形体を製造する方法

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JPH11216779A JP10303860A JP30386098A JPH11216779A JP H11216779 A JPH11216779 A JP H11216779A JP 10303860 A JP10303860 A JP 10303860A JP 30386098 A JP30386098 A JP 30386098A JP H11216779 A JPH11216779 A JP H11216779A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉末状材料の選択的レーザー焼結により成形
体を製造する方法 【解決手段】 粉末状材料の選択的レーザー焼結の際
に、粉末状材料として次のパラメータ： 融解温度 １８５〜１８９℃ 融解エンタルピー １１２±１７Ｊ／ｇ 凝固温度 １３８〜１４３℃ を有するポリアミド １２を使用する。この粉末状ポリ
アミド １２は、有利に平均粒径５０〜１５０μｍを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末状材料の選択
的レーザー焼結により成形体を製造する方法に関し、そ
の際、粉末状材料として特定の物理的パラメータを有す
るポリアミド１２（ポリラウリンラクタム；ＰＡ１２）
を使用する。
【０００２】機械及び装置の開発時に、ひな型、模型又
は原型の製造は、重要な開発時間を決定する役割を演じ
る。しかしながら、このような成形部材の製造は、それ
自体経費がかかり、従って、同様に開発時間に影響す
る。最近、選択的レーザー焼結（又は迅速プロトタイピ
ング）なる名称で、粉末状材料、大抵はポリマー粉末か
らのこのような成形部材を迅速かつ経費的に好適に完成
する方法が知られている。この方法は、所望の成形部材
の層像をデジタル形で提示するコンピューターベース設
計（ＣＡＤ；コンピューター使用デザイン）と結びつい
ている。
【０００３】この成形部材の製造のために、ポリマー粉
末を薄い層として、焼結室の沈下可能なデイスク上に施
し、これをこのポリマーの融点より僅かに低い温度まで
加熱する。この層厚は、次のレーザー焼結の後に融液層
が生じるように選択する。レーザーは、コンピューター
の設定に従って粉末粒子を焼結させる。その後、通常
０.２〜２ｍｍの層厚の値だけこのデイスクを沈下させ
る。新たな粉末層を施与して、この工程を繰り返す。所
定の層の数に相応する予め選択されたサイクル数の経過
の後に、外面が粉末からなるブロックが生じた。これ
は、その内部に所望の成形部材の形の高粘稠性融液を有
する。粉末がなお固体形で存在する非融解範囲は、融液
のこの形を安定化させる。
【０００４】その後、粉末外殻及び融液よりなるこのブ
ロックをゆっくり冷却させると、この融液はポリマーの
凝固温度を下回る温度で硬化する。この際に、このブロ
ックを相変換が終わるまでこの凝固温度で保持するのが
有利である。このことは、相変換の温度範囲内で小さい
冷却速度を選択して、ブロックの内部で放出される成形
体の凝固熱を、相変換の終了まで正確にその凝固温度に
保持することにより達成される。冷却の後に、このブロ
ックを焼結室から取り出し、この成形体から焼結されな
かったポリマー粉末を分離除去する。この粉末は再びこ
の方法に使用することができる。
【０００５】レーザー焼結用の最適なポリマーの要件は
次のとおりである：−融解温度と凝固温度との間のでき
るだけ大きい差。純粋なポリマー粉末での凝固温度は、
物理的な基本データにより決まっているので、新たな結
晶変態の形成による融解温度上昇は大きな利点を意味す
る。差が大きいほど、凝固時の収縮は小さくなり、成形
体の所望の寸法がより正確に現れる。添加物又はコモノ
マーによる凝固温度の低下は、大抵は、機械的最終特性
の負担になる。
【０００６】−できるだけ高い融解エンタルピー。これ
により、レーザー線の当った粒子の近くに存在する粉末
粒子が、抑制できない熱伝達により融解開始され、これ
に伴い所望の範囲の外で焼結が起こることが阻止され
る。
【０００７】最も頻繁に使用される粉末状ポリマーは、
ポリアミド１１（ＰＡ１１）であり、他の使用されるポ
リマーは、ポリアミド６、ポリアセタール、ポリプロピ
レン、ポリエチレン及びイオノマーである。ポリカーボ
ネート及びポリスチロールも既に使用されている。それ
らの化学特性と並んで、物理的なパラメータもポリマー
粉末の適性を共に決定する。ＷＯ９５／１１００６に
は、レーザー焼結のために好適なポリマー粉末が記載さ
れており、これは、１０〜２０℃／ｍｉｎの走査速度で
のデイファレンシアル走査熱量測定（ＤＳＣ）によるこ
の融解特性の測定の際に、融解ピークと凝固ピークとの
重なりを示さず、同様にＤＳＣで測定された結晶化度１
０〜９０％を示し、数平均分子量Ｍｎ３００００〜５０
００００を有し、そのＭｗ／Ｍｎの商は１〜５の範囲内
にある。ＷＯ９６／０４３３５によれば、この粉末は、
その融解温度がポリマーの融解温度より大きい強化性粉
末、例えばガラス粉末と一緒に使用されている。
【０００８】ところで、粉末状材料として次のパラメー
タ： 融解温度 １８５〜１８９℃ 融解エンタルピー １１２±１７Ｊ／ｇ 凝固温度 １３８〜１４３℃ を有するポリアミド１２を使用する際に、粉末状材料の
選択的レーザー焼結により成形体を有利に製造できるこ
とを発見した。
【０００９】有利なポリアミド１２は、次のパラメータ
を有する： 融解温度 １８６〜１８８℃ 融解エンタルピー １００〜１２５ Ｊ／ｇ 凝固温度 １４０〜１４２℃ 。
【００１０】これらの種々のパラメータは、ＤＳＣを用
いてＤＩＮ ５３７６５、ＡＮ−ＳＡＡ ０６６３に従
って測定された。この測定は、パーキンエルマーＤＳＣ
７を用いて、フラッシングガスとして窒素を用い、それ
ぞれ２０Ｋ／ｍｉｎの加熱速度及び冷却速度を用いて実
施した。この温度範囲は−３０℃〜＋２１０℃であっ
た。
【００１１】このレーザー焼結のために特定のＰＡ１２
−粉末の本発明による使用は、技術水準による粉末が有
しない又は僅かにのみ有する利点と結びついている。こ
のことは、意外にも、慣用のＰＡ１２にも、更に選択的
レーザー焼結のための粉末として使用されたＰＡ１１に
も当てはまる。これらのポリアミド及び本発明によるＰ
Ａ１２−タイプに関して、レーザー焼結にとって重要な
次のデータを測定した：
【００１２】
【表１】
【００１３】 １ 本発明によるＰＡ １２ ２ Huels AGのＶＥＳＴＡＭＩＤ(R)（加水分解的重合） ３ Elf Atochem S.A.のＯＲＧＡＳＯＬ(R)（溶液重合） ４ Elf Atochem S.A.のＲＩＬＳＡＮ(R)（加水分解的重合）。
【００１４】この表は、本発明によるＰＡ １２が、融
解温度と凝固温度の（できるだけ大きい）差及び（でき
るだけ大きい）融解エンタルピーの所望の組み合わせを
有することを示している。従って、焼結室中の温度を市
販のポリアミドにおけるよりも高く保持することができ
る。結果として、他のポリマーの使用の際よりも、凝固
時の収縮（ねじれ）はより小さく、成形体の寸法保持性
はより大きい。
【００１５】本発明により使用された粉末からの成形体
は、それが多くの目的にとって後処理を必要としないよ
うな良好な表面を有する。更に、成形体の寸法保持性
は、他のポリマーからの成形体のそれよりも良好であ
る。比較的鋭い融解ピークの故に、型中の温度を融解温
度の直ぐ下に困難なく保持することができる。従って、
レーザーにより不必要に多くのエネルギーを取り入れる
必要はなく、それにも関わらず、部材がレーザー線のか
けられなかった帯域中で凝集塊化することを恐れる必要
がない。この帯域中の粉末は、この理由から、慣用のＰ
Ａ １２又はＰＡ１１からの粉末よりもより良好に再使
用のために好適である。本発明により使用すべきＰＡ
１２−粉末の融解の後に、この液状生成物は、その高い
融解温度の故に、その融解温度より高い温度で、慣用の
ＰＡ １２からの融液よりも明らかに低い粘稠性を示
す。成形体は、比較的少ない孔を有し、このことは、そ
の密度が、常法（即ち射出成形、押出し等による）で製
造された成形体の密度より僅かに下回ることにより判
る。相応して、この成形体の強度は大きい。ＰＡ １２
は、非常に大きい粘靭性を有するので、この成形体は高
い耐負荷性である。更に、ＰＡ １２の吸水性は非常に
低いので、この成形体は、それが水と接触する際にも膨
潤する傾向を示さない。
【００１６】本発明の方法で使用されたＰＡ １２−粉
末は、自体公知であり、有利に、ＤＥ ２９０６６７４
７Ｂ１に記載の方法で製造される。この際、ＰＡ １２
をエタノール中に溶かし、特定の条件下に晶出させるこ
とができ、これにより、μｍ−範囲の粒子寸法を有する
粉末が得られる。
【００１７】このＰＡ １２のその他の物質パラメータ
及び選択的レーザー焼結の方法条件に関しては、本発明
の方法は特殊性を有しない。平均粒径及び粒度分布は、
特に平均粒径よりは常に大きい表面トレランスを決め
る。ＰＡ １２−粉末は、一般に５０〜１５０μｍの平
均粒径を有する。場合によっては、先に記載のようにし
て得られたＰＡ １２の粒子は、磨砕により更に微細化
され、必要に応じて分級される。
【００１８】方法パラメータ、例えば層厚、型中の温
度、レーザー線の強さ、線源からの層の距離、照射時間
及びサイクル頻度は、所定の成形体を得るための方向性
実験により困難なく確かめられる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 粉末状材料の選択的レーザー焼結により
    成形体を製造する場合に、粉末状材料として次のパラメ
    ータ： 融解温度 １８５〜１８９℃ 融解エンタルピー １１２±１７Ｊ／ｇ 凝固温度 １３８〜１４３℃ を有するポリアミド１２を使用することを特徴とする、
    粉末状材料の選択的レーザー焼結により成形体を製造す
    る方法。
  2. 【請求項２】 ポリアミド１２は次のパラメータ： 融解温度 １８６〜１８８℃ 融解エンタルピー １００〜１２５ Ｊ／ｇ 凝固温度 １４０〜１４２℃ を有する、請求項１に記載の方法。
JP30386098A 1997-10-27 1998-10-26 粉末状材料の選択的レーザー焼結により成形体を製造する方法 Expired - Lifetime JP3634969B2 (ja)

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