【課題を解決するための手段】
【0022】
ここで、驚くべきことに、本願特許請求の範囲に記載したとおりの、モノマー構成要素
− ラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸と、
− ドデカン二酸あるいはセバシン酸のいずれかと、
− デカンジアミンあるいはドデカンジアミンのいずれかと
を使用して製造された特定のコポリアミド粉末を、その都度の粉末層の選択的な領域で溶融される積層式に工作する方法で使用することによって、低い作製室内温度で加工されるにもかかわらず、該ポリマーの非常に低い粘度を利用でき、かつ該粉末から製造される成形部材の形状忠実性が良好であることが判明した。それは高い部材密度で、同時に容易な加工性と低い収縮において堆積する。その場合にプロセス安全性は、極めて高い。
【0023】
従って、本発明の対象は、特定のコポリアミド粉末を、積層式に工作し、かつその都度の層の選択的な領域が溶融される、工具を不要とする成形法において用いる使用であって、前記粉末が、モノマー構成要素
− ラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸と、
− ドデカン二酸あるいはセバシン酸のいずれかと、
− デカンジアミンあるいはドデカンジアミンのいずれかと
を使用して製造された少なくとも1つのコポリアミドを有することを特徴とする使用である。
【0024】
有利には、本発明による使用におけるコポリアミド成分のためのモノマー構成要素としては、50〜98部の、特に有利には75〜98部の、殊に有利には85〜98部のラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸が使用される。
【0025】
有利には、モノマー構成要素である二酸及びジアミンはコポリアミド成分において同じ部で使用される。全体として、最後の2種のモノマー構成要素の割合は、一緒になって、粉末組成物のコポリアミド成分の2〜50部である。
【0026】
更に、本発明の対象は、その都度の粉末層の選択的な領域を電磁エネルギーの導入によって溶融させる積層式で工作する方法によって製造された成形体であって、該成形体が、モノマー構成要素
− ラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸と、
− ドデカン二酸あるいはセバシン酸のいずれかと、
− デカンジアミンあるいはドデカンジアミンのいずれかと
を使用して製造されたコポリアミド粉末を有することを特徴とする成形体である。
【0027】
有利には、本発明による使用におけるコポリアミド成分のためのモノマー構成要素としては、50〜98部の、特に有利には75〜98部の、殊に有利には85〜98部のラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸が使用される。
【0028】
有利には、モノマー構成要素である二酸及びジアミンはコポリアミド成分において同じ部で使用される。全体として、最後の2種のモノマー構成要素の割合は、一緒になって、粉末組成物のコポリアミド成分の2〜50部である。
【0029】
以下に、コポリアミド粉末並びに本発明によるその使用を説明するが、ただし本発明はこれに制限されるものではない。
【0030】
本発明による方法での特定のコポリアミドの使用によって、驚くべきことに、上述の競合する特性の間にすきが見られる。コポリアミド(ホットメルト)は、一般に、少なくとも1つの芳香族のモノマー構成要素から製造されるため、難流動性であり、また高結晶性でない。重縮合における
− ラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸と、
− ドデカン二酸あるいはセバシン酸のいずれかと、
− デカンジアミンあるいはドデカンジアミンのいずれかと
の使用は、非常に特定の特性を有するコポリアミドをもたらす。ISO1874による命名法によれば、その場合には、モノマー構成要素に応じて、名称PA12/1012、PA12/1212、PA11/1012、PA11/1212、PA11/1010、PA12/1010、PA11/1210、PA12/1210を有するコポリアミドである。重縮合によって得られるコポリアミドは、統計的構造を有している。
【0031】
使用成分に応じた、ポリアミド12に典型的な176℃未満の融点あるいはポリアミド11に典型的な186℃未満の融点と、同時に該コポリアミドの高い結晶化度は、驚くべきほど本発明による方法によい影響を及ぼす異例の特性組み合わせである。予想されない利点は、記載されるコポリアミドから沈殿法によって微細な粉末が得られることにある。
【0032】
その沈殿法では、特定のコポリアミドは、溶剤、有利には1〜3個の炭素原子を有するアルコール、好ましくはエタノール中に、高められた温度及び圧力下で溶解され、引き続き溶液の意図した冷却によって沈殿される。その場合に、冷却は一様であるか、又は段階的に異なる速度で行うことができる。当業者は、好適な条件を容易に試験において決定することができる。好適な沈殿法は、例えばEP863174号及びDE2906647号に記載されており、その際、その手法はそれにより制限されるべきでない。
【0033】
コポリアミド粉末という概念は、本願発明の詳細な説明においては、該粉末が特定のコポリアミドを有するが、また充填剤もしくは助剤又は別のポリマーなどの他の成分も付加的に該粉末中に含まれていてよいことを表す。
【0034】
沈殿によって得られる特定のコポリアミド粉末は、沈殿法で狭く微細な粒子分布と同様に、実質的にジャガイモ形もしくは丸形の粒子形状も調整でき、かつラウリンラクタムが使用される場合に170〜184℃、有利には175〜184℃の融点(結晶化融点)が、ω−アミノウンデカン酸が使用される場合に180〜193℃、有利には185〜193℃の融点が調整できる点で優れている。
【0035】
特定のコポリアミド粉末の溶融エンタルピーは、有利には90J/gより大きく、特に有利には95J/gより大きく、殊に有利には100J/gより大きい。この溶融エンタルピーは、同時に、沈殿法によって丸形の粒子形状及び8m
2/g未満のBET表面積で調整されるので、有利には上記の成形法で使用できる無類の特性組み合わせが生ずる。
【0036】
種々のパラメータは、DSC(示差走査熱量測定)を用いて、DIN53765により又はAN−SAA0663により測定した。この測定は、Perkin Elmer DSC 7を用いて、パージガスとして窒素を、そして加熱速度並びに冷却速度20K/分を用いて実施した。前記測定範囲は−90〜+250℃であった。
【0037】
こうして得られた粉末のBET表面積は、一般に1〜8m
2/g、有利には1〜5m
2/g、殊に有利には1〜3m
2/gである。平均粒径は、有利には30〜70μm、好ましくは32〜60μm、特に有利には35〜50μmである。嵩密度は、一般に、流動助剤の添加なしで、300〜600g/lである。
【0038】
DIN53727による0.5%クレゾール溶液中での溶液粘度は、本発明によるポリアミド粉末の場合には、1.4〜2.3、特に有利には1.5〜2.1、殊に有利には1.55〜1.9である。該粉末は、意図して異なる粘度を有する成分からなる混合物を有してもよい。該コポリアミドは、更に、調節されていなくても、部分的に調節されていても、又は調節されていてもよく、その際、該ポリアミドのために技術水準により公知の調節剤を使用することができる。本発明によるコポリアミドを有する粉末は、2もしくはそれより多くの異なる調節成分並びに他の充填剤及び助剤を有してもよい。
【0039】
特定のコポリアミドを有する粉末の本発明による使用は、驚くべきことに、良好なプロセス特性及び部材特性をもたらす。異なる目標特性の間の前記の妥協は回避され、かつ以下に説明されるべき驚くべき可能性をもって完全に新しいプロセス分野にある。
【0040】
粘度が非常に低いので、非常に平滑な溶融物膜が、作製室内でその融点未満ぎりぎりまで適度に予熱した場合に生ずる。良好な溶融物の延びは、相応の材料から射出成形された成形部材の密度に近い密度にある成形体をもたらす。その結晶化度は、選択的なエネルギー入力によって溶融された領域と溶融されていない領域との間の良好な境界分けをもたらす。エネルギー入力は、予定輪郭の外に不所望な成形体の"成長"が、例えば熱伝導によって生じないように、必要な溶融物の延びに合わせることができる。本発明による方法でのコポリアミド粉末の使用は優れており、自動的な進行をたやすく可能にする。
【0041】
最適な加工のためのパラメータは、当業者により簡単に見つけ出すことができる。該コポリアミド粉末は、より高いプロセス安全性をもって作業できる。それというのも、その加工ウィンドウは、驚くべきことに、目下商業的に利用できるポリアミド11もしくは12の粉末の場合よりも明らかに大きいからである。リサイクル性は、技術水準による粉末に対して改善されている。沈殿によるポリアミド11もしくはポリアミド12の粉末に対してより低い融点の沈殿によるコポリアミド粉末は、一方でプロセスにおいて僅かなエネルギーしか必要とせず、他方で、前記のような収縮及び形状忠実性などの問題が緩和される。加熱と冷却に必要な時間は低減される。
【0042】
本発明による方法に従って製造された本発明による成形体は、更に白色の固有色を有する。
【0043】
該コポリアミドは、C11−もしくはC12−ラクタムあるいはω−アミノカルボン酸と、上述のC10−もしくはC12−ジアミン及び−ジカルボン酸とを、ほぼ等モル比で技術水準に従って製造される。本発明によるものでない粉末は、それらから、技術水準により公知の方法に従って、例えば冷間粉砕などの方法に従って、しかしながらまた他の方法に従っても得ることができる。本発明による粉末を得るためには、しかしながら特定のコポリアミドが沈殿される。コポリアミド造粒物は、高温の溶剤、例えばエタノール中に溶解され、引き続き沈殿させ、本発明による方法で使用するための粉末状の粒子が得られる。非常に大きい粒子を取り除くために、少なくとも一回の保護ふるい分け(Schutzsiebung)を引き続き実施することが望ましい。大抵は、引き続き分別を行うことが合理的である。好ましくは、該コポリアミド粉末は、30〜70μm、特に有利には32〜60μm、殊に有利には35〜50μmのD50にある。粒子分布は、その場合に比較的狭い。比率D10/D90についての典型的な値は、1:2〜1:10、有利には1:2〜1:5である。
【0044】
粒子の丸み付けと比表面積の減少と、ひいてはより薄層での良好な施与性のための、EP03769351号に記載されるような、例えば高速運転ミキサにおける機械的な後処理は、本発明によるコポリアミド粉末の場合には不必要である。BET表面積は、本発明によるコポリアミド粉末の場合には、1〜8m
2/g、有利には1〜5m
2/g、殊に有利には1〜3m
2/gである。そのため、好ましい低いBET表面積を、前記の付加的な製造工程なくして調整することもできる。
【0045】
本発明による方法において使用するための特定のコポリアミドを有する粉末は更に、助剤及び/又は充填剤及び/又は更なる有機又は無機の顔料を有してよい。係る助剤は、例えば流動助剤、例えば沈殿及び/又は熱分解シリカであってよい。熱分解シリカは、例えば製品名アエロジルで、様々な仕様でもってDegussa AGから購入される。有利には、ポリマー粉末は、3質量%より少ない、有利には0.001〜2質量%、とりわけ有利には0.05〜1質量%の前記助剤を、存在するポリマーの合計に対して有する。前記充填剤は、例えばガラス粒子、金属粒子、又はセラミック粒子、例えばガラス球、鋼球、又は金属粒、又は異物顔料(Fremdpigment)、例えば遷移金属酸化物であってよい。それらは、中空に構成されていてもよい。前記顔料は、例えば、ルチル系(有利には)又はアナターゼ系の二酸化チタン粒子又はカーボンブラック粒子であってよい。また、炭素繊維の使用も、また粉砕された炭素繊維の使用も本願では挙げられる。
【0046】
前記充填剤粒子はこの際、有利には、前記コポリアミド粉末の粒子と比べて、より小さな又はおよそ同じ平均粒度を有する。有利には、前記充填剤の平均粒度d
50は、前記コポリアミドの平均粒度d
50を、20%以下、15%以下、特に有利には5%以下だけ上回るものである。前記粒度は、特に、ラピッドプロトタイピング/ラピッドマニュファクチャリング装置中で許容される構造高さ(Bauhoehe)又は層密度により制限される。
【0047】
有利には、該コポリアミド粉末は、75質量%未満、有利には0.001〜70質量%、特に有利には0.05〜50質量%、とりわけ有利には0.5〜25質量%の前記充填剤を、存在するコポリアミドの合計に対して有する。
【0048】
助剤及び/又は充填剤のための上記した上限を上回る場合には、使用した充填剤又は助剤に応じて、係る粉末を使用して製造された成形体の機械的特性の顕著な劣悪化を生ずることがある。
【0049】
同様に、商慣習のポリマー粉末を本発明によるコポリアミド粉末と混合することが可能である。このようにして、表面特性の更なる組み合わせを有する粉末が製造される。前記混合物の製造方法は、例えばDE3441708号を参照できる。
【0050】
成形体の製造に際しての溶融物の延びの改善のために、均展剤、例えば金属セッケン、好ましくは基礎となるアルカンモノカルボン酸もしくは二量体酸のアルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩を該粉末に添加することができる。金属セッケン粒子をコポリマー粒子中に混加することができるが、微細な金属セッケン粒子及びコポリマー粒子の混合物が存在してもよい。原則的に、前記の手順はEP1424354号に記載されている。
【0051】
金属セッケンは、粉末中に存在するコポリマーの合計に対して、0.01〜30質量%の量で、好ましくは0.5〜15質量%の量で使用される。有利には、金属セッケンとして、基礎となるアルカンモノカルボン酸もしくは二量体酸のナトリウム塩もしくはカルシウム塩を使用した。商業的に利用可能な製品のための例は、Clariant社製のLicomont NaV 101又はLicomont CaV 102である。
【0052】
加工性の改善のために、又は前記コポリマー粉末の更なる改質のために、無機の異物顔料、例えば遷移金属酸化物、安定剤、例えばフェノール、特に立体障害フェノール、均展助剤(Verlaufshilfsmittel)及び流動助剤、例えば熱分解シリカ、並びに充填剤粒子を添加してよい。有利には、コポリマー粉末中でのコポリマーの総質量に対して、本発明によるコポリマー粉末に関して挙げた、充填剤及び/又は助剤のための濃度が維持される量で、これらの物質は前記コポリマーに対して添加される。
【0053】
本発明の対象は、その都度の層の選択的な領域が溶融される積層式に工作する方法による成形体の製造方法において、モノマー構成要素
− ラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸と、
− ドデカン二酸あるいはセバシン酸のいずれかと、
− デカンジアミンあるいはドデカンジアミンのいずれかと
を使用して製造されたことを特徴とする特定のコポリアミドを有する粉末を使用する方法である。
【0054】
有利には、本発明による使用におけるコポリアミド成分のためのモノマー構成要素としては、50〜98部の、特に有利には75〜98部の、殊に有利には85〜98部のラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸が使用される。
【0055】
有利には、モノマー構成要素である二酸及びジアミンはコポリアミド成分において同じ部で使用される。全体として、最後の2種のモノマー構成要素の割合は、一緒になって、粉末組成物のコポリアミド成分の2〜50部である。
【0056】
前記エネルギーは電磁線により導入され、かつこの選択性は、例えば、マスク、抑制剤、吸収剤、サセプタの施与、又は前記放射線の集束化により、例えばレーザーによりもたらされる。前記電磁線は、100nm〜10cm、有利には400nm〜10600nm、又は800nm〜1060nmの範囲を含む。前記放射線の供給源は、例えばマイクロ波発生器、適したレーザー、輻射加熱器(Heizstrahler)、又はランプ、又はこれらの組み合わせであってよい。全ての層の冷却後、本発明による成形体を取り出してよい。
【0057】
係る方法のための以下の実施例は説明に用いられ、本発明をこれらに制限するものではない。
【0058】
レーザー焼結方法は十分に公知であり、かつポリマー粒子の選択的な焼結に基づくものであり、その際ポリマー粒子の層は短期間レーザー光に暴露され、そして前記レーザー光に暴露したポリマー粒子は、相互に結合する。相次いで引き続く、ポリマー粒子の層の焼結により、三次元の物体が製造される。選択的レーザー焼結の方法のための詳細は、例えば公報US6136948及びWO96/06881が参照されうる。
【0059】
その他の良好に適する方法は、SIV方法であり、例えばこれはWO01/38061号に記載され、又はEP1015214号に記載された方法である。両者の方法は粉末の溶融のために平面式赤外線加熱を用いて処理する。溶融の選択性は、第一の方法の場合には抑制剤の施与により、第二の方法の場合にはマスクにより達成される。更なる方法はDE10311438号に記載されている。前記方法の際には、溶融のために必要なエネルギーを、マイクロ波発生器により導入し、この選択性をサセプタの施与により達成する。
【0060】
更なる適した方法は、例えばDE102004012682.8号、DE102004012683.6号及びDE102004020452.7号に記載されているような、粉末中に含まれているか又はインクジェット法により施与される吸収剤を用いて作業する方法である。
【0061】
選択的に領域を溶融する積層式に工作する方法によって製造された本発明による成形体は、該成形体が、モノマー構成要素
− ラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸と、
− ドデカン二酸あるいはセバシン酸のいずれかと、
− デカンジアミンあるいはドデカンジアミンのいずれかと
を使用して製造されたことを特徴とする少なくとも1つの特定のコポリアミドを有することを特徴としている。
【0062】
有利には、本発明による使用におけるコポリアミド成分のためのモノマー構成要素としては、50〜98部の、特に有利には75〜98部の、殊に有利には85〜98部のラウリンラクタム又はω−アミノウンデカン酸が使用される。
【0063】
有利には、モノマー構成要素である二酸及びジアミンはコポリアミド成分において同じ部で使用される。全体として、最後の2種のモノマー構成要素の割合は、一緒になって、粉末組成物のコポリアミド成分の2〜50部である。
【0064】
前記成形体は、更に充填剤及び/又は助剤(この際、コポリマー粉末のための記載が当てはまる)、例えば熱安定剤、例えば立体障害フェノール誘導体を有する。充填剤、例えばガラス粒子、セラミック粒子、及び金属粒子は、例えば鉄球、又は相応する中空球であってよい。有利には、本発明による成形体は、ガラス粒子、特に有利にはガラス球を有する。有利には、本発明による成形体は、3質量%よりも少ない、特に有利には0.001〜2質量%、とりわけ有利には0.05〜1質量%の前記助剤を、存在するコポリマーの合計に対して有する。同様に有利には、本発明による成形体は、75質量%未満、有利には0.001〜70質量%、特に有利には0.05〜50質量%、とりわけ有利には0.5〜25質量%の前記充填剤を、存在するコポリマーの合計に対して有する。
【0065】
前記成形体のための応用分野は、ラピッドプロトタイピング並びにラピッドマニュファクチュアリングである。ラピッドマニュファクチュアリングとは、小規模生産、即ち、射出成形用具を用いた製造が非経済的である場合の、1つより多くの同じ部分の製造を指す。このための例は、少数のみ製造される高価値の高価な乗用車用の部材、又は、少数であることに加えて利用可能な時点も重要な役割を果たすモータースポーツ用の交換用部材である。本発明による部材が属する分野は、航空宇宙産業、医療技術、機械製作、自動車製造、スポーツ産業、家庭用品産業、電気産業及び生活様式であることができる。
【0066】
以下の実施例は、コポリアミド粉末並びにその本発明による使用を説明するものであるが、本発明はこれらの実施例に制限されない。
【0067】
レーザー回折のための測定値を、Malvern社製のMastersizer S(バージョン2.18)で得た。この嵩密度をDIN53466による装置を用いて算出した。このBET表面積はブルナウアー−エメット−テラーの原理(Prinzip von Brunauer ,Emmet und Teller)による原理に従ったガス吸着により算出される;この考慮される規格はDINISO9277である。