特許 6913275 立体造形用ガラス粉末

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6913275

(24)【登録日】2021年7月14日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】立体造形用ガラス粉末

(51)【国際特許分類】

   C03C 12/00 20060101AFI20210727BHJP

   C03C 3/093 20060101ALI20210727BHJP

   C03C 3/091 20060101ALI20210727BHJP

   C03C 3/083 20060101ALI20210727BHJP

   C03C 3/085 20060101ALI20210727BHJP

   C03C 3/087 20060101ALI20210727BHJP

   C03C 3/062 20060101ALI20210727BHJP

   C03C 3/064 20060101ALI20210727BHJP

   C03C 3/066 20060101ALI20210727BHJP

   C03B 19/06 20060101ALI20210727BHJP

   B23K 26/34 20140101ALI20210727BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20210727BHJP

【ＦＩ】

   C03C12/00

   C03C3/093

   C03C3/091

   C03C3/083

   C03C3/085

   C03C3/087

   C03C3/062

   C03C3/064

   C03C3/066

   C03B19/06 A

   C03B19/06 B

   C03B19/06 C

   B23K26/34

   B23K26/21 Z

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-232015(P2016-232015)

(22)【出願日】2016年11月30日

(65)【公開番号】特開2018-48057(P2018-48057A)

(43)【公開日】2018年3月29日

【審査請求日】2019年10月7日

(31)【優先権主張番号】特願2016-181155(P2016-181155)

(32)【優先日】2016年9月16日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(72)【発明者】

【氏名】俣野 高宏

【審査官】 有田 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５０１７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０４９４４７５０（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３８１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３１２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２５６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３９３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１５７６７９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−２７５５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３７１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９７５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０８６９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−３３２５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２１２１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｃ １／００−１４／００

Ｃ０３Ｂ １９／０６

Ｂ２３Ｋ ２６／００−２６／７０

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ２８Ｂ １／３０

Ｂ３３Ｙ ７０／００−７０／１０

ＩＮＴＥＲＧＬＡＤ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー光を照射して焼結一体化させることにより立体造形物を製造するために使用され、結晶化開始温度と軟化点の差が５０℃以上であることを特徴とする立体造形用ガラス粉末であって、
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ３５〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０．１〜１５％、ＲＯ １〜４０％（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも一種）、ＺｎＯ ０〜３．５％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜５％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０〜１７％、ＣｕＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｏＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｖ_２Ｏ_５及びＭｎＯ_２から選択される少なくとも一種の遷移金属酸化物 ０．０１％以上を含有することを特徴とする立体造形用ガラス粉末。

【請求項2】

結晶化温度と軟化点の差が１００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の立体造形用ガラス粉末。

【請求項3】

ＰｂＯを実質的に含有しないことを特徴とする請求項１または２に記載の立体造形用ガラス粉末。

【請求項4】

３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数が１２０×１０^−７／℃以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体造形用ガラス粉末。

【請求項5】

軟化点が５００〜１０００℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の立体造形用ガラス粉末。

【請求項6】

平均粒子径が１０〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の立体造形用ガラス粉末。

【請求項7】

Ｙｂファイバーレーザー、ＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ_４レーザーを用いた３Ｄプリンターに使用されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の立体造形用ガラス粉末。

【請求項8】

ガラス粉末層に選択的にレーザー光を照射することにより、所定パターンを有する焼結体層を形成し、前記焼結体層上に新たなガラス粉末層を導入した後にレーザー光を照射して前記焼結体層と連続した所定パターンを有する新たな焼結体層を形成し、所定形状の立体造形物が得られるまで前記焼結体層の積層を繰り返す立体造形物の製造方法であって、ガラス粉末として、請求項１〜７のいずれか一項に記載の立体造形用ガラス粉末を使用することを特徴とする立体造形物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３Ｄプリンターに使用される立体造形用ガラス粉末に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光造形法、粉末焼結法、熱溶解積層法等種々の方法により樹脂材料等を積層させて立体造形物を得る方法が提案され、実用化されている（例えば特許文献１参照）。これらの立体造形法は、いわゆる３Ｄプリンターを用いて行われる。

【0003】

例えば、粉末焼結法による立体造形は以下のようにして行われる。まず樹脂粉末等の粉末材料を満たした槽内に造形ステージを設け、造形ステージ上の粉末材料層にＣＯ_２レーザー等のレーザー光を照射して溶解する。軟化変形または溶解した粉末材料は互いに焼結する。これにより所望パターンを有する焼結体層を形成する。このようにして焼結体層を１層形成すると造形ステージを１層分だけ下げて、焼結体層上に新たな粉末材料層を導入し、同様にしてレーザーを粉末材料層に照射して前記焼結体層上に新たな焼結体層を積み上げる。この操作を繰り返すことにより所定形状の立体造形物を得る。

【0004】

近年、ＣＯ_２レーザーよりも高出力化が可能なＹＡＧレーザーやＹｂファイバーレーザー等を用い、樹脂粉末よりも融点の高いガラス粉末を溶解しながら造形する方式も注目されている。ガラス粉末を用いて得られた立体造形物は耐熱性や機械的強度等に優れるという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７−２６０６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、立体造形を行う際、レーザー照射されたガラス粉末が失透し、失透物に起因して立体造形物に割れ、反り等が発生するという問題があった。

【0007】

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、立体造形を行う際、レーザー照射されても失透しにくい立体造形用ガラス粉末を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、結晶化開始温度と軟化点の差が５０℃以上であることを特徴とする。本発明のガラス粉末は、レーザー等により焼結一体化させることにより、立体造形物を製造するためのガラス粉末である。なお、ガラス粉末の結晶化開始温度と軟化点の差を５０℃以上と大きくすることによりガラス粉末の結晶性が弱まるため、立体造形を行う際、レーザー照射されたガラス粉末が失透しづらい。

【0009】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、結晶化温度と軟化点の差が１００℃以上であることが好ましい。

【0010】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、ガラス組成として、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、及び、ＧｅＯ_２から選択される少なくとも一種を含有することが好ましい。

【0011】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ３５〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜３０％、ＲＯ １〜４０％（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも一種）、Ｌｉ_２Ｏ ０〜５％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０〜１７％を含有することが好ましい。なお、「Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ」は、Ｎａ_２ＯとＫ_２Ｏの各含有量の合量を意味する。

【0012】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、ガラス組成として、質量％で、ＣｕＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｏＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｖ_２Ｏ_５及びＭｎＯ_２から選択される少なくとも一種の遷移金属酸化物を０．０１％以上含有することが好ましい。ガラス組成として上記の遷移金属酸化物を０．０１質量％以上含有することにより、ＹＡＧレーザーやＹｂファイバーレーザーといったレーザーの波長帯である１０００〜１１００ｎｍ付近の近赤外線を効率良く吸収することができる。その結果、比較的少ないエネルギーのレーザー照射により立体造形が可能となる。なお、Ｆｅ成分については、赤外線を吸収するのはＦｅＯであるが、ガラス中ではレドックスに依存してＦｅ_２Ｏ_３と共存している。そのため、本発明では、全ての酸化鉄をＦｅ_３Ｏ_４に換算して表している。

【0013】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、ＰｂＯを実質的に含有しないことが好ましい。当該構成によれば、環境負荷の小さい立体造形物を得ることが可能となる。なお、「実質的に含有しない」とは、原料として意図的に含有させないことを意味し、不可避的不純物の混入を排除するものではない。具体的には、質量％で０．１％未満であることを意味する。

【0014】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数が１２０×１０^−７／℃以下であることが好ましい。立体造形を行う際、レーザー照射されたガラス粉末は加熱されて軟化変形するが、その後急速に冷却されて固化する。このように、立体造形には急激な温度変化が伴うため、サーマルショックにより立体造形物が破損するおそれがある。そこで、上記の通りガラス粉末の熱膨張係数を規制することにより、立体造形物の製造工程における熱膨張変化を極力小さくし、サーマルショックによる立体造形物の破損を抑制することができる。

【0015】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、軟化点が５００〜１０００℃であることが好ましい。当該構成によれば、得られる立体造形物の耐熱性に優れるため好ましい。

【0016】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、平均粒子径が１０〜３００μｍであることが好ましい。当該構成によれば、所望の形状を有する立体造形物を精度良く製造することができる。なお本発明において、平均粒子径は一次粒子のメジアン径での５０％体積累積径を示し、レーザー回折式粒度分布測定法により測定された値をいう。

【0017】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、Ｙｂファイバーレーザー、ＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ_４レーザーを用いた３Ｄプリンターへの使用に好適である。

【0018】

本発明の立体造形物の製造方法は、ガラス粉末層に選択的にレーザー光を照射することにより、所定パターンを有する焼結体層を形成し、前記焼結体層上に新たなガラス粉末層を導入した後にレーザー光を照射して前記焼結体層と連続した所定パターンを有する新たな焼結体層を形成し、所定形状の立体造形物が得られるまで前記焼結体層の積層を繰り返すものであって、ガラス粉末として、上記の立体造形用ガラス粉末を使用することを特徴とする。なお本発明において、「焼結体層」とは、ガラス粉末同士が軟化変形して互いに融着して形成された層を意味する。具体的には「焼結体層」は、ガラス粉末がある程度原形を留め、ガラス粉末間の粒界が残存しているもの、及び、ガラス粉末が大きく軟化流動して原形を留めておらず、ガラス粉末の粒界が残存していないものを含む。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、立体造形を行う際、レーザー照射されても失透しにくい立体造形用ガラス粉末を提供することが可能となる。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、結晶化開始温度と軟化点の差（結晶化開始温度−軟化点）が５０℃以上であり、７０℃以上、９０℃以上、１１０℃以上、特に１３０℃以上であることが好ましい。結晶化開始温度と軟化点の差が小さすぎるとガラス粉末の結晶性が強まり、立体造形を行う際、レーザー照射されたガラス粉末が失透しやすくなる。さらに、ガラス粉末の結晶化温度と軟化点の差が１００℃以上、１４０℃以上、１８０℃以上、２２０℃以上、特に２６０℃以上であることが好ましい。結晶化開始温度と軟化点の差が小さすぎるとガラス粉末の結晶性が強まりやすく、立体造形を行う際、レーザー照射されたガラス粉末が失透しやすくなる。また、ガラス粉末の結晶化温度と結晶化開始温度の差（結晶化温度−結晶化開始温度）が５０℃以上、７０℃以上、９０℃以上、１１０℃以上、特に１３０℃以上であることが好ましい。結晶化温度と結晶化開始温度の差が小さすぎると、ガラス粉末の結晶性が強まりやすく、立体造形を行う際、レーザー照射されたガラス粉末が失透しやすくなる。

【0021】

本発明の立体造形用ガラス粉末としては、ガラス組成として、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、及び、ＧｅＯ_２から選択される少なくとも一種を含有することが好ましい。ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、及び、ＧｅＯ_２は、耐失透性を顕著に向上させる成分である。ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、及び、ＧｅＯ_２の含有量の合量は、１０〜１００％、２０〜９０％、特に３０〜８０％であることが好ましい。

【0022】

本発明の立体造形用ガラス粉末としては、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ３５〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜３０％、ＲＯ １〜４０％（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも一種）、Ｌｉ_２Ｏ ０〜５％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０〜１７％を含有するものが挙げられる。このようにガラス組成を限定した理由を以下に説明する。なお、以下の各成分の含有量に関する説明において、特に断りのない限り、「％」は「質量％」を意味する。

【0023】

ＳｉＯ_２はガラス骨格を構成するために必要な主成分であり、耐失透性を顕著に向上させる成分である。ＳｉＯ_２の含有量は３５〜８０％、特に４０〜７５％であることが好ましい。ＳｉＯ_２が少なすぎると、化学的耐久性や耐候性が低下しやすくなる。一方、ＳｉＯ_２が多すぎると、溶融性が低下しやすくなる。

【0024】

Ａｌ_２Ｏ_３は耐候性や耐失透性を顕著に向上させる成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は０〜３０％、１．５〜２５％、３〜２３％、５〜２１％、７〜２０％、特に１０〜２０％であることが好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３が多すぎると、溶融性が低下しやすくなる。

【0025】

Ｂ_２Ｏ_３は、耐失透性を顕著に向上させるとともに、ガラスの粘度を低下させてレーザー照射による溶解性を向上させる効果がある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は０〜３０％、０〜２５％、０〜２０％、特に０．１〜１５％であることが好ましい。Ｂ_２Ｏ_３が多すぎると、化学耐久性が低下しやすくなる。また、溶融時における蒸発量が多くなって均質なガラスが得られにくくなる。

【0026】

ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択される少なくとも一種）は、ガラスの粘度を低下させてレーザー照射による溶解性を向上させる効果がある。また、耐候性を向上させる効果もある。ＲＯの含有量は１〜４０％、特に３〜３５％であることが好ましい。ＲＯが少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＲＯが多すぎると、耐失透性が低下しやすくなる。なお、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＺｎＯの含有量は、各々０〜４０％、特に３〜３５％であることが好ましい。

【0027】

Ｌｉ_２Ｏは、融剤としての効果と粘度を低下させる効果が顕著である成分である。Ｌｉ_２Ｏを含有させることにより、同じく融剤として働くものの蒸発しやすいＢ_２Ｏ_３の含有量を極力減らすことができる。Ｌｉ_２Ｏの含有量は０〜５％、特に１〜４％であることが好ましい。Ｌｉ_２Ｏが多すぎると、耐候性及び耐失透性が低下しやすくなる。

【0028】

Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは、Ｌｉ_２Ｏと同様に融剤としての効果を示す成分である。Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが多すぎると、耐候性が著しく低下したり、熱膨張係数が大きくなる傾向がある。

【0029】

なお、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの３成分とも含有することにより、混合アルカリ効果の作用によって耐候性が向上しやすくなる。特に、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏのうちの１成分の含有量が、単独でこれらの成分の合量の８０％以下となるようにすると、上記効果が得られやすい。

【0030】

さらに、本発明の立体造形用ガラス粉末は、ガラス組成として、ＣｕＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＣｏＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、Ｖ_２Ｏ_５及びＭｎＯ_２から選択される少なくとも一種の遷移金属酸化物を含有することが好ましい。ガラス組成として上記の遷移金属酸化物を含有することにより、ＹＡＧレーザーやＹｂファイバーレーザーといったレーザーの波長帯である１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ付近の近赤外線を効率良く吸収することができる。その結果、比較的少ないエネルギーのレーザー照射により立体造形が可能となる。遷移金属酸化物の含有量は、質量％で０．０１％以上、０．１％以上、０．２％以上、特に０．５％以上であることが好ましい。遷移金属酸化物の含有量が少なすぎると、所望の近赤外線吸収能が得られにくくなる。一方、遷移金属酸化物の含有量が多すぎると、ガラス化しにくくなるため、３０％以下、２０％以下、特に１０％以下であることが好ましい。なお、遷移金属酸化物としては、コスト的に有利なＣｕＯまたはＦｅ_３Ｏ_４を用いることが好ましい。

【0031】

上記成分以外にも、ガラスの粘度調整や、耐失透性、耐候性を改善する目的で、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２等を含有させてもよい。ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２の含有量は、各々、０~３％、０．１~２％、特に０．３~１％であることが好ましい。

【0032】

なお、環境負荷物質であるＰｂＯは実質的に含有しないことが好ましい。

【0033】

本発明の立体造形用ガラス粉末の３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数は１２０×１０^−７／℃以下、１００×１０^−７／℃以下８０×１０^−７／℃以下、特に６０×１０^−７／℃以下であることが好ましい。熱膨張係数が大きすぎると、立体造形物の製造工程において、サーマルショックによる立体造形物の破損が発生したり、そりが発生するおそれがある。一方、３０〜３８０℃の範囲における熱膨張係数の下限は特に限定されないが、低すぎると軟化点が高くなって立体造形性が劣る傾向にあるため、２０×１０^−７／℃以上、特に３０×１０^−７／℃以上であることが好ましい。

【0034】

本発明の立体造形用ガラス粉末の軟化点は５００〜１０００℃、特に５２０〜９７０℃であることが好ましい。軟化点が低すぎると、得られる立体造形物の耐熱性が低下しやすくなる。一方、軟化点が高すぎると、レーザー照射によりガラス粉末が溶解しにくくなり、立体造形性に劣る傾向がある。さらに、ガラス粉末のガラス転移点は４００℃以上、特に４２０℃以上であることが好ましい。ガラス転移点が低すぎると、レーザー照射によりガラス粉末が溶解し焼結するまでの時間が長くなりやすいため、立体造形性に劣る傾向がある。なお、ガラス転移点の上限は特に限定されないが、現実的には９００℃以下である。また、ガラス粉末の軟化点とガラス転移点の差（軟化点−ガラス転移点）は、３００℃以下、特に２００℃以下であることが好ましい。軟化点とガラス転移点の差が大きすぎると、レーザー照射によりガラス粉末が溶解し焼結するまでの時間が長くなりやすいため、立体造形性に劣る傾向がある。なお、ガラス粉末の軟化点とガラス転移点の差の下限は特に限定されないが、現実的には２０℃以上である。

【0035】

本発明の立体造形用ガラス粉末の平均粒子径は１０〜３００μｍ、１５〜２００μｍ、特に２０〜１００μｍであることが好ましい。平均粒子径が小さすぎると、槽内での粉末流動性が低下しやすくなり、立体造形性に劣る傾向がある。具体的には、ガラス粉末中で造形ステージを動作させにくくなったり、造形ステージまたは焼結層上にガラス粉末層を均一に形成しにくくなる。一方、平均粒子径が大きすぎると、得られる立体造形物の寸法精度や表面精度に劣る傾向がある。また、ガラス粉末の焼結が不十分になる傾向がある。

【0036】

本発明の立体造形用ガラス粉末の安息角は５０°以下、４７°以下、特に４５°以下であることが好ましい。安息角が大きすぎると、槽内での粉末流動性が低下しやすくなり、立体造形性に劣る傾向がある。なお、「安息角」は、立体造形用ガラス粉末を平面上に連続的に落下堆積させたときの平面と粉末の接線の作る角度を、粉末特性測定装置にて測定したものである。

【0037】

本発明の立体造形用ガラス粉末の比表面積は２．０ｍ^２／ｇ以下、１．６ｍ^２／ｇ以下、１．２ｍ^２／ｇ以下、０．８ｍ^２／ｇ以下、特に０．５ｍ^２／ｇ以下であることが好ましい。比表面積が大きすぎると、得られる立体造形物の寸法精度や表面精度に劣る傾向がある。

【0038】

本発明の立体造形用ガラス粉末の形状は、破砕形状、球状、フレーク状、ロッド状のいずれでも構わない。なお、球状、フレーク状、ロッド状の粉末は、表面一部分に破面や火造り面を有しやすく、比表面積の小さな粉末を得やすい。また、比表面積が小さいと造形後の失透析出を抑制しやすく、焼結層上にガラス粉末層を均一に形成しやすくなる。特に、球状やロッド状の粉末は、その効果が顕著である。

【0039】

本発明の立体造形用ガラス粉末はアルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミック粉末と混合して用いてもよい。このようにすれば、得られる立体造形物の機械的強度を向上させたり、色合いや質感を調整することができる。セラミック粉末の含有量は立体造形用ガラス粉末１００質量部に対して０〜２００体積部、０．１〜１００体積部、１〜５０体積部、特に２〜３０体積部であることが好ましい。セラミック粉末の含有量が多すぎると、レーザー光が散乱してガラス粉末内部まで十分に照射されずに立体造形性が低下しやすくなる。なお、セラミック粉末の形状は、破砕形状や球状、フレーク状、円柱状のいずれでも構わない。

【0040】

次に、本発明の立体造形用ガラス粉末の製造方法を説明する。

【0041】

まず、所望のガラス組成となるようにバッチを調合する。なお、遷移金属酸化物としてＦｅ_３Ｏ_４を用いる場合は、ガラス中におけるＦｅＯの割合を多くするため、カーボンやアルミニウム等の還元剤を外添で０．１〜１質量％程度添加しておくと、近赤外線における光透過率を効果的に低下させることができる。

【0042】

得られたバッチを１４００〜１６００℃程度で均質になるまで溶融する。溶融ガラスを成形し、粉砕、分級することにより、本発明の立体造形用ガラス粉末が得られる。

【0043】

次に、本発明の立体造形用ガラス粉末を用いた立体造形物の製造方法の一例を説明する。

【0044】

まず、造形用ステージを設けた槽内に本発明の立体造形用ガラス粉末を満たす。造形用ステージは、その上面に所望の厚みのガラス粉末層（例えば厚み０．３ｍｍ程度）が形成されるように位置させる。ここで、ローラーやスキージ等を用いてガラス粉末層の厚みを均一化することが好ましい。このようにすれば、所望の寸法及び形状を有する立体造形物が得られやすくなる。

【0045】

次に、ガラス粉末層にレーザー光を照射して、ガラス粉末を局所的に焼結することにより、所定パターンを有する焼結体層を形成する。なおレーザー光源としては、Ｙｂファイバーレーザー、ＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ_４レーザー等の波長約１０００〜１１００ｎｍにピーク波長を有するレーザーを使用することが好ましい。

【0046】

続いて、形成した焼結体層上に、新たなガラス粉末層を導入する。例えば、上記の造形用ステージを１層分下降させることにより、焼結体層上に新たなガラス粉末層を導入する。この際にも、上述と同様に、ローラーやスキージ等を用いてガラス粉末層の厚みを均一化することが好ましい。

【0047】

その後、焼結体層上に導入した新たなガラス粉末層にレーザー光を照射して、前記焼結体層と連続した新たな焼結体層を形成する。ちなみに、レーザー照射部分は、軟化点以上に加熱され、照射されていない部分の温度は低下する。つまり、ガラス粉末の温度が上昇、低下を繰り返すことになるため、軟化点と結晶化開始温度の差が小さいガラス粉末は、失透しやすくなる。

【0048】

以上の操作を繰り返すことによって焼結体層を連続的に積層し、所定形状の立体造形物を得る。

【0049】

得られた立体造形物の気孔率は、５％以下、３％以下、特に１％以下であることが好ましい。気孔率が大きすぎると、立体造形物の強度が低下しやすい。なお、気孔率は、気孔率＝（真密度―嵩密度）／真密度×１００（％）の式より算出した。ちなみに、立体造形物の気孔率が小さいほど、熱伝導率が高くなりやすい。立体造形物の熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍＫ以上、０．８Ｗ／ｍＫ以上、特に１Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。熱伝導率が低すぎると、ガラス粉末が焼結し冷却するまでの時間が長くなり、立体造形物が曝される熱量が多くなるため、立体造形物中に失透物が析出しやすくなる。

【実施例】

【0050】

以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0051】

表１は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜５）及び比較例（試料Ｎｏ．６〜７）を示す。

【0052】

【表1】

【0053】

各試料は次のようにして調製した。

【0054】

まず表１に示す組成になるように原料粉末を調合した。原料粉末を、白金坩堝を用いて１５００℃で４時間溶解した後、溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、アニールすることでガラス試料を得た。得られたガラス試料を粉砕及び分級することにより、平均粒子径５０μｍの立体造形用ガラス粉末を得た。

【0055】

各特性を以下のようにして測定した。結果を表１に示す。

【0056】

熱膨張係数は、示差熱膨張計を用いて３０〜３８０℃の温度範囲における値を測定した。

【0057】

ガラス転移点、軟化点、結晶化開始温度、結晶化温度は、マクロ型示差熱分析計を用いて測定した。具体的には、各ガラス粉末試料につき、マクロ型示差熱分析計を用いて１２００℃まで測定して得られたチャートにおいて、第一の変曲点の温度をガラス転移点、第四の変曲点の温度を軟化点、結晶化ピークの開始温度を結晶化開始温度、結晶化ピークを結晶化温度とした。

【0058】

失透性は以下のようにして評価した。得られたガラス粉末を容器に入れて、スキージで表面を平坦にした。ガラス粉末表面の所定箇所に対し、Ｙｂファイバーレーザー（波長１０７０ｎｍ、出力５Ｗ）を３０ｍｍ／秒の走査速度で照射した。レーザー照射後のガラス粉末を観察し、失透していないものを「○」、失透しているものを「×」として評価した。

【0059】

表１から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜５のガラス粉末は、結晶化開始温度と軟化点の差が、１４０℃以上と大きく、レーザー照射後のガラス粉末が失透していなかった。比較例であるＮｏ．６、７のガラス粉末は、結晶化開始温度と軟化点の差が、２０℃と小さく、レーザー照射後のガラス粉末が失透していた。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明の立体造形用ガラス粉末は、ＹＡＧレーザーやＹｂファイバーレーザー等を用いた立体造形に好適である。