CN104943171A - 造形物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的造形物的制造方法，能够提高通过利用树脂材料的层叠造形法所制造的造形物的精度以及强度。本发明所涉及的造形物的制造方法的特征在于，在材料或者工序的一部分利用树脂材料，一边按照从第一层至第N层的顺序形成将造形物分离成N个层的单位层、一边进行层叠，由此制造造形物，在形成上述单位层的过程中、以及在形成上述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。

Description

造形物的制造方法
技术领域
本发明涉及造形物的制造方法。
背景技术
近年来，能够对三维的物体进行造形的3D打印机的需求不断提高。作为基于这样的3D打印机的造形方法，通常为层叠造形法。层叠造形法是将造形物分离成N个层，一边按顺序对从第一层至第N层的各单位层进行造形、一边进行层叠的方法。
如今，研究出用于进行层叠造形的各种方法，其一部分被实用化。在这些方法中，存在在材料、工序的一部分利用树脂材料的方法。作为利用了这样的树脂材料的层叠造形法的具体例，例如能够列举出以下的专利文献所公开的内容。
在专利文献1以及专利文献2中记载有如下方法，即：使用基于挤压的层叠堆积系统，利用挤压头使ABS树脂熔融并对其进行挤压，由此形成单位层，通过使该单位层堆积，由此形成3D物体。
在专利文献3以及专利文献4中记载有：使用含有两亲性固体聚合物的造形用浆液，来形成3D物体的方法。
在专利文献5以及专利文献6中记载有：使用具有光固化性的树脂成分，通过喷墨光造形法来形成3D物体的方法。
专利文献1：日本特表2010-521339号公报
专利文献2：日本专利第4107686号公报
专利文献3：日本特开2011-245712号公报
专利文献4：日本特开2011-245713号公报
专利文献5：日本特开2012-111226号公报
专利文献6：日本特开2012-71611号公报
通常，在对三维的物体进行造形时，要求有较高的精度、强度。然而，具有流动性的树脂材料，其性质上决定难以积存于一处，从而存在导致在制造时扩展、向不期望的方向流动的情况，因而确保精度是很困难的。另外，若单位层之间的粘接力较弱，则存在导致产生层间剥离，从而无法获得预期的强度的情况。
发明内容
因此，本发明所涉及的几个方式提供的造形物的制造方法，通过解决上述课题的至少一部分，从而能够提高通过利用树脂材料的层叠造形法所制造的造形物的精度以及强度。
本发明是为了解决上述课题的至少一部分所做出的，能够作为以下的方式或者应用例来实现。
应用例1
本发明所涉及的造形物的制造方法的一个方式，
在材料或者工序的一部分利用树脂材料，一边按照从第一层至第N层的顺序形成将造形物分离成N个层的单位层、一边进行层叠，由此制造造形物，该造形物的制造方法的特征在于，
在形成所述单位层的过程中，以及
在形成所述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
根据应用例1的造形物的制造方法，通过放电处理来改变单位层的层叠界面的状态、性质，从而能够提高树脂材料彼此、或者树脂材料与其他材料的亲和性、整合单位层彼此的界面(以下，有时也称为“单位层的层叠界面”)的状态、提高树脂材料的结合性、反应性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
应用例2
在应用例1的造形物的制造方法的基础上，
所述树脂材料是通过进行加热而熔融的热塑性树脂，
将已熔融的所述树脂材料供给至工作台上，通过使该树脂材料固化由此形成单位层。
根据应用例2的造形物的制造方法，通过放电处理适当地破坏单位层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层的层叠界面的润湿性进行控制，进而也提高加工精度。
应用例3
在应用例1的造形物的制造方法的基础上，
所述树脂材料为粉末状，
将所述粉末状的树脂材料供给至工作台上，通过使该树脂材料局部固化，由此形成单位层，
在形成所述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前，进行放电处理。
根据应用例3的造形物的制造方法，通过放电处理适当地破坏单位层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。
应用例4
在应用例1的造形物的制造方法的基础上，
在将粉末状的基材供给至工作台上之后，涂覆用于使所述基材彼此粘接的含有所述树脂材料的液体材料，通过使该液体材料固化，由此形成单位层，
在涂覆所述液体材料后且在使该液体材料固化前，以及
在形成所述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
根据应用例4的造形物的制造方法，通过放电处理适当地破坏单位层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层的层叠界面的润湿性进行控制，从而也提高加工精度。进而，在上述液体材料为因放射线而固化的材料的情况下，在涂覆上述液体材料后且在使该液体材料固化之前进行放电处理，从而能够降低在液体材料表面中氧所导致的聚合阻碍，因此提高液体材料的基于放射线的固化性。
应用例5
在应用例1的造形物的制造方法的基础上，
在形成含有粉末状的基材的糊剂层后，在所述糊剂层上涂覆用于使所述基材彼此粘接的含有所述树脂材料的液体材料，通过使该液体材料固化，由此形成单位层，
在形成所述糊剂层后且在涂覆所述液体材料之前，
在涂覆所述液体材料后且在使所述液体材料固化之前，以及
在使所述液体材料固化后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
在应用例5的造形物的制造方法的基础上，在放电处理的时机为形成糊剂层后且在涂覆液体材料之前的情况下，选择与目的对应的气体种类进行放电处理，从而能够对糊剂层与液体材料的润湿性以及浸透性进行控制。另外，能够整合糊剂层与固化后的液体材料的界面。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在应用例5的造形物的制造方法的基础上，在放电处理的时机为涂覆有液体材料后且在使液体材料固化之前的情况下，利用由放电处理所产生的自由基，在液体材料表面形成较薄的固化膜，因此能够期待液体材料的钉扎效应(Pinning effect)。另外，使液体材料固化之后所形成的糊剂层容易变得均匀。此外，在上述液体材料是因放射线而固化的材料的情况下，能够降低在液体材料表面中氧所导致的聚合阻碍，因此提高液体材料的基于放射线的固化性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在应用例5的造形物的制造方法的基础上，在放电处理的时机为使液体材料固化后且开始形成下一个单位层之前的情况下，提高使液体材料固化后所形成的糊剂层的涂覆性，从而膜厚分布容易变得均匀。另外，能够通过放电处理适当地破坏固化后的液体材料的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高与所层叠的液体材料的反应性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
应用例6
在应用例4或5的造形物的制造方法的基础上，
所述液体材料的涂覆通过以喷墨方式射出所述液体材料来进行。
根据应用例6的造形物的制造方法，能够高速地制造高精细的造形物。另外，通过组合使用含有颜料的油墨、弹性不同的油墨，从而能够对造形物附加彩色、对造形物的硬度、质感进行调整。
应用例7
在应用例1的造形物的制造方法的基础上，
通过以喷墨方式涂覆含有所述树脂材料的液体材料，并对所述液体材料赋予能量而使其固化，由此形成单位层，
在涂覆所述液体材料后且在使所述液体材料固化之前，以及
在使所述液体材料固化后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
在应用例7的造形物的制造方法的基础上，在放电处理的时机为涂覆液体材料后且在使液体材料固化之前的情况下，借助由放电处理所产生的自由基，在液体材料表面形成较薄的固化膜，因此能够期待液体材料的钉扎效应。另外，使液体材料固化后所形成的油墨层容易变得均匀。此外，在上述液体材料为因放射线而固化的材料的情况下，能够降低氧气阻碍，因此提高液体材料的基于放射线的固化性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在应用例7的造形物的制造方法的基础上，在放电处理的时机为使液体材料固化后且在开始形成下一个单位层之前的情况下，提高使液体材料固化后所形成的油墨层的涂覆性，从而膜厚分布容易变得均匀。另外，能够通过放电处理适当地破坏固化后的液体材料的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高与所层叠的液体材料的反应性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
应用例8
在应用例1～7中任一个例子的造形物的制造方法的基础上，
所述放电处理在含有惰性气体的气氛下进行。
在应用例8的造形物的制造方法的基础上，在所使用的气体以放电效率高的氦气、氩气为主体的情况下，能够实现放电处理的稳定化以及低温化。其结果能够降低对树脂材料、固化后的单位层的热损伤。另外，在所使用的气体以氮气为主体的情况下，通过放电处理来物理地切断表面的聚合结合，因此能够提高所层叠的树脂材料的反应性。
应用例9
在应用例1～7中任一个例子的造形物的制造方法的基础上，
所述放电处理在含有氧的气氛下进行。
根据应用例9的造形物的制造方法，适当地破坏单位层的层叠界面而带来的毛细管现象，能够对层叠界面附加羟基，因此能够扩大单位层的层叠界面的润湿扩散，并对其进行控制，从而也提高加工精度。
应用例10
在应用例1～7中任一个例子的造形物的制造方法的基础上，
所述放电处理在含有氟的气氛下进行。
根据应用例10的造形物的制造方法，能够附加防液性，因此能够缩小单位层的层叠界面的润湿扩散，并对其进行控制，从而也提高加工精度。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的造形物的制造方法的一个例子的流程图。
图2是示意性地表示在第一实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。
图3是示意性地表示等离子体照射机构的等离子体发生部的截面的图。
图4是示意性地表示在第一实施方式中等离子体照射机构对单位层照射等离子体的状态的俯视图。
图5是表示第一实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。
图6是示意性地表示第一实施方式的等离子体照射工序的说明图。
图7是示意性地表示第一实施方式的移动工序的说明图。
图8是示意性地表示在第二实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。
图9是表示第二实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。
图10是示意性地表示第二实施方式的材料供给工序的说明图。
图11是示意性地表示第二实施方式的单位层形成工序的说明图。
图12是示意性表示第二实施方式的等离子体照射工序的说明图。
图13是示意性地表示在第三实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。
图14是示意性地表示在第三实施方式中使用的三维造形装置的涂覆机构以及能量照射机构的俯视图。
图15是表示第三实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。
图16是示意性地表示第三实施方式的材料供给工序的说明图。
图17是示意性地表示第三实施方式的单位层形成工序的说明图。
图18是示意性地表示第三实施方式的等离子体照射工序的说明图。
图19是示意性地表示第三实施方式的变形例的说明图。
图20是示意性地表示在第四实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。
图21是表示第四实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。
图22是示意性地表示第四实施方式的材料供给工序的说明图。
图23是示意性表示第四实施方式的单位层形成工序的说明图。
图24是示意性表示第四实施方式的等离子体照射工序的说明图。
图25是示意性地表示在第五实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。
图26是表示第五实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。
图27是示意性地表示第五实施方式的材料供给工序以及单位层形成工序的说明图。
图28是示意性地表示第五实施方式的等离子体照射工序的说明图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的优选实施方式进行详细地说明。另外，以下说明的实施方式并非对权利要求书所记载的本发明的内容进行不适当地限定。另外，以下所说明的全部结构不限定为本发明的必要构成要件。
在本说明书中，对方向定义如下。即，将相互正交的三个空间轴设为X轴、Y轴、Z轴。将铅垂方向设为沿着Z轴方向的方向(Z方向)，将铅垂向下的方向设为-Z方向，将铅垂向上的方向设为+Z方向。将与Z轴垂直的面设为XY平面。
1.造形物的制造方法
本实施方式所涉及的造形物的制造方法的特征在于，在材料或者工序的一部分利用树脂材料，一边按照从第一层至第N层的顺序形成将造形物分离成N个层的单位层、一边进行层叠，由此制造造形物，在上述形成单位层的过程中，以及在形成上述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
首先，对用于对三维的物体进行造形的基本的工序进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的造形物的制造方法的一个例子的流程图。在本实施方式所涉及的造形物的制造方法中，如图1所示，具有三维数据准备工序(S101)、切片数据制作工序(S102)以及造形工序(S103)。
在三维数据准备工序(S101)中，准备在造形工序(S103)中成为造形的对象的造形物的三维CAD数据。
在切片数据制作工序(S102)中，基于所准备的三维CAD数据，制作N层的切片数据。切片数据是指以与XY平面平行的(N-1)个面，对造形物进行切片的数据。
造形工序(S103)包括：供给构成造形物的(至少包含树脂材料)材料的步骤、和使该材料固化的步骤。即，在造形工序(S103)中，基于由三维CAD数据制作的切片数据，在进行材料的供给和固化而形成第一层后，在第一层的上方进行材料的供给和固化而形成第二层。反复进行该工序直至第N层，由此完成造形物。
另外，在本发明中，将上述的第一层至第N层的各层称为“单位层”。
本实施方式所涉及的造形物的制造方法的特征在于，在造形工序(S103)的形成各单位层的过程中，以及在形成单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。通过该放电处理来改变单位层的层叠界面的状态，从而能够提高树脂材料与其他材料的亲和性、整合界面的状态、树脂材料的结合性、反应性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
以下，示出具体的实施方式，对本发明所涉及的造形物的制造方法进行详细地说明。
1.1.第一实施方式
在第一实施方式中，对使用了热熔融层叠法的造形物的制造方法进行说明。所谓热熔融层叠法是反复进行将已熔融的树脂材料以层状进行供给并使其固化的工序，由此制造造形物的方法。以下，按顺序对在第一实施方式中使用的树脂材料、三维造形装置的结构、第一实施方式所涉及的造形物的制造方法进行说明。
1.1.1.树脂材料
作为使用的树脂材料，能够列举热塑性树脂。作为热塑性树脂，例如能够列举ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂、PC(聚碳酸酯)树脂、PC/ABS合金、PPSF/PPSU树脂、聚醚酰亚胺树脂、以及对这些材料进行了改质的树脂等。
在第一实施方式中所使用的树脂材料可以为任意的形状，但从树脂材料供给的容易性的观点来看，优选加工为线状。树脂材料例如以线圈那样卷绕的状态来提供。
1.1.2.装置结构
图2是示意性地表示在第一实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。如图2所示，三维造形装置100具有：用于对三维物体进行造形的工作台10、和使树脂材料30熔融并将其向工作台10上射出的喷嘴20。
工作台10是用于对三维物体进行造形的作业面。工作台10的上表面与XY平面平行。工作台10构成为能够沿着Z轴对高度进行调整。
喷嘴20具有用于使树脂材料30熔融并将其向工作台10上射出的开口部(未图示)。喷嘴20设置为使开口部相对于工作台10成为大致垂直(+Z方向)。另外，在喷嘴20设置有用于使树脂材料30熔融的加热机构(未图示)。通过该加热机构将树脂材料30加热至玻璃转移温度(Tg)以上的温度，从而能够获得树脂材料30熔融而具有预期的流动性的树脂材料30。由此能够从喷嘴20供给树脂材料30。
喷嘴20沿着XY平面移动。一边使喷嘴20移动、一边将树脂材料30供给至规定位置，从而能够形成基于切片数据的具有预期的形状的单位层。在本实施方式的三维造形装置100中，喷嘴20沿着XY平面移动，但取而代之，也可以是工作台10沿着XY平面移动。
工作台10向-Z方向移动。工作台10在形成单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前，向-Z方向移动单位层的厚度Δd的量(图7)。由此，在形成单位层的过程中，能够将喷嘴20与造形中途的造形物50相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。在本实施方式的三维造形装置100中，工作台10向-Z方向移动，但取而代之，也可以使喷嘴向+Z方向移动。
树脂材料30由未图示的供给机构向喷嘴20供给。供给机构是将上述的加工为线状的树脂材料30供给到喷嘴20的机构。供给机构只要能够将树脂材料30供给至喷嘴20，则可以为任意的机构。例如，能够利用使树脂材料30旋转的驱动辊和游动辊来固定，并对该驱动辊施加旋转力，由此挤出树脂材料30的机构。
三维造形装置100具备控制部40，该控制部40基于切片数据对各机构进行控制。上述的喷嘴20、供给机构以及后述的等离子体照射机构70由控制部40控制。控制部40驱动供给机构而使树脂材料30供给至喷嘴20，并且一边使喷嘴20沿X方向以及Y方向移动，一边利用喷嘴20使已熔融的树脂材料30射出至工作台10上。控制部40在后述的规定的时机内，驱动等离子体照射机构70，来照射等离子体。在形成单位层后且在形成下一个单位层之前，控制部40使工作台10向-Z方向移动单位层的厚度Δd的量(图7)。反复进行这样的操作，逐渐层叠单位层，从而能够制造与三维CAD数据对应的造形物。
此外，三维造形装置100还具备等离子体照射机构70。等离子体照射机构70是对单位层的表面进行等离子体照射的机构。等离子体照射机构70例如具备：等离子体发生部71，其具备产生等离子体的机构(图3)；以及气体贮存部，其贮存向上述等离子体发生部供给的气体(未图示)。在本实施方式中，等离子体照射机构70组装于三维造形装置100，但也可以准备独立于三维造形装置100的等离子体照射机构。另外，也可以将这样的独立的等离子体照射机构与控制部40连接，通过控制部40进行驱动。
图3是示意性地表示等离子体照射机构70中的等离子体发生部71的截面(沿着ZX平面的截面)的图。
如图3所示，等离子体发生部71具备气体供给室72。气体供给室72的一个端部成为气体供给口77。气体供给口77借助未图示的气体供给管而与未图示的气体贮存部连接。在气体供给室72的另一个端部形成有等离子体照射喷嘴75。等离子体照射喷嘴75设置为与工作台10对置(参照图6)。在气体供给室72内气体从气体供给口77朝向等离子体照射喷嘴75送入。即，在气体供给室72内产生从上游的气体供给口77朝向下游的等离子体照射喷嘴75的气体流。
在气体供给室72的另一个端部侧(接近等离子体照射喷嘴75的位置)设置有电极对73。电极对73构成为包括：设置于-X轴方向侧的第一电极73a、和设置于+X轴方向侧的第二电极73b。电极73a以及电极73b连接于电源74。
若通过电源74对电极73a以及电极73b施加电压，则在电极73a与电极73b之间(放电部分D)产生放电。在该状态下，通过向气体供给室72供给气体，使气体在电极73a以及电极73b之间通过，从而产生气体的等离子体。即，气体的至少一部分进行等离子体化。这样产生的等离子体被从等离子体照射喷嘴75朝向单位层的表面照射。放电部分D不与单位层的表面接触。这样的使放电部分D不与照射等离子体的对象物接触来照射等离子体的方式，被称为远程喷射方式。另一方面，放电部分D与照射等离子体的对象物接触的方式，被称为直接方式。本实施方式以及以下说明的全部实施方式的造形装置，均具备远程喷射方式的等离子体照射机构，但取而代之，也可以具备直接方式的等离子体照射机构。
等离子体照射喷嘴75与所形成的单位层的距离，只要在能够将产生的等离子体向单位层照射的范围内，则不做特别地限定，但例如能够为0.5mm以上且10mm以下。
作为产生等离子体时的电量，只要能够从所供给的气体产生等离子体，则不做特别地限定，但例如能够为100Wh以上且200Wh以下。
作为产生等离子体时电源74的频率，只要能够从所供给的气体产生等离子体，则不做特别地限定，但例如为50kHz以上且2.45GHz以下。
向气体供给室72供给的气体，与等离子体处理的目的、即欲通过等离子体的照射而怎样或者以何种程度改质表面对应地进行选择。可以是由一种气体构成的单一气体，也可以是将两种以上的气体混合而得到的混合气体。作为这样的气体的材料，例如能够列举氧(O2)、空气(至少包含氮(N2)以及氧(O2))、水蒸气(H2O)、一氧化二氮(N2O)、氨(NH3)、包含氟原子(F)的气体、氩(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、氮(N2)等惰性气体等。
若利用惰性气体，在包含惰性气体的气氛下实施等离子体处理，则能够使等离子体的供给稳定化、或以低温产生等离子体。其结果能够降低对树脂材料30的热损伤。
若利用氧，在包含氧的气氛下实施等离子体处理，则能够对单位层的表面附加羟基。因此能够放大单位层的表面的润湿扩散，并对其进行控制，从而能够提高造形物50的加工精度。
若利用氟，在包含氟的气氛下实施等离子体处理，则能够对单位层的表面附加防液性。因此能够缩小单位层的表面的润湿扩散，并对其进行控制，从而能够提高造形物50的加工精度。
供给至气体供给室72的气体的流量，能够根据气体供给室72的容量、气体的种类、树脂材料30的种类、造形速度等而适当地设定，从而不做特别地限制。
此外，图3的等离子体照射机构70具备排气管76，该排气管76对等离子体照射喷嘴75附近的多余气体进行吸引，并在远离等离子体照射喷嘴75的位置排出多余气体。在图3的例子中，排气管76在气体供给室72的-X轴方向侧具备：沿着气体供给室72设置的第一排气管76a，在气体供给室72的+X轴方向侧具备：沿着气体供给室72设置的第二排气管76b。在排气管76的一方个端部设置有进气口78，在另一个端部设置有排气口79。进气口78设置于等离子体照射喷嘴75的附近，排气口79设置于远离等离子体照射喷嘴75的位置。通过排气管76对多余气体进行吸引、排出，并且进行等离子体照射，从而能够使从等离子体照射喷嘴75所放射的等离子体照射范围合理化，并且能够对预期的范围进行局部处理。排气管76的设置位置只要是能够适当地实施多余气体的吸引和排出的位置即可，不限定于图3所记载的位置。
图4是示意性地表示在对造形物50进行造形的中途，等离子体照射机构70对单位层的表面照射等离子体的状态的俯视图。等离子体照射机构70在板状电极73a、73b之间具有沿Y轴方向延伸的管道状的等离子体照射部75。等离子体照射部75的Y轴方向的长度成为能够覆盖在工作台10上被造形的造形物50的Y轴方向的整个区域的长度。另外，等离子体照射机构70以等离子体照射部75能够覆盖造形物50的X轴方向的整个区域的方式，沿X轴方向扫描。在图4的例子中，等离子体照射机构70具备沿Y轴方向延伸的等离子体照射部75，并沿X轴方向扫描。代替这样的等离子体照射机构70，也可以具备沿X轴方向延伸的等离子体发生部，并利用沿Y轴方向扫描的等离子体照射机构。另外，图4的等离子体照射机构70具备一列等离子体照射机构70，但从使等离子体照射量增加的观点来看，也可以具备多列等离子体照射机构。另外，作为等离子体照射机构存在以下两种，即：具备图4所示的管道状的等离子体照射部75并沿一个方向扫描的行式照射机构、和具备点状的等离子体照射部并沿X轴方向和Y轴方向这两个方向扫描的串行式照射机构。本实施方式以及以下说明的全部实施方式的造形装置，均具备行式等离子体照射机构，但取而代之，也可以具备串行式等离子体照射机构。
在本实施方式的三维造形装置100中，等离子体照射机构70是在大气压下产生等离子体并进行照射的、所谓的大气压等离子体照射机构。在以下说明的全部实施方式的造形装置中也相同。在本实施方式以及以下说明的全部实施方式的制造装置中，也可以采用改变成大气压等离子体照射机构，在减压下、真空下产生等离子体并进行照射的、所谓的减压等离子体照射机构、真空等离子体照射机构。减压等离子体处理在减压气氛下进行，真空等离子体处理在真空气氛下进行。因此在采用减压或者真空等离子体照射机构的情况下，在进行等离子体的照射时，需要另外设置用于至少对造形中途的造形物50进行收纳的腔室、和对该腔室内进行减压的减压装置。因此在采用减压等离子体照射机构、真空等离子体照射机构的情况下，造形装置容易大型化。另一方面，若采用大气压等离子体照射机构，则不需要设置腔室、减压装置，从而存在能够实现装置的小型化的优点。另外，还具有能够用一台制造装置来集中地实施供给材料、形成单位层、照射等离子体之类的用于制造造形物的一系列的工序的优点。
1.1.3.造形物的制造方法
图5是表示第一实施方式所涉及的造形物的制造方法中的造形工序的一个例子的流程图。图6是示意性地表示第一实施方式的等离子体照射工序的说明图。图7是示意性地表示第一实施方式的移动工序的说明图。
如图1所示，第一实施方式所涉及的造形物的制造方法具有以下工序：三维数据准备工序(S101)、切片数据制作工序(S102)以及造形工序(S103)。三维数据准备工序(S101)以及切片数据制作工序(S102)如上所述，因此省略说明。
例如如图5所示，造形工序(S103)具有：供给材料步骤(S111)、形成单位层步骤(S112)、照射等离子体步骤(S113)、判断有无下一层的步骤(S114)、以及移动步骤(S115)。反复实施这些步骤，由此能够完成造形物。反复进行步骤的次数与切片数据的个数对应。
在供给材料步骤(S111)中，将已熔融的树脂材料30供给至工作台10。若更加详细地进行说明，则首先，将线状的树脂材料30供给至喷嘴20的上端。接着，通过设置于喷嘴20内部的加热机构，将树脂材料30加热至玻璃转移温度(Tg)以上的温度而使其熔融。将该已熔融的树脂材料30，从位于喷嘴20的下端的开口部朝向工作台10的上表面供给。此处，“供给”是指：如将刷牙粉从管中挤出并载置于牙刷上那样，将已熔融的树脂材料30缓慢地载置于工作台10的上表面。
在形成单位层步骤(S112)中，由已熔融的树脂材料30形成单位层。若更加详细地进行说明，则一边使喷嘴20沿XY方向移动、一边由已熔融的树脂材料30以一笔画的要领形成单位层。此时，喷嘴20以成为与切片数据对应的预期的形状的方式，供给已熔融的树脂材料30。树脂材料30为热塑性树脂，因此若成为玻璃转移温度以下的温度，则自然地固化，但也可以通过冷却来加快固化的速度。通过以这样的方式来形成单位层。另外，如图2所示，将此时Z轴方向的从工作台10的上表面至喷嘴20的开口部的距离设为d1。
在照射等离子体步骤(S113)中，如图6所示，使用等离子体照射机构70来照射等离子体。通过等离子体的照射，来改质单位层的表面。关于表面改质的效果，详见后述。
在判断有无下一层的步骤(S114)中，在形成单位层结束的时刻，判断是否需要形成下一个单位层。在不需要形成下一个单位层的情况下，完成三维的造形物。
在需要形成下一个单位层的情况下，执行接下来的移动步骤(S115)。在移动步骤(S115)中，如图7所示，使工作台10沿Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。代替使工作台10向-Z方向移动，也可以使喷嘴20向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。通过执行移动步骤(S115)，从而Z轴方向的从工作台10的上表面至喷嘴20的开口部的距离d2成为d1+Δd。由此在形成单位层的过程中，能够将喷嘴20与造形中途的造形物50的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
另外，在移动步骤(S115)中，在喷嘴20向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)的情况下，也使等离子体照射机构70向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。另一方面，在工作台10向-Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)的情况下，等离子体照射机构70不沿Z轴方向移动。据此，在形成单位层的过程中，能够将等离子体照射机构70与造形中途的造形物50的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
如以上说明的那样，本实施方式的三维造形装置具备等离子体照射机构70。另外，本实施方式的造形方法包括照射等离子体步骤(S113)。通过等离子体照射机构70，对单位层的表面实施等离子体处理，由此能够使单位层的表面的状态、性质发生变化。例如，通过等离子体处理，能够获得适当地破坏单位层的表面而带来的锚效果、切断单位层表面的聚合结合的效果。这样，在表面改质后的单位层上附加构成下一个单位层的树脂材料，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层的层叠界面的润湿性进行控制，也提高加工精度。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在本实施方式中，照射等离子体步骤(S113)在形成前面的单位层结束后(步骤S112后)来实施，但也能够在其他时机实施。例如，也可以在步骤S114与S115之间、S115与S111之间实施。即，等离子体处理能够在形成前面的单位层结束后(形成第n层的S112结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S111前)实施。另外，照射等离子体步骤(S113)也可以在形成单位层的中途(形成第n层的步骤S112的中途)实施。等离子体处理只要在形成前面的单位层结束后(形成第n层的S112结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S111之前)，以及形成单位层的过程中(形成第n层的S112的中途)中的至少一个时机实施即可。
此外，作为放电处理的一个例子，对等离子体处理(等离子体的照射)进行了说明，但也可以代替等离子体照射机构而形成电晕放电机构。即，放电处理不限定于等离子体处理(等离子体的照射)，也可以为电晕放电处理。作为电晕放电机构，能够使用日本特开2010-241999号公报、日本特开2005-235448号公报、日本特开2003-300029号公报所公开的电晕放电机构。具体而言，具有与上述的远程喷射方式相同的机构，例如能够列举出在气体流路的中央部和外周边部配置有内外一对放电电极，并向该气体流路导入气体，并且对一对放电电极施加高电压，从而生成电晕放电，并吹送通过该电晕放电所生成的气体流的方式等。在以下说明的全部实施方式中也相同。
1.2.第二实施方式
在第二实施方式中，对使用了粉末固化层叠法的造形物的制造方法进行说明。粉末固化层叠法是指反复进行将粉末状的树脂以层状供给并使其局部固化的工序，由此制造造形物的方法。以下，按顺序对在第二实施方式中使用的树脂材料、三维造形装置的结构、第二实施方式所涉及的造形物的制造方法进行说明。
1.2.1.树脂材料
作为所使用的树脂材料，能够使用公知的材料。作为这样的树脂材料，例如能够列举聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环状烯烃系树脂、丙烯酸树脂、结晶性透明树脂等。
在第二实施方式中所使用的树脂材料只要是粉末状即可。从使粒子具有流动性的观点来看，树脂材料的体积平均粒子直径优选为1～200μm，更优选为5～120μm，特别优选为10～100μm。体积平均粒子直径能够使用日机装株式会社制造的型号“Micro track MT3300”进行测定。
1.2.2.装置结构
图8是示意性地表示在第二实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。如图8所示，三维造形装置200具有：用于对三维物体进行造形的加工部110、和用于供给成为材料的粉末状的树脂材料(以下，也称为“树脂粉末”。)的供给部120。
如图8所示，加工部110具备柱状的第一空间112以及工作台113。在将第一空间112作为几何学的柱来把握的情况下，该柱具有沿着XY平面的上表面、底面以及沿着Z轴方向的侧面。第一空间112在+Z方向的端部具有与XY平面平行的开口部111。工作台113是用于对三维物体进行造形的作业面。工作台113设置于第一空间112的-Z方向侧。工作台113的上表面与XY平面平行。工作台113构成为能够在第一空间112内向-Z方向移动。
供给部120具备柱状的第二空间122以及活塞123。在将第二空间122作为几何学的柱来把握的情况下，该柱具有沿着XY平面的上表面、底面以及沿着Z轴方向的侧面。第二空间122在+Z方向的端部具有与XY平面平行的开口部121。活塞123设置于第二空间122的-Z方向侧。活塞123的上表面与XY平面平行。活塞123构成为能够在第二空间122内沿+Z方向移动。成为材料的树脂材料粉末收纳于开口部121与活塞123的上表面之间。活塞123在规定的时机内将树脂粉末向+Z方向顶起。被顶起的树脂粉末从第二空间122向+Z方向稍微露出。
三维造形装置200具有：连接面130，其对加工部110的第一空间112的开口部111与供给部120的第二空间122的开口部121进行连接；供给机构140，其用于将树脂粉末从供给部120向加工部110供给。
连接面130是对加工部110的开口部111与供给部120的开口部121进行连接的面。连接面130设置为与XY平面平行。连接面130作为用于将成为材料的树脂粉末从供给部120向加工部110移送的供给路发挥功能。
供给机构140是将树脂粉末从供给部120送入加工部110的机构。从俯视的供给部120观察，供给机构140通常设置于与连接面130的相反面131上。面131设置为与XY平面平行。在本实施方式中，供给机构140为具有沿着Y方向的圆柱形状的辊。辊一边与连接面130接触、一边旋转，并且与XY平面平行地移动。辊从供给部120侧向加工部110侧移动，由此从供给部120的第二空间122向+Z轴方向露出的树脂粉末，被送入加工部110的第一空间112。辊在将树脂粉末送入加工部110的第一空间112后，返回到原来的位置。供给机构140只要具备将树脂粉末从供给部120送入加工部110的功能即可，因此例如也可以置换成如刮板那样不伴随旋转的部件。
三维造形装置200具有能量照射机构150，其对送入到加工部110的树脂粉末选择性地照射能量。
能量照射机构150具有：产生光或热等能量的能量源151、和将从能量源151供给的能量朝向加工部110的开口部111照射的反射镜152。能量源151由例如激光、紫外线光源、加热器等构成。反射镜152设置有对能量的照射角度进行调节的机构，使能量沿±X方向和±Y方向扫描。反射镜152以成为基于切片数据的预期的形状的方式，来调节照射能量的角度，并使树脂粉末局部地固化。作为固化的方法，例如能够列举出利用树脂粉末的聚合反应的方法、在使树脂粉末熔融后进行冷却而使其固化的方法等。
反射镜152也可以置换成沿一个方向扫描的行式头、沿两个方向扫描的串行头。行式头、串行头沿着XY平面移动。行式头、串行头一边沿供给至加工部110的开口部111的树脂粉末移动、一边对树脂粉末照射能量。只要能够对树脂粉末施加充分的能量，则也可以使用面照射类型的能量照射单元。
三维造形装置200具有基于切片数据，来控制各机构的控制部160。上述的加工部110、供给部120、供给机构140以及后述的等离子体照射机构170，由控制部160控制。控制部160在规定的时机顶起供给部120的活塞123，使树脂粉末向+Z方向稍微露出。另外，控制部160驱动供给机构140，使树脂粉末送入加工部110的第一空间112。另外，控制部160以成为基于切片数据的预期的形状的方式，使从能量源151供给的能量朝向加工部110的开口部111照射。控制部160在后述的规定的时机，驱动等离子体照射机构170来照射等离子体。控制部160在形成单位层后且在形成下一个单位层之前，使加工部110的工作台113向-Z轴方向移动单位层的厚度的大小。通过反复进行这样的操作来层叠单位层，从而能够制造与三维CAD数据对应的造形物。
此外，三维造形装置200具备等离子体照射机构170。等离子体照射机构170是一边沿着XY平面移动、一边对单位层的层叠界面照射等离子体的机构。关于等离子体照射机构170的构造等，包含变形例在内，与在第一实施方式中说明的等离子体照射机构70相同，因此省略说明。在本实施方式中，等离子体照射机构170组装于三维造形装置200，但也可以使独立于三维造形装置200的等离子体照射机构与控制部160连接，并由控制部160进行驱动。
1.2.3.造形物的制造方法
图9是表示第二实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。图10是示意性地表示第二实施方式的材料供给工序的说明图。图11是示意性地表示第二实施方式的单位层形成工序的说明图。图12是示意性地表示第二实施方式的等离子体照射工序的说明图。
如图1所示，第二实施方式所涉及的造形物的制造方法具有以下工序：三维数据准备工序(S101)、切片数据制作工序(S102)以及造形工序(S103)。三维数据准备工序(S101)以及切片数据制作工序(S102)如上述那样，因此省略说明。
例如如图9所示，造形工序(S103)具有：供给材料步骤(S121)、形成单位层步骤(S122)、照射等离子体步骤(S123)、判断有无下一层的步骤(S124)以及移动步骤(S125)。反复实施这些步骤，由此能够完成造形物。反复进行步骤的次数与切片数据的个数对应。
在供给材料步骤(S121)中，将树脂材料(树脂粉末180)供给至工作台113。首先，如图10所示，使供给部120的活塞123向+Z方向上升。于是，树脂粉末180从开口部121露出。驱动供给机构140，将从该开口部121露出的树脂粉末180挤出并向加工部110移送。在形成第一层时，加工部110的工作台113位于比连接面130稍靠-Z方向侧的位置。因此，树脂粉末以规定的厚度堆积在加工部110的工作台113上。
在形成单位层步骤(S122)中，对树脂材料(树脂粉末180)照射能量，由此形成单位层。具体而言，如图11所示，通过反射镜152对能量的照射角度进行调节，并且朝向堆积于工作台113上的树脂粉末180的层选择性地照射能量。这样，树脂粉末180的一部分固化，从而形成单位层。
如图12所示，在照射等离子体步骤(S123)中，使用等离子体照射机构170，在形成单位层结束后(在形成第n层的S122结束后)，照射等离子体。通过照射等离子体步骤(S123)，适当地破坏单位层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。其结果能够提高造形物的强度。在本实施方式中，照射等离子体步骤(S123)在形成前面的单位层结束后(步骤S122后)实施，但也能够在其他时机实施。例如，也可以在步骤S124与S125之间、S125与S121之间实施。即，等离子体处理只要在形成单位层结束后(形成第n层的S122结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S121前)的时机实施即可。
在判断有无下一层的步骤(S124)中，在单位层的形成结束的时刻，判断是否需要形成下一个单位层。在不需要形成下一个单位层的情况下，完成三维的造形物。
在需要形成下一个单位层的情况下，执行接下来的移动步骤(S125)。在移动步骤(S125)中，使工作台113向-Z方向移动单位层的厚度的大小。在使工作台113向-Z方向移动后，若执行接下来的供给材料步骤(S121)来供给树脂粉末180，则树脂粉末以规定的厚度堆积在通过上次供给材料步骤(S121)堆积于工作台113上的树脂粉末层的上方、以及通过上次形成单位层步骤(S122)所形成的单位层的上方。对该树脂粉末执行形成单位层步骤(S122)，从而形成下一个单位层。
在第二实施方式中，等离子体照射机构170不沿Z轴方向移动。据此，在形成单位层的过程中，能够将等离子体照射机构170与造形中途的造形物的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
如以上说明的那样，本实施方式的三维造形装置200具备等离子体照射机构170。另外，本实施方式的造形方法包括照射等离子体步骤(S123)。通过等离子体照射机构170对单位层的表面实施等离子体处理，由此能够使单位层的表面的状态、性质发生变化。例如，通过等离子体处理，能够获得适当地破坏单位层的表面而带来的锚效果、切断单位层的表面的聚合结合的效果。这样，在表面改质后的单位层上附加构成下一个单位层的树脂材料，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层的层叠界面的润湿性进行控制，也提高加工精度。其结果能够提高造形物的精度、强度。
1.3.第三实施方式
在第三实施方式中，对使用了粉末固定层叠法的造形物的制造方法进行说明。粉末固定层叠法是指：反复在将石膏、陶瓷、淀粉、金属等粉末状的基材以层状供给后，局部地涂覆使这些基材彼此粘接的液体材料(也称为粘接剂)，并对该液体材料施加能量而使其固化的工序，由此制造造形物的方法。液体材料是树脂材料。以下按顺序对在第三实施方式中使用的原材料、三维造形装置的结构、第三实施方式所涉及的造形物的制造方法、变形例进行说明。
1.3.1.原材料
作为所使用的基材，能够使用公知的材料，例如能够使用石膏、陶瓷、金属等粉末。从使粒子具有流动性的观点来看，成为基材的粉末的体积平均粒子直径优选为1～200μm，更优选为5～120μm，特别优选为10～100μm。体积平均粒子直径能够使用日机装株式会社制造的型号“Micro track MT3300”进行测定。
作为粘接剂，只要是能够使粉末状的基材粘接的液状的材料，则不做特别地限制，但优选通过紫外光开始聚合的固化液。另外，若与空气中的水分(或者氧等)接触，则也能够使用迅速开始聚合的固化液等液体材料。
1.3.2.装置结构
图13是示意性地表示在第三实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。图14是示意性地表示在第三实施方式中使用的三维造形装置的涂覆机构以及能量照射机构的俯视图。如图13所示，三维造形装置300具有：加工部210用，其于对三维物体进行造形；以及供给部220，其用于供给成为材料的粉末状的基材(以下，也简称为“基材”)。
如图13所示，加工部210具备：柱状的第一空间212、以及工作台213。在将第一空间212作为几何学的柱来把握的情况下，该柱具有沿着XY平面的上表面、底面以及沿着Z轴方向的侧面。第一空间212在+Z方向的端部具有与XY平面平行的开口部211。工作台213为用于对三维物体进行造形的作业面。工作台213设置于第一空间212的-Z方向侧。工作台213的上表面与XY平面平行。工作台213构成为能够在第一空间212内向-Z方向移动。
供给部220具备：柱状的第二空间222、以及活塞223。在将第二空间222作为几何学的柱来把握的情况下，该柱具有沿着XY平面的上表面、底面以及沿着Z轴方向的侧面。第二空间222在+Z方向的端部具有与XY平面平行的开口部221。活塞223设置于第二空间222的-Z轴方向侧。活塞223的上表面与XY平面平行。活塞223构成为能够在第二空间222内向+Z方向移动。成为材料的基材收纳于开口部221与活塞223的上表面之间。活塞223在规定的时机，将基材向+Z方向顶起。被顶起的基材从第二空间222向+Z方向稍微露出。
三维制造装置300具有：连接面230，其对加工部210的第一空间212的开口部211和供给部220的第二空间222的开口部221进行连接；供给机构240，其用于将基材从供给部220向加工部210供给。
连接面230是对加工部210的第一空间212的开口部211与供给部220的第二空间222的开口部221进行连接的面。连接面230设置为与XY平面平行。连接面230作为用于将成为材料的基材从供给部220向加工部210移送的供给路发挥功能。
供给机构240是将基材从供给部220送入加工部210的机构。从俯视的供给部220观察，供给机构240通常设置于与连接面230的相反面231上。面231设置为与XY平面平行。在本实施方式中，供给机构240是具有沿着Y方向的圆柱形状的辊。辊一边与连接面230接触、一边旋转，并且与XY平面平行地移动。辊从供给部220侧向加工部210侧移动，由此从供给部220的第二空间222向+Z轴方向露出的基材被送入加工部210的第一空间212。辊在将基材送入加工部210的第一空间212后，返回到原来的位置。供给机构240只要具备将基材从供给部220送入加工部210的功能即可，因此也可以置换成例如如刮板那样不伴随旋转的部件。
三维造形装置300具有：涂覆机构250，其用于对送入到加工部210的基材选择性地涂覆粘接剂(液体材料)；能量照射机构252，其对所涂覆的粘接剂照射能量。
涂覆机构250是用于对送入到加工部210的基材选择性地涂覆粘接剂的机构。涂覆机构250沿着XY平面移动。涂覆机构250一边移动、一边对供给至加工部210的开口部211的基材选择性地涂覆粘接剂。涂覆机构250例如能够由喷墨头构成。
能量照射机构252是对被涂覆机构250涂覆的粘接剂照射能量而使其固化的机构。能量照射机构252沿着XY平面移动。能量照射机构252由紫外线等光源、加热器等热源构成。作为固化的方法，例如能够列举利用树脂材料的聚合反应的方法等。能量照射机构252也可以是沿X方向以及Y方向的任意一方向扫描的行式头，也可以是沿X方向以及Y方向这两个方向扫描的串行头。若能够对粘接剂施加充分的能量，则也可以使用面照射类型的能量照射单元。灵外，在图13的例子中，记载有使涂覆机构250与能量照射机构252一体化，但也可以不使涂覆机构250与能量照射机构252一体化而是形成为单独的结构。
图14是示意性地表示在第三实施方式中使用的三维造形装置的涂覆机构以及能量照射机构的俯视图。在图13的例子中，涂覆机构250与能量照射机构252一体化，但如图14所示，成为沿着Y方向的行式头，从而涂覆机构250以及能量照射机构252分别配置为沿Y方向形成一列。涂覆机构250设置于-X侧。涂覆机构250的用于涂覆粘接剂的喷嘴，以沿Y方向形成一列的方式设置有多个。能量照射机构252设置于+X侧。能量照射机构252的用于照射能量的光源(例如LED)、照射热源的单元，以沿Y方向形成一列的方式设置有多个。
三维造形装置300具有基于切片数据对各机构进行控制的控制部260。上述的加工部210、供给部220、供给机构240、涂覆机构250、能量照射机构252以及后述的等离子体照射机构270，由控制部260控制。控制部260在规定的时机顶起供给部220的活塞223，使基材向+Z方向稍微露出。另外，控制部260驱动供给机构240，使基材送入加工部210的第一空间212。另外，控制部260以成为基于切片数据的预期的形状的方式，从涂覆机构250涂覆粘接剂，并使能量从能量照射机构252朝向加工部210的开口部211照射。控制部260在后述的规定的时机，驱动等离子体照射机构270来照射等离子体。在形成单位层后且在形成下一个单位层之前，控制部260使工作台213向-Z轴方向移动单位层的厚度的大小。通过反复进行这样的操作，逐渐层叠单位层，从而能够制造与三维CAD数据对应的造形物。
此外，三维造形装置300具备等离子体照射机构270。等离子体照射机构270是沿着XY平面一边移动、一边对粘接剂的表面、单位层的层叠界面照射等离子体的机构。关于等离子体照射机构270的结构等，包括变形例在内，也与在第一实施方式中说明的等离子体照射机构70相同，因此省略说明。在本实施方式中，等离子体照射机构270组装于三维造形装置300，但也可以使独立于三维造形装置300的等离子体照射机构与控制部260连接，并由控制部260进行驱动。
1.3.3.造形物的制造方法
图15是表示第三实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。图16是示意性地表示第三实施方式的材料供给工序的说明图。图17是示意性地表示第三实施方式的单位层形成工序的说明图。图18是示意性地表示第三实施方式的等离子体照射工序的说明图。
如图1所示，第三实施方式所涉及的造形物的制造方法具有以下工序：三维数据准备工序(S101)、切片数据制作工序(S102)以及造形工序(S103)。三维数据准备工序(S101)以及切片数据制作工序(S102)如上述那样，因此省略说明。
例如如图15所示，造形工序(S103)具有：供给材料步骤(S131)、涂覆粘接剂步骤(S132)、照射等离子体步骤(S133)、照射能量步骤(S134)、判断有无下一层的步骤(S135)以及移动步骤(S136)。反复实施这些步骤，由此能够完成造形物。反复进行步骤的次数与切片数据的个数对应。
在供给材料步骤(S131)中，将基材280供给至工作台213。如图16所示，若使供给部220的活塞223向+Z方向上升，则基材280从开口部221露出。驱动供给机构240，将从该开口部221露出的基材280挤出并向加工部210移送。在形成第一层时，加工部210的工作台213位于比连接面230稍靠-Z方向侧的位置。因此基材以规定的厚度堆积在加工部210的工作台213上。
在涂覆粘接剂(树脂材料)步骤(S132)中，对供给至工作台213上的基材280选择性地涂覆粘接剂(树脂材料)。具体而言，如图17所示，一边使涂覆机构250沿着XY平面移动，一边朝向堆积于工作台213上的基材280的层选择性地涂覆粘接剂。在照射能量步骤(S134)中，如图16所示，在涂覆了粘接剂后，通过能量照射机构252照射能量。这样通过使粘接剂固化，从而形成单位层。
在照射等离子体步骤(S133)中，如图18所示，使用等离子体照射机构270来照射等离子体。等离子体的照射只要在以下的时机A以及B中的至少一个时机实施即可。
A：在形成单位层结束后(形成第n层的S134结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S131之前)的时机(图15的步骤S133A)
B：在形成单位层的中途，在涂覆粘接剂步骤(S132)后且在照射能量步骤(S134)之前的时机(图15的步骤S133B)
图18示出在上述A的时机(图15的步骤S133A)实施等离子体照射的情况下照射等离子体的工序。
通过在上述A的时机等实施离子体照射步骤(S133A)，适当地破坏单位层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，由此提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，在照射等离子体步骤(S133A)中，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层的层叠界面的润湿性进行控制，也提高加工精度。在图15中，步骤S133A在形成前面的单位层结束后(步骤S134后)实施，但也能够在其他时机实施。例如，也可以在步骤S135与S136之间、S136与S131之间实施。
等离子体的照射也可以在上述B的时机(图15的步骤S133B)实施。图19示出在上述B的时机(图15的步骤S133B)实施等离子体的照射的情况下涂覆粘接剂的工序(图15的步骤S132)、照射等离子体工序(图15的步骤S133B)、以及照射能量工序(图15的步骤S134)。另外，在图19中仅示出三维造形装置300A的一部分。图19所示的三维造形装置300A与图13等所示的三维造形装置300的不同点在于：涂覆机构250和能量照射机构252独立地构成。除此以外，与三维造形装置300相同。
通过在上述B的时机实施照射等离子体步骤(S133B)，由通过放电处理而产生的自由基，在液体材料表面形成较薄的固化膜，因此能够期待液体材料的钉扎效应。另外，在使液体材料固化后所形成的糊剂层容易变得均匀。并且在粘接剂为因放射线而固化的材料的情况下，在涂覆粘接剂后且在使该粘接剂固化之前进行放电处理，从而能够降低粘接剂表面的氧导致的聚合阻碍，因此提高粘接剂的基于放射线的固化性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在判断有无下一层的步骤(S135)中，在单位层的形成结束的时刻，判断是否需要形成下一个单位层。在不需要形成下一个单位层的情况下，完成三维的造形物。
在需要形成下一个单位层的情况下，执行接下来的移动步骤(S136)。在移动步骤(S136)中，使工作台213向-Z方向移动单位层的厚度的大小。在使工作台213向-Z方向移动后，若执行接下来的供给材料步骤(S131)来供给基材280，则基材280以规定的厚度堆积在通过上次的供给材料步骤(S131)堆积于工作台213上的基材层的上方、以及通过上次的形成单位层步骤所形成的单位层的上方。对该基材执行S132～S134，从而形成下一个单位层。
在第三实施方式中，等离子体照射机构270不沿Z轴方向移动。据此，在形成单位层的过程中，能够将等离子体照射机构270与造形中途的造形物的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
如以上说明的那样，本实施方式的三维制造装置300具备等离子体照射机构270。另外，本实施方式的造形方法包括照射等离子体步骤S133(S133A以及S133B)。通过等离子体照射机构270在上述A的时机(S142A)、上述B的时机(S142B)实施放电处理，从而能够分别获得上述那样的效果。
通过在形成单位层结束后(形成第n层的S134结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S131之前)的时机，实施照射等离子体步骤(S133A)，适当地破坏单位层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，在照射等离子体步骤(S133)中，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层的层叠界面的润湿性进行控制，也提高加工精度。其结果能够提高造形物的精度、强度。
通过在涂覆粘接剂步骤(S132)后且在照射能量步骤(S134)之前的时机，实施照射等离子体步骤(S133B)，由通过放电处理所产生的自由基，在液体材料表面形成较薄的固化膜，因此能够期待液体材料的钉扎效应。另外，在使液体材料固化后所形成的糊剂层容易变得均匀。进而，在粘接剂为因放射线而固化的材料的情况下，在涂覆粘接剂后且在使该粘接剂固化之前，进行放电处理，从而能够降低粘接剂表面的氧所导致的聚合阻碍，因此提高粘接剂的基于放射线的固化性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
1.3.4.第三实施方式的变形例
在图13等所示的三维造形装置300中，涂覆机构250与能量照射机构252一体化，但也可以分别独立地构成。另外，也可以使涂覆机构250、能量照射机构252、等离子体照射机构270全部一体化。另外，在图19所示的三维造形装置中，单独地构成涂覆机构250A、能量照射机构252A以及等离子体照射机构270A，但也可以使涂覆机构250与等离子体照射机构270一体化、使等离子体照射机构270与能量照射机构252一体化、使全部一体化。另外，构成这些机构的头，可以为沿X方向以及Y方向的任意一方向扫描的行式头，也可以为沿X方向以及Y方向这两个方向扫描的串行头。
1.4.第四实施方式
在第四实施方式中，对使用了糊剂法的造形物的制造方法进行说明。糊剂法是指：反复以不使成为造形物的主要构成材料的粉末状的基材飞散的方式，将该基材与两亲性固体聚合物等混合而形成糊剂状并进行供给后，局部地涂覆使糊剂内的基材彼此粘接的液体材料(也称为粘接剂)，并对该液体材料施加能量而使其固化的工序，由此制造造形物的方法。糊剂包含树脂材料。粘接剂为树脂材料。以下，按顺序对在第四实施方式中使用的原材料、三维造形装置的结构、第四实施方式所涉及的造形物的制造方法进行说明。
1.4.1.原材料
作为所使用的粉末状的基材，能够使用公知的材料，例如能够使用丙烯酸树脂粉末、硅酮树脂粉末、丙烯酸硅酮树脂粉末、聚乙烯树脂粉末、聚乙烯丙烯酸共聚合树脂粉末、淀粉等有机粒子；石膏、陶瓷、金属、二氧化硅等无机粒子。这些有机粒子以及无机粒子可以呈球状，也可以为多孔质。
作为用于附加粘性的两亲性聚合物能够列举聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、卡拉胶、黄原胶等。
通过捏合机等搅拌机对基材、两亲性聚合物、水系介质、根据需要为消泡剂等添加剂进行搅拌，从而能够对造形用的糊剂进行调制。
作为使糊剂粘接的液体材料，只要为能够使糊剂固化的液状的材料，则不被特别地限制，但优选通过紫外光开始聚合的固化液。另外，若与空气中的水分(或者氧等)接触，则也能够使用迅速地开始聚合的固化液等液体材料。
1.4.2.装置结构
图20是示意性地表示在第四实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。如图20所示，三维造形装置400具有：加工部310，其用于对三维物体进行造形；供给机构320，其用于将成为材料的糊剂供给至加工部310。
如图20所示，加工部310具备：柱状的空间312、以及工作台313。在将空间312作为几何学的柱来把握的情况下，该柱具有沿着XY平面的上表面、底面以及沿着Z轴方向的侧面。空间312在+Z方向的端部具有与XY平面平行的开口部311。工作台313为用于对三维物体进行造形的作业面。工作台313设置于空间312的-Z方向侧。工作台313的上表面与XY平面平行。工作台313构成为能够在空间312内向-Z方向移动。
供给机构320具备：喷嘴322，其用于将成为材料的糊剂供给至加工部310；以及糊剂贮存部324。喷嘴322设置为相对于工作台313大致垂直(+Z方向)。另外，也可以在供给机构320设置使涂覆于工作台313上的糊剂的厚度平坦化的平坦化机构323。平坦化机构323由设置于喷嘴322的前端的刮板构成。平坦化机构323设置于喷嘴322的-X方向侧。如之后进行说明的图22所示，对于糊剂而言，一边使供给机构320向+X方向移动，一边从喷嘴322送出到加工部310上。平坦化机构323伴随着供给机构320的移动，一边抚平输出至加工部310上的糊剂的表面、一边移动。平坦化机构323一边抚平糊剂的表面、一边移动，由此能够使糊剂的厚度平坦化。平坦化机构323也可以由辊构成。平坦化机构323也可以设置为独立于喷嘴322。
另外，代替通过供给机构320的移动和平坦化机构323在工作台313上形成厚度均匀的糊剂层，也可以利用一边使工作台313旋转、一边向其中心供给糊剂的旋转涂敷法。
三维造形装置400具有：涂覆机构330，其用于对送入到加工部310的糊剂选择性地涂覆液体材料；能量照射机构340，其对涂覆的液体材料照射能量。
涂覆机构330是用于对送入到加工部310的糊剂层选择性地涂覆液体材料的机构。涂覆机构330沿着XY平面移动。涂覆机构330一边移动，一边对供给至加工部310的开口部311的糊剂层选择性地涂覆液体材料。涂覆机构330例如能够由喷墨头构成。
能量照射机构340是对被涂覆机构330涂覆的粘接剂照射能量而使其固化的机构。能量照射机构340沿着XY平面移动。能量照射机构340由紫外线等光源、加热器等热源构成。作为固化的方法，例如能够列举利用树脂材料的聚合反应的方法等。在图20的例子中，记载有使涂覆机构330与能量照射机构340一体化的结构，但也可以不使涂覆机构330与能量照射机构340一体化而是形成为独立的结构。
三维造形装置400具有基于切片数据对各机构进行控制的控制部350。上述的供给机构320、加工部310、涂覆机构330、能量照射机构340以及后述的等离子体照射机构360，由控制部350控制。控制部350驱动供给机构320，使糊剂供给至工作台313上。另外，控制部350以成为基于切片数据的预期的形状的方式，从涂覆机构330涂覆液体材料，并从能量照射机构340朝向加工部310的开口部311照射能量。控制部350在后述的规定的时机，驱动等离子体照射机构360来照射等离子体。控制部350在形成单位层后且在形成下一个单位层之前，使工作台313向-Z方向移动单位层的厚度的大小。通过反复进行这样的操作，层叠单位层，从而能够制造与三维CAD数据对应的造形物。
此外，三维造形装置400具备等离子体照射机构360。等离子体照射机构360是一边沿着XY平面移动、一边对糊剂层的表面、液体材料的表面、或者单位层的层叠界面照射等离子体的机构。关于等离子体照射机构360的结构等，包含变形例在内，也与在第一实施方式中说明的等离子体照射机构70相同，因此省略说明。在本实施方式中，等离子体照射机构360组装于三维造形装置400，但也可以使独立于三维造形装置400的等离子体照射机构与控制部350连接，并由控制部350进行驱动。
1.4.3.造形物的制造方法
图21是表示第四实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。图22是示意性地表示第四实施方式的材料供给工序的说明图。图23是示意性地表示第四实施方式的单位层形成工序的说明图。图24是示意性地表示第四实施方式的等离子体照射工序的说明图。
如图1所示，第四实施方式所涉及的造形物的制造方法具有以下工序：三维数据准备工序(S101)、切片数据制作工序(S102)、造形工序(S103)。三维数据准备工序(S101)以及切片数据制作工序(S102)如上述那样，因此省略说明。
例如如图21所示，造形工序(S103)具有：供给材料步骤(S141)、照射等离子体步骤(S142)、涂覆液体材料步骤(S143)、照射能量步骤(S144)、判断有无下一层的步骤(S145)、移动步骤(S146)以及清洗步骤(S147)。反复实施这些步骤，由此能够完成造形物。反复进行步骤的次数与切片数据的个数对应。
在供给材料步骤(S141)中，如图22所示，从喷嘴322的前端朝向工作台313的上表面供给糊剂370。此处，“供给”是指：一边使喷嘴322向+X方向移动，一边如将刷牙粉从管挤出并载置于牙刷的上方那样，将糊剂370缓慢地载置于工作台313的上表面。在本实施方式中，供给机构320具备沿Y方向延伸的行式的喷嘴322，一边使该喷嘴322向+X方向移动，一边供给糊剂370，由此在XY平面上形成四边形的糊剂层。喷嘴322也可以是串行式。在是串行式喷嘴的情况下，一边使喷嘴向+X方向与+Y方向移动，一边以一笔画的要领从喷嘴322的前端供给糊剂370。另外，在供给材料步骤(S141)中，平坦化机构323伴随着供给机构320的移动，一边抚平输出至加工部310上的糊剂的表面、一边移动。平坦化机构323一边抚平糊剂的表面、一边移动，由此使糊剂的厚度平坦化。在本实施方式中，一边供给糊剂370一边进行糊剂层的平坦化，但也可以在将糊剂370供给至工作台313上结束后，实施糊剂层的平坦化。
在涂覆液体材料步骤(S143)中，对供给至工作台313上的糊剂370选择性地涂覆液体材料。具体而言，如图23所示，一边使涂覆机构330沿着XY平面移动，一边朝向堆积于工作台313上的糊剂370的层选择性地涂覆液体材料。在照射能量步骤(S144)中，如图23所示，在涂覆液体材料后，通过能量照射机构340照射能量。这样，通过使液体材料固化，从而形成单位层。
在照射等离子体步骤(S142)中，如图24所示，使用等离子体照射机构360来照射等离子体。等离子体的照射只要在以下的时机A～C中的至少一个时机实施即可。
A：在形成单位层结束后(形成第n层的S144结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S141之前)的时机(图21的步骤S142A)
B：在形成单位层的中途，在涂覆液体材料步骤(S142)后且在照射能量步骤(S144)之前的时机(图21的步骤S142B)
C：在开始形成单位层前，在供给材料步骤(S141)后且在涂覆液体材料步骤(S142)之前的时机(图21的步骤S142C)
另外，图24示出在上述A的时机实施等离子体的照射的情况下照射等离子体工序。
通过在上述A的时机实施照射等离子体步骤(S143A)，适当地破坏单位层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，在照射等离子体步骤(S143A)中，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层界面的润湿性进行控制，提高加工精度。在图21中，步骤S143A在形成前面的单位层结束后(步骤S144后)实施，但也能够在其他时机实施。例如，也可以在步骤S145与S146之间、S146与S141之间实施。
通过在上述B的时机实施照射等离子体步骤(S143B)，由通过等离子体处理所产生的自由基，在液体材料表面形成较薄的固化膜，因此能够期待液体材料的钉扎效应。另外，在使液体材料固化后所形成的糊剂层容易变得均匀。此外，在液体材料为因放射线而固化的材料的情况下，能够降低液体材料表面的氧所导致的聚合阻碍，因此提高液体材料的基于放射线的固化性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在上述C的时机实施照射等离子体步骤(S143C)时，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对糊剂层与液体材料的润湿性以及浸透性进行控制。另外，能够整合糊剂层与固化后的液体材料的界面。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在判断有无下一层的步骤(S145)中，在单位层的形成结束的时刻，判断是否需要形成下一个单位层。
在需要形成下一个单位层的情况下，执行接下来的移动步骤(S146)。在移动步骤(S146)中，使工作台313向-Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。代替使工作台313向-Z方向移动，也可以使喷嘴322向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。通过执行移动步骤(S146)，从而在形成单位层的过程中，能够将喷嘴322与造形中途的造形物的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
另外，在移动步骤(S146)中，在喷嘴322向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)的情况下，等离子体照射机构360也向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。另一方面，在工作台313向-Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)的情况下，等离子体照射机构360不沿Z轴方向移动。据此，在形成单位层的过程下，能够将等离子体照射机构360与造形中途的造形物的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
在不需要形成下一个单位层的情况下，实施清洗步骤S147。在清洗步骤(S147)中，对未被粘接剂固定的糊剂进行冲洗。清洗步骤(S147)例如能够通过水洗进行。由此能够获得成为目标的造形物。
如以上说明的那样，本实施方式的三维造形装置400具备等离子体照射机构360。另外，本实施方式的制造方法包括照射等离子体步骤S142(S142A、S142B、S142C)。通过等离子体照射机构360，在上述A的时机(S142A)、上述B的时机(S142B)、上述C的时机(S142C)实施放电处理，由此能够分别获得上述的效果。
在图20等所示的三维造形装置400中，涂覆机构330与能量照射机构340一体化，但也可以分别独立地构成。另外，也可以使涂覆机构330、能量照射机构340、等离子体照射机构360全部一体化。另外，也可以使涂覆机构330与等离子体照射机构360一体化、使等离子体照射机构360与能量照射机构340一体化。另外，构成这些机构的头可以为沿X方向以及Y方向的任意一个方向扫描的行式头、也可以为沿X方向以及Y方向两个方向扫描的串行头。关于能量照射机构340，若能够对液体材料施加充分的能量，则也可以使用面照射类型的能量照射单元。
1.5.第五实施方式
在第五实施方式中，对使用了喷墨法的造形物的制造方法进行说明。喷墨法是指：反复将包含因光、热等能量而固化的树脂材料的油墨，以成为规定的形状的方式从喷墨头向工作台上排出并使其固化的工序，由此制造造形物的方法。以下，按顺序对在第五实施方式中使用的油墨、三维造形装置的结构、第五实施方式所涉及的造形物的制造方法进行说明。
1.5.1.油墨
作为所使用的油墨，能够使用包含因光、热等能量而固化的公知的树脂材料的油墨。具体而言，能够列举至少包含单官能团乙烯性不饱和单体、多官能团乙烯性不饱和单体等聚合性化合物、聚合引发剂，根据需要包含聚合禁止剂、表面活性剂、着色剂(颜料等)、防氧化剂、链转移剂、填充剂(金属粉、二氧化硅等)等的油墨。
1.5.2.装置结构
图25是示意性地表示在第五实施方式中使用的三维造形装置的概略的说明图。如图25所示，三维造形装置500具有用于对三维物体进行造形的工作台410。
如图25所示，工作台410是用于对三维物体进行造形的作业面。工作台410的上表面与XY平面平行。工作台410构成为能够向-Z方向移动。
三维造形装置500具有：将油墨射出至工作台410上的喷墨头420、和对所射出的油墨照射能量的能量照射机构430。
喷墨头420向工作台410上的规定的位置射出油墨。作为从喷墨头420的喷嘴射出油墨的方式能够列举以下方式。即，能够列举对喷嘴与载置于喷嘴的前方的加速电极之间施加强电场，而从喷嘴连续地排出液滴状的油墨，在油墨的液滴在偏转电极之间飞翔的期间将记录信息信号给予偏转电极并对其进行记录的方式或者使油墨的液滴不偏转而与记录信息信号对应地排出的方式(静电吸引方式)；通过小型泵对油墨施加压力，通过水晶振子等使喷嘴机械式地振动，从而强制地排出油墨的液滴的方式；通过压电元件对油墨同时施加压力与记录信息信号，从而排出·记录油墨的液滴的方式(压电方式)；以及根据记录信息信号并通过微小电极使油墨加热发泡，从而排出·记录油墨的液滴的方式(热阻抗值方式)等。油墨呈与切片数据对应的形状，被供给至工作台410上。
为了将油墨供给为与切片数据对应的形状，喷墨头420与工作台410以接下来的任一个方式构成。
(1)喷墨头420构成为能够沿X方向以及Y方向的双方移动。工作台410形成为在X方向以及Y方向被固定的结构。
(2)喷墨头420形成为能够沿X方向移动，且在Y方向被固定的结构。工作台410形成为能够沿Y方向移动，且在X方向被固定的结构。
(3)工作台410构成为能够沿X方向以及Y方向的双方移动。喷墨头420形成为在X方向以及Y方向被固定的结构。
(4)喷墨头420利用能够覆盖X方向的整体的行式的头。将该行式的头构成为能够沿Y方向移动。工作台410形成为在X方向以及Y方向被固定的结构。
(5)喷墨头420利用能够覆盖X方向的整体的行式的头。该行式的头形成为在X方向以及Y方向被固定的结构。工作台410构成为能够沿Y方向移动。
本实施方式的三维造形装置500采用上述(1)的结构。
在喷墨头420也可以一体地设置使射出至工作台410上的油墨层的厚度平坦化的平坦化机构。该平坦化机构也可以设置为与喷墨头420不同。作为平坦化机构，例如能够列举刮板那样的具有擦拭功能的机构。此外，在射出至工作台410上的油墨层的厚度的均匀性较高的情况下，不需要设置平坦化机构。
能量照射机构430是对射出的油墨照射能量而使其固化的机构。能量照射机构430沿着XY平面移动。能量照射机构430由紫外线等光源、加热器等热源构成。作为固化的方法，例如能够列举利用树脂材料的聚合反应的方法等。另外，在图25的例子中，记载有使喷墨头420与能量照射机构430一体化的例子，但也可以不使涂覆机构420与能量照射机构430一体化而是形成为独立的结构。
三维造形装置500具有基于切片数据对各机构进行控制的控制部440。上述的工作台410、喷墨头420、能量照射机构430、以及后述的等离子体照射机构450，由控制部440控制。控制部440以成为基于切片数据的预期的形状的方式驱动喷墨头420，使油墨射出至工作台410上。另外，控制部440从能量照射机构430朝向工作台410上的油墨层照射能量。控制部440在后述的规定的时机，驱动等离子体照射机构450来照射等离子体。控制部440在形成单位层后且在形成下一个单位层之前，使工作台410向-Z方向移动单位层的厚度的大小。通过反复进行这样的操作，层叠单位层，从而能够制造与三维CAD数据对应的造形物。
此外，三维造形装置500具备等离子体照射机构450。等离子体照射机构450是一边沿着XY平面移动、一边对油墨的表面、单位层的层叠界面照射等离子体的机构。关于等离子体照射机构450的构造等，包含变形例在内，也与在第一实施方式中说明的等离子体照射机构70相同，因此省略说明。在本实施方式中，等离子体照射机构450组装于三维造形装置500，但也可以将独立于三维造形装置500的等离子体照射机构与控制部440连接，并由控制部440进行驱动。
1.5.3.造形物的制造方法
图26是表示第五实施方式所涉及的造形物的制造方法的造形工序的一个例子的流程图。图27是示意性地表示第五实施方式的供给材料工序以及形成单位层工序的说明图。图28是示意性地表示第五实施方式的照射等离子体工序的说明图。
如图1所示，第五实施方式所涉及的造形物的制造方法具有三维数据准备工序(S101)、切片数据制作工序(S102)以及造形工序(S103)。三维数据准备工序(S101)以及切片数据制作工序(S102)如上述那样，因此省略说明。
例如如图26所示，造形工序(S103)具有：涂覆油墨步骤(S151)、照射等离子体步骤(S152)、照射能量步骤(S153)、判断有无下一层的步骤(S154)以及移动步骤(S155)。反复实施这些步骤，由此能够完成造形物。反复进行步骤的次数与切片数据的个数对应。
首先，在涂覆油墨步骤(S151)中，如图27所示，从喷墨头420朝向工作台410的上表面射出油墨。具体而言，一边使喷墨头420沿着XY平面移动，一边将油墨射出为与切片数据对应的形状。
在照射能量步骤(S153)中，如图27所示，在射出油墨后，通过能量照射机构430照射能量。这样通过使油墨层固化，从而形成单位层。在本实施方式中，一体地设置有能量照射机构430的喷墨头420为串行式的头420，一边沿X方向与Y方向移动、一边形成单位层。头420也可以为一边仅沿X方向或者Y方向中的一个方向移动、一边形成单位层的行式的头。
在照射等离子体步骤(S152)中，如图28所示，使用等离子体照射机构450来照射等离子体。只要等离子体的照射，在形成单位层结束后(在形成第n层的S153结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S151之前)的时机(图26的步骤S152A)、以及形成单位层的中途，在涂覆油墨步骤(S151)后且照射能量步骤(S153)之前的时机(图26的步骤S152B)中的至少一个时机实施即可。另外，图28示出在形成单位层结束后(在形成第n层的S153结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S151之前)的时机(图26的步骤S152A)，实施等离子体的照射的情况下照射等离子体的工序。
通过在形成单位层结束后(形成第n层的S153结束后)且在开始形成下一个单位层之前(开始形成第n+1层的S151之前)的时机(图26的步骤S152A)实施等离子体照射，由此在使油墨层固化后，形成于其上方的油墨层容易变得均匀。另外，适当地破坏因等离子体照射而固化后的油墨层的层叠界面而带来的锚效果、在切断表面的聚合结合后附加上层，从而提高单位层之间的界面强度(密接性)。另外，在照射等离子体步骤143A)中，选择与目的对应的气体种类，进行放电处理，从而能够对单位层界面的润湿性进行控制，提高加工精度。其结果能够提高造形物的精度、强度。在图26中，步骤S152A在形成之前的单位层结束后(步骤S153后)实施，但也能够在其他时机实施。例如，也可以在步骤S154与S155之间、S155与S151之间实施。
通过在形成单位层的中途，在涂覆油墨步骤(S151)后且在照射能量步骤(S153)之前的时机(图26的步骤S152B)实施等离子体的照射，由通过等离子体照射所产生的自由基，在油墨层表面形成较薄的固化膜，因此能够期待油墨的钉扎效应。另外，在使油墨固化后所形成的油墨层容易变得均匀。此外，在油墨为因放射线而固化的材料的情况下，能够降低氧的阻碍，因此提高基于放射线的固化性。其结果能够提高造形物的精度、强度。
在判断有无下一层的步骤(S154)中，在单位层的形成结束的时刻，判断是否需要形成下一个单位层。在不需要形成下一个单位层的情况下，完成三维的造形物。
在需要形成下一个单位层的情况下，执行接下来的移动步骤(S155)。在移动步骤(S155)中，使工作台410向-Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。代替使工作台410向-Z方向移动，也可以使喷墨头420向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。执行移动步骤(S155)，从而在形成单位层的过程中，能够将喷墨头420与造形中途的造形物的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
另外，在移动步骤(S155)中，在喷墨头420向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)的情况下，等离子体照射机构450也向+Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)。另一方面，在工作台410向-Z方向移动单位层的厚度的大小(Δd)的情况下，等离子体照射机构450不沿Z轴方向移动。据此，在形成单位层的过程中，能够将等离子体照射机构450与造形中途的造形物的相对于Z轴方向的距离始终设为恒定。
如以上说明的那样，本实施方式的三维造形装置500具备等离子体照射机构450。另外，本实施方式的制造方法包括照射等离子体步骤S152(S152A、S152B)。通过等离子体照射机构450，在上述的时机(S152A、S152B)实施放电处理，由此能够分别获得上述的效果。
在图25等所示的三维造形装置500中，能量照射机构430一体地设置于喷墨头420，但也可以分别独立地构成。另外，代替能量照射机构430，也可以将等离子体照射机构450一体地设置于喷墨头420。另外，也可以使能量照射机构430与等离子体照射机构450一体化、使等离子体照射机构450与喷墨头420一体化。另外，这些机构可以为沿X方向以及Y方向的任意一个向扫描的行式，也可以为沿X方向以及Y方向这两个方向扫描的串行式。关于能量照射机构430，只要能够对油墨施加充分的能量，则也可以使用面照射类型的能量照射单元。
1.5.4.变形例
在上述的第五实施方式的涂覆油墨步骤(S151)中，代替用于形成单位层的油墨，也可以射出用于形成辅助层的油墨。
在构成上层的单位层与构成下层的单位层的形状不同，并在构成上层的单位层的一部分存在未被下层支承的部分的情况下，需要通过辅助层对上述的部分进行支承。在这样的情况下，只要在涂覆油墨步骤(S151)中，从喷墨头420射出用于形成单位层的油墨、和用于形成辅助层的油墨，来形成单位层以及辅助层即可。
作为用于形成辅助层的辅助材料，能够使用包含因光、热等能量而固化的公知的树脂材料的油墨，但优选为对水、特定的溶剂的溶解性优越的油墨。辅助层不需要在造形物完成后形成，因此优选通过水、特定的溶剂(构成造形物的材料无法熔融，而能够仅使构成辅助层的材料熔融的溶剂)进行清洗，就能够简单地除去的材料。
2.实施例
以下，基于实施例对本发明进行具体地说明，但本发明不限定于这些实施例。
2.1.实施例1～4、比较例1～2
在实施例1～4、比较例1～2中，采用热熔融层叠法制造了三维的造形物。具体而言，首先，将下述的热塑性树脂供给至喷嘴的上端，通过设置于喷嘴的内部的加热机构进行加热，使热塑性树脂熔融。将该已熔融的热塑性树脂从喷嘴朝向工作台的上表面供给，而形成有单位层。接下来，使用下述的放电装置，在形成单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前的时机，以下述的条件进行放电处理。反复进行这样的操作，由此制造出三维的造形物。对所获得的造形物的拉伸强度以及弯曲强度进行了评价。将该结果一并示于表1。
三维造形装置
·Lunavast Prusa V2
热塑性树脂
·ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂
·PC(聚碳酸酯)树脂
·放电装置以及放电处理条件
·电晕类型；春日电机株式会社制造，型号“空气等离子体APW602f”，输出：1.5kVA，处理(扫描)速度：3cm/s，照射距离：10mm
·等离子体类型；图3所示的远程喷射式等离子体产生装置，气体种类：氧，气体流量：30L/min，照射距离：2.5mm，照射时间：0.8秒，电量：100Wh，频率：13.56MHz
评价方法
·拉伸强度；以ASTM D638为基准进行了评价。
·弯曲强度；以ASTM D638为基准进行了评价。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 比较例1 比较例2
热塑性树脂 ABS PC ABS PC ABS PC
放电处理 电晕类型 电晕类型 等离子体类型 等离子体类型 无 无
拉伸强度(MPa) 47.3 71.9 48.1 73.5 34.2 63.5
弯曲强度(MPa) 66.2 61.4 66.9 62.1 51.9 53.1
根据以上的结果，判明了进行放电处理所制造的造形物、与不进行放电处理所制造的造形物相比，在拉伸强度以及弯曲强度双方强度优越。
2.2.实施例5～7、比较例3
在实施例5～7、比较例3中，通过糊剂法制造出三维的造形物。具体而言，首先，如下述那样，对造形用浆液以及液体材料进行调制。从造形用浆液供给机构将造形用浆液涂覆至工作台上而形成有糊剂层。接下来，从喷墨喷嘴向糊剂层的上方且向规定的位置射出液体材料(无色油墨)。从搭载于滑架的横向的紫外线照射装置内的UV-LED照射照射强度为1W/cm2且峰值波长为395nm的紫外线而形成了单位层。接下来，使用下述的放电装置，在形成单位层结束后，且在开始形成下一个单位层前的时机内以下述的条件进行了放电处理。反复这样的操作，由此制造了三维的造形物。对所获得的造形物的拉伸强度以及弯曲强度进行了评价。将该结果一并示于表2。
三维造形装置
·具备了造形用浆液供给机构以及压电型喷墨喷嘴的喷墨记录装置造形用浆液
对丙烯酸硅酮树脂粉末(日信化学工业株式会社制造，商品名“Sharinu R-170S”，粒径30μm)7质量部，聚乙烯醇(日本J.V.P株式会社制造，商品名“Poval JP-05”，聚合度：500，皂化度：87.0～89.0)0.22质量部，消泡剂(DIC株式会社制造，商品名“Megafac F-477”)0.66质量部，离子交换水3.1质量部进行搅拌，从而调制了造形用浆液。
液体材料
·无色油墨
添加丙烯酸2-(2-乙烯氧基乙氧基)乙基(日本催化剂株式会社制造，商品名“VEEA”)20质量部，苯氧基乙酯(大阪有机化学株式会社制造，商品名“Viscoat#192”)35质量部，二丙二醇二丙烯酸酯(新中村化学工业株式会社制造，商品名“NK Ester APG-100”)34.6质量部，IRGACURE 819(BASF社制造，商品名，聚合引发剂)4质量部，DAROCURE TPO(BASF社制造，商品名，聚合引发剂)4质量部，KAYACURE DETX-S(日本化药株式会社制造，商品名，聚合引发剂)2质量部，氢醌单甲醚(关东化学株式会社制造，聚合禁止剂)0.2质量部，BYK-UV3500(BYK社制造，硅酮系表面活性剂)0.2质量部，通过高速水冷式搅拌机对其进行搅拌，从而调制了无色油墨。
·青色油墨
添加丙烯酸2-(2-乙烯氧基乙氧基)乙基(日本催化剂株式会社制造，商品名“VEEA”)20质量部，苯氧基乙酯(大阪有机化学株式会社制造，商品名“Viscoat#192”)35质量部，二丙二醇二丙烯酸酯(新中村化学工业株式会社制造，商品名“NK Ester APG-100”)31.6质量部，IRGACURE 819(BASF社制造，商品名，聚合引发剂)4质量部，DAROCURE TPO(BASF社制造，商品名，聚合引发剂)4质量部，KAYACURE DETX-S(日本化药株式会社制造，商品名，聚合引发剂)2质量部，氢醌单甲醚(关东化学株式会社制，聚合禁止剂)0.2质量部，BYK-UV3500(BYK社制造，硅酮系表面活性剂)0.2质量部，C.I.颜料蓝15：3(DIC株式会社制造，酞菁蓝)3质量部，通过高速水冷式搅拌机对其进行搅拌，从而调制了青色的油墨。
放电装置以及放电处理条件
·电晕类型；春日电机株式会社制造，型号“空气等离子体APW602f”，输出：1.5kVA，处理(扫描)速度：3cm/s，照射距离：10mm
·等离子体类型A；图3所示的远程喷射式等离子体产生装置，气体种类：氧，气体流量：30L/min，照射距离：2.5mm，照射时间：0.8秒，电量：100Wh，频率：13.56MHz
·等离子体类型B；图3所示的远程喷射式等离子体产生装置，气体种类：氮气，气体流量：30L/min，照射距离：2.5mm，照射时间：0.8秒，电量：100Wh，频率：13.56MHz
评价方法
·拉伸强度；以ASTM D638为基准进行了评价。
·弯曲强度；以ASTM D638为基准进行了评价。
表2
实施例5 实施例6 实施例7 比较例3
放电处理 电晕类型 等离子体类型A 等离子体类型B 无
拉伸强度(MPa) 48.1 49.9 46.8 39.2
弯曲强度(MPa) 33.5 34.2 32.9 21.5
根据以上的结果，判明了进行放电处理而被制造的造形物与不进行放电处理而被制造的造形物相比，强度在拉伸强度以及弯曲强度双方优越。
2.3.实施例8～10、比较例4
在实施例8～10、比较例4中，与上述相同地使用糊剂法而制造了造形物。放电处理的时机在形成糊剂层后，且在射出液体材料前，制造了2cm角的立方体，除此以外，与上述“实施例5～7、比较例3”相同地制造了造形物。另外，在深度距所获得的2cm角的立方体的上表面以及侧面的表面100μm的范围内，通过青色油墨打印了4点文字。4点文字的可视性的评价基准如以下那样。将该结果一并示于表3。
4点文字的可视性的评价基准
1：能够明确确认文字。
2：能够确认文字，但存在渗透。
3：无法确认文字。
表3
实施例8 实施例9 实施例10 比较例4
放电处理 电晕类型 等离子体类型A 等离子体类型B 无
拉伸强度(MPa) 41.2 44.6 40.1 39.2
弯曲强度(MPa) 28.3 29.4 27.3 21.5
4点文字的可视性 2 2 1 3
根据以上的结果，判明了进行放电处理而被制造的造形物与不进行放电处理而被制造的造形物相比，强度在拉伸强度以及弯曲强度双方优越。另外，判明了进行放电处理而被制造的造形物的4点文字的可视性良好，因此能够精密良好地进行加工。
本发明不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形。例如，本发明包括与在实施方式中进行了说明的结构实际上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的以及效果相同的结构)。另外，本发明包括置换在实施方式中进行了说明的结构的非本质的部分的结构。另外，本发明包括能够起到与在实施方式中进行了说明的结构相同的作用效果的结构或者实现相同的目的的结构。另外，本发明包括对在实施方式中进行了说明的结构附加公知技术的结构。
附图标记说明：10…工作台；20…喷嘴；30…树脂材料；40…控制部；50…造形物；70…等离子体照射机构；71…等离子体发生部；72…气体供给室；73…电极对；73a、73b…电极；74…电源；75…等离子体照射喷嘴；76(76a、76b)…排气管；77…气体供给口；78…进气口；79…排气口；100…三维造形装置；110…加工部；111…开口部；112…第一空间；113…工作台；120…供给部；121…开口部；122…第二空间；123…活塞；130…连接面；131…相反面；140…供给机构；150…能量照射机构；151…能量源；152…反射镜；160…控制部；170…等离子体照射机构；180…树脂粉末；200…三维造形装置；210…加工部；211…开口部；212…第一空间；213…工作台；220…供给部；221…开口部；222…第二空间；230…连接面；231…相反面；240…供给机构；250、250A…涂覆机构；252、252A…能量照射机构；260…控制部；270…等离子体照射机构；280…基材；300、300A…三维造形装置；310…加工部；311…开口部；312…空间；313…工作台；320…供给机构；322…喷嘴；323…平坦化机构；324…糊剂贮存部；330…涂覆机构；340…能量照射机构；350…控制部；360…等离子体照射机构；370…糊剂；400…三维造形装置；410…工作台；420…喷墨头；430…能量照射机构；440…控制部；450…等离子体照射机构；500…三维造形装置；D…放电部分。

Claims (10)

1.一种造形物的制造方法，在材料或者工序的一部分利用树脂材料，一边按照从第一层至第N层的顺序形成将造形物分离成N个层的单位层、一边进行层叠，由此制造造形物，该造形物的制造方法的特征在于，
在形成所述单位层的过程中，以及
在形成所述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
2.根据权利要求1所述的造形物的制造方法，其特征在于，
所述树脂材料是通过进行加热而熔融的热塑性树脂，
将已熔融的所述树脂材料供给至工作台上，通过使该树脂材料固化由此形成单位层。
3.根据权利要求1所述的造形物的制造方法，其特征在于，
所述树脂材料为粉末状，
将所述粉末状的树脂材料供给至工作台上，通过使该树脂材料局部固化，由此形成单位层，
在形成所述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前，进行放电处理。
4.根据权利要求1所述的造形物的制造方法，其特征在于，
在将粉末状的基材供给至工作台上之后，涂覆用于使所述基材彼此粘接的含有所述树脂材料的液体材料，通过使该液体材料固化，由此形成单位层，
在涂覆所述液体材料后且在使该液体材料固化前，以及
在形成所述单位层结束后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
5.根据权利要求1所述的造形物的制造方法，其特征在于，
在形成含有粉末状的基材的糊剂层后，在所述糊剂层上涂覆用于使所述基材彼此粘接的含有所述树脂材料的液体材料，通过使该液体材料固化，由此形成单位层，
在形成所述糊剂层后且在涂覆所述液体材料之前，
在涂覆所述液体材料后且在使所述液体材料固化之前，以及
在使所述液体材料固化后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
6.根据权利要求4或5所述的造形物的制造方法，其特征在于，
所述液体材料的涂覆通过以喷墨方式射出所述液体材料来进行。
7.根据权利要求1所述的造形物的制造方法，其特征在于，
通过以喷墨方式涂覆含有所述树脂材料的液体材料，并对所述液体材料赋予能量而使其固化，由此形成单位层，
在涂覆所述液体材料后且在使所述液体材料固化之前，以及
在使所述液体材料固化后且在开始形成下一个单位层之前中的至少一个时机进行放电处理。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的造形物的制造方法，其特征在于，
所述放电处理在含有惰性气体的气氛下进行。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的造形物的制造方法，其特征在于，
所述放电处理在含有氧的气氛下进行。
10.根据权利要求1～7中任一项所述的造形物的制造方法，其特征在于，
所述放电处理在含有氟的气氛下进行。
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