CN110014650B - 三维造型物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供三维造型物的制造方法，在边以支撑层支撑三维造型物的构成层、边制造三维造型物时，抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物。其具有：第一层形成工序(步骤S130)，使用包含三维造型物的构成材料粉末、第一粉末和粘合剂的第一组合物形成第一层；第二层形成工序(步骤S140)，使用包含第二粉末和粘合剂的第二组合物以与第一层接触的方式形成第二层；包括第一层和第二层的层叠体的脱脂工序(步骤S160)；以及该层叠体的烧结工序(步骤S170)，第一粉末和第二粉末为同一材料或者均为树脂材料，第一粉末的分解点高于第一层的粘合剂及第二层的粘合剂的分解点，第二粉末的分解点为第一粉末的分解点以上，构成材料粉末的烧结温度高于第二粉末的分解点。

Description

三维造型物的制造方法
技术领域
本发明涉及三维造型物的制造方法。
背景技术
以往，采用了各种三维造型物的制造方法。其中，有一种方法是一边以支撑层支撑三维造型物的构成层，一边制造三维造型物。
例如，专利文献1中公开了一种边以三维造型物的造型材料(三维造型物的构成层)及其支撑材料(支撑层)形成多个层，边制造三维造型物的方法。
专利文献1：特开平8-57967号公报
在边以支撑层支撑三维造型物的构成层、边制造三维造型物的方法中，存在加热由构成层和支撑层形成的层叠体的情况。然而，取决于该构成层、该支撑层的构成，伴随该层叠体的加热，有时会在该构成层中混入源自该支撑层的杂质。尤其是，以低密度构成三维造型物时，存在源自该支撑层的杂质混入该构成层中形成的空孔部分的情况。
发明内容
因此，本发明的目的在于，在边以支撑层支撑三维造型物的构成层，边制造三维造型物时，抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物。
为解决上述问题的本发明的第一方面的三维造型物的制造方法其特征在于，通过层叠层而制造三维造型物，所述三维造型物的制造方法具有：第一层形成工序，使用包含构成三维造型物的构成材料粉末、第一粉末和粘合剂的第一组合物形成所述层中的第一层；第二层形成工序，使用包含第二粉末和粘合剂的第二组合物以与所述第一层接触的方式形成所述层中的第二层；脱脂工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，去除所述第一粉末、所述第一层的粘合剂及所述第二层的粘合剂的至少一部分；以及烧结工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，使所述构成材料粉末烧结，所述第一粉末和所述第二粉末为同一材料或者均为树脂材料，所述第一粉末的分解点高于所述第一层的粘合剂及所述第二层的粘合剂的分解点，所述第二粉末的分解点为所述第一粉末的分解点以上，所述构成材料粉末的烧结温度高于所述第二粉末的分解点。
根据本方面，第一粉末和第二粉末为同一材料或者均为树脂材料，第一粉末的分解点高于第一层的粘合剂及第二层的粘合剂的分解点，第二粉末的分解点在第一粉末的分解点以上，构成材料粉末的烧结温度高于第二粉末的分解点。也就是说，随着对构成材料粉末进行烧结，将可能成为源自支撑层的杂质的第二粉末与第一粉末一起分解去除。因此，可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物。
本发明的第二方面的三维造型物的制造方法其特征在于，通过层叠层而制造三维造型物，所述三维造型物的制造方法具有：第一层形成工序，使用包含构成三维造型物的构成材料粉末、第一粉末和粘合剂的第一组合物形成所述层中的第一层；第二层形成工序，使用包含第二粉末和粘合剂的第二组合物以与所述第一层接触的方式形成所述层中的第二层；脱脂工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，去除所述第一粉末、所述第一层的粘合剂及所述第二层的粘合剂的至少一部分；以及烧结工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，使所述构成材料粉末烧结，所述第一粉末为树脂材料，所述第二粉末为炭粒子，所述第一粉末的分解点高于所述第一层的粘合剂及所述第二层的粘合剂的分解点，所述构成材料粉末的烧结温度高于所述第一粉末的分解点。
根据本方面，第一粉末为树脂材料，第二粉末为炭粒子，第一粉末的分解点高于第一层的粘合剂及第二层的粘合剂的分解点，构成材料粉末的烧结温度高于第一粉末的分解点。在此，通过使炭粒子在导入大气等包含氧气的气体的氧化气氛下氧化、在导入氢气等的还原气氛下加热等，从而随着对构成材料粉末进行烧结等而能将炭粒子去除。因此，可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物。
本发明的第三方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在所述第一或第二方面中，包括所述第一层和所述第二层的层叠体具有所述第一层重叠于所述第二层的区域。
根据本方面，包括第一层和第二层的层叠体具有第一层重叠于第二层的区域。也就是说，具有通过第二层从下侧支撑第一层的区域。在该区域中，第二粉末容易进入源自第一粉末的空孔，但通过去除第二粉末而能抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物。
本发明的第四方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在所述第一至第三任一方面中，所述构成材料粉末为金属或者非氧化物陶瓷，所述烧结工序在还原气氛下进行。
根据本方面，构成材料粉末为金属或者非氧化物陶瓷，烧结工序在还原气氛下进行。因此，可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物，而不使为金属或者非氧化物陶瓷的构成材料粉末氧化。
本发明的第五方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在所述第一至第三任一方面中，所述构成材料粉末为氧化物陶瓷，所述烧结工序在氧化气氛下进行。
根据本方面，构成材料粉末为氧化物陶瓷，烧结工序在导入大气等包括氧气的气体的氧化气氛下进行。因此，可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物，而不使为氧化物陶瓷的构成材料粉末还原。
本发明的第六方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在所述第一至第五任一方面中，所述第一组合物及所述第二组合物为包含溶剂的浆料，在所述第一层形成工序中，喷射所述第一组合物而形成所述第一层，在所述第二层形成工序中，喷射所述第二组合物而形成所述第二层。
根据本方面，第一组合物及第二组合物为包含溶剂的浆料，在第一层形成工序中，喷射第一组合物而形成第一层，在第二层形成工序中，喷射第二组合物而形成第二层。因此，能够使用浆料制造抑制了源自支撑层的杂质混入的三维造型物。
本发明的第七方面的三维造型物的制造方法其特征在于，在所述第一至第五任一方面中，所述第一组合物及所述第二组合物在常温下为固体，在所述第一层形成工序中，通过加热所述第一组合物使所述第一组合物为流体状并射出而形成所述第一层，在所述第二层形成工序中，通过加热所述第二组合物使所述第二组合物为流体状并射出而形成所述第二层。
根据本方面，第一组合物及第二组合物在常温下为固体，在第一层形成工序中，加热第一组合物使之为流体状并射出而形成第一层，在第二层形成工序中，加热第二组合物使之为流体状并射出而形成第二层。因此，能使用常温下为固体的材料(复合物)制造抑制了源自支撑层的杂质混入的三维造型物。
附图说明
图1是示出本发明的一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的结构的概略结构图。
图2是图1所示的C部的放大图。
图3是示出本发明的一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的结构的概略结构图。
图4是图2所示的C’部的放大图。
图5是本发明的一实施方式所涉及的头座的概略透视图。
图6是概念性地说明本发明的一实施方式所涉及的头单元的配置和三维造型物的形成方式的关系的平面图。
图7是概念性地说明本发明的一实施方式所涉及的头单元的配置和三维造型物的形成方式的关系的平面图。
图8是概念性地说明本发明的一实施方式所涉及的头单元的配置和三维造型物的形成方式的关系的平面图。
图9是概念性地说明三维造型物的形成方式的概略图。
图10是概念性地说明三维造型物的形成方式的概略图。
图11是示出配置于头座的头单元的其它配置例的示意图。
图12是示出配置于头座的头单元的其它配置例的示意图。
图13是本发明的一实施例所涉及的三维造型物的制造方法的流程图。
图14是表示利用本发明的一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置所形成的三维造型物的一例的概略图。
附图标记说明：
50、50a、50b、50c、50d…构成层构成部、110…基座、111…驱动装置、120…工作台、121…试样板、130…头座支撑部、300…第二层、310…第一层、400…控制单元(控制部)、410…工作台控制器、500…三维造型物(三维造型物的层叠体)、501、502、503、……50n…层、730…头座支撑部、1100…头座、1200…第一组合物供给装置、1210…第一组合物供给单元、1210a…第一组合物容纳部、1220…供给管、1230…第一组合物喷吐部、1230a…喷吐喷嘴、1230b…喷吐驱动部、1400…头单元、1400a…保持夹具、1401、1402、1403及1404…头单元、1500…材料供给控制器、1600…头座、1700…第二组合物供给装置、1710…第二组合物供给单元、1710a…第二组合物容纳部、1720…供给管、1730…第二组合物喷吐部、1730a…喷吐喷嘴、1730b…喷吐驱动部、1900…头单元、1900a…保持夹具、2000…形成装置(三维造型物制造装置)、M…材料、UC…底切区域。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行说明。
图1～图4是示出本发明的一实施方式所涉及的三维造型物的制造装置的结构的概略结构图。
这里，本实施方式的三维造型物的制造装置具备两种材料供给部(头座)。其中，图1及图2是仅表示一种材料供给部(供给包含构成三维造型物的构成材料粉末、第一粉末和粘合剂的第一组合物的材料供给部)的图。此外，图3及图4是仅表示另一种材料供给部(供给包含第二粉末和粘合剂的、用于形成支撑部的第二组合物的材料供给部，支撑部在形成三维造型物时支撑该三维造型物)的图。
需要说明的是，本说明书中的“三维造型”表示的是形成所谓的立体造型物，例如形成平板状、即使为所谓的二维形状的形状但具有厚度的形状也包括在内。另外，“支撑”除了是指从下侧支撑的情况以外，意思上还包括从侧面支撑的情况、根据情况而从上侧支撑的情况。
此外，本实施例的第一组合物是包含构成三维造型物的构成材料粉末、第一粉末、溶剂和可溶于该溶剂的粘合剂的浆料(流动性材料)。而且，本实施例的第二组合物(支撑部形成用材料)是包含作为支撑层形成用粒子的第二粉末、溶剂和可溶于该溶剂的粘合剂的浆料(流动性材料)。不过，不限定于这样的第一组合物及第二组合物，作为第一组合物及第二组合物，也可以使用常温下是灯丝状、药丸状等的固体、随着加热而成为流动状态的复合物等。
图1及图3所示的三维造型物的制造装置2000(以下，称为形成装置2000)具备基座110和工作台120，工作台120通过基座110所具备的作为驱动单元的驱动装置111而能在图示的X、Y、Z方向上移动、或者能够在以Z轴为中心的旋转方向上驱动。
此外，如图1及图2所示，具备头座支撑部130，其一端部固定于基座110，而在另一端部上保持固定有头座1100，头座1100保持多个具备喷吐第一组合物的第一组合物喷吐部1230的头单元1400。
此外，如图3及图4所示，具备头座支撑部730，其一端部固定于基座110，而在另一端部上保持固定有头座1600，头座1600保持多个具备喷吐第二组合物的第二组合物喷吐部1730的头单元1900。
这里，头座1100和头座1600在XY平面上并列设置。
需要注意的是，第一组合物喷吐部1230和第二组合物喷吐部1730是相同的结构。不过，并不限于这种结构。
在工作台120上形成在三维造型物500(三维造型物的层叠体)形成过程中的层501、502及503。在三维造型物500的形成中也可以进行通过电磁波照射部等照射热能量。在这样的构成的情况下，为了保护工作台120免于受热，也可以使用具有耐热性的试样板121，在试样板121之上形成三维造型物500。本实施方式的试样板121是结实且容易制造的金属制品。但是，作为试样板121，例如通过使用陶瓷板，能够得到高的耐热性，进而与被进行脱脂、烧结等的三维造型物500的构成材料粉末的反应性也低，能够防止三维造型物500的变质。需要说明的是，在图1及图3中，为了便于说明，例示了层501、502及503这三层，但层叠至所希望的三维造型物500的形状(到图1及图3中的层50n为止)。
这里，层501、502、503、……50n分别由通过从第一组合物喷吐部1230喷吐的第一组合物所形成的第一层310和通过从第二组合物喷吐部1730喷吐的第二组合物所形成的第二层300中至少之一构成。
需要说明的是，本实施方式的形成装置2000是能够使用包含三维造型物500的构成材料粉末的第一组合物和支撑层形成用材料(第二组合物)形成层501、502、503、……50n多个层的三维造型物的制造装置。不过，取决于制造的三维造型物500的形状等，也可以是不使用支撑层形成用材料即可形成多个层的结构。
此外，图2是示出图1所示的头座1100的C部放大概念图。如图2所示，头座1100保持有多个头单元1400。一个头单元1400是通过将第一组合物供给装置1200所具备的第一组合物喷吐部1230保持于保持夹具1400a而构成的，后文中会详细叙述。第一组合物喷吐部1230具备喷吐喷嘴1230a和通过材料供给控制器1500而使第一组合物从喷吐喷嘴1230a中喷吐的喷吐驱动部1230b。
图4是示出图3所示的头座1600的C’部放大概念图。如图4所示，头座1600保持有多个头单元1900。头单元1900是通过将第二组合物供给装置1700所具备的第二组合物喷吐部1730保持于保持夹具1900a而构成的。第二组合物喷吐部1730具备喷吐喷嘴1730a和通过材料供给控制器1500而使第二组合物从喷吐喷嘴1730a中喷吐的喷吐驱动部1730b。
如图1及图2所示，第一组合物喷吐部1230通过供给管1220而与容纳同保持于头座1100的头单元1400各自对应的第一组合物的第一组合物供给单元1210连接。于是，规定的第一组合物从第一组合物供给单元1210供给至第一组合物喷吐部1230。在第一组合物供给单元1210中，包含由本实施方式涉及的形成装置2000造型的三维造型物500的构成材料粉末的第一组合物容纳于第一组合物容纳部1210a中，各个第一组合物容纳部1210a通过供给管1220而连接于各个第一组合物喷吐部1230。通过像这样地具备各个第一组合物容纳部1210a，从而能够从头座1100供给多个不同种类的第一组合物。
如图3及图4所示，第二组合物喷吐部1730通过供给管1720而与容纳同保持于头座1600的头单元1900各自对应的第二组合物的第二组合物供给单元1710连接。于是，规定的第二组合物从第二组合物供给单元1710供给至第二组合物喷吐部1730。在第二组合物供给单元1710中，作为由本实施方式涉及的形成装置2000造型的三维造型物500的支撑层形成用材料的第二组合物容纳于第二组合物容纳部1710a中，各个第二组合物容纳部1710a通过供给管1720而连接于各个第二组合物喷吐部1730。通过像这样地具备各个第二组合物容纳部1710a，从而能够从头座1600供给多个不同种类的第二组合物。
需要注意的是，关于由本实施例的形成装置2000所使用的第一组合物及第二组合物的成分的具体例，后文中会详细叙述。
形成装置2000中具备作为控制单元的控制单元400，其根据从未图示的、例如个人计算机等数据输出装置中输出的三维造型物500的造型用数据而控制上述的工作台120、第一组合物供给装置1200所具备的第一组合物喷吐部1230、以及第二组合物供给装置1700所具备的第二组合物喷吐部1730。而且，控制单元400兼有作为控制工作台120及第一组合物喷吐部1230协作地驱动及动作，并控制工作台120及第二组合物喷吐部1730协作地驱动及动作的控制部的作用。
关于以能移动的方式配备于基座110的工作台120，根据来自控制单元400的控制信号，在工作台控制器410中生成控制工作台120的移动开始与停止、移动方向、移动量、移动速度等的信号，并输送至基座110所具备的驱动装置111，从而工作台120在图示的X、Y、Z方向上移动。关于头单元1400所具备的第一组合物喷吐部1230，根据来自控制单元400的控制信号，在材料供给控制器1500中生成控制通过第一组合物喷吐部1230所具备的喷吐驱动部1230b而从喷吐喷嘴1230a喷吐的材料喷吐量等的信号，并根据所生成的信号从喷吐喷嘴1230a中喷吐规定量的第一组合物。
同样地，对于头单元1900所具备的第二组合物喷吐部1730，根据来自控制单元400的控制信号，在材料供给控制器1500中生成控制通过第二组合物喷吐部1730所具备的喷吐驱动部1730b而从喷吐喷嘴1730a喷吐的材料喷吐量等的信号，并根据所生成的信号从喷吐喷嘴1730a中喷吐规定量的第二组合物。
下面，进一步详细说明头单元1400。需要注意的是，头单元1900是与头单元1400相同的结构。因此，省略对头单元1900的详细结构的说明。
图5及图6～图8示出了保持于头座1100的多个头单元1400及第一组合物喷吐部1230的保持方式的一例，其中，图6～图8是从图2所示的箭头D方向的头座1100的外观图。
如图5所示，多个头单元1400通过图中未示出的固定单元而保持于头座1100。此外，如图6～图8所示，在本实施方式所涉及的形成装置2000的头座1100中，具备从图下方起第一列的头单元1401、第二列的头单元1402、第三列的头单元1403及第四列的头单元1404这四个单元呈交错状(交替)配置的头单元1400。此外，如图6所示，边使工作台120相对于头座1100向X方向移动，边从各头单元1400喷吐第一组合物，形成构成层构成部50(构成层构成部50a、50b、50c及50d)。关于构成层构成部50的形成顺序，后文中会进行叙述。在此，从第一组合物喷吐部1230喷吐而形成的构成层构成部50的层与第一层310(参照图1)对应，从第二组合物喷吐部1730喷吐而形成的构成层构成部50的层与第二层300(参照图3)对应。
需要说明的是，虽然图中没有示出，但各个头单元1401～1404所具备的第一组合物喷吐部1230是经由喷吐驱动部1230b而通过供给管1220与第一组合物供给单元1210相连的结构。
如图5所示，第一组合物喷吐部1230从喷吐喷嘴1230a向工作台120上载置的试样板121上喷吐作为第一组合物(糊状的流动性材料)的材料M。对于头单元1401，例示了材料M呈液滴状喷吐的喷吐方式，对于头单元1402，例示了材料M呈连续体状被供给的喷吐方式。材料M的喷吐方式无论是液滴状还是连续体状均可，在本实施方式中，以材料M呈液滴状喷吐的方式进行说明。
从喷吐喷嘴1230a呈液滴状喷吐的材料M大致在重力方向上飞行，并着落在试样板121上。工作台120移动，通过着落的材料M形成构成层构成部50。该构成层构成部50的集合体形成为在试样板121上形成的三维造型物500的第一层310(参照图1)。
下面，使用图6～图8以及图9和图10对构成层构成部50的形成顺序进行说明。
图6～图8是概念性地说明本实施方式的头单元1400的配置与构成层构成部50的形成方式的关系的平面图。此外，图9和图10是概念性地表示构成层构成部50的形成方式的侧视图。
首先，工作台120向+X方向移动时，从多个喷吐喷嘴1230a呈液滴状喷吐材料M，材料M被配置在试样板121的规定位置，形成构成层构成部50。
更具体地，首先，如图9所示，边使工作台120向+X方向移动，边从多个喷吐喷嘴1230a将材料M以一定的间隔配置在试样板121的规定位置上。
然后，如图10所示，边使工作台120向–X方向移动，边以填充按一定间隔配置的材料M之间的方式配置新的材料M。
不过，也可以是边使工作台120向+X方向移动，边从多个喷吐喷嘴1230a以重叠的方式(不空出间隔的方式)将材料M配置在试样板121的规定位置的结构(不是通过工作台120在X方向上的往复移动来形成构成层构成部50的结构，而是仅通过工作台120向X方向上的单侧的移动来形成构成层构成部50的结构)。
通过如上所述地形成构成层构成部50，从而形成图6所示那样的、各头单元1401、1402、1403及1404在X方向上的一行(Y方向上的第一行)的构成层构成部50(构成层构成部50a、50b、50c及50d)。
然后，为了形成各头单元1401、1402、1403及1404在Y方向上的第二行的构成层构成部50’(构成层构成部50a’、50b’、50c’及50d’)，使头座1100向–Y方向移动。关于移动量，如果将喷嘴间的节距设为P，则向–Y方向移动P/n(n是自然数)节距的量。在本实施例中，将n设为3进行说明。
通过进行图9及图10所示那样的与上述同样的动作，从而形成图7所示那样的、Y方向上的第二行的构成层构成部50’(构成层构成部50a’、50b’、50c’及50d’)。
然后，为了形成各头单元1401、1402、1403及1404在Y方向上的第三行的构成层构成部50”(构成层构成部50a”、50b”、50c”及50d”)，使头座1100向–Y方向移动。移动量为向–Y方向移动P/3节距的量。
于是，通过进行图9及图10所示那样的与上述同样的动作，从而形成图8所示那样的、Y方向上的第三行的构成层构成部50”(构成层构成部50a”、50b”、50c”及50d”)，能够得到第一层310。
此外，对于从第一组合物喷吐部1230喷吐的材料M，也能够从头单元1401、1402、1403、1404中的任一个单元或两个以上的单元喷吐供给与其它头单元不同的第一组合物。因此，通过使用本实施方式所涉及的形成装置2000，能够得到由不同种类的材料形成的三维造型物。
需要说明的是，在第一层的层501中，在如上所述地形成第一层310之前或之后，从第二组合物喷吐部1730喷吐第二组合物，能够以同样的方法形成第二层300。并且，在层501上层叠形成层502、503、……50n时，也能够同样地形成构成层310及第二层300。
上述本实施方式所涉及的形成装置2000具备的头单元1400及1900的数量及排列并不限于上述的数量及排列。图11及图12中，作为其例子，示意性示出了配置于头座1100的头单元1400的其它配置例。
图11示出使多个头单元1400在头座1100上沿X轴方向多个并列的方式。图12示出使头单元1400在头座1100上呈格子状排列的方式。需要说明的是，不管哪种，所排列的头单元的数量均不限定于图示的例子。
下面，对作为本实施例的第一组合物及第二组合物的各三维造型用浆料进行详细说明。
作为第一组合物的构成材料粉末，例如能够使用镁(Mg)、铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)的单质粉末、或者包含一种以上的这些金属的合金(马氏体时效钢、不锈钢、钴铬钼、钛合金、镍合金、铝合金、钴合金、钴铬合金)等的混合粉末。此外，也可以使用上述金属以外的金属、二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷、氮化铝等非氧化物陶瓷等的粉末。
作为第一组合物的第一粉末及第二组合物的第二粉末，例如可使用聚酰胺、聚缩醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等通用工程塑料。此外，还可以使用聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮等工程塑料等树脂的粉末。
此外，作为第二组合物的第二粉末，可使用炭粒子。
作为溶剂，例如能使用水；乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚等(聚)亚烷基二醇单烷基醚类；乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯等乙酸酯类；苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃类；甲乙酮、丙酮、甲基异丁基酮、乙基正丁基酮、二异丙基酮、乙酰丙酮等酮类；乙醇、丙醇、丁醇等醇类；四烷基乙酸铵类；二甲基亚砜、二乙基亚砜等亚砜类溶剂；吡啶、γ-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶等吡啶类溶剂；四烷基乙酸铵(例如四丁基乙酸铵等)；二乙二醇丁醚醋酸酯等的离子液体等，可将选自这些中的一种或两种以上组合来使用。
作为粘合剂，例如能使用丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂、纤维素类树脂或其它合成树脂、或者PLA(聚乳酸)、PA(聚酰胺)、PPS(聚苯硫醚)、PEEK(聚醚醚酮)或其它热塑性树脂。
此外，如上所述，使用复合物作为第一组合物及第二组合物时，作为第一组合物的构成材料粉末，能使用上述金属等金属、上述氧化物陶瓷及上述非氧化物陶瓷等的粉末，作为第一组合物的第一粉末及第二组合物的第二粉末，能使用上述树脂的粉末等(也可以使用炭粒子作为第二粉末)。而且，优选能够与这样的粉末一起使用作为粘合剂的聚苯乙烯、聚丙烯、丙烯酸等、作为热塑剂的邻苯二甲酸酯等、蜡等。
接着，使用流程图对利用上述形成装置2000进行的三维造型物的制造方法的一例进行说明。
在此，图13是本实施例所涉及的三维造型物的制造方法的流程图。此外，图14是表示由上述形成装置2000(本三维造型物的制造方法)形成的三维造型物500的一例的概略图。
需要说明的是，在本实施例的三维造型物的制造方法中，使用了以下的实施例1至实施例3的第一组合物及第二组合物。
实施例1
作为第一组合物，使用了包含平均粒径(d50)为1.5μm的Cu粉末(三维造型物500的构成材料粉末)22.5质量％、包含分解点为400℃以上450℃以下的平均粒径(d50)为2.5μm的作为第一粉末的聚酰胺12(PA12)22.5质量％、包含丙烯酸树脂粘合剂溶液(使分解点为300℃以上400℃以下的丙烯酸树脂相对于二乙二醇丁醚醋酸酯溶解26质量％)55质量％的浆料。
而且，作为第二组合物，使用了包含平均粒径(d50)为5μm的作为第二粉末的PA1245质量％、包含丙烯酸树脂粘合剂溶液(使分解点为300℃以上400℃以下的丙烯酸树脂相对于二乙二醇丁醚醋酸酯溶解26质量％)55质量％的浆料。
实施例2
作为第一组合物，使用了和实施例1相同的第一组合物。
而且，作为第二组合物，使用了包含分解点为490℃以上760℃以下的平均粒径(d50)为5μm的作为第二粉末的聚苯硫醚(PPS)45质量％、包含丙烯酸树脂粘合剂溶液(使分解点为300℃以上400℃以下的丙烯酸树脂相对于二乙二醇丁醚醋酸酯溶解26质量％)55质量％的浆料。
实施例3
作为第一组合物，使用了和实施例1相同的第一组合物。
而且，作为第二组合物，使用了包含平均粒径(d50)为5μm的作为第二粉末的炭粒子45质量％、包含丙烯酸树脂粘合剂溶液(使分解点为300℃以上400℃以下的丙烯酸树脂相对于二乙二醇丁醚醋酸酯溶解26质量％)55质量％的浆料。
如图13所示，在本实施例的三维造型物的制造方法中，首先在步骤S110中获取三维造型物500的数据。具体而言，例如从在个人计算机中执行的应用程序等获取表示三维造型物500的形状的数据。
接着，在步骤S120中，在控制单元400的控制下，创建(生成)各层的数据。详细地，在表示三维造型物500的形状的数据中，按照Z方向的造型分辨率进行切片，按每个截面生成位图数据(截面数据)。
接着，在步骤S130的第一层形成工序中，在控制单元400的控制下，基于步骤S120中生成的截面数据，从第一组合物喷吐部1230喷吐第一组合物，形成基于该截面数据的构成层构成部50(第一层310)。
接着，在步骤S140的第二层形成工序中，在控制单元400的控制下，基于步骤S120中生成的截面数据，从第二组合物喷吐部1730喷吐第二组合物，形成基于该截面数据的构成层构成部50(第二层300)。此时，第二层300为了支撑第一层310，第二层300在上下左右的至少任一位置处以与第一层310接触的方式而形成。
需要说明的是，步骤S130的第一层形成工序和步骤S140的第二层形成工序的顺序也可以是相反的。
然后，通过步骤S150，在控制单元400的控制下，反复进行步骤S130到步骤S150，直至基于在步骤S120中生成的对应于各层的位图数据的三维造型物500的层叠体的造型结束。
需要说明的是，图14示出了步骤S130至步骤S150反复进行八次(从层501至层508八层)而形成的三维造型物500的一例。
然后，通过步骤S160的脱脂工序，例如在未图示的恒温槽中，加热由上述步骤形成的三维造型物500的层叠体，去除第一组合物中的第一粉末、粘合剂和溶剂、以及第二组合物中的第二粉末、粘合剂和溶剂等的至少一部分。
然后，通过步骤S170的烧结工序，例如在未图示的恒温槽中，加热由上述步骤形成的三维造型物500的层叠体，执行第一组合物中的构成材料粉末的烧结。
然后，随着步骤S170的结束，结束本实施例的三维造型物的制造方法。
如上所述，本实施例的三维造型物的制造方法通过层叠层501、502、503、……50n而制造三维造型物500，其具有：使用包含构成三维造型物500的构成材料粉末、第一粉末和粘合剂的第一组合物形成层501、502、503、……50n中的第一层310的第一层形成工序(步骤S130)、使用包含第二粉末和粘合剂的第二组合物以与第一层310接触的方式形成层501、502、503、……50n中的第二层300的第二层形成工序(步骤S140)、加热包括第一层310和第二层300的层叠体而去除第一粉末、第一层310的粘合剂及第二层300的粘合剂的至少一部分的脱脂工序(步骤S160)、以及加热包括第一层310和第二层300的层叠体而使构成材料粉末烧结的烧结工序(步骤S170)。
而且，在使用上述实施例1及实施例2中的第一组合物和第二组合物时，第一粉末和第二粉末为同一材料(实施例1：第一粉末和第二粉末均为PA12)或者均为树脂材料(实施例2：第一粉末为PA12，第二粉末为PPS)，第一粉末(PA12)的分解点高于第一层310的粘合剂(丙烯酸树脂)及第二层300的粘合剂(丙烯酸树脂)的分解点，第二粉末(实施例1：PA12、实施例2：PPS)的分解点为第一粉末的分解点以上(实施例1：相同，实施例2：高于第一粉末)，构成材料粉末(Cu粉末)的烧结温度高于第二粉末的分解点。
通过使第一组合物及第二组合物为这样的组合物，从而随着对构成材料粉末进行烧结，可与第一粉末一起分解去除(升华等)可能成为源自支撑层的杂质的第二粉末，可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物。
此外，在使用上述实施例3中的第一组合物及第二组合物时，第一粉末是树脂材料(PA12)，第二粉末是炭粒子，第一粉末的分解点高于第一层310的粘合剂及第二层300的粘合剂的分解点，构成材料粉末(Cu粉末)的烧结温度高于第一粉末的分解点。
通过使第一组合物及第二组合物为这样的组合物，从而在脱脂工序、烧结工序等中，通过使炭粒子在氧化气氛下氧化、在导入氢气等的还原气氛下加热等，从而随着对构成材料粉末进行烧结等而能使炭粒子气化去除，可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物。
在此，用本实施例的三维造型物的制造方法制造的图14所示的三维造型物500的层叠体(包括第一层310和第二层300的层叠体)具有第一层310重叠于第二层300的区域。也就是说，具有由第二层300从下侧支撑第一层310的底切(undercut)区域UC。在这样的底切区域UC中，第二粉末容易进入源自第一粉末的空孔，但即使第二粉末进入该空孔，通过去除(升华等)第二粉末，也可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物500。
在实施例1至实施例3的第一组合物中，三维造型物的构成材料粉末是Cu粉末，为金属。因此，在上述三维造型物的制造方法中，步骤S170的烧结工序在还原气氛下进行。这样，三维造型物的构成材料粉末是金属或者非氧化物陶瓷时，烧结工序优选在还原气氛下进行。因为可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物500，而不使为金属或者非氧化物陶瓷的构成材料粉末氧化。
然而，三维造型物的构成材料粉末是氧化物陶瓷时，烧结工序优选在氧化气氛下进行。因为通过在氧化气氛下进行烧结工序，可以抑制源自支撑层的杂质混入三维造型物500，而不使为氧化物陶瓷的构成材料粉末还原。
此外，在本实施例的三维造型物的制造方法中，第一组合物及第二组合物为包含溶剂的浆料，在第一层形成工序中，喷射第一组合物而形成第一层310，在第二层形成工序中，喷射第二组合物而形成第二层300。因此，能够使用浆料制造抑制了源自支撑层的杂质混入的三维造型物。
不过，不限定于这样的三维造型物的制造方法。
也可以是如下所述的方法：作为第一组合物及第二组合物，在常温下为固体，在第一层形成工序中，通过加热第一组合物使之为流体状并射出而形成第一层310，在第二层形成工序中，通过加热第二组合物使之为流体状并射出而形成第二层300。如果是这种方法，则可以使用常温下为固体的材料(复合物)制造抑制了源自支撑层的杂质混入的三维造型物。
本发明并不局限于上述实施例，在不脱离其宗旨的范围内可通过各种结构来实现。例如，为了解决上述技术问题的一部分或全部、或者达到上述效果的一部分或全部，可对记载于发明内容部分的各方式中的技术特征所对应的实施例中的技术特征适当进行替换、组合。此外，如果其技术特征在本说明书中不是作为必要特征被说明，则可将其适当删除。

Claims (6)

1.一种三维造型物的制造方法，其特征在于，通过层叠层而制造以低密度构成的三维造型物，所述三维造型物的制造方法具有：
第一层形成工序，使用包含构成三维造型物的构成材料粉末、第一粉末和粘合剂的第一组合物形成所述层中的第一层；
第二层形成工序，使用包含第二粉末和粘合剂的第二组合物以与所述第一层接触的方式形成所述层中的第二层；
脱脂工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，去除所述第一粉末的至少一部分、所述第一层的粘合剂的至少一部分及所述第二层的粘合剂的至少一部分；以及
烧结工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，使所述构成材料粉末烧结，
所述第一粉末和所述第二粉末为同一材料或者均为树脂材料，
所述第一粉末的分解点高于所述第一层的粘合剂及所述第二层的粘合剂的分解点，
所述第二粉末的分解点为所述第一粉末的分解点以上，
所述构成材料粉末的烧结温度高于所述第二粉末的分解点，
包括所述第一层和所述第二层的层叠体具有所述第一层重叠于所述第二层的区域。
2.一种三维造型物的制造方法，其特征在于，通过层叠层而制造以低密度构成的三维造型物，所述三维造型物的制造方法具有：
第一层形成工序，使用包含构成三维造型物的构成材料粉末、第一粉末和粘合剂的第一组合物形成所述层中的第一层；
第二层形成工序，使用包含第二粉末和粘合剂的第二组合物以与所述第一层接触的方式形成所述层中的第二层；
脱脂工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，去除所述第一粉末的至少一部分、所述第一层的粘合剂的至少一部分及所述第二层的粘合剂的至少一部分；以及
烧结工序，加热包括所述第一层和所述第二层的层叠体，使所述构成材料粉末烧结，
所述第一粉末为树脂材料，所述第二粉末为炭粒子，
所述第一粉末的分解点高于所述第一层的粘合剂及所述第二层的粘合剂的分解点，
所述构成材料粉末的烧结温度高于所述第一粉末的分解点，
包括所述第一层和所述第二层的层叠体具有所述第一层重叠于所述第二层的区域。
3.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述构成材料粉末为金属或者非氧化物陶瓷，
所述烧结工序在还原气氛下进行。
4.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述构成材料粉末为氧化物陶瓷，
所述烧结工序在氧化气氛下进行。
5.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述第一组合物及所述第二组合物为包含溶剂的浆料，
在所述第一层形成工序中，喷射所述第一组合物而形成所述第一层，
在所述第二层形成工序中，喷射所述第二组合物而形成所述第二层。
6.根据权利要求1或2所述的三维造型物的制造方法，其特征在于，
所述第一组合物及所述第二组合物在常温下为固体，
在所述第一层形成工序中，通过加热所述第一组合物使所述第一组合物为流体状并射出而形成所述第一层，
在所述第二层形成工序中，通过加热所述第二组合物使所述第二组合物为流体状并射出而形成所述第二层。
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