JP2004291625A

JP2004291625A - 三次元積層造形装置

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Publication number: JP2004291625A
Application number: JP2004039202A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Maekawa; 勉前川; Akiyoshi Ouchi; 明美大内; Hidetoshi Fujii; 秀俊藤井; Kunihiro Tamahashi; 邦裕玉橋; Yutaka Shoji; 裕庄司; Hiroshi Takahagi; 浩高萩
Original assignee: Hitachi Printing Solutions Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems Ltd
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP4403384B2

Abstract

【課題】インクジェット方式の積層造形機を汎用でかつオフィスユース出来る３次元プリンタや３次元コピーマシンとして使われるようにするには、造形物が壊れにくく、より高精度で高速な造形ができ、さらに低価格で提供する。
【解決手段】造形物が支持体層に埋設されるように造形物用材料および支持体用材料をインクジェット方式により噴射する三次元積層造形装置において、造形時の装置内環境温度を支持体用材料の融点に対して（融点−３０）℃から（融点−５）℃の範囲に制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット方式の三次元積層造形装置に関する。

積層造形の原理は、立体物を輪切りにして、その輪切りにした形状を何らかの方法で造形して順次積み重ねていく方法であり、立体等高線地図を作る方法と同じである。

積層造形法としては、光硬化性樹脂を用いる光造形法、金属や樹脂の粉末を用いる粉末積層法、樹脂を溶融させて堆積させる溶融堆積法、紙やプラスチックシートあるいは金属の薄板を積層する薄板積層法が実用化されている。

これら積層造形法は３次元ＣＡＤデータから直接立体造形物が得られるので、近年における３次元ＣＡＤの普及に伴い急速に普及してきた技術で、ラピッドプロトタイピング（高速試作）技術とも言われている。ラピッドプロトタイピングは単に試作分野で使われるだけでなく、金型造形が出来るようになり製造分野でも使われるようになってきた。更に、３次元ＣＡＤの出力機として３次元プリンタや、ディジタイザやスキャナと連動して、３次元コピーマシンとしても使われるようになってきた。特に、インクジェット方式による積層造形法は、前述した他の積層造形法と比較して装置や取り扱いが簡便であるので、汎用の３次元プリンタや３次元コピーマシンとして期待されている。

インクジェット方式による積層造形法は、マサチューセッツ工科大学で開発された澱粉や石膏の粉末層に結合剤（バインダ）をインクジェットで噴射して固めて積層する方法（これは粉末積層法に分類される）と、造形物用樹脂を直接噴射して積層する方法（これは溶融樹脂堆積法に分類される）とがある。

粉末を使用する粉末積層法は造形終了後、不要の粉末を除去する必要があり、粉末が飛散するので、オフィス環境には適さず、汎用の３次元プリンタや３次元コピーマシンにはなりにくい。一方、造形物用樹脂を直接噴射して積層する方法は、オフィス環境でも使用でき、汎用の３次元プリンタや３次元コピーマシンとして適する。

この造形物用樹脂を直接噴射して積層する方法として、当初はロボットのアームにインジェクションノズル（インクジェットヘッドと原理的に同じもの）を取り付けてＸＹＺの３次元に移動させて造形する方法や、インクジェトヘッドをＸ−Ｙ面とＺ方向に配置させて造形する方法があった。これらの方法は造形中に造形物を支持する支持体を使わないため、立体物を輪切りにした際、浮島形状（輪切りデータを積層していき、ある層で突然形状が出てくるような場合）や、Ｈ字の横棒のような長い梁形状は造形出来ず、造形可能な形状は制約され、実用の工業製品や医療用モデルなどの複雑形状には適さなかった。

これらの対策として、支持体を使う方法が提案された。これは、支持体用樹脂と造形物用樹脂を積層する方法であり、必要に応じて表面を平坦化するための切削する方法（例えば、特許文献１参照）を備えていた。これによって複雑形状も造形可能になった。支持体の作製方法としては、造形物が支持体に埋設されるように作製する方法と、必要な個所に柱状あるいは板状の支持体を作製する方法がある。いかなる複雑形状にも対応でき、特別なデータ処理（後者の方法は支持体を付与するためのデータ処理が必要）が不要という点で、前者の造形物が支持体に埋設されるように作製する方法が良い。

インクジェット方式の積層造形に使われる材料としては、常温で液体の材料と常温で固体の材料とに分けられる。常温で液体の材料として、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を使う方法も提案されている。しかし、粘度が高いとノズル目詰まりを起こし易く、逆に粘度が低いと積層後の光硬化中あるいは熱硬化中に「たれ」が起こるという問題があった。このため光硬化性樹脂液滴を飛翔中に光照射するように液滴の飛翔経路に光を照射する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしこの方法は、光がヘッド側にも漏れ光や反射光があたりノズルの目詰まりを起こし易いという欠点があった。

一方、常温で固体の材料はワックスやホットメルト樹脂のように加熱すると液体になる樹脂が用いられることが多い。例えば、造形物が支持体に埋設されるように作製する方法において、それぞれに融点の異なる材料を用い、造形物の形成後に融点差を利用して支持体材料を除去する方法などが提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、これらの材料は脆く、造形物材料としては造形物が壊れやすいという欠点があった。この欠点を改良して靭性を付与させた造形材料も提案されている（例えば、特許文献４参照）。また、これらの常温で固体で加熱すると液体となる樹脂は収縮による反り変形が起こり、造形物の寸法安定性を損なう欠点もあった。この改善案としては、回転または高温ローラ、ロータリーカッタ等で平滑化処理を行いながら、造形物を積層する方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。ただし、積層中に平滑化処理が入るため、積層時間の低下が起きてしまうという問題があった。

特許第３１７９５４７号

特許第２６９７１３８号

特開平９−１２３２９０

特開２００１−２１４０９８特開２００１−５８３５７Ｐ７〜９、第１図

インクジェット方式の積層造形機を汎用でかつオフィスユース出来る３次元プリンタや３次元コピーマシンとして使われるようにするには、造形物が壊れにくく、より高精度で高速な造形ができ、さらに低価格であることが望まれている。現在市販されているインクジェット方式の積層造形機はこれらのユーザニーズを満足させていないという問題点があった。

そこで本発明は、複雑な３次元構造の造型物を高精度で高速造形できる３次元積層造形装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、造形物が支持体層に埋設されるように造形物用材料および支持体用材料をインクジェット方式により噴射する三次元積層造形装置において、造形時の装置内環境温度を支持体用材料の融点に対して（融点−３０）℃から（融点−５）℃の範囲に制御することを特徴とする。造形物用材料として活性エネルギー線硬化性化合物を用いること、活性エネルギー線照射により支持体用材料が溶融または変形可能であることにより、造形物の脆さの改善と積層造形時の各層の平滑性を向上することが可能である。

さらに、支持体用材料を噴射するインクジェットヘッドに活性エネルギー線照射機を隣接させることにより、平滑処理に要する時間を省くことができ、高速造形が可能である。また造形物材料と支持体材料が異なる色にすれば、支持体材料を除去する際に、支持体用材料が残存するか否かを容易に判断できる。支持体用材料にブラック染料やブラック顔料または濃厚色の着色剤を添加することにより、活性エネルギー線の吸収効率が増し、積層造形時の各層の平滑性をさらに向上することが可能である。

本発明によれば、造形物が壊れにくく、より高精度で高速な造形でき、さらに低価格であるインクジェット方式の三次元積層造形装置が得られる。

以下に、この出願の発明をさらに詳細に説明する。

まず、３次元ＣＡＤで設計された３次元形状あるいは３次元スキャナやディジタイザで取り込んだ３次元形状のサーフェイスデータあるいはソリッドデータを、ＳＴＬフォーマットに変換して積層造形機に入力する。このとき、入力されたデータに基づいて、造形しようとする３次元形状の造形方向を決める。造形方向は特に制約ないが、通常はＺ方向（高さ方向）が最も低くなる方向を選ぶ。造形方向を確定したら、その３次元形状のＸ−Ｙ面、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面への投影面積を求める。得られたブロック形状に補強のため、Ｘ−Ｙ面の上面を除いて、その他の各面を適当量外側に移動させる。移動させる量は特に制約なく、形状や大きさや使用材料で異なるが、およそ１〜１０ｍｍ程度である。これで造形しようとする形状を閉じ込めた（上面は開放されている）ブロック形状が特定される。
このブロック形状を一層の厚さでＺ方向に輪切り（スライス）にする。一層の厚さは使う材料によるが、通常は２０〜６０μｍである。造形しようとする造形物が１個の場合はこのブロック形状がＺステージ（一層造形毎に一層分づつ下降する造形物をのせるテーブル）の真中に来るように配置される。また、複数個同時に造形する場合はブロック形状がＺステージに配置されるが、ブロック形状を積み重ねることも可能である。これらブロック形状化や輪切りデータ（スライスデータ：等高線データ）やＺステージへの配置は、使用材料を指定すれば自動的に作成することも可能である。

次に、造形工程となる。輪切りデータの最外郭の輪郭線を基準に、内外判定（輪郭線上の位置に、支持体材料と造形物材料のどちらを噴射するかを判定すること）で、支持体用材料を噴射する位置と造形物用材料を噴射する位置が制御される。噴射の順序としては、支持体層を形成する支持体用材料を噴射してから、造形用材料を噴射させる。これは図３や図４に示すように、多数のノズルを有するヘッド（マルチノズルヘッド）を多数配列させるときの配列のさせ方で可能である。このような順序で噴射させると先に支持体で溝や堰が出来て、その中に造形物用材料を噴射することになり、造形物用材料として常温で液体の材料を使っても「たれ」の心配がなく、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が幅広く使うことが出来る。造形物の脆さを改良するためには、出来るだけ分子量の大きい造形物用材料を使う方法がよいが、インクジェットで噴射するには粘度の制約があり、噴射時の粘度は３０ｍＰａ・ｓ以下が望ましく、そのためあまり高分子量の材料は使えない。そこで低分子量の材料を噴射し、後から重合させて高分子化することや、２液を別々に噴射して積層面で反応させて固化することによって、造形物の脆さを改良することが出来る。なお、材料の選択性を広げるために、造形物用材料の噴射温度を常温以上にすることも有効な手段である。

また、造形時間をより短縮させるには、一体化したヘッドの往路及び復路それぞれで支持体用材料及び造形物用材料を噴射して積層する方法が良い。

造形時の装置内環境温度を支持体用材料の融点に対して（融点−３０）℃から（融点−５）℃の範囲に制御することは支持体材料の温度変化にともなう体積収縮による反り変形を抑え、造形物の寸法安定性を向上できる。さらに特別な仕上げをしなくても滑らかな表面状態にすることが可能である。（融点−３０）℃よりも低い温度になると、反り変形による寸法安定性の悪化を招き、表面状態も滑らかさに欠ける。また、（融点−５）℃よりも高い温度であると、造形物の形状によっては支持体材料の部分的な変形が起きて造形物の寸法安定性が悪くなってしまう。好ましくは（融点−２５）℃から（融点−１０）℃の範囲、さらに好ましくは融点−２０）℃から（融点−１０）℃の範囲に温度を制御すると造形物の形状によらない寸法安定性の高い造形物を得ることが可能である。

また、支持体用材料を噴射するインクジェットヘッドに活性エネルギー線照射機を隣接させることにより、平滑処理に要する時間を省くことができ、高速造形が可能である。

本発明の三次元造形法では、多数のノズルを有するヘッド（マルチノズルヘッド）として、例えばノズルが列状に並んだリニアヘッドを多数配列して一体化させたものが使用される。このリニアヘッドの構成について説明する。図１はリニアヘッドの分解斜視図、図２はその部分断面図である。図において、１はノズル、２はノズルプレート、３は噴射材料を蓄える加圧室、４は加圧室プレート、５は加圧室３に噴射材料を供給する流路となるリストリクタ、６はリストリクタプレート、７は加圧室３の壁面の一部を形成した振動板、８はフィルタ部、９はダイヤフラムプレート、１０はリストリクタ５に噴射材料を供給する噴射材料供給路、１１は取付けベース、１２は圧電素子、１３は振動板７と圧電素子１２を連結する接着剤、１４は圧電素子１２を固着した支持基板である。

これらの構成部品の材質として、ダイヤフラムプレート９、リストリクタプレート６、加圧室プレート４および取付けベース１１はステンレス材等、ノズルプレート２はニッケル材、支持基板１４はセラミックス、ポリイミド等の絶縁物から作られている。

構成部品の組立は、まず、取付けベース１１上にダイヤフラムプレート９、リストリクタプレート６、加圧室プレート４およびノズルプレート２が、位置決めされた状態で加圧接着される。この接着剤としては、例えばエポキシを使用している。次に、取付けベース１１の開口部分に支持基板１４により保持された圧電素子１２が挿入され、例えばシリコンからなる接着剤にてダイヤフラムプレート９の振動板７と接着される。このようにして完成したリニアヘッドは、取付けベース１１と図示しないネジ等の手段により本体装置に取り付けられる。上記したリニアヘッドは、エポキシからなる接着剤のはみ出しにより塞がれることがなく、且つ、気密性を保っていることはいうまでもない。

ノズルからの噴射材料の噴射動作を説明すれば、噴射材料は図示しない噴射材料タンクから噴射材料供給路１０、フィルタ部８、リストリクタ５、加圧室３、ノズル１の順に流れる。圧電素子１２への電気信号の印加および切断により、ダイヤフラムプレート９の振動板７が撓みと復元を繰り返して、任意のノズル１からの噴射材料滴の噴射と、加圧室３への噴射材料の供給とが繰り返される。

前述したリニアヘッドに用いられる噴射材料としては、支持体層を形成する支持体用材料と、この支持体用材料噴射後に噴射する造形物用材料とがある。

支持体用材料としては、脂肪酸アミド、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、クマロン樹脂、脂肪酸エステル、グリセライド、ワックス等から選択された１ないし多成分を使用する。これら支持体用材料の融点は約７０〜９０℃のため、上記構成部品からなるリニアヘッドおよび図示しない支持体用材料用タンクは、ヒータ制御等により、少なくとも１００℃以上の高温に安定維持させる必要がある。また、支持体用材料としては耐熱性に優れることが重要である。
これらの支持体用材料は、ノズルから噴射された後に記録媒体に付着すると即座に固化するため高速記録が可能である。さらに、記録後の乾燥が不要であるばかりでなく、溶剤の蒸発がなく環境上も優れている。

脂肪酸アミドとしては、モノアミド、ビスアミド、テトラアミド、ポリアミド、エステルアミド等が挙げられる。モノアミドは、ラウリン酸アミド、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、パルミチン酸アミド、ベヘン酸アミド、ブラシジン酸アミドなどから選ばれる少なくとも１種または２種以上を混合して用いることができる。Ｎ−置換脂肪酸アミドを用いてもよく、Ｎ，Ｎ’−２−ヒドロキステアリン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスオレイン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−キシレンビスステアリン酸アミド、ステアリン酸モノメチロールアミド、Ｎ−オレイルステアリン酸アミド、Ｎ−ステアリルステアリン酸アミド、Ｎ−オレイルパルミチン酸アミド、Ｎ−ステアリルエルカ酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジオレイルアジピン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジオレイルセバシン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−ジステアリルイソフタル酸アミド、２−ステアラミドエチルステアレートなどから選ばれる少なくとも１種または２種以上を混合して用いることができる。

ビスアミドは、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスオレイン酸アミド、Ｎ，Ｎ’−キシレンビスステアリン酸アミドなどが選ばれる。テトラアミドはＵＮＩＲＥＺ２２２４、ＵＮＩＲＥＺ２９７０（以上、ユニオンキャンプ製）等が使用できる。ポリアミドは、ＳＹＬＶＡＭＩＤＥ−５（アリゾナケミカル製）、ＤＰＸ３３５−１０、ＤＰＸＨ−４１５、ＤＰＸ３３５−１１、ＤＰＸ８３０、ＤＰＸ８５０、ＤＰＸ９２５、ＤＰＸ９２７、ＤＰＸ１１６０、ＤＰＸ１１６３、ＤＰＸ１１７５、ＤＰＸ１１９６、ＤＰＸ１３５８、バーサミド７１１、バーサミド７２５、バーサミド９３０、バーサミド９４０、バーサロン１１１７、バーサロン１１３８、バーサロン１３００（以上、ヘンケル製）、トーマイド３９１、トーマイド３９３、トーマイド３９４、トーマイド３９５、トーマイド３９７、トーマイド５０９、トーマイド５３５、トーマイド５５８、トーマイド５６０、トーマイド１３１０、トーマイド１３９６、トーマイド９０、トーマイド９２（以上、富士化成工業製）等が使用できる。エステルアミドは、ステアリン酸エステルアミド等の脂肪酸エステルアミドが代表的であり、ＣＰＨ−３８０Ｎ（ＣＰＨａｌｌ製）、カワスリップＳＡ（川研ファインケミカル製）等が使用できる。

また、ポリエステルとしてＫＴＲ２１５０（花王製）、ポリ酢酸ビニルとしてＡＣ４０１、ＡＣ５４０、ＡＣ５８０（以上、アライドケミカル製）、シリコーン樹脂としてシリコーンＳＨ６０１８（東レシリコーン製）、シリコーンＫＲ２１５、シリコーンＫＲ２１６、シリコーンＫＲ２２０（以上、信越シリコーン製）、クマロン樹脂としてエスクロンＧ−９０（新日鐵化学製）などが使用できる。

脂肪酸エステルとしては、一価または多価アルコール脂肪酸エステルが望ましい。例えば、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノベヘネート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、プロピレングリコールモノステアレート、エチレングリコールジステアレート等が選ばれる。具体的には、レオドールＳＰ−Ｓ１０、レオドールＳＰ−Ｓ３０、レオドールＳＡ１０、エマゾールＰ−１０、エマゾールＳ−１０、エマゾールＳ−２０、エマゾールＢ、レオドールスーパＳＰ−Ｓ１０、エマノーン３１９９、エマノーン３２９９、エキセパールＰＥ−ＭＳ（以上、花王製）、ユニスターＭ９６７６、ユニスタ−Ｍ２２２２ＳＬ（以上、日本油脂製）等が使用できる。

さらにはセロチン酸ミリシル、セロチン酸セリル、モンタン酸セリル、パルミチン酸ミリシル、ステアリン酸ミリシル、パルミチン酸セチル、ステアリン酸セチル等の高級脂肪酸の高級アルコールエステル類等が選ばれる。

グリセライドとしては、ステアリン酸モノグリセライド、パルミチンモノグリセライド、オレイン酸モノグリセライド、ベヘニン酸モノグリセライドなどが選ばれる。具体的には、レオドールＭＳ−５０、レオドールＭＳ−６０、レオドールＭＳ−１６５、レオドールＭｏ−６０、エキセパールＧ−ＭＢ（以上、花王製）が選ばれる。

ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の石油系ワックス、キャンデリラワックス、カルナウバワックス等の植物系ワックス、特殊エステル系ワックス、ポリエチレンワックス等が選ばれる。具体的には、脱臭精製カルナバワックスＮｏ．１、精製キャンデリラワックスＮｏ．１（以上、セラリカ野田製）、シンクロワックスＥＲＬ−Ｃ、シンクロワックスＨＲ−Ｃ（以上、クローダ製）が使用できる。特殊エステル系ワックスとして、エキセパールＤＳ−Ｃ２（花王製）等も選ばれる。

さらに脂環族飽和炭化水素樹脂、ロジン系樹脂、炭化水素系樹脂、アミド系樹脂、アクリル酸系及びメタクリル酸系高分子、スチレン系高分子、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリケトン等の高分子量樹脂を添加することもできる。

更に機能性を発現するため、各種の表面処理剤、界面活性剤、粘度調整剤、接着性付与剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤等を混合すると良い。

着色剤としては、上記の支持体用材料に溶解、または安定分散し、さらに熱安定性に優れた染料および顔料が適している。溶解性染料（ＳｏｌｖｅｎｔＤｙｅ）が望ましいが，特に限定されるものではない。また色の調整等で２種類以上の着色剤を適時混合することが可能である。

具体的には、染料として次に述べるようなものがある。
〈マゼンタ染料〉
ＭＳＭａｇｅｎｔａＶＰ、ＭＳＭａｇｅｎｔａＨＭ−１４５０、ＭＳＭａｇｅｎｔａＨｓｏ−１４７（三井東圧）、ＡＩＺＥＮＳＯＴＲｅｄシリーズ、ＳＰＩＲＯＮＲｅｄＧＥＨＳＰＥＣＩＡＬ（保土谷化学）、ＭＡＣＲＯＬＥＸＲＯＴ５Ｂ（バイエルジャパン）、ＫＡＹＡＳＥＴＲｅｄＢ、ＫＡＹＡＳＥＴＲｅｄ１３０、ＫＡＹＡＳＥＴＲｅｄ８０２（日本化薬）、ＲＯＳＥＢＥＮＧＡＬ（ダイワ化成）、ＤＩＡＲＥＳＩＮＲｅｄＫ（三菱化成）、ＯｉｌＲｅｄ（ＢＡＳＦジャパン）、ＯｉｌＰｉｎｋ３３０（中央合成化学）。
〈シアン染料〉
ＭＳＣｙａｎＨＭ−１２３８、ＭＳＣｙａｎＶＰＧ（三井東圧）、ＡＩＺＥＮＳＯＴＢｌｕｅ−４（保土谷化学）、ＭＡＣＲＯＬＥＸＢｌｕｅＲＲ（バイエルジャパン）、ＫＡＹＡＳＥＴＢｌｕｅＮ、ＫＡＹＡＳＥＴＢｌｕｅ８１４（日本化薬）、ＤＡＩＷＡＢｌｕｅ７０００、ＯｌｅｏｓｏｌＦａｓｔＢｌｕｅＧＬ（ダイワ化成）、ＤＩＡＲＥＳＩＮＢｌｕｅＰ（三菱化成）、ＳＵＤＡＮＢｌｕｅ６７０、ＮＥＯＰＥＮＢｌｕｅ８０８、ＺＡＰＯＮＢｌｕｅ８０６（ＢＡＳＦジャパン）。
〈ブラック染料〉
ＭＳＢＬＡＣＫＶＰＣ（三井東圧）、ＡＩＺＥＮＳＯＴＢＬＡＣＫ−１、ＡＩＺＥＮＳＯＴＢＬＡＣＫ−５（保土谷化学）、ＲＥＳＯＬＩＮＢＬＡＣＫＢＳ（バイエルジャパン）、ＫＡＹＡＳＥＴＢＬＡＣＫＡ−Ｎ（日本化薬）、ＤＡＩＷＡＢＬＡＣＫＭＳＣ（ダイワ化成）、ＨＳＢ−２０２（三菱化成）、ＮＥＰＴＵＮＥＢＬＡＣＫＸ６０、ＮＥＯＰＥＮＢＬＡＣＫＸ５８（ＢＡＳＦジャパン），ＯｌｅｏｓｏｌＦａｓｔＢＬＡＣＫＲＬ（田岡化学工業）、ＣｈｕｏＢＬＡＣＫ８０、ＣｈｕｏＢＬＡＣＫ８０−１５（中央合成化学）。

また、顔料としては、各種の有機及び無機顔料を使用することができる。具体的に商品名を示すと、例えば、クロモファインマゼンタ６８８０、６８９１Ｎ、６７９０、６８８７、クロモファインレッド６８３０、クロモファインブルーＨＳ−３、５１８７、５１９７、５０８５Ｎ、ＳＲ−４９３７、４９３３ＧＮ−ＥＰ、５２１４、５２２１、５０００Ｐ、クロモファインブラックＡ−１１０３、セイカファストレッド８０４０、ＣＡ１２０、ＬＲ−１１６、１５３１Ｂ、８０６０Ｒ、ＺＡＷ−２６２、１５３７Ｂ、４Ｒ−４０１６、ＺＡ−２１５、セイカライトバイオレットＢ８００、７８０５、セイカライトブルーＣ７１８、Ａ６１２、シアニンブルー４９３３Ｍ、４９３３ＧＮ−ＥＰ、４９４０、４９７３（以上大日精化工業製）、ＫＥＴＲｅｄ３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０、３３６、３３７、３３８、３４６、ＫＥＴＢｌｕｅ１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１１１、１１８、１２４（以上大日本インキ化学工業製）、ＣｏｌｏｒｔｅｘＲｅｄ１１５、１１６、Ｄ３Ｂ、Ｈ−１０２４、ＣｏｌｏｒｔｅｘＶｉｏｌｅｔ６００、ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ１２２、ＣｏｌｏｒｔｅｘＢｌｕｅ５１６、５１７、５１８、５１９、Ａ８１８、Ｐ−９０８、ＣｏｌｏｒｔｅｘＢｌａｃｋ７０２、Ｕ９０５（以上山陽色素製）、ＬｉｏｎｏｌＢｌｕｅＦＧ７３３０、ＦＧ７３５０、ＦＧ７４００Ｇ、ＦＧ７４０５Ｇ、（以上東洋インキ製造製）、カーボンブラック＃２６００、＃２４００、＃２３５０、＃２２００、＃１０００、＃９９０、＃９８０、＃９７０、＃９６０、＃９５０、＃８５０、ＭＣＦ８８、＃７５０、＃６５０、ＭＡ６００、ＭＡ７、ＭＡ８、ＭＡ１１、ＭＡ１００、ＭＡ１００Ｒ、ＭＡ７７、＃５２、＃５０、＃４７、＃４５、＃４５Ｌ、＃４０、＃３３、＃３２、＃３０、＃２５、＃２０、＃１０、＃４４、ＣＦ９（以上三菱化学製）などが挙げられる。

造形物用材料としては、造形物用材料の融点＝〔（支持体用材料の融点）−（５〜３０）〕℃以下であれば、特に限定されるものではないが、活性エネルギー線照射、加熱等により硬化する活性エネルギー線硬化性または熱硬化性化合物が挙げられる。

活性エネルギー線硬化性化合物とは、活性エネルギー線を照射することによりラジカル重合、またはカチオン重合する化合物であって、ラジカル重合する化合物としてはエチレン性不飽和基を有する化合物、カチオン重合する化合物としては脂環式エポキシ基、またはオキセタン環を有する化合物が好適に用いられる。

造形物用材料中の光硬化性樹脂モノマーとしては，分子構造中にラジカル重合可能な不飽和二重結合を有する比較的低粘度の樹脂モノマーで、例えば、単官能基の２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート（ＥＨＡ）、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート（ＨＥＡ）、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート（ＨＰＡ）、カプロラクトン変成テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレート、３−メトキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレート、二官能基のトリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート，ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート（ＭＡＮＤＡ）およびヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート（ＨＰＮＤＡ）、１，３‐ブタンジオールジ（メタ）アクリレート（ＢＧＤＡ）、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート（ＢＵＤＡ）、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート（ＨＤＤＡ）、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート（ＤＥＧＤＡ）、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート（ＮＰＧＤＡ）、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート（ＴＰＧＤＡ）、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリレート、多官能基のトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート（ＴＭＰＴＡ）、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート（ＰＥＴＡ）、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート（ＤＰＨＡ）、トリアリルイソシアネート，ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールの（メタ）アクリレート、トリス（２ーヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ（メタ）アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタ（メタ）アクリレートエステル等が好ましい。

具体的には、ＫＡＹＡＲＡＤＴＣ−１１０Ｓ、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−１２８Ｈ、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−５２６、ＫＡＹＡＲＡＤＮＰＧＤＡ，ＫＡＹＡＲＡＤＰＥＧ４００ＤＡ、ＫＡＹＡＲＡＤＭＡＮＤＡ、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−１６７、ＫＡＹＡＲＡＤＨＸ−２２０、ＫＡＹＡＲＡＤＨＸ−６２０、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−５５１、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−７１２、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−６０４、ＫＡＹＡＲＡＤＲ−６８４、ＫＡＹＡＲＡＤＧＰＯ、ＫＡＹＡＲＡＤＴＭＰＴＡ、ＫＡＹＡＲＡＤＴＨＥ−３３０、ＫＡＹＡＲＡＤＴＰＡ−３２０、ＫＡＹＡＲＡＤＴＰＡ−３３０、ＫＡＹＡＲＡＤＰＥＴ−３０、ＫＡＹＡＲＡＤＲＰ−１０４０、ＫＡＹＡＲＡＤＴ−１４２０、ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ、ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ−２Ｃ、ＫＡＹＡＲＡＤＤ−３１０、ＫＡＹＡＲＡＤＤ−３３０、ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＣＡ−２０、ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＣＡ−３０、ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＣＡ−６０、ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＣＡ−１２０、ＫＡＹＡＲＡＤＤＮ−００７５、ＫＡＹＡＲＡＤＤＮ−２４７５、ＫＡＹＡＭＥＲＰＭ−２、ＫＡＹＡＭＥＲＰＭ−２１、ＫＳシリーズＨＤＤＡ、ＴＰＧＤＡ、ＴＭＰＴＡ、ＳＲシリーズ２５６，２５７，２８５，３３５，３３９Ａ，３９５，４４０，４９５，５０４，１１１，２１２，２１３，２３０，２５９，２６８，２７２，３４４，３４９，６０１，６０２，６１０，９００３，３６８，４１５，４４４，４５４，４９２，４９９，５０２，９０２０，９０３５，２９５，３５５，３９９Ｅ４９４，９０４１２０３，２０８，２４２，３１３，６０４，２０５，２０６，２０９，２１０，２１４，２３１Ｅ２３９，２４８，２５２，２９７，３４８，３６５Ｃ，４８０，９０３６，３５０（以上，日本化薬製）、ビームセット７７０（荒川化学工業製）等が使用できる。

また、光重合性プレポリマーとしては、紫外線硬化樹脂の製造に使用される光重合性プレポリマーを使用することができる。プレポリマーとしてはポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アルキッド樹脂、エーテル系樹脂、多価アルコール等のアクリレート、メタアクリレート等が限定することなく使用できる。また、水溶性樹脂およびエマルジョンタイプの光硬化型樹脂についても使用できる。具体的には、ポリエステル（メタ）アクリレート、ビスフェノール系エポキシ（メタ）アクリレート、ビスフェノールＡ系エポキシ（メタ）アクリレート、プロピレンオキシド変性ビスフェノールＡ系エポキシ（メタ）アクリレート、アルカリ可溶エポキシ（メタ）アクリレート、アクリル変成エポキシ（メタ）アクリレート、リン酸変成エポキシ（メタ）アクリレート、ポリカーボネート系ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル系ウレタン（メタ）アクリレート、脂環式ウレタン（メタ）アクリレート、脂肪族ウレタン（メタ）アクリレート、ポリブタジエン（メタ）アクリレート、ポリスチリル（メタ）アクリレート等を挙げることができる。

例えば、ダイヤビームＵＫ６１０５、ダイヤビームＵＫ６０３８、ダイヤビームＵＫ６０５５、ダイヤビームＵＫ６０６３、ダイヤビームＵＫ４２０３（三菱レイヨン製）、オレスターＲａ１５７４（三井化学製）、ＫＡＹＡＲＡＤＵＸシリーズ２２０１、２３０１、３２０４、３３０１、４１０１、６１０１、７１０１、８１０１、ＫＡＹＡＲＡＤＲ＆ＥＸシリーズ、０１１、３００、１３０、１９０、２３２０、２０５、１３１、１４６、２８０、ＫＡＹＡＲＡＤＭＡＸシリーズ、１１００、２１００、２１０１、２１０２、２２０３、２１０４、３１００、３１０１、３５１０、３６６１（以上、日本化薬製）、ビームセット７００、７１０、７２０、７５０、５０２Ｈ、５０４Ｈ、５０５Ａ−６、５１０、５５０Ｂ、５５１Ｂ、５７５、２６１、２６５、２６７、２５９、２５５、２７１、２４３、１０１、１０２、１１５、２０７ＴＳ、５７５ＣＢ、ＡＱ−７、ＡＱ−９、ＡＱ−１１、ＥＭ−９０、ＥＭ−９２（以上、荒川化学工業製）、０３０４ＴＢ、０４０１ＴＡ、０４０３ＫＡ、０４０４ＥＡ、０４０４ＴＢ、０５０２ＴＩ０５０２ＴＣ、１０２Ａ、１０３Ａ、１０３Ｂ、１０４Ａ、１３１２ＭＡ、１４０３ＥＡ、１４２２ＴＭ、１４２８ＴＡ、１４３８ＭＧ、１５５１ＭＢ、ＩＢＲ−３０５、１ＦＣ−５０７、１ＳＭ−０１２、１ＡＮ−２０２、１ＳＴ−３０７、１ＡＰ−２０１、１ＰＡ−２０２、１ＸＶ−００３、１ＫＷ−４３０、１ＫＷ−５０１、４５０１ＴＡ、４５０２ＭＡ、４５０３ＭＸ、４５１７ＭＢ、４５１２ＭＡ、４５２３ＴＩ、４５３７ＭＡ、４５５７ＭＢ、６５０１ＭＡ、６５０８ＭＧ、６５１３ＭＧ、６４１６ＭＡ、６４２１ＭＡ、６５６０ＭＡ、６６１４ＭＡ，７１７−１、８５６−５、ＱＴ７０１−４５、６５２２ＭＡ、６４７９ＭＡ、６５１９ＭＢ、６５３５ＭＡ、７２４−６５Ａ、８２４−６５、６５４０ＭＡ、６ＲＩ−３５０、６ＴＨ−４１９、６ＨＢ−６０１、６５４３ＭＢ、６ＡＺ−１６２、６ＡＺ−３０９、６ＡＺ−２１５、６５４４ＭＡ、６ＡＴ−２０３Ｂ、６ＢＦ−２０３、６ＡＴ−１１３、６ＨＹ３１６、６ＲＬ−５０５、７４０８ＭＡ、７５０１ＴＥ、７５１１ＭＡ、７５０５ＴＣ、７５２９ＭＡ、ＭＴ４０８−１３、ＭＴ４０８−１５、ＭＴ４０８−４２、７ＣＪ−６０１、７ＰＮ−３０２、７５４１ＭＢ、７ＲＺ−０１１、７６１３ＭＡ、８ＤＬ−１００、８ＡＺ−１０３、５ＹＤ−４２０、９５０４ＭＮＳ、アクリットＷＥＭ−２０２Ｕ、０３０Ｕ、３２１Ｕ、３０６Ｕ、１６２、ＷＢＲ−１８３Ｕ、６０１Ｕ、４０１Ｕ、３ＤＲ−０５７、８２９、８２８（以上、大成化工製）がある。

さらに、光重合開始剤としては、光（特には、波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができ、具体的には、アセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、４，４’−ジクロロベンゾフェノン、４，４’−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−ｎ−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−ｎ−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、メチルベンゾイルフォーメート、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド等を挙げることができる。これらの光重合開始剤を１種で、又は複数種を組合せて用いることができる。

光（特には、紫外線）を照射する際に、本発明によるインク組成物中の顔料によって、光（特には、紫外光）が吸収又は隠蔽されることによる硬化速度の低下を防止する目的で増感剤を使用することもできる。増感剤としては、脂肪族アミン、芳香族基を有するアミン、若しくはピペリジン等の環状アミン系化合物、ｏ−トリルチオ尿素等の尿素系化合物、ナトリウムジエチルチオホスフェート若しくは芳香族スルフィン酸の可溶性塩等のイオウ化合物、Ｎ，Ｎ’−ジ置換−ｐ−アミノベンゾニトリル等のニトリル化合物、トリ−ｎ−ブチルホスフィン若しくはナトリウムジエチルジチオホスフィード等のリン化合物、ミヒラーケトン、Ｎ−ニトロソヒドロキシルアミン誘導体、オキサゾリジン化合物、テトラヒドロ−１，３−オキサジン化合物、ホルムアルデヒド又はアセトアルデヒドとジアミンとの縮合物等の窒素化合物等を挙げることができる。これらの増感剤を１種で、又は複数種を組合せて用いることができる。

着色剤としては、上記の造形物用材料に溶解または安定分散する染料および顔料が適している。特に限定されるものではないが、支持体用材料に記載したものが使用できる。また色の調整等で２種類以上の着色剤を適時混合することが可能である。

本発明による造形物用材料においては、乾燥速度を上げることを目的として、本発明のインク組成物に低沸点有機溶媒（特には低沸点アルコール）を含有するのが好ましい。低沸点アルコールとしては、炭素数１〜４の脂肪族アルコール、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、又はイソブチルアルコール等を挙げることができる。

これらの低沸点有機溶媒を１種で、又は複数種を組合せて用いることができる。この低沸点有機溶媒（特には低沸点アルコール）の含有量は、インク組成物の全重量に対して、好ましくは１〜３０重量％、より好ましくは１０〜２０重量％である。３０重量％を越えると吐出性に問題が生じることがあり、１重量％未満では乾燥速度が低下することがある。

造形用材料を硬化する手段としては、紫外線（ＵＶ）照射ランプ、電子線等が挙げられる。オゾンを除去する機構が具備されると好ましい。ランプの種類としては、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライド等がある。超高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたＤｅｅｐＵＶタイプは、短波長領域の照射が可能である。メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効的である。Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅなどの金属のハロゲン化物が用いられ、光開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。硬化に有効であるランプであれば、特に制限無く使用できる。例えば、ＦｕｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ社製のＨランプ、Ｄランプ、又はＶランプ等のような市販されているものも使用することができる。

次に、上記したリニアヘッドを多数配列して一体化させた例を図３にて説明する。先ず、各リニアヘッドの配列方法を説明すれば、ノズルプレート２に設けられた５個のノズル１間のピッチは、それぞれ所定解像度ピッチの４倍の設定となっている。１５はノズルプレート２からなるリニアヘッド４個を矢印Ａ、Ｂ方向の垂直方向に所定解像度ピッチ分だけそれぞれ階段状にずらして固定プレート１６に固定したマルチヘッドユニットである。ここで、矢印Ａ方向はノズルプレート２から構成されるリニアヘッド移動時の往路で、矢印Ｂ方向はその復路であり、図示されない一軸の駆動機構により動作される。また、１７、１８はマルチヘッドユニット１５と同様な構成のマルチヘッドユニットで、矢印Ａ、Ｂ方向の垂直方向の所定解像度ピッチがそれぞれ繋がるよう固定プレート１６に固定されている。更に、１９、２０はマルチヘッドユニット１５、１７、１８を固定した固定プレート１６と同様なマルチヘッドユニット構成の固定プレートで、マルチヘッドユニット２１、２２、２３およびマルチヘッドユニット２４、２５、２６を有し、固定プレート１６、１９、２０が一体化されるよう図示されないネジで固定されている。マルチヘッドユニット１５、２１、２４間、マルチヘッドユニット１７、２２、２５間、マルチヘッドユニット１８、２３、２６間の矢印Ａ、Ｂ方向の垂直方向におけるノズル配列高さはすべて同じである。

各リニアヘッドからの噴射材料の噴射動作を説明すれば、固定プレート１６のマルチヘッドユニット１５、１７、１８、および固定プレート２０のマルチヘッドユニット２４、２５、２６からは支持体用材料である常温で固体のインクが、固定プレート１９のマルチヘッドユニット２１、２２、２３からは造形物用材料である光硬化性樹脂インクが噴射されるよう構成されている。ここで、一体化された固定プレート１６、１９、２０が往路となる矢印Ａ方向に移動するときはマルチヘッドユニット１５、１７、１８から、また、復路となる矢印Ｂ方向に移動するときはマルチヘッドユニット２４、２５、２６から支持体を形成するソリッドインクが噴射される。ここで、矢印Ａ、Ｂ方向の移動時におけるマルチヘッドユニット１５、１７、１８、およびマルチヘッドユニット２４、２５、２６は所定位置に所定解像度となるようソリッドインクの噴射タイミングを制御している。

以上の動作を繰り返しつつ、インクを噴射することにより支持体が積層される。こうしてできあがった支持体の溝や堰の中に、必要に応じてマルチヘッドユニット２１、２２、２３から造形物用材料である光硬化性樹脂インクを噴射し、図示されない紫外線照射器によって重合硬化されるため、この光硬化性樹脂インクは常温において液体であっても「たれ」の心配が無くなる。また、一体化された固定プレート１６、１９、２０の往路、復路の移動時の毎回ごとに光硬化性樹脂インクを噴射する必要があっても、光硬化性樹脂インクを噴射するマルチヘッドユニット２１、２２、２３の両側の位置に、常温で固体のインクを噴射するマルチヘッドユニット１５、１７、１８およびマルチヘッドユニット２４、２５、２６が位置しているために、必ず常温で固体のインクが噴射された後に光硬化性樹脂インクを噴射することが可能となり、積層速度を高めることが可能となる。また、常温で固体のインクを噴射するマルチヘッドユニット１５、１７、１８のいずれかのノズルに噴射つまりが発生したとしても、もう一方のマルチヘッドユニット２４、２５、２６の噴射つまりノズルに対応する位置のノズルにて代替噴射させることも可能である。この場合、噴射つまりノズルを検出し、他のノズルで代替噴射させる制御装置が必要である。

図４は、リニアヘッドの配列方法を変えた他の例を示す。２７はリニアヘッド移動時の往路である矢印Ａ方向、および復路である矢印Ｂ方向の垂直方向において、それぞれのノズル１間のピッチが所定解像度となるように、複数のノズルプレート２を傾斜させて固定した固定プレートである。２８、２９は、固定プレート２７と同じノズルプレート２の配列構成の固定プレートで、固定プレート２７、２８、２９間のそれぞれのノズルプレート２におけるノズル配列高さはすべて同じとなるよう固定プレート２７と一体化されている。

固定プレート２７、２９からは支持体用材料である常温で固体のインクが、固定プレート２８からは造形物用材料である光硬化性樹脂インクが噴射されるよう構成されている。なお、各リニアヘッドからの噴射動作については、図３での説明と同じであるため省略する。

このように、リニアヘッド移動時の矢印Ａ、Ｂ方向に対して複数のノズルプレート２を傾斜させて配列した場合、固定プレートに対するノズルプレートの実装密度を高められるばかりでなく、ノズルプレートを追加した分だけ矢印Ａ、Ｂ方向の垂直方向の噴射幅を増やせるため、最低限の個数のノズルプレートを用いて指定の噴射幅に効率良く設定できるといった利点がある。

図５は、本発明による造形物製造工程の一例を示す概略図である。造形装置３９は、図３ないし図４に記載のリニアヘッドを配列したマルチヘッドユニットを用いて、造形物用インク噴射ヘッドユニット３０から造形物用材料を、支持体用インク噴射ヘッドユニット３１、３２から支持体用材料を噴射し、隣接した紫外線照射機３３、３４で造形物材料を硬化しながら積層していく。

マルチヘッドユニットが矢印Ａ方向に移動する時は、基本的に支持体用インク噴射ヘッドユニット３１、造形物用インク噴射ヘッドユニット３０、紫外線照射機３４を用いて、支持体３６、造形物３５を造形物支持基板３７に形成する。支持体用インク噴射ヘッドユニット３２、紫外線照射機３３を補助的に用いても良い。この紫外線照射に伴って発生する熱により、積層された支持体材料表面が平滑化され、結果として造形物の寸法安定性が向上できる。

また、本構成は造形物用インク（ＵＶ硬化インク）噴射ヘッドユニットとＵＶ照射器の間に、支持体用インク噴射ヘッドユニットが配置されることにより、漏れ光や反射光が造形物用インク（ＵＶ硬化インク）噴射ヘッドユニットに当たり難く、ノズル部分のインクの増粘や硬化による目詰まりを起こし難い。

また、マルチヘッドユニットが矢印Ｂ方向に移動する時は、基本的に支持体用インク噴射ヘッドユニット３２、造形物用インク噴射ヘッドユニット３０、紫外線照射機３３を用いて、支持体３６、造形物３５を造形物支持基板３７に形成する。支持体用インク噴射ヘッドユニット３１、紫外線照射機３４を補助的に用いても良い。この紫外線照射に伴って発生する熱により、積層された支持体材料表面が平滑化され、結果として造形物の寸法安定性が向上できる。

さらに、インク噴射ヘッドユニット３０、３１、３２および紫外線照射機３３、３４と、造形物３５および支持体３６とのギャップを一定に保つため、積層回数に合わせて、ステージ３６を下げながら積層する。環境温度センサー４１は、造形装置３９全体の環境温度、あるいは造形物、支持体の積層面付近の環境温度を測定し、図示しない温度制御部にて、温度をコントロールする。環境温度センサー４１は、図中に示すような高さに設置する。

図６は、図５よりも各層の平滑性を向上できる構成とした造形物製造工程の一例を示す概略図である。基本的な工程は図５と同じであるが、紫外線照射機３３、３４を造形物用材料噴射ヘッド３０と支持体用材料噴射ヘッド３１、３２との間に配置している点が異なる。また本方式の装置では、紫外線照射機３３、３４は矢印Ａ、Ｂいずれの方向に移動する際も使用し、その紫外線照射に伴って発生する熱により、積層された支持体材料表面が平滑化され、結果として造形物の寸法安定性が向上できる。

環境温度センサー４１は、造形装置３９全体の環境温度、あるいは造形物、支持体の積層面付近の環境温度を測定し、図示しない温度制御部にて、温度をコントロールする。環境温度センサー４１は、図中に示すような高さに設置すると良い。

また装置としては、インク回収、リサイクル機構等を付加することも可能である。ノズル面に付着したインクを除去するブレードや不吐出ノズルの検出機構を具備していても良い。

図７は、図６の三次元積層造形装置構成を上方からみた概略図である。環境温度センサー４１は、造形物用インク噴射ヘッドユニット３０、支持体用インク噴射ヘッドユニット３１、３２、ＵＶ照射機３３、３４にぶつからないよう、造形物支持基板３７、ステージ３８から少し外れた位置に設置すると良い。

次に本発明を実施例により具体的に説明するが、記載例に限定されるものではない。

造形用材料として、ウレタンアクリレート（三菱レイヨン製、商品名：ダイヤビームＵＫ６０３８）を１０重量部、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート（日本化薬製、商品名：ＫＡＹＡＲＡＤＭＡＮＤＡ）を９０重量部および光重合開始剤（チバスペシャルティケミカルズ製、商品名イルガキュア１７００）を３重量部、着色剤として青顔料（東洋インキ製造製、商品名：ＬｉｏｎｏｌＢｌｕｅ７４００Ｇ）２重量部の全３００ｇをホモジナイザ（日立工機製ＨＧ３０）を用いて、回転数２，０００ｒｐｍで均質な混合物が得られるまで分散し、続いてろ過を行い不純物等を除去し、均質な造形物用インク組成物を得た。インクの粘度は回転粘度計（トキメック製ＥＬＤモデル）、表面張力は自動表面張力計（協和界面科学製ＣＶＢＰ−Ｚモデル）にて測定した。いずれも測定温度は２５℃である。粘度は９．５ｍＰａ・ｓ、表面張力は３２．５ｍＮ／ｍであった。

支持体用材料としては、カルナウバワックス（セラリカ野田製、商品名：脱臭精製カルバウバワックスＮｏ．１）を５０重量部、エステルアミド（川研ファインケミカル製、カワスリップＳＡ）５０重量部、着色剤として黒顔料（三菱化学製、商品名：ＭＡ７７）３重量部の全３００ｇをホモジナイザ（日立工機製ＨＧ３０）を用いて、回転数２，０００ｒｐｍで均質な混合物が得られるまで分散し、続いてろ過を行い不純物等を除去し、均質な支持体用インク組成物を得た。インクの粘度は１１．０ｍＰａ・ｓ、表面張力は２０．０ｍＮ／ｍであった。いずれも噴射温度の１３０℃での測定値である。また、融点は柳本製作所製の微量融点装置ＭＰ−Ｓ３にて測定した。試料台上にインク約３ｍｇを乗せ、昇温速度約２℃／ｍｉｎで加熱した。一般には、インクの溶け始めから溶け終わりまでの温度を融点とするが、本発明での融点とは、インクの溶け始めの温度を指す。本実施例のインクの融点は７５℃であった。

図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を５０℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で３５０ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、反りや部分的な変形もなく、さらに滑らかな表面状態であった。

実施例１と同様の造形用材料、支持体用材料を用いて、図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を７０℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で２５０ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、反りや部分的な変形もなく、さらに滑らかな表面状態であった。

実施例１と同様の造形用材料、支持体用材料を用いて、図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を４５℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で３５０ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、反りや部分的な変形はなかった。表面状態は若干滑らかさに欠けていた。

実施例１と同様の造形用材料、支持体用材料を用いて、図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を５５℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で３００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、反りや部分的な変形もなく、さらに滑らかな表面状態であった。

実施例１と同様の造形用材料、支持体用材料を用いて、図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を６０℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で３００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、反りや部分的な変形もなく、さらに滑らかな表面状態であった。

実施例１と同様の造形用材料、支持体用材料を用いて、図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を６５℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で３００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、反りや部分的な変形もなく、さらに滑らかな表面状態であった。
＜比較例１＞

実施例１と同様の造形用材料、支持体用材料を用いて、図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を７１℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で３００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、造形物の形状によっては支持体材料の部分的な変形が起きて造形物の寸法安定性が悪くなってしまう。
＜比較例２＞

実施例１と同様の造形用材料、支持体用材料を用いて、図６の構成の装置で、造形装置３９内の環境温度を４４℃に制御し、紫外線照射装置（ウシオ電機製、ＳＰ５−２５０ＤＢ）で３００ｍＪ／ｃｍ^２の光量を照射して造形物材料を硬化させながら、造形物の形成をおこなった。形成された造形物は、端の部分や細長い部分に、僅かに変形や寸法のズレが生じていた。表面状態は滑らかではなかった。

リニアヘッドの分解斜視図である。リニアヘッドの部分断面図である。リニアヘッドのノズル配列状態を示す模式図である。リニアヘッドのノズル配列状態を示す模式図である。本発明の一例となる三次元積層造形装置の構成を示す概略図である。本発明の他の例となる三次元積層造形装置の構成を示す概略図である。本発明の図６の三次元積層造形装置構成を上方からみた概略図である。

符号の説明

１はノズル、２はノズルプレート、３は加圧室、４は加圧室プレート、５はリストリクタ、６はリストリクタプレート、７は振動板、８はフィルタ部、９はダイヤフラムプレート、１０は噴射材料供給路、１１は取付けベース、１２は圧電素子、１３は接着剤、１４は支持基板、１５、１７、１８、２１、２２、２３、２４、２５、２６はマルチヘッドユニット、１６、１９、２０、２７、２８、２９は固定プレートである。さらに、３０は造形物用インク噴射ヘッドユニット、３１，３２は支持体用インク噴射ヘッドユニット、３３，３４はＵＶ照射機、３５は造形物、３６は支持体、３７は造形物支持基板、３８はステージ、３９は造形装置、４１は環境温度センサーである。

Claims

造形物が支持体層に埋設されるように造形物用材料および支持体用材料をインクジェット方式により噴射する三次元積層造形装置において、造形時の装置内環境温度を支持体用材料の融点に対して（融点−３０）℃から（融点−５）℃の範囲に制御することを特徴とする三次元積層造形装置。
造形物用材料として活性エネルギー線硬化性化合物を用いることを特徴とする請求項１記載の三次元積層造形装置。
支持体用材料は活性エネルギー線照射により溶融または変形可能であることを特徴とする請求項２記載の三次元積層造形装置。
支持体用材料を噴射するインクジェットヘッドに、活性エネルギー線照射機を隣接させて設置することを特徴とする請求項3記載の三次元積層造形装置。
前記造形物材料と前記支持体材料が異なる色で噴射されること特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の三次元積層造形装置。
前記支持体用材料が着色剤を含有することを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の三次元積層造形装置。
少なくとも一つ以上のブラック染料、ブラック顔料、濃厚色の染料または顔料のいずれかの着色剤を添加した支持体用材料を用いることを特徴とする請求項６記載の三次元積層造形装置。