JP2009006538A - 三次元造形装置、および三次元造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の物性を呈する部材によって形成された構造を内包する三次元物体を一体の造形物として形成する。
【解決手段】粉体層を結合液で結合させた断面部材を積層して三次元物体を造形する。断面部材を形成する際に、所望の物性を付与したい部分は、所望の物性を呈する第１の結合液を供給し、その他の部分は、所望の物性を呈さない第２の結合液を供給する。結合液は粉体層の正確な位置に供給することができるので、どのような細かな形状であっても第１の結合液を供給して、その部分にだけ所望の物性を付与しながら断面部材を形成することができる。その結果、このような断面部材を積層して三次元物体を造形することで、物体の内部に所望の物性を呈する部分が複雑に設けられている様な三次元物体を、一体の造形物として形成することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、三次元物体を造形する技術に関し、詳しくは、結合液を吐出して粉末材料を結合させることによって、三次元物体を造形する技術に関する。

粉体を結合液で固めながら、三次元物体を造形する技術が知られている。この技術では、次のような操作を繰り返すことによって三次元物体を造形する。先ず、粉体を均一な厚さで薄く敷き詰めて粉体層を形成し、この粉体層の所望部分に結合液を吐出することによって粉体同士を結合させる。この結果、粉体層の中で、結合液が吐出された部分だけが結合して、薄い板状の部材が形成される。本明細書中では、この薄い板状の部材を「断面部材」と呼ぶことにする。次いで、その粉体層の上に更に粉体層を薄く形成し、所望部分に結合液を吐出する。その結果、新たに形成された粉体層の結合液が吐出された部分にも、新たな断面部材が形成される。このとき、粉体層上に吐出した結合液が染み込んで、先に形成された断面部材に到達するので、新たに形成された断面部材は先に形成された断面部材にも結合される。このような操作を繰り返して、薄い板状の断面部材を一層ずつ積層することによって、三次元物体を造形することができる。

このような三次元造形技術は、造形しようとする物体の三次元形状データさえあれば、粉体を結合させて直ちに造形可能であり、造形に先立って金型を作成するなどの必要がないので、迅速にしかも安価に三次元物体を造形することが可能である。また、薄い板状の断面部材を一層ずつ積層して造形するので、例えば内部構造を有する複雑な物体であっても、複数の部品に分けることなく一体の造形物として形成することが可能である。

あるいは、粉体層を形成する際に、領域によって粉体の種類を変えることにより、あたかも材質の異なる複数種類の部品を組み立てたような物体を、一体の造形物として形成することも提案されている（特許文献１）。

特開２００２−３０７５６２号公報

しかし、粉体層を形成する際に、領域によって粉体の種類を変えようとしても、境界の部分で粉体の種類を明確に切り換えることは困難であり、従って、ある物性を有する部分が微細な構造を形成するような物体や、ある物性を有する部分が正確な寸法に設定されているような物体を造形することは困難であるという問題があった。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、ある物性を有する部分が微細な構造を形成するような物体や、ある物性を有する部分が正確な寸法に設定されているような物体であっても、一体の造形物として形成可能な三次元造形技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の三次元造形装置は次の構成を採用した。すなわち、
粉体を結合液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形装置であって、
所望の物性を有する領域を含んだ前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶手段と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成手段と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成手段と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記結合液を供給することで、新たな断面部材を形成するとともに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することによって、前記三次元物体を造形する三次元物体造形手段と
を備え、
前記断面部材形成手段は、
前記所望の物性を呈する第１の結合液、または、該所望の物性を呈さない第１以外の結合液の何れかを選択的に供給可能であり、
前記断面部材を形成するに際して、前記断面データに基づいて前記所望の物性を有する領域と判断された部分については前記第１の結合液を供給し、残余の部分については前記第１以外の結合液を供給することによって、該断面部材を形成する手段であることを要旨とする。

また、上記の三次元造形装置に対応する本発明の三次元造形方法は、
粉体を結合液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形方法であって、
所望の物性を有する領域を含んだ前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶工程と、
前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成工程と、
前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成工程と、
前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記結合液を供給することで、新たな断面部材を形成するとともに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することによって、前記三次元物体を造形する三次元物体造形工程と
を備え、
前記断面部材形成工程は、
前記所望の物性を呈する第１の結合液、または、該所望の物性を呈さない第１以外の結合液の何れかを選択的に供給可能であり、
前記断面部材を形成するに際して、前記断面データに基づいて前記所望の物性を有する領域と判断された部分については前記第１の結合液を供給し、残余の部分については前記第１以外の結合液を供給することによって、該断面部材を形成する工程であることを要旨とする。

かかる本発明の三次元造形装置および三次元造形方法においては、造形しようとする三次元物体の形状データを予め記憶しており、その三次元物体を複数の断面で層状に切断したときの各層での断面データを生成可能となっている。そして、粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成し、その粉体層に対して断面データに従って結合液を供給する。結合液が供給されると粉体は互いに結合するので、粉体層に断面データに従って結合液を供給することにより、粉体層の厚みに相当する厚さを有し且つ三次元物体のある断面での断面形状を有する部材（断面部材）を形成することができる。そこで、断面部材が形成された粉体層の上に、新たな粉体層を形成し、その粉体層に対して、断面データに従って結合液を供給することで、新たな断面部材を形成するとともに先に形成した断面部材の上に積層する。このような操作を繰り返すことにより、三次元物体を造形することができる。ここで、断面部材を形成するに際しては、所望の物性を呈する第１の結合液、または所望の物性を呈さない第１以外の結合液の何れかを選択的に粉体層に供給して断面部材を形成することが可能となっており、断面データに基づいて、所望の物性を有する領域と判断された部分については第１の結合液を供給し、その他の領域については第１以外の結合液を供給することによって断面部材を形成する。尚、「所望の物性を呈さない」とは、例えば所望の物性が「電導性を有すること」であれば「電導性を有さないこと」を意味するが、所望の物性が「所定範囲の電導性を有すること」であれば、「電導性を有さないこと」ではなく「電導性を示す数値が所定範囲に入らないこと」ことを意味している。

三次元物体の一部の領域に所望の物性を付与するために、その部分は粉体の種類を変えて粉体層を形成しようとしても、境界の部分で粉体同士が混じり合ってしまい、明確な境界を形成することは難しい。従って、ある種類の粉体で形成された三次元物体の中に、粉体の種類を異ならせて（すなわち、物性を異ならせて）微細な形状を形成することは困難である。あるいは、正確な位置で粉体の種類が切り換わる洋にすることは困難である。これに対して結合液であれば、粉体層の正確な位置に供給することができるので、境界の位置で結合液の種類を切り換えることも容易であり、三次元物体の中の特定の部分だけ、周囲とは異なる結合液を供給することも可能である。このため、断面データに基づいて所望の物性を有する領域と判断された部分には、所望の物性を呈する第１の結合液を供給し、残りの部分には、所望の物性を呈さない第１以外の結合液を供給して断面部材を形成することで、所望の物性を呈する部分が微細な構造を形成するような物体や、所望の物性を呈する部分が正確な寸法に設定されているような物体を、一体の造形物として形成することが可能となる。

また、上述した本発明の三次元造形装置においては、導電性を呈する第１の結合液、および、導電性を呈さない第１以外の結合液を備え、粉体層に向かって何れかの結合液を選択的に供給することによって、断面部材を形成することとしてもよい。

こうすれば、第１の結合液を供給して形成した部分だけが導電性を有するような三次元物体を造形することができる。そのため、電気的な回路が複雑に形成された三次元物体も一体の造形物として造形することが可能となる。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ｂ．本実施例の造形方法：
Ｃ．変形例：

Ａ．装置構成：
図１は、本実施例の三次元造形装置１００の大まかな構成を示した説明図である。図示されているように、三次元造形装置１００は、大きな枠体から構成され内部に三次元物体が造形される造形部１０と、造形部１０内に粉体による粉体層を形成する粉体層形成部２０と、粉体同士を結合させる結合液を粉体層に供給する結合液供給部３０と、三次元造形装置１００の全体の動作を制御するために各種の演算処理を行う演算処理部４０などから構成されている。

演算処理部４０は、造形しようとする三次元物体の形状データを記憶しておくとともに、三次元物体を複数の断面で層状に切断して、各層での断面データを生成する断面データ生成部４２と、得られた断面データに従って造形部１０や、粉体層形成部２０、結合液供給部３０の動作を制御する制御部４４などから構成されている。制御部４４は、断面データ生成部４２から断面データを受け取ると、粉体層形成部２０を駆動して造形部１０内に粉体層を形成させ、結合液供給部３０を駆動して結合液を断面データに従って粉体層に供給する。こうすることにより、造形部１０内には、１層分の断面データに対応する断面形状の薄板状の部材（断面部材）が形成される。こうして１層分の断面部材が形成されたら、底面駆動部１６を駆動して底面部１４を少しだけ低下させる。次いで、断面データ生成部４２から次の断面データを受け取って、断面部材を形成した粉体層の上に新たな粉体層を形成し、その上から結合液を供給することにより、新たな断面部材を形成する。このように制御部４４は、断面データ生成部４２から各層の断面データを受け取ると、造形部１０や、粉体層形成部２０、結合液供給部３０を駆動することにより、１層ずつ断面部材を形成して積層していく。

尚、断面データ生成部４２は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどが相互にデータをやり取り可能に構成された周知のコンピュータを用いて構成することができる。また、制御部４４は、断面データを変換して、造形部１０や粉体層形成部２０、結合液供給部３０への駆動信号を生成する専用のＩＣチップを用いて構成することができる。もちろん、こうした変換をＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭなどを用いて実行しても良い。この場合は、断面データ生成部４２を構成するコンピュータに制御部４４の機能を組み込んで、断面データ生成部４２と制御部４４とを一体に構成することも可能である。

造形部１０は、上方から見ると矩形形状をした枠体１２と、枠体１２の底面を形成して上下方向に摺動可能な底面部１４と、底面部１４を上下方向に摺動させる底面駆動部１６等から構成されており、枠体１２と底面部１４との間に形成された空間に三次元物体が造形される。また、底面駆動部１６は制御部４４からの制御によって、底面部１４を正確に上下方向に移動させることが可能となっている。

粉体層形成部２０は、粉体が収納されるホッパー２２と、ホッパー２２の下部で回転することにより粉体を一定量ずつ供給する粉体供給ローラ２４と、粉体供給ローラ２４から供給された粉体を一定厚さに伸展させて粉体層を形成する伸展ローラ２６などから構成されている。粉体は、樹脂や、金属、酸化物など、種々の物性を有する粉体を用いることが可能であり、造形する三次元物体に付与しようとする物性に応じて適切な粉体が選択される。ホッパー２２や、粉体供給ローラ２４、伸展ローラ２６は図１の紙面に直角方向（Ｙ方向）に延びるように形成されており、また粉体層形成部２０は全体が、図１の紙面上で左右方向（Ｘ方向）に移動可能に構成されている。

粉体層を形成する際には、先ず初めに、粉体層形成部２０を図１の左端に移動させる。このとき、形成する粉体層の厚さに相当する分だけ、底面駆動部１６を駆動して底面部１４の位置を下方（マイナスのＹ方向）に下げておく。そして、粉体供給ローラ２４を回転させて、伸展ローラ２６の前方に粉体を供給しながら、粉体層形成部２０を右方向（プラスのＸ方向）に移動させる。伸展ローラ２６は、進行方向に対して逆回転させておく。こうすると、伸展ローラ２６は、余分な粉体を進行方向に蹴り出すようにしながら移動することになり、その結果、後方には、均一な厚さを有する粉体層が形成される。このとき、粉体の供給速度は、形成する粉体層の厚さおよび粉体層形成部２０の移動速度に応じて、適切な供給速度に制御されている。また、伸展ローラ２６の回転速度は、粉体層形成部２０の移動速度に応じて適切な回転速度に制御されている。こうすることで、余分な粉体を進行方向に蹴り出して、常に適量分ずつの粉体を伸展させることが可能となり、その結果、粉体を過度に踏み固めてしまうことを回避することが可能となる。

結合液供給部３０は、粉体層に向けて結合液を供給するための供給ヘッドと、結合液を収容しておく収容部とが２組搭載されており、第１の結合液供給ヘッド３２からは第１の結合液収容部３４に収容された第１の結合液を粉体層に向けて供給し、第２の結合液供給ヘッド３６からは第２の結合液収容部３８に収容された第２の結合液を粉体層に向けて供給することが可能となっている。

ここで、本実施例の２つの結合液供給ヘッド３２，３６には、いわゆるピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドが採用されている。ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドは、微細なノズル穴が設けられた圧力室を液体で満たしておき、ピエゾ素子を用いて圧力室の側壁を撓ませることによって、圧力室の容積減少分に相当する体積の液体を液滴として吐出することが可能である。本実施例の結合液供給部３０では、第１の結合液収容部３４に収容された結合液を、第１の結合液供給ヘッド３２の圧力室に導いてピエゾ素子を駆動することにより、第１の結合液を液滴状にして吐出することが可能となっている。同様に、第２の結合液収容部３８に収容された結合液を、第２の結合液供給ヘッド３６の圧力室に導いてピエゾ素子を駆動することにより、第２の結合液を液滴状にして吐出することが可能となっている。

ここで結合液としては、モノマーと、モノマーが結合したオリゴマーとを主成分とする液体の樹脂材料が用いられている。また、ピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドから液滴として吐出可能な程度の低粘度となるように、結合液のモノマーは比較低分子量のモノマーが選択されており、更に１つのオリゴマーに含まれるモノマーの分子数も数分子程度に調整されている。そして、結合液は、それ単独では安定であるため、結合液収容部３４，３８や結合液供給ヘッド３２，３６の内部で硬化することなく、液滴として吐出することができるが、重合開始剤に接触すると、モノマーが互いに重合してオリゴマーに成長し、またオリゴマー同士もところどころで重合して、比較的速やかに硬化して固体となる性質を有している。本実施例の三次元造形装置１００では、粉体の表面に重合開始剤がコーティングされており、粉体層に結合液の液滴を供給すると、結合液が粉体層の内部に浸透するとともに、粉体表面の重合開始剤に接触して速やかに硬化する。その結果、結合液が吐出された部分では、粉体同士が硬化した結合液によって結合された状態となる。

また、結合液供給部３０は、制御部４４の制御の元で、粉体層形成部２０とは独立して、Ｘ方向（図１の紙面上で左右方向）およびＹ方向（図１の紙面に垂直方向）に移動させることが可能となっている。

図２は、以上のような構成を有する本実施例の三次元造形装置１００で三次元物体を造形する様子を概念的に示した説明図である。三次元物体を造形するにあたっては、造形しようとする物体の三次元形状データを予め記憶しておく必要がある。図２（ａ）は、造形しようとする三次元物体の形状データを概念的に表している。図２（ａ）に示した例では、造形しようとする三次元物体は、中央部が若干絞られた茶筒形状をしており、茶筒形状の上面および下面の中央には丸い大きな窓が形成されている。そして、茶筒形状の内部には、茶筒形状の内部を上下に仕切る仕切り板が設けられている。このような三次元物体を上面（あるいは下面）に平行な複数の断面で層状に切断すると、図２（ｂ）に示すような断面データを得ることができる。尚、断面を取る間隔は必ずしも等間隔である必要はないが、ここでは等間隔であるものとする。また、これらの処理は、断面データ生成部４２で行われ、得られた断面データは制御部４４に供給される。

制御部４４は、造形部１０および粉体層形成部２０を駆動して粉体層を形成するとともに、断面データ生成部４２から受け取った断面データに従って結合液供給部３０を駆動して、粉体層に結合液を吐出する。前述したように、結合液を吐出する結合液供給ヘッド３２，３６は何れもピエゾ駆動方式の液滴吐出ヘッドが用いられており、また、制御部４４によって制御されてＸ方向およびＹ方向に正確に位置決めすることが可能である。このため、粉体層の表面の正確な位置に結合液を吐出することが可能であり、その結果、断面データに示される通りの形状に、粉体を結合させて断面部材を形成することができる。こうした操作を繰り返して断面部材を積層していくことにより、三次元形状データに対応する三次元物体を造形することが可能となる。

Ｂ．本実施例の造形方法：
ここで、本実施例の三次元造形装置１００には、結合液供給ヘッドおよび結合液収容部が２組設けられており、２種類の結合液を吐出することが可能となっている。このことを活用することで、例えば回路パターンのような微細な内部構造を有する三次元物体であっても、一体に造形することが可能となる。以下、この点について詳しく説明する。

図３は、内部に複雑な回路パターンが形成された三次元の回路基板を例示した説明図である。図示した回路基板は、大きくは左右の２つの部分から構成されており、左側の部分の上面側には「Ａ」ないし「Ｅ」の５つの端子が設けられている。また、右側の部分には、「ａ」、「ｂ」、「ｄ」の３つの端子が上面側に設けられ、「ｃ」、「ｅ」の２つの端子が下面側に設けられている。そして、左側の端子「Ａ」ないし「Ｅ」は、それぞれ右側の端子「ａ」ないし「ｅ」に電気的に接続されるように、回路基板の内部に立体的な回路が形成されている。図３では、回路基板を厚さ方向に見て、中央にある面上に形成された回路を太い実線で表している。また、その面よりも上側の面に形成された回路を破線で表しており、中央よりも下側の面に形成された回路を一点鎖線で表している。更に、深さ方向に延びる回路は点線で表されている。このように、回路基板内で三次元的に回路を形成することで、左側の端子「Ａ」ないし「Ｅ」と右側の端子「ａ」ないし「ｅ」とが、それぞれ内部で接続された回路基板を形成することができる。

三次元造形装置１００を用いて、このような回路基板を形成するに際しては、先ず初めに回路基板の三次元形状データを生成し、次いで、回路基板を複数の面で層状に断面を取ることにより断面データを生成する。図４は、複数の面で層状に回路基板の断面を取った様子を示す説明図である。尚、図４では、図示が煩雑となることを避けるために、一部の断面のみを表示している。

図示されているように、回路基板から得られた断面の通りに、正確な位置に回路が形成された断面部材を造形することができれば、それらの断面部材を積層することで、複雑な回路が三次元的に形成された回路基板を得ることができる。もっとも、図４に示すように、回路のような細かい構造を有する断面部材を、粉体の種類を切り換えることによって形成することは困難である。すなわち、基板の部分は絶縁性の粉体で構成し、回路の部分だけを導電性の粉体で構成しようとしても、どうしても境界の部分で粉体同士が混ざってしまうので、正確な位置に回路を形成することが難しい。そこで、本実施例の三次元造形装置１００では、２種類の結合液を吐出可能なことを利用して、次のような方法によって回路基板を形成する。

図５は、本実施例の三次元造形装置１００が、回路基板を形成する様子を示した説明図である。回路基板を形成するに際しては、粉体層形成部２０を紙面上で左から右方向（プラスのＸ方向）に移動させることによって粉体層を形成し、次いで、基板の部分（回路を形成しない部分）には、第２の結合液供給ヘッド３６から第２の結合液を吐出して粉体同士を結合させる。本実施例の三次元造形装置１００では、粉体も第２の結合液も共に絶縁性の材料で形成されており、こうして第２の結合液を吐出することで、絶縁性の基板部分が形成される。図５（ａ）には、粉体層に第２の結合液を吐出することによって、基板部分を形成している様子が示されている。

また、回路の部分については、第１の結合液を吐出して粉体同士を結合させる。本実施例の三次元造形装置１００では、第１の結合液として、重合すると導電性を呈する結合液が用いられており、第１の結合液を吐出して粉体を結合させた部分には導電性を付与することが可能となっている。このような第１の結合液としては、例えば、特開２００７−１１９５４８、特開２００７−３１３７２、特開２００７−１１９６８２、特開２００７−１０００６２等に記載されているような、導電性を付与可能な樹脂や顔料などの材料を含んだ液体を用いることができる。第１の結合液を粉体上に吐出すると、導電性付与層が形成されるので、第１の結合液を吐出した部分に導電性を付与して、回路部分を形成することができる。また、導電性を付与すべき部分、すなわち回路を形成すべき部分は、断面データに基づいて容易に決定することが可能である。図５（ｂ）には、このように粉体層に第１の結合液を吐出することによって、回路部分を形成している様子が示されている。

以上のようにして、断面データに従って回路部分には導電性を呈する第１の結合液を吐出し、基板部分には導電性を有さない第２の結合液を吐出して、一層分の断面部材を形成したら、更にその上に粉体層を形成し、断面データに従って、基板部分には導電性を呈さない第２の結合液を、回路部分には導電性を呈する第１の結合液を吐出することによって、新たな断面部材を積層する。図５（ｃ）には、断面部材に上に新たな粉体層を形成し、そこに第１の結合液あるいは第２の結合液を吐出することによって、断面部材を積層する様子が示されている。

このようにして、全ての断面データについての断面部材を積層し終えたら、造形部１０に積層された粉体層の中から造形物を取り出してやる。すると、結合液によって結合されていない粉体はこぼれ落ちてしまうので、図３に示すような三次元物体を得ることができる。また、第１の結合液を吐出した部分では、粉体同士が導電性樹脂によって結合されるので、導電性を有する回路を形成することができる。もちろん、一部に導電性を付与するだけであれば、導電性を有する粉体を結合することによっても可能であるが、回路のような細かい形状になると、回路の部分だけが導電性の粉体でできているような粉体層を形成することは難しい。これに対して、結合液であれば粉体層に向かって液滴を吐出するだけで良く、液滴は正確な位置に正確な分量だけ吐出することができるので、回路のような細かい構造であっても、導電性を呈する第１の結合液を回路の部分だけに吐出し、その他の基板部分には導電性を呈さない第２の結合液を吐出して粉体を結合させることが可能である。その結果、図３に例示したような、複雑な三次元の回路が形成されたような回路基板であっても、一体の造形物として形成することが可能となる。

Ｃ．変形例：
上述した本実施例の三次元造形装置１００には、種々の変形例が存在している。以下では、これら変形例について簡単に説明する。

以上に示した実施例では、粉体を結合して形成した三次元物体の一部に導電性を付与することで、回路基板を形成する場合について説明した。しかし、付与する物性は導電性に限られず、結合液を変更することで、種々の物性を付与することが可能である。例えば、ＲＴＶシリコンゴムと呼ばれる常温硬化性シリコンゴムのモノマーを分散あるいは溶媒に溶かした液体を第１の結合液として用いれば、第１の結合液を吐出した部分にだけ、ゴム弾性を付与することができる。その結果、図６に示したように、一部が柔軟に撓むことで、防振性や防音性のある三次元物体を造形したり、あるいは三次元物体に耐衝撃性を付与したり、更には三次元物体の一部が高反発部を有するような物体を造形することが可能となる。

また、熱膨張性の異なる結合液を使用すれば、温度によって変形するような三次元物体を造形することも可能である。例えば、図７に示したように、斜線を付した部分は、熱膨張率の高い結合液を吐出し、その他の部分は熱膨張率の低い結合液を吐出して板状の部材を形成すれば、温度の変化によって板状の部材が変形するような三次元物体を形成することも可能である。

あるいは、第１の結合液として、親水性ウレタン樹脂や酢酸ビニル樹脂などを構成するモノマーやポリマーを主要成分とする結合液を用いれば、第１の結合液を吐出して形成した部分だけ、金属やガラスなどと接着し易い三次元物体を得ることができる。あるいは、第１の結合液を吐出して形成した部分だけ親水性が高くなるので、バクテリアなどを保持するためのバイオリアクターなどの構造物を一体で造形することが可能となる。

更には、第１の結合液として、シリコン樹脂系を構成するモノマーやポリマーを主要成分とする結合液を用いれば、第１の結合液を吐出して形成した部分に空気透過性を付与することができる。このため、例えば密閉容器の壁の一部に空気透過性を付与しておくことで、密閉したままで生物を育てることが可能な容器を形成したり、あるいは外側を負圧にすることで内部の空気を脱気可能な容器を形成することが可能となる。

あるいは、第１の結合液として、融点またはガラス転移点が比較的低い樹脂のモノマーやポリマーを主成分とする結合液を用いれば、融点またはガラス転移点に達すると第１の結合液を吐出して形成した部分が熔解または軟化するので、それ以上の昇温を回避するような安全装置を造形することが可能となる。

以上、本実施例の三次元造形装置１００について説明したが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、上述した実施例の三次元造形装置１００では、第１の結合液および第２の結合液の２種類の結合液が搭載されているものとして説明した。しかし、２種類の結合液に限らず、より多種類の結合液を搭載しておき、それぞれの結合液を吐出して粉体を結合することで、吐出した結合液の種類に応じてそれぞれの物性を有するような三次元物体を造形することとしても良い。

本実施例の三次元造形装置の大まかな構成を示した説明図である。 三次元造形装置で三次元物体を造形する様子を概念的に示した説明図である。 本実施例の三次元造形装置によって形成可能な回路基板を例示した説明図である。 内部に複雑な回路が形成された回路基板を複数の面で層状に切断して断面を取った様子を示す説明図である。 本実施例の三次元造形装置が回路基板を形成する様子を示した説明図である。 一部にゴム弾性が付与された三次元造形物を例示した説明図である。 三次元造形物の一部分に周囲とは異なる熱膨張率を付与することで、造形物の一部が温度によって変形する様子を示した説明図である。

符号の説明

１０…造形部、 １２…枠体、 １４…底面部、 １６…底面駆動部、
２０…粉体層形成部、 ２２…ホッパー、 ２４…粉体供給ローラ、
２６…伸展ローラ、 ２８…吸引ポンプ、 ３０…結合液供給部、
３２…第１の結合液供給ヘッド、 ３４…第１の結合液収容部、
３６…第２の結合液供給ヘッド、 ３８…第２の結合液収容部、
４０…演算処理部、 ４２…断面データ生成部、 ４４…制御部、
１００…三次元造形装置

Claims (3)

1. 粉体を結合液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形装置であって、
   所望の物性を有する領域を含んだ前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶手段と、
   前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成手段と、
   前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成手段と、
   前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記結合液を供給することで、新たな断面部材を形成するとともに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することによって、前記三次元物体を造形する三次元物体造形手段と
   を備え、
   前記断面部材形成手段は、
   前記所望の物性を呈する第１の結合液、または、該所望の物性を呈さない第１以外の結合液の何れかを選択的に供給可能であり、
   前記断面部材を形成するに際して、前記断面データに基づいて前記所望の物性を有する領域と判断された部分については前記第１の結合液を供給し、残余の部分については前記第１以外の結合液を供給することによって、該断面部材を形成する手段である三次元造形装置。
2. 請求項１に記載の三次元造形装置であって、
   前記断面部材形成手段は、導電性を呈する前記第１の結合液、または、導電性を呈さない前記第１以外の結合液の何れかを選択的に前記粉体層に供給することによって、前記断面部材を形成する手段である三次元造形装置。
3. 粉体を結合液で互いに結合させることによって、三次元物体を造形する三次元造形方法であって、
   所望の物性を有する領域を含んだ前記三次元物体の形状データを記憶している形状データ記憶工程と、
   前記三次元物体を複数の断面で層状に切断したときに各層で得られる断面データを生成する断面データ生成工程と、
   前記粉体を略均一な厚さに敷き詰めて粉体層を形成するとともに、前記結合液を前記断面データに従って該粉体層に供給することにより、前記三次元物体の一層分の断面形状に相当する断面部材を形成する断面部材形成工程と、
   前記断面部材が形成された粉体層の上に新たな粉体層を形成し、該新たな粉体層に前記断面データに従って前記結合液を供給することで、新たな断面部材を形成するとともに該新たな断面部材を先に形成された断面部材の上に順次積層することによって、前記三次元物体を造形する三次元物体造形工程と
   を備え、
   前記断面部材形成工程は、
   前記所望の物性を呈する第１の結合液、または、該所望の物性を呈さない第１以外の結合液の何れかを選択的に供給可能であり、
   前記断面部材を形成するに際して、前記断面データに基づいて前記所望の物性を有する領域と判断された部分については前記第１の結合液を供給し、残余の部分については前記第１以外の結合液を供給することによって、該断面部材を形成する工程である三次元造形方法。

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