JP2015180537A - 三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多種類の材料をサポート材料として用いることができ、かつサポート材料を除去する際に熱変形が生じにくい三次元造形方法を提供する。【解決手段】 造形材料を含む粒子と、流体への溶解性が該造形材料を含む粒子より高い粒子と、を配置して粒子層を形成する工程と、前記粒子層を溶融および積層させて構造体を形成する工程と、前記流体への溶解性が前記造形材料を含む粒子より高い粒子が含む材料を、前記流体により溶解して前記積層体から除去する工程と、を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。【選択図】 図１

Description

本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。

特許文献１には、三次元造形方法として、電子写真方式により樹脂粒子のスライス画像を形成し、スライス画像を積層して造形する方法が記載されている。特許文献１では、造形中の積層体のサポート部を構成する粒子として、造形物を構成する材料よりも低融点な樹脂粒子を用い、サポート部と造形物の融点の差を利用して、サポート部を選択的に溶融して除去している。

また、特許文献２では、サポート部を構成する材料として水溶性材料であるポリ（２−エチル−２−オキサゾリン）を用いている。

特開２００３−５３８４９号公報 特許第４３０１７３３号明細書

しかしながら、特許文献１では、サポート部を構成する材料と造形物を構成する材料の間に大きな溶融温度の差が必要になるため、造形に用いることのできる材料の自由度が低くなる。さらに、サポート部が低融点材料で構成されるため、積層時に加える熱によりサポート部が軟化して支持機能が低下する問題が生じてしまう。

特許文献２では、エクストルーダー装置でサポート部を構成する材料を急速溶融させ、糸状に吐出した材料を積層して造形しているため、含水率の高い材料を用いると発泡して吐出が安定しなくなる。従って、サポート部を構成する材料は、含水率が低い水溶性材料でなければならず、材料の選択肢が限られてしまう。

本発明は、造形物を構成する材料を含む粒子と、前記流体への溶解性が該造形材料より高い材料を含む粒子と、を配置して粒子層を形成する工程と、
前記粒子層を溶融および積層させて積層体を形成する工程と、
前記流体への溶解性が前記造形物を構成する材料より高い材料を、前記流体により溶解して前記積層体から除去する工程と、
を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法である。

本発明の三次元造形物の製造方法によれば、サポート部を構成する材料からの発泡の影響を受けることなく安定して積層することができ、かつ、サポート部を除去する際に熱変形が生じにくい。

本発明にかかる三次元造形物の製造装置の一例を示す模式図である。 （ａ）実施例１で作製したポリデキストロース粒子の電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。（ｂ）実施例２で作製したマルトテトラオース粒子のＳＥＭ写真である。（ｃ）実施例４で作製したＰＥＧ６０００粒子のＳＥＭ写真である。 （ａ）実施例２で作製したポリプロピレン粒子のＳＥＭ写真である。（ｂ）実施例３で作製したＡＢＳ粒子のＳＥＭ写真である。 実施例１で作製したポリデキストロース粒子、実施例２で作製したマルトテトラオース粒子、実施例４で作製したＰＥＧ６０００粒子それぞれの動的粘弾性を示すグラフである。 （ａ）造形時に形成する粒子層を示す図である。（ｂ）（ａ）で形成した粒子層を積層して得られる積層体を示す図である。（ｃ）（ｂ）の積層体からサポート部を除去する際に用いる装置（サポート材料除去装置）の一例を示す図である。（ｄ）（ｂ）の積層体からサポート部を除去して得ら得る三次元造形物を示す図である。 実施例１で作製したポリデキストロース粒子、実施例２で作製したマルトテトラオース粒子、実施例３で作製したポリデキストロースとマルトテトラオースの混合物粒子それぞれの動的粘弾性を示すグラフである。 実施例１、２、４で得られる構造体のそれぞれから、サポート部を除去するのにかかった時間を、サポート材料粒子を構成する材料の種類に応じて示すグラフである。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の三次元造形物の製造方法は、以下の（１）乃至（３）の工程を含んでいる。
（１）造形物を構成する材料を含む粒子と、前記流体への溶解性が該造形物を構成する材料より高い材料を含む粒子と、を配置して粒子層を形成する工程
（２）前記粒子層を溶融および積層させて積層体を形成する工程
（３）前記流体への溶解性が前記造形物を構成する材料より高い材料を、前記流体により溶解して前記積層体から除去する工程

以下、三次元造形物の製造方法の各工程について図１を用いて説明する。

ここに示す各工程は、三次元造形物を作製する工程の一例であり、本発明の各工程はこれに限定されるものではない。

［（１）造形物を構成する材料を含む粒子と、前記流体への溶解性が該造形物を構成する材料より高い材料を含む粒子と、を配置して粒子層を形成する工程］
レーザー光３ａが電子写真感光ドラム２ａの表面を、レーザー光３ｂが電子写真感光ドラム２ｂの表面を、各々走査することにより、電子写真感光ドラム２ａおよび２ｂに潜像が形成される。

造形物を構成する材料を含む粒子が、補給部１ａから電子写真感光ドラム２ａへ補給され、電子写真感光ドラム２ａに形成された潜像に応じて造形物を構成する材料を含む粒子が配置される。また、前記流体への溶解性が造形物を構成する材料より高い粒子が、補給部１ｂから電子写真感光ドラム２ｂへ補給され、電子写真感光ドラム２ｂに形成された潜像に応じて前記流体への溶解性が造形物を構成する材料より高い粒子が配置される。以下、簡略化のため、「造形物を構成する材料」を「造形材料」、「流体への溶解性」を「溶解性」と記述する。

電子写真感光ドラム２ａ、２ｂの各々に配置された、造形材料を含む粒子および造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子は、転写ベルト４に静電転写され、造形材料を含む粒子および該造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子層８が形成される。

造形材料の具体的な例としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ナイロン１２、ナイロン６、ナイロン６６、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡｃ）が挙げられる。当然ながら、造形材料はこれらの例示材料に限定されるものではなく、目的に応じて適宜、造形材料を選択すればよい。

造形材料を含む粒子は、造形材料のみで構成されていても良く、造形材料に加えて分散剤などの造形材料以外の材料を含んでいても良く、造形材料を主成分とすることもできる。ここで、記載する粒子の主成分とは、粒子の９０重量％以上の成分を意味する。

また、造形材料は１種類の材料で構成されていても良く、２種類以上の材料が混合されて造形材料として用いられていても良い。造形材料として２種類以上の材料の混合物を用いれば、造形材料を含む粒子の物性、例えば動的粘弾性を調整することが可能である。

造形材料を含む粒子を作製する方法には、公知のいかなる方法でも使用することができる。

例えば、機械粉砕法、造形材料を溶融状態で媒体中に分散させ冷却して粒子を得る溶融分散冷却法、媒体中で重合粒子を作製する懸濁重合法等の化学重合法、造形材料を媒体に溶解させて噴霧し、瞬間的に乾燥させて粒子を得るスプレードライ法が挙げられる。中でも、粒子の形状、粒度分布を比較的自由に制御できる点で、媒体を用いる融分散冷却法、化学重合法、スプレードライ法が好ましい。

造形に用いる粒子径が大きいと造形時間を短縮でき、粒子径が小さいと造形精度を向上させることができる。従って、造形物に求められる精度や造形時間にもよるが、本発明の造形に好適な粒子の平均粒子径は、５μｍ〜１００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１０μｍ〜７０μｍ、さらに好ましくは２０μｍ〜５０μｍである。ここでいう平均粒子径は、レーザー回折・散乱法を用いて計測される体積平均粒子径のことである。

造形材料より溶解性が高い材料は、（１）および（２）の工程によって、造形物の空隙となる部分、あるいはオーバーハング状の部分の下側に配置され、（３）の工程で流体に溶解されて除去される。即ち、造形材料より溶解性が高い材料は、（１）および（２）の工程により得られる積層体を構成するが、（３）の工程を経て得られる造形物を構成しない。造形材料より溶解性が高い材料に求められる役割は、（１）〜（２）の工程では、造形物の空隙となる部分の上、あるいはオーバーハング状に配置する造形材料を支持（サポート）し、（３）の工程で速やかに除去されることである。

これ以降では、（３）の工程で流体に溶解して除去される部分をサポート部、造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子をサポート材料粒子と記載する場合がある。

なお、ここで記載する粒子とは、球形に限定されるものではなく、球形、多角柱、円柱、楕円中、やそれらが崩れた形状が混合する不定形であっても良い。一般に、粉砕で作成した粒子は不定形になりやすく、融分散冷却法、化学重合法、スプレードライ法など媒体を用いて作成した粒子は、球形や結晶形が生み出す一定の形状に制御しやすい。

造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子の溶解度パラメータは、造形材料を含む粒子の溶解度パラメータより、２（ＭＰａ）^１／２以上流体の溶解度パラメータに近いことが好ましく、１５（ＭＰａ）^１／２以上流体の溶解度パラメータに近いことがより好ましい。これにより、（３）の工程で、造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子、即ち、サポート材料粒子で構成されたサポート部を選択的に溶解されやすくすることができる。

ここで記載する溶解度パラメータは、分子構造から求める方法の一つであるＦｅｄｏｒｓの方法から算出するものである。流体の溶解度パラメータは、例えば、水の場合は４７．９（ＭＰａ）^１／２、ヘキサンの場合は１４．１（ＭＰａ）^１／２である。

サポート材料粒子は、１種類の材料で構成されていても良く、２種類以上の材料が混合されて構成されていても良い。

具体的には、サポート材料粒子は、造形材料より溶解性が高い１種類の材料で構成されていても良く、造形材料より溶解性が高い２種類以上の材料で構成されていても良い。あるいは、造形材料より溶解性が高い材料と造形材料より溶解性が低い材料とで構成されていても良い。

サポート材料粒子が２種類以上の材料が混合されて形成されていることで、粒子の動的粘弾性を、造形材料を含む粒子の動的粘弾性に近い値に調整することが可能である。サポート材料粒子と造形材料を含む粒子の動的粘弾性を互いに近い値に調整することができれば、サポート材料粒子で構成された部分の上に積層される、溶融した状態の造形材料を、変形の少ない状態で支持することができる。

本発明におけるサポート材料粒子の溶解度パラメータは、以下の方法で求めることができる。粒子が、造形材料より溶解性が高い１種類の材料で構成されている場合と、造形材料より溶解性が高い材料と溶解性の低い材料とで構成されている場合は、造形材料より溶解性が高い材料の溶解度パラメータを、粒子の溶解度パラメータとする。造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子が、造形材料より溶解性が高い２種類以上の材料で構成されている場合、これら２種類以上の材料の溶解度パラメータとそれぞれの材料の含有比率を加味した相乗平均で求まる値を、粒子の溶解度パラメータとする。

例えば、（３）の工程で水を主成分として含む液体を用いる場合、サポート材料粒子は造形材料より水溶性が高い材料を用いると良い。ここで、「水を主成分として含む液体」とは、重量基準で９５％以上の水を含む液体を意味する。

造形材料より溶解性が高い材料として用いることのできる水溶性材料としては、ヒドロキシル基を有する化合物が好適である。より具体的には、水溶性食物繊維などの水溶性炭水化物、糖質、ポリアルキレンオキシド、ポリビニルアルコールが挙げられる。水溶性食物繊維の具体例としては、ポリデキストロース、イヌリンが挙げられる。糖質の具体例としてはスクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、メレジトース、スタキオース、キシロース、グルコース、フラクトース、イソマルトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、キシロオリゴ糖、大豆オリゴ糖、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、マルトテトラオース、マルチトール、ラクチトール、オリゴ糖アルコールが挙げられる。高分子類としてはポリビニルピロリドン、ポリアルキレンオキシドが挙げられる。

しかしながら、造形に用いる造形材料より溶解性が高い材料を用いれば良く、前記材料に限定されるものではない。

［（２）粒子層を溶融および積層させて積層体を形成する工程］
転写ベルト４に転写されて形成された造形材料を含む粒子およびサポート材料粒子を含む粒子層８は、積層ステージ５まで移動される。

その後、粒子層８は加熱ヒーター６により溶融され、上昇した積層ステージ５上、もしくは積層ステージの上の積層体７の上に転写され積層される。粒子層８が積層ステージ５の上で何度も積層されることで得られる積層体７には、造形材料を含む粒子が溶融して形成された造形部７ａと、造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子で構成されるサポート部７ｂが含まれる。

ここでは、粒子層を溶融した後に積層する方法が記載されているが、粒子層を積層した後に溶融しても良いし、積層中に溶融しても良い。

溶融は加熱によって行っても良いし、溶液と接触させることで行っても良い。

図１では、粒子層の造形材料を含む粒子が配置されている領域が、溶融された後に、積層体７の造形部７ａの上に積層され、粒子層のサポート材料粒子が配置されている領域が、サポート部７ｂの上に積層されている。

しかしながら、造形する造形物の形状に応じて、粒子層の造形材料を含む粒子が配置されている領域がサポート部７ｂの上に、粒子層のサポート材料粒子領域が造形部７ａの上に積層されても良い。

造形材料を含む粒子およびサポート材料粒子を含む粒子層は、転写により積層される。（２）の工程が粒子層を溶融後に積層する工程であり、溶融させた前記粒子層の粘着性を利用して粒子層を転写しても良いし、静電転写を用いても良い。

なお、ここでは転写による積層の例を示しているが、転写を用いず、粒子層を造形部７ａおよびサポート部７ｂの上に直接積層しても良い。

［（３）流体への溶解性が造形材料より高い材料を、流体により溶解して積層体から除去する工程］
本工程では、（２）の工程で得られた積層体から造形材料より溶解性が高い材料を、流体により溶解して除去する。その結果、積層体のサポート部を除去することができる。ここで、流体は液体であっても良いし、気体であってもよいが、液体であるのが好ましい。

流体により造形材料より溶解性が高い材料を除去することができれば、どのような方法を用いても良い。そのような方法としては、例えば、流体に（２）の工程で得られた積層体を、容器に満たした流体の中に配置する方法が挙げられる。

積層体を流体中に配置してサポート部を除去する場合、攪拌して流体に流れを作るのも好ましい。また、造形材料より溶解性が高い材料が速く除去されるように、流体を加温したり超音波振動を印加したりすることなども可能である。

（造形材料より水溶性が高い材料を含む粒子の発泡性の確認）
ポリデキストロース（含水率４％）を機械粉砕して得られた粒子を、フルイ型分級機によって、平均粒子径が２５μｍ、５０μｍ、１００μｍそれぞれに調整した。それぞれの平均粒子径のポリデキストロース粒子について、ポリイミドシートに静電転写により密に付着させた後、ホットプレート上でポリデキストロースの軟化温度である１４０℃に加熱して様子を観察した。

いずれの平均粒子径のポリデキストロースの粒子からは、目視で確認できる発泡は見られなかった。これは平均粒子径が１００μｍ以下の小さな粒子であることにより、ポリデキストロースに含まれる水分がスムースに系外に除去されたためと考えられる。

続いて、上で作製した粒子径が５０μｍのポリデキストロース粒子を、錠剤成型機により、５０℃、２０ｋｇの条件で成型し、１ｃｍΦ、１ｍｍ厚のペレットを作製した。得られたペレットを、ホットプレート上でポリデキストロースの軟化温度である１４０℃に加熱して様子を観察したところ、軟化と同時に急激な発泡がみられた。このことから、造形材料より水溶性が高い材料の場合、加熱時の材料のサイズを１００μｍ以下にしておくと、材料に含まれる水分の蒸発によって生じる発泡が問題のないレベルに抑制することができることが確認された。

（実施例１）
本実施例は、造形材料を含む粒子として環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）粒子、サポート部を除去する流体として水を主成分とする液体、サポート材料粒子としてポリデキストロース粒子を用いて三次元造形物を製造した例を示す。

本実施例では、図５（ｄ）に示す形状の三次元造形物を作製した。目標とする造形物は、直径３ｃｍ×高さ１ｃｍの円筒、直径１ｃｍ×高さ１ｃｍの円筒、直径３ｃｍ×高さ１ｃｍの円筒を積み重ねた形状をしている。

環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリデキストロースのそれぞれを、機械粉砕した後平均粒子径が５０μｍとなるようフルイ型分級機によって調整した。

得られたＣＯＣ粒子およびポリデキストロース粒子それぞれの平均粒子径を、レーザー回折・散乱法を用いて確認したところ、ＣＯＣ粒子、ポリデキストロース粒子は共に平均粒子径５０μｍであった。図２（ａ）に得られたポリデキストロース粒子のＳＥＭ写真を示す。

次に、作製したポリデキストロース粒子の動的粘弾性の温度依存性を、１００〜１８０℃の範囲で測定した。結果を図４に示す。測定には、アントンパール社製ＭＣＲ３０２を用いた。

図１に記載した造形装置を用いて、得られた粒子からなる粒子層を形成した。形成した粒子層を一旦溶融した後に固化させた粒子層の厚さを測定したところ、３０μｍであった。

そこで、粒子層を、積層温度１２０℃にて、合計１０００層積層した。ここで、積層温度は加熱ヒーター直下の転写ベルトの積層面温度を示す。

図５（ａ）に示すように、工程の前半と後半に造形する直径３ｃｍ×高さ１ｃｍの円筒部分を構成する際には、造形材料を含む粒子が配置された領域９ａのみを有する粒子層を形成した。積層数は、それぞれ３３３層とした。また、直径３ｃｍ×高さ１ｃｍの円筒で挟まれた直径１ｃｍ×高さ１ｃｍの円筒部分を構成する際には、造形材料を含む粒子が配置された領域９ａとサポート材料粒子が配置された領域９ｂとを有する粒子層を形成した。積層数は、３３４層とした。

得られた積層物７を、水を主成分とする液体に浸し、図５（ｃ）に模式図を示すサポート部除去装置を用いて、ポリデキストロースの除去を行った。サポート部除去装置には、マグネティックスターラー本体１０と、マグネティックスターラー用の攪拌子１１を用いた。攪拌子１１に撹拌された水を主成分とする液体がまんべんなく積層物７に触れるように、試料を乗せる台は網状にした。

水を主成分とする液体は、水にｐＨを調整する材料などの材料が混合された液体であっても良い。そのような場合、ｐＨを調整する材料などの材料は、重量基準で水の５％以内であることが好ましい。

サポート部を構成するポリデキストロースの除去した際の、時間（除去時間）とポリデキストロースの除去率との関係を図７の黒い菱形に示す。ポリデキストロースの除去は４０分以内に残渣なく除去することができた。また、得られた造形物の上側の直径３ｃｍ高さ１ｃｍの円筒部のオーバーハング部（下部に構造形層が無い部分）が下方に変形することなく、造形物の表面に材料の発泡による空隙や凹凸も見られず、精度よく造形物を作製できたことを確認した。

（実施例２）
本実施例は、造形材料を含む粒子としてポリプロピレン粒子、サポート部を除去する流体として水を主成分とする液体、サポート材料粒子としてマルトテトラオース粒子を用いて三次元造形物を用い、実施例１と同様の方法で作製した例である。

造形材料を含む粒子としてポリプロピレン粒子は、溶融分散冷却法で作製した。具体的にはポリプロピレン（ノーブレンＷ−５３１ 住友化学工業社製）と媒体としてもポリエチレングリコール（ＰＥＧ＃２００００ 三洋化成株式会社）を１：６の混合比率で、温度２００℃にて溶融混練した。その後、冷却し水で洗浄し、乾燥させて平均粒子径５０μｍのポリプロピレン粒子を得た。

マルトテトラオース粒子は機械粉砕後、フルイ型分級機によって平均粒子径５０μｍに調整した。

図２（ｂ）にマルトテトラオース粒子のＳＥＭ写真を示し、図３（ａ）にポリプロピレン粒子のＳＥＭ写真を示す。

また、作製したマルトテトラオース粒子の温度を変化させた際の動的粘弾性を測定した。結果を図４に示す。

図１に記載した造形装置を用いて作製した粒子層を、積層温度１３０℃で１０００層積層して得られた積層体を、実施例１と同様に水を主成分とする液体に浸し、サポート部を除去した。マルトテトラオースの除去を行った際の時間と減少率の関係を図７の灰色の丸で示す。マルトテトラオースは３０分以内に残渣なく除去することができた。また、実施例１と同様に造形物のオーバーハング部が下方に変形することもなく、造形物の表面に材料の発泡による空隙や凹凸も見られず、精度よく造形できたことを確認した。

（実施例３）
本実施例は、造形材料を含む粒子としてＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）粒子、造形材料より溶解性が高い材料を含む粒子として、マルトテトラオースとポリデキストロースを混合した粒子を用い、実施例１と同様に造形物を作製した例である。

ＡＢＳ（テクノＡＢＳ１３０ テクノポリマー社製）と媒体としてのポリエチレングリコール（ＰＥＧ＃２００００ 三洋化成株式会社）を１：４の混合比率で温度２５０℃にて溶融混練した。その後、冷却し水で洗浄し、乾燥することで平均粒子径が５０μｍのＡＢＳ粒子を得た。

図３（ｂ）に、得られたＡＢＳ粒子のＳＥＭ写真を示す。

マルトテトラオースとポリデキストロースを混合した粒子は、スプレードライ法を用いて作製した。具体的には、実施例１で作製したポリデキストロース粒子と、実施例２で作製したマルトテトラオース粒子とを水に溶解した後、高温雰囲気中に噴霧して乾燥させて粒子とした。

また、作製したマルトテトラオースとポリデキストロースを混合した粒子の温度を変化させた際の動的粘弾性を測定した。結果を、実施例１で作製したポリデキストロース粒子、実施例２で作製したマルトテトラオース粒子の動的粘弾性と共に、図６に示す。図６より、ポリデキストロース、マルトテトラオースを１：１で混合した粒子の温度と動的粘弾性との関係は、ポリデキストロース粒子およびマルトテトラオース粒子のいずれとも異なることがわかった。すなわち、ポリデキストロースおよびマルトテトラオースを混合することで所望の温度で所望の動的粘弾性に調整できることがわかる。

図５（ａ）の要領で形成した粒子層を、積層温度１４０℃で１０００層積層した。積層によって得られた構造体を実施例１と同様に図５（ｃ）のサポート部除去装置の水を主成分とする液体に浸し、マルトテトラオースとポリデキストロースの除去を行った。マルトテトラオースとポリデキストロースで構成されたサポート部は３０分以内に残渣なく除去することができ、実施例１と同様にオーバーハング部が下方に変形することなく、造形物の表面に材料の発泡による空隙や凹凸も見られず、精度よく造形できたことを確認した。

（実施例４）
本実施例は、造形材料を含む粒子としてフロイント産業（株）社製のラブリワックスの粒子、サポート部を除去する流体として水を主成分とする液体、造形材料を含む粒子より水溶性が高い粒子としてポリエチレングリコール粒子、を用いて三次元造形物を作製した例である。三次元造形物を作製には、実施例１と同様の方法を用いた。

まず、造形材料を含む粒子として、平均粒子度が６９ｎｍのフロイント産業（株）社製のラブリワックス−１０３を準備した。

平均分子量が６０００のポリエチレングリコールであるＰＥＧ６０００を機械粉砕後、フルイ型分級機によって平均粒径７０μｍに調整して、ポリエチレングリコール粒子を得た。得られたポリエチレングリコール粒子のＳＥＭ写真を図２（ｃ）に示す。

さらに、作製したポリエチレングリコール粒子の温度を変化させた際の動的粘弾性を測定した。結果を図４に示す。

図１に記載した造形装置を用いて、得られた粒子からなる粒子層を形成した。形成した粒子層を一旦溶融した後に硬化させた粒子層の厚さを測定したところ、４２μｍであった。

そこで、図５（ａ）の要領で形成した粒子層を、積層温度６９℃にて合計１０００層積層した。図５（ｃ）のサポート材除去装置を用い、得られた積層体を、水を主成分とする液体に浸し、ポリエチレングリコールの除去を行った。この時の除去時間とポリエチレングリコールの除去量の関係を図７の白抜きの四角に示す。ポリエチレングリコールで構成されたサポート部は３０分以内に残渣なく除去することができ、実施例１と同様にオーバーハング部が下方に変形することなく、精度よく積層したことを確認した。

（実施例５）
本実施例は、造形材料を含む粒子とサポート材料粒子の平均粒子径をいずれも２５μｍに調整した点を除き、実施例３と同様にして、図５（ｄ）に示した造形物を作製した例である。

図１に記載した造形装置を用い、得られた粒子からなる粒子層を形成した。形成した粒子層を一旦溶融した後に固化させた粒子層の厚さを測定したところ、１５μｍであった。

そこで、図５（ａ）の要領で形成した粒子層を、積層温度１４０℃にて合計７１４層積層した。

得られた積層体を実施例３と同様にして水を主成分とする液体に浸し、マルトテトラオースとポリデキストロースで構成されるサポート部の除去を行った。マルトテトラオースとポリデキストロースからなるサポート部は３０分以内に残渣なく除去することができた。また、実施例１と同様にオーバーハング部が下方に変形することなく、造形物の表面に材料の発泡による空隙や凹凸も見られず、精度よく造形できたことを確認した。

（実施例６）
本実施例は、造形材料を含む粒子としてＰＥＧ粒子、サポート部を除去する流体としてヘキサン、サポート材料粒子としてフロイント産業（株）社製のラブリワックス粒子を用いて造形物を作製した例である。

造形材料を含む粒子であるＰＥＧ粒子は、機械粉砕した後に、フルイ型分級機によって平均粒子径７０μｍとなるよう調整した。造形材料を含む粒子として、平均粒子度が６９ｎｍのフロイント産業（株）社製のラブリワックス−１０３を準備した。

図１に記載した造形装置を用いて、作製した粒子からなる粒子層を形成した。形成した粒子層を一旦溶融した後に固化させた粒子層の厚さを測定したところ、４２μｍであった。

そこで、図５（ａ）の要領で形成した粒子層を、積層温度６９℃にて合計７１４層積層した。得られた積層体を図５（ｃ）の装置を用いてヘキサンに浸し、パラフィンワックスで構成されるサポート部の除去を行った。パラフィンワックスからなるサポート部は３０分以内に残渣なく除去することができ、実施例３と同様にオーバーハング部が下方に変形することなく、造形物の表面に材料の発泡による空隙や凹凸も見られず、精度のよい造形物が得られたことを確認した。

１ａ 造形材料を含む粒子の補給部
１ｂ 流体への溶解性が造形材料を含む粒子より高い粒子の補給部
２ａ、２ｂ 電子写真感光ドラム
３ レーザー光
４ 転写ベルト
５ 積層ステージ
６ 加熱ヒーター
７ 積層体
７ａ 造形部
７ｂ サポート部
８ 粒子層
９ａ 粒子層の造形材料を含む粒子からなる領域
９ｂ 粒子層のサポート材料粒子からなる領域
１０ マグネティックスターラー本体
１１ 攪拌子
１２ 造形物

Claims (19)

1. 造形物を構成する材料を含む粒子と、流体への溶解性が該造形物を構成する材料より高い材料を含む粒子と、を配置して粒子層を形成する工程と、
   前記粒子層を溶融および積層させて積層体を形成する工程と、
   前記流体への溶解性が前記造形物を構成する材料より高い材料を、前記流体により溶解して前記積層体から除去する工程と、
   を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
2. 前記流体が水であり、前記流体への溶解性が前記造形物を構成する材料より高い材料が水溶性材料であることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
3. 前記水溶性材料が、ヒドロキシル基を有する化合物であることを特徴とする請求項２に記載の三次元造形物の製造方法。
4. 前記水溶性材料が、水溶性炭水化物であることを特徴とする請求項２または３に記載の三次元造形物の製造方法。
5. 前記水溶性炭水化物が水溶性食物繊維であることを特徴とする請求項４に記載の三次元造形物の製造方法。
6. 前記ヒドロキシル基を有する化合物が、糖質であることを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物の製造方法。
7. 前記ヒドロキシル基を有する化合物が、前記水溶性食物繊維、ポリデキストロース、ラクチトール、およびマルトテトラオースのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物の製造方法。
8. 前記ヒドロキシル基を有する化合物材料が、ポリアルキレンオキシドであることを特徴とする請求項３に記載の三次元造形物の製造方法。
9. 前記ポリアルキレンオキシドがポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項８に記載の三次元造形物の製造方法。
10. 前記造形物を構成する材料が、ポリプロピレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリメタクリル酸メチルおよびポリ酢酸ビニルのうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
11. 前記流体への溶解性が前記造形物を構成する材料より高い材料を前記流体により除去する工程が、前記流体に前記積層体中に配置させる工程であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
12. 前記造形物を構成する形材料を含む粒子と、前記流体への溶解性が前記造形材料より高い材料を含む粒子と、を配置して粒子層を形成する工程を、転写により行うことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
13. 前記転写を静電転写により行うことを特徴とする請求項１２に記載の三次元造形物の製造方法。
14. 前記粒子層を溶融および積層させて積層体を形成する工程が、前記粒子層を溶融させた後に積層する工程であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
15. 前記粒子層を溶融および積層させて積層体を形成する工程が、前記粒子層を積層した後に溶融させる工程であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
16. 前記積層を転写により行うことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
17. 前記溶融を加熱により行うことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
18. 前記流体への溶解性が前記造形物を構成する材料より高い材料を含む粒子の溶解度パラメータが、前記造形物を構成する材料の溶解度パラメータより２（ＭＰａ）^１／２以上、前記流体の溶解度パラメータに近いことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
19. 前記流体への溶解性が前記造形物を構成する材料より高い材料を含む粒子の溶解度パラメータが、前記造形物を構成する材料の溶解度パラメータより１５（ＭＰａ）^１／２以上、前記流体の溶解度パラメータに近いことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の三次元造形物の製造方法。