JP2016155362A - 立体造形装置、立体造型方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】造形物内に局所的なボイドや、密度不均一を生じて、造形物の品質が低下する。【解決手段】粉体２０を層状にした粉体層３１が形成され、粉体層３１の粉体２０が所要形状に結合された層状造形物である造形層３０が積層される造形槽２２と、造形槽２２の粉体２０に対して造形液１０を吐出するヘッド５２と、造形槽２２に粉体２０を供給する粉体供給部８０とを備え、ヘッド５２とともに粉体供給部８０が移動し、ヘッド５２から造形液１０の滴１００を吐出させ、粉体層３１の表面に付着した造形液１０の滴１００の少なくとも一部が粉体層３１の最表面の粉体２０上に存在する状態で、粉体供給部８０から粉体層３１上に粉体２０を供給する。【選択図】図１１

Description

本発明は立体造形装置、立体造型方法、プログラムに関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。これは、例えば、造形ステージに平坦化された金属又は非金属の粉体を層状に形成し（これを「粉体層」という。）、粉体層に対して造形液を吐出して、粉体が結合された層状造形物（これを「造形層」という。）を形成し、この造形層上に粉体層を形成し、再度造形層を形成する工程を繰り返し、造形層を積層することで立体造形物を造形する。

従来、光造形による造形法において、第ｋ層目に第（ｋ−１）層目の層状造形物の造形領域がない張り出し部分があるときには、張り出し部分に対応して第（ｋ−１）層目の造形で薄い下地層を造形する方法が知られている（特許文献１）。

特許第５４７１９３９号公報

上述したように積層造形を行うとき、粉体の薄層化（粉体層の形成）は通常スキージなどの均し機構で行うため、粉体層の粉体密度を高くすることに限界があり、一般的には緩みかさ密度程度である。

そのため、結合液の液滴が着弾すると、液架橋力による粉体の移動が生じて、相対的に粉体密度が高い密な部分と、粉体密度が低い疎な部分とが不規則に発生する。その結果、造形物内に局所的なボイドや、密度不均一を生じて、造形物の品質が低下するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、造形物の品質を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形装置は、
粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が積層される造形槽と、
前記造形槽の前記粉体に対して造形液を吐出する液体吐出手段と、
前記造形槽に前記粉体を供給する粉体供給手段と、を備え、
前記液体吐出手段から前記造形液を吐出させ、
前記液体吐出手段から吐出されて前記粉体層の表面に付着した前記造形液の少なくとも一部が前記粉体層の最表面の前記粉体上に存在する状態で、前記粉体供給手段から前記粉体層上に前記粉体を供給する
構成とした。

本発明によれば、立体造形物の品質が向上する。

本発明に係る立体造形装置の第１例の概略平面説明図である。 同じく概略側面説明図である。 同じく概略正面説明図である。 同じく要部斜視説明図である。 同装置の制御部の概要を示すブロック図である。 一般的な造形の流れの説明に供する模式的説明図である。 粉体層に造形液の滴を吐出して着弾させたときの様子説明に供する説明図である。 比較例における粉体層に対する造形液の吐出から次層の粉体供給の説明に供する説明図である。 本発明における粉体層に対する造形液の吐出から次層の粉体供給の説明に供する説明図である。 本発明の第１実施形態を立体造形動作の過程とともに説明する説明図である。 図１０に続く過程を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態を立体造形動作の過程とともに説明する平面説明図である。 図１２に続く過程を説明する平面説明図である。 図１３に続く過程を説明する平面説明図である。 同じく断面説明図である。 粉体と液体との静的な接触角の変化の測定結果の一例を説明する説明図である。 粉体と液体の接触角が造形物の密度に影響を及ぼすことの説明に供する説明図である。 本発明の第３実施形態の説明に供する説明図である。 比較例の説明に供する説明図である。 本発明に係る立体造形装置の第２例を造形の流れとともに説明する模式的説明図である。 架橋剤の有無による造形物品質の変化の説明に供する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る立体造形装置の第１例の概要について図１ないし図４を参照して説明する。図１は同立体造形装置の概略平面説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は同じく概略正面説明図、図４は同じく要部斜視説明図である。なお、図３は造形時の状態で示している。

この立体造形装置は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう。）であり、造形部１と、造形ユニット５とを備えている。

造形部１には、粉体（粉末）２０が層状にされた粉体層３１が形成され、粉体２０が所要形状に結合された層状造形物である造形層３０が形成される。造形ユニット５は、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する。

造形部１は、造形槽２２と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

造形槽２２には、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される。造形槽２２の底部は造形ステージ２４として矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。

平坦化ローラ１２は、造形槽２２に供給された粉体２０を均して平坦化することで粉体層３１を形成する。

この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｘ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置されている。また、平坦化ローラ１２は、造形槽２２上を回転しながら移動する。

一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。

液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂ（区別しないときは、「ヘッド５２」という。）を備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の支持部材７５にて支持されて、側板７０、７０に昇降可能に保持されている。

このキャリッジ５１は、モータ、プーリ及びベルトなどから構成されるＸ方向走査機構を介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

２つのヘッド５２ａ、５２ｂは、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列１５２がそれぞれ２列配置されている（図１では透過状態で図示している。）。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成や吐出する造形液の色はこれに限るものではない。

これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。

また、キャリッジ５１には造形槽２２の粉体層３１の粉体２０上に、粉体２０を供給する粉体供給手段である粉体供給部８０が搭載されている。粉体供給部８０は、粉体２０を収容する粉体収容部８１と、粉体２０を供給する供給口部８２と、供給口部８２を開閉するシャッタ部材８３を備えている。

また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。

メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、Ｙ方向走査機構によって、造形ユニット５全体がＸ方向（主走査方向）と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに昇降機構によってＺ方向に昇降可能に配置されている。

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。図５は同制御部のブロック図である。

制御部５００は、この立体造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるための本発明に係るプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。

制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０の各ヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。

制御部５００は、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。

制御部５００は、平坦化ローラ１２を往復移動させる往復移動機構２５のモータを駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動する５１６を備えている。

制御部５００は、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。

制御部５００は、粉体供給部８０のシャッタ部材８３を開いて粉体２０の供給を行わせる供給系駆動部５１９を備えている。

制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。

制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。

なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。

次に、一般的な造形の流れについて図６も参照して説明する。図６は一般的な造形の流れの説明に供する模式的説明図である。

図６（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に層状に敷き詰められた粉体層３１に、ヘッド５２を移動させながら造形液１０を吐出して、図６（ｂ）に示すように、所要形状の１層目の造形層３０を形成する。

そして、図６（ｃ）に示すように、造形ステージ２４をＺ２方向に所定量下降させる。このとき、造形槽２２の粉体層３１表面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さに相当する。間隔Δｔ１は、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

次いで、造形層３０が形成された粉体層３１上に粉体供給部８０から粉体２０を供給し、平坦化ローラ１２によって平坦化して、図６（ｄ）に示すように、次層の粉体層３１を形成する。

なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。

次いで、上述した粉体供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０とは一体化して三次元形状造形物の一部を構成する。

以後、粉体の供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。

次に、粉体層に造形液の滴を吐出して着弾させたときの様子について図７を参照して説明する。図７は同説明に供する説明図である。

この図７では、３００×３００ｄｐｉ（約８５ｕｍ相当）のピッチで二次元画像データを作成し、当該データに基づいて粉体層３１に造形液の滴１００を吐出して着弾させたときの浸透状態を示している。

ここで、１滴の滴１００の量は、一層１００μｍの深さにちょうど浸透する量としている。

なお、この滴量は、実験的に求めることが可能である。すなわち、ガラス基板上に、粉体を１００μｍの厚さで敷き詰めておき、滴１００を滴下する。このとき、滴下された面とは反対側の面から、カメラで観察することで、液体が１００μｍの厚さを浸透したかしないかを判断することができる。滴量を変化させてこの実験を繰り返すことで、１００μｍの厚さを浸透する滴量を求めることができる。実験ではその量は約２００ｐｌ／滴であった。

次に、比較例における粉体層に対する造形液の吐出から次層の粉体供給について図８を参照して説明する。

この比較例は、粉体層に対して造形液を吐出して１層分の造形層を形成した後、粉体の供給を行うものである。

この比較例では、図８（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２によって供給された粉体２０を均して、図８（ｂ）に示すように、所定厚みΔｔ１の粉体層３１を形成する。なお、粉体２０は、粉末、粒子など（単に「粒子」と総称し、粒子２０ａと表記する。）の集合体である。

このとき、粉体層３１は、リコート（平坦化）された時点では緩みかさ密度程度しかなく、空間が多い状態である。ただし、実際には粉体２０の粒子２０ａ同士は図８に示すように整然と整列しているわけではない。また、図８では空間が多いことを分かり易くするために、粒子２０の粒子２０ａ同士を若干離して配列している。例えば、山陽特殊製鋼社製ガスアトマイズ粉ＰＳＳ３１６Ｌ−２０μｍグレード平均粒径１４μｍでは、３ｇ／ｃｃ、真密度に対して３７％しかない。

そして、図８（ｃ）に示すように、造形液１０の滴１００を吐出して粉体層３１の表面に着弾（付着）させる。この状態で粉体層３１内には空気３２が存在している。

粉体層３１の表面に着弾した滴１００は、図８（ｄ）に示すように、粉体層３１内に浸透し、液架橋力によって、粉体２０の粒子２０ａ同士を近接させ、かつ、粉体層３１内の空気３２の合一は、粉体２０の粒子２０ａの移動を促進する。ここに至り、滴１００の浸透領域に限っては、その粉体密度はタップ密度程度（同３．６ｇ／ｃｃ、４５％）となる。一方、滴１００の浸透領域の周辺は、相対的に粉体密度が低く、疎な領域となる。

ここで、滴１００が着弾する前に粉体層３１内に内包されていた空気３２は、図８（ｄ）に示すように、その一部は浮力によって粉体層３１上方へ排出される。

しかしながら、滴１００が着弾する前に粉体層３１内に内包されていた空気３２の一部は、図８（ｅ）に示すように、合一して気泡３３となって粉体層３１の表面に残留する場合がある。また、粉体２０の粒子２０ａ同士の隙間は微細であり、かつ複雑に絡み合っているために、粉体層３１内に内包された空気３２の多くは、図８（ｅ）に示すように、その一部が合一し、滴１００の浸透領域内に気泡３３としてトラップされたままとなる。このとき、形成された気泡３３ないし空気３２の少なくとも一部は、造形液１０（バインダー）の成分の粘性によって崩壊することなく存在し続ける。

その後、図８（ｆ）に示すように、粉体２０を供給して平坦化ローラ１２によって平坦化し、図８（ｇ）に示すように、次層の粉体層３１を形成すると、気泡３３がそのまま粉体層３１の境界や内部に残存する。

この結果、気泡３３が造形物全体に散在し、立体造形物の密度が不均一になり、かつ、密度が低下することになる。

次に、本発明における粉体層に対する造形液の吐出から次層の粉体供給について図９を参照して説明する。

本発明では、粉体層に対して造形液を吐出して、造形液が粉体上に残存している状態で次層の粉体層を形成するための粉体供給を行う。

つまり、図９（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２によって供給された粉体２０を均して、図９（ｂ）に示すように、所定厚みΔｔ１の粉体層３１を形成する。

このとき、粉体層３１は、リコート（平坦化）された時点では緩みかさ密度程度しかなく、空気（空間）が多い状態である。

そして、図９（ｃ）に示すように、造形液１０の滴１００を吐出して粉体層３１の表面に着弾（付着）させる。この状態で粉体層３１内には空気３２が存在している。

その後、図９（ｄ）に示すように、粉体層３１の表面に付着した滴１００の少なくとも一部が粉体層３１の最表面の粉体２０上に存在している状態で、次層の粉体層３１を形成するための粉体２０の供給を行う。なお、ここでは、説明上、平坦化ローラ１２で粉体２０の供給を行っているが、前述したように、ヘッド５２とともに移動する粉体供給部８０から粉体２０の供給を行う。

このように、滴１００が粉体層３１内に浸透する前に、粉体２０の供給を行う。通常、造形液１０よりも粉体２０の方が、比重が大きいことから、図９（ｅ）に示すように、造形液１０の滴１００中に直接的に粉体２０が配され下降沈殿するために、空気が介在し難くなる。

ここで、液架橋力によって、滴１００の付着領域の粉体２０の粒子２０ａが近接するが、その内部に空気を内包し難いので、空気の移動や再配置が生じ難くなる。

このように、ヘッド５２から吐出されて粉体層３１の表面に付着した造形液１０の滴１００の少なくとも一部が粉体層３１の最表面の粉体２０上に存在する状態で、粉体供給手段（平坦化ローラ１２、あるいは、粉体供給部８０）から粉体層３１上に粉体２０を供給する。これにより、造形物中に内包される空気が少なくなり、均一で密度の高い造形物を得ることができる。

次に、本発明の第１実施形態について図１０及び図１１も参照して説明する。図１０及び図１１は同実施形態を立体造形動作の過程とともに説明する説明図である。

本実施形態では、前述したように、キャリッジ５１には２つのヘッド５２が搭載され、また、キャリッジ５１には粉体供給部８０が搭載（一体化）されている。また、造形槽２２の粉体２０を均して平坦化し、粉体層３１を形成する平坦化ローラ１２を備えている。

粉体供給部８０及び平坦化ローラ１２は、Ｘ１方向に、キャリッジ５１（液体吐出ユニット５０）の移動に連動して所定の速度で移動される。なお、「連動」とは、連なって動くことであり、機械的に、あるいは、制御によって、同じ速度で移動すればよい。

造形槽２２の粉体層３１に所要形状の造形層３０を形成するとき、図１０（ａ）に示すように、キャリッジ５１が所定の速度でＸ１方向に移動しつつ、ヘッド５２のノズルから所定量の造形液１０を吐出する。

これにより、図１０（ｂ）に示すように、造形データで定まる粉体層３１上の所定の位置に造形液１０の滴１００が付着する。

そして、図１０（ｂ）に示すように、予め定められた位置において、粉体供給部８０のシャッタ部材８３が開かれて、供給口部８２から粉体２０が粉体層３１の粉体２０上に供給される。なお、この供給量は、粉体２０の流動性に応じた供給口部８２の開口面積を設定することで調整できる。あるいは、粉体供給部８０に供給量を計測する手段を備えてもよい。

このとき、粉体層３１の表面に着弾された滴１００は、粉体層３１内へと完全には浸透していない。すなわち、滴１００が粉体層３１内に浸透し切る前であって、粉体層３１の粉体２０上に存在する状態で粉体２０の供給を行う。

これにより、供給された粉体２０は、空気を介在せずに造形液１０と馴染み、造形物の一部を形成することになる。

そして、粉体供給部８０に後続して、図１１（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２が移動方向（Ｘ１方向）に対してカウンタ方向となる回転をしつつ、供給された粉体２０上を移動することで、供給された粉体２０を平坦化する。

このとき、平坦化ローラ１２の高さは、滴１００よりも、若干上方を平坦化ローラ１２が通過するようにギャップｇが生じる高さを設定する。これにより、平坦化ローラ１２による造形層３０（層状造形物）の引きずりがなく、精度のよい造形物を得ることができる。

そして、図１１（ｂ）に示すように、所定の位置において、粉体供給部８０のシャッタ部材８３を閉じる。これにより、余分な粉体２０の流出を抑制することができる。

上述した動作を繰り返することで、均質で密度の高い立体造形物を得ることができる。

なお、本実施形態では、平坦化手段（平坦化ローラ、平坦化ブレードなど）を液体吐出手段の移動に連動させているが、平坦化手段は１層の造形層の造形完了後に移動を開始するようにしてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について図１２ないし図１５も参照して説明する。図１２ないし図１４は同実施形態を立体造形動作の過程とともに説明する平面説明図、図１５は同じく断面説明図である。なお、図１５（ａ）は図１２（ｂ）のＡ−Ａ線、図１５（ｂ）は図１３（ｂ）のＢ−Ｂ線に相当する断面である。

本実施形態では、平坦化ローラ１２（平坦化部材）は、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動可能に配置している。

また、粉体供給部８０の供給口部８２のＹ方向の開口長さＬ１は、ヘッド５２のノズル列１５２のＹ方向長さＬ２より若干長くしている。これにより、１走査でヘッド５２が造形液１０を吐出できるＹ方向の最大吐出可能領域幅を十分にカバーできる領域に粉体２０を供給することができる。また、粉体供給部８０から供給される粉体２０の量は、所定の粉体層３１の厚みよりも厚くなる量としている。

また、粉体供給部８０に後続する側に除去部材１２０を配置している。除去部材１２０は、粉体供給部８０から供給される粉体２０のうち、Ｙ方向において、ヘッド５２による当該走査領域を外れて次の走査領域となる領域に侵入する粉体２０を除去して平坦化する。この除去部材１２０もＸ方向に往復移動可能に配置されている。

ここで、粉体供給部８０及び除去部材１２０は、Ｘ１方向に、キャリッジ５１（液体吐出ユニット５０）の移動に連動して所定の速度で移動される。

このように構成した本実施形態では、図１２（ａ）に示すように、キャリッジ５１をＸ１方向に移動させ、ヘッド５２から第ｎ層目の粉体層３１上に造形液１０を吐出させて、例えば図１２（ｂ）に示すように造形層３０（層状造形物）を形成する。このときにヘッド５２によって造形液を吐出可能な領域をＹ方向の領域を走査領域Ｓ１とする。

このとき、粉体供給部８０も、キャリッジ５１（液体吐出ユニット５０）の移動に同動して、第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成するための粉体２０を供給しながら、キャリッジ５１に後続してＸ１方向に移動する。本実施形態でも、粉体層３１に付着した造形液の滴の一部が粉体層３１の表面に存在する状態で、粉体供給部８０から粉体２０の供給を行っている。

また、除去部材１２０も同じくＸ１方向に移動する。この除去部材１２０の移動により、図１５（ａ）にも示すように、粉体供給部８０から供給された粉体２０の内のヘッド５２のノズル列１５２の下端位置Ｓａよりも外側にある粉体２０が除去されて平坦化され、次の走査領域Ｓ２は第ｎ層目の粉体層３１の高さが維持される。

その後、図１３（ａ）に示すように、キャリッジ５１を次の走査を行うためにＸ２方向に戻し、Ｙ１方向に造形ユニット５全体を移動させて、ヘッド５２を次の走査領域Ｓ２に移動させる。

このとき、上述したよう、次の走査領域Ｓ２まで供給された余分な粉体２０は除去部材１２０で除去されて平坦化されているので、次の走査領域Ｓ２の粉体層３１の高さは第ｎ層目の高さが保たれている。

そこで、図１３（ｂ）に示すように、前述したと同様に、キャリッジ５１をＸ１方向に移動させ、ヘッド５２から第ｎ層目の粉体層３１上に造形液１０を吐出させて、造形層３０（層状造形物）を形成する。

このとき、粉体供給部８０も、キャリッジ５１（液体吐出ユニット５０）の移動に同動して、第（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成するための粉体２０を供給しながら、キャリッジ５１に後続してＸ１方向に移動する。

また、除去部材１２０も同じくＸ１方向に移動する。この除去部材１２０の移動により、図１５（ｂ）にも示すように、粉体供給部８０から供給された粉体２０の内のヘッド５２のノズル列１５２の下端位置Ｓａよりも外側にある粉体２０が除去される。一方、走査領域Ｓ１側に供給された粉体２０は、図１５（ｂ）に示すように、走査領域Ｓ１で供給された粉体２０上にそのまま積み重なることになる。

その後、図１４（ａ）に示すように、キャリッジ５１などを初期位置に戻した後、図１４（ｂ）にも示すように平坦化ローラ１２を矢印Ｙ１方向に移動させて平坦化する。これにより、図１５（ｂ）で説明したように走査領域Ｓ１とＳ２とのつなぎ部分で積み重なった粉体２０も均されて第（ｎ＋１）層目の粉体層３１が形成される。

上述した立体造形動作は制御部５００によって制御され、本発明に係るプログラムに従って上述した立体造形動作が行われる。

本発明で使用する粉体２０は、造形液１０との接触角を変化させ、粉体２０に対する造形液１０の浸透速度を制御して粉体２０へ浸透し難くすることが好ましい。

ここで、粉体と液体との静的な接触角について図１６を参照して説明する。図１６は時間の経過に対する接触角の変化の測定結果の一例を説明する説明図である。

粉体層３１への滴１００の浸透速度は、滴（造形液）と粉体表面との接触角で可視化、定量化することができる。ガラス板の上に対象とする粉体を薄く敷き詰めて、その上にニードルから対象とする液滴を滴下し、その様子をカメラで径時的に捉え、接触角の時間変化を測定することができる。なお、接触角は、自動接触角測定装置（ＤａｔａＰｈｙｓｉｃｓ ＯＣＡ ２００Ｈ）を用いて測定した。測定環境は、２２−２３℃、４５−６５％ＲＨである。

次に、本実施形態で使用した立体造形用粉末材料（粉体）について説明する。

本実施形態で使用している粉体は、有機材料で被覆された基材を含み、更に必要に応じてその他の成分等を含んでなる。前記基材を被覆する材料は、主に有機材料であるが、必要に応じて無機材料が含まれていてもよい。この粉体は、後述する本発明の立体造形物の製造方法で用いられる。

−基材−
基材としては、粉末ないし粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基材の材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマー、木材、生体親和材料、砂などが挙げられるが。この場合、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。

ここで、金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀などが挙げられる。前記ステンレス（ＳＵＳ）鋼としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）などが挙げられる。カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。

また、ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。

これらの材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

基材としては、これらの材料で形成された市販品の粒子ないし粉末を使用することができる。

例えば、市販品としては、ＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊製鋼株式会社製、ＰＳＳ３１６Ｌ）、ＳｉＯ_２（株式会社トクヤマ製、エクセリカＳＥ−１５Ｋ）、ＡｌＯ_２（大明化学工業株式会社製、タイミクロンＴＭ−５Ｄ）、ＺｒＯ_２（東ソー株式会社製、ＴＺ−Ｂ５３）などが挙げられる。

なお、基材は、前記有機材料との親和性を高める目的等で、公知の表面（改質）処理がされていてもよい。

基材の平均粒子径としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。例えば、０．１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上３００μｍ以下がより好ましく、１５μｍ以上２５０μｍ以下が更に好ましい。

平均粒子径が、０．１μｍ以上５００μｍ以下であると、立体造形物の製造効率に優れ、取扱性やハンドリング性が良好である。平均粒子径が、５００μｍ以下であると、粉体を用いて薄層（粉体層）を形成したときに、該薄層（粉体層）における粉体の充填率が向上し、得られる立体造形物に空隙等が生じ難い。

基材の平均粒子径は、公知の粒径測定装置、例えば、マイクロトラックＨＲＡ（日機装株式会社製）などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。

基材の粒度分布としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。

基材の外形、表面積、円形度、流動性、濡れ性等については、目的に応じて適宜選択することができる。

−有機材料−
有機材料としては、造形液に溶解し、造形液に含まれる架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであればよい。

有機材料の溶解性は、例えば、３０℃の造形液を構成する溶媒１００ｇに有機材料を１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。

また、有機材料としては、その４質量％（ｗ／ｗ％）溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１ｍＰａ・ｓ以上３５ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、５ｍＰａ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下が特に好ましい。

粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の強度が向上し、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生じ難くなる。また、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する傾向にある。なお、粘度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ７１１７に準拠して測定することができる。

有機材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、取扱い性や環境負荷等の観点から、水溶性であることが好ましい。例えば、水溶性樹脂、水溶性プレポリマー、などが挙げられる。

このような水溶性有機材料を採用した粉体に対しては、造形液の媒体としても水性媒体を用いることができる。また、粉末材料を廃棄、リサイクルするときには、水処理により有機材料と基材を分離することも容易である。

ここで、水溶性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル酸樹脂、セルロース樹脂、デンプン、ゼラチン、ビニル樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレングリコール、などが挙げられる。

これらは、水溶性を示す限りにおいて、ホモポリマー（単独重合体）であってもよいし、ヘテロポリマー（共重合体）であってもよく、また、変性されていてもよいし、公知の官能基が導入されていてもよく、また塩の形態であってもよい。

したがって、例えば、ポリビニルアルコール樹脂であれば、ポリビニルアルコールであってもよいし、アセトアセチル基、アセチル基、シリコーン等による変性ポリビニルアルコール（アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール、アセチル基変性ポリビニルアルコール、シリコーン変性ポリビニルアルコールなど）であってもよく、また、ブタンジオールビニルアルコール共重合体等であってもよい。

また、ポリアクリル酸樹脂であれば、ポリアクリル酸であってもよいし、ポリアクリル酸ナトリウム等の塩であってもよい。また、セルロース樹脂であれば、例えば、セルロースであってもよいし、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等であってもよい。また、アクリル樹脂であれば、例えば、ポリアクリル酸、アクリル酸・無水マレイン酸共重合体などであってもよい。

水溶性プレポリマーとしては、例えば、止水剤等に含まれる接着性の水溶性イソシアネートプレポリマー、などが挙げられる。

水溶性以外の有機材料、樹脂としては、例えば、アクリル、マレイン酸、シリコーン、ブチラール、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、エチレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／（メタ）アクリル酸共重合体、α−オレフィン／無水マレイン酸系共重合体、α−オレフィン／無水マレイン酸系共重合体のエステル化物、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、α−オレフィン／無水マレイン酸／ビニル基含有モノマー共重合体、スチレン／無水マレイン酸共重合体、スチレン／（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリアミド、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、石油樹脂、ロジン又はその誘導体、クマロンインデン樹脂、テルペン樹脂、ポリウレタン樹脂、スチレン／ブタジエンゴム、ポリビニルブチラール、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレン／プロピレンゴム等の合成ゴム、ニトロセルロースなどが挙げられる。

有機材料の中でも、架橋性官能基を有するものが好ましい。架橋性官能基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、水酸基、カルボキシル基、アミド基、リン酸基、チオール基、アセトアセチル基、エーテル結合、などが挙げられる。

有機材料が架橋性官能基を有すると、有機材料が容易に架橋し硬化物（立体造形物）を形成し得る点で好ましい。

これらの中でも、平均重合度が４００以上１,１００以下のポリビニルアルコール樹脂が好ましい。更に言えば、上記したように架橋性の官能基を分子内に導入した変性ポリビニルアルコール樹脂が好ましい。特に、アセトアセチル基変性のポリビニルアルコール樹脂が好ましく、例えば、ポリビニルアルコール樹脂がアセトアセチル基を有する場合、造形液に含まれる架橋剤中の金属の作用により、アセトアセチル基が金属を介して複雑な三次元ネットワーク構造（架橋構造）を容易に形成し得る（架橋反応性に優れる）、曲げ強度に非常に優れる。

アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂としては、粘度、けん化度等の特性が異なるものを１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。平均重合度が４００以上１,１００以下のアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂を用いることがより好ましい。

有機材料としては、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよく、また、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。

市販品としては、例えば、ポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、ＰＶＡ−２０５Ｃ、ＰＶＡ−２２０Ｃ）、ポリアクリル酸（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０）、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０３Ｐ）、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−３００、ゴーセネックスＺ−１００、ゴーセネックスＺ−２００、ゴーセネックスＺ−２０５、ゴーセネックスＺ−２１０、ゴーセネックスＺ−２２０）、カルボキシ基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＴ−３３０、ゴーセネックスＴ−３５０、ゴーセネックスＴ−３３０Ｔ）、ブタンジオールビニルアルコールコポリマー（日本合成化学工業株式会社製、ニチゴーＧ−ポリマーＯＫＳ−８０４１）、ダイアセトンアクリルアミド変性ポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール株式会社製、ＤＦ−０５）カルボキシメチルセルロースナトリウム（第一工業製薬株式会社製、セロゲン５Ａ、セロゲン６Ａ）、デンプン（三和澱粉工業株式会社製、ハイスタードＰＳＳ−５）、ゼラチン（新田ゼラチン株式会社製、ビーマトリックスゼラチン）などが挙げられる。

有機材料による基材の被覆厚みとしては、平均厚みで、５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が更に好ましく、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下が特に好ましい。

本実施形態では架橋剤による硬化作用を利用することで、従前の粉体より被覆厚みを小さくすることが可能であり、薄膜でも強度と精度の両立が可能である。

被覆厚みとしての平均厚みが、５ｎｍ以上であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の強度が向上し、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生じることがない。平均厚みが１，０００ｎｍ以下であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する。

平均厚みは、例えば、粉体をアクリル樹脂等に包埋した後、エッチング等を行って基材の表面を露出させた後、走査型トンネル顕微鏡ＳＴＭ、原子間力顕微鏡ＡＦＭ、走査型電子顕微鏡ＳＥＭなどを用いることにより、測定することができる。

有機材料による基材の表面の被覆率（面積率）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１５％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、８０％以上が特に好ましい。

被覆率が、１５％以上であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の強度が充分に得られ、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生じることがない。また、被覆率が、１５％以上であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する。

被覆率は、例えば、粉体の写真を観察し、二次元の写真に写る該粉体について、粉末材料粒子の表面の全面積に対する、有機材料で被覆された部分の面積の割合（％）の平均値を算出してこれを該被覆率としてもよい。また、有機材料で被覆された部分をＳＥＭ−ＥＤＳ等のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素マッピングを行うことにより、測定することができる。

−その他の成分−
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、流動化剤、フィラー、レベリング剤、焼結助剤、などが挙げられる。

粉体が流動化剤を含むことで、粉体からなる層等を容易にかつ効率よく形成し得る点で好ましい。粉体がフィラーを含むことで、得られる硬化物（立体造形物）に空隙等が生じ難くなる点で好ましい。粉体がレベリング剤を含むことで、粉体の濡れ性が向上し、ハンドリング等が容易になる点で好ましい。粉体が焼結助剤を含むことで、得られた硬化物（立体造形物）について焼結処理を行う場合において、より低温での焼結が可能となる点で好ましい。

−粉体の製造−
粉体の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、有機材料を基材上に公知の被覆方法に従って被覆する方法などが挙げられる。有機材料の基材の表面への被覆方法としては、特に制限はなく、公知の被覆方法の中から適宜採用することができる。

このような公知の被覆方法としては、例えば、転動流動コーティング法、スプレードライ法、撹拌混合添加法、ディッピング法、ニーダーコート法などが挙げられる。また、これらの被覆方法は、公知の市販の各種コーティング装置、造粒装置などを用いて実施することができる。

−粉体の物性等−
粉体の平均粒子径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。ただし、粉体の平均粒子径としては、３μｍ以上２５０μｍ以下が好ましく、３μｍ以上２００μｍ以下がより好ましく、５μｍ以上１５０μｍ以下が更に好ましく、１０μｍ以上８５μｍ以下が特に好ましい。

粉体の平均粒子径が３μｍ以上であると、粉末材料の流動性が向上し、粉末材料層が形成しやすく積層層表面の平滑性が向上するため、立体造形物の製造効率の向上、取り扱いやハンドリング性が向上すると共に寸法精度が向上する傾向にある。

また、平均粒子径が２５０μｍ以下であると、粉末材料粒子同士の空間の大きさが小さくなるため、立体造形物の空隙率が小さくなり、強度の向上に寄与する。従って、平均粒子径３μｍ以上２５０μｍ以下が、寸法精度と強度を両立させるのに好ましい範囲となる。

粉体の粒度分布としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

粉体の特性としては、その安息角を測定した場合において、６０度以下が好ましく、５０度以下がより好ましく、４０度以下が更に好ましい。安息角が、６０度以下であると、粉体を支持体上の所望の場所に効率よく安定に配置させることができる。なお、安息角は、例えば、粉体特性測定装置（パウダテスタＰＴ−Ｎ型、ホソカワミクロン株式会社製）などを用いて測定することができる。

次に、本実施形態で使用した造形液について説明する。

本実施形態で使用した造形液は、有機材料と架橋する架橋剤を含有している。また、造形液は、有機材料を溶解させる媒体（溶媒）や当該溶解を促進させるような成分なども含有し、また造形液の保存安定性を保つような安定化剤も含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有している。

有機材料に造形液が付与されると、有機材料は溶解すると共に、造形液に含まれる架橋剤の作用により架橋する。

造形液は、粘度が２５℃で２５ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましく、粘度が２５℃で３ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下であるのがより好ましい。造形液の粘度が２５℃で２５ｍＰａ・ｓ以下であると、造形液を安定して吐出することができる。

造形液は、５０℃で３日間放置した前後の粘度変化率が２０％未満であることが好ましい。造形液の粘度変化率が２０％以上になると、造形液の吐出が不安定になることがある。

−媒体−
媒体としては、粉体の基材を被覆する有機材料を溶解可能なものであれば特に限定されない。例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトンなどの親水性媒体、脂肪族炭化水素、グリコールエーテル等のエーテル系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、高級アルコール等が挙げられる。

これらの中でも、環境負荷や造形液を吐出するときの吐出安定性（経時での粘度変化が少ない）を考慮すると、水性媒体が好ましく、水がより好ましい。なお、水性媒体としては、水がアルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。また、造形液の媒体が水性媒体である場合には、有機材料は水溶性有機材料を主として含むことが好ましい。

親水性媒体としては、例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、などが挙げられる。なお、水性媒体は、水がアルコール等の水以外の成分を含有する有機溶剤であってもよい。

−架橋剤−
架橋剤としては、有機材料を架橋可能な性質を有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる、架橋剤としては、例えば、金属塩、金属錯体、有機ジルコニウム系化合物、有機チタン系化合物、キレート剤、などが挙げられる。

有機ジルコニウム系化合物としては、例えば、酸塩化ジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム、乳酸ジルコニウムアンモニウムなどが挙げられる。

有機チタン系化合物としては、例えば、チタンアシレート、チタンアルコキシドなどが挙げられる。

これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、金属塩がより好しい。

金属塩としては、例えば、２価以上の陽イオン金属を水中で電離するものなどが挙げられる。その具体例としては、オキシ塩化ジルコニウム八水和物（４価）、水酸化アルミニウム（３価）、水酸化マグネシウム（２価）、チタンラクテートアンモニウム塩（４価）、塩基性酢酸アルミニウム（３価）、炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（４価）、チタントリエタノールアミネート（４価）などを挙げることができる。

また、これらは市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、オキシ塩化ジルコニウム八水和物（第一稀元素化学工業株式会社製、酸塩化ジルコニウム）、水酸化アルミニウム（和光純薬工業株式会社製、水酸化マグネシウム（和光純薬工業株式会社製）、チタンラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＴＣ−３００）、ジルコニウムラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＺＣ−３００）、塩基性酢酸アルミニウム（和光純薬工業株式会社製）、ビスビニルスルホン化合物（富士ファインケミカル株式会社製、ＶＳ−Ｂ（Ｋ−ＦＪＣ））、炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（第一稀元素化学工業株式会社製、ジルコゾールＡＣ−２０）、チタントリエタノールアミネート（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＴＣ−４００）などが挙げられる。

これらの中でも、得られる立体造形物の強度に優れる点で炭酸ジルコニウムアンモニウム塩がより好ましい。

−界面活性剤−
また、造形液の表面張力を調整する目的で界面活性剤を用いることができる。

界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤またはノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤が用いられる。

湿潤剤、水溶性有機溶剤の組合せによって、分散安定性を損なわない界面活性剤を選択する。

ここで、本実施形態における架橋剤の作用効果について図２１を参照して説明する。

図２１は、長さ７０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの造形物の三点曲げ強度の一例を示している。曲げ強度の測定には、島津製作所製精密万能試験機ＡＧ−１を使用し、１ｋＮのロードセルを用いて測定した。

ステンレス粉末（山陽特殊製鋼社製：ガスアトマイズ粉ＰＳＳ３１６Ｌ−２０μｍグレード）、粉末をコートする有機材料にＺ１００を使用し，架橋剤にはＡＣ−２０を用いた。架橋剤を用いない場合にくらべ，架橋剤を用いたときには、８．３ＭＰａから１１．９ＭＰａと約４３％、曲げ強度が向上する。

なお、ここで用いた造形物は、材料の効果をより直接的にみるために、粉末積層造形ではなく、上記材料を所定の混合比率で混練したスラリーをシリコーン型に流し込み、それを１００°−２時間で乾燥固化させたサンプルを用いた。

また、粉末積層造形においても、長さ３５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの造形物の三点曲げ試験を同様に実施した。架橋剤がない場合は、１．６２ＭＰａであった曲げ強度が、架橋剤を入れることで、３．５ＭＰａへと倍増した。なお、積層造形の条件は、１層の厚さ１０２μｍ、造形の解像度３００×３００ｄｐｉ、造形液量１８０ｐｌ／ｄｏｔである。

図１６に示すように、コーティング未処理の粉体ａに対して、コーティング処理した粉体ｂは、初期静的接触角を含めて接触角が高いことが分かる。すなわち、粉体層３１に対する造形液の液滴（液体）の浸透速度は、粉体の表面改質、造形液の物性で制御することができる。特に、有機材料を粉末にコーティングし、水系の造形液を用いることで、両者の接触角を高くすることができる。

次に、粉体と液体の接触角が造形物の密度に影響を及ぼすことについて図１７を参照して説明する。

接触角が大きい（高い）粉体（例えば図１６の処理有りの粉体ｂ）で造形した造形物の透過Ｘ線画像を図１７（ａ）に示し、接触角が小さい（低い）粉体（例えば図１６の処理なしの粉体ａ）で造形した造形物の透過Ｘ線画像を図１７（ｂ）に示している。

この透過Ｘ線画像において、色が濃いほど密度が高いことを示している。

また、図１７（ａ）の画像は均質であるのに対し、図１７（ｂ）の画像はところどころ白く抜けた箇所があり、ボイドが散在していることが分かる。また、層と層の間の隙間も、図１７（ａ）の方が狭く目立たないことが分かる。

なお、図１７（ａ）に用いた材料は，前述の中から，基材にはＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊製鋼株式会社製、ＰＳＳ３１６Ｌ）２０ｕｍ以下グレードを使用し、基材へのコート樹脂としてＤＦ０５を使用し、造形液中有機溶剤には１，２−プロパンジオールを使用した。

このように、粉体と液体の接触角が造形物の密度に影響を及ぼす。

次に、本発明の第３実施形態について図１８を参照して説明する。図１８は同実施形態の説明に供する説明図である。

本実施形態では、滴１００が粉体層３１の表面に一部が残り、残部が粉体層３１内に浸透している状態で、次層の粉体層３１を形成するための粉体２０の供給を行うようにしている。すなわち、粉体層３１の表面に付着した造形液１０の一部が粉体２０上に存在する状態で次層の粉体層３１を形成するための粉体２０の供給を行う。

例えば、図１８（ａ）に示すように、造形液１０の滴１００が粉体層３１の表面に半分残り、半分が粉体層３１内に浸透している状態で、次層の粉体層３１を形成するための粉体２０の供給を行って平坦化することで、図１８（ｂ）に示す状態になる。

ここでは、粉体層３１（粉体２０）中に滴１００（造形液１０）があることで、液架橋力により粉体２０の粒子が移動し、滴１００（造形液１０）があるところとないところの境目で粉体２０の粒子が疎になることを、滴１００の周りに空白部を設けて表現している。

ここに、図１８（ｃ）に示すように滴１００を吐出着弾させ、図１８（ｄ）に示すように粉体層３１を形成することで、それまでに着弾している滴１００と合一し、液架橋力を解く作用が得られ、大きな滴領域で、粉体２０の粒子が架橋し、集合して造形層３０となる。これを平面方向に拡張して滴１００を吐出することで、図１８（ｅ）に示すように造形層３０を得ることができる。

このように、粉体層３１の表面に付着した造形液１０の一部が存在している状態であれば、次の層を形成するために粉体２０を供給することで、ボイドの発生などがない、均質で密度の高い立体造形物を得ることができる。

次に、比較例について図１９を参照して説明する。

図１９に示す比較例では、前述した比較例と同様に、各粉体層３１に着弾した滴１００がすべて当該粉体層３１内に浸透した状態で粉体２０の供給による粉体層３１の形成を行う。この場合には、粉体層３１間での滴１００の合一が生じづらいために、造形層３０間に液架橋による粒子移動を起源とする空隙が残ることになる。

ここで、滴１００の滴量を増加させて合一化を図るのでは、造形物の精度を低下させることになるという問題を生じることになる。

これに対し、本発明によれば、造形物の精度を確保しつつ、空隙の残存を低減させて密度を向上させることができる。

次に、本発明に係る立体造形装置の第２例の概要について図２０を参照して説明する。図２０は同立体造形装置を造形の流れとともに説明する模式的説明図である。

この立体造形装置においては、造形部１は、粉体槽１１を有している。粉体槽１１は、粉体２０を供給する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２とを有している。供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。

この立体造形装置で造形を行うときには、図２０（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に層状に敷き詰められた粉体層３１に、ヘッド５２を移動させながら造形液１０を吐出して、図２０（ｂ）に示すように、所要形状の１層目の造形層３０を形成する。

そして、図２０（ｃ）に示すように、供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形ステージ２４をＺ２方向に所定量下降させる。そして、平坦化ローラ１２を回転させながら供給槽２１側から造形槽２２側に移動させて、図２０（ｄ）に示すように、供給槽２１の粉体２０を造形槽２２に供給して平坦化して、次層の粉体層３１を形成する。

この動作を繰り返すことで造形層が積層された造形物が得られる。

上述したように、粉体層３１に付着した滴の一部でも粉体層３１の表面に存在している状態で次層の粉体供給を行うことができればよいので、このような２槽構成の造形部を有する装置にも本発明を適用することができる。

１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１２ 平坦化ローラ（平坦化手段、回転体）
２０ 粉体
２２ 造形槽
２４ 造形ステージ
３０ 造形層（層状造形物）
３１ 粉体層（層状の粉体）
５０ 液体吐出ユニット
５１ キャリッジ
５２、１５２ 液体吐出ヘッド
８０ 粉体供給部

Claims (10)

1. 粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が積層される造形槽と、
   前記造形槽の前記粉体に対して造形液を吐出する液体吐出手段と、
   前記造形槽に前記粉体を供給する粉体供給手段と、を備え、
   前記液体吐出手段から前記造形液を吐出させ、
   前記液体吐出手段から吐出されて前記粉体層の表面に付着した前記造形液の少なくとも一部が前記粉体層の最表面の前記粉体上に存在する状態で、前記粉体供給手段から前記粉体層上に前記粉体を供給する
   ことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記液体吐出手段は前記造形槽に対して移動可能であって、
   前記粉体供給手段は、前記液体吐出手段とともに移動可能に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記粉体供給手段から前記造形槽に供給される前記粉体を均して前記粉体層を形成する平坦化部材を有している
   ことを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
4. 前記平坦化部材は、前記液体吐出手段に連動して移動する
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体造形装置。
5. 前記粉体供給手段から前記造形槽に供給される前記粉体のうち、前記液体吐出手段による１走査での最大吐出可能領域を外れ、次の走査で前記造形液が付着される領域に供給された前記粉体を除去する除去手段を備えている
   ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の立体造形装置。
6. 前記平坦化部材は、前記液体吐出手段に連動して移動する
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体造形装置。
7. 前記粉体は、基材に有機材料が被覆されてなる
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の立体造形装置。
8. 前記造形液は、前記有機材料を架橋する架橋剤を含有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の立体造形装置。
9. 粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が積層される造形槽と、
   前記造形槽の前記粉体に対して造形液を吐出する液体吐出手段と、
   前記造形槽に前記粉体を供給する粉体供給手段と、を備える立体造形装置によって立体造形物を形成する立体造形方法であって、
   前記液体吐出手段から前記造形液を吐出させ、
   前記液体吐出手段から吐出されて前記粉体層の表面に付着した前記造形液の少なくとも一部が前記粉体層の最表面の前記粉体上に存在する状態で、前記粉体供給手段から前記粉体層上に前記粉体を供給する
   ことを特徴とする立体造形方法。
10. 粉体を層状にした粉体層が形成され、前記粉体層の前記粉体が所要形状に結合された層状造形物が積層される造形槽と、
    前記造形槽の前記粉体に対して造形液を吐出する液体吐出手段と、
    前記造形槽に前記粉体を供給する粉体供給手段と、を備える立体造形装置によって立体造形物を形成する立体造形動作の制御をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
    前記液体吐出手段から前記造形液を吐出させ、
    前記液体吐出手段から吐出されて前記粉体層の表面に付着した前記造形液の少なくとも一部が前記粉体層の最表面の前記粉体上に存在する状態で、前記粉体供給手段から前記粉体層上に前記粉体を供給させる制御をコンピュータに行わせるためのプログラム。

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