JP2016159569A - 三次元造形物の製造方法、三次元造形物、および三次元造形物製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形用組成物の飛散および溶媒の拡散を防止することが可能な三次元造形物の製造方法および三次元造形物製造装置を提供すること、信頼性の高い三次元造形物を提供すること。【解決手段】本発明の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて前記層を形成する層形成工程と、前記溶媒の拡散を防止しつつ、前記層から前記溶媒を除去・回収する溶剤除去回収工程と、複数の前記粒子同士を結合する結合液を吐出する吐出工程と、を有することを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、三次元造形物の製造方法、三次元造形物、および三次元造形物製造装置に関する。

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（例えば、特許文献１参照）。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。まず、粉体（三次元造形用組成物）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（以下、「断面部材」という）が形成される。その後、その粉体層の上にさらに粉体層を薄く形成し、所望部分に結合液（硬化性インク）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。

しかしながら、従来の三次元造形物の製造では、三次元造形用組成物に溶媒が含まれている場合に、溶媒を除去する際に、粉体が飛散してしまう問題があった。また、溶媒や熱が装置内に拡散してしまう問題もあった。

特開２０００−２８０３５４号公報

本発明の目的は、三次元造形用組成物の飛散および溶媒の拡散を防止することが可能な三次元造形物の製造方法および三次元造形物製造装置を提供すること、信頼性の高い三次元造形物を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて前記層を形成する層形成工程と、
前記溶媒の拡散を防止しつつ、前記層から前記溶媒を除去・回収する溶剤除去回収工程と、
複数の前記粒子同士を結合する結合液を吐出する吐出工程と、を有することを特徴とする。
これにより、三次元造形用組成物の飛散および溶媒の拡散を防止することができる。

本発明の三次元造形物の製造方法では、前記溶媒除去回収工程は、前記層を加熱しつつ行うものであることが好ましい。
これにより、より効率よく溶媒を除去することができる。

本発明の三次元造形物の製造方法では、前記溶媒除去回収工程では、溶媒除去回収手段を用いて、前記層に対して熱風を当てつつ、前記層から蒸発した前記溶媒を吸引して回収することが好ましい。
これにより、より効率よく溶媒を除去することができる。

本発明の三次元造形物の製造方法では、前記溶媒除去回収手段は、前記層に対向するように設けられた加熱体と、
前記加熱体を挟むように配設された送風路および吸引溶媒路と、を有し、
前記加熱体の輻射熱と前記送風路から送風する熱風とによって前記層から蒸発した前記溶媒を、前記吸引溶媒路に吸引して回収することが好ましい。

これにより、三次元造形用組成物の飛散や溶媒の拡散をより効果的に防止することができる。

本発明の三次元造形物の製造方法では、前記送風路の単位時間の流量よりも、前記吸引溶媒路の単位時間の流量のほうが大きいことが好ましい。

これにより、三次元造形用組成物の飛散や溶媒の拡散をより効果的に防止することができる。

本発明の三次元造形物の製造方法では、前記溶媒除去回収工程では、前記溶媒除去回収手段を層に対して相対的に移動させつつ、前記溶媒の除去・回収を行うものであり、
前記送風路は、前記加熱体と層との間隙に向かって気流が発生するように、前記移動方向における下流側で傾斜して前記加熱体に配設され、
前記吸引溶媒路は、前記送風路によって発生した気流を吸引するように、前記移動方向における上流側で傾斜して前記加熱体に配設されていることが好ましい。

これにより、送風による三次元造形用組成物の飛散をより効果的に防止することができる。

本発明の三次元造形物は、本発明の三次元造形物の製造方法により製造されたものであることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い三次元造形物を提供することができる。

本発明の三次元造形物製造装置は、層を積層することにより、三次元造形物を製造する三次元造形物製造装置であって、
粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて前記層を形成する層形成手段と、
前記溶媒の拡散を防止しつつ、前記層から前記溶媒を除去・回収する溶剤除去回収手段と、
複数の前記粒子同士を結合する結合液を吐出する吐出手段と、を有することを特徴とする。
これにより、三次元造形用組成物の飛散および溶媒の拡散を防止することができる。

本発明の三次元造形物製造装置の好適な実施形態を上から平面視した平面図である。 図１に示す三次元造形物製造装置の図中右方向から見た際の断面図である。 本発明の三次元造形物製造装置が有する溶媒除去回収手段の好適な実施形態を示す断面図である。 本発明の三次元造形物製造装置が有する溶媒除去回収手段の他の好適な実施形態を示す断面図である。

以下、添付する図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細な説明をする。

１．三次元造形物製造装置
まず、本発明の三次元造形物製造装置の好適な実施形態について説明する。

図１は、本発明の三次元造形物製造装置の好適な実施形態を上から平面視した平面図、図２は、図１に示す三次元造形物製造装置の図中右方向から見た際の断面図、図３は、本発明の三次元造形物製造装置が有する溶媒除去回収手段の好適な実施形態を示す断面図である。

三次元造形物製造装置１０００は、粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて形成した層１（硬化部３）を積層することにより、三次元造形物を製造する装置である。

三次元造形物製造装置１０００は、図１、図２に示すように、三次元造形物が造形される造形部１０と、三次元造形用組成物を供給する供給部１４と、供給された三次元造形用組成物を用いて造形部１０に三次元造形用組成物の層１を形成するスキージ（層形成手段）１５と、層１を形成した際に余剰の三次元造形用組成物を回収する回収部１３と、層１に対して結合剤を含む結合液を吐出する吐出手段１６と、層１から溶媒を除去・回収する溶媒除去回収手段１７と、を有している。

造形部１０は、図１、図２に示すように、枠体１０１と、枠体１０１内部に設けられた造形ステージ９とを有している。
枠体１０１は、枠状の部材で構成されている。

造形ステージ９は、ＸＹ平面において矩形型の形状を有している。
造形ステージ９は、図示せぬ駆動手段によってＺ軸方向に駆動（昇降）するよう構成されている。

枠体１０１の内壁面と造形ステージ９とで形成される領域に層１が形成される。
また、造形部１０は、図示せぬ駆動手段によってＸ軸方向に駆動可能となっている。

そして、造形部１０が、Ｘ軸方向、すなわち、後述する吐出手段１６の描画領域へ移動することで、吐出手段１６によって層１に結合液が吐出される。

供給部１４は、三次元造形物製造装置１０００内に三次元造形用組成物を供給する機能を有している。

供給部１４は、三次元造形用組成物が供給される供給領域１４１と、供給領域１４１に対して三次元造形用組成物を供給する供給手段１４２とを有している。

供給領域１４１は、Ｘ軸方向に長尺の長方形状をなしており、枠体１０１の一辺と接するように設けられている。また、供給領域１４１は、枠体１０１の上面と面一となるように設けられている。

供給領域１４１に供給された三次元造形用組成物は、後述するスキージ１５により、造形ステージ９に搬送され、層１を形成する。

スキージ（層形成手段）１５は、Ｘ軸方向に長尺の板状をなしている。また、スキージ１５は、図示せぬ駆動手段によってＹ軸方向に駆動するよう構成されている。また、スキージ１５は、その短軸方向の先端が、枠体１０１の上面および供給領域１４１と接するよう構成されている。

このスキージ１５は、Ｙ軸方向に移動しながら、供給領域１４１に供給された三次元造形用組成物を造形ステージ９に搬送し、造形ステージ９上に層１を形成する。

本実施形態では、スキージ１５の移動方向と、造形部１０の移動方向とが交差（直交）するよう構成されている。このような構成とすることにより、吐出手段１６による結合液の吐出が行われている際に、次の層１の形成の準備を行うことができ、三次元造形物の生産効率を向上させることができる。

回収部１３は、上面が開口した箱状の部材であり、造形部１０とは別体として設けられている。この回収部１３は、層１の形成で余剰となった三次元造形用組成物を回収する機能を有している。

回収部１３は、枠体１０１と接しており、枠体１０１を介して供給部１４と対向するように設けられている。

スキージ１５によって運ばれた余剰の三次元造形用組成物は、この回収部１３で回収され、回収された三次元造形用組成物は、再利用に供される。

溶媒除去回収手段１７は、Ｙ軸方向に移動しながら、層１から溶媒を除去・回収する機能を有している。また、スキージ１５に追従して移動することができる。

溶媒除去回収手段１７は、図３に示すように、加熱体１７１と、送風手段１７２と、送風路１７３と、吸引溶媒路１７４と、溶媒吸引回収手段１７５と、スカート１７６と、を有している。

加熱体１７１は、送風路１７３および吸引溶媒路１７４に挟まれており、送風路１７３および吸引溶媒路１７４を通過する気体や溶媒を加熱する機能を有している。また、加熱体１７１の一部は、溶媒除去回収工程において、層１に対向するように設けられている。加熱体１７１の内部には、電熱線、シーズヒーター、赤外線ランプなどが備えられている。層１に対向する面は、赤外線の透過性を有する材料（例えば、石英）で構成されていることが望ましい。これにより、赤外線ランプ等に溶媒が直接付着することが防止できる。また、送風路１７３および吸引溶媒路１７４を加熱するとともに、層１を輻射熱により加熱することができる。

また、送風路１７３および吸引溶媒路１７４を加熱する熱源と、層１を非接触で加熱する熱源は、別々の熱源で加熱体を構成してもよい。例えば、送風路１７３および吸引溶媒路１７４を加熱する熱源として電熱線を用い、層１を非接触で加熱する熱源は赤外線ヒーターを用いても良い。

送風手段１７２は、送風路１７３を介して、層１に対して気体を送風する機能を有している。例えば、ファンやブロワを採用することができる。このファンやブロワを駆動させると送風路１７３内に気体が送り込まれて、送風路１７３内で送り込まれた気体が加熱され、熱風となって送風口１７７から送風路１７３外に押し出される。

なお、送風する気体としては、例えば、空気（外気）や窒素等を用いることができる。窒素は、その生成過程において水分が除去されていることから、好適に乾燥に用いることができる。また、不活性ガスなので、部材が酸化しにくい。

送風路１７３は、送風手段１７２から送風されてきた気体を加熱し、送風口１７７を介して層１表面に導く機能を有している。

溶媒除去回収手段１７は、Ｙ軸方向に移動し層１を形成するスキージ１５に追従して移動することができる。これにより、溶媒の拡散を防止しつつ層１の乾燥と溶媒回収を行うことができる。

送風路１７３は、図３に示すように、前記加熱体１７１と層との間隙に向かって気流が発生するように、溶媒除去回収手段１７の移動方向における下流側で傾斜して加熱体に配設されるよう構成されている。このような構成とすることにより、送風路１７３を通って熱された気体が、溶媒除去回収手段の移動方向とは反対の方向に送風される。これにより、気体によって溶媒が拡散するのをより効果的に防止することができる。

吸引溶媒路１７４は、溶媒除去回収手段１７の移動方向における上流側で傾斜して加熱体に配設され、層１から蒸発した溶媒を吸引回収する際の溶媒を含む気体の通路である。吸引溶媒路１７４は、図中のＳ方向に送風路１７３によって発生した溶媒を含む気流（気体）を吸引するよう構成されている。

溶媒吸引回収手段１７５は、吸引溶媒路１７４を介して層１から蒸発した溶媒を含む気体を吸引する機能と、気化した溶媒を液化する機能を有している。例えば、ファンやブロワを用いて気体を吸引することができる。例えばファンを駆動させると吸引溶媒路１７４に層１から蒸発した溶媒を含む気体が吸入されて、ファンの手前で吸引した気体を冷却することで気化した溶媒を液化させて回収を行う。

スカート１７６は、溶媒吸引回収手段１７５の移動に伴い、送風路１７３を通って加熱された気体が送風口１７７付近で冷却されないようにする機能を有する。

また、スカート１７６は、溶媒吸引回収手段１７５を平面視で送風口１７７と加熱体１７１と吸引口１７８を含む平面の全周を取り囲むように設けられ、送風路１７３から送られてくる熱風が溶媒除去回収手段１７の下部領域から出ないようにする機能を有している。

スカート１７６は、図３に示すように、層１側の先端が内側に屈曲した構成となっている。これにより、送風路１７３から送られてくる熱風および吸引溶媒路１７４に吸引される熱風が溶媒除去回収手段１７の下部領域から出るのをより確実に防止することができる。熱せられた気体（空気）は、密度が低いため、スカート１７６と層１の間から外気が入ると上昇し、蒸発した溶媒を含む気体は吸入口を介して吸引溶媒路１７４へ吸入される。
また、蒸発した蒸気により層１の乾燥速度が十分に得られないことも抑制でき、層１の乾燥時間短縮を図ることができる。

溶媒除去回収手段１７では、送風路１７３から送られてくる熱風の単位時間の流量よりも、吸引溶媒路１７４に吸引される溶媒を含む熱風の単位時間の流量のほうが大きくなるよう構成されている。これにより、三次元造形用組成物の飛散や溶媒の拡散をより効果的に防止することができる。

吐出手段１６は、形成した層１に対して結合液を吐出する機能を有している。
具体的には、造形ステージ９上に層１を形成した造形部１０がＸ軸方向に移動し、吐出手段１６の下部の描画領域に差し掛かった際に、層１に対して吐出手段１６から結合液が吐出される。

吐出手段１６は、インクジェット方式で、結合液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドが搭載されている。また、吐出手段１６は、図示せぬ結合液供給部を備えている。本実施形態では、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。

また、三次元造形物製造装置１０００には、吐出手段１６の近傍に、結合液を硬化させる硬化手段（図示せず）が設けられている。

なお、上述した説明では、層形成手段として、スキージ１５を用いた場合について説明したが、スキージに限定されず、例えば、ローラーであってもよい。

また、回収部１３には、スキージ１５に付着した三次元造形用組成物を除去する除去手段を設けてもよい。除去手段としては、超音波、ふき取り、静電気等を用いることができる。

２．溶媒除去回収手段の他の実施形態
以下、溶媒除去回収手段の他の実施形態について説明する。

図４は、本発明の三次元造形物製造装置が有する溶媒除去回収手段の他の好適な実施形態を示す断面図である。

上記実施形態では、溶媒除去回収手段１７が一方向に移動しつつ、溶媒を除去・回収するものとして説明したが、本実施形態の溶媒除去回収手段１７は、双方向に移動して、溶媒を除去・回収するものである。

図４に示す溶媒除去回収手段１７は、加熱体１７１の中央部に形成された送風路１７３を介して層１に熱風が送風されるよう構成されている。

送風路１７３は、層１側の開口部付近において、その断面積が漸増するよう構成されている。これにより、熱風が層１表面に緩やかな角度で当たるよう調整することができる。その結果、熱風によって三次元造形用組成物が飛散するのを効果的に防止することができる。

吸引溶媒路１７４Ａおよび吸引溶媒路１７４Ｂは、図４に示すように加熱体１７１を挟むように設けられている。

このような構成の溶媒除去回収手段１７では、例えば、溶媒除去回収手段１７が図中左方向に移動する際には、吸引溶媒路１７４Ａが休止し、溶媒除去回収手段１７が図中右方向に移動する際には、吸引溶媒路１７４Ｂが休止するよう構成してもよい。

３．三次元造形物の製造方法
次に、本発明の三次元造形物の製造方法について説明する。

本実施形態の三次元造形物の製造方法は、層１を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて層１を形成する層形成工程と、溶媒の拡散を防止しつつ、層１から溶媒を除去・回収する溶剤除去回収工程と、複数の粒子同士を結合する結合剤を含む結合液を吐出する吐出工程と、を有している。

以下、上述したような三次元造形物製造装置１０００を例に挙げて説明する。
まず、供給手段１４２により、三次元造形用組成物を供給領域１４１に供給する。

次に、供給領域１４１に供給した三次元造形用組成物をスキージ１５によって造形ステージ９に運び、層１を形成する（層形成工程）。

層１の厚さは、特に限定されないが、３０μｍ以上５００μｍ以下であるのが好ましく、７０μｍ以上１５０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、三次元造形物の生産性を十分に優れたものとしつつ、製造される三次元造形物における不本意な凹凸の発生等をより効果的に防止し、三次元造形物の寸法精度を特に優れたものとすることができる。
層１の形成後に余剰の三次元造形用組成物を回収部１３に回収する。

次に、溶媒除去回収手段１７によって、溶媒の拡散を防止しつつ、層１から溶媒を除去・回収する（溶剤除去回収工程）。

次に、層１を形成した造形部１０をＸ軸方向に移動させ、吐出手段１６の描画領域において層１に対して結合液を吐出する（吐出工程）。

次に、図示せぬ紫外線照射手段によって層１に紫外線を照射し、層１中の結合剤を硬化させ、硬化した層１と未硬化部２とを形成する（紫外線照射工程）。

その後、造形ステージ９を形成する層１の厚さ分だけＺ軸方向に降下させ、上記各工程を順に繰り返す。これにより、三次元造形物が形成される。

このようにして製造された三次元造形物は、層１の形成の際に三次元造形用組成物の飛散が防止されているため、信頼性が高いものとなっている。

４．三次元造形用組成物
次に、三次元造形用組成物について詳細に説明する。
三次元造形用組成物は、複数の粒子と溶媒とを含むものである。
以下、各成分について詳細に説明する。

≪粒子≫
粒子としては、いかなる粒子を用いることができるが、多孔質の粒子（多孔質粒子）で構成されていることが好ましい。これにより、三次元造形物を製造する際に、結合液中の結合剤を空孔内に好適に侵入させることができ、結果として、機械的強度に優れた三次元造形物の製造に好適に用いることができる。

粒子の構成材料としては、例えば、無機材料や有機材料、これらの複合体等が挙げられる。

粒子を構成する無機材料としては、例えば、各種金属や金属化合物等が挙げられる。金属化合物としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコン、酸化錫、酸化マグネシウム、チタン酸カリウム等の各種金属酸化物；水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等の各種金属水酸化物；窒化珪素、窒化チタン、窒化アルミ等の各種金属窒化物；炭化珪素、炭化チタン等の各種金属炭化物；硫化亜鉛等の各種金属硫化物；炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の各種金属の炭酸塩；硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の各種金属の硫酸塩；ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等の各種金属のケイ酸塩；リン酸カルシウム等の各種金属のリン酸塩；ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム等の各種金属のホウ酸塩や、これらの複合化物等が挙げられる。

粒子を構成する有機材料としては、例えば、合成樹脂、天然高分子等が挙げられ、より具体的には、ポリエチレン樹脂；ポリプロピレン；ポリエチレンオキサイド；ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミン；ポリスチレン；ポリウレタン；ポリウレア；ポリエステル；シリコーン樹脂；アクリルシリコーン樹脂；ポリメタクリル酸メチル等の（メタ）アクリル酸エステルを構成モノマーとする重合体；メタクリル酸メチルクロスポリマー等の（メタ）アクリル酸エステルを構成モノマーとするクロスポリマー（エチレンアクリル酸共重合樹脂等）；ナイロン１２、ナイロン６、共重合ナイロン等のポリアミド樹脂；ポリイミド；カルボキシメチルセルロールス；ゼラチン；デンプン；キチン；キトサン等が挙げられる。

中でも、粒子は、無機材料で構成されたものであるのが好ましく、金属酸化物で構成されたものであるのがより好ましく、シリカで構成されたものであるのがさらに好ましい。これにより、三次元造形物の機械的強度、耐光性等の特性を特に優れたものとすることができる。また、シリカは、流動性にも優れているため、厚さの均一性がより高い層の形成に有利であるとともに、三次元造形物の生産性、寸法精度を特に優れたものとすることができる。また、粒子がシリカで構成されたものであると、製造される三次元造形物の表面における、粒子による光の散乱をより効果的に防止することができる。また、シリカは、一般に表面に水酸基を有しており、好適に用いることができる。
シリカとしては、市販のものを好適に用いることができる。

粒子の平均粒径は、特に限定されないが、１μｍ以上２５μｍ以下であるのが好ましく、１μｍ以上１５μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、三次元造形物の機械的強度を特に優れたものとすることができるとともに、製造される三次元造形物における不本意な凹凸の発生等をより効果的に防止し、三次元造形物の寸法精度を特に優れたものとすることができる。また、三次元造形用粉末の流動性、三次元造形用粉末を含む三次元造形用組成物の流動性を特に優れたものとし、三次元造形物の生産性を特に優れたものとすることができる。なお、本発明において、平均粒径とは、体積基準の平均粒径を言い、例えば、サンプルをメタノールに添加し、超音波分散器で３分間分散した分散液をコールターカウンター法粒度分布測定器（ＣＯＵＬＴＥＲ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＩＮＳ製ＴＡ−ＩＩ型）にて、５０μｍのアパチャーを用いて測定することにより求めることができる。

粒子のＤｍａｘは、３μｍ以上４０μｍ以下であるのが好ましく、５μｍ以上３０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、三次元造形物の機械的強度を特に優れたものとすることができるとともに、製造される三次元造形物における不本意な凹凸の発生等をより効果的に防止し、三次元造形物の寸法精度を特に優れたものとすることができる。また、三次元造形用粉末の流動性、三次元造形用粉末を含む三次元造形用組成物の流動性を特に優れたものとし、三次元造形物の生産性を特に優れたものとすることができる。また、製造される三次元造形物の表面における、粒子による光の散乱をより効果的に防止することができる。

三次元造形用組成物中における三次元造形用粉末の含有率は、１０質量％以上９０質量％以下であるのが好ましく、１５質量％以上５８質量％以下であるのがより好ましい。粒子は多孔性であってもよく、かさ密度が概ね０．１ｇ／ｃｍ^３〜１．０ｇ／ｃｍ^３の範囲が適当であり、０．１５ｇ／ｃｍ^３〜０．５ｇ／ｃｍ^３の範囲の多孔性粉末がより好ましい。これにより、三次元造形用組成物の流動性を十分に優れたものとしつつ、最終的に得られる三次元造形物の機械的強度を特に優れたものとすることができる。

≪溶媒≫
三次元造形用組成物は、溶媒を含んでいる。溶媒を含むことにより、三次元造形用組成物の流動性を特に優れたものとし、三次元造形物の生産性を特に優れたものとすることができる。また、粒子の飛散をより効果的に防止することができる。

三次元造形用組成物を構成する溶媒としては、特に限定されないが、水系溶媒を用いるのが好ましい。水系溶媒としては、水および／または水との相溶性に優れる液体で構成されたものであるが、主として水で構成されたものであるのが好ましく、特に、水の含有率が７０ｗｔ％以上のものであるのが好ましく、９０ｗｔ％以上のものであるのがより好ましい。これにより、水溶性樹脂をより確実に溶解することができ、三次元造形用組成物の流動性、三次元造形用組成物を用いて形成される層１の組成の均一性を特に優れたものとすることができる。また、水は層１形成後の除去が容易であるとともに、三次元造形物中に残存した場合においても悪影響を与えにくい。また、人体に対する安全性、環境問題の観点等からも有利である。

三次元造形用組成物中における溶媒の含有率は、５質量％以上７５質量％以下であるのが好ましく、３５質量％以上７０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような溶媒を含むことによる効果がより顕著に発揮されるとともに、三次元造形物の製造過程において溶媒を短時間で容易に除去することができるため、三次元造形物の生産性向上の観点から有利である。

特に、三次元造形用組成物が溶媒として水を含むものである場合、三次元造形用組成物中における水の含有率は、２０質量％以上７３質量％以下であるのが好ましく、５０質量％以上７０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。

≪水溶性樹脂≫
三次元造形用組成物は、複数個の粒子とともに、水溶性樹脂を含むものであってもよい。水溶性樹脂を含むことにより、粒子同士を結合（仮固定）し、粒子の不本意な飛散等を効果的に防止することができる。これにより、作業者の安全や、製造される三次元造形物の寸法精度の向上を図ることができる。また、水溶性樹脂は、粒子表面との親和性が高いため、粒子表面を容易に被覆することができる。

水溶性樹脂は、少なくともその一部が水に可溶なものであるのが好ましく、例えば、２５℃における水に対する溶解度（水１００ｇに溶解可能な質量）が５［ｇ／１００ｇ水］以上のものであるのがより好ましく、１０［ｇ／１００ｇ水］以上のものであるのがさらに好ましい。これにより、粒子表面との親和性をより高いものとすることができるとともに、未結合粒子除去工程において、未結合粒子をより容易に除去することができる。

三次元造形用組成物中において、水溶性樹脂は、少なくとも層形成工程において、液状の状態（例えば、溶解状態、溶融状態等）をなすものであるのが好ましい。これにより、容易かつ確実に、三次元造形用組成物を用いて形成される層１の厚さの均一性を、より高いものとすることができる。

水溶性樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミンからなる群から選択される少なくとも１種を含むものを用いるのが好ましい。これにより、水溶性樹脂と粒子との親和性（水溶性樹脂が有する水溶性の官能基と粒子表面の水酸基またはカルボキシル基またはアミノ基との間で水素結合）を特に高いものとすることができる。

≪その他の成分≫
また、三次元造形用組成物は、前述した以外の成分を含むものであってもよい。このような成分としては、例えば、重合開始剤；重合促進剤；浸透促進剤；湿潤剤（保湿剤）；定着剤；防黴剤；防腐剤；酸化防止剤；紫外線吸収剤；キレート剤；ｐＨ調整剤等が挙げられる。

５．結合液
次に、結合液について詳細に説明する。

≪結合剤≫
結合液は、少なくとも結合剤を含むものである。
結合剤は、硬化することによって、粒子を結合する機能を備えた成分である。

結合剤としては、例えば、熱可塑性樹脂；熱硬化性樹脂；可視光領域の光により硬化する可視光硬化性樹脂（狭義の光硬化性樹脂）、紫外線硬化性樹脂、赤外線硬化性樹脂等の各種光硬化性樹脂；Ｘ線硬化性樹脂等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、得られる三次元造形物の機械的強度や三次元造形物の生産性等の観点から、結合剤は、硬化性樹脂が好ましい。また、各種硬化性樹脂の中でも、得られる三次元造形物の機械的強度や三次元造形物の生産性、結合液の保存安定性等の観点から、特に、紫外線硬化性樹脂（重合性化合物）が好ましい。

紫外線硬化性樹脂としては、紫外線照射により、光重合開始剤から生じるラジカル種またはカチオン種等により、付加重合または開環重合が開始され、重合体を生じるものが好ましく使用される。付加重合の重合様式として、ラジカル、カチオン、アニオン、メタセシス、配位重合が挙げられる。また、開環重合の重合様式として、カチオン、アニオン、ラジカル、メタセシス、配位重合が挙げられる。

≪その他の成分≫
また、結合液は、前述した以外の成分を含むものであってもよい。このような成分としては、例えば、顔料、染料等の各種着色剤；分散剤；界面活性剤；重合開始剤；重合促進剤；溶剤；浸透促進剤；湿潤剤（保湿剤）；定着剤；防黴剤；防腐剤；酸化防止剤；紫外線吸収剤；キレート剤；ｐＨ調整剤；増粘剤；フィラー；凝集防止剤；消泡剤等が挙げられる。

特に、結合液が着色剤を含むことにより、着色剤の色に対応する色に着色された三次元造形物を得ることができる。

特に、着色剤として、顔料を含むことにより、結合液、三次元造形物の耐光性を良好なものとすることができる。顔料は、無機顔料および有機顔料のいずれも使用することができる。

結合液が顔料を含むものである場合、当該顔料の平均粒径は、３００ｎｍ以下であるのが好ましく、５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であるのがより好ましい。これにより、結合液の吐出安定性や結合液中における顔料の分散安定性を特に優れたものとすることができるとともに、より優れた画質の画像を形成することができる。

結合液が着色剤を含むものである場合、当該結合液中における着色剤の含有率は、１質量％以上２０質量％以下であるのが好ましい。これにより、特に優れた隠蔽性および色再現性が得られる。

特に、結合液が着色剤として酸化チタンを含むものである場合、当該結合液中における酸化チタンの含有率は、１２質量％以上１８質量％以下であるのが好ましく、１４質量％以上１６質量％以下であるのがより好ましい。これにより、特に優れた隠蔽性が得られる。

また、結合液の粘度は、１０ｍＰａ・ｓ以上２５ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましく、１５ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下であるのがより好ましい。これにより、インクジェット法によるインクの吐出安定性を特に優れたものとすることができる。なお、本明細書中において、粘度とは、Ｅ型粘度計（東京計器社製 ＶＩＳＣＯＮＩＣ ＥＬＤ）を用いて２５℃において測定される値をいう。
また、三次元造形物の製造には、複数種の結合液を用いてもよい。

例えば、着色剤を含む結合液（カラーインク）と、着色剤を含まない結合液（クリアインク）とを用いてもよい。これにより、例えば、三次元造形物の外観上、色調に影響を与える領域に付与する結合液として着色剤を含む結合液を用い、三次元造形物の外観上、色調に影響を与えない領域に付与する結合液として着色剤を含まない結合液を用いてもよい。また、最終的に得られる三次元造形物において、着色剤を含む結合液を用いて形成された領域の外表面に、着色剤を含まない結合液を用いた領域（コート層）を設けるように、複数種の結合液を併用してもよい。

また、例えば、異なる組成の着色剤を含む複数種の結合液を用いてもよい。これにより、これらの結合液の組み合わせにより、表現できる色再現領域を広いものとすることができる。

複数種の結合液を用いる場合、少なくとも、藍紫色（シアン）の結合液、紅紫色（マゼンタ）の結合液および黄色（イエロー）の結合液を用いるのが好ましい。これにより、これらの結合液の組み合わせにより、表現できる色再現領域をより広いものとすることができる。

また、白色（ホワイト）の結合液を、他の有色の結合液と併用することにより、例えば、以下のような効果が得られる。すなわち、最終的に得られる三次元造形物を、白色（ホワイト）の結合液が付与された第１の領域と、第１の領域と重なり合い、かつ、第１の領域よりも外表面側に設けられた白色以外の有色の結合液が付与された領域とを有するものとすることができる。これにより、白色（ホワイト）の結合液が付与された第１の領域が隠蔽性を発揮することができ、三次元造形物の彩度をより高めることができる。

５．三次元造形物
本発明の三次元造形物は、前述したような三次元造形物製造装置を用いて製造されたものである。これにより、信頼性の高い三次元造形物を提供することができる。

本発明の三次元造形物の用途は、特に限定されないが、例えば、人形、フィギュア等の鑑賞物・展示物；インプラント等の医療機器等が挙げられる。

また、本発明の三次元造形物は、プロトタイプ、量産品、オーダーメード品のいずれに適用されるものであってもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。

例えば、前述した実施形態では、回収部と造形部とが別体となっている構成について説明したが、これに限定されず、回収部と造形部とは一体的に構成されていてもよい。

また、三次元造形物の製造方法においては、必要に応じて、前処理工程、後処理工程を行ってもよい。

前処理工程としては、例えば、造形ステージの清掃工程等が挙げられる。
後処理工程としては、例えば、洗浄工程、バリ取り等を行う形状調整工程、着色工程、被覆層形成工程、未硬化の紫外線硬化性樹脂を確実に硬化させるための光照射処理や加熱処理を行う紫外線硬化性樹脂硬化完了工程等が挙げられる。

また、前述した実施形態では、全ての層に対して、結合液を付与するものとして説明したが、結合液が付与されない層を有していてもよい。例えば、造形ステージの直上に形成された層に対して、結合液を付与しないものとし、犠牲層として機能させてもよい。

また、前述した実施形態では、吐出工程をインクジェット法により行う場合について中心的に説明したが、吐出工程は他の方法（例えば、他の印刷方法）を用いて行うものであってもよい。

また、前述した実施形態では、スカート１７６の層１側の先端が内側に屈曲した構成（層１に対して略平行な構成）について説明したが、これに限定されず、スカート１７６の層１側の先端は、層１に対して垂直から略平行の間のいずれの形状を有していてもよい。

１…層
２…未硬化部
３…硬化部
９…造形ステージ
１０…造形部
１３…回収部
１４…供給部
１５…スキージ（層形成手段）
１６…吐出手段
１７…溶媒除去回収手段
１０１…枠体
１１１…空孔
１４１…供給領域
１４２…供給手段
１７１…加熱体
１７２…送風手段
１７３…送風路
１７４、１７４Ａ、１７４Ｂ…吸引溶媒路
１７５…溶媒吸引回収手段
１７６…スカート
１７７…送風口
１７８…吸引口
１０００…三次元造形物製造装置

Claims (8)

1. 層を積層することにより、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて前記層を形成する層形成工程と、
   前記溶媒の拡散を防止しつつ、前記層から前記溶媒を除去・回収する溶剤除去回収工程と、
   複数の前記粒子同士を結合する結合液を吐出する吐出工程と、を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
2. 前記溶媒除去回収工程は、前記層を加熱しつつ行うものである請求項１に記載の三次元造形物の製造方法。
3. 前記溶媒除去回収工程では、溶媒除去回収手段を用いて、前記層に対して熱風を当てつつ、前記層から蒸発した前記溶媒を吸引して回収する請求項１または２に記載の三次元造形物の製造方法。
4. 前記溶媒除去回収手段は、前記層に対向するように設けられた加熱体と、
   前記加熱体を挟むように配設された送風路および吸引溶媒路と、を有し、
   前記加熱体の輻射熱と前記送風路から送風する熱風とによって前記層から蒸発した前記溶媒を、前記吸引溶媒路に吸引して回収する請求項３に記載の製造方法。
5. 前記送風路の単位時間の流量よりも、前記吸引溶媒路の単位時間の流量のほうが大きい請求項４に記載の三次元造形物の製造方法。
6. 前記溶媒除去回収工程では、前記溶媒除去回収手段を層に対して相対的に移動させつつ、前記溶媒の除去・回収を行うものであり、
   前記送風路は、前記加熱体と層との間隙に向かって気流が発生するように、前記移動方向における下流側で傾斜して前記加熱体に配設され、
   前記吸引溶媒路は、前記送風路によって発生した気流を吸引するように、前記移動方向における上流側で傾斜して前記加熱体に配設されている請求項４または５に記載の三次元造形物の製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の三次元造形物の製造方法により製造されたことを特徴とする三次元造形物。
8. 層を積層することにより、三次元造形物を製造する三次元造形物製造装置であって、
   粒子と溶媒とを含む三次元造形用組成物を用いて前記層を形成する層形成手段と、
   前記溶媒の拡散を防止しつつ、前記層から前記溶媒を除去・回収する溶剤除去回収手段と、
   複数の前記粒子同士を結合する結合液を吐出する吐出手段と、を有することを特徴とする三次元造形物製造装置。

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