JP2016190382A - 三次元造形物製造装置および三次元造形物 - Google Patents

Abstract

【課題】製造に使用する三次元造形用組成物を節約しつつ、高い寸法精度で三次元造形物を製造することが可能な三次元造形物製造装置を提供すること、および、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製造装置１００は、三次元造形物が造形される造形ステージ１０２と、粒子を含む三次元造形用組成物を供給する供給手段１１と、供給手段１１により三次元造形用組成物が供給される供給部１２と、供給部１２に供給された三次元造形用組成物を用いて、造形ステージ１０２に層１を形成する層形成手段１３と、を有し、層形成手段１３は、造形ステージ１０２に対して相対的に移動しつつ、層１を形成するものであり、供給部１２は、三次元造形用組成物が供給される供給面１２１Ａが、層１の面方向における、層形成手段１３の移動方向と交差する方向に移動するよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形物製造装置および三次元造形物に関する。

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、従来の粉体を用いた製造方法では、三次元造形物を造形する造形ステージ全体に粉体を供給して層を形成するため、粉体等の材料に無駄が生じていた。

特開２００１−１５０５５６号公報

製造に使用する三次元造形用組成物を節約しつつ、高い寸法精度で三次元造形物を製造することが可能な三次元造形物製造装置を提供すること、および、信頼性の高い三次元造形物を提供すること。

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、
前記三次元造形物が造形される造形ステージと、
粒子を含む三次元造形用組成物を供給する供給手段と、
前記供給手段により前記三次元造形用組成物が供給される供給部と、
前記供給部に供給された前記三次元造形用組成物を用いて、前記造形ステージに前記層を形成する層形成手段と、を有し、
前記層形成手段は、前記造形ステージに対して相対的に移動しつつ、前記層を形成するものであり、
前記供給部は、前記三次元造形用組成物が供給される供給面が、前記層の面方向における、前記層形成手段の移動方向と交差する方向に移動するよう構成されていることを特徴とする。

これにより、製造に使用する三次元造形用組成物を節約しつつ、高い寸法精度で三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物製造装置では、前記供給部は、前記三次元造形用組成物が供給される前記供給面を備えた無端ベルトと、当該無端ベルトを回転させる駆動ローラーと、を有することが好ましい。
これにより、三次元造形物をより効率よく製造することができる。

本発明の三次元造形物製造装置では、前記層形成手段の移動方向における前記層の幅を規制する規制部材を有することが好ましい。
これにより、より高い寸法精度で三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物製造装置では、前記供給面を清掃する清掃ユニットを有することが好ましい。
これにより、より高い寸法精度で三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物製造装置では、前記清掃ユニットは、掻き取り部材、拭き取り部材の少なくとも１種を含むことが好ましい。
これにより、より高い寸法精度で三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物製造装置では、前記清掃ユニットは、洗浄液を付与する洗浄液付与手段を含むことが好ましい。
これにより、より高い寸法精度で三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物製造装置では、複数の前記供給手段と、複数の前記供給部と、を有することが好ましい。
これにより、種々の質感を有する三次元造形物を製造することができる。

本発明の三次元造形物は、本発明の三次元造形物製造装置を用いて製造されたことを特徴とする。
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の第１実施形態の側面図である。 図１に示す三次元造形物製造装置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供給部の図１の右側から見た側面図である。 本発明の三次元造形物製造装置の第２実施形態を上から平面視した平面図である。

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の第１実施形態
次に、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第１実施形態の側面図、図２は、図１に示す三次元造形物製造装置を上から平面視した平面図、図３は、図１に示す三次元造形物製造装置の供給部の図１の右側から見た側面図である。

三次元造形物製造装置１００は、粒子を含む三次元造形用組成物を用いて形成した層１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１００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手段１１と、供給手段１１によって三次元造形用組成物が供給される供給部１２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）１３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１４と、層１を加熱する加熱手段１５と、層１に対して粒子同士を結合する結合液を吐出する吐出部１６と、層１に対して紫外線を照射する紫外線照射手段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１０２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１０２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１０２は、図示せぬ駆動手段によってＺ軸方向に可動（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１０２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、後述する吐出部１６の描画領域へ移動することで、吐出部１６によって層１に結合液が吐出される。

供給手段１１は、供給部１２に三次元造形用組成物を供給する機能を有している。
本実施形態では、供給手段１１は、図３に示すように、Ｘ軸方向に駆動可能となっており、Ｘ軸方向に移動して、供給部１２上に停止した状態で、三次元造形用組成物を供給するよう構成されている。
供給手段１１としては、例えば、ホッパーやディスペンサー等を用いることができる。

供給部１２は、図３に示すように、無端ベルト１２１と、無端ベルト１２１を回転させる駆動ローラー１２２と、無端ベルト１２１の回転に従動して回転する従動ローラー１２３と、を有している。

無端ベルト１２１は、駆動ローラー１２２および従動ローラー１２３によって張架されている。

無端ベルト１２１は、上側から平面視した形状が、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構成されている。
無端ベルト１２１は、三次元造形用組成物が供給される供給面１２１Ａを有している。

供給面１２１Ａに供給された三次元造形用組成物は、後述するスキージ１３により、造形ステージ１０２に搬送され、層１を形成する。

供給面１２１Ａは、無端ベルト１２１の外側の面に設けられている。
無端ベルト１２１の上側に位置する供給面１２１Ａは、枠体１０１の上面と面一となるように構成されている。

無端ベルト１２１は、駆動ローラー１２２の回転駆動によって、時計回りに回転移動するよう構成されている。すなわち、供給面１２１ＡがＸ軸方向（層の面方向における、後述するスキージ１３の移動方向と交差する方向）に移動するよう構成されている。

無端ベルト１２１は、金属材料で構成されている。金属材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレス等が挙げられる。
また、無端ベルト１２１は、ポリウレタン等の樹脂ベルトで構成されていてもよい。

駆動ローラー１２２は、図示せぬ駆動手段により時計回りに回転し、無端ベルト１２１を時計回りに回転させる機能を有している。

従動ローラー１２３は、無端ベルト１２１の回転に伴って回転するよう構成されている。

本実施形態では、上側の無端ベルト１２１の供給面１２１Ａに対して、供給手段１１によって、三次元造形用組成物が供給される。そして、無端ベルト１２１の回転に伴って、供給面１２１Ａに供給された三次元造形用組成物がＸ軸方向に運ばれる。

なお、無端ベルト１２１が回転している間、供給面１２１Ａに対して供給手段１１によって三次元造形用組成物が供給される。このため、無端ベルト１２１の移動距離によって、形成する層１の幅（後述するスキージ１３の移動方向における層１の幅）を調整することができる。

また、造形ステージ１０２上に複数の三次元造形物を製造する場合において、層１の積層数や幅が異なる場合などがある。そのような場合は、無端ベルト１２１が回転している間、供給手段１１からの三次元造形用組成物の供給を連続的または間欠的に行うことで、造形ステージ１０２上に異なる幅、異なる積層数の層１を形成することができる。こうすることで、三次元造形用組成物の材料削減を行うことができるとともに、造形ステージ１０２上から三次元造形物を含む複数の層１の取り出しが容易になる。

また、供給面１２１Ａ上に三次元造形用組成物が供給されているか検知を行うセンサを供給面１２１Ａと供給手段１１との間に設けてもよい。例えば、光電センサを三次元造形用組成物が遮光すると供給面１２１Ａ上に供給されている。供給時に遮光されていないと供給手段１１の異常として検知することもできる。

図３中の下側の無端ベルト１２１の下面側には、供給面１２１Ａに付着した三次元造形用組成物およびその固形分等の付着物を清掃する清掃ユニット１８が設けられている。

清掃ユニット１８は、洗浄液付与手段１８１と、拭き取り部材１８２と、洗浄槽１８３と、掻き取り部材１８４と、を有している。
洗浄液付与手段１８１は、供給面１２１Ａに洗浄液を付与する機能を備えている。

なお、洗浄液としては、例えば、水、アルコール等の揮発性溶媒、三次元造形用組成物に含まれる溶媒、各種オイル等の液状材料等が挙げられる。必要に応じて、その他の添加剤、例えば、界面活性剤、保湿剤などを添加しても良い。これにより、清掃効果をより高いものとすることができる。

拭き取り部材１８２は、ブラシ上の部材で、供給面１２１Ａと接触しつつ回転することで、供給面１２１Ａを拭き取る機能を有している。
洗浄槽１８３は、上面が開口した箱状の部材で、その内部に洗浄液を貯留している。

拭き取り部材１８２の一部は、洗浄槽１８３内部の洗浄液に浸漬している。これにより、拭き取り部材１８２による拭き取り効果が向上する。

掻き取り部材１８４は、拭き取り部材１８２で拭き取れなかった付着物を掻き取って除去する機能を有する。また、供給面１２１Ａに付着した洗浄液を除去する。

掻き取り部材１８４は、Ｙ軸方向に長尺のブレード状の部材で構成されている。
掻き取り部材１８４のＺ軸方向の先端（ブレードの先端）は、下側の無端ベルト１２１の供給面１２１Ａと接触している。

掻き取り部材１８４は、下側の無端ベルト１２１の下面側に固定されており、無端ベルト１２１の移動によって、供給面１２１Ａに付着した付着物を掻き取るよう構成されている。なお、掻き取れた付着物は、洗浄槽１８３によって回収されるよう構成されている。

スキージ（層形成手段）１３は、Ｘ軸方向に長尺の板状をなしている。また、スキージ１３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１３は、Ｙ軸方向への移動に際して、その短軸方向の先端が、枠体１０１の上面および供給面１２１Ａと接するよう構成されている。

このスキージ１３は、Ｙ軸方向に移動しながら、供給面１２１Ａに供給された三次元造形用組成物を造形ステージ１０２に搬送し、造形ステージ１０２上に層１を形成する。

本実施形態では、スキージ１３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、吐出部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１４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１４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１４は、枠体１０１と接しており、枠体１０１を介して供給部１２と対向するように設けられている。

スキージ１３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１４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。

加熱手段１５は、層１を加熱して、層１を乾燥させる機能を有している。すなわち、層１中に含まれる溶媒の少なくとも一部を除去する機能を有している。

加熱手段１５は、図示せぬ駆動手段によってＹ軸方向に移動して、層１を加熱するよう構成されている。
吐出部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１０２上に層１を形成した造形部１０がＸ軸方向に移動し、吐出部１６の下部の描画領域に差し掛かった際に、層１に対して吐出部１６から結合液が吐出される。

吐出部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、吐出部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。

紫外線照射手段１７は、吐出部１６のＸ軸方向の両端に２つ設けられている。
紫外線照射手段１７は、層１に対して紫外線を照射することにより、層１中の結合液を硬化させ、層１中の粒子同士を結合させる機能を有している。

本実施形態の三次元造形物製造装置１００の造形部１０の枠体１０１内部には、スキージ１３の移動方向における層１の幅を規制する規制部材１９を有している。

規制部材１９は、図２に示すように、Ｙ軸方向において、枠体１０１の一方の内壁面から対向する他方の内壁面に向かって長尺の板状をなしている。

また、規制部材１９の上面は、枠体１０１の上面と面一となっている。
また、規制部材１９は、Ｘ軸方向に移動するよう構成されている。

この規制部材１９は、供給手段１１による三次元造形用組成物の供給と、無端ベルト１２１の移動とによって調整された、スキージ１３の移動方向における層１の幅に合わせて移動するよう構成されている。規制部材は、複数で構成されていても良い。

規制部材１９は、層１を形成する際に、層１のＸ軸方向の縁部と接触し、層１の縁部の三次元造形用組成物の流動を抑制する。

なお、規制部材１９のＺ軸方向の厚みは、造形ステージ１０２の移動量（層１の厚み）よりも厚い構成となっている。

また、三次元造形物製造装置１００は、図１に示すように、制御部５０と、当該制御部５０に接続されたコンピューター６０と、を有している。

制御部５０は、ＣＰＵとメモリーとを備えている。ＣＰＵは、メモリーあるいは記録媒体に記憶されたコンピュータープログラムをメモリーにロードして実行することによって、上述した各部および各手段を制御する。

三次元造形物製造装置１００が三次元物体を造形する手順を簡単に説明する。まず、コンピューター６０が、三次元造形物の形状を表す三次元データを、Ｚ方向の積層ピッチに従ってスライスし、ＸＹ方向に沿った複数の断面データを生成する。制御部５０は、コンピューター６０から断面データを取得すると、その断面データに基づいて、供給手段１１と供給部１２を制御して、層１の形成幅（スキージ１３の移動方向における幅）に合わせた三次元造形用組成物を供給面１２１Ａに供給する。さらに、制御部５０は、スキージ１３および規制部材１９を制御して枠体１０１内部に層１を形成する。そして、制御部５０は、加熱手段１５を制御して、枠体１０１内部の層１を加熱する。その後、造形部１０をＸ軸方向に移動させ、断面データに従って吐出部１６を駆動して結合液を層１に吐出し、吐出された結合液に向かって紫外線照射手段１７を制御して紫外光を照射する。すると、紫外光によって結合剤が硬化して複数の粒子同士が結合し、枠体１０１内部には、１層分の断面データに対応する断面体３が形成される。こうして１層分の断面体３を形成すると、制御部５０は、アクチュエーター（図示せず）を駆動して造形ステージ１０２を、Ｚ軸方向の造形解像度に応じた積層ピッチ分、Ｚ方向に沿って降下させる。造形ステージ１０２を降下させると、制御部５０は、供給手段１１、供給部１２およびスキージ１３等を制御して、造形ステージ１０２上に既に形成された断面体３の上に新たな層１を形成する。新たな層１を形成すると、制御部５０は、コンピューター６０から次の断面データを受け取って、吐出部１６等を制御して、新たな層１に結合液を吐出して紫外光を照射することにより、新たな断面体３を形成する。このように、制御部５０は、コンピューター６０から各層の断面データを受け取ると、アクチュエーター、供給手段１１、供給部１２、スキージ１３、加熱手段１５、吐出部１６、紫外線照射手段１７等を制御することにより、１層ずつ断面体３を形成し、それを積層していくことにより、三次元造形物を造形する。また、制御部５０は、無端ベルト１２１の移動に伴って、清掃ユニット１８を制御して、供給面１２１Ａの清掃を行う。

なお、上述した説明では、層形成手段として、スキージ１３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１４には、スキージ１３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。

また、上記説明では、紫外線照射手段１７を有するものとして説明したが、これに限定されない。例えば、結合剤が熱硬化性樹脂を含む場合には、加熱手段であってもよい。

２．三次元造形物製造装置の第２実施形態
次に、本発明の三次元造形物製造装置の第２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の第２実施形態を上から平面視した平面図である。以下の説明では、図中の上側を「上」または「上方」、下側を「下」または「下方」と言う。

なお、以下の説明では、第２実施形態の三次元造形物製造装置に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。

本実施形態の三次元造形物製造装置１００では、供給手段および供給部が複数設けられた構成となっている点で、前述した実施形態と異なっており、それ以外については前述した実施形態と同様の構成となっている。

本実施形態において、三次元造形物製造装置１００は、供給手段１１Ａと、供給手段１１Ｂと、供給手段１１Ｃと、を有している。
各供給手段からは、異なる組成の三次元造形用組成物が供給可能となっている。

また、三次元造形物製造装置１００は、供給手段１１Ａ、供給手段１１Ｂおよび供給手段１１Ｃからそれぞれ三次元造形用組成物が供給される供給部１２Ａ、供給部１２Ｂおよび供給部１２Ｃを有している。

このような三次元造形物製造装置１００は、種々の質感を有する三次元造形物を製造することができる。

また、複数の供給手段は、同一組成の三次元造形用組成物を供給することもできる。例えば、三次元造形物の製造過程で供給手段１１Ａ内の三次元造形用組成物がなくなっても、他の供給手段１１Ｂ又は、供給手段１１Ｃから供給することができ、製造時間を損失することなく三次元造形物を製造することができる。

なお、本実施形態では、複数の供給部を備えるものとして説明したが、各供給手段から供給する供給部は１つであってもよい。

３．三次元造形用組成物
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ス；ゼラチン；デンプン；キチン；キトサン等が挙げられる。

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。

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、溶媒を含んでいてもよい。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、溶媒を含むことにより、乾燥後において層１の端部の崩壊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）することができ、層１の端部の崩壊をより効果的に防止することができる。また、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。

４．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。

結合液中における結合剤の含有率は、８０質量％以上であるのが好ましく、８５質量％以上であるのがより好ましい。これにより、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。

≪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。

また、染料としては、例えば、酸性染料、直接染料、反応性染料、および塩基性染料等が挙げられ、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。

また、結合液の粘度は、７ｍＰａ・ｓ以上２５ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましく、１０ｍＰａ・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結合液の吐出安定性を特に優れたものとすることができる。
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。

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。この場合、スキージは移動せずに、造形部および回収部の移動によって層を形成するものであってもよい。

１ ：層
３ ：断面体
１０ ：造形部
１１ ：供給手段
１１Ａ ：供給手段
１１Ｂ ：供給手段
１１Ｃ ：供給手段
１２ ：供給部
１２Ａ ：供給部
１２Ｂ ：供給部
１２Ｃ ：供給部
１３ ：スキージ（層形成手段）
１４ ：回収部
１５ ：加熱手段
１６ ：吐出部
１７ ：紫外線照射手段
１８ ：清掃ユニット
１９ ：規制部材
５０ ：制御部
６０ ：コンピューター
１００ ：三次元造形物製造装置
１０１ ：枠体
１０２ ：造形ステージ
１２１ ：無端ベルト
１２１Ａ ：供給面
１２２ ：駆動ローラー
１２３ ：従動ローラー
１８１ ：洗浄液付与手段
１８２ ：取り部材
１８３ ：洗浄槽
１８４ ：掻き取り部材

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製造装置であって、
   前記三次元造形物が造形される造形ステージと、
   粒子を含む三次元造形用組成物を供給する供給手段と、
   前記供給手段により前記三次元造形用組成物が供給される供給部と、
   前記供給部に供給された前記三次元造形用組成物を用いて、前記造形ステージに前記層を形成する層形成手段と、を有し、
   前記層形成手段は、前記造形ステージに対して相対的に移動しつつ、前記層を形成するものであり、
   前記供給部は、前記三次元造形用組成物が供給される供給面が、前記層の面方向における、前記層形成手段の移動方向と交差する方向に移動するよう構成されていることを特徴とする三次元造形物製造装置。
2. 前記供給部は、前記三次元造形用組成物が供給される前記供給面を備えた無端ベルトと、当該無端ベルトを回転させる駆動ローラーと、を有する請求項１に記載の三次元造形物製造装置。
3. 前記層形成手段の移動方向における前記層の幅を規制する規制部材を有する請求項１または２に記載の三次元造形物製造装置。
4. 前記供給面を清掃する清掃ユニットを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置。
5. 前記清掃ユニットは、掻き取り部材、拭き取り部材の少なくとも１種を含む請求項１ないし４のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置。
6. 前記清掃ユニットは、洗浄液を付与する洗浄液付与手段を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置。
7. 複数の前記供給手段と、複数の前記供給部と、を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の三次元造形物製造装置を用いて製造されたことを特徴とする三次元造形物。

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