JP2017024929A - 三次元造形物の焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元造形物の焼成時に三次元造形物が変形したり崩れることなく造形時の形状を維持したまま焼成することのできる三次元造形物の焼成方法を提供する。【解決手段】粉末材料を造形材料として作製された三次元造形物の全体を、所定の物質よりなる粒状材料、例えば、二酸化ジルコニウムの粒状体で包み込みながら焼成する三次元造形物の焼成方法であって、上記粉末材料の融点は、上記所定の物質の融点よりも低いものであるようにした。【選択図】 図１

Description

本発明は、三次元造形物の焼成方法に関し、さらに詳細には、粉末材料を造形材料として作製された三次元造形物の焼成方法に関する。

従来より、三次元造形物を作製する手法として、セラミックパウダー（セラミック粉末）に粉末状態や液体状態の樹脂を混ぜて、水などの液体結合剤や紫外線照射により固めて三次元造形物を作製する粉末固着積層方式（パウダージェッティング方式）が知られている。

こうした粉末固着積層方式により作製された三次元造形物については、その強度の向上を図るために、作製された三次元造形物を焼成して三次元造形物の材料を安定させて、良好な三次元造形物を得るという手法が提案されている。

しかしながら、三次元造形物を形成するセラミックパウダーを焼成する温度まで加熱すると、セラミックパウダー同士のつなぎとなる樹脂が加熱によって昇華し、三次元造形物が変形したり崩れるという問題点が指摘されていた。このため、焼成後も三次元造形物が造形時の形状を維持することが可能な三次元造形物の焼成方法が要望されていた。

なお、本願出願人が特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術情報はない。

本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、三次元造形物が変形したり崩れることなく造形時の形状を維持したまま焼成することのできる三次元造形物の焼成方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による三次元造形物の焼成方法は、三次元造形物を焼成する際に、所定の材料で形成された粒状体で三次元造形物全体を包み込みながら焼成するようにしたものである。

即ち、本発明による三次元造形物の焼成方法は、粉末材料を造形材料として作製された三次元造形物の全体を、所定の物質よりなる粒状材料で包み込みながら焼成する三次元造形物の焼成方法であって、上記粉末材料の融点は、上記所定の物質の融点よりも低いものであるようにした。

また、本発明による三次元造形物の焼成方法は、上記発明において、上記所定の物質よりなる粒状材料の粒径は、２０μｍ乃至２ｍｍであるようにした。

本発明は、以上説明したように構成されているので、三次元造形物が変形したり崩れることなく造形時の形状を維持したまま焼成することができるという優れた効果を奏するものである。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明による三次元造形物の焼成方法の概念説明図である。 図２（ａ）は、本発明による三次元造形物の焼成方法における三次元造形物を構成する造形材料の一例を示す図表であり、図２（ｂ）は、本発明による三次元造形物の焼成方法におけるサポート材料の一例を示す図表である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元造形物の焼成方法の実施の形態の一例を詳細に説明することとする。

本実施の形態においては、粉末固着積層方式によりセラミックパウダーに粉末状態の樹脂を混ぜて、水により固めて作製された三次元造形物を対象とする。

また、三次元造形物の形状としては、皿状の形態を形成するものとする。

三次元造形物の造形材料として用いる材料については後述するが、融点によって決定するものとし、本実施の形態においては、セラミック粉末である酸化アルミニウム粉末を用いることとする。

また、樹脂粉末としては、水溶性樹脂であればよいものであり、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが挙げられる。

三次元造形物１０を焼成するには、まず、三次元造形物１０をサポート材料槽１２のサポート材料１２ｂの中へ埋め込む。ここで、サポート材料槽１２とは、図１（ｂ）に示すように、例えば、二酸化ジルコニウムにより形成された槽１２ａ内に、サポート材料１２ｂを入れたものである。

サポート材料１２ｂとは、焼成の際に三次元造形物１０の全体を包み込むことが可能な粒状材料であり、本実施の形態においては、粒径が１ｍｍの二酸化ジルコニウムを用いることとする。

サポート材料１２ｂとして用いる物質の条件については後述する。

なお、サポート材料１２ｂの量としては、三次元造形物１０をサポート材料１２ｂに完全に埋めることができ、三次元造形物１０をサポート材料１２ｂで包み込むことが可能である量のサポート材料１２ｂを用いるようにする。

次に、三次元造形物１０をサポート材料１２ｂ内に埋めたサポート材料槽１２を焼成する。

ここでは、図示しない炉などの焼成手段を用いて三次元造形物１０およびサポート材料槽１２を加熱して、三次元造形物１０を焼成する。

本実施の形態においては、サポート材料槽１２を炉内で１５００℃で加熱する。

こうして焼成が終了すると、良好な三次元造形物１０が得られる。

次に、図２（ａ）（ｂ）を参照しながら、三次元造形物を形成する造形材料およびサポート材料に用いる物質の選択方法について説明する。

本実施の形態においては、三次元造形物１０を形成する造形材料として、セラミックである酸化アルミニウム粉末を用いたが、その他のセラミック材料としては、例えば、二酸化ジルコニウム、炭酸カルシウムなどの物質が挙げられる。

また、セラミック材料以外の物質としては、金属粉末を用いることが可能であり、金属粉末としては、アルミニウム、銅、チタンなどが挙げられる。

図２（ａ）には、造形材料に用いることが可能な上記各物質の融点をそれぞれ示している。

また、本実施の形態においては、サポート材料１２ｂに用いる材料として、二酸化ジルコニウムの粒状体を用いたが、その他の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、ニオブ、モリブデン、窒化ホウ素、二酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、酸化マグネシウム、タンタル、タングステン、ダイヤモンドなどの物質よりなる粒状体を用いるようにしてもよい。

図２（ｂ）には、サポート材料に用いることが可能な上記各物質の融点をそれぞれ示している。

上記三次元造形物１０を形成する造形材料およびサポート材料１２ｂの組み合わせは、任意に決定してよいものであるが、三次元造形物１０の造形材料として用いた物質の融点よりもサポート材料の融点が高くなるようにそれぞれの材料に用いる物質を選択するようにする。

また、三次元造形物１０を焼成する際の温度としては、三次元造形物１０を形成する物質の融点を上回らない温度で焼成するようにする。

ただし、三次元造形物１０に含まれる樹脂材料が昇華する温度以上で焼成するものとする。

即ち、焼成温度と造形材料の融点とサポート材料の融点とが、以下の式（１）に示す関係となるように物質の組み合わせおよび焼成温度を選択することとする。

焼成温度＜造形材料の融点＜サポート材料の融点 ・・・式（１）

なお、焼成温度は、造形材料の融点を超えないものであれば、従来より公知の方法で決定してよいものであり、こうした焼成温度の決定方法は従来より公知の技術であるため、その詳細な説明は省略する。

以上において説明したように、本発明による三次元造形物の焼成方法においては、三次元造形物を焼成する際に、所定の材料で形成された粒状体で三次元造形物の全体を覆うようにした。

これにより、本発明による三次元造形物の焼成方法においては、三次元造形物が変形したり崩れることなく三次元造形物の造形時の形状を維持したまま焼成することが可能である。

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形することができる。

（１）上記した実施の形態においては、サポート材料として粒径が１ｍｍの粒状材料を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、サポート材料の直径としては、概ね２０μｍ以上２ｍｍ以下の範囲であればよい。

（２）上記した実施の形態においては、焼成温度を１５００℃としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、三次元造形物の造形材料とサポート材料との組み合わせや、三次元造形物の焼成後の仕上がりなどを考慮して、図２（ｃ）に示す式（１）の条件を満たす範囲で任意に決定してよい。

（３）上記した実施の形態においては、造形材料としてセラミック材料を用い、サポート材料としてセラミック材料を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、三次元造形物の造形材料とサポート材料との組み合わせは、上記式（１）の条件を満たす範囲であれば、図２（ａ）に造形材料の例として示すセラミックおよび金属右粉末などと図２（ｂ）に示すサポート材料の例として示すセラミックおよび無機材料などとを組み合わせることにより任意に決定してよい。

上記組み合わせの例としては、例えば、造形材料をセラミック材料とし、サポート材料を無機材料とする組み合わせ、造形材料を金属粉末とし、サポート材料をセラミック材料とする組み合わせ、および造形材料を金属粉末とし、サポート材料を無機材料とする組み合わせなどが挙げられる。

（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

本発明は、粉末固着積層方式により作製した三次元造形物に対して用いて好適である。

１０ 三次元造形物、１２ サポート材料槽、１２ａ 槽、１２ｂ サポート材料

Claims (2)

1. 粉末材料を造形材料として作製された三次元造形物の全体を、所定の物質よりなる粒状材料で包み込みながら焼成する三次元造形物の焼成方法であって、
   前記粉末材料の融点は、前記所定の物質の融点よりも低いものである
   ことを特徴とする三次元造形物の焼成方法。
2. 請求項１に記載の三次元造形物の焼成方法において、
   前記所定の物質よりなる粒状材料の粒径は、２０μｍ乃至２ｍｍである
   ことを特徴とする三次元造形物の焼成方法。

Images