JP2017209872A - 三次元造形物製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 三次元造形物の白化を抑制することができる三次元造形物製造方法を提供する。
【解決手段】 三次元造形物製造方法は、ＵＶ硬化型のインクを吐出した後、吐出したインクに対してＵＶ照射を行うことによって層を形成し、層を複数重ねることによって三次元造形物を形成する造形物形成工程（Ｓ１０１）と、三次元造形物からサポート材を除去するサポート材除去工程（Ｓ１０２）と、三次元造形物の表面の白化を抑制するためのオルガノポリシロキサン溶液を三次元造形物の表面に塗布するシロキサン塗布工程（Ｓ１０４）とを備え、オルガノポリシロキサン溶液は、サポート材を透明化するアルコールを溶媒とするとともに、このアルコールの乾燥によって三次元造形物の表面に被膜を形成するオルガノポリシロキサン化合物を溶質とする溶液であることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＵＶ硬化型のインクを吐出した後、吐出したインクに対してＵＶ照射を行うことによって層を形成し、層を複数重ねることによって三次元造形物を製造する三次元造形物製造方法に関する。

従来、ＵＶ硬化型のインクを吐出した後、吐出したインクに対してＵＶ照射を行うことによって層を形成し、層を複数重ねることによって三次元造形物を形成する造形物形成工程を備える三次元造形物製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。例えば、造形物形成工程は、図９に示すように、三次元造形物の少なくとも一部になるインクとしてのモデル材９１と、矢印９０ａで示す鉛直方向におけるモデル材９１の下側に少なくとも配置されてモデル材９１を支持するインクとしてのサポート材９２とを吐出した後、吐出したモデル材９１、サポート材９２に対してＵＶ照射を行うことによって層９３を形成し、層９３を複数重ねることによって三次元造形物を形成する工程である。ここで、造形物形成工程は、モデル材９１と、サポート材９２とが互いに隣接する状態で、モデル材９１およびサポート材９２に対して平坦化部材９４を層９３の延在方向、すなわち、矢印９０ｂで示す方向に移動させることによって、モデル材９１の表面と、サポート材９２の表面とを硬化前に同時に平坦化部材９４によって平坦化する工程を含む場合がある。

特開２０１５−１２３６８７号公報

モデル材９１の表面と、サポート材９２の表面とを硬化前に平坦化することによって、造形物形成工程によって、図１０に示す三次元造形物が形成されることが理想である。

しかしながら、実際には、モデル材９１およびサポート材９２の表面の平坦化の際にモデル材９１およびサポート材９２が平坦化部材９４に引き摺られるので、モデル材９１の表面と、サポート材９２の表面とを硬化前に同時に平坦化部材９４によって平坦化することによって、図９に示すように、モデル材９１およびサポート材９２に対する平坦化部材９４の矢印９０ｂで示す移動方向にモデル材９１およびサポート材９２の一方が他方に混ざってしまう。

そして、サポート材９２が水溶性であるので、図９に示す三次元造形物から水道水を用いてサポート材９２を除去して例えば図１１に示すような三次元造形物９５を得ることができる。

三次元造形物９５は、モデル材９１およびサポート材９２（図９参照。）の一方が他方に混ざってしまったことによって生じた多数の凹凸９５ａが、矢印９０ｂで示す方向と交差する面に形成されている。三次元造形物９５は、水道水を用いてサポート材９２が除去されても、凹凸９５ａの部分など、表面にサポート材９２が残留し易い。そのため、従来の三次元造形物製造方法は、サポート材９２が残留した部分の色がサポート材９２の色である白色の影響を受けることによって、三次元造形物の一部が白化するという問題がある。

そこで、本発明は、三次元造形物の白化を抑制することができる三次元造形物製造方法を提供することを目的とする。

本発明の三次元造形物製造方法は、ＵＶ硬化型のインクを吐出した後、吐出した前記インクに対してＵＶ照射を行うことによって層を形成し、前記層を複数重ねることによって三次元造形物を形成する造形物形成工程を備える三次元造形物製造方法であって、前記造形物形成工程は、前記三次元造形物の少なくとも一部になる前記インクとしてのモデル材と、鉛直方向における前記モデル材の下側に少なくとも配置されて前記モデル材を支持する前記インクとしてのサポート材とが互いに隣接する状態で、前記モデル材の表面と、前記サポート材の表面とを硬化前に同時に平坦化部材によって平坦化する工程を含み、前記三次元造形物製造方法は、前記三次元造形物から前記サポート材を除去するサポート材除去工程を前記造形物形成工程の後に備え、前記三次元造形物製造方法は、前記造形物形成工程の後で、前記三次元造形物から前記サポート材を除去するサポート材除去工程と、前記サポート材除去工程の後で、前記三次元造形物の表面の白化を抑制するための白化抑制液を前記表面に塗布する白化抑制液塗布工程とを備え、前記白化抑制液は、前記サポート材を透明化する透明化液と、前記透明化液の乾燥によって前記表面に被膜を形成する被膜形成物質とを含む液体であることを特徴とする。

互いに隣接するモデル材およびサポート材の表面が硬化前に同時に平坦化部材によって平坦化されると、モデル材およびサポート材が平坦化部材に引き摺られるので、サポート材除去工程の後に三次元造形物の表面に凹凸が生じる。三次元造形物は、互いに隣接するモデル材およびサポート材の表面を硬化前に同時に平坦化部材によって平坦化することによってサポート材除去工程の後に生じた凹凸の部分など、サポート材除去工程の後にも表面に残留しているサポート材の色によって、白化が発生する。本発明の三次元造形物製造方法は、サポート材除去工程の後に三次元造形物の表面に白化抑制液を塗布する白化抑制液塗布工程を備えているので、サポート材除去工程の後に三次元造形物の表面に残留しているサポート材を白化抑制液の透明化液によって透明化した後、白化抑制液の透明化液の乾燥によって三次元造形物の表面に白化抑制液の被膜形成物質によって被膜を形成することによって透明化液によるサポート材の透明化の状態を維持することができる。したがって、本発明の三次元造形物製造方法は、サポート材除去工程の後に三次元造形物の表面に残留したサポート材の色による三次元造形物の白化を抑制することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記被膜形成物質は、シロキサンであっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、白化抑制液のべたつきが少ないので、白化抑制液塗布工程において三次元造形物の表面に効率的に白化抑制液を塗布することができ、作業性を向上することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記シロキサンは、オルガノポリシロキサンであっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、サポート材除去工程の後に三次元造形物の表面に残留したサポート材の色による三次元造形物の白化を効率的に抑制することができる。

本発明の三次元造形物製造方法は、前記表面を研磨する表面研磨工程を前記サポート材除去工程の後であって前記白化抑制液塗布工程の前に備えても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、表面研磨工程において三次元造形物の表面を研磨するので、三次元造形物の表面に生じた凹凸を低減することができ、三次元造形物の表面に生じた凹凸による光の乱反射による三次元造形物の白化を抑制することができる。

本発明の三次元造形物製造方法において、前記白化抑制液塗布工程は、前記白化抑制液を前記表面に塗布して乾燥させることを複数回繰り返す工程であっても良い。

この構成により、本発明の三次元造形物製造方法は、「三次元造形物の表面の凹凸に白化抑制液が入り込み、その後、白化抑制液の透明化液の乾燥によって白化抑制液の被膜形成物質による被膜が三次元造形物の表面に形成される」ことが複数回繰り返されることによって、三次元造形物の表面が平坦化される。したがって、本発明の三次元造形物製造方法は、平坦化部材による平坦化に伴うモデル材およびサポート材の引き摺りによって三次元造形物の表面に生じた凹凸を低減することができ、三次元造形物の表面に生じた凹凸による光の乱反射による三次元造形物の白化を抑制することができる。

本発明の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の白化を抑制することができる。

（ａ）本発明の一実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される３Ｄプリンターの概略正面断面図である。 （ｂ）図１（ａ）に示す３Ｄプリンターの概略平面図である。 図１に示す３Ｄプリンターのブロック図である。 図１に示す３Ｄプリンターを使用して実行される三次元造形物製造方法の工程のフローチャートである。 図３に示す造形物形成工程のフローチャートである。 図４に示す造形物形成工程の一時点における３Ｄプリンターの概略正面断面図である。 （ａ）図４に示す造形物形成工程によって形成された直後の三次元造形物の平面図である。 （ｂ）図６（ａ）に示すＩ−Ｉ矢視断面図である。 （ａ）図３に示すサポート材除去工程によって形成された直後の三次元造形物の平面図である。 （ｂ）図７（ａ）に示すＩＩ矢視図である。 図３に示す三次元造形物製造方法を含む複数の三次元造形物製造方法による三次元造形物の表面の状態の違いの一例を示す図である。 （ａ）従来の三次元造形物製造方法における造形物形成工程によって形成された直後の三次元造形物の平面図である。 （ｂ）図９（ａ）に示すＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 （ａ）従来の三次元造形物製造方法における理想的な造形物形成工程によって形成された直後の三次元造形物の平面図である。 （ｂ）図１０（ａ）に示すＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。 （ａ）図９に示す造形物形成工程より後の工程によって形成された直後の三次元造形物の平面図である。 （ｂ）図１１（ａ）に示すＶ矢視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

まず、本発明の一実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される３Ｄプリンターの構成について説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法に使用される３Ｄプリンター１０の概略正面断面図である。図１（ｂ）は、３Ｄプリンター１０の概略平面図である。

図１に示すように、３Ｄプリンター１０は、三次元造形物が製造される場合に三次元造形物の台となる造形台１１と、造形台１１に向けてＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）硬化型のインク１２ａを吐出するインクジェットヘッド１２と、インクジェットヘッド１２によって吐出されたインク１２ａに対してＵＶ１３ａを照射することによってインク１２ａを硬化させるＵＶ照射器１３と、インクジェットヘッド１２によって吐出されたインク１２ａの硬化前にインク１２ａの表面を平坦化する平坦化部材としての平坦化ローラー１４とを備えている。

造形台１１は、三次元造形物が形成される面１１ａが形成されている。面１１ａは、矢印１０ａで示す鉛直方向に直交している。

インクジェットヘッド１２は、造形台１１に向けて矢印１０ａで示す方向にインク１２ａを吐出する。インク１２ａには、三次元造形物の少なくとも一部になるモデル材と、矢印１０ａで示す鉛直方向におけるモデル材の下側に少なくとも配置されてモデル材を支持するサポート材とが存在する。

モデル材には、三次元造形物の表面側の例えば３００μｍなどの特定の厚みの着色部を形成するための着色部用インクと、三次元造形物において着色部の内側の基礎部を形成するための基礎部用インクとが存在する。着色部用インクには、カラーインクと、カラーインクの使用量を減らして淡色を表現したなどの際のカラーインクの使用量の低減による積層高さ不足を補完するためのクリアインクとが存在する。

サポート材は、硬化すると、白色になる。また、サポート材は、最終的に取り除かれる必要があるので、破壊され易い性質と、水に溶解し易い性質、すなわち、水溶性と、アルコールに溶解し易い性質とを有している。また、サポート材は、シロキサンの溶媒として用いるアルコールに対して、特に溶解し易く、かつアルコールの存在により無色となる、すなわち、透明化する性質がある。ここで、シロキサンとは、シロキサン結合を有する物質である。

ＵＶ照射器１３は、インクジェットヘッド１２によって吐出されたインク１２ａに向けて矢印１０ａで示す方向にＵＶ１３ａを照射する。

平坦化ローラー１４は、矢印１０ａで示す方向に直交する矢印１０ｂで示す方向に延在している。

図２は、３Ｄプリンター１０のブロック図である。

図１および図２に示すように、３Ｄプリンター１０は、矢印１０ｂで示す方向に、造形台１１およびインクジェットヘッド１２の一方に対して他方を相対的に移動させる主走査方向駆動装置１５を備えている。

３Ｄプリンター１０は、矢印１０ａで示す方向および矢印１０ｂで示す方向の両方に直交する矢印１０ｃで示す方向に、造形台１１と、インクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３および平坦化ローラー１４との一方に対して他方を相対的に移動させる副走査方向駆動装置１６を備えている。

３Ｄプリンター１０は、平坦化ローラー１４を矢印１４ａで示す方向に回転させるローラー駆動装置１７を備えている。

３Ｄプリンター１０は、造形台１１と、インクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３および平坦化ローラー１４との一方に対して他方を矢印１０ａで示す方向に相対的に移動させる高さ方向駆動装置１８を備えている。

３Ｄプリンター１０は、図示していないネットワーク経由で外部の装置と通信を行う通信デバイスである通信部１９と、３Ｄプリンター１０全体を制御する制御部２０とを備えている。

制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、プログラムおよび各種のデータを予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの作業領域として用いられるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）とを備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行するようになっている。

次に、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法について説明する。

図３は、３Ｄプリンター１０を使用して実行される三次元造形物製造方法の工程のフローチャートである。

図３に示すように、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法においては、まず、サポート材が付いた三次元造形物を３Ｄプリンター１０によって形成する造形物形成工程が実行される（Ｓ１０１）。

次いで、Ｓ１０１の造形物形成工程において形成された三次元造形物からサポート材を除去するサポート材除去工程が実行される（Ｓ１０２）。

次いで、Ｓ１０２のサポート材除去工程においてサポート材が除去された三次元造形物の表面を研磨する表面研磨工程が実行される（Ｓ１０３）。

次いで、Ｓ１０３の表面研磨工程において表面が研磨された三次元造形物の表面に、三次元造形物の表面の白化を抑制するための白化抑制液としてのオルガノポリシロキサン溶液を塗布する白化抑制液塗布工程としてのシロキサン塗布工程が実行される（Ｓ１０４）。ここで、オルガノポリシロキサン溶液とは、サポート材を透明化する透明化液としてのアルコールを溶媒とするともに、このアルコールの乾燥によって三次元造形物の表面に被膜を形成する被膜形成物質としてのオルガノポリシロキサン化合物を溶質とする溶液である。

最後に、Ｓ１０４のシロキサン塗布工程において塗布したオルガノポリシロキサン溶液を除去する余剰塗布液除去工程が実行されて（Ｓ１０５）、三次元造形物が製造される。

以下、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法の各工程について説明する。

まず、造形物形成工程について説明する。

３Ｄプリンター１０の制御部２０は、造形データが通信部１９を介して入力されると、入力された造形データに基づいてインクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３、主走査方向駆動装置１５、副走査方向駆動装置１６、ローラー駆動装置１７および高さ方向駆動装置１８を制御することによって、サポート材が付いた三次元造形物を形成する。

ここで、造形データは、立体物のデータに対してスライスという手法を用いて生成された複数の断面データによって構成されている。制御部２０は、断面データに基づいて印刷を実行することによって層を形成する。そして、造形データに含まれる複数の断面データに基づいて順番に印刷を実行することによって、層を複数重ねて立体物を形成する。なお、三次元造形物においてオーバーハングしている部分は、下層においてサポート材によって台が形成された後、この台の上にモデル材による印刷が実行されることによって形成される。

以下、造形物形成工程について詳細に説明する。

図４は、造形物形成工程のフローチャートである。

図４に示すように、制御部２０は、造形データにおいて未だ対象にしていない断面データのうち、最下層の断面データを対象にする（Ｓ１３１）。

次いで、制御部２０は、副走査方向駆動装置１６を制御することによって、インクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３および平坦化ローラー１４が造形台１１に対して矢印１０ｃで示す方向における初期位置に配置されるようにする（Ｓ１３２）。ここで、矢印１０ｃで示す方向における初期位置とは、例えば、インクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３および平坦化ローラー１４が造形台１１に対して矢印１０ｃで示す方向のうち矢印１０ｄ（図１参照。）で示す方向における端に配置される位置である。

制御部２０は、Ｓ１３２の処理の後、対象の断面データに基づいてインクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３、主走査方向駆動装置１５、副走査方向駆動装置１６およびローラー駆動装置１７を制御することによって、１つの層を形成する（Ｓ１３３）。すなわち、制御部２０は、主走査方向駆動装置１５によってインクジェットヘッド１２を矢印１０ｂで示す方向に移動させながらインクジェットヘッド１２によってインク１２ａを吐出する。また、制御部２０は、図５に示すように、インクジェットヘッド１２によって吐出されたインク１２ａの表面に平坦化ローラー１４が接触している状態でローラー駆動装置１７によって平坦化ローラー１４を矢印１４ａで示す方向に回転させることによって、インク１２ａの表面を平坦化する。また、制御部２０は、平坦化ローラー１４によって表面が平坦化されたインク１２ａにＵＶ照射器１３によってＵＶ照射することによって、インク１２ａを表面が平坦化された状態で硬化させる。そして、制御部２０は、副走査方向駆動装置１６を制御することによって、インクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３および平坦化ローラー１４を造形台１１に対して矢印１０ｄで示す方向とは反対方向である矢印１０ｅで示す方向に相対的に移動させながら、以上のインク１２ａの吐出と、インク１２ａの表面の平坦化と、インク１２ａの硬化とを繰り返し実行する。

なお、インクジェットヘッド１２によって吐出されて着弾したインク１２ａは、図５に示すように、平坦化ローラー１４によって表面が平坦化されるまでは、表面が平坦ではない。具体的には、着弾したインク１２ａは、水平方向における中央付近が自重によって矢印１０ａで示す鉛直方向における下側に凹んでいるとともに、水平方向における中央付近が凹んでいる分だけ水平方向における端付近が表面張力によって矢印１０ａで示す鉛直方向における上側に膨らんでいる。そのため、均一な厚みの層を形成するために、平坦化ローラー１４によってインク１２ａの一部を除去しながらインク１２ａの表面を平坦化した後、表面が平坦化された状態のインク１２ａをＵＶ照射器１３によって硬化させる必要がある。

図４に示すように、制御部２０は、Ｓ１３３の処理の後、造形データにおいて未だ対象にしていない断面データが存在するか否かを判断する（Ｓ１３４）。

制御部２０は、造形データにおいて未だ対象にしていない断面データが存在するとＳ１３４において判断すると、次の層の形成のために高さ方向駆動装置１８を制御することによって、造形台１１と、インクジェットヘッド１２、ＵＶ照射器１３および平坦化ローラー１４とを現在の状態より１層の厚みの分だけ離隔する（Ｓ１３５）。ここで、１層の厚みとは、表面が平坦化された状態で硬化させられた各層の厚みであり、例えば３０μｍである。

制御部２０は、Ｓ１３５の処理の後、Ｓ１３１の処理を実行する。

制御部２０は、造形データにおいて未だ対象にしていない断面データが存在しないとＳ１３４において判断すると、図４に示す動作を終了する。

造形物形成工程によって例えば図６に示すように、サポート材が付いた三次元造形物が形成される。

図６（ａ）は、造形物形成工程によって形成された直後の三次元造形物３０の平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＩ−Ｉ矢視断面図である。

図６に示すように、三次元造形物３０は、層３１が複数重ねられることによって形成されている。各層３１は、モデル材によって形成されているモデル材部分３２と、サポート材によって構成されているサポート材部分３３とを含んでいる。モデル材部分３２は、矢印１０ｃで示す方向と交差する面のうち、インク１２ａの表面の平坦化時の造形台１１に対する平坦化ローラー１４の移動方向である矢印１０ｅで示す方向にサポート材部分３３が隣接する面に、平坦化ローラー１４によって引き摺られて生じた多数の凸部３２ａが形成されている。同様に、サポート材部分３３は、矢印１０ｃで示す方向と交差する面のうち、矢印１０ｅで示す方向にモデル材部分３２が隣接する面に、平坦化ローラー１４によって引き摺られて生じた多数の凸部３３ａが形成されている。

なお、造形物形成工程において、モデル材の印刷と、サポート材の印刷とを同時に実行しなければ、凸部３２ａや凸部３３ａが形成されることを抑制することができる。例えば、モデル材およびサポート材の一方についてインク１２ａの吐出、インク１２ａの表面の平坦化、および、インク１２ａの硬化を行った後、モデル材およびサポート材の他方についてインク１２ａの吐出、インク１２ａの表面の平坦化、および、インク１２ａの硬化を行うことによって、モデル材と、サポート材とが互いに隣接する部分において凸部３２ａや凸部３３ａが形成されることを抑制することができる。しかしながら、モデル材の印刷と、サポート材の印刷とを同時に実行しない場合、造形物形成工程の時間が大幅に増加することになる。

次に、サポート材除去工程について説明する。

造形物形成工程において形成された三次元造形物を３Ｄプリンター１０から取り外し、サポート材が付いた三次元造形物３０から水道水を用いてサポート材を除去する。上述したように、サポート材は、水溶性であるので、水道水によって除去可能である。ここで、水道水にブチセノール３０（ＫＨネオケム株式会社製）を少量添加すると、水道水へのサポート材の溶解を早めて、サポート材の除去の効率を上げることができる。水道水へのブチセノール３０の添加量は、２〜１５％が最も好ましい。また、超音波洗浄機を用いることによって水道水へのサポート材の溶解を早めて、サポート材の除去の効率を上げることができる。また、溶媒である水道水を攪拌するための攪拌機を超音波洗浄機の代わりに用いることも効果的である。ここで、攪拌機とともに、邪魔板を用いることで、攪拌の効果を上げて、サポート材の除去の効率を更に上げることができる。

図７（ａ）は、サポート材除去工程によって形成された直後の三次元造形物４０の平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すＩＩ矢視図である。

図７に示す三次元造形物４０は、図６に示す三次元造形物３０からサポート材が除去されたものである。

図７に示すように、三次元造形物４０は、図６に示す三次元造形物３０においてモデル材部分３２の凸部３２ａであった箇所が多数の凹凸４０ａとして現れている。同様に、三次元造形物４０は、図６に示す三次元造形物３０においてサポート材部分３３の凸部３３ａであった箇所も多数の凹凸４０ａとして現れている。

なお、図示していないが、三次元造形物４０は、サポート材除去工程によって水道水を用いてサポート材が除去されても、多数の凹凸４０ａの部分にサポート材部分３３が残留してしまう場合がある。

凹凸４０ａの凸方向における長さは、例えば１５０μｍ前後である。凹凸４０ａは、平坦化ローラー１４によってインク１２ａが引き摺られた跡であるので、平坦化ローラー１４の直径や回転数によって凸方向における長さが異なる。１５０μｍ前後の長さは、平坦化ローラー１４の直径が１５ｍｍであって、回転数４００ｒｐｍである場合の長さである。平坦化ローラー１４の直径が大きいほど、平坦化ローラー１４によってインク１２ａが引き摺られる量が多くなるので、凹凸４０ａの凸方向における長さは長くなる。同様に、平坦化ローラー１４の回転数が小さいほど、平坦化ローラー１４によってインク１２ａが引き摺られる量が多くなるので、凹凸４０ａの凸方向における長さは長くなる。

三次元造形物４０は、多数の凹凸４０ａの部分などに残留している白色のサポート材部分３３によって白化している。また、三次元造形物４０は、多数の凹凸４０ａによる光の乱反射によっても白化している。

次に、表面研磨工程について説明する。

サポート材除去工程においてサポート材が除去された三次元造形物４０の凹凸４０ａの部分を平坦に近付けるため、フェルトを装着したビットを回転軸に装着したグラインダーで凹凸４０ａを研磨する。フェルトは、研磨する箇所の形状および大きさに合わせた適切なものが使用されることが好ましい。ここで、上述したようにサポート材がアルコールに溶解し易いので、三次元造形物４０をアルコールで濡らしてから凹凸４０ａを研磨すると、凹凸４０ａの部分に残留しているサポート材部分３３が剥離し易く効果的である。また、三次元造形物４０をアルコールなどの液体で濡らしてから凹凸４０ａを研磨すると、研磨粉が飛散し難くなるので、作業者が研磨粉を吸い込む恐れを低減することができる。

表面の研磨が終了すると、歯ブラシや電動歯ブラシなど、三次元造形物４０の表面を研磨せずに表面に付着した汚れのみを除去することができる道具によって、三次元造形物４０の表面に付着した汚れを除去する。

なお、三次元造形物４０が表面側に特定の厚みの着色部を有している場合、三次元造形物４０の凹凸４０ａは、表面研磨工程によっては完全に除去することができない。凹凸４０ａを完全に除去するために過剰に研磨してしまうと、三次元造形物４０の表面側の例えば３００μｍなどの特定の厚みの着色部を完全に除去してしまい、着色部の内側の基礎部が現れてしまうからである。

しかしながら、凹凸４０ａの部分が完全に除去されなかったとしても、平坦に近付けられることはできるので、多数の凹凸４０ａによる光の乱反射による白化を軽減することができる。

次に、シロキサン塗布工程について説明する。

表面研磨工程において表面が研磨された三次元造形物４０の表面にオルガノポリシロキサン溶液を筆または布によって塗布する。上述したようにサポート材がオルガノポリシロキサン溶液の溶媒であるアルコールによって白色から無色に変化するので、多数の凹凸４０ａの部分にサポート材部分３３が残留している状態であっても、サポート材部分３３が無色に変化するので、白化が抑えられる。

そして、三次元造形物４０の表面に塗布したオルガノポリシロキサン溶液を、オルガノポリシロキサン溶液を容易に吸収する布上に三次元造形物４０を設置して乾燥する。なお、この布がオルガノポリシロキサン溶液を容易に吸収するとともに、オルガノポリシロキサン溶液自体もべたつきが無くさらさらしているので、三次元造形物４０の全体にオルガノポリシロキサン溶液を塗布した後、三次元造形物４０のうちオルガノポリシロキサン溶液が未だ乾燥していない面にこの布が付着したとしても、この布と、三次元造形物４０の表面とがオルガノポリシロキサン溶液を介して貼り付くことはない。したがって、三次元造形物４０の表面に布の繊維が貼り付いてしまうことを抑制することができる。

なお、シロキサン塗布工程によって三次元造形物４０の表面にシロキサンが塗布されるので、三次元造形物４０の表面にサポート材部分３３が残留している場合、三次元造形物４０の表面に残留しているサポート材部分３３は、オルガノポリシロキサン溶液のアルコールによって透明化され、無色になる。したがって、三次元造形物４０の表面に残留しているサポート材部分３３の色による白化は、抑制される。そして、オルガノポリシロキサン溶液の乾燥は、界面より進行するため、三次元造形物４０の表面に残留しているサポート材部分３３は、無色のまま、その上にオルガノポリシロキサン化合物による被膜が形成される。したがって、三次元造形物４０の表面に残留しているサポート材部分３３の色による白化をアルコールによって抑制する効果は、三次元造形物４０の表面に残留しているサポート材部分３３の上に形成されたオルガノポリシロキサン化合物による被膜によって維持される。

また、シロキサン塗布工程によって三次元造形物４０の表面にシロキサンが塗布されるので、三次元造形物４０の表面に生じている凹凸４０ａにオルガノポリシロキサン溶液が入り込み、その後、オルガノポリシロキサン溶液のアルコールの乾燥によってオルガノポリシロキサン溶液の溶質としてのオルガノポリシロキサン化合物による被膜が三次元造形物４０の表面に形成されることによって、三次元造形物４０の表面が平坦化される。そのため、三次元造形物４０の表面に生じている凹凸４０ａによる光の乱反射による白化は抑制される。

次に、余剰塗布液除去工程について説明する。

シロキサン塗布工程において三次元造形物４０の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布した後、１０〜２０分後に三次元造形物４０における溝などに残留した余剰のオルガノポリシロキサン溶液を布で吸い取って除去する。

以上に説明したように、互いに隣接するモデル材およびサポート材の表面が硬化前に同時に平坦化ローラー１４によって平坦化されると、モデル材およびサポート材が平坦化ローラー１４に引き摺られるので、サポート材除去工程の後に三次元造形物４０の表面に凹凸４０ａが生じる。三次元造形物４０は、凹凸４０ａの部分など、サポート材除去工程の後にも表面に残留しているサポート材の色によって、白化が発生する。本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、サポート材除去工程の後に三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布するシロキサン塗布工程を備えているので、サポート材除去工程の後に三次元造形物４０の表面に残留しているサポート材をオルガノポリシロキサン溶液の透明化液としてのアルコールによって透明化した後、オルガノポリシロキサン溶液のアルコールの乾燥によって三次元造形物４０の表面にオルガノポリシロキサン溶液の被膜形成物質としてのオルガノポリシロキサン化合物によって被膜を形成することによってアルコールによるサポート材の透明化の状態を維持することができる。したがって、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、サポート材除去工程の後に三次元造形物４０の表面に残留したサポート材の色による三次元造形物４０の白化を抑制することができる。

三次元造形物４０は、凹凸４０ａが光の乱反射の原因となって、白化が発生する。本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、互いに隣接するモデル材およびサポート材の表面を硬化前に同時に平坦化ローラー１４によって平坦化することによってサポート材除去工程の後に三次元造形物４０の表面に凹凸４０ａが生じたとしても、三次元造形物４０の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布するので、三次元造形物４０の表面に生じた凹凸４０ａにオルガノポリシロキサン溶液が入り込み、その後、オルガノポリシロキサン溶液のアルコールの乾燥によってオルガノポリシロキサン溶液の溶質としてのオルガノポリシロキサン化合物による被膜が三次元造形物４０の表面に形成されることによって、三次元造形物４０の表面が平坦化される。そのため、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、平坦化ローラー１４による平坦化に伴うモデル材およびサポート材の引き摺りによる三次元造形物４０の白化を抑制することができる。したがって、三次元造形物４０が表面側に特定の厚みの着色部を有している場合には、着色部による適切な発色を得ることができる。

なお、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、シロキサン塗布工程において三次元造形物４０の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布することによって、サポート材除去工程の後に三次元造形物４０の表面に残留したサポート材の色による三次元造形物４０の白化を効率的に抑制することができる。しかしながら、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、シロキサン塗布工程において三次元造形物４０の表面にオルガノポリシロキサン溶液以外のシロキサン溶液を塗布したとしても、三次元造形物４０の白化を抑制する効果をある程度期待することができる。

本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、表面研磨工程において三次元造形物４０の表面を研磨するので、三次元造形物４０の表面に生じた凹凸４０ａを低減することができ、三次元造形物４０の表面に生じた凹凸４０ａによる光の乱反射による三次元造形物４０の白化を抑制することができる。すなわち、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、表面研磨工程と、シロキサン塗布工程とが両方実行されることによって、凹凸４０ａのサイズの軽減による三次元造形物４０の表面の状態の均一性と、三次元造形物４０の表面の白化の軽減とを向上することができる。

なお、表面研磨工程が実行されなくても、シロキサン塗布工程が実行されることによって、三次元造形物４０の表面の白化を軽減することはできる。

本実施の形態に係る三次元造形物製造方法において、シロキサン塗布工程は、オルガノポリシロキサン溶液を三次元造形物４０の表面に塗布して乾燥させることを複数回繰り返す工程であっても良い。この構成により、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、「三次元造形物４０の表面の凹凸４０ａにオルガノポリシロキサン溶液が入り込み、その後、オルガノポリシロキサン溶液の透明化液としてのアルコールの乾燥によってオルガノポリシロキサン溶液の被膜形成物質としてのオルガノポリシロキサン化合物による被膜が三次元造形物４０の表面に形成される」ことが複数回繰り返されることによって、三次元造形物４０の表面が平坦化される。したがって、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、平坦化ローラー１４による平坦化に伴うモデル材およびサポート材の引き摺りによって三次元造形物４０の表面に生じた凹凸４０ａを低減することができ、三次元造形物４０の表面に生じた凹凸４０ａによる光の乱反射による三次元造形物４０の白化を抑制することができる。

三次元造形物４０の表面のうち、サポート材部分３３に隣接している部分の付近ではない部分については、凹凸４０ａが生じないので、平坦化によって光沢が生じる。一方、凹凸４０ａの部分が完全に除去されない場合には、三次元造形物４０の表面に、場所によって光沢の有無が生じてしまう。そのため、凹凸４０ａの部分が完全に除去されない場合には、三次元造形物４０の表面のうち、サポート材部分３３に隣接している部分の付近ではない部分について艶消しのためのクリア塗料を手作業で塗布することによって、三次元造形物４０の表面の光沢の均一性を向上することができる。

なお、本実施の形態においては、白化抑制液として、オルガノポリシロキサン溶液を例に説明している。しかしながら、白化抑制液は、サポート材を透明化する透明化液と、この透明化液の乾燥によって三次元造形物４０の表面に被膜を形成する被膜形成物質とを含む液体であれば、オルガノポリシロキサン溶液でなくても良い。ここで、透明化液としては、アルコール以外に、例えば水などが存在する。また、被膜形成物質としては、シロキサン以外に、例えばアクリル樹脂などが存在する。例えば、白化抑制液は、水系アクリル塗料でも良い。また、白化抑制液は、本実施の形態において溶液であるが、透明化液に被膜形成物質を分散させた液体でも良い。

例えば、乾燥するまでべたつきがある水系アクリル塗料が白化抑制液である場合、白化抑制液塗布工程において水系アクリル塗料の未乾燥面が何かに触れてしまうと、この未乾燥面に例えば模様や汚れが付いてしまい、この未乾燥面の乾燥後の表面が美しく仕上がらないので、白化抑制液塗布工程において水系アクリル塗料の未乾燥面を何かに触れさせることができない。そのため、三次元造形物４０の全ての表面に一度に水系アクリル塗料を塗布することができない。しかしながら、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、被膜形成物質がシロキサンであるので、白化抑制液のべたつきが少なく、白化抑制液塗布工程において例えば三次元造形物４０の全ての表面に一度に白化抑制液を塗布することができる。したがって、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法は、三次元造形物４０の表面に効率的に白化抑制液を塗布することができ、作業性を向上することができる。

なお、白化抑制液の代わりに、ラッカー系のクリア塗料など、樹脂を塗布することによって、三次元造形物４０の表面を平坦化することが考えられる。しかしながら、ラッカー系塗料は、アルコール、水など、サポート材を溶解・透明化する透明化液を含んでいないので、三次元造形物４０の表面に生じた凹凸４０ａによる光の乱反射による三次元造形物４０の白化を抑制することができたとしても、サポート材除去工程の後に三次元造形物４０の表面に残留したサポート材の色による三次元造形物４０の白化を抑制することができない。すなわち、ラッカー系塗料など、透明化液を含んでいない溶液による三次元造形物４０の白化の抑制の効果は、限定的である。したがって、白化抑制液は、光の乱反射による三次元造形物４０の白化と、三次元造形物４０の白化の支配的要因である、三次元造形物４０の表面に残留したサポート材の色による三次元造形物４０の白化とを効果的に抑制することができる。

図８は、図３に示す三次元造形物製造方法を含む複数の三次元造形物製造方法による三次元造形物の表面の状態の違いの一例を示す図である。

図８は、実験結果に基づいて作成されている。図８においては、数字が小さいほど状態が悪いことを表している。すなわち、数字が大きいほど状態が良いことを表している。三次元造形物の表面の凹凸の状態が良いということは、三次元造形物の表面の凹凸の状態が悪い場合と比較して、凹凸が抑えられているということである。三次元造形物の表面の白化の状態が良いということは、三次元造形物の表面の白化の状態が悪い場合と比較して、白化が抑えられているということである。

図８において、「作業なし」の三次元造形物製造方法は、図３に示す三次元造形物製造方法、すなわち、本実施の形態に係る三次元造形物製造方法において、Ｓ１０２のサポート材除去工程の後、Ｓ１０３の表面研磨工程、Ｓ１０４のシロキサン塗布工程およびＳ１０５の余剰塗布液除去工程を実行しない三次元造形物製造方法を示している。「作業なし」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の凹凸の状態が図８に示す６種類の三次元造形物製造方法の中で最も悪い方法である。また、「作業なし」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の白化の状態が図８に示す６種類の三次元造形物製造方法の中で最も悪い方法である。

図８において、「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法は、図３に示す三次元造形物製造方法において、Ｓ１０２のサポート材除去工程の後、Ｓ１０３の表面研磨工程を実行して、Ｓ１０４のシロキサン塗布工程およびＳ１０５の余剰塗布液除去工程を実行しない三次元造形物製造方法を示している。「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の凹凸の状態が「作業なし」の三次元造形物製造方法よりも良い方法である。また、「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の白化の状態が「作業なし」の三次元造形物製造方法よりも良い方法である。

図８において、「ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法は、図３に示す三次元造形物製造方法において、Ｓ１０２のサポート材除去工程の後、Ｓ１０３の表面研磨工程、Ｓ１０４のシロキサン塗布工程およびＳ１０５の余剰塗布液除去工程を実行せずに、ラッカー系のクリア塗料を塗布する三次元造形物製造方法を示している。ただし、「ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法に関して、図８に示す三次元造形物の表面の凹凸や白化の状態は、三次元造形物の表面にラッカー系のクリア塗料を塗布した回数が１回である場合の状態である。「ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の凹凸の状態が「作業なし」の三次元造形物製造方法よりも良く、「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法よりも悪い方法である。また、「ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の白化の状態が「作業なし」の三次元造形物製造方法よりも良く、「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法よりも悪い方法である。なお、実験では、「ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法であっても、三次元造形物の表面にラッカー系のクリア塗料を６回以上塗布すると、三次元造形物の表面の凹凸の状態が「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法よりも良くなった。また、実験では、三次元造形物の表面にラッカー系のクリア塗料を４回以上塗布するまでは、三次元造形物の表面にラッカー系のクリア塗料を塗布する回数を増やす度に三次元造形物の表面の白化の状態が良くなった。

図８において、「表面研磨工程→ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法は、図３に示す三次元造形物製造方法において、Ｓ１０２のサポート材除去工程の後、Ｓ１０３の表面研磨工程を実行して、Ｓ１０４のシロキサン塗布工程およびＳ１０５の余剰塗布液除去工程を実行せずに、ラッカー系のクリア塗料を塗布する三次元造形物製造方法を示している。ただし、「表面研磨工程→ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法に関して、図８に示す三次元造形物の表面の凹凸や白化の状態は、三次元造形物の表面にラッカー系のクリア塗料を塗布した回数が１回である場合の状態である。「表面研磨工程→ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の凹凸の状態が図８に示す６種類の三次元造形物製造方法の中で最も良い方法である。また、「表面研磨工程→ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の白化の状態が「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法よりも良い方法である。

図８において、「シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法は、図３に示す三次元造形物製造方法において、Ｓ１０２のサポート材除去工程の後、Ｓ１０３の表面研磨工程を実行せずに、Ｓ１０４のシロキサン塗布工程およびＳ１０５の余剰塗布液除去工程を実行する三次元造形物製造方法を示している。ただし、「シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法に関して、図８に示す三次元造形物の表面の凹凸や白化の状態は、三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布した回数が１回である場合の状態である。「シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の凹凸の状態が「作業なし」の三次元造形物製造方法よりも良く、「ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法よりも悪い方法である。また、「シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の白化の状態が「表面研磨工程→ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法よりも良い方法である。なお、実験では、「シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法であっても、三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を１３〜１６回以上塗布すると、三次元造形物の表面の凹凸の状態が「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法よりも良くなった。また、実験では、三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を７〜１０回以上塗布するまでは、三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布する回数を増やす度に三次元造形物の表面の白化の状態が良くなった。ただし、三次元造形物の表面の白化の状態は、三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布する回数が１回であっても、顕著に良くなる。例えば、実験では、「シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法で三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を１回塗布した場合の方が、「ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法で三次元造形物の表面にラッカー系のクリア塗料を６回塗布した場合よりも良かった。

図８において、「表面研磨工程→シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法は、図３に示す三次元造形物製造方法を示している。ただし、「表面研磨工程→シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法に関して、図８に示す三次元造形物の表面の凹凸や白化の状態は、三次元造形物の表面にオルガノポリシロキサン溶液を塗布した回数が１回である場合の状態である。「表面研磨工程→シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の凹凸の状態が「表面研磨工程」の三次元造形物製造方法よりも良く、「表面研磨工程→ラッカー系クリア塗料塗布」の三次元造形物製造方法よりも悪い方法である。また、「表面研磨工程→シロキサン塗布工程→余剰塗布液除去工程」の三次元造形物製造方法は、三次元造形物の表面の白化の状態が図８に示す６種類の三次元造形物製造方法の中で最も良い方法である。

１０ａ 矢印（鉛直方向を示す矢印）
１２ａ インク
１４ 平坦化ローラー（平坦化部材）
３０ 三次元造形物
３１ 層
３２ モデル材部分（モデル材）
３３ サポート材部分（サポート材）
４０ 三次元造形物

Claims (5)

1. ＵＶ硬化型のインクを吐出した後、吐出した前記インクに対してＵＶ照射を行うことによって層を形成し、前記層を複数重ねることによって三次元造形物を形成する造形物形成工程を備える三次元造形物製造方法であって、
   前記造形物形成工程は、
   前記三次元造形物の少なくとも一部になる前記インクとしてのモデル材と、
   鉛直方向における前記モデル材の下側に少なくとも配置されて前記モデル材を支持する前記インクとしてのサポート材とが互いに隣接する状態で、
   前記モデル材の表面と、前記サポート材の表面とを硬化前に同時に平坦化部材によって平坦化する工程を含み、
   前記三次元造形物製造方法は、
   前記造形物形成工程の後で、前記三次元造形物から前記サポート材を除去するサポート材除去工程と、
   前記サポート材除去工程の後で、前記三次元造形物の表面の白化を抑制するための白化抑制液を前記表面に塗布する白化抑制液塗布工程とを備え、
   前記白化抑制液は、
   前記サポート材を透明化する透明化液と、
   前記透明化液の乾燥によって前記表面に被膜を形成する被膜形成物質とを含む液体であることを特徴とする三次元造形物製造方法。
2. 前記被膜形成物質は、シロキサン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製造方法。
3. 前記シロキサンは、オルガノポリシロキサン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製造方法。
4. 前記表面を研磨する表面研磨工程を前記サポート材除去工程の後であって前記白化抑制液塗布工程の前に備えることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の三次元造形物製造方法。
5. 前記白化抑制液塗布工程は、前記白化抑制液を前記表面に塗布して乾燥させることを複数回繰り返す工程であることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の三次元造形物製造方法。

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