JP2019060000A - 三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高品質な三次元造形物を製造する。【解決手段】三次元造形物Ｏを構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層１２を形成する層形成工程（ステップＳ１３０、ステップＳ１５０、ステップＳ１７０）と、層１２にレーザーＬを照射して層１２に含まれる粉末を固化させるレーザー照射工程（ステップＳ１４０、ステップＳ１６０、ステップＳ１８０）と、を含み、レーザー照射工程は、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて、層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を層１２の端部Ｅの先端Ｅ１の位置に対して制御する三次元造形物Ｏの製造方法。【選択図】図１３
Description
本発明は、三次元造形物の製造方法及び三次元造形物の製造装置に関する。
従来から、様々な構成の三次元造形物の製造装置が使用されている。このうち、層を形成することとレーザーを照射して該層を固化することとを実行して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置が使用されている。
例えば、特許文献１には、粉末材料の層を形成し、該層にレーザーを照射して該層を固化して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置が開示されている。
例えば、特許文献１には、粉末材料の層を形成し、該層にレーザーを照射して該層を固化して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置が開示されている。
様々な形状の三次元造形物が三次元造形物の製造装置で製造されるが、層の形成とレーザーを用いての該層の固化とを実行して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置においては、三次元造形物の端部を高精度に製造することが困難である。これは、レーザーを用いて層を固化すると、端部はレーザーの照射方向に沿った直線状に固化されるため、レーザーの照射方向に沿った面（垂直面）のみで端部が構成される三次元造形物でなければ、三次元造形物の品質が低下するためである。具体的には、例えば、三次元造形物の端部に斜面が有る場合、該斜面を形成する際、滑らかな斜面ではなく、１層分の層に対応する垂直面が連続した階段状の凸凹の斜面が三次元造形物の端部に形成されてしまうためである。このため、層の形成とレーザーを用いての該層の固化とを実行して三次元造形物を製造する従来の三次元造形物の製造装置においては、高品質な三次元造形物を製造することが困難であった。
そこで、本発明の目的は、高品質な三次元造形物を製造することである。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層を形成する層形成工程と、前記層にレーザーを照射して前記層に含まれる前記粉末を固化させるレーザー照射工程と、を含み、前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の形状に応じて、前記層の端部における前記レーザーの照射位置を前記層の端部の先端の位置に対して制御することを特徴とする。
流動性材料を用いて層を形成すると、重力の影響により上側よりも下側の方が広がりその端部には斜面が形成される。そして、本態様によれば、流動性材料を用いて層を形成するとともに、製造する三次元造形物の形状に応じて層の端部におけるレーザーの照射位置を層の端部の先端の位置に対して制御する。このため、レーザーの照射位置を調整することで、層の端部に形成される斜面を活かすことと、層の端部に形成される斜面を活かさないこととを、製造する三次元造形物の形状に応じて選択して三次元造形物を製造できる。したがって、高品質な三次元造形物を製造することができる。
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれないように制御することを特徴とする。
本態様によれば、製造する三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合、三次元造形物の端部に対応する層の端部におけるレーザーの照射位置を、層の端部の先端が含まれないようにする。このため、三次元造形物の端部の垂直面をレーザーの照射方向に沿った層の端部の面とすることで、該垂直面の凸凹を軽減することができる。したがって、製造する三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合において、高品質な三次元造形物を製造することができる。
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の端部の形状が前記レーザーの照射方向において広がる斜面である場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれるように制御することを特徴とする。
本態様によれば、製造する三次元造形物の端部の形状がレーザーの照射方向において広がる斜面である場合、三次元造形物の端部に対応する層の端部におけるレーザーの照射位置を、層の端部の先端が含まれるようにする。すなわち、製造する三次元造形物の端部の形状がレーザーの照射方向において広がる斜面である場合、流動性材料を用いて層を形成することに伴う該層の端部の斜面を利用して三次元造形物を製造することができる。したがって、製造する三次元造形物の端部の形状がレーザーの照射方向において広がる斜面である場合において、高品質な三次元造形物を製造することができる。
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記層形成工程は、前記流動性材料に加えて、前記流動性材料の前記層の端部において前記流動性材料を支持する流動性の支持材料を用いて層を形成し、前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の端部の形状が前記レーザーの照射方向において狭まる斜面である場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記流動性材料の前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記流動性材料の前記層の端部の先端が含まれるように制御することを特徴とする。
本態様によれば、流動性の支持材料を用いて該流動性の支持材料の端部の斜面を利用して層を形成できるとともに、該斜面を利用してレーザーの照射方向において狭まる流動性材料の斜面を形成できる。そして、該流動性材料の斜面を利用して三次元造形物を製造することができる。したがって、製造する三次元造形物の端部の形状がレーザーの照射方向において狭まる斜面である場合において、高品質な三次元造形物を製造することができる。
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記層形成工程は、前記流動性材料を液滴状に吐出して前記層を形成することを特徴とする。
本態様によれば、流動性材料を液滴状に吐出して層を形成するので、三次元造形物を形成する層を緻密に形成することができる。
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第５の態様において、前記レーザーの照射位置精度は、前記液滴の配置位置精度よりも高いことを特徴とする。
本態様によれば、レーザーの照射位置精度は、液滴の配置位置精度よりも高い。このため、緻密に三次元造形物を固化でき、大きくて高品質な三次元造形物を製造することができる。
本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記層形成工程と前記レーザー照射工程とを繰り返して、前記層を積層することにより前記三次元造形物を製造することを特徴とする。
本態様によれば、層形成工程とレーザー照射工程とを繰り返して、層を積層することにより三次元造形物を製造するので、層を積層することにより高品質な三次元造形物を製造することができる。
本発明の第８の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第７の態様において、製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合、前記三次元造形物の端部と各々の前記層形成工程における前記層の端部とを対応させるとともに、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記流動性材料の配置位置を各々の前記層形成工程で揃えることを特徴とする。
本態様によれば、製造する三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合、三次元造形物の端部と各々の層形成工程における層の端部とを対応させるとともに、三次元造形物の端部に対応する層の端部における流動性材料の配置位置を各々の層形成工程で揃える。このため、各々の層形成工程において層の端部から層の外側に余計な流動性材料を退避させることができ、三次元造形物の端部に凸部などが生じてしまう（三次元造形物の品質が低下する）ことを抑制できる。
本発明の第９の態様の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層を形成する層形成部と、前記層にレーザーを照射して前記層に含まれる前記粉末を固化させるレーザー照射部と、製造する前記三次元造形物の形状に応じて、前記層の端部における前記レーザーの照射位置を前記層の端部の先端の位置に対して制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
流動性材料を用いて層を形成すると、重力の影響により上側よりも下側の方が広がりその端部には斜面が形成される。そして、本態様によれば、流動性材料を用いて層を形成するとともに、製造する三次元造形物の形状に応じて層の端部におけるレーザーの照射位置を層の端部の先端の位置に対して制御する。このため、レーザーの照射位置を調整することで、層の端部に形成される斜面を活かすことと、層の端部に形成される斜面を活かさないこととを、製造する三次元造形物の形状に応じて選択して三次元造形物を製造できる。したがって、高品質な三次元造形物を製造することができる。
本発明の第１０の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第９の態様において、前記制御部は、製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面であるか斜面であるかを判断し、製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面であると判断した場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれないように制御し、製造する前記三次元造形物の端部の形状が斜面であると判断した場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれるように制御することを特徴とする。
本態様によれば、製造する三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合、三次元造形物の端部に対応する層の端部におけるレーザーの照射位置を、層の端部の先端が含まれないように制御し、製造する三次元造形物の端部の形状が斜面である場合、三次元造形物の端部に対応する層の端部におけるレーザーの照射位置を、層の端部の先端が含まれるよう制御する。このため、製造する三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合でも斜面である場合でも、高品質な三次元造形物を製造することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
最初に、本発明の一実施形態に係る三次元造形物Ｏの製造装置１について説明する。
図１は、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１の構成を示す概略構成図である。
最初に、本発明の一実施形態に係る三次元造形物Ｏの製造装置１について説明する。
図１は、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１の構成を示す概略構成図である。
本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、層１２を積層することにより三次元造形物Ｏを製造する三次元造形物Ｏの製造装置である。そして、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、後述する噴射部７、造形台１１、乾燥部８及びレーザー照射部２０と、これらの駆動及び移動の制御をする制御部３と、を備えている。また、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、図１で表されるように、内部に密閉空間を作る筐体部１６と、窒素ガスをボンベ１３から筐体部１６の内部に導入可能なガス管１４と、筐体部１６の内部のガスを排気するためのガス管１５と、を備えている。
また、本実施形態の噴射部７は、三次元造形物Ｏを構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を液滴状態で噴射（吐出）可能な構成である。さらに、本実施形態の噴射部７は、必要に応じて、該流動性材料に加えて、層１２の端部において該流動性材料を支持する流動性の支持材料も液滴状態で噴射（吐出）可能な構成になっている。
なお、図１で表されるように、本実施形態の噴射部７は、噴射部ユニット４に形成されている。また、本実施形態の噴射部７は、後述する造形台１１の移動方向である方向Ｘと交差する方向Ｙに移動しながら流動性材料及び支持材料を吐出可能な構成であり、鉛直方向である方向Ｚに沿って移動可能に構成されていることで、造形台１１とのギャップを調整可能な構成になっている。
また、本実施形態の造形台１１は、方向Ｘに沿って移動可能であり、噴射部７から噴射された流動性材料によって、造形面１１ａに層１２が形成される。ここで、造形台１１は、方向Ｘのうちの方向Ｘ１に移動することで、噴射部ユニット４から後述の乾燥ユニット５さらにはレーザーユニット６に移動可能になっている。さらに、造形台１１は、方向Ｘのうちの方向Ｘ１とは反対方向に移動することも可能であり、噴射部ユニット４での層１２の形成、乾燥ユニット５での該層１２の乾燥、レーザーユニット６での該層１２へのレーザー照射（焼結又は溶融）の終了後、次の層１２を形成するために再び噴射部ユニット４に戻ることができる。
また、本実施形態の乾燥部８は、造形台１１に形成された層１２に含まれる溶媒を揮発させて層１２を乾燥させることが可能な構成になっている。なお、本実施形態の乾燥部８は、方向Ｙに沿って延設されるラインヒーターであり、赤外線を造形台１１に形成された層１２に照射させて該層１２を乾燥させることが可能な構成になっている。ただし、乾燥部８はこのような構成に限定されず、ラインヒーター以外であってもよいし、赤外線などの電磁波を照射する構成以外の構成であってもよい。また、図１で表されるように、本実施形態の乾燥部８は、乾燥ユニット５に形成されている。
また、本実施形態のレーザー照射部２０は、レーザー発生部１０とガルバノミラー９とで構成されている。ここで、ガルバノミラー９は、所定の角度の範囲内で内部に設けられた不図示のミラーの配置を変えることができるとともに、方向Ｚに沿って移動可能な構成になっている。このような構成になっていることにより、層１２が積層されてもレーザーＬのフォーカスを合わせ続けることが可能であるとともに、造形面１１ａの全ての範囲にレーザーＬを照射可能な構成になっている。また、図１で表されるように、本実施形態のレーザー照射部２０は、レーザーユニット６に形成されている。
ここで、方向Ｘ及び方向Ｙは水平方向であり、方向Ｚは鉛直方向である。図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、噴射部７から流動性材料を噴射させて造形面１１ａに層１２を形成する際、乾燥部８から赤外線を照射して層１２を乾燥させる際、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射して層１２を固化（焼結又は溶融）させる際の何れにおいても、造形面１１ａが水平方向になるように造形台１１を配置する。
つぎに、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１で使用可能な流動性材料について詳細に説明する。
三次元造形物Ｏの構成材料（粉末）としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス（ＳＵＳ）、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むペースト状の混合材料にして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック（樹脂）も用いることが可能である。
このように、三次元造形物Ｏの構成材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
さらには、セルロースなどの繊維も用いることが可能である。
三次元造形物Ｏの構成材料（粉末）としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス（ＳＵＳ）、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むペースト状の混合材料にして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック（樹脂）も用いることが可能である。
このように、三次元造形物Ｏの構成材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
さらには、セルロースなどの繊維も用いることが可能である。
溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等が挙げられ、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。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂である。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂である。
また、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１で使用可能な流動性材料についての物性については特に限定は無く、流動性材料を水平面に載置させた場合に重力の影響により変形する（上側よりも下側の方が広がる）のであれば液体に限定されずゲル状のものであってもよい。ただし、低せん断速度領域において粘度が５００ｍＰａ・ｓ以上、１０００００ｍＰａ・ｓ以下のものを特に好ましく使用できる。
次に、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１を用いて三次元造形物Ｏを製造する際の製造例を、図２から図１２を用いて説明する。
このうち、図２から図５は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が、垂直面である場合の製造例を説明するための図である。また、図２及び図６から図８は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が、レーザーＬの照射方向において広がる（鉛直下方向に向けて広がる）斜面である場合の製造例を説明するための図である。そして、図９から図１２は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において狭まる（鉛直下方向に向けて狭まる）斜面である場合の製造例を説明するための図である。
ここで、当該製造例は、３層分の層１２で構成される三次元造形物Ｏの製造例であるが、三次元造形物Ｏは、１層で構成されていてもよいし、２層で構成されていてもよいし、４層以上で構成されていてもよい。
なお、以下の説明において、三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において広がる形状をテーパー、三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーの照射方向において狭まる形状を逆テーパーと呼ぶ。
このうち、図２から図５は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が、垂直面である場合の製造例を説明するための図である。また、図２及び図６から図８は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が、レーザーＬの照射方向において広がる（鉛直下方向に向けて広がる）斜面である場合の製造例を説明するための図である。そして、図９から図１２は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において狭まる（鉛直下方向に向けて狭まる）斜面である場合の製造例を説明するための図である。
ここで、当該製造例は、３層分の層１２で構成される三次元造形物Ｏの製造例であるが、三次元造形物Ｏは、１層で構成されていてもよいし、２層で構成されていてもよいし、４層以上で構成されていてもよい。
なお、以下の説明において、三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において広がる形状をテーパー、三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーの照射方向において狭まる形状を逆テーパーと呼ぶ。
最初に、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合について説明する。
製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合、最初に、図２で表されるように、噴射部７から流動性材料を噴射させて１層分の層１２を形成する（層形成工程）。ここで、層１２の端部Ｅは、三次元造形物Ｏの端部と対応するようになっている。ここで、図２は、層１２の端部Ｅに対応する流動性材料の液滴を造形台１１に着弾させた直後の状態を表しており、１層分の流動性材料からなる層１２ａが形成された直後の状態を表している。
なお、図２中の白抜き矢印は、１層分の層１２を形成した際の噴射部７の移動方向を表している。
製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合、最初に、図２で表されるように、噴射部７から流動性材料を噴射させて１層分の層１２を形成する（層形成工程）。ここで、層１２の端部Ｅは、三次元造形物Ｏの端部と対応するようになっている。ここで、図２は、層１２の端部Ｅに対応する流動性材料の液滴を造形台１１に着弾させた直後の状態を表しており、１層分の流動性材料からなる層１２ａが形成された直後の状態を表している。
なお、図２中の白抜き矢印は、１層分の層１２を形成した際の噴射部７の移動方向を表している。
次に、図３で表されるように、１層分の流動性材料からなる層１２ａに対してレーザー照射部２０からレーザーＬを照射して、該１層分の流動性材料からなる層１２ａを固化（溶融又は焼結）させて固化部Ｈを形成する（レーザー照射工程）。この際、三次元造形物Ｏの端部と対応する層１２の端部ＥへのレーザーＬの照射位置（照射開始位置）は、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１ではなく、該先端Ｅ１よりも層１２における内側の位置Ｅ２としている。詳細には、位置Ｅ２は、層１２の端部Ｅを構成する噴射部７から吐出された液滴の中央部分である。レーザーＬの照射位置をこのようにしていることで、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１のテーパー形状の影響を受けないように（外側に向けて細くなった斜面の部分を使用しないように）している。
なお、図３中の白抜き矢印は、レーザー照射部２０から照射されるレーザーＬの移動方向を表している。
なお、図３中の白抜き矢印は、レーザー照射部２０から照射されるレーザーＬの移動方向を表している。
上記のような層形成工程とレーザー照射工程とを繰り返し、図４で表されるように、３層分の流動性材料からなる層１２ａを形成する。そして、このように形成された三次元造形物Ｏの積層体をアルコールなどで洗浄または簡単なブラスト処理（層１２の端部Ｅの周辺部における固化していない流動性材料の除去）すると、図５で表されるように、三次元造形物Ｏが完成する。このように三次元造形物Ｏを製造することで、図５で表されるように、三次元造形物Ｏの端部（層１２の端部Ｅ）が平面度の高い垂直面となっている三次元造形物Ｏを形成できる。
次に、製造する三次元造形物Ｏの端部がテーパーである場合について説明する。
製造する三次元造形物Ｏの端部がテーパーである場合、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合と同様、最初に、図２で表されるように、噴射部７から流動性材料を噴射させて１層分の層１２を形成する（層形成工程）。また、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合と同様、層１２の端部Ｅは、三次元造形物Ｏの端部と対応するようになっている。
製造する三次元造形物Ｏの端部がテーパーである場合、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合と同様、最初に、図２で表されるように、噴射部７から流動性材料を噴射させて１層分の層１２を形成する（層形成工程）。また、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合と同様、層１２の端部Ｅは、三次元造形物Ｏの端部と対応するようになっている。
次に、図６で表されるように、１層分の流動性材料からなる層１２ａに対してレーザー照射部２０からレーザーＬを照射して、該１層分の流動性材料からなる層１２ａを固化（溶融又は焼結）させて固化部Ｈを形成する（レーザー照射工程）。この際、三次元造形物Ｏの端部と対応する層１２の端部ＥへのレーザーＬの照射位置（照射開始位置）は、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１としている。図６で表されるように、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１付近はテーパー形状をしている。これは、流動性材料が重力の影響により上側よりも下側の方が広がることで斜面ができるためである。この部分のテーパー形状を利用することで、三次元造形物Ｏの端部のテーパー形状を高品質に形成できる。
上記のような層形成工程とレーザー照射工程とを繰り返し、図７で表されるように、３層分の流動性材料からなる層１２ａを形成する。そして、このように形成された三次元造形物Ｏの積層体をアルコールなどで洗浄または簡単なブラスト処理すると、図８で表されるように、三次元造形物Ｏが完成する。このように三次元造形物Ｏを製造することで、図８で表されるように、三次元造形物Ｏの端部（層１２の端部Ｅ）のテーパー形状が高品質に表されている三次元造形物Ｏを形成できる。
なお、製造する三次元造形物Ｏの端部がテーパーである場合において、レーザー照射工程の際、図３で表されるように、層１２の端部ＥへのレーザーＬの照射位置を先端Ｅ１よりも層１２における内側の位置Ｅ２とすると、３つの各層１２において垂直面が形成される。すると、三次元造形物Ｏの端部が階段状となり、テーパー形状が高品質に表されていない三次元造形物Ｏとなってしまう。
なお、製造する三次元造形物Ｏの端部がテーパーである場合において、レーザー照射工程の際、図３で表されるように、層１２の端部ＥへのレーザーＬの照射位置を先端Ｅ１よりも層１２における内側の位置Ｅ２とすると、３つの各層１２において垂直面が形成される。すると、三次元造形物Ｏの端部が階段状となり、テーパー形状が高品質に表されていない三次元造形物Ｏとなってしまう。
次に、製造する三次元造形物Ｏの端部が逆テーパーである場合について説明する。
製造する三次元造形物Ｏの端部が逆テーパーである場合、最初に、図９で表されるように、噴射部７から支持材料と流動性材料を噴射させて支持材料の層１２ｂと流動性材料の層１２ａとからなる１層分の層１２を形成する（層形成工程）。ここで、先に支持材料の層１２ｂを形成し、その後に流動性材料の層１２ａを形成することで、図９で表されるように、流動性材料の層１２ａの端部Ｅは逆テーパー形状となる。なお、流動性材料の層１２ａの端部Ｅは、三次元造形物Ｏの端部と対応するようになっている。
製造する三次元造形物Ｏの端部が逆テーパーである場合、最初に、図９で表されるように、噴射部７から支持材料と流動性材料を噴射させて支持材料の層１２ｂと流動性材料の層１２ａとからなる１層分の層１２を形成する（層形成工程）。ここで、先に支持材料の層１２ｂを形成し、その後に流動性材料の層１２ａを形成することで、図９で表されるように、流動性材料の層１２ａの端部Ｅは逆テーパー形状となる。なお、流動性材料の層１２ａの端部Ｅは、三次元造形物Ｏの端部と対応するようになっている。
次に、図１０で表されるように、１層分の流動性材料からなる層１２ａに対してレーザー照射部２０からレーザーＬを照射して、該１層分の流動性材料からなる層１２ａを固化（溶融又は焼結）させて固化部Ｈを形成する（レーザー照射工程）。この際、三次元造形物Ｏの端部と対応する流動性材料からなる層１２ａの端部ＥへのレーザーＬの照射位置（照射開始位置）は、流動性材料からなる層１２ａの端部Ｅの先端Ｅ１としている。図１０で表されるように、流動性材料からなる層１２ａの端部Ｅの先端Ｅ１付近は逆テーパー形状をしている。これは、流動性の支持材料が重力の影響により上側よりも下側の方が広がることで斜面ができ、その斜面を利用して流動性材料からなる層１２ａの端部Ｅを形成しているためである。この部分の逆テーパー形状を利用することで、三次元造形物Ｏの端部の逆テーパー形状を高品質に形成できる。
上記のような層形成工程とレーザー照射工程とを繰り返し、図１１で表されるように、３層分の層１２を形成する。そして、このように形成された三次元造形物Ｏの積層体をアルコールなどで洗浄または簡単なブラスト処理すると、図１２で表されるように、三次元造形物Ｏが完成する。このように三次元造形物Ｏを製造することで、図１２で表されるように、三次元造形物Ｏの端部（層１２ａの端部Ｅ）の逆テーパー形状が高品質に表されている三次元造形物Ｏを形成できる。
なお、製造する三次元造形物Ｏの端部が逆テーパーである場合において、レーザー照射工程の際、図３で表されるように、層１２の端部ＥへのレーザーＬの照射位置を先端Ｅ１よりも層１２における内側の位置Ｅ２とすると、３つの各層１２において垂直面が形成される。すると、三次元造形物Ｏの端部が階段状となり、逆テーパー形状が高品質に表されていない三次元造形物Ｏとなってしまう。
なお、製造する三次元造形物Ｏの端部が逆テーパーである場合において、レーザー照射工程の際、図３で表されるように、層１２の端部ＥへのレーザーＬの照射位置を先端Ｅ１よりも層１２における内側の位置Ｅ２とすると、３つの各層１２において垂直面が形成される。すると、三次元造形物Ｏの端部が階段状となり、逆テーパー形状が高品質に表されていない三次元造形物Ｏとなってしまう。
次に、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１を用いて行う三次元造形物Ｏの製造方法の実施例を説明する。
図１３は、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１を用いて行う三次元造形物Ｏの製造方法のフローチャートである。
図１３は、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１を用いて行う三次元造形物Ｏの製造方法のフローチャートである。
本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法においては、最初に、ステップＳ１１０で、三次元造形物ＯのデータをＰＣ２から入力する。
次に、ステップＳ１２０で、ステップＳ１１０で入力した三次元造形物Ｏのデータに基づいて、制御部３により、１層分のデータに関して、三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面なのか、テーパーなのか、逆テーパーなのかを判断する。
本ステップで三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面であると判断された場合はステップＳ１３０に進み、本ステップで三次元造形物Ｏの端部の形状がテーパーであると判断された場合はステップＳ１５０に進み、本ステップで三次元造形物Ｏの端部の形状が逆テーパーであると判断された場合はステップＳ１７０に進む。
本ステップで三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面であると判断された場合はステップＳ１３０に進み、本ステップで三次元造形物Ｏの端部の形状がテーパーであると判断された場合はステップＳ１５０に進み、本ステップで三次元造形物Ｏの端部の形状が逆テーパーであると判断された場合はステップＳ１７０に進む。
ステップＳ１３０においては、例えば図２で表されるように、噴射部７から流動性材料を噴射させて、流動性材料を用いて造形台１１に１層分の層１２を形成し（層形成工程）、ステップＳ１４０に進む。
ステップＳ１４０においては、例えば図３で表されるように、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１がレーザーＬの照射範囲に含まれないように、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射して１層分の層１２を固化（溶融又は焼結）させ（レーザー照射工程）、ステップＳ１９０に進む。
そして、ステップＳ１９０で、制御部３により、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したか否かを判断する。そして、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したと判断された場合は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を終了する。一方、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了していないと判断された場合は、ステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１２０からステップＳ１９０までの各ステップを繰り返す。
ステップＳ１４０においては、例えば図３で表されるように、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１がレーザーＬの照射範囲に含まれないように、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射して１層分の層１２を固化（溶融又は焼結）させ（レーザー照射工程）、ステップＳ１９０に進む。
そして、ステップＳ１９０で、制御部３により、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したか否かを判断する。そして、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したと判断された場合は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を終了する。一方、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了していないと判断された場合は、ステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１２０からステップＳ１９０までの各ステップを繰り返す。
ステップＳ１５０においては、例えば図２で表されるように、噴射部７から流動性材料を噴射させて、流動性材料を用いて造形台１１に１層分の層１２を形成し（層形成工程）、ステップＳ１６０に進む。
ステップＳ１６０においては、例えば図６で表されるように、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１がレーザーＬの照射範囲に含まれるように、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射して１層分の層１２を固化（溶融又は焼結）させ（レーザー照射工程）、ステップＳ１９０に進む。
そして、ステップＳ１９０で、制御部３により、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したか否かを判断する。そして、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したと判断された場合は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を終了する。一方、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了していないと判断された場合は、ステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１２０からステップＳ１９０までの各ステップを繰り返す。
ステップＳ１６０においては、例えば図６で表されるように、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１がレーザーＬの照射範囲に含まれるように、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射して１層分の層１２を固化（溶融又は焼結）させ（レーザー照射工程）、ステップＳ１９０に進む。
そして、ステップＳ１９０で、制御部３により、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したか否かを判断する。そして、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したと判断された場合は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を終了する。一方、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了していないと判断された場合は、ステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１２０からステップＳ１９０までの各ステップを繰り返す。
ステップＳ１７０においては、例えば図９で表されるように、噴射部７から流動性材料と支持材料とを噴射させて、流動性材料を用いて造形台１１に１層分の層１２を形成し（層形成工程）、ステップＳ１８０に進む。
ステップＳ１８０においては、例えば図１０で表されるように、流動性材料の層１２ａの端部Ｅの先端Ｅ１がレーザーＬの照射範囲に含まれるように、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射して１層分の層１２（層１２ａ）を固化（溶融又は焼結）させ（レーザー照射工程）、ステップＳ１９０に進む。
そして、ステップＳ１９０で、制御部３により、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したか否かを判断する。そして、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したと判断された場合は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を終了する。一方、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了していないと判断された場合は、ステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１２０からステップＳ１９０までの各ステップを繰り返す。
ステップＳ１８０においては、例えば図１０で表されるように、流動性材料の層１２ａの端部Ｅの先端Ｅ１がレーザーＬの照射範囲に含まれるように、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射して１層分の層１２（層１２ａ）を固化（溶融又は焼結）させ（レーザー照射工程）、ステップＳ１９０に進む。
そして、ステップＳ１９０で、制御部３により、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したか否かを判断する。そして、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了したと判断された場合は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を終了する。一方、本ステップで、全層分の三次元造形物Ｏの形成が終了していないと判断された場合は、ステップＳ１２０に戻り、ステップＳ１２０からステップＳ１９０までの各ステップを繰り返す。
ここで、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法について、一旦まとめる。
本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、三次元造形物Ｏを構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層１２を形成する層形成工程（ステップＳ１３０、ステップＳ１５０、ステップＳ１７０）と、層１２にレーザーＬを照射して層１２に含まれる粉末を固化（溶融又は焼結）させるレーザー照射工程（ステップＳ１４０、ステップＳ１６０、ステップＳ１８０）と、を含み、ステップＳ１２０により、レーザー照射工程は、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて、層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を層１２の端部Ｅの先端Ｅ１の位置に対して制御する。
流動性材料を用いて層１２を形成すると、重力の影響により上側よりも下側の方が広がりその端部Ｅには斜面が形成される。そして、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、流動性材料を用いて層１２を形成するとともに、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を層１２の端部Ｅの先端Ｅ１の位置に対して制御する。このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を実行し、レーザーＬの照射位置を調整することで、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かすことと、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かさないこととを、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて選択して三次元造形物Ｏを製造できる。したがって、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、高品質な三次元造形物を製造することができる。
本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、三次元造形物Ｏを構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層１２を形成する層形成工程（ステップＳ１３０、ステップＳ１５０、ステップＳ１７０）と、層１２にレーザーＬを照射して層１２に含まれる粉末を固化（溶融又は焼結）させるレーザー照射工程（ステップＳ１４０、ステップＳ１６０、ステップＳ１８０）と、を含み、ステップＳ１２０により、レーザー照射工程は、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて、層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を層１２の端部Ｅの先端Ｅ１の位置に対して制御する。
流動性材料を用いて層１２を形成すると、重力の影響により上側よりも下側の方が広がりその端部Ｅには斜面が形成される。そして、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、流動性材料を用いて層１２を形成するとともに、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を層１２の端部Ｅの先端Ｅ１の位置に対して制御する。このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を実行し、レーザーＬの照射位置を調整することで、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かすことと、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かさないこととを、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて選択して三次元造形物Ｏを製造できる。したがって、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、高品質な三次元造形物を製造することができる。
別の表現をすると、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、三次元造形物Ｏを構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層１２を形成する層形成部としての噴射部７と、層１２にレーザーＬを照射して層１２に含まれる粉末を固化（溶融又は焼結）させるレーザー照射部２０と、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて、層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を層１２の端部Ｅの先端Ｅ１の位置に対して制御する制御部３と、を備えている。
このため、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、レーザーＬの照射位置を調整することで、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かすことと、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かさないこととを、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて選択して三次元造形物を製造できる。したがって、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる構成になっている。
このため、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、レーザーＬの照射位置を調整することで、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かすことと、層１２の端部Ｅに形成される斜面を活かさないこととを、製造する三次元造形物Ｏの形状に応じて選択して三次元造形物を製造できる。したがって、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる構成になっている。
また、ステップＳ１４０に対応するレーザー照射工程は、上記のように、製造する三次元造形物Ｏの端部Ｅの形状が垂直面である場合、三次元造形物Ｏの端部に対応する層１２の端部Ｅにおけるレーザーの照射位置を、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１が含まれないように制御する。このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、三次元造形物Ｏの端部の垂直面をレーザーＬの照射方向に沿った層１２の端部Ｅの面とすることで、該垂直面の凸凹を軽減することができる。したがって、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、製造する三次元造形物Ｏの端部Ｅの形状が垂直面である場合において、高品質な三次元造形物を製造することができる。
また、ステップＳ１７０に対応するレーザー照射工程は、上記のように、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において広がる斜面（テーパー形状）である場合、三次元造形物Ｏの端部に対応する層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１が含まれるように制御する。すなわち、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において広がる斜面である場合、流動性材料を用いて層１２を形成することに伴う該層１２の端部Ｅの斜面を利用して三次元造形物Ｏを製造することができる。したがって本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において広がる斜面である場合において、高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。
また、ステップＳ１９０に対応する層形成工程は、流動性材料に加えて、該流動性材料の層１２ａの端部Ｅにおいて該流動性材料を支持する流動性の支持材料を用いて層１２を形成し、ステップＳ２００に対応するレーザー照射工程は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において狭まる斜面（逆テーパー形状）である場合、三次元造形物Ｏの端部に対応する流動性材料の層１２ａの端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を、流動性材料の層１２ａの端部Ｅの先端Ｅ１が含まれるように制御する。
このように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を実行することで、流動性の支持材料を用いて該流動性の支持材料の端部の斜面を利用して層を形成できるとともに、該斜面を利用してレーザーＬの照射方向において狭まる流動性材料の斜面を形成できる。そして、該流動性材料の斜面を利用して三次元造形物Ｏを製造することができる。したがって、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において狭まる斜面である場合において、高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。
このように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を実行することで、流動性の支持材料を用いて該流動性の支持材料の端部の斜面を利用して層を形成できるとともに、該斜面を利用してレーザーＬの照射方向において狭まる流動性材料の斜面を形成できる。そして、該流動性材料の斜面を利用して三次元造形物Ｏを製造することができる。したがって、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状がレーザーＬの照射方向において狭まる斜面である場合において、高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。
上記について別の表現をすると、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１では、制御部３は、製造する三次元造形物Ｏの端部Ｅの形状が垂直面であるか斜面であるかを判断し（ステップＳ１２０）、製造する三次元造形物Ｏの端部Ｅの形状が垂直面であると判断した場合（ステップＳ１３０に進む場合）、三次元造形物Ｏの端部Ｅに対応する層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１が含まれないように制御し（ステップＳ１４０）、製造する三次元造形物Ｏの端部Ｅの形状が斜面であると判断した場合（ステップＳ１５０又はステップＳ１７０に進む場合）、三次元造形物Ｏの端部Ｅに対応する層１２の端部ＥにおけるレーザーＬの照射位置を、層１２の端部Ｅの先端Ｅ１が含まれるように制御する（ステップＳ１６０又はステップＳ１８０）。このため、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、製造する三次元造形物Ｏの端部Ｅの形状が垂直面である場合でも斜面である場合でも、高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。
また、ステップＳ１５０、ステップＳ１８０及びステップＳ２１０により、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、層形成工程とレーザー照射工程とを繰り返して、層１２を積層することにより三次元造形物を製造することができる。このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を実行することで、層１２を積層することにより大きくて高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。
なお、上記のように、本実施例の噴射部７は、流動性材料を液滴状態で噴射（吐出）可能な構成である。
別の表現をすると、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、層形成工程では、流動性材料を液滴状に吐出して層１２を形成する。
このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、三次元造形物Ｏを形成する層１２を緻密に形成することができる。
ただし、流動性材料を液滴状態で噴射（吐出）可能な構成に限定されず、例えば、流動性材料を連続状態で噴射可能な構成としてもよい。
別の表現をすると、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、層形成工程では、流動性材料を液滴状に吐出して層１２を形成する。
このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、三次元造形物Ｏを形成する層１２を緻密に形成することができる。
ただし、流動性材料を液滴状態で噴射（吐出）可能な構成に限定されず、例えば、流動性材料を連続状態で噴射可能な構成としてもよい。
また、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１においては、レーザーＬの照射位置精度は、噴射部７から吐出される液滴の配置位置精度よりも高くなるよう構成されている。このため、本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１を使用して本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を実行することで、緻密に三次元造形物Ｏを固化でき、ひいては高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。
また、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法では、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合、三次元造形物Ｏの端部と各々の層形成工程における層１２の端部Ｅとを対応させるとともに、三次元造形物Ｏの端部に対応する層１２の端部Ｅにおける流動性材料の配置位置を各々の層形成工程で揃えている（図４参照）。このため、各々の層形成工程において層１２の端部Ｅから層１２の外側に余計な流動性材料を退避させることができ、三次元造形物Ｏの端部に凸部などが生じてしまう（三次元造形物Ｏの品質が低下する）ことを抑制できるようになっている。
以下に、その詳細について図２、図３及び図１４から図２４を用いて説明する。
以下に、その詳細について図２、図３及び図１４から図２４を用いて説明する。
本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法では、最初に、図２で表されるように、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合、層形成工程において、三次元造形物Ｏの端部と層１２の端部Ｅとが対応するように１層目の流動性材料を配置する。そして、図２で表されるように流動性材料を配置した後、図３で表されるようにレーザー照射範囲Ｒにレーザー照射工程を実行すると固化部Ｈが形成されるが、レーザー照射による固化（溶融又は焼結）に伴って図１４で表されるように固化部Ｈは収縮する。
その後、図１５で表されるように、２層目の層形成工程を実行すると、層１２の端部Ｅにおける流動性材料の配置位置を１層目の層形成工程と２層目の層形成工程とで揃えるので、該端部Ｅにおける流動性材料は重力の影響を受けて外側に向けて一部が流れ出る。すると、このことにより、図１５で表されるように、２層目の層１２の高さは全体的に揃った状態となる。そして、図１５で表されるように流動性材料を配置した後、レーザー照射範囲Ｒにレーザー照射工程を実行すると、図１６で表されるように、全体的に高さが揃った状態の２層分に対応する固化部Ｈが形成される。
さらにその後、図１７で表されるように、３層目の層形成工程を実行すると、層１２の端部Ｅにおける流動性材料の配置位置を１層目及び２層目の層形成工程と３層目の層形成工程とで揃えるので、該端部Ｅにおける流動性材料は重力の影響を受けて外側に向けて一部が流れ出る。すると、このことにより、図１７で表されるように、３層目の層１２の高さは全体的に揃った状態となる。そして、図１７で表されるように流動性材料を配置した後、レーザー照射範囲Ｒにレーザー照射工程を実行すると、図１８で表されるように、全体的に高さが揃った状態の３層分に対応する固化部Ｈが形成される。
このように、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合、三次元造形物Ｏの端部と各々の層形成工程における層１２の端部Ｅとを対応させるとともに、三次元造形物Ｏの端部に対応する層１２の端部Ｅにおける流動性材料の配置位置を各々の層形成工程で揃えることで、三次元造形物Ｏの品質が低下することを抑制できるようになっている。
このように、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合、三次元造形物Ｏの端部と各々の層形成工程における層１２の端部Ｅとを対応させるとともに、三次元造形物Ｏの端部に対応する層１２の端部Ｅにおける流動性材料の配置位置を各々の層形成工程で揃えることで、三次元造形物Ｏの品質が低下することを抑制できるようになっている。
次に、製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合であって、層形成工程において、三次元造形物Ｏの端部と各層１２の端部Ｅとが対応するように流動性材料を配置しない場合の三次元造形物Ｏの製造例について説明する。
最初に、図１９で表されるように、層形成工程において、三次元造形物Ｏの端部と各層１２の端部Ｅとを対応させずに１層目の流動性材料を配置する。そして、図１９で表されるように流動性材料を配置した後、図２０で表されるようにレーザー照射範囲Ｒにレーザー照射工程を実行すると固化部Ｈが形成されるが、レーザー照射による固化（溶融又は焼結）に伴って図２０で表されるように固化部Ｈは収縮する。
最初に、図１９で表されるように、層形成工程において、三次元造形物Ｏの端部と各層１２の端部Ｅとを対応させずに１層目の流動性材料を配置する。そして、図１９で表されるように流動性材料を配置した後、図２０で表されるようにレーザー照射範囲Ｒにレーザー照射工程を実行すると固化部Ｈが形成されるが、レーザー照射による固化（溶融又は焼結）に伴って図２０で表されるように固化部Ｈは収縮する。
その後、図２１で表されるように、２層目の層形成工程を実行すると、１層目の層１２の固化領域（固化部Ｈの形成された領域）と未固化領域（固化部Ｈが形成されていない領域）との高さの差に起因して、２層目の層１２には段差Ｓ（段差Ｓ１）が生ずる。そして、図２１で表されるように流動性材料を配置した後、レーザー照射範囲Ｒにレーザー照射工程を実行すると、図２２で表されるように、段差Ｓ（段差Ｓ１）に起因する凸状部分Ｃ（凸状部分Ｃ１）が端部に形成された２層分に対応する固化部Ｈが形成される。
その後、図２３で表されるように、３層目の層形成工程を実行すると、２層分の層１２の固化領域と未固化領域との高さの差に起因して、３層目の層１２には段差Ｓ１よりもさらに大きい段差Ｓ２が生ずる。そして、図２３で表されるように流動性材料を配置した後、レーザー照射範囲Ｒにレーザー照射工程を実行すると、図２４で表されるように、段差Ｓ（段差Ｓ２）に起因する凸状部分Ｃ（凸状部分Ｃ２）が端部に形成された３層分に対応する固化部Ｈが形成される。
ここで、凸状部分Ｃ２の高さは凸状部分Ｃ１の高さよりも大きくなっている。すなわち、図１９から図２４で表される方法を繰り返してさらに積層数を増やすと、さらに凸状部分Ｃの高さは大きくなる。
ここで、凸状部分Ｃ２の高さは凸状部分Ｃ１の高さよりも大きくなっている。すなわち、図１９から図２４で表される方法を繰り返してさらに積層数を増やすと、さらに凸状部分Ｃの高さは大きくなる。
積層数が少ない三次元造形物Ｏを製造する場合は端部に凸状部分Ｃが形成されてもその品質に大きな影響はない場合が多いが、積層数が多い三次元造形物Ｏを製造する場合は凸状部分Ｃが目立つことがある。このため、積層数が多い三次元造形物Ｏを製造する場合は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法（製造する三次元造形物Ｏの端部の形状が垂直面である場合、三次元造形物Ｏの端部と各々の層形成工程における層１２の端部Ｅとを対応させるとともに、三次元造形物Ｏの端部に対応する層１２の端部Ｅにおける流動性材料の配置位置を各々の層形成工程で揃える方法）を実行することが好ましい。
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１…三次元造形物Ｏの製造装置、２…ＰＣ、３…制御部、４…噴射部ユニット、
５…乾燥ユニット、６…レーザーユニット、７…噴射部（層形成部）、８…乾燥部、
９…ガルバノミラー、１０…レーザー発生部、１１…造形台、１１ａ…造形面、
１２…三次元造形物Ｏの層、１２ａ…流動性材料からなる層、１２ｂ…支持材料の層、
１３…ボンベ、１４…ガス管、１５…ガス管、１６…筐体部、２０…レーザー照射部、
Ｃ…凸状部分、Ｃ１…凸状部分、Ｃ２…凸状部分、Ｅ…層１２の端部、
Ｅ１…層１２の端部Ｅの先端、Ｅ２…先端Ｅ１よりも層１２における内側の位置、
Ｈ…固化部、Ｌ…レーザー、Ｏ…三次元造形物、Ｒ…レーザー照射範囲、Ｓ…段差、
Ｓ１…段差、Ｓ２…段差
５…乾燥ユニット、６…レーザーユニット、７…噴射部（層形成部）、８…乾燥部、
９…ガルバノミラー、１０…レーザー発生部、１１…造形台、１１ａ…造形面、
１２…三次元造形物Ｏの層、１２ａ…流動性材料からなる層、１２ｂ…支持材料の層、
１３…ボンベ、１４…ガス管、１５…ガス管、１６…筐体部、２０…レーザー照射部、
Ｃ…凸状部分、Ｃ１…凸状部分、Ｃ２…凸状部分、Ｅ…層１２の端部、
Ｅ１…層１２の端部Ｅの先端、Ｅ２…先端Ｅ１よりも層１２における内側の位置、
Ｈ…固化部、Ｌ…レーザー、Ｏ…三次元造形物、Ｒ…レーザー照射範囲、Ｓ…段差、
Ｓ１…段差、Ｓ２…段差
Claims (10)
- 三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層を形成する層形成工程と、
前記層にレーザーを照射して前記層に含まれる前記粉末を固化させるレーザー照射工程と、を含み、
前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の形状に応じて、前記層の端部における前記レーザーの照射位置を前記層の端部の先端の位置に対して制御することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれないように制御することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の端部の形状が前記レーザーの照射方向において広がる斜面である場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれるように制御することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程は、前記流動性材料に加えて、前記流動性材料の前記層の端部において前記流動性材料を支持する流動性の支持材料を用いて層を形成し、
前記レーザー照射工程は、製造する前記三次元造形物の端部の形状が前記レーザーの照射方向において狭まる斜面である場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記流動性材料の前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記流動性材料の前記層の端部の先端が含まれるように制御することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程は、前記流動性材料を液滴状に吐出して前記層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項５に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記レーザーの照射位置精度は、前記液滴の配置位置精度よりも高いことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項１から６のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程と前記レーザー照射工程とを繰り返して、前記層を積層することにより前記三次元造形物を製造することを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 請求項７に記載された三次元造形物の製造方法において、
製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面である場合、前記三次元造形物の端部と各々の前記層形成工程における前記層の端部とを対応させるとともに、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記流動性材料の配置位置を各々の前記層形成工程で揃えることを特徴とする三次元造形物の製造方法。 - 三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を用いて層を形成する層形成部と、
前記層にレーザーを照射して前記層に含まれる前記粉末を固化させるレーザー照射部と、
製造する前記三次元造形物の形状に応じて、前記層の端部における前記レーザーの照射位置を前記層の端部の先端の位置に対して制御する制御部と、
を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。 - 請求項９に記載された三次元造形物の製造装置において、
前記制御部は、
製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面であるか斜面であるかを判断し、
製造する前記三次元造形物の端部の形状が垂直面であると判断した場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれないように制御し、
製造する前記三次元造形物の端部の形状が斜面であると判断した場合、前記三次元造形物の端部に対応する前記層の端部における前記レーザーの照射位置を、前記層の端部の先端が含まれるように制御することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
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