JP2020002430A - 造形方法及び造形装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】造形時の造形物の強度を向上させる。【解決手段】第一の粉末を用いて粉末層を形成する工程と、前記粉末層の一部の領域に、前記第一の粉末よりも平均粒子径が小さい第二の粉末を配置する配置工程と、前記第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融する温度で、前記第二の粉末が配置された前記粉末層を加熱する加熱工程と、を含み、前記第二の粉末が、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む粉末である。【選択図】図１
Description
本発明は、粒子状の材料を用いて立体物を造形する技術に関する。
立体物を造形する方法として、造形対象物である立体物モデルのスライスデータに従って造形材料として粉末材料を積層する積層造形法が注目されている。従来は樹脂材料を用いた造形が主流であったが、最近では、金属やセラミックスなど、樹脂以外の粉末材料を用いた造形を行う装置も増えてきている。
たとえば、金属又はセラミックスなどの粒子と樹脂バインダーとの混合材料を用いて造形物の形状を作製した後に、樹脂を除去（脱脂）し焼結することで、金属又はセラミックスの造形物を得る手法が知られている。特許文献１では、金属粒子含有層に液状結合剤を塗布して固化する工程を繰り返した後に、固化していない領域を取り除くことで、樹脂と金属粒子の複合造形物を作製する手法が開示されている。得られた複合造形物を、熱処理により脱脂、焼結することで金属造形物を得ている。
積層造形法において、オーバーハング構造や可動部のある構造などを有する複雑な形状を作製する場合、非造形領域の上に構造体を形成する必要が生じる。このような場合、構造体の重力方向下側に、構造体を支持するサポート体が設けられる。つまり、造形の過程において、造形対象物の空隙となる領域には、必要に応じてサポート体が形成される。
たとえば、金属又はセラミックスなどの粒子と樹脂バインダーとの混合材料を用いて造形物の形状を作製した後に、樹脂を除去（脱脂）し焼結することで、金属又はセラミックスの造形物を得る手法が知られている。特許文献１では、金属粒子含有層に液状結合剤を塗布して固化する工程を繰り返した後に、固化していない領域を取り除くことで、樹脂と金属粒子の複合造形物を作製する手法が開示されている。得られた複合造形物を、熱処理により脱脂、焼結することで金属造形物を得ている。
積層造形法において、オーバーハング構造や可動部のある構造などを有する複雑な形状を作製する場合、非造形領域の上に構造体を形成する必要が生じる。このような場合、構造体の重力方向下側に、構造体を支持するサポート体が設けられる。つまり、造形の過程において、造形対象物の空隙となる領域には、必要に応じてサポート体が形成される。
特許文献１の方法では、樹脂と金属の複合造形物を作製する際に、結合剤を塗布していない粉末（固化していない粉末）をサポート体の代わりとしている。しかし、サポート体代わりの粉末は、脱脂及び焼結の前に除去しなければならないため、オーバーハング構造の形状によっては脱脂後に形状を維持できず、変形、破損することがある。したがって、特許文献１の造形方法では、造形可能な形状、サイズに制限があった。とはいえ、形状維持のためにサポート体代わりの粉末を除去しないで熱処理を行うと、非造形領域の金属粒子が造形領域の金属粒子に合一してしまい、求める形状が得られない可能性がある。
また、樹脂と金属の複合造形物の形状は樹脂成分によって維持されるが、樹脂成分が多いと脱脂時の変形や破損、形成した造形物中の空隙の原因となる。一方で、樹脂成分が少ないと樹脂と金属の複合造形物の強度が弱くなるため、非造形領域の粉末を取り除く際に造形物が破損することがある。特に微細構造部での粉末を取り除くことは困難であった。
従来の課題を解決するために、本発明者らは、造形材料として、樹脂バインダーではなく、粒子径の異なる粉末材料を用い、粒子径の異なる粉末材料は焼結する温度が異なることを利用し、相対的に粒子径の小さい材料を結着材料として使用する方法を考えた。このような方法により、脱脂による形状変化が少なく、形状自由度を増すことができることがわかった。
しかしながら、結着材料として金属酸化物の粉末を用いた場合には、造形物の強度に制限が生じ、造形時において非造形領域の粉末を取り除く際に問題が生じることが懸念される。
しかしながら、結着材料として金属酸化物の粉末を用いた場合には、造形物の強度に制限が生じ、造形時において非造形領域の粉末を取り除く際に問題が生じることが懸念される。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、造形時の造形物の強度を向上させることを目的とする。
本発明の第一態様は、
第一の粉末を用いて粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の一部の領域に、前記第一の粉末よりも平均粒子径が小さい第二の粉末を配置する配置工程と、
前記第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融する温度で、前記第二の粉末が配置された前記粉末層を加熱する加熱工程と、
を含み、
前記第二の粉末が、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む粉末である
ことを特徴とする造形方法を提供する。
第一の粉末を用いて粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の一部の領域に、前記第一の粉末よりも平均粒子径が小さい第二の粉末を配置する配置工程と、
前記第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融する温度で、前記第二の粉末が配置された前記粉末層を加熱する加熱工程と、
を含み、
前記第二の粉末が、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む粉末である
ことを特徴とする造形方法を提供する。
本発明の第二態様は、
第一の粉末を用いて粉末層を形成する形成手段と、
前記粉末層の一部の領域に、平均粒子径が前記第一の粉末よりも小さい第二の粉末を配置する配置手段と、
前記第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融するように前記粉末層を加熱する加熱手段と、
を有し、
前記第二の粉末が、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む
ことを特徴とする造形装置を提供する。
第一の粉末を用いて粉末層を形成する形成手段と、
前記粉末層の一部の領域に、平均粒子径が前記第一の粉末よりも小さい第二の粉末を配置する配置手段と、
前記第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融するように前記粉末層を加熱する加熱手段と、
を有し、
前記第二の粉末が、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む
ことを特徴とする造形装置を提供する。
本発明によれば、造形時の造形物の強度を向上させることが可能となる。
本発明は、粒子状の材料を用いて立体的な造形物を作製するための造形方法に用いられる粒子に関する。
本発明の方法は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）システム、三次元プリンタ、ラピッドプロトタイピングシステムなどと呼ばれる造形装置における造形プロセスに好ましく利用可能である。
以下、本発明の好ましい実施形態及び実施例を示して、本発明を詳細に説明する。各図面において、同一部材あるいは対応する部材を示す箇所には、同一の符号を付与している。特に図示あるいは記述をしない構成や工程には、当該技術分野の周知技術又は公知技術を適用することが可能である。また、重複する説明は省略する場合がある。
本発明の方法は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）システム、三次元プリンタ、ラピッドプロトタイピングシステムなどと呼ばれる造形装置における造形プロセスに好ましく利用可能である。
以下、本発明の好ましい実施形態及び実施例を示して、本発明を詳細に説明する。各図面において、同一部材あるいは対応する部材を示す箇所には、同一の符号を付与している。特に図示あるいは記述をしない構成や工程には、当該技術分野の周知技術又は公知技術を適用することが可能である。また、重複する説明は省略する場合がある。
本実施形態の造形方法は、第一の粉末を用いて粉末層を形成する工程と、粉末層の一部の領域に、第一の粉末よりも平均粒子径が小さい第二の粉末を配置する配置工程とを含む。さらに本実施形態の造形方法は、第一の粉末が焼結せず、第二の粉末が焼結または溶融する温度で、第二の粉末が配置された粉末層を加熱する加熱工程を含む。
このような造形方法において、本発明者らは鋭意検討の結果、第二の粉末として、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む粉末を用いることで、造形時の造形物の強度を
向上させることができることを見出した。
このような造形物ができる具体的なメカニズムは明確になっていないが、以下のように推定することができる。
このような造形方法において、本発明者らは鋭意検討の結果、第二の粉末として、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む粉末を用いることで、造形時の造形物の強度を
向上させることができることを見出した。
このような造形物ができる具体的なメカニズムは明確になっていないが、以下のように推定することができる。
本実施形態において第二の粉末は、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む。また、上記の造形方法は、粒子径が小さいほど粒子どうしが焼結または溶融しやすくなることを利用する造形方法である。
この造形方法によれば、第一の粉末と、第一の粉末よりも平均粒子径が小さい第二の粉末との間の焼結温度の差及び／又は焼結時間の差を利用して、第二の粉末の焼結または溶融により選択的に第二の粉末が存在する箇所の第一の粉末を固定することができる。
このとき、第二の粉末が焼結または溶融しやすくなる度合いは、第二の粉末を構成する粒子の粒子径がナノサイズになるほど顕著になる。
したがって、金属部分を含有した金属酸化物ナノ粒子は、金属酸化物よりもエネルギーが高い金属部分を含有することで、金属酸化物と比較して、より焼結または溶融がしやすくなるものと推定することができる。
この造形方法によれば、第一の粉末と、第一の粉末よりも平均粒子径が小さい第二の粉末との間の焼結温度の差及び／又は焼結時間の差を利用して、第二の粉末の焼結または溶融により選択的に第二の粉末が存在する箇所の第一の粉末を固定することができる。
このとき、第二の粉末が焼結または溶融しやすくなる度合いは、第二の粉末を構成する粒子の粒子径がナノサイズになるほど顕著になる。
したがって、金属部分を含有した金属酸化物ナノ粒子は、金属酸化物よりもエネルギーが高い金属部分を含有することで、金属酸化物と比較して、より焼結または溶融がしやすくなるものと推定することができる。
ナノ粒子が金属酸化物かどうかは、エックス線回折法、ＴＥＭ−ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）などの既存の元素分析で判断することができる。特に、ナノ粒子中の金属酸化物部分および金属部分の存在領域を分析するために、ＴＥＭ−ＥＤＸによる元素分析を行うことができる。また、金属酸化物ナノ粒子に金属部分が存在するかしないかは、エックス線回折法、ＴＥＭ−ＥＤＸを用いて判断することができる。
＜造形方法＞
本実施形態に係る造形方法は、概略、下記の（工程１）〜（工程４）を有する。
（工程１）第一の粒子を用いて粉末層を形成する工程
（工程２）粉末層のうちの造形領域に、第二の粒子を付与する工程
（工程３）第二の粒子を焼結し、造形領域内の第一の粒子どうしを固定する工程
（工程４）造形領域外の第一の粒子を取り除く工程
上記の（工程１）〜（工程４）を行うことにより、粉末層１層分の厚みを有するシート状（又は板状）の造形物を形成することができる。さらに、上記の（工程１）〜（工程２）を繰り返して多数の粉末層を積層することで、３次元的な造形物を形成することができる。
本実施形態に係る造形方法は、概略、下記の（工程１）〜（工程４）を有する。
（工程１）第一の粒子を用いて粉末層を形成する工程
（工程２）粉末層のうちの造形領域に、第二の粒子を付与する工程
（工程３）第二の粒子を焼結し、造形領域内の第一の粒子どうしを固定する工程
（工程４）造形領域外の第一の粒子を取り除く工程
上記の（工程１）〜（工程４）を行うことにより、粉末層１層分の厚みを有するシート状（又は板状）の造形物を形成することができる。さらに、上記の（工程１）〜（工程２）を繰り返して多数の粉末層を積層することで、３次元的な造形物を形成することができる。
（各工程の説明）
以下、図１Ａ〜図１Ｈ、図２Ａ〜図２Ｇ、図３を用いて、造形方法の各工程について説明する。図１Ａ〜図１Ｈ、図２Ａ〜図２Ｇは、本実施形態の造形方法の流れを模式的に示している。図１Ａ〜図１Ｈは（工程１）〜（工程３）を複数回繰り返したのち（工程４）を実行するシーケンスの例、図２Ａ〜図２Ｇは（工程１）と（工程２）を交互に複数回繰り返したのち（工程３）と（工程４）を実行するシーケンスの例である。図３は粉末層の構造を模式的に示す拡大図である。
以下、図１Ａ〜図１Ｈ、図２Ａ〜図２Ｇ、図３を用いて、造形方法の各工程について説明する。図１Ａ〜図１Ｈ、図２Ａ〜図２Ｇは、本実施形態の造形方法の流れを模式的に示している。図１Ａ〜図１Ｈは（工程１）〜（工程３）を複数回繰り返したのち（工程４）を実行するシーケンスの例、図２Ａ〜図２Ｇは（工程１）と（工程２）を交互に複数回繰り返したのち（工程３）と（工程４）を実行するシーケンスの例である。図３は粉末層の構造を模式的に示す拡大図である。
なお、造形を開始する前に、造形装置又は外部装置（例えばパーソナルコンピュータなど）によって、造形対象物の３次元形状データから、各層を形成するためのスライスデータが生成されているものとする。３次元形状データとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成されたデータを用いることができ、例えば、ＳＴＬファイルなどを好ましく利用できる。スライスデータは、造形対象物の３次元形状を所定の間隔（厚み）でスライスして得られるデータであり、断面の形状、層の厚み、材料の配置などの情報を含むデータである。層の厚みは造形精度に影響するため、要求される造形精度や造形に用いる粒子の粒子径に応じて層の厚みを決めると良い。
（工程１）第一の粉末を用いて粉末層を形成する工程
本工程では、造形対象物のスライスデータに基づき、第一の粒子１を含む第一の粉末を用いて粉末層１１が形成される（図１Ａ、図２Ａ）。本明細書では、複数の粒子の集合体を「粉末」と称し、粉末を所定の厚さに均したものを「粉末層」と称し、複数の粉末層を積層したものを「積層体」と称す。本工程の段階では、粉末層１１を構成する個々の粒子は固定されていないが、粒子間に作用する摩擦力により粉末層１１の形態は保持される。
本工程では、造形対象物のスライスデータに基づき、第一の粒子１を含む第一の粉末を用いて粉末層１１が形成される（図１Ａ、図２Ａ）。本明細書では、複数の粒子の集合体を「粉末」と称し、粉末を所定の厚さに均したものを「粉末層」と称し、複数の粉末層を積層したものを「積層体」と称す。本工程の段階では、粉末層１１を構成する個々の粒子は固定されていないが、粒子間に作用する摩擦力により粉末層１１の形態は保持される。
粉末層１１を形成する第一の粉末を構成する第一の粒子１としては、例えば、樹脂粒子、金属粒子、セラミックス粒子などを使用することができる。
その中でも、第一の粒子１として、無機材料の粒子、具体的には、金属粒子又はセラミックス粒子を用いることが好ましい。強度や耐熱性などの物性が樹脂より優れており、造形精度や造形物の強度を向上することができるからである。
特に、第一の粒子１が、金属粒子である場合、第二の粒子どうしの焼結または溶融時に第二の粒子中の金属部分との固着が進みやすくなる傾向にあり好ましい。
なお、従来の造形方法では後加工（サポート体の除去など）が困難という理由から、金属又はセラミックスで造形可能な形状に制限があった。これに対し、本実施形態の方法は後述するように金属やセラミックスでも複雑形状や微細形状の造形が容易である。したがって、第一の粒子に金属粒子やセラミックス粒子を用いる造形は、本実施形態の造形方法を好ましく適用できる対象の一つである。
その中でも、第一の粒子１として、無機材料の粒子、具体的には、金属粒子又はセラミックス粒子を用いることが好ましい。強度や耐熱性などの物性が樹脂より優れており、造形精度や造形物の強度を向上することができるからである。
特に、第一の粒子１が、金属粒子である場合、第二の粒子どうしの焼結または溶融時に第二の粒子中の金属部分との固着が進みやすくなる傾向にあり好ましい。
なお、従来の造形方法では後加工（サポート体の除去など）が困難という理由から、金属又はセラミックスで造形可能な形状に制限があった。これに対し、本実施形態の方法は後述するように金属やセラミックスでも複雑形状や微細形状の造形が容易である。したがって、第一の粒子に金属粒子やセラミックス粒子を用いる造形は、本実施形態の造形方法を好ましく適用できる対象の一つである。
第一の粒子１として使用可能な金属としては、例えば、銅、錫、鉛、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、チタン、タンタル、鉄などが挙げられる。
また、ステンレス合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金などの金属合金を、第一の粒子１として用いてもよい。
また、炭素鋼など金属に炭素などの非金属元素を添加したものを、第一の粒子１として用いてもよい。
また、第一の粒子１としては、酸化物セラミックスを用いてもよいし、非酸化物セラミックスを用いてもよい。酸化物セラミックスとしては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ウラン、チタン酸バリウム、バリウムヘキサフェライト、ムライトなどの金属酸化物が挙げられる。非酸化物セラミックスとしては、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ホウ素、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ランタン、モリブデンシリサイド、鉄シリサイド、バリウムシリサイドなどが挙げられる。第一の粒子１は、複数種類の金属の複合粒子や、複数種類のセラミックスの複合粒子であってもよい。
また、ステンレス合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金などの金属合金を、第一の粒子１として用いてもよい。
また、炭素鋼など金属に炭素などの非金属元素を添加したものを、第一の粒子１として用いてもよい。
また、第一の粒子１としては、酸化物セラミックスを用いてもよいし、非酸化物セラミックスを用いてもよい。酸化物セラミックスとしては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ウラン、チタン酸バリウム、バリウムヘキサフェライト、ムライトなどの金属酸化物が挙げられる。非酸化物セラミックスとしては、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化ホウ素、ホウ化チタン、ホウ化ジルコニウム、ホウ化ランタン、モリブデンシリサイド、鉄シリサイド、バリウムシリサイドなどが挙げられる。第一の粒子１は、複数種類の金属の複合粒子や、複数種類のセラミックスの複合粒子であってもよい。
第一の粉末は、第一の粒子１以外の物質を含んでいてもよい。例えば、粉末層１１の成形を容易にすること、粉末層１１の形態を保持すること、あるいは後述する（工程２）で付与する液体の拡散を良好に制御すること、などを目的として、第一の粉末に添加剤を添加してもよい。これにより造形の容易化及び造形精度の向上を図ることができる。また、第一の粉末の中に、異なる材料からなる複数種類の第一の粒子１を混合してもよい。
第一の粒子１の平均粒子径は、粉末層１１を良好に形成するために、凝集が起こらない程度の寸法にすることが好ましい。また、第一の粒子１の平均粒子径は、（工程２）で付与する液体の拡散、（工程３）の加熱処理における粒子固定、さらには造形物の強度や機能の要求に適した寸法にすることが好ましい。具体的には、第一の粒子１の体積基準の平均粒子径が、１μｍ以上、５００μｍ以下の範囲から選択されるとよく、好ましくは、１μｍ以上、１００μｍ以下の範囲から選択されるとよい。平均粒子径が１μｍ以上であることで、粉末層形成時の粒子の凝集が抑えられ、欠陥の少ない層形成が容易になる傾向に
ある。また、平均粒子径が５００μｍより大きいと、造形物の表面が粗くなってしまい、高精度な造形物を造形できないことが懸念される。
第一の粒子１の平均粒子径は、粉末層１１を良好に形成するために、凝集が起こらない程度の寸法にすることが好ましい。また、第一の粒子１の平均粒子径は、（工程２）で付与する液体の拡散、（工程３）の加熱処理における粒子固定、さらには造形物の強度や機能の要求に適した寸法にすることが好ましい。具体的には、第一の粒子１の体積基準の平均粒子径が、１μｍ以上、５００μｍ以下の範囲から選択されるとよく、好ましくは、１μｍ以上、１００μｍ以下の範囲から選択されるとよい。平均粒子径が１μｍ以上であることで、粉末層形成時の粒子の凝集が抑えられ、欠陥の少ない層形成が容易になる傾向に
ある。また、平均粒子径が５００μｍより大きいと、造形物の表面が粗くなってしまい、高精度な造形物を造形できないことが懸念される。
平均粒子径の測定は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置 ＬＡ−９５０（ＨＯＲＩＢＡ社製）を用いて行うことができる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフトを用いる。具体的な測定方法としては、まず、測定溶媒が入ったバッチ式セルをレーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置 ＬＡ−９５０（ＨＯＲＩＢＡ社製）にセットし、光軸の調整、バックグラウンドの調整を行う。ここで、使用する溶媒は測定する粒子が溶解しないものを選択する必要がある。また、測定する粒子の分散向上のために必要に応じて適宜分散剤を溶媒中に添加してもよい。測定対象の粉末を、タングステンランプの透過率が９５％〜９０％になるまでバッチ式セルに添加し、粒子径分布の測定を行い、得られた測定結果から体積基準の平均粒子径を算出することができる。
第一の粉末が、平均粒子径の異なる複数群の第一の粒子１を含んでいてもよい（もちろん、各々の群の平均粒子径はいずれも上述した数値範囲に設定されることが好ましい。）。第一の粉末に平均粒子径の異なる複数群の粒子が含まれる場合、第一の粉末の粒子径分布を測定すると、それぞれの群の平均粒子径近傍に存在比率が高いことを示すピークが現れる。
例えば、相対的に平均粒子径の大きい第一群の粒子と、相対的に平均粒子径の小さい第二群の粒子とを混合することで、粉末層１１を形成したときに第一群の粒子どうしの間隙に第二群の粒子が入り込み、粉末層１１の空隙を減らすことができる。このとき、第二群の粒子の平均粒子径が、後述する第二の粒子の平均粒子径よりも大きく、第一群の粒子の平均粒子径の０．４１倍以下であることが好ましい。第一群の粒子と第二群の粒子の平均粒子径の比をこのように設定すると、第一群の粒子が最密構造を形成した場合の粒子間隙（八面体サイト）に第二群の粒子を配置できるため、粉末層１１の空間充填率を可及的に大きくすることができる。これにより、結果的に空隙率の小さい造形物を作製することができる。なお、第一群の粒子と第二群の粒子は同じ材料の粒子であることが好ましいが、異なる材料の粒子でも構わない。
例えば、相対的に平均粒子径の大きい第一群の粒子と、相対的に平均粒子径の小さい第二群の粒子とを混合することで、粉末層１１を形成したときに第一群の粒子どうしの間隙に第二群の粒子が入り込み、粉末層１１の空隙を減らすことができる。このとき、第二群の粒子の平均粒子径が、後述する第二の粒子の平均粒子径よりも大きく、第一群の粒子の平均粒子径の０．４１倍以下であることが好ましい。第一群の粒子と第二群の粒子の平均粒子径の比をこのように設定すると、第一群の粒子が最密構造を形成した場合の粒子間隙（八面体サイト）に第二群の粒子を配置できるため、粉末層１１の空間充填率を可及的に大きくすることができる。これにより、結果的に空隙率の小さい造形物を作製することができる。なお、第一群の粒子と第二群の粒子は同じ材料の粒子であることが好ましいが、異なる材料の粒子でも構わない。
第一の粒子１は、平均円形度が０．９４以上であることが好ましく、より好ましくは０．９６以上である。第一の粒子１の平均円形度が０．９４以上であれば、粒子が球に近い構造を有することになり、粒子どうしが点接触する点を少なくすることができる。そうなると、第一の粒子１を含む第一の粉末の流動性が向上し、粉末層１１を形成するときに第一の粒子１が最密充填されやすくなるため、空隙が少ない粉末層１１を形成しやすくなる。
粒子の円形度は、以下のように測定することができ、平均円形度は、任意の粒子１０個以上について測定して得られた円形度を平均して得ることができる。
円形度＝（粒子の投影面積と同じ面積の円の周囲長）／（粒子の投影像の周囲長）
ここで、「粒子の投影像」は、粒子画像を二値化することで得ることができる。「粒子の投影面積」は粒子の投影像の面積であり、「粒子の投影像の周囲長」は粒子の投影像の輪郭線の長さである。
円形度は粒子の形状の複雑さを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に１．００を示し、粒子の投影像が円形から外れる程、円形度は小さな値となる。なお、粒子の円形度は、電子顕微鏡などの観察画像の画像処理及び、フロー式粒子像測定装置（例えば、東亜医用電子社製ＦＰＩＡ−３０００型）などを用いて測定を行うことができる。
円形度＝（粒子の投影面積と同じ面積の円の周囲長）／（粒子の投影像の周囲長）
ここで、「粒子の投影像」は、粒子画像を二値化することで得ることができる。「粒子の投影面積」は粒子の投影像の面積であり、「粒子の投影像の周囲長」は粒子の投影像の輪郭線の長さである。
円形度は粒子の形状の複雑さを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に１．００を示し、粒子の投影像が円形から外れる程、円形度は小さな値となる。なお、粒子の円形度は、電子顕微鏡などの観察画像の画像処理及び、フロー式粒子像測定装置（例えば、東亜医用電子社製ＦＰＩＡ−３０００型）などを用いて測定を行うことができる。
粉末層１１の形成は、例えば、特開平８−２８１８０７号公報に開示されているように
、上方開口したコンテナと、コンテナの内部に設定された昇降可能な支持体と、ワイパーを備えた材料供給装置とを用いて形成することができる。具体的には、支持体の上面がコンテナの上縁より一層の厚さ分だけ下方となる位置に調整し、材料供給装置により平板上に材料を供給した後、ワイパーによって平坦化することにより１層分の粉末層１１を形成することができる。あるいは、平面（ステージ又は作製中の造形物の表面）上に第一の粉末を供給し、層厚規制手段（例えばブレードなど）で粉末の表面を均すことにより、所望の厚さの粉末層１１を形成してもよい。さらに、加圧手段（例えば加圧ローラ、加圧板など）で粉末層１１を加圧してもよい。加圧することによって粒子間の接触点数が増加することで、造形物の欠陥が形成されにくくなる傾向にある。また、粉末層中の第一の粒子１が緻密に存在することで、後段の（工程２）及び（工程３）の処理中に第一の粒子１が動くこと（粉末層１１の形態が崩れること）が抑制され、形状精度の高い造形物を作製することができる。
、上方開口したコンテナと、コンテナの内部に設定された昇降可能な支持体と、ワイパーを備えた材料供給装置とを用いて形成することができる。具体的には、支持体の上面がコンテナの上縁より一層の厚さ分だけ下方となる位置に調整し、材料供給装置により平板上に材料を供給した後、ワイパーによって平坦化することにより１層分の粉末層１１を形成することができる。あるいは、平面（ステージ又は作製中の造形物の表面）上に第一の粉末を供給し、層厚規制手段（例えばブレードなど）で粉末の表面を均すことにより、所望の厚さの粉末層１１を形成してもよい。さらに、加圧手段（例えば加圧ローラ、加圧板など）で粉末層１１を加圧してもよい。加圧することによって粒子間の接触点数が増加することで、造形物の欠陥が形成されにくくなる傾向にある。また、粉末層中の第一の粒子１が緻密に存在することで、後段の（工程２）及び（工程３）の処理中に第一の粒子１が動くこと（粉末層１１の形態が崩れること）が抑制され、形状精度の高い造形物を作製することができる。
造形装置が組成の異なる複数種類の第一の粉末を備えており（つまり、異なる種類の第一の粉末を収容可能な複数の粉末収容部を有し）、使用する第一の粉末を切り替え可能であってもよい。例えば、複数の粉末層１１を積層する場合に、層ごとに粉末の組成を変えてもよい。
（工程２）粉末層のうちの造形領域に、第二の粉末を配置する工程
本工程では、造形対象物のスライスデータに基づき、液体付与装置によって、粉末層１１のうちの造形領域Ｓに、第二の粒子２として金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む第二の粉体を含んだ液体１２を付与する（図１Ｂ、図２Ｂ）。ここで、液体１２は、以下の説明では「粒子分散液１２」と呼ぶ場合がある。また、「造形領域Ｓ」とは、造形対象物の断面に対応する領域（つまり、粉末層１１のうち粉末を固めて造形物として取り出すべき部分）をさす。なお、造形領域Ｓ外の領域（つまり、最終的には粉末が除去されるべき部分）は「非造形領域Ｎ」と呼ぶ。
本工程では、造形対象物のスライスデータに基づき、液体付与装置によって、粉末層１１のうちの造形領域Ｓに、第二の粒子２として金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む第二の粉体を含んだ液体１２を付与する（図１Ｂ、図２Ｂ）。ここで、液体１２は、以下の説明では「粒子分散液１２」と呼ぶ場合がある。また、「造形領域Ｓ」とは、造形対象物の断面に対応する領域（つまり、粉末層１１のうち粉末を固めて造形物として取り出すべき部分）をさす。なお、造形領域Ｓ外の領域（つまり、最終的には粉末が除去されるべき部分）は「非造形領域Ｎ」と呼ぶ。
第二の粉末は、少なくとも、第一の粉末よりも低い温度及び／又は短い時間で焼結および溶融が可能な粉末である。これは、次のように換言できる。第一の粉末と第二の粉末の混合粉末を加熱する場合、第一の粉末を構成する少なくとも一部の第一の粒子１どうしは焼結（当然ながら溶融も）せず、第二の粉末を構成する第二の粒子２どうしが焼結または溶融する、加熱条件（温度や時間など）が設定できる。
ここで「焼結」とは、粒子どうしが接触する状態で粉末を融点以下の温度で加熱し、粒子どうしを固定（結合）させる処理をいう。また、「焼結せず」とは、粒子どうしが、固定していない状態、および、弱い力で固定されており、弱い力で固定されている粒子間の境界が電子顕微鏡で確認できる状態を含む。
ここで「焼結」とは、粒子どうしが接触する状態で粉末を融点以下の温度で加熱し、粒子どうしを固定（結合）させる処理をいう。また、「焼結せず」とは、粒子どうしが、固定していない状態、および、弱い力で固定されており、弱い力で固定されている粒子間の境界が電子顕微鏡で確認できる状態を含む。
詳しくは後述するが、本実施形態の造形方法は、次のような特徴を有する。すなわち、第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融する温度で加熱することで、第二の粒子２によって造形領域Ｓ内の第一の粒子１どうしを固定した後に、非造形領域Ｎ内の第１の粉末を取り除くという点に特徴を有する。
前述したように、本実施形態では、第二の粒子２として、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む第二の粉末を用いている。このことで、第二の粉末の焼結または溶融開始温度を第一の粉末の焼結開始温度に比べて十分に小さくする効果が得られる。
本発明者の実験により、金属部分を含有する第二の粒子２を含んだ第二の粉末は、金属部分を含有しない第二の粒子を含んだ第二の粉末に比べて、第二の粉末の焼結開始温度が有意に低下することが確認できた。
前述したように、本実施形態では、第二の粒子２として、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む第二の粉末を用いている。このことで、第二の粉末の焼結または溶融開始温度を第一の粉末の焼結開始温度に比べて十分に小さくする効果が得られる。
本発明者の実験により、金属部分を含有する第二の粒子２を含んだ第二の粉末は、金属部分を含有しない第二の粒子を含んだ第二の粉末に比べて、第二の粉末の焼結開始温度が有意に低下することが確認できた。
第二の粉末に含まれる第二の粒子２の平均粒子径は、１ｎｍ以上、１μｍ以下が好ましく、更に好ましくは１００ｎｍ以下である。以下、第二の粒子２をナノ粒子２と呼ぶ場合
がある。第二の粒子２の平均粒子径が１ｎｍより小さいと、金属酸化物中の金属部分が存在しない場合があると考えられる。また、第二の粒子２の平均粒子径が１μｍより大きいと、焼結温度の差及び／又は焼結時間の差が小さくなってしまい、第一の粒子１どうしを固定することが困難となることが懸念される。また、平均粒子径が１００ｎｍ以下であることで、焼結温度が低下するだけでなく、液体１２中でのナノ粒子２の分散性が良くなり、液体１２を付与する際の均一性が向上するため好ましい。
ナノ粒子２の平均粒子径は第一の粒子１の平均粒子径よりも小さい。これにより、ナノ粒子２が第一の粒子１の間隙に充填され、ナノ粒子２による第一の粒子１どうしの固定が図られやすくなる。
ナノ粒子２の平均粒子径は、液体付与時にナノ粒子２が第一の粒子１の間隙に容易に入り込むことができる程度のサイズに設定するとよい。
がある。第二の粒子２の平均粒子径が１ｎｍより小さいと、金属酸化物中の金属部分が存在しない場合があると考えられる。また、第二の粒子２の平均粒子径が１μｍより大きいと、焼結温度の差及び／又は焼結時間の差が小さくなってしまい、第一の粒子１どうしを固定することが困難となることが懸念される。また、平均粒子径が１００ｎｍ以下であることで、焼結温度が低下するだけでなく、液体１２中でのナノ粒子２の分散性が良くなり、液体１２を付与する際の均一性が向上するため好ましい。
ナノ粒子２の平均粒子径は第一の粒子１の平均粒子径よりも小さい。これにより、ナノ粒子２が第一の粒子１の間隙に充填され、ナノ粒子２による第一の粒子１どうしの固定が図られやすくなる。
ナノ粒子２の平均粒子径は、液体付与時にナノ粒子２が第一の粒子１の間隙に容易に入り込むことができる程度のサイズに設定するとよい。
ナノ粒子２としては、例えば、金属酸化物粒子を使用することができる。
ナノ粒子２として使用可能な金属酸化物としては、例えば、銅、錫、鉛、銀、パラジウム、イリジウム、チタン、アルミニウム、タンタル、鉄などの酸化物が挙げられる。また、ステンレス合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金などの金属合金の酸化物をナノ粒子２として用いてもよい。
また、ナノ粒子２に含有される金属部分の金属としては、例えば、銅、錫、鉛、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、チタン、アルミニウム、タンタル、鉄などが挙げられる。また、ステンレス合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金を用いてもよい。ナノ粒子２は、複数種類の金属酸化物の複合粒子であってもよい。
ナノ粒子２として使用可能な金属酸化物としては、例えば、銅、錫、鉛、銀、パラジウム、イリジウム、チタン、アルミニウム、タンタル、鉄などの酸化物が挙げられる。また、ステンレス合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金などの金属合金の酸化物をナノ粒子２として用いてもよい。
また、ナノ粒子２に含有される金属部分の金属としては、例えば、銅、錫、鉛、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、チタン、アルミニウム、タンタル、鉄などが挙げられる。また、ステンレス合金、チタン合金、コバルト合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、鉄合金、ニッケル合金、クロム合金、シリコン合金、ジルコニウム合金を用いてもよい。ナノ粒子２は、複数種類の金属酸化物の複合粒子であってもよい。
ナノ粒子２は、第一の粒子１と少なくとも一種類の同じ成分を含有することが好ましい。同じ成分を含有することで、ナノ粒子２の焼結時にナノ粒子２表面と第一の粒子１表面とが結合しやすくなり、強固に第一の粒子１を固定することができる。さらには、ナノ粒子２が、第一の粒子１に含有されている成分を成分として構成されているとより好ましい。より好ましくは、ナノ粒子２が、第一の粒子１に含有されている成分を主成分として構成されているとよい。
最終的な造形物は第一の粒子１とナノ粒子２の混合物になるところ、ナノ粒子２が第一の粒子１に含有されている成分（材料）で構成されていれば、造形物内の不純物の量が少なくなり、造形物の材質が均質化される。このことで、造形物の強度や品質を向上することができる。例えば、第一の粒子１が鉄を含有するステンレス合金である場合、ナノ粒子２としては酸化鉄粒子などを好適に使用できる。
最終的な造形物は第一の粒子１とナノ粒子２の混合物になるところ、ナノ粒子２が第一の粒子１に含有されている成分（材料）で構成されていれば、造形物内の不純物の量が少なくなり、造形物の材質が均質化される。このことで、造形物の強度や品質を向上することができる。例えば、第一の粒子１が鉄を含有するステンレス合金である場合、ナノ粒子２としては酸化鉄粒子などを好適に使用できる。
前述のように、領域ごと又は層ごとに第一の粉末の組成を変更可能な構成の場合、ナノ粒子２の組成及び液体１２の種類を、第一の粉末の組成に合わせて領域ごと又は層ごとに変えてもよいし、あるいはすべて同じ種類の液体１２を用いてもよい。液体１２の濃度及び量は、造形物の空隙率に影響するため、要求される造形物の空隙率に応じて決めるとよい。
液体１２を粉末層１１に付与する工程と（工程３）のあいだに、液体１２を乾燥させる工程を設けるとよい。液体１２を乾燥させる工程は、１層ごとに行うのが好ましい。乾燥が進むにつれて徐々に濃縮される液体１２が、その表面張力によって、第一の粒子１間の粒界に集まる。液体中のナノ粒子２は液体１２の動きに伴い、選択的に第一の粒子１間の粒界に集まり、凝集する。乾燥工程の結果として、第一の粒子１の粒界にナノ粒子２が集積することによって後述するナノ粒子２の焼結時に第一の粒子１を効率的にかつ強固に固定することができる。液体を乾燥する際には、液体１２の濃度や量などに応じて最適な温度、時間などの乾燥条件を選ぶとよい。
液体１２を粉末層１１に付与する工程と（工程３）のあいだに、液体１２を乾燥させる工程を設けるとよい。液体１２を乾燥させる工程は、１層ごとに行うのが好ましい。乾燥が進むにつれて徐々に濃縮される液体１２が、その表面張力によって、第一の粒子１間の粒界に集まる。液体中のナノ粒子２は液体１２の動きに伴い、選択的に第一の粒子１間の粒界に集まり、凝集する。乾燥工程の結果として、第一の粒子１の粒界にナノ粒子２が集積することによって後述するナノ粒子２の焼結時に第一の粒子１を効率的にかつ強固に固定することができる。液体を乾燥する際には、液体１２の濃度や量などに応じて最適な温度、時間などの乾燥条件を選ぶとよい。
また、液体１２の均一性を増すために、溶媒を添加してもよい。具体的な溶媒として水溶媒、有機溶媒若しくは水溶媒と有機溶媒の混合溶媒を用いることができる。水溶媒としては、純水等を用いることができる。また、有機溶媒としては、メタノールやエタノール等のアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケトン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素等が用いられる。液体１２に溶媒を添加すると、乾燥時に適切な速度で溶媒の蒸発が行われるため、ナノ粒子２の分散ムラが発生しにくい傾向にある。
液体１２中のナノ粒子２の分散性を制御するために添加剤を適宜添加することもできる。液体１２は、必要に応じて顔料などの機能性物質を含んでいても良い。
また、液体１２は、粒子を固定するための結合剤を含んでもよい。結合剤としては既存の物質が使用可能であるが、後述する（工程３）の加熱処理により分解される物質、即ち、ナノ粒子が焼結する温度または溶融する温度よりも低い分解温度を有する物質が好ましい。加熱により分解されることで、（工程３）までは造形領域Ｓ内の第一の粒子１及び／又は造形領域Ｓ内のナノ粒子２を固定しながらも、（工程３）で除去できるため、造形物中の不純物となりにくい。具体的な結合剤としては、樹脂材料や水溶性炭水化物が挙げられる。結合剤は液体中に溶解することが好ましい。
また、液体１２は、粒子を固定するための結合剤を含んでもよい。結合剤としては既存の物質が使用可能であるが、後述する（工程３）の加熱処理により分解される物質、即ち、ナノ粒子が焼結する温度または溶融する温度よりも低い分解温度を有する物質が好ましい。加熱により分解されることで、（工程３）までは造形領域Ｓ内の第一の粒子１及び／又は造形領域Ｓ内のナノ粒子２を固定しながらも、（工程３）で除去できるため、造形物中の不純物となりにくい。具体的な結合剤としては、樹脂材料や水溶性炭水化物が挙げられる。結合剤は液体中に溶解することが好ましい。
また、結合剤の付与を液体１２の付与工程とは分け、（工程２）の後かつ（工程３）の前に、粉末層１１に対し結合剤を付与する工程を設けてもよい。この場合、結合剤は、造形領域Ｓまたは／および非造形領域Ｎに付与することができる。結合剤を付与することにより、第一の粒子１を仮固定することができ、次の粉末層形成が容易になる傾向にある。
結合剤の付与方法としては、液体に結合剤を溶かした液体結合剤を、液体付与装置を用いて付与する方法が好ましい。液体結合剤には、樹脂材料を溶剤に溶かした樹脂溶液、水溶性物質を水に溶かした溶液などを用いることができる。
ナノ粒子を分散させた液体１２と結合剤を含有する液とを分けて付与すれば、それぞれの付与装置を付与する液体に応じて独立して最適化することができるため、付与装置の耐久性が優れる傾向にあり、好ましい。
結合剤の付与方法としては、液体に結合剤を溶かした液体結合剤を、液体付与装置を用いて付与する方法が好ましい。液体結合剤には、樹脂材料を溶剤に溶かした樹脂溶液、水溶性物質を水に溶かした溶液などを用いることができる。
ナノ粒子を分散させた液体１２と結合剤を含有する液とを分けて付与すれば、それぞれの付与装置を付与する液体に応じて独立して最適化することができるため、付与装置の耐久性が優れる傾向にあり、好ましい。
結合剤は、（工程２）を行っている間は第一の粒子１及び／又は造形領域Ｓ内のナノ粒子２の固定に寄与し、（工程３）での加熱により分解され除去される。従って、造形領域Ｓ内に付与された結合剤は、（工程２）の間は造形物の形状を保ち、（工程３）において、熱によって分解され、分解物が第一の粒子間の隙間を通って除去される。その結果、結合剤が造形物中の不純物として残りにくく、非造形領域Ｎ内の第一の粒子１の除去も容易である。結合剤の残留が生じないように結合剤の種類及び量を決定することが好ましい。
液体１２あるいは液体結合剤の付与に用いる液体付与装置としては、所望の位置に所望の量で液体を付与できる装置であればどのようなものを用いてもよい。液量や配置位置が精度良く制御可能な点から、インクジェット装置を好ましく利用できる。
粒子分散液である液体１２と液体結合剤とを分けて付与する場合は、それぞれの液を吐出するノズルが設けられたヘッドを有するインクジェット装置により、造形領域Ｓへの粒子分散液１２の付与と液体結合剤の付与を一度に行う構成も好ましい。
粒子分散液である液体１２と液体結合剤とを分けて付与する場合は、それぞれの液を吐出するノズルが設けられたヘッドを有するインクジェット装置により、造形領域Ｓへの粒子分散液１２の付与と液体結合剤の付与を一度に行う構成も好ましい。
インクジェット装置にて吐出する場合には液体１２の粘度は適切な値とすることが必要であり、５０ｃＰ以下が好ましく、より好ましくは２０ｃＰ以下である。一方で、第一の粒子１間に液体１２を速やかに拡散させるため、また乾燥時に液体１２を第一の粒子１間に凝集させるために、液体１２の粘度を適切な値とする必要があるが、２０ｃＰ以下であることで流体組成物吐出をより制御しやすくなる傾向にある。
造形物の体積密度を上げて強度をより高めるためには、液体１２中のナノ粒子２の体積
濃度は、上記粘度の範囲内で、高い方が好ましい。しかしながら、液体１２を乾燥する過程において、第一の粒子１間の接触点近傍にナノ粒子２を集積させやすくする観点では、液体１２の体積濃度は低い方が望ましい。これらの条件から、液体１２の体積濃度が５０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、より好ましくは３０ｖｏｌ％以下である。固形分濃度が５０ｖｏｌ％以下であることで、液体１２が乾燥する際に第一の粒子１間にナノ粒子２が集積する傾向があり、効率よく第一の粒子１の固定に寄与するため好ましい。
また、液体１２は複数回付与してもよく、付与するごとに乾燥させてもよい。複数回付与することで造形領域における粉末層１１中のナノ粒子２の濃度を制御することができる。
濃度は、上記粘度の範囲内で、高い方が好ましい。しかしながら、液体１２を乾燥する過程において、第一の粒子１間の接触点近傍にナノ粒子２を集積させやすくする観点では、液体１２の体積濃度は低い方が望ましい。これらの条件から、液体１２の体積濃度が５０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、より好ましくは３０ｖｏｌ％以下である。固形分濃度が５０ｖｏｌ％以下であることで、液体１２が乾燥する際に第一の粒子１間にナノ粒子２が集積する傾向があり、効率よく第一の粒子１の固定に寄与するため好ましい。
また、液体１２は複数回付与してもよく、付与するごとに乾燥させてもよい。複数回付与することで造形領域における粉末層１１中のナノ粒子２の濃度を制御することができる。
（工程３）第二の粉末を焼結または溶融し、造形領域内の第一の粒子どうしを固定する工程
本工程では、第二の粉末が焼結または溶融する条件にて粉末層１１を加熱することで、焼結または溶融するナノ粒子２を介して、造形領域Ｓ内の第一の粒子１どうしを固定する（図１Ｃ、図１Ｆ、図２Ｆ）。
本工程では、第二の粉末が焼結または溶融する条件にて粉末層１１を加熱することで、焼結または溶融するナノ粒子２を介して、造形領域Ｓ内の第一の粒子１どうしを固定する（図１Ｃ、図１Ｆ、図２Ｆ）。
図１Ｃ、図１Ｆの符号１３は粒子どうしが固定された領域を示している。図１Ａ〜図１Ｈの造形プロセスでは、（工程１）から（工程３）、即ち、図１Ｄ〜図１Ｆを繰り返し、造形領域Ｓ内の粒子のみを固定しながら粉末層を積層することで、造形物を内部に含む積層体１４が形成される。また、図２Ａ〜図２Ｇの造形プロセスでは、（工程１）と（工程２）、即ち、図２Ｃ〜図２Ｄを繰り返し、造形領域Ｓ内にナノ粒子２を付与した状態の粉末層を積層したのち、複数の粉末層からなる積層体１６をまとめて加熱する。この造形プロセスでも、図１Ｇと同じように、造形物を内部に含む積層体１４が形成される。なお、積層体１６を加熱する前に、積層体１６を加圧する工程を設けてもよい。積層体１６を加圧することによって、第一の粒子１間の接点数が増加し、加熱時の粒子間結着が効率よく進む傾向にあるからである。
加熱時の雰囲気は材料の種類に応じて任意に定めることができる。
例えば第一の粒子として金属粒子を使用する場合、Ａｒ、Ｎ２などの不活性ガスや、水素ガス雰囲気、真空雰囲気などの酸素が少ない雰囲気で加熱することが、焼結時の金属の酸化を抑えることができるため好ましい。
また、（工程３）の工程で、周囲に第一の粒子が存在する状況下で、有機成分、樹脂を熱により除去することができるため、造形物の形状を維持しながら、造形物中の残炭素成分を減らすことができる。特に造形物中に厚さが異なる造形形状が混在する場合でも、内部の有機成分、樹脂成分を除去することができるため、造形物の形状の自由度に優れる。
例えば第一の粒子として金属粒子を使用する場合、Ａｒ、Ｎ２などの不活性ガスや、水素ガス雰囲気、真空雰囲気などの酸素が少ない雰囲気で加熱することが、焼結時の金属の酸化を抑えることができるため好ましい。
また、（工程３）の工程で、周囲に第一の粒子が存在する状況下で、有機成分、樹脂を熱により除去することができるため、造形物の形状を維持しながら、造形物中の残炭素成分を減らすことができる。特に造形物中に厚さが異なる造形形状が混在する場合でも、内部の有機成分、樹脂成分を除去することができるため、造形物の形状の自由度に優れる。
（工程４）造形領域外の第一の粒子を取り除く工程
本工程では、（工程３）で得られた積層体１４から造形領域Ｓ外の粉末を除去し、造形物１５を得る（図１Ｆ、図２Ｇ）。積層体１４から不要な粉末を除去する方法としては、公知の方法含め、いかなる方法を用いてもよい。例えば、洗浄、エア吹付、吸引、加振などが挙げられる。
本実施形態の造形方法では除去対象となる粉末に含まれる第一の粒子１は固定されていないか、固定されていたとしても、造形領域Ｓと比較して弱く固定されているため、除去が極めて容易である。また、除去した粉末は回収して造形材料として再利用することもできる。
本工程では、（工程３）で得られた積層体１４から造形領域Ｓ外の粉末を除去し、造形物１５を得る（図１Ｆ、図２Ｇ）。積層体１４から不要な粉末を除去する方法としては、公知の方法含め、いかなる方法を用いてもよい。例えば、洗浄、エア吹付、吸引、加振などが挙げられる。
本実施形態の造形方法では除去対象となる粉末に含まれる第一の粒子１は固定されていないか、固定されていたとしても、造形領域Ｓと比較して弱く固定されているため、除去が極めて容易である。また、除去した粉末は回収して造形材料として再利用することもできる。
以上述べた本実施形態の造形方法は、次のような特徴を有する。
・主たる造形材料である第一の粒子１どうしを直接結合させるのではなく、ナノ粒子２を焼結または溶融させ、ナノ粒子２の結合作用によってその周囲に存在する第一の粒子１を間接的に結合させる。したがって、ナノ粒子２を付与する位置及び範囲を制御すること
で、造形物の形状を制御することができる。しかも粒子分散液１２の状態でナノ粒子２を付与するため、インクジェット装置などの液体付与装置を利用することでナノ粒子２を付与する位置、範囲、量などを簡単にかつ高精度に制御することができる。
・ナノ粒子２を焼結または溶融させるので、第一の粒子１どうしを強固に結合させることができる。また、ナノ粒子２が第一の粒子１の間隙を埋める作用があるので、造形物の空隙率を低減することができる。
・主たる造形材料である第一の粒子１どうしを直接結合させるのではなく、ナノ粒子２を焼結または溶融させ、ナノ粒子２の結合作用によってその周囲に存在する第一の粒子１を間接的に結合させる。したがって、ナノ粒子２を付与する位置及び範囲を制御すること
で、造形物の形状を制御することができる。しかも粒子分散液１２の状態でナノ粒子２を付与するため、インクジェット装置などの液体付与装置を利用することでナノ粒子２を付与する位置、範囲、量などを簡単にかつ高精度に制御することができる。
・ナノ粒子２を焼結または溶融させるので、第一の粒子１どうしを強固に結合させることができる。また、ナノ粒子２が第一の粒子１の間隙を埋める作用があるので、造形物の空隙率を低減することができる。
・（工程３）ではナノ粒子２が存在する箇所が選択的に固定されるので、非造形領域Ｎの粒子の除去が容易である。
・（工程４）の直前まで造形領域Ｓ外の第一の粒子１が形態を保持したまま残っているため、オーバーハング構造がある場合には、オーバーハング構造の下の第一の粒子１をサポート体として利用することができる。
これにより、造形物の変形、割れを抑制することができる。しかも、サポート体として利用される第一の粒子１は、除去が容易である。
したがって、本実施形態の造形方法によれば、金属材料を用いて、従来手法では造形が困難だった複雑形状や微細形状の造形を容易にかつ高品質に行うことが可能である。
・（工程４）の直前まで造形領域Ｓ外の第一の粒子１が形態を保持したまま残っているため、オーバーハング構造がある場合には、オーバーハング構造の下の第一の粒子１をサポート体として利用することができる。
これにより、造形物の変形、割れを抑制することができる。しかも、サポート体として利用される第一の粒子１は、除去が容易である。
したがって、本実施形態の造形方法によれば、金属材料を用いて、従来手法では造形が困難だった複雑形状や微細形状の造形を容易にかつ高品質に行うことが可能である。
・図２Ａ〜図２Ｇのように積層体１６を形成し、まとめて加熱する場合には、造形物の全体が均一に加熱される。したがって、局所的な熱衝撃が少なくなり、造形物形成時のひずみや割れが低減する。
・樹脂を使用しなくても造形ができるため、脱脂による造形物の縮みや変形を回避できる。また、樹脂を使用しない、もしくは樹脂を使用しても（工程２）で除去することで、不純物の少ない造形物を作製できる。
・樹脂を使用しなくても造形ができるため、脱脂による造形物の縮みや変形を回避できる。また、樹脂を使用しない、もしくは樹脂を使用しても（工程２）で除去することで、不純物の少ない造形物を作製できる。
上述した（工程１）〜（工程４）は本実施形態の造形方法のうちの基本的な工程を例示するものにすぎず、本発明の範囲は上述した内容に限定されるものではない。上述した各工程の具体的な処理内容を適宜変更したり、上述した各工程以外の工程を追加しても構わない。
例えば、（工程４）の後に、（工程３）での加熱温度よりも高い温度で造形物１５を加熱する工程を設けてもよい。このような追加加熱処理を行うことで、造形物１５の密度を高めることができる。この場合に、第一の粒子１が焼結する条件（加熱温度、加熱時間など）で造形物１５を加熱してもよい。第一の粒子１どうしを焼結させることにより、造形物１５の特性を向上させ、強度をより高めることができる。
本実施形態の方法で得られる造形物１５は基本的に造形材料のみ（第一の粒子１とナノ粒子２）で構成されており、従来方法の造形物のように樹脂バインダーのような結合剤を含まなくてよい。
したがって、造形物１５を追加で加熱（焼結）したとしても、加熱処理の前後で造形物１５の組成変化が小さい。また、従来方法では加熱処理で樹脂を脱脂する際に造形物の形状が変化するおそれがあったが、本実施形態の造形物１５の場合はそのような問題も生じにくい。
本実施形態の方法で得られる造形物１５は基本的に造形材料のみ（第一の粒子１とナノ粒子２）で構成されており、従来方法の造形物のように樹脂バインダーのような結合剤を含まなくてよい。
したがって、造形物１５を追加で加熱（焼結）したとしても、加熱処理の前後で造形物１５の組成変化が小さい。また、従来方法では加熱処理で樹脂を脱脂する際に造形物の形状が変化するおそれがあったが、本実施形態の造形物１５の場合はそのような問題も生じにくい。
（粒子の製造方法）
第一の粒子１及びナノ粒子２は、公知の方法を含む、いかなる方法で作製してもよい。例えば、金属粒子の製造方法としては、略球形の粒子を得ることができる点で、ガスアトマイズ法及び水アトマイズ法を好ましく用いることができる。
また、セラミックス粒子の製造方法としては、略球形の粒子を得ることができる点で、ゾルゲル法などの湿式での製法や、高温の気中で液化させた金属酸化物を冷却し固化させる乾式での製法を、好ましく用いることができる。
第一の粒子１及びナノ粒子２は、公知の方法を含む、いかなる方法で作製してもよい。例えば、金属粒子の製造方法としては、略球形の粒子を得ることができる点で、ガスアトマイズ法及び水アトマイズ法を好ましく用いることができる。
また、セラミックス粒子の製造方法としては、略球形の粒子を得ることができる点で、ゾルゲル法などの湿式での製法や、高温の気中で液化させた金属酸化物を冷却し固化させる乾式での製法を、好ましく用いることができる。
（粒子分散液の製造方法）
粒子分散液１２は、多数のナノ粒子２を溶液中に分散させることができれば、公知の方法を含む、いかなる方法で作製してもよい。例えば、ナノ粒子２を溶液中に添加し撹拌することで作製してもよい。
粒子分散液１２は、多数のナノ粒子２を溶液中に分散させることができれば、公知の方法を含む、いかなる方法で作製してもよい。例えば、ナノ粒子２を溶液中に添加し撹拌することで作製してもよい。
＜実施例＞
次に、上記実施形態にかかる製造方法の具体的な実施例について説明する。
まず、ナノ粒子２として用いる金属酸化物ナノ粒子の調整について説明する。
（金属酸化物ナノ粒子Ａの調整）
平均粒子径が４５ｎｍの鉄ナノ粒子（ＥＭ ＪＡＰＡＮ社製）を大気中に１日放置し、表面を酸化させた粒子を金属酸化物ナノ粒子Ａとし、金属酸化物ナノ粒子Ａを含む粉末を粉末Ａとした。
なお、金属酸化物ナノ粒子ＡをＸＲＤ（Ｘ線回析）測定したところ鉄由来のピークが観察された。金属酸化物ナノ粒子Ａは、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子に相当する。
次に、上記実施形態にかかる製造方法の具体的な実施例について説明する。
まず、ナノ粒子２として用いる金属酸化物ナノ粒子の調整について説明する。
（金属酸化物ナノ粒子Ａの調整）
平均粒子径が４５ｎｍの鉄ナノ粒子（ＥＭ ＪＡＰＡＮ社製）を大気中に１日放置し、表面を酸化させた粒子を金属酸化物ナノ粒子Ａとし、金属酸化物ナノ粒子Ａを含む粉末を粉末Ａとした。
なお、金属酸化物ナノ粒子ＡをＸＲＤ（Ｘ線回析）測定したところ鉄由来のピークが観察された。金属酸化物ナノ粒子Ａは、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子に相当する。
（金属酸化物ナノ粒子Ｂの調整）
平均粒子径が３０ｎｍの酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）ナノ粒子（ＥＭ ＪＡＰＡＮ社製）を金属酸化物ナノ粒子Ｂとし、金属酸化物ナノ粒子Ｂを含む粉末を粉末Ｂとした。
なお、金属酸化物ナノ粒子ＢをＸＲＤ測定したところ鉄由来のピークが観察されなかった。
（金属酸化物ナノ粒子Ｃの調整）
粉末Ａを大気中で４００℃、３時間熱処理を行い、粗大粒子を取り除いた粒子を金属酸化物ナノ粒子Ｃとし、金属酸化物ナノ粒子Ｃを含む粉末を粉末Ｃとした。なお、金属酸化物ナノ粒子ＣをＸＲＤ測定したところ鉄由来のピークが観察されなかった。
平均粒子径が３０ｎｍの酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）ナノ粒子（ＥＭ ＪＡＰＡＮ社製）を金属酸化物ナノ粒子Ｂとし、金属酸化物ナノ粒子Ｂを含む粉末を粉末Ｂとした。
なお、金属酸化物ナノ粒子ＢをＸＲＤ測定したところ鉄由来のピークが観察されなかった。
（金属酸化物ナノ粒子Ｃの調整）
粉末Ａを大気中で４００℃、３時間熱処理を行い、粗大粒子を取り除いた粒子を金属酸化物ナノ粒子Ｃとし、金属酸化物ナノ粒子Ｃを含む粉末を粉末Ｃとした。なお、金属酸化物ナノ粒子ＣをＸＲＤ測定したところ鉄由来のピークが観察されなかった。
次に、粒子の固着度合の評価について説明する。
（粒子の固着度合の評価）
直径５ｍｍ、高さ２．５ｍｍのアルミナ容器に、底が見えなくなる程度の量の粉末を入れる。上記アルミナ容器を電気炉にて窒素雰囲気下で５００℃、６００℃、７００℃の温度域でそれぞれ６０分間加熱し、粒子の固着度合を次の基準（ランクＡ〜Ｃ）で評価した。
ランクＡ：容器から取り出した際に形状が維持でき、半数以上の粒子で焼結が確認できる。
ランクＢ：容器から取り出した際に形状が維持でき、一部の粒子で焼結が確認できる。
ランクＣ：容器から取り出した際に形状が維持できない。
また、焼結したかどうかは、次の手法にて確認した。
熱処理前に電子顕微鏡で平均粒子径程度の少なくとも二つの粒子が視野内に概ね収まる倍率の視野を定め、熱処理後の粒子を、前記倍率での視野で観察した。観察視野で、もとの粒子間の境界部分が観察できなくなるまで粒子間が固定（結合）している場合に焼結と判断した。
金属酸化物ナノ粒子Ａでは、いずれの温度域でもランクＡであった。
金属酸化物ナノ粒子Ｂ、Ｃにおいては、５００℃、６００℃ではランクＣ、７００℃ではランクＢであった。
（粒子の固着度合の評価）
直径５ｍｍ、高さ２．５ｍｍのアルミナ容器に、底が見えなくなる程度の量の粉末を入れる。上記アルミナ容器を電気炉にて窒素雰囲気下で５００℃、６００℃、７００℃の温度域でそれぞれ６０分間加熱し、粒子の固着度合を次の基準（ランクＡ〜Ｃ）で評価した。
ランクＡ：容器から取り出した際に形状が維持でき、半数以上の粒子で焼結が確認できる。
ランクＢ：容器から取り出した際に形状が維持でき、一部の粒子で焼結が確認できる。
ランクＣ：容器から取り出した際に形状が維持できない。
また、焼結したかどうかは、次の手法にて確認した。
熱処理前に電子顕微鏡で平均粒子径程度の少なくとも二つの粒子が視野内に概ね収まる倍率の視野を定め、熱処理後の粒子を、前記倍率での視野で観察した。観察視野で、もとの粒子間の境界部分が観察できなくなるまで粒子間が固定（結合）している場合に焼結と判断した。
金属酸化物ナノ粒子Ａでは、いずれの温度域でもランクＡであった。
金属酸化物ナノ粒子Ｂ、Ｃにおいては、５００℃、６００℃ではランクＣ、７００℃ではランクＢであった。
次に、溶液の調製について説明する。
（溶液Ａの調製）
金属酸化物ナノ粒子Ａ ５．０ｇをエタノール（特級 キシダ化学社製）４５．０ｇ中
に分散させ、溶液Ａを得た。
（溶液Ｂの調製）
金属酸化物ナノ粒子Ａの代わりに金属酸化物ナノ粒子Ｂを使用する以外は溶液Ａの調製と同様にして、溶液Ｂを得た。
（溶液Ｃの調製）
金属酸化物ナノ粒子Ａの代わりに金属酸化物ナノ粒子Ｃを使用する以外は溶液Ａの調製と同様にして、溶液Ｃを得た。
（溶液Ａの調製）
金属酸化物ナノ粒子Ａ ５．０ｇをエタノール（特級 キシダ化学社製）４５．０ｇ中
に分散させ、溶液Ａを得た。
（溶液Ｂの調製）
金属酸化物ナノ粒子Ａの代わりに金属酸化物ナノ粒子Ｂを使用する以外は溶液Ａの調製と同様にして、溶液Ｂを得た。
（溶液Ｃの調製）
金属酸化物ナノ粒子Ａの代わりに金属酸化物ナノ粒子Ｃを使用する以外は溶液Ａの調製と同様にして、溶液Ｃを得た。
以下、第一の粉末で形成した粉末層に対し、溶液Ａ乃至溶液Ｃを塗布し加熱処理を施すことで、所望の形状を有する造形物を作製した例を説明する。
＜実施例１＞
以下に、実施例１について説明する。
基板の上に２０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ（ＬＰＷ社製、平均粒子径３０μｍ）からなる粉末層を形成した後に、６ｍｍφの領域に溶液Ａを浸透深さ２ｍｍとなるように付与した。
得られた粉末層を電気炉に入れ、５００℃で１時間熱処理した。熱処理後の粉末層のうち、溶液Ａを塗布した部分（造形領域Ｓに相当）のＳＵＳ粒子はナノ粒子によって固化していた。溶液Ａを塗布していない部分（非造形領域Ｎに相当）のＳＵＳ粒子を除去することで板状の造形物を得ることができた。
また、５００℃で熱処理をする代わりに、６００、７００℃で熱処理した場合でも板状の造形物を得ることができた。
以下に、実施例１について説明する。
基板の上に２０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌ（ＬＰＷ社製、平均粒子径３０μｍ）からなる粉末層を形成した後に、６ｍｍφの領域に溶液Ａを浸透深さ２ｍｍとなるように付与した。
得られた粉末層を電気炉に入れ、５００℃で１時間熱処理した。熱処理後の粉末層のうち、溶液Ａを塗布した部分（造形領域Ｓに相当）のＳＵＳ粒子はナノ粒子によって固化していた。溶液Ａを塗布していない部分（非造形領域Ｎに相当）のＳＵＳ粒子を除去することで板状の造形物を得ることができた。
また、５００℃で熱処理をする代わりに、６００、７００℃で熱処理した場合でも板状の造形物を得ることができた。
＜比較例１＞
溶液Ａの代わりに溶液Ｂを用いる以外は実施例１と同様にして熱処理を実施した。溶液Ｂを塗布した部分も塗布していない部分もともに固化しておらず、５００〜６００℃の範囲では造形物を得ることができなかった。
７００℃の熱処理時には造形物を得ることができたが、一部で破損が確認された。
＜比較例２＞
溶液Ａの代わりに溶液Ｃを用いる以外は実施例２と同様にして熱処理を実施した。溶液Ｃを塗布した部分も塗布していない部分もともに固化しておらず、５００〜６００℃の範囲では造形物を得ることができなかった。
７００℃の熱処理時には造形物を得ることができたが、一部で破損が確認された。
溶液Ａの代わりに溶液Ｂを用いる以外は実施例１と同様にして熱処理を実施した。溶液Ｂを塗布した部分も塗布していない部分もともに固化しておらず、５００〜６００℃の範囲では造形物を得ることができなかった。
７００℃の熱処理時には造形物を得ることができたが、一部で破損が確認された。
＜比較例２＞
溶液Ａの代わりに溶液Ｃを用いる以外は実施例２と同様にして熱処理を実施した。溶液Ｃを塗布した部分も塗布していない部分もともに固化しておらず、５００〜６００℃の範囲では造形物を得ることができなかった。
７００℃の熱処理時には造形物を得ることができたが、一部で破損が確認された。
上記実施例１により、ＳＵＳ粒子からなる粉末で形成した粉末層の所望の領域に、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を付与し、このナノ粒子を焼結させることにより、ＳＵＳ粒子による所望形状の造形物を得ることができることが確認できた。この造形方法によれば、オーバーハング構造などの複雑な形状を含む造形物を簡単に作製できる。
さらに、上記実施例１、比較例１、２により、粉末Ａは、粉末Ｂ、Ｃと比較して、得られる造形物の強度に対して効果があることが確認できた。すなわち、粒子状の材料を用いて立体的な造形物を作製するための造形方法において、結着材として、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を用いることで、強度に優れた造形物を形成することができることが確認できた。
さらに、上記実施例１、比較例１、２により、粉末Ａは、粉末Ｂ、Ｃと比較して、得られる造形物の強度に対して効果があることが確認できた。すなわち、粒子状の材料を用いて立体的な造形物を作製するための造形方法において、結着材として、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を用いることで、強度に優れた造形物を形成することができることが確認できた。
＜実施例２＞
図４は、本実施形態の造形装置の一例を示す図である。
この造形装置は、ステージ１０９を有する粉末収容部１０３と、ステージ１０７と、ブレード１０５と、液体供給部１０４と、液体付与部１０６と、ヒーター１０２と、駆動機構２０１と、を有する。粉末収容部１０３では、ステージ１０９上に第一の粉末１１０を収容する。ブレード１０５は、粉末収容部１０３に収容されている粉末をステージ１０７
上に供給するとともに、ステージ１０７上に供給した粉末を均す。ステージ１０７は、上下方向に移動可能に構成されている。ステージ１０９においても、上下方向に移動可能に構成されている。
ステージ１０７上には、ブレード１０５により供給され均された粉末の粉末層が積層されて作製されていく造形物が配置される。液体供給部１０４は、粒子分散液を収容する。液体付与部１０６は、液体供給部１０４に収容された粒子分散液をステージ１０７上の粉末層に付与する。ヒーター１０２は、ステージ１０７上の粉末層を加熱する。また、ブレード１０５、液体供給部１０４、液体付与部１０６、及びヒーター１０２は、移動可能なヘッドに設けられている。駆動機構２０１は、ヘッドを図４の矢印方向に移動させることができる。駆動機構２０１は例えばボールねじとモータにより構成される。図４では１軸の駆動機構２０１を示したが、多軸の駆動機構を設けてヘッドを多方向に走査できるようにしてもよい。なお、液体供給部１０４及び液体付与部１０６と、ブレード１０５と、ヒーター１０２とは、それぞれ単独で移動可能に構成されるものであってもよい。
液体付与部１０６としては例えばインクジェット装置を好ましく利用できる。なお本実施例では、粉末収容部１０３及びブレード１０５が、第一の粉末を用いて粉末層を形成する形成手段を構成し、液体供給部１０４及び液体付与部１０６が、粉末層に対し第二の粉末を配置する配置手段を構成する。また、ヒーター１０２が、粉末層に加熱処理を施す加熱手段を構成する。
図４は、本実施形態の造形装置の一例を示す図である。
この造形装置は、ステージ１０９を有する粉末収容部１０３と、ステージ１０７と、ブレード１０５と、液体供給部１０４と、液体付与部１０６と、ヒーター１０２と、駆動機構２０１と、を有する。粉末収容部１０３では、ステージ１０９上に第一の粉末１１０を収容する。ブレード１０５は、粉末収容部１０３に収容されている粉末をステージ１０７
上に供給するとともに、ステージ１０７上に供給した粉末を均す。ステージ１０７は、上下方向に移動可能に構成されている。ステージ１０９においても、上下方向に移動可能に構成されている。
ステージ１０７上には、ブレード１０５により供給され均された粉末の粉末層が積層されて作製されていく造形物が配置される。液体供給部１０４は、粒子分散液を収容する。液体付与部１０６は、液体供給部１０４に収容された粒子分散液をステージ１０７上の粉末層に付与する。ヒーター１０２は、ステージ１０７上の粉末層を加熱する。また、ブレード１０５、液体供給部１０４、液体付与部１０６、及びヒーター１０２は、移動可能なヘッドに設けられている。駆動機構２０１は、ヘッドを図４の矢印方向に移動させることができる。駆動機構２０１は例えばボールねじとモータにより構成される。図４では１軸の駆動機構２０１を示したが、多軸の駆動機構を設けてヘッドを多方向に走査できるようにしてもよい。なお、液体供給部１０４及び液体付与部１０６と、ブレード１０５と、ヒーター１０２とは、それぞれ単独で移動可能に構成されるものであってもよい。
液体付与部１０６としては例えばインクジェット装置を好ましく利用できる。なお本実施例では、粉末収容部１０３及びブレード１０５が、第一の粉末を用いて粉末層を形成する形成手段を構成し、液体供給部１０４及び液体付与部１０６が、粉末層に対し第二の粉末を配置する配置手段を構成する。また、ヒーター１０２が、粉末層に加熱処理を施す加熱手段を構成する。
造形を開始する前に、第一の粒子１からなる第一の粉末を粉末収容部１０３に、第二の粉末（第二の粒子２）を含有する粒子分散液を液体供給部１０４に、それぞれ収容しておく。
続いて、ステージ１０９の上昇により粉末収容部１０３の上面よりも上に位置する第一の粉末を、ブレード１０５が移動することにより粉末収容部１０３からステージ１０７上に供給する。さらに、ブレード１０５によって、ステージ１０７上の第一の粉末の表面を均すことで、ステージ１０７上に厚さ１００μｍの第一の粉末の粉末層を形成する。この粉末層は積層体１０８の下敷きとなる層であり、以下、ベース層１０１と呼ぶ。
次いで、スライスデータで定義される厚みに基づいて、１層分の量の第一の粉末が粉末収容部１０３からベース層上に供給されるように、ステージ１０９が上昇する。このとき、ステージ１０７においても、スライスデータで定義される厚みに基づいて、１層分の第一の粉末の粉末層を形成するための距離だけ、下降する。その後、粉末収容部１０３上をブレード１０５が移動することにより、粉末収容部１０３の上面よりも上に位置する第一の粉末がベース層１０１上に供給される。このようにして供給された、ベース層１０１上の１層分の量の第一の粉末の表面を、ブレード１０５によって均すことで、第一の粉末の粉末層を形成する。これにより、造形物の１スライス分の粉末層が形成される。
続いて、ステージ１０９の上昇により粉末収容部１０３の上面よりも上に位置する第一の粉末を、ブレード１０５が移動することにより粉末収容部１０３からステージ１０７上に供給する。さらに、ブレード１０５によって、ステージ１０７上の第一の粉末の表面を均すことで、ステージ１０７上に厚さ１００μｍの第一の粉末の粉末層を形成する。この粉末層は積層体１０８の下敷きとなる層であり、以下、ベース層１０１と呼ぶ。
次いで、スライスデータで定義される厚みに基づいて、１層分の量の第一の粉末が粉末収容部１０３からベース層上に供給されるように、ステージ１０９が上昇する。このとき、ステージ１０７においても、スライスデータで定義される厚みに基づいて、１層分の第一の粉末の粉末層を形成するための距離だけ、下降する。その後、粉末収容部１０３上をブレード１０５が移動することにより、粉末収容部１０３の上面よりも上に位置する第一の粉末がベース層１０１上に供給される。このようにして供給された、ベース層１０１上の１層分の量の第一の粉末の表面を、ブレード１０５によって均すことで、第一の粉末の粉末層を形成する。これにより、造形物の１スライス分の粉末層が形成される。
次いで、液体付与部１０６を用いて、スライスデータで定義される造形対象物の断面形状に基づいて、粉末層内の造形領域Ｓに溶液Ａを付与する。このときの液量は、第二の粉末を分散させた分散液が粉末層の厚みと略等しい深さまで浸透する量に制御される。これにより、造形領域Ｓ内の第一の粒子１の間隙に第二の粒子２が入り込んだ状態の粉末層が形成される。次いで、ヒーター１０２を用いて、第一の粒子どうしは焼結せず、かつ、第二の粒子どうしは焼結または溶融する条件にて粉末層を加熱し、焼結または溶融する第二の粒子によって第一の粒子どうしを固定する。
各層のスライスデータに基づいて、第一の粉末の粉末層の形成、分散液の付与、粉末層の加熱といった一連の処理を層ごとに繰り返すことで、複数の粉末層が重ねられた積層体１０８が作製される。その後、積層体１０８から非造形領域Ｎの第一の粉末を取り除くことで、所望形状の造形物が得られる。
各層のスライスデータに基づいて、第一の粉末の粉末層の形成、分散液の付与、粉末層の加熱といった一連の処理を層ごとに繰り返すことで、複数の粉末層が重ねられた積層体１０８が作製される。その後、積層体１０８から非造形領域Ｎの第一の粉末を取り除くことで、所望形状の造形物が得られる。
本実施例の造形装置によれば、オーバーハング構造や微細構造などを含む造形物を高品質に作製することができる。また、第一の粉末による粉末層の形成、第二の粉末の配置、
粉末層の加熱の一連のプロセスを、１回の走査で実施できるので、高速な造形が可能であるとともに、造形装置の小型化を図ることができる。また、ステージ１０７と造形物の間にベース層１０１を敷くので、造形物をステージ１０７から取り外すための特別な加工が必要ない。
粉末層の加熱の一連のプロセスを、１回の走査で実施できるので、高速な造形が可能であるとともに、造形装置の小型化を図ることができる。また、ステージ１０７と造形物の間にベース層１０１を敷くので、造形物をステージ１０７から取り外すための特別な加工が必要ない。
ここで、ヒーター１０２を設ける代わりに、積層体全体を加熱処理するための加熱エリア（加熱室）を設けてもよい。これにより、層ごとではなく、積層体１０８の全体を加熱するため、熱処理時に積層体１０８の全体を均一に加熱でき、局所的な熱衝撃が少なくなり、造形物形成時のひずみや割れが抑制される。また、層ごとに加熱処理するのに比べ、加熱処理の回数を大幅に削減できるので、造形時間の短縮を図ることができる。
また、粉末収容部１０３においては、ステージ１０９を底部とする収容部に第一の粉末を収容し、粉末収容部１０３の上部の第一の粉末がブレード１０５の移動によってステージ１０７上に供給されるものであった。第一の粉末をステージ１０７上に供給する方法は、これに限るものではなく、例えば、粉末を収容する収容部と、収容部に収容された粉末を供給する供給部とを有する粉末供給部が、ヘッドに移動可能に配設されるものであってもよい。この場合には、粉末供給部によりステージ１０７の上方から第一の粉末が供給されることになる。
また、ブレード１０５を設ける代わりに、ローラ状の部材を設けてもよい。すなわち、粉末収容部１０３に収容されている粉末をステージ１０７上に供給するとともに、ステージ１０７上に供給した粉末を均す機能を有するものであれば、ブレード１０５の代わりとすることができる。
また、粉末収容部１０３においては、ステージ１０９を底部とする収容部に第一の粉末を収容し、粉末収容部１０３の上部の第一の粉末がブレード１０５の移動によってステージ１０７上に供給されるものであった。第一の粉末をステージ１０７上に供給する方法は、これに限るものではなく、例えば、粉末を収容する収容部と、収容部に収容された粉末を供給する供給部とを有する粉末供給部が、ヘッドに移動可能に配設されるものであってもよい。この場合には、粉末供給部によりステージ１０７の上方から第一の粉末が供給されることになる。
また、ブレード１０５を設ける代わりに、ローラ状の部材を設けてもよい。すなわち、粉末収容部１０３に収容されている粉末をステージ１０７上に供給するとともに、ステージ１０７上に供給した粉末を均す機能を有するものであれば、ブレード１０５の代わりとすることができる。
（その他）
以上、本発明について具体的な形態を挙げて説明してきたが、本発明は上記形態に制限されるものではなく、本発明の技術思想から離脱しない範囲で、様々の変更を行ってもよい。例えば上記実施例では、熱処理の温度を制御することでナノ粒子２のみを選択的に焼結または溶融させたが、熱処理の時間、又は、温度と時間の両方を適切に制御することでナノ粒子２のみを選択的に焼結または溶融させてもよい。また上記実施例では、粒子分散液によりナノ粒子２の付与を行ったが、液体ではなく、粉末の状態でナノ粒子２の付与を行ってもよい。
以上、本発明について具体的な形態を挙げて説明してきたが、本発明は上記形態に制限されるものではなく、本発明の技術思想から離脱しない範囲で、様々の変更を行ってもよい。例えば上記実施例では、熱処理の温度を制御することでナノ粒子２のみを選択的に焼結または溶融させたが、熱処理の時間、又は、温度と時間の両方を適切に制御することでナノ粒子２のみを選択的に焼結または溶融させてもよい。また上記実施例では、粒子分散液によりナノ粒子２の付与を行ったが、液体ではなく、粉末の状態でナノ粒子２の付与を行ってもよい。
１：第一の粒子、２：第二の粒子、１１：粉末層、１５：造形物、Ｓ：造形領域、Ｎ：非造形領域
Claims (10)
- 第一の粉末を用いて粉末層を形成する工程と、
前記粉末層の一部の領域に、前記第一の粉末よりも平均粒子径が小さい第二の粉末を配置する配置工程と、
前記第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融する温度で、前記第二の粉末が配置された前記粉末層を加熱する加熱工程と、
を含み、
前記第二の粉末が、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む粉末である
ことを特徴とする造形方法。 - 前記第一の粉末が、金属粒子を含む粉末である
ことを特徴とする請求項１に記載の造形方法。 - 前記加熱工程の後に、前記一部の領域外の前記第一の粉末を取り除く工程をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の造形方法。
- 前記第一の粉末の平均粒子径は、１μｍ以上、５００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形方法。 - 前記第二の粉末の平均粒子径は、１ｎｍ以上、１μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形方法。 - 前記第一の粉末を構成する粒子と前記二の粉末を構成する粒子とが、少なくとも一種類の同じ成分を含む
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の造形方法。 - 前記第二の粉末を構成する粒子が、前記第一の粉末を構成する粒子に含まれる成分を主成分として構成されている
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の造形方法。 - 前記配置工程は、液体付与装置によって、前記一部の領域に、前記第二の粉末を含む液体を付与する工程である
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の造形方法。 - 前記配置工程と前記加熱工程のあいだに、前記液体を乾燥させる工程をさらに含む
ことを特徴とする請求項８に記載の造形方法。 - 第一の粉末を用いて粉末層を形成する形成手段と、
前記粉末層の一部の領域に、平均粒子径が前記第一の粉末よりも小さい第二の粉末を配置する配置手段と、
前記第二の粉末に含まれる粒子どうしが焼結または溶融するように前記粉末層を加熱する加熱手段と、
を有し、
前記第二の粉末が、金属部分を含有する金属酸化物ナノ粒子を含む
ことを特徴とする造形装置。
Priority Applications (1)
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113560596A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-10-29 | 浙江智熔增材制造技术有限公司 | 金属封闭结构的制造方法 |
| CN114055774A (zh) * | 2020-07-31 | 2022-02-18 | 株式会社理光 | 三维物体制造方法、三维物体制造设备和三维物体 |
-
2018
- 2018-06-28 JP JP2018123218A patent/JP2020002430A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113560596A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-10-29 | 浙江智熔增材制造技术有限公司 | 金属封闭结构的制造方法 |
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