JP2020056069A - 成形装置及び成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】品質の向上した無機材料含有成形体を製造することのできる成形装置を提供する。【解決手段】無機材料を含む前駆体をステージ１０上に間欠的又は連続的に供給する供給部と、前記供給部から供給された前記前駆体に対して前記ステージ１０上で少なくとも熱固結を行うための熱固結用熱源を含む熱源ユニット１６と、前記供給部による前記前駆体の供給開始から供給停止までの間に、前記熱固結用熱源が既に供給された前記前駆体の熱固結を行うように、前記供給部及び前記熱源ユニット１６を制御する制御部と、を備える成形装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、成形装置及び成形体の製造方法に関する。

近年、任意の立体形状を有するように金属や金属酸化物などの無機材料の造形を行うための、鋳型を用いない３次元造形法が開発されている。

代表的な無機材料の３次元造形法である光造形法が、特許第４８０００７４号公報（特許文献１）などに開示されている。光造形法では、成形装置は、液体状の光硬化性組成物に無機粒子が分散した液状前駆体を収容する液槽と、液槽の内部で昇降可能に設けられたステージと、液槽の上側から光硬化性組成物を硬化させるための光を照射する光源と、を備える。

液状前駆体の液面より僅かに低い位置にステージをセットし、ステージ上に位置する液状前駆体に対して所定の第１層パターンで光を照射することにより、第１層の硬化が行われる。第１層の前駆体を所定のパターンに従って硬化させた後、第１層の硬化していない液状前駆体が洗浄除去される（洗浄工程）。次いで、ステージを僅かに降下させ、所定の第２層パターンで光を照射することにより、第１層のすぐ上で第２層の硬化が行われる。こうした操作を繰り返すことにより、第１層から最上層まで層ごとに前駆体の硬化が行われて、多数の層から成る所定の立体形状を有する成形体が形成される。

得られた成形体は、硬化した光硬化性組成物及びそれに分散した無機粒子から成るものである。この成形体に対して溶媒抽出や加熱処理を行うことにより、光硬化性組成物の脱脂が行われ、成形体中の有機材料成分が除去される（脱脂工程）。さらに、脱脂後の無機粒子から成る成形体を高温焼成することにより、成形体中の無機粒子の焼結が行われ（焼結工程）、所定の立体形状を有する無機材料成形体が得られる。

しかしながら、この光造形法では、立体形状が複雑になると、洗浄工程が困難になるとともに、洗浄工程に要する時間も増大し、形状によっては十分な洗浄が不可能な場合もあり、その結果、成形体の品質低下が生じるおそれがある。また、脱脂工程では、特に立体形状が複雑である場合、有機材料成分やその分解成分が十分に除去できずに、成形体中に残留する場合があり、このような不十分な除去に起因して成形体の品質低下が生じるおそれがある。また、脱脂により有機材料成分を除去することにより、除去された有機材料成分の体積の分だけ成形体中に間隙が生じ、焼結により成形体全体がこの間隙の分だけ圧縮され得るので、完成した成形体の寸法が想定よりも小さくなる場合があり、その結果、成形体の寸法精度が要求品質を満たさなくなるおそれがある。さらに、焼結工程では、成形体の部位ごとの熱膨張率の差などに起因して、焼結後に成形体に亀裂や破損などの欠陥が生じる場合があり、成形体の品質が確保されないおそれがある。このため、成形装置により製造される成形体の品質の向上が望まれていた。

特許第４８０００７４号公報

本発明は、品質の向上した無機材料含有成形体を製造することのできる成形装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、無機材料を含む前駆体をステージ上に間欠的又は連続的に供給する供給部と、前記供給部から供給された前記前駆体に対して前記ステージ上で少なくとも熱固結を行うための熱固結用熱源を含む熱源ユニットと、前記供給部による前記前駆体の供給開始から供給停止までの間に、前記熱固結用熱源が既に供給された前記前駆体の熱固結を行うように、前記供給部及び前記熱源ユニットを制御する制御部と、を備える成形装置である。

上記態様の成形装置において、前記制御部は、前記供給部による前記前駆体の供給開始から供給停止までの間に、前記前駆体の供給と前記前駆体の熱固結とを複数回繰り返すように、前記供給部及び前記熱源ユニットを制御してもよい。

上記態様の成形装置において、前記前駆体は、前記無機材料が分散した有機バインダー又は前記無機材料を包む有機コーティングを含み、前記熱源ユニットは、前記前駆体に熱を加えることにより前記有機バインダー又は前記有機コーティングの脱脂を行う脱脂用熱源をさらに含んでもよく、前記制御部は、前記熱固結用熱源による熱固結の前に前記脱脂を行うように前記脱脂用熱源を制御してもよい。あるいは、前記前駆体は、前記無機材料が分散した有機バインダー又は前記無機材料を包む有機コーティングを含み、前記熱固結用熱源は、前記前駆体に熱を加えることにより前記有機バインダー又は前記有機コーティングの脱脂を行ってもよい。

上記態様の成形装置において、前記前駆体を前記ステージ上に固定化する固定化ユニットをさらに備えてもよい。さらに、前記前駆体が光硬化性組成物を含む有機バインダーを含み、前記固定化ユニットは、熱固結の前に前記光硬化性組成物の光硬化を行う光源を含んでもよい。あるいは、前記前駆体が有機コーティングでコートされた無機粒子を含み、前記固定化ユニットは、熱固結の前に前記有機コーティングの熱融解を行う融解用熱源を含んでもよい。

上記態様の成形装置において、前記ステージ上の前記前駆体を監視する監視部をさらに備えてもよく、前記制御部は、前記監視部からの情報に基づき、前記ステージ上の前記前駆体を供給する位置及び前記ステージ上の前記熱固結を行う位置の少なくとも一方を決定してもよい。

上記態様の成形装置において、前記制御部は、事前に入力された成形体の３次元形状データに基づき、前記無機材料により前記成形体が３次元形状で形成されるように前記供給部及び前記熱源ユニットを制御してもよい。

本発明の別の態様は、無機材料を含む前駆体から成形体を製造する方法であって、前記前駆体を供給部からステージ上に間欠的又は連続的に供給する供給ステップと、前記供給部による前記前駆体の供給開始から供給停止までの間に、既に供給された前記前駆体に前記ステージ上で熱を加えることにより前記前駆体の熱固結を行う熱固結ステップと、を含む成形体の製造方法である。

上記態様の成形体の製造方法において、前記供給ステップと前記熱固結ステップとを繰り返すことにより前記成形体が形成されてもよい。

上記態様の成形体の製造方法において、前記ステージを鉛直方向下向きに移動させるステージ移動ステップをさらに含み、前記供給ステップ及び前記熱固結ステップ並びに前記ステージ移動ステップを繰り返すことにより、３次元形状を有する前記成形体が形成されてもよい。

上記態様の成形体の製造方法において、前記熱固結ステップは、前記前駆体に対してレーザー又は電子ビームを局所的に照射することにより行われてもよい。

上記態様の成形体の製造方法において、前記熱固結ステップの前に、供給された前記前駆体を硬化させる硬化ステップをさらに含んでもよい。さらに、前記硬化ステップの後で前記熱固結ステップの前に、硬化した前記前駆体の脱脂を行う脱脂ステップをさらに含んでもよい。

上記態様の成形体の製造方法において、前記ステージ上の前記前駆体の配置に基づき、前記供給ステップにおいて前記ステージ上の前記前駆体を供給する位置及び前記熱固結ステップにおいて前記ステージ上の熱固結を行う位置の少なくとも一方を決定する位置決定ステップをさらに含んでもよい。

第１実施形態に係る成形装置を示す概略正面図である。 第１実施形態の成形装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。 第１実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示す図である。 第１実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る成形装置を示す概略正面図である。 第２実施形態の成形装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。 第３実施形態に係る成形装置を示す概略正面図である。 第３実施形態の成形装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。 第３実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示す図である。 第３実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る成形装置及び成形体の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。このような構成についての重複する説明は適宜省略する。

説明の便宜上、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向について定義する。ｘ方向及びｙ方向は、水平面に平行な方向である。ｙ方向は、ｘ方向と交差する（例えば略直交する）方向である。ｚ方向は、鉛直方向に平行な方向であり、ｘ方向及びｙ方向と略直交する。

〔第１実施形態〕
図１〜図４を参照して、第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る成形装置１を示す図である。

［構成］
成形装置１は、無機材料から成る３次元成形体（成形体）を製造することができる。ここで、「無機材料」とは、有機材料以外の任意の材料を指し、金属単体、合金、金属元素及び非金属元素から成る化合物（例えば、金属酸化物や金属窒化物、金属塩など）、非金属元素から成る化合物（例えば、窒化ホウ素など）などが含まれる。
成形装置１は、ステージ１０、吐出器（供給部）１２、固定化ユニット１４、熱源ユニット１６、監視部１８、及び制御部２０を備える。

ステージ１０は、水平面に沿って（すなわち、ｘｙ平面に対して平行に）配置された平板である。ステージ１０の厚さ方向は、ｚ方向に対して略平行である。ステージ１０は、ステージ移動機構４０により、少なくともｚ方向に移動可能である。ステージ移動機構４０は、例えば、モーター（図示せず）により駆動するラックアンドピニオン式のアクチュエータである。

吐出器１２は、ステージ１０から離間してステージ１０の上方に配置されている。吐出器１２は、吐出器移動機構４２により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能である。吐出器移動機構４２は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。

吐出器１２には、無機材料を含む前駆体Ｐが充填されている。吐出器１２は、前駆体Ｐをステージ１０上に間欠的又は連続的に吐出することができる。吐出器１２の吐出量（例えば、前駆体Ｐが間欠的に吐出される場合における１滴の体積）や吐出速度は、適宜調整可能である。前駆体Ｐの詳細については後述する。

固定化ユニット１４は、吐出された前駆体Ｐをステージ１０上に固定化する。例えば、前駆体Ｐが光硬化性組成物を含む場合、固定化ユニット１４は、ステージ１０上の前駆体Ｐが存在する特定位置に光（例えば紫外光）を照射する。これにより、固定化ユニット１４は、ステージ１０上の前駆体Ｐに対して光刺激を与え、前駆体Ｐに含まれる光硬化性組成物を硬化させることができる。

固定化ユニット１４は、光源としてＬＥＤ（発光ダイオード；光源）３０を備える。ＬＥＤ３０は、ステージ１０から離間してステージ１０の上方に配置されている。ＬＥＤ３０は、ＬＥＤ移動機構４４により、少なくともｘ方向及び／又はｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。ＬＥＤ移動機構４４は、ＬＥＤ３０の配置（例えば向きや位置など）を変更することにより、ＬＥＤ３０の照射位置を変更する。ＬＥＤ移動機構４４は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。
ただし、ＬＥＤ３０の構成は上記例に限定されない。例えば、ＬＥＤ３０がステージ１０の側方又は下方から光を照射してもよい。また、ＬＥＤ移動機構４４が省略されて、ＬＥＤ３０の配置が永続的に固定され、照射光が、例えばレンズや反射板などを用いて、ステージ１０上で走査されてもよい。ＬＥＤ移動機構４４がレンズや反射板などと併用されてもよい。

なお、固定化ユニット１４の構成要素はＬＥＤに限定されず、レーザーなど光照射が可能な任意の素子であってよい。光照射は、ステージ１０上で、前駆体Ｐの１滴〜数滴程度の大きさのスポットに対して局所的に行われてもよく、ステージ１０の一部の区画又は全体に対して行われてもよい。
ここで、例えば、ｘ方向又はｙ方向に沿ったステージ１０の幅全体をカバーするように配置された１次元アレイ状のＬＥＤを使用する場合には、当該ＬＥＤがｘ方向及びｙ方向のいずれか一方向のみに移動可能であれば十分である。また、例えば、ステージ１０全体に対して光照射を行うことができるＬＥＤ３０を使用する場合には、ＬＥＤ移動機構４４やレンズ、反射板などＬＥＤ３０の光照射位置を制御する構成要素は不要である。

熱源ユニット１６は、ステージ１０上の特定位置に、例えば熱線を照射することにより、局所的に熱を加える。これにより、熱源ユニット１６は、ステージ１０上に固定化された前駆体Ｐの脱脂や前駆体Ｐに含まれる無機材料の焼結又は溶融固化を行うことができる。ここで、「焼結」とは、前駆体Ｐに含まれる無機材料の固体粒子（例えば、金属酸化物や金属窒化物などの粉末）を当該無機材料の融点未満の温度まで加熱することにより、当該固体粒子同士を結合させることをいう。「溶融固化」とは、前駆体Ｐに含まれる無機材料の固体粒子（例えば、金属や合金などの粒子）を当該無機材料の融点以上の温度まで加熱することにより当該固体粒子を溶融させた後、自然冷却などにより当該金属粒子又は合金粒子を固化させることをいう。本明細書では、焼結及び溶融固化をまとめて「熱固結」という。

熱源ユニット１６は、熱源として脱脂用レーザー（脱脂用熱源）３２及び熱固結用レーザー（熱固結用熱源）３４を備える。脱脂用レーザー３２及び熱固結用レーザー３４は、ステージ１０から離間してステージ１０の上方に配置されている。脱脂用レーザー３２は、脱脂用レーザー移動機構４６により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。脱脂用レーザー移動機構４６は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。熱固結用レーザー３４は、熱固結用レーザー移動機構４８により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。熱固結用レーザー移動機構４８は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。

脱脂用レーザー３２は、前駆体Ｐに対してレーザー照射を行うことにより、前駆体Ｐを例えば２００℃〜８００℃、好ましくは３００℃〜５００℃まで加熱して、前駆体Ｐの脱脂を行うことができる。熱固結用レーザー３４は、前駆体Ｐに対してレーザー照射を行うことにより、前駆体Ｐを例えば５００℃〜４０００℃、好ましくは１０００℃〜３０００℃まで加熱して、前駆体Ｐの熱固結を行うことができる。ただし、加熱温度はこれに限定されず、前駆体Ｐに含まれる無機粒子ＰａやバインダーＰｂの種類などに応じて適宜変更され得る。また、脱脂用レーザー３２及び熱固結用レーザー３４として二つの同一のレーザー装置を採用し、出力を調整することにより、脱脂用レーザー３２と熱固結用レーザー３４とで異なる温度までの加熱を行ってもよい。

なお、熱源ユニット１６の構成要素はレーザーに限定されず、電子ビーム装置など局所的な加熱が可能な任意の素子であってよい。また、加熱は、上方からの加熱に限定されず、例えば、下方から局所的な加熱が行われてもよい。

監視部１８は、ステージ１０上の前駆体Ｐの様子を監視する。監視部１８は、例えば、ステージ１０から離間してステージ１０の上方に配置された撮像カメラを含む。この撮像カメラは、ステージ１０の表面の様子を連続的に撮影し、監視部１８は、撮影した画像に基づき、ステージ１０上の前駆体Ｐの着地位置及びタイミングを検出する。また、監視部１８は、既にステージ１０上に位置する前駆体Ｐの様子（例えば熱収縮の様子）を監視する。なお、監視部１８の構成要素は撮像カメラに限定されず、ステージ１０に設けられた振動検出装置や熱検出装置などであってもよく、放射線や超音波をステージ１０上に照射することによりステージ面の様子を観察する放射線分析装置（例えばＸ線回折装置）や超音波分析装置などであってもよく、これらが併用されてもよい。

制御部２０は、製造される成形体の３次元形状データなどの入力データを受け取り、成形装置１の各構成要素を制御する。制御部２０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサにより実現される。制御部２０の動作については後述する。

［前駆体］
吐出器１２により吐出される前駆体Ｐは、例えば、無機粒子Ｐａ及びバインダーＰｂを含む流体である。前駆体Ｐは、無機粒子ＰａをバインダーＰｂに分散させることにより調製される。前駆体Ｐは、無機粒子ＰａがバインダーＰｂに分散した状態で吐出器１２に充填される。

無機粒子Ｐａは、例えば金属、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、水酸化物、炭酸化物、燐酸化物など任意の無機材料又はこれらの組合せから成る粒子である。無機粒子Ｐａの材料は特に限定されない。
金属の例としては、アルミニウム、チタン、鉄、銅、ステンレス鋼、ニッケルクロム鋼などが挙げられる。
酸化物の例としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウムなどが挙げられる。
窒化物の例としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化鉄などが挙げられる。
酸窒化物の例としては、酸窒化ケイ素、酸窒化アルミニウムなどが挙げられる。
炭化物の例としては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ジルコニウムなどが挙げられる。
水酸化物の例としては、水酸マグネシウム、水酸化鉄、水酸アパタイトなどが挙げられる。
炭酸化物の例としては、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムなどが挙げられる。
燐酸化物の例としては、燐酸鉄、燐酸マンガン、燐酸カルシウムなどが挙げられる。

バインダーＰｂは、例えば、特定波長の光（例えば紫外線）を受けて硬化する光硬化性組成物を含む。光硬化性組成物は、例えば、ラジカル重合性モノマー又はカチオン重合性モノマーと光重合開始剤とを含む。ラジカル重合性モノマーは、例えば、（メタ）アクリル系モノマーである。カチオン重合性モノマーは、例えば、エポキシ化合物や環状エーテル化合物である。ラジカル重合性モノマーを用いる場合には、光重合開始剤は、例えばアセトフェノンなどのラジカル性光重合開始剤である。また、カチオン重合性モノマーを用いる場合には、光重合開始剤は、例えばオニウム塩などのカチオン性光重合開始剤である。

前駆体Ｐにおける無機粒子Ｐａの含有率は、例えば３０重量％〜９０重量％、好ましくは４０重量％〜８０重量％、より好ましくは５０重量％〜７０重量％である。

前駆体Ｐは、無機粒子Ｐａ及びバインダーＰｂ以外に、安定剤や分散材、フィラーなど任意の添加剤を含んでもよい。

［システム構成］
次に、図２を参照して、第１実施形態の成形装置１のシステム構成について説明する。
図２は、第１実施形態の成形装置１のシステム構成の一例を示すブロック図である。

入力部２２は、製造予定の成形体の入力データを受け付けるとともに、当該入力データを制御部２０に送信する。

監視部１８は、ステージ１０上の前駆体Ｐの監視データを取得するとともに、当該監視データを制御部２０に送信する。監視データには、ステージ１０上への前駆体Ｐの着地の情報（例えば、前駆体Ｐの着地位置やタイミングなど）や既にステージ１０上に位置する前駆体Ｐの情報（例えば、前駆体Ｐの位置や形状、熱収縮の様子など）が含まれる。

制御部２０は、入力データ及び監視部１８から取得した監視データなどに基づき、ステージ１０が適切な位置に移動するように、ステージ移動機構４０を制御するとともに、吐出器１２、ＬＥＤ３０、脱脂用レーザー３２、及び熱固結用レーザー３４が適切な配置となるように、吐出器移動機構４２、ＬＥＤ移動機構４４、脱脂用レーザー移動機構４６、及び熱固結用レーザー移動機構４８を制御する。

また、制御部２０は、入力データ及び監視データなどに基づき、適切な量の前駆体Ｐを適切なタイミングで吐出するように吐出器１２を制御する。さらに、制御部２０は、入力データ及び監視データなどに基づき、バインダーＰｂを硬化させるための光や脱脂及び熱固結を行うためのレーザー光を適切なタイミングで照射するように、ＬＥＤ３０、脱脂用レーザー３２、及び熱固結用レーザー３４をそれぞれ制御する。

［成形体の製造方法］
次に、図３及び図４を参照して、第１実施形態の成形装置１の成形体の製造方法の一例について説明する。
図３は、第１実施形態の成形装置１による成形体の製造方法の一例を示す図である。

図３は、当該製造方法における前駆体Ｐの吐出から熱固結までの一連のプロセス（ａ）〜（ｆ）を示す。
図３（ａ）では、前駆体Ｐが吐出器１２からステージ１０上に吐出される。ここでは、ステージ１０上に、既に熱固結が完了した熱固結体５０と、硬化したバインダー５４に包まれた無機粒子５２ａ〜５２ｄとが形成されている。なお、図３においては、前駆体Ｐの吐出が図の左側（−ｘ方向）から右側（＋ｘ方向）へ順番に行われている。すなわち、プロセスが進行するにつれて、吐出器１２や固定化ユニット１４、熱源ユニット１６は、ステージ１０に対して＋ｘ方向へ移動する。

図３（ｂ）では、吐出された前駆体Ｐが、無機粒子５２ｄの隣に着地する。監視部１８は、前駆体Ｐの着地位置及びタイミングを取得する。着地直後には、吐出された前駆体Ｐのバインダー５４ｅは、無機粒子５２ｅを包んでおり、流動性を有している。このバインダー５４ｅに向けて、固定化ユニット１４のＬＥＤ３０が、バインダー５４ｅを硬化させるのに適した波長の光を照射する。

図３（ｃ）では、光硬化性組成物を含むバインダー５４ｅが硬化して、硬化したバインダー５４の一部を構成している。これにより、吐出された前駆体Ｐに含まれる無機粒子５２ｅがステージ１０上に固定化されている。次いで、熱源ユニット１６の脱脂用レーザー３２が、無機粒子５２ａ近傍にレーザー光を照射し、バインダー５４に熱を加える。なお、ここでは、直前に固定化された無機粒子５２ｅからある程度離れた無機粒子５２ａ近傍で脱脂が行われているが、前駆体Ｐの固定化が行われる位置と、その直後に脱脂（及び熱固結）が行われる位置との間の距離は、前駆体Ｐの性質や吐出速度、脱脂用レーザー３２の強度など種々の条件に応じて決定され得る。例えば、脱脂が行われる位置は、前駆体Ｐの固定化が行われる位置と同じ（すなわち、直前に固定化された無機粒子５２ｅ近傍）であってもよい。

図３（ｄ）では、脱脂用レーザー３２により、無機粒子５２ａ近傍のバインダー５４が脱脂され、無機粒子５２ａが露出している。次いで、熱源ユニット１６の熱固結用レーザー３４が、熱固結体５０と無機粒子５２ａとの境界近傍にレーザー光を照射し、熱固結体５０及び無機粒子５２ａに熱を加える。これにより、熱固結体５０と無機粒子５２ａとの間で熱固結が起こる。

図３（ｅ）では、熱固結体５０と無機粒子５２ａとの熱固結により、無機粒子５２ａが熱固結体５０に一体化している。次いで、制御部２０が、監視部１８から受け取ったステージ１０上の画像データや放射線解析データ（例えばＸ線回折測定により得られるデータ）、超音波解析データなどに基づき、ステージ１０上の前駆体Ｐの熱収縮の様子なども考慮して、次の前駆体Ｐの吐出位置及び固定化ユニット１４及び熱源ユニット１６の照射位置のうち一方又は両方を決定する。決定された吐出位置や照射位置に基づき、吐出器移動機構４２、ＬＥＤ移動機構４４、脱脂用レーザー移動機構４６、及び熱固結用レーザー移動機構４８が、吐出器１２、固定化ユニット１４、及び熱源ユニット１６をステージ１０に対して＋ｘ方向に移動させる（ここでは、固定化ユニット１４及び熱源ユニット１６は図示せず）。この移動方向や移動距離は、次に前駆体Ｐを吐出すべき場所に応じて変更される。この例では、次の吐出位置は、無機粒子５２ｅのすぐ右隣である（図３（ｆ）参照）。当然ながら、製造される成形体の構造によっては、無機粒子５２ｅから次の吐出位置までの間に前駆体Ｐが吐出されない区間が存在してもよい。

図３（ｆ）では、図３（ａ）と同様に、再び前駆体Ｐが吐出器１２からステージ１０上に吐出される。その後、図３（ｂ）〜図３（ｅ）を参照して説明した動作が繰り返される。

具体的には、例えば、ｘ方向に沿ってステージ１０の一端から他端まで上記プロセスを行った後、吐出器１２、固定化ユニット１４、及び熱源ユニット１６をｙ方向に沿って僅かに移動させて、再びｘ方向に沿って１０の一端から他端まで上記プロセスが行われる。このように、吐出位置及び照射位置をｙ方向に少しずつ動かしながらｘ方向に沿って上記プロセスを繰り返すことにより、ステージ１０全体にわたって前駆体Ｐの吐出並びに固定化、脱脂、及び熱固結の各工程を実行することができる。

なお、ステージ１０に対する吐出器１２、固定化ユニット１４、及び熱源ユニット１６の移動のさせ方は、これに限定されない。例えば、ｘ方向ではなくｙ方向に沿って上記プロセスが行われてもよい。また、特定の方向に沿った移動を繰り返すのではなく、前駆体Ｐを吐出すべき任意の位置へ吐出器１２、固定化ユニット１４、及び熱源ユニット１６を直接移動させることを繰り返してもよい。例えば、前駆体Ｐを吐出すべき各位置のうち現在の吐出器１２の位置からの距離が最も短い位置が、次の吐出位置として選択されてもよい。

図４は、第１実施形態の成形装置１による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。

ステージ１０上で第１層の形成が開始される（Ｓ１０００）と、まず、制御部２０は、ステージ１０上へ前駆体Ｐの吐出を開始するように吐出器１２に指示する（Ｓ１００２）。前駆体Ｐが吐出されてステージ１０上に着地すると、監視部１８が前駆体Ｐの着地を検知する（Ｓ１００４）。例えば、監視部１８は、前駆体Ｐの着地位置及びタイミングを検出する。

次いで、制御部２０は、着地した前駆体ＰのバインダーＰｂを硬化させるための光を照射するようにＬＥＤ３０に指示する（Ｓ１００６）。これにより、前駆体Ｐがステージ１０上に固定化される。

次いで、制御部２０は、ステージ１０上の前駆体ＰのバインダーＰｂの脱脂を行うためのレーザー光を照射するように脱脂用レーザー３２に指示する（Ｓ１００８）。脱脂用レーザー３２の照射位置は、ＬＥＤ３０の照射位置と同じでもよく、図３を参照して説明したように、直前に前駆体Ｐの固定化が行われたＬＥＤ３０の照射位置からある程度離れた別の位置であってもよい。

次いで、制御部２０は、ステージ１０上の前駆体Ｐの無機粒子Ｐａの熱固結を行うためのレーザー光を照射するように熱固結用レーザー３４に指示する（Ｓ１０１０）。熱固結用レーザー３４の照射位置は、脱脂用レーザー３２の照射位置と同じでもよく、ある程度離れた別の位置であってもよい。

次いで、制御部２０は、入力データに照らして、第１層の形成が完了したか否かを判定する（Ｓ１０１２）。第１層の形成が完了していないと判定された場合（Ｓ１０１２：ＮＯ）、制御部２０は、監視部１８により取得されたステージ１０上の前駆体Ｐの位置や熱収縮の様子などの情報に基づき、次に前駆体Ｐを吐出すべき吐出位置を決定するとともに、ＬＥＤ３０や脱脂用レーザー３２、熱固結用レーザー３４の照射位置を決定する（Ｓ１０１４）。また、制御部２０は、決定された吐出位置及び照射位置に基づき、吐出器移動機構４２、ＬＥＤ移動機構４４、脱脂用レーザー移動機構４６、及び熱固結用レーザー移動機構４８に指示して、吐出器１２、ＬＥＤ３０、脱脂用レーザー３２、及び熱固結用レーザー３４の配置を適宜変更させる（Ｓ１０１４）。その後、再び前駆体Ｐがステージ１０上に吐出され、フローはＳ１００４に戻る。

ここで、次の吐出位置は、任意の方法で決定される。例えば、次の吐出位置は、上記のように、まずｘ方向に沿ってステージ１０の一端から他端へ進み、その後ｙ方向に僅かに進み、再びｘ方向に沿って１０の一端から他端へ進み、再びｙ方向に僅かに進み、……、という順序に従って決定されてもよく、現在の吐出器１２の位置からの距離に基づいて決定されてもよい。

一方、第１層の形成が完了したと判定された場合（Ｓ１０１２：ＹＥＳ）には、制御部２０は、前駆体Ｐの吐出を停止するように吐出器１２に指示する（Ｓ１０１６）。

次に、制御部２０は、入力データに照らして、成形体全体の形成が完了したか否かを判定する（Ｓ１０１８）。成形体の形成が完成していないと判定された場合（Ｓ１０１８：ＮＯ）、制御部２０は、ステージ１０をｚ方向に移動させる（例えば、ｚ方向に１層分だけ下降させる）ようにステージ移動機構４０に指示する（Ｓ１０２０）。その後、フローはＳ１０００に戻り、第２層の形成が開始される。

一方、成形体全体の形成が完了したと判定された場合（Ｓ１０２０：ＹＥＳ）、成形体の製造が完了する。第１層から最終層まで形成が完了することにより、任意の３次元立体形状を有する成形体が得られる。

［効果］
以上説明した第１実施形態に係る成形装置１によれば、前駆体Ｐの熱固結が局所的に複数回行われ、熱固結操作が行われた後でも次の前駆体Ｐがさらに供給される。例えば、吐出器１２からの前駆体Ｐの供給を追いかけるように、前駆体Ｐの固定化（バインダーＰｂの硬化）、バインダーＰｂの脱脂、及び無機粒子Ｐａの熱固結が逐次的に行われるので、これらの工程が細分化され得る。

脱脂工程が細分化され、少量の前駆体Ｐに対して脱脂が行われるので、従来の光造形法のように無機粒子が分散したバインダーの立体成形を行った後で成形体全体に対して一度に脱脂を行う場合と比較すると、各脱脂操作ごとにバインダーＰｂが除去され、バインダーＰｂ及びバインダーＰｂの分解成分などが成形体中に残留するのを抑制することが可能である。また、従来の光造形法のように成形体全体の脱脂を行う場合にはバインダーの体積分の間隙が成形体の内部に生じ得るので、完成した成形体はその間隙の分だけ収縮してしまうことがあるが、本実施形態のように脱脂工程が細分化されると、このような間隙が発生しても、引き続き前駆体Ｐの供給が行われるので、次の前駆体Ｐにより間隙を埋めることができ、このような収縮を抑制することが可能である。

また、熱固結工程が細分化され、少量の前駆体Ｐに対して熱固結が行われるので、従来の光造形法のように一旦立体成形を行った後で脱脂された成形体全体に対して熱固結を行う場合と比較すると、成形体の部位ごとの熱膨張率の差などによる熱固結体の亀裂や破損の発生を抑制することが可能である。仮に熱膨張及び熱収縮による亀裂などが生じた場合でも、引き続き前駆体Ｐの供給が行われるので、次の前駆体Ｐによりこのような欠陥を埋めることができ、このような欠陥の悪影響を抑制することが可能である。このように熱固結結果に基づきフィードバック的に前駆体Ｐの吐出を制御すれば、所望の形状及び大きさを有する中実な成形体を製造することが可能である。

さらに、従来の光造形法のように液槽に収容された前駆体を１層ごとに硬化させて立体成形を行う場合には、１層ごとに、必要な部分のみを硬化させた後硬化していないバインダーを除去する必要があるが、本実施形態に係る成形装置１は、このような工程を必要としない。このため、成形プロセスの費用を低減するとともに効率性を向上させることができる。また、従来の光造形法における制約を軽減することにより、無機材料の立体造形における自由度を向上させることができる。

これにより、品質の向上した無機材料含有成形体を製造することができる。

また、本実施形態によれば、成形装置１は、固定化ユニット１４としてＬＥＤ３０を備え、熱源ユニット１６として脱脂用レーザー３２及び熱固結用レーザー３４を備える。これにより、固定化、脱脂、及び熱固結の各工程の実行位置やタイミングなどを別途に制御することが可能となり、上述のような逐次的な成形処理を効率的に実行することができる。

なお、上記例では、前駆体ＰのバインダーＰｂとして光硬化性組成物を用いたが、バインダーＰｂはこれに限定されない。例えば、バインダーＰｂとしてフェノール樹脂やポリウレタンなどの熱硬化性組成物を採用し、固定化ユニット１４の構成要素としてＬＥＤ３０の代わりに熱硬化性樹脂を硬化させるための熱源（例えばレーザー）を使用してもよい。この場合、熱硬化性樹脂から成るバインダーＰｂが熱源からの熱で硬化することにより、前駆体Ｐがステージ１０上に固定化される。

〔第２実施形態〕
次に、図５及び図６を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、脱脂及び熱固結を単一のレーザーで実行する点で、第１実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。

図５は、第２実施形態に係る成形装置１０１を示す図である。図６は、第２実施形態の成形装置１のシステム構成の一例を示すブロック図である。
第２実施形態に係る成形装置１０１は、ステージ１１０、吐出器１１２、固定化ユニット１１４、熱源ユニット１１６、監視部１１８、及び制御部１２０を備える。第１実施形態の熱源ユニット１６が脱脂用レーザー３２及び熱固結用レーザー３４という二つのレーザーを含むのに対し、熱源ユニット１１６は、単一のレーザーである脱脂・熱固結用レーザー１３２を備える。

脱脂・熱固結用レーザー１３２は、ステージ１１０から離間してステージ１１０の上方に配置されている。脱脂・熱固結用レーザー１３２は、脱脂・熱固結用レーザー移動機構１４６により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。

脱脂・熱固結用レーザー１３２は、ステージ１１０上の特定位置に熱を加えることができ、例えばレーザー出力を変更することにより、状況に応じて異なる熱量を加えることができる。これにより、脱脂・熱固結用レーザー１３２は、ステージ１１０上の前駆体Ｐを異なる温度まで加熱することができる。例えば、前駆体Ｐの脱脂が行われる脱脂工程では、制御部１２０は、前駆体Ｐを例えば２００℃〜８００℃、好ましくは３００℃〜５００℃まで加熱するように脱脂・熱固結用レーザー１３２に指示する。また、前駆体Ｐの熱固結が行われる熱固結工程では、制御部１２０は、前駆体Ｐを例えば５００℃〜４０００℃、好ましくは１０００℃〜３０００℃まで加熱するように脱脂・熱固結用レーザー１３２に指示する。ただし、加熱温度はこれに限定されず、前駆体Ｐに含まれる無機粒子ＰａやバインダーＰｂの種類などに応じて適宜変更され得る。

脱脂工程を省略して、脱脂・熱固結用レーザー１３２で前駆体Ｐを熱固結温度まで一度に昇温させることにより、脱脂及び熱固結を一度に行ってもよい。

なお、脱脂用レーザー３２及び熱固結用レーザー３４が単一の脱脂・熱固結用レーザー１３２で置き換えられるので、脱脂用レーザー移動機構４６及び熱固結用レーザー移動機構４８も一方が省略される。

第２実施形態に係る成形装置１０１によれば、単一の熱源（脱脂・熱固結用レーザー１３２）で脱脂及び熱固結の両方を実行することができるので、成形装置１０１の構成を簡略化でき、全体の費用を低減することが可能である。

〔第３実施形態〕
次に、図７〜図１０を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、無機粒子Ｐａ’が有機コーティングＰｂ’に包まれた構成の前駆体Ｐ’を使用し、固定化ユニット２１４の構成要素としてＬＥＤ３０の代わりに融解用レーザー（融解用熱源）２３０を使用する点で、第１実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。

図７は、第３実施形態に係る成形装置２０１を示す図である。図８は、第３実施形態の成形装置２０１のシステム構成の一例を示すブロック図である。
第３実施形態では、前駆体Ｐ’は、無機粒子Ｐａ’（コア）及び無機粒子Ｐａ’をコートする有機コーティングＰｂ’（シェル）を含むコアシェル構造を有する。前駆体Ｐ’は固体であり、多数の前駆体Ｐ’が吐出器２１２に充填される。例えば、吐出器２１２は、前駆体Ｐ’を１粒ずつステージ２１０上へ吐出する。

有機コーティングＰｂ’は、熱により軟化又は融解（以下、まとめて単に「融解」という。）する熱可塑性樹脂などから成る。熱可塑性樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂などが挙げられる。

第３実施形態に係る成形装置２０１は、ステージ２１０、吐出器２１２、固定化ユニット２１４、熱源ユニット２１６、監視部２１８、及び制御部２２０を備える。第１実施形態及び第２実施形態の固定化ユニット１４、１１４がバインダーＰｂを硬化させるためのＬＥＤ３０、１３０を含むのに対し、固定化ユニット２１４は、融解用レーザー２３０を備える。

融解用レーザー２３０は、ステージ２１０上で有機コーティングＰｂ’に熱を加える。これにより、有機コーティングＰｂ’がステージ２１０上で融解する。例えば、融解用レーザー２３０は、前駆体Ｐ’に対してレーザー照射を行うことにより、前駆体Ｐ’を例えば８０℃〜２００℃まで加熱して、前駆体Ｐ’の有機コーティングＰｂ’を融解させることができる。融解用レーザー２３０は、融解用レーザー移動機構２４４により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。

次に、図９及び図１０を参照して、第３実施形態の成形装置２０１の成形体の製造方法の一例について説明する。
図９は、第３実施形態の成形装置２０１による成形体の製造方法の一例を示す図である。図９は、当該製造方法における前駆体Ｐ’の吐出から熱固結までの一連のプロセス（ａ）〜（ｇ）を示す。

図９（ａ）では、前駆体Ｐ’がステージ２１０上に吐出される。ここでは、図３と同様に、ステージ２１０上に、既に熱固結が完了した熱固結体２５０と、有機コーティングＰｂ’が融解後固化した固化コーティング２５４に包まれた無機粒子２５２ａ〜２５２ｄとが形成されている。前駆体Ｐ’の吐出は、図の左側（−ｘ方向）から右側（＋ｘ方向）へ順番に行われている。

図９（ｂ）では、吐出された前駆体Ｐ’が、無機粒子２５２ｄの隣に着地する。監視部２１８は、前駆体Ｐ’の着地位置及びタイミングを取得する。着地直後には、吐出された前駆体Ｐ’は固体であり、前駆体Ｐ’の有機コーティング２５４ｅは、隣接する固化コーティング２５４とは一体化していない。この有機コーティング２５４ｅに向けて、固定化ユニット２１４の融解用レーザー２３０がレーザー光を照射する。これにより、熱可塑性樹脂から成る有機コーティング２５４ｅが融解する。

図９（ｃ）では、融解用レーザー２３０により、有機コーティング２５４ｅとともに、有機コーティング２５４ｅに隣接する無機粒子２５２ｄ近傍の有機コーティング２５４も同時に融解して、有機コーティング２５４ｅと一体化している。次いで、融解した有機コーティング２５４ｅが自然冷却により固化する。このとき、同時に融解した有機コーティング２５４も固化するので、無機粒子２５２ａ〜２５２ｅを包む有機コーティング全体が一体化する。

図９（ｄ）では、有機コーティング２５４ｅを含む有機コーティング２５４が固化しており、吐出された前駆体Ｐ’に含まれる無機粒子２５２ｅがステージ２１０上に固定化されている。

これ以降の図９（ｄ）〜図９（ｇ）に示す工程は、図３（ｃ）〜図３（ｆ）に示す工程と概ね同様である。すなわち、図９（ｄ）では、熱源ユニット２１６の脱脂用レーザー２３２が、無機粒子２５２ａ近傍にレーザー光を照射することにより、無機粒子２５２ａ近傍の固化コーティング２５４が脱脂される。図９（ｅ）では、熱源ユニット２１６の熱固結用レーザー２３４が、熱固結体２５０と無機粒子２５２ａとの境界近傍にレーザー光を照射し、熱固結体２５０及び無機粒子２５２ａを熱固結させる。図９（ｆ）では、吐出器２１２などが＋ｘ方向に移動する。図９（ｇ）では、再び前駆体Ｐ’が吐出器２１２からステージ２１０上に吐出される。その後、図９（ｂ）〜図９（ｆ）を参照して説明した動作が繰り返される。

図１０は、第３実施形態の成形装置２０１による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図４に示した成形装置１による成形体の製造方法と比較すると、前駆体Ｐをステージ２１０上に固定化する工程が相違する。

第１実施形態では、前駆体Ｐの固定化工程は、前駆体Ｐの着地が検出された後、ＬＥＤ３０でバインダーＰｂを硬化させることにより実行される（Ｓ１００６）。
これに対し、第３実施形態では、前駆体Ｐ’の着地が検出された後、制御部２２０は、ステージ２１０上に着地した前駆体Ｐ’の有機コーティング２５４ｅに熱を加えて融解させるためのレーザー光を前駆体Ｐ’に照射するように、融解用レーザー２３０に指示する（Ｓ３００６）。その後、融解した有機コーティング２５４ｅが自然冷却により固化する（Ｓ３００８）。これにより、前駆体Ｐ’がステージ２１０上に固定化される。

監視部２１８又は任意の検出器（例えばサーモグラフィー装置）で有機コーティング２５４ｅの状態や温度を調べることにより、有機コーティング２５４ｅが固化したか否かを判定することができる。あるいは、融解用レーザー２３０がレーザー光を照射して所定時間が経過した時に有機コーティング２５４ｅが固化したと判定してもよい。有機コーティング２５４ｅが固化したと判定されると、フローはＳ３０１０に進む。

それ以降の工程は、第１実施形態と同様である。すなわち、図１０のＳ３０１０〜Ｓ３０２２は、図４のＳ１００８〜Ｓ１０２０に対応する。

〔変形例〕
上記例では、前駆体Ｐの吐出、前駆体の固定化、脱脂、及び熱固結が完了した後に、ステージがｚ方向に移動して、次の前駆体Ｐの吐出が行われるが、成形プロセスはこれに限定されない。例えば、前駆体の固定化後、脱脂工程の前にステージの移動が行われて、脱脂や熱固結と並行して次の前駆体の吐出や固定化が行われてもよい。また、前駆体の固定化と並行して次の前駆体の吐出が行われてもよい。例えば、吐出器からの前駆体の吐出が間欠的でなく連続的に行われる場合には、前駆体は絶えず供給され続けるので、前駆体の供給と並行して、供給された前駆体の固定化、脱脂、及び熱固結、並びにステージやレーザーなどの各構成要素の移動が行われ得る。

上記例では、前駆体がステージ上に着地した後に、ＬＥＤや融解用レーザーによる固定化のための光照射が行われるが、この固定化処理のタイミングはこれに限定されない。例えば、前駆体が吐出されて落下している間に光照射が行われてもよい。

上記例では、脱脂用レーザー及び熱固結用レーザーがほぼ同じ領域にレーザー光を照射しているが、これらの照射位置は必ずしも同じでなくてよい。例えば、熱固結用レーザーの照射位置が脱脂用レーザーの照射位置から一定距離（例えば１ｍｍ程度）離れるようにして、脱脂用レーザーによる照射を追随するように熱固結用レーザーの照射を制御してもよい。

上記例では、脱脂工程の前にＬＥＤ又は融解用レーザーを用いてステージ上に前駆体Ｐを暫定的に固定化することにより成形装置の動作が安定化され得るが、例えば、この固定化工程を省略して、ステージへの前駆体Ｐの着地が検知された場合に脱脂用レーザーの照射を行い、バインダーＰｂの脱脂を行ってもよい。

上記例では、固定化ユニットと熱源ユニットとが別途の構成要素として設けられているが、例えば、前駆体の光硬化性組成物を硬化させるための光源として熱源ユニットの脱脂用レーザーや熱固結用レーザー、脱脂・熱固結用レーザーを使用することも可能である。この場合、固定化時には当該レーザーの出力を弱めて使用し、脱脂及び熱固結を行う際には当該レーザーの出力を高めて使用することになる。特に脱脂・熱固結用レーザーを用いる場合には、固定化、脱脂、及び熱固結をすべて単一のレーザー装置で実行することが可能であり、成形装置の構成を簡略化することができる。

上記例では、熱固結工程を実行した後かつ前駆体の着地を検知する前に、制御部により吐出器の吐出位置並びに固定化ユニット及び熱源ユニットの照射位置が決定されるとともにこれらの配置が変更され得るが、このような吐出位置及び照射位置の決定及び配置変更のタイミングはこれに限定されない。制御部は、任意のタイミングで吐出器の吐出位置並びに固定化ユニット及び熱源ユニットの照射位置を決定するとともに、任意のタイミングでこれらの配置の変更を吐出器移動機構、ＬＥＤ移動機構、脱脂用レーザー移動機構、及び熱固結用レーザー移動機構などに指示することができる。

上記例では、監視部による監視データに基づき吐出位置及び照射位置が決定されるが、監視データを用いずに、予め設定された吐出位置及び照射位置のシークエンスに従って前駆体の吐出及び各工程が実行されてもよい。同様に、上記例では、監視部による監視データに基づき固定化ユニットや熱源ユニットの照射タイミングなどが決定されるが、監視データを用いずに、吐出器が実際に吐出を行うタイミングや前駆体の密度、吐出量、吐出器とステージとの間の距離などに基づき、固定化ユニットや熱源ユニットの照射タイミングが決定されてもよい。

上記例では、ステージをｚ方向に段階的に降下させて、成形体を下から１層ずつ形成していくプロセスを説明したが、必ずしも層単位で成形を行う必要はない。例えば、吐出器、固定化ユニット、及び熱源ユニットの高さや向きを適宜変更することにより、ステージをｚ方向に動かすことなく、ステージ上で前駆体を積み上げていくことで成形体を成形することも可能である。この場合、吐出器、固定化ユニット、及び熱源ユニットは、吐出器移動機構、ＬＥＤ移動機構、及び脱脂用レーザー移動機構、及び熱固結用レーザー移動機構により、ｚ方向にも移動可能であってよい。

また、上記例では、決定された吐出位置及び照射位置に基づき吐出器、固定化ユニット、及び熱源ユニットを移動させているが、吐出器、固定化ユニット、及び熱源ユニットを移動させる代わりに、ｘ方向及びｙ方向においてステージを移動させてもよい。すなわち、吐出器、固定化ユニット、及び熱源ユニットの位置を固定し、ステージをｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動させてもよい。

上記例では、前駆体Ｐを供給する供給部として吐出器が用いられているが、供給部はこれに限定されない。例えば、前駆体Ｐが一定以上の大きさの固体である場合には、物理的な把持や磁気的作用などによる吸着によって前駆体Ｐを保持するとともにステージ上の任意の場所に配置することができる微細アーム機構が供給部として使用されてもよい。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１、１０１、２０１ 成形装置
１０、１１０、２１０ ステージ
１２、１１２、２１２ 吐出器
１４、１１４、２１４ 固定化ユニット
１６、１１６、２１６ 熱源ユニット
１８、１１８、２１８ 監視部
２０、１２０、２２０ 制御部
２２、１２２、２２２ 入力部
３０、１３０ ＬＥＤ
３２、２３２ 脱脂用レーザー
３４、２３４ 熱固結用レーザー
４０、１４０、２４０ ステージ移動機構
４２、１４２、２４２ 吐出器移動機構
４４、１４４ ＬＥＤ移動機構
４６、２４６ 脱脂用レーザー移動機構
４８、２４８ 熱固結用レーザー移動機構
１３２ 脱脂・熱固結用レーザー
１４６ 脱脂・熱固結用レーザー移動機構
２３０ 融解用レーザー
２４４ 融解用レーザー移動機構

Claims (16)

1. 無機材料を含む前駆体をステージ上に間欠的又は連続的に供給する供給部と、
   前記供給部から供給された前記前駆体に対して前記ステージ上で少なくとも熱固結を行うための熱固結用熱源を含む熱源ユニットと、
   前記供給部による前記前駆体の供給開始から供給停止までの間に、前記熱固結用熱源が既に供給された前記前駆体の熱固結を行うように、前記供給部及び前記熱源ユニットを制御する制御部と、
   を備える成形装置。
2. 前記制御部は、前記供給部による前記前駆体の供給開始から供給停止までの間に、前記前駆体の供給と前記前駆体の熱固結とを複数回繰り返すように、前記供給部及び前記熱源ユニットを制御する、請求項１に記載の成形装置。
3. 前記前駆体は、前記無機材料が分散した有機バインダー又は前記無機材料を包む有機コーティングを含み、
   前記熱源ユニットは、前記前駆体に熱を加えることにより前記有機バインダー又は前記有機コーティングの脱脂を行う脱脂用熱源をさらに含み、
   前記制御部は、前記熱固結用熱源による熱固結の前に前記脱脂を行うように前記脱脂用熱源を制御する、請求項１又は２に記載の成形装置。
4. 前記前駆体は、前記無機材料が分散した有機バインダー又は前記無機材料を包む有機コーティングを含み、
   前記熱固結用熱源は、前記前駆体に熱を加えることにより前記有機バインダー又は前記有機コーティングの脱脂を行う、請求項１又は２に記載の成形装置。
5. 前記前駆体を前記ステージ上に固定化する固定化ユニットをさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成形装置。
6. 前記前駆体は、光硬化性組成物を含む有機バインダーを含み、
   前記固定化ユニットは、熱固結の前に前記光硬化性組成物の光硬化を行う光源を含む、請求項５に記載の成形装置。
7. 前記前駆体は、有機コーティングでコートされた無機粒子を含み、
   前記固定化ユニットは、熱固結の前に前記有機コーティングの熱融解を行う融解用熱源を含む、請求項５に記載の成形装置。
8. 前記ステージ上の前記前駆体を監視する監視部をさらに備え、
   前記制御部は、前記監視部からの情報に基づき、前記ステージ上の前記前駆体を供給する位置及び前記ステージ上の前記熱固結を行う位置の少なくとも一方を決定する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形装置。
9. 前記制御部は、事前に入力された成形体の３次元形状データに基づき、前記無機材料により前記成形体が３次元形状で形成されるように前記供給部及び前記熱源ユニットを制御する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の成形装置。
10. 無機材料を含む前駆体から成形体を製造する方法であって、
    前記前駆体を供給部からステージ上に間欠的又は連続的に供給する供給ステップと、
    前記供給部による前記前駆体の供給開始から供給停止までの間に、既に供給された前記前駆体に前記ステージ上で熱を加えることにより前記前駆体の熱固結を行う熱固結ステップと、
    を含む成形体の製造方法。
11. 前記供給ステップと前記熱固結ステップとを繰り返すことにより前記成形体が形成される、請求項１０に記載の成形体の製造方法。
12. 前記ステージを鉛直方向下向きに移動させるステージ移動ステップをさらに含み、
    前記供給ステップ及び前記熱固結ステップ並びに前記ステージ移動ステップを繰り返すことにより、３次元形状を有する前記成形体が形成される、請求項１０又は１１に記載の成形体の製造方法。
13. 前記熱固結ステップは、前記前駆体に対してレーザー又は電子ビームを局所的に照射することにより行われる、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
14. 前記熱固結ステップの前に、供給された前記前駆体を硬化させる硬化ステップをさらに含む、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
15. 前記硬化ステップの後で前記熱固結ステップの前に、硬化した前記前駆体の脱脂を行う脱脂ステップをさらに含む、請求項１４に記載の成形体の製造方法。
16. 前記ステージ上の前記前駆体の配置に基づき、前記供給ステップにおいて前記ステージ上の前記前駆体を供給する位置及び前記熱固結ステップにおいて前記ステージ上の熱固結を行う位置の少なくとも一方を決定する位置決定ステップをさらに含む、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。

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