JP2020157753A - 立体造形物の製造装置及び立体造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂粒子を加熱して造形する立体造形物の変形を抑制して、立体造形物の造形精度を向上できる立体造形物の製造装置の提供。【解決手段】樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、前記粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出手段と、前記モデル領域が形成された前記粒子層を、前記エネルギーを付与して加熱することにより、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士を融着させる加熱手段と、を有し、前記吐出手段が、前記モデル領域における互いに隣接する部分に、前記エネルギーの吸収量が異なるように前記モデル材を吐出する立体造形物の製造装置。【選択図】図２３

Description

本発明は、立体造形物の製造装置及び立体造形物の製造方法に関する。

強度の高い立体造形物を造形できることなどから、樹脂粒子を含む粒子層（粉末層）を固化させて造形した造形層（層状造形物）の積層を繰り返すことにより、立体造形物を造形する装置に対する関心が高まっている。粒子層が固化した造形層の積層を繰り返すことで立体造形物を造形する装置としては、例えば、ＨＳＳ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式の装置、ＳＬＳ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式の装置、ＢＪ（Ｂｉｎｄｅｒ Ｊｅｔｔｉｎｇ）方式の装置などが知られている。

これらの中でも、ＨＳＳ方式の装置は、装置自体のコスト（価格）を抑えることができることに加え、短時間で立体造形物を造形可能であるため、特に注目を集めている。
ＨＳＳ方式の装置においては、例えば、インクジェットヘッドを用いてカーボンブラックなどを含む光吸収インクを粒子層の所定の位置に吐出した後、ハロゲンランプなどの光源により粒子層を加熱することで、粒子層の所定の位置を固化して造形層を造形する。そして、ＨＳＳ方式の装置では、造形層の造形を繰り返して造形層を積層することにより、立体造形物を造形する。

ＨＳＳ方式の装置に関しては、不要な熱伝播を防ぐために、固化させるべき部分の周囲等における吸収剤（合体剤）濃度制御を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、造形物の強度、密度、色、熱特性などの目標特性を向上させるために、結合剤とキャリアの混合物を、所定の結合剤濃度とコントーン密度で造形領域に塗布する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

本発明は、樹脂粒子を加熱して造形する立体造形物の変形を抑制して、立体造形物の造形精度を向上できる立体造形物の製造装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造装置は、
樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、
粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出手段と、
モデル領域が形成された粒子層を、エネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させる加熱手段と、
を有し、
吐出手段が、モデル領域における互いに隣接する部分に、エネルギーの吸収量が異なるようにモデル材を吐出する。

本発明によれば、樹脂粒子を加熱して造形する立体造形物の変形を抑制して、立体造形物の造形精度を向上できる立体造形物の製造装置を提供することができる。

図１Ａは、第ｋ層目にモデル材の液滴を吐出した際のモデル材の浸透挙動の様子の一例を断面から模式的に示した図である。 図１Ｂは、液滴を吐出する際の液滴の間隔の一例について説明するための模式図である。 図２は、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態における概略平面図である。 図３は、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態における概略側面図である。 図４は、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態における造形部を示す概略側面図である。 図５は、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態における制御部の構成の一例を示すブロック図である。 図６Ａは、立体造形物の造形の流れの一例を示す模式図である。 図６Ｂは、立体造形物の造形の流れの一例を示す模式図である。 図６Ｃは、立体造形物の造形の流れの一例を示す模式図である。 図６Ｄは、立体造形物の造形の流れの一例を示す模式図である。 図６Ｅは、立体造形物の造形の流れの一例を示す模式図である。 図６Ｆは、立体造形物の造形の流れの一例を示す模式図である。 図７Ａは、従来技術におけるモデル部の形成過程の一例を示す説明図である。 図７Ｂは、従来技術におけるモデル部の形成過程の一例を示す説明図である。 図７Ｃは、従来技術におけるモデル部の形成過程の一例を示す説明図である。 図７Ｄは、従来技術におけるモデル部の形成過程の一例を示す説明図である。 図８Ａは、従来技術におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布の一例を示す説明図である。 図８Ｂは、図８Ａに示す濃度分布の場合における、粒子層を加熱した後に冷却する際の温度分布の一例を示す説明図である。 図９Ａは、第一の実施形態におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布の一例を示す説明図である。 図９Ｂは、図９Ａに示す濃度分布の場合における、粒子層を加熱した後に冷却する際の温度分布の一例を示す説明図である。 図１０Ａは、第一の実施形態において、１つの粒子層におけるモデル領域に所望のエネルギー吸収剤の濃度分布を形成する際の過程の一例を示す説明図である。 図１０Ｂは、第一の実施形態において、１つの粒子層におけるモデル領域に所望のエネルギー吸収剤の濃度分布を形成する際の過程の一例を示す説明図である。 図１０Ｃは、第一の実施形態において、１つの粒子層におけるモデル領域に所望のエネルギー吸収剤の濃度分布を形成する際の過程の一例を示す説明図である。 図１０Ｄは、第一の実施形態において、１つの粒子層におけるモデル領域に所望のエネルギー吸収剤の濃度分布を形成する際の過程の一例を示す説明図である。 図１１Ａは、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合の流れの一例を示す説明図である。 図１１Ｂは、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合の流れの一例を示す説明図である。 図１１Ｃは、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合の流れの一例を示す説明図である。 図１１Ｄは、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合の流れの一例を示す説明図である。 図１１Ｅは、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合の流れの一例を示す説明図である。 図１２は、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合における、一層分のモデル部を作成する際の流れの一例を示すフローチャートである。 図１３は、第一の実施形態において、第一の実施形態におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布の他の一例を示す説明図である。 図１４は、第一の実施形態において、第一の実施形態におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布の他の一例を示す説明図である。 図１５は、従来技術において、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、凹み（ヒケ）が発生する様子の一例を示す説明図である。 図１６は、第二の実施形態における、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際のモデル材の分布の一例を示す説明図である。 図１７は、従来技術におけるモデル材の吐出量を減らす際のモデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。 図１８は、第二の実施形態におけるモデル材の吐出量を減らす際のモデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。 図１９は、第二の実施形態において、４つの粒子層を形成する際におけるモデル材の分布の一例を示す説明図である。 図２０は、従来技術において、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、モデル部の垂れ下がり（上面つぶれ）が発生する様子の一例を示す説明図である。 図２１は、第三の実施形態における、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際のモデル材の分布の一例を示す説明図である。 図２２は、第三の実施形態において、異なる組成のモデル材を用いる場合における、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際のモデル材の分布の一例を示す説明図である。 図２３は、第三の実施形態において、同一の組成のモデル材を用いる場合における、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際のモデル材の分布の一例を示す説明図である。 図２４Ａは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。 図２４Ｂは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。 図２４Ｃは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。 図２４Ｄは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。 図２５Ａは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。 図２５Ｂは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。 図２５Ｃは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。 図２５Ｄは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。

（立体造形物の製造装置、立体造形物の製造方法）
本発明の立体造形物の製造装置は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出手段と、モデル領域が形成された粒子層を、エネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させる加熱手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成工程と、粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出工程と、モデル領域が形成された粒子層を、エネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させる加熱工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。

本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物の製造装置により好適に行うことができ、層形成工程は層形成手段により好適に行うことができ、吐出工程は吐出手段により好適に行うことができ、加熱工程は加熱手段により好適に行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。

つまり、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法を実施することと同義である。そのため、本発明の立体造形物の製造装置に関する説明を通じて、本発明の立体造形物の製造方法の詳細についても明らかにする。

また、本発明の立体造形物の製造装置は、従来技術の立体造形物の造形装置では、樹脂粒子を加熱して立体造形物を造形する際に、立体造形物が変形してしまうことにより、立体造形物の造形精度が低下する場合があるという知見に基づくものである。

従来技術においては、造形を行う際における粒子層の温度ムラ、特に粒子層における立体造形物の一部となるモデル部（モデル領域）の温度ムラが問題となることがあった。具体的には、従来技術の立体造形物の造形装置においては、例えば、モデル部を含む粒子層（造形層）を徐冷する際における造形層内の温度のムラにより、立体造形物に反りなどの変形が生じる場合があった。また、従来技術の立体造形物の造形装置においては、加熱手段により加熱する粒子層の１つ下の粒子層（直前に形成した粒子層）の加熱状態を考慮せずに造形を行うため、モデル部に「凹み（ヒケ）」が発生してしまうことや、モデル部が重力方向に垂れ下がってしまう「上面つぶれ」が生じてしまうことがあった。

本発明においては、樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出手段と、モデル領域が形成された粒子層を、エネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させる加熱手段と、を有する。さらに、本発明における吐出手段は、モデル領域における互いに隣接する部分に、エネルギーの吸収量が異なるようにモデル材を吐出する。
こうすることにより、本発明の立体造形物の製造装置は、粒子層を徐冷する際における造形層（モデル領域）内の温度のムラや、加熱する粒子層の１つ下の粒子層の加熱状態を考慮して、モデル領域におけるエネルギーの吸収量を適切に制御することができる。より具体的には、本発明の立体造形物の製造装置は、例えば、形成するモデル領域に対する周囲の領域からの熱の伝播の影響を考慮して、当該モデル領域における温度分布が略均一となるように、吐出するモデル材の量及び種類の少なくともいずれかを制御する。これにより、モデル領域が加熱手段により加熱される際、及び粒子層が徐冷される際の少なくともいずれかにおける、モデル領域の温度分布を略均一にして造形に適した状態にすることができるため、立体造形物の変形を抑制して、立体造形物の造形精度を向上できる。

＜層形成手段、層形成工程＞
層形成手段は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する手段である。
層形成工程は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する工程である。
層形成手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粒子を供給する機構と、供給された粒子を均しながら粒子層を形成する機構の組合せなどが挙げられる。層形成手段の詳細については、後述する。

＜＜樹脂粒子＞＞
樹脂粒子とは、樹脂成分を含む粒子を意味する。なお、以下では、樹脂粒子を「樹脂粉末」又は「樹脂粉体」と称することがある。樹脂粒子は、樹脂成分の他に、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。
樹脂成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、熱可塑性樹脂であることが好ましい。

−熱可塑性樹脂−
熱可塑性樹脂とは、熱を加えると可塑化し、溶融する樹脂を意味する。
熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、液晶樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂としては、融解開始温度と、冷却時の再結晶温度の差が大きな樹脂が好ましい。
なお、結晶性樹脂とは、ＩＳＯ３１４６（プラスチック転移温度測定方法、ＪＩＳ Ｋ７１２１）に準拠した測定において、融点ピークが検出される樹脂である。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリアセタール（ＰＯＭ：Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ポリイミド、フッ素樹脂などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などが挙げられる。

ポリアミドとしては、例えば、ポリアミド４１０（ＰＡ４１０）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド６１０（ＰＡ６１０）、ポリアミド６１２（ＰＡ６１２）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、及びポリアミド１２（ＰＡ１２）；並びにポリアミド４Ｔ（ＰＡ４Ｔ）、ポリアミドＭＸＤ６（ＰＡＭＸＤ６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、及びポリアミド１０Ｔ（ＰＡ１０Ｔ）などの半芳香族性のポリアミドが挙げられる。

ポリエステルとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブタジエンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性を付与する点で、テレフタル酸やイソフタル酸を一部に含む芳香族を有するものが好ましい。

ポリエーテルとしては、例えば、ポリアリールケトン、ポリエーテルスルフォンなどが挙げられる。
ポリアリールケトンとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトンケトン（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）などが挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＡ９Ｔのように２つの融点ピークを有するものでもよい。２つの融点ピークを有する熱可塑性樹脂は、高温側の融点ピーク以上の温度になると完全に溶融する。

また、ポリフタルアミド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、及びポリテトラフルオロエチレンなどは、「スーパーエンジニアリングプラスチック」と称されている。

樹脂粒子の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、円柱体、多角柱体、球体などの形状が挙げられる。これらの中でも、円柱体が好ましい。

円柱体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、真円柱体、楕円柱体などが挙げられる。これらの中でも、真円柱体が好ましい。
なお、円柱体には、略円柱体が含まれる。ここで、略円柱体とは、短径に対する長径の比（長径／短径）が、１以上１０以下である略円を底面とする柱体のことを意味する。また、円柱体の円形部分は、一部が欠けていてもよい。
多角柱体としては、円柱体と同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、多角柱体における多角形部分の一部が欠けていてもよい。
球体としては、円柱体と同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、球体の一部が欠けていてもよい。

円柱体の円形部分の直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。なお、円柱体の円形部分が楕円形である場合、直径とは長径を意味する。
多角柱体の多角形部分の一辺の長さとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、多角形部分を全て含むような最小の円（最小包含円）の直径が５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。
球体の直径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、５μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

円柱体の高さ、即ち対向する２つの円形部分の距離（上面−底面間の距離）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
多角柱体の高さ、即ち対向する２つの多角形部分の距離（上面−底面間の距離）としては、円柱体の高さと同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。

円柱体における、対向する２つの円形部分（上面及び底面）の面積は、互いに異なっていてもよい。ただし、面積が小さいほうの円形部分の直径ｒ１に対する面積が大きいほうの円形部分の直径ｒ２の比（ｒ２／ｒ１）としては、２つの円形部分の面積に差がないほうが嵩密度を高めることができる点で、１．５以下が好ましく、１．１以下がより好ましい。
多角柱体における、対向する２つの多角形部分（上面及び底面）の面積は、互いに異なっていてもよい。ただし、多角形部分の小さいほうの面積（Ｓ１）に対する多角形部分の大きいほうの面積（Ｓ２）の比（Ｓ２／Ｓ１）としては、２つの多角形部分の面積に差がないほうが嵩密度を高めることができる点で、１に近いことが好ましい。
例えば、ＨＳＳ方式の立体造形物の製造装置を用いて立体造形物を造形する際には、樹脂粒子の嵩密度を高めることにより、造形物や成形物の精度を向上させることができる。

円柱体や多角柱体などの柱体の樹脂粒子においては、嵩密度を高めるため、頂点を持たないことが好ましい。なお、頂点とは、柱体の中に存在する角の部分をいう。

＜＜粒子層＞＞
粒子層とは、樹脂粒子を含む層を意味する。なお、以下では、粒子層を「粉末層」又は「粉体層」と称することがある。
粒子層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

層形成手段が粒子層を形成する際には、樹脂粒子の温度が所望の予熱温度になるように、樹脂粒子をあらかじめ加熱しておくことが好ましい。すなわち、本発明の立体造形物の製造方法においては、樹脂粒子の温度が所望の予熱温度になるように、樹脂粒子をあらかじめ加熱する予熱工程を更に含むことが好ましい。こうすることにより、加熱手段が粒子層に付与するエネルギーが小さい場合であっても、樹脂粒子同士を融着可能な温度になるように、粒子層を加熱することができる。

予熱温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、樹脂粒子の再結晶化温度と溶融温度の間の温度であることが好ましい。予熱温度が、樹脂粒子の再結晶化温度と溶融温度の間の温度であることにより、粒子層を形成する際の樹脂粒子の流動性を保ちつつ、造形した立体造形物における反りなどの変形を抑制することができる。

予熱工程を行う予熱手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知のヒータ、加熱ランプ、加熱ローラなどを用いることが可能である。

＜吐出手段、吐出工程＞
吐出手段は、粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する手段である。加えて、吐出手段は、モデル領域における互いに隣接する部分に、エネルギーの吸収量が異なるようにモデル材を吐出する。
吐出工程は、粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する工程である。加えて、吐出工程においては、モデル領域における互いに隣接する部分に、エネルギーの吸収量が異なるようにモデル材を吐出する。
吐出手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、インクジェット方式の吐出ヘッドなどが挙げられる。

また、立体造形物の製造装置が有する吐出手段の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。そのため、同一の吐出手段から異なるモデル材を吐出してもよく、一のモデル材を吐出する吐出手段と、他のモデル材を吐出する吐出手段とを別に設けてもよい。

＜＜モデル領域＞＞
モデル領域は、吐出手段がエネルギーを吸収可能なモデル材を粒子層に吐出して形成した領域である。モデル領域は、製造（造形）する立体造形物を３次元モデルで表した３次元データに基づいて形成することができ、例えば、３次元データを所定の間隔で輪切り（スライス）した形状となるようにしてもよい。
形成されたモデル領域は、加熱手段によりエネルギーを付与されて加熱されることによって、モデル領域における樹脂粒子同士が融着して、立体造形物の一部であるモデル部となる。言い換えると、形成されたモデル領域は、吐出されたモデル材により、効率的にエネルギーを吸収可能であるため、加熱手段によりエネルギーが付与される際に、樹脂粒子の融点以上の温度となり、樹脂粒子同士が融着して固化する。

ここで、樹脂粒子同士を融着するとは、樹脂粒子を融点以上の温度となるように加熱することにより、樹脂粒子の融点より低い温度となった際に、樹脂粒子同士が一体となって固化することを意味する。そのため、樹脂粒子同士が融着している領域においては、樹脂粒子同士の境界（粒界）の少なくとも一部がなくなる。

＜＜＜モデル材＞＞＞
モデル材としては、エネルギーを吸収可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カーボンブラック等の黒色顔料を含むインク、色素を含むインク、金属微粒子を含むインクなどが挙げられる。
これらの中でも、モデル材としては、加熱手段が光照射手段である場合には、光照射手段が照射した光を吸収することにより発熱可能なものが好ましく、例えば、上記のカーボンブラック等の黒色顔料を含むインク（黒色インク）が好ましい。モデル材が黒色インクであることにより、加熱手段が光照射手段である場合に、光照射手段が照射した光を効率的に吸収して発熱することができ、モデル領域における樹脂粒子同士の融着を容易に行うことができる。

本発明において、モデル材としては、複数の種類のモデル材を用いてもよい。具体的には、例えば、エネルギーの吸収量が異なるモデル材、表面張力が異なるモデル材などを用いることができる。また、同一の組成のモデル材の温度を異なるようにしてもよい。
エネルギーの吸収量が異なるモデル材としては、例えば、モデル材に含まれるエネルギー吸収剤の濃度が異なるもの、エネルギー吸収剤の種類が異なるものなどが挙げられ、モデル材が黒色顔料を含むインクである場合には、黒色顔料の濃度が異なるものを用いることができる。

エネルギーの吸収量が異なる２種のモデル材を用いる場合、これらのモデル材のエネルギーの吸収量の差としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することがきるが、一のモデル材におけるエネルギーの吸収量をＸとしたとき、他のモデル材におけるエネルギーの吸収量が０．８Ｘ以下であることが好ましい。
こうすることにより、モデル領域におけるエネルギーの吸収量を、造形の条件に合わせてより好ましい量に調整することができ、立体造形物の変形をより抑制することができる。
また、第二モデル材におけるエネルギーの透過率が、第一モデル材におけるエネルギーの透過率をＹ（％）としたとき、Ｙ／０．８（％）以上であることが好ましい。

また、吐出手段がモデル材を吐出する際には、エネルギーの吸収量が同じモデル材の吐出回数及び吐出量を制御することにより、モデル領域におけるエネルギーの吸収量を制御することも好ましい。より具体的には、モデル領域において、エネルギーの吸収量を小さくしたい箇所に対しては、その箇所に吐出するモデル材の総量を他の場所よりも少なくとするとともに、モデル材を複数回に分けてその箇所に吐出することが好ましい。

ここで、モデル材を粒子層の同一箇所に複数回に分けて吐出することについて説明する。
図１Ａは、第ｋ層目にモデル材の液滴を吐出（塗布）した際のモデル材の浸透挙動の様子の一例を断面から模式的に示した図である。図１Ａでは、粒子層３１にモデル材１０を滴下して、モデル材１０が浸透していく様子を示す。

図１Ａに示されるように、第ｋ層目の樹脂粒子２０にモデル材１０を所定の解像度で吐出する。すると、モデル材１０は樹脂粒子２０を液架橋力により凝集させながら、ＸＹ方向及びＺ方向に浸透する。

続いて、図１Ｂで示すように、粒子層３１の厚みをｈとし、隣接するモデル材１０における粒子層３１に着弾する中心間距離（隣接するドット間の距離）をＬとしたとき、ｈ＜Ｌとなるように吐出することが好ましい。

吐出されたモデル材１０が第ｋ層目をＸＹ方向及びＺ方向に浸透していくが、ｈ＜Ｌとすることにより、モデル材１０は積層方向であるＺ方向に十分浸透する。
立体造形物の積層間強度を確保するためには、粉体層厚みｈ間に液滴がしっかり浸透する必要がある。液滴をＺ方向に厚みｈ分浸透させるためには、Ｚ方向に浸透するまでに隣接する液滴と結合しないようにすることが好ましく、ｈ＜Ｌであることが好ましい。

なお、Ｌの上限としては、樹脂粒子とモデル材の組み合わせなどによって異なるため、一概にはいえないが、例えば、８ｈ以下であることが好ましく、４ｈ以下であることがより好ましい。

このように、同一箇所に複数回に分けてモデル材を吐出することにより、１滴で同量の液滴を吐出の場合に比べて、モデル材がＺ方向により浸透しやすくなる。これは、ＸＹ方向に隣接するモデル材と結合してＸＹ方向にモデル材が濡れ広がる前に、モデル材がＺ方向に浸透するためと考えられる。つまり、同一箇所に複数回に分けてモデル材を吐出することにより、ＸＹ方向へのモデル材の濡れ広がりを抑制することができ、立体造形物の造形精度をより向上させることができる。

＜加熱手段、加熱工程＞
加熱手段は、モデル領域が形成された粒子層を、エネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させる手段である。
加熱工程は、モデル領域が形成された粒子層を、エネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させる工程である。
加熱手段としては、粒子層にエネルギーを付与して加熱可能であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、光を照射する光照射手段、マイクロ波を照射するマイクロ波照射手段、電子線を照射する電子線照射手段などが挙げられる。

加熱手段は、粒子層におけるモデル領域にエネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させ、立体造形物の一部となるモデル部を形成する。

加熱手段としては、上記に挙げたものの中でも、光照射手段であることが好ましい。加熱手段が光照射手段であり、モデル材が光を吸収することにより発熱可能なものであると、効率よく短時間で立体造形物を造形することができるため、立体造形物の製造装置の生産性を向上させることができる。
光照射手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ハロゲンランプ、レーザー照射手段、ＬＥＤ照射手段、キセノンランプなどが挙げられる。

ここで、光照射手段として用いることができるハロゲンランプの具体例な製品としては、例えば、ウシオ電機株式社製ラインタイプハロゲン光源 ３Ｗ／ｍｍ（色温度３，０００Ｋ、エネルギー密度０．０４Ｗ／ｍｍ^２）などが挙げられる。

ここで、立体造形物の製造装置が有する加熱手段の数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、吐出手段における吐出不良の発生を抑制するメンテナンス手段、立体造形物の製造装置の制御を行う制御手段などが挙げられる。

本発明の立体造形物の製造装置は、少なくとも、層形成手段、吐出手段、及び加熱手段を繰り返して動作させることにより、立体造形物を製造（造形）することができる。同様に、本発明の立体造形物の製造方法は、少なくとも、層形成工程、吐出工程、及び加熱工程を繰り返して行うことにより、立体造形物を製造（造形）することができる。

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明は、これらの実施形態に何ら限定されるものではない。
なお、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。

＜第一の実施形態＞
図２は、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態における概略平面図である。図３は、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態における概略側面図である。図４は、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態における造形部を示す概略側面図である。

図２から４に示す、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態（以下では、単に「立体造形装置」と称することがある）は、樹脂粒子が融着して形成された層状造形物である造形層（モデル部）３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粒子層３１に、モデル材を吐出する吐出手段としての吐出ユニット５と、粒子層３１に光８１を照射する加熱手段としての光照射ユニット８０を備えている。

造形部１は、粒子槽１１と、層形成手段の一例（平坦化部材、リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

粒子槽１１は、樹脂粒子２０を供給する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２とを有している。造形前に供給槽２１に樹脂粒子２０を供給する。供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降可能となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降可能となっている。造形ステージ２４上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。

供給ステージ２３と造形ステージ２４は、モータによって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降される。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粒子２０を造形槽２２に供給し、平坦化部材である平坦化ローラ１２によって均して平坦化して、粒子層３１を形成する。
この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（樹脂粒子２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転駆動される。

吐出ユニット５は、造形ステージ２４上の粒子層３１に造形液（モデル材）１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。
液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。
このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査モータ５５０によってプーリ及びベルトから構成される主走査移動機構を介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」と称する。）は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列が、それぞれ複数列配置されている。ヘッド５２のノズル列は、造形液１０を吐出する。例えば、ヘッド５２aが第一モデル材を、ヘッド５２ｂが第二モデル材を吐出するようにしてもよい。また、ヘッド５２は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなど色がついた造形液をそれぞれ吐出することもできる。なお、ヘッド５２としては、これに限るものではない。

これらの造形液の各々を収容した複数のタンク６０が、タンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介して造形液１０がヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。

メンテナンス機構６１は、キャップ６２とワイパ６３を有する。メンテナンス機構６１は、キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液１０を吸引することにより、ノズルに詰まった粒子の排出や高粘度化した造形液を排出させる。また、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。メンテナンス機構６１は、造形液１０の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、樹脂粒子２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

吐出ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、吐出ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この吐出ユニット５は、後述するモータ５５２を含む走査機構によって全体がＹ方向に往復移動される。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するモータ５５１を含む昇降機構によってＺ方向に昇降される。

光照射ユニット８０は、ヘッド５２から造形液１０が吐出された領域上に、光８１を照射しながら走査する。光照射ユニット８０をキャリッジ５１内に備えることで、ヘッド５２と駆動を共有することも可能だが、個別に駆動源を用意することで、光照射ユニット単体でのＸ方向間の駆動を行うことも可能である。
また、光照射ユニット８０は、ヘッド５２の左右にそれぞれ配置してもよいし、どちらか片方に配置してもよい。

ここで、造形部１の詳細について説明する。
粒子槽１１は、箱型形状であり、上面が開放された槽である、供給槽２１、造形槽２２、及び余剰粒子受け槽２５を備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。

供給ステージ２３の側面は、供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１から樹脂粒子２０を造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粒子である粒子層３１を形成する。
この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、樹脂粒子２０が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。
この平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、樹脂粒子２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粒子２０を平坦化することで粒子層３１が形成される。

また、図４にも示すように、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した樹脂粒子２０を除去するための粒子除去部材である粒子除去板１３が配置されている。
粒子除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粒子除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向でも、順方向での配置可能である。

本実施形態では、造形部１の粒子槽１１が、供給槽２１と、造形槽２２と、余剰粉体受け槽２５の３つの槽を有しているが、供給層２１を設けずに、造形槽２２に粒子供給装置から粒子を供給して、平坦化手段で平坦化する形態であってもよい。

次に、立体造形物の製造装置６０１の制御部の概要について、図５を参照して説明する。
制御手段としての制御部５００は、この立体造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。

制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。

制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置により実現可能である。

制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。
制御部５００は、液体吐出ユニット５０の各ヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、吐出ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は吐出ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。
制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。
制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動する５１６を備えている。
制御部５００は、供給槽２１に粒子（樹脂粒子）２０を供給する粒子供給装置１０１を駆動する供給系駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。

次に、立体造形物の製造（造形）の流れについて、図６Ａから６Ｆを参照して説明する。図６Ａから６Ｆは、立体造形物の造形の流れの一例を示す模式図である。
造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の造形層３０が形成されている状態から説明する。
造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図６Ａに示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる。

このとき、造形槽２２の上面（粒子層表面）と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔がΔｔとなるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔが次に形成する粒子層３１の厚さに相当する。間隔Δｔは、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

次いで、図６Ｂに示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粒子（樹脂粒子）２０を、平坦化ローラ１２を順方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粒子２０を造形槽２２へと移送供給する（粒子供給）。

さらに、図６Ｃに示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、図６Ｄに示すように、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔになる粒子層３１を形成する（平坦化）。粒子層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図６Ｄに示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置に戻される。

ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粒子２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さΔｔの粒子層３１を形成できる。

その後、図６Ｅに示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を、造形槽２２の所望の位置に吐出して、モデル領域を形成する。そして、図６Ｆに示すように、光照射ユニット８０が、光８１を照射しながら造形槽２２上を走査することにより、粒子層３０を加熱し樹脂粒子同士を融着させ、モデル部（造形層３０）を形成する。

次いで、上述した樹脂粒子の供給・平坦化よる粒子層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程、光照射ユニット８０による加熱工程を繰り返して新たな造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０とは一体化して三次元形状造形物の一部となる。
以後、樹脂粒子の供給・平坦化よる粒子層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程、光照射ユニット８０による加熱を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を製造する。

ここで、本実施形態における効果を説明するため、まず従来技術の問題点について説明する。図７Ａから７Ｄは、従来技術におけるモデル部の形成過程の一例を示す説明図である。
図７Ａに示す粒子層３１における破線で囲まれた領域に対して、図７Ｂに示すように、モデル材１０を吐出して、モデル領域１０１を形成する。次に、図７Ｃに示すように、光８１が照射され、モデル領域１０１における樹脂粒子２０が融解して融着し、モデル部３０が形成される。

その後、モデル部３０が徐冷されて固化する際に、モデル部３０の上側と下側で温度差を持つことがあり、この例においては、モデル部３０の上側は低温、下側は高温となる。これは、モデル部３０の上側は外気に面しているため冷めやすいのに対して、モデル部３０の下側は別の１つ下の粒子層に接しているため保温されて冷めにくいからであると考えられる。そのため、加熱溶融後の冷却固化において、モデル部３０（領域）の上側と下側で体積収縮に差が生じ、結果として、固化部分であるモデル部３０が変形して上下方向の反りが発生する。図７Ｄの例では、モデル部３０の温度差に対応して、下方向に凸の反りが生じている。
このモデル部３０の反りは、それぞれの粒子層３１ごとに生じ得るため、モデル部３０が形成された粒子層３１の積層を繰り返して製造した立体造形物にも引き継がれてしまい、造形精度を低下させてしまう場合がある。

図８Ａは、従来技術におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布の一例を示す説明図である。図８Ｂは、図８Ａに示す濃度分布の場合における、粒子層を加熱した後に冷却する際の温度分布の一例を示す説明図である。
図８Ａに示すように、従来技術においては、モデル領域１０１におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布は均一になっている。そのため、図８Ｂに示すように、粒子層３１を加熱した後に冷却する際には、モデル部３０の上側３０ａは低温、下側３０ｂは高温となり、反りが生じやすい状態となってしまう。

ここで、図９Ａは、第一の実施形態におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布の一例を示す説明図である。図９Ｂは、図９Ａに示す濃度分布の場合における、粒子層を加熱した後に冷却する際の温度分布の一例を示す説明図である。
図９Ａに示すように、第一の実施形態においては、モデル領域１０１におけるモデル材のエネルギー吸収剤の濃度分布が、モデル領域１０１の上側１０１ａと下側１０１ｂとで異なっている。より具体的には、モデル領域１０１の上側１０１ａのエネルギー吸収剤の濃度が高く、モデル領域１０１の下側１０１ｂのエネルギー吸収剤の濃度が低くなっている。こうすることで、図９Ｂに示すように粒子層３１を加熱した後に冷却する際に、モデル部３０の温度ムラが抑制され、略均一な温度分布のモデル部３０ｃとなり体積収縮差が小さくなる又はなくなるため、モデル部３０の反りを抑制することができる。特に、冷却時におけるモデル部３０の体積収縮差がなくなるようにモデル材１０を吐出してモデル領域１０１を形成することで、モデル部３０の反りをより抑制することができる。

言い換えると、第一の実施形態においては、吐出手段が、加熱手段がエネルギーを付与する前に、層形成手段が形成した、第一粒子層に第一モデル材を吐出して第一モデル領域を形成する。さらに、第一の実施形態においては、吐出手段が、第一モデル領域の略直上に位置する第二粒子層に、第一モデル材におけるエネルギーの吸収量よりも小さいエネルギーの吸収量の第二モデル材を吐出して第二モデル領域を形成する。こうすることにより、粒子層を加熱した後に冷却する際に、モデル領域（部）の温度ムラが抑制され、第一モデル領域と第二モデル領域との体積収縮差が小さくなるため、モデル部の反りを抑制することができる。なお、「略直上」とは、粒子層の積層方向において、領域同士の少なくとも一部が互いに接するような位置関係を意味する。

ここで、第一モデル材と第二モデル材とは、同一の組成のものであってもよいし、異なる組成（種類）のものであってもよいが、異なる組成のものであることが好ましい。より具体的には、第一モデル材と第二モデル材とで、エネルギーの吸収量及び表面張力が異なるモデル材を用いることが好ましい。この場合、第二モデル材は、第一モデル材と比べて、エネルギーの吸収量及び表面張力が高いモデル材を用いることが好ましい。こうすることにより、モデル領域の上側（第二モデル領域）のエネルギー吸収剤の濃度を高くすることができ、放熱しやすい上側のエネルギーの吸収量を高めることで、冷却する際に、モデル領域（部）の温度ムラを抑制できる。また、表面張力が高いことによりモデル領域の下面まで第二モデル材が浸透しにくいため、第二モデル材がモデル領域の上側に位置しやすくできる。また、この場合、第一モデル材は、第二モデル材よりも表面張力が低く浸透しやすいため、モデル領域の下側（第一モデル領域）まで到達しやすい。

この場合における具体的なモデル領域の形成過程について説明する。
図１０Ａから１０Ｄは、第一の実施形態において、１つの粒子層におけるモデル領域に所望のエネルギー吸収剤の濃度分布を形成する際の過程の一例を示す説明図である。
まず、図１０Ａに示すように、粒子層３１におけるモデル領域１０１となる領域に第一モデル材１０ｂを吐出する。すると、図１０Ｂに示すように、第一モデル材１０ｂは表面張力が低く浸透性が高いため、モデル領域１０１となる部分の下側まで到達して、エネルギーの吸収量の低い第一モデル領域１０１ｂとなる。
次に、図１０Ｃに示すように、粒子層３１におけるモデル領域１０１となる領域に第二モデル材１０ａを吐出する。すると、図１０Ｄに示すように、第二モデル材１０ａは表面張力が高く浸透性が低いため、モデル領域１０１となる部分の上側でとどまり、エネルギーの吸収量の高い第二モデル領域１０１ａとなる。
このようにして形成したモデル領域１０１は、モデル領域１０１の上側１０１ａのエネルギー吸収剤の濃度が高く、モデル領域１０１の下側１０１ｂのエネルギー吸収剤の濃度が低くなっている。このため、粒子層を加熱した後に冷却する際に、モデル領域（部）の温度ムラが抑制され、上側１０１ａと下側１０１ｂとの体積収縮差が小さくなるため、モデル部の反りを抑制することができる。

上記の例においては、第二モデル材としては、第一モデル材と比べて、表面張力が高いモデル材を用いることで粒子層に対する浸透性を制御したが、例えば第二モデル材の温度を第一モデル材の温度より低くすることで、浸透性を制御してもよい。

また、第一の実施形態において、層形成手段は、第一粒子層と第二粒子層とを、一括して形成してもよいし、第一粒子層を形成した後に第二粒子層を形成してもよい。すなわち、第一粒子層と第二粒子層とが、１つの粒子層として形成されてもよいし、別の粒子層として形成されてもよい。これらの中でも、第一の実施形態においては、層形成手段が、第一粒子層を形成した後に第二粒子層を形成することが好ましい。この場合、第一の実施形態においては、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成することが好ましい。

上記の層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する形態について説明する。
図１１Ａから１１Ｅは、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合の流れの一例を示す説明図である。
まず、図１１Ａに示すように、第一粒子層３１１（サブ粒子層３１１）を形成し、図１１Ｂに示すように、第一モデル材１０ｂを吐出して第一モデル領域１０１ｂを形成する。次に、図１１Ｃに示すように、第一粒子層３１１の上に第二粒子層３１２（サブ粒子層３１２）を形成し、図１１Ｄに示すように、第二モデル材１０ａを吐出して第二モデル領域１０１ａを形成する。その後、図１１Ｅに示すように、光照射ユニット８０により、第一粒子層３１１及び第二粒子層３１２に光８１を照射して、第一モデル領域１０１ｂ及び第二モデル領域１０１ａにおける樹脂粒子を融着してモデル部３０を形成する。このとき、図１１Ｅの破線で囲まれた領域が、一度の光照射で形成されるモデル部３０となっている。

このように、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成することにより、第一モデル領域と第二モデル領域をより正確に制御できるので、立体造形物の反りをより抑制することができる。また、こうすることにより、モデル材の選定の自由度が広がるメリットもある。

図１２は、第一の実施形態において、層形成手段が第一粒子層を形成し、吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、層形成手段が第二粒子層を形成する場合における、一層分のモデル部を作成する際の流れの一例を示すフローチャートである。ここでは、図１２に示すフローチャートの図中Ｓで表すステップにしたがって説明する。なお、以下の処理は、本発明の立体造形物の製造装置６０１の制御部５００を有するコンピュータを用いて実行することができる。

ステップＳ１０１では、制御部５００は、層形成手段の一例である平坦化ローラ１２により、サブ粒子層３１１を形成させると、処理をＳ１０２に移行する。

ステップＳ１０２では、制御部５００は、吐出手段の一例であるヘッド５２により、Ｓ１０１で形成したサブ粒子層３１１に吐出すべきモデル材１０を吐出させて、モデル領域１０１を形成させると、処理をＳ１０３に移行する。

ステップＳ１０３では、制御部５００は、加熱手段の一例である光照射ユニット８０により光８１が照射されていないサブ粒子層の数が所定数に達したと判定すると、処理をＳ１０４に移行する。また、制御部５００は、光照射ユニット８０により光８１が照射されていないサブ粒子層の数が所定数に達してないと判定すると、処理をＳ１０１に戻す。なお、ここまでサブ粒子層の数としては２つを例にして説明したが、サブ粒子層の数としては２つに限定されるものではなく、適宜選択できる。

ステップＳ１０４では、制御部５００は、光照射ユニット８０により、粒子層３１に光８１を照射させて、粒子層３１を加熱して粒子層３１におけるモデル領域１０１の樹脂粒子２０同士は融着させて、一層分のモデル部３０を形成させると本処理を終了する。

図１２に示した流れのようにして一層分のモデル部３０を形成することを所定の回数繰り返すことにより、反りを抑制しつつ、立体造形物を造形することができる。

また、第一モデル領域又は第二モデル領域中において、エネルギーの吸収量が異なっていてもよく、例えば、図１３に示すように、第二モデル領域１０１ａにおける、第二モデル領域１０１ｄ及び第二モデル領域１０１ｅのようすることができる。このようにすることで、より精密な温度差抑制制御が行え、より造形精度を高めることができる。

さらに、モデル部における反りは、モデル部の端部で顕著に生じる場合があるため、図１４に示すように、モデル領域１０１の下側の端部となる領域が第一モデル領域１０１ｂとなるようにしてもよい。

ここで、第一の実施形態においては、第二モデル材におけるエネルギーの吸収量が、第一モデル材におけるエネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下であることが好ましい。具体的には、第二モデル材におけるエネルギーの透過率が、第一モデル材におけるエネルギーの透過率をＹ（％）としたとき、Ｙ／０．８（％）以上であることが好ましい。こうすることにより、モデル領域におけるエネルギーの吸収量を、造形の条件に合わせてより好ましい量に調整することができ、立体造形物の変形をより抑制することができる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態においては、装置の構成は第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。
本実施形態における効果を説明するため、まず第二の実施形態における従来技術の問題点について説明する。
図１５は、従来技術において、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、凹み（ヒケ）が発生する様子の一例を示す説明図である。なお、図１５においては、第一粒子層を（Ｋ−１）層とし、第二粒子層をＫ層として説明する。

まず、図１５の左部に示すように、従来技術においては、（Ｋ−１）層に対してエネルギーを付与すると、モデル材が吐出されたモデル領域の温度は上昇するため、図１５の中央部に示すように、層形成手段によりＫ層を形成する際においても、（Ｋ−１）層のモデル領域の温度は高い状態となる。このため、図１５の右部に示すように、（Ｋ−１）層のモデル領域の少なくとも一部を含み、かつ（Ｋ−１）層のモデル領域外をも含むようにＫ層のモデル領域が設定された場合は、Ｋ層のモデル領域内で温度分布に差が発生する。そのため、Ｋ層のモデル領域内において、エネルギーを付与した後の樹脂粒子の溶融状態が場所によって異なる。特に、（Ｋ−１）層のモデル領域の略直上に位置する領域に関しては、もとの温度が高いため、樹脂粒子の溶融が進み、Ｚ方向の凹み量が多くなるため、Ｋ層のモデル領域内で均一な平面を得ることができず、凹み（ヒケ）が発生し、立体造形物の精度低下に繋がるという問題があった。

ここで、図１６は、第二の実施形態における、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際のモデル材の分布の一例を示す説明図である。
第二の実施形態においては、図１６の右部に示すように、（Ｋ−１）層におけるモデル領域１０１ｂの略直上に位置する、Ｋ層におけるモデル領域１０１ａａを、（Ｋ−１）層におけるモデル領域１０１ｂを形成するために吐出した第一モデル材よりも、エネルギーの吸収量が小さくなるように第二モデル材を吐出して形成する。図１６の例においては、（Ｋ−１）層のモデル領域１０１ｂに吐出するモデル材の量が１００％である場合、Ｋ層のモデル領域１０１ａにおける、（Ｋ−１）層のモデル領域１０１ｂの略直上に位置する部分１０１ａａにはモデル材の量が８０％となるように吐出する。また、Ｋ層のモデル領域１０１ａにおける、（Ｋ−１）層のモデル領域１０１ｂと重ならない（略直上でない）部分１０１ａｂに関しては、（Ｋ−１）層のモデル領域１０１ｂと同量（１００％）のモデル材を吐出する。
言い換えると、第二の実施形態においては、層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、吐出手段が、第一粒子層における第一モデル領域の樹脂粒子同士が融着された第一モデル部の略直上に位置する第二モデル領域を、第一粒子層における第一モデル領域を形成するために吐出した第一モデル材よりも、エネルギーの吸収量が小さくなるように第二モデル材を吐出して形成する。

こうすることにより、第二の実施形態においては、Ｋ層のモデル領域にモデル材を吐出する際に、（Ｋ−１）層のモデル領域の略直上に位置する部分においてはモデル材の量を減らすことで、エネルギー吸収剤の濃度を下げ、エネルギーを付与する際の当該部分における樹脂粒子の温度上昇を抑えることができる。このため、Ｋ層のモデル領域における（Ｋ−１）層のモデル領域と重ならない（略直上でない）部分の温度を揃えることができるので、Ｋ層のモデル領域における温度を均一にすることができる。これにより、Ｋ層のモデル領域における樹脂粒子の溶融条件を均一にできるため、Ｚ方向への凹み量をＫ層のモデル領域内で均一にすることができ、Ｋ層のモデル領域（部）におけるヒケを抑制することができる。

第二の実施形態においては、第一モデル材と第二モデル材は同一の組成のものであってもよいし、異なる組成のものであってもよいが、同一の組成のものを用いることが、装置の構成及び造形の工程を単純化することができるという観点から好ましい。同一の組成のモデル材を用いてエネルギーの吸収量が小さくする際には、例えば、エネルギーの吸収量が小さくしたい箇所に対する、モデル材の吐出量を減らすことにより行うことができる。

また、第二の実施形態においては、吐出するモデル材の量を減らす際には、複数回に分けてモデル材を吐出することが好ましい。すなわち、第二の実施形態においては、第一モデル材と第二モデル材とが、エネルギーの吸収量が同じモデル材であり、吐出手段が、第二粒子層における第二モデル領域となる領域の同一箇所に、第二モデル材を複数回に分けて吐出することが好ましい。こうすることにより、１滴で同量の液滴を吐出の場合に比べて、モデル材がＺ方向により浸透しやすくなる。これは、ＸＹ方向に隣接するモデル材と結合してＸＹ方向にモデル材が濡れ広がる前に、モデル材がＺ方向に浸透するためと考えられる。つまり、同一箇所に複数回に分けてモデル材を吐出することにより、ＸＹ方向へのモデル材の濡れ広がりを抑制することができ、立体造形物の造形精度をより向上させることができる。

ここで、上記の効果について、図面を参照して詳細に説明する。
図１７は、従来技術におけるモデル材の吐出量を減らす際のモデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。図１７に示すように、エネルギー吸収剤の濃度を下げるために、単に吐出するモデル材の量を減らす（一度に少ない量のモデル材を吐出する）と、モデル材の量を減らした部分においては、Ｚ方向（重力方向）の浸透深さが浅くなってしまう。このため、従来技術においては、異なる粒子層間のモデル部同士の結着力が弱くなり、立体造形物の強度が低下する場合がある。

図１８は、第二の実施形態におけるモデル材の吐出量を減らす際のモデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。図１８に示すように、第二の実施形態においては、吐出するモデル材の量を減らす際に、同一箇所にモデル材を複数回に分けて吐出する。図１８に示す例においては、吐出するモデル材の総量が他の領域よりも少なくなるように、４回に分けてモデル材を吐出している。

ここで、Ｋ層のモデル領域内におけるモデル材吐出制御（吐出量や吐出回数の決定）は各層の造形データ（スライス画像データ）から判断することができる。この際、吐出工程の前に、吐出条件を決定する工程を含むことが好ましい。

また、第二の実施形態においては、Ｋ層と（Ｋ−１）層との関係以外にも、更に多くの粒子層との関係を考慮して、吐出するモデル材の量を制御することが好ましい。
図１９は、第二の実施形態において、４つの粒子層を形成する際におけるモデル材の分布の一例を示す説明図である。図１９に示すように、例えば、Ｋ層のモデル領域内で、（Ｋ−１）層のモデル領域の略直上の位置する部分１０１ａａに対してはモデル材の量を８０％に設定し、Ｋ層において新規でモデル領域を形成する部分に対しては、モデル材の量を１００％に設定する。

そして、（Ｋ＋１）層では、（Ｋ−１）層におけるモデル領域の略直上に位置する部分１０１ａｃに対してはモデル材の量を７０％に設定し、それ以外のＫ層におけるモデル領域の略直上に位置する部分に対してモデル材の量を８０％に設定し、（Ｋ＋１）層において新規でモデル領域を形成する部分に対しては、モデル材の量を１００％に設定する。そして（Ｋ＋２）層では、（Ｋ−１）層におけるモデル領域の略直上に位置する部分１０１ａｄに対してモデル材の量を６０％に設定し、それ以外の（Ｋ＋１）層におけるモデル領域の略直上に位置する部分に対してモデル材の量を７０％に設定する。なお、造形高さに応じて吐出するモデル材の量を変化させるのと同様に、モデル材の吐出回数を変化させてもよい。

このように、各層のモデル領域を考慮し、造形高さ（積層数）に応じて吐出するモデル材の量を変化させることで、各層内のモデル領域における樹脂粒子の溶融条件を均一にできるとともに、各層間（積層方向（Ｚ方向））における樹脂粒子の溶融条件をも均一にできるので、立体造形物の造形精度をより向上できる。

第二の実施形態においては、立体造形物の製造装置が、粒子層内の温度を検知する機構を備え、検知した温度情報に基づいて、Ｋ層のモデル領域におけるモデル材の吐出量や吐出回数を調整する制御を行うことが好ましい。なお、検知する温度情報としては、（Ｋ−１）層のエネルギー付与後のモデル領域の温度情報でも、Ｋ層を層形成手段により形成した後のモデル領域の温度情報でもよい。検知した温度情報に基づいて、Ｋ層のモデル領域におけるモデル材の吐出量や吐出回数を調整する制御することで、モデル領域内のヒケを防止し、立体造形物の造形精度を向上できる。

また、Ｋ層のモデル領域内の温度情報においては、（Ｋ−１）層のモデル領域の端部やＫ層において新規でモデル領域を形成する部分の端部にて温度の傾斜が発生すると考えらえる。この場合は、端部の温度傾斜に合わせて、モデル材の吐出量や吐出回数に傾斜を設ける（モデル材の量のグラデーションを設ける）ことも好ましい。

さらに、第二の実施形態においては、Ｋ層にエネルギー付与した後、再度モデル領域の温度を検知する機構を設けることが好ましい。エネルギー吸収剤の分布を変化させ、樹脂粒子の溶融条件を均一にした際の温度情報（温度分布）を測定することにより、実際の温度分布を確認し、次に形成する粒子層におけるモデル材の吐出量や吐出回数を制御する際のための参考値にすることができるので、立体造形物の造形精度をより向上できる。

加えて、第二の実施形態において、立体造形物の製造装置は、Ｋ層にエネルギー付与した後、モデル領域の高さを検知し、次に形成する粒子層におけるモデル領域に対するモデル材の吐出量や吐出回数を制御する手段を有することが好ましい。形成したモデル領域の高さを検知することで、樹脂粒子の溶融条件の均一性を確認することができ、実際のヒケの発生状況を確認して、次に形成する粒子層におけるモデル材の吐出量や吐出回数を制御することができるので、立体造形物の造形精度をより向上できる。

ここで、第二の実施形態においては、第二モデル領域におけるエネルギーの吸収量が、第一モデル領域におけるエネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下であることが好ましい。具体的には、第二モデル領域におけるエネルギーの透過率が、第一モデル領域におけるエネルギーの透過率をＹ（％）としたとき、Ｙ／０．８（％）以上であることが好ましい。こうすることにより、モデル領域におけるエネルギーの吸収量を、造形の条件に合わせてより好ましい量に調整することができ、立体造形物の変形をより抑制することができる。

＜第三の実施形態＞
第三の実施形態においては、装置の構成は第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。
本実施形態における効果を説明するため、まず第三の実施形態における従来技術の問題点について説明する。
図２０は、従来技術において、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、モデル部の垂れ下がり（上面つぶれ）が発生する様子の一例を示す説明図である。なお、図２０においては、第一粒子層を（Ｋ−１）層とし、第二粒子層をＫ層として説明する。

（Ｋ−１）層のモデル領域の上にＫ層のモデル領域が位置する場合、それぞれの粒子層におけるモデル領域の結着強度を高くするため、Ｋ層のモデル領域１０１に対して（Ｋ−１）層の表面に位置する樹脂粒子を溶融できるようなエネルギーを付与するときがある。この場合、図２０に示すように、従来技術においては、（Ｋ−１）層の非造形領域（モデル領域でない領域）の略直上に位置するＫ層のモデル領域が、（Ｋ−１）層のモデル領域の略直上に位置するＫ層のモデル領域と同じ温度まで加熱される。そのため、従来技術においては、（Ｋ−１）層の非造形領域の略直上に位置するＫ層のモデル領域が過剰に加熱され、その熱により（Ｋ−１）層の表面に位置する樹脂粒子を溶融してしまい、Ｋ層における固化部分（モデル部）が本来の位置より垂れ下がってしまうこと（上面つぶれ）が生じ、立体造形物の造形精度が低下してしまう場合があるという問題があった。

第三の実施形態においては、吐出手段が、第一粒子層（（Ｋ−１）層）における第一モデル領域の樹脂粒子同士が融着された第一モデル部の略直上に位置する第二粒子層（Ｋ層）における第二モデル領域Ａを、第二モデル材Ａを吐出して形成する。さらに、第三の実施形態においては、吐出手段が、第一粒子層における第一モデル領域に隣接する第一隣接領域の略直上に位置する第二モデル領域Ｂを、第二モデル領域Ａにおけるエネルギーの吸収量よりも、エネルギーの吸収量が小さくなるように第二モデル材Ｂを吐出して形成する。なお、「第一隣接領域」とは、第一粒子層において、第一モデル領域に隣接し、モデル材が吐出されていない領域を意味する。第一隣接領域は、樹脂粒子のみからなる領域に限定されるわけではなく、モデル材以外のインクなどが吐出された領域であってもよい。

第三の実施形態について、図面を参照してより具体的に説明する。
図２１は、第三の実施形態における、第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際のモデル材の分布の一例を示す説明図である。図２１に示すように、第三の実施形態においては、例えば、（Ｋ−１）層のモデル領域の略直上に位置する、Ｋ層のモデル領域１０１ａａに対して吐出したモデル材のエネルギーの吸収量を１００％とした場合、（Ｋ−１）層の非造形領域の略直上に位置する、Ｋ層のモデル領域１０１ａｂに対して吐出したモデル材のエネルギーの吸収量を８０％とする。このようにすることにより、Ｋ層のモデル領域の略直下が非造形領域であった場合に、当該モデル領域のエネルギーの吸収を抑制し、（Ｋ−１）層まで過剰の熱が到達しないようにすることで、上面つぶれを抑制できる。

第三の実施形態においては、第二モデル材Ａと第二モデル材Ｂは同一の組成のものであってもよいし、異なる組成のものであってもよい。同一の組成のモデル材を用いてエネルギーの吸収量が小さくする際には、例えば、エネルギーの吸収量を小さくしたい箇所に対する、モデル材の吐出量を減らすことにより行うことができる。

第二モデル材Ａと第二モデル材Ｂとで異なる組成のモデル材を用いる場合は、例えば、エネルギー吸収剤の濃度が５ｗｔ％（質量％）のモデル材と、４ｗｔ％のインクの２種類を用意し、エネルギー吸収剤の量を減少させる条件の場合に、４ｗｔ％のインクを吐出することで、５ｗｔ％のインク吐出領域に比較して８０％の濃度で吐出されることになる。
例えば、図２２に示すように、（Ｋ−１）層のモデル領域の略直上に位置する、Ｋ層のモデル領域に対してエネルギー吸収剤の濃度が５ｗｔ％のモデル材１０ａを吐出し、（Ｋ−１）層の非造形領域の略直上に位置する、Ｋ層のモデル領域に対してエネルギー吸収剤の濃度が４ｗｔ％のモデル材１０ｂを吐出することにより、第三の実施形態を実施できる。

第二モデル材Ａと第二モデル材Ｂと同一の組成のモデル材を用いてエネルギーの吸収量が小さくする際には、例えば、エネルギーの吸収量を小さくしたい箇所に対する、モデル材の吐出量を減らすことにより行うことができる。例えば、エネルギー吸収剤の量を減少させる条件の場合は、通常のモデル材の吐出量を１００％とした場合に、８０％の吐出量で吐出することでエネルギー吸収剤の量を８０％に減少させることができる。
例えば、図２３に示すように、（Ｋ−１）層のモデル領域の略直上に位置する、Ｋ層のモデル領域に対して通常の吐出量（１００％）でモデル材１０を吐出し、（Ｋ−１）層の非造形領域の略直上に位置する、Ｋ層のモデル領域に対して８０％の吐出量でモデル材１０を吐出することにより、第三の実施形態を実施できる。

また、第三の実施形態においては、吐出するモデル材の量を減らす際には、複数回に分けてモデル材を吐出することが好ましい。すなわち、第二の実施形態においては、第二モデル材Ａと第二モデル材Ｂとが、エネルギーの吸収量が同じ前記モデル材であり、吐出手段が、第二粒子層における第二モデル領域Ｂとなる領域の同一箇所に、第二モデル材Ｂを複数回に分けて吐出することが好ましい。こうすることにより、１滴で同量の液滴を吐出の場合に比べて、モデル材がＺ方向により浸透しやすくなる。これは、ＸＹ方向に隣接するモデル材と結合してＸＹ方向にモデル材が濡れ広がる前に、モデル材がＺ方向に浸透するためと考えられる。つまり、同一箇所に複数回に分けてモデル材を吐出することにより、ＸＹ方向へのモデル材の濡れ広がりを抑制することができ、立体造形物の造形精度をより向上させることができる。

また、第三の実施形態においては、エネルギーの吸収量を減少させる方法は、エネルギーの吸収の量を制御する例を説明してきたが、例えば、加熱手段により付与するエネルギーを選択的に減少させる方法であってもよい。
例えば、加熱手段がレーザービームであった場合などに、エネルギーの吸収量を減少させる条件にてレーザービームの出力を減少させることで、エネルギーの吸収量を減少させることができる。

ここで、第三の実施形態においては、第二モデル領域Ｂにおける前記エネルギーの吸収量が、前記第二モデル領域Ａにおける前記エネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下であることが好ましい。具体的には、第二モデル領域Ｂにおけるエネルギーの透過率が、第二モデル領域Ａにおけるエネルギーの透過率をＹ（％）としたとき、Ｙ／０．８（％）以上であることが好ましい。こうすることにより、モデル領域におけるエネルギーの吸収量を、造形の条件に合わせてより好ましい量に調整することができ、立体造形物の変形をより抑制することができる。

＜第四の実施形態＞
第四の実施形態においては、装置の構成は第一の実施形態と同様であるため説明を省略する。
本実施形態における効果を説明するため、まず第四の実施形態における従来技術の問題点について説明する。
例えば、インクジェット方式の吐出ヘッドを用いて、カーボンブラックを含むモデル材（光吸収インク）を粒子層に吐出する際、モデル材に含まれるカーボンブラックが粒子層における樹脂粒子をコート（被覆）すると、樹脂粒子の溶融及び変形を妨げる作用を生ずる場合がある。このため、モデル材を必要以上に粒子層に吐出すると、樹脂粒子同士の融着が不十分となる場合などがあり、立体造形物の造形精度が低下してしまうときがあると考えられる。
したがって、モデル材を粒子層に吐出する際には、加熱手段により粒子層を加熱する時に粒子層の樹脂粒子同士が融着可能になるように、モデル材の量を適切に制御すると共に、モデル材をより分散させた状態で粒子層に吐出（配置）することが好ましいと考えられる。

図２４Ａは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。図２４Ｂは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。図２４Ｃは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。図２４Ｄは、第四の実施形態に対する従来技術における、モデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。
図２４Ａでは、粒子層の同一箇所におけるモデル材の吐出回数を１回として、等量のモデル材を吐出した場合の例を示している。また、図２４Ｂは、図２４Ａで示した例と比べて、１回の吐出あたりの吐出量を少なくした例である。図２４Ｃは、図２４Ａにおける粒子層の同一箇所におけるモデル材の吐出回数を複数回として、モデル材を複数回に分けて吐出した場合の例である。図２４Ｄは、図２４Ｂで示した例において、図２４Ｃと同様にしてモデル材を同一箇所に複数回吐出した場合の例である。

図２４Ａに示す例では、モデル材１０が浸透する深さが十分でなく、各粒子層３１の下面までモデル材が浸透していないことに加え、各粒子層３１モデル材１０が粒子層の平面方向（図２４Ａにおける横方向、ＸＹ方向）に、周期的にモデル材が付与されない箇所が生じる。このため、図２４Ａに示す例においては、粒子層３１の積層方向（図２４Ａにおける縦方向、Ｚ方向）及び平面方向に、周期的にモデル材１０が付与されない箇所が生じ、立体造形物の強度分布に周期的な構造（層構造）が形成され、立体造形物の強度が不十分となってしまう場合があると考えられる。

また、図２４Ｂに示す例では、図２４Ａで示した例と比べて、１回の吐出あたりのモデル材１０の吐出量を少なくし、モデル材１０を粒子層３１の平面方向に密に吐出している。このため、図２４Ｂに示す例では、粒子層３１の平面方向における強度は、図２４Ａで示した例よりも向上すると考えられる。
しかしながら、図２４Ｂに示す例においては、１回の吐出あたりのモデル材１０の吐出量が少ないため、モデル材１０が浸透する深さが更に不十分となる。このため、図２４Ｂに示す例においては、粒子層３１の積層方向（図２４Ａにおける縦方向、Ｚ方向）に周期的にモデル材１０が付与されない箇所が生じ、立体造形物の強度分布に周期的な構造（層構造）が形成され、立体造形物における積層方向の強度が不十分となってしまう場合があると考えられる。

さらに、図２４Ｃに示す例では、図２４Ａで示した例と比べて、１回の吐出あたりのモデル材１０の吐出量を少なくすると共に、粒子層３１の同一箇所に対してモデル材を複数回に分けて吐出している。このため、図２４Ｃに示す例では、粒子層３１の積層方向の強度は、図２４Ａで示した例よりも向上すると考えられる。
しかしながら、図２４Ｃに示す例においては、各粒子層３１モデル材１０が粒子層の平面方向（図２４Ａにおける横方向、ＸＹ方向）に、周期的にモデル材が付与されない箇所が生じ、立体造形物の強度分布に周期的な構造（層構造）が形成され、立体造形物における粒子層の平面方向の強度が不十分となってしまう場合があると考えられる。

加えて、図２４Ｄに示す例では、図２４Ｂで示した例と比べて、粒子層の同一箇所に対してモデル材１０を複数回吐出している。このため、図２４Ｄに示す例では、粒子層３１におけるモデル材１０が付与されない箇所は少なく（小さく）なると考えられる。
しかしながら、図２４Ｄに示す例においては、上述したように、必要以上に付与されたモデル材１０により樹脂粒子がコート（被覆）され、樹脂粒子の溶融及び変形を妨げる作用を生じて樹脂粒子同士の融着が不十分となり、立体造形物の造形精度が低下してしまう場合があると考えられる。

ここで、第四の実施形態においては、吐出手段が、同一の粒子層におけるモデル領域となる領域にモデル材を吐出する際に、モデル領域となる領域におけるモデル材を吐出する箇所のうち、互いに隣接する箇所に対して、モデル材の吐出回数が互いに異なるように前記モデル材を吐出する。言い換えると、第四の実施形態においては、モデル領域となる領域にモデル材を吐出する際に、モデル領域となる領域における隣接するドットの少なくとも一組について、各ドットにモデル材を吐出する回数（吐出回数、吐出分割数）が異なるようにモデル材を吐出する。つまり、第四の実施形態においては、第一の実施形態から第三の実施形態における「モデル領域における互いに隣接する部分（領域）」が、「モデル領域における互いに隣接する箇所（ドット）」となっている。
こうすることにより、立体造形物の強度分布に周期的な構造（層構造）が形成されることを抑制することができ、立体造形物の強度を向上させることができる。

また、第四の実施形態においては、層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、吐出手段が、第一粒子層におけるモデル材を吐出した箇所を第一吐出箇所とし、第二粒子層における、第一吐出箇所の略直上に位置する箇所を第二吐出箇所としたとき、第一吐出箇所と第二吐出箇所とにおける、モデル材の吐出回数が互いに異なるように、第二吐出箇所にモデル材を吐出することが好ましい。
こうすることにより、粒子層に不要なエネルギーを与えることなく、適切に樹脂粒子の溶融を進行させて、樹脂粒子同士を融着させることにより、立体造形物の密度を高くすることでき、立体造形物の強度をより向上させることができる。

さらに、第四の実施形態においては、吐出手段が、第一吐出箇所におけるエネルギーの吸収量よりも、第二吐出箇所におけるエネルギーの吸収量が小さくなるように、第二吐出箇所にモデル材を吐出することが好ましい。
こうすることにより、第一吐出箇所に比べて、第二吐出箇所の温度が上昇しにくくなり、立体造形物の反りを抑制することができ、かつ、立体造形物を造形する際における溶融及び接着の均一性を向上させることができる。

第四の実施形態について、図面を参照してより具体的に説明する。
図２５Ａは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の一例を示す説明図である。図２５Ａに示すように、第四の実施形態においては、例えば、同一の粒子層（レイヤー）３１におけるモデル材１０を吐出する箇所のうち、互いに隣接する箇所について、モデル材１０の吐出回数を１回とする箇所と複数回とする箇所とが交互になるように、モデル材１０を吐出する。
さらに、図２５Ａに示す例では、モデル材１０を吐出する箇所における積層方向に隣接する箇所において、モデル材１０の吐出回数を１回とする箇所と複数回とする箇所とが交互に位置している。
このため、上述したように、粒子層に不要なエネルギーを与えることなく、適切に樹脂粒子の溶融を進行させて、樹脂粒子同士を融着させることにより、立体造形物の密度を高くすることでき、立体造形物の強度をより向上させることができる。

図２５Ｂは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。図２５Ｂに示すように、第四の実施形態においては、例えば、図２５Ａに示した例とは異なり、モデル材１０を吐出する箇所における積層方向に隣接する箇所において、モデル材１０の吐出回数を１回とする箇所と複数回とする箇所とが、積層方向に揃って位置している。
図２５Ｂに示した例においても、上述したように、立体造形物の強度分布に周期的な構造（層構造）が形成されることを抑制することができ、立体造形物の強度を向上させることができる。

図２５Ｃは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。図２５Ｃに示すように、第四の実施形態においては、例えば、モデル材１０を吐出する箇所におけるモデル材１０の吐出回数は、２段階（２水準）とすることに限られるわけではなく、３段階（３水準）としてもよい。このように、第四の実施形態においては、モデル材を吐出する箇所におけるモデル材の吐出回数は、２段階以上であれば特に制限はないが、より多い段階を設定することが好ましい。
図２５Ｃに示した例においては、モデル材を吐出する箇所におけるモデル材の吐出回が３段階となっており、図２５Ａに示した例と比べて、立体造形物の強度分布に周期的な構造（層構造）が形成されることをより抑制することができ、立体造形物の強度をさらに向上させることができる。

図２５Ｄは、第四の実施形態におけるモデル材の浸透する様子の他の一例を示す説明図である。図２５Ｄに示すように、第四の実施形態においては、例えば、モデル領域の端部（モデル部の端部）おけるモデル材１０の吐出回数を複数回とすることが好ましい。
図２５Ｄに示した例においては、モデル領域の端部におけるモデル材の付与量を多くすることができ、モデル領域の端部に位置する樹脂粒子をより確実に融着させることができるため、立体造形物の造形精度をより向上させることができる。

以上、説明したように、本発明の立体造形物の製造装置は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出手段と、モデル領域が形成された粒子層を、エネルギーを付与して加熱することにより、モデル領域における樹脂粒子同士を融着させる加熱手段と、を有し、吐出手段が、モデル領域における互いに隣接する部分に、エネルギーの吸収量が異なるようにモデル材を吐出する。
これにより、本発明の立体造形物の製造装置は、樹脂粒子を加熱して造形する立体造形物の変形を抑制して、立体造形物の造形精度を向上できる。

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、
前記粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出手段と、
前記モデル領域が形成された前記粒子層を、前記エネルギーを付与して加熱することにより、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士を融着させる加熱手段と、
を有し、
前記吐出手段が、前記モデル領域における互いに隣接する部分に、前記エネルギーの吸収量が異なるように前記モデル材を吐出することを特徴とする立体造形物の製造装置である。
＜２＞ 前記吐出手段が、
前記加熱手段が前記エネルギーを付与する前に、
前記層形成手段が形成した、第一粒子層に第一モデル材を吐出して第一モデル領域を形成すると共に、前記第一モデル領域の略直上に位置する第二粒子層に、前記第一モデル材における前記エネルギーの吸収量よりも小さい前記エネルギーの吸収量の第二モデル材を吐出して第二モデル領域を形成する、
前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜３＞ 前記第二モデル材における前記エネルギーの吸収量が、前記第一モデル材における前記エネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下である、前記＜２＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜４＞ 前記第二モデル材における前記エネルギーの透過率が、前記第一モデル材における前記エネルギーの透過率をＹ（％）としたとき、Ｙ／０．８（％）以上である、前記＜２＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜５＞ 前記層形成手段が前記第一粒子層を形成し、前記吐出手段が第一モデル領域を形成した後に、前記層形成手段が前記第二粒子層を形成する、前記＜２＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜６＞ 前記層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、
前記吐出手段が、
前記第一粒子層における第一モデル領域の前記樹脂粒子同士が融着された第一モデル部の略直上に位置する第二モデル領域を、
前記第一粒子層における前記第一モデル領域を形成するために吐出した第一モデル材よりも、前記エネルギーの吸収量が小さくなるように第二モデル材を吐出して形成する、
前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜７＞ 前記第二モデル領域における前記エネルギーの吸収量が、前記第一モデル領域における前記エネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下である、前記＜６＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜８＞ 前記第一モデル材と前記第二モデル材とが、前記エネルギーの吸収量が同じ前記モデル材であり、
前記吐出手段が、前記第二粒子層における前記第二モデル領域となる領域の同一箇所に、前記第二モデル材を複数回に分けて吐出する、前記＜６＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜９＞ 前記層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、
前記吐出手段が、
前記第一粒子層における第一モデル領域の前記樹脂粒子同士が融着された第一モデル部の略直上に位置する、前記第二粒子層における第二モデル領域Ａを、第二モデル材Ａを吐出して形成すると共に、
前記第一粒子層における前記第一モデル領域に隣接する第一隣接領域の略直上に位置する第二モデル領域Ｂを、前記第二モデル領域Ａにおける前記エネルギーの吸収量よりも、前記エネルギーの吸収量が小さくなるように第二モデル材Ｂを吐出して形成する、
前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１０＞ 前記第二モデル領域Ｂにおける前記エネルギーの吸収量が、前記第二モデル領域Ａにおける前記エネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下である、前記＜９＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１１＞ 前記第二モデル材Ａと前記第二モデル材Ｂとが、前記エネルギーの吸収量が同じ前記モデル材であり、
前記吐出手段が、前記第二粒子層における前記第二モデル領域Ｂとなる領域の同一箇所に、前記第二モデル材Ｂを複数回に分けて吐出する、前記＜９＞から＜１０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１２＞ 前記吐出手段が、
同一の前記粒子層における前記モデル領域となる領域に前記モデル材を吐出する際に、
前記モデル領域となる領域における前記モデル材を吐出する箇所のうち、互いに隣接する箇所に対して、前記モデル材の吐出回数が互いに異なるように前記モデル材を吐出する、
前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１３＞ 前記層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、
前記吐出手段が、
前記第一粒子層における前記モデル材を吐出した箇所を第一吐出箇所とし、前記第二粒子層における、前記第一吐出箇所の略直上に位置する箇所を第二吐出箇所としたとき、
前記第一吐出箇所と前記第二吐出箇所とにおける、前記モデル材の吐出回数が互いに異なるように、前記第二吐出箇所に前記モデル材を吐出する、前記＜１２＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１４＞ 前記吐出手段が、前記第一吐出箇所における前記エネルギーの吸収量よりも、前記第二吐出箇所における前記エネルギーの吸収量が小さくなるように、前記第二吐出箇所に前記モデル材を吐出する、前記＜１３＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１５＞ 樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成工程と、
前記粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出工程と、
前記モデル領域が形成された前記粒子層を、前記エネルギーを付与して加熱することにより、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士を融着させる加熱工程と、
を含み、
前記吐出工程において、前記モデル領域における互いに隣接する部分に、前記エネルギーの吸収量が異なるように前記モデル材を吐出することを特徴とする立体造形物の製造方法である。

前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、及び前記＜１５＞に記載の立体造形物の製造方法によれば、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。

特表２０１８−５０２７５０号公報 米国特許出願公開第２０１８／００６５２９７号明細書

１０ モデル材
１２ 平坦化ローラ（層形成手段の一部）
２０ 樹脂粒子
３０ モデル部（造形層）
３１ 粒子層
５２ ヘッド（吐出手段の一例）
８０ 光照射ユニット（加熱手段の一部）
１０１ モデル領域
６０１ 立体造形物の製造装置

Claims (15)

1. 樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、
   前記粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出手段と、
   前記モデル領域が形成された前記粒子層を、前記エネルギーを付与して加熱することにより、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士を融着させる加熱手段と、
   を有し、
   前記吐出手段が、前記モデル領域における互いに隣接する部分に、前記エネルギーの吸収量が異なるように前記モデル材を吐出することを特徴とする立体造形物の製造装置。
2. 前記吐出手段が、
   前記加熱手段が前記エネルギーを付与する前に、
   前記層形成手段が形成した、第一粒子層に第一モデル材を吐出して第一モデル領域を形成すると共に、前記第一モデル領域の略直上に位置する第二粒子層に、前記第一モデル材における前記エネルギーの吸収量よりも小さい前記エネルギーの吸収量の第二モデル材を吐出して第二モデル領域を形成する、
   請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
3. 前記第二モデル材における前記エネルギーの吸収量が、前記第一モデル材における前記エネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下である、請求項２に記載の立体造形物の製造装置。
4. 前記第二モデル材における前記エネルギーの透過率が、前記第一モデル材における前記エネルギーの透過率をＹ（％）としたとき、Ｙ／０．８（％）以上である、請求項２から３のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
5. 前記層形成手段が前記第一粒子層を形成し、前記吐出手段が前記第一モデル領域を形成した後に、前記層形成手段が前記第二粒子層を形成する、請求項２から４のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
6. 前記層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、
   前記吐出手段が、
   前記第一粒子層における第一モデル領域の前記樹脂粒子同士が融着された第一モデル部の略直上に位置する第二モデル領域を、
   前記第一粒子層における前記第一モデル領域を形成するために吐出した第一モデル材よりも、前記エネルギーの吸収量が小さくなるように第二モデル材を吐出して形成する、
   請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
7. 前記第二モデル領域における前記エネルギーの吸収量が、前記第一モデル領域における前記エネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下である、請求項６に記載の立体造形物の製造装置。
8. 前記第一モデル材と前記第二モデル材とが、前記エネルギーの吸収量が同じ前記モデル材であり、
   前記吐出手段が、前記第二粒子層における前記第二モデル領域となる領域の同一箇所に、前記第二モデル材を複数回に分けて吐出する、請求項６から７のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
9. 前記層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、
   前記吐出手段が、
   前記第一粒子層における第一モデル領域の前記樹脂粒子同士が融着された第一モデル部の略直上に位置する、前記第二粒子層における第二モデル領域Ａを、第二モデル材Ａを吐出して形成すると共に、
   前記第一粒子層における前記第一モデル領域に隣接する第一隣接領域の略直上に位置する第二モデル領域Ｂを、前記第二モデル領域Ａにおける前記エネルギーの吸収量よりも、前記エネルギーの吸収量が小さくなるように第二モデル材Ｂを吐出して形成する、
   請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
10. 前記第二モデル領域Ｂにおける前記エネルギーの吸収量が、前記第二モデル領域Ａにおける前記エネルギーの吸収量をＸとしたとき、０．８Ｘ以下である、請求項９に記載の立体造形物の製造装置。
11. 前記第二モデル材Ａと前記第二モデル材Ｂとが、前記エネルギーの吸収量が同じ前記モデル材であり、
    前記吐出手段が、前記第二粒子層における前記第二モデル領域Ｂとなる領域の同一箇所に、前記第二モデル材Ｂを複数回に分けて吐出する、請求項９から１０のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
12. 前記吐出手段が、
    同一の前記粒子層における前記モデル領域となる領域に前記モデル材を吐出する際に、
    前記モデル領域となる領域における前記モデル材を吐出する箇所のうち、互いに隣接する箇所に対して、前記モデル材の吐出回数が互いに異なるように前記モデル材を吐出する、
    請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
13. 前記層形成手段が第一粒子層の上に第二粒子層を形成する際に、
    前記吐出手段が、
    前記第一粒子層における前記モデル材を吐出した箇所を第一吐出箇所とし、前記第二粒子層における、前記第一吐出箇所の略直上に位置する箇所を第二吐出箇所としたとき、
    前記第一吐出箇所と前記第二吐出箇所とにおける、前記モデル材の吐出回数が互いに異なるように、前記第二吐出箇所に前記モデル材を吐出する、請求項１２に記載の立体造形物の製造装置。
14. 前記吐出手段が、前記第一吐出箇所における前記エネルギーの吸収量よりも、前記第二吐出箇所における前記エネルギーの吸収量が小さくなるように、前記第二吐出箇所に前記モデル材を吐出する、請求項１３に記載の立体造形物の製造装置。
15. 樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成工程と、
    前記粒子層に、エネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する吐出工程と、
    前記モデル領域が形成された前記粒子層を、前記エネルギーを付与して加熱することにより、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士を融着させる加熱工程と、
    を含み、
    前記吐出工程において、前記モデル領域における互いに隣接する部分に、前記エネルギーの吸収量が異なるように前記モデル材を吐出することを特徴とする立体造形物の製造方法。