JP2022079871A - 立体造形物の製造方法 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022079871000001
【課題】造形精度が良く、強度のある立体造形物を提供すること。
【解決手段】立体造形物の製造方法は、層状に敷かれた粉体２０に対して造形液１０を付与し、造形液１０が付与された粉体２０を硬化させて造形層３０を形成し、造形層３０を順次積層して立体造形物１０１を造形する造形工程と、造形工程により造形された立体造形物１０１を除去液１０４に浸漬して、造形液１０が付与されていない粉体２０を除去する除去工程と、を備え、造形工程では、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなるように、かつ、立体造形物１０１の内部において造形液１０が付与される粉体２０の領域と造形液１０が付与されない粉体２０の領域が交互になるように、造形液１０を付与する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、立体造形物の製造方法に関する。
特許文献１には、造形領域７０の縁領域７０ａで吐出する造形液１０の液滴７２の滴体積を、他の領域で吐出する造形液１０の液滴７１の滴体積よりも大きくして、縁領域７０ａにおける造形液１０の吐出量を他の領域７０ｂにおける造形液１０の吐出量よりも多くする立体造形物を造形する方法が記載されている。
特許文献２には、シェル構造の外面と、内部格子構造を備えた三次元オブジェクトが記載されている。
本発明は、造形精度が良く、強度のある立体造形物を提供することを目的とする。
本発明に係る立体造形物の製造方法は、層状に敷かれた粉体に対して造形液を付与し、造形液が付与された粉体を硬化させて造形層を形成し、造形層を順次積層して立体造形物を造形する造形工程と、造形工程により造形された立体造形物を除去液に浸漬して、造形液が付与されていない粉体を除去する除去工程と、を備え、造形工程では、立体造形物の内部における造形液の密度が、立体造形物の表面における造形液の密度よりも小さくなるように、かつ、立体造形物の内部において造形液が付与される粉体の領域と造形液が付与されない粉体の領域が交互になるように、造形液を付与する。
本発明によれば、造形精度が良く、強度のある立体造形物を提供することができる。
本発明の実施形態に係る立体造形装置の概略的な平面図である。 本実施形態に係る立体造形装置の概略的な側面図である。 本実施形態に係る立体造形装置に設けられている造形部の断面図である。 本実施形態に係る立体造形装置の要部の斜視図である。 本実施形態に係る立体造形装置に設けられている造形部の斜視図である。 本実施形態に係る立体造形装置のブロック図である。 本実施形態に係る立体造形装置における立体造形物の造形動作を説明するための模式図である。 本実施形態に係る除去工程の説明図である。 本発明の比較例に係る立体造形物の説明図である。 本実施形態の第２の比較例に係る立体造形物の説明図である。 本実施形態に係る立体造形物の説明図である。 本実施形態の変形例に係る立体造形物の説明図である。
以下、一例として、積層造形法で立体造形物（三次元造形物）を造形する実施の形態の立体造形装置（三次元造形装置）の説明をする。
（立体造形装置の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る立体造形装置の概略的な平面図である。図２は、本実施形態に係る立体造形装置の概略的な側面図である。図３は、本実施形態に係る立体造形装置に設けられている造形部の断面図である。なお、この図３は、立体造形物の造形時の状態で示している。また、図４は、本実施形態に係る立体造形装置の要部の斜視図である。また、図５は、本実施形態に係る立体造形装置に設けられている造形部の斜視図である。
本実施形態に係る立体造形装置は、粉体（粉末：コーティング粉末）が結合された層状造形物である造形層３０が形成される造形部１を有している。また、立体造形装置は、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する造形ユニット５を有している。
造形部１は、粉体槽１１と、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等を備えている。なお、平坦化部材として、回転体の代わりに、例えば板状部材（ブレード）を設けてもよい。
粉体槽１１は、粉体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。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）に沿って昇降自在となっている。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）に沿って昇降自在となっている。この造形ステージ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は、モータ２７により、例えば図４に矢印で示すＺ方向（高さ方向）に昇降され、同じく、造形ステージ２４も、モータ２８によりＺ方向に昇降される。
平坦化ローラ１２は、ローラ装置の一例であり、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に供給して平坦化し、粉体層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（粉体２０が積載される面）に沿って、図４に矢印で示すＹ方向に配置されている。この平坦化ローラ１２は、往復移動機構２５により、ステージ面に対して相対的に往復移動される。また、平坦化ローラ１２は、モータ２６によって、進行方向に対するカウンタ方向に回転駆動される。
一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に、複数の造形液１０を選択的に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に設けられた２つ（１つ又は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、５５により移動可能に支持されている。ガイド部材５４、５５は、両側の側板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方向走査機構５５０（図６参照）によって、モータ、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Ｘ方向に往復移動される。
２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）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２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、造形液Ａ及び造形液Ｂを吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、造形液Ｃ及び造形液Ｄをそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
造形液Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれに同一でもよいし、又は、異なる架橋剤含有液を組み合わせてもよく、その構成を制限するものではない。
これらの造形液Ａ、造形液Ｂ、造形液Ｃ、造形液Ｄをそれぞれ収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブ等を介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
また、キャリッジ５１には、造形槽２２に１層の造形層３０を形成するときに、少なくとも当該造形液１０が付着した領域に粉体２０を供給する粉体後供給部８０が一体的に設けられている。
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が設けられている。メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３を備える。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、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出及び高粘度化した造形液を排出するためである。
その後、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。また、メンテナンス機構６１は、造形液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、ノズルに対する粉体２０の混入、及び、造形液１０の乾燥を防止する。
造形ユニット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、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能となっている。この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２により、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と共に、Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。
（造形部の詳細な構成）
粉体槽１１は、箱型形状を有しており、供給槽２１と造形槽２２の２つの上面が開放された槽を備えている。供給槽２１の内部には、供給ステージ２３が昇降可能に設けられており、造形槽２２の内部にも造形ステージ２４が昇降可能に設けられている。また、供給槽２１で供給される粉体量ａ１と、造形槽２２の容量（粉体量ａ２）との関係は、「ａ１×１．０１＞ａ２」の関係となっている。
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。
粉体槽１１の周りには、図５に示すように、上面が開放された凹形状である粉体落下口２９が設けられている。粉体落下口２９には、粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって供給される粉体２０のうち、余剰となる粉体２０が落下する。粉体落下口２９に落下した余剰の粉体２０は、供給槽２１に粉体を供給する粉体供給装置に戻される。
供給槽２１上には、後述する粉体供給装置５５４（図６参照）が設けられる。造形の初期動作時又は供給槽２１の粉体量が減少した際に、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。
平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体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粉体である粉体層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、粉体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２５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によって回転駆動された状態で、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水平移動する。これにより、粉体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上を通過しながら粉体２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。
また、図２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に付着した粉体２０を除去するための粉体除去板１３が設けられている。粉体除去板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と共に移動して平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去する。
なお、造形部１の粉体槽１１が供給槽２１と造形槽２２の２つの槽を有することとしたが、造形槽２２のみを有する構成として、造形槽２２に粉体供給装置から粉体を供給して、平坦化手段で平坦化する構成としてもよい。
（立体造形装置の電気構成）
図６に、本実施形態に係る立体造形装置のブロック図を示す。この図６において、制御部５００は、この立体造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に立体造形制御を実行させるためのプログラム、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を含む主制御部５００Ａを備えている。
また、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及び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。
また、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信を行うための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を用いることができる。
また、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、造形ユニット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方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成としてもよい。
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２５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に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４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等の検知信号及び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。
なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１により、立体造型システムが構築される。
（造形動作）
図７は、本実施形態に係る立体造形装置における立体造形物の造形動作を説明するための模式図である。図７は、本実施形態に係る造形工程の一例でもある。このうち、図７（ａ）は、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を示している。この状態で、造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図７（ａ）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（粉体層表面）と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔がΔｔ１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Δｔ１は、次に形成する粉体層３１の厚さに相当する。一例ではあるが、間隔Δｔ１は、数十～１００μｍ程度である。
次に、図７（ｂ）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粉体２０を、順方向（矢印方向）に回転駆動される平坦化ローラ１２により、Ｙ２方向（造形槽２２側）に移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２へと移送供給される（粉体供給）。
さらに、図７（ｃ）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７（ｄ）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Δｔ１になる粉体層３１を形成する（平坦化）。平坦化ローラ１２は、粉体層３１を形成後、図７（ｄ）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。これにより、平坦化ローラ１２で粉体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の上に均一の厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。
その後、図７（ｅ）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の液滴を吐出して付与し、次の粉体層３１に造形層３０を積層形成する（造形）。
なお、造形層３０は、例えばヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。
次に、上述した粉体供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出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を構成する。
以後、粉体の供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程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）を完成させる。すなわち、層状に敷かれた粉体２０に対して造形液１０を付与し、造形液１０が付与された粉体２０を硬化させて造形層３０を形成し、造形層３０を順次積層して立体造形物を造形する。
（立体造形用粉体材料）
次に、上記立体造形装置で使用する立体造形用粉体材料（粉体）及び造形液の一例について説明する。なお、以下で説明する粉体及び造形液に限定されるものではない。
立体造形用粉体材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ～１０００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有液の作用により溶解し架橋可能な可溶性有機材料とを有している。この立体造形用粉体材料においては、基材を被覆する可溶性有機材料が、架橋剤含有液の作用により溶解し架橋可能であるため、可溶性有機材料に架橋剤含有液が付与されると、可溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有液に含まれる架橋剤の作用により架橋する。
これにより、上記立体造形用粉体材料を用いて薄層（粉体層）を形成し、粉体層に架橋剤含有液を造形液１０として吐出することで、粉体層においては、溶解した可溶性有機材料が架橋する結果、粉体層が結合硬化して造形層３０が形成される。
このとき、基材を被覆する可溶性有機材料の被覆量が平均厚みで５ｎｍ～１０００ｎｍであるため、可溶性有機材料が溶解したときに基材の周囲に必要最小量だけ存在し、これが架橋して三次元ネットワークを形成するため、粉体層の硬化は寸法精度良く、かつ、良好な強度をもって行われる。
この操作を繰り返すことにより、簡便かつ効率的に、焼結等の前に型崩れが生ずることなく、寸法精度良く複雑な立体造形物を形成することができる。
可溶性有機材料は、粉体中に存在し、可溶性有機材料を架橋結合させる造形液を塗布することで造形物を形成してもよいし、可溶性有機材料を基材にコーティングするのではなく、基材と混合させて用いてもよい。また、粉体２０を基材のみで構成し、可溶性有機材料を造形液に含ませて塗布して造形物を形成してもよい。
（基材）
基材としては、粉体ないし粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマーなどが挙げられるが、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。
金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀、アルミなどが好適に挙げられ、該ステンレス（ＳＵＳ）鋼としては、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどが挙げられる。
セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）などが挙げられる。
カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。
これらの材料は、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。また、基材としては、可溶性有機材料との親和性を高める目的等で、公知の表面（改質）処理がされていてもよい。
（可溶性有機材料）
可溶性有機材料としては、造形液に溶解し、架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものを用いることができる。換言すると、造形液に可溶性であって架橋剤によって架橋可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。可溶性有機材料として、例えばポリビニルアルコール又はポリアクリル酸等を適用できる。
（架橋剤含有液）
造形液である架橋剤含有液としては、液状媒体中に架橋剤を含有するもの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る。なお、架橋剤含有液は、液状媒体、架橋剤のほか、必要に応じて適宜選択したその他の成分を含有していてもよい。
その他の成分としては、架橋剤含有液を付与する手段の種類、使用頻度又は量等の諸条件を考慮して適宜選択することができる。例えば、液体吐出法によって架橋剤含有液を付与する場合には、液体吐出ヘッドのノズルへの目詰り等の影響を考慮して選択することができる。
図８は、本実施形態に係る除去工程の説明図である。図７に示した造形工程で造形された立体造形物１０１は、余剰粉１０２と一緒に造形槽２２から造形塊１００として取り出される。余剰粉１０２は、造形液１０が付与されていない粉体２０である。この造形塊１００から立体造形物１０１を取り出すために、余剰粉除去槽１０３に満たされた除去液１０４の中に造形塊１００を浸漬させる。そして、余剰粉１０２が除去された立体造形物１０１が取り出せる。
図９は、本発明の比較例に係る立体造形物の説明図である。図９（ａ）は、図７に示した造形工程で造形された立体造形物１０１における、造形液２０を吐出する方向に直交する断面１２０を示す。図９（ｂ）は、図８に示した除去工程後の立体造形物１０１における、図９（ａ）と同じ断面１２０を示す。
図９に示す比較例では、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面における造形液１０の密度と同じになるように、造形液１０を付与する。
これにより、図９（ｂ）に示すように、造形中に造形液１０が立体造形物１０１の外部に染み出して、造形液染み出し部１２２が生じ、立体造形物１０１の造形精度が悪くなる。
図１０は、本実施形態の第２の比較例に係る立体造形物の説明図である。図１０（ａ）は、図７に示した造形工程で造形された立体造形物１０１における、造形液２０を吐出する方向に直交する断面を示す。図１０（ｂ）は、図８に示した除去工程後の立体造形物１０１における、図１０（ａ）と同じ断面を示す。
図１０に示す第２の比較例では、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部１２４には造形液１０が吐出されない。すなわち、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなるように、造形液１０を付与する。
これにより、図１０（ｂ）に示すように、造形中に造形液１０が立体造形物１０１の外部に染み出すことはなく、立体造形物１０１の造形精度が悪くなることが低減される。
なお、立体造形物１０１の内部１２４の全てにおける造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなっていなくてもよく、立体造形物１０１の内部１２４の一部における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度と同じであってもよい。
これにより、例えば立体造形物１０１が薄肉部を備える場合に、薄肉部の内部における造形液１０の密度を、薄肉部の表面における造形液１０の密度と同じにすることにより、薄肉部の強度が低下することが低減される。
一方、図１０（ｂ）に示すように、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなることに起因して、立体造形物１０１の内部１２３に空隙１２５が生じてしまう場合がある。
図１１は、本実施形態に係る立体造形物の説明図である。図１１（ａ）は、図７に示した造形工程で造形された立体造形物１０１における、造形液２０を吐出する方向に直交する断面を示す。図１１（ｂ）は、図８に示した除去工程後の立体造形物１０１における、図１１（ａ）と同じ断面を示す。
図１１に示す実施形態では、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなるように、造形液１０を付与する。さらに、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部において造形液１０が付与される粉体２０の領域１２６Ａと造形液１０が付与されない粉体２０の領域１２６Ｂが交互になるように、造形液１０を付与する。
これにより、図１１（ｂ）に示すように、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなることに起因して、立体造形物１０１の内部１２４に空隙１２５が生じることが低減され、立体造形物１０１の強度が低下することが低減される。
図１２は、本実施形態の変形例に係る立体造形物の説明図である。図１２（ａ）は、図７に示した造形工程で造形された立体造形物１０１における、造形液２０を吐出する方向に直交する断面を示す。図１２（ｂ）は、図８に示した除去工程後の立体造形物１０１における、図１２（ａ）と同じ断面を示す。
図１２に示す変形例では、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなるように、造形液１０を付与する。
また、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部１２４において造形液１０が付与される粉体２０の領域１２８Ａと造形液１０が付与されない粉体２０の領域１２８Ｂが格子状になるように、造形液１０を付与する。具体的には、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部における造形液１０の密度が均等になるように、造形液１０を付与する。これにより、立体造形物１０１の内部１２４に空隙１２５が生じたとしても、局所的に大きな空隙１２５が生じることが低減されるため、立体造形物１０１の強度が低下することが低減される。
さらに、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０が付与されない粉体２０の領域１２８ＢのサイズＬ１が以下に示すＬよりも小さくなるように、造形液１０を付与する。
Ｌ１＝Ｄ・（１／Ｔ－Ｒ）１／３
ただし、Ｄ：粉体２０の粒径、Ｔ：粉体２０のタップ密度、Ｒ：造形工程で造形された立体造形物１０１の密度である。
これにより、図１２（ｂ）に示すように、立体造形物１０１の内部１２４に空隙１２５が生じることが、可及的に低減される。
そして、図７に示した造形工程において、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０が付与される粉体２０の領域１２８ＡのサイズＬ２が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０が付与される粉体２０の領域１２３のサイズＬ３よりも小さくなるように、造形液１０を付与する。
これにより、立体造形物１０１の内部１２４において造形液１０が付与される粉体２０の領域と造形液１０が付与されない粉体２０の領域が交互または格子状になるように構成されることに起因して、立体造形物１０１の表面１２３の強度が低下することが低減される。
●まとめ●
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る立体造形物の製造方法は、層状に敷かれた粉体２０に対して造形液１０を付与し、造形液１０が付与された粉体２０を硬化させて造形層３０を形成し、造形層３０を順次積層して立体造形物１０１を造形する造形工程と、造形工程により造形された立体造形物１０１を除去液１０４に浸漬して、造形液１０が付与されていない粉体２０を除去する除去工程と、を備え、造形工程では、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなるように、造形液１０を付与する。
これにより、造形中に造形液１０が立体造形物１０１の外部に染み出して、立体造形物１０１の造形精度が悪くなることが低減される。
なお、立体造形物１０１の内部１２４の全てにおける造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなっていなくてもよく、立体造形物１０１の内部１２４の一部における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度と同じであってもよい。
これにより、例えば立体造形物１０１が薄肉部を備える場合に、薄肉部の内部１２４における造形液１０の密度を、薄肉部の表面１２３における造形液１０の密度と同じにすることにより、薄肉部の強度が低下することが低減される。
造形工程では、立体造形物１０１の内部１２４において造形液１０が付与される粉体２０の領域と造形液１０が付与されない粉体２０の領域が交互になるように、造形液１０を付与する。
これにより、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０の密度よりも小さくなることに起因して、立体造形物１０１の内部１２４に空隙１２５が生じることが低減され、立体造形物１０１の強度が低下することが低減される。すなわち、造形精度が良く、強度のある立体造形物１０１を提供することができる。
造形工程では、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０が付与される粉体２０の領域１２８ＡのサイズＬ２が、立体造形物１０１の表面１２３における造形液１０が付与される粉体２０の領域のサイズＬ３よりも小さくなるように、造形液１０を付与する。
これにより、立体造形物１０１の内部１２４において造形液１０が付与される粉体２０の領域と造形液１０が付与されない粉体２０の領域が交互になるように構成されることに起因して、立体造形物１０１の表面１２３の強度が低下することが低減される。
造形工程では、立体造形物１０１の内部１２４における造形液１０の密度が均等になるように、造形液１０を付与する。
これにより、立体造形物１０１の内部１２４に空隙１２５が生じたとしても、局所的に大きな空隙１２５が生じることが低減されるため、立体造形物１０１の強度が低下することが低減される。
造形工程では、立体造形物１０１の内部１２４において造形液１０が付与されない粉体２０の領域のサイズが以下に示すＬよりも小さくなるように、造形液１０を付与する。
Ｌ１＝Ｄ・（１／Ｔ－Ｒ）１／３
ただし、Ｄ：粉体２０の粒径、Ｔ：粉体２０のタップ密度、Ｒ：造形工程で造形された立体造形物１０１の密度。
これにより、立体造形物１０１の内部１２４に空隙１２５が生じることが、可及的に低減される。
１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１１ 粉体槽
１２ 平坦化ローラ
２０ 粉体
２１ 供給槽
２３ 供給ステージ
２４ 造形ステージ
３０ 造形層
３１ 粉体層
１０１ 立体造形物
１０４ 除去液
１２３ 立体造形物１０１の表面
１２４ 立体造形物１０１の内部
特開２０１８‐１２６９１２号公報 ＵＳ６９３６２１２

Claims (4)

  1. 層状に敷かれた粉体に対して造形液を付与し、前記造形液が付与された前記粉体を硬化させて造形層を形成し、前記造形層を順次積層して立体造形物を造形する造形工程と、
    前記造形工程により造形された前記立体造形物を除去液に浸漬して、前記前記造形液が付与されていない前記粉体を除去する除去工程と、を備え、
    前記造形工程では、前記立体造形物の内部における前記造形液の密度が、前記立体造形物の表面における前記造形液の密度よりも小さくなるように、かつ、前記立体造形物の内部において前記造形液が付与される前記粉体の領域と前記造形液が付与されない粉体の領域が交互になるように、前記造形液を付与する立体造形物の製造方法。
  2. 前記造形工程では、前記立体造形物の内部における前記造形液が付与される前記粉体の領域のサイズが、前記立体造形物の表面における前記造形液が付与される粉体の領域のサイズよりも小さくなるように、前記造形液を付与する請求項１記載の立体造形物の製造方法。
  3. 前記造形工程では、前記立体造形物の内部における前記造形液の密度が均等になるように、前記造形液を付与する請求項１または２記載の立体造形物の製造方法。
  4. 前記造形工程では、前記立体造形物の内部において前記造形液が付与されない前記粉体の領域のサイズが以下に示すL１よりも小さくなるように、前記造形液を付与する請求項１～３の何れか記載の立体造形物の製造方法。
    Ｌ１＝Ｄ・（１／Ｔ－Ｒ）１／３
    ただし、Ｄ：粉体の粒径、Ｔ：粉体のタップ密度、Ｒ：造形工程で造形された立体造形物の密度。
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