JP2023072156A - 造形物、造形装置、及び造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多い造形物の提供。【解決手段】造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、前記造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たす造形物である。【選択図】なし
Description
本発明は、造形物、造形装置、及び造形物の製造方法に関する。
近年、立体造形装置は多種多様な分野で幅広く用いられている。例えば、平坦化ローラへの粉体の付着を抑えながら、小粒径の粉体の減少や成分変化の少ない造形層を形成することを目的とし、平坦化ローラとクリーニングブレードの間に10μm~100μmのギャップを有する造形装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多い造形物を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としての本発明の造形物は、造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、前記造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たす。
本発明によると、グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多い造形物を提供することができる。
本発明においては、「粉体」は「粉」、「粉末」又は「粉末材料」と称することもある。また、「造形液」は「硬化液」又は「反応液」と称することもある。また、「固化物」は「硬化物」と称することもある。また、「固化物」が積層した「造形物」を「グリーン体」、「焼結体」、「成形体」、又は「立体造形物」と称することもある。「グリーン体」を熱処理して脱脂したものを「脱脂体」と称することもある。なお、「グリーン体」と「脱脂体」とを合わせて「焼結前駆体」と称することもある。また、「造形装置」は「立体造形装置」、「立体造形物の製造装置」、「粉体造形装置」と称することもある。「造形物の製造方法」は、「立体造形物の製造方法」、「造形方法」と称することもある。
(造形物)
本発明の造形物は、造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、前記造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たす。
本発明の造形物は、造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、前記造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たす。
従来より、造形物の製造方法では、硬化液を吐出する前に、平坦化手段としての平坦化ローラを回転させながら粉体を薄く敷き詰める工程を含む。平坦化ローラの回転によって小粒径の粉体が飛散することで、造形物を形成する粉体の個数平均径が大きくなることが問題となっている。造形物を形成する粉体の個数平均径が大きい場合、造形物内の隙間が増えるため、グリーン体密度が低下し、粒子間点数が少なくなりグリーン体特性の低下が生じる。
そこで、従来の小粒径の粉体が飛散するという課題に対して、小粒径の粉体の割合が多い粉体を使用して解決する方法が考えられる。しかし、小粒径の割合が多い粉体は、一般的に流動性が悪化するため、平坦化ローラで平坦化する際に造形槽内に不均一に供給されるという課題がある。また、ホッパー構成で造形槽に粉体を供給する場合でも、粉体が円滑に流れ出ず不均一に供給されるという課題がある。それによって、造形槽内で品質の不均一が生じる可能性がある。したがって、粉体の粒度分布を変える以外の方法で小粒径の粉体が減少するという課題を解決することが望ましい。
そこで、従来の小粒径の粉体が飛散するという課題に対して、小粒径の粉体の割合が多い粉体を使用して解決する方法が考えられる。しかし、小粒径の割合が多い粉体は、一般的に流動性が悪化するため、平坦化ローラで平坦化する際に造形槽内に不均一に供給されるという課題がある。また、ホッパー構成で造形槽に粉体を供給する場合でも、粉体が円滑に流れ出ず不均一に供給されるという課題がある。それによって、造形槽内で品質の不均一が生じる可能性がある。したがって、粉体の粒度分布を変える以外の方法で小粒径の粉体が減少するという課題を解決することが望ましい。
上記特許文献1に記載の従来技術は、平坦化ローラに付着した粉体を平坦化領域に堆積させるという技術であり、平坦化ローラに付着せず飛散する小粒径の粉体は造形物内に供給することはできない。小粒径の粉体は重量が小さく、平坦化ローラの回転に巻き上げられることで付着よりも飛散していく割合の方が多いと考えられる。また、層間に小粒径の粉体が堆積するという技術であり均一に小粒径の粉体が供給されるものではなく、造形品質が偏る原因となり得る。小粒径の粉体の割合が大きい粉体を従来技術に適用した場合であっても、造形物の品質が不均一となる課題は解決されない。したがって、従来技術では、平坦化ローラの回転によって小粒径の粉体が飛散することにより、造形物に含まれる粉体の個数平均径は造形に使用した粉体よりも大きくなるという課題を解決する効果は得られないと考えられる。
以上の知見に基づき、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、造形物に含まれる粉体の個数平均径を、造形に使用した粉体よりも小さい個数平均径の粉体で造形物を形成することにより、造形物の品質や供給を安定させるために個数平均径が大きい粉体を用いた場合であっても、グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多いという優れたグリーン体特性を有する造形物が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
したがって、本発明においては、造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たす。次式、d>d’、を充たすことによって、小粒径の粉体がリコート中に減少することを防止できると共に、大粒径の粉体を排除する効果が得られ、グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多いという高いグリーン体特性を有する造形物が得られる。
収容手段に収容されている粉体としては、造形装置の収容手段に収容されている粉体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が、造形前、特に造形装置の平坦化手段による平坦化処理前の粉体も含まれる。
収容手段に収容されている粉体の個数平均径dは、3μm以上80μm以下が好ましく、5μm以上50μm以下がより好ましく、15μm以上40μm以下が更に好ましい。
収容手段に収容されている粉体における、個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合は20%以上が好ましく、23%以上がより好ましく、25%以上が更に好ましく、26%以上が特に好ましく、27%以上がより特に好ましい。なお、小粒径の粉体の割合の上限値は40%以下が好ましく、30%以下がより好ましい。
収容手段に収容されている粉体の個数平均径dは、3μm以上80μm以下が好ましく、5μm以上50μm以下がより好ましく、15μm以上40μm以下が更に好ましい。
収容手段に収容されている粉体における、個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合は20%以上が好ましく、23%以上がより好ましく、25%以上が更に好ましく、26%以上が特に好ましく、27%以上がより特に好ましい。なお、小粒径の粉体の割合の上限値は40%以下が好ましく、30%以下がより好ましい。
造形物に含まれる粉体とは、造形装置の収容手段に収容されている粉体を用いて造形された造形物中に存在する粉体を意味し、造形液により結合された後の造形物中の粉体を意味する。
造形物に含まれる粉体の個数平均径d’は、3μm以上80μm以下が好ましく、5μm以上50μm以下がより好ましく、15μm以上40μm以下が更に好ましい。
造形物に含まれる粉体における、個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合は20%以上が好ましく、23%以上がより好ましく、25%以上が更に好ましく、26%以上が特に好ましく、27%以上がより特に好ましい。なお、小粒径の粉体の割合の上限値は40%以下が好ましく、30%以下がより好ましい。
造形物に含まれる粉体の個数平均径d’は、3μm以上80μm以下が好ましく、5μm以上50μm以下がより好ましく、15μm以上40μm以下が更に好ましい。
造形物に含まれる粉体における、個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合は20%以上が好ましく、23%以上がより好ましく、25%以上が更に好ましく、26%以上が特に好ましく、27%以上がより特に好ましい。なお、小粒径の粉体の割合の上限値は40%以下が好ましく、30%以下がより好ましい。
収容手段に収容されている粉体の個数平均径d(μm)、造形物に含まれる粉体の個数平均径d’(μm)、及び個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合は、以下のようにして測定することができる。
この際、収容手段に収容されている粉体の個数平均径d(μm)と造形物に含まれる粉体の個数平均径d’(μm)とを同一の測定条件に揃えるため、収容手段に収容されている粉体の個数平均径d(μm)は、以下に示すように、ビーカーワーク体を測定することにより求める。
この際、収容手段に収容されている粉体の個数平均径d(μm)と造形物に含まれる粉体の個数平均径d’(μm)とを同一の測定条件に揃えるため、収容手段に収容されている粉体の個数平均径d(μm)は、以下に示すように、ビーカーワーク体を測定することにより求める。
<ビーカーワーク体の作製>
ビーカーワーク体とは、造形に使用した粉体と造形液をビーカー内で混ぜ合わせたものを型に入れた後、硬化させ、造形装置を用いずに簡易的に作製した評価用サンプルのことを意味する。
ビーカーワーク体を作製することにより、造形物と同じ条件で造形に使用した粉体(収容手段に収容されている粉体)の粒度分布を造形物と同じ条件で測定することができる。
ビーカーワーク体とは、造形に使用した粉体と造形液をビーカー内で混ぜ合わせたものを型に入れた後、硬化させ、造形装置を用いずに簡易的に作製した評価用サンプルのことを意味する。
ビーカーワーク体を作製することにより、造形物と同じ条件で造形に使用した粉体(収容手段に収容されている粉体)の粒度分布を造形物と同じ条件で測定することができる。
次に、造形物及びビーカーワーク体について、以下のようにして、粒度分布を測定する。
<造形物に含まれる粉体及びビーカーワーク体の粒度分布の測定>
造形した造形物及びビーカーワーク体について、X線CT装置による観察を実施し、得られた三次元のCT像の画像解析から粒度分布を算出する。
X線CT装置はXradia510(Carl Zeiss社製)を使用した。撮影は、X線電圧80kV、X線電力7W、露光時間3秒、撮影角度360度、撮影枚数2401枚にて実施した。なお、視野範囲は直径(φ)1529.7×高さ(H)1529.7μm3の円柱形状で、ボクセルサイズ1.5057μmである。
画像解析は三次元画像解析ソフトのDragonfly(Object Research System社製)を使用した。解析手順は以下の通りである。
まず、視野範囲に対して、深層学習(アルゴリズム:FC-DenseNet)を用いて画像のセグメンテーション(識別)を行い、粒子と空隙部を分けた。その後、OpenPNMと呼ばれるPythonモジュールにて集合体となっている粒子を1つずつ分離した。最後に、1粒子ごとに相当半径(Equivalent Diameter)を算出し、10,000個の粒子について、個数基準の粒度分布(個数平均径、(0.6×個数平均径)μm以下である小粒径の粉体の割合)を求める。
<造形物に含まれる粉体及びビーカーワーク体の粒度分布の測定>
造形した造形物及びビーカーワーク体について、X線CT装置による観察を実施し、得られた三次元のCT像の画像解析から粒度分布を算出する。
X線CT装置はXradia510(Carl Zeiss社製)を使用した。撮影は、X線電圧80kV、X線電力7W、露光時間3秒、撮影角度360度、撮影枚数2401枚にて実施した。なお、視野範囲は直径(φ)1529.7×高さ(H)1529.7μm3の円柱形状で、ボクセルサイズ1.5057μmである。
画像解析は三次元画像解析ソフトのDragonfly(Object Research System社製)を使用した。解析手順は以下の通りである。
まず、視野範囲に対して、深層学習(アルゴリズム:FC-DenseNet)を用いて画像のセグメンテーション(識別)を行い、粒子と空隙部を分けた。その後、OpenPNMと呼ばれるPythonモジュールにて集合体となっている粒子を1つずつ分離した。最後に、1粒子ごとに相当半径(Equivalent Diameter)を算出し、10,000個の粒子について、個数基準の粒度分布(個数平均径、(0.6×個数平均径)μm以下である小粒径の粉体の割合)を求める。
造形物は、造形槽に堆積した粉体からなる粉体層に造形液を付与して、粉体層中の粉体の粒子同士を固化させた造形層を積層することにより造形される。
<粉体>
粉体としては、(1)基材を有する場合、(2)基材と有機材料とを有する場合がある。
(1)基材を有する場合としては、基材からなることが好ましい。(2)基材と有機材料とを有する場合としては、基材の表面が有機材料によって被覆されている構成が好ましい。
なお、本発明で用いられる粉体は、SLS方式、SMS方式、HSS方式、又はBJ法などの各種立体造形方法において好適に使用される。
粉体としては、(1)基材を有する場合、(2)基材と有機材料とを有する場合がある。
(1)基材を有する場合としては、基材からなることが好ましい。(2)基材と有機材料とを有する場合としては、基材の表面が有機材料によって被覆されている構成が好ましい。
なお、本発明で用いられる粉体は、SLS方式、SMS方式、HSS方式、又はBJ法などの各種立体造形方法において好適に使用される。
-基材-
基材としては、粉体乃至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、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、木材、生体親和材料、砂、磁性材料などが挙げられるが、極めて高強度な立体造形物を得る観点から、最終的に焼結処理(工程)が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。
基材としては、粉体乃至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、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、木材、生体親和材料、砂、磁性材料などが挙げられるが、極めて高強度な立体造形物を得る観点から、最終的に焼結処理(工程)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、材質として金属を含むものであれば特に限定されるものではなく、例えば、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、鉛(Pd)、銀(Ag)、インジウム(In)、錫(Sn)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ネオジウム(Nd)、又はこれらの合金などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、銅、ステンレス鋼、チタン又はこれらの合金が好適である。
アルミニウム合金としては、例えば、AlSi10Mg、AlSi12、AlSi7Mg0.6、AlSi3Mg、AlSi9Cu3、Scalmalloy、ADC12などが挙げられる。
アルミニウム合金としては、例えば、AlSi10Mg、AlSi12、AlSi7Mg0.6、AlSi3Mg、AlSi9Cu3、Scalmalloy、ADC12などが挙げられる。
セラミックスとしては、例えば、酸化物、炭化物、窒化物、水酸化物などが挙げられる。
酸化物としては、例えば、金属酸化物などが挙げられる。金属酸化物としては例えば、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。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
酸化物としては、例えば、金属酸化物などが挙げられる。金属酸化物としては例えば、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。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
基材としては、市販品を用いることができる。市販品としては、例えば、純Al(東洋アルミニウム株式会社製、A1070-30BB)、純Ti(大阪チタニウムテクノロジーズ社製)、SUS316L(山陽特殊製鋼株式会社製、商品名:PSS316L);AlSI10Mg(東洋アルミニウム株式会社製、Si10MgBB);SiO2(株式会社トクヤマ製、商品名:エクセリカSE-15K)、AlO2(大明化学工業株式会社製、商品名:タイミクロンTM-5D)、ZrO2(東ソー株式会社製、商品名:TZ-B53)などが挙げられる。
なお、基材は、有機材料との接着性の向上やコーティング性の向上を行う目的で公知の表面処理(表面改質処理)を施してもよい。
なお、基材は、有機材料との接着性の向上やコーティング性の向上を行う目的で公知の表面処理(表面改質処理)を施してもよい。
-有機材料-
有機材料としては、上記(1)の場合に用いられ、反応性官能基を有し、造形液に溶解し、造形液に含まれる架橋剤と反応して共有結合による架橋構造を形成できるものであればよい。
有機材料としては、上記(1)の場合に用いられ、反応性官能基を有し、造形液に溶解し、造形液に含まれる架橋剤と反応して共有結合による架橋構造を形成できるものであればよい。
反応性官能基としては、架橋剤と反応して共有結合を形成でき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、例えば、水酸基、カルボキシル基、アミド基、リン酸基、チオール基、アセトアセチル基、エーテル結合などが挙げられる。
これらの中でも、基材との密着性の向上や架橋剤との反応性の点で、有機材料としての樹脂が水酸基を有していることが好ましい。
これらの中でも、基材との密着性の向上や架橋剤との反応性の点で、有機材料としての樹脂が水酸基を有していることが好ましい。
有機材料としては水酸基を有する樹脂が好ましい。樹脂としては、例えば、ポリビニルアセタール(ガラス転移温度:107℃)、ポリビニルブチラール(ガラス転移温度:67℃)、ポリアクリルポリオール(ガラス転移温度:80℃)、ポリエステルポリオール(ガラス転移温度:133℃)、ポリブタジエンポリオール(ガラス転移温度:-17℃)、エチルセルロース(ガラス転移温度:145℃)、ニトロセルロース(ガラス転移温度:50℃)、などが挙げられる。他にも、酢酸ビニル共重合体(塩化ビニル-酢酸ビニルやエチレン-酢酸ビニル等)の部分鹸化体やポリエーテルポリオール、フェノール系ポリオールなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリアクリルポリオールが好ましい。
<造形液>
本発明で用いられる造形液は、粉体に付与して、該粉体の粒子同士を固化させるものであり、(1)粉体が基材と有機材料とを含有する場合には、造形液が架橋剤を含有し、有機溶媒を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
(2)粉体が基材を含有する場合には、造形液が有機材料を含有し、架橋剤、及び有機溶媒を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
本発明で用いられる造形液は、粉体に付与して、該粉体の粒子同士を固化させるものであり、(1)粉体が基材と有機材料とを含有する場合には、造形液が架橋剤を含有し、有機溶媒を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
(2)粉体が基材を含有する場合には、造形液が有機材料を含有し、架橋剤、及び有機溶媒を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
上記(1)においては、粉体に含まれる有機材料に造形液が付与されると、有機材料は造形液に含まれる有機溶媒により溶解すると共に、造形液に含まれる架橋剤の作用により架橋する。
上記(2)においては、粉体に造形液が付与されると、造形液に含まれる有機材料が有機溶媒の揮発により析出し粉体が固化する。
上記(2)においては、粉体に造形液が付与されると、造形液に含まれる有機材料が有機溶媒の揮発により析出し粉体が固化する。
-有機材料-
上記(2)の場合における造形液に含まれる有機材料としては、基材である金属と有機材料との界面の密着性の観点から、水酸基を有する樹脂が好ましい。
水酸基を有する樹脂としては、例えば、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリアクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル共重合体(塩化ビニル-酢酸ビニル、エチレン-酢酸ビニル等)の部分鹸化体、ポリエーテルポリオール、フェノール系ポリオールなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
有機材料の含有量は、造形液の全量に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下がより好ましい。
上記(2)の場合における造形液に含まれる有機材料としては、基材である金属と有機材料との界面の密着性の観点から、水酸基を有する樹脂が好ましい。
水酸基を有する樹脂としては、例えば、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラール、ポリアクリルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル共重合体(塩化ビニル-酢酸ビニル、エチレン-酢酸ビニル等)の部分鹸化体、ポリエーテルポリオール、フェノール系ポリオールなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
有機材料の含有量は、造形液の全量に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、1質量%以上10質量%以下がより好ましい。
有機溶媒としては、例えば、n-オクタン、m-キシレン、ソルベントナフサ等の脂肪族炭化水素又は芳香族炭化水素;ジイソブチルケトン、3-ヘプタノン、2-オクタノン等のケトン類;酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸n-ヘキシル、酢酸n-オクチル、酪酸エチル、吉草酸エチル、カプリル酸エチル、オクチル酸エチル、アセト酢酸エチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、シュウ酸ジエチル、マロン酸ジエチル、コハク酸ジエチル、アジピン酸ジエチル、マレイン酸ビス2-エチルヘキシル、トリアセチン、トリブチリン、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエステル;ジブチルエーテル、1,2-ジメトキシベンゼン、1,4-ジメトキシベンゼン等のエーテル;ジメチルスルホキシド、ジヒドロターピニルアセテートなどが挙げられる。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。
有機溶媒の含有量は、造形液の全量に対して、30質量%以上90質量%以下が好ましく、50質量%以上80質量%以下がより好ましい。有機溶媒の含有量が30質量%以上90質量%以下であると、樹脂の溶解性を向上させ、立体造形物の強度を向上させることができる。また、装置の不動作時(待機時)にノズルが乾燥することを防ぎ、液詰まりやノズル抜けを抑制できる。
-架橋剤-
架橋剤は、上記(1)の場合には、粉体の有機材料(樹脂)の反応性官能基と共有結合を形成することにより架橋構造を形成し、得られる固化物の強度をより一層高め、耐溶剤性を向上させることができる。
また、上記(2)の場合には、粉体に造形液が付着後、熱や紫外線によって架橋剤を架橋させて、得られる固化物の強度をより一層高め、耐溶剤性を向上させることができる。
なお、本発明において、「架橋剤」は「硬化剤」と同義である。
架橋剤は、上記(1)の場合には、粉体の有機材料(樹脂)の反応性官能基と共有結合を形成することにより架橋構造を形成し、得られる固化物の強度をより一層高め、耐溶剤性を向上させることができる。
また、上記(2)の場合には、粉体に造形液が付着後、熱や紫外線によって架橋剤を架橋させて、得られる固化物の強度をより一層高め、耐溶剤性を向上させることができる。
なお、本発明において、「架橋剤」は「硬化剤」と同義である。
架橋剤としては、特に制限はなく、イソシアネート、酸無水物、エポキシ、及びフェノールアルデヒドの中から適宜採用することができ、いずれかを分子内又は分子末端に2以上有することが好ましく、3以上有することがより好ましい。
-その他の成分-
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、乾燥防止剤、粘度調整剤、浸透剤、消泡剤、pH調整剤、防腐剤、防黴剤、着色剤、保存剤、安定化剤などが挙げられる。
その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、界面活性剤、乾燥防止剤、粘度調整剤、浸透剤、消泡剤、pH調整剤、防腐剤、防黴剤、着色剤、保存剤、安定化剤などが挙げられる。
本発明の一態様において、粉体が金属粒子を含み、金属粒子がアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、及びこれらの合金から選択される少なくとも1種を含有することが好ましい。この態様によると、グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多い造形物が得られる。
本発明の一態様において、金属粒子が樹脂により表面が被覆されていないことが好ましい。この態様によると、グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多い造形物が得られる。
(造形装置及び造形物の製造方法)
本発明の造形装置は、本発明の造形物を製造する造形装置であって、粉体からなる粉体層を積層する造形槽と、前記粉体層を平坦化する平坦化手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
前記平坦化手段は、次式、V/v≧0.04、を充たし、次式、V/v≧0.1、を充たすことが好ましい。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
本発明の造形装置は、本発明の造形物を製造する造形装置であって、粉体からなる粉体層を積層する造形槽と、前記粉体層を平坦化する平坦化手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
前記平坦化手段は、次式、V/v≧0.04、を充たし、次式、V/v≧0.1、を充たすことが好ましい。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
本発明の造形物の製造方法は、本発明の造形物を製造する造形物の製造方法であって、粉体からなる粉体層を積層する積層工程と、平坦化手段を用いて前記粉体層を平坦化する平坦化工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記平坦化手段は、次式、V/v≧0.04、を充たし、次式、V/v≧0.1、を充たすことが好ましい。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
前記平坦化手段は、次式、V/v≧0.04、を充たし、次式、V/v≧0.1、を充たすことが好ましい。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
平坦化手段としては、平坦化ローラが挙げられる。
上記の平坦化条件で造形することにより、小粒径の粉体がリコート中に減少することを防止できると共に、大粒径の粉体を排除する効果が得られることにより、造形装置の収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たすことができる。
ここで、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、下記構成部材の数、位置、形状など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、形状などにすることができる。
図1は、本発明の造形装置の一例を示す平面図、図2は、本発明の造形装置の一例を示す側面図、図3は、本発明の造形装置における粉体槽近傍の一例を示す側面図、図4は、本発明の造形装置の一例を示す全体外観図、図5は、本発明の造形装置における粉体槽近傍の一例を示す外観図、図6は、本発明の造形装置における制御部の一例を示すブロック図である。
図1に示す造形装置は、粉体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と、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とを備えている。
造形部1は、粉体槽11と、平坦化手段(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。
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)に昇降自在となっている。
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)に昇降自在となっている。
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は、例えば、図4に示すように、モータ27によって矢印Z方向(高さ方向)に昇降され、造形ステージ24は、同じく、モータ28によって矢印Z方向に昇降される。
粉体槽11は、箱型形状をなし、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。
供給槽21及び造形槽22の周りを含めて造形槽22の隣りには余剰粉体受け槽29を設けることができる(図5)。
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。
供給槽21及び造形槽22の周りを含めて造形槽22の隣りには余剰粉体受け槽29を設けることができる(図5)。
余剰粉体受け槽29を設けた場合には、粉体層31を形成するときに平坦化ローラ12によって移送供給される粉体20のうちの余剰の粉体20が落下する。
余剰粉体受け槽29に落下した余剰の粉体20は供給槽21に粉体20を供給する粉体供給装置554に戻される。
余剰粉体受け槽29に落下した余剰の粉体20は供給槽21に粉体20を供給する粉体供給装置554に戻される。
供給槽21上には図6の粉体供給装置554が配置される。
造形の初期動作時や供給槽21の粉体量が減少した場合に、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。
造形の初期動作時や供給槽21の粉体量が減少した場合に、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、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、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25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。
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25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。
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、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。
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、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。
図2に示すように、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部材である粉体除去板13が配置されている。
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とともに移動する。
また、粉体除去板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になる状態で配置されている。
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とともに移動する。
また、粉体除去板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になる状態で配置されている。
本実施形態では、造形部1の粉体槽11が供給槽21と造形槽22の二つの槽を有する構成としているが、造形槽22のみとして、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することもできる。
造形ユニット5は、造形ステージ24上の粉体層31に造形液10を吐出する液体吐出ユニット50を備えている。
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)に往復移動可能である。
この造形ユニット5は、後述するY方向走査機構552によって全体がY方向に往復移動される。
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)に往復移動可能である。
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、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。
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Z方向昇降機構551によってZ方向に昇降される。
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Z方向昇降機構551によってZ方向に昇降される。
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方向走査機構550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矢印X方向(以下、単に「X方向」という。他の矢印Y方向、矢印Z方向についても同様とする。)に往復移動される。
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手段である粉体後供給部80が一体に備えられている。
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方向走査機構550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矢印X方向(以下、単に「X方向」という。他の矢印Y方向、矢印Z方向についても同様とする。)に往復移動される。
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手段である粉体後供給部80が一体に備えられている。
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。
各々のノズル列は、造形液を吐出する。なお、ヘッド構成や吐出する液体はこれらに限るものではない。
これらの液体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ヘッド52a、52bに供給される。
各々のノズル列は、造形液を吐出する。なお、ヘッド構成や吐出する液体はこれらに限るものではない。
これらの液体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ヘッド52a、52bに供給される。
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、主にキャップ62とワイパ63で構成される。
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や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、粉体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。
メンテナンス機構61は、主にキャップ62とワイパ63で構成される。
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や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、粉体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。
立体造形装置の制御部の概要について図6を参照して説明する。この図6は立体造形装置の制御部のブロック図である。
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で構成されている。
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は、粉体後供給部80から粉体20の供給を行わせる後供給駆動部519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。
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によって造形システムが構成される。
次に、造形の流れについて図7Aから図7Eを参照して説明する。この図7Aから図7Eは造形の流れの説明に供する模式的説明図である。
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。
この造形層30上に次の造形層30を形成するときには、図7A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。
この造形層30上に次の造形層30を形成するときには、図7A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が次に形成する粉体層31の厚さに相当する。
間隔Δt1は、数十μm~100μm程度であることが好ましい。
この間隔Δt1が次に形成する粉体層31の厚さに相当する。
間隔Δt1は、数十μm~100μm程度であることが好ましい。
次いで、図7B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、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、粉体20を造形槽22へと移送供給する(粉体供給)。
さらに、図7C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7D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)。
粉体層31を形成後、平坦化ローラ12は、図7D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の上に均一厚さΔt1の粉体層31を形成できる。
粉体層31を形成後、平坦化ローラ12は、図7D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の上に均一厚さΔt1の粉体層31を形成できる。
その後、図7E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、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。
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。
次いで、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。
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。
次に、従来技術におけるリコート時の粉体面上の挙動について、図8を用いて説明する。
図8は、平坦化ローラ12と造形槽31を拡大して模式的に示したものである。供給槽から平坦化ローラによって造形槽へと移送供給された粉体は、その材質や粒度分布にもよるが、かさ密度に近い密度で造形槽31に堆積される。
図8は、平坦化ローラ12と造形槽31を拡大して模式的に示したものである。供給槽から平坦化ローラによって造形槽へと移送供給された粉体は、その材質や粒度分布にもよるが、かさ密度に近い密度で造形槽31に堆積される。
図8に示すように、平坦化ローラ12によって造形槽31へ粉体を敷き詰める。この時、質量の小さい小粒径の粉体は平坦化ローラ12の回転によって舞い上げられることによって、造形槽に供給される粉体は供給槽にある粉体と比べて小粒径の粉体の割合が小さくなる。小粒径の粉体の割合が小さくなることで、造形物内に小さな空隙が生じやすくなり、グリーン体密度が低下する。加えて粒子の接点数も減るため焼結性が悪化するという問題がある。
小粒径の粉体の割合が小さくなる課題に対して、小粒径の粉体の割合が多い粉体を使用し解決する方法が想定される。しかし、小粒径の粉体の割合が多い粉体は、一般的に流動性が悪化するため、平坦化ローラで平坦化する際に造形槽内の不均一に供給されるという課題がある。一方、ホッパー構成で造形槽に粉体を供給する場合には、粉体が円滑に流れ出ず不均一に供給されるという課題がある。これにより造形槽内で品質の不均一が生じる可能性がある。そのため、粉体の粒度分布を変える以外の方法により小粒径の粉体の減少という課題を解決することが望ましい。
次に、図11に示すように、造形装置の収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、造形物に含まれている粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たすことが明らかである。
これは、下記の二つの要因によって、造形槽内に供給される粉体の個数平均径が小さくなり、その結果、造形槽内の粉体から形成される造形物の個数平均径も小さくなったためであると考えられる。
一つ目の理由は、平坦化ローラの回転数をある一定以下の範囲に定めたことで、小粒径の粉体が飛散することを抑制したためであると考えられる。
二つ目の理由は、同じく平坦化ローラの回転数をある一定以下に定めたことで、粉体を水平方向に運ぶ力が大きくなり、水平方向の力を受けやすいと推測される大粒径を排除しやすくなったためであると考えられる。
これは、下記の二つの要因によって、造形槽内に供給される粉体の個数平均径が小さくなり、その結果、造形槽内の粉体から形成される造形物の個数平均径も小さくなったためであると考えられる。
一つ目の理由は、平坦化ローラの回転数をある一定以下の範囲に定めたことで、小粒径の粉体が飛散することを抑制したためであると考えられる。
二つ目の理由は、同じく平坦化ローラの回転数をある一定以下に定めたことで、粉体を水平方向に運ぶ力が大きくなり、水平方向の力を受けやすいと推測される大粒径を排除しやすくなったためであると考えられる。
一つ目の理由の根拠として、V/vと造形物内の小粒径の粉体の割合への結果が挙げられる(図12参照)。図12は、平坦化ローラの周速度及び平坦化ローラの移動速度と小粒径の割合との関係を示すグラフである。
V/vの値が小さくなる場合、特にローラの回転数が過大となる場合は、造形物内の小粒径の割合が小さくなることがわかった。その理由は、粉体を巻き上げる力が大きくなり飛散しやすくなるためであると考えられる。特に、造形に使用した粉体の個数平均径dよりも40%以上小さい粉体(0.6dよりも小さい粉体)は平坦化条件によって飛散する量が大きく変化することがわかった。
V/vの値が小さくなる場合、特にローラの回転数が過大となる場合は、造形物内の小粒径の割合が小さくなることがわかった。その理由は、粉体を巻き上げる力が大きくなり飛散しやすくなるためであると考えられる。特に、造形に使用した粉体の個数平均径dよりも40%以上小さい粉体(0.6dよりも小さい粉体)は平坦化条件によって飛散する量が大きく変化することがわかった。
二つ目の理由の根拠として、平坦化ローラ12の回転数と水平方向の力の関係が挙げられる(図10A及び図10B参照)。図10Aは、平坦化ローラの回転数と水平方向の力の関係を示すグラフである。図10Bは、リコート時の平坦化ローラの回転数と水平方向の力の関係を示す図である。
平坦化ローラの周速度v(mm/s)が小さいほど水平方向に加わる力が大きくなるため、粉体面から飛び出しやすくリコートの力の影響を受けやすい大粒径の粉体(造形に使用した粉体の個数平均径よりも大きい粒子)は水平方向の力を受け余剰粉体受けに排出されやすくなり、結果として大粒径の粉体は粉体面に供給されづらくなる。特に、1層分の厚みを平均粒径の1~30倍、より好ましくは、2~20倍の範囲内に設定することで、大粒径の粉体が排除されやすくなることがわかった。
平坦化ローラの周速度v(mm/s)が小さいほど水平方向に加わる力が大きくなるため、粉体面から飛び出しやすくリコートの力の影響を受けやすい大粒径の粉体(造形に使用した粉体の個数平均径よりも大きい粒子)は水平方向の力を受け余剰粉体受けに排出されやすくなり、結果として大粒径の粉体は粉体面に供給されづらくなる。特に、1層分の厚みを平均粒径の1~30倍、より好ましくは、2~20倍の範囲内に設定することで、大粒径の粉体が排除されやすくなることがわかった。
ここで、平坦化ローラの移動速度V(mm/s)を大きくした場合、粉体面にかかる力の内、水平方向に加わる力が大きくなる。このことが、小粒径の粉体を飛散することを抑制し、かつ大粒径の粉体を排除する効果が大きくなることが、以上の結果から明らかとなった。したがって、平坦化ローラの移動速度Vを大きくした場合は、次式、V/v≧0.04、を充たす範囲であれば、平坦化ローラの周速度vの値をある程度大きくしても、次式、d>d’、を充たす造形物が得られる。
次に、次式、d>d’、を充たす造形物を実現する方法について説明する。平坦化ローラの移動速度V(mm/s)と、平坦化ローラの回転数ω(min-1)及び平坦化ローラの直径Dmmから求めた平坦化ローラの周速度v(mm/s)とが、以下の範囲内で実現できることが明らかとなった。
ここで、次式、d>d’、を充たす造形物が得られたことによる効果を確認するため、造形物の主要な特性値であるグリーン体密度及び粒子接点数を測定した。結果を図13及び図14に示す。
図13の結果から、次式、V/v≧0.04、を充たす条件は、次式、V/v<0.04を充たす条件と比べてグリーン体密度が向上することがわかる。これは、本発明では、小粒径の粉体の割合が大きくなったことにより、造形物内部の空隙に小さな粉体が入りこむようになったことでグリーン体の密度が向上したためであると考えられる。
また、図14に、V/vと1粒子あたりの接点数との関係を示す。次式、V/v≧0.04、を充たす条件は、次式、V/v<0.04を充たす条件と比べて1粒子あたりの粒子接点が増加していることがわかる。粒子接点数は焼結性に影響することが知られており、粒子接点が多いほど焼結密度が向上するという効果が期待される。
図13の結果から、次式、V/v≧0.04、を充たす条件は、次式、V/v<0.04を充たす条件と比べてグリーン体密度が向上することがわかる。これは、本発明では、小粒径の粉体の割合が大きくなったことにより、造形物内部の空隙に小さな粉体が入りこむようになったことでグリーン体の密度が向上したためであると考えられる。
また、図14に、V/vと1粒子あたりの接点数との関係を示す。次式、V/v≧0.04、を充たす条件は、次式、V/v<0.04を充たす条件と比べて1粒子あたりの粒子接点が増加していることがわかる。粒子接点数は焼結性に影響することが知られており、粒子接点が多いほど焼結密度が向上するという効果が期待される。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
(比較例1)
図7A~図7Eに示す造形物の製造方法にしたがって、表1に示す平坦化条件により造形物を製造した。造形物のサイズは主走査方向:28mm、副走査方向:10mm、積層方向:3mmであった。
図7A~図7Eに示す造形物の製造方法にしたがって、表1に示す平坦化条件により造形物を製造した。造形物のサイズは主走査方向:28mm、副走査方向:10mm、積層方向:3mmであった。
<粉体>
粉体としてはAl-Si系アルミニウム合金粉体(AlSi10Mg-30B、東洋アルミニウム株式会社製)を用いた。粉体の比重は2.7であった。
粉体としてはAl-Si系アルミニウム合金粉体(AlSi10Mg-30B、東洋アルミニウム株式会社製)を用いた。粉体の比重は2.7であった。
<造形液>
日本酢ビ・ポバール株式会社製のJMR-10LLを13.35質量%、三協化学株式会社製のトリグライムを86.61質量%、AGCセイケミカル株式会社製のサーフロンS-693を0.04質量%となるように混合し、80℃で加温しながら2時間マグネチックスターラーで撹拌し、2時間撹拌後、加温を停止してから室温になるまで撹拌を続けることで造形液を作製し、表1に示す吐出条件で吐出した。
日本酢ビ・ポバール株式会社製のJMR-10LLを13.35質量%、三協化学株式会社製のトリグライムを86.61質量%、AGCセイケミカル株式会社製のサーフロンS-693を0.04質量%となるように混合し、80℃で加温しながら2時間マグネチックスターラーで撹拌し、2時間撹拌後、加温を停止してから室温になるまで撹拌を続けることで造形液を作製し、表1に示す吐出条件で吐出した。
(実施例1)
比較例1において、表2に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を低くし、平坦化ローラ移動速度を高くした以外は、比較例1と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
比較例1において、表2に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を低くし、平坦化ローラ移動速度を高くした以外は、比較例1と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
(実施例2)
実施例1において、表3に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を低くした以外は、実施例1と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
実施例1において、表3に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を低くした以外は、実施例1と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
(実施例3)
実施例2において、表4に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を低くした以外は、実施例2と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
実施例2において、表4に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を低くした以外は、実施例2と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
(実施例4)
実施例1において、表5に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を変更し、ローラ移動速度を大きくした以外は、実施例1と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
実施例1において、表5に示すように、平坦化条件における平坦化ローラの回転数を変更し、ローラ移動速度を大きくした以外は、実施例1と同様にして、造形を行ったところ、次式、d>d’、を充たす造形物が得られた。
<ビーカーワーク体の作製>
実施例1~4及び比較例1の造形に使用した粉体と造形液を用いて、以下のようにして、ビーカーワーク体を作製した。ここで、ビーカーワーク体とは、粉体と造形液を混ぜ合わせたものを型に入れた後、硬化させ、造形装置を用いずに簡易的に作製した評価用サンプルのことを意味する。
ビーカーワーク体を作製することにより、実施例1~4及び比較例1の造形物と同じ条件で造形に使用した粉体(収容手段に収容されている粉体)の粒度分布を造形物と同じ条件で測定することができる。
実施例1~4及び比較例1の造形に使用した粉体と造形液を用いて、以下のようにして、ビーカーワーク体を作製した。ここで、ビーカーワーク体とは、粉体と造形液を混ぜ合わせたものを型に入れた後、硬化させ、造形装置を用いずに簡易的に作製した評価用サンプルのことを意味する。
ビーカーワーク体を作製することにより、実施例1~4及び比較例1の造形物と同じ条件で造形に使用した粉体(収容手段に収容されている粉体)の粒度分布を造形物と同じ条件で測定することができる。
次に、得られた実施例1~4及び比較例1で造形した造形物について、以下のようにして、粒度分布、グリーン体密度、及び粒子接点数を測定し、効果判定1及び効果判定2を行った。結果を表7及び表8、図11~図14に示した。なお、ビーカーワーク体の粒度分布を表6に示した。
<造形物に含まれる粉体及びビーカーワーク体の粒度分布の測定>
実施例1~4及び比較例1で造形した造形物及び上記ビーカーワーク体について、X線CT装置による観察を実施し、得られた三次元のCT像の画像解析から粒度分布を算出した。
X線CT装置はXradia510(Carl Zeiss社製)を使用した。撮影は、X線電圧80kV、X線電力7W、露光時間3秒、撮影角度360度、撮影枚数2401枚にて実施した。なお、視野範囲は直径φ1529.7×高さ(H)1529.7μm3の円柱形状で、ボクセルサイズ1.5057μmであった。
画像解析は三次元画像解析ソフトのDragonfly(Object Research System社製)を使用した。解析手順は以下の通りである。
まず、視野範囲に対して、深層学習(アルゴリズム:FC-DenseNet)を用いて画像のセグメンテーション(識別)を行い、粒子と空隙部を分けた。その後、OpenPNMと呼ばれるPythonモジュールにて集合体となっている粒子を1つずつ分離した。最後に、1粒子ごとに相当半径(Equivalent Diameter)を算出し、10,000個の粒子について、個数基準の粒度分布(個数平均径、(0.6×個数平均径)μm以下である小粒径の粉体の割合)を求めた。
実施例1~4及び比較例1で造形した造形物及び上記ビーカーワーク体について、X線CT装置による観察を実施し、得られた三次元のCT像の画像解析から粒度分布を算出した。
X線CT装置はXradia510(Carl Zeiss社製)を使用した。撮影は、X線電圧80kV、X線電力7W、露光時間3秒、撮影角度360度、撮影枚数2401枚にて実施した。なお、視野範囲は直径φ1529.7×高さ(H)1529.7μm3の円柱形状で、ボクセルサイズ1.5057μmであった。
画像解析は三次元画像解析ソフトのDragonfly(Object Research System社製)を使用した。解析手順は以下の通りである。
まず、視野範囲に対して、深層学習(アルゴリズム:FC-DenseNet)を用いて画像のセグメンテーション(識別)を行い、粒子と空隙部を分けた。その後、OpenPNMと呼ばれるPythonモジュールにて集合体となっている粒子を1つずつ分離した。最後に、1粒子ごとに相当半径(Equivalent Diameter)を算出し、10,000個の粒子について、個数基準の粒度分布(個数平均径、(0.6×個数平均径)μm以下である小粒径の粉体の割合)を求めた。
<グリーン体密度>
造形物の密度を測定する方法としては、アルキメデスの原理を利用した測定法を用いた。大気中の重量Aを測定した後、密度ρ0が既知の液体中に沈めた際の重量Bを測定する。収容手段に収容された粉の材料固有の密度をρ’とすると、造形物(グリーン体)密度ρ(質量%)は以下のようにして求めた。
ρ=100ρ0A/ρ’(A-B)
密度測定に用いる液体は、純水を用いた。内部に空隙のあるグリーン体を測定するため、大気中の重量Aを測定した後、造形物内部まで液体が浸透することを防ぐため防水スプレーを塗布した。
造形物の密度を測定する方法としては、アルキメデスの原理を利用した測定法を用いた。大気中の重量Aを測定した後、密度ρ0が既知の液体中に沈めた際の重量Bを測定する。収容手段に収容された粉の材料固有の密度をρ’とすると、造形物(グリーン体)密度ρ(質量%)は以下のようにして求めた。
ρ=100ρ0A/ρ’(A-B)
密度測定に用いる液体は、純水を用いた。内部に空隙のあるグリーン体を測定するため、大気中の重量Aを測定した後、造形物内部まで液体が浸透することを防ぐため防水スプレーを塗布した。
<1粒子当たりの粒子接点数>
X線CT装置による観察を実施し、得られた三次元のCT像の画像解析から粒子接点数を算出した。X線CT装置はXradia510(Carl Zeiss社製)を使用した。撮影は、X線電圧80kV、X線電力7W、露光時間3秒、撮影角度360度、撮影枚数2401枚にて実施した。なお、視野範囲は直径φ1529.7×高さ(H)1529.7μm3の円柱形状で、ボクセルサイズ1.5057μmであった。
画像解析は三次元画像解析ソフトのDragonfly(Object Research System社製)を使用した。解析手順は以下の通りである。
まず、視野範囲に対して、深層学習(アルゴリズム:FC-DenseNet)を用いて画像のセグメンテーション(識別)を行い、粒子と空隙部を分けた。その後、OpenPNMと呼ばれるPythonモジュールにて集合体となっている粒子を1つずつ分離並びに粒子接点状態を可視化した。測定範囲内の全接点数と全粒子数が測定され、1粒子あたりの接点数は以下の式で算出した。
1粒子当たりの接点数=(全接点数×2)/粒子の個数
X線CT装置による観察を実施し、得られた三次元のCT像の画像解析から粒子接点数を算出した。X線CT装置はXradia510(Carl Zeiss社製)を使用した。撮影は、X線電圧80kV、X線電力7W、露光時間3秒、撮影角度360度、撮影枚数2401枚にて実施した。なお、視野範囲は直径φ1529.7×高さ(H)1529.7μm3の円柱形状で、ボクセルサイズ1.5057μmであった。
画像解析は三次元画像解析ソフトのDragonfly(Object Research System社製)を使用した。解析手順は以下の通りである。
まず、視野範囲に対して、深層学習(アルゴリズム:FC-DenseNet)を用いて画像のセグメンテーション(識別)を行い、粒子と空隙部を分けた。その後、OpenPNMと呼ばれるPythonモジュールにて集合体となっている粒子を1つずつ分離並びに粒子接点状態を可視化した。測定範囲内の全接点数と全粒子数が測定され、1粒子あたりの接点数は以下の式で算出した。
1粒子当たりの接点数=(全接点数×2)/粒子の個数
<効果判定1>
以下の判定基準に基づき、効果判定1を行った。
[判定基準]
〇:d’/d<1.0
×:d’/d≧1.0
以下の判定基準に基づき、効果判定1を行った。
[判定基準]
〇:d’/d<1.0
×:d’/d≧1.0
<効果判定2>
以下の判定基準に基づき、効果判定2を行った。
[判定基準]
◎:造形物中の小粒径(0.6d以下)の割合が収容手段に収容された粉の小粒径(0.6d以下)の割合より大きい
〇:造形物中の小粒径(0.6d以下)の割合が収容手段に収容された粉の小粒径(0.6d以下)の割合より小さい
以下の判定基準に基づき、効果判定2を行った。
[判定基準]
◎:造形物中の小粒径(0.6d以下)の割合が収容手段に収容された粉の小粒径(0.6d以下)の割合より大きい
〇:造形物中の小粒径(0.6d以下)の割合が収容手段に収容された粉の小粒径(0.6d以下)の割合より小さい
表7~表8及び図11~図14の結果から、実施例1~4は、次式、V/v≧0.04、を充たすとき、d>d’の関係を充たす造形物が得られ、グリーン体密度が大きく、粒子間点数が多いという優れたグリーン体特性を有することがわかった。
(実施例5~25及び比較例2~7)
実施例1~4及び比較例1において、表9及び表10に示す条件に変更した以外は、実施例1~4及び比較例1と同様にして、実施例5~25及び比較例2~7の造形物を得た。
得られた各造形物について、実施例1~4及び比較例1と同様にして、粒度分布、グリーン体密度、及び粒子接点数を測定し、効果判定1及び効果判定2を行った。結果を表9及び表10に示した。
実施例1~4及び比較例1において、表9及び表10に示す条件に変更した以外は、実施例1~4及び比較例1と同様にして、実施例5~25及び比較例2~7の造形物を得た。
得られた各造形物について、実施例1~4及び比較例1と同様にして、粒度分布、グリーン体密度、及び粒子接点数を測定し、効果判定1及び効果判定2を行った。結果を表9及び表10に示した。
表9の粉の詳細については、以下のとおりである。狙いの個数平均径dとするために、下記の粉を分級して用いた。
*アルミニウム合金:Al-Si系アルミニウム合金(東洋アルミニウム株式会社製、AlSi10Mg-30B、AlSi10Mg-50B)
*ステンレス:SUS316L(山陽特殊製鋼株式会社製、商品名:PSS316L)
*チタン合金:Ti-6AL-4V(トーホーテック社製、商品名:ACA450、ACA150)
*純銅:三井金属鉱業株式会社製、商品名:AS-C15、MA-CC-S、MA-CH-S
*銅合金:三井金属鉱業株式会社製、商品名:MA-CCR25L
*アルミニウム合金:Al-Si系アルミニウム合金(東洋アルミニウム株式会社製、AlSi10Mg-30B、AlSi10Mg-50B)
*ステンレス:SUS316L(山陽特殊製鋼株式会社製、商品名:PSS316L)
*チタン合金:Ti-6AL-4V(トーホーテック社製、商品名:ACA450、ACA150)
*純銅:三井金属鉱業株式会社製、商品名:AS-C15、MA-CC-S、MA-CH-S
*銅合金:三井金属鉱業株式会社製、商品名:MA-CCR25L
表9及び表10の結果から、材種及び粒径の異なる粉体として、ステンレス、チタン合金、純銅、及び銅合金を用いても、アルミニウム合金と同様の効果が得られることがわかった。このことから、本発明の効果は一般的に立体造形に用いられる金属粉の材種及び粒径の範囲内であれば、広く効果が得られることがわかった。
また、本発明においては、造形装置の造形槽に供給する粉体を保持する収容手段として、供給槽を想定しているが、ホッパー構成についても本発明は適用可能である。また、硬化手段としてインクジェットヘッドを用いて造形液を吐出する工程を想定しているが、レーザや電子ビームを用いた工程でも適用可能である。
また、平坦化ローラの表面粗さが0.5μm以上、平坦化ローラの接地抵抗が100Ω以上、及び粉体の表面電位の絶対値が0.5kV以上のいずれかを充たす場合、平坦化ローラに粉体が付着することによって平坦化後の粉体面に凹凸が生じて表面粗さが悪化する。そのため、平坦化ローラの表面粗さが0.5μm未満であり、かつ平坦化ローラの接地抵抗が100Ω未満、かつ粉体の表面電位の絶対値が0.5kV未満を満たすことが好ましい。
また、平坦化ローラの表面粗さが0.5μm以上、平坦化ローラの接地抵抗が100Ω以上、及び粉体の表面電位の絶対値が0.5kV以上のいずれかを充たす場合、平坦化ローラに粉体が付着することによって平坦化後の粉体面に凹凸が生じて表面粗さが悪化する。そのため、平坦化ローラの表面粗さが0.5μm未満であり、かつ平坦化ローラの接地抵抗が100Ω未満、かつ粉体の表面電位の絶対値が0.5kV未満を満たすことが好ましい。
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、
前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、前記造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たすことを特徴とする造形物である。
<2> 前記造形物に含まれる粉体の個数平均径d’が3μm以上80μm以下である、前記<1>に記載の造形物である。
<3> 前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径dが3μm以上80μm以下である、前記<1>から<2>のいずれかに記載の造形物である。
<4> 前記収容手段に収容されている粉体における、個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合が26%以上である、前記<1>から<3>のいずれかに記載の造形物である。
<5> 前記粉体が金属粒子を含み、前記金属粒子がアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、銅、ステンレス鋼、チタン及びこれらの合金から選択される少なくとも1種を含有する、前記<1>から<4>のいずれかに記載の造形物である。
<6> 前記金属粒子が樹脂により表面が被覆されていない、前記<5>に記載の造形物である。
<7> 粉体からなる粉体層を積層する造形槽と、
前記粉体層を平坦化する平坦化手段と、
を有し、
前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.04、を充たすことを特徴とする造形装置である。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
<8> 前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.1、を充たす、前記<7>に記載の造形装置である。
<9> 粉体からなる粉体層を積層する積層工程と、
平坦化手段を用いて前記粉体層を平坦化する平坦化工程と、
を含み、
前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.04、を充たすことを特徴とする造形物の製造方法である。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
<10> 前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.1、を充たす、前記<9>に記載の造形物の製造方法である。
<1> 造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、
前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、前記造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たすことを特徴とする造形物である。
<2> 前記造形物に含まれる粉体の個数平均径d’が3μm以上80μm以下である、前記<1>に記載の造形物である。
<3> 前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径dが3μm以上80μm以下である、前記<1>から<2>のいずれかに記載の造形物である。
<4> 前記収容手段に収容されている粉体における、個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合が26%以上である、前記<1>から<3>のいずれかに記載の造形物である。
<5> 前記粉体が金属粒子を含み、前記金属粒子がアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、銅、ステンレス鋼、チタン及びこれらの合金から選択される少なくとも1種を含有する、前記<1>から<4>のいずれかに記載の造形物である。
<6> 前記金属粒子が樹脂により表面が被覆されていない、前記<5>に記載の造形物である。
<7> 粉体からなる粉体層を積層する造形槽と、
前記粉体層を平坦化する平坦化手段と、
を有し、
前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.04、を充たすことを特徴とする造形装置である。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
<8> 前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.1、を充たす、前記<7>に記載の造形装置である。
<9> 粉体からなる粉体層を積層する積層工程と、
平坦化手段を用いて前記粉体層を平坦化する平坦化工程と、
を含み、
前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.04、を充たすことを特徴とする造形物の製造方法である。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。
<10> 前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.1、を充たす、前記<9>に記載の造形物の製造方法である。
前記<1>から<6>のいずれかに記載の造形物、前記<7>から<8>のいずれかに記載の造形装置、及び前記<9>から<10>のいずれかに記載の造形物の製造方法によると、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。
1 造形部
5 造形ユニット
7 ベース部材
10 液滴
11 粉体槽
12 平坦化ローラ
13 粉体除去板
20 粉体
21 供給槽
22 造形槽
23 供給ステージ
24 造形ステージ
25 余剰粉体受け槽
26、28 モータ
30 造形層
31 粉体層
50 液体吐出ユニット
51 キャリッジ
52、52a、52b 液体吐出ヘッド
54、55 ガイド部材
56 タンク装着部
60 タンク
61 メンテナンス機構
62 キャップ
63 ワイパ
71 ガイド部材
72 スライダ部
5 造形ユニット
7 ベース部材
10 液滴
11 粉体槽
12 平坦化ローラ
13 粉体除去板
20 粉体
21 供給槽
22 造形槽
23 供給ステージ
24 造形ステージ
25 余剰粉体受け槽
26、28 モータ
30 造形層
31 粉体層
50 液体吐出ユニット
51 キャリッジ
52、52a、52b 液体吐出ヘッド
54、55 ガイド部材
56 タンク装着部
60 タンク
61 メンテナンス機構
62 キャップ
63 ワイパ
71 ガイド部材
72 スライダ部
Claims (10)
- 造形装置の収容手段に収容されている粉体に基づいて造形された造形物であって、
前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径をd(μm)とし、前記造形物に含まれる粉体の個数平均径をd’(μm)とすると、次式、d>d’、を充たすことを特徴とする造形物。 - 前記造形物に含まれる粉体の個数平均径d’が3μm以上80μm以下である、請求項1に記載の造形物。
- 前記収容手段に収容されている粉体の個数平均径dが3μm以上80μm以下である、請求項1から2のいずれかに記載の造形物。
- 前記収容手段に収容されている粉体における、個数粒径が(0.6×個数平均径d)μm以下である小粒径の粉体の割合が26%以上である、請求項1から3のいずれかに記載の造形物。
- 前記粉体が金属粒子を含み、前記金属粒子がアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、銅、ステンレス鋼、チタン及びこれらの合金から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1から4のいずれかに記載の造形物。
- 前記金属粒子が樹脂により表面が被覆されていない、請求項5に記載の造形物。
- 粉体からなる粉体層を積層する造形槽と、
前記粉体層を平坦化する平坦化手段と、
を有し、
前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.04、を充たすことを特徴とする造形装置。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。 - 前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.1、を充たす、請求項7に記載の造形装置。
- 粉体からなる粉体層を積層する積層工程と、
平坦化手段を用いて前記粉体層を平坦化する平坦化工程と、
を含み、
前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.04、を充たすことを特徴とする造形物の製造方法。
ただし、vは平坦化手段の周速度(mm/s)、Vは平坦化手段の移動速度(mm/s)を表す。 - 前記平坦化手段が、次式、V/v≧0.1、を充たす、請求項9に記載の造形物の製造方法。
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JP2021184521A JP2023072156A (ja) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 造形物、造形装置、及び造形物の製造方法 |
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EP (1) | EP4180153A1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS63135549A (ja) | 1986-11-28 | 1988-06-07 | チッソ株式会社 | 不織布の製造方法 |
WO1996023647A2 (en) * | 1995-02-01 | 1996-08-08 | 3D Systems, Inc. | Rapid recoating of three-dimensional objects formed on a cross-sectional basis |
GB2570618B (en) * | 2017-07-05 | 2021-05-19 | Bodycote H I P Ltd | Components |
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2021
- 2021-11-12 JP JP2021184521A patent/JP2023072156A/ja active Pending
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2022
- 2022-10-20 US US18/048,133 patent/US20230150025A1/en active Pending
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