JP6451088B2 - 立体造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層造形によって立体造形物を製造する立体造形物の製造方法に関するものである。

３Ｄプリンタを用いて立体造形物を製造する方法として、積層造形法が知られている。この積層造形法では、下の段（層）から上の段（層）に向かって所望の形状になるように、造形材料を層ごとに積み上げていくことで立体造形物を得る。このような積層造形法を用いる場合、立体造形物における、下層よりも上層が張り出したオーバーハング部分を造形するためには、オーバーハング部分を下方から支持するように、サポート材を配置する必要がある。このようにサポート材を配置し、積層造形法によって立体造形物を製造する方法については、例えば特許文献１に開示されている。

上記のサポート材は、最終的には不要となり、立体造形物の造形後に除去する必要があるため、除去しやすい材料で構成することが望ましい。除去しやすい材料またはサポート材については、例えば特許文献２〜４に開示されている。具体的には、特許文献２では、光硬化性成分と非光硬化性成分とを含み、光照射後、固体、半固体、ゲルのいずれかになり、水、アルカリ、酸、洗浄液のいずれかに溶ける、もしくは膨潤するような、サポート材用の材料が開示されている。また、特許文献３では、アルカリ可溶性のサポート材が開示されており、特許文献４では、熱可塑性のサポート材が開示されている。さらに、特許文献５では、サポート材の外表面に、サポート材よりも剛性の高いサポート殻を設けることで、造形時においてはサポート殻でサポート材の流出を阻止し、造形後においては、サポート殻で被覆されたサポート材を流出させて、容易にサポート材を除去できるようにしている。

また、サポート材を除去した後の物体（モデル材）の表面にコート材を塗布することがある。コート材として透明材料を用い、これをモデル材の表面に塗布してコート層を形成することで、クリアな発色が得られる、積層痕が目立たなくなる、高級感が出る、などの効果がある。また、モデル材の表面を保護するための保護層としてコート層を設けることもある。モデル材の外表面に透明材料を配置する例については、例えば特許文献６に開示されている。

ところで、積層造形において、モデル材をサポート材で支持しながら造形を行った後、サポート材を除去すると、モデル材の表面に凹凸が生じる。これは、モデル材およびサポート材を硬化させる前に、モデル材とサポート材との界面でそれぞれの材料が混ざり合うためと考えられる。そのため、サポート材の除去後は、モデル材の表面を平滑化する処理を行うことが必要となる。

サポート材については触れられていないが、モデル材の表面を平滑化する処理については、例えば特許文献７〜９に開示されている。特許文献７では、レーザーにより粉砕した超微粒子を、造形物の表面の段差を埋めるように積層することで表面処理を行い、これによって、時間と手間をかけずに造形物の表面の仕上がり状態を向上させている。特許文献８では、溶剤を用いて造形物の外表面を平滑化処理し、さらに平滑化された外表面の少なくとも一部を、媒体（例えば重炭酸ナトリウム）を用いてブラスト加工する表面処理方法が開示されている。特許文献９では、モデル材を軟化させる蒸気に物体を晒すことにより、モデル材を軟化、流動させて、物体の表面を平滑化する処理が開示されている。

特開２０１２−１０１４４５号公報（請求項１、５、段落〔００１９〕、図６〜図８等参照） 米国特許第７４７９５１０号明細書（クレーム１等参照） 特許第５０３９５４９号公報（請求項１、段落〔００１８〕、〔００２２〕等参照） 特許第４２２４４５６号公報（請求項１、段落〔００１５〕等参照） 特開２０１２−９６４２８号公報（請求項１、段落〔０００９〕、図５等参照） 米国特許第７９９１４９８号明細書（クレーム６等参照） 特開２０００−８５０１９号公報（請求項１、段落〔００２５〕、〔００５２〕、図１等参照） 特表２０１０−５１５６０６号公報（請求項１、７、段落〔０００３〕等参照） 特表２００５−５２３１７７号公報（請求項１、段落〔００２０〕、図３等参照）

積層造形による立体造形物の製造において、サポート材やコート材を用いる場合、立体造形物の造形後の後工程として、サポート材を除去する工程、立体造形物の表面（サポート材と接触していた面）を平滑化する工程、コート材を塗布する工程などが必要となり、立体造形物の造形工程よりはむしろ、後工程のほうに時間と手間がかかる。したがって、後工程を簡略化することが喫緊の課題となっている。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、モデル材に加えてコート材およびサポート材を用いて立体造形物を造形する場合でも、造形後の後処理を簡略化することができ、これによって外観品質の向上した立体造形物を容易に製造することができる立体造形物の製造方法を提供することにある。

本発明の一側面に係る立体造形物の製造方法は、積層造形により、モデル材の最表面の少なくとも一部をコート材で被覆した立体造形物を、サポート材で支持しながら造形する造形工程と、前記造形工程の後、前記サポート材を除去する除去工程とを有し、前記造形工程では、前記コート材が少なくとも前記モデル材と前記サポート材との間に位置するように積層造形を行い、前記除去工程では、前記サポート材を後処理装置によって除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面の平滑化を、前記サポート材を除去した前記後処理装置を用いて連続して行う。

造形工程での積層造形により、少なくともモデル材とサポート材との間にコート材が既に位置しているため、造形工程後の除去工程において、サポート材を除去すると、コート材が表面に現れる。したがって、サポート材の除去後にコート材を塗布する工程が不要となる。しかも、除去工程では、サポート材を後処理装置によって除去した後、その除去によって露出するコート材の表面の平滑化を、サポート材を除去した上記の後処理装置を用いて連続して行うので、除去処理と平滑化処理とを別々の装置で行う場合に比べて、除去処理と平滑化処理とのトータルでの処理時間を短縮することができ、また、除去処理と平滑化処理との間で装置を切り替えなくても済むので、これらの処理に手間もかからない。

このように、造形工程の後、コート材の塗布工程が不要なことと、サポート材の除去とその下地のコート材の表面の平滑化とを同じ後処理装置を用いて連続して行うことができることから、例えば立体造形物の造形後に、サポート材を除去装置によって除去し、その後、モデル材の表面を別の装置や手段を用いて平滑化し、さらにその後にコート材を塗布する場合に比べて、立体造形物の造形後の後処理を簡略化することができ、後処理に要する時間と手間を削減することができる。その結果、コート材およびその表面の平滑化によって外観品質が向上した立体造形物を容易に製造することができる。

前記除去工程では、前記サポート材を前記後処理装置によって溶解させて除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面を、前記後処理装置によって溶解または軟化させて平滑化してもよい。

この場合、サポート材を溶解させる後処理装置をそのまま用いて、コート材の表面を溶解または軟化させて平滑化することができる。したがって、同一の後処理装置を用いて、サポート材の除去とコート材の表面の平滑化とを連続して行うことが容易となる。

前記サポート材および前記コート材は、酸性液体、アルカリ性液体、有機溶媒、界面活性剤の水溶液のうちのいずれかの液体に可溶であり、前記サポート材の前記液体に対する溶解速度が、前記コート材の前記液体に対する溶解速度よりも速いことが望ましい。

サポート材の溶解速度がコート材の溶解速度よりも速いため、除去工程では、サポート材だけを速やかに液体に溶解させて除去し、その除去によって露出するコート材の液体に対する溶解を抑えることができる。これにより、露出したコート材の表面を平滑化し、かつ、そのコート材を残すことができる。つまり、上記コート材がサポート材とともに完全に溶解して除去されてしまう事態を容易に回避できる。

前記除去工程では、前記サポート材を前記後処理装置によって融解させて除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面を、前記後処理装置によって融解または軟化させて平滑化してもよい。

この場合、サポート材を融解させる後処理装置をそのまま用い、必要に応じて加熱温度を調整することで、コート材の表面を融解または軟化させて平滑化することができる。したがって、同一の後処理装置を用いて、サポート材の除去とコート材の表面の平滑化とを連続して行うことが容易となる。

前記サポート材および前記コート材は、熱可塑性材料を含んでおり、前記サポート材の融点が、前記コート材の融点よりも低いことが望ましい。

サポート材の融点がコート材の融点よりも低いため、除去工程では、低い加熱温度でサポート材だけをまず除去し、その除去によって露出するコート材を高い加熱温度で融解させて、コート材の表面を平滑化することができる。つまり、加熱温度を調整することで、サポート材の除去と、コート材の表面の平滑化とをこの順で確実に行うことができる。

前記造形工程で造形される前記立体造形物は、前記モデル材の最表面の全体を前記コート材で被覆して形成されており、前記造形工程において、前記サポート材は、前記立体造形物の全体を覆うように設けられていてもよい。

造形工程において、サポート材が立体造形物の全体を覆うように、つまり、コート材全体を覆うように設けられることで、コート材の表面全体がサポート材と接する。これにより、サポート材の除去後のコート材の表面の平滑化を、コート材の表面全体に対して均一に行うことができる。その結果、コート材の表面の平滑化による仕上がりを、コート材の表面全体で均一にすることができる。

前記造形工程において、前記サポート材は、前記コート材の一部と接触するように設けられており、前記コート材は、前記サポート材と接触する領域の外側での厚みが、前記サポート材と接触する領域での厚みよりも厚くなるように設けられていてもよい。

この場合、サポート材の例えば溶解による除去時に、コート材におけるサポート材と接触する領域（接触領域）の外側の領域（非接触領域）での、厚み方向の溶解の時間を稼ぐことができる。これにより、サポート材の除去後、コート材の接触領域の表面の平滑化が十分に進む前に、コート材の非接触領域が完全に溶解して除去されるのを回避することができる。

前記コート材は、透明であることが望ましい。この場合、コート材によってクリアな発色が得られ、また、高級感も現れるため、立体造形物の外観品質を確実に向上させることができる。

上述した製造方法によれば、モデル材に加えてコート材およびサポート材を用いて立体造形物を造形する場合でも、立体造形物の造形後の後処理を簡略化して、後処理に要する時間と手間を削減することができる。その結果、コート材およびその表面の平滑化によって外観品質が向上した立体造形物を容易に製造することができる。

本発明の実施の形態に係る立体造形物の製造装置の概略の構成を示す説明図である。 上記立体造形物の製造の流れを示すフローチャートである。 上記立体造形物がサポート材で支持された状態の一例を示す断面図である。 上記立体造形物がサポート材で支持された状態の他の例を示す断面図である。 上記立体造形物がサポート材で支持された状態のさらに他の例を示す断面図である。 上記立体造形物がサポート材で支持された状態のさらに他の例を示す断面図である。 上記サポート材が除去されてコート材の表面が平滑化される様子を模式的に示す断面図である。 表面が平滑化された上記立体造形物の断面図である。 参考例に係る立体造形物の製造方法の製造工程を示す断面図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。

〔立体造形物の製造装置〕
図１は、本実施形態の立体造形物の製造装置１の概略の構成を示す説明図である。製造装置１は、積層造形法を利用して立体造形物を製造する装置であり、積層造形装置２と、後処理装置３とを備えている。

上記の積層造形法としては、溶融物堆積法（ＦＤＭ：Fused Deposition Modeling）、インクジェット法、インクジェットバインダ法、光造形法（ＳＬ：Stereo Lithography）、粉末焼結法（ＳＬＳ：Selective Laser Sintering）などが挙げられる。本実施形態で示す立体造形物の製造方法は、特に、ＦＤＭやインクジェット法を用いた積層造形に好適であるが、インクジェットバインダ法、ＳＬおよびＳＬＳを用いて積層造形を行う場合でも、実質的にサポート材を用いて造形を行う場合には、本実施形態で示す製造方法を適用することができる。以下では、積層造形法としてインクジェット法を用いた場合を例として説明する。

積層造形装置２は、積層造形によって立体造形物を造形する装置であり、造形ブロック１０と、移動機構１１とを備えている。移動機構１１は、造形ブロック１０を移動させることによって、造形ブロック１０から吐出される造形材料（例えばインク）の吐出位置を調整する。

造形ブロック１０は、造形材料を吐出して立体造形物を造形する。上記の造形材料としては、本実施形態では、モデル材、コート材、サポート材を用いている。なお、これらの造形材料の詳細については後述する。造形対象となる立体造形物は、モデル材の最表面の全体をコート材で被覆することによって形成される。なお、コート材は、モデル材の最表面の一部のみを被覆していてもよい。例えば、モデル材の最表面のうち、外部から視認される部分のみをコート材で被覆し、視認されない部分（例えば底部）を被覆しないようにしてもよい。

この立体造形物は、積層造形装置２において、一旦、サポート材で支持された状態で造形される。その後、後処理装置３にてサポート材を除去することにより、最終的に立体造形物が単体として得られる。立体造形物をサポート材で支持するのは、立体造形物のオーバーハング部分（下層よりも上層が張り出した部分）を形成するため、台座となるステージＳから立体造形物の分離を容易にするため、ステージＳの表面の凹凸や熱物性により、立体造形物の造形に影響が出るのを防ぐためである。

また、積層造形装置２は、造形ブロック１０の動作を制御する制御ブロック（図示せず）をさらに備えている。この制御ブロックは、外部のコンピュータ装置Ｐと通信回線を介して接続されており、コンピュータ装置Ｐから送信される造形対象物の３Ｄデータに基づいて、モデル材、コート材、サポート材の配置位置を含む各層のデータを作成する。上述した造形ブロック１０は、制御ブロックで作成される層ごとのデータに基づいて、モデル材、コート材、サポート材を吐出し、これを紫外線照射等によって硬化させることにより、立体造形物をサポート材で支持した状態で造形することになる。

後処理装置３は、立体造形物を造形後、サポート材を除去したり、サポート材の除去によって露出するコート材の表面を平滑化する後処理を行う装置である。この後処理装置３は、液体２１ａを収容する収容槽２１と、収容槽２１の底部に配置されて液体２１ａを攪拌させるための攪拌部材２２とを有しており、その他、液体２１ａを加熱するための加熱部材（例えばヒータ）を有している。上記の液体２１ａとしては、サポート材を溶解させて除去したり、コート材を溶解させてその表面を平滑化できるものを用いることができ、例えば酸性液体、アルカリ性液体、有機溶媒、界面活性剤の水溶液を用いることができる。また、液体２１ａとして、サポート材やコート材が不溶なものを用いることもできる。この場合、サポート材やコート材は、液体２１ａに対する溶解以外の方法（例えば融解）によって除去または平滑化される。

なお、「溶解」とは、一般的に、気体、液体、固体が溶媒に溶けて均一な混合物である溶液となる現象を言うが、ここでは、サポート材またはコート材が液体に溶ける現象を指す。また、「融解」とは、一般的に、固体が加熱などによって液体になる現象を言うが、ここでは、サポート材またはコート材が熱によって融ける現象を指す。

〔立体造形物の製造方法〕
図２は、本実施形態の立体造形物の製造の流れを示すフローチャートである。本実施形態では、まず、積層造形装置２にて、積層造形により立体造形物をサポート材で支持しながら造形する（Ｓ１；造形工程）。その後、後処理装置３にて、立体造形物を支持している上記のサポート材を除去する（Ｓ２；除去工程）。以下、各工程について、より詳細に説明する。

（造形工程）
造形工程では、まず、積層造形装置２の制御ブロックは、外部のコンピュータ装置Ｐから造形対象物の３Ｄデータを受け取り、三次元で造形するためのモデル材の層ごとのデータを構築する。次に、制御ブロックは、立体造形物の最表面を予め決められた厚みのコート材で覆うための、コート材の配設位置を層ごとに算出し、先に生成したモデル材の層ごとのデータにコート材の層ごとのデータを合成する。さらに、制御ブロックは、造形の向きに基づいて、オーバーハング部分を下から支えるように、サポート材の配設位置を層ごとに算出し、モデル材およびコート材の層ごとのデータにサポート材の層ごとのデータを合成する。これにより、モデル材、コート材、サポート材の少なくともいずれかを含むデータが層ごとに得られる。

造形ブロック１０は、上記層ごとのデータに基づいて造形材料（モデル材、コート材、サポート材）を吐出して硬化させ、これを層ごとに繰り返す。これにより、モデル材の最表面の少なくとも一部をコート材で被覆した立体造形物が、サポート材で支持された状態で造形される。つまり、この造形工程では、コート材が少なくともモデル材とサポート材との間に位置するように、積層造形が行われることになる。

図３〜図６は、モデル材３１をコート材３２で被覆した立体造形物３０がサポート材４０で支持された状態を示す断面図である。これらの図のように、コート材３２は、少なくともモデル材３１とサポート材４０との間に位置していればよく、サポート材４０はコート材３２の一部とのみ接触していてもよい。つまり、図３に示すように、サポート材４０は、立体造形物３０のオーバーハング部分ＯＨの下部（必要最小限の部分）にのみ配置されて、オーバーハング部分ＯＨのみを支持してもよい。また、図４に示すように、立体造形物３０の底面下部に配置されて、底面全体を支持してもよい。図４のようにサポート材４０を配置することで、立体造形物３０の台座（図１のステージＳ）からの分離を容易にしたり、台座の凸凹や熱物性により、立体造形物３０の造形に影響が出るのを防ぐことができる。

また、図５に示すように、サポート材４０は、立体造形物３０の最表面の全体を覆うように配置されていてもよい。図３および図４のように、コート材３２にサポート材４０と接触する接触領域３２ａと、接触領域３２ａの外部の領域で、かつ、サポート材４０と接触しない非接触領域３２ｂとが存在すると、接触領域３２ａは、非接触領域３２ｂに比べて表面が凸凹になる傾向があり（硬化前にコート材３２とサポート材４０とが混ざり合うため）、接触領域３２ａと非接触領域３２ｂとで表面状態に差が生じる。このため、Ｓ２の除去工程において、後述する表面の平滑化処理を行った後も、接触領域３２ａと非接触領域３２ｂとで表面状態に微妙な違いが残ってしまうおそれがある。図５のように、立体造形物３０の最表面の全体を覆うようにサポート材４０を配置することにより、コート材３２の表面の平滑化による仕上がり状態を、コート材３２の表面全体で均一にすることができる。

また、図３および図４のようなサポート材４０の支持の仕方では、Ｓ２の除去工程において、サポート材４０のみならず、コート材３２の非接触領域３２ｂも、収容槽２１内の液体２１ａと接触して溶解が始まるため、コート材３２の接触領域３２ａよりも、非接触領域３２ｂのほうが、液体２１ａに対する溶解が速く進む。このため、サポート材４０の除去後、コート材３２の接触領域３２ａの表面の平滑化が十分に進む前に、コート材３２の非接触領域３２ｂが完全に除去されてなくなってしまうおそれがある。図５のように、立体造形物３０の最表面の全体を覆うようにサポート材４０を配置することにより、コート材３２においてサポート材４０との非接触領域がなくなるため、サポート材４０の除去後、コート材３２の溶解が全体的に均一に進み、上記のようにコート材３２の一部が先に除去されて無くなってしまうおそれがなくなる。

また、図６に示すように、サポート材４０がコート材３２の一部と接触するように設けられる場合、非接触領域３２ｂの厚みが接触領域３２ａの厚みよりも厚くなるようにコート材３２を設けることによっても、上記の不都合を回避できる。つまり、除去工程において、サポート材４０を溶解によって除去する場合、サポート材４０の溶解が始まるのと同時に、コート材３２の非接触領域３２ｂの溶解が始まる。しかし、非接触領域３２ｂの厚みが接触領域３２ａよりも厚いことにより、非接触領域３２ｂの厚み方向において溶解の時間を稼ぐことができる。これにより、サポート材４０を完全に除去した後、コート材３２の接触領域３２ａの表面の平滑化が十分に進む前に、コート材３２の非接触領域３２ｂが完全に溶解して除去される事態を回避することができる。

（除去工程）
図２の除去工程では、サポート材４０を後処理装置３によって除去する（Ｓ２１）。その後、サポート材４０の除去によって露出するコート材３２の接触領域３２ａの表面の平滑化を、サポート材４０を除去した同じ後処理装置３を用いて連続して行う（Ｓ２２）。図７は、サポート材４０が除去されてコート材３２の表面が平滑化される様子を模式的に示している。

Ｓ２１では、サポート材４０で支持された立体造形物３０を、後処理装置３の収容槽２１内に浸漬して液体２１ａと接触させることにより、サポート材４０が液体２１ａに溶解し、これによってサポート材４０が除去される。なお、このとき、必要に応じて攪拌部材２２で液体２１ａを攪拌させてもよい。

Ｓ２１にて、サポート材４０が除去されると、次に、サポート材４０の除去によって露出するコート材３２が液体２１ａと接触する。すると、コート材３２の表面部分が液体２１ａに溶解し、または軟化（流動化）していく。これにより、コート材３２の表面でサポート材４０との接触によって生じていた凹凸が次第になくなっていき、コート材３２の表面が平滑化される。ユーザは、コート材３２の溶解速度から予測される適切なタイミングで立体造形物３０を収容槽２１から引き上げることにより、図８に示すように、表面状態の良好な（コート材３２の表面が平滑化された）立体造形物３０を得ることができる。

以上の除去工程では、サポート材４０を液体２１ａに溶解させることで除去し、露出するコート材３２を液体２１ａに溶解させることで表面を平滑化しているが、他の方法でサポート材４０の除去およびコート材３２の表面平滑化を行ってもよい。例えば、除去工程において、サポート材４０を融解させることによって除去し（Ｓ２１）、その後、サポート材４０の除去によって露出するコート材３２の接触領域３２ａの表面を融解または軟化させて平滑化してもよい（Ｓ２２）。

例えば、後処理装置３の収容槽２１内の液体２１ａとして、サポート材４０およびコート材３２が不溶な（溶解しない）液体を用いる。液体２１ａを加熱部材（図示せず）によって加熱し、サポート材４０で支持された立体造形物３０を加熱する。すると、サポート材４０がまず熱によって融解し、コート材３２の表面から分離、除去される。その後、同じ後処理装置３にて、加熱温度を上げると、露出したコート材３２の表面が熱によって融解し、または軟化（流動化）していく。これにより、コート材３２の表面でサポート材４０との接触によって生じていた凹凸が次第になくなっていき、コート材３２の表面が平滑化される（図７と同様）。ユーザは、適切なタイミングで加熱を停止して立体造形物３０を収容槽２１から引き上げることにより、コート材３２の表面が平滑化された立体造形物３０を得ることができる。

なお、融解したサポート材４０の液体２１ａ中での移動の仕方は、比重の関係によって決まる。すなわち、サポート材４０の比重が液体２１ａの比重よりも小さければ、融解したサポート材４０は収容槽２１の液体２１ａの表面に浮く。一方、サポート材４０の比重が液体２１ａの比重よりも大きければ、融解したサポート材４０は収容槽２１の底に沈む。いずれにしても、表面に浮き出した、あるいは底に沈んだサポート材４０は、図示しないサポート材回収口に取り込まれて回収される。

サポート材４０の比重と液体２１ａの比重とがほぼ等しいと、サポート材４０が液体２１ａ中に分散して回収しにくくなるので、好ましくない。例えば、サポート材４０がワックス（蝋）のような物質で、周りの液体２１ａが水の場合、比重がほぼ等しくなってしまう。この場合、水に何かの物質（界面活性剤など）を溶かして比重を上げることにより、サポート材４０と液体２１ａとの間で比重の差をつけて、上記のようにサポート材４０を回収することができる。

以上では、サポート材４０の除去およびコート材３２の表面平滑化を、化学的作用（溶解）、熱的作用（融解）のどちらかによって行う例について説明したが、これらの両者を併用してもよい。液体２１ａとして、サポート材４０およびコート材３２が可溶である液体（酸性液体、アルカリ性液体、有機溶媒、界面活性剤の水溶液のいずれか）を用い、この液体２１ａを加熱することにより、サポート材４０の除去およびコート材３２の表面平滑化を、速く確実に行うことができる。また、超音波振動子を液体２１ａ中に設置して、超音波振動を印加してもよく、この場合は、上記の処理をさらに速く確実に行うことができる。また、サポート材４０の除去およびコート材３２の表面平滑化を熱的作用のみによって行う場合は、後処理装置３としてオーブンを用いることも可能である。つまり、液体を介さずに、サポート材４０を直接加熱して除去したり、コート材３２を直接加熱してその表面を平滑化することも可能である。

以上のように、本実施形態では、立体造形物３０の造形工程にて、コート材３２も含めて積層造形を行うため、造形工程後の除去工程では、サポート材４０の除去後にコート材３２を塗布する工程が不要となる。しかも、コート材３２はモデル材３１とサポート材４０との間に位置しており、除去工程では、サポート材４０を後処理装置３によって除去した後、その除去によって露出するコート材３２の表面の平滑化を、同じ後処理装置３を用いて連続して行うので、後述する参考例のように、造形物の造形後に、サポート材４０を除去し、その後、モデル材３１の表面を研磨して平滑化し、その後にコート材３２を塗布する場合に比べて、造形後の後処理を簡略化でき、後処理に要する時間と手間を削減することができる。その結果、コート材３２およびその表面の平滑化によって外観品質が向上した立体造形物３０を容易に製造することができる。

また、造形工程では、コート材３２は、少なくともモデル材３１とサポート材４０との間に位置するように積層造形され、モデル材３１等の積層造形と並行して積層造形されるため、造形工程にコート材３２の積層造形を含めても、モデル材３１の積層造形後にコート材３２を塗布する場合に比べて、立体造形物全体の製造時間（造形と後処理のトータルの時間）を短縮することができる（製造時間が長期化することはない）。

また、除去工程では、サポート材４０を後処理装置３によって溶解させて除去した後、サポート材４０の除去によって露出するコート材３２の表面を、同じ後処理装置３を用いて溶解または軟化させて平滑化するので、サポート材４０の除去とコート材３２の表面の平滑化とを連続して行うことが容易となる。

また、除去工程において、サポート材４０を後処理装置３によって融解させて除去した後、サポート材４０の除去によって露出するコート材３２の表面を、後処理装置３を用いて融解または軟化させて平滑化する場合であっても、同じ後処理装置３を用いて行うために、サポート材４０の除去とコート材３２の表面の平滑化とを連続して行うことが容易となる。

〔造形材料について〕
上述したモデル材３１およびコート材３２は、材料（例えば樹脂系インクの場合は樹脂）自体は同じで、顔料が互いに異なっている。その結果、モデル材３１は赤や青等の色つきの材料となっており、コート材３２は透明となっている。コート材３２が透明であることにより、コート材３２を介してクリアな発色が得られ、高級感も現れる。このため、立体造形物３０の外観品質を確実に向上させることができる。なお、モデル材３１とコート材３２とは、材料自体が互いに異なっていてもよい。また、コート材３２は、必ずしも透明でなくてもよく、モデル材３１とは異なる色の材料で構成されて、モデル材３１の表面を保護する目的で設けられてもよい。

また、サポート材４０およびコート材３２の材料については、サポート材４０の除去およびコート材３２の表面平滑化の方法に応じて適宜決定されればよい。

例えば、サポート材４０を液体２１ａへの溶解によって除去し、コート材３２の表面を液体２１ａへの溶解または軟化によって平滑化する場合、液体２１ａとしては、上述したように、酸性液体、アルカリ性液体、有機溶媒、界面活性剤の水溶液のうちのいずれかの液体を用いることが可能である。この場合、サポート材４０およびコート材３２としては、上記の液体２１ａに可溶な材料を用いればよいが、サポート材４０の液体２１ａに対する溶解速度が、コート材３２の液体２１ａに対する溶解速度よりも速くなるような材料を用いることが望ましい。

例えば、上記の液体２１ａとして、サポート材４０およびコート材３２を溶解させるアルカリ性液体を用いた場合、サポート材４０としては、ポリカーボネート（ＰＣ）やアクリルなど、アルカリ性液体に溶解しやすい（溶解速度が速い）材料を用い、コート材３２としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）やナイロンなど、アルカリ性液体に溶解しにくい（溶解速度が遅い）材料を用いることが望ましい。これらの材料から、適度な溶解速度を持つ材料で、造形しやすいものを、サポート材４０およびコート材３２として使用すればよい。なお、上記のアルカリ性液体としては、例えば水酸化ナトリウム水溶液や、アンモニア水を使用することができる。

サポート材４０の溶解速度がコート材３２の溶解速度よりも速いことにより、除去工程では、サポート材４０だけを最初の短時間で速やかに液体２１ａに溶解させて除去し、そのサポート材４０の除去によって露出するコート材３２については、液体２１ａに対する表面の溶解を抑えることができる（溶解を少しずつ進行させることができる）。これにより、露出したコート材３２の表面を平滑化し、かつ、そのコート材３２を残すことができる。つまり、コート材３２がサポート材４０とともに完全に溶解して除去される事態を回避できる。

なお、特許第５０３９５４９号公報に記載のように、ベースポリマーにカルボン酸を含ませるとともに、カルボン酸の含有量を調整することにより、サポート材４０およびコート材３２のアルカリ性液体への溶解性をそれぞれ調整してもよい。

一方、サポート材４０を熱による融解によって除去し、コート材３２の表面を熱による融解または軟化によって平滑化する場合、サポート材４０およびコート材３２は、熱可塑性材料を含む材料で構成されて、サポート材４０の融点がコート材３２の融点よりも低いことが望ましい。例えば、サポート材４０としては、蝋（ワックス）、アクリル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）など、融点の低い材料を用いることができ、コート材３２としては、ポリカーボネート（ＰＣ）やナイロンなど、融点の高い材料を用いることができる。

サポート材４０の融点がコート材３２の融点よりも低いため、除去工程では、低い加熱温度でサポート材４０だけをまず融解して除去し、その除去によって露出するコート材３２を高い加熱温度で融解または軟化させることで、コート材３２の表面を平滑化することができる。つまり、加熱温度を変えるだけで、サポート材４０の融解による除去と、コート材３２の表面の融解または軟化による平滑化とを、同一の後処理装置３で容易に、かつ、この順で確実に行うことができる。

なお、ポリマーに加える可塑剤の量を調整することにより、サポート材４０およびコート材３２の融点や軟化温度を調整してもよい。

〔参考例〕
図９は、参考例に係る立体造形物３０’の製造方法の製造工程を示す断面図である。まず、積層造形装置２により、モデル材３１と、オーバーハング部ＯＨを支持するサポート材４０とが一体となった造形物が形成され、造形後にこのサポート材４０が除去される。モデル材３１の表面のうち、サポート材４０と接していた部分の表面には、これらの材料が混ざり合うことによって生じたと思われる凸凹が存在している。モデル材３１の表面にコート材３２を塗布する際に、モデル材３１の表面に凸凹があると、コート材３２は通常粘度の低い液体のため、表面が平滑なコート層を均一な厚みで形成することができない。そこで、コート材３２を塗布する前に、サポート材４０を除去した後の造形物の表面（モデル材３１の表面）を先に研磨し、表面が平滑化された造形物を得る。そして、この造形物に対してコート材３２を塗布し、コート材３２が固まるように乾燥させるなどして、最終的にモデル材３１の表面がコート材３２で覆われた立体造形物３０’を得る。

参考例では、造形物の造形後に行われるサポート材４０の除去、モデル材３１の表面研磨、コート材３２の塗布は、全て手作業で行われるため、造形後の後処理に大きな手間と時間がかかる。これに対して、上述した本実施形態の製法によれば、造形後の後処理に大きな手間や時間がかかることはなく、外観品質が向上した立体造形物を容易に製造することができる。

本発明の立体造形物の製造方法は、積層造形により、立体造形物を製造する場合に利用可能である。

３ 後処理装置
２１ａ 液体
３０ 立体造形物
３１ モデル材
３２ コート材
４０ サポート材

Claims (7)

1. 積層造形により、モデル材の最表面の少なくとも一部をコート材で被覆した立体造形物を、サポート材で支持しながら造形する造形工程と、
   前記造形工程の後、前記サポート材を除去する除去工程とを有し、
   前記造形工程では、前記コート材が少なくとも前記モデル材と前記サポート材との間に位置するように積層造形を行い、
   前記除去工程では、前記サポート材を後処理装置によって除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面の平滑化を、前記サポート材を除去した前記後処理装置を用いて連続して行い、
   前記除去工程では、前記サポート材を前記後処理装置によって融解させて除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面を、前記後処理装置によって融解または軟化させて平滑化することを特徴とする立体造形物の製造方法。
2. 前記サポート材および前記コート材は、熱可塑性材料を含んでおり、
   前記サポート材の融点が、前記コート材の融点よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の立体造形物の製造方法。
3. 積層造形により、モデル材の最表面の少なくとも一部をコート材で被覆した立体造形物を、サポート材で支持しながら造形する造形工程と、
   前記造形工程の後、前記サポート材を除去する除去工程とを有し、
   前記造形工程では、前記コート材が少なくとも前記モデル材と前記サポート材との間に位置するように積層造形を行い、
   前記除去工程では、前記サポート材を後処理装置によって除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面の平滑化を、前記サポート材を除去した前記後処理装置を用いて連続して行い、
   前記造形工程で造形される前記立体造形物は、前記モデル材の最表面の全体を前記コート材で被覆して形成されており、
   前記造形工程において、前記サポート材は、前記立体造形物の全体を覆うように設けられていることを特徴とする立体造形物の製造方法。
4. 積層造形により、モデル材の最表面の少なくとも一部をコート材で被覆した立体造形物を、サポート材で支持しながら造形する造形工程と、
   前記造形工程の後、前記サポート材を除去する除去工程とを有し、
   前記造形工程では、前記コート材が少なくとも前記モデル材と前記サポート材との間に位置するように積層造形を行い、
   前記除去工程では、前記サポート材を後処理装置によって除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面の平滑化を、前記サポート材を除去した前記後処理装置を用いて連続して行い、
   前記造形工程において、前記サポート材は、前記コート材の一部と接触するように設けられており、前記コート材は、前記サポート材と接触する領域の外側での厚みが、前記サポート材と接触する領域での厚みよりも厚くなるように設けられていることを特徴とする立体造形物の製造方法。
5. 前記除去工程では、前記サポート材を前記後処理装置によって溶解させて除去した後、前記サポート材の除去によって露出する前記コート材の表面を、前記後処理装置によって溶解または軟化させて平滑化することを特徴とする請求項３または４に記載の立体造形物の製造方法。
6. 前記サポート材および前記コート材は、酸性液体、アルカリ性液体、有機溶媒、界面活性剤の水溶液のうちのいずれかの液体に可溶であり、
   前記サポート材の前記液体に対する溶解速度が、前記コート材の前記液体に対する溶解速度よりも速いことを特徴とする請求項５に記載の立体造形物の製造方法。
7. 前記コート材は、透明であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。

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