JP6489968B2 - 立体造形物の製造方法および立体造形物の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体造形物の製造方法および立体造形物の製造装置に関する。

近年、立体物造形方法として積層造形方法が注目されている。積層造形方法は型を必要とせず、切削造形方法では製造ができないような形状の立体造形物でも造形でき、機械のパーツの試作などの用途で急速に普及してきている。

積層造形法における立体物製造過程では、サポートを必要とするという制約がある。積層造形法では、層状に形成したパターンのレイヤーを積み重ねていくため、例えば、垂れ下がった木の枝先のように、積層するレイヤー中に孤立部が存在するような造形物はレイヤーのみを単純に重ねても製造出来ないことになる。このような部分を積層造形法で作るためには、積層時に孤立部となりうる部分の下部に、“支え”＝サポートを作りこんだ上で孤立部の積層を行い、造形終了後に何らかの手段で支えを除去することが必要となる。すなわち、従来の積層造形法における積層とは、製造物の形状に応じて、造形物となるパターンのみならず、支持材であるサポートを含めたレイヤーを積層することであった。

従来の積層造形方法のサポートの形成方式については、以下の例が挙げられる。特許文献１に開示されているような光造形方法は感光性樹脂の層を形成した後、製造する立体物の断面形状に露光することでパターニングを行い、感光性樹脂層の一部を硬化させてレイヤーの形成を行う。これを繰返すことで立体物の製造を行う方法である。類似の方法に、感光性樹脂の代わりに熱可塑性樹脂の粉末を使い、レーザーで部分的に溶融接着させる粉末焼結法や、粉末固体に接着剤を部分付与する粉末固着法があり、これらの方式で造形を行う製造装置が市販されている。これら方式は「全面に材料を配置し、部分的に固める」という点で類似の方式である。

これらの方式でのサポートは、未硬化の材料が硬化部分を支えることで成っている。ただし、光造形では、未硬化材料が液体のため強度が足りず、柱を意図的に硬化させて補っている。

この方法は、サポートに使用した材料が再利用できる、サポートの配置に位置決めを必要としない、といった利点があるが、造形を行うためには造形容器を全て満たす量の材料を必要としてしまうデメリットがある。

別の方法として「造形に必要な部分にのみ材料を配置する方式」で造形を行う製造装置も製品化がなされている。特許文献２に開示されているようなインクジェット樹脂堆積法や溶融樹脂堆積法などに代表されるこの方式では、作成途中の造形物上に部分的に造形用の材料をのせてゆくので、造形に必要な部分しか材料を供給しないため比較的少ない材料での造形が可能である。さらに、所望する立体造形物を形成するための材料（モデル材）とサポートに使用する材料（サポート材料）を別材料とできるものが多く、除去の手間を軽減することができる。

特許０３０６０１７９号明細書 特開２０００−２８０３５４号公報

しかしながら、サポート材料はモデル材と同時に硬化させてしまうので再利用がしにくく、立体物とサポート材とを高精度に位置決めしなければならない。また、造形終了後のサポートの除去には大きな労力がかかる。

本発明は上記を鑑みなされたものであって、材料の使用量を抑えて造形を行うことが出来、かつ、支持材を形成する際に造形物と支持材との高精度な位置合わせを要しない立体造形物の製造方法および製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、中間転写体上に造形物となるための層を設け、設けた造形物となるための層を形成中の造形物に転写する工程と、形成中の造形物を囲む壁を、前記形成中の造形物と間を空けて前記形成中の造形物の周囲に設ける工程と、設けた前記壁と前記造形物との間に、形成中の造形物を支持するための支持材となるための材料を提供する工程とを有する立体造形物の製造方法であって、前記造形物となる層と前記造形物となる層の形状に応じた形状の前記壁となる層とを中間転写体上に設け、設けた前記造形物となる層と前記壁となる層とを、それぞれ形成中の造形物、前記形成中の造形物を囲む壁へ転写することを特徴とする立体造形物の製造方法である。

本発明によれば、材料の使用量を抑えて造形を行うことが出来、かつ、支持材を形成する際に造形物と支持材との高精度な位置合わせを要しない立体造形物の製造方法および製造装置を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る積層造形装置の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る積層造形装置の一例を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態に係る積層造形装置の一部の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る造形物と壁との形状を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る積層造形装置の一例の制御系を説明するためのブロック図である。 本発明の実施形態に係る造形物と壁との形状を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る積層造形の工程の一部を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る積層造形の工程の一部を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る積層造形の工程の一部を示す模式図である。

以下に図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る立体造形物の製造方法を実現する積層造形装置の一例の概略図である。本装置では、ベルト状に配置した中間転写体１上で立体の造形物となる層を含む各レイヤーのパターニングを行う。搬送機構である搬送ローラー２によって中間転写体１のベルトを回転させることで、形成されたレイヤーが各プロセスユニット（後述）を通過する。その後にレイヤーは積層装置８に送られ、ここで形成途中の造形物に積層されるという構成となっている。

図１に示す装置における中間転写体１には、その表面に立体の造形物の断面のレイヤーを形成した後、そのレイヤーを形成途中の造形物に転写させるので、中間転写体１の材料は、レイヤーを形成するための造形材料に対して離型性の高い材料が好ましい。仮に離型性を有しない場合、造形材料が、例えばオフセット印刷のように泣き別れ転写の状態となりえる。これでも造形物の作成は可能であるが、高い精度で造形を行なうためには、中間転写体１上のレイヤーが全て転写されることが望ましい。

また、転写を安定的に行うためには、中間転写体１は少なからず弾性を有することが望ましい。中間転写体１の材料として好適な材料としては、シリコーンゴムやフッ素ゴムが挙げられる。これらの材料は、パターンを形成するための造形材料の物性によっては、造形材料を弾いてしまう可能性があるので、必要に応じて中間転写体１に表面処理をするとさらに好適である。ゴム硬度は弾性体の厚みにもよるが、厚い場合は硬いゴムを、薄い場合は柔らかめのゴムを用いると良い。厚い場合は８０°ほどの硬いゴムが良いが、図中の装置のように、中間転写体を薄いベルト状で扱う場合、ゴム硬度が５０°〜２０°位の柔らかめのゴムを０．１〜０．５ｍｍ程度の薄膜として使うと良い。

高い精度を求める場合は弾性のない、テフロン（登録商標）シートやサブミクロンの厚みで離型剤がコートされたような平滑フィルムが好適であるが、造形装置に求める造形精度や造形にかける時間に応じて選択する事が望ましい。

また、金属粉などを造形材料にする場合は耐熱性の高い窒化ホウ素などにより中間転写体１の表面を離型処理することが好適である。

以下、各プロセスユニットによる処理によって造形物となる層を含むレイヤーが形成されていくプロセスを説明する。

まず、インクジェット装置４によってインクを吐出することによって、中間転写体１の画像形成面にインクを付与し、所望する立体物の形状パターンのインクパターン１２を形成する。ここでは、インクとして水系顔料インクを用いており、固形分としてはほぼ色材のみとできる利点がある。インクに対して限定される要素は無いが、固形分が多いインクを用いると、インク付与量差に対する厚み誤差が大きくなったり、モデル材料に対する不純物量比が大きくなったりする。そうすると出来上がった造形物の強度が低下したりする場合があるので目的に応じて材料を選択すべきである。

ここで、所望する立体物の形状パターンに加えて、立体物から所定間隔をおいて取り囲むようにインクパターンを形成する。これは、後述する支持材を付与する時の壁となる部分である。立体造形物の高さ方向に位置が変わっても高さ方向と垂直な断面形状は一定であるような壁の形状でも良いが、所望する立体造形物の各層の形状に応じて、各層に対応する壁の形状を変化させることが望ましい。

ここで、インクパターン１２の壁に対応する部分に用いられるインクは、特に限定されないが、使用頻度の低いインクとすることができる。例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの複数の有色インクをインクジェット装置４が吐出する場合、後述するＣＰＵ１０１を用いて、各有色インクの使用量、あるいは残量を検出する。そして、余っているインクの使用比率を他のインクの使用比率より高くして壁に対応する部分を作るのである。また、有色インクに加えて、インクと反応する反応液や透明インクを用いる場合には、それら反応液、透明インクを壁に対応する部分に用いてもよい。また、壁の一部の強度をその周囲の他の部分の強度と意図的に差をつけて形成することで、完成した造形物を取り出しやすくすることもできる。例えば、造形物が形状的に強度が弱いと部分の周辺を避けて強度の弱い壁を形成することで、造形物の取り出し作業時に造形物を安全に取り出すことができる。壁の強度は、壁の厚みを変えたり、壁を作るために用いるインクを変えることでコントロールすることができる。インクは、色ごとに顔料濃度が異なるので、その使用比率を変えると強度差が出しやすい。

図４は、形成途中の造形物と壁との形状的な関係性を説明するための断面図である。図４（ｄ）に示すように形成途中の造形物１４の回りと取り囲むように壁１５が設けられている。（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ１）それぞれは、造形物および壁を構成するレイヤーそれぞれの位置ａ、ｂ、ｃで造物および壁を高さ方向と垂直に切断した場合の断面の様子を示している。（ａ１）はａの位置、（ｂ１）はｂの位置、（ｃ１）はｃの位置にそれぞれ対応している。（ｃ１）に図示されるように、ｃの位置では、造形物１４の断面方向の幅は小さく、壁１５もそれに合わせて比較的小さい範囲に設けられている。（ｂ１）に図示されるように、ｂの位置では、造形物１４の範囲はｃの位置におけるそれよりも大きく、壁１５はそれに合わせてｃの位置の壁１５よりも外側に広がった部分に設けられる。また、（ａ１）に図示されるように、ａの位置では造形物１４の断面は輪が一部欠けたような形をしている。その形に合わせるように、壁１５の内壁部が造形物１４の形に沿った形状となっている。また、図４（ａ１）〜（ｃ１）および（ｄ）に示されるように、ａ〜ｃの各位置における造形物１４の外周面と壁１５の内面との間隔Ｄは一定となっている。各レイヤーのインクパターンを作成する場合には、造形物部分と壁部分とを合わせた形状のインクパターンを中間転写体１上に形成する。図４（ａ２）、（ｂ２）、（ｃ２）は、それぞれ（ａ１）、（ｂ１）、（ｃ１）と対応するインクパターン１２の上面の模式図である。上記のようにして、形成中の造形物１４と壁１５との距離を一定にしておくと、空間８８に注入される際のサポート材１６の流動が安定する。また、一定厚さ（造形物の高さ方向と垂直な断面）のサポート材１６が形成され、形成中の造形物１４の保持力が安定する。

図１の装置では、中間転写体１上にレイヤーを形成する手段として、インクジェット装置４でパターニングした液体パターンに後述するモデル材粉末を粘着付着させる構成を示しているが、これに限定されるものではない。中間転写体上にモデル材粉末を付着させうる材料（ここではインク）を、任意のパターンで形成できれば良い。他の手段の例としては電子写真、ディスペンサなどのデジタル記録装置や、オフセット印刷やスクリーン印刷などの有版方式のパターニング手法も有効に使用することが出来る。ドライトナーの電子写真の場合は加熱することでトナーに付着力を生じさせる。中でも、離型性の高い中間転写体を用いる場合には、中間転写体と非接触で複数色のパターニングが一度に行えるインクジェットは非常に好適なパターニング手段である。

次いで、モデル材粉末付与装置６によって、インクパターン１２に造形物を形成するためのモデル材粉末を付与する。モデル材粉末は粒子材料であり、必要解像度より細かい径の粉末を利用可能であり、何らかの手段で膜化をさせることが可能な材料であれば使用することが出来る。たとえば、加熱によって膜化可能な熱可塑性樹脂を粉末化して用いたり、先のインク像にパターンに膜化するための接着剤を配合すれば、ガラスビーズや粉末金属も用いることが可能である。中でも、熱可塑性樹脂は軽量且つ丈夫な造形物が作成できるため特に好適である。もちろん、粉末を別途付与せず、インク中の固形分だけで立体物を形成とすることも可能である。造形物の材料は作成する立体物の目的（強度や着色性など）に応じて選ぶことができる。

モデル材粉末の流動性や着色性を改善するために、表面処理やコーティングを施す事もできる。具体的にはエネルギー照射による親水化処理や、帯電防止コーティングなどがあげられる。

図１の装置では、モデル材粉末付与装置６にて、インクパターン１２に向けて送風し、送風にモデル材粉末を乗せて吹き付けてインクパターン上のみにモデル材粉末を付着させる。

他にも、インクパターン全面に粒子材料を付与した後に、インクパターン外に付着している粒子材料を除去する事もできる。インクパターンと接触していない粒子材料は中間転写体に対する付着力が弱いため、風圧や振動により剥離し、分離することが出来る。粒子材料が樹脂粉末の場合、静電気を帯び易いので除電装置を用いると好適である。

また、図１の装置では、先にインクパターンを形成してからモデル材粉末を付与しているが、インクパターン形成手段がインクジェットのような非接触記録方式を選択すればこれに制限を受けない。たとえば、先にモデル材粉末を中間転写体上に均一に付与し、これに対してインクを後から付与することも出来る。すなわち、中間転写体上の造形パターン部に、付着用材料（ここではインク）と構造材料（ここではモデル材粉末）との両方を存在させることができれば良い。

モデル材粉末は、所望する立体物の形状パターン部はもちろん、それを取り囲むように形成したインクパターンにも同様に付着させる。

こうして中間転写体１上のモデル材粉末が付着したインクを、加熱装置７により加熱することにより溶融して膜化させ、レイヤー１０を形成する。このようにして形成されたレイヤー１０には、あとから付与される支持材用材料の壁となる部分が造形されている。

次いで、積層装置８にてレイヤー１０を形成中の造形物１４に積層する。図１の装置では、レイヤー１０を熱溶解させたまま積層装置８の位置で位置決めし、積層装置８を上昇させてレイヤー１０を形成途中の造形物１４に重ね、接触させた後に冷却することで形成途中の造形物１４に付着させる。もちろん、レイヤー１０を冷却硬化した後に接着剤等を用いて形成中の造形物１４に付着させてもよい。また、積層装置８を固定し、中間転写体を移動（ここでは下降）させることによってレイヤーの積層を行ってもよい。この段階の積層装置８付近の様子を図７（ａ）に示す。

中間転写体１により支持されたレイヤー１０が形成中の造形物１４に付着したこの状態では、所望する造形物（形成中）の側面側を、造形物と同時に同様の工程を持って造形された壁１５が一定の間隔をとって密閉するように取り囲んでいる。また、上下方向側はそれぞれ中間転写体１と積層装置８によってパッキングされた状態となる。

このような状態を作り出した後で、形成中の造形物１４と壁１５との間の空間に支持材となるための材料であるサポート材料を注入する。本実施形態で用いるサポート材料は、外部刺激により固体と液体の相変化が可逆的になしえる事が望ましい。たとえば、融点をまたいで熱刺激（可熱、冷却）を与えることで溶融固化を可逆的に起こす化合物は多くあり、これらの中から造形材料を溶解しないもしくは造形材料と混合しない物を選んで使用すると好適である。具体的には、造形材料に熱可塑性プラスチックを用いた場合にはパラフィンワックスやポリエチレングリコール、低融点融解金属等があげられる。そのほかにも、電気信号で流動性が変化するＥＲ流体や、磁場の印加で流動性を失う磁性流体、光照射で液体化し加熱で固体化を可逆的に起こすアゾベンゼン系化合物なども使用し得る。

構造材に熱可塑性樹脂を用い、サポート材の固液相変化刺激に熱を用いる場合、当然ながら構造材料より低い融点のサポート材を用いる必要がある。中でもポリエチレングリコールは毒性が低く、分子量の調整で融点を設計できる上、安全で、水に溶ける性質も併せ持つため仕上げ洗浄も容易であり、本発明において非常に優秀なサポート材である。

本実施形態によれば、サポート材料を流体状にして提供するので、一度に複数層分のサポート材料を注入する事ができる。たとえば、断面パターンを積層する過程で、他部と連続せず宙に浮いてしまうような孤立点が生じない積層部分はサポートを注入せずに積層を進め、孤立点が生じる積層部分となった段階で複数層分のサポート材料を一度に注入することで生産性を高める事もできる。

たとえば図１の装置では、サポート材料供給装置９に蓄えられているサポート材料を中間転写体１に設けられた注入口を通して注入する。作成する造形物のレイヤーのパターンはデータの状態であらかじめ解っているので、中間転写体１に諸所設置されている注入口と干渉しない位置にパターンを形成しておく必要がある。

また、形成途中の造形物側には既に配置されたサポート材が存在しているが、こちら側のサポート材も、新たなサポート材料注入の過程で溶かしても、溶かさなくても良い。仮に、新たに積層するレイヤーのオーバーハング部の下に配置されていたサポート材が一時的に溶けて液化してしまっても、オーバーハング部は中間転写体１の表面に保持されているので問題は無い。

サポート材料の注入が終了したら系全体を冷却し、図７（ｂ）に示すような状態を得る。冷却手段は、積層装置８の天井に設けられていてもよいし、中間転写体１の裏側に設けられていてもよい。

そして、本実施形態では積層装置８を下降させて、相対的に中間転写体１をレイヤーが積層された形成中の造形物から離すようにすることで、中間転写体１を剥離する。このようにして、中間転写体側にあったレイヤー１０は形成中の造形物１４に接着し、一体化され、図７（ｃ）に示す状態となる。既に設けられたサポート材１６が液化した状態では中間転写体１の表面で保持されていたオーバーハング部は、サポート材１６が冷却により固体化したことでサポート材１６により保持されることとなり、中間転写体１の剥離が行える状態となるのである。

特に、固液相変化性のサポート材を使用する場合、材料によっては固定力が得られにくいケースもあるが、壁１５と所望する造形物との間の間隔を狭くし、壁１５と造形物とを近付けるように設計することで十分な固定力が得られるようにすることが出来る。

インク付与からレイヤー作成、そして積層までの一連の工程を所定回繰返すことでレイヤーを積み上げて造形物を形成する。積層が終了したらば、サポート材１６を加熱等で溶解させて除去して、造形物を取りだすことができる。そして必要に応じて表面研磨や硬化処理などの後処理を施して立体造形物が完成する。残った壁１５も除去して、次の造形物の造形に移ることができる。

図５は図１印刷装置の制御系の一例である。装置全体を符号１００で示す印刷装置において、１０１は系全体の主制御を成すＣＰＵであり、各部を制御する。１０２はメモリであり、ＣＰＵの基本プログラムを格納したＲＯＭや、１０３インターフェイスから取り込まれる１０４印刷物データの保存や、データ処理を行うためのワークに使用されるＲＡＭ等により構成される。

ＣＰＵが印刷開始の信号を受取ると、印刷物データを設定された条件に従い実際にパターニングするためのスライスデータに変換し、このスライスデータをもとに配置する壁１５の位置を算出する。

スライスデータと壁１５のデータはインクジェット装置４に送られると同時に２搬送ローラー、インクジェット装置４、モデル材粉末付与装置６、加熱装置７、積層装置８、サポート材料供給装置９の状態確認のための通信を行う。印刷可能であることが確認できれば、搬送ローラー２により中間転写体１が搬送される。中間転写体の位置がエンコーダ１０５の信号により位置決めされると、インクジェット装置４、モデル材粉末付与装置６、加熱装置７、積層装置８が所定動作を行い、これを指定回数繰返して立体物を完成させる。

所望する造形物の形状にあわせた壁１５を、レイヤー毎に造形物と同時に作成し、この壁１５を積層装置８と中間転写体１とでパッキングすることで形成中の造形物１４の周囲に閉鎖された空間を作ることでサポート材料の使用量を制限できる。

そして、サポート材料の付与を造形物となるレイヤーを形成した後に行うことで、サポート材と造形物との厳密な位置決めを省いて、サポート材形成を行うことが出来る。

また、広範な固液相変化性材料をサポート材として用いることが出来るので、材料のリユース性が高い。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。図２は第２の実施形態に係る積層造形装置の模式図である。第１の実施形態と同様である点については説明を省略する。

第１の実施形態の装置では、レイヤーのパターン作成部が表側（例えば上側）であり、パターンの上下が反転したレイヤーが裏側（例えば下側）の積層装置に積層される構成であった。一方図２に示す装置では、中間転写体１に対して同じ側にインクジェット装置と積層装置とが設けられている。

また、図２に示す装置では、既に配置してあったサポート材を所定の手段により溶解させ、下層のレイヤー側へ流動移動させることで、壁内の空間をサポート材１６と造形物１４で満たさずともオーバーハング形状が作成できる。

図８はその様子を示す模式的断面図である。図８（ａ）は図２に示される状態の積層装置８付近の様子を示している。図８（ｂ）に示すように、サポート材１６で支持される形成中の造形物１４と壁１５とをレイヤー１０に接合する。次いで図８（ｃ）に示すように、サポート材１６を溶融させて流体化し、サポート材１６中間転写体１に接するように移動させる。サポート材１６の溶融は積層装置側あるいは中間転写体１の裏に設けた温調手段７７によって加温することで行えばよい。サポート材１６は温調手段７７によって冷却され、再度固体となる。サポート材１６の表面は中間転写体１の表面にならって、新規に積層されたレイヤー１０の面と揃い、レイヤー１０の面とともに平坦な面を形成する。

図示したように温調手段７７によってサポート材１６を溶融、または固化させるために必要な熱は、サポート材の厚さ方向に伝わる。そのため、サポート材１６を溶融、または固化させる時間を管理しやすくする上では、サポート材１６の厚さを一定化することが好ましい。

図８（ｃ）の形態では、造形物上部では造形物の断面積（中間転写体１に平行な面での断面積）が小さく、下部では大きくなっている。図９（ａ）は、壁１５および形成中の造形物１４についての図４（ｄ）のｃの位置の断面で、図４（ｃ１）と同様の断面を示す。例えば図８（ｃ）の造形物の上部に対応する壁１５に奥行き部９９を設けておく、このようにした場合、造形物の上部では、図９（ｂ）に示すようにサポート材１６は奥行き部に入り込むこととなる。造形物の上部を造形する際の奥行き部９９を含む空間８８の断面積を、下部を積層する際の壁１５と造形物１４との間の空間８８の断面積とほぼ同じとなるようにしておく。このようにして、上部で形成したサポート材１６を下部移動させると、下部を造形する際には、造形物の断面積が下部のそれよりも大きく、空間８８の断面積も大きくなるが、サポート材１６の厚さを上部のそれとほぼ同じとできる。
以上のようにすると形成中の造形物１４と壁１５との距離を造形物の高さ方向に渡って一定としながらも、造形段階でのサポート材１６の厚さを一定とでき、効率的に製造が行える。

図６は本実施形態に係る造形物の製造工程における様子を示す模式図である。

図６（ａ）は、形成中の造形物１４の周囲に高さ方向に沿ってまっすぐに壁１５を形成した例である。装置サイズ（造形エリア）に制約を受けず、造形物のサイズに応じたエリアにのみ支持材を配置することが出来る。図６（ｂ）は、形成中の造形物１４に沿うような壁１５を形成したものであり、図６（ａ）に比べてサポート材料を、さらに効率的に使用することが出来る。図６（ｃ）は、壁１５を用いて複数の造形物を同一バッチで作成した例である。上側の造形物１４Ａの下に壁１５により床を形成し、この床で造形物１４Ａと隔てて次の造形物１４Ｂを床下に形成する。この例では、様々なサイズ／形状の造形物を確実かつ効率的に作成することが出来る。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。図３は、第２の実施形態に係る積層造形装置の一部の模式図である。第１、第２の実施形態は、中間転写体を用いて形成途中の造形物にレイヤーの積層を繰り返行っていく形態であった。第３の実施形態は、図３に示すように、形成途中の造形物１４上にＵＶ硬化性樹脂などの造形材料を直接付与し、形成途中の造形物１４上で造形物および壁１５のパターニングを行う。図３ではパターニング手段としてインクジェット装置２４を利用する。ガイド２１に接続された昇降機構２２によりインクジェット装置２４を昇降移動させ、また、ガイド２１に沿って水平移動させて、インクジェット装置２４を積層装置８に対して所定の位置とする。そして、この位置でインクジェット装置２４からインクを吐出してインクによるパターニングを行う。壁と造形物とのパターンとを形成したら、ガイド２１に接続されている昇降機構２３により規制板２６を動かして、形成した壁１５と形成中の造形物１４の上面に規制板２６で蓋をする。その状態でサポート材料供給装置３３により、壁１５、形成中の造形物１４、規制板２６で囲まれる空間にサポート材料の充填を行う。

（実施例１）
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明する。本実施例では、図２を用いて説明した他の装置を用いた積層造形の例について説明を行う。

まず、造形物のデータはあらかじめ任意の層間隔でスライスデータに変換し、壁を含めたレイヤーパターンの計算、作成をしておいた。本実施例では１００μｍ間隔のスライスデータを使用した。

中間転写体１としては０．４ｍｍのＰＥＴフィルム表面に、ゴム硬度４０°のシリコーンゴム（信越化学製、商品名；ＫＥ−１３１０）を０．２ｍｍの厚さでコーティングしたものを用いた。中間転写体１のインク弾きを抑えるため、リモート型大気圧プラズマ処理装置（積水化学製 ＡＰＴ−２０３改）を用いて下記条件で表面改質を行った。

（表面改質条件）
・使用ガス；流量：ａｉｒ；１０００ｃｃ／ｍｉｎ、Ｎ_２；６０００ｃｃ／ｍｉｎ
・入力電圧：２３０Ｖ
・周波数：１０ｋＨｚ
・処理速度：１００ｍｍ／ｍｉｎ
次いで、インクジェット装置４から下記処方のカラーインクを付与し、中間転写体１上に造形物の断面および壁の断面の形状のインクパターン１２を形成した。

（インク組成）
・下記顔料：３質量部
ブラック：カーボンブラック（三菱化学製、商品名；ＭＣＦ８８）、シアン：ビグメントブルー１５、マゼンタ：ピグメントレッド７、イエロー：ピグメントイエロー７４。
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸エチル共重合体（酸価２４０、重量平均分子量５０００）：１質量部
・グリセリン：１０質量部
・エチレングリコール：５質量部
・界面活性剤（川研ファインケミカル製、商品名；アセチレノールＥＨ）：１質量部
・純水：８０質量部
次いで、中間転写体１上のインクパターン１２にモデル材粉末としてポリプロピレン粒子（平均粒径２００μｍ）をブレードコーターにて付与した。

次いで、エアナイフから風速ＸＸｍ／ｓの風速で除電された空気を中間転写体１に吹き付け、インクパターン１２の外のポリプロピレン粒子を除去した。

次いで、加熱装置７にて加熱を行い、約１７０℃でモデル材粉末を溶融、膜化させた。

次いで、溶融させて形成した膜上のレイヤー１０を積層装置８の位置に搬送し、位置決めを行った後に積層装置８を中間転写体１表面とのギャップが１００μｍとなる位置まで降下させて積層装置８の表面にレイヤー１０を接触させた。

次いで、サポート材料（ＰＥＧ２０００：市販品）を約７０℃として溶かし、レイヤー１０の壁部と積層装置８と中間転写体１とで囲まれる空間に充填した。

次いで、中間転写体１の裏面の冷却機構（不図示）に冷水を循環させて造形材料及びサポート材料を冷却し固体化させた。

積層装置８を上昇させると造形材料及びサポート材料からなる層は中間転写体１から積層装置に転写され、第一層の完成となった。

これを５０層のレイヤー分繰返すと造形物の高さ（厚み）は、５ｍｍとなり、これ以降のサポート材料の追加充填は行わずに積層を続けた。

サポート材料の追加充填を行わずとも、レイヤーを溶融させて積層する時にはサポート材１６の溶融が起こり、中間転写体１表面に落下し、中間転写体１の表面にサポート材１６が倣った。冷却してサポート材１６を固化させると、転写後には、形成中の造形物１４側の表層の面は形成中の造形物１４とサポート材１６で形成される平滑面となっていた。

以上で説明したレイヤー作成、積層の操作を繰り返し、合計１０００回の積層が完了すると高さ１０ｃｍの造形物分の積層が終了した。

最終のレイヤーを積層した後は、積層装置８を上昇させる前に溶融させた状態のサポート材１６をサポート材料供給装置９により吸引排出させてサポート材１６を自動除去した。
積層装置８から造形物を取り出し、所望する立体造形物を得ることができた。

Claims (13)

1. 中間転写体上に造形物となるための層を設け、設けた造形物となるための層を形成中の造形物に転写する工程と、形成中の造形物を囲む壁を、前記形成中の造形物と間を空けて前記形成中の造形物の周囲に設ける工程と、設けた前記壁と前記造形物との間に、形成中の造形物を支持するための支持材となるための材料を提供する工程とを有する立体造形物の製造方法であって、
   前記造形物となる層と前記造形物となる層の形状に応じた形状の前記壁となる層とを中間転写体上に設け、設けた前記造形物となる層と前記壁となる層とを、それぞれ形成中の造形物、前記形成中の造形物を囲む壁へ転写することを特徴とする立体造形物の製造方法。
2. 前記中間転写体上に前記造形物となるための層から所定間隔をおいて前記造形物となる層を取り囲むように前記壁となる層を形成する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. 支持材となるための材料を提供する工程において、固体の前記支持材を形成するための材料を流体化して前記壁と前記造形物との間に注入することを特徴とする請求項１または２に記載の立体造形物の製造方法。
4. 前記造形物となる層と前記壁となる層それぞれの複数の層を重ねていく重ね方向における異なる複数の位置それぞれにおいて、前記形成中の造形物を囲む前記壁は前記重ね方向において対応する前記形成中の造形物の形状に応じた形状となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体造形物の製造方法。
5. 前記中間転写体上に、前記造形物となる層と前記造形物となる層に応じた形状の前記壁となる層とを中間転写体上に設けることを特徴とする請求項４に記載の立体造形物の製造方法。
6. 前記造形物および前記壁の画像のデータに基づいて前記中間転写体上に前記造形物となる層と前記壁となら層とを設けることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の立体造形物の製造方法。
7. 前記壁の一部と対応する前記造形物の部分の強度に応じて、前記一部の厚さを前記壁の他部の厚さと異ならせることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の立体造形物の製造方法。
8. 前記壁は形成中の造形物の側面側を密閉するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に立体造形物の製造方法。
9. 固体となった前記支持材を流体化し、流体状の前記支持材を新たに重ねられる層の方向へ移動させる移動工程をさらに備え、
   前記壁は、複数の層を重ねていく重ね方向における異なる複数の位置での前記形成中の造形物と前記壁との距離が一定となるような、前記形成中の造形物の前記重ね方向における位置が同じ部分の形状に応じた形状となっていることを特徴とする請求項４に記載の立体造形物の製造方法。
10. 造形物となるための複数の層を重ねる工程と、
    形成中の造形物を囲む壁を、前記形成中の造形物と間を空けて前記形成中の造形物の周囲に設ける工程と、
    前記壁と前記造形物との間に、形成中の造形物を支持するための支持材となるための流体状の材料を提供する工程と、
    を有し、前記複数の層を重ねていく重ね方向における異なる複数の位置それぞれでの前記壁の厚さおよび前記形成中の造形物と前記壁との距離が一定となるように前記壁を造形することを特徴とする立体造形物の製造方法。
11. インクジェットヘッドから前記形成中の造形物の上にインクを付与して前記造形物となるパターンを形成し、インクジェットヘッドから前記壁の上に前記壁となるパターンを形成することを特徴とする請求項１０に記載の立体造形物の製造方法。
12. 前記支持材および前記壁を形成した前記造形物から除去する工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の立体造形物の製造方法。
13. 中間転写体と、
    前記中間転写体上に形成した造形物となるための層を既に積層された造形物となるための層に転写することにより積層する積層手段と、
    前記形成中の造形物を囲む壁を、前記形成中の造形物と間を空けて形成中の造形物の周囲に造形する造形手段と、
    前記壁と前記造形物との間に、形成中の造形物を支持するための支持材となるための材料を提供する提供手段と、
    を有し、前記積層手段は、前記中間転写体上に設けられた前記造形物となる層と前記造形物となる層の形状に応じた形状の前記壁となる層とを、それぞれ形成中の造形物、前記形成中の造形物を囲む壁へ転写することを特徴とする立体造形物の製造装置。

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