JP6536122B2 - 立体造形装置、立体造形物の生産方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は立体造形装置、立体造形物の生産方法、プログラムに関する。

立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。これは、例えば、造形ステージに平坦化された金属又は非金属の粉体層を形成し、粉体層に対して造形液をヘッドから吐出して、粉体が結合された薄層の造形層を形成し、この造形層上に粉体層を形成して再度造形層を形成する工程を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。

従来、粉体層を振動させることで粉体層の密度を高めるようにしたものが知られている（特許文献１）。

米国特許明細書第６０３６７７７号

上述したように積層造形を行うとき、粉体の薄層化（粉体層の形成）は通常スキージなどのならし機構で行うため、粉体層の粉体密度を高くすることに限界があり、一般的には緩みかさ密度程度である。

そのため、結合液の液滴が着弾すると、液架橋力による粉体の移動が生じて、相対的に粉体密度が高い密な部分と、粉体密度が低い疎な部分とが不規則に発生する。その結果、造形物内に局所的なボイドや、密度不均一を生じて、造形物の品質が低下する。

この場合、上記特許文献１に開示の構成を採用すると、粉体層の表面に振動数に応じた波模様が発生し、造形物の表面性や結合性が低下するという課題を生じる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、造形物の品質を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形装置は、
粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形装置において、
前記粉体層上で隣り合う位置に先行滴と後行滴を順次吐出するとき、前記先行滴を吐出した後、先に着弾した前記先行滴と前記粉体層を形成する粉体との接触角が９０度より大きい時間内に、前記後行滴を吐出させる制御を行う手段を有している
構成とした。

本発明によれば、造形物の品質を向上することができる。

本発明に係る立体造形装置の第１例の要部斜視説明図である。 同じく概略側面説明図である。 造形部の断面説明図である。 造形部の斜視説明図である。 制御部のブロック図である。 造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。 粉体層に液体の滴を吐出して着弾させたときの様子の説明に供する説明図である。 粉体層に対して液滴を吐出着弾させたときの粉体の動きの説明に供する説明図である。 比較例における粉体層に対して隣り合う位置に順次液滴を吐出着弾させたときの粉体の動きの説明に供する説明図である。 本実施形態における粉体層に対する隣り合う位置に順次液滴を吐出着弾させたときの粉体の動きの説明に供する説明図である。 粉体と液滴との接触角の変化の説明に供する説明図である。 粉体と液滴との静的な接触角が粉体層への液滴浸透速度に及ぼす影響の説明に供する説明図である。 同じく粉体と液滴との静的な接触角が粉体層への液滴浸透速度に及ぼす影響の説明に供する説明図である。 隣り合う位置に着弾させる先行滴と後行滴との時間間隔の説明に供する解像度の説明図である。 同じく隣り合う位置に着弾させる先行滴と後行滴との時間間隔の説明に供する説明図である。 同じく隣り合う位置に着弾させる先行滴と後行滴との時間間隔の説明に供する説明図である。 接触角の変化の説明に供する説明図である。 同じく接触角と密度の関係の一例の説明に供する説明図である。 立体造形装置の他の例の要部斜視説明図である。 同じく造形の流れと共に説明する造形部の断面説明図である。 架橋剤の有無による造形物品質の変化の説明に供する説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る立体造形装置の第１例について図１ないし図４を参照して説明する。図１は同立体造形装置の要部斜視説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は造形部の断面説明図、図４は造形部の斜視説明図である。なお、図３は造形時の状態で示している。

この立体造形装置は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう。）であり、粉体（粉末）が結合された造形層３０が形成される造形部１と、造形部１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、平坦化手段としての回転体である平坦化ローラ（リコータローラとも称される）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によって昇降され、造形ステージ２４はモータ２８によって昇降される。

平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に供給し、平坦化して後述する粉体層３１を形成する。この平坦化ローラ１２は、往復移動機構２５によって、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿う方向である矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能であり、モータ２６によって回転駆動される。

造形ユニット５は、図３に示すように、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する１又は複数の液体吐出ヘッド（以下、「ヘッド」という。）５０を有する吐出ユニット５１を備えている。

この吐出ユニット５１には、シアン造形液を吐出するヘッド、マゼンタ造形液を吐出するヘッド、イエロー造形液を吐出するヘッド、ブラック造形液を吐出するヘッド、及びクリア造形液を吐出するヘッドを備える。これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液及びクリア造形液の各々を収容した複数のタンクがタンク装着部５６に装着される。

なお、造形ユニット５には、吐出ユニット５１をクリーニングするヘッドクリーニング機構（図５のクリーニング装置５５５）なども備えている。

ヘッドクリーニング機構（装置）は、主にキャップとワイパで構成される。キャップをヘッド下方のノズル面に密着させ、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、ノズル面をワイピング（払拭）する。また、ヘッドクリーニング機構は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面を覆い、粉体がノズルに混入することや造形液が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、図２に示すように、ガイド部材５２に移動可能に保持されたスライダ部５３を有し、造形ユニット５全体が矢印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、後述するモータ５５２を含む走査機構によって造形ユニット５全体が矢印Ｙ方向に往復移動される。

吐出ユニット５１は、ガイド部材５４、５５で矢印Ｘ方向（主走査方向）に往復移動可能に支持され、後述するモータ５５０を含む走査機構によってＸ方向に往復移動される。

吐出ユニット５１は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に支持され、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。

ここで、造形部１の詳細について上述した図３及び図４も参照して説明する。

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。

粉体槽１１の周りには、図４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（図３では省略）。粉体落下口２９には、粉体層を形成するときに平坦化ローラ１２によって集積された余剰の粉体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に粉体を供給する図示しない粉体供給部内に戻される。

なお、図１では図示しない粉体供給装置（粉体供給手段、図５の粉体供給装置５５４））は、タンク状をなし、供給槽２１の上方に配置される。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、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、所定の厚みの粉体層３１を形成する機能を有している。

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、前述した往復移動機構２５によってステージ面に沿う方向（ステージ面と平行な矢印Ｙ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し、これにより粉体２０が造形槽２２上へと移送供給される。

また、図３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。

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。

次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。図５は同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に本発明に係わる処理を実行させるための本発明に係る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、画像データ（印刷データ）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、吐出ユニット５１の各ヘッド５０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、吐出ユニット５１を矢印Ｘ方向に移動させるＸ方向走査モータ５５０を駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５を矢印Ｙ方向に移動させるＹ方向走査モータ５５２を駆動するモータ駆動部５１２を備えている。

制御部５００は、吐出ユニット５１を矢印Ｚ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降モータ５５１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、吐出ユニット５１をクリーニング（メンテナンス、維持回復）するクリーニング装置５５５を駆動するクリーニング駆動部５１８を備えている。

制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、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から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によって造形装置が構成される。

次に、造形の流れについて図６も参照して説明する。図６は造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。

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。

この造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図６（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３を矢印Ｚ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４を矢印Ｚ２方向に下降させる。

このとき、造形槽２２の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、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。

次いで、図６（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、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６（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６（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）。粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は矢印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６（ｅ）に示すように、吐出ユニット５１のヘッド５０から造形液１０の液滴を吐出して、次の造形層３０を積層形成する（造形）。

なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５０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・平坦化工程、ヘッドによる造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層を形成する。このとき、新たな造形層とその下層の造形層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・平坦化工程、ヘッド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、粉体層に液体の滴を吐出して着弾させたときの様子について図７を参照して説明する。図７は同説明に供する説明図である。

この図７では、３００×３００ｄｐｉ（約８５ｕｍ相当）のピッチで二次元画像データを作成し、当該データに基づいて粉体層３１に造形液の液滴１００と吐出して着弾させたときの浸透状態を示している。

ここで、１滴の液滴１００の量は、一層１００μｍの深さにちょうど浸透する量としている。

なお、この滴量は、実験的に求めることが可能である。すなわち、ガラス基板上に、粉体を１００μｍの厚さで敷き詰めておき、液滴１００を滴下する。このとき、滴下された面とは反対側の面から、カメラで観察することで、液体が１００μｍの厚さを浸透したかしないかを判断することができる。滴量を変化させてこの実験を繰り返すことで、１００μmの厚さを浸透する滴量を求めることができる。実験ではその量は約２００ｐｌ／滴であった。

次に、粉体層に対して液滴を吐出着弾させたときの粉体の動きについて図８を参照して説明する。

粉体層３１の粉体２０は、リコート（平坦化）された時点では緩みかさ密度程度しかなく、空間３２が多い状態である。例えば、山陽特殊製鋼社製ガスアトマイズ粉ＰＳＳ３１６Ｌ−２０μｍグレード平均粒径１４μｍでは、３ｇ／ｃｃ、真密度に対して３７％しかない。

ここで、図８（ａ）に示すように、このようなかさ密度の粉体層３１に液滴１００が滴下されると、図８（ｂ）に示すように、液架橋力によって、粉体２０同士が近接し、滴下領域に限っては、タップ密度程度（同３．６ｇ／ｃｃ、真密度に対して４５％）となる。これにより、液滴１００の滴下領域の周辺は相対的に密度が低い、疎な領域となる。

次に、比較例における粉体層の隣り合う位置への液滴の吐出について図９も参照して説明する。

比較例においては、図９（ａ）に示すように、第１滴目（先行滴１００Ａ）を吐出着弾させて十分に粉体層３１の内部に浸透した後で、図９（ｂ）に示すように、先行滴１００Ａの隣りに第２滴目（後行滴）１００Ｂを吐出着弾させる。

この場合、先行滴１００Ａによって図９（ａ）に示すように粉体２０の再配列が生じる。この状態で、後行滴１００Ｂが着弾することで、後行滴１００Ｂによって図９（ｂ）に示すように粉体２０の再配列が生じる。

そのため、図９（ｂ）に示すように、先行滴１００Ａが着弾した領域と後行滴１００Ｂが着弾した領域との間に、粉体２０が疎になる空隙３３が生じることになる。

この空隙３３が、造形物全体に存在することで、造形物の密度が不均一になり、また、密度が低下することになって、造形物の品質が低下する。

次に、本実施形態における粉体層の隣り合う位置への液滴の吐出について図１０も参照して説明する。

本実施形態では、隣り合う位置に先行滴１００Ａと後行滴１００Ｂを吐出して着弾させるとき、先行滴１００Ａを吐出した後、先に着弾した先行滴１００Ａと後に着弾する後行滴１００Ｂとが合一化する時間内に、後行滴１００Ｂを吐出する。

ここで，合一とは、先行滴と後行滴とが合わさって一つの滴になる状態を示し、合一化する時間とは、例えば、先行滴が粉体層内に完全に浸透する前の、粉体上に滴として存在する時間のことである。

すなわち、図１０（ａ）に示すように、先行滴１００Ａが粉体層３１に着弾すると、図１０（ｂ）に示すように粉体２０が先行滴１００Ａ側に移動する。ここで、先行滴１００Ａが粉体層３１内に浸透しきる前に、図１０（ｃ）に示すように、先行滴１００Ａの隣りの位置に後行滴１００Ｂを吐出して着弾させる。

このとき、先行滴１００Ａは粉体層３１内に浸透しきっていないので、図１０（ｄ）に示すように、後行滴１００Ｂが先行滴１００Ａと合一化して浸透液（浸透した液体の意味）１００Ｃとなる。

これにより、浸透液１００の領域全体でみると、図９の状態よりも粉体２０の密度が高密度化する。

次に、粉体層で、先に着弾した先行滴と後に着弾する後行滴とが合一化する時間の詳細について説明する。

まず、粉体と液滴との静的な接触角について図１１を参照して説明する。図１１は時間の経過に対する接触角の変化の測定結果の一例を説明する説明図である。

粉体層３１への液滴１００の浸透速度は、液滴（造形液）と粉体表面との接触角で可視化、定量化することができる。ガラス板の上に対象とする粉体を薄く敷き詰めて、その上にニードルから対象とする液滴を滴下し、その様子をカメラで径時的に捉え、接触角の時間変化を測定することができる。なお、接触角は、自動接触角測定装置（ＤａｔａＰｈｙｓｉｃｓ ＯＣＡ ２００Ｈ）を用いて測定した。測定環境は、２２−２３℃、４５−６５％ＲＨである。

次に、本実施形態で使用した立体造形用粉末材料（粉体）について説明する。

本実施形態で使用している粉体は、有機材料で被覆された基材を含み、更に必要に応じてその他の成分等を含んでなる。前記基材を被覆する材料は、主に有機材料であるが、必要に応じて無機材料が含まれていてもよい。この粉体は、後述する本発明の立体造形物の製造方法で用いられる。

−基材−
基材としては、粉末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。基材の材質としては、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、砂などが挙げられるが。この場合、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。

ここで、金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀などが挙げられる。前記ステンレス（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（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、チタニア（ＴｉＯ_２）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。

また、ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。

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。

基材としては、これらの材料で形成された市販品の粒子ないし粉末を使用することができる。

例えば、市販品としては、ＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊製鋼株式会社製、ＰＳＳ３１６Ｌ）、ＳｉＯ_２（株式会社トクヤマ製、エクセリカＳＥ−１５Ｋ）、ＡｌＯ_２（大明化学工業株式会社製、タイミクロンＴＭ−５Ｄ）、ＺｒＯ_２（東ソー株式会社製、ＴＺ−Ｂ５３）などが挙げられる。

なお、基材は、前記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。

基材の平均粒子径としては、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。例えば、０．１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上３００μｍ以下がより好ましく、１５μｍ以上２５０μｍ以下が更に好ましい。

平均粒子径が、０．１μｍ以上５００μｍ以下であると、立体造形物の製造効率に優れ、取扱性やハンドリング性が良好である。平均粒子径が、５００μｍ以下であると、粉体を用いて薄層（粉体層）を形成したときに、該薄層（粉体層）における粉体の充填率が向上し、得られる立体造形物に空隙等が生じ難い。

基材の平均粒子径は、公知の粒径測定装置、例えば、マイクロトラックＨＲＡ（日機装株式会社製）などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。

基材の粒度分布としては、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。

基材の外形、表面積、円形度、流動性、濡れ性等については、目的に応じて適宜選択することができる。

−有機材料−
有機材料としては、造形液に溶解し、造形液に含まれる架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであればよい。

有機材料の溶解性は、例えば、３０℃の造形液を構成する溶媒１００ｇに有機材料を１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。

また、有機材料としては、その４質量％（ｗ／ｗ％）溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１ｍＰａ・ｓ以上３５ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、５ｍＰａ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下が特に好ましい。

粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の強度が向上し、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生じ難くなる。また、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する傾向にある。なお、粘度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ７１１７に準拠して測定することができる。

有機材料としては、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、取扱い性や環境負荷等の観点から、水溶性であることが好ましい。例えば、水溶性樹脂、水溶性プレポリマー、などが挙げられる。

このような水溶性有機材料を採用した粉体に対しては、造形液の媒体としても水性媒体を用いることができる。また、粉末材料を廃棄、リサイクルするときには、水処理により有機材料と基材を分離することも容易である。

ここで、水溶性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル酸樹脂、セルロース樹脂、デンプン、ゼラチン、ビニル樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレングリコール、などが挙げられる。

これらは、水溶性を示す限りにおいて、ホモポリマー（単独重合体）であってもよいし、ヘテロポリマー（共重合体）であってもよく、また、変性されていてもよいし、公知の官能基が導入されていてもよく、また塩の形態であってもよい。

したがって、例えば、ポリビニルアルコール樹脂であれば、ポリビニルアルコールであってもよいし、アセトアセチル基、アセチル基、シリコーン等による変性ポリビニルアルコール（アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール、アセチル基変性ポリビニルアルコール、シリコーン変性ポリビニルアルコールなど）であってもよく、また、ブタンジオールビニルアルコール共重合体等であってもよい。

また、ポリアクリル酸樹脂であれば、ポリアクリル酸であってもよいし、ポリアクリル酸ナトリウム等の塩であってもよい。また、セルロース樹脂であれば、例えば、セルロースであってもよいし、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等であってもよい。また、アクリル樹脂であれば、例えば、ポリアクリル酸、アクリル酸・無水マレイン酸共重合体などであってもよい。

水溶性プレポリマーとしては、例えば、止水剤等に含まれる接着性の水溶性イソシアネートプレポリマー、などが挙げられる。

水溶性以外の有機材料、樹脂としては、例えば、アクリル、マレイン酸、シリコーン、ブチラール、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、エチレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／（メタ）アクリル酸共重合体、α−オレフィン／無水マレイン酸系共重合体、α−オレフィン／無水マレイン酸系共重合体のエステル化物、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、α−オレフィン／無水マレイン酸／ビニル基含有モノマー共重合体、スチレン／無水マレイン酸共重合体、スチレン／（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリアミド、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、石油樹脂、ロジン又はその誘導体、クマロンインデン樹脂、テルペン樹脂、ポリウレタン樹脂、スチレン／ブタジエンゴム、ポリビニルブチラール、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレン／プロピレンゴム等の合成ゴム、ニトロセルロースなどが挙げられる。

有機材料の中でも、架橋性官能基を有するものが好ましい。架橋性官能基としては、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。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。

有機材料が架橋性官能基を有すると、有機材料が容易に架橋し硬化物（立体造形物）を形成し得る点で好ましい。

これらの中でも、平均重合度が４００以上１,１００以下のポリビニルアルコール樹脂が好ましい。更に言えば、上記したように架橋性の官能基を分子内に導入した変性ポリビニルアルコール樹脂が好ましい。特に、アセトアセチル基変性のポリビニルアルコール樹脂が好ましく、例えば、ポリビニルアルコール樹脂がアセトアセチル基を有する場合、造形液に含まれる架橋剤中の金属の作用により、アセトアセチル基が金属を介して複雑な三次元ネットワーク構造（架橋構造）を容易に形成し得る（架橋反応性に優れる）、曲げ強度に非常に優れる。

アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂としては、粘度、けん化度等の特性が異なるものを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。平均重合度が４００以上１,１００以下のアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂を用いることがより好ましい。

有機材料としては、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよく、また、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。

市販品としては、例えば、ポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、ＰＶＡ−２０５Ｃ、ＰＶＡ−２２０Ｃ）、ポリアクリル酸（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０）、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０３Ｐ）、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−３００、ゴーセネックスＺ−１００、ゴーセネックスＺ−２００、ゴーセネックスＺ−２０５、ゴーセネックスＺ−２１０、ゴーセネックスＺ−２２０）、カルボキシ基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＴ−３３０、ゴーセネックスＴ−３５０、ゴーセネックスＴ−３３０Ｔ）、ブタンジオールビニルアルコールコポリマー（日本合成化学工業株式会社製、ニチゴーＧ−ポリマーＯＫＳ−８０４１）、ダイアセトンアクリルアミド変性ポリビニルアルコール（日本酢ビ・ポバール株式会社製、ＤＦ−０５）カルボキシメチルセルロースナトリウム（第一工業製薬株式会社製、セロゲン５Ａ、セロゲン６Ａ）、デンプン（三和澱粉工業株式会社製、ハイスタードＰＳＳ−５）、ゼラチン（新田ゼラチン株式会社製、ビーマトリックスゼラチン）などが挙げられる。

有機材料による基材の被覆厚みとしては、平均厚みで、５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が更に好ましく、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下が特に好ましい。

本実施形態では架橋剤による硬化作用を利用することで、従前の粉体より被覆厚みを小さくすることが可能であり、薄膜でも強度と精度の両立が可能である。

被覆厚みとしての平均厚みが、５ｎｍ以上であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の強度が向上し、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生じることがない。平均厚みが１，０００ｎｍ以下であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する。

平均厚みは、例えば、粉体をアクリル樹脂等に包埋した後、エッチング等を行って基材の表面を露出させた後、走査型トンネル顕微鏡ＳＴＭ、原子間力顕微鏡ＡＦＭ、走査型電子顕微鏡ＳＥＭなどを用いることにより、測定することができる。

有機材料による基材の表面の被覆率（面積率）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、１５％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、８０％以上が特に好ましい。

被覆率が、１５％以上であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の強度が充分に得られ、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生じることがない。また、被覆率が、１５％以上であると、粉体に造形液を付与して形成した粉体（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する。

被覆率は、例えば、粉体の写真を観察し、二次元の写真に写る該粉体について、粉末材料粒子の表面の全面積に対する、有機材料で被覆された部分の面積の割合（％）の平均値を算出してこれを該被覆率としてもよい。また、有機材料で被覆された部分をＳＥＭ−ＥＤＳ等のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素マッピングを行うことにより、測定することができる。

−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る。例えば、流動化剤、フィラー、レベリング剤、焼結助剤、などが挙げられる。

粉体が流動化剤を含むことで、粉体からなる層等を容易にかつ効率よく形成し得る点で好ましい。粉体がフィラーを含むことで、得られる硬化物（立体造形物）に空隙等が生じ難くなる点で好ましい。粉体がレベリング剤を含むことで、粉体の濡れ性が向上し、ハンドリング等が容易になる点で好ましい。粉体が焼結助剤を含むことで、得られた硬化物（立体造形物）について焼結処理を行う場合において、より低温での焼結が可能となる点で好ましい。

−粉体の製造−
粉体の製造方法としては、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。例えば、有機材料を基材上に公知の被覆方法に従って被覆する方法などが挙げられる。有機材料の基材の表面への被覆方法としては、特に制限はなく、公知の被覆方法の中から適宜採用することができる。

このような公知の被覆方法としては、例えば、転動流動コーティング法、スプレードライ法、撹拌混合添加法、ディッピング法、ニーダーコート法などが挙げられる。また、これらの被覆方法は、公知の市販の各種コーティング装置、造粒装置などを用いて実施することができる。

−粉体の物性等−
粉体の平均粒子径としては、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。ただし、粉体の平均粒子径としては、３μｍ以上２５０μｍ以下が好ましく、３μｍ以上２００μｍ以下がより好ましく、５μｍ以上１５０μｍ以下が更に好ましく、１０μｍ以上８５μｍ以下が特に好ましい。

粉体の平均粒子径が３μｍ以上であると、粉末材料の流動性が向上し、粉末材料層が形成しやすく積層層表面の平滑性が向上するため、立体造形物の製造効率の向上、取り扱いやハンドリング性が向上すると共に寸法精度が向上する傾向にある。

また、平均粒子径が２５０μｍ以下であると、粉末材料粒子同士の空間の大きさが小さくなるため、立体造形物の空隙率が小さくなり、強度の向上に寄与する。従って、平均粒子径３μｍ以上２５０μｍ以下が、寸法精度と強度を両立させるのに好ましい範囲となる。

粉体の粒度分布としては、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。

粉体の特性としては、その安息角を測定した場合において、６０度以下が好ましく、５０度以下がより好ましく、４０度以下が更に好ましい。安息角が、６０度以下であると、粉体を支持体上の所望の場所に効率よく安定に配置させることができる。なお、安息角は、例えば、粉体特性測定装置（パウダテスタＰＴ−Ｎ型、ホソカワミクロン株式会社製）などを用いて測定することができる。

次に、本実施形態で使用した造形液について説明する。

本実施形態で使用した造形液は、有機材料と架橋する架橋剤を含有している。また、造形液は、有機材料を溶解させる媒体（溶媒）や当該溶解を促進させるような成分なども含有し、また造形液の保存安定性を保つような安定化剤も含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有している。

有機材料に造形液が付与されると、有機材料は溶解すると共に、造形液に含まれる架橋剤の作用により架橋する。

造形液は、粘度が２５℃で２５ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましく、粘度が２５℃で３ｍＰａ・ｓ以上２０ｍＰａ・ｓ以下であるのがより好ましい。造形液の粘度が２５℃で２５ｍＰａ・ｓ以下であると、造形液を安定して吐出することができる。

造形液は、５０℃で３日間放置した前後の粘度変化率が２０％未満であることが好ましい。造形液の粘度変化率が２０％以上になると、造形液の吐出が不安定になることがある。

−媒体−
媒体としては、粉体の基材を被覆する有機材料を溶解可能なものであれば特に限定されない。例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトンなどの親水性媒体、脂肪族炭化水素、グリコールエーテル等のエーテル系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、高級アルコール等が挙げられる。

これらの中でも、環境負荷や造形液を吐出するときの吐出安定性（経時での粘度変化が少ない）を考慮すると、水性媒体が好ましく、水がより好ましい。なお、水性媒体としては、水がアルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。また、造形液の媒体が水性媒体である場合には、有機材料は水溶性有機材料を主として含むことが好ましい。

親水性媒体としては、例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、などが挙げられる。なお、水性媒体は、水がアルコール等の水以外の成分を含有する有機溶剤であってもよい。

−架橋剤−
架橋剤としては、有機材料を架橋可能な性質を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、架橋剤としては、例えば、金属塩、金属錯体、有機ジルコニウム系化合物、有機チタン系化合物、キレート剤、などが挙げられる。

有機ジルコニウム系化合物としては、例えば、酸塩化ジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム、乳酸ジルコニウムアンモニウムなどが挙げられる。

有機チタン系化合物としては、例えば、チタンアシレート、チタンアルコキシドなどが挙げられる。

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。これらの中でも、金属塩がより好しい。

金属塩としては、例えば、２価以上の陽イオン金属を水中で電離するものなどが挙げられる。その具体例としては、オキシ塩化ジルコニウム八水和物（４価）、水酸化アルミニウム（３価）、水酸化マグネシウム（２価）、チタンラクテートアンモニウム塩（４価）、塩基性酢酸アルミニウム（３価）、炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（４価）、チタントリエタノールアミネート（４価）などを挙げることができる。

また、これらは市販品を使用することができる。市販品としては、例えば、オキシ塩化ジルコニウム八水和物（第一稀元素化学工業株式会社製、酸塩化ジルコニウム）、水酸化アルミニウム（和光純薬工業株式会社製、水酸化マグネシウム（和光純薬工業株式会社製）、チタンラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＴＣ−３００）、ジルコニウムラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＺＣ−３００）、塩基性酢酸アルミニウム（和光純薬工業株式会社製）、ビスビニルスルホン化合物（富士ファインケミカル株式会社製、ＶＳ−Ｂ（Ｋ−ＦＪＣ））、炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（第一稀元素化学工業株式会社製、ジルコゾールＡＣ−２０）、チタントリエタノールアミネート（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＴＣ−４００）などが挙げられる。

これらの中でも、得られる立体造形物の強度に優れる点で炭酸ジルコニウムアンモニウム塩がより好ましい。

−界面活性剤−
また、造形液の表面張力を調整する目的で界面活性剤を用いることができる。

界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤またはノニオン系界面活性剤、両性界面活性剤が用いられる。

湿潤剤、水溶性有機溶剤の組合せによって、分散安定性を損なわない界面活性剤を選択する。

ここで、本実施形態における架橋剤の作用効果について図２１を参照して説明する。

図２１は、長さ７０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの造形物の三点曲げ強度の一例を示している。曲げ強度の測定には、島津製作所製精密万能試験機ＡＧ−１を使用し、１ｋＮのロードセルを用いて測定した。

ステンレス粉末（山陽特殊製鋼社製：ガスアトマイズ粉ＰＳＳ３１６Ｌ−２０μｍグレード）、粉末をコートする有機材料にＺ１００を使用し，架橋剤にはＡＣ−２０を用いた。架橋剤を用いない場合にくらべ，架橋剤を用いたときには、８．３ＭＰａから１１．９ＭＰａと約４３％、曲げ強度が向上する。

なお、ここで用いた造形物は、材料の効果をより直接的にみるために、粉末積層造形ではなく、上記材料を所定の混合比率で混練したスラリーをシリコーン型に流し込み、それを１００°−２時間で乾燥固化させたサンプルを用いた。

また、粉末積層造形においても、長さ３５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの造形物の三点曲げ試験を同様に実施した。架橋剤がない場合は、１．６２ＭＰａであった曲げ強度が、架橋剤を入れることで、３．５ＭＰａへと倍増した。なお、積層造形の条件は、１層の厚さ１０２μｍ、造形の解像度３００×３００ｄｐｉ、造形液量１８０ｐｌ／ｄｏｔである。

図１１に示すように、コーティング未処理の粉体ａに対して、コーティング処理した粉体ｂは、初期静的接触角を含めて接触角が高いことが分かる。すなわち、粉体層３１に対する造形液の液滴（液体）の浸透速度は、粉体の表面改質、造形液の物性で制御することができる。特に、有機材料を粉末にコーティングし、水系の造形液を用いることで、両者の接触角を高くすることができる。

次に、粉体と液滴との接触角が粉体層への液滴浸透速度に及ぼす影響について図１２及び図１３を参照して説明する。

図１２は、縦軸に粉体層深さ方向へ浸透した液滴（造形液）のサイズ（ドットサイズ）を、横軸に時間をとっている。

この図１２より、粉体と液滴との静的な接触角が２５度、４０度、５５度と大きくなるほど、同時刻での深さ方向の液滴サイズ（ドットサイズ）が小さくなることがわかる。つまり、接触角が大きいほど深さ方向への浸透速度が遅くなる。

ここで、接触角が大きい（高い）粉体（例えば図１１の処理有りの粉体ｂ）で造形した造形物の透過Ｘ線画像を図１３（ａ）に示すように、接触角が小さい（低い）粉体（例えば図１１の処理なしの粉体）で造形した造形物の透過Ｘ線画像を図１３（ｂ）に示している。

この透過Ｘ線画像において、色が濃いほど密度が高いことを示している。図１３（ａ）の密度をアルキメデス法（メトラートレド社製ＭＳ４０３Ｓ／０２、密度測定用キットＭＳ０．１ｍｇ、１ｍｇ天秤用）により測定したところ、４．５９ｇ／ｃｃであった。これに対し、図１３（ｂ）の密度は、３．２５ｇ／ｃｃであった。

これより、粉体と液滴の接触角が造形物の密度に影響を及ぼすことが分かる。

次に、隣り合う位置に着弾させる先行滴と後行滴との時間間隔について図１４ないし図１６も参照して説明する。

液体吐出ヘッド５０の解像度（ノズル解像度）が３００ｄｐｉ（約８４．６５μm）であるとき、液体吐出ヘッド５０の主走査方向への移動速度（主走査速度）と駆動周波数（吐出周波数）を設定することで、図１４（ａ）に示すように、３００×３００ｄｐｉの画素を形成できる。例えば、１．１８５１ｍ／ｓの主走査速度に対して１４ｋＨｚの駆動周波数で駆動して液滴を吐出させる。

このとき、主走査方向において、１／１４ｋＨｚ＝７１．４μｓの時間間隔で隣り合う２つ液滴が着弾されることになる。

この時間間隔は、主走査速度と駆動周波数を調整することで、任意に制御することができる。

図１４（ｂ）、（ｃ）に示すように、ヘッドのノズル解像度よりも高い解像度である３００×６００ｄｐｉ、６００×６００ｄｐｉなどの画素を得る場合には、複数回のスキャンを行うことになる。

例えば、６００×６００ｄｐｉの画素を得るためには、図１５（ａ）〜（ｄ）に示す順にドットを形成することになる。そのため、隣り合う２つの液滴が着弾する時間は、１スキャンの場合よりも長くなる。

ヘッド走査距離が３００ｍｍ、主走査速度が１．１８５１ｍ／ｓの場合、最低でも５０６ｍｓかかる（片方向印字の場合、次の吐出までに、主走査距離を１往復（＝６００ｍｍ）する必要がある。他の駆動周波数での例を図１６に示している。)。

次に、隣り合う液滴の合一化と接触角及び２つの液滴の時間間隔について図１７及び図１８も参照して説明する。

図１７には粉体と造形液の液滴の５種類の組合せＡ〜Ｅで粉体層に液滴が着弾した後の接触角の時間変化の測定結果を示している。図１８には図１７に示す５種類の組合せＡ〜Ｅについて、着弾時間間隔を約３．５秒、３００×３００ｄｐｉを４スキャンで造形したときの造形物の密度を示している。なお、着弾時間間隔は吐出時間間隔に相当する。

ここで、組合せＡ〜Ｅの主たる材料構成は、次のとおりである。なお、基材には，すべてＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊製鋼株式会社製、ＰＳＳ３１６Ｌ）２０ｕｍ以下グレードを用いた。

＜組合せＡ＞
有機材料：ゴーセネックスＺ−１００
界面活性剤：なし
造形液中有機溶剤：１，２−プロパンジオール

＜組合せＢ＞
有機材料：ＤＦ０５
界面活性剤：なし
造形液中有機溶剤：１，２−プロパンジオール

＜組合せＣ＞
有機材料：ゴーセネックスＺ１００
界面活性剤：メチルセルロース(信越化学工業社製、ＳＭＣ−２５)
造形液中有機溶剤：３−メチル−１，３−ブタンジオール

＜組合せＤ＞
有機材料：ゴーセネックスＺ１００
界面活性剤：フタージェントＰＦ３１０（株式会社ネオス社製）
造形液中有機溶剤：１，２−プロパンジオール

＜組合せｅ＞
有機材料：ゴーセネックスＺ１００
界面活性剤：なし
造形液中有機溶剤：３−メチル−１，３−ブタンジオール

なお，活性剤とは，粉末粒子同士の固着・融着を防ぐために有機材料中に界面活性剤を添加したものである。本検討においては有機材料中に界面活性剤を添加した方が，造形物の密度が高くなる傾向がみられた。また、造形液溶剤として、１−２プロパンジオールを用いるよりも、３−メチル−１，３−ブタンジオールを用いた方が、密度が高くなる傾向がみられた。これらの組み合わせは、この結果に限定されるものではなく、前述の滴の着弾時間間隔に応じて適切な組み合わせを選定すればよい。

この結果、粉体と造形液の液滴の接触角が、９０度よりも大きい状態である（組合せＣ、Ｄ、Ｅ）とき、より好ましくは９０度より大きく１１０度よりも小さい状態にある（組合せＣ、Ｅ）ときに、隣り合う２つの液滴が着弾すると、造形物の密度が高くなることが分かる。

したがって、先行滴と後行滴とは、粉体と先行滴との接触角が９０度より大きい間である時間内に吐出させることで、先行滴と後行滴を確実に合一化させて造形物の密度を高めることができる。好ましくは、接触角が９０度より大きく１１０度より小さい間である時間内に吐出させることで、確実に、先行滴と後行滴を確実に合一化させて造形物の密度を高めることができる。

また、粉体と造形液の初期静的接触角が１１０度を越える場合、着弾時間間隔が比較的長い場合でも先行滴と後行滴を合一化させることが容易となり、造形物の密度を高めることができる。

さらに３００×３００ｄｐｉを１スキャンで造形すると，４スキャンで造形するのに比べて，隣り合う液滴の合一がより促進されるため，より強度の高い造形物を得ることが可能となる．筆者らの検討においては，架橋剤のない造形液を用いて，４スキャンの場合に3.3MPaであった曲げ強度が，架橋剤入りの造形液を用いて，１スキャンの造形にすると同13.8MPaと大幅に改善することがわかった．

このように、粉体層上で隣り合う位置に先行滴と後行滴を順次吐出するとき、先行滴を吐出した後、先に着弾した先行滴と粉体層を形成する粉体との接触角が９０度より大きい時間内に、後行滴を吐出して立体造形物を形成することで、造形物内の局所的なボイドや、密度不均一さが低減し、造形物の品質が向上する。

そして、このような粉体層上で隣り合う位置に先行滴と後行滴を順次吐出するとき、先行滴を吐出した後、先に着弾した先行滴と粉体層を形成する粉体との接触角が９０度より大きい時間内に、後行滴を吐出させる造形動作は、プログラムに従ってコンピュータが実行する。

次に、立体造形装置の第２例について図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は同装置の要部斜視説明図、図２０は同じく造形の流れと共に説明する造形部の断面説明図である。

この立体造形装置は、粉体積層造形装置であり、前述した第１例の立体造形装置と同様に、粉体が結合された造形層が形成される造形部１と、造形部１に造形液の液滴を吐出して立体造形物を造形する造形手段としての造形ユニット５とを備えている。

造形部１は造形槽２２のみを有し、粉体供給装置から造形槽２２に粉体供給する構成としている。

造形ユニット５は、吐出ユニット５１がガイド部材５４、５５で矢印Ｘ方向（これを「主走査方向」とする。）に往復移動可能に支持されている。

なお、その他の構成は前記第１例の立体造形装置と同様である。

この立体造形装置では、図２０（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に供給された粉体２０に吐出ユニット５１のヘッド５０から造形液１０の液滴を吐出して造形層３０を形成する。

このとき、吐出ユニット５１を主走査方向に移動させて１スキャン分（１走査領域分）の造形を行い、その後、造形ユニット５を副走査方向（Ｙ１方向）に１スキャン分移動させ、次の１走査領域分の造形を行うことを繰り返して、１層分の造形層３０を造形する。なお、１層分の造形層３０を造形後に造形ユニット５は図２０（ｂ）に示すように副走査方向上流側まで戻される。

その後、この造形層３０上に次の造形層３０を形成するために造形槽２２の造形ステージ２４を１層分の厚み分だけ矢印Ｚ２方向に下降させる。

次いで、図２０（ｂ）に示すように、造形槽２２に粉体供給装置から粉体２０を供給する。そして、平坦化ローラ１２を回転しながら造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面に沿ってＹ２方向に移動させ、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さになる粉体層３１を形成する（平坦化）。

そして、吐出ユニット５１のヘッド５０から造形液１０の液滴を吐出して次の造形層３０を形成する。

このように、粉体層３１の形成と造形液１０の吐出による粉体２０の固化とを繰り返して造形層３０を順次積層して立体造形物を造形する。

１ 造形部
５ 造形ユニット
１０ 造形液
１２ 平坦化ローラ（平坦化手段、回転体）
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
３０ 造形層
３１ 粉体層
５０ 液体吐出ヘッド
５１ 吐出ユニット

Claims (7)

1. 粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形装置において、
   前記粉体層上で隣り合う位置に先行滴と後行滴を順次吐出するとき、前記先行滴を吐出した後、先に着弾した前記先行滴と前記粉体層を形成する粉体との接触角が９０度より大きい時間内に、前記後行滴を吐出させる制御を行う手段を有している
   ことを特徴とする立体造形装置。
2. 前記先行滴を吐出した後、先に着弾した前記先行滴と前記粉体層を形成する粉体との接触角が９０度より大きく、１１０度よりも小さい時間内に、前記後行滴を吐出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記造形液と前記粉体層を形成する粉体との初期静的接触角が１１０度以上である
   ことを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
4. 前記粉体は、基材に有機材料が被覆されてなる
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形装置。
5. 前記造形液は、前記有機材料を架橋する架橋剤を含有する
   ことを特徴とする請求項４に記載の立体造形装置。
6. 粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形物の生産方法において、
   前記粉体層上で隣り合う位置に先行滴と後行滴を順次吐出するとき、前記先行滴を吐出した後、先に着弾した前記先行滴と前記粉体層を形成する粉体との接触角が９０度より大きい時間内に、前記後行滴を吐出する
   ことを特徴とする立体造形物の生産方法。
7. 粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する造形動作を制御する処理をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
   前記粉体層上で隣り合う位置に先行滴と後行滴を順次吐出するとき、前記先行滴を吐出した後、先に着弾した前記先行滴と前記粉体層を形成する粉体との接触角が９０度より大きい時間内に、前記後行滴を吐出させる制御をする処理をコンピュータに行わせるためのプログラム。

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