JP6924380B2 - 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。

従来から、様々な三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法が使用されている。このうち、流動性材料を用いて複数の層が積層されてなる三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法がある。
例えば、特許文献１には、ノズルからペースト（流動性材料）を吐出することにより複数の層が積層されてなる三次元造形物を製造可能な三次元造形物の製造方法が開示されている。

特開２００８−２７９４１８号公報

三次元造形物を構成する粉末と溶媒とバインダーとを含む流動性材料を用いて複数の層を積層して三次元造形物を製造する場合、溶媒の揮発などに伴って溶媒及びバインダーの分布が三次元的に偏り、層内でバインダーが不足する箇所が発生し、三次元造形物が損傷してしまう場合がある。例えば、バインダーの分布が、三次元造形物の底面中央領域に大きく偏ると、表層部分でバインダー不足となり結着力が低下する。このような状態になると、三次元造形物は損傷してしまう。

そこで、本発明の目的は、粉末と溶媒とバインダーとを含む流動性材料を用いて複数の層が積層されてなる三次元造形物を製造する際に、バインダーが三次元的に偏ることで、三次元造形物が損傷することを抑制することである。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造装置は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、前記三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を、データに基づいて、噴射可能な噴射部と、前記噴射部から噴射された前記流動性材料を加熱する加熱部と、前記噴射部及び前記加熱部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記データのうちの前記三次元造形物の１層分の前記層のデータを複数の分割データに分割し、前記分割データに基づく前記噴射部からの前記流動性材料の噴射と、前記加熱部による加熱と、を交互に繰り返して、前記三次元造形物の１層分の前記層を形成することを特徴とする。

本態様によれば、三次元造形物の１層分の層のデータを複数の分割データに分割し、分割データに基づく噴射部からの流動性材料の噴射と加熱部による加熱とを交互に繰り返して三次元造形物の１層分の層を形成する。すなわち、１層分の層のデータを複数の分割データに分割して流動性材料の噴射密度を小さくした状態にする（バインダーの移動効率を低減する）とともに、噴射密度の小さい流動性材料を形成する毎に該流動性材料を加熱する（バインダーを移動し難い状態にする）。このため、バインダーが三次元的に偏ることを抑制でき、三次元造形物が損傷することを抑制することができる。

本発明の第２の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１の態様において、前記制御部は、１層分の前記層のデータを所定の閾値以下の前記流動性材料の塊が各々互い違いに配置されるように２つの分割データに分割することを特徴とする。

本態様によれば、１層分の層のデータを所定の閾値以下の流動性材料の塊が各々互い違いに配置されるように２つの分割データに分割する。すなわち、バインダーの移動可能範囲が小さくなるようにしながら三次元造形物の１層分の層を形成する。このため、バインダーが三次元的に偏ることを効果的に抑制でき、三次元造形物が損傷することを効果的に抑制することができる。

本発明の第３の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１又は第２の態様において、前記噴射部は、前記流動性材料を液滴状に吐出可能であることを特徴とする。

本態様によれば、噴射部は流動性材料を液滴状に吐出可能であるので、三次元造形物の１層分の層を緻密に形成することができる。

本発明の第４の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第３のいずれか１項の態様において、前記制御部は、１層分の前記層のデータ毎に、前記流動性材料の噴射密度及び噴射位置の少なくとも一方に基づいて前記データを分割するか否かを判断可能であることを特徴とする。

本態様によれば、制御部は、１層分の前記層のデータ毎に、流動性材料の噴射密度及び噴射位置の少なくとも一方に基づいてデータを分割するか否かを判断可能である。このため、流動性材料の噴射密度が低い場合など、データを分割しなくてもバインダーが移動しにくい場合などにおいて、三次元造形物の製造効率（製造速度）を優先できる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記加熱部の加熱温度は、前記バインダーの分解温度以下であることを特徴とする。

本態様によれば、加熱部の加熱温度はバインダーの分解温度以下であるので、加熱時にバインダーが分解することにより三次元造形物が損傷することを抑制できる。

本発明の第６の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記制御部は、前記流動性材料の噴射と前記加熱部による加熱とを繰り返す際、前記加熱部による加熱により前記流動性材料に含まれる前記溶媒の５０％以上を揮発させてから、前記噴射部から前記流動性材料の噴射させることを特徴とする。

本態様によれば、流動性材料の噴射と加熱部による加熱とを繰り返す際、加熱部による加熱により流動性材料に含まれる溶媒の５０％以上を揮発してから、噴射部から流動性材料を噴射する。すなわち、バインダーを移動し難い状態にしてから、噴射部から流動性材料を噴射する。このため、バインダーが三次元的に偏ることを効果的に抑制でき、三次元造形物が損傷することを効果的に抑制することができる。

本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を、データに基づいて、噴射可能な噴射部と、前記噴射部から噴射された前記流動性材料を加熱する加熱部と、前記噴射部及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える三次元造形物の製造装置を用いて、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、前記データのうちの前記三次元造形物の１層分の前記層のデータを複数の分割データに分割し、前記分割データに基づく前記噴射部からの前記流動性材料の噴射と、前記加熱部による加熱と、を交互に繰り返して、前記三次元造形物の１層分の前記層を形成することを特徴とする。

本態様によれば、三次元造形物の１層分の層のデータを複数の分割データに分割し、分割データに基づく噴射部からの流動性材料の噴射と加熱部による加熱とを交互に繰り返して三次元造形物の１層分の層を形成する。すなわち、１層分の層のデータを複数の分割データに分割して流動性材料の噴射密度を小さくした状態にする（バインダーの移動効率を低減する）とともに、噴射密度の小さい流動性材料を形成する毎に該流動性材料を加熱する（バインダーを移動し難い状態にする）。このため、バインダーが三次元的に偏ることを抑制でき、三次元造形物が損傷することを抑制することができる。

本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 図１に示すＣ部の拡大図。 本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 図２に示すＣ’部の拡大図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドベースの概略透視図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。 本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。 三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。 三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。 ヘッドベースに配置されるヘッドユニットの、その他の配置の例を示す模式図。 ヘッドベースに配置されるヘッドユニットの、その他の配置の例を示す模式図。 本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置を用いて分割データに基づいて流動性材料を噴射した際の該流動性材料の配置を概念的に説明する概略図。 本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置を用いて分割データに基づいて流動性材料を噴射した際の該流動性材料の配置を概念的に説明する概略図。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。 本発明の別の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
図１〜図４は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、２種類の材料供給部（ヘッドベース）を備えている。このうち、図１及び図２は、一の材料供給部（三次元造形物の構成材料を供給する材料供給部）のみを表した図である。また、図３及び図４は、別の一の材料供給部（三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持部形成用材料を供給する材料供給部）のみを表した図である。
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
また、本実施例の構成材料は、三次元造形物を構成する粉末粒子と溶媒と該溶媒に可溶なバインダーとを含む三次元造形用ペースト（流動性材料）である。そして、本実施例の支持部形成用材料は、支持層形成用粒子と溶媒と該溶媒に可溶なバインダーとを含む三次元造形用ペースト（流動性材料）である。

図１及び図３に示す三次元造形物の製造装置２０００（以下、形成装置２０００という）は、基台１１０と、基台１１０に備える駆動手段としての駆動装置１１１によって、図示するＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動、あるいはＺ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ１２０を備えている。
そして、図１及び図２で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部１２３０を備えるヘッドユニット１４００を複数保持するヘッドベース１１００が保持固定される、ヘッドベース支持部１３０を備えている。
また、図３及び図４で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部１７３０を備えるヘッドユニット１９００を複数保持するヘッドベース１６００が保持固定される、ヘッドベース支持部７３０と、を備えている。
ここで、ヘッドベース１１００と、ヘッドベース１６００とは、ＸＹ平面において並列に設けられている。
なお、構成材料吐出部１２３０と支持層形成用材料吐出部１７３０とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。

ステージ１２０上には、三次元造形物５００が形成される過程での層５０１、５０２及び５０３が形成される。三次元造形物５００の形成には、電磁波照射部１０００などによる熱エネルギーの照射がなされるため、ステージ１２０の熱からの保護のため、耐熱性を有する試料プレート１２１を用いて、試料プレート１２１の上に三次元造形物５００を形成してもよい。本実施形態の試料プレート１２１は頑丈で製造の容易な金属製のものである。しかしながら、試料プレート１２１としては、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に脱脂や焼結などがされる三次元造形物５００の構成材料との反応性も低く、三次元造形物５００の変質を防止することができる。なお、図１及び図３では、説明の便宜上、層５０１、５０２及び５０３の３層を例示したが、所望の三次元造形物５００の形状まで（図１及び図３中の層５０ｎまで）積層される。
ここで、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎは、各々、支持層形成用材料吐出部１７３０から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層３００と、構成材料吐出部１２３０から吐出される構成材料で形成される構成層３１０と、で構成される。
なお、本実施形態の形成装置２０００は、三次元造形物５００の構成材料のほか支持層形成用材料を用いて層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎと複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であるが、支持層形成用材料を用いることなく複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であってもよい。

また、図２は、図１に示すヘッドベース１１００を示すＣ部拡大概念図である。図２に示すように、ヘッドベース１１００は、複数のヘッドユニット１４００が保持されている。詳細は後述するが、１つのヘッドユニット１４００は、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０が保持治具１４００ａに保持されることで構成される。構成材料吐出部１２３０は、吐出ノズル１２３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１２３０ａから構成材料を吐出させる吐出駆動部１２３０ｂと、を備えている。

図４は、図３に示すヘッドベース１６００を示すＣ’部拡大概念図である。図４に示すように、ヘッドベース１６００は、複数のヘッドユニット１９００が保持されている。ヘッドユニット１９００は、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０が保持治具１９００ａに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部１７３０は、吐出ノズル１７３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１７３０ａから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部１７３０ｂと、を備えている。

図１及び図２で表されるように、構成材料吐出部１２３０は、ヘッドベース１１００に保持されるヘッドユニット１４００それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット１２１０と供給チューブ１２２０により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット１２１０から構成材料吐出部１２３０に供給される。構成材料供給ユニット１２１０には、本実施形態に係る形成装置２０００によって造形される三次元造形物５００の構成材料が構成材料収容部１２１０ａに収容され、個々の構成材料収容部１２１０ａは、供給チューブ１２２０によって、個々の構成材料吐出部１２３０に接続されている。このように、個々の構成材料収容部１２１０ａを備えることにより、ヘッドベース１１００から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。

図３及び図４で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０は、ヘッドベース１６００に保持されるヘッドユニット１９００それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット１７１０と供給チューブ１７２０により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット１７１０から支持層形成用材料吐出部１７３０に供給される。支持層形成用材料供給ユニット１７１０には、三次元造形物５００を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料が支持層形成用材料収容部１７１０ａに収容され、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａは、供給チューブ１７２０によって、個々の支持層形成用材料吐出部１７３０に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａを備えることにより、ヘッドベース１６００から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。
なお、本実施例の形成装置２０００で使用される構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについての詳細は後述する。

形成装置２０００には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物５００の造形用データに基づいて、上述したステージ１２０、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０、並びに、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０を制御する制御手段としての制御ユニット４００を備えている。そして、制御ユニット４００は、ステージ１２０及び構成材料吐出部１２３０が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ１２０及び支持層形成用材料吐出部１７３０が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部としての役割を兼ねている。

基台１１０に移動可能に備えられているステージ１２０は、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、ステージコントローラー４１０においてステージ１２０の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台１１０に備える駆動装置１１１に送られ、図示するＸ、Ｙ、Ｚ方向にステージ１２０が移動する。ヘッドユニット１４００に備える構成材料吐出部１２３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において構成材料吐出部１２３０に備える吐出駆動部１２３０ｂにおける吐出ノズル１２３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１２３０ａから所定量の構成材料が吐出される。
同様に、ヘッドユニット１９００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において支持層形成用材料吐出部１７３０に備える吐出駆動部１７３０ｂにおける吐出ノズル１７３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１７３０ａから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
また、電磁波照射部１０００も、制御ユニット４００による制御で、ステージ１２０（試料プレート１２１）に形成された三次元造形物５００の層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎに向けて、電磁波を照射可能な構成になっている。

次に、ヘッドユニット１４００についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット１９００は、ヘッドユニット１４００と同様の構成である。このため、ヘッドユニット１９００についての詳細な構成の説明は省略する。
図５、並びに、図６〜図８は、ヘッドベース１１００に複数保持されるヘッドユニット１４００及び構成材料吐出部１２３０の保持形態の一例を示し、このうち図６〜図８は、図２に示す矢印Ｄ方向からのヘッドベース１１００の外観図である。

図５に示すように、ヘッドベース１１００に複数のヘッドユニット１４００が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図６〜図８で表されるように、本実施形態に係る形成装置２０００のヘッドベース１１００では、図下方より第１列目のヘッドユニット１４０１、第２列目のヘッドユニット１４０２、第３列目のヘッドユニット１４０３、そして第４列目のヘッドユニット１４０４の、４ユニットが千鳥状（互い違い）に配置されたヘッドユニット１４００を備えている。そして、図６で表されるように、ステージ１２０をヘッドベース１１００に対してＸ方向に移動させながら各ヘッドユニット１４００から構成材料を吐出させて構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。構成層構成部５０の形成手順については後述する。
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット１４０１〜１４０４に備える構成材料吐出部１２３０は、吐出駆動部１２３０ｂを介して構成材料供給ユニット１２１０に供給チューブ１２２０で繋がれる構成となっている。

図５に示すように、構成材料吐出部１２３０は吐出ノズル１２３０ａから、ステージ１２０上に載置された試料プレート１２１上に向けて三次元造形物５００の構成材料（ペースト状の流動性材料）である材料Ｍが吐出される。ヘッドユニット１４０１では、材料Ｍが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット１４０２では、材料Ｍが連続体状で供給される吐出形態を例示している。材料Ｍの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では材料Ｍは液滴状で吐出される形態により説明する。

吐出ノズル１２３０ａから液滴状に吐出された材料Ｍは、略重力方向に飛翔し、試料プレート１２１上に着弾する。ステージ１２０は移動し、着弾した材料Ｍにより構成層構成部５０が形成される。この構成層構成部５０の集合体が、試料プレート１２１上に形成される三次元造形物５００の構成層３１０（図１参照）として形成される。

次に、構成層構成部５０の形成手順について、図６〜図８、並びに、図９及び図１０を用いて説明する。
図６〜図８は、本実施形態のヘッドユニット１４００の配置と、構成層構成部５０の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図９及び図１０は、構成層構成部５０の形成形態を概念的に表す側面図である。

まず、ステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、複数の吐出ノズル１２３０ａから材料Ｍが液滴状に吐出され、試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが配置され、構成層構成部５０が形成される。
より具体的には、まず、図９で表されるように、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に一定の間隔で材料Ｍを配置させる。

次に、図１０で表されるように、ステージ１２０を−Ｘ方向に移動させながら、一定の間隔で配置された材料Ｍの間を埋めるように新たに材料Ｍを配置させる。
ただし、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが重なるように（間隔を空けないように）配置させる構成（ステージ１２０のＸ方向における往復移動で構成層構成部５０を形成する構成ではなく、ステージ１２０のＸ方向における片側の移動のみで構成層構成部５０を形成する構成）としても良い。

上記のように構成層構成部５０を形成することによって、図６で表されるような、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＸ方向における１ライン分（Ｙ方向における１ライン目）の構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。

次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における２ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをＰとすると、Ｐ／ｎ（ｎは自然数）ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。本実施例ではｎを３として説明する。
図９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図７で表されるような、Ｙ方向における２ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）が形成される。

次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における３ライン目の構成層構成部５０’’
（構成層構成部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、Ｐ／３ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。
そして、図９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図８で表されるような、Ｙ方向における３ライン目の構成層構成部５０’’
（構成層構成部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）が形成され、構成層３１０を得ることができる。

また、構成材料吐出部１２３０から吐出される材料Ｍを、ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３、１４０４のいずれか１ユニット、あるいは２ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置２０００を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物を得ることができる。

なお、第１層目の層５０１において、上述したように構成層３１０を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、同様の方法で、支持層３００を形成することができる。そして、層５０１に積層させて層５０２、５０３、・・・５０ｎを形成する際にも、同様に、構成層３１０及び支持層３００を形成することができる。

上述の本実施形態に係る形成装置２０００が備えるヘッドユニット１４００及び１９００の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図１１及び図１２に、その例として、ヘッドベース１１００に配置されるヘッドユニット１４００の、その他の配置の例を模式図的に示す。

図１１は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００をＸ軸方向に複数、並列させた形態を示す。図１２は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。

次に、本実施例の構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについて詳細に説明する。
構成材料及び支持層形成用材料としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとを含むペースト状の混合材料にして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック（樹脂）も用いることが可能である。
このように、構成材料及び支持層形成用材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
さらには、セルロースなどの繊維も用いることが可能である。

溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂である。

次に、上記形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例についてフローチャートを用いて説明する。
ここで、図１３及び図１４は、上記形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例において、分割データに基づいて流動性材料をステージ１２０（試料プレート１２１）上に噴射した際の該流動性材料の配置を概念的に説明する概略図である。
そして、図１５は、本実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートである。

図１５で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップＳ１１０で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物５００の形状を表すデータを取得する。

次に、ステップＳ１２０で、制御ユニット４００の制御により、層毎のデータを作成（生成）する。詳細には、三次元造形物５００の形状を表すデータにおいて、Ｚ方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータ（断面データ）を生成する。

次に、ステップＳ１４０で、制御ユニット４００の制御により、ステップＳ１２０で生成した１層分のデータを分割し、分割データを作成（生成）する。本実施例においては、１層分のデータとして噴射密度が１００％のベタパターンのデータを例に説明する。
ステップＳ１４０においては、図１３で表されるように流動性材料の各々の塊（構成層構成部５０）が所定の閾値以下の大きさとなるように互い違いに配置される（所謂市松模様の）分割データと、図１４で表されるように流動性材料の各々の塊（構成層構成部５０）が所定の閾値以下の大きさとなるように互い違いに配置される分割データとに、ステップＳ１２０で生成した１層分のデータを分割する。なお、図１３で表される構成層構成部５０と図１４で表される構成層構成部５０とを合わせることで、流動性材料の１００％のベタパターンが形成される。
なお、本実施例においては、図１３に対応する分割データ及び図１４に対応する分割データの両方を噴射密度が５０％のパターンとなるようにデータを分割したが、このような分割方法に限定されない。また、分割数も２つに限定されない。

次に、ステップＳ１５０で、制御ユニット４００の制御により、ステップＳ１４０で生成した分割データに基づき、構成材料吐出部１２３０から流動性材料（構成材料）を吐出して（なお、場合によっては、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料も吐出して）、分割データに基づく構成層構成部５０（構成層３１０）を形成する。
なお、本実施例においては、ステップＳ１２０で生成した１層分のデータを２つの分割データに分割しているので、例えば、ステップＳ１４０の終了後における１回目のステップＳ１５０である場合は、図１３で表されるように構成層構成部５０が形成される。また、ステップＳ１４０の終了後における２回目のステップＳ１５０である場合は、図１４で表されるように構成層構成部５０が形成される。

次に、ステップＳ１６０で、制御ユニット４００の制御により、電磁波照射部１０００から電磁波（赤外線）を照射して、ステップＳ１５０で形成した構成層構成部５０を加熱することで、流動性材料に含まれる溶媒を除去（揮発）させる。
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、電磁波照射部１０００から電磁波を照射して溶媒を揮発させることで、三次元造形物５００の層から溶媒を除去させるが、このような方法に限定されない。例えば、ホットプレートや他の加熱機構を用いて溶媒を除去させてもよい。

次に、ステップＳ１７０により、制御ユニット４００において、ステップＳ１４０で生成した分割データに基づく構成層構成部５０の形成が終了したか否かを判断する。該構成層構成部５０の形成が終了していないと判断した場合（ステップＳ１４０の終了後における１回目のステップＳ１７０である場合）はステップＳ１５０に戻り、該構成層構成部５０の形成が終了したと判断した場合（ステップＳ１４０の終了後における２回目のステップＳ１７０である場合）はステップＳ１８０に進む。

そして、ステップＳ１８０により、制御ユニット４００の制御により、ステップＳ１２０において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物５００の積層物の造形が終了するまで、ステップＳ１４０からステップＳ１８０までが繰り返される。

そして、ステップＳ１９０により、例えば不図示の恒温槽において、上記ステップで形成した三次元造形物５００の積層物を加熱して脱脂及び焼結の少なくともいずれかを実行する。
そして、ステップＳ１９０の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。

上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物５００を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を、データに基づいて、噴射（吐出）可能な噴射部としての構成材料吐出部１２３０と、構成材料吐出部１２３０から噴射された流動性材料を加熱する加熱部としての電磁波照射部１０００と、構成材料吐出部１２３０及び電磁波照射部１０００を制御する制御部としての制御ユニット４００、を備える三次元造形物の製造装置である形成装置２０００を用いて、層を積層することにより三次元造形物５００を製造する三次元造形物の製造方法である。そして、前記データのうちの三次元造形物５００の１層分の層のデータを複数の分割データに分割し（ステップＳ１４０）、分割データに基づく構成材料吐出部１２３０からの流動性材料の噴射（ステップＳ１５０）と、電磁波照射部１０００による加熱（ステップＳ１６０）と、をステップＳ１７０により交互に繰り返して、三次元造形物５００の１層分の前記層を形成する。
すなわち、本実施例の三次元造形物の製造方法は、１層分の層のデータを複数の分割データに分割して流動性材料の噴射密度を小さくした状態にする（バインダーの移動効率を低減する）とともに、噴射密度の小さい流動性材料を形成する毎に該流動性材料を加熱する（バインダーを移動し難い状態にする）。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、バインダーが三次元的に偏ることを抑制でき、三次元造形物が損傷することを抑制することができる。

上記について別の表現をすると、本実施例の形成装置２０００は、層を積層することにより三次元造形物５００を製造する三次元造形物の製造装置であって、三次元造形物５００を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を、データに基づいて、噴射可能な構成材料吐出部１２３０と、構成材料吐出部１２３０から噴射された流動性材料を加熱する電磁波照射部１０００と、構成材料吐出部１２３０及び電磁波照射部１０００を制御する制御ユニット４００と、を備える。そして、制御ユニット４００は、前記データのうちの三次元造形物５００の１層分の前記層のデータを複数の分割データに分割し、分割データに基づく構成材料吐出部１２３０からの流動性材料の噴射と、電磁波照射部１０００による加熱と、を交互に繰り返して、三次元造形物５００の１層分の前記層を形成することができる。
すなわち、本実施例の形成装置２０００は、１層分の層のデータを複数の分割データに分割して流動性材料の噴射密度を小さくした状態にする（バインダーの移動効率を低減する）とともに、噴射密度の小さい流動性材料を形成する毎に該流動性材料を加熱する（バインダーを移動し難い状態にする）。このため、本実施例の形成装置２０００は、バインダーが三次元的に偏ることを抑制でき、三次元造形物が損傷することを抑制することができる。

また、本実施例の制御ユニット４００は、図１３及び図１４で表されるように、１層分の層のデータを所定の閾値以下の流動性材料の塊（構成層構成部５０）が各々互い違いに配置されるように２つの分割データに分割する。バインダーの移動可能範囲は１つの該塊の範囲内となるので、すなわち、本実施例の形成装置２０００は、バインダーの移動可能範囲が小さくなるようにしながら三次元造形物５００の１層分の層を形成することができる。このため、本実施例の形成装置２０００は、バインダーが三次元的に偏ることを効果的に抑制でき、三次元造形物５００が損傷することを効果的に抑制することができる構成になっている。
なお、図１３及び図１４で表される１つあたりの流動性材料の塊（構成層構成部５０）の大きさは、使用する流動性材料の種類、構成材料吐出部１２３０から吐出される１滴あたりの液滴の大きさ、製造する三次元造形物５００の形状などによって任意に設定可能である。すなわち、１つあたりの流動性材料の塊（構成層構成部５０）を構成材料吐出部１２３０から吐出される１滴（１ドット分）で作成してもよいが、構成材料吐出部１２３０から吐出される複数滴（複数ドット分）で作成してもよい。

また、本実施例の形成装置２０００は、上記のように、構成材料吐出部１２３０から流動性材料を液滴状に吐出可能である（図５、図９及び図１０参照）。このため、本実施例の形成装置２０００は、三次元造形物５００の１層分の層を緻密に形成することができる構成になっている。

ここで、ステップＳ１６０における電磁波照射部１０００による流動性材料の加熱温度は、特に限定はないが、流動性材料に含まれるバインダーの分解温度以下であることが好ましい。
電磁波照射部１０００による流動性材料の加熱温度をバインダーの分解温度以下とすることで、加熱時にバインダーが分解することにより三次元造形物５００が損傷することを抑制できるためである。

また、制御ユニット４００の制御により、流動性材料の噴射（ステップＳ１５０）と電磁波照射部１０００による加熱（ステップＳ１６０）とを繰り返す際、電磁波照射部１０００による加熱により流動性材料に含まれる溶媒の５０％以上を揮発させてから、構成材料吐出部１２３０から流動性材料を噴射させることが好ましい。バインダーを移動し難い状態にしてから、構成材料吐出部１２３０から流動性材料を噴射することで、バインダーが三次元的に偏ることを効果的に抑制でき、三次元造形物５００が損傷することを効果的に抑制することができるためである。

なお、図１５で表される三次元造形物の製造方法では、ステップＳ１２０で層毎のデータを生成した後、自動的にステップＳ１３０で分割データを生成していた。
しかしながら、製造する三次元造形物５００の形状などによっては、分割データを生成する必要性が小さい場合（流動性材料の噴射密度がそもそも小さい場合や流動性材料の噴射位置がそもそも互い違いに配置されている場合など、１層分の前記層のデータに基づいて１回の流動性材料の噴射工程で該層を形成してもバインダーが移動し難い場合）がある。
そこで、本実施例の形成装置２０００は、制御ユニット４００により、１層分の前記層のデータ毎に、流動性材料の噴射密度及び噴射位置の少なくとも一方に基づいて前記データを分割するか否かを判断可能な構成になっている。このため、本実施例の形成装置２０００は、流動性材料の噴射密度が低い場合など、データを分割しなくてもバインダーが移動しにくい場合などにおいて、三次元造形物５００の製造効率（製造速度）を優先できる構成になっている。

以下に、本実施例の形成装置２０００を用いて、制御ユニット４００により、１層分の前記層のデータ毎に、流動性材料の噴射密度及び噴射位置の少なくとも一方に基づいて前記データを分割するか否かを判断する三次元造形物の製造方法の例について図１６のフローチャートを用いて説明する。
ここで、図１６は、当該実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャートであって、図１５で表される三次元造形物の製造方法に対してステップＳ１２０（１層分の層のデータ作成工程）とステップＳ１４０（分割データ作成工程）との間にステップＳ１３０（分割データを作成するか否かの判断工程）を実行する方法のフローチャートである。ステップＳ１１０からステップＳ１２０までとステップ１４０からステップＳ１９０までのフローは図１５で表される上記三次元造形物の製造方法と略同様なので、詳細な説明は省略する。

本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップＳ１２０の１層分の層のデータ作成工程の終了後、ステップＳ１４０の分割データ作成工程に進むまでの間に、ステップＳ１３０で、制御ユニット４００により、流動性材料の噴射密度及び噴射位置の少なくとも一方に基づいて１層分の層のデータを分割するか否かを判断する。１層分の層のデータにおいて、流動性材料の噴射密度が小さい場合や、流動性材料の塊（構成層構成部５０）の位置がまばらな場合は、データを分割しなくてもバインダーが移動しにくいためである。
制御ユニット４００がステップＳ１３０で分割データを作成する必要があると判断した場合はステップＳ１４０に進むが、制御ユニット４００がステップＳ１３０で分割データを作成する必要がないと判断した場合はステップＳ１４０を飛ばしてステップＳ１５０に進む。
そして、ステップＳ１３０で分割データを作成する必要がないと判断した場合は、ステップＳ１５０で１層分の層のデータに基づいて流動性材料の噴射工程を実行し、ステップＳ１６０で電磁波照射部１０００による加熱工程を実行し、ステップＳ１７０で分割データは終了したと判断して、ステップＳ１８０に進む。
ステップＳ１９０での工程、並びに、ステップＳ１３０で分割データを作成する必要があると判断した場合のステップＳ１４０からステップＳ１９０までの各工程は、図１５で表される三次元造形物の製造方法と同様である。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ…構成層構成部、１１０…基台、
１１１…駆動装置、１２０…ステージ、１２１…試料プレート、
１３０…ヘッドベース支持部、３００…支持層、３１０…構成層、
４００…制御ユニット（制御部）、４１０…ステージコントローラー、
５００…三次元造形物、５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、
７３０…ヘッドベース支持部、１０００…電磁波照射部（加熱部）、
１１００…ヘッドベース、１２００…構成材料供給装置、
１２１０…構成材料供給ユニット、１２１０ａ…構成材料収容部、
１２２０…供給チューブ、１２３０…構成材料吐出部（噴射部）、
１２３０ａ…吐出ノズル、１２３０ｂ…吐出駆動部、１４００…ヘッドユニット、
１４００ａ…保持治具、
１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４…ヘッドユニット、
１５００…材料供給コントローラー、１６００…ヘッドベース、
１７００…支持層形成用材料供給装置、１７１０…支持層形成用材料供給ユニット、
１７１０ａ…支持層形成用材料収容部、１７２０…供給チューブ、
１７３０…支持層形成用材料吐出部、１７３０ａ…吐出ノズル、
１７３０ｂ…吐出駆動部、１９００…ヘッドユニット、
１９００ａ…保持治具、２０００…形成装置（三次元造形物の製造装置）、
Ｍ…材料（構成材料、流動性材料）

Claims (6)

1. 層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造装置であって、
   前記三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を、データに基づいて、噴射可能な噴射部と、
   前記噴射部から噴射された前記流動性材料を加熱する加熱部と、
   前記噴射部及び前記加熱部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   １層分の前記層のデータ毎に、前記流動性材料の噴射密度及び噴射位置の少なくとも一方に基づいて前記データを分割するか否かを判断可能であって、
   前記判断に基づいて、前記データのうちの前記三次元造形物の１層分の前記層のデータを複数の分割データに分割し、
   前記分割データに基づく前記噴射部からの前記流動性材料の噴射と、前記加熱部による加熱と、を交互に繰り返して、前記三次元造形物の１層分の前記層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
2. 請求項１に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記制御部は、１層分の前記層のデータを所定の閾値以下の前記流動性材料の塊が各々互い違いに配置されるように２つの分割データに分割することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
3. 請求項１又は２に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記噴射部は、前記流動性材料を液滴状に吐出可能であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記加熱部の加熱温度は、前記バインダーの分解温度以下であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記制御部は、前記流動性材料の噴射と前記加熱部による加熱とを繰り返す際、前記加熱部による加熱により前記流動性材料に含まれる前記溶媒の５０％以上を揮発させてから、前記噴射部から前記流動性材料の噴射させることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
6. 三次元造形物を構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性材料を、データに基づいて、噴射可能な噴射部と、
   前記噴射部から噴射された前記流動性材料を加熱する加熱部と、
   前記噴射部及び前記加熱部を制御する制御部と、を備える三次元造形物の製造装置を用いて、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
   １層分の前記層のデータ毎に、前記流動性材料の噴射密度及び噴射位置の少なくとも一方に基づいて前記データを分割するか否かを判断し、
   前記判断に基づいて、前記データのうちの前記三次元造形物の１層分の前記層のデータを複数の分割データに分割し、
   前記分割データに基づく前記噴射部からの前記流動性材料の噴射と、前記加熱部による加熱と、を交互に繰り返して、前記三次元造形物の１層分の前記層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。

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