JP6955354B2

JP6955354B2 - 粉末積層造形に用いるための造形用材料

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Publication number: JP6955354B2
Application number: JP2017072245A
Authority: JP
Inventors: 純也山田; 博之伊部
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018172739A

Description

本発明は、粉末積層造形に用いるための造形用材料に関する。

付加製造（Additive manufacturing；３次元造形ともいう。）とは、造形用材料（Additive Manufacturing materials）を付着することによって物体を３次元形状の数値表現（典型的には、三次元ＣＡＤデータ）から作製するプロセスとして定義され、近年急速に普及してきている。この付加製造の一つの手法として、粉末材料を薄く層状に敷き詰めたのち、造形対象である造形物の断面に対応する形状に接合または焼結し、この薄層を順次一体的に積み重ねていく粉末積層造形が知られている。この粉末積層造形においては、これまで、その扱いやすさから樹脂材料を使用した樹脂製品の造形が広く行われていた。しかしながら、近年では、樹脂材料以外の金属やサーメットを含む粉末材料を用い、成形型を必要とせずに金属やサーメットからなる部材を直接造形するラピッドプロトタイピングのニーズが拡大している。そのため、金属やセラミックス、サーメットなどからなる各種の組成の造形用材料が提供されている（例えば、特許文献１および２参照）。

一方で、粉末積層造形のための装置は、典型的には、粉末材料を貯留するための貯留槽と、粉末材料が供給されて造形が行われる造形槽と、粉末材料の移送および平坦化を行うスキージとを備えている。従来の粉末積層造形装置においては、一般に造形槽の底部を昇降可能な造形テーブルにより構成し、この造形槽の側方に隣接して粉末材料を貯留するための貯留槽を備えていた。そして、貯留槽の底部を繰り上げることで粉末材料を貯留槽から押出し、押出された粉末材料をスキージによって造形槽に移送しつつ、平らに均すことで、造形テーブル上に粉末材料の薄層を用意する。粉末積層造形において造形精度を高めるためには、この粉末材料をムラなく均質に敷き詰めるとともに、その表面を平らにすることが必要であり、粉末材料には流動性が良いことが求められる。

特開２００１−１５２２０４号公報特開２０１６−０２９１９４号公報特開２００７−２１６５９５号公報

ところで最近になって、造形速度の高速化、造形装置の設置面積の縮小等を目的として、貯留槽を造形槽の上方に設け、粉末材料を造形槽の下部から重力落下させて造形槽に供給するタイプの粉末積層造形装置が提供されている（例えば、特許文献３）。この種の粉末積層造形装置においては、例えば、貯留槽と造形槽とが水平方向に相対的に移動可能に構成されている。そして貯留槽の上方を造形槽が移動しながら粉末材料を落下させ、落下した粉末材料をスキージにより平坦化している。粉末材料の薄層の厚みは、例えば３０〜１００μｍ程度と薄く、貯留槽の下部に設けられる粉末材料の供給口は粉末材料を少量ずつ供給できるように比較的狭いものとなる。したがって、材料の供給方式が、従来の押出供給式の積層造形装置で使用されていた粉末材料を、落下供給式の積層造形装置にそのまま用いると、供給口で目詰まりを起こしたり、供給量にムラが発生し易くなるという、これまでに無い新たな問題が発生していた。また、この目詰まり等の問題は、繰り返し造形を行い、造形に寄与しなかった粉末材料を再利用する頻度が高まるほど、顕在化し易かった。さらに、貯留槽からの粉末材料の供給量にムラが生じて一定でない場合は、スキージにより粉末材料を均しても薄層にもムラが発生してしまい、造形精度の低下を免れないという問題もあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば、落下供給式の貯留槽から供給する場合であっても供給が良好に行えるように流動性が改善されている、粉末積層造形に用いるための粉末状の造形用材料を提供することにある。

上記課題を解決するものとして、ここに開示される技術は、粉末積層造形に用いる造形用材料を提供する。この造形用材料は、金属材料および無機材料からなる群から選択される少なくとも１種からなる粉末を含み、粒子径が４５μｍを超える粒子の積算質量が全体の０．５質量％以上であり、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が２０μｍ以下の粒子の数が全体の１５個数％以下である。

従来の積層造形用の粉末材料は、一般的な粉砕と分級とにより粒度調整が為されている。本発明者らの検討によると、これらの粉末には、非常に微細な粒子が不可避的に存在している。その微細な粒子は、例えば、体積や重量等を基準にするとその割合は全体のごく僅か（例えば約３％以下）でしかない。しかしながら、粉体の平均粒径に依らずその存在は、粉体の流動性を考慮した場合に大きな影響を与え得ることを知見した。そこで、ここに開示される技術では、この流動性に影響を与え得る、粒子径が２０μｍ以下の微細な粒子の割合を、個数基準で１５％以下と少量に制限するようにしている。これにより、例えば、落下供給式の粉末積層造形装置に用いる場合であっても、粉末供給時の造形用材料の目詰まり等の発生を抑制することができる。その結果、造形テーブル上に形成される一層の粉末材料層の均質性、表面平坦性を改善することができる。このことにより、粉末積層造形に適した好適な流動性を備える造形用材料が提供される。

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、レーザ回折・散乱法に基づく体積基準の平均粒子径が２０μｍ以上１３０μｍ以下である。これにより、汎用されている造形装置において、造形精度の高い造形を可能とする造形用材料が提供される。

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、粒子径が４５μｍを超える粒子の積算質量が全体の４５質量％以下である。金属材料やセラミック材料は、樹脂材料と比較して、例えば、電子線やレーザ光等のエネルギーが供給されたときに溶融され難い。そこで上記のように粗大な粒子の割合を制限することで、溶融され易く、緻密な造形物の造形が可能な造形用材料が提供される。その結果、例えば、レーザ走査速度を高めて、短時間での造形が可能な造形用材料が提供される。

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、粉砕法、プラズマアトマイズ法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、パウダースプレー法および造粒法からなる群から選択されるいずれか１種の方法で製造されている。これらの手法で製造した粉末は、例えばその製造方法に基づき粒子形状および粒度調整をより厳密に実施できる樹脂粒子等とは異なり、非真球状の粒子で粒子径に幅のある粒子の集合として製造される。したがって、このような粉末に対して本発明を適用することで、本発明の効果が好適に発揮されるために好ましい。

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、少なくとも金属粉末を全体の５０質量％以上の割合で含む。金属粉末は、樹脂材料やセラミック材料などと比較して、相対的に比重が高く、落下供給式の粉末積層造形装置において目詰まりを生じ易い傾向にある。したがって、このような粉末に対して本発明を適用することで、本発明の効果が好適に発揮されるために好ましい。

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、少なくともセラミック粉末を全体の５０質量％以上の割合で含む。セラミック粉末は、樹脂材料や金属材料などと比較して、相対的に環境雰囲気の水分を吸湿し易い傾向にある。そのため、造形用材料の保存環境や造形環境によっては、造形用材料が吸湿して目詰まりを起こしやすくなることが懸念される。したがって、このような粉末に対して本発明を適用することで、本発明の効果が好適に発揮されるために好ましい。

ここに開示される技術の好ましい態様において、上記粉末は、少なくとも一部に樹脂材料を含む。例えば、造形用材料は、使用する粉末積層造形装置の造形方式によっては、予めバインダ材料を含む構成とする場合があり得る。また、目的の造形物を構成する材料として樹脂材料を含むこともある。これらの樹脂材料は、粉末中のより微細な粒子をより粗大な粒子に付着させて粒子形状をいびつ化させたり、軟質なために金属材料やセラミック材料からなる粒子と嵌まり合うなどして、粉末の流動性を低下させ得る。したがって、このような粉末に対しても、本発明を適用することで、流動性の低下を抑制し得るために好ましい。

以上の造形用材料は、これまでとは異なる粒度制御により流動性が改善されている。そのため、一般的な供給条件で、これまでよりも均質でムラのない材料の供給が可能とされる。その結果、粉末積層造形における造形精度を高めることが可能となる。あるいは、これまでより過酷な条件で、例えば、造形精度を維持したままより高速での造形を可能とし得る。このような観点から、ここに開示される技術は、上記の造形用材料を用いた三次元造形物の製造方法をも提供する。さらに、他の側面において、ここに開示される技術は、上記の造形用材料を製造する造形用材料の製造方法をも提供する。

図１は、従来の造形用材料の電子顕微鏡像を例示した図である。図２は、一実施形態に係る造形用材料の電子顕微鏡像を例示した図である。図３は、落下供給式の積層造形装置の構成を例示的に説明する断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、本明細書に記載された発明の実施についての教示と当該分野における出願時の技術常識とに基づいて当業者に理解され、実施することができる。また、図面は必ずしも実際の寸法関係（長さ、幅、厚さ等）を反映するものに限定されない。また、本明細書において、範囲を示す「Ｘ〜Ｙ」は「Ｘ以上Ｙ以下」を意味する。

（造形用材料）
ここに開示される「造形用材料」は、粉末積層造形に用いるための粉末状の材料である。粉末積層造形とは、付加製造技術において造形物の材料として粉末状の材料を用いる各種の造形手法を広く包含する。具体的には、例えば、バインダジェット法に代表される結合材噴射（Binder jetting）法、レーザ肉盛り溶接，電子ビーム肉盛り溶接，アーク溶接等に代表される指向性エネルギー堆積（Directed energy deposition）法、レーザ焼結法，レーザ選択焼結（Selective Laser Sintering：ＳＬＳ）法，電子ビーム焼結法等に代表される粉末床溶融結合（Powder bed fusion）法等と呼ばれるものが含まれる。この造形用材料は緻密な造形物の造形に好適であるとの観点から、指向性エネルギー堆積法、粉末床溶融結合法を採用することがより好ましい。

本発明者らは、従来の粉末の造形用材料の流動性について鋭意研究を重ねた結果、以下の事項について知見した。すなわち、従来の造形用材料は、典型的には造形品質を確保する目的で、要求される造形精度（例えば１層ごとの造形厚み）に応じて、粉砕機等による粉砕や、振動ふるい機等によるふるい分けなどによる粒度調整が一般に行われていた。例えば、積層造形用の金属粉末の粒度は、一般的には、−４５＋１５μｍ（すなわち、４５μｍよりも小さく、１５μｍよりも大きい）程度に調整されている。その結果、かかる粒度調整が施された造形用材料の粒度分布（頻度分布）は、例えば、理想的には、中央付近は正規分布に近い形状を有し、大粒径側と小粒径側とで粒子がカット（除去）されることにより頻度が低減された形状を示すものであり得た。なお、工業的に生産される造形用材料の粒度分布の管理については、一般的に、レーザ回折・散乱法に基づき体積基準の粒度分布が採用されている。しかしながら、本発明者らの詳細な観察の結果、従来の造形用材料においては、粒度調整が施されたものであっても、施されていないものであっても、例えば、電子顕微鏡で観察した場合に、微細な粒子が多数存在していることが確認できるものであった。そして、本発明者らが粒度調整の手法を種々検討し、かかる微細な粒子を選択的に除去した結果、造形用材料の流動性が劇的に改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。

ここに開示される造形用材料は、金属材料および無機材料からなる群から選択される少なくとも１種からなる粉末を含んでいる。そして、この粉末における粒子径が４５μｍを超える粒子の積算質量が全体の０．５質量％以上であり、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が２０μｍ以下の粒子の数が全体の１５個数％以下である。

（金属材料）
金属材料は本質的に金属を含む。金属材料を含む粉末は、典型的には、主成分として金属を含む。ここでいう主成分とは、当該金属材料含有粉末の７０質量％以上を占める成分を意味する。金属材料含有粉末は、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、特に好ましくは９５質量％以上（典型的には９８質量％以上）が金属からなることが好ましい。

金属としては特に制限されず、例えば、各種の金属元素の単体や、これらの元素と他の１種以上の元素とからなる合金等であってよい。金属の単体としては、例えば、典型的には、マグネシウム（Ｍｇ），アルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），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），ジルコニウム（Ｚｒ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），イリジウム（Ｉｒ），ビスマス（Ｂｉ），ニオブ（Ｎｉ），モリブデン（Ｍｏ），錫（Ｓｎ），タングステン（Ｗ）および鉛（Ｐｂ）等が例示される。もちろん、ここに例示された以外の元素の含有は、当然のものとして許容される。

また、合金としては、具体的には、一例として、Ｃｕ−Ａｌ合金，Ｃｕ−Ａｌ−Ｆｅ合金，Ｃｕ−Ｎｉ合金，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｉｎ合金等に代表される銅合金、Ｎｉ−Ａｌ合金，Ｎｉ−Ｃｒ合金（例えば、Ｎｉ−２０Ｃｒ合金、Ｎｉ−５０Ｃｒ合金、インコネル６００，インコネル６２５，インコネル７１８，インコネルＸ７５０等のインコネル），Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金（例えばインコロイ），Ｎｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金，ハステロイ（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ合金，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ合金），Ｎｉ−Ｃｕ合金（例えば、モネル）等に代表されるニッケル合金、コバルトを主成分とし、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｗ合金（例えば、ステライト），Ｃｏ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｗ−Ｃ合金，Ｃｏ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｓｉ合金，Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｙ合金等に代表されるコバルト合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ合金，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ合金等に代表されるＮｉ自溶合金、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃに代表されるＣｏ自溶合金、Ａｌ−Ｃｕ合金，Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金，Ａｌ−Ｍｇ合金等に代表されるアルミニウム合金、Ｆｅ−３６Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等に代表されるインバー合金、Ｆｅ−２９Ｎｉ−１７Ｃｏ合金等に代表されるコバール合金、マルエージング鋼に代表される低炭素鋼、炭素鋼、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３１６Ｌ，ＳＵＳ４１０，ＳＵＳ４２０Ｊ２，ＳＵＳ４３１，ＳＵＳ６３０等に代表されるステンレス鋼、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖに代表されるチタン合金等が挙げられる。なお、ここでいう合金とは、上記の金属元素と、他の１種以上の元素からなり、金属的な性質を示す物質を包含する意味であって、その混ざり方は、固溶体、金属間化合物およびそれらの混合のいずれであってもよい。さらに、上記に例示された組成系に他の元素が添加されていてもよい。
以上の金属および合金は、いずれか１種が単独で含まれていてもよいし、２種以上が組み合わされて含まれていてもよい。

（無機材料）
無機材料は、本質的に無機材料を含む。無機材料を含む粉末は、典型的には、主成分として無機材料を含む。ここでいう主成分とは、当該無機材料含有粉末の６０質量％以上を占める成分を意味する。無機材料含有粉末は、好ましくは７０質量％以上、より好ましくは７５質量％以上、特に好ましくは８０質量％以上（典型的には９０質量％以上）が無機材料からなることが好ましい。無機材料は、典型的にはセラミックを含む。

セラミックとしては、例えば、各種金属の酸化物からなるセラミック（酸化物系セラミック）材料であってもよいし、炭化物、ホウ化物、窒化物、アパタイト（リン酸塩）等の非酸化物からなるセラミック材料であってよい。
ここで、酸化物系セラミックとしては、特に限定されることなく各種の金属の酸化物とすることができる。かかる酸化物系セラミックを構成する金属元素としては、例えば、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等の半金属元素、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等の典型元素、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の遷移金属元素、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｒ）、ルテチウム（Ｌｕ）等のランタノイド元素から選択される１種または２種以上が挙げられる。なかでも、Ｍｇ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｅｒから選択される１種または２種以上の元素であることが好ましい。

酸化物系セラミックとして、より具体的には、例えば、アルミナ、ジルコニア、イットリア、クロミア、チタニア、コバルタイト、マグネシア、シリカ、カルシア、セリア、フェライト、スピネル、ジルコン、酸化ニッケル、酸化銀、酸化銅、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化ストロンチウム、酸化スカンジウム、酸化サマリウム、酸化ビスマス、酸化ランタン、酸化ルテチウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、マンガン酸化物、酸化タンタル、酸化テルピウム、酸化ユーロピウム、酸化ネオジウム、酸化スズ、酸化アンチモン、アンチモン含有酸化スズ、酸化インジウム、スズ含有酸化インジウム、酸化ジルコニウムアルミネート、酸化ジルコニウムシリケート、酸化ハフニウムアルミネート、酸化ハフニウムシリケート、酸化チタンシリケート、酸化ランタンシリケート、酸化ランタンアルミネート、酸化イットリウムシリケート、酸化チタンシリケート、酸化タンタルシリケート等が挙げられる。

また、非酸化物系セラミックとしては、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化クロム（ＣｒＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化モリブデン（Ｍｏ_２Ｃ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（ＢＣ）などの炭化物、ホウ化チタン（ＴｉＢ_２），ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ_２），ホウ化タンタル（ＴａＢ_２）、ホウ化ハフニウム（ＨｆＢ_２）、ホウ化クロム（ＣｒＢ_２，ＣｒＢ），ホウ化タングステン（ＷＢ），ホウ化モリブデン（ＭｏＢ）などのホウ化物、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物、フオルステライト、ステアタイト、コーディエライト、ムライト、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、サイアロン等の複合化物、ハイドロキシアパタイト、リン酸カルシウム等のリン酸化合物等が挙げられる。

以上のセラミックは、上記以外の他の元素が含まれていてもよい。また、これらのセラミックは、いずれか１種の単体であってもよいし、２種以上が組み合わされていてもよい。例えば、２種以上のセラミックが含まれる場合には、その一部または全部が複合化物を形成していてもよい。このような複合化されたセラミックの例としては、例えば、具体的には、イットリア安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、ガドリニウムドープセリア、ランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛や、上記のサイアロン、上記複合酸化物等が挙げられる。

（サーメット）
なお、上記の金属材料および無機材料は、サーメットを構成していてもよい。例えば、サーメットは、硬質相として上記のセラミック粉末を用い、結合材（金属相）として上記の金属粉末を用い、これらを混合して焼結することで用意することができる。サーメットを構成する材料は特に制限されないが、セラミックス成分としては、例えば、アルミナ等の酸化物系セラミックス、炭化タングステン，炭化チタン等の炭化物系セラミックスや、窒化チタン，炭窒化チタン等の窒化物系セラミックス、ホウ化チタン，ホウ化ジルコニウム，ホウ化タンタル、ホウ化ハフニウム、ホウ化クロム，ホウ化タングステン，ホウ化モリブデン等に代表されるホウ化物系セラミックスなどの硬質材料を好ましく用いることができる。また、金属成分としては、例えば、ニッケル，コバルト、モリブデン等を好ましく用いることができる。これらの材料の混合および焼結に際しては、公知のスプレードライ法等を利用することで、サーメットを含む粉末を好適に用意することができる。

ここで、サーメットにおける硬質相と金属相との割合は特に制限されない。例えば、サーメット全体（硬質相と金属相の合計）に占める金属相の割合は、１０質量％以上、例えば、１５質量％以上８５質量％以下とすることができる。このことにより、十分に溶融し難い硬質相の表面に金属相が好適に濡れ広がり、緻密な造形の可能な造形用材料を得ることができる。金属相の割合は、所望の造形物の物性に応じて適宜調整することができるものの、例えば、２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましく、３０質量％以上が特に好ましい。しかしながら、金属相が多すぎると、セラミックを含む硬質相の特徴が損なわれ得るために好ましくない。そこで、金属相の割合は、８５質量％未満に規定している。金属相の割合は、所望の造形物の物性に応じて適宜調整することができるものの、８０質量％以下が好ましく、７５質量％以下がより好ましく、７０質量％以下が特に好ましい。

（樹脂材料）
また、ここに開示される造形用材料は、上記の金属材料および無機材料の他に、樹脂材料を含むことができる。樹脂材料としては各種の材料を考慮することができ、例えば、造形を目的として含まれる造形成分と、バインダ機能を目的として含まれるバインダ成分とを考慮することができる。

（造形成分）
造形成分として用いる樹脂材料は、造形により得られる造形物において、造形物に所望の特性を付与する機能性材料としての役割を有するとともに、粉末を結合するバインダとしての役割をも担うことができる。このような樹脂材料としては特に制限されず、所望の特性等に応じて各種の樹脂材料を適宜選択して用いることができる。例えば、具体的には、加熱による形成を好適に行える、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等を用いることができる。

熱可塑性樹脂としては、加熱により成形できる程度の熱可塑性が得られる合成樹脂を広く制限なく包含し得る。本明細書において、「熱可塑性」とは、可逆的に、加熱すると軟化して塑性変形が可能となり、冷却すると可逆的に硬化する性質である。一般に、線状あるいは分枝状の高分子からなる化学構造を有する樹脂を考慮することができる。具体的には、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ），ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ），ポリスチレン（ＰＳ），熱可塑性ポリエステル，アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ），アクリロニトリル・スチレン（ＡＳ），ポリメチルメタアクリル（ＰＭＭＡ），ポリビニルアルコール（ＰＶＡ），ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ），ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），酢酸ビニル等の汎用樹脂、ポリアミド（ＰＡ），ポリアセタール（ＰＯＭ），ポリカーボネート（ＰＣ），ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ），変性ポリフェニレンエーテル（ｍ-ＰＰＥ；ｍ−ＰＰＯともいう。），ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ），超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰＥ），ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のエンジニアリング・プラスチック、ポリスルフォン（ＰＳＦ），ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ），ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ），ポリアリレート（ＰＡＲ），ポリアミドイミド（ＰＡＩ），ポリエーテルイミド（ＰＥＩ），ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ），ポリイミド（ＰＩ），液晶ポリマー（ＬＣＰ），ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のスーパーエンジニアリング・プラスチック等が例示される。これらはいずれか１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いるようにしても良い。

熱硬化性樹脂としては、加熱すると重合を起こして高分子の網目構造を形成し、硬化して元に戻らなくなる合成樹脂を広く制限なく包含し得る。本明細書において、「熱硬化性」とは、加熱によって重合体中で反応が進行し、橋かけがおこって網状構造が形成され、硬化する性質である。具体的には、例えば、フェノール樹脂（ＰＦ），エポキシ樹脂（ＥＰ），メラミン樹脂（ＭＦ），尿素樹脂（ユリア樹脂、ＵＦ），不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ），アルキド樹脂，ポリウレタン（ＰＵＲ），熱硬化性ポリイミド（ＰＩ）等が例示される。この熱硬化性樹脂としては、例えば、低分子単量体の混合物の状態であっても良いし、ある程度まで重合が進行した高分子であってもよい。これらは、いずれか１種を単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて（ブレンドを含む）用いるようにしても良い。

（バインダ成分）
バインダ成分としては、軟化または溶融することで粘性を帯び、再び硬化することで結着性（バインダ性能）を示す各種の樹脂材料を用いることができる。このような樹脂材料は特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

これらの樹脂材料は、上記の金属材料および／または無機材料からなる粉末の表面をコーティングするように含まれてもよいし、粉末状の樹脂粒子が上記の粉末中に混在していたりまたは一体化されていてもよい。

（粗大粒子割合）
上記粉末は、粒子径が４５μｍを超える粒子の積算質量（質量割合）が全体の０．５質量％以上である。これにより、粉末を全体として、粉末積層造形に適したある程度大きな粒子を含むものとして把握することができる。この粒子径が４５μｍを超える粒子の割合は、１質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましく、１０質量％以上が特に好ましい。造形精度向上の観点からは、４５μｍを超える粒子の割合は、例えば、４５質量％以下とすることがよい。

なお、この４５μｍを超える粒子の割合は、目開き４５μｍのふるいを用いたふるい分け試験により好ましく把握することができる。ふるい分け試験は、例えば、ＪＩＳＺ８８１５：１９９４に規定される乾式ふるい分けに準じて実施することができる。

（平均粒子径）
上記粉末の平均粒子径は特に制限されず、例えば、使用する粉末積層造形装置の規格に適した大きさとすることができる。例えば、粉末積層造形における一層分の造形用材料の供給に適した大きさであり得る。粉末の平均粒子径の上限は、より大きいものとする場合には、例えば、１３０μｍ超過とすることができるが、典型的には１３０μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは７５μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下、特に好ましくは４５μｍ以下、例えば４０μｍ以下とすることができる。この粉末は、平均粒子径が小さくなるにつれて、例えば粉末積層造形装置の造形槽内での充填率が向上し得る。その結果、造形される三次元造形物の緻密度を好適に増すことができる。また、造形される三次元造形物の表面粗さ（Ｒａ）を小さくできるとともに、寸法精度を向上させるという効果を得ることもできる。

また、粉末の平均粒子径の下限は、造形用材料の流動性に影響を与えない範囲であれば特に制限されない。必ずしもこれに限定されるものではないが、後述の２０μｍ以下の粒子の数を制限するとの観点から、平均粒子径は、例えば、２３μｍ以上が好ましく、さらには２５μｍ以上が好ましく、例えば３０μｍ以上等とすることができる。平均粒子径を比較的大きくすることで、例えば、造形物を形成する際のハンドリングや造形用材料の流動性を全体として高めることができる。その結果、造形装置への造形用材料の供給を良好に実施することができ、作製される三次元造形物の仕上がりが良好となるために好ましい。なお、ここでいう流動性とは、主に、移送性、施工性（敷き詰め性）を意図している。粉末がこのような平均粒子径を有することで、粒子径が４５μｍを超える粒子の割合について、上記の要件を容易に満たすことができる。

なお、上記粉末についての「平均粒子径」は、特筆しない限り、レーザ回折・散乱法に基づく粒度分布測定装置により測定される体積基準の粒度分布における累積５０％における粒子径（５０％体積平均粒子径；Ｄｖ５０％）とすることができる。

（微細粒子の個数割合）
そしてここに開示される粉末は、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が２０μｍ以下の粒子の数が全体の１５個数％以下に規定されている。こ発明者らの検討によると、一般的な粒度調整を施され、粒子径が４５μｍを超える粒子の割合が０．５質量％以上との要件を満たすような各種の粉末においては、粒子径が２０μｍ以下程度の粒子がより粗大な粒子と接触したときに、当該粗大な粒子間に挟み込まれるなどして、粗大粒子が流動しようとしたときにその動きを阻害し易くなると考えられる。したがって、流動性の低下に大きな影響を及ぼし得る２０μｍ以下の微細な粒子の数を１５個数％以下に制限することで、粉末の流動性を確実かつ飛躍的に高めることができる。２０μｍ以下の微細な粒子の個数は、１２個数％以下が好ましく、１０個数％以下がより好ましく、８個数％以下がさらに好ましく、５個数％以下が特に好ましく、例えば３個数％以下とすることができる。

なお、この粒子径が２０μｍ以下の粒子は、上記のふるい分け試験のときには、より粗大な粒子の表面に付着する等して分級され難いレベルの粒子である。また、かかる微小な粒子は、上述のレーザ回折・散乱法やふるい分け試験等のように体積基準および質量基準で評価すると、その寸法が微小であるが故に頻度（体積および質量等）が無視し得るほどに小さく計測される。そこで、ここに開示される技術においては、電子顕微鏡観察に基づいて、かかる粒子径が２０μｍ以下の微細な粒子を、その数で把握するようにしている。

なお、参考までに、一般的な粒度調整が施され、粒子径が４５μｍを超える粒子の割合が０．５質量％以上との要件を満たすような各種の粉末において、２０μｍ以下の微細な粒子は、例えば約５体積％以下であったり、５質量％以下であったりし得る。これに対し、２０μｍ以下の微細な粒子を個数基準で評価すると、その割合は、おおよそ２０〜５０個数％という高い割合になり得る。この点において、ここに開示される造形用材料は、従来の一般的な粒度調整を施された粉末と明確に区別される。

なお、粒子径が２０μｍ以下の粒子についての「粒子径」は、一般的な電子顕微鏡による観察に基づき測定される粒子径である。本明細書においては、倍率が２００倍の観察像を基に測定される円相当径を採用している。電子顕微鏡としては特に制限されないが、この種の分析に汎用されている走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、マイクロスコープ等を使用することができる。円相当径の算出に際しては、例えば、適切な画像解析ソフトを利用してもよい。

また、電子顕微鏡観察に基づいて粒子径が２０μｍ以下の粒子の個数を、厳密にすべて測定するのは困難であり、過度な負担となり得る。さらに、使用する電子顕微鏡や観察像の解像度等によってカウントできる粒子の大きさの下限にバラつきが生じるのは好ましくない。そして粒子径が２０μｍ以下の粒子であっても、十分に微小な粒子については、粗大な粒子の流動を阻害する作用が小さいと考えられる。したがって、例えば上記のとおり倍率が２００倍の観察像を用いて粒子径が２０μｍ以下の粒子の個数を計測する場合、例えば、粉末を構成する粒子のうち、粒子径が１μｍ以上のものを計測の対象とすることができる。また、２０μｍ以下の粒子の個数をカウントする場合も、粒子径が１μｍ以上の粒子を確認できる程度の解像度の観察像を使用することができる。

以上の造形用材料は、典型的には、原料としての金属および／またはセラミックを含む粉末の粒度を適切に調整することで用意することができる。ここで、原料としての粉末の製造方法は特に制限されないが、粉末の外形は製造方法によって特徴的であり得る。一般に、球形化処理が施されていない金属またはセラミックは、その製造方法に由来していびつな形状を有しやすい傾向がある。例えば、粉末の工業的な製造方法として、代表的には、粉砕法、プラズマアトマイズ法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、パウダースプレー法および造粒法等が挙げられる。これらのうち、プラズマアトマイズ法は概ね球形に近い粒子が得られるものの、比較的コストが高いという欠点がある。その他の各粉末製造方法では、比較的低コストであるという利点があるものの、いびつな形状の粉末が得られ易い。とりわけ、粉砕物であるセラミック粉末を含む場合は、結晶面に沿って破砕されているためにその傾向が強くなる。また、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法等により製造された金属粉末を含む場合は、勾玉状の粒子が形成されたり、粗大粒子の表面に微小な粒子が強固に付着した形状の粒子が形成されたりする。その結果、粉末の流動性は相対的に低減される。しかしながら、ここに開示される技術によると、上記のとおりの粒度調整により、かかる形態が非球形の粒子からなる粉末においても、好適にその流動性を高めることができる。かかる観点において、ここに開示される造形用材料は、プラズマアトマイズ法により製造された粉末はもちろんのこと、粉砕法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、パウダースプレー法および造粒法により製造された粉末についても好ましく対象とすることができる。

（造形用材料の製造方法）
本実施形態における造形用材料は、上述のように、例えば一般的な粉末材料や、積層造形用粉末として提供されている造形用材料等をより適切に粒度調整することで用意することができる。粒度調整の手法としては、例えば、まず、所望の組成からなる粉末を含む原料粉末を用意する。このとき、原料粉末は、粒子径が４５μｍを超える粒子の積算質量が概ね全体の０．５質量％以上となるように予備的に粒度調整を施しておいてもよい。かかる粒子の割合が元から概ね全体の０．５質量％以上である原料粉末を入手した場合は、特に予備調整の必要はない。次いで、この原料粉末から、粒子径が２０μｍ以下の微細な粒子を除去する分級を実施する。これにより、上記のとおり、２０μｍ以下の粒子の割合が１５個数％以下となるように分級することができる。

分級（微細粒子の除去）の方法は等に制限されず、例えば、湿式法または乾式法のいずれであっても採用することができる。さらに、具体的な分級方法としては、例えば、重力による粒子の落下速度や落下位置の違いを利用する分級手法や、粉体を含む流体を旋回させて遠心力を作用させることを利用する分級手法などを好ましく採用することができる。例えば、一例として、粗大粒子に対しては遠心力を強く作用させ、微細粒子に対しては遠心力を抑制させて、両者を臨界粒子径にて分級する遠心分級法や、上述の遠心力と慣性力とを組み合わせた慣性分級方式等を採用することができる。なお、この分級工程においては、上記のとおり、２０μｍ以下の微細な粒子を選択的に除去するとの目的をもって、種々の分級条件を制御することができる。これにより、ここに開示される造形用材料を得ることができる。

（三次元造形物の製造方法）
以上のようにして得られた造形用材料は、各種の粉末積層造形に適用することができる。そこで、ここに開示される三次元造形物の製造方法の好適例として、レーザ選択焼結法（ＳＬＳ）を主として採用した場合を例に、粉末積層造形について説明する。
ここに開示される三次元造形物の製造方法は、一般的に、以下の工程を含む。
（１）粉末積層造形装置の造形槽への造形用材料の供給
（２）造形用材料の薄層の形成
（３）造形用材料の結合
（４）上記工程（１）〜（３）の繰り返し

図３は粉末積層造形のための積層造形装置の簡略図の一例を示している。積層造形装置は、大まかな構成として、粉末積層造形が行われる空間である造形槽１０と、造形用材料１を貯留するとともに造形用材料１を造形槽に供給する供給装置２０と、造形用材料１を固化するための固化手段（レーザ発振器等のエネルギー供給手段）３０と、を備えている。造形槽１０は、典型的には、外周が囲まれた造形空間内に、昇降可能な昇降テーブル１２を備えている。造形槽１０の上端が造形面に一致する。昇降テーブル１２は、造形面に対して所定厚みΔｔ１ずつ下方に移動することができ、この昇降テーブル１２上に目的の造形物を造形してゆく。供給装置２０は、長尺で断面が略Ｖ字型の粉末収容部を備えており、粉末収容部の下端にスリット状の粉末供給口が設けられている。また、供給装置２０の下面には、造形槽１０への造形用材料の供給を補助するスキージブレード２２が長手方向に沿って備えられている。供給装置２０は、造形槽１０の上端の枠部上に、造形槽１０を跨ぐように水平に配置され、供給装置２０の長手方向に直交する一の方向に往復移動が可能なように移動手段（図示せず）が備えられている。

１．造形用材料の供給
このような積層造形装置では、昇降テーブル１２を造形面より所定厚みΔｔ１だけ下げた状態で造形槽１０へ造形用材料１を供給することで、所定厚みΔｔ１分の造形用材料層４０を用意することができる。具体的には、供給装置２０は、造形槽１０の上方を水平に移動しながら、供給口から造形用材料１を落下させる。これにより、造形槽１０内の昇降テーブル１２上に造形用材料１が供給される。

２．造形用材料層の形成
また、造形用材料１の供給と並行して、あるいはその後に、供給装置２０の下面に備えられたスキージブレード２２が、昇降テーブル１２上に供給された造形用材料１を平坦に均す。これにより、表面が平坦に均された造形用材料層４０を用意することができる。

３．造形用材料の結合
そして、例えば、形成された第１層目の造形用材料層４０に対し、固化手段３０によって熱源や固化組成物等（以下、エネルギー等という。）を供給する。このエネルギー等は、第１層目のスライスデータに対応した固化領域にのみ供給する。これにより、造形用材料１を所望の断面形状に溶融および／または焼結させ、第１層目の粉末固化層（４０）を形成することができる。

４．繰り返し積層造形
この後、昇降テーブル１２を所定厚みΔｔ１だけ下げて再度造形用材料を供給し、スキージブレード２２で均すことで第２層目の造形用材料層４０を形成する。そしてこの造形用材料層４０の第２層目のスライスデータに対応した固化領域にのみ、固化手段３０を介してエネルギー等を与えて造形用材料を固化させる。これにより第２層目の粉末固化層を形成する。このとき、第２層目の粉末固化層と、下層である第１層目の粉末固化層とが一体化されて、第２層目までの積層体４２が形成される。

引き続き、昇降テーブル１２を所定厚みΔｔ１だけ下降させて新たな造形用材料層４０を形成する。そして引き続き、固化手段３０を介して所要箇所にエネルギー等を供給する。これらの工程を繰り返すことで、粉末固化層が一体化された積層体４２として、目的の三次元造形物を製造することができる。

なお、造形用材料を固化するための手段としては、例えば、インクジェットにより造形用材料を固化するための組成物を噴射する方法や、レーザにより熱を与えて造形用材料を溶融固化する方法、または造形用材料が光硬化の性質をもつものであれば、その光硬化の特性に合わせて紫外線の照射等が選択される。より好ましくは、造形用材料を溶融固化する方法であり、例えば、具体的には、造形用材料を固化するための手段がレーザの場合は、例えば炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザを公的に用いることができる。なお、造形用材料を固化するための手段がインクジェットによる組成物の噴射である場合は、硬化剤としてポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸誘導体、ポリアミド等を含む組成物や、例えば重合開始剤等を含む組成物、水、これらの混合物等を使用することができる。さらに、造形用材料として光硬化の性質を持つものを使用する場合は、紫外線の波長領域を持つエキシマレーザ（３０８ｎｍ）、Ｈｅ−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）、Ａｒレーザ（３５１〜３４６ｎｍ）、可視光硬化樹脂を使用する場合はＡｒレーザ（４８８ｎｍ）等を使用することができる。つまりは、使用する造形用材料の特性に応じて、適切な造形用材料を固化するための手段を選択することがよい。

ＳＬＳ法とは、三次元ＣＡＤ等から作成したスライスデータに基づき、造形用材料を堆積させた粉末層にレーザ光を走査させ、粉末層を所望形状に溶融・凝固する操作を、１断面（１スライスデータ）ごとに繰り返して積層させることで三次元的な構造体を造形する技術である。また、ＥＢＭ法とは、同様に三次元ＣＡＤ等から作成したスライスデータを基に、電子ビーム用いて上記粉末層を選択的に溶融・凝固させ、積層することで３次元的な構造体を造形する技術である。いずれの技術においても、構造体の原料である造形用材料を所定の造形位置に供給するという工程を含む。特に、ＳＬＳ法やＥＢＭ法においては、構造体を造形する造形エリア全体に、造形用材料を１断面厚さに対応する厚みで、均一に薄く堆積する平坦化工程を繰り返す必要がある。この造形用材料の平坦化工程において、造形用材料の流動性は重要なパラメータであり、作製する三次元造形物の仕上がりに大きく影響する。それに対して、本発明における粉末積層造形に用いる造形用材料は、流動性が良好であることから、仕上がりの良好な三次元造形物を作製できる。

［実施例］
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明を以下の実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

積層造形用粉末として市販されている、ＳＵＳ３１６Ｌからなる造形用粉末を４種類用意した。これらの造形用粉末は、いずれもガスアトマイズ法で製造されており、所定の金属３Ｄプリンタ用に粒度が調整されたものである。以下、この入手したままの造形用粉末を、原料粉末という場合がある。

また、用意した４種類の造形用粉末のそれぞれについて、分級処理条件を調整しながら分級を行い、２０μｍ以下の粒子を除去する処理を施し、処理済みの造形用粉末を得た。分級処理は、高速旋回気流中に粉末を供給することにより粗粉と細粉とをその重力差を利用して分離する気流分級機（試作機）を用いた。

以上の、入手したままの各粉末（原料粉末）と処理後の粉末とのそれぞれについて、以下の試験及び評価を行い、その結果を下記の表１に示した。

先ず、各粉末について、レーザ回折／散乱式粒度測定器（株式会社堀場製作所製、ＬＡ−３００）を用いて粒度を測定した。そしてこれにより得られた体積基準に基づく累積５０％粒径（Ｄｖ５０％）および累積３％粒径（Ｄｖ３％）を調べた。なお、ここでいう累積３％粒径とは、体積基準の粒度分布において、粒子径の小さい側から数えて３体積％目に位置する粒子の粒子径を意味する。

次いで、各粉末を１００ｇずつ用意し、目開き４５μｍのステンレスふるいを用いてふるい分けした後、ふるい上に残った粉末の質量を測定することで、粒子径が４５μｍを超える粒子の割合（質量％）を算出した。なお、ステンレスふるいとしては、ＪＩＳＺ８８０１−１:２００６の規定に適合する試験用ふるいを使用した。

また、各粉末についてＳＥＭ観察を行い、倍率が２００倍の画像において粒子径が２０μｍ以下でかつ１μｍ以上の粒子の数と、粒子径が２０μｍを超える粒子の数とを数え、粒子全体に占める粒子径が２０μｍ以下の粒子の数の割合を算出した。参考のために、図１および図２に、平均粒子径（Ｄｖ５０％）が４１．２μｍの原料粉末（比較例３）と、その分級処理後の粉末（実施例３）のＳＥＭ像をそれぞれ例示した。なお、粒子径の測定には、粉末を構成する各粒子が重ならないように分散させた状態の観察像を用意し、画像解析ソフト（ＭｅｄｉａＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製、Ｉｍａｇｅ−Ｐｒｏ）を用い、粒子１つの面積値から算出される同面積の円の直径（円相当径）を採用した。

さらに、原料粉末と処理後の粉末とのそれぞれについて、施工性および流動性の評価を行い、その結果を下記の表１に併せて示した。

まず、施工性の評価は、粉末積層造形装置を用い、造形テーブルに各粉末を供給して得られた粉末層の表面を観察することで行った。具体的には、三次元粉末光造形装置として、レーザ焼結型の三次元粉末光造形装置（株式会社松浦機械製作所製、ＬＵＭＥＸＡｖａｎｃｅ−２５）を用い、造形槽の上方に渡し架けられたライン状の粉末供給装置に、各粉末を所定量貯留した。この粉末供給装置は、下部に設けられた供給口から貯留している粉末を順次落下させながら、造形槽の上方を水平方向に移動し、造形槽の上方を横断する。また同時に、供給装置には、供給口の移動方向の前方および後方にスキージブレードが設けられており、供給装置が移動することで、造形槽に供給した粉末をこのスキージブレードによって平坦化する。そこで、粉末の供給条件を、供給装置の移動およびスキージ速度を１ｍ／分とし、粉末の供給厚みを０．５ｍｍとして、造形槽内の造形テーブル上に各粉末を供給した。

また、このようにして得られた粉末層の表面を目視で観察し、スキージング方向に線状の擦り後が形成されているかどうかを観察した。その結果を、表面に擦り後が見られなかった場合を○とし、擦り後が見られた場合を×として表１に示した。

また、供給装置における流動性を評価するために、ＪＩＳＺ２５０２：２０１２に規定される「金属粉−流動度測定方法」に準じて、粉末の流動度を測定した。具体的には、試験用の漏斗を漏斗支持器に固定し、オリフィスを塞いだ状態で５０ｇの粉末を漏斗に供給した。その後、オリフィスを解放し、粉末がオリフィスから全て流れ出るかどうかを確認した。その結果、粉末が全て流れ出た場合を「流れる」とし、粉末が全く流れ出ない場合を「流れない」と評価し、表１に示した。

［評価］
表１に示されるように、原料粉末（未処理の粉末）には、粒子径が２０μｍ以下の微細粒子が、その平均粒子径にもよるものの、全体の約２０〜４５個数％という高い割合で含まれていることが確認できた。これらの微細粒子は、図１のＳＥＭ観察像において、粗大な粒子の間に見えるごく小さな粒子に相当する。これらの微細粒子は、体積割合では極少量に過ぎないが、個数としてカウントすると想像以上に多数にのぼることがわかる。なお、ここで用いた原料粉末は、ガスアトマイズ法により製造された比較的低コストな粉末である。この粉末においては、粗大粒子の表面に相対的に小さな粒子が結合一体化されていることが確認できるが、この小さな粒子は溶融状態で粗大粒子と一体化されて固化したものである。

これに対し、処理後の粉末については、分級処理によって２０μｍ以下の粒子が１０個数％未満と、高精度に除去されていることが確認できる。この微細粒子の除去は、図２のＳＥＭ観察像において、粗大な粒子の間にごく小さな粒子がほぼ見られなくなっていることからも確認できる。この分級処理により、処理後の粉末は、平均粒子径（Ｄｖ５０％）が若干（約０．５〜３μｍ）大きくなることが確認できる。また、累積３％粒子径（Ｄｖ３％）は、Ｄｖ５０％よりも相当粒子径が大きくなる度合いが高い（約１．３〜３．７μｍ）ことが確認できる。この傾向は、平均粒子径が２５．２μｍ（比較例１）〜４６．０μｍ（比較例４）が大きく異なっても共通することが確認できた。

なお、ふるい分けにより目開き４５μｍのふるい上に残った粒子の割合は、比較例４と実施例４と比較すると、２０μｍ以下の粒子を除去する処理を施した実施例４の方が多くなっている。しかしながら、２０μｍ以下の粒子の割合が多い比較例１〜３の粉末については、処理後の実施例１〜３の粉末の方が、ふるい上粒子の割が少なくなるという結果であった。これは、通常の粉末（比較例１〜３）において２０μｍ以下の粒子の割合が多いと、ふるい分けの際にかかる微細粒子が相対的に粗大な粒子に付着（上記の一体化された粒子とは区別される。）して、全体（粗大粒子と微細粒子との凝集粒子）として目開き４５μｍのふるいを通過できない頻度が高くなったことが考えられる。これに対し、２０μｍ以下の粒子を除去する処理を施すことで、処理後の粉末（実施例１〜３）は、粗大粒子が本来の大きさで存在することができ、目開き４５μｍのふるいを通過する頻度が高まったものと推察される。

そして、施工性については、原料粉末を用いた場合は全ての例（比較例１〜４）で粉末層の表面にスジが確認できたものの、処理後の粉末を用いた場合は全ての例（実施例１〜４）で粉末層の表面にスジが確認できなかった。このことから、２０μｍ以下の粒子を厳密に除去する分級によって、粉末積層造形の精度が高められることが確認できた。

また、流動性についても、原料粉末を用いた場合は全ての例（比較例１〜４）で漏斗から粉末が流出されなかったのに対し、処理後の粉末を用いた場合は全ての例（実施例１〜４）で粉末がオリフィスをスムーズに通過して漏斗から流出することが確認できた。このことから、２０μｍ以下の粒子を厳密に除去する分級によって、例えば漏斗のような先すぼみの形状を通過する際の詰まりや引っ掛かりが抑制され、粉末の流動性が著しく高められることが確認できた。

以上の結果は、原料粉末の平均粒子径に因ることなく、２０μｍ以下の粒子を厳密に除去することにより達成されている。これは、粉末の流動性に関して、ちょうど２０μｍ以下あるいはこの近傍の大きさの粒子が、より大きな粒子を絡み合わせるトリガーとして作用していると考えられる。そのため２０μｍ以下の粒子の割合を１５個数％以下に抑えることで、造形用材料の流動性および施工性を好適に改善できたと考えられる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、種々の改変が可能であることはいうまでもない。なお、具体的には示さないが、造形用材料としてＳＵＳ鋼以外の金属粉末や、セラミック粉末を用いた場合、あるいはこれに樹脂材料が添加された場合についても、上記と同様に造形用材料を構成することで本技術の効果が発揮されることは、当業者であれば十分に理解できる。また、かかる造形用材料を用いて粉末積層造形により造形物を、高精度および／高速度で造形し得ることも理解され得る。ここに開示される技術の本質とその利点については、様々な態様を含めて実現し得ることを当業者は理解できる。

１０造形槽
１２昇降テーブル
２０供給装置
２２スキージブレード
３０固化手段
４０造形用材料層
４２積層体

Claims

粉末積層造形に用いる造形用材料であって、
金属粉末（ただし、造粒粉末を除く。）で構成されており、
前記金属粉末は、レーザ回折・散乱法に基づく体積基準の平均粒子径が２０μｍ以上１３０μｍ以下であり、
前記金属粉末において粒子径が４５μｍを超える粒子の積算質量が全体の０．５質量％以上４５質量％以下であり、
電子顕微鏡観察に基づく粒子径が２０μｍ以下の粒子の数が全体の１５個数％以下である、造形用材料。
前記金属粉末は、レーザ回折・散乱法に基づく体積基準の平均粒子径が２０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の造形用材料。
前記金属粉末は、粉砕法、プラズマアトマイズ法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、およびパウダースプレー法からなる群から選択されるいずれか１種の方法で製造されている、請求項１または２に記載の造形用材料。