JP7035650B2 - 立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、及び立体造形物の製造プログラム - Google Patents

Description

本発明は、立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、及び立体造形物の製造プログラムに関する。

粉末積層造形法は、粉末状の材料に対し、レーザなどの電磁照射源による融解やバインダー樹脂による接着で一層ずつ一体化させて層状造形物を造形し、その層状造形物を積層して立体造形物を製造する方法である。

電磁照射源による方法としては、例えば、選択的にレーザ光を粉末材料に照射することにより粉末材料を融解して一体化させ、立体造形物を製造するＳＬＳ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｌａｓｅｒ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）方式などが知られている。一方、バインダー樹脂による方法としては、例えば、バインダー樹脂を含むインクをインクジェット等の方法により粉末材料に吐出して一体化させ、立体造形物を製造するバインダージェット（Ｂｉｎｄｅｒ Ｊｅｔｔｉｎｇ）方式などが知られている。

このバインダージェット方式で製造する立体造形物の品質を向上させるため、様々な提案がされている。例えば、立体造形物の外表面を滑らかにして寸法精度を向上する目的で、造形領域と非造形領域にそれぞれ別種の熱硬化性樹脂含有インクを吐出する製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

本発明は、立体造形物を造形するための液の吐出安定性を高めることができ、かつ立体造形物の寸法精度及び余剰粉除去効率を向上できる立体造形物の製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造方法は、造形用粒子、第１の樹脂及び第２の樹脂を含む粉体層を形成する形成工程と、前記第１の樹脂を溶解可能な第１の液を前記粉体層の造形領域に吐出して固化する第１の固化工程と、前記第２の樹脂を溶解可能な第２の液を前記造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する第２の固化工程と、を含む。

本発明によれば、立体造形物を造形するための液の吐出安定性を高めることができ、かつ立体造形物の寸法精度及び余剰粉除去効率を向上できる立体造形物の製造方法を提供することができる。

図１は、実施形態１における立体造形物の製造装置を示す概略平面図である。 図２は、図１に示した立体造形物の製造装置の概略側面図である。 図３は、図１に示した立体造形物の製造装置の造形部を示す概略断面図である。 図４は、実施形態１における立体造形物の製造装置を示すブロック図である。 図５Ａは、実施形態１での造形動作の流れを示す概略断面図である。 図５Ｂは、実施形態１での造形動作の流れを示す概略断面図である。 図５Ｃは、実施形態１での造形動作の流れを示す概略断面図である。 図５Ｄは、実施形態１での造形動作の流れを示す概略断面図である。 図５Ｅは、実施形態１での造形動作の流れを示す概略断面図である。 図６は、実施形態１における造形動作を示す説明図である。 図７は、実施形態２における造形動作を示す説明図である。 図８は、実施形態３における造形動作を示す説明図である。 図９は、実施形態４における造形動作を示す説明図である。 図１０は、実施形態５における造形動作を示す説明図である。 図１１は、実施形態３における造形動作を行う処理の流れを示すフローチャートである。

（立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、及び立体造形物の製造プログラム）
本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造プログラムを読み出して実行することで、本発明の立体造形物の製造方法を実行する装置として動作する。即ち、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法と同様の機能をコンピュータに実行させる本発明の立体造形物の製造プログラムを有する。
つまり、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法を実施することと同義であるので、本発明の立体造形物の製造装置の説明を通じて本発明の立体造形物の製造方法の詳細についても明らかにする。また、本発明の立体造形物の製造プログラムは、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の立体造形物の製造装置として実現させる。このため、本発明の立体造形物の製造装置の説明を通じて本発明の立体造形物の製造プログラムの詳細についても明らかにする。
なお、本発明の立体造形物の製造プログラムは、本発明の立体造形物の製造装置によって実行されることに限定されるものではない。例えば、本発明の立体造形物の製造プログラムは、他のコンピュータ又はサーバによって実行されてもよく、本発明の立体造形物の製造装置、他のコンピュータ、及びサーバのいずれかが協働して実行されてもよい。

本発明の立体造形物の製造装置は、造形用粒子、第１の樹脂及び第２の樹脂を含む粉体層を形成する形成手段と、第１の樹脂を溶解可能な第１の液を粉体層の造形領域に吐出して固化する第１の固化手段と、第２の樹脂を溶解可能な第２の液を造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する第２の固化手段と、を有する。
本発明の立体造形物の製造装置は、従来のバインダージェット方式の技術では、造形用インクが樹脂を含んでいるため粘度が高くなり、インクジェットの吐出安定性が低くなりやすいという知見に基づくものである。

本発明の立体造形物の製造方法は、立体造形物を造形する造形領域に第１の液、及び、造形領域に隣接する周縁の領域に第２の液を吐出することで、第１の液が造形領域からはみ出して浸透することを抑制するため、立体造形物の寸法精度を高めることができる。また、例えば、立体造形物を第１の樹脂で造形した場合には、立体造形物に隣接して固化されている第２の樹脂を第２の液で溶解させることにより、立体造形物の周りに付着する余剰粉体を一挙に除去できるため、外力印加で除去する場合と比べて余剰粉除去効率を向上できる。さらに、第１の液及び第２の液は、樹脂を含まないため粘度を低くすることができる。このため、本発明の立体造形物の製造装置は、粘度が低めの第１の液及び第２の液を吐出することから、吐出安定性を高めることができる。

本発明の立体造形物の製造装置は、形成手段と、第１の固化手段と、第２の固化手段とを有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。

＜形成手段＞
形成手段は、造形用粒子、第１の樹脂及び第２の樹脂を含む粉体層を形成する。
形成手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粉体を供給する機構と供給された粉体を均しながら層を形成する機構の組合せなどが挙げられる。

＜＜造形用粒子＞＞
造形用粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水及び有機溶媒に不溶な材質による粒子などが挙げられる。
水及び有機溶媒に不溶な材質としては、例えば、ステンレス、チタン、アルミニウム、磁性材料、ガラス、砂などが挙げられる。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。また、これらの中でも、発火性を有する造形用粒子としては、例えば、ステンレス、チタン、アルミニウムなどが挙げられる。

＜＜第１の樹脂及び第２の樹脂＞＞
第１の樹脂としては、例えば、水に可溶であり、かつ有機溶媒に不可溶な樹脂（以下、「水可溶・有機溶媒不溶樹脂」と称することがある）などが挙げられる。
水可溶・有機溶媒不溶樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、グルコースなどが挙げられる。
第２の樹脂としては、例えば、水に不可溶である、かつ有機溶媒に可溶な樹脂（以下、「水不溶・有機溶媒可溶樹脂」と称することがある）などが挙げられる。
水不溶・有機溶媒可溶樹脂とは、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ビフェニル、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。
有機溶媒としては、例えば、アセトン、エタノール、ベンゼン、クロロホルムなどが挙げられる。
なお、第１の樹脂及び第２の樹脂は、例えば、一方が水可溶・有機溶媒不溶樹脂であれば、他方が水不溶・有機溶媒可溶樹脂であればよいが、ここでは説明を容易にするため、第１の樹脂が水可溶・有機溶媒不溶樹脂、第２の樹脂が水不溶・有機溶媒可溶樹脂とする。

第１の樹脂及び第２の樹脂の少なくともいずれかが微粒子であることが好ましい。第１の樹脂及び第２の樹脂の少なくともいずれかが微粒子であると、造形用粒子の流動性を阻害しにくくなるため、粉体層を容易に形成することができる。また、第１の樹脂及び第２の樹脂の少なくともいずれかの微粒子を１種又は２種以上の造形用粒子に混合することにより、容易に粉体層の材料として用いることができるため、粉体層の材料のバリエーションを増やすことができる。

造形用粒子は、第１の樹脂及び第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われていることが好ましい。造形用粒子が第１の樹脂及び第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われていると、発火性を有する造形用粒子を用いる場合には、造形用粒子の大気曝露を防止することにより発火を抑制することができる。また、造形用粒子が第１の樹脂及び第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われていると、いずれかの液が吐出されたときに、造形用粒子同士が接着しやすくなるため、固化した状態の焼結させる前のグリーン体の機械的強度を向上させることができる。

造形用粒子の融点をＴｍとし、第１の樹脂及び第２の樹脂の熱分解開始温度をそれぞれＴｄ１及びＴｄ２としたとき、次式、Ｔｄ１＜０．８×Ｔｍ、かつ、次式、Ｔｄ２＜０．８×Ｔｍ、を満たすことが好ましい。これらの２つの式を満たすと、 造形物をＴｍ以上の温度で加熱したとき、第１の樹脂及び第２の樹脂が消失し、造形物の純度を向上 する点で有利である。

融点は、例えば、示差走査熱量測定を用いて測定することができる。
また、熱分解開始温度とは、熱分解が可能な最低温度を意味する。熱分解開始温度は、例えば、示差熱熱重量同時測定（ＴＧ-ＤＴＡ）により測定することができる。

＜第１の固化手段＞
第１の固化手段は、第１の樹脂を溶解可能な第１の液を粉体層の造形領域に吐出して固化する。なお、造形領域とは、立体造形物を造形する領域を意味する。
第１の固化手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、インクジェット方式の吐出ヘッドなどが挙げられる。

＜＜第１の液＞＞
第１の液としては、第１の樹脂を溶解可能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、例えば、水、架橋剤含有水、水系インクなどが挙げられる。

＜第２の固化手段＞
第２の固化手段は、第２の樹脂を溶解可能な第２の液を造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する。なお、隣接領域とは、造形領域に隣接する周縁の領域を意味する。
第２の固化手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、第１の固化手段と同様に、インクジェット方式の吐出ヘッドなどが挙げられる。

＜＜第２の液＞＞
第２の液としては、第２の樹脂を溶解可能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、例えば、エタノール、アセトン、クロロホルム、有機溶媒系インク、などが挙げられる。

隣接領域で固化した第２の樹脂のほうが、造形領域で固化した第１の樹脂よりも結着力が低いことが好ましい。第１の樹脂を固化させた立体造形物から隣接領域で固化した第２の樹脂を除去しやすい点で有利である。

各液の吐出のタイミングとしては、造形領域の周縁部に第１の液を吐出し、造形領域と隣接する側における隣接領域の周縁部に第２の液を吐出する場合には、第１の液及び第２の液を実質的に同時に吐出することが好ましい。第１の固化手段及び第２の固化手段は、実質的に同時に第１の液及び第２の液を吐出できれば、いずれかの液が粉体層の隣接領域に意図せず浸透することを抑制することができ、立体造形物の寸法精度を高めることができる。
また、実質的に同時としては、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、１００ミリ秒以内が好ましい。１００ミリ秒以内であると、一方の液が粉体層の造形領域に浸透する前に他方の液が粉体層の隣接領域に浸透することにより、一方の液が隣接領域に浸透させないようにすることができる。

なお、水を含有する第１の液を造形領域に吐出し、有機溶媒を含有する第２の液を隣接領域に吐出するとしたが、第２の液を造形領域に吐出し、第１の液を隣接領域に吐出するようにしてもよい。これにより、造形領域が広い場合には第２の液が揮発することにより、すぐに次に粉体層を重ねて形成することができるため、造形速度を高めることができる。

＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、固化手段における吐出不良の発生を抑制するメンテナンス手段などが挙げられる。

以下、本発明の実施形態を説明するが、本発明は、これらの実施形態に何ら限定されるものではない。
なお、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１における立体造形物の製造装置を示す概略平面図である。図２は、図１に示した立体造形物の製造装置の概略側面図である。図３は、図１に示した立体造形物の製造装置の造形部を示す拡大側面図である。図４は、実施形態１における立体造形物の製造装置を示すブロック図である。
図１から図４に示すように、立体造形物の製造装置６０１は、粉体を供給する粉体供給部８０と、粉体が結合された層状造形物である造形層３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層３１に第１の液としての水系インク１０ａ及び第２の液としての有機溶媒系インク１０ｂ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。なお、水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂをまとめて「造形液１０」と称することがある。

造形部１は、粉体槽１１と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。

粉体槽１１は、粉体２０を供給する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２とを有している。造形前に粉体供給部８０から粉体を供給される、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上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。

供給ステージ２３は、モータによって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、同じく、モータ２８によって矢印Ｚ方向に昇降される。

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、平坦化部材である平坦化ローラ１２によって均して平坦化して、粉体層３１を形成する。
この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、Ｙ方向走査機構５５２によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転駆動される。

一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。
液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。

キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。
このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０によってプーリ及びベルトから構成される主走査移動機構を介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。

２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、第１の液としての水系インク１０ａを吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、第２の液としての有機溶媒系インク１０ｂをそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
これらの水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂをそれぞれ収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。

メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）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、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１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キャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。

造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交する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、後述するモータ駆動部５１２を含むＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。

液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するモータ駆動部５１１を含むＺ方向昇降機構５５１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と、余剰粉体受け槽２５の３つの上面が開放された槽とを備えている。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。

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、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である粉体層３１を形成する。
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、Ｙ方向走査機構５５２によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）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する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を平坦化することで粉体層３１が形成される。

また、図２にも示すように、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でも、順方向での配置可能である。

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に粉体供給部８０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、立体造形物の製造装置６０１の制御部の概要について、図４を参照して説明する。
制御部５００は、この立体造形物の製造装置６０１全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるための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、造形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、液体吐出ユニット５０の各ヘッド５２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、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータ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Ｙ方向走査機構５５２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を駆動するモータ駆動部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部８０を駆動する供給駆動部５１９と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。
制御部５００は、粉体供給部８０から粉体２０の供給を行わせる供給駆動部５１９を備えている。
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の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など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と立体造形物の製造装置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５Ａ～図５Ｅを参照して説明する。図５Ａ～図５Ｅは、造形の流れの説明に供する模式的説明図である。
造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の造形層３０が形成されている状態から説明する。
この造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図５Ａに示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる。

このとき、造形槽２２の上面（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Δｔ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Δｔが次に形成する粉体層３１の厚さに相当する。間隔Δｔは、数十～１００μｍ程度であることが好ましい。

次いで、図５Ｂ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５Ｃ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５Ｄ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Δｔ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、図５Ｄに示すように、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Δｔの粉体層３１を形成できる。

その後、図５Ｅに示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、次の粉体層３１に造形層３０を積層形成する（造形）。なお、この造形動作についての詳細の説明は、図６～図１１を参照しながら後述する。

次いで、上述した粉体供給・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０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・平坦化よる粉体層３１を形成する工程、ヘッド５２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、実施形態１における造形動作を説明する。
図６は、実施形態１における造形動作を示す説明図である。図６は、図５Ａ～図５Ｄに示したように、粉体２０が供給されて平坦化することで粉体層３１を形成した状態である。粉体２０は、造形用粒子２０ｃと、第１の樹脂としての水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａと、第２の樹脂としての水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂとを含有する。

まず、ヘッド５２は、第１の液としての水系インク１０ａを粉体層３１の造形領域に吐出する。水系インク１０ａは、水を含み、有機溶媒を含まない。このため、水系インク１０ａが吐出された造形領域の水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａを溶解し、水系インク１０ａの溶媒成分が揮発した後に、溶解した水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａが固化する。

次に、ヘッド５２は、第２の液としての有機溶媒系インク１０ｂを造形領域の周縁部に該当する非造形領域（この非造形領域を「隣接領域」又は「非造形・固化領域」と称することがある）に吐出する。なお、水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂのいずれも浸透しない非造形領域を「非造形・非固化領域」と称することがある。有機溶媒系インク１０ｂは、有機溶媒を含み、水を含まない。このため、有機溶媒系インク１０ｂが吐出された非造形・固化領域の水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂが溶解し、有機溶媒系インク１０ｂの溶媒成分が揮発した後に、溶解した水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂが固化する。有機溶媒系インク１０ｂを隣接領域に吐出することにより、水系インク１０ａの非造形領域への浸透が抑制されるため、立体造形物を形成する領域である造形領域から水系インク１０ａがはみ出さず、立体造形物の寸法精度を高めることができる。また、水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂのいずれにも樹脂が含まれておらず、ヘッド５２で吐出するインクの粘度を低くすることができるため、ヘッド５２の吐出安定性を高めることができる。

そして、実施形態１における立体造形物の製造装置は、粉体の供給、平坦化、水系インク１０ａの吐出、有機溶媒系インク１０ｂの吐出といった造形動作を造形データに基づいて必要な回数繰り返して完了させる。造形データに基づいた造形動作により造形された立体造形物は、造形ステージから取り出され、有機溶媒に浸漬される。すると、非造形・固化領域中の水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂが溶解することにより、不要な余剰粉が一挙に除去されるため、エアーブラストのような外力印加と比べて余剰粉除去効率を向上させることができる。

（実施形態２）
実施形態２では、実施形態１において、ヘッド５２を主走査方向で往復移動可能とし、往路で水系インクを吐出し、復路で有機溶媒系インクを吐出する。
図７は、実施形態２における造形動作を示す説明図である。
図７に示すように、ヘッド５２が往路方向に移動する際に、造形領域に水系インク１０ａを吐出し、次いでヘッド５２が復路方向に移動する際に、有機溶媒系インク１０ｂを非造形・固化領域に吐出する。ただし、水系インク１０ａの吐出から有機溶媒系インク１０ｂの吐出までの時間は１００ミリ秒以内とする。１００ミリ秒以内であると、吐出された水系インク１０ａが粉体層３１の非造形領域にはみ出して浸透する前に、有機溶媒系インク１０ｂが粉体層３１の隣接領域に浸透することにより、造形領域から水系インク１０ａをはみ出さないようにすることができる。これにより、実施形態２における立体造形物の製造装置は、立体造形物の寸法精度を向上させることができる。
なお、実施形態２においても、実施形態１と同様に、ヘッド５２の吐出安定性を高めること及び余剰粉除去効率を向上させることもできる。

（実施形態３）
実施形態３では、実施形態２において、ヘッド５２が主走査方向の往路で水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂの両方の吐出を行う。
図８は、実施形態３における造形動作を示す説明図である。
図８に示すように、ヘッド５２が往路方向に移動する際に、造形領域に水系インク１０ａを吐出し、次いで有機溶媒系インク１０ｂを非造形・固化領域に吐出する。ただし、水系インク１０ａの吐出から有機溶媒系インク１０ｂの吐出までの時間は１００ミリ秒以内とする。実施形態２と同様に、１００ミリ秒以内であると、吐出された水系インク１０ａが粉体層３１の非造形領域にはみ出して浸透する前に、有機溶媒系インク１０ｂが粉体層３１の隣接領域に浸透することにより、造形領域から水系インク１０ａをはみ出さないようにすることができる。これにより、実施形態３における立体造形物の製造装置は、立体造形物の寸法精度を向上させることができる。
なお、実施形態３においても、実施形態１と同様に、ヘッド５２の吐出安定性を高めること及び余剰粉除去効率を向上させることもできる。

（実施形態４）
実施形態４では、実施形態１において、水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂを入れ替えている。
図９は、実施形態４における造形動作を示す説明図である。
図９に示すように、粉体２０は、実施形態１と同様に、造形用粒子２０ｃと、第１の樹脂としての水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａと、第２の樹脂としての水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂとを含有する。

ヘッド５２は、実施形態１とは異なり、有機溶媒系インク１０ｂを粉体層３１の造形領域に吐出する。このため、有機溶媒系インク１０ｂが吐出された造形領域の水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂを溶解し、有機溶媒系インク１０ｂの溶媒成分が揮発した後に、溶解した水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂが固化する。このとき、揮発する溶媒成分が有機溶媒であるので、速乾性に優れていることから造形面積が大きい場合であっても、すぐに次の粉体層を重ねて形成することができるため、造形速度を向上させることができる。

次に、ヘッド５２は、水系インク１０ａを非造形・固化領域に吐出する。水系インク１０ａが吐出された非造形・固化領域の水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａが溶解し、水系インク１０ａの溶媒成分が揮発した後に、溶解した水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａが固化する。水系インク１０ａを隣接領域に吐出することにより、有機溶媒系インク１０ｂの非造形領域への浸透が抑制されるため、立体造形物を形成する領域である造形領域から有機溶媒系インク１０ｂをはみ出さないようにすることができる。

そして、実施形態４における立体造形物の製造装置は、粉体の供給、平坦化、有機溶媒系インク１０ｂの吐出、水系インク１０ａの吐出といった造形動作を造形データに基づいて必要な回数繰り返して完了させる。造形データに基づいた造形動作により造形された立体造形物は、造形ステージから取り出され、水に浸漬される。すると、非造形・固化領域中の水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａが溶解することにより、実施形態１と同様に、不要な余剰粉が一挙に除去されるため、エアーブラストのような外力印加と比べて余剰粉除去効率を向上させることができる。
なお、実施形態４においても、実施形態１と同様に、ヘッド５２の吐出安定性を高めることもできる。

（実施形態５）
実施形態５では、実施形態１において、造形用粒子２０ｃに水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａを被覆させている。
図１０は、実施形態５における造形動作を示す説明図である。
図１０に示すように、造形動作としては、実施形態１と同様であるが、造形用粒子２０ｃに水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａを被覆させているため、造形用粒子が発火性を有する場合には、造形用粒子の大気曝露を防止することにより発火を抑制することができる。また、造形用粒子が第１の樹脂及び第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われていると、いずれかの液が吐出されたときに、造形用粒子２０ｃ同士が接着しやすくなるため、固化した状態の焼結前のグリーン体の機械的強度を向上させることができる。
なお、実施形態５においても、実施形態１と同様に、ヘッド５２の吐出安定性を高めること及び余剰粉除去効率を向上させることもできる。

次に、実施形態１～５のうち、実施形態３における立体造形物の製造方法の造形動作と同様の機能をコンピュータに実行させる本発明の立体造形物の製造プログラムについて説明する。本発明の立体造形物の製造プログラムによる処理は、本発明の立体造形物の製造装置６０１の制御部５００を有するコンピュータを用いて実行することができる。

図１１は、実施形態３における造形動作を行う処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、実施形態３における造形動作を行う処理の流れを図１１に示すフローチャートの図中Ｓで表すステップにしたがって説明する。

ステップＳ１０１では、制御部５００は、造形データ作成装置６００から受信した造形データを読み込むと、処理をＳ１０２に移行する。

ステップＳ１０２では、制御部５００は、造形データに基づく造形動作を開始し、各駆動部によりヘッド５２などの各部を初期位置に移動させると、処理をＳ１０３に移行する。

ステップＳ１０３では、制御部５００は、造形用粒子２０ｃと、第１の樹脂としての水可溶・有機溶媒不溶樹脂２０ａと、第２の樹脂としての水不溶・有機溶媒可溶樹脂２０ｂとを含有する粉体２０により粉体層３１を形成すると、処理をＳ１０４に移行する。

ステップＳ１０４では、制御部５００は、造形データに基づき、ヘッド５２の吐出位置が造形領域であると判定すると、処理をＳ１０７に移行する。また、制御部５００は、ヘッド５２の吐出位置が造形領域ではないと判定すると、処理をＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０５では、制御部５００は、造形データに基づき、ヘッド５２の吐出位置が非造形・固化領域であると判定すると、処理をＳ１０６に移行する。また、制御部５００は、ヘッド５２の吐出位置が非造形・固化領域ではないと判定すると、処理をＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０６では、制御部５００は、ヘッド５２に有機溶媒系インク１０ｂを吐出させると、処理をＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０７では、制御部５００は、ヘッド５２に水系インク１０ａを吐出させると、処理をＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０８では、制御部５００は、当該粉体層の造形動作が終了したと判定すると、処理をＳ１１０に移行する。また、制御部５００は、当該粉体層の造形動作が終了していないと判定すると、処理をＳ１０９に移行する。

ステップＳ１０９では、制御部５００は、ヘッド５２の吐出位置を移動させると、処理をＳ１０４に戻す。

ステップＳ１１０では、制御部５００は、造形データに基づく造形動作が終了していないと判定すると、処理をＳ１０３に戻す。また、制御部５００は、造形データに基づく造形動作が終了したと判定すると、本処理を終了する。

以上説明したように、本発明の立体造形物の製造方法では、まず、造形用粒子、第１の樹脂及び第２の樹脂を含む粉体層を形成する。そして、第１の樹脂を溶解可能な第１の液を粉体層の造形領域に吐出して固化し、第２の樹脂を溶解可能な第２の液を造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する。
これにより、本発明の立体造形物の製造方法では、例えば、粉体層に第１の液及び第２の液を吐出できれば、いずれかの液が粉体層の隣接領域に意図せず浸透することを抑制することができ、立体造形物の寸法精度を高めることができる。
また、例えば、立体造形物を第１の樹脂で造形した場合には、立体造形物に隣接して固化されている第２の樹脂を第２の液で溶解させることにより、立体造形物の周りに付着する余剰粉体を一挙に除去できるため、外力印加で除去する場合と比べて生産性を高めることができる。
さらに、第１の液及び第２の液は、樹脂を含まないため粘度を低くすることができる。このため、本発明の立体造形物の製造装置は、粘度が低めの第１の液及び第２の液を吐出するため、吐出安定性を高めることができる。

本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 造形用粒子、第１の樹脂及び第２の樹脂を含む粉体層を形成する形成工程と、
前記第１の樹脂を溶解可能な第１の液を前記粉体層の造形領域に吐出して固化する第１の固化工程と、
前記第２の樹脂を溶解可能な第２の液を前記造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する第２の固化工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜２＞ 前記隣接領域で固化した前記第２の樹脂のほうが、前記造形領域で固化した前記第１の樹脂よりも結着力が低い前記＜１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜３＞ 前記造形領域の周縁部に前記第１の液を吐出し、前記造形領域と隣接する側における前記隣接領域の周縁部に前記第２の液を吐出する場合には、前記第１の液及び前記第２の液を実質的に同時に吐出する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜４＞ 前記第１の固化工程において、前記造形領域に前記第２の液を吐出し、
前記第２の固化工程において、前記隣接領域に前記第１の液を吐出する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜５＞ 前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の少なくともいずれかが微粒子である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜６＞ 前記造形用粒子が前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われている前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜７＞ 前記第１の樹脂が水に可溶であり、前記第２の樹脂が水に不可溶であり、前記第１の液が水溶液である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜８＞ 前記造形用粒子の融点をＴｍとし、前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の熱分解開始温度をそれぞれＴｄ１及びＴｄ２としたとき、
次式、Ｔｄ１＜０．８×Ｔｍ、かつ、次式、Ｔｄ２＜０．８×Ｔｍ、を満たす前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜９＞ 造形用粒子、第１の樹脂及び第２の樹脂を含む粉体層を形成する形成手段と、
前記第１の樹脂を溶解可能な第１の液を前記粉体層の造形領域に吐出して固化する第１の固化手段と、
前記第２の樹脂を溶解可能な第２の液を前記造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する第２の固化手段と、
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置である。
＜１０＞ 前記隣接領域で固化した前記第２の樹脂のほうが、前記造形領域で固化した前記第１の樹脂よりも結着力が低い前記＜９＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜１１＞ 前記第１の固化手段が前記造形領域の周縁部に前記第１の液を吐出し、前記第２の固化手段が前記造形領域と隣接する側における前記隣接領域の周縁部に前記第２の液を吐出する場合には、
前記第１の固化手段及び前記第２の固化手段が、前記第１の液及び前記第２の液を実質的に同時に吐出する前記＜９＞から＜１０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１２＞ 前記第２の固化手段が前記造形領域に前記第２の液を吐出し、
前記第１の固化手段が前記隣接領域に前記第１の液を吐出する前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１３＞ 前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の少なくともいずれかが微粒子である前記＜９＞から＜１２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１４＞ 前記造形用粒子が前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われている前記＜９＞から＜１３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１５＞ 造形用粒子、第１の樹脂及び第２の樹脂を含む粉体層を形成し、
前記第１の樹脂を溶解可能な第１の液を前記粉体層の造形領域に吐出して固化し、
前記第２の樹脂を溶解可能な第２の液を前記造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形物の製造プログラムである。
＜１６＞ 前記隣接領域で固化した前記第２の樹脂のほうが、前記造形領域で固化した前記第１の樹脂よりも結着力が低い前記＜１５＞に記載の立体造形物の製造プログラムである。
＜１７＞ 前記造形領域の周縁部に前記第１の液を吐出し、前記造形領域と隣接する側における前記隣接領域の周縁部に前記第２の液を吐出する場合には、前記第１の液及び前記第２の液を実質的に同時に吐出する前記＜１５＞から＜１６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムである。
＜１８＞ 前記造形領域に前記第２の液を吐出し、
前記隣接領域に前記第１の液を吐出する前記＜１５＞から＜１７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムである。
＜１９＞ 前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の少なくともいずれかが微粒子である前記＜１５＞から＜１８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムである。
＜２０＞ 前記造形用粒子が前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われている前記＜１５＞から＜１９＞のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムである。

前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法、前記＜９＞から＜１４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、前記＜１５＞から＜２０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造プログラムによれば、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。

特開２０１５－１３９９７７号公報

１０ａ 水系インク（第１の液）
１０ｂ 有機溶媒系インク（第２の液）
１２ 平坦化ローラ（形成手段の一部）
２０ 粉体
２０ａ 水可溶・有機溶媒不溶樹脂（第１の樹脂）
２０ｂ 水不溶・有機溶媒可溶樹脂（第２の樹脂）
２０ｃ 造形用粒子
３１ 粉体層
５２ ヘッド（第１の固化手段、第２の固化手段）
８０ 粉体供給部（形成手段の一部）
６０１ 立体造形物の製造装置

Claims (8)

1. 造形用粒子、水に可溶である第１の樹脂及び水に不可溶である第２の樹脂を含む粉体層を形成する形成工程と、
   前記第１の樹脂を溶解可能な水溶液である第１の液を前記粉体層の造形領域に吐出して固化する第１の固化工程と、
   前記第２の樹脂を溶解可能な第２の液を前記造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する第２の固化工程と、
   を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
2. 前記隣接領域で固化した前記第２の樹脂のほうが、前記造形領域で固化した前記第１の樹脂よりも結着力が低い請求項１に記載の立体造形物の製造方法。
3. 前記造形領域の周縁部に前記第１の液を吐出し、前記造形領域と隣接する側における前記隣接領域の周縁部に前記第２の液を吐出する場合には、前記第１の液及び前記第２の液を実質的に同時に吐出する請求項１から２のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
4. 前記第１の固化工程において、前記造形領域に前記第２の液を吐出し、
   前記第２の固化工程において、前記隣接領域に前記第１の液を吐出する請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
5. 前記造形用粒子が前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の少なくともいずれかによって覆われている請求項１から４のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
6. 前記造形用粒子の融点をＴｍとし、前記第１の樹脂及び前記第２の樹脂の熱分解開始温度をそれぞれＴｄ１及びＴｄ２としたとき、
   次式、Ｔｄ１＜０．８×Ｔｍ、かつ、次式、Ｔｄ２＜０．８×Ｔｍ、を満たす請求項１から５のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
7. 造形用粒子、水に可溶である第１の樹脂及び水に不可溶である第２の樹脂を含む粉体層を形成する形成手段と、
   前記第１の樹脂を溶解可能な水溶液である第１の液を前記粉体層の造形領域に吐出して固化する第１の固化手段と、
   前記第２の樹脂を溶解可能な第２の液を前記造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する第２の固化手段と、
   を有することを特徴とする立体造形物の製造装置。
8. 造形用粒子、水に可溶である第１の樹脂及び水に不可溶である第２の樹脂を含む粉体層を形成し、
   前記第１の樹脂を溶解可能な水溶液である第１の液を前記粉体層の造形領域に吐出して固化し、
   前記第２の樹脂を溶解可能な第２の液を前記造形領域と隣接する隣接領域に吐出して固化する、
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形物の製造プログラム。

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