JP7204276B2 - 吐出装置、成形装置、及び成形体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、吐出装置、成形装置、及び成形体の製造方法に関する。

近年、任意の立体形状を有するように金属や金属酸化物といった無機材料や有機・無機ハイブリッド材料などの造形を行うための、鋳型を用いない３次元造形法が開発されている。

例えば、代表的な無機材料の３次元造形法である光造形法が、特許第４８０００７４号公報（特許文献１）などに開示されている。光造形法では、一旦バインダー（光硬化性組成物など）及びそれに分散した無機粒子で成形体を形成した後、これを加熱してバインダーの脱脂を行い、さらに脱脂後の無機粒子から成る成形体を高温焼成して無機粒子同士を焼結させる。

一方、微粒子を含むエアロゾルを高速で基材に衝突させることにより、バインダーを用いることなく、常温で基材上に当該微粒子から成る薄膜を形成する技術が開発されている。この技術によれば、加熱操作を行うことなく、エアロゾル中の微粒子を基材に固着させることができる。これにより形成された薄膜は、あたかも高温で焼結を行ったような状態で得られる。

特許第４８０００７４号公報

光造形法では、立体形状が複雑になると、脱脂工程において、熱分解されたバインダーの残留物が十分に成形体から除去できない場合があった。また、焼結工程において、成形体の部位ごとの熱膨張率の差などに起因して、焼結後に成形体に亀裂や破損などの欠陥が生じる場合があった。

一方、エアロゾルの衝突固着法については、ボトムアップ式の３次元造形に応用するためには、薄膜形成時のようにエアロゾルを大面積に対して吐出するのではなく、基材上の小領域に集中的に衝突させて上述のような疑似焼結体を小さなサイズで形成することが必要となる。しかしながら、吐出器から噴射されたエアロゾルは、基材に到達するまでにある程度の広がりを持つことになるので、基材に衝突して固着した粒子は、基材上で吐出器の直下を中心として一定の広がりで分布する。固着粒子は、この分布の中心において最も密になり、分布の中心から外側に向かうにつれて疎らになる。

エアロゾルを吐出器から基材に向けて噴射することにより直接固着させようとすると、必然的にこのように比較的広い領域にわたって大きな疎密差を有する分布が生じてしまうので、粒子の固着する領域を所望の小面積に限定することが困難であった。

本発明は、粒子の固着位置の制御性が向上した吐出装置、成形装置、及び成形体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、粒子を固着面に衝突させて固着させるために用いられる吐出装置であって、前記粒子を含むエアロゾルを第１吐出速度で前記固着面に向けて吐出する第１吐出器と、気体を前記第１吐出速度より速い第２吐出速度で前記固着面に向けて吐出する第２吐出器と、を備え、前記第２吐出器は、前記気体が前記エアロゾルと少なくとも部分的に重なることにより前記エアロゾルの少なくとも一部を前記固着面に向けて加速させて前記粒子を前記固着面に固着させるように前記気体を吐出する、吐出装置である。

上記態様の吐出装置において、前記第１吐出速度は、前記第１吐出速度で吐出された前記エアロゾルが前記固着面に衝突した場合に前記粒子が前記固着面に実質的に固着しないような速度であってもよく、前記第２吐出速度は、前記第２吐出速度で吐出された前記エアロゾルが前記固着面に衝突した場合に前記粒子が前記固着面に実質的に固着するような速度であってもよい。

上記態様の吐出装置において、前記粒子は、前記エアロゾルがある閾値（以下、「臨界速度」という。）以上の速度で吐出されて前記固着面に衝突した場合に、実質的に前記固着面に固着し、前記第１吐出速度は、前記粒子の前記臨界速度未満であってもよく、前記第２吐出速度は、前記粒子の前記臨界速度以上であってもよい。

上記態様の吐出装置において、前記第１吐出器及び前記第２吐出器は、前記固着面の第１部分に前記エアロゾル及び前記気体の両方が当たり、前記固着面の第２部分に前記エアロゾルが当たるが前記気体が当たらない場合に、固着した前記粒子が前記第１部分を覆う面積と前記第１部分の面積との比が、固着した前記粒子が前記第２部分を覆う面積と前記第２部分の面積との比より大きくなるように構成されてもよい。さらに、前記第１吐出器及び前記第２吐出器は、前記第１部分で前記粒子の固着が起こり、前記第２部分では前記粒子の固着が起こらないように構成されてもよい。

上記態様の吐出装置において、前記第１吐出器の位置及び向きの少なくとも一方を変更する第１吐出器移動機構と、前記第２吐出器の位置及び向きの少なくとも一方を変更する第２吐出器移動機構と、をさらに備え、前記第１吐出器移動機構及び前記第２吐出器移動機構は、前記第１吐出器と前記第２吐出器との間の距離及び前記第１吐出器が前記エアロゾルを吐出する方向と前記第２吐出器が前記気体を吐出する方向とのなす角の少なくとも一方を変更することができてもよい。

本発明の別の態様は、固着面を備えるステージと、上記いずれかの態様の吐出装置と、を備える成形装置である。

上記態様の成形装置において、成形体の３次元形状データに基づき、前記成形体が３次元形状で形成されるように前記吐出装置を制御する制御部をさらに備えてもよい。さらに、前記固着面上の前記粒子を監視する監視部をさらに備え、前記制御部は、前記監視部からの情報に基づき、前記エアロゾルが吐出される前記固着面上の領域及び前記気体が吐出される前記固着面上の領域の少なくとも一方を決定してもよい。

上記態様の成形装置において、固着していない前記粒子を前記固着面から除去する洗浄部をさらに備えてもよい。さらに、前記洗浄部は、固着していない前記粒子を前記固着面から吹き飛ばす送気装置を有してもよい。さらに、前記洗浄部は、固着していない前記粒子を前記固着面から回収する回収装置を有してもよい。

本発明の別の態様は、粒子を固着面に衝突させて固着させることにより、固着した前記粒子から所定の形状の成形体を製造する方法であって、前記粒子を含むエアロゾルを第１吐出速度で前記固着面に向けて吐出するとともに、前記エアロゾルと少なくとも部分的に重なるように、気体を前記第１吐出速度より速い第２吐出速度で前記固着面に向けて吐出することにより、前記エアロゾルの少なくとも一部を前記固着面に向けて加速させて前記粒子を前記固着面に固着させる吐出ステップと、前記固着面に固着していない前記粒子を前記固着面から除去する洗浄ステップと、を含み、前記吐出ステップ及び前記洗浄ステップを繰り返すことにより、前記成形体が前記固着面上に形成される、成形体の製造方法である。

上記態様の成形体の製造方法において、前記固着面を鉛直方向下向きに移動させる固着面移動ステップをさらに含み、前記吐出ステップ及び前記洗浄ステップ並びに前記固着面移動ステップを繰り返すことにより、３次元形状を有する前記成形体が形成されてもよい。

上記態様の成形体の製造方法において、前記固着面上の前記粒子を監視する監視ステップと、前記監視ステップで得られた情報に基づき、前記吐出ステップにおいて前記エアロゾルが吐出される前記固着面上の領域及び前記気体が吐出される前記固着面上の領域の少なくとも一方を決定する位置決定ステップと、をさらに含んでもよい。

実施形態に係る成形装置を示す概略正面図である。 実施形態に係る第１吐出器及び第２吐出器によるエアロゾル及び気体の吐出の様子を示す斜視図である。 仮想的に第２吐出器を用いずに第１吐出器からエアロゾルを第１吐出速度で吐出した場合の、実施形態に係る成形装置の動作を示す図である。 仮想的に第２吐出器を用いずに第１吐出器からエアロゾルを第２吐出速度で吐出した場合の、実施形態に係る成形装置の動作を示す図である。 第１吐出器からエアロゾルを第１吐出速度で吐出するとともに第２吐出器から気体を第２吐出速度で吐出した場合の、実施形態に係る成形装置の動作を示す図である。 実施形態に係る吐出装置の配置変更に伴うエアロゾル及び気体の吐出の様子の変化を示す斜視図である。 実施形態に係る吐出装置の配置変更に伴うエアロゾル及び気体の吐出の様子の変化を示す斜視図である。 実施形態に係る吐出装置の配置変更に伴うエアロゾル及び気体の吐出の様子の変化を示す斜視図である。 実施形態に係る成形装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。 実施形態に係る成形装置による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 実施形態の変形例に係る第１吐出器及び第２吐出器によるエアロゾル及び気体の吐出の様子を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る吐出装置、成形装置、及び成形体の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。このような構成についての重複する説明は適宜省略する。

説明の便宜上、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向について定義する。ｘ方向及びｙ方向は、水平面に平行な方向である。ｙ方向は、ｘ方向と交差する（例えば略直交する）方向である。ｚ方向は、鉛直方向に平行な方向であり、ｘ方向及びｙ方向と略直交する。

本明細書において、「エアロゾル」とは、微小な固体粒子若しくは液体粒子又はその両方が気体中でコロイド状に分散したゾルを意味する。

本明細書において、「固着」とは、化学的結合又は物理的結合により対象物に固定されている状態を意味する。また、対象物に衝突した多数の粒子が当該対象物に「実質的に固着する」と言った場合、対象物に衝突した当該多数の粒子のうち粒子数で５０％以上が対象物に固着することを意味する。逆に、多数の粒子が対象物に「実質的に固着しない」と言った場合、対象物に衝突した当該多数の粒子のうち粒子数で９０％以上が対象物に固着しないことを意味する。なお、粒子が固着する対象は、ステージ、ステージ上などに支持された基材、ステージや基材に既に固着した別の粒子や材料膜などの表面があり得るが、本明細書ではこれらを総称して「固着面」という。ただし、固着対象は必ずしも広い面を有している必要はなく、上記のとおりステージや基材にアイランド状に固着した粒子の一部に固着する場合なども含めて「固着面に固着する」という。また、本明細書では、ステージ上に基材が配置される場合の基材も含めて「ステージ」と総称する。以下では、主に粒子がステージ（又はステージに支持された基材）に固着する場合について説明するが、以下の説明は粒子が別の粒子など他の固着面に固着する場合も同様である。

図１及び図２を参照して、実施形態に係る成形装置１について説明する。図１は、実施形態に係る成形装置１を示す概略正面図である。図２は、実施形態に係る第１吐出器３６及び第２吐出器４４によるエアロゾルＳ及び気体Ｇの吐出の様子を示す斜視図である。

［構成］
成形装置１は、無機材料から成る３次元成形体（成形体）を製造することができる。ここで、「無機材料」とは、有機材料以外の任意の材料を指し、金属単体、合金、金属元素及び非金属元素から成る化合物（例えば、金属酸化物や金属窒化物、金属塩など）、非金属元素から成る化合物（例えば、窒化ホウ素など）などが含まれる。ただし、成形装置１によって製造される３次元成形体は、有機材料をさらに含んでもよい。また、成形装置１を有機材料のみから成る３次元成形体の製造に利用することも可能である。

図１に示すように、成形装置１は、ステージ１０、チャンバ１２、吐出装置１４、監視部１６、洗浄部１８、及び制御部２０（図９参照）を備える。

図２に示すように、ステージ１０は、水平面に沿って（すなわち、ｘｙ平面に対して平行に）配置された平板である。ステージ１０の厚さ方向は、ｚ方向に対して略平行である。ステージ１０は、ステージ移動機構２２（図１参照）により、少なくともｚ方向に移動可能である。ステージ移動機構２２は、例えば、モーター（図示せず）により駆動するラックアンドピニオン式のアクチュエータである。ただし、ステージ１０が鉛直方向など他の方向に対して平行に配置されてもよい。

ステージ１０は、粒子Ｐを固着させるための固着面１０ａを備えている。固着面１０ａは、上述のとおり、ステージ１０自体の上面であってもよく、ステージ１０に支持された基材の上面であってもよく、ステージ１０又は基材に既に固着した粒子Ｐの表面であってもよい。基材の材料は特に限定されず、無機材料でもよく、有機材料でもよく、これらのハイブリッド材料でもよい。

図１に示すように、チャンバ１２は、ステージ１０、後述の吐出装置１４の第１吐出器３６及び第２吐出器４４、並びに洗浄部１８を収容する。チャンバ１２の内部空間は、チャンバ１２の外部空間と仕切られている。チャンバ１２の内部空間は、チャンバ１２に接続された真空ポンプ２４により減圧され得る。チャンバ１２の内部空間を真空引きすることにより、陰圧雰囲気下で成形作業を行うことが可能となり、不純物の混入などを抑制することができる。また、チャンバ１２の内部空間が窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスで満たされてもよい。

吐出装置１４は、エアロゾルＳを発生させて吐出する第１吐出装置１４ａと気体Ｇを発生させて吐出する第２吐出装置１４ｂとを備える。第１吐出装置１４ａは、第１ガスボンベ３０、第１流量調節器３２、エアロゾル発生器３４、第２流量調節器３５、第１吐出器３６、及び第１吐出器移動機構３８を備える。第２吐出装置１４ｂは、第２ガスボンベ４０、第３流量調節器４２、第２吐出器４４、及び第２吐出器移動機構４６を備える。吐出装置１４は、さらに、第１吐出装置１４ａ及び第２吐出装置１４ｂを制御する吐出制御部４８（図９参照）を備える。

第１吐出装置１４ａは、エアロゾルＳを発生させてステージ１０に向けて吐出する。第１吐出装置１４ａの第１ガスボンベ３０は、エアロゾルＳを発生させるためのガスを収容している。ガスは、ヘリウムガスや窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスの他、空気や酸素ガス、水素ガス、有機ガスなど任意のガスであってよい。第１ガスボンベ３０内のガスは、第１流量調節器３２により調節された流量でエアロゾル発生器３４に送られる。

第１流量調節器３２は、第１ガスボンベ３０からのガスの流量を調節できるものであれば、マスフローコントローラや簡易的な調圧弁など任意のものを使用可能である。第１流量調節器３２は、吐出制御部４８（図９参照）により制御される。

エアロゾル発生器３４は、エアロゾルＳのための粒子Ｐを収容している。エアロゾル発生器３４は、第１ガスボンベ３０からのガスを受け取る。ガスは、エアロゾル発生器３４の内部で粒子Ｐと混合され、粒子Ｐが高圧ガスに分散したエアロゾルが形成される。形成されたエアロゾルは、エアロゾルＳとしてエアロゾル発生器３４から第２流量調節器３５を介して第１吐出器３６へ送られる。粒子Ｐの詳細については後述する。

なお、エアロゾル発生器３４の構成は上記例に限定されない。例えば、粒子Ｐの分散液をガス中に噴霧して乾燥させることによりエアロゾルを発生させてもよく、分散液の噴霧には加圧噴霧の他、静電式噴霧や音波式噴霧、インクジェット技術などが利用可能である。その他、粒子Ｐがガス中に分散したエアロゾルが形成される限り、任意のエアロゾル発生器を使用することができる。

第２流量調節器３５は、エアロゾル発生器３４から第１吐出器３６に供給されるエアロゾルＳの流量を調節する。第１流量調節器３２と同様に、ガスの流量を調節できるものであれば任意のものを使用可能である。第２流量調節器３５は、吐出制御部４８（図９参照）により制御される。なお、第２流量調節器３５は、エアロゾル発生器３４の構成要素として設けられてもよい。あるいは、第２流量調節器３５を省略して、第１吐出器３６に供給されるエアロゾルＳの流量まで一括して第１流量調節器３２で制御してもよい。

第１吐出器３６は、先端に開口を有する先細ノズルの形態である。第１吐出器３６は、ステージ１０から離間してステージ１０の上方に配置されている。ただし、第１吐出器３６の配置は上記例に限定されず、第１吐出器３６がステージ１０の下方や側方に配置されてもよい。第１吐出器３６は、第１吐出器移動機構３８により、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の少なくとも一方向に移動可能である。また、第１吐出器３６は、第１吐出器移動機構３８により、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。第１吐出器移動機構３８は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。

第１吐出器３６は、エアロゾル発生器３４から送られてきたエアロゾルＳを、先端の開口からステージ１０に向けて第１吐出速度Ｖ１で吐出する。第１吐出器３６は、エアロゾルＳを間欠的又は連続的に吐出することができる。第１吐出器３６によるエアロゾルＳの吐出速度は、第２流量調節器３５により適宜調節可能である。ただし、吐出速度の調節は、チャンバ１２とエアロゾル発生器３４との間の圧力差を調節したり、図示しない駆動機構で第１吐出器３６のノズル径や形状を切り替えたりすることにより行われてもよく、これらの方法が第２流量調節器３５と併用されてもよい。なお、エアロゾルＳの吐出速度は、例えば、チャンバ１２内で第１吐出器３６とステージ１０との間に設けられた速度検出器（図示せず）により検出され得る。

なお、第１吐出装置１４ａは、エアロゾルＳ中の凝集した粒子Ｐを分散させるための解砕器や、所定の大きさを上回る粒子Ｐを分離するためのフィルタや分級器などを備えてもよい。

第２吐出装置１４ｂは、気体Ｇを発生させてステージ１０に向けて吐出する。第２吐出装置１４ｂの第２ガスボンベ４０は、気体Ｇのためのガスを収容している。ガスは、第１ガスボンベ３０に収容されたガスと同様に、ヘリウムガスや窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスの他、空気や酸素ガス、水素ガス、有機ガスなど任意のガスであってよい。第２ガスボンベ４０内のガスは、第３流量調節器４２により調節された流量で第２吐出器４４に送られる。

第３流量調節器４２は、第１流量調節器３２と同様に、第２ガスボンベ４０からのガスの流量を調節できるものであれば任意のものを使用可能である。第３流量調節器４２は、吐出制御部４８（図９参照）により制御される。

第２吐出器４４は、先端に開口を有する先細ノズルの形態である。第２吐出器４４は、ステージ１０に対して第１吐出器３６と同じ側に配置される。例えば、第２吐出器４４は、第１吐出器３６に対して並列するように配置される。第１吐出器３６と同様に、第２吐出器４４は、第２吐出器移動機構４６により、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の少なくとも一方向に移動可能である。また、第２吐出器４４は、第２吐出器移動機構４６により、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。第２吐出器移動機構４６は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。

第２吐出器４４は、第２ガスボンベ４０から送られてきた気体Ｇを、先端の開口からステージ１０に向けて第２吐出速度Ｖ２で吐出する。第２吐出器４４は、気体Ｇを間欠的又は連続的に吐出することができる。第２吐出器４４による気体Ｇの吐出速度は、エアロゾルＳと同様に、第３流量調節器４２により適宜調節可能である。また、上述のように、圧力差やノズル径の切り替えなどにより吐出速度を調節してもよい。また、エアロゾルＳと同様に、気体Ｇの吐出速度も、例えば、チャンバ１２内に設けられた速度検出器（図示せず）により検出され得る。

第２吐出速度Ｖ２は、第１吐出器３６からエアロゾルＳが吐出される第１吐出速度Ｖ１よりも速い。第２吐出器４４は、気体Ｇが第１吐出器３６から吐出されるエアロゾルＳと少なくとも部分的に重なるように、気体Ｇをステージ１０に向けて吐出する。エアロゾルＳ及び気体Ｇの吐出の詳細については後述する。

監視部１６は、ステージ１０上の粒子Ｐの様子を監視する。監視部１６は、例えば、ステージ１０から離間してステージ１０の上方に配置された撮像カメラを含む。この撮像カメラは、ステージ１０の表面の様子を撮影し、監視部１６は、撮影した画像に基づき、ステージ１０上の粒子Ｐの位置や形状を検出する（この検出作業は、後述の制御部２０が行ってもよい）。なお、監視部１６の構成要素は撮像カメラに限定されず、放射線や超音波をステージ１０上に照射することによりステージ面の様子を観察する放射線分析装置（例えばＸ線回折装置）や超音波分析装置などであってもよく、これらが併用されてもよい。

洗浄部１８は、送気装置５０及び回収装置５２を備える。洗浄部１８は、ステージ１０上でステージ１０に固着せずに残存している粒子Ｐや他の不純物などを除去することができる。

送気装置５０は、気流をステージ１０に吹き付けて、ステージ１０に固着していない粒子Ｐなどを吹き飛ばす。送気装置５０は、気流を発生させるものであれば任意の構成であってよい。例えば、ガス供給源（図示せず）から受け取ったガスをノズルから噴射するものであってもよく、扇風機のようにファンを回して気流を発生させるものであってもよい。送気装置５０は、送気装置移動機構５４により、少なくともｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の少なくとも一方向に移動可能である。また、送気装置５０は、送気装置移動機構５４により、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。送気装置移動機構５４は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。ただし、送気装置５０は固定されていてもよい。この場合、送気装置移動機構５４は省略される。

回収装置５２は、送気装置５０により吹き飛ばされた粒子Ｐを吸い込んで回収する。回収装置５２は、吸引機能を有するものであれば任意の構成であってよい。ただし、回収装置５２は必ずしも吸引機能を有しなくてもよく、単に送気装置５０により吹き飛ばされた粒子Ｐを回収するための開口を有する部材であってもよい。また、送気装置５０が省略されて、固着していない粒子Ｐの除去が回収装置５２の吸引のみにより行われてもよい。送気装置５０と同様に、回収装置５２は、回収装置移動機構５６により、少なくともｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向の少なくとも一方向に移動可能である。また、回収装置５２は、回収装置移動機構５６により、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。回収装置移動機構５６は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。ただし、回収装置５２は固定されていてもよい。この場合、回収装置移動機構５６は省略される。

洗浄部１８は、ステージ１０の洗浄を行った後、監視部１６により取得された情報からステージ１０に固着していない粒子Ｐが残っていると判断された場合には、再び送気装置５０及び回収装置５２によりステージ１０の洗浄を行うことができる。あるいは、洗浄部１８は、定期的にステージ１０の洗浄を行うように構成されてもよい。

回収装置５２は、回収した粒子Ｐを再びエアロゾル発生器３４に戻してもよい。これにより、ステージ１０に固着しなかった粒子ＰをエアロゾルＳの原料として再利用することができる。

制御部２０は、製造される成形体の３次元形状データなどの入力データを受け取り、成形装置１の各構成要素を制御する。制御部２０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）又はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサにより実現される。制御部２０の動作については、図９及び図１０を参照して後述する。

［エアロゾル材料］
第１吐出器３６から吐出されるエアロゾルＳは、第１ガスボンベ３０から供給されたガスに粒子Ｐが分散したエアロゾルから構成される。

粒子Ｐは、例えば金属、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、水酸化物、炭酸化物、燐酸化物など任意の無機材料、任意の有機材料、又はこれらの組合せから成る粒子である。粒子Ｐの材料は特に限定されない。
金属の例としては、アルミニウム、チタン、鉄、銅、ステンレス鋼、ニッケルクロム鋼などが挙げられる。
酸化物の例としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛などが挙げられる。
窒化物の例としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化鉄などが挙げられる。
酸窒化物の例としては、酸窒化ケイ素、酸窒化アルミニウムなどが挙げられる。
炭化物の例としては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ジルコニウムなどが挙げられる。
水酸化物の例としては、水酸マグネシウム、水酸化鉄、水酸アパタイトなどが挙げられる。
炭酸化物の例としては、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムなどが挙げられる。
燐酸化物の例としては、燐酸鉄、燐酸マンガン、燐酸カルシウムなどが挙げられる。
有機材料の例としては、ポリエチレンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの炭化水素、ポリスチレンやポリイミドなどのエンジニアプラスチック、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）などのフッ素系ポリマー、タンパク質、脂肪などの生体高分子などが挙げられる。

［吐出装置の作用］
図２～図５を参照して、実施形態における吐出装置１４の作用について説明する。
図２は、実施形態に係る第１吐出器３６及び第２吐出器４４によるエアロゾルＳ及び気体Ｇの吐出の様子を示す斜視図である。

図２に示すように、気体Ｇは、第１吐出器３６から吐出されるエアロゾルＳと少なくとも部分的に重なるように、エアロゾルＳが吐出される第１吐出速度Ｖ１より速い第２吐出速度Ｖ２で第２吐出器４４から吐出される。これにより、エアロゾルＳのうち気体Ｇと重なった部分は、気体Ｇにより、エアロゾルＳの他の部分に比べてステージ１０に向かって加速する。その結果、第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１と第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２との重畳部分である第１部分６１には、気体Ｇにより加速されたエアロゾルＳが衝突する。第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１のうち第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２と重ならない部分である第２部分６２には、気体Ｇにより加速されていないエアロゾルＳが衝突する。第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２のうち第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１と重ならない部分である第３部分６３には、実質的にエアロゾルＳが衝突しない。ここで、「吐出領域」とは、仮想的に第１吐出器３６又は第２吐出器４４からステージ１０に向けてエアロゾルＳを吐出した場合に、エアロゾルＳ中の粒子Ｐの大部分（例えば９５％）が着地する領域を意味する。

第１吐出速度Ｖ１は、粒子Ｐを含むエアロゾルＳが第１吐出器３６からステージ１０に向けて第１吐出速度Ｖ１で吐出された場合に、粒子Ｐがステージ１０に実質的に固着しないような速度に設定することができる。一方、第２吐出速度Ｖ２は、粒子Ｐを含むエアロゾルＳが第１吐出器３６からステージ１０に向けて第２吐出速度Ｖ２で吐出された場合に、粒子Ｐがステージ１０に実質的に固着するような速度に設定することができる。言い換えると、エアロゾルＳがある閾値（本明細書において「臨界速度」という。）以上の吐出速度で吐出された場合にエアロゾルＳ中の粒子Ｐがステージ１０に実質的に固着し、第１吐出速度Ｖ１は臨界速度未満であり、第２吐出速度Ｖ２は臨界速度以上である。ここで、臨界速度は、粒子Ｐの種類や大きさ、ステージ１０や基材の材料などに依存する。例えば、平均粒径が約０．４μｍのα－Ａｌ_２Ｏ_３の粒子Ｐを含み、窒素ガスをキャリアガスとするエアロゾルＳを用いて、３ｍｍのノズル径を有する第１吐出器３６から５ｃｍだけ離れた銅製の基材へ粒子Ｐの固着を行った場合、臨界速度は１５０ｍ／ｓ程度である。この場合、第１吐出速度Ｖ１は、例えば２０ｍ／ｓ～１００ｍ／ｓ、好ましくは５０ｍ／ｓ～８０ｍ／ｓであり、第２吐出速度Ｖ２は、例えば２００ｍ／ｓ～１０００ｍ／ｓ、好ましくは４００ｍ／ｓ～８００ｍ／ｓである。例えば、第１吐出速度Ｖ１は６０ｍ／ｓであり、第２吐出速度Ｖ２は５００ｍ／ｓである。

このように第１吐出速度Ｖ１及び第２吐出速度Ｖ２を設定することにより、吐出されたエアロゾルＳのうち気体Ｇと重なった部分に含まれる粒子Ｐのみをステージ１０に実質的に固着させることが可能となる。これについて、図３～図５を参照してさらに説明する。

図３は、仮想的に第２吐出器４４を用いずに第１吐出器３６からエアロゾルＳを第１吐出速度Ｖ１で吐出した場合の、実施形態に係る成形装置１の動作を示す図である。

図３（ａ）では、エアロゾルＳが第１吐出器３６からステージ１０上の固着面１０ａに向けて第１吐出速度Ｖ１で吐出される。エアロゾルＳは、第１吐出器３６の先端から一定の広がりを持って吐出される。第１吐出器３６の中心軸３６ａに近いほど、エアロゾルＳの濃度（ひいては粒子Ｐの濃度）が大きく、粒子Ｐが密に存在する。

図３（ｂ）では、吐出されたエアロゾルＳ中の粒子Ｐが固着面１０ａ上に着地している。上述のとおり、第１吐出速度Ｖ１で吐出されたエアロゾルＳ中の粒子Ｐは固着面１０ａに実質的に固着しないので、固着面１０ａ上の粒子Ｐはいずれも固着面１０ａに固着していない非固着粒子ＮＰとなる。

図３（ｃ）では、送気装置５０からの気流により固着面１０ａ上の非固着粒子ＮＰが吹き飛ばされて、回収装置５２により回収される。これにより、実質的にすべての粒子Ｐが固着面１０ａから除去される。

図３（ｄ）は、送気装置５０の操作後にステージ１０を上から見た平面図である。実質的にすべての粒子Ｐが除去されるので、第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１及び第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２のいずれにも粒子Ｐは実質的に残っていない。

図４は、仮想的に第２吐出器４４を用いずに第１吐出器３６からエアロゾルＳを第２吐出速度Ｖ２で吐出した場合の、実施形態に係る成形装置１の動作を示す図である。なお、本明細書で説明する実施形態では、第２吐出器４４を併用する場合、第１吐出器３６は、エアロゾルＳを第２吐出速度Ｖ２ではなく第１吐出速度Ｖ１で吐出する。

図４（ａ）では、エアロゾルＳが第１吐出器３６からステージ１０上の固着面１０ａに向けて第２吐出速度Ｖ２で吐出される。

図４（ｂ）では、吐出されたエアロゾルＳ中の粒子Ｐが固着面１０ａ上に着地している。上述のとおり、第２吐出速度Ｖ２で吐出されたエアロゾルＳ中の粒子Ｐは固着面１０ａに実質的に固着するので、固着面１０ａ上の粒子Ｐはいずれも固着面１０ａに固着した固着粒子ＦＰとなる。

図４（ｃ）では、送気装置５０から固着面１０ａに気流が吹き付けられるが、固着面１０ａ上の粒子Ｐはいずれも固着面１０ａに実質的に固着しているので、固着面１０ａから除去されない。

図４（ｄ）は、送気装置５０の操作後にステージ１０を上から見た平面図である。実質的にすべての粒子Ｐが固着面１０ａから除去されないので、第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１全体にわたって固着粒子ＦＰが残っている。

図５は、第１吐出器３６からエアロゾルＳを第１吐出速度Ｖ１で吐出するとともに第２吐出器４４から気体Ｇを第２吐出速度Ｖ２で吐出した場合の、実施形態に係る成形装置１の動作を示す図である。これが、本明細書で説明する実施形態の実際の動作の一例に相当する。

図５（ａ）では、エアロゾルＳが第１吐出器３６からステージ１０上の固着面１０ａに向けて第１吐出速度Ｖ１で吐出され、気体Ｇが第２吐出器４４から固着面１０ａに向けて第２吐出速度Ｖ２で吐出される。ここで、エアロゾルＳと気体Ｇとが重なる領域においては、より勢いのある気体Ｇにより、エアロゾルＳがステージ１０に向かって加速する。

図５（ｂ）では、吐出されたエアロゾルＳ中の粒子Ｐが固着面１０ａ上に着地している。上述のとおり、気体Ｇは第２吐出速度Ｖ２で吐出されるので、吐出されたエアロゾルＳのうち気体Ｇと重なる部分が気体Ｇにより十分に加速すると、当該部分に含まれる粒子Ｐは、固着面１０ａに衝突して固着面１０ａに実質的に固着する。このため、第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１と第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２との重畳部分である第１部分６１（図２参照）においては、固着面１０ａ上の粒子Ｐはいずれも固着面１０ａに固着した固着粒子ＦＰである。

一方、エアロゾルＳは第１吐出速度Ｖ１で吐出されるので、吐出されたエアロゾルＳのうち気体Ｇと重ならない部分に含まれる粒子Ｐは、固着面１０ａに衝突しても固着面１０ａに実質的に固着しない。このため、第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１のうち第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２と重ならない部分である第２部分６２（図２参照）においては、固着面１０ａ上の粒子Ｐはいずれも固着面１０ａに固着していない非固着粒子ＮＰである。

図５（ｃ）では、送気装置５０からの気流により固着面１０ａ上の非固着粒子ＮＰが吹き飛ばされて、回収装置５２により回収される。一方、第１部分６１に存在する固着粒子ＦＰは、送気装置５０によって吹き飛ばされずに固着面１０ａ上に残る。

図５（ｄ）は、送気装置５０の操作後にステージ１０を上から見た平面図である。結果として、実質的に第１部分６１のみに固着粒子ＦＰが残り、それ以外の部分には実質的に固着粒子ＦＰも非固着粒子ＮＰも残らないことになる。仮に偶発的に第２部分６２にも多少の粒子Ｐが固着したとしても、第１部分６１は、固着粒子ＦＰに覆われる割合が第２部分６２よりも格段に大きくなる。すなわち、固着粒子ＦＰが第１部分６１を覆う面積と第１部分６１全体の面積との比により定義される第１部分６１のカバー率は、固着粒子ＦＰが第２部分６２を覆う面積と第２部分６２全体の面積との比により定義される第２部分６２のカバー率よりも格段に大きい。

なお、図５（ｄ）では、図４（ｄ）に比べてより多くの固着粒子ＦＰが第１部分６１に固着しているが、これは、例えば、図５に示すケースでは、図４に示すケースよりも長時間にわたってエアロゾルＳ及び気体Ｇの吐出を行うことにより実現される。図５に示すケースでは、図４に示すケースとは異なり、第２部分６２の非固着粒子ＮＰを監視部１６により除去することができるので、図４よりも長時間にわたって吐出操作を行った後で非固着粒子ＮＰを除去することにより、図４（ｄ）における第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１の中心部と同程度又はそれ以上に多くの粒子Ｐを第１部分６１に集中的に固着させることが可能である。

なお、第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２のうち第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１と重ならない部分である第３部分６３には、そもそもエアロゾルＳが供給されないので、吐出操作後、第３部分６３には実質的に粒子Ｐが残らない。

このように、第１吐出速度Ｖ１を臨界速度未満に設定するとともに第２吐出速度Ｖ２を臨界速度以上に設定することにより、エアロゾルＳのうち気体Ｇと重なる部分のみを臨界速度以上に加速させて、当該部分に含まれる粒子Ｐのみを固着面１０ａに固着させることができる。

なお、第１吐出器移動機構３８及び第２吐出器移動機構４６により第１吐出器３６及び第２吐出器４４の配置を適宜調節することにより、ステージ１０上における第１部分６１の位置や大きさ、形状を必要に応じて調節することができる。

例えば、図６に示すように、第２吐出器４４が第１吐出器３６に近づくように第２吐出器移動機構４６により第２吐出器４４をｘ方向に移動させると、第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１と第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２との重畳部分である第１部分６１が大きくなり、より大面積にわたって粒子Ｐを一度に固着させることができる。逆に、粒子Ｐを固着させる面積を小さくする場合には、第２吐出器４４が第１吐出器３６から離れるように第２吐出器移動機構４６により第２吐出器４４を移動させればよい。

また、例えば、図７に示すように、第２吐出器４４がステージ１０から離れるように第２吐出器移動機構４６により第２吐出器４４をｚ方向（例えば上方向）に移動させると、第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２が大きくなることにより第１部分６１も大きくなるので、より大面積にわたって粒子Ｐを一度に固着させることができる。逆に、第２吐出器４４がステージ１０に近づくように第２吐出器移動機構４６により第２吐出器４４をｚ方向（例えば下方向）に移動させると、第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２を小さくすることができ、より小さな領域に対して粒子Ｐの固着を行うことができる。

さらに、図８に示すように、第２吐出器４４が気体Ｇを吐出する方向がステージ１０の法線方向に対して傾くように第２吐出器移動機構４６により第２吐出器４４をｙ軸に関して回動させた場合も、第１部分６１を大きくしたり小さくしたりすることができるので、粒子Ｐが固着する面積を変化させることができる。

［システム構成］
次に、図９を参照して、成形装置１のシステム構成について説明する。
図９は、実施形態に係る成形装置１のシステム構成の一例を示すブロック図である。

入力部７０は、製造予定の成形体の入力データ（例えば、成形体の３次元構造データ）を受け付けるとともに、当該入力データを制御部２０に送信する。

監視部１６は、ステージ１０上の粒子Ｐの監視データを取得するとともに、当該監視データを制御部２０に送信する。監視データには、ステージ１０の固着粒子ＦＰや非固着粒子ＮＰの位置や形状などが含まれる。

制御部２０は、入力部７０から受け付けた入力データ及び監視部１６から取得した監視データなどに基づき、ステージ１０が適切な位置に移動するように、ステージ移動機構２２を制御するとともに、送気装置５０及び回収装置５２が適切な配置となるように、送気装置移動機構５４及び回収装置移動機構５６をそれぞれ制御する。また、制御部２０は、ユーザの入力などに応じて、チャンバ１２の内部空間の真空引きを開始、調節、又は停止するように真空ポンプ２４を制御する。

制御部２０は、吐出装置１４の制御を行う吐出制御部４８を備える。吐出制御部４８は、入力データ及び監視データなどに基づき、第１吐出装置１４ａ及び第２吐出装置１４ｂをそれぞれ制御する。具体的には、吐出制御部４８は、エアロゾルＳを適切な量や濃度、適切なタイミングで第１吐出器３６に供給するように第１流量調節器３２、エアロゾル発生器３４、及び第２流量調節器３５を制御するとともに、エアロゾルＳを適切な速度かつ適切なタイミングで吐出するように第１吐出器３６を制御する。また、吐出制御部４８は、気体Ｇを適切な量かつ適切なタイミングで第２吐出器４４に供給するように第３流量調節器４２を制御するとともに、気体Ｇを適切な速度かつ適切なタイミングで吐出するように第２吐出器４４を制御する。さらに、吐出制御部４８は、第１吐出器３６及び第２吐出器４４が適切な配置となるように、第１吐出器移動機構３８及び第２吐出器移動機構４６をそれぞれ制御する。

［成形体の製造方法］
次いで、図１０を参照して、成形装置１による成形体の製造方法について説明する。
図１０は、実施形態に係る成形装置１による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。

ステージ１０上で第１層の形成が開始される（Ｓ１００）と、まず、制御部２０は、入力データに基づき、ステージ１０上の粒子Ｐを固着させる固着予定位置（上記の第１部分６１に相当する）を決定するとともに、当該固着予定位置に粒子Ｐを固着させるためにエアロゾルＳ及び気体Ｇがそれぞれ吐出される二つの吐出領域（上記の第１吐出器３６の吐出領域Ｒ１及び第２吐出器４４の吐出領域Ｒ２に相当する）を決定する（Ｓ１０２）。

次いで、制御部２０は、決定された固着予定位置及び各吐出領域に基づき、必要に応じて第１吐出器３６、第２吐出器４４、送気装置５０、及び回収装置５２を移動させてそれらの位置や角度を変更するように、第１吐出器移動機構３８、第２吐出器移動機構４６、送気装置移動機構５４、及び回収装置移動機構５６にそれぞれ指示する（Ｓ１０４）。

次いで、制御部２０は、第１吐出器３６の吐出領域に向けてエアロゾルＳを吐出するように第１吐出器３６に指示するとともに、第２吐出器４４の吐出領域に向けて気体Ｇを吐出するように第２吐出器４４に指示する（Ｓ１０６）。ここで、制御部２０は、予め決定された臨界速度に基づき、第２流量調節器３５に指示して、第１吐出器３６の吐出速度が臨界速度未満の第１吐出速度Ｖ１となるように、第１吐出器３６に供給されるエアロゾルＳの流量を調節させるとともに、第３流量調節器４２に指示して、第２吐出器４４の吐出速度が臨界速度以上である第２吐出速度Ｖ２となるように、第２吐出器４４に供給される気体Ｇの流量を調節させる。上述のとおり、吐出されたエアロゾルＳのうち気体Ｇと重なる部分が気体Ｇにより加速し、この部分に含まれる粒子Ｐのみがステージ１０に固着する。なお、第１吐出器３６の吐出タイミングと第２吐出器４４の吐出タイミングとは同時であってもよく、時間差があってもよい。

次いで、制御部２０は、ステージ１０に気流を吹き付けて非固着粒子ＮＰをステージ１０から吹き飛ばすように送気装置５０に指示する（Ｓ１０８）。また、制御部２０は、送気装置５０により吹き飛ばされた非固着粒子ＮＰを回収するように回収装置５２に指示する（Ｓ１１０）。なお、制御部２０は、このタイミングで、送気装置５０及び回収装置５２を移動させるように送気装置移動機構５４及び回収装置移動機構５６に指示してもよい。

次いで、制御部２０は、ステージ１０に固着した固着粒子ＦＰの情報を取得するように監視部１６に指示する（Ｓ１１２）。例えば、制御部２０は、撮像カメラで上から見たステージ１０の画像を撮影するように監視部１６に指示する。制御部２０は、監視部１６が取得した画像などに基づき、ステージ１０上の固着粒子ＦＰの位置や形状を確認する。例えば、制御部２０は、固着粒子ＦＰが固着予定位置に適切に固着しているか、固着予定位置以外の位置に固着粒子ＦＰが固着していないか、固着予定位置に固着した固着粒子ＦＰの量は適切か、固着粒子ＦＰにクラックなどが生じていないか、などを判定する。

次いで、制御部２０は、入力データに照らして、第１層の形成が完了したか否かを判定する（Ｓ１１４）。例えば、制御部２０は、それまでの動作履歴を参照して、入力データにおける第１層の固着予定位置のうちまだ固着操作を行っていないものがあるか否かを判定し、まだ固着操作を行っていない固着予定位置があると判定された場合には、制御部２０は、第１層の形成が完了していないと判定する。第１層の全固着予定位置に対して固着操作を行ったと判定された場合には、制御部２０は、第１層の形成が完了したと判定する。あるいは、制御部２０は、入力データと監視部１６により取得された実際のステージ１０上の様子との比較対照を行い、入力データにおいて第１層で粒子Ｐの固着が行われるべき全位置と、実際にステージ１０上で粒子Ｐが固着している全位置との一致の程度を計算してもよい。この場合、入力データにおける固着予定位置と監視部１６により得られた実際の固着位置とが十分に一致していると判定された場合、制御部２０は、第１層の形成が完了したと判定する。

第１層の形成が完了していないと判定された場合（Ｓ１１４：ＮＯ）、制御部２０は、Ｓ１０２に戻り、上記の判定結果に基づき、次の固着予定位置及び吐出領域を決定する。例えば、固着粒子ＦＰが固着予定位置に適切に固着したと判定された場合には、制御部２０は、入力データに照らして、第１層内の次の固着予定位置及び吐出領域を決定する。例えば、固着予定位置に固着した固着粒子ＦＰの量が不十分であると判定された場合には、制御部２０は、固着予定位置を変更せず又は僅かに変更して、再度吐出を行うように第１吐出器３６及び第２吐出器４４に指示する。

ここで、次の固着予定位置は、任意の方法で決定される。例えば、次の固着予定位置は、まずｘ方向に沿ってステージ１０の一端から他端へ進み、その後ｙ方向に僅かに進み、再びｘ方向に沿ってステージ１０の一端から他端へ進み、再びｙ方向に僅かに進み、……、という順序に従って決定されてもよく、直前の固着位置からの距離に基づいて（例えば、直前の固着位置に最も近い固着予定位置が次の固着予定位置に設定されるように）決定されてもよい。

なお、成形装置１は、入力データにおける固着予定位置とは異なる位置に粒子Ｐが固着してしまった場合に当該粒子Ｐをステージ１０から除去するための固着粒子除去手段（図示せず）を備えてもよい。固着粒子除去手段は、例えば、ステージ１０に固着した粒子Ｐを物理的に削り取る、位置制御可能な切削装置である。

一方、第１層の形成が完了したと判定された場合（Ｓ１１４：ＹＥＳ）には、制御部２０は、エアロゾルＳ及び気体Ｇの吐出を停止するように第１吐出器３６及び第２吐出器４４に指示する（Ｓ１１６）。

次に、制御部２０は、入力データに照らして、成形体全体の形成が完了したか否かを判定する（Ｓ１１８）。例えば、制御部２０は、それまでの動作履歴を参照して、入力データにおける各層の全固着予定位置のうちまだ固着操作を行っていないものがあるか否かを判定し、まだ固着操作を行っていない固着予定位置があると判定された場合には、制御部２０は、成形体全体の形成が完了していないと判定する。成形体の形成が完成していないと判定された場合（Ｓ１１８：ＮＯ）、制御部２０は、ステージ１０をｚ方向に移動させる（例えば、ｚ方向に１層分だけ下降させる）ようにステージ移動機構２２に指示する（Ｓ１２０）。その後、フローはＳ１００に戻り、第２層の形成が開始される。

一方、成形体全体の形成が完了したと判定された場合（Ｓ１１８：ＹＥＳ）、成形体の製造が完了する。第１層から最終層まで形成が完了することにより、任意の３次元立体形状を有する成形体が得られる。

［効果］
以上説明した成形装置１によれば、吐出器から吐出されたエアロゾルの分布のうち一部の小領域のみをステージに固着させることができる。これにより、単に吐出器でエアロゾルを高速噴射することにより粒子固着を行う場合に比べて、格段に小さな領域での粒子固着が可能となる。すなわち、粒子の固着位置の分解能及び選択性、ひいては位置制御性が向上する。このような小領域への粒子固着を繰り返すことにより、バインダーの使用や加熱処理を必要とせずに、３次元造形体の精密な成形を行うことができるようになる。

バインダーを使用しないので、バインダーの光硬化工程や脱脂工程が不要となる。また、常温での固着が可能であるので、焼結工程も不要であり、加熱による材料の変質や損傷を抑制することができる。さらに、脱脂工程や焼結工程などの加熱工程が不要であるので、成形作業の全工程を常温で実施することができ、加熱装置などが不要になる。このため、作業が格段に容易かつ低コストとなり得る。

本実施形態によると、成形装置１の吐出装置１４は、第１吐出器３６の位置及び向きの少なくとも一方を変更する第１吐出器移動機構３８と、第２吐出器４４の位置及び向きの少なくとも一方を変更する第２吐出器移動機構４６と、をさらに備え、第１吐出器移動機構３８及び第２吐出器移動機構４６は、第１吐出器３６と第２吐出器４４との間の距離及び第１吐出器３６がエアロゾルＳを吐出する方向と第２吐出器４４が気体Ｇを吐出する方向とのなす角の少なくとも一方を変更することができる。このような構成によれば、粒子Ｐが固着する領域（すなわち第１部分６１）の大きさや形状を必要に応じて変更することができる。これにより、粒子Ｐの固着位置の選択性が向上し、ひいては成形装置１による３次元造形の自由度が向上する。

本実施形態によると、成形装置１は、固着面１０ａ上の粒子Ｐを監視する監視部１６をさらに備え、制御部２０は、監視部１６からの情報に基づき、エアロゾルＳが吐出される固着面１０ａ上の領域Ｒ１及び気体Ｇが吐出される固着面１０ａ上の領域Ｒ２の少なくとも一方を決定する。このような構成によれば、実際にステージ１０に固着した粒子Ｐの位置や形状に基づき、次の固着予定位置を決定することができるので、より精密な造形が可能となる。また、吐出されたエアロゾルＳの分布にはある程度のランダム性が存在するところ、上述のようなフィードバック制御により、このようなランダム性を補償することができる。

本実施形態によると、成形装置１は、固着していない粒子Ｐを固着面１０ａから除去する洗浄部１８をさらに備え、洗浄部１８は、固着していない粒子Ｐを固着面１０ａから吹き飛ばす送気装置５０及び固着していない粒子Ｐを固着面１０ａから回収する回収装置５２を有する。このような構成によれば、非固着粒子ＮＰを除去するだけでなく、その後に吐出されるエアロゾルＳの原料として再利用することが可能となるので、成形作業のコストを低減することができる。

［変形例］
上記例では、エアロゾルＳと気体Ｇとを併用することで粒子Ｐを小さなスポットに固着させることを繰り返して成形体を形成しているが、成形工程中にある程度の大面積又は層全体に粒子Ｐを固着させることが必要となった場合には、第２吐出器４４からの気体Ｇの供給を一旦停止し、第１吐出器３６からエアロゾルＳを臨界速度以上の第２吐出速度Ｖ２で吐出させることにより、大面積に対して一度に粒子Ｐを固着させることもできる。すなわち、第１吐出器３６の吐出速度及び第２吐出器４４の使用の有無を必要に応じて切り替えることにより、小面積への固着と大面積への固着とを状況に応じて使い分けることができる。

上記例では、エアロゾルＳと気体Ｇとが同程度の広がりをもって吐出されているが、図１１のように第２吐出器４４から吐出される気体Ｇの広がりを第１吐出器３６よりも絞ってもよい。この場合も、上記例と同様に、エアロゾルＳのうち気体Ｇと重なる部分のみが加速し、エアロゾルＳの吐出領域Ｒ１と気体Ｇの吐出領域Ｒ２とが重なる第１部分６１においてのみ、エアロゾルＳ中の粒子Ｐがステージ１０に固着することになる。エアロゾルＳの吐出領域Ｒ１のうち気体Ｇの吐出領域Ｒ２と重ならない第２部分６２における非固着粒子ＮＰは、洗浄部１８により除去される。

上記例では、第１吐出装置１４ａを用いて１種類の粒子Ｐを含むエアロゾルＳが吐出されるが、２種類以上の粒子Ｐが用いられてもよい。例えば、粒子Ｐとは別の材料の粒子を含むエアロゾルを吐出するために、第１吐出装置１４ａと同様の別の吐出装置がさらに設けられてもよい。また、切替弁などを利用することにより、第１吐出装置１４ａが、状況に応じて異なるエアロゾルを吐出できるように構成されてもよい。

上記例では、円形の開口を有するノズルが用いられているが、第１吐出器３６及び第２吐出器４４の構成はこれに限定されない。例えば、第１吐出器３６及び第２吐出器４４は、ｙ方向に延在する矩形又は楕円形の開口を有してもよい。この場合、第１部分６１がｙ方向に長く形成され得るので、成形作業の効率が向上し得る。このような吐出器でｙ方向に小さな領域に固着を行う場合には、例えば第１部分６１がｙ方向に短くなるように第２吐出器４４を第１吐出器３６に対してｙ方向にずらせばよい。

また、複数の第１吐出器３６及び複数の第２吐出器４４が設けられてもよい。例えば、複数の第１吐出器３６及び複数の第２吐出器４４をアレイ状に配置し、それぞれ個別に吐出の制御を行うことにより、同時に複数の位置に対して粒子Ｐの固着を行うことが可能となる。

上記例では、洗浄部１８は、送気装置５０及び回収装置５２によりステージ１０に固着していない粒子Ｐ（すなわち非固着粒子ＮＰ）を除去するものであるが、それに加えて又はその代わりに、気流による除去以外の機構も利用可能である。例えば、洗浄部１８は、非固着粒子ＮＰを物理的に直接掃き取る機構を有してもよく、非固着粒子ＮＰがくっつく接着性部材を有してもよい。粒子Ｐが磁性粒子である場合には、洗浄部１８は、磁力により非固着粒子ＮＰを除去する機構を有してもよい。また、これらが併用されてもよい。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１ 成形装置
１０ ステージ
１０ａ 固着面
１２ チャンバ
１４ 吐出装置
１４ａ 第１吐出装置
１４ｂ 第２吐出装置
１６ 監視部
１８ 洗浄部
２０ 制御部
２２ ステージ移動機構
２４ 真空ポンプ
３０ 第１ガスボンベ
３２ 第１流量調節器
３４ エアロゾル発生器
３５ 第２流量調節器
３６ 第１吐出器
３８ 第１吐出器移動機構
４０ 第２ガスボンベ
４２ 第３流量調節器
４４ 第２吐出器
４６ 第２吐出器移動機構
４８ 吐出制御部
５０ 送気装置
５２ 回収装置
５４ 送気装置移動機構
５６ 回収装置移動機構
６１ 第１部分
６２ 第２部分
６３ 第３部分
７０ 入力部

Claims (15)

1. 粒子を固着面に衝突させて固着させるために用いられる吐出装置であって、
   前記粒子を含むエアロゾルを第１吐出速度で前記固着面に向けて吐出する第１吐出器と、
   気体を前記第１吐出速度より速い第２吐出速度で前記固着面に向けて吐出する第２吐出器と、を備え、
   前記第２吐出器は、前記気体が前記エアロゾルと少なくとも部分的に重なることにより前記エアロゾルの少なくとも一部を前記固着面に向けて加速させて前記粒子を前記固着面に固着させるように前記気体を吐出する、吐出装置。
2. 前記第１吐出速度は、前記第１吐出速度で吐出された前記エアロゾルが前記固着面に衝突した場合に前記粒子が前記固着面に実質的に固着しないような速度であり、
   前記第２吐出速度は、前記第２吐出速度で吐出された前記エアロゾルが前記固着面に衝突した場合に前記粒子が前記固着面に実質的に固着するような速度である、請求項１に記載の吐出装置。
3. 前記粒子は、前記エアロゾルが臨界速度以上の速度で吐出されて前記固着面に衝突した場合に、実質的に前記固着面に固着し、
   前記第１吐出速度は、前記粒子の前記臨界速度未満であり、
   前記第２吐出速度は、前記粒子の前記臨界速度以上である、請求項１又は２に記載の吐出装置。
4. 前記第１吐出器及び前記第２吐出器は、前記固着面の第１部分に前記エアロゾル及び前記気体の両方が当たり、前記固着面の第２部分に前記エアロゾルが当たるが前記気体が当たらない場合に、固着した前記粒子が前記第１部分を覆う面積と前記第１部分の面積との比が、固着した前記粒子が前記第２部分を覆う面積と前記第２部分の面積との比より大きくなるように構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の吐出装置。
5. 前記第１吐出器及び前記第２吐出器は、前記第１部分で前記粒子の固着が起こり、前記第２部分では前記粒子の固着が起こらないように構成されている、請求項４に記載の吐出装置。
6. 前記第１吐出器の位置及び向きの少なくとも一方を変更する第１吐出器移動機構と、
   前記第２吐出器の位置及び向きの少なくとも一方を変更する第２吐出器移動機構と、
   をさらに備え、
   前記第１吐出器移動機構及び前記第２吐出器移動機構は、前記第１吐出器と前記第２吐出器との間の距離及び前記第１吐出器が前記エアロゾルを吐出する方向と前記第２吐出器が前記気体を吐出する方向とのなす角の少なくとも一方を変更することができる、請求項１～５のいずれか一項に記載の吐出装置。
7. 固着面を備えるステージと、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の吐出装置と、
   を備える成形装置。
8. 成形体の３次元形状データに基づき、前記成形体が３次元形状で形成されるように前記吐出装置を制御する制御部をさらに備える、請求項７に記載の成形装置。
9. 前記固着面上の前記粒子を監視する監視部をさらに備え、
   前記制御部は、前記監視部からの情報に基づき、前記エアロゾルが吐出される前記固着面上の領域及び前記気体が吐出される前記固着面上の領域の少なくとも一方を決定する、請求項８に記載の成形装置。
10. 固着していない前記粒子を前記固着面から除去する洗浄部をさらに備える、請求項７～９のいずれか一項に記載の成形装置。
11. 前記洗浄部は、固着していない前記粒子を前記固着面から吹き飛ばす送気装置を有する、請求項１０に記載の成形装置。
12. 前記洗浄部は、固着していない前記粒子を前記固着面から回収する回収装置を有する、請求項１０又は１１に記載の成形装置。
13. 粒子を固着面に衝突させて固着させることにより、固着した前記粒子から所定の形状の成形体を製造する方法であって、
    前記粒子を含むエアロゾルを第１吐出速度で前記固着面に向けて吐出するとともに、前記エアロゾルと少なくとも部分的に重なるように、気体を前記第１吐出速度より速い第２吐出速度で前記固着面に向けて吐出することにより、前記エアロゾルの少なくとも一部を前記固着面に向けて加速させて前記粒子を前記固着面に固着させる吐出ステップと、
    前記固着面に固着していない前記粒子を前記固着面から除去する洗浄ステップと、
    を含み、
    前記吐出ステップ及び前記洗浄ステップを繰り返すことにより、前記成形体が前記固着面上に形成される、成形体の製造方法。
14. 前記固着面を鉛直方向下向きに移動させる固着面移動ステップをさらに含み、
    前記吐出ステップ及び前記洗浄ステップ並びに前記固着面移動ステップを繰り返すことにより、３次元形状を有する前記成形体が形成される、請求項１３に記載の成形体の製造方法。
15. 前記固着面上の前記粒子を監視する監視ステップと、
    前記監視ステップで得られた情報に基づき、前記吐出ステップにおいて前記エアロゾルが吐出される前記固着面上の領域及び前記気体が吐出される前記固着面上の領域の少なくとも一方を決定する位置決定ステップと、
    をさらに含む、請求項１３又は１４に記載の成形体の製造方法。

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