JP7346917B2 - 三次元造形物の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。
従来から、三次元造形物の製造方法には様々な種類がある。このうち、支持体で構造体を支持している状態として構造体を造形する三次元造形物の製造方法がある。例えば、特許文献１には、サポート材料として粉体状の金属材料を使用したサポート層で、粉体状の金属材料である造形材料の層を支持して、積層造形物を造形する三次元造形物の製造方法が開示されている。
ＷＯ２０１５／１４１０３２号公報
しかしながら、特許文献１に記載されるような従来の支持体で構造体を支持している状態として構造体を造形する三次元造形物の製造方法では、構造体の形状が複雑になると支持体を除去できない場合があった。
上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造方法は、金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料を供給し、前記造形材料における造形する三次元造形物の構造体に対応する領域にバインダーを供給する構造体造形工程と、樹脂を含む支持材料で前記構造体を支持する支持体を造形する支持体造形工程と、前記構造体を支持している状態の前記支持体と前記バインダーとを脱脂する脱脂工程と、を有することを特徴とする。
本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な、実施例１の三次元造形物の製造装置を表す概略構成図。 実施例１の三次元造形物の製造装置を用いて行う本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法を説明するための概略図。 実施例１の三次元造形物の製造装置を用いて行う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。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法で構造体を造形する際の、一層分の支持体の一例を表す概略平面図。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法で構造体を造形する際の、一層分の構造体及び支持体の一例を表す概略平面図であり、バインダーを供給する前の状態である。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法で構造体を造形する際の、一層分の構造体及び支持体の一例を表す概略平面図であり、バインダーを供給した後の状態である。 本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法で構造体を造形する際の、複数層分積層されて形成された構造体の筐体部及び支持体の一例を表す概略斜視図である。 図７で表される支持体が筐体部に収容された状態の構造体に対して蓋部をさらに形成した状態を表す概略斜視図。 本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な、実施例２の三次元造形物の製造装置を表す概略構成図。 実施例２の三次元造形物の製造装置を用いて行う本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法を説明するための概略図。 実施例２の三次元造形物の製造装置を用いて行う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。
最初に、本発明について概略的に説明する。
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方法は、金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料を供給し、前記造形材料における造形する三次元造形物の構造体に対応する領域にバインダーを供給する構造体造形工程と、樹脂を含む支持材料で前記構造体を支持する支持体を造形する支持体造形工程と、前記構造体を支持している状態の前記支持体と前記バインダーとを脱脂する脱脂工程と、を有することを特徴とする。
本態様によれば、金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料とバインダーとで構造体を造形するとともに、樹脂を含む支持材料で支持体を造形し、バインダーだけでなく構造体を支持している状態の支持体も脱脂する。このため、支持体を脱脂することで構造体の形状が複雑になっても、支持体が除去できないという虞を低減できる。
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記構造体造形工程と前記支持体造形工程とを実行して１または複数の層を形成する場合に、層毎に前記支持体造形工程の実行後に前記構造体造形工程を実行するとともに、前記構造体造形工程では前記支持体の造形位置を除く位置に前記造形材料を供給することを特徴とする。
本態様によれば、各層において支持体を造形してから構造体を造形する。このため、各層において簡単に所望の構造体の形成位置に構造体を形成できるとともに所望の支持体の形成位置に支持体を形成できる。
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記構造体造形工程と前記支持体造形工程とを実行して１または複数の層を形成する場合に、層毎に前記構造体造形工程の実行後に前記支持体造形工程を実行するとともに、前記構造体造形工程の実行に伴い供給された前記造形材料を前記支持体の造形位置から除去する除去工程を実行し、前記支持体造形工程では前記除去工程で前記造形材料が除去された前記支持体の造形位置に前記支持材料を供給して前記支持体を造形することを特徴とする。
本態様によれば、各層において、支持体の造形に先立って構造体を造形し、支持体の造形位置の造形材料を除去してから支持体を造形する。構造体を先に造形することで各層において造形材料をムラなく供給でき、高い剛性の構造体を造形できる。
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記樹脂は、紫外線硬化樹脂であり、前記支持体造形工程は、前記支持材料に紫外線を照射する照射工程を含むことを特徴とする。
本態様によれば、紫外線硬化樹脂を含む支持材料を用いて高精度に支持体を造形できるので、高精度の構造体を造形できる。
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記樹脂は、熱可塑性樹脂であり、前記支持体造形工程は、前記支持材料を溶融させた状態で射出することで前記支持体を造形することを特徴とする。
本態様によれば、熱可塑性樹脂を含む支持材料を用いて簡単に支持体を造形できるので、簡単に構造体を造形できる。
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記脱脂工程後に前記造形材料を焼結する焼結工程を有することを特徴とする。
本態様によれば、焼結工程を有するので、金属粉末またはセラミックス粉末が焼結された高剛性の三次元造形物を造形できる。
本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記脱脂工程は、前記支持体を加熱して気化させる工程であることを特徴とする。
本態様によれば、支持体を加熱して気化させることで容易に脱脂ができる。
本発明の第８の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記脱脂工程は、前記支持体を溶剤により溶解させる工程であることを特徴とする。
本態様によれば、支持体を溶剤により溶解させることで高い精度で脱脂ができる。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
［実施例１］
最初に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物の製造装置１の一例について図１を参照して説明する。ここで、図１及び後述する各図における図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向である。また、Ｚ方向は鉛直方向であり層５００の積層方向に対応する。
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。
本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、層５０１、層５０２、層５０３、・・・層５０ｎからなる層５００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る。そして、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、造形テーブル９を有するテーブルユニット１０と、三次元造形物の造形材料と該造形材料を支持する支持材料とを造形テーブル９に供給する供給ユニット８と、テーブルユニット１０及び供給ユニット８の動作を制御する制御部１２と、を備えている。なお、三次元造形物の製造装置１は、パーソナルコンピューターなどの外部装置２０と電気的に接続されており、外部装置２０を介してユーザーからの指示を受け付け可能な構成となっている。
造形テーブル９は、制御部１２の制御によりＺ方向に移動可能な構成となっている。造形テーブル９の造形面９ａをテーブルユニット１０の上面部１０ａに対してＺ方向において所定の距離だけ低い位置に配置し、造形面９ａに供給ユニット８から三次元造形物の造形材料を供給して１層分の層５００を形成する。そして、造形テーブル９の所定の距離分の下方への移動と、供給ユニット８からの三次元造形物の造形材料の供給と、を繰り返すことで積層する。図１は、層５０１、層５０２、層５０３及び層５０４の４層分の層形成を繰り返して、造形面９ａ上に三次元造形物の構造体Ｓを形成した様子を表している。
供給ユニット８は、ガイドバー１１に沿って、Ｘ方向に移動可能な構成となっている。また、供給ユニット８は、金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料を造形テーブル９に供給する造形材料供給部２を備えている。また、供給ユニット８は、造形テーブル９に供給された造形材料を圧縮して均すことが可能な圧縮ローラー６を備えている。
また、供給ユニット８は、樹脂を含むペースト状の支持材料を供給することで構造体Ｓを支持する支持体Ｔを形成する支持体供給部４を備えている。本実施形態の支持体供給部４は、紫外線硬化樹脂を含有する紫外線硬化インクを支持材料として射出可能な構成となっている。そして、供給ユニット８は、紫外線硬化インクを硬化させるための紫外線を照射する紫外線照射部７を備えている。ただし、このような構成の供給ユニット８に限定されず、例えば、熱硬化樹脂を含む支持材料を造形テーブル９に供給可能な支持体供給部４を備えていてもよい。このような支持体供給部４を備えている場合、例えば、供給ユニット８は、該支持体供給部４から加熱した状態で支持材料を造形テーブル９に供給し、造形テーブル９に供給された支持材料が冷却されることで硬化する構成とすることができる。
そして、供給ユニット８は、層５００における構造体Ｓに対応する領域に造形材料のバインダーを供給するバインダー供給部３を備えている。本実施形態のバインダーには、樹脂と該樹脂を溶解する溶媒とが含まれている。
なお、詳細は後述するが、各々の層５００を形成する際において、支持体Ｔの層である支持体層３００が形成される場合は、供給ユニット８からの造形材料供給に先立って支持体供給部４からの支持体Ｔの供給が実行される。そして、支持体層３００の形成位置以外の位置に供給ユニット８からの造形材料供給が行われ、構造体Ｓの対応位置にバインダー供給部３からバインダーが供給されて構造体層３１０が形成される。
また、供給ユニット８は、バインダー供給部３から供給されるバインダーに含まれる溶媒を乾燥させるヒーター５を備えている。ヒーター５としては、例えば赤外線ヒーターなどを使用できるが、特に限定はない。なお、構造体Ｓに対応する領域の造形材料にバインダーが供給されてバインダーに含まれる溶媒が乾燥することで、該領域は隣接する位置から支持体Ｔや造形材料が除去されても形状を保持することが可能になる。
次に、三次元造形物の製造装置１を用いて実行可能な三次元造形物の製造方法の一例について、図２並びに図４～図８を参照しつつ、図３を用いて説明する。なお、図２は、層５００のうちの層５０２を形成する際の一例を表している。
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、図３で表されるように、最初に、ステップＳ１１０の造形データ入力工程で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、外部装置２０を用いて造形データを三次元造形物の製造装置１に入力できる。
次に、ステップＳ１２０の支持体形成有無判断工程で、三次元造形物の製造装置１の制御部１２において、造形データに基づいて層５００を形成する際において該層５００において支持体層３００を形成するか否かを判断する。そして、支持体層３００を形成すると判断した場合はステップＳ１３０の支持体造形工程に進み、支持体層３００を形成しないと判断した場合はステップＳ１４０の構造体造形工程に進む。
ステップＳ１３０の支持体造形工程では、上記のように樹脂を含む支持材料で三次元造形物の構造体Ｓを支持する支持体Ｔとしての支持体層３００を造形する。本実施例においては、例えば図２の一番上の状態で表されるように支持体供給部４から紫外線硬化インクである支持材料を供給し、その後、紫外線照射部７から紫外線を照射させる照射工程を実行することで支持体Ｔを造形する。なお、支持体供給部４として熱硬化樹脂を含む支持材料を供給可能なものを使用した場合には、紫外線照射部７からの紫外線の照射は省略できる。ここで、図４はステップＳ１３０の支持体造形工程を実行することで形成された支持体Ｔとしての支持体層３００の一例の概略平面図を表している。
そして、ステップＳ１４０の構造体造形工程では、上記のように金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料で構造体Ｓとしての構造体層３１０を造形する。具体的には、例えば、造形材料供給部２から造形材料を造形テーブル９に供給し、図２の上から２番目の状態で表されるように圧縮ローラー６で造形材料を圧縮して均し、その後、図２の一番下の状態で表されるようにバインダー供給部３から構造体Ｓに対応する領域にバインダーを供給させることで構造体Ｓを造形する。ここで、図４は造形材料供給部２から造形材料を造形テーブル９に供給した後に圧縮ローラー６で造形材料を圧縮して均した状態の一例の概略平面図を表しており、図５は図４の状態の後にバインダー供給部３からバインダーを供給させることで構造体Ｓを造形した状態の一例の概略平面図を表している。なお、図５及び図６では、構造体Ｓの対応領域のみを表しており、周囲の造形材料は省略して表している。
なお、層５０２を形成する際のようにステップＳ１２０の支持体形成有無判断工程で支持体層３００を形成すると判断した場合は、構造体層３１０の造形に先立って支持体層３００の造形が実行される。一方、層５０１を形成する際のようにステップＳ１２０の支持体形成有無判断工程で支持体層３００を形成しないと判断した場合は、ステップＳ１３０の支持体造形工程を省略して構造体層３１０の造形が実行される。
そして、ステップＳ１９０の造形データ終了有無判断工程で、三次元造形物の製造装置１の制御部１２において、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層５００の形成が全て終了したかどうかを判断する。層５００の形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０の支持体形成有無判断工程に戻り、次の層５００を形成する。一方、層５００の形成が全て終了したと判断した場合、ステップＳ２００の脱脂工程に進む。
ここで、図４～図８は、内部に空間部を有する直方体の構造体Ｓを造形する際の一例の状態図を表している。詳細には、図４～図６は該構造体Ｓの層５０２の形成時の状態を表しており、図７は層５００の積層を繰り返して構造体Ｓのうちの筐体部Ｓａが形成された状態を表しており、図８は該筐体部Ｓａ上に蓋部Ｓｂが形成されることで構造体Ｓのグリーン体が完成した状態を表している。すなわち、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、まず、構造体Ｓとして筐体部Ｓａを造形するとともに、支持体Ｔが該筐体部Ｓａに収容された状態となるように、筐体部Ｓａと同時に一体的に支持体Ｔが造形される。そして、支持体Ｔが該筐体部Ｓａに収容された状態となった後に蓋部Ｓｂを造形する。蓋部Ｓｂの造形は筐体部Ｓａのみではなく支持体Ｔに支えられた状態で行われるので、蓋部Ｓｂが変形することは抑制される。なお、ステップＳ２００の脱脂工程では、図８で表される構造体Ｓのグリーン体の脱脂が行われる。
ステップＳ２００の脱脂工程では、バインダーなど、ステップＳ１２０の支持体形成有無判断工程からステップＳ１９０の造形データ終了有無判断工程を繰り返すことで製造された構造体Ｓ及び支持体Ｔの樹脂成分を、三次元造形物の製造装置１のヒーター５や外部装置などを用いて、構造体Ｓに含まれるバインダーと該構造体Ｓを支持している状態の支持体Ｔに含まれる支持材料の樹脂とを揮発などさせることで脱脂する。
そして、ステップＳ２１０の焼結工程では、ステップＳ２００の脱脂工程で脱脂がなされた構造体Ｓを加熱して造形材料を焼結する。なお、ステップＳ２００の脱脂工程を実行した後においても構造体Ｓのバインダーや支持体Ｔの紫外線硬化樹脂などの樹脂成分が残存していた場合でも、本ステップＳ２１０の焼結工程の実行に伴い該樹脂成分は除去される。ここで、本ステップＳ２１０の焼結工程は、三次元造形物の製造装置１とは別の装置を用いて行ってもよいが、三次元造形物の製造装置１に高温に設定可能な恒温槽などを設けて三次元造形物の製造装置１において行ってもよい。そして、本ステップＳ２１０の焼結工程の終了に伴い、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、図３で表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料を供給し、造形材料における造形する三次元造形物の構造体Ｓに対応する領域にバインダーを供給するステップＳ１４０の構造体造形工程と、樹脂を含む支持材料で構造体Ｓを支持する支持体Ｔを造形するステップＳ１３０の支持体造形工程と、構造体Ｓを支持している状態の支持体Ｔとバインダーとを脱脂する脱脂工程と、を有する。
本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料とバインダーとで構造体Ｓを造形するとともに、樹脂を含む支持材料で支持体Ｔを造形し、バインダーだけでなく構造体Ｓを支持している状態の支持体Ｔも脱脂することができる。このため、支持体Ｔを脱脂することで構造体Ｓの形状が複雑になっても、支持体Ｔが除去できないという虞を低減できる。
また、図３で表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップＳ１４０の構造体造形工程とステップＳ１３０の支持体造形工程とを実行して１または複数の層５００を形成する場合に、各層５００において支持体Ｔを造形してから構造体Ｓを造形する。別の表現をすると、層５００毎にステップＳ１３０の支持体造形工程の実行後にステップＳ１４０の構造体造形工程を実行する。そして、ステップＳ１４０の構造体造形工程では、図２で表されるように、支持体Ｔの造形位置Ｐを除く位置に造形材料を供給する。このため、各層５００において簡単に所望の構造体Ｓの形成位置に構造体Ｓを形成できるとともに所望の支持体Ｔの形成位置に支持体Ｔを形成できる。
また、上記のように、図３で表される本実施例の三次元造形物の製造方法において造形材料に使用される樹脂は紫外線硬化樹脂であり、ステップＳ１３０の支持体造形工程は支持材料に紫外線を照射する照射工程を含む。このため、図３で表される本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、紫外線硬化樹脂を含む支持材料を用いて高精度に支持体を造形できるので、高精度の構造体Ｓを造形できる。
ただし、造形材料に使用される樹脂は熱可塑性樹脂であってもよい。熱可塑性樹脂とは、加熱することで固体から溶融して液体状になる樹脂である。造形材料に熱可塑性樹脂を使用する場合、支持体造形工程は、支持材料を溶融させた状態で射出することで支持体を造形することが好ましい。このような支持体造形工程とすることで、熱可塑性樹脂を含む支持材料を用いて簡単に支持体Ｔを造形できるので、簡単に構造体Ｓを造形できる。
また、図３のフローチャートで表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップＳ２００の脱脂工程後に造形材料を焼結するステップＳ２１０の焼結工程を有している。すなわち、焼結工程を有する図３のフローチャートで表される本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、金属粉末またはセラミックス粉末が焼結された高剛性の三次元造形物を造形できる。
また、図３のフローチャートで表される本実施例の三次元造形物の製造方法におけるステップＳ２００の脱脂工程は、支持体Ｔを加熱して気化させる工程である。支持体Ｔを加熱して気化させることで容易に脱脂ができる。
ただし、本発明の三次元造形物の製造方法は、このような脱脂工程に限定されない。例えば、脱脂工程として、支持体Ｔを溶剤により溶解させる工程を採用することもできる。支持体Ｔを溶剤により溶解させることで高い精度で脱脂ができる。
次に、本発明の三次元造形物の製造方法で使用可能な造形材料についての具体例を説明する。造形材料に含有可能な金属粉末としては、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（ＳＵＳ）、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）の粉末、これらの混合粉末を、用いることが可能である。
また、造形材料に含有可能なセラミックス粉末としては、例えば二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素などを好ましく使用可能である。
また、支持材料についての具体例を説明する。支持材料に使用可能な樹脂としては、例えば、ＰＭＭＡ（アクリル）、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－アクリル酸エステル）、ＡＳＡ（アクリロニトリル－スチレン－アクリル酸エステル）、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＥＰ（エポキシ）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＳ（ポリスチレン）、パラフィンワックス、その他熱可塑性樹脂も好ましく使用可能である。また、アクリルなどのような不飽和二重結合のラジカル重合を用いるタイプや、エポキシなどのカチオン重合を用いるタイプの紫外線硬化性樹脂を用いることもできる。
また、造形材料に含有可能なバインダーに含有可能な樹脂としては、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、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリオキシメチレン、ポリメチルメタクリレート、パラフィンワックスなどを好ましく使用可能である。さらには、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、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などを単独で或いは組み合わせて用いることができる。
また、造形材料及び支持材料は溶剤をさらに含んでいてもよく、好ましい溶剤としては、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。
［実施例２］
次に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な実施例１の三次元造形物の製造装置１とは異なる構成の実施例２の三次元造形物の製造装置１の一例について図９を参照して説明する。なお、図９は図１に対応する図である。ここで、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、吸引ユニット１３を備えること以外の構成は実施例１の三次元造形物の製造装置１と同様の構成である。このため、構成が共通する部分である吸引ユニット１３以外の構成の説明は省略する。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示している。
図９で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造装置１は、吸引ユニット１３を備えている。吸引ユニット１３は、供給ユニット８と同様、ガイドバー１１に沿って、Ｘ方向に移動可能な構成となっている。吸引ユニット１３は、ガイドバー１１に沿ってＸ方向に移動することで、層５００におけるバインダーが塗布されていない領域における造形材料を吸引可能な構成となっている。ただし、吸引ユニット１３の構成に特に限定はない。
次に、本実施例の三次元造形物の製造装置１を用いて実行可能な三次元造形物の製造方法の一例について図１０を参照しつつ、図１１を用いて説明する。なお、図１０は図２に対応する図であり、図１１は図３に対応する図である。ここで、図１１のフローチャートと図３のフローチャートとで同じステップナンバーの工程は同じ工程であるので、図３のフローチャートで表される三次元造形物の製造方法で説明したステップナンバーの工程についての説明は省略する。
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、図１１で表されるように、ステップＳ１１０の造形データ入力工程で製造する三次元造形物の造形データを入力した後に、該造形データに基づいて、ステップＳ１５０の構造体造形工程を実行する。ステップＳ１５０の構造体造形工程では、金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料で構造体Ｓとしての構造体層３１０を造形する。具体的には、例えば、造形材料供給部２から造形材料を造形テーブル９に供給し、図１０の１番上の状態で表されるように圧縮ローラー６で造形材料を圧縮して均し、その後、図１０の上から２番目の状態で表されるようにバインダー供給部３から構造体Ｓに対応する領域にバインダーを供給させることで構造体Ｓを造形する。
次に、ステップＳ１６０の支持体形成有無判断工程で、三次元造形物の製造装置１の制御部１２において、造形データに基づいて支持体層３００を形成するか否かを判断する。そして、支持体層３００を形成すると判断した場合はステップＳ１７０の造形材料の除去工程に進み、支持体層３００を形成しないと判断した場合はステップＳ１９０の造形データ終了有無判断工程に進む。
ステップＳ１６０の支持体形成有無判断工程で支持体層３００を形成すると判断した場合は、ステップＳ１７０の除去工程で、支持体Ｔを形成する領域の造形材料を吸引ユニット１３により吸引することで除去する。具体的には、例えば、図１０の上から３番目の状態で表されるように、支持体Ｔの造形位置Ｐと対抗する位置に吸引ユニット１３が位置したときに該吸引ユニット１３を駆動させ、支持体Ｔの造形位置Ｐにある造形材料を吸引する。支持体Ｔの造形位置Ｐの周囲の構造体Ｓに対応する領域にはバインダーが供給されているので、支持体Ｔの造形位置Ｐの造形材料をきれいに吸引することが可能である。
そして、ステップＳ１７０の除去工程の終了後、ステップＳ１８０の支持体造形工程に進み、ステップＳ１８０の支持体造形工程では、例えば、図１０の一番下の状態で表されるように、支持体Ｔの造形位置Ｐに支持体Ｔとしての支持体層３００を造形する。なお、本実施例においては、支持体供給部４から紫外線硬化インクである支持材料を供給し、その後、紫外線照射部７から紫外線を照射させる照射工程を実行することで支持体Ｔを造形する。しかしながら、支持体供給部４として熱硬化樹脂を含む支持材料を供給可能なものを使用した場合には、紫外線照射部７からの紫外線の照射は省略できる。
ステップＳ１８０の支持体造形工程を終了すると、ステップＳ１９０の造形データ終了有無判断工程に進む。ステップＳ１９０の造形データ終了有無判断工程以降は、図３のフローチャートで表される三次元造形物の製造方法と同様である。
すなわち、図１１で表される本実施例の三次元造形物の製造方法は、ステップＳ１５０の構造体造形工程とステップＳ１８０の支持体造形工程とを実行して１または複数の層５００を形成する場合に、層５００毎にステップＳ１５０の構造体造形工程の実行後にステップＳ１８０の支持体造形工程を実行するとともに、ステップＳ１５０の構造体造形工程の実行に伴い供給された造形材料を支持体Ｔの造形位置Ｐから除去するステップＳ１７０の除去工程を実行する。なお、ステップＳ１８０の支持体造形工程ではステップＳ１７０の除去工程で造形材料が除去された支持体Ｔの造形位置Ｐに支持材料を供給して支持体Ｔを造形する。このため、図１１で表される本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、各層５００において、支持体Ｔの造形に先立って構造体Ｓを造形し、支持体Ｔの造形位置Ｐの造形材料を除去してから支持体Ｔを造形できる。構造体Ｓを先に造形することで各層５００において造形材料をムラなく供給でき、高い剛性の構造体Ｓを造形できる。
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。
１…三次元造形物の製造装置、２…造形材料供給部、３…バインダー供給部、
４…支持体供給部、５…ヒーター、６…圧縮ローラー、７…紫外線照射部、
８…供給ユニット、９…造形テーブル、９ａ…造形面、１０…テーブルユニット、
１０ａ…上面部、１１…ガイドバー、１２…制御部、２０…外部装置、
３００…支持体層、３１０…構造体層、５００…層、
５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、Ｐ…支持体Ｔの造形位置、Ｓ…構造体、
Ｓａ…筐体部、Ｓｂ…蓋部、Ｔ…支持体

Claims (10)

  1. 金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料を供給し、前記造形材料における造形する三次元造形物の構造体に対応する領域にバインダーを供給する構造体造形工程と、
    樹脂を含む支持材料で前記構造体を支持する支持体を造形する支持体造形工程と、
    前記構造体を支持している状態の前記支持体と前記バインダーとを脱脂する脱脂工程と、
    を有し、
    前記構造体造形工程と前記支持体造形工程とを実行して１または複数の層を形成する場合に、層毎に前記支持体造形工程の実行後に前記構造体造形工程を実行するとともに、前記構造体造形工程では前記支持体の造形位置を除く位置に前記造形材料を供給することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  2. 請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記脱脂工程後に前記造形材料を焼結する焼結工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  3. 請求項１または２に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記脱脂工程は、前記支持体を溶剤により溶解させる工程であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  4. 金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料を供給し、前記造形材料における造形する三次元造形物の構造体に対応する領域にバインダーを供給する構造体造形工程と、
    樹脂を含む支持材料で前記構造体を支持する支持体を造形する支持体造形工程と、
    前記構造体を支持している状態の前記支持体と前記バインダーとを脱脂する脱脂工程と、
    を有し、
    前記脱脂工程後に前記造形材料を焼結する焼結工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  5. 請求項４に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記脱脂工程は、前記支持体を溶剤により溶解させる工程であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  6. 金属粉末またはセラミックス粉末を含む造形材料を供給し、前記造形材料における造形する三次元造形物の構造体に対応する領域にバインダーを供給する構造体造形工程と、
    樹脂を含む支持材料で前記構造体を支持する支持体を造形する支持体造形工程と、
    前記構造体を支持している状態の前記支持体と前記バインダーとを脱脂する脱脂工程と、
    を有し、
    前記脱脂工程は、前記支持体を溶剤により溶解させる工程であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  7. 請求項４から６のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記構造体造形工程と前記支持体造形工程とを実行して１または複数の層を形成する場合に、層毎に前記構造体造形工程の実行後に前記支持体造形工程を実行するとともに、前記構造体造形工程の実行に伴い供給された前記造形材料を前記支持体の造形位置から除去する除去工程を実行し、前記支持体造形工程では前記除去工程で前記造形材料が除去された前記支持体の造形位置に前記支持材料を供給して前記支持体を造形することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  8. 請求項１、２または４に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記脱脂工程は、前記支持体を加熱して気化させる工程であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  9. 請求項１から８のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記樹脂は、紫外線硬化樹脂であり、
    前記支持体造形工程は、前記支持材料に紫外線を照射する照射工程を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
  10. 請求項１から９のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
    前記樹脂は、熱可塑性樹脂であり、
    前記支持体造形工程は、前記支持材料を溶融させた状態で射出することで前記支持体を造形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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