JP7367475B2 - 立体造形物の製造方法 - Google Patents
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Description
HSS方式の装置においては、例えば、インクジェットヘッドを用いてカーボンブラックなどを含む光吸収インクを粒子層の所定の位置に吐出した後、ハロゲンランプなどの光源により粒子層を加熱することで、粒子層の所定の位置を固化して造形層を造形する。そして、HSS方式の装置では、造形層の造形を繰り返して造形層を積層することにより、立体造形物を造形する。
また、BJ方式の装置においては、立体造形物の平坦性を向上させる目的で、粒子層(粉体層)における立体造形物となる領域の下方に、固化していない粒子層を介して、立体造形物と分離可能な犠牲造形物を形成する技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、
粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する第1の吐出手段と、
粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成する第2の吐出手段と、
モデル領域にエネルギーを付与するエネルギー付与手段と、を備え、
モデル領域に対してエネルギーが付与されることにより、モデル領域における樹脂粒子同士、及び、モデル領域における樹脂粒子とモデル領域に接するサポート領域における樹脂粒子同士が融着される。
本発明の立体造形物の製造装置は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する第1の吐出手段と、粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成する第2の吐出手段と、モデル領域にエネルギーを付与するエネルギー付与手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成工程と、粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成するモデル領域形成工程と、粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成するサポート領域形成工程と、モデル領域にエネルギーを付与して、モデル領域における樹脂粒子同士、及び、モデル領域における樹脂粒子とモデル領域に接するサポート領域における樹脂粒子とを融着させるエネルギー付与工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
さらには、上記のような従来技術では、再結晶化温度と溶融温度との間に明確な差異がない樹脂粒子や、インクジェットヘッドの耐熱性による制限から、粒子層の予熱温度の上限に限界があり溶融温度の高い樹脂粒子を用いることが難しいという問題があった。このため、従来技術の立体造形物の造形装置においては、スーパーエンジニアリングプラスチック(スーパーエンプラ)や非晶質樹脂などで形成された樹脂粒子を用いることができないという問題があった。
ここで、図1は、従来技術の一例における造形層及びディテールインクが吐出された領域を示す概略側面図である。特許文献1におけるディテールインクは水系の液体であり、粒子層におけるディテールインクが吐出された領域33は固化しない。そのため、特許文献1の技術では、図1に示すように造形層30の周囲にディテールインクを吐出したとしても、立体造形物の変形を抑制することはできないと考えられる。
図2は、従来技術の他の一例における造形層と犠牲造形物を示す概略側面図である。特許文献2の発明においては、造形層30の周囲に樹脂粒子が付着乃至凝集することを抑制する目的で、例えば、図2に示すように立体造形物となる領域の下方に犠牲造形物35を形成する。特許文献2における犠牲造形物35は、立体造形物に対して、固化していない(造形液が吐出されていない)粒子層31を介する位置に形成されるため、立体造形物を形成する造形層とは接していない。そのため、特許文献2の技術における犠牲造形物35は、立体造形物の変形を抑制することはできないと考えられる。
こうすることにより、本発明の立体造形物の製造装置は、立体造形物を形成するモデル部となるモデル領域と、モデル部の形状を維持するためのサポート部となるサポート領域との少なくとも一部を融着させることができる。本発明の立体造形物の製造装置においては、モデル領域とサポート領域との少なくとも一部を融着させることにより、サポート部のモデル部に対する支持力を向上させることができる。
すなわち、本発明の立体造形物の製造装置は、モデル領域とサポート領域との少なくとも一部を融着させることにより、樹脂粒子を加熱して造形する立体造形物の変形を抑制して、立体造形物の造形精度を向上できる。
層形成手段は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する手段である。
層形成工程は、樹脂粒子を含む粒子層を形成する工程である。
層形成手段としては、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、粒子を供給する機構と、供給された粒子を均しながら粒子層を形成する機構の組合せなどが挙げられる。層形成手段の詳細については、後述する。
樹脂粒子とは、樹脂成分を含む粒子を意味する。なお、以下では、樹脂粒子を「樹脂粉末」又は「樹脂粉体」と称することがある。樹脂粒子は、樹脂成分の他に、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。
樹脂成分としては、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、熱可塑性樹脂であることが好ましい。
熱可塑性樹脂とは、熱を加えると可塑化し、溶融する樹脂を意味する。
熱可塑性樹脂としては、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、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、液晶樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、結晶性樹脂が好ましい。また、熱可塑性樹脂としては、融解開始温度と、冷却時の再結晶温度の差が大きな樹脂が好ましい。
なお、結晶性樹脂とは、ISO3146(プラスチック転移温度測定方法、JIS K7121)に準拠した測定において、融点ピークが検出される樹脂である。
ポリアリールケトンとしては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)などが挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、スーパーエンジニアリングプラスチックから選択される少なくとも1種であることが好ましい。熱可塑性樹脂がスーパーエンジニアリングプラスチックであると、造形する立体造形物の引張強度、耐熱性、耐薬品性、及び難燃性を向上することができ、立体造形物を工業用途にも使用可能になる点で有利である。
なお、円柱体には、略円柱体が含まれる。ここで、略円とは、短径に対する長径の比(長径/短径)が、1以上10以下であることを意味する。また、円柱体の円形部分は、一部が欠けていてもよい。
多角柱体としては、円柱体と同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、多角柱体における多角形部分の一部が欠けていてもよい。
球体としては、円柱体と同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、球体の一部が欠けていてもよい。
多角柱体の多角形部分の一辺の長さとしては、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、多角形部分を全て含むような最小の円(最小包含円)の直径が5μm以上200μm以下であることが好ましい。
球体の直径としては、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、5μm以上200μm以下であることが好ましい。
多角柱体の高さ、即ち対向する2つの多角形部分の距離(上面-底面間の距離)としては、円柱体の高さと同様に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1μm以上200μm以下が好ましい。
多角柱体における、対向する2つの多角形部分(上面及び底面)の面積は、互いに異なっていてもよい。ただし、多角形部分の小さいほうの面積(S1)に対する多角形部分の大きいほうの面積(S2)の比(S2/S1)としては、2つの多角形部分の面積に差がないほうが嵩密度を高めることができる点で、1に近いことが好ましい。
例えば、HSS方式の立体造形物の製造装置を用いて立体造形物を造形する際には、樹脂粒子の嵩密度を高めることにより、造形物や成形物の精度を向上させることができる。
粒子層とは、樹脂粒子を含む層を意味する。なお、以下では、粒子層を「粉末層」又は「粉体層」と称することがある。
粒子層の平均厚みとしては、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、10μm以上100μm以下であることが好ましい。
第1の吐出手段は、粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する手段である。
モデル領域形成工程は、粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する工程である。
第2の吐出手段は、粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成する手段である。
サポート領域形成工程は、粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成する工程である。
ここで、第1の吐出手段と第2の吐出手段は、1つの吐出手段として実現されてもよいし、別々の吐出手段として実現されてもよい。第1の吐出手段と第2の吐出手段とを1つの吐出手段により実現する場合、当該吐出手段は、モデル材を吐出する際には第1の吐出手段として機能し、サポート材を吐出する際には第2の吐出手段として機能する。なお、以下では、第1の吐出手段と第2の吐出手段とを区別しない場合には、第1の吐出手段と第2の吐出手段をまとめて、単に「吐出手段」と称することがある。
吐出手段としては、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。
モデル領域は、第1の吐出手段がエネルギーを吸収可能なモデル材を粒子層に吐出して形成した領域である。モデル領域は、製造(造形)する立体造形物を3次元モデルで表した3次元データに基づいて形成することができ、例えば、3次元データを所定の間隔で輪切り(スライス)した形状となるようにしてもよい。
形成されたモデル領域は、エネルギー付与手段によりエネルギーを付与されて加熱されることによって、モデル領域における樹脂粒子同士が融着して、立体造形物の一部であるモデル部となる。言い換えると、形成されたモデル領域は、吐出されたモデル材により、効率的にエネルギーを吸収可能であるため、エネルギー付与手段によりエネルギーが付与される際に、樹脂粒子の融点以上の温度となり、樹脂粒子同士が融着して固化する。
モデル材としては、エネルギーを吸収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、カーボンブラック等の黒色顔料を含む液体組成物、色素を含む液体組成物、金属微粒子を含む液体組成物などが挙げられる。また、液体組成物としては、インクジェットヘッドを用いて吐出可能なものが好ましく、例えば、インクなどを用いることができる。
これらの中でも、モデル材としては、エネルギー付与手段が光照射手段である場合には、光照射手段が照射した前記光を吸収することにより発熱可能なものが好ましく、例えば、上記のカーボンブラック等の黒色顔料を含む液体組成物(例えば、黒色インク)が好ましい。モデル材が黒色顔料を含む液体組成物であることにより、エネルギー付与手段が光照射手段である場合に、光照射手段が照射した光を効率的に吸収して発熱することができ、モデル領域における樹脂粒子同士の融着を容易に行うことができる。
サポート領域は、第2の吐出手段がサポート材を吐出して形成された領域である。サポート領域は、例えば、吐出されたサポート材が固化して樹脂粒子同士を接着することにより、モデル部の形状を維持するサポート部となる。
後述するように、本発明においては、モデル領域における樹脂粒子とサポート領域における樹脂粒子が融着されている。つまり、本発明においては、モデル領域とサポート領域との少なくとも一部が融着されているため、モデル領域が固化したモデル部とサポート領域が固化したサポート部との少なくとも一部が融着されている。こうすることにより、本発明の立体造形物の製造装置においては、サポート部のモデル部に対する支持力を向上させることができる。なお、本発明において、モデル領域とサポート領域とは、本発明の効果を阻害しない程度の割合で融着していればよく、モデル領域とサポート領域の界面に存在する樹脂粒子の全てが融着している必要はない。
ここで、第2の粒子層におけるモデル部となる予定部分は、例えば、立体造形物を3次元モデルで表した3次元データに基づいて、第1の粒子層を形成する際にあらかじめ特定することができる。この場合、第2の粒子層におけるあらかじめ特定した予定部分にモデル材を吐出してモデル領域を形成した際に、第1の粒子層におけるサポート領域と、第2の粒子層におけるモデル領域とが接することになる。このようにして、モデル領域とサポート領域とを融着することにより、サポート領域が固化したサポート部の支持力によって、モデル部の変形(例えば、モデル部の反りなど)が抑制できる。
上記の形態のより具体的な一例としては、例えば、図3に示すような直方体状の立体造形物を製造する場合には、モデル部30の下面にサポート部200を融着することが挙げられる。このようにモデル部30の下面にサポート部200を融着することにより、立体造形物の反りをより効果的に抑制することができる。
上記の形態のより具体的な一例としては、例えば、図4に示すような直方体状の立体造形物を製造する場合には、モデル部30の上面にサポート部200を融着することが挙げられる。
上記の形態のより具体的な一例としては、例えば、図5に示すような直方体状の立体造形物を製造する場合には、モデル部30の側面にサポート部200を融着することが挙げられる。こうすることにより、立体造形物の反りを抑制することができる。
例えば、図6に示すように、モデル領域101の側面にサポート領域を形成しない場合、エネルギー付与手段により粒子層を加熱する際に、モデル材10mを吐出したモデル領域101のみが溶融して高密度化する。このため、モデル領域101の側面にサポート領域を設けない場合には、モデル領域101とモデル領域でない領域(粒子領域)の境界に、モデル部における液体状に溶融した樹脂によるメニスカスが形成され、モデル部の端部が盛り上がるように表面が形成されるときがある。このモデル部の端部の盛り上がりは、HSS方式で立体造形物を造形する際に特に顕著になる。
これに対して、図7に示すように、モデル領域101の側面にサポート領域201を形成すると、一実施形態においては、図7の中央部に示すように、エネルギー付与手段による加熱の前にサポート領域201が固化する際に、サポート領域201(又はサポート部200)が液架橋力により高密度化(圧縮)する。このとき、図7の右部に示すように、サポート部200の圧縮に伴って、モデル部の端部も圧縮するため、図6に示した例と比べると、モデル部における端部の盛り上がりを抑制できる。
上記の形態のより具体的な一例としては、例えば、図8に示すような直方体状の立体造形物を製造する場合には、モデル部30の表面全体にサポート部200を融着することが挙げられる。
上記の形態のより具体的な一例としては、例えば、図9に示すような直方体状の立体造形物を製造する場合には、モデル部30の底面側の端部にサポート部200を融着することが挙げられる。
サポート材としては、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。サポート材としては、樹脂粒子同士を接着可能であるものが好ましい。
ここで、樹脂粒子同士を接着するとは、吐出手段により吐出されたサポート材が固化することにより、樹脂粒子同士を固化(固定)することを意味する。そのため、樹脂粒子同士が接着されている領域(サポート部)においては、樹脂粒子同士の境界(粒界)が存在している。
溶媒揮散方式とは、樹脂粒子同士を接着する接着成分と溶媒とを少なくとも含むサポート材を用い、サポート材の一部(例えば、溶媒)を揮発させることにより、サポート材を固化する方式である。言い換えると、溶媒揮散方式においては、第2の吐出手段が吐出したサポート材の一部が揮発して固化することで、サポート部が形成される。
サポート材の溶媒を揮発させる方法としては、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、樹脂粒子の予熱やエネルギー付与手段によるエネルギーの付与などにより、サポート材を加熱することが挙げられる。このように、溶媒揮散方式においては、サポート材を固化するための特別な手段を用いることなく、エネルギー付与手段などによりサポート材を固化できるため、立体造形物の製造装置の構造が複雑化することを防止できる。
接着成分としては、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、可溶性高分子、水系コロイド、無機溶質などが挙げられる。可溶性高分子としては、例えば、水溶性高分子(水溶性ポリマー)、油溶性高分子(油溶性ポリマー)などが挙げられる。
溶媒としては、接着成分を溶解又は分散できるもの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、有機溶媒などが挙げられる。
なお、溶媒揮散方式におけるサポート材が含むエネルギー吸収剤の含有量としては、エネルギー付与手段が粒子層にエネルギーを付与する際における、サポート領域の樹脂粒子の温度が融点を超えないようにすることが好ましい。こうすることにより、サポート領域における樹脂粒子が融着してしまうことによる、サポート部の除去性の悪化を防止することができる。
このように、溶媒揮散方式におけるサポート材は、反応性の化合物を含むことを必須としないため、保存性、及び吐出手段により吐出する際の吐出安定性に優れる。
ここでは、軟化点とは、樹脂などの物質が温度の上昇によって軟化し,変形を始めるときの温度を意味する。通常、物質の温度を上げたとき、物質が完全に液体となる温度を融点と呼ぶが、樹脂などの物質は、明確な融点を示さないで漸次軟化して溶融状態に至り、はっきりした状態の変化を特定しにくいため、融点と区別して軟化点と呼ぶことがある。
サポート材における接着成分の軟化点は、例えば、ビカット軟化温度 A50法(JIS K 7206:1999)によって測定された値とすることができる。
加熱硬化方式とは、反応性化合物と硬化剤とを少なくとも含むサポート材を用い、サポート材を加熱することにより、硬化剤を活性化させて、反応性化合物に重合反応を生じさせることで、サポート材を固化する方式である。言い換えると、加熱硬化方式では、第2の吐出手段が吐出したサポート材が、加熱されることにより重合反応を生じて硬化することで、サポート部が形成される。
サポート材を加熱して硬化反応を生じさせる方法としては、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、エネルギー付与手段によるエネルギーの付与などにより、サポート材を加熱することが挙げられる。このように、加熱硬化方式においては、サポート材を固化するための特別な手段を用いることなく、エネルギー付与手段などによりサポート材を固化できるため、立体造形物の製造装置の構造が複雑化することを防止できる。また、加熱硬化方式においては、サポート材が硬化する際の体積変化が小さく、サポート部の強度をより高くできるため、サポート部のモデル部に対する支持力をより向上させることができる。
反応性化合物としては、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、重合性化合物などが挙げられる。重合性化合物としては、例えば、少なくとも1個のエチレン性不飽和二重結合を有する化合物などが挙げられる。エチレン性不飽和重合性化合物は、単官能の重合性化合物や多官能の重合性化合物、又はそれらの混合物の化学形態を有する。
また、重合性化合物としては、単官能の重合性化合物が好ましく、単官能の重合性化合物としては、例えば、不飽和カルボン酸と多価アルコール化合物とのエステル類、不飽和カルボン酸とアミン化合物とのアミド類、アクリロイルモルフォリンなどが挙げられる。つまり、加熱硬化方式におけるサポート材が単官能の重合性化合物を含むことが好ましい。こうすることにより、サポート材において架橋が生じないため、液体に対するサポート部の溶解性が高くなるため、サポート部の除去性を向上させることができる。
ここで、熱分解開始温度とは、樹脂などの物質が温度の上昇によって分解し始めるときの温度を意味する。熱分解開始温度は、例えば、プラスチックの熱重量測定方法(JIS K7120)によって測定された値とすることができる。熱分解が多段階質量減少である場合には、熱分解開始温度は、第一次開始温度とする。
また、補外融解終了温度とは、樹脂などの物質の融解が終了するときの温度を意味する。補外融解終了温度は、例えば、プラスチックの転移温度測定方法(JIS K7121)によって測定された値とすることができる。
また、本発明においては、サポート材がアクリロイルモルフォリンを含むことにより、サポート材が固化して形成されたサポート部の除去性を向上させることができる。
加熱硬化方式におけるサポート材のその他の成分としては、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、希釈剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、着色剤、分散安定剤、界面活性剤、浸透促進剤、保湿剤、防カビ剤、防腐剤、酸化防止剤、pH調整剤、増粘剤、フィラー、凝集防止剤、消泡剤などが挙げられる。
・アクリロイルモルフォリン(東京化成工業株式会社製):97質量部
・t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネート(日本油脂株式会社製):2質量部
・BYK-UV3530(BYK Additives & Instruments社製):1質量部
硬化剤混合方式とは、サポート領域に対して、サポート材を硬化可能な硬化剤を吐出することにより、サポート材を硬化させて固化する方式である。
サポート材が固化して樹脂粒子同士を接着することにより形成されたサポート部は、通常、立体造形物の造形が終了した後には、立体造形物を形成するモデル部から除去される。このため、サポート部は、立体造形物を造形が終了した後に、モデル部から除去しやすい物性を有することが好ましい。
また、サポート部を、樹脂粒子を溶解しない液体に浸漬させることにより除去する場合、液体を加熱することや、超音波振動を付与することで、より容易にサポート部を除去することができる。
サポート部を選択的に溶解する液体として水を用いる場合、サポート材は、水溶性の接着成分を含むことが好ましい。水溶性の接着成分としては、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、アクリル酸、アクリルアミド、ビニルアルコール、エチレンイミン、エチレンオキシド、N-ビニル-2-ピロリドン、アクリロイルモルフォリン等の重合性化合物又はそれらの混合物、並びにそれらの重合体などが挙げられる。
エネルギー付与手段は、モデル領域にエネルギーを付与する手段である。エネルギー付与手段は、例えば、モデル領域にエネルギーを付与して、モデル領域における樹脂粒子同士、及び、モデル領域における樹脂粒子とモデル領域に接するサポート領域における樹脂粒子とを融着させる。
エネルギー付与工程は、モデル領域にエネルギーを付与して、モデル領域における樹脂粒子同士、及び、モデル領域における樹脂粒子とモデル領域に接するサポート領域における樹脂粒子とを融着させる工程である。
エネルギー付与手段としては、粒子層にエネルギーを付与して加熱可能であれば、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、光を照射する光照射手段、マイクロ波を照射するマイクロ波照射手段、電子線を照射する電子線照射手段などが挙げられる。
また、エネルギー付与手段は、粒子層におけるサポート領域にエネルギーを付与して加熱することが好ましい。こうすることにより、サポート領域におけるサポート材の固化を促進され、サポート部の形成を短時間で行うことができるため、立体造形物の製造装置の生産性を向上させることができる。
光照射手段としては、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、ハロゲンランプ、レーザー照射手段、LED照射手段、キセノンランプなどが挙げられる。
立体造形物の製造装置が、エネルギー付与手段として複数の光照射手段を有する場合、モデル領域における樹脂粒子同士の融着と、モデル領域における樹脂粒子とモデル領域に隣接するサポート領域における樹脂粒子との融着とを、異なるエネルギーの光を照射して行うことが好ましい。こうすることにより、モデル領域における樹脂粒子同士の融着と、モデル領域における樹脂粒子とモデル領域に隣接するサポート領域における樹脂粒子との融着において、それぞれに合わせて適切なエネルギーを選択することができ、サポート部のモデル部に対する支持力をより向上させることができる。
こうすることにより、例えば、モデル領域の下側(下面)と接するようにサポート領域を形成する場合などであっても、透過性の高い短波長の光によって、モデル領域とサポート領域の境界に位置する樹脂粒子を、より確実に加熱して融着することができる。このため、モデル領域における樹脂粒子とモデル領域に隣接するサポート領域における樹脂粒子との融着を、モデル領域における樹脂粒子同士の融着の際に照射する光の波長よりも、短い波長の光を照射して行うことにより、サポート部のモデル部に対する支持力をより向上させることができる。
ここで、加熱時のモデル領域の温度が樹脂粒子の補外融解終了温度以上とすることにより、樹脂の溶融をより確実に行うことができる。また、加熱時のモデル領域の温度をサポート部の熱分解開始温度未満とすることにより、サポート部の熱分解を防止して、サポート部の強度の低下を抑制することができるため、モデル部がサポート部からはがれてしまうことや、サポート部が変形してモデル部の変形を抑制できなくなることを防ぐことができる。
加熱時のモデル領域の温度は、例えば、粒子層(粉体層)の予熱温度とエネルギー付与条件によって調整することができる。エネルギー付与条件としては、例えば、光源の出力やエネルギーを付与する時間が挙げられる。
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、吐出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、立体造形物の製造装置の制御を行う制御手段などが挙げられる。
図23は、モデル部とサポート部の界面の断面を撮影した写真である。本発明の立体造形物の造形装置を使用して作製したサンプルを、エポキシ樹脂で包埋処理後、ガラスナイフで断面出しを行い、撮影用サンプルを作製した。また、図23の電子顕微鏡写真の撮影には、デジタルマイクロスコープであるVHX-2000(株式会社キーエンス製)を用いた。
符号302で示す領域は、断面観察のために包埋処理した際に、モデル部中の空隙に充填されたエポキシ樹脂である。
符号303で示す領域は、モデル部とサポート部の界面であり、モデル部及びサポート部の樹脂粒子が溶融して粒界がなくなり、融着していることがわかる。
符号304で示す領域は、サポート部における樹脂粒子であり、粒界が認められ、樹脂粒子同士が接着されていることがわかる。
符号305で示す領域は、サポート材が固化した領域である。
本発明の立体造形用材料セットは、本発明の立体造形物の製造装置及び本発明の立体造形物の製造方法に、好適に用いることができる。
つまり、本発明の立体造形用材料セットは、本発明の立体造形物の製造装置、又は本発明の立体造形物の製造方法に用いる立体造形用材料セットであって、サポート材と樹脂粒子とを有し、サポート材が固化することにより形成されたサポート部の熱分解開始温度が、前記樹脂粒子の補外融解終了温度よりも高くなる(サポート部の熱分解開始温度が樹脂粒子の補外融解終了温度よりも高い)。
こうすることにより、サポート部が、樹脂粒子から付与される熱によって分解することを防止できるため、造形中におけるサポート部の強度の低下を抑制することができ、サポート部のモデル部に対する支持力をより維持することができる。
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。
この平坦化ローラ12は、造形ステージ24のステージ面(樹脂粒子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、往復移動機構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。
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。
このキャリッジ51は、後述するX方向走査モータ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。
また、ヘッド52は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなど色がついた造形液をそれぞれ吐出することもできる。なお、ヘッド52としては、これに限るものではない。
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。
また、光照射ユニット80は、ヘッド52の左右にそれぞれ配置してもよいし、どちらか片方に配置してもよい。
粒子槽11は、箱型形状であり、上面が開放された槽である、供給槽21、造形槽22、及び余剰粒子受け槽25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。
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、樹脂粒子20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、往復移動機構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、樹脂粒子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上を通過しながら粒子20を平坦化することで粒子層31が形成される。
粒子除去板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、粒子除去板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。
制御手段としての制御部500は、この立体造形装置全体の制御を司る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、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、吐出ユニット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方向への昇降は吐出ユニット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を移動させる往復移動機構のモータ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516を備えている。
制御部500は、供給槽21に粒子20を供給する粒子供給装置を駆動する供給系駆動部と、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。
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。
造形層30上に次の造形層30を形成するときには、図14A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。
以後、樹脂粒子の供給・平坦化よる粒子層31を形成する工程、ヘッド52による造形液吐出工程、光照射ユニット80による加熱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)を製造する。
まず、図15の左部に示すように、平坦化ローラ12を回転させながら矢印Y2の向きに移動させることで樹脂粒子20を含む粒子層31を形成する。次に、図15の中央部に示すように、ヘッド52により、サポート材(サポートインク、サポート液体組成物)10sを粒子層31に吐出して、サポート領域201を形成する。そして、図15の右部に示すように、形成されたサポート領域におけるサポート材10sは、予熱された樹脂粒子20からの熱などにより固化し、固化したサポート材202となる。固化したサポート材202により、樹脂粒子20同士が接着されサポート部200となる。
まず、図16の左部に示すように、図15に示す動作により形成したサポート部200が存在する粒子層31の上に、平坦化ローラ12を回転させながら矢印Y2の向きに移動させることで、新たな粒子層31を形成する。次に、図16の中央部に示すように、ヘッド52により、モデル材(モデルインク、モデル液体組成物)10mを粒子層31に吐出して、モデル領域101を形成する。
そして、図16の右部に示すように、形成されたモデル領域101における樹脂粒子20は、光照射ユニット80が照射する光81により加熱され、モデル材10mが光81を吸収して発熱することなどにより、樹脂粒子20同士が融着してモデル部(造形層)30となる。このとき、モデル領域101の一部における樹脂粒子20と、サポート領域201(サポート部200)の一部における樹脂粒子20も、光照射ユニット80が照射する光81により加熱されて融着する。
図16に示した工程を、所定の回数繰り返すことにより、モデル部30を積層して立体造形物を製造する。
つまり、一つの粒子層にモデル部30とサポート部200を形成する際に、モデル部30を先に形成することにより、固化したサポート材の近傍にモデル材が吐出されることで、モデル材の浸透や熱の伝達が、サポート材の近傍に位置するモデル材とそうでないモデル材とで異なり、造形したモデル部30の表面性に差異が生じることを抑制できる。また、一つの粒子層にモデル部30とサポート部200を形成する際に、モデル部30を先に形成することにより、サポート部200と隣り合うモデル部表面30aと、サポート部200と隣り合わないモデル部表面30bとの間に段差などが形成されることを抑制できる。
図25に示すような庇部(オーバーハング部)32を有するモデル部30を造形する場合、庇部32は薄い板状の形状となり、造形中に変形しやすくなると考えられるため、図25のようにサポート部200により支持することが好ましい。図25に示す例においても、モデル部30の垂直面には、サポート部200と隣り合う(接触する)モデル部表面30aと、サポート部200と隣り合わない(接触しない)モデル部表面30bとが存在する。
このため、図25に示すような形状のモデル部30を造形する際においても、第1の吐出手段により形成されるモデル領域を、第2の吐出手段により形成するサポート領域よりも先に形成することが好ましい。言い換えると、一つの粒子層に、モデル領域とサポート領域とが隣り合う部分を形成する際に、第2の吐出手段によりサポート領域を形成するより前に、第1の吐出手段によりモデル領域を形成することが好ましい。こうすることにより、サポート部200と隣り合うモデル部表面30aと、サポート部200と隣り合わないモデル部表面30bとの表面性の差異を小さくすることができる。
図26に示す例においては、まず、平坦化ローラ12を回転させながら矢印Y2の向きに移動させることで樹脂粒子20を含む粒子層31を形成する。また、粒子層31を形成する際には、樹脂粒子20の温度が所望の予熱温度になるように、樹脂粒子20を加熱しておく。次に、ヘッド52により、モデル材(モデルインク、モデル液体組成物)10mを粒子層31に吐出して、モデル領域101を形成する。続いて、ヘッド52により、サポート材(サポートインク、サポート液体組成物)10sを粒子層31に吐出して、サポート領域201を形成する。なお、サポート材10sに加熱硬化方式のサポート材を用いた場合には、所望の予熱温度としたときの熱エネルギーにより、サポート材10sの反応性化合物に重合反応が生じてサポート材が固化し、樹脂粒子20同士が接着されサポート部200を形成する。
次いで、形成されたモデル領域101における樹脂粒子20に、光照射ユニット80から光81を照射して加熱し、モデル材10mが光81を吸収して発熱することなどにより、樹脂粒子20同士が融着してモデル部(造形層)30を形成する。このとき、モデル領域101の一部における樹脂粒子20と、サポート領域201(サポート部200)の一部における樹脂粒子20も、光照射ユニット80が照射する光81により加熱されて融着する。
図27に示す例において、キャリッジ51には、2つのヘッド52a、52bが搭載されており、ヘッド52a(第1の吐出手段の一例)はモデル材10mを、ヘッド52b(第2の吐出手段の一例)はサポート材10sを吐出する。例えば、キャリッジ51が矢印X2で示す方向に移動しているときに、各ヘッド52a及び52bを駆動し、モデル材10m、サポート材10sの順で吐出することにより、粒子層31にはモデル材10mが先に着弾し、その後にサポート材10sが着弾する。こうすることにより、第1の吐出手段により形成されるモデル領域を、第2の吐出手段により形成するサポート領域よりも先に形成することができる。
図28に示す例においては、キャリッジ51における、サポート材吐出用ヘッド52bの両側に、モデル材吐出用ヘッド52a1及び52a2が配置されている。図28に示す例では、キャリッジ51が矢印X2の方向に移動しているときには、ヘッド52a1を用いてモデル材を吐出し、ヘッド52bを用いてサポート材を吐出する。一方、キャリッジ51が矢印X1方向に移動しているときには、ヘッド52a2を用いてモデル材を吐出し、ヘッド52bを用いてサポート材を吐出する。このようにすることで、キャリッジが矢印X1及びX2のどちらに移動している場合でも、サポート材よりもモデル材を先に吐出することができる。
図28に示した例においては、モデル材及びサポート材を双方向で吐出することができるため、吐出を一度終えた後に、キャリッジをホームポジションに戻す必要がなく、造形速度を速くすることができる。
図29に示す例では、キャリッジ51が矢印X2の方向に移動しているときには、ヘッド52aを用いてモデル材を吐出し、ヘッド52b2を用いてサポート材を吐出する。一方、キャリッジ51が矢印X1方向に移動しているときには、ヘッド52aを用いてモデル材を吐出し、ヘッド52b1を用いてサポート材を吐出する。このようにすることで、キャリッジが矢印X1及びX2のどちらに移動している場合でも、サポート材よりもモデル材を先に吐出することができる。
例えば、図30に示すように、モデル材吐出用ヘッド52aと、サポート材吐出用ヘッド52bを、別々のキャリッジ51a、51bに搭載してもよい。こうすることにより、ヘッド52aとヘッド52bとを独立して移動させることができ、モデル領域を形成した後にサポート領域を形成するまでの時間を容易に変更することができる。言い換えると、第1の吐出手段と第2の吐出手段とが別々に配置されると共に、独立して移動可能とすることが好ましい。
樹脂粒子の材料やモデル材の種類を変更する場合には、樹脂粒子にモデル材が浸透する時間や、モデル材が溶融固化する時間などが変わることがある。図30に示す例では、材料を変えた場合にも、それぞれの材料に適した条件を容易に設定することが可能となる。
まず、図17の左部に示すように、エアブロワー等で生じさせた風90を吹き付けることで、モデル部30が積層された立体造形物の周辺に付着している樹脂粒子20を除去する。次に、図17の右部に示すように、立体造形物とサポート部200を、固化したサポート材202を溶解可能な液体91に浸漬させ、サポート部200を立体造形物から除去して、最終的な所望の形状を有する立体造形物を作製する。
図18に示すように、溶媒揮散方式においては、サポート材10sの溶媒を揮発させることでサポート部200を形成するため、吐出したサポート材10sの体積よりも固化したサポート材202の体積の方が小さくなる。このため、溶媒揮散方式においては、図18に示すように、固化したサポート材202が、樹脂粒子20の周りをコーティングしたような状態になると考えられる。
なお、上述したように、溶媒揮散方式においては、例えば、樹脂粒子20の予熱や光照射ユニット80が付与する光81などにより、吐出されたサポート材10sが加熱されて溶媒が揮発することにより固化し、サポート部200が形成される。
図19に示すように、加熱硬化方式においては、サポート材10sの反応性化合物に重合反応を生じさせることでサポート部200を形成するため、溶媒揮散方式を用いる場合よりも、固化したサポート材202の体積の減少量が小さくなる。このため、加熱硬化方式においては、図18に示すように、固化したサポート材202が、樹脂粒子20の間を満たすような状態になると考えられる。
なお、上述したように、加熱硬化方式においては、例えば、樹脂粒子20の予熱や光照射ユニット80が付与する光81などにより、吐出されたサポート材10sが加熱されることで、硬化剤を活性化させ、反応性化合物に重合反応を生じさせることにより、サポート部200が形成される。
まず、図20の左から1つ目の部分に示すように、図16の左部と同様に、サポート部200が存在する粒子層31の上に、平坦化ローラ12を回転させながら矢印Y2の向きに移動させることで、新たな粒子層31を形成する。次に、図20の左から2つ目の部分に示すように、図16の中央部と同様に、ヘッド52により、モデル材(モデルインク)10mを粒子層31に吐出して、モデル領域101を形成する。
そして、図20の左から3つ目の部分に示すように、形成されたモデル領域101における樹脂粒子20は、第1の光照射ユニット80aが照射する光81aにより加熱され、モデル材10mが光81を吸収して発熱することなどにより、樹脂粒子20同士が融着してモデル部(造形層)30となる。続いて、図20の左から4つ目の部分に示すように、モデル領域101の一部における樹脂粒子20と、サポート領域201(サポート部200)の一部における樹脂粒子20を、第2の光照射ユニット80bが照射する光81bにより加熱して融着する。
図10に示すような立体造形物の製造装置を用いて、モデル領域の下側(下面)と接するようにサポート領域を形成して、サポート部の上にモデル部を1層造形し、造形物1を造形した。モデル部を造形する際には、モデル領域を加熱するときにおけるモデル領域の温度をサーモカメラ(OPTRIS社製、Xi-80)で測定した。
サポート材としては、下記の組成のものを用いた。また、サポート材が固化することにより形成されたサポート部の熱分解開始温度は、392℃であった。
・アクリロイルモルフォリン(東京化成工業株式会社製):97質量部
・t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキシルモノカーボネート(日本油脂株式会社製):2質量部
・BYK-UV3530(BYK Additives & Instruments社製):1質量部
実施例1では、粒子層の予熱温度を160℃とし、出力383Wのハロゲンランプを用いて3.6秒間加熱した。加熱時のモデル領域の到達温度は最大で380℃であった。
上記のようにして得られた造形物1を、デジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、VHX-2000)を用いて観察したところ、モデル領域における樹脂粒子は溶融してモデル部が形成されていた。また、モデル部とサポート部とは融着しており、モデル部は造形後においても変形しなかった。
実施例1においては、サポート部の表面における黄変は生じていなかった。観察結果を表1に示す。
実施例1において、粒子層の予熱温度を190℃、ハロゲンランプの出力を340W、加熱時間を5.0秒とした以外は、実施例1と同様にして造形物2を造形した。加熱時のモデル領域の到達温度は最大で385℃であった。
実施例1において、樹脂粒子としてPA12(EOS社製、PA2200)を用い、粒子層の予熱温度を120℃、ハロゲンランプの出力を745W、加熱時間を0.7秒とした以外は、実施例1と同様にして造形物3を造形した。加熱時のモデル領域の到達温度は最大で322℃であった。
実施例3において、ハロゲンランプの出力を373Wとした以外は、実施例3と同様にして造形物4を造形した。加熱時のモデル領域の到達温度は最大で245℃であった。
実施例1において、ハロゲンランプの出力を213W、加熱時間を8.0秒とした以外は、実施例1と同様にして造形物の造形処理を行った。加熱時のモデル領域の到達温度は最大で280℃であった。
比較例1においては、加熱時のモデル領域の到達温度が樹脂粒子の補外終了温度よりも低くかったため、モデル領域における樹脂粒子が溶融(融着)せず、モデル部を造形することができなった。このため、サポート部の表面の黄変の有無以外の観察は行わなかった。結果を表1に示す。
実施例2において、ハロゲンランプの出力を425W、加熱時間を2.0秒とした以外は、実施例2と同様にして造形物の造形処理を行った。加熱時のモデル領域の到達温度は最大で380℃であった。
比較例2においては、加熱時のモデル領域の到達温度が樹脂粒子の補外終了温度よりも高かったものの、加熱時間が十分でなく、樹脂粒子の溶融が不十分となり、樹脂粒子同士を融着することができず、モデル部を造形することができなった。このため、サポート部の表面における黄変の有無以外の観察は行わなかった。結果を表1に示す。
実施例3において、ハロゲンランプの出力を298Wとした以外は、実施例3と同様にして造形物の造形処理を行った。加熱時のモデル領域の到達温度は最大で196℃であった。
比較例3においては、加熱時のモデル領域の到達温度が樹脂粒子の補外終了温度よりも高かったものの、加熱時間が十分でなく、樹脂粒子の溶融が不十分となり、樹脂粒子同士を融着することができず、モデル部を造形することができなった。このため、サポート部の表面における黄変の有無以外の観察は行わなかった。結果を表1に示す。
実施例3において、ハロゲンランプの出力を260Wとした以外は、実施例3と同様にして造形物の造形処理を行った。
比較例4においては、加熱時のモデル領域の到達温度が樹脂粒子の補外終了温度よりも低くかったため、モデル領域における樹脂粒子が溶融(融着)せず、モデル部を造形することができなった。このため、サポート部の表面における黄変の有無以外の観察は行わなかった。結果を表1に示す。
これにより、本発明の立体造形物の製造装置は、樹脂粒子を加熱して造形する立体造形物の変形を抑制して、立体造形物の造形精度を向上できる。
<1> 樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成手段と、
前記粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成する第1の吐出手段と、
前記粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成する第2の吐出手段と、
前記モデル領域に前記エネルギーを付与するエネルギー付与手段と、を備え、
前記モデル領域に対して前記エネルギーが付与されることにより、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士、及び、前記モデル領域における前記樹脂粒子と前記モデル領域に接する前記サポート領域における前記樹脂粒子同士が融着されること、
を特徴とする立体造形物の製造装置である。
<2> 前記第2の吐出手段が吐出した前記サポート材が固化することにより、前記サポート領域における前記樹脂粒子同士が接着される前記<1>に記載の立体造形物の製造装置である。
<3> 前記層形成手段が第1の粒子層の上に第2の粒子層を形成する際に、
前記第2の吐出手段が、前記第2の粒子層における前記モデル領域となる予定部分と接するように、前記第1の粒子層における前記サポート領域を形成する前記<1>から<2>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<4> 前記層形成手段が第1の粒子層の上に第2の粒子層を形成する際に、
前記第2の吐出手段が、前記第1の粒子層における前記モデル領域と接する前記第2の粒子層における領域に前記サポート領域を形成する前記<1>から<2>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<5> 前記第1の吐出手段により形成される前記モデル領域と、前記第2の吐出手段により形成される前記サポート領域とが、一つの前記粒子層に形成される前記<1>から<4>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<6> 前記一つの前記粒子層に、前記モデル領域と前記サポート領域とが隣り合う部分を形成する際に、
前記第2の吐出手段により前記サポート領域を形成するより前に、前記第1の吐出手段により前記モデル領域を形成する前記<5>に記載の立体造形物の製造装置である。
<7> 前記第2の吐出手段が、前記モデル領域における外縁近傍領域となる領域の少なくとも一部と接するように前記サポート領域を形成する前記<1>から<6>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<8> 前記第1の吐出手段と前記第2の吐出手段とが一体となって配置される、前記<1>から<7>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<9> 前記第1の吐出手段と前記第2の吐出手段とが別々に配置されると共に、独立して移動可能である、前記<1>から<7>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<10> 前記エネルギー付与手段が、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士の融着と、前記モデル領域における前記樹脂粒子と前記モデル領域に接する前記サポート領域における前記樹脂粒子との融着とを一括して行う前記<1>から<9>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<11> 前記エネルギー付与手段が、光を照射する光照射手段であり、
前記第1の吐出手段が吐出する前記モデル材が、前記光照射手段が照射した前記光を吸収することにより発熱可能である前記<1>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> 前記光照射手段が、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士の融着と、前記モデル領域における前記樹脂粒子と前記モデル領域に接する前記サポート領域における前記樹脂粒子との融着とを、異なる前記エネルギーの前記光を照射して行う前記<11>に記載の立体造形物の製造装置である。
<13> 前記光照射手段が、前記モデル領域における前記樹脂粒子と前記モデル領域に接する前記サポート領域における前記樹脂粒子との融着を、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士の融着の際に照射する前記光の波長よりも、短い波長の前記光を照射して行う前記<12>に記載の立体造形物の製造装置である。
<14> 前記第2の吐出手段が吐出した前記サポート材の一部が揮発することにより、前記サポート材が固化する前記<1>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> 前記第2の吐出手段が吐出する前記サポート材が、前記エネルギーを吸収可能である前記<14>に記載の立体造形物の製造装置である。
<16> 前記第2の吐出手段が吐出した前記サポート材が重合反応を生じることにより固化する前記<1>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。
<17> 固化した前記サポート材が、前記樹脂粒子を溶解しない液体に可溶である前記<15>から<16>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
<18> 樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成工程と、
前記粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成するモデル領域形成工程と、
前記粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成するサポート領域形成工程と、
前記モデル領域に前記エネルギーを付与して、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士、及び、前記モデル領域における前記樹脂粒子と前記モデル領域に接する前記サポート領域における前記樹脂粒子とを融着させるエネルギー付与工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
<19> 前記サポート材が固化することにより形成されたサポート部を、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士が融着して形成されたモデル部を溶解しない液体に浸漬させることにより除去する前記<18>に記載の立体造形物の製造方法である。
<20> 前記樹脂粒子の温度が所望の予熱温度になるように、前記樹脂粒子をあらかじめ加熱する予熱工程を更に含む前記<18>から<19>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<21> 前記サポート材が、前記樹脂粒子同士を接着する接着成分と溶媒とを含み、
前記接着成分の融点及び軟化点の少なくともいずれかが、前記予熱温度よりも高く、前記溶媒の沸点が、前記予熱温度よりも低い、前記<20>に記載の立体造形物の製造方法である。
<22> 前記サポート材が固化することにより形成されたサポート部の熱分解開始温度が、前記樹脂粒子の補外融解終了温度よりも高い、前記<18>から<21>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<23> 前記サポート部の前記熱分解開始温度が380℃より高い、前記<22>に記載の立体造形物の製造方法である。
<24> 前記エネルギー付与工程を行う際の前記モデル領域の温度を、前記樹脂粒子の前記補外融解終了温度より高く、かつ前記サポート部の前記熱分解開始温度未満とする、前記<22>から<23>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
<25> 前記<1>から<17>のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、又は前記<18>から<24>のいずれかに記載の立体造形物の製造方法に用いる立体造形用材料セットであって、
前記サポート材と前記樹脂粒子とを有し、
前記サポート材が固化することにより形成されたサポート部の熱分解開始温度が、前記樹脂粒子の補外融解終了温度よりも高くなることを特徴とする立体造形用材料セットである。
10s サポート材
12 平坦化ローラ(層形成手段の一部)
20 樹脂粒子
30 モデル部(造形層)
31 粒子層
52 ヘッド(吐出手段の一例)
80 光照射ユニット(エネルギー付与手段の一部)
101 モデル領域
200 サポート部
201 サポート領域
601 立体造形物の製造装置
Claims (7)
- 樹脂粒子を含む粒子層を形成する層形成工程と、
前記粒子層にエネルギーを吸収可能なモデル材を吐出してモデル領域を形成するモデル領域形成工程と、
前記粒子層にサポート材を吐出してサポート領域を形成するサポート領域形成工程と、
前記モデル領域に前記エネルギーを付与して、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士、及び、前記モデル領域における前記樹脂粒子と前記モデル領域に接する前記サポート領域における前記樹脂粒子とを融着させるエネルギー付与工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。 - 前記サポート材が固化することにより形成されたサポート部を、前記モデル領域における前記樹脂粒子同士が融着して形成されたモデル部を溶解しない液体に浸漬させることにより除去する請求項1に記載の立体造形物の製造方法。
- 前記樹脂粒子の温度が所望の予熱温度になるように、前記樹脂粒子をあらかじめ加熱する予熱工程を更に含む請求項1から2のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
- 前記サポート材が、前記樹脂粒子同士を接着する接着成分と溶媒とを含み、
前記接着成分の融点及び軟化点の少なくともいずれかが、前記予熱温度よりも高く、前記溶媒の沸点が、前記予熱温度よりも低い、請求項3に記載の立体造形物の製造方法。 - 前記サポート材が固化することにより形成されたサポート部の熱分解開始温度が、前記樹脂粒子の補外融解終了温度よりも高い、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。
- 前記サポート部の前記熱分解開始温度が380℃より高い、請求項5に記載の立体造形物の製造方法。
- 前記エネルギー付与工程を行う際の前記モデル領域の温度を、前記樹脂粒子の前記補外融解終了温度より高く、かつ前記サポート部の前記熱分解開始温度未満とする、請求項5から6のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
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