JPH08318573A - 三次元造形方法およびそれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 複雑な形状のものでも造形でき、かつ、不要
部分の除去が容易で、一層の厚みを調節できるととも
に、同じ断面形状が連続する場合には作業を簡略化で
き、さらに、寸法精度のよい造形ができる三次元造形物
の造形方法およびそれに用いる装置を提供することであ
る。 【構成】 この発明は、台部上面に、水溶性の補助材か
らなる補助材層３３ａを形成し、その所定部分を切削ま
たはレーザー照射により昇華させて除去したのち、その
部分に水に不溶性の造形材を充填し、これを固化させる
という工程を繰り返すことにより複数の層からなる積層
体４３を形成するようになっている。そして、この積層
体４３を水洗いすることにより補助材層３３ａの除去を
行い、造形材層３９ａのみからなる三次元造形物が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水溶性の補助材層に
凹部を設けてその中に水に不溶の造形材層を形成し、こ
れを複数層積層して形成される積層体を水洗いすること
により補助材層を除去し、任意の三次元造形物を得る三
次元造形方法およびそれに用いる装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、材料を複数の層状に積層して
造形を行う三次元造形方法や三次元造形装置があり、こ
のような中に、特開平６−１９０９２９号公報に開示さ
れたものがある。これは、図１２（Ａ）〜（Ｄ）に示す
ような工程を繰り返すことにより所定の形状を形成する
ものである。

【０００３】すなわち、この工程においては、まず、図
１２（Ａ）に示すように、光透過性のフィルム１とこれ
に接着させた光硬化性の接着剤からなる接着層２をレー
ザー切断によって所定の形状に切断し、その上に、図１
２（Ｂ）に示すように、下面の所定部分に接着剤が塗布
されたフィルム３を搬送機構４によって搬送する。この
際、フィルム３に塗布された接着剤は、所定部分が露光
部５によって照射されて硬化し、硬化部６と未硬化部７
になる。

【０００４】ついで、フィルム１上方のフィルム３を供
給側部分からレーザー切断部８で切断して離しフィルム
１上に載置したのち、図１２（Ｃ）に示すように、フィ
ルム３を介して線光源９で未硬化部７を照射することに
より硬化させ、フィルム３の下面およびフィルム１の上
面に密着する接着層７ａを形成させる。つぎに、押さえ
ローラ１０でフィルム３の上面を押圧することにより、
接着層７ａをフィルム１，３に密着させるとともに、ギ
ャップセンサ１１で測定しながらフィルム３の上面を平
面にする。

【０００５】そして、図１２（Ｄ）に示すように、フィ
ルム３とこれに接着する接着層７ａ，硬化部６の所定部
分をレーザー切断部８で切断し不要部分を除去すること
により、図１２（Ｅ）に示すような三次元の造形物１２
が得られるというものである。なお、図１２（Ａ）から
図１２（Ｄ）の操作をさらに繰り返すことによりさらに
多層の形状物を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では造形できる造形物の形状に制限があり、複雑な
形状、特に、内側に凹部があるようなものの造形は不可
能な場合がある。すなわち、この方法で造形できる凹部
の形状は、開口側が広く中に入る程狭くなるような単純
な形状に限られ、複雑な形状の凹部や開口側が狭い凹部
を有する造形物の造形は凹部に相当する不要部分の除去
が不可能であるためできないという問題を有している。

【０００７】また、造形可能な形状の造形物の造形であ
っても、凹部に相当する部分の除去が、面倒であった
り、困難であったりするという問題を有している。さら
に、凹部以外の外側部分についても、露光部５の照射に
よって、接着剤の硬化部６と未硬化部７を形成する際、
その境界線を正確に出すことが難しく、必要部分同士の
接着が十分できなかったり、不要部分が必要部分と接着
して最後の工程での不要部分の除去が困難になったりす
るという問題がある。

【０００８】また、造形物によっては、部分的に棒状や
円筒状のような同じ断面形状が連続する場合もあるが、
このような場合、上記のような方法では、一定の厚みの
フィルムを積層して造形するため一層の厚みを任意の厚
みに調整しながら造形することができない。このため、
全く同じ形状の層を何度も形成しなければならず作業が
面倒であるという問題がある。さらに、接着剤を塗布し
たフィルムを重ねるようになっているため、接着剤の塗
布ムラによる起伏が生じやすく、寸法精度が悪くなると
いう問題もある。

【０００９】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、複雑な形状のものでも造形でき、かつ、不要
部分の除去が容易で、一層の厚みを適宜調節できるとと
もに、同じ断面形状が連続する場合には作業を簡略化で
き、さらに、寸法精度のよい造形ができる三次元造形方
法およびそれに用いる装置の提供をその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明は、台部上面に、水溶性の補助材からなる
補助材層を形成したのち、この補助材層の所定部分を除
去し、この除去した部分に、水に不溶の造形材からなる
造形材層を形成し、この補助材層と造形材層からなる層
の上側に、補助材層における除去部分の形状を適宜変え
ながら上記操作を繰り返して、造形材層からなる部分が
補助材層の中で所定の形状になる複数の層からなる積層
体を形成し、その積層体の補助材層を水で溶かして除去
することにより造形材層のみからなる所定の造形物を得
る三次元造形方法を第１の要旨とし、上面が平面状にな
った台部と、加熱により液化し常温で固化する水溶性の
粉体補助材を加熱し液体の状態で上記台部上面に供給す
る補助材供給部と、上記台部上面に対して相対的にＸ，
Ｙ，Ｚ方向に移動し台部上に形成される補助材層を切削
する切削部と、加熱により液化し常温で固化する水に不
溶の粉体造形材を加熱し液体の状態で上記台部上面に供
給する造形材供給部とを備えた三次元造形装置を第２の
要旨とする。

【００１１】そして、上面が平面状になった台部と、加
熱により液化し常温で固化しさらにレーザー照射による
加熱により昇華する水溶性の粉体補助材を加熱し液体の
状態で上記台部上面に供給する補助材供給部と、上記台
部上面に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能な集
光器を備えたレーザー照射部と、加熱により液化し常温
で固化する水に不溶の粉体造形材を加熱し液体の状態で
上記台部上面に供給する造形材供給部とを備えた三次元
造形装置を第３の要旨とし、上面が平面状になった台部
と、紫外線照射により固化する水溶性の液体補助材を上
記台部上面に供給する補助材供給部と、上記台部上に供
給される補助材を固化させる紫外線発光部と、上記台部
上面に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し台部上に
形成される補助材層を切削する切削部と、加熱により液
化し常温で固化する水に不溶の粉体造形材を加熱し液体
の状態で上記台部上面に供給する造形材供給部とを備え
た三次元造形装置を第４の要旨とし、上面が平面状にな
った台部と、加熱により液化し常温で固化しさらにレー
ザー照射による加熱により昇華する水溶性の粉体補助材
を加熱し液体の状態で上記台部上面に供給する補助材供
給部と、上記台部上面に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向
に移動可能な集光器を備えたレーザー照射部と、紫外線
照射により固化する水に不溶の液体造形材を上記台部上
面に供給する造形材供給部と、上記台部上に供給された
造形材を固化させる紫外線発光部とを備えた三次元造形
装置を第５の要旨とする。

【００１２】

【作用】すなわち、この発明は、従来例のように、薄い
フィルムを、必要部と不要部の境界に切断部を設けなが
ら積層し、最後に不要部分を除去することにより造形物
を得るというものではなく、補助材層を水溶性の補助材
で形成し、この補助材層の所定部分を除去したのち、こ
の除去部分に、水に不溶の造形材からなる造形材層を形
成し、その上にさらに補助材層と造形材層からなる層を
形成するといった工程を繰り返すことにより複数の層か
らなる三次元造形を行うようになっている。

【００１３】このように、補助材層を水溶性の補助材で
構成し、造形材層を水に不溶の造形材で構成しているた
め、不要部分である補助材層は水洗いすることにより溶
けて簡単に除去することができる。その結果、複雑な形
状の凹部を有する造形物や開口部が狭くなった凹部を有
する造形物であっても、完全な中空でなく開口部さえあ
るものであればどのような形状のものでも造形できるよ
うになる。同様に、外側の不要部分の除去作業も極めて
簡単にできるようになる。

【００１４】また、造形工程において、同じ断面形状が
連続して生じるような場合には、補助材層のみを複数層
形成し、これに所定部分の除去を行ったのちに造形材を
供給することもでき、これによって、補助材層複数分の
造形材層の形成が一度ででき作業を大幅に簡略化するこ
ともできる。

【００１５】さらに、補助材および造形材を液体の状態
で台部に供給することにより、これらの供給量を適宜調
節することができるようになり、各層の厚みが異なる造
形物の造形も可能になる。また、補助材や造形材が液状
で供給される場合、その上面が水平になり、その状態で
自然冷却や紫外線照射により固化する。したがって、従
来例のように、押さえローラ１０で上面を押圧するとい
ったことをしなくとも、各層の上面は自然に水平の平面
になり、寸法精度のよい造形ができるようになる。つぎ
に、実施例にもとづいて、この発明による三次元造形方
法およびそれに用いる装置を詳しく説明する。

【００１６】

【実施例】図１は、この発明の一実施例による三次元造
形装置２０を示している。図において、２１はＺ（上
下）方向に移動可能な台部であり、上面が水平な平面状
に形成されその周囲における縁部に溝２２，２３が形成
されている。２４は、台部２１の上方に配設され台部２
１上をＸ（左右），Ｙ（前後）方向に移動できるスピン
ドル（上部の駆動機構等は省略している）であり、その
下端に切削用のエンドミル２５が取り付けられている。

【００１７】このスピンドル２４の下部側には、側部に
ホース２６が連結された略円筒状のカバー部２７がエン
ドミル２５を覆うようにして設けられており、上記ホー
ス２６の他端は三次元造形装置２０の外部に設けられた
吸引機（図示せず）に連結されている。このため、上記
吸引機を作動させることにより、エンドミル２５が材料
を切削した際に生じる材料の削り粉を三次元造形装置２
０の外部に排出することができる。

【００１８】２８は三次元造形装置２０の一端側に配設
され、台部２１上をＸ方向に移動できる樋状のホッパー
である。このホッパー２８は、図２に示すように、下端
部に長手方向に沿って一定間隔で溶出孔２９が穿設され
ており、また、その溶出孔２９と位置をずらして、高さ
０．１５mmの小突起３０が下方に向かって突設されてい
る。そして、内部には加熱ヒーター３１が内蔵されてい
る。

【００１９】３２はホッパー２８の基点（図示の左端）
上側に設けられた補助材タンクであり、内部に粉体の水
溶性ワックスまたは尿素粉末からなる補助材３３が充填
されている。この補助材タンク３２は底部が傾斜面にな
ってその最下端に閉蓋３４が取り付けられ、この閉蓋３
４を開くことにより内部の補助材３３をホッパー２８内
に供給できるようになっている。

【００２０】３５は三次元造形装置２０の他端側に配設
され、ホッパー２８と同様、台部２１上をＸ方向に移動
できる樋状のホッパーであり、図３に示すように、下端
部に長手方向に沿って一定間隔で溶出孔３６が穿設さ
れ、内部には加熱ヒーター３７が内蔵されている。

【００２１】３８はホッパー３５の基点（図示の右端）
上側に設けられた造形材タンクであり、内部に粉体で水
に不溶のワックスからなる造形材３９が充填されてい
る。この造形材タンク３８は、補助材タンク３２と左右
対象になる向きに配設され補助材タンク３２と同様底部
が傾斜面になってその最下端に閉蓋４０が取り付けられ
ている。そして、この閉蓋４０を開くことにより内部の
造形材３９をホッパー３５内に供給できるようになって
いる。

【００２２】また、４１はこの三次元造形装置２０にお
ける台部２１上の部分を覆う壁部であり、図示していな
いスピンドル２４を作動させる上部の駆動機構，ホッパ
ー２８，３５を支受し移動させる機構，補助材タンク３
２および造形材タンク３８等を支えている。

【００２３】なお、上記ホッパー２８，３５を支受し移
動させる機構としては、壁部４１の天井部に平行に配設
された２本のレールと、このレールに沿って移動しホッ
パー２８，３５を支受する２個の移動部を含むものが使
用される。また、ホース２６は、壁部４１の後端部を貫
通して外部に延びており、カバー部２７がスピンドル２
４とともに後部側に移動した際、ホッパー２８，３５の
移動を妨げないようになっている。

【００２４】この構成において、造形を行う際には、ま
ず、スピンドル２４をＹ方向における後方位置に退避さ
せた状態で、閉蓋３４を一定時間開いて所定量の補助材
３３をホッパー２８内に供給し、加熱ヒーター３１をオ
ンにしてホッパー２８内の補助材３３を液状に溶かす。
そして、小突起３０の下端を台部２１上面に軽く接触さ
せた状態でホッパー２８をＸ方向に往復運動させる。

【００２５】この際、ホッパー２８内の補助材３３は、
溶出孔２９から台部２１上面に吐出され過剰分をホッパ
ー２８の底部により溝２２，２３に押し出されて、小突
起３０の高さと略同じ高さの液層になったのち、自然冷
却して固化され、図４（Ａ）に示すような補助材層３３
ａになる。

【００２６】ついで、スピンドル２４を台部２１上の中
央付近に移動させ回転させるとともに、吸引機を作動さ
せ、台部２１を補助材層３３ａの厚み分だけ上昇させ
る。そして、スピンドル２４をＸ，Ｙ方向に移動させる
ことにより、エンドミル２５で補助材層３３ａの中に所
定の形状を切削加工し、図４（Ｂ）に示す状態にする。
この場合、切削により生じた補助材層３３ａの切削粉
は、カバー部２７からホース２６を介して外部の吸引機
に吸い取られていく。

【００２７】つぎに、台部２１を少し下降させ、スピン
ドル２４の回転を停止させるとともに、このスピンドル
２４を再度、後方に退避させる。そして、閉蓋４０を一
定時間開いて、所定量の造形材３９をホッパー３５内に
供給し、加熱ヒーター３７をオンにしてホッパー３５内
の造形材３９を液状に溶かす。ついで、底部を補助材層
３３ａの上面に接触させた状態でホッパー３５をＸ方向
に往復運動させる。

【００２８】この際、ホッパー３５の底部が補助材層３
３ａの上面に接触している場合は、溶出孔３６が閉塞さ
れて造形材３９の吐出は防止され、補助材層３３ａが切
削除去された凹部４２内のみに造形材３９が吐出され
る。そして、過剰の造形材３９がホッパー３５の底部に
より溝２２，２３に押し出されて、補助材層３３ａの高
さと略同じ高さの液層になったのち、自然冷却して固化
し、図４（Ｃ）のような造形材層３９ａになる。

【００２９】つぎに、補助材層３３ａの切削除去する形
状を適宜変えながら上記のような工程を何度も繰り返し
て、図４（Ｄ）に示すような積層体４３を形成し、複数
の造形材層３９ａで構成される形状が所定の三次元造形
物になるようにする。そして、この積層体４３を台部２
１から取り外し、水洗いすることにより、補助材層３３
ａを溶かし、図４（Ｅ）に示すような造形物４４が得ら
れる。

【００３０】なお、上記補助材３３を台部２１上面に供
給する工程において、台部２１からのホッパー２８の高
さを変えることにより、液層として補助材３３を供給で
きる範囲内で補助材層３３ａの厚みを任意の厚みにする
ことができる。また、同じ断面形状の部分が続く場合に
は、まず、複数の補助材層３３ａを形成し、切削加工に
より複数の補助材層３３ａに相当する凹部を形成したの
ちその凹部に造形材層３９ａを形成することもできる。

【００３１】さらに、冷風や冷却ガスを供給するための
装置を設け、台部２１上に供給された補助材３３を迅速
に固化できるようにすることもできる。なお、上記積層
体４３を得るまでの一連の工程は、予め準備されたプロ
グラムに沿ったコンピューター制御により行われる。

【００３２】このように、上記実施例では、補助材層３
３ａを水溶性の補助材３３で構成し、造形材層３９ａを
水に不溶の造形材３９で構成しているため、上記一連の
工程により得られた積層体４３を水洗いすることによ
り、補助材層３３ａのみを溶かして簡単に除去すること
ができる。この結果、開口部さえあればどのような形状
の凹部を有する造形物であっても造形が可能になる。ま
た、凹部に相当する不要部分やその他の不要部分の除去
作業が極めて容易になる。

【００３３】また、ホッパー２８の高さを調節し台部２
１上面に供給する補助材３３の量を変えることにより、
形成される補助材層３３ａの厚みを適宜変更することが
できる。これにより、各層の厚みが異なる造形物の造形
も可能になる。さらに、同じ断面形状が連続する部分を
持つ造形物の造形の場合には、補助材層３３ａのみを複
数層形成しこれに複数層に見合った凹部４２の形成を行
ったのちにその凹部４２に造形材３９を一度に供給する
こともできる。これによって、造形材層３９ａの形成作
業が簡単になり、かつ作業時間が短縮される。

【００３４】また、補助材３３および造形材３９を液体
の状態で台部２１上に供給し、その状態で自然冷却によ
り固化させるため補助材層３３ａおよび造形材層３９ａ
の上面が水平面になる。このため、各層が正確に平行し
た層状に形成されるようになり、寸法精度のよい造形が
できるようになる。

【００３５】図５は、他の実施例による三次元造形装置
５０を示している。この三次元造形装置５０では、上記
三次元装置２０におけるエンドミル２５を用いた切削装
置に代えて、レーザー照射により昇華性材料を昇華する
ことのできるレーザー照射部を用いている。このレーザ
ー照射部は、レーザー発生器５１，反射ミラー５２（図
６参照），５３，集光器５４を備えており、上記レーザ
ー発生器５１は、台部２１の他端側上方における後端部
に、台部２１の一端に向けて配設され、そのレーザー光
線発射側に、反射ミラー５２，５３，集光器５４が、図
５および図６に示すように、移動可能な状態で配設され
ている。

【００３６】すなわち、反射ミラー５２は、レーザー発
生器５１が発生するレーザー光線を前側に配設された反
射ミラー５３に反射できるような角度に傾けられてレー
ザー発生器５１と同じ高さの位置に配設されている。そ
して、台部２１の後端側でＸ方向に移動できるようにな
っており、その移動の際、反射ミラー５３および集光器
５４も反射ミラー５２とともに、Ｘ方向に移動するよう
になっている。

【００３７】上記反射ミラー５３は、反射ミラー５２を
介してレーザー発生器５１から送られるレーザー光線
を、下側に配設された集光器５４側に反射できるような
角度に傾けられて、レーザー発生器５１および反射ミラ
ー５２と同じ高さの位置に配設されている。この反射ミ
ラー５３は、常時、集光器５４と一体となって移動する
ようになっており、反射ミラー５２とともにＸ方向に移
動する外、反射ミラー５２に対して進退するようにＹ方
向にも移動するようになっている。

【００３８】上記集光器５４は反射ミラー５３とともに
ＸＹ方向に移動し、２個の反射ミラー５２，５３を介し
てレーザー発生器５１から送られてくるレーザー光線を
内部に設けられたレンズ（図示せず）で集光し台部２１
の上面に焦点を合わせて照射するようになっている。

【００３９】また、上記三次元造形装置２０におけるカ
バー部２７，ホース２６に代えて、排気孔５５が壁部４
１の一端側上部に設けられ、三次元造形装置５０の内部
で発生するガスを、外部に設けられた吸引機（図示せ
ず）を作動させることにより、外部に排出できるように
なっている。そして、補助材タンク３２には、昇華性の
粉体尿素からなる補助材５６が充填されている。

【００４０】なお、上記反射ミラー５２，５３，集光器
５４を移動させるための装置としては、ホッパー２８，
３５移動用のレールよりもやや低い位置における壁部４
１の後壁上部側にレールを設けるとともに、このレール
に反射ミラー５２を支受しながらＸ方向に移動する移動
部を設け、そして、この移動部に反射ミラー５３を支受
しながら、伸縮することによりＹ方向に進退する移動部
を設けたものが使用できる。それ以外の部分の構成につ
いては、上記三次元造形装置２０と同様である。したが
って、同一部分に同一符号を記している。

【００４１】この構成において、造形物を造形する際に
は、まず、集光器５４および反射ミラー５３をＹ方向に
おける後方位置に退避させた状態で、上記実施例と同様
にして、台部２１上に図４（Ａ）に示すような補助材層
３３ａを形成する。

【００４２】ついで、吸引機を作動させた状態で、集光
器５４および反射ミラー５３を台部２１上の中央付近に
移動させるとともに、レーザー発生器５１を作動させレ
ーザー光線を発生させる。そして、集光器５４および反
射ミラー５３をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、レ
ーザー光線で補助材層３３ａの中の所定の部分を昇華さ
せて除去し、図４（Ｂ）の状態にする。この場合、昇華
により生じたガスは、排出孔５５を介して吸引機に吸い
取られていく。

【００４３】つぎに、レーザー発生器５１の作動を停止
させ、集光器５４および反射ミラー５３を再度、後方位
置に退避させる。そして、上記実施例と同様にして、補
助材層３３ａに設けられた凹部４２内に造形材層３９ａ
を形成し、上記工程を繰り返して、図４（Ｄ）のような
積層体４５を形成したのち、これを水洗いすることによ
り、図４（Ｅ）に示すような造形物４４を得ることがで
きる。

【００４４】このように、この実施例では補助材層３３
ａへの凹部４２の形成がエンドミル２５を用いた切削で
なく焦点を一点に集中させたレーザー照射による補助材
料５６の昇華により行うため、エンドミル２５では切削
できないような鋭角のコーナー部を有する凹部４２であ
っても簡単に形成できるようになる。それ以外の作用効
果については上記実施例と同様である。

【００４５】図７は、レーザー照射部を備えた他の三次
元造形装置６０を示している。この三次元造形装置６０
では、図５に示した三次元造形装置５０における反射ミ
ラー５２，５３が使用されてなく、レーザー発生器６１
と集光器６２の間が銀ハライド製の光ファイバー６３で
連結されている。上記集光器６２は、図５に示した三次
元造形装置５０における反射ミラー５２，５３を移動す
る機構と同様の機構によって、台部２１上をＸ，Ｙ方向
に移動可能になっており、光ファイバー６３は中間部が
上方に懸架されて台部２１の上面に接触しないようにな
っている。それ以外の部分の構成については、上記図５
に示した実施例と同様である。したがって、同一部分に
同一符号を記している。

【００４６】このように構成したことにより、レーザー
発生器６１で発生されるレーザー光線が光ファイバー６
３内を通るようになるため、作業者がレーザー光線に触
れる等の事故がなくなり、作業が安全になる。その結
果、壁部４１をレーザー光線の遮蔽を考慮しない簡単な
もので構成することもできるようになる。それ以外の作
用効果については前記実施例と同様である。

【００４７】図８は、さらに他の実施例による三次元造
形装置７０を示している。この三次元造形装置７０で
は、補助材タンク７１が壁部４１の一端側外部に配設さ
れ、底部側に設けられた栓７２を介して供給管７３がホ
ッパー７４の上方に延びている。上記補助材タンク７１
内には、水溶性の液体紫外線硬化樹脂（例えば、スリー
ボンド３０４６Ｅ スリーボンド社製）からなる補助材
７５が充填されており、栓７２を開くことにより内部の
補助材７５をホッパー７４に供給できるようになってい
る。

【００４８】ホッパー７４は、図９に示すように、一定
間隔で設けられた吐出孔７６および小突起７７を有し、
加熱ヒーターは設けられていない。また、壁部４１の天
井中央部には、台部２１上に供給される補助材７５を硬
化させる紫外線照射ランプ７８が配設されており、壁部
４１は紫外線照射ランプ７８の発光する紫外線が外部に
漏れないとともに、外部の光が内部に入らない構造にな
っている。それ以外の部分の構造については、上記図１
に示した実施例と同様である。したがって、同一部分に
同一符号を記している。

【００４９】この場合、補助材７５の硬化が自然冷却に
よるものでなく紫外線照射によるものであるため、補助
材層に紫外線を照射する工程が増え、一方、補助材７５
を加熱し液化する工程が不要になるとともに、これに伴
い、ホッパー７４に加熱ヒーターが不要になる。それ以
外の作用効果については上記図１に示した実施例と同様
である。

【００５０】図１０は、紫外線照射ランプ７８を用いた
他の実施例を示している。この三次元造形装置８０で
は、壁部４１の天井部中央に三次元造形装置７０と同
様、紫外線照射ランプ７８が配設され、造形材タンク８
１が壁部４１の他端側外部に配設されている。そして、
その底部側に設けられた栓８２を介して供給管８３がホ
ッパー８４の上方に延びている。上記造形材タンク８１
内には、水に不溶の紫外線硬化樹脂からなる液体の造形
材（スリーボンド社製紫外線硬化樹脂３０６１Ｂ）８５
が充填され、栓８２を開くことにより内部の造形材８５
をホッパー８４内に供給できるようになっている。

【００５１】ホッパー８４は、図１１に示すように、一
定間隔で吐出孔８６が設けられただけの構造で、小突起
や加熱ヒーターは設けられていない。それ以外の部分の
構成については、図５に示した三次元造形装置５０と同
じである。したがって、同一部分に同一符号を記してい
る。

【００５２】この構成において、補助材層の形成および
その所定部分の除去が行われたのちに、造形材層を形成
する際には、栓８２を一定時間開いて、所定量の造形材
８５をホッパー８４内に供給し、ホッパー８４をＸ方向
に往復移動させることにより、補助材層の凹部の中に造
形材８５を充填する。そして、紫外線照射ランプ７８を
オンにして、凹部内の造形材８５に紫外線を照射するこ
とにより、造形材８５を硬化させ、図４（Ｃ）の状態の
ような造形材層３９ａを形成する。

【００５３】それ以外の工程については、図５に示した
実施例と同様である。この三次元造形装置８０は、造形
材８５が液体であるため、これを加熱し液状にする工程
がなくなり、ホッパー８４に加熱ヒーターが不要にな
る。一方、造形材８５を硬化させるための紫外線照射ラ
ンプ７８が必要になる。それ以外の作用効果について
は、図５に示した実施例と同様である。なお、この実施
例において、レーザー光線の搬送手段として、図７に示
した三次元造形装置６０の光ファイバー６３を利用でき
ることはいうまでもない。

【００５４】また、さらに他の実施例として、２種類の
材料を混合することにより固化する液体材料、例えば、
ポリオールとジイソシアネートを混合したものを造形材
として使用することもできる。この場合、造形材を液化
するための加熱ヒーター３７や、造形材を固化するため
の紫外線照射ランプ７８が不要になる。また、補助材と
しては、上記したワックスからなる補助材３３，尿素か
らなる補助材５６，紫外線硬化樹脂からなる補助材７５
等を適宜選択して使用することができ、その補助材料の
選択に応じて使用する補助材タンクやホッパー等の装置
にも変更を加えて使用する。上記２液を混合して使用す
る造形材は、一回使用分だけをその都度ホッパーに供給
することが必要で、余った場合には溝２２，２３に廃棄
する。

【００５５】なお、図８に示した三次元造形装置７０で
使用する補助材７５や、図１０に示した三次元造形装置
８０で使用する造形材８５も、一回使用量分だけをその
都度、ホッパー７４，８４に供給し、残った補助材７５
や造形材８５がホッパー７４，８４内で固化することを
防止することが好ましい。そして、ホッパー７４，８４
内に補助材７５や造形材８５が残る場合には、紫外線照
射によりその補助材７５や造形材８５が固化しないよう
ホッパー７４，８４の上部開口付近に遮蔽のためのシー
ル部を設けておく。

【００５６】また、上記すべての実施例においては、ホ
ッパー２８，３５，７４，８４に樋状のものを使用して
いるが、これに限らず、幅の短いものを使用することも
できる。その場合、ホッパー２８，３５，７４，８４を
Ｙ方向へも移動できる機構にするとともに、Ｘ方向への
一往復の移動だけでは補助材３３，５６，７５や造形材
３９，８５を十分に供給できない場合には、Ｙ方向の位
置をずらし複数回Ｙ方向への往復移動をさせながら、補
助材３３，５６，７５や造形材３９，８５の供給を行う
ようにする。

【００５７】また、補助材３３，５６，７５や造形材３
９，８５は上記実施例のものに限定するものではなく、
補助材３３としては水溶性のもので加熱により液化し常
温に冷却することにより固化する粉体、補助材５６とし
ては水溶性のもので加熱により液化し常温で固化し、さ
らにレーザー光線を照射することにより昇華する粉体、
補助材７５としては紫外線照射により固化しその状態で
レーザー光線を照射することにより昇華する液体であれ
ばなんでもよい。造形材３９としては、水に不溶で加熱
により液化し常温で固化する粉体、造形材８５としては
水に不溶で紫外線照射により硬化する液体であればなん
でも使用することができる。

【００５８】

【発明の効果】この発明は、以上のように、補助材が水
溶性のもので構成され造形材が水に不溶のもので構成さ
れているため、造形された積層体を水洗いすることによ
り補助材層を簡単に除去できる。したがって、複雑な形
状のものでも造形でき、かつ、不要部分である補助材層
の除去が極めて容易になる。また、補助材や造形材を液
状で供給するため供給量を調節することにより一層の厚
みを適宜調節できるとともに、同じ断面形状が連続する
場合には複数層形成した補助材層の中に一度に造形材を
充填することができ作業を簡略化することができる。さ
らに、供給される補助材や造形材が自然に水平の状態に
なるため寸法精度のよい造形ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による三次元造形装置の構
成を示す構成図である。

【図２】一実施例に用いる補助材供給用のホッパーの構
造を示す構成図である。

【図３】一実施例に用いる造形材供給用のホッパーの構
造を示す断面図である。

【図４】一実施例による造形の工程を説明する説明図で
あり、（Ａ）は台部上面に補助材層を形成した状態、
（Ｂ）はその補助材層の所定部分に凹部を形成した状
態、（Ｃ）は補助材層の凹部に造形材を充填した状態、
（Ｄ）は多数の層が形成された状態、（Ｅ）は造形物を
示している。

【図５】この発明の他の実施例による三次元造形装置の
構成を示す構成図である。

【図６】他の実施例に用いるレーザー照射部の構造を示
す構成図である。

【図７】他の実施例の変形例による三次元造形装置の構
成を示す構成図である。

【図８】この発明のさらに他の実施例による三次元造形
装置の構成を示す構成図である。

【図９】さらに他の実施例に用いる補助材用のホッパー
の構造を示す断面図である。

【図１０】紫外線照射ランプを用いた他の実施例による
三次元造形装置を示す構成図である。

【図１１】紫外線照射ランプを用いた他の実施例に使用
する造形材供給用のホッパーの構造を示す断面図であ
る。

【図１２】従来例による造形の工程を説明する説明図で
あり、（Ａ）は下側に接着層が設けられたフィルムを所
定の形状に切断した状態、（Ｂ）はその上方に新たなフ
ィルムを搬送した状態、（Ｃ）は下側のフィルムと上側
のフィルムを接着した状態、（Ｄ）は上側のフィルムを
切断する状態、（Ｅ）は得られた造形を示している。

【符号の説明】

２０，５０，６０，７０，８０ 三次元造形装置 ２１ 台部 ２４ スピンドル ２５ エンドミル ２８，３５，７４，８４ ホッパー ３１，３７ 加熱ヒーター ３２，７１ 補助材タンク ３３，５６，７５ 補助材 ３３ａ 補助材層 ３８，８１ 造形材タンク ３９，８５ 造形材 ３９ａ 造形材層 ４２ 凹部 ４３ 積層体 ４４ 造形物 ５１，６１ レーザー発生器 ５２，５３ 反射ミラー ５４，６２ 集光器 ６３ 光ファイバー ７８ 紫外線照射ランプ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台部上面に、水溶性の補助材からなる補
   助材層を形成したのち、この補助材層の所定部分を除去
   し、この除去した部分に、水に不溶の造形材からなる造
   形材層を形成し、この補助材層と造形材層からなる層の
   上側に、補助材層における除去部分の形状を適宜変えな
   がら上記操作を繰り返して、造形材層からなる部分が補
   助材層の中で所定の形状になる複数の層からなる積層体
   を形成し、その積層体の補助材層を水で溶かして除去す
   ることにより造形材層のみからなる所定の造形物を得る
   ことを特徴とする三次元造形方法。
2. 【請求項２】 補助材および造形材が、加熱により液化
   しその状態から常温に冷却することにより固化する粉体
   材料からなり、補助材層の所定部分の除去が切削により
   行われる請求項１に記載の三次元造形方法。
3. 【請求項３】 補助材が加熱により液化しその状態から
   常温に冷却することにより固化し、さらにレーザー照射
   による加熱により昇華する粉体材料からなるとともに、
   造形材が加熱により液化しその状態から常温に冷却する
   ことにより固化する粉体材料からなり、補助材層の所定
   部分の除去がレーザー照射による昇華により行われる請
   求項１に記載の三次元造形方法。
4. 【請求項４】 補助材が紫外線照射により固化する液体
   材料からなるとともに、造形材が加熱により液化しその
   状態から常温に冷却することにより固化する粉体材料か
   らなり、上記補助材に紫外線を照射することにより補助
   材層を固化し、この補助材層の所定部分の除去が切削に
   より行われる請求項１に記載の三次元造形方法。
5. 【請求項５】 補助材が加熱により液化しその状態から
   常温に冷却することにより固化し、さらにレーザー照射
   による加熱により昇華する粉体材料からなるとともに、
   造形材が紫外線照射により固化する液体材料からなり、
   補助材層の所定部分の除去がレーザー照射による昇華に
   より行われ、造形材層の固化が造形材に紫外線を照射す
   ることにより行われる請求項１に記載の三次元造形方
   法。
6. 【請求項６】 造形材が、少なくとも一つが液状材料か
   らなる複数の材料を混合することにより固化する液体材
   料からなる請求項１に記載の三次元造形方法。
7. 【請求項７】上面が平面状になった台部と、加熱により
   液化し常温で固化する水溶性の粉体補助材を加熱し液体
   の状態で上記台部上面に供給する補助材供給部と、上記
   台部上面に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し台部
   上に形成される補助材層を切削する切削部と、加熱によ
   り液化し常温で固化する水に不溶の粉体造形材を加熱し
   液体の状態で上記台部上面に供給する造形材供給部とを
   備えたことを特徴とする三次元造形装置。
8. 【請求項８】 上面が平面状になった台部と、加熱によ
   り液化し常温で固化しさらにレーザー照射による加熱に
   より昇華する水溶性の粉体補助材を加熱し液体の状態で
   上記台部上面に供給する補助材供給部と、上記台部上面
   に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能な集光器を
   備えたレーザー照射部と、加熱により液化し常温で固化
   する水に不溶の粉体造形材を加熱し液体の状態で上記台
   部上面に供給する造形材供給部とを備えたことを特徴と
   する三次元造形装置。
9. 【請求項９】 上面が平面状になった台部と、紫外線照
   射により固化する水溶性の液体補助材を上記台部上面に
   供給する補助材供給部と、上記台部上に供給される補助
   材を固化させる紫外線発光部と、上記台部上面に対して
   相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動し台部上に形成される補
   助材層を切削する切削部と、加熱により液化し常温で固
   化する水に不溶の粉体造形材を加熱し液体の状態で上記
   台部上面に供給する造形材供給部とを備えたことを特徴
   とする三次元造形装置。
10. 【請求項１０】 上面が平面状になった台部と、加熱に
    より液化し常温で固化しさらにレーザー照射による加熱
    により昇華する水溶性の粉体補助材を加熱し液体の状態
    で上記台部上面に供給する補助材供給部と、上記台部上
    面に対して相対的にＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能な集光器
    を備えたレーザー照射部と、紫外線照射により固化する
    水に不溶の液体造形材を上記台部上面に供給する造形材
    供給部と、上記台部上に供給された造形材を固化させる
    紫外線発光部とを備えたことを特徴とする三次元造形装
    置。