JPWO2019111347A1

JPWO2019111347A1 - 支持部材の形成方法、及び構造物の形成方法

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Inventors: 佑竹内; 悠馬山本; 亮二郎富永
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Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2020-10-22
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Abstract

サポート材を用いた支持部材であって、熱が発生した場合であっても構造物を安定して支持できる支持部材の形成方法及び構造物の形成方法を提供すること。本開示の支持部材の形成方法は、吐出装置から硬化性粘性流体を吐出する第１吐出工程と、吐出した硬化性粘性流体を硬化させ、ステージと構造物とを接続しステージに対して構造物を支持する粘性流体材を形成する硬化工程と、吐出装置からサポート材料を吐出し、粘性流体材の少なくとも一部に接触するサポート材を形成し、粘性流体材及びサポート材を有する支持部材を形成する形成工程と、を含む。

Description

本開示は、構造物を支持する支持部材を積層造形法により形成する形成方法、及びその支持部材を用いて構造物を形成する構造物の形成方法に関する。

構造物の形成方法には、構造物を複数の層に分けて形成した層状の材料を、順次積み重ね、立体の構造物を製造する積層造形法がある。積層造形法としては、例えば、熱溶解積層法、インクジェット法、光造形法、粉末焼結法などがある。例えば、下記特許文献１には、構造物を支持する支持部材を、熱溶解積層法により形成する技術が開示されている。特許文献１では、網目状の土台を、構造物の支持部材として形成している。

特開２０１６−１６５８１４号公報

ところで、積層造形では、例えば、所謂、オーバーハングのような突出する部分を構造物に形成する場合、構造物の突出部分を支持する支持部材としてサポート材を用いることがある。サポート材は、例えば、突出部分の外形を形作るのに用いられる。このサポート材に用いる材料の中には、構造物の造形に用いる紫外線硬化樹脂などに比べて融点が低い材料が存在する。このため、構造物の形成において熱が発生すると、構造物とサポート材との境界面においてサポート材が溶融する場合がある。あるいは、構造物とサポート材との間で熱による収縮率の差が発生する場合がある。その結果、構造物とサポート材との密着性が低下し、ひいては構造物がサポート材から剥離する虞があった。

本開示は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、サポート材を用いた支持部材であって、熱が発生した場合であっても構造物を安定して支持できる支持部材の形成方法及び構造物の形成方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本開は、吐出装置からステージの上に硬化性粘性流体を吐出して構造物を形成する際に、前記構造物を支持する支持部材を形成する支持部材の形成方法であって、前記支持部材の形成方法が、前記吐出装置から前記硬化性粘性流体を吐出する第１吐出工程と、吐出した前記硬化性粘性流体を硬化させ、前記ステージと前記構造物とを接続し前記ステージに対して前記構造物を支持する粘性流体材を形成する硬化工程と、前記吐出装置からサポート材料を吐出し、前記粘性流体材の少なくとも一部に接触するサポート材を形成し、前記粘性流体材及び前記サポート材を有する前記支持部材を形成する形成工程と、を含む、支持部材の形成方法を開示する。
また、本開示の内容は、支持部材の形成方法だけでなく、構造物の形成方法としても実施し得るものである。

本開示の支持部材の形成方法、構造物の形成方法によれば、粘性流体材は、ステージと構造物との両方に接続されており、ステージに対して構造物を支持する構造となる。従って、構造物の形成において熱が発生し構造物とサポート材との密着性が低下した場合であっても、支持部材に設けた粘性流体材によって構造物をステージに対して安定して支持できる。

実施形態の構造物形成装置を示す図である。構造物形成装置のブロック図である。支持部材の形成において紫外線硬化樹脂を吐出する状態を示す図である。照射装置により紫外線硬化樹脂を硬化させる状態を示す図である。支持部材の形成においてサポート材料を吐出する状態を示す図である。ステージ上に形成した支持部材を示す図である。構造物の形成において紫外線硬化樹脂を吐出する状態を示す図である。照射装置により紫外線硬化樹脂を硬化させる状態を示す図である。構造物の形成において金属インクを吐出する状態を示す図である。照射装置により金属インクを焼成して硬化させる状態を示す図である。ステージ上に形成した支持部材及び構造物を示す模式図である。サポート材を溶融させた状態の支持部材及び構造物を示す模式図である。構造物を支持部材から取り外す状態を示す模式図である。樹脂接続点の断面を示す拡大図である。別例の樹脂接続点の断面を示す拡大図である。別例の樹脂接続点の断面を示す拡大図である。別例の樹脂接続点の断面を示す拡大図である。別例の支持部材及び構造物を示す模式図である。別例の支持部材を示す模式図である。別例の支持部材を示す模式図である。

以下、本願の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本願の支持部材の形成方法を適用する実施形態の構造物形成装置１０を示している。本実施形態の構造物形成装置１０（以下、「形成装置１０」と略す場合がある）は、搬送装置２０と、造形ユニット２２と、実装ユニット２３と、サポート材除去ユニット２４と、切断ユニット２５と、制御装置２６（図２参照）とを備える。それら搬送装置２０、造形ユニット２２等は、形成装置１０のベース２８の上に配置されている。ベース２８は、概して長方形状をなしており、以下の説明では、ベース２８の長手方向をＸ軸方向、ベース２８の短手方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に直交する方向をＺ軸方向と称して説明する。

搬送装置２０は、Ｘ軸スライド機構３０と、Ｙ軸スライド機構３２とを備えている。そのＸ軸スライド機構３０は、Ｘ軸スライドレール３４と、Ｘ軸スライダ３６とを有している。Ｘ軸スライドレール３４は、Ｘ軸方向に延びるように、ベース２８の上に配設されている。Ｘ軸スライダ３６は、Ｘ軸スライドレール３４によって、Ｘ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｘ軸スライド機構３０は、電磁モータ３８（図２参照）を有しており、電磁モータ３８の駆動により、Ｘ軸スライダ３６をＸ軸方向の任意の位置に移動させる。

また、Ｙ軸スライド機構３２は、Ｙ軸スライドレール５０と、可動台５２とを有している。Ｙ軸スライドレール５０は、Ｙ軸方向に延びるように、ベース２８の上に配設されている。Ｙ軸スライドレール５０の一端部は、Ｘ軸スライダ３６に連結されている。これにより、Ｙ軸スライドレール５０は、Ｘ軸スライダ３６のスライド移動にともなって、Ｘ軸方向に移動可能とされている。可動台５２は、Ｙ軸スライドレール５０によってＹ軸方向にスライド可能に保持されている。さらに、Ｙ軸スライド機構３２は、電磁モータ５６（図２参照）を有しており、電磁モータ５６の駆動により、可動台５２をＹ軸方向の任意の位置に移動させる。これにより、可動台５２は、Ｘ軸スライド機構３０及びＹ軸スライド機構３２の駆動により、ベース２８上の任意の位置に移動可能となっている。

可動台５２は、基台６０と、保持装置６２と、昇降装置６４とを有している。基台６０は、平板状に形成され、上面にステージ７０（図３参照）が載置される。保持装置６２は、基台６０のＸ軸方向の両側部に設けられている。そして、基台６０に載置されたステージ７０のＸ軸方向の両縁部が、保持装置６２によって挟まれることで、ステージ７０が基台６０に対して固定的に保持される。また、昇降装置６４は、基台６０の下方に配設されており、基台６０をＺ軸方向に昇降させる。

造形ユニット２２は、可動台５２の基台６０に載置されたステージ７０の上に構造物１３２（図１１参照）を形成するユニットであり、印刷部７２と、硬化部７４とを有している。印刷部７２は、図３に示すように、インクジェットヘッド７６を有しており、基台６０に載置されたステージ７０の上に、硬化性粘性流体７７を薄膜状に吐出する。硬化性粘性流体７７は、熱、光等により硬化する粘性流体である。硬化性粘性流体７７としては、例えば、紫外線硬化樹脂７７Ａや金属インク７７Ｂ（図９参照）等が挙げられる。紫外線硬化樹脂７７Ａは、紫外線の照射により硬化する樹脂である。金属インク７７Ｂは、例えば、金属（銀など）の微粒子を溶剤中に分散させた金属ナノ粒子を含むインクであり、熱により焼成することで硬化する。

図３は、支持部材１３１（図６参照）の形成において紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出する状態を示している。図７は、構造物１３２（図１１参照）の形成において紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出する状態を示している。図９は、構造物１３２の形成において金属インク７７Ｂを吐出する状態を示している。インクジェットヘッド７６は、硬化性粘性流体７７が図３及び図７に示す紫外線硬化樹脂７７Ａである場合には、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出する。あるいは、インクジェットヘッド７６は、硬化性粘性流体７７が紫外線硬化樹脂７７Ａである場合には、例えば、紫外線硬化樹脂７７Ａを加熱して気泡を発生させノズルから吐出するサーマル方式によって複数のノズルから紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出する。また、インクジェットヘッド７６は、硬化性粘性流体７７が図９に示す金属インク７７Ｂである場合には、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルから金属インク７７Ｂを吐出する。

また、印刷部７２は、図５に示すように、インクジェットヘッド７６からステージ７０の上に、サポート材料８１を薄膜状に吐出する。サポート材料８１としては、例えば、水、薬品等の特定の液体で溶解する材料（ワックス系の材料や樹脂系の材料など）を用いることができる。また、サポート材料８１としては、熱によって溶融する材料を用いることができる。サポート材料８１は、紫外線などの光を照射して硬化するものや、熱を加えることで硬化するものがある。また、サポート材料８１は、ステージ７０に吐出した後、時間の経過にともなって自然と硬化するものがある。例えば、サポート材料８１を硬化させたサポート材９１の一部に沿って、紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出し硬化させることで、サポート材９１の形状に沿った構造物１３２を形成することができる（図１１参照）。そして、サポート材９１と構造物１３２の一体物から薬品等を用いてサポート材９１を除去することで、オーバーハング部を有する構造物１３２を形成することが可能である。

インクジェットヘッド７６は、例えば、圧電素子を用いたピエゾ方式によって複数のノズルからサポート材料８１を吐出する、あるいはサポート材料８１を加熱して気泡を発生させノズルから吐出するサーマル方式によって複数のノズルからサポート材料８１を吐出する。なお、本願の吐出装置としては、複数のノズルを備えるインクジェットヘッド７６に限らず、例えば、１つのノズルを備えたディスペンサーでも良い。また、インクジェットヘッド７６は、金属インク７７Ｂを吐出するノズル、紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出するノズル、サポート材料８１を吐出するノズルを別々に備えてもよく、３つの流体を吐出するノズルを共用する構成でも良い。

また、図４に示すように、硬化部７４は、平坦化装置７８と、照射装置８２と、ヒータ８３とを有している。平坦化装置７８は、インクジェットヘッド７６によってステージ７０の上に吐出された硬化性粘性流体７７やサポート材料８１の上面を平坦化するものである。平坦化装置７８は、ローラ７９と、回収部８０とを有している。ローラ７９は、円柱形状をなし、平坦化装置７８の制御に基づいて、流動可能な状態の硬化性粘性流体７７（紫外線硬化樹脂７７Ａや金属インク７７Ｂ）及びサポート材料８１の表面を回転しながら移動し、表面を平坦化する。回収部８０は、例えば、ローラ７９の表面に向かって突出するブレードを有しており、ブレードで掻き取った硬化性粘性流体７７やサポート材料８１を貯めて排出する。回収部８０は、例えば、回収した硬化性粘性流体７７等を廃液タンクに排出する。平坦化装置７８は、硬化性粘性流体７７等の表面を均しながら余剰分の硬化性粘性流体７７等を掻き取ることで、硬化性粘性流体７７等の表面を平坦化する。なお、回収部８０は、回収した硬化性粘性流体７７やサポート材料８１を、再度、供給タンクに戻しても良い。また、平坦化装置７８による平坦化を、各工程で必ずしも実行しなくとも良い。例えば、平坦化装置７８は、紫外線硬化樹脂７７Ａだけを平坦化しても良い。また、平坦化装置７８は、硬化性粘性流体７７の吐出ごとに平坦化を実行せず、特定の層の形成時のみ平坦化を実行しても良い。

また、照射装置８２は、ステージ７０の上に吐出された硬化性粘性流体７７やサポート材料８１に光を照射するものである。照射装置８２は、例えば、硬化性粘性流体７７が紫外線硬化樹脂７７Ａである場合、紫外線硬化樹脂７７Ａに紫外線を照射する。また、照射装置８２は、例えば、サポート材料８１が紫外線で硬化する材料である場合、サポート材料８１に紫外線を照射する。また、照射装置８２は、例えば、硬化性粘性流体７７が金属インク７７Ｂである場合、金属インク７７Ｂにレーザ光を照射する。本実施形態の形成装置１０は、紫外線硬化樹脂７７Ａや金属インク７７Ｂを硬化させることで、後述するように、例えば、絶縁性の樹脂の上に金属配線を形成できる。

また、ヒータ８３は、ステージ７０の上に吐出された金属インク７７Ｂに熱を加え乾燥させる装置である。ヒータ８３は、金属インク７７Ｂに熱を加えることで、金属インク７７Ｂに含まれる金属の微粒子を分散させる溶剤を気化させる。なお、金属インク７７Ｂの溶剤を気化させる装置は、ヒータ８３に限らず、例えば、温風を送風して金属インク７７Ｂを加熱する温風装置や、マイクロ波を照射して加熱する装置でも良い。

また、図１に示す実装ユニット２３は、例えば、造形ユニット２２によって形成した金属配線に接続される各種の電子部品１３５（図１１参照）を実装するユニットであり、実装部８５と、供給部８６とを備えている。実装部８５は、例えば、電子部品１３５を吸着する吸着ノズル（図示略）を有しており、吸着ノズルで保持した電子部品１３５を構造物に実装する。供給部８６は、例えば、テーピング化された電子部品１３５を１つずつ送り出すテープフィーダを複数有しており、実装部８５へ電子部品１３５を供給する。なお、供給部８６は、テープフィーダに限らず、トレイから電子部品１３５をピックアップして供給するトレイ型の供給装置でもよい。

実装ユニット２３は、例えば、可動台５２の移動にともなって、実装部８５の下方の位置にステージ７０が移動してくると、実装部８５を供給部８６の部品供給位置まで移動させるとともに、供給部８６を駆動させて必要な電子部品１３５を供給させる。そして、実装部８５は、吸着ノズルによって供給部８６の部品供給位置から電子部品１３５を吸着保持し、ステージ７０上に形成された構造物１３２内や構造物１３２の上に配置する。

また、サポート材除去ユニット２４は、造形ユニット２２によって形成したサポート材９１（図６参照）を除去するユニットである。サポート材除去ユニット２４は、例えば、サポート材９１が水に溶解する材料である場合、ステージ７０上の支持部材１３１及び構造物１３２（図１１参照）を水槽に浸すロボットアームや、ステージ７０の上に形成された支持部材１３１に対して水を拭きかけるノズル装置を有する。また、サポート材除去ユニット２４は、例えば、サポート材９１が熱により溶融する材料である場合、ステージ７０の上の支持部材１３１に対して熱を付加するヒータやマイクロ波発生装置などを備える。このため、サポート材除去ユニット２４の構成は、サポート材９１の種類に応じて適宜変更される。

また、切断ユニット２５は、ステージ７０の上に形成した構造物１３２と支持部材１３１とを分離する装置である。切断ユニット２５は、例えば、２つのチャック１４３，１４４（図１３参照）を備えている。切断ユニット２５は、一方のチャック１４３で構造物１３２を挟持し、他方のチャック１４４で支持部材１３１を挟持し、構造物１３２と支持部材１３１との接続部分を切断する。これにより、切断ユニット２５は、支持部材１３１と分離された構造物１３２を形成する。

図２に示すように、制御装置２６は、コントローラ１０２と、複数の駆動回路１０４と、記憶装置１０６とを備えている。複数の駆動回路１０４は、上記した電磁モータ３８，５６、保持装置６２、昇降装置６４、インクジェットヘッド７６、平坦化装置７８、照射装置８２、ヒータ８３、実装部８５、供給部８６、サポート材除去ユニット２４、切断ユニット２５に接続されている。コントローラ１０２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備え、コンピュータを主体とするものであり、複数の駆動回路１０４に接続されている。記憶装置１０６は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等を備えており、形成装置１０の制御を行う制御プログラム１０７が記憶されている。コントローラ１０２は、制御プログラム１０７をＣＰＵで実行することで、搬送装置２０、造形ユニット２２等の作動を制御することが可能となっている。

本実施形態の形成装置１０は、上述した構成によって、サポート材９１と紫外線硬化樹脂７７Ａとを硬化させることで、支持部材１３１（図１０参照）を形成する。また、形成装置１０は、硬化性粘性流体７７として紫外線硬化樹脂７７Ａや金属インク７７Ｂを硬化させることで、絶縁層９３や金属配線９５（図１０参照）を形成し、複数の絶縁層９３や金属配線９５を積層させることで、任意の形状の構造物１３２（図１１参照）を形成することが可能となっている。また、形成装置１０は、構造物１３２を形成する過程で実装ユニット２３によって電子部品１３５（図１１参照）を実装する。例えば、制御プログラム１０７には、支持部材１３１及び構造物１３２をスライスした各層の三次元のデータが設定されている。コントローラ１０２は、制御プログラム１０７のデータに基づいて、サポート材料８１や硬化性粘性流体７７を吐出、硬化等させて支持部材１３１及び構造物１３２を形成する。また、コントローラ１０２は、制御プログラム１０７のデータに基づいて電子部品１３５を配置する層や位置等の情報を検出し、検出した情報に基づいて電子部品１３５を構造物１３２に実装する。

以下の説明では、一例として、図１０に示すように支持部材１３１の上に三次元の構造物１３２を形成する場合について説明する。なお、図３以降に示す支持部材１３１や構造物１３２の形状、構造は一例である。また、図３〜図１０に示す方向（Ｘ軸方向など）は、一例である。また、以下の図３〜図１０の説明では、説明を分かり易くするため、円柱形状の支持部材１３１を形成し、その形成した支持部材１３１の上に構造物１３２を形成する場合について説明する。後述する図１１の支持部材１３１及び構造物１３２のように、支持部材１３１の形状に合わせて構造物１３２が入り込むような構成では、支持部材１３１と構造物１３２を交互に形成しながら積層する場合もある。

また、以下の説明では、コントローラ１０２が、制御プログラム１０７を実行して各装置を制御することを、単に「装置が」と記載する場合がある。例えば、「搬送装置２０が基台６０を移動させる」とは、「コントローラ１０２が、制御プログラム１０７を実行して搬送装置２０の作動を制御し、搬送装置２０の作動によって基台６０を移動させる」ことを意味している。

まず、可動台５２の基台６０にステージ７０がセットされる。搬送装置２０は、ステージ７０をセットされた可動台５２を、造形ユニット２２の下方に移動させる。図３に示すように、印刷部７２のインクジェットヘッド７６は、硬化性粘性流体７７として紫外線硬化樹脂７７Ａをステージ７０の上に吐出する。インクジェットヘッド７６は、ステージ７０の上に紫外線硬化樹脂７７Ａを薄膜状に吐出する。

次に、図４に示すように、照射装置８２は、ステージ７０上の紫外線硬化樹脂７７Ａに対して紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂７７Ａを硬化させる。照射装置８２は、薄膜状に広がった紫外線硬化樹脂７７Ａに対し紫外線を照射することで、紫外線硬化樹脂７７Ａを硬化し硬化層を形成する。なお、硬化部７４の平坦化装置７８は、ステージ７０に吐出した紫外線硬化樹脂７７Ａの平坦化を適宜実行する。

また、図５に示すように、印刷部７２のインクジェットヘッド７６は、サポート材料８１をステージ７０の上に吐出する。インクジェットヘッド７６は、例えば、ステージ７０の上で硬化した紫外線硬化樹脂７７Ａの周囲を埋めるように、サポート材料８１を薄膜状に吐出する。サポート材料８１は、例えば、時間の経過とともにステージ７０の上で硬化し、紫外線硬化樹脂７７Ａの周囲に硬化層を形成する。コントローラ１０２は、上記した図３の紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出する工程（第１吐出工程の一例）、図４の紫外線硬化樹脂７７Ａを硬化する工程（硬化工程の一例）、図５のサポート材料８１を吐出して硬化する工程（形成工程の一例）を繰り返し実行する。これにより、コントローラ１０２は、複数の層をＺ方向へ積層し、図６に示す円柱形状の支持部材１３１を形成する。

図６は、ステージ７０上に形成した支持部材１３１の一例を示している。図６に示すように、支持部材１３１は、複数の柱部９２と、サポート材９１とを有する。柱部９２は、紫外線硬化樹脂７７Ａを硬化した硬化層を積層して形成される。サポート材９１は、サポート材料８１を硬化した硬化層を積層して形成される。柱部９２は、例えば、Ｚ軸方向に沿って延びる直方体形状をなしている。複数の柱部９２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において等間隔に配置されている。サポート材９１は、Ｚ軸方向に延びる円柱形状をなしている。複数の柱部９２は、サポート材９１に埋め込まれるように形成されている。換言すれば、サポート材９１は、複数の柱部９２の間を埋めるように形成されている。そして、サポート材９１及び柱部９２は、例えば、Ｚ軸方向において、同一の長さとなっている。支持部材１３１は、全体として円柱形状をなしている。

次に、コントローラ１０２は、支持部材１３１の上に構造物１３２（図１０参照）を形成する。図７に示すように、印刷部７２のインクジェットヘッド７６は、紫外線硬化樹脂７７Ａを支持部材１３１の上に吐出する。次に、図８に示すように、照射装置８２は、支持部材１３１上に吐出した紫外線硬化樹脂７７Ａに対して紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂７７Ａを硬化させる。コントローラ１０２は、図７の吐出工程と図８の硬化工程とを繰り返し実行することで、所望の厚さの絶縁層９３（図８参照）をＺ軸方向へ積層する。

また、図９に示すように、コントローラ１０２は、Ｚ軸方向の所定の高さまで絶縁層９３を積層すると、インクジェットヘッド７６によって金属インク７７Ｂを、絶縁層９３の上に吐出する。インクジェットヘッド７６は、硬化した絶縁層９３の上に金属インク７７Ｂを薄膜状に吐出する。

図１０に示すように、硬化部７４は、ヒータ８３を駆動して、絶縁層９３の上に吐出された金属インク７７Ｂに熱を加え、金属インク７７Ｂに含まれる溶剤を気化させる。また、硬化部７４の照射装置８２は、金属インク７７Ｂにレーザ光を照射することで、金属インク７７Ｂを焼成して硬化させる。金属インク７７Ｂの焼成とは、エネルギーを付与することによって溶媒の気化や金属微粒子の保護膜の分解等を行い、金属微粒子を接触又は融着させることで、導電率を高くする現象である。照射装置８２は、金属インク７７Ｂを焼成し硬化することで、金属配線９５を形成する。コントローラ１０２は、図９に示す吐出する工程（第２吐出工程の一例）と、図１０に示す焼成する工程（焼成工程の一例）とを繰り返し実行することで、所望の厚さの金属配線９５を形成する。

また、コントローラ１０２は、例えば、金属配線９５と接続される位置に電子部品１３５（図１１参照）を配置する。実装部８５は、供給部８６から供給された電子部品１３５を吸着ノズルで保持し、電子部品１３５を絶縁層９３上に配置する。そして、コントローラ１０２は、さらに造形ユニット２２を駆動しＺ軸方向へ絶縁層９３を積層し、所望の構造物１３２を形成する。

ここで、上記した金属配線９５の形成において、ヒータ８３によって溶剤を気化させる際や、レーザで金属インク７７Ｂを焼成する際に、熱が発生する。このような構造物１３２の形成において熱が発生すると、構造物１３２と支持部材１３１のサポート材９１との境界面においてサポート材９１が溶融する虞がある。あるいは、構造物１３２とサポート材９１との間で熱による収縮率の差が発生する虞がある。その結果、構造物１３２とサポート材９１との密着性が低下し、ひいては構造物１３２がサポート材９１から剥離する虞がある。これに対し、本実施形態の支持部材１３１は、構造物１３２と同じ材料である紫外線硬化樹脂７７Ａで形成した柱部９２（図９参照）を有している。紫外線硬化樹脂７７Ａは、金属配線９５を有する構造物１３２に用いられる材料であり、金属配線９５の形成時に溶融しないように耐熱性の高い材料を選択される可能性が高い。柱部９２は、その紫外線硬化樹脂７７Ａで形成されることで、サポート材９１に比べて耐熱性が高くなる。そして、その柱部９２は、支持部材１３１の下部に設けられたステージ７０と、支持部材１３１の上部に設けられた構造物１３２を接続している。これにより、仮に、構造物１３２とサポート材９１との剥離が発生したとしても、柱部９２によって、構造物１３２をステージ７０に対して支持することができる。また、サポート材９１によって、オーバーハングのような所望の形状を形成することができる。

図１１は、ステージ７０上に形成した支持部材１３１と構造物１３２の一例を示しており、支持部材１３１と構造物１３２の断面を模式的に示している。図１１にハッチングを付して示す部分は、サポート材９１、即ち、サポート材料８１で形成された部分を示している。図１１に示すように、支持部材１３１には、Ｚ軸方向に沿って形成された複数の柱部９２が設けられている。複数の柱部９２は、Ｚ方向の上端部において人型の構造物１３２と接続されている。例えば、柱部９２と構造物１３２とは図１１に示す樹脂接続点１３７で接続されている。また、サポート材９１は、複数の柱部９２の間を埋めるように形成されている。

なお、図１１では、構造物１３２と柱部９２との境界を示すため、便宜上、境界線を図示している。しかしながら、構造物１３２及び柱部９２は、上記したように同一材料（紫外線硬化樹脂７７Ａ）で形成されている。従って、実際には、柱部９２と構造物１３２の樹脂部分とは連続した物体として形成されるため、境界部分に線は形成されない。また、図１１に示す構造物１３２は、支持部材１３１内に入り込むように形成されている。このため、上記したように支持部材１３１と構造物１３２の形成工程では、例えば、紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出する工程において、柱部９２と構造物１３２の両方を形成する場合がある。即ち、上記した図３〜図１０の例とは異なり、支持部材１３１を形成しつつ構造物１３２も形成することとなる。

また、上記したように、本実施形態の支持部材１３１の形成方法では、紫外線硬化樹脂７７Ａを、ステージ７０から構造物１３２に向かって延びる柱状の柱部９２として形成し、且つ柱部９２を複数形成する。これによれば、ステージ７０の上に立つ複数の柱部９２を、本願の粘性流体材として形成する。これにより、複数の柱部９２によって構造物１３２をより安定して支持できる。

また、本実施形態の支持部材１３１の形成方法では、サポート材９１を、複数の柱部９２の間を埋める部分として形成する。これによれば、サポート材９１は、複数の柱部９２の間における空間を埋めるように形成される。換言すれば、複数の柱部９２は、サポート材９１に埋設される。この構造では、後述するように、サポート材９１を溶融させた場合、溶融したサポート材９１を、柱部９２の隙間を通って外部に流出させることができる。従って、サポート材９１の除去が容易となる。

図１１に示す例では、複数の柱部９２は、下端部において連結樹脂１３９によって互いに接続されている。連結樹脂１３９は、ステージ７０の上面の全体に広がるように形成されている。このため、図１１に示す例では、支持部材１３１は、紫外線硬化樹脂７７Ａ（連結樹脂１３９）によってステージ７０と接している。柱部９２は、連結樹脂１３９を介してステージ７０に接続されている。なお、図１１に示す支持部材１３１の構造は一例であり、支持部材１３１は、下端部の少なくとも一部においてサポート材９１をステージ７０に接触させる構造でも良い。

また、図１１に示す構造物１３２は、人型をなしており、電子部品１３５や電子部品１３５を接続する金属配線９５を内蔵している。上記したように、この金属配線９５を形成する際に熱が発生する。その結果、例えば、図１１に示すサポート材９１と構造物１３２との境界部分である境界部１４１においてサポート材９１の一部が溶融する。このため、仮に、支持部材１３１をすべてサポート材９１で形成すると、金属配線９５の形成時に支持部材１３１と構造物１３２とが分離する虞がある。そこで、本実施形態の支持部材１３１では、支持部材１３１の一部に柱部９２を設け、柱部９２によって構造物１３２を支持している。

構造物１３２の形成工程では、コントローラ１０２は、図１１に示すように、構造物１３２の形成を終了すると、サポート材９１の除去を行う。搬送装置２０は、支持部材１３１及び構造物１３２を載せた可動台５２を、サポート材除去ユニット２４（図１参照）まで移動させる。サポート材除去ユニット２４は、例えば、支持部材１３１にマイクロ波を照射して加熱しサポート材９１を溶融させる。本実施形態のサポート材９１は、上記したように柱状の柱部９２の間を埋めるように形成されている。このため、溶融したサポート材９１は、柱部９２の間を通って流れ出ることとなる。一方で、溶融しない柱部９２は、ステージ７０に対して構造物１３２を支持する。図１２に示すように、構造物１３２は、複数の柱部９２によってステージ７０に対して支持された状態となる。

次に、コントローラ１０２は、支持部材１３１の残った柱部９２と、構造物１３２との分離を行う。搬送装置２０は、可動台５２を切断ユニット２５（図１参照）まで移動させる。切断ユニット２５は、図１３に示すように、例えば、２つのチャック１４３，１４４を用いて樹脂接続点１３７を切断する。例えば、一方のチャック１４３によって樹脂接続点１３７に近い構造物１３２の一部を挟持する。また、他方のチャック１４４によって樹脂接続点１３７に近いサポート材９１の一部を挟持する。そして、切断ユニット２５は、構造物１３２とサポート材９１とを離間させるように２つのチャック１４３，１４４を移動させることで、樹脂接続点１３７を切断する。なお、切断ユニット２５は、構造物１３２や柱部９２を挟持するチャック１４３，１４４を複数組備えても良い。また、切断ユニット２５は、樹脂接続点１３７を切断するカッターやドリルを備えても良い。切断ユニット２５によって、構造物１３２と柱部９２とを分離することで、所望の形状の構造物１３２を製造することができる。切断ユニット２５は、分離した支持部材１３１をステージ７０の上から取り除き、構造物１３２をステージ７０の上に配置する。あるいは、切断ユニット２５は、支持部材１３１を載せたステージ７０ごと破棄してもよい。この場合、切断ユニット２５は、新たなステージ７０を基台６０の上に配置し、そのステージ７０の上に構造物１３２を配置しても良い。搬送装置２０は、構造物１３２を載せたステージ７０を所定の排出位置に移動させる。これにより、ユーザは、完成した構造物１３２を取得できる。なお、支持部材１３１と構造物１３２とを分離する作業は、人が手作業で行ってもよい。

ここで、本実施形態の支持部材１３１は、構造物１３２の樹脂部分との接続点である樹脂接続点１３７において切断し易い構造となっている。図１４は、樹脂接続点１３７の断面を示す拡大図である。図１４は、例えば、構造物１３２の手の先端部分と、柱部９２の上端部分との接続部分にある樹脂接続点１３７を模式的に示している。図１４に示すように、柱部９２は、例えば、複数の樹脂層９２Ａを積層して形成されている。また、サポート材９１は、複数のサポート材層９１Ａを積層して形成されている。なお、図１４に示す各層の境界線は、説明の便宜上、図示している。

図１４に示すように、柱部９２には、構造物１３２との境界部分である樹脂接続点１３７に脆弱部１４７が形成されている。脆弱部１４７は、柱部９２の他の部分に比べて断面積を小さくして形成されている。脆弱部１４７は、例えば、直方体形状の柱部９２において、その先端部を細くして形成されている。従って、脆弱部１４７は、柱部９２の他の部分に比べて細い柱状をなしている。このため、柱部９２は、脆弱部１４７において折れ易くなっている。この構成では、樹脂接続点１３７に外力を加えることで、脆弱部１４７を切断して構造物１３２と柱部９２とを容易に分離することができる。

また、本実施形態の脆弱部１４７は、柱部９２の一部を細くした構造である。この構成では、柱部９２の形成において、インクジェットヘッド７６から吐出する紫外線硬化樹脂７７Ａの吐出量を減らす、あるいは紫外線硬化樹脂７７Ａの吐出自体を一時停止することで、接続部分を細くした脆弱部１４７を容易に形成できる。

なお、脆弱部１４７は、１つの柱部９２に１つ設けても良く、１つの柱部９２に複数設けても良い。また、脆弱部１４７の構成はこれに限らない。例えば、図１５に示すように、脆弱部１４７は、テーパー形状部１４７Ａを有する構成でも良い。テーパー形状部１４７Ａは、Ｚ軸方向において、下方から上方に向かうに従って柱部９２の中心へ近づくように傾斜している。このため、脆弱部１４７は、柱部９２の先端に向かうほど細くなっている。脆弱部１４７は、柱部９２の他の部分に比べて断面積を小さくし、折れ易くなっている。例えば、テーパー形状部１４７Ａは、脆弱部１４７を紫外線硬化樹脂７７Ａで形成する際に、硬化工程における紫外線の照射時間を短くする、あるいは照射する紫外線の強度を弱くすることで形成できる。照射時間を短くする、あるいは強度を弱くすることで、紫外線硬化樹脂７７Ａの硬化が不十分となる。その結果、紫外線硬化樹脂７７Ａの硬度が下がることで、脆弱部１４７には、外側に広がるテーパー形状部１４７Ａが形成される。この構成では、上記した図１４に示す構成のように紫外線硬化樹脂７７Ａの吐出量を調整して脆弱部１４７を形成するのではなく、紫外線の照射時間などの硬化条件を変更することで、脆弱部１４７を形成することができる。換言すれば、この構成では、吐出量が同一であっても、硬化条件を変更するだけでテーパー形状部１４７Ａを有する脆弱部１４７を形成できる。

また、例えば、図１６に示すように、柱部９２と構造物１３２の形成する位置をずらすことで、脆弱部１４７を形成しても良い。図１６に示す柱部９２は、構造物１３２の先端部に対してずれた位置に形成されている。脆弱部１４７は、構造物１３２側の樹脂層９２Ａと柱部９２側の樹脂層９２Ａとを、Ｘ軸方向やＹ軸方向においてずれた位置に配置している。図１６に示す例では、上側の樹脂層９２Ａは、下側の樹脂層９２Ａに対して右側にオフセットしている。このため、脆弱部１４７は、その一部において、柱部９２の他の部分に比べて断面積を小さくし、折れ易くなっている。この構成では、柱部９２を形成する位置を、構造物１３２に対してずらすことで脆弱部１４７を形成できる。

また、例えば、図１７に示すように、脆弱部１４７は、柱部９２の一部に中空部１４７Ｂを形成した構成でも良い。図１７に示す脆弱部１４７には、複数の中空部１４７Ｂが形成されている。中空部１４７Ｂは、例えば、柱部９２をＸ軸方向へ貫通して形成され、紫外線硬化樹脂７７Ａ、金属インク７７Ｂ、サポート材料８１を充填していない空の空間となっている。このため、脆弱部１４７は、その一部に中空部分を形成され、柱部９２の他の部分に比べて断面積を小さくし、折れやすくなっている。この構成では、柱部９２の形成において、インクジェットヘッド７６から紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出するのを一時停止することで、中空部１４７Ｂを有する脆弱部１４７を形成できる。上記したように、脆弱部１４７は、柱部９２の断面積を小さくし、折れ易くなる構成であれば、様々な構成を採用できる。

因みに、上記実施形態において、インクジェットヘッド７６は、吐出装置の一例である。紫外線硬化樹脂７７Ａは、硬化性粘性流体の一例である。柱部９２は、粘性流体材の一例である。金属インク７７Ｂは、導電性材料の一例である。

上記した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態の支持部材１３１の形成方法は、インクジェットヘッド７６から紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出する第１吐出工程（図３参照）と、吐出した紫外線硬化樹脂７７Ａを硬化させ、ステージ７０と構造物１３２とを接続しステージ７０に対して構造物１３２を支持する柱部９２を形成する硬化工程（図４参照）と、インクジェットヘッド７６からサポート材料８１を吐出し、柱部９２の少なくとも一部に接触するサポート材９１を形成し、柱部９２及びサポート材９１を有する支持部材１３１を形成する形成工程（図５参照）と、を含む。

これによれば、構造物１３２を支持する支持部材１３１には、紫外線硬化樹脂７７Ａで形成した柱部９２とサポート材９１とが含まれる。サポート材９１を用いて、例えば、オーバーハングのような突出部分を構造物１３２に形成できる（図１１参照）。また、柱部９２は、ステージ７０と構造物１３２との両方に接続されており、ステージ７０に対して構造物１３２を支持する構造となる。従って、構造物１３２の形成において熱が発生し構造物１３２とサポート材９１との密着性が低下した場合であっても、支持部材１３１に設けた柱部９２によって構造物１３２をステージ７０に対して安定して支持できる。

また、本実施形態の構造物１３２の形成方法は、インクジェットヘッド７６から金属インク７７Ｂを吐出する第２吐出工程（図９参照）と、吐出された金属インク７７Ｂを焼成し、構造物１３２の一部に金属配線９５を形成する焼成工程（図１０参照）と、を含む。

これによれば、構造物１３２には、金属配線９５が形成される。この金属配線９５を形成する際に、金属インク７７Ｂを焼成することで熱が発生する。その結果、構造物１３２とサポート材９１との密着性が低下する可能性が高くなる。このため、金属配線９５を有する構造物１３２を形成するに際し、サポート材９１と柱部９２とを有する支持部材１３１により構造物１３２を支持することは極めて有効となる。

なお、制御装置２６のコントローラ１０２は、図２に示すように、第１吐出部１１０と、硬化部１１２と、形成部１１６と、第２吐出部１１８と、焼成部１２０とを有している。第１吐出部１１０等は、例えば、コントローラ１０２のＣＰＵにおいて制御プログラム１０７を実行することで実現される処理モジュールである。また、第１吐出部１１０等を、ソフトウェアで構成せずに、ハードウェアで構成しても良い。

第１吐出部１１０は、インクジェットヘッド７６から紫外線硬化樹脂７７Ａを吐出させる機能部である。硬化部１１２は、吐出した紫外線硬化樹脂７７Ａを照射装置８２により硬化させ柱部９２を形成する機能部である。形成部１１６は、インクジェットヘッド７６からサポート材料８１を吐出させサポート材料８１を形成する機能部である。第２吐出部１１８は、インクジェットヘッド７６から金属インク７７Ｂを吐出させる機能部である。焼成部１２０は、吐出した金属インク７７Ｂを照射装置８２により焼成し、金属配線９５を形成する機能部である。

因みに、上記実施形態において、第１吐出部１１０により実行される工程は、第１吐出工程の一例である。硬化部１１２により実行される工程は、硬化工程の一例である。形成部１１６により実行される工程は、形成工程の一例である。第２吐出部１１８により実行される工程は、第２吐出工程の一例である。焼成部１２０により実行される工程は、焼成工程の一例である。

なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することが可能である。
例えば、上記した実施形態では、柱部９２をＺ軸方向に沿って形成したが、これに限らない。例えば、図１８に示すように、柱部９２をアーチ状に形成してもよい。また、柱部９２を、基端部から先端部である樹脂接続点１３７に向かうに従って細くなる形状でも良い。即ち、柱部９２は、太さが変化する構造でも良い。柱部９２の断面積は、先端部において小さくなる。先端部は、脆弱部１４７（図１４参照）として機能する。従って、本願の粘性流体材は、構造物１３２をステージ７０に対して支持できる様々な構造を採用することができる。換言すれば、構造物１３２を支持できる構造であれば、粘性流体材の構造を適宜変更可能である。

例えば、本願の粘性流体材は、柱形状に限らない。図１９は、支持部材１３１の上面図を示している。例えば、支持部材１３１は、ステージ７０に立った板状のサポート材９１と、板状の粘性流体材１５１とを交互に配置した構成でも良い。図１９に示すように、サポート材９１と、粘性流体材１５１とは、Ｘ軸方向において所定の厚みを有し、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に沿って延びる板状をなしている。粘性流体材１５１は、紫外線硬化樹脂７７Ａを硬化した硬化層を積層して形成されている。このような構成の支持部材１３１では、溶融したサポート材９１は、粘性流体材１５１の間を通ってＹ軸方向に流れ出すこととなる。また、構造物１３２は、等間隔に形成された板状の粘性流体材１５１によって支持されることとなる。

また、例えば、図２０に示すように、支持部材１３１は、柱状の粘性流体材１５１を、ステージ７０の上面と平行な方向に沿って配置した構成でも良い。図２０に示す支持部材１３１では、例えば、Ｘ軸方向に沿って延びる２本の粘性流体材１５１と、Ｙ軸方向に沿って延びる２本の粘性流体材１５１とを、Ｚ軸方向において交互に配置して形成されている。Ｘ軸方向に沿った粘性流体材１５１は、Ｚ軸方向においてＹ軸方向に沿った粘性流体材１５１を１本挟むことで、粘性流体材１５１の１本分だけ隙間を設けて配置される。サポート材９１は、この積み重ねた複数の粘性流体材１５１を覆うように形成されている。このような構成の支持部材１３１では、溶融したサポート材９１は、粘性流体材１５１の隙間を通って外側へ流れ出すこととなる。また、構造物１３２は、積み重ねた粘性流体材１５１によって下方から支持されることとなる。なお、図２０は、図面が煩雑となるのを避けるため、粘性流体材１５１の図示を一部省略している。

また、支持部材１３１を形成する方法は、インクジェット方式に限らない。例えば、網目状の粘性流体材１５１を熱溶解積層法で形成し、粘性流体材１５１の網目の中にサポート材料８１を熱溶解積層法やインクジェット方式で充填しても良い。
また、上記実施形態では、サポート材９１を溶融させた際に、溶融したサポート材９１が柱部９２の間から流れ出すように、柱部９２と柱部９２との間に隙間を設けたが、これに限らない。例えば、紫外線硬化樹脂７７Ａを円環状に積層した粘性流体材と、その円環状の粘性流体材内に充填されたサポート材９１とで支持部材１３１を形成しても良い。即ち、粘性流体材を、サポート材９１を囲む外枠として形成しても良い。そして、サポート材９１を溶融する際に、円環状の粘性流体材の一部に穴を開け、その穴から溶融したサポート材９１を外部に排出させても良い。従って、溶融したサポート材９１を取り出すための取り出し口を、後から粘性流体材に形成しても良い。
また、本願の硬化性粘性流体７７は、紫外線硬化樹脂７７Ａ及び金属インク７７Ｂに限らず、光、熱等により硬化する種々の硬化性粘性流体を採用することが可能である。
また、本願の積層造形法は、インクジェット法に限らず、熱溶解積層法などの他の積層造形法でも良い。

７０ステージ、７６インクジェットヘッド（吐出装置）、７７Ａ紫外線硬化樹脂（硬化性粘性流体）、７７Ｂ金属インク（導電性材料）、８１サポート材料、９１サポート材、９２柱部（粘性流体材）、９５金属配線、１３１支持部材、１３２構造物、１４７脆弱部、１５１粘性流体材。

Claims

吐出装置からステージの上に硬化性粘性流体を吐出して構造物を形成する際に、前記構造物を支持する支持部材を形成する支持部材の形成方法であって、
前記支持部材の形成方法が、
前記吐出装置から前記硬化性粘性流体を吐出する第１吐出工程と、
吐出した前記硬化性粘性流体を硬化させ、前記ステージと前記構造物とを接続し前記ステージに対して前記構造物を支持する粘性流体材を形成する硬化工程と、
前記吐出装置からサポート材料を吐出し、前記粘性流体材の少なくとも一部に接触するサポート材を形成し、前記粘性流体材及び前記サポート材を有する前記支持部材を形成する形成工程と、
を含む、支持部材の形成方法。
前記第１吐出工程及び前記硬化工程において、
前記粘性流体材における前記構造物との接続部分に、前記粘性流体材の断面積を小さくした脆弱部を形成する、請求項１に記載の支持部材の形成方法。
前記第１吐出工程及び前記硬化工程において、
前記脆弱部を、前記粘性流体材の一部を細くして形成する、請求項２に記載の支持部材の形成方法。
前記第１吐出工程及び前記硬化工程において、
前記粘性流体材を、前記ステージから前記構造物に向かって延びる柱状の柱部として形成し、且つ前記柱部を複数形成する、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の支持部材の形成方法。
前記形成工程において、
前記サポート材を、複数の前記柱部の間を埋める部分として形成する、請求項４に記載の支持部材の形成方法。
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の支持部材の形成方法により形成した前記支持部材を用いて構造物を形成する構造物の形成方法であって、
前記吐出装置から導電性材料を吐出する第２吐出工程と、
吐出された前記導電性材料を焼成し、前記構造物の一部に金属配線を形成する焼成工程と、
を含む、構造物の形成方法。