(57)【要約】【課題】焼結後の立体造形物における空隙や組成ムラの発生を抑制できる立体造形用粉末の提供。【解決手段】芯材と、焼結助剤とを含み、前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態である立体造形用粉末、前記芯材は難焼結材料であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材と、焼結助剤とを含み、
前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態であることを特徴とする立体造形用粉末。
【請求項２】
前記芯材は難焼結材料である請求項１に記載の立体造形用粉末。
【請求項３】
前記芯材は樹脂によって被覆されている請求項１又は２に記載の立体造形用粉末。
【請求項４】
前記焼結助剤が前記芯材と共に樹脂によって被覆されている請求項３に記載の立体造形用粉末。
【請求項５】
前記焼結助剤は、前記芯材表面から前記焼結助剤の体積平均粒径の１０％以上が埋没した状態である請求項１から４のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項６】
前記焼結助剤の構成元素はすべて前記芯材の構成元素に含まれる請求項１から５のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項７】
焼結時に液相と固相が存在し、前記液相から前記固相への溶解度よりも、前記固相から前記液相への溶解度の方が高い請求項１から６のいずれかに記載の立体造形用粉末。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の立体造形用粉末を用いて粉末層を形成する粉末層形成工程と、
前記立体造形用粉末における芯材を被覆する樹脂を溶解可能な液体を前記粉末層の造形領域に付与して固化する粉末層固化工程と、
前記粉末層形成工程と前記粉末層固化工程を繰り返し、焼結前駆体を作製する焼結前駆体作製工程と、
前記焼結前駆体を焼結する焼結工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項９】
請求項１から７のいずれかに記載の立体造形用粉末を容器中に充填してなる粉末入り容器。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれかに記載の立体造形用粉末を用いて粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記立体造形用粉末における芯材を被覆する樹脂を溶解可能な液体を前記粉末層の造形領域に付与して固化する粉末層固化手段と、
前記粉末層の固化物を積層してなる焼結前駆体を作製する焼結前駆体作製手段と、
前記焼結前駆体を焼結する焼結手段と、
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置。
【請求項１１】
芯材と、焼結助剤とを含み、前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態である立体造形用粉末を用いて粉末層を形成し、
前記立体造形用粉末における芯材を被覆する樹脂を溶解可能な液体を前記粉末層の造形領域に付与して固化し、
前記粉末層の形成と前記粉末層の固化を繰り返して、焼結前駆体を作製し、
前記焼結前駆体を焼結する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形用粉末、粉末入り容器、立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、及び立体造形プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末積層による三次元造形方式（以下、「粉末積層造形方式」と称することがある）としては、レーザー焼結方式（ＳＬＳ）、電子ビーム焼結方式（ＥＢＭ）、バインダージェット方式（ＢＪ）などが挙げられる。
【０００３】
前記バインダージェット方式は、粉末として石膏を用い、インクジェットヘッドからバインダーインクを吐出し、石膏粉を凝固させることで造形する技術である。また、粉末として砂を用いて、バインダー樹脂をインクジェットヘッドから吐出することで、鋳型などを形成する技術である。更に、粉末として金属やセラミック、ガラスを用いるものなどもある。金属やセラミックについては、バインダーによって粉末を結着した後、加熱して焼結することで、最終造形物を形成する。また、加熱しても焼結が進み難い難焼結材料を造形する際には、焼結を促進する焼結助剤を添加することが知られている。
【０００４】
例えば、三次元造形向けに収縮が少なく高品質な焼結体を形成する目的で，コーティング膜中に細粒状の添加物を添加した造形用粉末が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、焼結後の立体造形物における空隙や組成ムラの発生を抑制できる立体造形用粉末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段としての本発明の立体造形用粉末は、芯材と、焼結助剤とを含み、前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、焼結後の立体造形物における空隙や組成ムラの発生を抑制できる立体造形用粉末を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る立体造形用粉末の一例を示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、焼結前駆体（グリーン体）形成工程を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、焼結前駆体（グリーン体）を脱脂する脱脂工程を示す概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、第１の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、高温時に焼結助剤が液相を形成する液相形成工程を示す概略図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、第１の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、焼結完了により焼結体を形成する焼結体形成工程を示す概略図である。
【図３】図３は、第２の実施形態に係る立体造形用粉末の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、第３の実施形態に係る立体造形用粉末の一例を示す概略図である。
【図５】図５は、第４の実施形態に係る立体造形用粉末の一例を示す概略図である。
【図６】図６は、第５の実施形態に係る立体造形用粉末の一例を示す概略図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第５の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、焼結前駆体（グリーン体）形成工程を示す概略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第５の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、焼結前駆体（グリーン体）を脱脂する脱脂工程を示す概略図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、第５の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、高温時に焼結助剤が液相を形成する液相形成工程を示す概略図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、第５の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法を示し、焼結完了により焼結体を形成する焼結体形成工程を示す概略図である。
【図８】図８は、第６の実施形態に係る立体造形物の製造装置の一例を示す概略平面図である。
【図９】図９は、図８の立体造形物の製造装置の概略側面図である。
【図１０】図１０は、図８の立体造形物の製造装置の造形部を示す概略断面図である。
【図１１】図１１は、第６の実施形態に係る立体造形物の製造装置の一例を示すブロック図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、立体造形物の製造装置の造形部での造形動作の流れの一例を示す概略断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、立体造形物の製造装置の造形部での造形動作の流れの他の一例を示す概略断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、立体造形物の製造装置の造形部での造形動作の流れの他の一例を示す概略断面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、立体造形物の製造装置の造形部での造形動作の流れの他の一例を示す概略断面図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは、立体造形物の製造装置の造形部での造形動作の流れの他の一例を示す概略断面図である。
【図１３】図１３は、実施例１における芯材の表面に焼結助剤が埋没状態している状態を示す表面ＳＥＭ写真である。
【図１４】図１４は、実施例２における芯材の表面に焼結助剤が埋没状態している状態を示す表面ＳＥＭ写真である。
【図１５】図１５は、実施例３における芯材の表面に焼結助剤が埋没状態している状態を示す表面ＳＥＭ写真である。
【図１６】図１６は、実施例４における芯材の表面に焼結助剤が埋没状態している状態を示す表面ＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（立体造形用粉末）
本発明の立体造形用粉末は、芯材と、焼結助剤とを含み、前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態であり、更に必要に応じてその他の部材を有する。
【００１０】
従来技術のようなバインダージェット方式による難焼結材料の造形では、焼結助剤を添加したとき、前記焼結助剤が偏析して、焼結が進行せず空隙が発生し、組成ムラが生じてしまうという問題がある。
【００１１】
本発明においては、芯材表面に焼結助剤を打ち込んで固定化し、それを樹脂で被覆した立体造形用粉末を使用することで、焼結後の立体造形物中の空隙や組成ムラの発生を抑制することができる。
本発明の立体造形用粉末のように、芯材表面に焼結助剤を打ち込んで固定化すると、芯材と焼結助剤が粒子接点を有することとなり、熱処理した際に焼結助剤は液相を形成するので、焼結が進行する。
また、焼結助剤を芯材に打ち込んだ後に、焼結助剤が芯材と共に樹脂によって被覆されていることにより、造形時に焼結助剤が芯材から分離することがなく、また芯材の酸化皮膜の成長を阻害するので、焼結が進行しやすくなり、かつ焼結助剤の偏析がなく組成ムラもなくなる。
【００１２】
＜芯材＞
芯材は難焼結材料であることが好ましい。前記難焼結材料とは加熱しても焼結が進み難い材料を意味している。より具体的には、融点もしくは固相線温度が非常に高く一般的な加熱装置ではそれを越えた温度での熱処理が不可能であるか、又は、融点もしくは固相線温度が低くても粒子表面に形成した酸化皮膜が焼結を阻害するような材料を指す。
難焼結材料としては、例えば、金属、セラミックス、炭化物などが挙げられる。
金属としては、例えば、アルミニウム、タングステン、チタン、モリブデン、ニオブ、又はそれらの合金などが挙げられる。
セラミックスとしては、例えば、窒化アルミニウム、アルミナなどが挙げられる。
炭化物としては、例えば、タングステンカーバイド、チタンカーバイド、クロムカーバイド、シリコンカーバイドなどが挙げられる。
【００１３】
前記芯材は、粒子形状であることが好ましく、その形状としては、球状、楕円状などが挙げられる。
前記芯材の体積平均粒径としては、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、例えば、０．１μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上３００μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以上２５０μｍ以下が更に好ましい。
前記体積平均粒径が、０．１μｍ以上５００μｍ以下であると、立体造形物の製造効率に優れ、取扱性やハンドリング性が良好である。前記体積平均粒径が、５００μｍ以下であると、前記立体造形用粉末を用いて薄層を形成した際に、該薄層における前記立体造形用粉末の充填率が向上し、得られる立体造形物に空隙や組成ムラ等が生じ難い。
前記芯材の体積平均粒径は、公知の粒径測定装置、例えば、マイクロトラックＨＲＡ（日機装株式会社製）、などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。
【００１４】
＜焼結助剤＞
焼結助剤は、芯材を焼結する際に添加して、焼結を促進する剤である。
前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態であり、焼結助剤の一部が埋没していればよいが、焼結助剤の全部が埋没していてもよい。具体的には、焼結助剤は、芯材表面から焼結助剤の体積平均粒径の１０％以上が埋没した状態であることが好ましく、５０％以上が埋没した状態であることがより好ましく、７０％以上が埋没した状態であることが更に好ましい。
焼結助剤が芯材表面から前記焼結助剤の体積平均粒径の１０％以上埋没した状態であることにより、造形時に焼結助剤が芯材から分離することを防止でき、また、芯材の酸化皮膜の成長を阻害するので、焼結が進行しやすくなるという利点がある。
前記焼結助剤の体積平均粒径は、１０ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以上５μｍ以下がより好ましい。
焼結助剤の体積平均粒径は、公知の粒径測定装置、例えば、マイクロトラックＨＲＡ（日機装株式会社製）、などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。
なお、焼結助剤が芯材に埋没した状態であることは、例えば、表面ＳＥＭ写真、断面ＳＥＭ写真を観察することにより確認することができる。
【００１５】
焼結助剤としては、芯材がアルミニウム又はその合金の場合には、シリコン、銅、スズ、マグネシウム、鉄、マンガン、チタン、ニッケル、亜鉛、クロム、又はこれら合金などが挙げられる。
【００１６】
前記焼結助剤は、粒子形状であることが好ましく、その形状としては、球状、楕円状、球形度の低い尖った形状、多角形状、矩形状、扁平状、板状などが挙げられる。これらの中でも、球形度の低い尖った形状が、芯材と焼結助剤とを撹拌したとき、焼結助剤が芯材に打ち込まれやすい点から特に好ましい。
前記焼結助剤は、前記芯材に対して、前記芯材表面から１００ｎｍ以上埋め込まれていることが好ましい。これによって、焼結助剤が埋め込まれている箇所の芯材の酸化皮膜がより薄くなる、もしくは消失し、焼結が更に促進される。芯材の酸化皮膜の厚さは、例えば、アルミニウムでは数ｎｍ−数十ｎｍ程度である。そのため、焼結助剤が１００ｎｍ以上埋め込まれていれば、その箇所の酸化皮膜はほぼ消失した状態となる。
【００１７】
焼結助剤の構成元素は、全て芯材の構成元素に含まれることが好ましい。これにより、原料となる芯材と、焼結後の立体造形物の構成元素が同一になり、不純元素の混入を防ぐことができる。
このような組み合わせとして、例えば、「芯材：ＡｌＳｉ１０Ｍｇ合金−焼結助剤：シリコン又はマグネシウム」、「芯材：ＡＤＣ１２−焼結助剤：シリコン又は銅」、「芯材：銅タングステン合金−焼結助剤：銅」、「芯材：銀タングステン合金−焼結助剤：銀」などが挙げられる。
【００１８】
芯材と焼結助剤が、焼結時に液相を形成したとき、液相から固相への溶解度をＳＡ、固相から液相への溶解度をＳＢとすると、次式、ＳＢ＞ＳＡ、を満たすことが好ましく、固相から液相への溶解度の方が高いことがより好ましい。これにより、固相粒間の液相が多くなり、固相粒間の空隙を埋め、立体造形物の焼結体がより緻密化する。
このような芯材−焼結助剤の組み合わせとしては、例えば，芯材：アルミニウム−焼結助剤：スズなどが挙げられる。
【００１９】
芯材と焼結助剤は粒子接点を有することが好ましい。粒子接点をもたせる手段の一つとしては、芯材への焼結助剤の打込がある。前記打込とは、芯材に焼結助剤を埋め込むことを意味する。打込の方法としては、例えば、ヘンシェルミキサーによる撹拌、ハイブリダイザーによる撹拌などが挙げられる。これらの中でも、ヘンシェルミキサーによる撹拌が好ましい。
ヘンシェルミキサーによる撹拌とは、高速回転する下羽根によって粉末を上方向に流動させ、その後、上羽根によって剪断することで、粉末を分散混合する方法である．この分散混合の過程で、芯材の表面に焼結助剤が打ち込まれる。例えば、日本コークス工業株式会社製ヘンシェルミキサーＦＭ１０Ｂ／Ｉなどを用いて行うことができる。具体的には、芯材と焼結助剤を所定量装置内に入れ、ミキサーを所定の回転数及び撹拌時間で撹拌させる。このとき、装置内部の温度上昇を防ぐため、撹拌毎に停止してインターバルを設けてもよい。
芯材と焼結助剤との混合割合は、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、体積比で，芯材：焼結助剤＝９９．９：０．１〜７：３であることが好ましく、９９：１〜８：２であることがより好ましい。
【００２０】
焼結助剤は、芯材に埋め込まれて固定化されていることが好ましい。固定化とは、焼結助剤と芯材の位置関係が変わらない状態であると定義される。固定化方法としては、例えば、芯材表面に樹脂を被覆する方法などが挙げられる。
芯材が樹脂によって被覆されていることが、芯材の酸化を防止する点から好ましい。例えば、焼結助剤であるシリコンは、芯材であるアルミニウムと液相を形成して酸化皮膜を破り、焼結を進行させる。アルミニウムとシリコンは接点を有しているため、液相の形成が容易になる。
また、芯材と共に、焼結助剤も樹脂によって被覆されていることが好ましい。これにより、造形時に焼結助剤が芯材から剥がれ落ちることを防止できる。また、焼結助剤が発火性をもつ（即ち、着火性の高い）場合、樹脂被覆によって焼結助剤の酸化が抑えられ、発火を防ぐことができる。このような発火性をもつ焼結助剤としては、例えば、シリコン、スズ、マグネシウム、亜鉛、又はこれらとアルミニウムの合金などが挙げられる。
【００２１】
＜樹脂＞
樹脂としては、液体に溶解して固化す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、液体が水系である場合には、例えば、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル酸樹脂、セルロース、デンプン、ゼラチン、ビニル樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２２】
芯材及び焼結助剤の固定化に用いる液体としては、樹脂を溶解して固定化させることが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、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン等の水性媒体、脂肪族炭化水素、グリコールエーテル等のエーテル系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、高級アルコールなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２３】
前記樹脂による前記芯材の被覆厚みとしては、平均厚みで、５ｎｍ以上１，０００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が更に好ましく、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下が特に好ましい。
前記被覆厚みとしての平均厚みが、５ｎｍ以上であると、前記立体造形用粉末に前記液体を付与して形成した立体造形用粉末（層）による固化物（焼結前駆体）の強度が向上し、その後の焼結等の処理乃至取扱い時に型崩れ等の問題が生じることがない、１，０００ｎｍ以下であると、前記立体造形用粉末に前記液体を付与して形成した立体造形用粉末（層）による固化物（焼結前駆体）の寸法精度が向上する。
前記平均厚みは、例えば、前記立体造形用粉末をアクリル樹脂等に包埋した後、エッチング等を行って前記芯材の表面を露出させた後、走査型トンネル顕微鏡ＳＴＭ、原子間力顕微鏡ＡＦＭ、走査型電子顕微鏡ＳＥＭなどを用いることにより、測定することができる。
【００２４】
前記樹脂による前記芯材の表面の被覆率（面積率）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、１５％以上が好ましく、５０％以上がより好ましく、８０％以上が更に好ましい。
前記被覆率が、１５％以上であると、前記立体造形用粉末に前記液体を付与して形成した立体造形用粉末（層）による固化物（焼結前駆体）の強度が充分に得られ、その後の焼結等の処理乃至取扱い時に型崩れ等の問題が生じることがなく、また、前記立体造形用粉末に前記液体を付与して形成した立体造形用粉末（層）による固化物（焼結前駆体）の寸法精度が向上する。
前記被覆率は、例えば、前記立体造形用粉末の写真を観察し、二次元の写真に写る該立体造形用粉末について、前記粉末の表面の全面積に対する、前記樹脂で被覆された部分の面積の割合（％）の平均値を算出してこれを該被覆率としてもよいし、また、前記樹脂で被覆された部分をＳＥＭ−ＥＤＳ等のエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素マッピングを行うことにより、測定することができる。
【００２５】
＜その他の成分＞
その他の成分としては、任意の劣化防止剤、流動化剤、強化剤、難燃剤、可塑剤、熱安定性添加剤や結晶核剤等の添加剤、非結晶性樹脂等のポリマー粒子などを含んでいてもよい。
【００２６】
−立体造形用粉末の製造−
前記立体造形用粉末の製造方法としては、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、上述したように焼結助剤が埋め込まれた芯材上に樹脂を被覆する方法などが好適に挙げられる。
前樹脂の芯材の表面への被覆方法としては、特に制限はなく、公知の被覆方法の中から適宜採用することができ、例えば、転動流動コーティング法、スプレードライ法、撹拌混合添加法、ディッピング法、ニーダーコート法、などが好適に挙げられる。また、これらの被覆方法は、公知の市販の各種コーティング装置、造粒装置などを用いて実施することができる。
【００２７】
以上説明したように、本発明の立体造形用粉末は、難焼結材料からなる芯材と、焼結助剤とを含み、前記焼結助剤は前記芯材に埋め込まれて固定化されており、高温時に前記焼結助剤は前記芯材と液相を形成するので、以下に説明する本発明の粉末入り容器、本発明の立体造形物の製造装置、及び立体造形物の製造方法に好適に用いられる。
【００２８】
（粉末入り容器）
本発明の粉末入り容器は、本発明の立体造形用粉末を容器中に充填してなる。
前記容器としては、特に制限はなく、目的に応じて、その形状、構造、大きさ、材質等を適宜選択することができ、例えば、アルミニウムラミネートフィルム、樹脂フィルム等で形成された粉末入り袋、粉末入りカートリッジ、粉末入りタンクなどが挙げられる。
【００２９】
（立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、及び立体造形プログラム）
本発明の立体造形物の製造方法は、粉末層形成工程と、粉末層固化工程と、焼結前駆体作製工程と、焼結工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
【００３０】
本発明の立体造形物の製造装置は、粉末層形成手段と、粉末層固化手段と、焼結前駆体作製手段と、焼結手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
【００３１】
本発明の立体造形プログラムは、芯材と、焼結助剤とを含み、前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態である立体造形用粉末を用いて粉末層を形成し、前記立体造形用粉末における芯材を被覆する樹脂を溶解可能な液体を前記粉末層の造形領域に付与して固化し、前記粉末層の形成と前記粉末層の固化を繰り返して、焼結前駆体を作製し、前記焼結前駆体を焼結する処理をコンピュータに実行させる。
【００３２】
なお、本発明の「立体造形物の製造装置」における制御手段等が行う制御は、本発明の「立体造形物の製造方法」を実施することと同義であるので、本発明の「立体造形物の製造装置」の説明を通じて本発明の「立体造形物の製造方法」の詳細についても明らかにする。また、本発明の「立体造形プログラム」は、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の「立体造形物の製造装置」として実現させることから、本発明の「立体造形物の製造装置」の説明を通じて本発明の「立体造形プログラム」の詳細についても明らかにする。
【００３３】
−粉末層形成工程及び粉末層形成手段−
前記粉末材料層形成工程は、本発明の前記立体造形用粉末を用いて粉末層を形成する工程であり、粉末層形成手段により実施される。
前記立体造形用粉末層は支持体上に形成されることが好ましい。
【００３４】
−−支持体−−
前記支持体としては、前記立体造形用粉末を載置することができ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、前記立体造形用粉末の載置面を有する台、特開２０００−３２８１０６号公報の図１に記載の装置におけるベースプレート、などが挙げられる。
前記支持体の表面、即ち、前記立体造形用粉末を載置する載置面としては、例えば、平滑面であってもよいし、粗面であってもよく、また、平面であってもよいし、曲面であってもよいが、前記立体造形用粉末における前記樹脂が溶解した際に、前記樹脂との親和性が低いことが好ましい。
前記載置面と、溶解した前記樹脂との親和性が、前記芯材と、溶解した前記樹脂との親和性よりも低いと、得られた立体造形物を該載置面から取り外すことが容易である点で好ましい。
【００３５】
−−粉末層の形成−−
前記立体造形用粉末を前記支持体上に配置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、薄層に配置させる方法としては、特許第３６０７３００号公報に記載の選択的レーザー焼結方法に用いられる、公知のカウンター回転機構（カウンターローラ）などを用いる方法、前記立体造形用粉末をブラシ、ローラ、ブレード等の部材を用いて薄層に拡げる方法、前記立体造形用粉末の表面を押圧部材を用いて押圧して薄層に拡げる方法、公知の粉末積層造形装置を用いる方法、などが好適に挙げられる。
【００３６】
前記カウンター回転機構（カウンターローラー）、前記ブラシ乃至ブレード、前記押圧部材などを用いて、前記支持体上に前記立体造形用粉末を薄層に載置させるには、例えば、以下のようにして行うことができる。
即ち、外枠（「型」、「中空シリンダー」、「筒状構造体」などと称されることもある）内に、前記外枠の内壁に摺動しながら昇降可能に配置された前記支持体上に前記立体造形用粉末を、前記カウンター回転機構（カウンターローラー））、前記ブラシ、ローラ又はブレード、前記押圧部材などを用いて載置させる。このとき、前記支持体として、前記外枠内を昇降可能なものを用いる場合には、前記支持体を前記外枠の上端開口部よりも少しだけ下方の位置に配し、即ち、前記粉末層の厚み分だけ下方に位置させておき、前記支持体上に前記立体造形用粉末を載置させる。以上により、前記立体造形用粉末を前記支持体上に薄層に載置させることができる。
【００３７】
なお、このようにして薄層に載置させた前記立体造形用粉末に対し、液体を作用させると、当該層が固化する（前記粉末層固化工程）。
前記液体としては、芯材を被覆する樹脂を溶解可能な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、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトンなどの水性媒体、脂肪族炭化水素、グリコールエーテル等のエーテル系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、高級アルコールなどが挙げられる。これらの中でも、環境負荷や前記液体をインクジェット方式で付与する際の吐出安定性（経時での粘度変化が少ない）を考慮すると、水性媒体が好ましく、水がより好ましい。なお、前記水性媒体としては、前記水が前記アルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。また、前記液体の媒体が水性媒体である場合には、前記有機材料は水溶性有機材料を主として含むことが好ましい。
【００３８】
ここで得られた薄層の固化物上に、上記と同様にして、前記立体造形用粉末を薄層に載置させ、前記薄層に載置された該立体造形用粉末（層）に対し、前記液体を作用させると、硬化が生じる。このときの硬化は、該薄層に載置された前記立体造形用粉末（層）においてのみならず、その下に存在する、先に硬化して得られた前記薄層の固化物との間でも生じる。その結果、前記薄層に載置された前記立体造形用粉末（層）の約２層分の厚みを有する固化物（焼結前駆体）が得られる。
【００３９】
また、前記立体造形用粉末を前記支持体上に薄層に載置させるには、前記公知の粉末積層造形装置を用いて自動的にかつ簡便に行うこともできる。前記粉末積層造形装置は、一般に、前記立体造形用粉末を積層するためのリコーターと、前記立体造形用粉末を前記支持体上に供給するための可動式供給槽と、前記立体造形用粉末を薄層に載置し、積層するための可動式成形槽とを備える。前記粉末積層造形装置においては、前記供給槽を上昇させるか、前記成形槽を下降させるか、又はその両方によって、常に前記供給槽の表面は前記成形槽の表面よりもわずかに上昇させることができ、前記供給槽側から前記リコーターを用いて前記立体造形用粉末を薄層に配置させることができ、該リコーターを繰り返し移動させることにより、薄層の立体造形用粉末を積層させることができる。
【００４０】
前記立体造形用粉末層の厚みとしては、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、例えば、一層当たりの平均厚みで、３０μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、６０μｍ以上３００μｍ以下がより好ましい。
前記厚みが、３０μｍ以上であると、前記立体造形用粉末に前記液体を付与して形成した立体造形用粉末（層）による固化物（焼結前駆体）の強度が充分であり、その後の焼結等の処理乃至取扱い時に型崩れ等の問題が生じることがない、５００μｍ以下であると、前記立体造形用粉末に前記液体を付与して形成した立体造形用粉末（層）による固化物（焼結前駆体）の寸法精度が向上する。
なお、前記平均厚みは、特に制限はなく、公知の方法に従って測定することができる。
【００４１】
−粉末層固化工程及び粉末層固化手段−
前記粉末層固化工程は、前記粉末層形成工程で形成した粉末層に、前記樹脂を溶解可能な液体を付与して、該粉末層の所定領域を固化させる工程であり、粉末層固化手段により実施される。
【００４２】
前記液体の前記粉末層への付与の方法としては、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、ディスペンサ方式、スプレー方式、インクジェット方式などが挙げられる。なお、これらの方式を実施するには公知の装置を前記粉末層固化手段として好適に使用することができる。
これらの中でも、前記ディスペンサ方式は、液滴の定量性に優れるが、塗布面積が狭くなり、前記スプレー方式は、簡便に微細な吐出物を形成でき、塗布面積が広く、塗布性に優れるが、液滴の定量性が悪く、スプレー流による立体造形用粉末の飛散が発生する。このため、本発明においては、前記インクジェット方式が特に好ましい。前記インクジェット方式は、前記スプレー方式に比べ、液滴の定量性が良く、前記ディスペンサ方式に比べ、塗布面積が広くできる利点があり、複雑な立体形状を精度良くかつ効率よく形成し得る点で好ましい。
【００４３】
前記インクジェット法による場合、前記粉末層固化手段は、前記インクジェット法により前記液体を前記粉末層に付与可能なノズルを有する。なお、前記ノズルとしては、公知のインクジェットプリンターにおけるノズル（吐出ヘッド）を好適に使用することができ、また、前記インクジェットプリンターを前記粉末層固化手段として好適に使用することができる。なお、前記インクジェットプリンターとしては、例えば、株式会社リコー製のＳＧ７１００、などが好適に挙げられる。前記インクジェットプリンターは、ヘッド部から一度に滴下できる液体量が多く、塗布面積が広いため、塗布の高速化を図ることができる点で好ましい。
本発明においては、前記液体を精度良くしかも高効率に付与可能な前記インクジェットプリンターを用いた場合においても、前記液体が、粒子等の固形物や、樹脂等の高分子の高粘度材料を含有しないため、前記ノズル乃至そのヘッドにおいて目詰り等が発生せず、腐食等を生じさせることもなく、また、前記立体造形用粉末層に付与（吐出）された際、前記立体造形用粉末における前記樹脂に効率良く浸透可能であるため、立体造形物の製造効率に優れ、しかも樹脂等の高分子成分が付与されることがないため、予定外の体積増加等を生じることがなく、寸法精度の良好な固化物が容易にかつ短時間で効率よく得られる点で有利である。
【００４４】
−粉末収容部−
前記粉末収容部は、前記立体造形用粉末が収容された部材であり、その大きさ、形状、材質などについ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、貯留槽、袋、カートリッジ、タンクなどが挙げられる。
【００４５】
−液体収容部−
前記液体収容部は、前記液体が収容された部材であり、その大きさ、形状、材質などについ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、貯留槽、袋、カートリッジ、タンクなどが挙げられる。
【００４６】
−焼結工程及び焼結手段−
前記焼結工程は、前記粉末層固化工程において形成した固化物（焼結前駆体）を焼結する工程である。前記焼結工程を行うことにより、前記固化物を一体化された金属乃至セラミックスの成形物（立体造形物の焼結体）とすることができる。前記焼結手段としては、例えば、公知の焼結炉などが挙げられる。
本発明においては、難焼結材料からなる芯材表面に焼結助剤を打ち込んで固定化し、それを樹脂で被覆した立体造形用粉末を使用することで、焼結後の立体造形物中の空隙や組成ムラの発生を抑制できる。
【００４７】
−その他の工程及びその他の手段−
前記その他の工程としては、例えば、乾燥工程、表面保護処理工程、塗装工程、などが挙げられる。
前記その他の手段としては、例えば、乾燥手段、表面保護処理手段、塗装手段、などが挙げられる。
【００４８】
前記乾燥工程は、前記粉末層固化工程において得られた固化物（焼結前駆体）を乾燥させる工程である。前記乾燥工程において、前記固化物中に含まれる水分のみならず、有機物を除去（脱脂）してもよい。前記乾燥手段としては、例えば、公知の乾燥機などが挙げられる。
前記表面保護処理工程は、前記粉末層固化工程において形成した固化物（焼結前駆体）に保護層を形成等する工程である。この表面保護処理工程を行うことにより、前記固化物（焼結前駆体）を例えばそのまま使用等することができる耐久性等を該固化物（焼結前駆体）の表面に与えることができる。前記保護層の具体例としては、耐水性層、耐候性層、耐光性層、断熱性層、光沢層、などが挙げられる。前記表面保護処理手段としては、公知の表面保護処理装置、例えば、スプレー装置、コーティング装置などが挙げられる。
前記塗装工程は、前記粉末層固化工程において形成した固化物（焼結前駆体）に塗装を行う工程である。前記塗装工程を行うことにより、前記固化物（焼結前駆体）を所望の色に着色させることができる。前記塗装手段としては、公知の塗装装置、例えば、スプレー、ローラ、刷毛等による塗装装置などが挙げられる。
【００４９】
ここで、本発明の立体造形用粉末及び該立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。また、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。
【００５０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る立体造形用粉末について説明する図である。
この図１の立体造形用粉末１１０は、難焼結材料からなる芯材１０１と、その焼結を促進する焼結助剤２、そして芯材１０１を被覆する樹脂１０３から構成される。焼結助剤１０２は芯材１０１に埋め込まれており、芯材１０１は樹脂１０３で被覆されている。なお、芯材１０１と焼結助剤１０２は、高温時に液相を形成する材料である。
本実施形態では、芯材１０１はアルミニウム、焼結助剤１０２はシリコン、樹脂１０３はポリビニルアルコールである。
【００５１】
芯材１０１と焼結助剤１０２は粒子接点を有する。従来の単に樹脂被膜中に焼結助剤が含まれるのではなく、芯材１０１との粒子接点を有する状態で焼結助剤１０２を有しており、該焼結助剤１０２は高温時に液相を形成するので、焼結が効率よく進行する。また、焼結助剤を芯材に打ち込んだ後、該焼結助剤が芯材と共に樹脂によって被覆されているので、造形時に焼結助剤が芯材から分離することがなく、また芯材の酸化皮膜の成長を阻害するので、焼結が進行しやすくなり、かつ焼結助剤の偏析がなく組成ムラもなくなるという利点がある。
粒子接点をもたせる手段の一つとして、芯材１０１への焼結助剤１０２の打込などが挙げられる。ここで、打込とは、芯材１０１に焼結助剤１０２を埋め込むことを指す。打込の手段としては、例えば、ハイブリダイザーによる撹拌などが挙げられる。
本実施形態では、焼結助剤１０２は芯材１０１表面に固定化されている。固定化は、焼結助剤１０２と芯材１０１の位置関係が変わらないように樹脂被覆方法などが挙げられる。
【００５２】
次に、図２Ａ〜図２Ｄを参照して、上記第１の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法について説明する。
まず、第１の実施形態に係る立体造形用粉末１１０を造形槽（不図示）内でローラ等により平坦化した後、造形領域に被覆樹脂を溶解し固化する液体を滴下する。この工程を繰り返し、図２Ａに示すように、焼結前駆体１０５（以下、「グリーン体」と称することがある）を作製する。
次に、図２Ｂに示すように、グリーン体１０５を脱脂・焼結炉にて、樹脂の熱分解温度以上で加熱すると、グリーン体１０５中の樹脂成分は脱脂される。
次に、図２Ｃに示すように、更に高温で加熱すると、芯材１０１と焼結助剤１０２はその接点において液相１０７を形成し、液相焼結が進行する。なお、図２Ｃ中１０６は固相である。一般に、芯材であるアルミニウムは酸化皮膜の存在によって元素拡散が抑制され、焼結が進行し難い。
ここで、焼結助剤１０２であるシリコンは、芯材であるアルミニウムと液相１０７を形成して酸化皮膜を破り、焼結を進行させる。本実施形態では、アルミニウムとシリコンは接点を有しているため、液相の形成が容易になる。それに加えて、本実施形態では、アルミニウムは樹脂被覆されているため、酸化皮膜の成長が抑えられ、より焼結が進行し易くなる。また、焼結助剤が造形時に芯材から剥がれ落ちることも防止できる。
最後に、図２Ｄに示すように、焼結が完了し、空隙や組成ムラのない緻密な焼結体１０８が得られる。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る立体造形用粉末について説明する図である。この図３の立体造形用粉末１１０は、芯材１０１と共に、焼結助剤１０２も樹脂１０３によって被覆され、固定されている。これにより、造形時に焼結助剤１０２が芯材１０１から剥がれ落ちることを一層防止できる。また、焼結助剤１０２が発火性を有する場合、樹脂１０３の被覆によって焼結助剤１０２の酸化が抑えられ、発火を防ぐことができる。
発火性を有する（即ち、着火性の高い）焼結助剤１０２として、例えば、シリコン、スズ、マグネシウム、亜鉛、又はこれらとアルミニウムの合金などが挙げられる。
本実施形態では、芯材１０１はアルミニウム、焼結助剤１０２はシリコン、樹脂１０３はポリビニルアルコールである。
なお、第２の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法については、第１の実施形態の図２Ａ〜図２Ｄと同様であるため、その説明を省略する。
【００５４】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係る立体造形用粉末について説明する図である。この図４の立体造形用粉末１１０は、図４中Ａで示すように、焼結助剤１０２が芯材１０１に、芯材表面から１００ｎｍ以上埋め込まれている。これによって、焼結助剤１０２が芯材から剥がれ落ちることが防止でき、埋め込まれている箇所の芯材１０１の酸化皮膜がより薄くなる、もしくは消失し、焼結が更に促進される。
芯材１０１の酸化皮膜の厚さは、例えば、アルミニウムでは数ｎｍ−数十ｎｍ程度である。そのため、焼結助剤１０２が１００ｎｍ以上埋め込まれれば、その箇所の酸化皮膜はほぼ消失した状態となる。
本実施形態では、芯材１０１はアルミニウム、焼結助剤１０２はシリコン、樹脂１０３はポリビニルアルコールである。
なお、第３の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法については、第１の実施形態の図２Ａ〜図２Ｄと同様であるため、その説明を省略する。
【００５５】
＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態に係る立体造形用粉末について説明する図である。この図５の立体造形用粉末１１０は、焼結助剤１０２の構成元素は芯材１０１の構成元素に全て含まれる。これにより、原料となる芯材１０１と、焼結後の造形物の構成元素が同一になり、不純元素の混入を防ぐことができる。このような組み合わせとして、例えば、「芯材：ＡｌＳｉ１０Ｍｇ合金−焼結助剤：シリコン、マグネシウム」、「芯材：ＡＤＣ１２−焼結助剤：シリコン、銅」、「芯材：銅タングステン合金−焼結助剤：銅」、「芯材：銀タングステン合金−焼結助剤：銀」などが挙げられる。
本実施形態では、芯材１０１はＡｌＳｉ１０Ｍｇ合金、焼結助剤１０２はシリコン、マグネシウム、樹脂１０３はポリビニルアルコールである。
なお、第４の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法については、第１の実施形態の図２Ａ〜図２Ｄと同様であるため、その説明を省略する。
【００５６】
＜第５の実施形態＞
図６は，本発明の第５の実施形態に係る立体造形用粉末について説明する図である。この図６の立体造形用粉末１１０は、芯材１０１と焼結助剤１０２が、焼結時に液相を形成したとき、液相から固相への溶解度をＳＡ、固相から液相への溶解度をＳＢと定義すると、次式、ＳＢ＞ＳＡを満たし、固相から液相への溶解度の方が高い。すると、固相粒間の液相が多くなり、固相粒間の空隙を埋め、焼結体がより緻密化する。
本実施形態では、芯材１０１はアルミニウム、焼結助剤１０２はスズ、樹脂１０３はポリビニルアルコールである。
【００５７】
次に、図７Ａ〜図７Ｄを参照して、第５の実施形態に係る立体造形用粉末を用いた立体造形物の製造方法について説明する。
まず、第５の実施形態に係る立体造形用粉末１１０を造形槽（不図示）内でローラ等により平坦化した後、造形領域に被覆樹脂を溶解し、固化する液体を滴下する。この工程を繰り返し、図７Ａに示すように、焼結前駆体１０５（以下、「グリーン体」と称することがある）を作製する。
次に、図７Ｂに示すように、グリーン体１０５を脱脂・焼結炉にて、樹脂の熱分解温度以上で加熱すると、グリーン体１０５中の樹脂成分は脱脂される。
次に、図７Ｃに示すように、更に高温で加熱すると、芯材１０１と焼結助剤１０２はその接点において液相１０７を形成し、液相が拡大し、固相粒間を緻密化でき、液相焼結が進行する。
最後に、図７Ｄに示すように、焼結が完了し、空隙や組成ムラのない緻密な焼結体１０８が得られる。
【００５８】
＜第６の実施形態＞
ここで、図８は第６の実施形態に係る立体造形物の製造装置の一例を示す概略平面図である。図９は図８に示した立体造形物の製造装置の概略側面図である。図１０は、図８に示した立体造形物の製造装置の造形部を示す拡大側面図である。図１１は、本発明の立体造形物の製造装置を示すブロック図である。
【００５９】
図８から図１１に示すように、立体造形物の製造装置６０１は、粉末を供給する粉末供給部８０と、粉末が結合された層状造形物である造形層３０が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉末層３１に第１の液としての水系インク１０ａ及び第２の液としての有機溶媒系インク１０ｂを吐出して立体造形物を造形する造形ユニット５とを備えている。なお、水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂをまとめて「造形液１０」と称することがある。
【００６０】
造形部１は、粉末槽１１と、平坦化部材（リコーター）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば、板状部材（ブレード）とすることもできる。
【００６１】
粉末槽１１は、粉末２０を供給する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２とを有している。造形前に粉末供給部８０から粉末を供給される、供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。
【００６２】
供給ステージ２３は、モータによって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、同じく、モータ２８によって矢印Ｚ方向に昇降される。
【００６３】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉末２０を造形槽２２に供給し、平坦化部材である平坦化ローラ１２によって均して平坦化して、粉末層３１を形成する。
この平坦化ローラ１２は、造形ステージ２４のステージ面（粉末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、Ｙ方向走査機構５５２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。
【００６４】
一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉末層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。
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。
【００６５】
キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。
このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構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。
【００６６】
２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、第１の液としての水系インク１０ａを吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、第２の液としての有機溶媒系インク１０ｂをそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
これらの水系インク１０ａ及び有機溶媒系インク１０ｂをそれぞれ収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
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。
【００６７】
メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉末の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、粉末２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。
【００６８】
造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、後述するモータ駆動部５１２を含むＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。
【００６９】
液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するモータ駆動部５１１を含むＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。
【００７０】
ここで、造形部１の詳細について説明する。
粉末槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２と、余剰粉末受け槽２５の３つの上面が開放された槽とを備えている。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。
【００７１】
供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。
【００７２】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉末２０を造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉末である粉末層３１を形成する。
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、粉末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、Ｙ方向走査機構５５２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、粉末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上を通過しながら粉末２０を平坦化することで粉末層３１が形成される。
【００７３】
また、図９にも示すように、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉末２０を除去するための粉末除去部材である粉末除去板１３が配置されている。
粉末除去板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、粉末除去板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。
【００７４】
本実施形態では、造形部１の粉末槽１１が供給槽２１と造形槽２２の二つの槽を有する構成としているが、造形槽２２のみとして、造形槽２２に粉末供給部８０から粉末を供給して、平坦化手段で平坦化する構成とすることもできる。
【００７５】
次に、立体造形物の製造装置６０１の制御部の概要について、図１１を参照して説明する。
制御部５００は、この立体造形物の製造装置６０１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。
【００７６】
制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。
【００７７】
制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
【００７８】
制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７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、造形ユニット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方向への昇降は造形ユニット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Ｙ方向走査機構５５２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を駆動するモータ駆動部５１６を備えている。
制御部５００は、供給槽２１に粉末２０を供給する粉末供給部８０を駆動する供給駆動部５１９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は、粉末供給部８０から粉末２０の供給を行わせる供給駆動部５１９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。
なお、造形データ作成装置６００と立体造形物の製造装置６０１によって造形装置が構成される。
【００７９】
次に、造形の流れについて図１２Ａ〜図１２Ｅを参照して説明する。図１２Ａ〜図１２Ｅは、造形の流れの説明に供する模式的説明図である。
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。
この造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図１２Ａ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。
【００８０】
このとき、造形槽２２の上面（粉末層表面）と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔がΔｔとなるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔが次に形成する粉末層３１の厚さに相当する。間隔Δｔは、数十μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００８１】
次いで、図１２Ｂに示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉末２０を、平坦化ローラ１２を順方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉末２０を造形槽２２へと移送供給する（粉末供給）。
【００８２】
更に、図１２Ｃに示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、図１２Ｄに示すように、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔになる粉末層３１を形成する（平坦化）。粉末層３１を形成後、平坦化ローラ１２は、図１２Ｄに示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置に戻される。
【００８３】
ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉末２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さΔｔの粉末層３１を形成できる。
【００８４】
その後、図１２Ｅに示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、次の粉末層３１に造形層３０を積層形成する。
【００８５】
次いで、上述した粉末供給・平坦化よる粉末層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層３０を形成する。このとき、新たな造形層３０とその下層の造形層３０とは一体化して三次元形状造形物の一部を構成する。
以後、粉末の供給・平坦化よる粉末層３１を形成する工程、ヘッド５２による造形液吐出工程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）を完成させる。
【００８６】
以上の本発明の立体造形物の製造方法及び製造装置により、複雑な立体（三次元（３Ｄ））形状の立体造形物を、本発明の前記立体造形用粉末を用いて簡便かつ効率良く、焼結等の前に型崩れが生じることなく、寸法精度良く製造することができる。
こうして得られた立体造形物及びその焼結体は、空隙や組成ムラがなく、充分な強度を有し、寸法精度に優れ、微細な凹凸、曲面なども再現できるので、美的外観にも優れ、高品質であり、各種用途に好適に使用することができる。
【実施例】
【００８７】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
＜立体造形用粉末１の作製＞
−焼結助剤の芯材への埋込−
芯材としてアルミニウム粉末（東洋アルミニウム株式会社製、体積平均粒径３５μｍ）、焼結助剤としてシリコン粉末（東京印刷機材トレーディング株式会社製、体積平均粒径２μｍ）を用い、以下の条件でヘンシェルミキサーによる撹拌を行い、焼結助剤を芯材に埋め込んだ。
【００８９】
−ヘンシェルミキサーによる撹拌−
装置としては、日本コークス工業株式会社製のヘンシェルミキサーＦＭ１０Ｂ／Ｉを用いた。前記アルミニウム粉末とシリコン粉末を所定量（アルミニウム粉末：シリコン粉末＝９９：１（体積比））装置内に入れ、ミキサー回転数１，０００ｒｐｍ、撹拌時間１分間で撹拌した。ヘンシェルミキサーによる撹拌終了時の、芯材への焼結助剤の埋没状態を表面ＳＥＭ写真で図１３に示した。図１３の表面ＳＥＭ写真から、黒色がＳｉ粉末、白色の粒子がＡｌ粒子であり、多数の黒色のＳｉ粉末がＡｌ粒子の表面に打ち込まれていることがわかる。
【００９０】
−被覆液１の芯材表面への被覆−
次に、市販のコーティング装置（パウレック社製、ＭＰ−０１）を用いて、焼結助剤を埋め込んだ芯材に対し、所定の被覆厚みになるように、被覆液（ポリビニルブチラールのトルエン溶液、ポリビニルブチラールは積水化学株式会社製）をコーティングした。以上により、立体造形用粉末１を得た。
【００９１】
（実施例２）
＜立体造形用粉末２の作製＞
実施例１において、ヘンシェルミキサーによる撹拌をミキサー回転数１，０００ｒｐｍ、撹拌時間３分間で撹拌に変更した（ただし、装置内部の温度上昇を防ぐため、１分間の撹拌毎に停止してインターバルを設けた）以外は、実施例１と同様にして、立体造形用粉末２を得た。ヘンシェルミキサーによる撹拌終了時の、芯材への焼結助剤の埋没状態を表面ＳＥＭ写真で図１４に示した。図１４の表面ＳＥＭ写真から、黒色がＳｉ粉末、白色の粒子がＡｌ粒子であり、多数の黒色のＳｉ粉末がＡｌ粒子の表面に打ち込まれていることがわかる。
【００９２】
（実施例３）
＜立体造形用粉末３の作製＞
実施例１において、ヘンシェルミキサーによる撹拌をミキサー回転数２，０００ｒｐｍ、撹拌時間１分間で撹拌に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形用粉末３を得た。ヘンシェルミキサーによる撹拌終了時の、芯材への焼結助剤の埋没状態を表面ＳＥＭ写真で図１５に示した。図１５の表面ＳＥＭ写真から、黒色がＳｉ粉末、白色の粒子がＡｌ粒子であり、多数の黒色のＳｉ粉末がＡｌ粒子の表面に打ち込まれていることがわかる。
【００９３】
（実施例４）
＜立体造形用粉末４の作製＞
実施例１において、ヘンシェルミキサーによる撹拌をミキサー回転数２，０００ｒｐｍ、撹拌時間３分間で撹拌に変更した（ただし、装置内部の温度上昇を防ぐため、１分間の撹拌毎に停止してインターバルを設けた）以外は、実施例１と同様にして、立体造形用粉末４を得た。ヘンシェルミキサーによる撹拌終了時の、芯材への焼結助剤の埋没状態を表面ＳＥＭ写真で図１６に示した。図１６の表面ＳＥＭ写真から、黒色がＳｉ粉末、白色の粒子がＡｌ粒子であり、多数の黒色のＳｉ粉末がＡｌ粒子の表面に打ち込まれていることがわかる。
【００９４】
（実施例５）
得られた前記立体造形用粉末１を用い、サイズ（長さ７０ｍｍ×巾１２ｍｍ）の形状印刷パターンにより、立体造形物１を以下のようにして製造した。
【００９５】
１）まず、公知の粉末積層造形装置を用いて、供給側粉末貯留槽から造形側粉末貯留槽に前記立体造形用粉末１を移送させ、前記支持体上に平均厚みが１００μｍの立体造形用粉末１による薄層を形成した。
【００９６】
２）次に、形成した立体造形用粉末１による薄層の表面に、液体（トルエン）を、公知のインクジェット吐出ヘッドのノズルから付与（吐出）し、前記ポリビニルブチラールを水に溶かし、固化した。
【００９７】
３）次に、前記１）及び前記２）の操作を所定の３ｍｍの総平均厚みになるまで繰返し、硬化した前記立体造形用粉末１による薄層を順次積層していき、乾燥機を用いて、７５℃で１０時間維持し、乾燥工程を行い、立体造形物１を得た。
乾燥後の立体造形物１に対し、エアーブローにより余分な前記立体造形用粉末１を除去したところ、型崩れを生じることはなく、強度、及び寸法精度にも優れていた。また、空隙や組成ムラのない緻密な焼結体が得られた。
【００９８】
（実施例６〜８）
実施例５において、立体造形用粉末１を立体造形用粉末２〜４に変えた以外は、実施例１と同様にして、立体造形物２〜４を得た。
得られた立体造形物２〜４は、いずれも強度、及び寸法精度にも優れていた。また、空隙や組成ムラのない緻密な焼結体が得られた。
【００９９】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  芯材と、焼結助剤とを含み、
前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態であることを特徴とする立体造形用粉末である。
＜２＞  前記芯材は難焼結材料である前記＜１＞に記載の立体造形用粉末である。
＜３＞  前記芯材は樹脂によって被覆されている前記＜１＞又は＜２＞に記載の立体造形用粉末である。
＜４＞  前記焼結助剤が前記芯材と共に樹脂によって被覆されている前記＜３＞に記載の立体造形用粉末である。
＜５＞  前記焼結助剤は、前記芯材表面から前記焼結助剤の体積平均粒径の１０％以上が埋没した状態である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜６＞  前記焼結助剤の構成元素はすべて前記芯材の構成元素に含まれる前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜７＞  焼結時に液相と固相が存在し、
前記液相から前記固相への溶解度よりも、前記固相から前記液相への溶解度の方が高い前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形用粉末である。
＜８＞  前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形用粉末を用いて粉末層を形成する粉末層形成工程と、
前記立体造形用粉末における芯材を被覆する樹脂を溶解可能な液体を前記粉末層の造形領域に付与して固化する粉末層固化工程と、
前記粉末層形成工程と前記粉末層固化工程を繰り返し、焼結前駆体を作製する焼結前駆体作製工程と、
前記焼結前駆体を焼結する焼結工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜９＞  前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形用粉末を容器中に充填してなる粉末入り容器である。
＜１０＞  前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形用粉末を用いて粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記立体造形用粉末における芯材を被覆する樹脂を溶解可能な液体を前記粉末層の造形領域に付与して固化する粉末層固化手段と、
前記粉末層の固化物を積層してなる焼結前駆体を作製する焼結前駆体作製手段と、
前記焼結前駆体を焼結する焼結手段と、
を有することを特徴とする立体造形物の製造装置である。
＜１１＞  芯材と、焼結助剤とを含み、前記焼結助剤は、該焼結助剤の少なくとも一部が前記芯材に埋没した状態である立体造形用粉末を用いて粉末層を形成し、
前記立体造形用粉末における芯材を被覆する樹脂を溶解可能な液体を前記粉末層の造形領域に付与して固化し、
前記粉末層の形成と前記粉末層の固化を繰り返して、焼結前駆体を作製し、
前記焼結前駆体を焼結する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形プログラムである。
【０１００】
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形用粉末、前記＜８＞に記載の立体造形物の製造方法、前記＜９＞に記載の粉末入り容器、前記＜１０＞に記載の立体造形物の製造装置、及び前記＜１１＞に記載の立体造形プログラムによると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０１】
【特許文献１】特表２００６−５２１２６４号公報
【符号の説明】
【０１０２】
１０１      芯材
１０２      焼結助剤
１０３      樹脂
１０５      焼結前駆体（グリーン体）
１０６      固相
１０７      液相
１０８      焼結体
１１０      立体造形用粉末
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020147834.tif 000018
【図１２Ａ】
2020147834.tif 000019
【図１２Ｂ】
2020147834.tif 000020
【図１２Ｃ】
2020147834.tif 000021
【図１２Ｄ】
2020147834.tif 000022
【図１２Ｅ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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