(57)【要約】【課題】硬化反応が発生する範囲を制限し、立体造形物を取り出すときの基材のこびりつきを抑制し、クリーニングの作業性を向上させることができる積層造形方法を提供する。【解決手段】造形テーブル１上に所定厚さの粉末基材層１０を形成する工程Ｓ２０と、第１のプリンタヘッド３を用いて粉末基材層１０の造形範囲に硬化材７を印刷する工程Ｓ３０と、第２のプリンタヘッド４を用いて粉末基材層１０の造形範囲に結合材８を印刷する工程Ｓ４０と、造形テーブル１を所定量下げる工程Ｓ６０とをこの順番で繰り返して立体造形物を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形テーブル上に所定厚さの粉末基材層を形成する工程と、
第１のプリンタヘッドを用いて前記粉末基材層の造形範囲に硬化材を印刷する工程と、
第２のプリンタヘッドを用いて前記粉末基材層の前記造形範囲に結合材を印刷する工程と、
前記造形テーブルを所定量下げる工程と
をこの順番で繰り返して立体造形物を製造する積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に「３Ｄプリンタ」と呼ばれる製造装置を用いて、複雑な形状の立体造形物を寸法精度良く製造することが行われている。
例えば、特許文献１には、有機材料で被覆した基材を含む立体造形用粉末材料を用いて粉末材料の層を形成する工程と、有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を粉末材料層に付与して、粉末材料層の所定領域を硬化させる工程とを繰り返して立体造形物を製造することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０２８８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載のように立体造形物を製造したときに、粉末材料層を硬化させるために必要な硬化液の付与量は多く、例えば、プリンタヘッドから吐出したときに毛細管現象により滲む範囲が広くなる。そして、有機材料で被覆した基材の上に硬化液を吐出して硬化させたときに、硬化液が滲む分だけ本来硬化させたかった範囲よりも広い範囲で硬化反応が発生する。
【０００５】
図７は、背景技術に係る立体造形物の製造方法における硬化反応を説明するための図である。
造形テーブル１上に敷きつめられた、有機材料で被覆した基材１００に硬化液を付与したときに、造形範囲の本来硬化させたかった基材１１０の外側にまで硬化材が滲み出し、基材１１０よりも外側の基材１１１でも硬化反応が発生している。
【０００６】
このため、最終的に粉末材料層から立体造形物を取り出すときに、立体造形物の表面にこびりつく基材が増えて、その後のクリーニングの作業性を悪化させることがあった。
そこで、本発明は、硬化反応が発生する範囲を制限し、立体造形物を取り出すときの基材のこびりつきを抑制し、クリーニングの作業性を向上させることができる積層造形方法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】
【０００７】
本発明に係る積層造形方法は、造形テーブル上に所定厚さの粉末基材層を形成する工程と、第１のプリンタヘッドを用いて粉末基材層の造形範囲に硬化材を印刷する工程と、第２のプリンタヘッドを用いて粉末基材層の造形範囲に結合材を印刷する工程と、造形テーブルを所定量下げる工程とをこの順番で繰り返して立体造形物を製造するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、硬化反応が発生する範囲を制限し、立体造形物を取り出すときの粉末基材のこびりつきを抑制し、クリーニングの作業性を向上させる積層造形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る積層造形方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態に係る積層造形方法の各工程を説明するための模式図である。
【図３】実施の形態に係る積層造形方法の各工程を説明するための模式図である。
【図４】実施の形態に係る積層造形方法の各工程を説明するための模式図である。
【図５】実施の形態に係る積層造形方法の各工程を説明するための模式図である。
【図６】実施の形態に係る積層造形方法における硬化反応を説明するための図である。
【図７】背景技術に係る立体造形物の製造方法における硬化反応を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施の形態に係る積層造形方法は、粉末基材として砂を用い、粉末基材層の形成と造形範囲での硬化とを繰り返して、立体造形物として砂型（中子）を作成するものである。中子とは、空洞がある鋳物を造るときに空洞に相当する部分として鋳型の中にはめ込むものである。
【００１１】
なお、本実施の形態に係る積層造形方法に用いる製造装置（３Ｄプリンタ）は、上下動する造形テーブルと、砂を敷きならすリコータと、硬化材を吐出する第１のプリンタヘッドと、結合材を吐出する第２のプリンタヘッドとを備えた、インクジェット法を用いる公知のもので良く、ここでは、図示及び説明を省略する。
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本実施の形態に係る積層造形方法について説明する。
図１は、本実施の形態に係る積層造形方法の処理手順を示すフローチャートである。
また、図２〜５は、本実施の形態に係る積層造形方法の各工程を説明するための模式図である。造形テーブル１を横方向から視たときの、すなわち、粉末基材層の積層方向とは垂直な方向から視たときの図である。
処理が始まると、造形テーブル１が所定の位置で停止する（ステップＳ１０）。
【００１３】
次に、図２に示すように、リコータ（砂供給部）２が、図面の左側から右側へと移動し、造形テーブル１上に粉末基材である砂６を、所定の厚さ（例えば、０．３ｍｍ）の粉末基材層１０となるように敷きならす（ステップＳ２０）。
なお、この時点では、砂６は何も添加されておらず、また、何も被覆されていない。
【００１４】
次に、図３に示すように、第１のプリンタヘッド３が、やはり図面の左側から右側へと移動し、粉末基材層１０の造形範囲、すなわち、後で中子となる範囲に硬化材７を吐出して印刷し、粉末基材層１０に硬化材印刷層１１を形成する（ステップＳ３０）。
このとき、硬化材印刷層１１の体積に対する硬化材７の添加量は０．２％程度であって、硬化材７が硬化材印刷層１１の外側の粉末基材層１０にまで滲み出す量はごくわずかである。
なお、ここでは、硬化材７として、例えば、スルホン基を有するキシレンスルホン酸、エチルベンゼンスルホン酸などを用いる。
【００１５】
次に、図４に示すように、第２のプリンタヘッド４が、やはり図面の左側から右側へと移動し、粉末基材層１０の造形範囲、すなわち、硬化材印刷層１１に結合材（バインダ）８を吐出して印刷し、硬化材印刷層１１だった領域に硬化層１２を形成する（ステップＳ４０）。
【００１６】
なお、ここでは、結合材８として、例えば、硬化材７のスルホン基と縮重合反応を起こして硬化するフルフリルアルコールを用いる。
また、硬化層１２の体積に対する結合材８の添加量は１．２〜１．５％程度もあって、結合材８が硬化層１２の外側の粉末基材層１０にまで滲み出すことがある。しかしながら、粉末基材層１０には結合材８と反応する硬化材７が印刷されていないので、結合材８が滲み出しても、滲み出した先で硬化反応を起こすことはない。
【００１７】
図６は、本実施の形態に係る積層造形方法における硬化反応を説明するための図である。
硬化層１２の外側の粉末基材層１０では結合材８が滲み出してきても硬化反応は発生していない。
【００１８】
次に、製造装置は、中子の３次元データのうちまだ印刷又は造形されていないデータが残っているか判断する（ステップＳ５０）。
データが残っているとき（ステップＳ５０のＹｅｓ）は、造形テーブル１が０．３ｍｍ降下して停止し（ステップＳ６０、ステップＳ１０）、図５に示すように、リコータ２が、粉末基材層１０及び硬化層１２上に砂６を２層目の粉末基材層２０となるように敷きならす（ステップＳ２０）。このとき、１層目の粉末基材層１０と２層目の粉末基材層２０とは同じ厚さとなる。
【００１９】
また、データが残っていないとき（ステップＳ５０のＮｏ）は、積層された粉末基材層の中から積層された硬化層、すなわち、硬化反応の繰り返しによって得られた硬化物を取り出し、エアブローなどにより硬化していない範囲の砂を除去し（ステップＳ７０）、中子（立体造形物）を完成させる。
【００２０】
以上説明したように、本実施の形態に係る積層造形方法は、造形テーブル１上に所定厚さの粉末基材層１０を形成する工程Ｓ２０と、第１のプリンタヘッド３を用いて粉末基材層１０の造形範囲に硬化材７を印刷する工程Ｓ３０と、第２のプリンタヘッド４を用いて粉末基材層１０の造形範囲に結合材８を印刷する工程Ｓ４０と、造形テーブル１を所定量下げる工程Ｓ６０とをこの順番で繰り返して立体造形物を製造するものである。
【００２１】
このような構成により、硬化反応が発生する範囲を造形範囲に制限し、立体造形物を取り出すときの立体造形物への粉末基材のこびりつきを抑制し、クリーニングの作業性を向上させることができる。
また、クリーニングにより除去されるのは、背景技術に係る費用の高い有機材料で被覆した基材１００ではなく、何も添加又は被覆されていない費用の安い基材（砂６）であって、積層造形方法全体の費用を削減することができる。
【００２２】
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示
の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、粉末基材は、砂に限定されるものではなく、金属、セラミックスなどであっても良い。
【００２３】
また、硬化材、結合材も、スルホン酸、フルフリルアルコールに限定されるものではなく、それぞれを印刷することにより反応して硬化する材料であればよい。
また、硬化材、結合材の印刷方法もインクジェット法に限定されるものではない。
また、立体造形物も中子に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２４】
１    造形テーブル
２    リコータ
３    第１のプリンタヘッド
４    第２のプリンタヘッド
６    粉末基材（砂）
７    硬化材
８    結合材（バインダ）
１０    粉末基材層
１１    硬化材印刷層
１２    硬化層
【図１】
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【図２】
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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７】
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