(57)【要約】【課題】品質の向上した無機材料含有成形体を製造することのできる成形装置を提供する。【解決手段】無機材料を含む第１組成物をステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第１供給部及び前記第１組成物の支持を行うための支持材料を含む第２組成物をステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第２供給部を有する供給ユニットと、前記第２組成物を前記ステージ上で固定化する固定化ユニットと、前記第１組成物に前記ステージ上で熱を加える加熱ユニットと、前記第１組成物の供給と加熱とを含む成形サイクルを繰り返すように、前記第１供給部及び前記加熱ユニットを制御する制御ユニットと、を備える成形装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料を含む第１組成物をステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第１供給部及び前記第１組成物の支持を行うための支持材料を含む第２組成物をステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第２供給部を有する供給ユニットと、
前記第２組成物を前記ステージ上で固定化する固定化ユニットと、
前記第１組成物に前記ステージ上で熱を加える加熱ユニットと、
前記第１組成物の供給と加熱とを含む成形サイクルを繰り返すように、前記第１供給部及び前記加熱ユニットを制御する制御ユニットと、
を備える成形装置。
【請求項２】
前記制御ユニットは、前記成形サイクルを少なくとも前記ステージに沿って繰り返すように前記第１供給部及び前記加熱ユニットを制御する、請求項１に記載の成形装置。
【請求項３】
前記加熱ユニットは、前記第１供給部から供給された前記第１組成物に対して前記ステージ上で少なくとも熱固結を行うように構成された熱固結用熱源を含む、請求項１又は２に記載の成形装置。
【請求項４】
前記第１組成物は、前記無機材料が分散した有機バインダーを含み、
前記加熱ユニットは、前記第１組成物に熱を加えることにより前記有機バインダーの脱脂を行う脱脂用熱源をさらに含み、
前記制御ユニットは、前記熱固結用熱源による熱固結の前に前記脱脂を行うように前記脱脂用熱源を制御する、請求項３に記載の成形装置。
【請求項５】
前記固定化ユニットは、前記第１組成物を前記ステージ上で固定化する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成形装置。
【請求項６】
前記ステージ上で固定化された前記第２組成物の除去を行う除去ユニットをさらに備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の成形装置。
【請求項７】
前記支持材料は、加熱された場合に前記無機材料よりも低い温度で分解し、
前記除去ユニットは、前記支持材料を加熱することにより前記支持材料の分解を行う加熱部を有する、請求項６に記載の成形装置。
【請求項８】
前記除去ユニットは、前記支持材料を溶解又は分解させるが前記無機材料を実質的に溶解及び分解させない除去剤を供給する除去剤供給部を有する、請求項６に記載の成形装置。
【請求項９】
前記無機材料は、前記加熱ユニットにより第１温度以上の温度まで加熱された場合に熱固結し、
前記支持材料は、無酸素雰囲気下では、前記第１温度において分解しない、請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形装置。
【請求項１０】
前記第２組成物は、光硬化性組成物であり、
前記固定化ユニットは、前記第２組成物の光硬化を行う光源を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の成形装置。
【請求項１１】
無機材料を含む第１組成物から成形体を製造する方法であって、
前記第１組成物を第１供給部からステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第１供給ステップと、
前記第１組成物の支持を行うための支持材料を含む第２組成物を第２供給部からステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第２供給ステップと、
前記第２組成物を前記ステージ上で固定化する固定化ステップと、
前記第１組成物に前記ステージ上で熱を加える加熱ステップと、
を含み、
前記第１供給ステップと前記加熱ステップとを含む成形サイクルが繰り返される、成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記成形サイクルが少なくとも前記ステージに沿って繰り返し実行される、請求項１１に記載の成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記加熱ステップは、前記第１供給部から供給された前記第１組成物に対して前記ステージ上で熱固結を行う工程を含む、請求項１１又は１２に記載の成形体の製造方法。
【請求項１４】
熱固結を行う前記工程の前に、供給された前記第１組成物を硬化させる硬化ステップをさらに含む、請求項１３に記載の成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記硬化ステップの後で前記加熱ステップの前に、硬化した前記第１組成物の脱脂を行う脱脂ステップをさらに含む、請求項１４に記載の成形体の製造方法。
【請求項１６】
前記ステージ上で固定化された前記第２組成物の除去を行う除去ステップをさらに含む、請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
【請求項１７】
前記支持材料は、加熱された場合に前記無機材料よりも低い温度で分解し、
前記除去ステップは、前記支持材料を加熱することにより前記支持材料の分解を行う工程を含む、請求項１６に記載の成形体の製造方法。
【請求項１８】
前記除去ステップは、前記支持材料を溶解又は分解させるが前記無機材料を実質的に溶解及び分解させない除去剤を供給することにより、前記支持材料の溶解又は分解を行う工程を含む、請求項１６に記載の成形体の製造方法。
【請求項１９】
前記加熱ステップは、前記支持材料が実質的に分解しないように無酸素雰囲気下で実行され、
前記除去ステップは、前記支持材料を酸素に曝し、前記支持材料を分解させる工程を含む、請求項１６に記載の成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形装置及び成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、任意の立体形状を有するように金属や金属酸化物などの無機材料の造形を行うための、鋳型を用いない３次元造形法が開発されている。
【０００３】
代表的な無機材料の３次元造形法である光造形法が、特許第４８０００７４号公報（特許文献１）などに開示されている。光造形法では、成形装置は、液体状の光硬化性組成物に無機粒子が分散した液状前駆体を収容する液槽と、液槽の内部で昇降可能に設けられたステージと、液槽の上側から光硬化性組成物を硬化させるための光を照射する光源と、を備える。
【０００４】
液状前駆体の液面より僅かに低い位置にステージをセットし、ステージ上に位置する液状前駆体に対して所定の第１層パターンで光を照射することにより、第１層の硬化が行われる。第１層の前駆体を所定のパターンに従って硬化させた後、第１層の硬化していない液状前駆体が洗浄除去される（洗浄工程）。次いで、ステージを僅かに降下させ、所定の第２層パターンで光を照射することにより、第１層のすぐ上で第２層の硬化が行われる。こうした操作を繰り返すことにより、第１層から最上層まで層ごとに前駆体の硬化が行われて、多数の層から成る所定の立体形状を有する成形体が形成される。
【０００５】
得られた成形体は、硬化した光硬化性組成物及びそれに分散した無機粒子から成るものである。この成形体に対して溶媒抽出や加熱処理を行うことにより、光硬化性組成物の脱脂が行われ、成形体中の有機材料成分が除去される（脱脂工程）。さらに、脱脂後の無機粒子から成る成形体を高温焼成することにより、成形体中の無機粒子の焼結が行われ（焼結工程）、所定の立体形状を有する無機材料成形体が得られる。
【０００６】
しかしながら、この光造形法では、立体形状が複雑になると、洗浄工程が困難になるとともに、洗浄工程に要する時間も増大し、形状によっては十分な洗浄が不可能な場合もあり、その結果、成形体の品質低下が生じるおそれがある。また、脱脂工程では、特に立体形状が複雑である場合、有機材料成分やその分解成分が十分に除去できずに、成形体中に残留する場合があり、このような不十分な除去に起因して成形体の品質低下が生じるおそれがある。また、脱脂により有機材料成分を除去することにより、除去された有機材料成分の体積の分だけ成形体中に間隙が生じ、焼結により成形体全体がこの間隙の分だけ圧縮され得るので、完成した成形体の寸法が想定よりも小さくなる場合があり、その結果、成形体の寸法精度が要求品質を満たさなくなるおそれがある。さらに、焼結工程では、成形体の部位ごとの熱膨張率の差などに起因して、焼結後に成形体に亀裂や破損などの欠陥が生じる場合があり、成形体の品質が確保されないおそれがある。このため、成形装置により製造される成形体の品質の向上が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４８０００７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、品質の向上した無機材料含有成形体を製造することのできる成形装置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】
【０００９】
本発明の一態様は、無機材料を含む第１組成物をステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第１供給部及び前記第１組成物の支持を行うための支持材料を含む第２組成物をステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第２供給部を有する供給ユニットと、前記第２組成物を前記ステージ上で固定化する固定化ユニットと、前記第１組成物に前記ステージ上で熱を加える加熱ユニットと、前記第１組成物の供給と加熱とを含む成形サイクルを繰り返すように、前記第１供給部及び前記加熱ユニットを制御する制御ユニットと、を備える成形装置である。
【００１０】
上記態様の成形装置において、前記制御ユニットは、前記成形サイクルを少なくとも前記ステージに沿って繰り返すように前記第１供給部及び前記加熱ユニットを制御してもよい。
【００１１】
上記態様の成形装置において、前記制御ユニットは、前記第１組成物の供給と加熱とを少なくとも同一平面内で繰り返し行うように前記第１供給部及び前記加熱ユニットを制御してもよい。
【００１２】
上記態様の成形装置において、前記加熱ユニットは、前記第１供給部から供給された前記第１組成物に対して前記ステージ上で少なくとも熱固結を行うように構成された熱固結用熱源を含んでもよい。さらに、前記第１組成物は、前記無機材料が分散した有機バインダーを含んでもよく、前記加熱ユニットは、前記第１組成物に熱を加えることにより前記有機バインダーの脱脂を行う脱脂用熱源をさらに含んでもよく、前記制御ユニットは、前記熱固結用熱源による熱固結の前に前記脱脂を行うように前記脱脂用熱源を制御してもよい。
【００１３】
上記態様の成形装置において、前記固定化ユニットは、前記第１組成物を前記ステージ上で固定化してもよい。
【００１４】
上記態様の成形装置は、前記ステージ上で固定化された前記第２組成物の除去を行う除去ユニットをさらに備えてもよい。さらに、前記支持材料は、加熱された場合に前記無機材料よりも低い温度で分解してもよく、前記除去ユニットは、前記支持材料を加熱することにより前記支持材料の分解を行う加熱部を有してもよい。あるいは、前記除去ユニットは、前記支持材料を溶解又は分解させるが前記無機材料を実質的に溶解及び分解させない除去剤を供給する除去剤供給部を有してもよい。
【００１５】
上記態様の成形装置において、前記無機材料は、前記加熱ユニットにより第１温度以上の温度まで加熱された場合に熱固結してもよく、前記支持材料は、無酸素雰囲気下では、前記第１温度において分解しなくてもよい。さらに、前記支持材料は、酸素存在下では、前記第１温度において分解してもよい。
【００１６】
上記態様の成形装置において、前記第２組成物は、光硬化性組成物であってもよく、前記固定化ユニットは、前記第２組成物の光硬化を行う光源を含んでもよい。
【００１７】
本発明の別の態様は、無機材料を含む第１組成物から成形体を製造する方法であって、前記第１組成物を第１供給部からステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第１供給ステップと、前記第１組成物の支持を行うための支持材料を含む第２組成物を第２供給部からステージに向けて間欠的又は連続的に供給する第２供給ステップと、前記第２組成物を前記ステージ上で固定化する固定化ステップと、前記第１組成物に前記ステージ上で熱を加える加熱ステップと、を含み、前記第１供給ステップと前記加熱ステップとを含む成形サイクルが繰り返される、成形体の製造方法である。
【００１８】
上記態様の成形体の製造方法において、前記成形サイクルが少なくとも前記ステージに沿って繰り返し実行されてもよい。
【００１９】
上記態様の成形体の製造方法において、前記第１供給ステップと前記加熱ステップとが少なくとも同一平面内で繰り返し実行されてもよい。
【００２０】
上記態様の成形体の製造方法において、前記加熱ステップは、前記第１供給部から供給された前記第１組成物に対して前記ステージ上で熱固結を行う工程を含んでもよい。さらに、上記態様の成形体の製造方法は、熱固結を行う前記工程の前に、供給された前記第１組成物を硬化させる硬化ステップをさらに含んでもよい。さらに、上記態様の成形体の製造方法は、前記硬化ステップの後で前記加熱ステップの前に、硬化した前記第１組成物の脱脂を行う脱脂ステップをさらに含んでもよい。
【００２１】
上記態様の成形体の製造方法は、前記ステージ上で固定化された前記第２組成物の除去を行う除去ステップをさらに含んでもよい。さらに、前記支持材料は、加熱された場合に前記無機材料よりも低い温度で分解してもよく、前記除去ステップは、前記支持材料を加熱することにより前記支持材料の分解を行う工程を含んでもよい。あるいは、前記除去ステップは、前記支持材料を溶解又は分解させるが前記無機材料を実質的に溶解及び分解させない除去剤を供給することにより、前記支持材料の溶解又は分解を行う工程を含んでもよい。あるいは、前記加熱ステップは、前記支持材料が実質的に分解しないように無酸素雰囲気下で実行されてもよく、前記除去ステップは、前記支持材料を酸素に曝し、前記支持材料を分解させる工程を含んでもよい。
【００２２】
上記態様の成形体の製造方法において、前記制御ユニットは、事前に入力された成形体の３次元形状データに基づき、前記無機材料により前記成形体が３次元形状で形成されるように前記供給ユニット及び前記加熱ユニットを制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る成形装置を示す概略正面図である。
【図２】第１実施形態の成形装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示す図である。
【図４】第１実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係る成形装置を示す概略正面図である。
【図７】第２実施形態の成形装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【図８】第２実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示す図である。
【図９】第２実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施形態に係る成形装置を示す概略正面図である。
【図１１】第３実施形態の成形装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】第３実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示す図である。
【図１３】第３実施形態の成形装置による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る成形装置及び成形体の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。このような構成についての重複する説明は適宜省略する。
【００２５】
本明細書において、「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接的に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば任意の情報）である。
【００２６】
説明の便宜上、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向について定義する。ｘ方向及びｙ方向は、水平面に平行な方向である。ｙ方向は、ｘ方向と交差する（例えば略直交する）方向である。ｚ方向は、鉛直方向に平行な方向であり、ｘ方向及びｙ方向と略直交する。
【００２７】
〔第１実施形態〕
図１〜図５を参照して、第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る成形装置１を示す図である。
【００２８】
［構成］
成形装置１は、無機材料から成る３次元成形体（成形体）を製造することができる。ここで、「無機材料」とは、有機材料以外の任意の材料を指し、金属単体、合金、金属元素及び非金属元素から成る化合物（例えば、金属酸化物や金属窒化物、金属塩など）、非金属元素から成る化合物（例えば、窒化ホウ素など）などが含まれる。
【００２９】
図１に示すように、成形装置１は、チャンバー１０、ステージ１１、供給ユニット１２、固定化ユニット１４、加熱ユニット１６、情報取得ユニット１８、除去ユニット２０、及び制御ユニット２２（図２参照）を備える。
【００３０】
チャンバー１０は、成形装置１の各構成要素を収容する筐体を有する。チャンバー１０内部に収容された成形装置１の各構成要素は、外環境から隔離され得る。チャンバー１０の内部圧力は、チャンバー１０に接続された真空ポンプ１０ａにより変更可能である。また、チャンバー１０内部の雰囲気は、窒素やアルゴンといった不活性ガスやその他の任意のガスで置換され得る。
【００３１】
ステージ１１は、水平面に沿って（すなわち、ｘｙ平面に対して平行に）配置された平板である。ステージ１１の厚さ方向は、ｚ方向に対して略平行である。ステージ１１は、ステージ移動機構１１ａにより、少なくともｚ方向に移動可能である。ステージ移動機構１１ａは、例えば、モーター（図示せず）により駆動するラックアンドピニオン式のアクチュエータである。なお、ステージ１１の配置は必ずしも上記例に限定されない。例えば、ステージ１１は、水平面と交差する平面に沿って配置されてもよい。
【００３２】
供給ユニット１２は、ステージ１１から離間してステージ１１の上方に配置された第１吐出器（第１供給部）３０及び第２吐出器（第２供給部）３２を有する。第１吐出器３０及び第２吐出器３２は、それぞれ第１吐出器移動機構３４及び第２吐出器移動機構３６により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能である。第１吐出器移動機構３４及び第２吐出器移動機構３６は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。
【００３３】
第１吐出器３０には、第１組成物Ｐ１が充填されている。第２吐出器３２には、第２組成物Ｐ２が充填されている。第１吐出器３０及び第２吐出器３２は、それぞれ第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２をステージ１１に向けて間欠的又は連続的に吐出することができる。第１吐出器３０及び第２吐出器３２の吐出量（例えば、第１組成物Ｐ１又は第２組成物Ｐ２が間欠的に吐出される場合における１滴の体積）や吐出速度は、適宜調整可能である。
【００３４】
第１吐出器３０により吐出される第１組成物Ｐ１は、例えば、無機粒子Ｐａ及びバインダーＰｂを含む流体である。第１組成物Ｐ１は、無機粒子ＰａをバインダーＰｂに分散させることにより調製される。第１組成物Ｐ１は、無機粒子ＰａがバインダーＰｂに分散した状態で第１吐出器３０に充填される。第１組成物Ｐ１の無機粒子Ｐａは、最終的な成形体を形成するために使用される。
【００３５】
第２吐出器３２により吐出される第２組成物Ｐ２は、例えば、硬化可能な支持材料Ｐｓを含む流体である。第２組成物Ｐ２の支持材料Ｐｓは、成形作業中に無機粒子Ｐａを支持する支持構造体を形成するために使用される犠牲材料である。支持材料Ｐｓにより形成される支持構造体は、内部に空間を有する成形体や複雑な３次元形状を有する成形体などを製造するために使用することができる。
【００３６】
無機粒子Ｐａは、例えば金属、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、水酸化物、炭酸化物、燐酸化物など任意の無機材料又はこれらの組合せから成る粒子である。無機粒子Ｐａの材料は特に限定されない。
金属の例としては、アルミニウム、チタン、鉄、銅、ステンレス鋼、ニッケルクロム鋼などが挙げられる。
酸化物の例としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、チタン酸バリウムなどが挙げられる。
窒化物の例としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化鉄などが挙げられる。
酸窒化物の例としては、酸窒化ケイ素、酸窒化アルミニウムなどが挙げられる。
炭化物の例としては、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ジルコニウムなどが挙げられる。
水酸化物の例としては、水酸マグネシウム、水酸化鉄、水酸アパタイトなどが挙げられる。
炭酸化物の例としては、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムなどが挙げられる。
燐酸化物の例としては、燐酸鉄、燐酸マンガン、燐酸カルシウムなどが挙げられる。
【００３７】
第１組成物Ｐ１のバインダーＰｂ及び第２組成物Ｐ２の支持材料Ｐｓは、例えば、特定波長の光（例えば紫外線）を受けて硬化する光硬化性組成物を含む。光硬化性組成物は、例えば、ラジカル重合性モノマー又はカチオン重合性モノマーと光重合開始剤とを含む。ラジカル重合性モノマーは、例えば、（メタ）アクリル系モノマーである。カチオン重合性モノマーは、例えば、エポキシ化合物や環状エーテル化合物である。ラジカル重合性モノマーを用いる場合には、光重合開始剤は、例えばアセトフェノンなどのラジカル性光重合開始剤である。また、カチオン重合性モノマーを用いる場合には、光重合開始剤は、例えばオニウム塩などのカチオン性光重合開始剤である。バインダーＰｂと支持材料Ｐｓとは同じ種類の光硬化性組成物を含んでもよく、異なる種類の光硬化性組成物を含んでもよい。
【００３８】
第１組成物Ｐ１における無機粒子Ｐａの含有率は、例えば３０重量％〜９０重量％、好ましくは４０重量％〜８０重量％、より好ましくは５０重量％〜７０重量％である。
【００３９】
第１組成物Ｐ１は、無機粒子Ｐａ及びバインダーＰｂ以外に、安定剤や分散材、フィラーなど任意の添加剤を含んでもよい。同様に、第２組成物Ｐ２も、支持材料Ｐｓ以外に、安定剤や分散材、フィラーなど任意の添加剤を含んでもよい。
【００４０】
ここで、組成物Ｐ１、Ｐ２がそれぞれ第１吐出器３０及び第２吐出器３２から吐出されて着地する着地面は、ステージ１１、ステージ１１などに支持された基材、ステージ１１や基材上で固定化されたり固結したりした別の第１組成物Ｐ１や第２組成物Ｐ２、材料膜など、任意の物の表面であってよい。以下では、主に吐出された組成物Ｐ１、Ｐ２がステージ１１に着地する場合について説明するが、以下の説明は組成物Ｐ１、Ｐ２が別の組成物Ｐ１、Ｐ２の表面など他の着地面に着地する場合も同様である。また、本明細書では、ステージ上に基材が配置される場合の基材も含めて「ステージ」と総称する。なお、本明細書では、「ステージに沿った方向」とは、ステージの各面のうち組成物を吐出する吐出器に対向する面（図１ではステージ１１の上面）に沿った方向を意味し、「ステージに直交する方向」とは、ステージの各面のうち組成物を吐出する吐出器に対向する面に直交する方向を意味する。
【００４１】
固定化ユニット１４は、吐出された組成物Ｐ１、Ｐ２をステージ１１上で固定化する。例えば、組成物Ｐ１、Ｐ２が光硬化性組成物を含む場合、固定化ユニット１４は、ステージ１１上の組成物Ｐ１、Ｐ２が存在する特定位置に光（例えば紫外光）を照射する。これにより、固定化ユニット１４は、ステージ１１上の組成物Ｐ１、Ｐ２に対して光刺激を与え、組成物Ｐ１、Ｐ２に含まれる光硬化性組成物を硬化させることができる。本明細書において、「固定化」とは、外力が加わっていない場合に位置が実質的に変化しない状態にすることを意味する。
【００４２】
固定化ユニット１４は、光源として第１ＬＥＤ（発光ダイオード）４０及び第２ＬＥＤ（光源）４２を備える。第１ＬＥＤ４０及び第２ＬＥＤ４２は、ステージ１１から離間してステージ１１の上方に配置されている。第１ＬＥＤ４０及び第２ＬＥＤ４２は、それぞれ第１ＬＥＤ移動機構４４及び第２ＬＥＤ移動機構４６により、少なくともｘ方向及び／又はｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。ＬＥＤ移動機構４４、４６は、それぞれＬＥＤ４０、４２の配置（例えば向きや位置など）を変更することにより、ＬＥＤ４０、４２の照射位置を変更する。ＬＥＤ移動機構４４、４６は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。
【００４３】
ただし、ＬＥＤ４０、４２の構成は上記例に限定されない。例えば、ＬＥＤ４０、４２の少なくとも一方がステージ１１の側方又は下方から光を照射してもよい。また、ＬＥＤ移動機構４４、４６が省略されて、ＬＥＤ４０、４２の配置が永続的に固定され、照射光が、例えばレンズや反射板などを用いて、ステージ１１上で走査されてもよい。ＬＥＤ移動機構４４、４６がレンズや反射板などと併用されてもよい。
【００４４】
なお、固定化ユニット１４の構成要素はＬＥＤに限定されず、レーザーなど光照射が可能な任意の素子であってよい。光照射は、ステージ１１上で、組成物Ｐ１、Ｐ２の１滴〜数滴程度の大きさのスポットに対して局所的に行われてもよく、ステージ１１の一部の区画又は全体に対して行われてもよい。
【００４５】
ここで、例えば、ｘ方向又はｙ方向に沿ったステージ１１の幅全体をカバーするように配置された１次元アレイ状のＬＥＤを使用する場合には、当該ＬＥＤがｘ方向及びｙ方向のいずれか一方向のみに移動可能であれば十分である。また、例えば、ステージ１１全体に対して光照射を行うことができるＬＥＤ４０、４２を使用する場合には、ＬＥＤ移動機構４４、４６やレンズ、反射板などＬＥＤ４０、４２の光照射位置を制御する構成要素は不要である。
【００４６】
加熱ユニット１６は、ステージ１１上の特定位置に、例えば熱線を照射することにより、局所的に熱を加える。これにより、加熱ユニット１６は、ステージ１１上で固定化された第１組成物Ｐ１の脱脂や第１組成物Ｐ１に含まれる無機材料の焼結又は溶融固化を行うことができる。ここで、「焼結」とは、無機材料の固体粒子（例えば、金属酸化物や金属窒化物などの粉末）を当該無機材料の融点未満の温度まで加熱することにより、当該固体粒子同士を結合させることをいう。「溶融固化」とは、無機材料の固体粒子（例えば、金属や合金などの粒子）を当該無機材料の融点以上の温度まで加熱することにより当該固体粒子を溶融させた後、自然冷却などにより当該金属粒子又は合金粒子を固化させることをいう。本明細書では、焼結及び溶融固化をまとめて「熱固結」という。
【００４７】
加熱ユニット１６は、熱源として脱脂用レーザー（脱脂用熱源）５０及び熱固結用レーザー（熱固結用熱源）５２を備える。脱脂用レーザー５０及び熱固結用レーザー５２は、ステージ１１から離間してステージ１１の上方に配置されている。脱脂用レーザー５０は、脱脂用レーザー移動機構５４により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。熱固結用レーザー５２は、熱固結用レーザー移動機構５６により、少なくともｘ方向及びｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。脱脂用レーザー移動機構５４及び熱固結用レーザー移動機構５６は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。
【００４８】
脱脂用レーザー５０は、第１組成物Ｐ１に対してレーザー照射を行うことにより、第１組成物Ｐ１を例えば２００℃〜８００℃、好ましくは３００℃〜５００℃まで加熱して、第１組成物Ｐ１の脱脂を行うことができる。熱固結用レーザー５２は、第１組成物Ｐ１に対してレーザー照射を行うことにより、第１組成物Ｐ１を例えば５００℃〜４０００℃、好ましくは１０００℃〜３０００℃まで加熱して、第１組成物Ｐ１の熱固結を行うことができる。ただし、加熱温度はこれに限定されず、第１組成物Ｐ１に含まれる無機粒子ＰａやバインダーＰｂの種類などに応じて適宜変更され得る。また、脱脂用レーザー５０及び熱固結用レーザー５２として同じ種類の二つのレーザー装置を採用し、出力を調整することにより、脱脂用レーザー５０と熱固結用レーザー５２とで異なる温度までの加熱を行ってもよい。また、単一のレーザーを用いて脱脂及び熱固結の両方を行ってもよい。この場合、当該単一のレーザーの出力を脱脂ステップと熱固結ステップとで変更してもよく、脱脂ステップを省略して、当該単一のレーザーで第１組成物Ｐ１を熱固結温度まで一度に昇温させることにより、脱脂及び熱固結を一度に行ってもよい。
【００４９】
なお、加熱ユニット１６の構成要素はレーザーに限定されず、電子ビーム装置など局所的な加熱が可能な任意の素子であってよい。また、加熱は、上方からの加熱に限定されず、例えば、下方から局所的な加熱が行われてもよい。
【００５０】
情報取得ユニット１８は、ステージ１１上の組成物Ｐ１、Ｐ２の様子を監視するとともに、組成物Ｐ１、Ｐ２の情報を取得する。情報取得ユニット１８は、例えば、ステージ１１から離間してステージ１１の上方に配置された撮影装置７０を含む。
【００５１】
情報取得ユニット１８は、撮影装置７０により、ステージ１１上の組成物Ｐ１、Ｐ２の撮影を行う。情報取得ユニット１８は、撮影した画像に基づき、ステージ１１に向けて吐出された組成物Ｐ１、Ｐ２の着地位置及びタイミングや、既にステージ１１上に位置する組成物Ｐ１、Ｐ２の大きさや位置などの幾何学的状態、ひいては組成物Ｐ１、Ｐ２の様子（例えば第１組成物Ｐ１の熱収縮の様子）に関する情報を取得する。
【００５２】
撮影装置７０は、撮影装置移動機構７２により、少なくともｘ方向及び／又はｙ方向に移動可能であるとともに、例えば、ｚ軸に関して回動可能であり、ｚ軸に平行な平面内でも回動可能である。撮影装置移動機構７２は、例えば、モーター（図示せず）により駆動する多関節アームである。ただし、撮影装置７０の配置は上記例に限定されず、一つ又は複数の撮影装置７０がステージ１１の側方などに配置されてもよい。
【００５３】
なお、情報取得ユニット１８の構成要素は撮影装置７０のみに限定されず、ステージ１１に設けられた振動検出装置や熱検出装置などであってもよく、放射線や超音波をステージ１１上に照射することによりステージ面の様子を観察する放射線分析装置（例えばＸ線回折装置やエネルギー分散型Ｘ線分析装置）や超音波分析装置などであってもよく、これらが併用されてもよい。
【００５４】
除去ユニット２０は、ステージ１１上の第２組成物Ｐ２（支持材料Ｐｓ）の少なくとも一部を除去する。除去ユニット２０は、例えば、加熱装置８０及び除去用レーザー８２を有する。加熱装置８０は、チャンバー１０の内部の全体又は一部を加熱することにより、ステージ１１上の支持材料Ｐｓを広範囲で分解させることができる。除去用レーザー８２は、例えば、除去すべき支持材料Ｐｓにレーザー光を照射して熱を加えることにより、当該支持材料Ｐｓを局所的に分解させることができる。ただし、除去ユニット２０の構成は上記例に限定されない。例えば、加熱装置８０及び除去用レーザー８２の一方のみが用いられてもよく、複数の除去用レーザー８２が設けられてもよく、ステージ１１を加熱する加熱手段など別の加熱手段が設けられてもよく、これらが併用されてもよい。
【００５５】
制御ユニット２２（図２参照）は、製造される成形体の３次元形状データなどの入力データを受け取り、成形装置１の各構成要素を制御する。制御ユニット２２は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）又はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）のようなプロセッサにより実現される。制御ユニット２２の動作については後述する。
【００５６】
［システム構成］
次に、図２を参照して、第１実施形態の成形装置１のシステム構成について説明する。
図２は、第１実施形態の成形装置１のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【００５７】
入力部９０は、製造予定の成形体の入力データを受け付けるとともに、当該入力データを制御ユニット２２に送信する。
【００５８】
情報取得ユニット１８は、撮影装置７０を用いて、ステージ１１上の組成物Ｐ１、Ｐ２の情報を取得するとともに、当該情報を制御ユニット２２に送信する。当該情報には、例えば、既にステージ１１上に位置する組成物Ｐ１、Ｐ２の位置や大きさ、形状、熱収縮の様子などが含まれる。また、情報取得ユニット１８は、例えば撮影装置７０によって、ステージ１１上への組成物Ｐ１、Ｐ２の着地の情報（例えば、組成物Ｐ１、Ｐ２の着地位置やタイミングなど）も取得可能である。
【００５９】
制御ユニット２２は、入力部９０からの入力データや情報取得ユニット１８から取得した情報などに基づき、次に組成物Ｐ１、Ｐ２を吐出すべきステージ１１上の位置（以下、「吐出位置」と総称する。）や、次に第１ＬＥＤ４０、第２ＬＥＤ４２、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２の各々を照射すべきステージ１１上の各位置（以下、「照射位置」と総称する。）を決定する。このように決定された吐出位置や照射位置に応じて、制御ユニット２２は、ステージ１１が適切な位置に移動するようにステージ移動機構１１ａを制御するとともに、吐出器３０、３２、ＬＥＤ４０、４２、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２が適切な配置となるように吐出器移動機構３４、３６、ＬＥＤ移動機構４４、第２ＬＥＤ移動機構４６、脱脂用レーザー移動機構５４、及び熱固結用レーザー移動機構５６を制御する。
【００６０】
また、制御ユニット２２は、入力データや情報取得ユニット１８からの情報などに基づき、適切な量の組成物Ｐ１、Ｐ２を適切なタイミングで吐出するように吐出器３０、３２を制御するとともに、バインダーＰｂを硬化させるための光や脱脂及び熱固結を行うためのレーザー光を適切なタイミングで照射するように、ＬＥＤ４０、４２、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２をそれぞれ制御する。
【００６１】
また、制御ユニット２２は、入力データや情報取得ユニット１８からの情報などに基づき、次に撮影装置７０で撮影すべきステージ１１上の位置（以下、「撮影位置」という。）を決定することができる。これらの撮影位置に基づき、制御ユニット２２は、撮影装置７０が適切な配置となるように撮影装置移動機構７２を制御する。さらに、制御ユニット２２は、適切なタイミングで撮影を行って情報を取得するように、撮影装置７０を制御する。
【００６２】
また、制御ユニット２２は、入力データや情報取得ユニット１８からの情報（例えば撮影装置７０による画像データなど）などに基づき、次に第２組成物Ｐ２を除去すべきステージ１１上の位置（以下、「除去位置」という。）を決定することができる。この位置に基づき、制御ユニット２２は、除去用レーザー８２が適切な配置となるように除去用レーザー移動機構８４を制御するとともに、第２組成物Ｐ２を除去するのに適切な出力で加熱などを行うように加熱装置８０及び除去用レーザー８２を制御する。
【００６３】
このように、制御ユニット２２は、既にステージ１１上で固定化及び固着が行われた組成物Ｐ１、Ｐ２の状態に基づき、供給ユニット１２、固定化ユニット１４、加熱ユニット１６、情報取得ユニット１８、及び除去ユニット２０のフィードバック制御を行うことができる。
【００６４】
例えば、吐出された組成物Ｐ１、Ｐ２の位置ずれや第１組成物Ｐ１の熱収縮などにより、熱固結した第１組成物Ｐ１や固定化された第２組成物Ｐ２の実際の位置が本来想定されていた吐出位置と異なるものになった場合、制御ユニット２２は、撮影装置７０からの画像データなどに基づき、このような位置ずれを検出するとともに、次に吐出される組成物Ｐ１、Ｐ２の吐出位置や固定化ユニット１４及び加熱ユニット１６などの照射位置を修正することができる。
【００６５】
なお、制御ユニット２２による各制御は上記例に限定されない。例えば、制御ユニット２２は、一部又は全部の構成要素に対してフィードバック制御を行わなくてもよい。
【００６６】
［成形体の製造方法］
次に、図３〜図５を参照して、第１実施形態の成形装置１による成形体の製造方法の一例について説明する。
図３及び図４は、第１実施形態の成形装置１による成形体の製造方法の一例を示す図である。
【００６７】
図３は、当該製造方法における第１組成物Ｐ１の吐出から熱固結までの一連のプロセス（ａ）〜（ｆ）を示す。図３では、第１組成物Ｐ１に着目しており、第２組成物Ｐ２は図示していない。
図３（ａ）では、第１組成物Ｐ１が第１吐出器３０からステージ１１に向けて吐出される。ここでは、ステージ１１上に、既に熱固結が完了した熱固結体Ｃと、硬化したバインダーＢに包まれた無機粒子Ｄａ〜Ｄｄとが形成されている。なお、図３においては、第１組成物Ｐ１の吐出が図の左側（−ｘ方向）から右側（＋ｘ方向）へ順番に行われている。すなわち、プロセスが進行するにつれて、第１吐出器３０や第１ＬＥＤ４０、脱脂用レーザー５０、熱固結用レーザー５２は、ステージ１１に対して＋ｘ方向へ移動する。
【００６８】
図３（ｂ）では、吐出された第１組成物Ｐ１が、無機粒子Ｄｄの隣に着地する。情報取得ユニット１８は、第１組成物Ｐ１の着地位置及びタイミングを取得する。着地直後には、吐出された第１組成物Ｐ１のバインダーＰｂは、無機粒子Ｄｅ（Ｐａ）を包んでおり、流動性を有している。このバインダーＰｂに向けて、固定化ユニット１４の第１ＬＥＤ４０が、バインダーＰｂを硬化させるのに適した波長の光を照射する。
【００６９】
図３（ｃ）では、光硬化性組成物を含むバインダーＰｂが硬化して、硬化したバインダーＢの一部を構成している。これにより、吐出された第１組成物Ｐ１に含まれる無機粒子Ｄｅがステージ１１上に固定化されている。次いで、加熱ユニット１６の脱脂用レーザー５０が、無機粒子Ｄａ近傍にレーザー光を照射し、バインダーＢに熱を加える。なお、ここでは、直前に固定化された無機粒子Ｄｅからある程度離れた無機粒子Ｄａ近傍で脱脂が行われているが、第１組成物Ｐ１の固定化が行われる位置と、その直後に脱脂（及び熱固結）が行われる位置との間の距離は、第１組成物Ｐ１の性質や吐出速度、脱脂用レーザー５０の強度など種々の条件に応じて決定され得る。例えば、脱脂が行われる位置は、第１組成物Ｐ１の固定化が行われる位置と同じ（すなわち、直前に固定化された無機粒子Ｄｅの近傍）であってもよい。
【００７０】
図３（ｄ）では、脱脂用レーザー５０により、無機粒子Ｄａ近傍のバインダーＢが脱脂され、無機粒子Ｄａが露出している。次いで、加熱ユニット１６の熱固結用レーザー５２が、熱固結体Ｃと無機粒子Ｄａとの境界近傍にレーザー光を照射し、熱固結体Ｃ及び無機粒子Ｄａに熱を加える。これにより、熱固結体Ｃと無機粒子Ｄａとの間で熱固結が起こる。
【００７１】
図３（ｅ）では、熱固結体Ｃと無機粒子Ｄａとの熱固結により、無機粒子Ｄａが熱固結体Ｃに一体化している。次いで、制御ユニット２２が、情報取得ユニット１８から受け取ったステージ１１上の画像データなどに基づき、ステージ１１上の第１組成物Ｐ１の熱収縮の様子なども考慮して、次の第１組成物Ｐ１の吐出位置及び固定化ユニット１４及び加熱ユニット１６の照射位置のうち一方又は両方を決定する。決定された吐出位置や照射位置に基づき、第１吐出器移動機構３４、第１ＬＥＤ移動機構４４、脱脂用レーザー移動機構５４、及び熱固結用レーザー移動機構５６が、第１吐出器３０、第１ＬＥＤ４０、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２をステージ１１に対して＋ｘ方向に移動させる（ここでは、第１ＬＥＤ４０、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２は図示せず）。この移動方向や移動距離は、次に第１組成物Ｐ１を吐出すべき場所に応じて変更される。この例では、次の吐出位置は、無機粒子Ｄｅのすぐ右隣である（図３（ｆ）参照）。当然ながら、製造される成形体の構造によっては、無機粒子Ｄｅから次の吐出位置までの間に第１組成物Ｐ１が吐出されない区間が存在してもよい。
【００７２】
図３（ｆ）では、図３（ａ）と同様に、再び第１組成物Ｐ１が第１吐出器３０からステージ１１に向けて吐出される。その後、図３（ｂ）〜図３（ｅ）を参照して説明した動作が繰り返される。
【００７３】
例えば、ｘ方向に沿ってステージ１１の一端から他端まで上記プロセスを行った後、第１吐出器３０、第１ＬＥＤ４０、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２をｙ方向に沿って僅かに移動させて、再びｘ方向に沿って１０の一端から他端まで上記プロセスが行われる。このように、吐出位置及び照射位置をｙ方向に少しずつ動かしながらｘ方向に沿って上記プロセスを繰り返すことにより、ステージ１１全体にわたって第１組成物Ｐ１の吐出並びに固定化、脱脂、及び熱固結の各ステップを実行することができる。
【００７４】
なお、ステージ１１に対する第１吐出器３０、第１ＬＥＤ４０、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２の移動のさせ方は、これに限定されない。例えば、ｘ方向ではなくｙ方向に沿って上記プロセスが行われてもよい。また、特定の方向に沿った移動を繰り返すのではなく、第１組成物Ｐ１を吐出すべき任意の位置へ第１吐出器３０、第１ＬＥＤ４０、脱脂用レーザー５０、及び熱固結用レーザー５２を直接移動させることを繰り返してもよい。例えば、第１組成物Ｐ１を吐出すべき各位置のうち現在の第１吐出器３０の位置からの距離が最も短い位置が、次の吐出位置として選択されてもよい。
【００７５】
第２組成物Ｐ２の成形プロセスも、基本的に図３と同様の流れで行われる。ただし、第２組成物Ｐ２に対しては、第２ＬＥＤ４２による固定化が行われる一方で、脱脂及び熱固結は行われない。すなわち、図３に倣えば、第２組成物Ｐ２が第２吐出器３２からステージ１１に向けて吐出されると、第２ＬＥＤ４２の光照射により第２組成物Ｐ２の支持材料Ｐｓに含まれる光硬化性組成物が硬化し、これにより、第２組成物Ｐ２（支持材料Ｐｓ）がステージ１１上に固定化される。その後、脱脂及び熱固結を行うことなく、第２組成物Ｐ２の次の吐出位置及び第２ＬＥＤ４２の次の照射位置に基づき、第２吐出器移動機構３６及び第２ＬＥＤ移動機構４６が、それぞれ第２吐出器３２及び第２ＬＥＤ４２が＋ｘ方向に移動させる。このような吐出と固定化とを含むサイクルが繰り返されることにより、無機材料を支持するための支持構造体Ｓ（図４参照）が形成される。
【００７６】
図４は、成形装置１による成形体の製造方法の一連のプロセス（ａ）〜（ｊ）を示す。ここでは、成形体を下から上へ１層ずつ形成していく方法を例として説明するが、成形体の製造方法はこの例に限定されない。
【００７７】
図４（ａ）では、第１組成物Ｐ１が第１吐出器３０からステージ１１に向けて吐出される。次いで、吐出された第１組成物Ｐ１に対して第１ＬＥＤ４０が光照射を行う。
【００７８】
図４（ｂ）では、第１ＬＥＤ４０からの光照射により、第１組成物Ｐ１のバインダーＰｂが硬化バインダーＢとなり、第１組成物Ｐ１がステージ１１上で固定化されている。固定化された第１組成物Ｐ１が脱脂用レーザー５０で加熱されることにより、第１組成物Ｐ１のバインダーＢが脱脂される。次いで、脱脂された第１組成物Ｐ１が熱固結用レーザー５２で加熱されることにより、第１組成物Ｐ１の熱固結が行われる。第１組成物Ｐ１の吐出、固定化、脱脂、及び熱固結から成るこのような一連の工程が繰り返される。
【００７９】
図４（ｃ）では、上記の工程の繰り返しにより、成形体の第１層のうち第１組成物Ｐ１の無機材料から形成される部分に、熱固結体Ｃが形成されている。次いで、成形体の第１層のうち最終的には材料が存在しない空間となる部分に、支持材料Ｐｓを含む第２組成物Ｐ２が第２吐出器３２から供給される。吐出された第２組成物Ｐ２に対して第２ＬＥＤ４２が光照射を行う。
【００８０】
図４（ｄ）では、第２ＬＥＤ４２からの光照射により、第２組成物Ｐ２の支持材料Ｐｓが硬化されて支持構造体Ｓを形成し、第２組成物Ｐ２がステージ１１上で固定化されている。第２組成物Ｐ２の吐出及び固定化から成るこのような一連の工程が繰り返される。
【００８１】
図４（ｅ）では、上記の工程の繰り返しにより、成形体の第１層のうち材料が存在しない空間となる部分に、支持構造体Ｓが形成されている。次いで、第２層の成形を行うために、再び第１組成物Ｐ１の吐出、固定化、脱脂、及び熱固結が行われる。
【００８２】
図４（ｆ）では、成形体の第２層のうち第１組成物Ｐ１の無機材料から形成される部分に、第１組成物Ｐ１が供給され、固定化され、脱脂され、熱固結されている。ただし、支持構造体Ｓの近傍に供給された第１組成物Ｐ１は、第１ＬＥＤ４０により硬化されたバインダーＢにより固定化されているだけで、脱脂や熱固結は行われていない。これは、支持構造体Ｓの近傍で脱脂や熱固結の温度まで加熱を行った場合、支持構造体Ｓを構成するような一般的な光硬化性組成物の分解が生じるおそれがあるためである。次いで、図４（ｃ）と同様に、成形体の第２層のうち材料が存在しない空間となる部分に、第２組成物Ｐ２が第２吐出器３２から供給される。吐出された第２組成物Ｐ２に対して第２ＬＥＤ４２が光照射を行う。
【００８３】
図４（ｇ）では、成形体の第２層のうち材料が存在しない空間となる部分に、支持構造体Ｓが形成されている。続いて、第２層と同様に、第３層が形成される。
【００８４】
図４（ｈ）では、第２層の上に、第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２から成る第３層が形成されている。ここで、第２層と同様に、支持構造体Ｓの近傍では第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結は行われていない。続いて、第４層が形成される。この例では、第４層は全体として第１組成物Ｐ１の無機材料から形成される。
【００８５】
図４（ｉ）では、第３層の上に、第１組成物Ｐ１から成る第４層が形成されている。ここで、第２層及び第３層と同様に、支持構造体Ｓの近傍では第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結は行われていない。最後に、支持構造体Ｓ及びバインダーＢを除去するために、除去ユニット２０の加熱装置８０や除去用レーザー８２による加熱処理が行われる。
【００８６】
図４（ｊ）では、除去ユニット２０により支持構造体Ｓ及びバインダーＢが加熱除去されて、空間を有する無機材料の成形体Ｍが形成されている。このようにして、成形装置１により、内部に空間を有する成形体や複雑な３次元形状を有する成形体が製造され得る。
【００８７】
図５は、第１実施形態の成形装置１による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【００８８】
ステージ１１上で第１層の形成が開始される（Ｓ１０００）と、まず、制御ユニット２２は、入力部９０から受け取った３次元成形体の入力データに基づき、最初の吐出位置及び照射位置を決定する（Ｓ１００２）。次いで、制御ユニット２２は、決定された吐出位置及び照射位置に基づき、第１吐出器３０及び第１ＬＥＤ４０を適切な配置に移動させるように、第１吐出器移動機構３４及び第１ＬＥＤ移動機構４４に指示する（Ｓ１００４）。
【００８９】
次いで、制御ユニット２２は、ステージ１１に向けて第１組成物Ｐ１を吐出するように第１吐出器３０に指示する（Ｓ１００６）。第１組成物Ｐ１が吐出されてステージ１１上に着地すると、情報取得ユニット１８が第１組成物Ｐ１の着地を検知する（Ｓ１００８）。例えば、情報取得ユニット１８は、撮影装置７０により連続的に又は定期的にステージ１１上の撮影を行い、画像比較を行うことにより、第１組成物Ｐ１の着地位置及びタイミングを検出する。
【００９０】
次いで、制御ユニット２２は、着地した第１組成物Ｐ１をステージ１１上で固定化させる（ここではバインダーＰｂを硬化させる）ための光を照射するように第１ＬＥＤ４０に指示する（Ｓ１０１０）。これにより、光硬化性組成物を含むバインダーＰｂが硬化し、第１組成物Ｐ１がステージ１１上で固定化される。
【００９１】
次いで、制御ユニット２２は、第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結を行うか否かを判定する（Ｓ１０１２）。例えば、制御ユニット２２は、脱脂用レーザー５０及び熱固結用レーザー５２の照射位置の近傍に第２組成物Ｐ２の支持材料Ｐｓが硬化した支持構造体Ｓが存在するか否かを、入力データや撮影装置７０による実際の撮影データに基づいて判定する。照射位置の近傍に支持構造体Ｓが存在すると判定された場合には、制御ユニット２２は、第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結を行わないと判定し（Ｓ１０１２：ＮＯ）、フローはＳ１００２に戻る。Ｓ１００２では、制御ユニット２２は、入力データや情報取得ユニット１８により取得された情報（例えば撮影装置７０により取得されたステージ１１の撮影データ）に基づき、次の吐出位置及び照射位置を決定する。
【００９２】
一方、照射位置の近傍に支持構造体Ｓが存在しないと判定された場合には、制御ユニット２２は、第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結を行うと判定する（Ｓ１０１２：ＹＥＳ）。この場合、制御ユニット２２は、Ｓ１００２で決定された照射位置に基づき、脱脂用レーザー５０及び熱固結用レーザー５２を適切な配置に移動させるように、脱脂用レーザー移動機構５４及び熱固結用レーザー移動機構５６に指示する（Ｓ１０１４）。
【００９３】
次いで、制御ユニット２２は、ステージ１１上の第１組成物Ｐ１のバインダーＰｂの脱脂を行うためのレーザー光を照射するように脱脂用レーザー５０に指示する（Ｓ１０１６）。脱脂用レーザー５０の照射位置は、第１ＬＥＤ４０の照射位置と同じでもよく、図３を参照して説明したように、直前に第１組成物Ｐ１の固定化が行われた第１ＬＥＤ４０の照射位置からある程度離れた別の位置であってもよい。
【００９４】
次いで、制御ユニット２２は、ステージ１１上の第１組成物Ｐ１の無機粒子Ｐａの熱固結を行うためのレーザー光を照射するように熱固結用レーザー５２に指示する（Ｓ１０１８）。熱固結用レーザー５２の照射位置は、脱脂用レーザー５０の照射位置と同じでもよく、ある程度離れた別の位置であってもよい。
【００９５】
次いで、制御ユニット２２は、入力データや情報取得ユニット１８により取得されたステージ１１上の第１組成物Ｐ１の情報に基づき、第１層のうち第１組成物Ｐ１から形成される部分の成形が完了したか否かを判定する（Ｓ１０２０）。第１層のうち第１組成物Ｐ１から形成される部分の成形が完了していないと判定された場合（Ｓ１０２０：ＮＯ）、フローはＳ１００２に戻る。すなわち、制御ユニット２２は、情報取得ユニット１８により取得されたステージ１１上の組成物Ｐの情報に基づき、次に第１組成物Ｐ１を吐出すべき吐出位置を決定するとともに、第１ＬＥＤ４０や脱脂用レーザー５０、熱固結用レーザー５２の照射位置を決定する。その後、これまでに説明した第１組成物Ｐ１の吐出、固定化、脱脂、及び熱固結という成形プロセスが再び実行される。
【００９６】
ここで、次の吐出位置は、任意の方法で決定される。例えば、次の吐出位置は、上記のように、まずｘ方向に沿ってステージ１１の一端から他端へ進み、その後ｙ方向に僅かに進み、再びｘ方向に沿って１０の一端から他端へ進み、再びｙ方向に僅かに進み、……、という順序に従って決定されてもよく、現在の第１吐出器３０の位置からの距離に基づいて決定されてもよい。
【００９７】
一方、第１層のうち第１組成物Ｐ１から形成される部分の成形が完了したと判定された場合（Ｓ１０２０：ＹＥＳ）には、制御ユニット２２は、成形体の入力データに基づき、第２組成物Ｐ２の吐出位置及び第２ＬＥＤ４２の照射位置を決定する（Ｓ１０２２）。次いで、制御ユニット２２は、決定された吐出位置及び照射位置に基づき、第２吐出器３２及び第２ＬＥＤ４２を適切な配置に移動させるように、第２吐出器移動機構３６及び第２ＬＥＤ移動機構４６に指示する（Ｓ１０２４）。
【００９８】
次いで、制御ユニット２２は、ステージ１１に向けて第２組成物Ｐ２を吐出するように第２吐出器３２に指示する（Ｓ１０２６）。第２組成物Ｐ２が吐出されてステージ１１上に着地すると、情報取得ユニット１８が、撮影装置７０などにより第２組成物Ｐ２の着地を検知する（Ｓ１０２８）。
【００９９】
次いで、制御ユニット２２は、着地した第２組成物Ｐ２をステージ１１上で固定化させる（ここでは支持材料Ｐｓを硬化させる）ための光を照射するように第２ＬＥＤ４２に指示する（Ｓ１０３０）。これにより、光硬化性組成物を含む支持材料Ｐｓが硬化し、第２組成物Ｐ２がステージ１１上で固定化される。
【０１００】
次いで、制御ユニット２２は、入力データに照らして、第１層のうち第２組成物Ｐ２から形成される部分（すなわち、成形体の第１層のうち最終的には材料が存在しない空間となる部分）の成形が完了したか否かを判定する（Ｓ１０３２）。第１層のうち第２組成物Ｐ２から形成される部分の成形が完了していないと判定された場合（Ｓ１０３２：ＮＯ）、フローはＳ１０２２に戻る。すなわち、制御ユニット２２は、情報取得ユニット１８により取得されたステージ１１上の第２組成物Ｐ２などの情報に基づき、次に第２組成物Ｐ２を吐出すべき吐出位置を決定するとともに、第２ＬＥＤ４２の照射位置を決定する。その後、上記の第２組成物Ｐ２の吐出及び固定化という成形プロセスが再び実行される。
【０１０１】
一方、第１層のうち第２組成物Ｐ２から形成される部分の成形が完了したと判定された場合（Ｓ１０３２：ＹＥＳ）には、制御ユニット２２は、第１層の形成が完了したと判定する（Ｓ１０３４）。
【０１０２】
次いで、制御ユニット２２は、入力データなどに照らして、現時点でステージ１１から除去すべき第２組成物Ｐ２が存在するか否かを判定する（Ｓ１０３６）。現時点で除去すべき第２組成物Ｐ２が存在すると判定された場合（Ｓ１０３６：ＹＥＳ）、制御ユニット２２は、除去すべき第２組成物Ｐ２を除去するように除去ユニット２０に指示する（Ｓ１０３８）。例えば、チャンバー１０内のすべての第２組成物Ｐ２が除去されるべきと判定された場合には、制御ユニット２２は、チャンバー１０の内部全体を第２組成物Ｐ２が分解する温度までに加熱するように加熱装置８０に指示することができる。また、例えば、チャンバー１０内の一部の第２組成物Ｐ２のみが除去されるべきと判定された場合には、制御ユニット２２は、除去用レーザー８２を適切な配置に移動するように除去用レーザー移動機構８４に指示するとともに、除去すべき第２組成物Ｐ２に向けてレーザー光を照射するように除去用レーザー８２に指示することができる。
【０１０３】
上記の除去ステップが完了した場合、又は現時点でステージ１１上から除去すべき第２組成物Ｐ２が存在しないと判定された場合（Ｓ１０３６：ＮＯ）、制御ユニット２２は、入力データに照らして、成形体全体の形成が完了したか否かを判定する（Ｓ１０４０）。成形体の形成が完成していないと判定された場合（Ｓ１０４０：ＮＯ）、制御ユニット２２は、ステージ１１をｚ方向に移動させる（例えば、ｚ方向に１層分だけ下降させる）ようにステージ移動機構１１ａに指示する（Ｓ１０４２）。その後、フローはＳ１０００に戻り、第２層の形成が開始される。
【０１０４】
一方、成形体全体の形成が完了したと判定された場合（Ｓ１０４０：ＹＥＳ）、成形体の製造が完了する。第１層から最終層まで形成が完了することにより、任意の３次元立体形状を有する成形体が得られる。Ｓ１０３８の除去ステップにより、不要な支持構造体Ｓが加熱除去されるので、内部に空間を有する成形体や複雑な３次元形状を有する成形体が製造可能である。
【０１０５】
このようにして、成形装置１は、第１組成物Ｐ１について位置制御、吐出、固定化、脱脂、及び熱固結の各ステップＳ１００２〜Ｓ１０１８を含む成形サイクルを繰り返すとともに、第２組成物Ｐ２について位置制御、吐出、及び固定化の各ステップＳ１０２２〜Ｓ１０３０を含む成形サイクルを繰り返すことにより、３次元成形体の各層を形成し、この層形成を第１層から最終層まで繰り返すことにより、３次元成形体を形成することができる。本明細書において、「成形サイクル」とは、二つ以上のステップ（例えば吐出ステップ及び熱固結ステップ）から成る、成形体を製造するために繰り返される一連の工程を意味する。ここで、「繰り返す」とは、連続的に又は断続的に少なくとも２回行われることを意味し、例えば、ある繰り返し単位とその次の繰り返し単位との間に別の工程が挟まった場合も含む。
【０１０６】
必ずしも各成形サイクルにおいて上記ステップをすべて行う必要はなく、一部又は全部の成形サイクルにおいて上記の各ステップの一つ以上が省略されてもよい。例えば、一部の成形サイクルでは第１吐出器３０及び第１ＬＥＤ４０の位置制御（Ｓ１００２、Ｓ１００４）、組成物Ｐの吐出（Ｓ１００６、Ｓ１００８）、及び固定化（Ｓ１０１０）のみが行われてもよく、別の成形サイクルでは脱脂用レーザー５０及び熱固結用レーザー５２の位置制御（Ｓ１００２、Ｓ１０１４）、組成物Ｐの脱脂（Ｓ１０１６）、及び熱固結（Ｓ１０１８）のみが行われてもよい。例えば、一部の成形サイクルでは熱固結（Ｓ１０１８）のみが行われてもよく、一部の成形サイクルでは熱固結が行われなくてもよい。
【０１０７】
また、各ステップの順番や回数が任意に変更されてもよく、任意の別のステップが追加されてもよい。例えば、第１ＬＥＤ４０の移動は、第１組成物Ｐ１の吐出（Ｓ１００６）の後に行われてもよく、第２ＬＥＤ４２の移動は、第２組成物Ｐ２の吐出（Ｓ１０２６）の後に行われてもよい。また、情報取得ユニット１８による情報取得のタイミングは吐出位置及び照射位置を決定する際に限定されず、任意のタイミングで情報取得が行われてよい。
【０１０８】
上記の成形サイクルは、少なくともステージ１１に沿って繰り返され得る。ここで、「ステージに沿って」とは、「ステージの各面のうち組成物を吐出する吐出器に対向する面に沿って」との意味である。また、「少なくともステージに沿って繰り返される」とは、成形サイクルがステージと交差する方向に沿って繰り返されるか否かにかかわらず、複数回の成形サイクルがステージに沿って行われることを意味する。すなわち、２回以上の成形サイクルがステージに沿って連続的に又は断続的に行われる限り、成形サイクルがステージに沿って繰り返されるだけでなくステージと交差する方向に沿っても繰り返される場合であっても、「少なくともステージに沿って繰り返される」に該当する。なお、本明細書において、成形サイクルが行われる位置は、例えば成形サイクルが吐出ステップ及び熱固結ステップを含む場合には、吐出された組成物が着地する位置及び熱固結が起こる位置に相当する。従って、「成形サイクルがステージに沿って行われる」とは、例えば成形サイクルが吐出ステップ及び熱固結ステップを含む場合には、複数回の成形サイクルにおける組成物が着地する位置及び熱固結が起こる位置がステージに沿っていることを意味する。
【０１０９】
上記の成形サイクルは、同一平面内で繰り返され得る。ここで、「同一平面内で繰り返される」とは、３次元空間において平面を画定するのに十分な４回以上の成形サイクルが当該平面上で繰り返されることを意味する。
【０１１０】
上述のフローでは、成形体の各層について、まず第１組成物Ｐ１の吐出、固定化、脱脂、及び熱固結が一通り行われて第１組成物Ｐ１の層形成が完了した後、第２組成物Ｐ２の吐出、固定化、脱脂、及び熱固結が行われるが、第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２の各処理は任意の順番で行われ得る。例えば、第１組成物Ｐ１の層形成が完了する前に第２組成物Ｐ２の処理（吐出、固定化、脱脂、又は熱固結）が行われてもよい。例えば、第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２の処理が並行して行われてもよい。
【０１１１】
［効果］
以上説明した第１実施形態に係る成形装置１によれば、第１組成物Ｐ１の供給と第１組成物Ｐ１の熱固結とを含む成形サイクルが繰り返し行われる。すなわち、第１組成物Ｐ１の熱固結が局所的に行われ、熱固結操作が行われた後でも次の第１組成物Ｐ１がさらに供給される。例えば、供給ユニット１２からの第１組成物Ｐ１の供給を追いかけるように、第１組成物Ｐ１の固定化（バインダーＰｂの硬化）、バインダーＰｂの脱脂、及び無機粒子Ｐａの熱固結が逐次的に行われるので、これらの工程が細分化され得る。
【０１１２】
脱脂工程が細分化され、少量の第１組成物Ｐ１に対して脱脂が行われるので、従来の光造形法のように無機粒子が分散したバインダーの立体成形を行った後で成形体全体に対して一度に脱脂を行う場合と比較すると、脱脂操作ごとにバインダーＰｂが除去され、バインダーＰｂ及びバインダーＰｂの分解成分などが成形体中に残留するのを抑制することが可能である。また、従来の光造形法のように成形体全体の脱脂を行う場合にはバインダーの体積分の間隙が成形体の内部に生じ得るので、完成した成形体はその間隙の分だけ収縮してしまうことがあるが、本実施形態のように脱脂工程が細分化されると、このような間隙が発生しても、引き続き第１組成物Ｐ１の供給が行われるので、次の第１組成物Ｐ１により間隙を埋めることができ、このような収縮を抑制することが可能である。
【０１１３】
また、熱固結工程が細分化され、少量の第１組成物Ｐ１に対して熱固結が行われるので、従来の光造形法のように一旦立体成形を行った後で脱脂された成形体全体に対して熱固結を行う場合と比較すると、成形体の部位ごとの熱膨張率の差などによる熱固結体の亀裂や破損の発生を抑制することが可能である。仮に熱膨張及び熱収縮による亀裂などが生じた場合でも、引き続き第１組成物Ｐ１の供給が行われるので、次の第１組成物Ｐ１によりこのような欠陥を埋めることができ、このような欠陥の悪影響を抑制することが可能である。このように熱固結の結果に基づきフィードバック的に第１組成物Ｐ１の吐出を制御すれば、所望の形状及び大きさを有する中実な成形体を製造することが可能である。
【０１１４】
さらに、従来の光造形法のように液槽に収容された前駆体を１層ごとに硬化させて立体成形を行う場合には、１層ごとに、必要な部分のみを硬化させた後硬化していないバインダーを除去する必要があるが、本実施形態に係る成形装置１は、このような工程を必要としない。このため、成形プロセスの費用を低減するとともに効率性を向上させることができる。また、従来の光造形法における制約を軽減することにより、無機材料の立体造形における自由度を向上させることができる。
【０１１５】
これにより、品質の向上した無機材料含有成形体を製造することができる。
【０１１６】
さらに、第１組成物Ｐ１とは別に、支持材料Ｐｓを含む第２組成物Ｐ２を使用することにより、支持材料Ｐｓから成る支持構造体を利用することが可能となる。このような支持構造体により、ステージ１１上で第１組成物Ｐ１をボトムアップ式に積み上げていくプロセスにおいても、内部に空間を有する成形体や複雑な３次元形状を有する成形体などが製造可能となり、３次元造形の自由度が飛躍的に向上し得る。
【０１１７】
また、本実施形態によれば、成形装置１は、固定化ユニット１４として第１ＬＥＤ４０及び第２ＬＥＤ４２を備え、加熱ユニット１６として脱脂用レーザー５０及び熱固結用レーザー５２を備える。これにより、固定化、脱脂、及び熱固結の各工程の実行位置やタイミングなどを別途に制御することが可能となり、上述のような逐次的な成形処理を効率的に実行することができる。
【０１１８】
なお、上記例では、第１組成物Ｐ１のバインダーＰｂ及び第２組成物Ｐ２の支持材料Ｐｓとして光硬化性組成物を用いたが、バインダーＰｂ及び支持材料Ｐｓはこれに限定されない。例えば、バインダーＰｂ及び支持材料Ｐｓとしてフェノール樹脂やポリウレタンなどの熱硬化性組成物を採用し、固定化ユニット１４の構成要素としてＬＥＤの代わりに熱硬化性樹脂を硬化させるための熱源（例えばレーザー）を使用してもよい。この場合、熱硬化性樹脂から成るバインダーＰｂ及び支持材料Ｐｓが熱源からの熱で硬化することにより、第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２がステージ１１上で固定化される。あるいは、バインダーＰｂ及び支持材料Ｐｓとしてポリエチレンやポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性組成物を採用するとともに、第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２を予め加熱し、バインダーＰｂ及び支持材料Ｐｓが融解した状態で第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２をステージ１１に向けて供給してもよい。この場合、熱可塑性樹脂から成るバインダーＰｂ及び支持材料Ｐｓがステージ１１上で自然冷却されることにより、第１組成物Ｐ１及び第２組成物Ｐ２がステージ１１上で固定化される。
【０１１９】
また、上記例では、加熱装置８０及び除去用レーザー８２を含む除去ユニット２０が利用されているが、支持構造体Ｓを除去するために脱脂用レーザー５０や熱固結用レーザー５２が利用されてもよい。この場合、除去ユニット２０は省略可能である。
【０１２０】
〔第２実施形態〕
次に、図６〜図９を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、支持材料が除去剤により除去される点で、第１実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１２１】
［構成］
図６は、第２実施形態に係る成形装置１０１を示す図である。図７は、第２実施形態の成形装置１０１のシステム構成の一例を示すブロック図である。
図６に示すように、第２実施形態に係る成形装置１０１は、チャンバー１１０、ステージ１１１、供給ユニット１１２、固定化ユニット１１４、加熱ユニット１１６、情報取得ユニット１１８、除去ユニット１２０、及び制御ユニット１２２（図６参照）を備える。
【０１２２】
第１実施形態の供給ユニット１２が、無機粒子Ｐａ及びバインダーＰｂを含む第１組成物Ｐ１を吐出する第１吐出器３０と光硬化性組成物を含む第２組成物Ｐ２を吐出する第２吐出器３２とを有するのに対し、供給ユニット１１２は、第１無機粒子Ｐａ１’及び第１バインダーＰｂ１’を含む第１組成物Ｐ１’を吐出する第１吐出器１３０と、第２無機粒子Ｐａ２’及び第２バインダーＰｂ２’を含む第２組成物Ｐ２’を吐出する第２吐出器１３２を含む。第１吐出器１３０は、第１組成物Ｐ１’をステージ１１１に向けて間欠的又は連続的に吐出する。第２吐出器１３２は第２組成物Ｐ２’をステージ１１１に向けて間欠的又は連続的に吐出する。第１吐出器１３０及び第２吐出器１３２は、それぞれ第１吐出器移動機構１３４及び第２吐出器移動機構１３６により移動可能である。第１組成物Ｐ１’及び第２組成物Ｐ２’は、無機粒子Ｐａ１’、Ｐａ２’がバインダーＰｂ１’、Ｐｂ２’に分散した状態で第１吐出器１３０及び第２吐出器１３２にそれぞれ充填される。
【０１２３】
第１組成物Ｐ１’は、例えば、第１実施形態の第１組成物Ｐ１と同様に、成形体を形成する第１無機粒子Ｐａ１’及び第１バインダーＰｂ１’を含む流体である。第１無機粒子Ｐａ１は、第１実施形態の無機粒子Ｐａと同様に、例えば金属、酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、水酸化物、炭酸化物、燐酸化物など任意の無機材料又はこれらの組合せから成る粒子である。
【０１２４】
第２組成物Ｐ２’は、例えば、第１無機粒子Ｐａ１’と異なる第２無機粒子Ｐａ２’及び第２バインダーＰｂ２’を含む流体である。第２無機粒子Ｐａ２’又は第２無機粒子Ｐａ２’を加熱することにより得られる材料は、水などの溶媒に対する高い溶解性又は酸などの試薬に対する高い反応性を有し得る。すなわち、第２組成物Ｐ２’は、熱固結後に水や酸などの除去剤を加えることにより除去可能な組成物である。また、第２無機粒子Ｐａ２’が分解する温度は、例えば、第１無機粒子Ｐａ１’の熱固結を行うための温度よりも高い。
【０１２５】
第１バインダーＰｂ１’は、例えば、第１実施形態のバインダーＰｂと同様に、特定波長の光（例えば紫外線）を受けて硬化する光硬化性組成物を含む。同様に、第２バインダーＰｂ２’も、光硬化性組成物を含む。第１バインダーＰｂ１’の光硬化性組成物及び第２バインダーＰｂ２’の光硬化性組成物は、同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
【０１２６】
第１実施形態の固定化ユニット１４の第２ＬＥＤ４２が第２組成物Ｐ２の支持材料Ｐｓを固定化するのに対し、固定化ユニット１１４の第２ＬＥＤ１４２は、第２組成物Ｐ２’の第２バインダーＰｂ２’を硬化させることにより、ステージ１１１上で第２組成物Ｐ２’を固定化する。
【０１２７】
第１実施形態の加熱ユニット１６が単一の脱脂用レーザー５０及び単一の熱固結用レーザー５２を含むのに対し、加熱ユニット１１６は、第１組成物Ｐ１’のための第１脱脂用レーザー１５０及び第１熱固結用レーザー１５２と、第２組成物Ｐ２’のための第２脱脂用レーザー１５４及び第２熱固結用レーザー１５６と、を含む。第１脱脂用レーザー１５０及び第１熱固結用レーザー１５２は、いずれも第１組成物Ｐ１’に対してレーザー照射を行って第１組成物Ｐ１’を加熱することにより、それぞれ第１組成物Ｐ１’の脱脂及び熱固結を行う。第２脱脂用レーザー１５４及び第２熱固結用レーザー１５６は、いずれも第２組成物Ｐ２’に対してレーザー照射を行って第２組成物Ｐ２’を加熱することにより、それぞれ第２組成物Ｐ２’の脱脂及び熱固結を行う。第１脱脂用レーザー１５０、第１熱固結用レーザー１５２、第２脱脂用レーザー１５４、及び第２熱固結用レーザー１５６は、それぞれ第１脱脂用レーザー移動機構１５８、第１熱固結用レーザー移動機構１６０、第２脱脂用レーザー移動機構１６２、及び第２熱固結用レーザー移動機構１６４により移動可能である。
【０１２８】
第１実施形態の除去ユニット２０が加熱装置８０及び除去用レーザー８２を有するのに対し、除去ユニット１２０は、第２組成物Ｐ２’を除去する（例えば溶解又は分解させる）ための除去剤（例えば水又は酸）を供給する除去剤供給器１８０を有する。除去剤供給器１８０は、例えば、成形作業中又は成形作業後に支持材料としての第２組成物Ｐ２’が不要になった場合に、当該第２組成物Ｐ２’を除去するために、所定の位置に向けて除去剤を噴射することができる。除去剤供給器１８０は、除去剤供給器移動機構１８２により適宜移動可能である。ここで、第１組成物Ｐ１’は、除去剤供給器１８０により供給される除去剤には実質的に溶解せず、当該除去剤によっては実質的に分解しない。ここで、「実質的に溶解しない」及び「実質的に分解しない」とは、除去剤に１分間浸されたときに９０重量％以上が溶解又は分解を起こさずに残存することを意味する。
【０１２９】
なお、除去剤供給器１８０の構成は上記例に限定されない。例えば、除去剤供給器１８０は、第２組成物Ｐ２’を分解させる反応性ガスを供給してもよい。また、除去剤供給器１８０は、チャンバー１１０内部又は外部に設けられた水や酸の入った浴槽などであってもよい。この場合、支持材料として機能する第２組成物Ｐ２’を除去せずに成形作業を完了した後、得られた成形体（支持材料を含む）を当該浴槽に浸すことにより、支持材料としての第２組成物Ｐ２’が除去され得る。
【０１３０】
第１実施形態と同様に、制御ユニット１２２（図７参照）は、情報取得ユニット１１８により取得された第１組成物Ｐ１’及び第２組成物Ｐ２’の情報に基づき、供給ユニット１１２、固定化ユニット１１４、加熱ユニット１１６、情報取得ユニット１１８、及び除去ユニット１２０のフィードバック制御を行うことができる。また、制御ユニット１２２は、必要に応じて、除去剤供給器１８０を適切な配置に移動するように除去剤供給器移動機構１８２に指示するとともに、ステージ１１１上の第２組成物Ｐ２’に対して除去剤（例えば水又は酸）を供給するように除去剤供給器１８０に指示することができる。
【０１３１】
［成形体の製造方法］
次に、図８及び図９を参照して、第２実施形態の成形装置１０１による成形体の製造方法の一例について説明する。
図８は、第２実施形態の成形装置１０１による成形体の製造方法の一例を示す図であり、成形装置１０１による成形体の製造方法の一連のプロセス（ａ）〜（ｋ）を示す。
【０１３２】
図８（ａ）〜図８（ｃ）のプロセスは、実質的に図４（ａ）〜図４（ｃ）と同様である。すなわち、図８（ａ）では、第１組成物Ｐ１’が第１吐出器１３０からステージ１１１に向けて吐出されるとともに、第１ＬＥＤ１４０により第１組成物Ｐ１’の光照射が行われる。図８（ｂ）では、第１組成物Ｐ１’の第１バインダーＰｂ１’が光硬化して第１バインダーＢ１’となっており、固定化された第１組成物Ｐ１’に対して、第１脱脂用レーザー１５０による第１バインダーＢ１’の脱脂及び第１熱固結用レーザー１５２による第１無機粒子Ｐａ１’の熱固結が行われる。図８（ｃ）では、この一連の工程が繰り返されることにより、成形体の第１層のうち第１組成物Ｐ１’の無機材料から形成される部分に、熱固結体Ｃ’が形成されている。
【０１３３】
さらに、図８（ｃ）では、第２組成物Ｐ２’が第２吐出器１３２からステージ１１１に向けて吐出され、第２ＬＥＤ１４２により光を照射される。
【０１３４】
図８（ｄ）では、光照射により第２組成物Ｐ２’の第２バインダーＰｂ２’が硬化して第２バインダーＢ２’となっている。この固定化された第２組成物Ｐ２’に対して、第２脱脂用レーザー１５４による第２バインダーＢ２’の脱脂及び第２熱固結用レーザー１５６による第２無機粒子Ｐａ２’の熱固結が行われる。
【０１３５】
図８（ｅ）では、第２組成物Ｐ２’が熱固結した支持構造体Ｓ’が形成されている。その後、第１組成物Ｐ１’と同様に、第２組成物Ｐ２’について吐出、固定化、脱脂、及び熱固結という一連のプロセスが繰り返される。
【０１３６】
図８（ｆ）では、上記の工程の繰り返しにより、成形体の第１層のうち材料が存在しない空間となる部分に、支持構造体Ｓ’が形成されている。次いで、第２層の成形を行うために、再び第１組成物Ｐ１’の吐出、固定化、脱脂、及び熱固結が行われる。
【０１３７】
図８（ｇ）では、成形体の第２層のうち第１組成物Ｐ１’の無機材料から形成される部分に、第１組成物Ｐ１’が供給され、固定化され、脱脂され、熱固結されている。ここで、第１実施形態では、図４（ｆ）に示すように、支持構造体Ｓの分解を抑制するために、支持構造体Ｓの近傍では、第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結が行われないのに対し、第２実施形態では、第２組成物Ｐ２’の支持構造体Ｓ’が分解する温度は、第１組成物Ｐ１’の脱脂及び熱固結を行う温度よりも高いので、第１組成物Ｐ１’が供給される位置が支持構造体Ｓ’の近傍であるか否かにかかわらず、ステージ１１１上に供給されたすべての第１組成物Ｐ１’に対して脱脂及び熱固結が行われ得る。次いで、図８（ｃ）と同様に、成形体の第２層のうち材料が存在しない空間となる部分に、第２組成物Ｐ２’が第２吐出器１３２から供給されるとともに、第２ＬＥＤ４２により第２組成物Ｐ２’への光照射が行われる。
【０１３８】
図８（ｈ）では、成形体の第２層のうち材料が存在しない空間となる部分に、支持構造体Ｓ’が形成されている。続いて、図８（ｉ）では、第２層と同様に、第１組成物Ｐ１’及び第２組成物Ｐ２’から成る第３層が形成される。図８（ｊ）では、全体として第１組成物Ｐ１’の無機材料から形成される第４層が形成される。
【０１３９】
最後に、支持構造体Ｓ’を除去するために、除去ユニット１２０の除去剤供給器１８０による加熱処理が行われる。これにより、図８（ｋ）に示すような空間を有する無機材料の成形体Ｍ’が得られる。
【０１４０】
図９は、第２実施形態の成形装置１０１による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
第２実施形態による成形体の製造方法の流れは、支持材料として除去剤により化学的に除去可能な無機材料を用いる点を除き、基本的に第１実施形態と同様である。
【０１４１】
層形成の開始（Ｓ２０００）から第１ＬＥＤ１４０の照射（Ｓ２０１０）までは、第１実施形態と同様である。図９のＳ２０００〜Ｓ２０１０は、図５のＳ１０００〜Ｓ１０１０に対応する。
【０１４２】
第１実施形態では、第１ＬＥＤ４０の照射後、制御ユニット２２が第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結を行うか否かを判定する（Ｓ１０１２）。これに対し、第２実施形態では、上記のとおり、支持構造体Ｓ’の近傍でも第１組成物Ｐ１’の脱脂及び熱固結を行うことができるので、第１実施形態における判定ステップＳ１０１２は省略され得る。このため、第２実施形態では、Ｓ２００２で決定された照射位置に従って、第１吐出器１３０及び第１ＬＥＤ１４０の移動とともに、加熱ユニット１１６（ここでは第１脱脂用レーザー１５０及び第１熱固結用レーザー１５２）の移動も行われる（Ｓ２００４）。ただし、第１脱脂用レーザー１５０及び第１熱固結用レーザー１５２の移動のタイミングは上記例に限定されず、例えば第１ＬＥＤ１４０の照射後に行われてもよい。
【０１４３】
第１ＬＥＤ１４０の照射後、脱脂ステップ（Ｓ２０１２）及び熱固結ステップ（Ｓ２０１４）が行われる。その後、制御ユニット１２２は、入力データや情報取得ユニット１１８により取得されたステージ１１１上の第１組成物Ｐ１‘の情報に基づき、第１層のうち第１組成物Ｐ１から形成される部分の成形が完了したか否かを判定する（Ｓ２０１６）。第１層のうち第１組成物Ｐ１から形成される部分の成形が完了したと判定されるまで、第１組成物Ｐ１’の成形サイクル（Ｓ２００２〜Ｓ２０１６）が繰り返される。
【０１４４】
第１層のうち第１組成物Ｐ１から形成される部分の成形が完了したと判定されると、第２組成物Ｐ２’の成形が開始される。第２組成物Ｐ２’は熱固結可能な第２無機粒子Ｐａ２’を含むので、第１実施形態とは異なり、第２組成物Ｐ２’に対しても脱脂ステップ（Ｓ２０２８）及び熱固結ステップ（Ｓ２０３０）が行われる。この点以外は、第１実施形態と同様である。
【０１４５】
第１層のうち第２組成物Ｐ２から形成される部分の成形が完了したと判定されると（Ｓ２０３２：ＹＥＳ）、制御ユニット１２２は、第１層の形成が完了したと判定する（Ｓ２０３４）。
【０１４６】
次いで、第１実施形態と同様に、制御ユニット１２２は、現時点でステージ１１１上から除去すべき第２組成物Ｐ２’が存在するか否かを判定する（Ｓ１０３６）。除去すべき第２組成物Ｐ２’が存在すると判定された場合（Ｓ１０３６：ＹＥＳ）、制御ユニット１２２は、当該第２組成物Ｐ２’に向けて除去剤を供給するように除去剤供給器１８０に指示する（Ｓ２０３８）。
【０１４７】
上記の除去ステップが完了した場合、又は現時点でステージ１１１上から除去すべき第２組成物Ｐ２’が存在しないと判定された場合（Ｓ２０３６：ＮＯ）、制御ユニット１２２は、入力データに照らして、成形体全体の形成が完了したか否かを判定する（Ｓ２０４０）。以降の流れは、第１実施形態と同様である。
【０１４８】
なお、第２組成物Ｐ２’を除去剤の入った浴槽に浸すことにより不要な支持構造体Ｓ’（第２組成物Ｐ２’）を除去するような場合には、上記の除去ステップ（Ｓ２０３６及びＳ２０３８）は省略され得る。例えば、成形体は一旦支持構造体Ｓ’を含んだ状態で形成された後、チャンバー１１０から取り出されて浴槽に浸されてもよく、チャンバー１１０内部で浴槽に浸されてもよい。
【０１４９】
［効果］
第２実施形態に係る成形装置１０１によれば、支持構造体Ｓ’の近傍でも脱脂及び熱固結を行うことができるので、第１実施形態に係る成形装置１について説明した利点を第１実施形態よりも享受することができる。すなわち、第１実施形態では、支持構造体Ｓの近傍の第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結は後から一括して行われ得るので、支持構造体Ｓの近傍では脱脂工程及び熱固結工程が十分には細分化されない場合もあるが、第２実施形態では、第１組成物Ｐ１’のすべての脱脂工程及び熱固結工程が細分化可能である。これにより、第１実施形態と比較して、バインダーの脱脂により発生した空隙に起因する成形体の収縮をさらに抑制するとともに、熱固結体の亀裂や破損の発生をさらに抑制することが可能である。
【０１５０】
なお、上記例では、第１組成物Ｐ１’及び第２組成物Ｐ２’の各々に対してＬＥＤ、脱脂用レーザー、及び熱固結用レーザーが一つずつ（すなわち、全体としてはＬＥＤ、脱脂用レーザー、及び熱固結用レーザーが二つずつ）設けられているが、これらの一部が省略されてもよい。すなわち、単一のＬＥＤを用いて第１組成物Ｐ１’及び第２組成物Ｐ２’の両方の固定化が行われてもよく、同様に単一の脱脂用レーザーや単一の熱固結用レーザーにより第１組成物Ｐ１’及び第２組成物Ｐ２’の両方の脱脂や熱固結が行われてもよい。
【０１５１】
〔第３実施形態〕
次に、図１０〜図１３を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、支持材料が高い耐熱性を有する有機材料である点で、第１実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【０１５２】
［構成］
図１０は、第３実施形態に係る成形装置２０１を示す図である。図１１は、第３実施形態の成形装置２０１のシステム構成の一例を示すブロック図である。
【０１５３】
図１０に示すように、第３実施形態に係る成形装置２０１は、チャンバー２１０、ステージ２１１、供給ユニット２１２、固定化ユニット２１４、加熱ユニット２１６、情報取得ユニット２１８、除去ユニット２２０、及び制御ユニット２２２（図１１参照）を備える。
【０１５４】
第１実施形態の支持材料Ｐｓが、第１組成物Ｐ１の脱脂温度及び熱固結温度において分解する材料であるのに対し、第３実施形態では、第２組成物Ｐ２”は、無酸素雰囲気下では第１組成物Ｐ１”の脱脂温度及び熱固結温度において分解しない支持材料Ｐｓ”を含む。例えば、支持材料Ｐｓ”は、酸素存在下では、第１組成物Ｐ１”の脱脂温度及び熱固結温度において分解する。本明細書において、「無酸素雰囲気下」とは、雰囲気中の酸素が発明の作用効果に実質的な影響を及ぼさない状態を意味し、例えば第１組成物Ｐ１”の熱固結温度において支持材料Ｐｓ”が第１組成物Ｐ１”の熱固結体を支持することができる程度の量の酸素が存在する状態を含む。例えば、無酸素雰囲気下の酸素濃度は、０体積％〜０．１体積％であり、好ましくは０体積％〜０．０５体積％であり、さらに好ましくは０体積％〜０．０１体積％である。また、「酸素存在下」とは、３００℃〜５００℃程度の高温で一般的な有機物の燃焼が生じる程度の量の酸素が存在する状態を意味する。
【０１５５】
支持材料Ｐｓ”は、例えば、全芳香ポリアミド系樹脂（アラミド樹脂）など高い耐熱性を有するエンジニアリングプラスチックである。例えば、支持材料Ｐｓ”は、ポリ−ｍ−フェニレンイソフタルアミドである。
【０１５６】
第１実施形態と同様に、チャンバー２１０の内部圧力は、チャンバー２１０に接続された真空ポンプ２１０ａにより変更可能である。また、チャンバー２１０内部の雰囲気は、ガスボンベ２１０ｂに収容されたガス（例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガス）で置換され得る。ガスボンベ２１０ｂからのガスの流量などは、流量制御部２１０ｃにより制御され得る。なお、必要に応じて複数の種類のガスがチャンバー２１０に供給されてもよい。
【０１５７】
通常、上記の条件を満たす支持材料Ｐｓ”は熱可塑性を有するので、第３実施形態では、固定化ユニット２１４は、第１実施形態の第２ＬＥＤ４２の代わりに、融解用レーザー２４２を有する。融解用レーザー２４２は、融解用レーザー移動機構２４６により適宜移動可能である。融解用レーザー２４２は、熱可塑性組成物である支持材料Ｐｓ”にレーザー光を照射することにより、当該支持材料Ｐｓ”を加熱融解させることができる。その後、支持材料Ｐｓ”がステージ２１１上で自然冷却されることにより、第２組成物Ｐ２”がステージ２１１上で固定化される。ただし、固定化ユニット２１４の構成は上記例に限定されず、支持材料Ｐｓ”の性質に応じて適宜変更され得る。
【０１５８】
［成形体の製造方法］
次に、図１２及び図１３を参照して、第３実施形態の成形装置２０１の成形体の製造方法の一例について説明する。
図１２は、第３実施形態の成形装置２０１による成形体の製造方法の一例を示す図であり、成形装置２０１による成形体の製造方法の一連のプロセス（ａ）〜（ｊ）を示す。
【０１５９】
図１２（ａ）〜図１２（ｉ）のプロセスは、無酸素雰囲気下で行われる。このため、図１２（ａ）の前に、チャンバー２１０の内部が真空引き又はガス置換により無酸素雰囲気とされる。
【０１６０】
図１２（ａ）〜図１２（ｅ）のプロセスは、第２組成物Ｐ２”の固定化にＬＥＤではなく融解用レーザー２４２を用いる点を除き、実質的に図４（ａ）〜図４（ｅ）と同様である。すなわち、第１組成物Ｐ１”が吐出器２３０から吐出されてＬＥＤ２４０により固定化され（図１２（ａ））、脱脂用レーザー２５０及び熱固結用レーザー２５２により脱脂及び熱固結が行われる（図１２（ｂ））。成形体の第１層のうち第１組成物Ｐ１”の無機材料から形成される部分に熱固結体Ｃ”が形成された後、第２組成物Ｐ２”が融解用レーザー２４２から吐出される（図１２（ｃ））。第２組成物Ｐ２”は、融解用レーザー２４２により一旦融解された後、自然冷却により固化し、ステージ２１１上で固定化されて支持構造体Ｓ”を形成する。第２組成物Ｐ２”の吐出及び固定化が繰り返され（図１２（ｄ））、熱固結体Ｃ”及び支持構造体Ｓ”から成る第１層が形成される。次いで、第２層の形成が開始され、第２層を構成する第１組成物Ｐ１”の吐出及び固定化が行われる（図１２（ｅ））。
【０１６１】
図１２（ｆ）では、成形体の第２層のうち第１組成物Ｐ１”の無機材料から形成される部分に、第１組成物Ｐ１”が供給され、固定化され、脱脂され、熱固結されている。ここで、第１実施形態では、図４（ｆ）に示すように、支持構造体Ｓの分解を抑制するために、支持構造体Ｓの近傍では、第１組成物Ｐ１の脱脂及び熱固結が行われないのに対し、第３実施形態では、無酸素雰囲気下で第２組成物Ｐ２”の支持構造体Ｓ”が分解する温度は、第１組成物Ｐ１”の熱固結温度よりも高いので、第２実施形態と同様に、第１組成物Ｐ１”が供給される位置が支持構造体Ｓ”の近傍であるか否かにかかわらず、ステージ２１１上に供給されたすべての第１組成物Ｐ１”に対して脱脂及び熱固結が行われ得る。なお、脱脂や熱固結のために第１組成物Ｐ１”を加熱すると、当該第１組成物Ｐ１”の近傍の支持構造体Ｓ”は一旦融解し得るが、上記のとおり支持構造体Ｓ“は無酸素雰囲気下では分解しないので、自然冷却により再び固化することになる。次いで、図１２（ｃ）と同様に、成形体の第２層のうち材料が存在しない空間となる部分に、第２組成物Ｐ２”が第２吐出器２３２から供給されるとともに、融解用レーザー２４２により第２組成物Ｐ２”の融解が行われる。
【０１６２】
図１２（ｇ）では、成形体の第２層のうち材料が存在しない空間となる部分に、支持構造体Ｓ”が形成されている。続いて、図１２（ｈ）では、第２層と同様に、第１組成物Ｐ１”及び第２組成物Ｐ２”から成る第３層が形成される。図１２（ｉ）では、全体として第１組成物Ｐ１”の無機材料から形成される第４層が形成される。
【０１６３】
最後に、支持構造体Ｓ”を除去するために、大気や酸素ガスなどの導入によりチャンバー２１０の内部に酸素が導入された後、除去ユニット２２０の加熱装置２８０や除去用レーザー２８２による加熱処理が行われる。支持構造体Ｓ”は、無酸素雰囲気下で高い耐熱性を有する一方、酸素存在下では無酸素雰囲気下よりも低い耐熱性を有するので、このような酸素存在下の加熱処理により支持構造体Ｓ”を除去することが可能である。これにより、図１２（ｊ）に示すような空間を有する無機材料の成形体Ｍ”が得られる。
【０１６４】
図１３は、第３実施形態の成形装置２０１による成形体の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図５に示した成形装置１による成形体の製造方法と比較すると、チャンバー２１０の内部の雰囲気を変更することにより支持構造体Ｓ”の除去を行う点と、第２組成物Ｐ２”の固定化にＬＥＤではなく融解用レーザー２４２を使用する点と、が相違する。
【０１６５】
第３実施形態では、まずチャンバー２１０の内部の無酸素化が行われる（Ｓ３０００）。例えば、制御ユニット２２２は、チャンバー２１０内を不活性ガスで置換するように真空ポンプ２１０ａや流量制御部２１０ｃに指示する。
【０１６６】
次いで、第１層の形成が開始される（Ｓ３００２）。第１組成物Ｐ１”の層形成は、第１実施形態と同様に行われる。図１３のＳ３００４〜Ｓ３０１８は、図５のＳ１００２〜Ｓ１０２０に対応する。
【０１６７】
第１組成物Ｐ１”の層形成が完了したと判定された場合（Ｓ３０１８：ＹＥＳ）、フローは第２組成物Ｐ２”の層形成（Ｓ３０２０〜Ｓ３０３０）に進む。図１３のＳ３０２０〜Ｓ３０３０は、第２組成物Ｐ２”の固定化を行うためにＬＥＤ４２ではなく融解用レーザー２４２を使用する点を除き、図５のＳ１０２２〜Ｓ１０３２に対応する。
【０１６８】
第２組成物Ｐ２”の層形成が完了したと判定された場合（Ｓ３０３０：ＹＥＳ）、制御ユニット２２２は、第１層の形成が完了したと判定する（Ｓ３０３２）。
【０１６９】
次いで、制御ユニット２２２は、成形体全体の形成が完了したか否かを判定する（Ｓ３０３４）。成形体全体の形成が完了していないと判定された場合（Ｓ３０３４：ＮＯ）、制御ユニット２２２は、ステージ２１１をｚ方向に移動させるようにステージ移動機構２１１ａに指示する（Ｓ３０３６）。その後、フローはＳ３００２に戻り、第２層の形成が開始される。
【０１７０】
一方、成形体全体の形成が完了したと判定された場合（Ｓ３０３４：ＹＥＳ）、制御ユニット２２２は、チャンバー２１０の内部に例えば大気を導入するように真空ポンプ２１０ａや流量制御部２１０ｃに指示するとともに、除去すべき支持構造体Ｓ”を加熱するように加熱装置２８０や除去用レーザー２８２に指示する（Ｓ３０３８）。これにより支持構造体Ｓ”が除去され、所望の形状の成形体が得られる。
【０１７１】
［効果］
第３実施形態に係る成形装置２０１によれば、第２実施形態と同様に、支持構造体Ｓ”の近傍でも脱脂及び熱固結を行うことができるので、第１実施形態と比較して、バインダーの脱脂により発生した空隙に起因する成形体の収縮をさらに抑制するとともに、熱固結体の亀裂や破損の発生をさらに抑制することが可能である。また、第３実施形態では、第２実施形態と異なり、第２組成物Ｐ２”の脱脂及び熱固結を行う必要がないので、第２実施形態と比較して、成形装置２０１の構成及び成形作業を簡素化することが可能である。これにより、自由度の向上した３次元造形をより低コストかつ高速で実行することができる。
【０１７２】
〔変形例〕
上記例では、組成物の吐出、固定化、脱脂、及び熱固結が完了した後に、ステージがｘ方向又はｙ方向に移動して、次の組成物の吐出が行われるが、成形プロセスはこれに限定されない。例えば、組成物の固定化後、脱脂ステップの前にステージの移動が行われて、脱脂や熱固結と並行して次の組成物の吐出や固定化が行われてもよい。また、組成物の固定化と並行して次の組成物の吐出が行われてもよい。例えば、吐出器からの組成物の吐出が間欠的でなく連続的に行われる場合には、組成物は絶えず供給され続けるので、組成物の供給と並行して、供給された組成物の固定化、脱脂、及び熱固結、並びにステージやレーザーなどの各構成要素の移動が行われ得る。
【０１７３】
上記例では、組成物がステージ上に着地した後に、ＬＥＤや融解用レーザーによる固定化のための光照射が行われるが、この固定化処理のタイミングはこれに限定されない。例えば、組成物が吐出されて落下している間に光照射が行われてもよい。
【０１７４】
上記例では、脱脂用レーザー及び熱固結用レーザーがほぼ同じ領域にレーザー光を照射しているが、これらの照射位置は必ずしも同じでなくてよい。例えば、熱固結用レーザーの照射位置が脱脂用レーザーの照射位置から一定距離（例えば１ｍｍ程度）離れるようにして、脱脂用レーザーによる照射を追随するように熱固結用レーザーの照射を制御してもよい。
【０１７５】
上記例では、脱脂ステップの前にＬＥＤ又は融解用レーザーを用いてステージ上に組成物を暫定的に固定化することにより成形装置の動作が安定化され得るが、例えば、この固定化ステップを省略して、ステージへの組成物の着地が検知された場合に脱脂用レーザーの照射を行い、バインダーの脱脂を行ってもよい。
【０１７６】
上記例では、固定化ユニットと加熱ユニットとが別途の構成要素として設けられているが、例えば、組成物中の光硬化性組成物を硬化させるための光源として加熱ユニットの脱脂用レーザーや熱固結用レーザーを使用することも可能である。この場合、固定化時には当該レーザーの出力を弱めて使用し、脱脂及び熱固結を行う際には当該レーザーの出力を高めて使用することになる。これにより、成形装置の構成を簡略化することができる。
【０１７７】
上記例では、熱固結ステップを実行した後かつ組成物の着地を検知する前に、制御部により吐出器の吐出位置並びに固定化ユニット及び加熱ユニットの照射位置が決定されるとともにこれらの配置が変更され得るが、このような吐出位置及び照射位置の決定及び配置変更のタイミングはこれに限定されない。制御部は、任意のタイミングで吐出器の吐出位置並びに固定化ユニット及び加熱ユニットの照射位置を決定するとともに、任意のタイミングでこれらの配置の変更を吐出器移動機構、ＬＥＤ移動機構、脱脂用レーザー移動機構、及び熱固結用レーザー移動機構などに指示することができる。
【０１７８】
上記例では、情報取得ユニットにより取得された情報に基づき吐出位置及び照射位置が決定されるが、このような情報を用いずに、予め設定された吐出位置及び照射位置のシークエンスに従って組成物の吐出及び各ステップが実行されてもよい。同様に、上記例では、情報取得ユニットにより取得された情報に基づき固定化ユニットや加熱ユニットの照射タイミングなどが決定されるが、このような情報を用いずに、吐出器が実際に吐出を行うタイミングや組成物の密度、吐出量、吐出器とステージとの間の距離などに基づき、固定化ユニットや加熱ユニットの照射タイミングが決定されてもよい。
【０１７９】
上記例では、成形サイクルごとに制御ユニットが次の吐出位置及び照射位置を決定しているが、制御ユニットは、例えば、第１吐出器及び第２吐出器を所定の方向に一定のスピードで動かし続けながら、各位置において第１吐出器及び第２吐出器の吐出の有無、脱脂や熱固結の有無などを決定してもよい。この場合、ある程度の吐出作業が完了した段階で、情報取得ユニットにより取得された情報に基づき、それまでに第１組成物及び第２組成物が吐出されたが脱脂や熱固結が適切に行われていないと判定された位置において、さらに吐出や熱固結を行うことが可能である。
【０１８０】
上記例では、ステージをｚ方向に段階的に降下させて、成形体を下から１層ずつ形成していくプロセスを説明したが、必ずしも層単位で成形を行う必要はない。例えば、吐出器、固定化ユニット、及び加熱ユニットの高さや向きを適宜変更することにより、ステージをｚ方向に動かすことなく、ステージ上で組成物を積み上げていくことで成形体を成形することも可能である。この場合、吐出器、固定化ユニット、及び加熱ユニットは、吐出器移動機構、ＬＥＤ移動機構、及び脱脂用レーザー移動機構、及び熱固結用レーザー移動機構により、ｚ方向にも移動可能であってよい。
【０１８１】
また、上記例では、決定された吐出位置及び照射位置に基づき吐出器、固定化ユニット、及び加熱ユニットを移動させているが、吐出器、固定化ユニット、及び加熱ユニットを移動させる代わりに、ｘ方向及びｙ方向においてステージを移動させてもよい。すなわち、吐出器、固定化ユニット、及び加熱ユニットの位置を固定し、ステージをｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動させてもよい。あるいは、ステージ、吐出器、固定化ユニット、及び加熱ユニットがいずれもｘ方向及びｙ方向に移動可能であってもよい。
【０１８２】
上記例では、成形体を構成する材料として１種類の無機材料（無機粒子Ｐａ、Ｐａ１’、Ｐａ”）が用いられているが、２種類以上の無機材料が用いられてもよい。異なる種類の無機材料の数に応じて、吐出器などの供給手段、ＬＥＤなどの固定化手段、脱脂用レーザーや熱固結用レーザーなどの加熱手段などの数も適宜変更され得る。
【０１８３】
上記例では、組成物を供給する供給器として吐出器が用いられているが、供給器はこれに限定されない。例えば、組成物が一定以上の大きさの固体である場合には、物理的な把持や磁気的作用などによる吸着によって組成物を保持するとともにステージ上の任意の場所に配置することができる微細アーム機構が供給器として使用されてもよい。
【０１８４】
上記例では、第１組成物Ｐ１など無機粒子を含む組成物として無機粒子がバインダーに分散したものについて説明したが、当該組成物の構成はこれに限定されない。例えば、無機粒子を有機バインダー（例えば熱可塑性樹脂）でコーティングしたものも利用可能である。この場合、例えば、固定化ユニットは、ＬＥＤの代わりに融解用レーザーを有し、吐出された組成物の有機コーティングを融解用レーザーで融解させて自然冷却により固化させ、当該組成物をステージ上で固定化することができる。
【０１８５】
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１８６】
１、１０１、２０１  成形装置
１０、１１０、２１０  チャンバー
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ  真空ポンプ
１１、１１１、２１１  ステージ
１１ａ、１１１ａ、２１１ａ  ステージ移動機構
１２、１１２、２１２  供給ユニット
１４、１１４、２１４  固定化ユニット
１６、１１６、２１６  加熱ユニット
１８、１１８、２１８  情報取得ユニット
２０、１２０、２２０  除去ユニット
２２、１２２、２２２  制御ユニット
３０、１３０、２３０  第１吐出器（第１供給部）
３２、１３２、２３２  第２吐出器（第２供給部）
３４、１３４、２３４  第１吐出器移動機構
３６、１３６、２３６  第２吐出器移動機構
４０、１４０  第１ＬＥＤ
４２、１４２  第２ＬＥＤ（光源）
４４、１４４  第１ＬＥＤ移動機構
４６、１４６  第２ＬＥＤ移動機構
５０、２５０  脱脂用レーザー（脱脂用熱源）
５２、２５２  熱固結用レーザー（熱固結用熱源）
５４、２５４  脱脂用レーザー移動機構
５６、２５６  熱固結用レーザー移動機構
７０、１７０、２７０  撮影装置
７２、１７２、２７２  撮影装置移動機構
８０、２８０  加熱装置
８２、２８２  除去用レーザー
８４、２８４  除去用レーザー移動機構
９０、１９０、２９０  入力部
１５０  第１脱脂用レーザー
１５２  第１熱固結用レーザー
１５４  第２脱脂用レーザー
１５６  第２熱固結用レーザー
１５８  第１脱脂用レーザー移動機構
１６０  第１熱固結用レーザー移動機構
１６２  第２脱脂用レーザー移動機構
１６４  第２熱固結用レーザー移動機構
１８０  除去剤供給器１８０
１８２  除去剤供給器移動機構１８２
２１０ｂ  ガスボンベ
２１０ｃ  流量制御部
２４０  ＬＥＤ
２４２  融解用レーザー
２４４  ＬＥＤ移動機構
２４６  融解用レーザー移動機構
【図１】
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【図２】
2020100885.tif 000004
【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】
2020100885.tif 000009
【図８】
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【図９】
2020100885.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2020100885.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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