(57)【要約】【課題】スラリー方式の立体造形物の製造において、平坦な粒子含有層を形成することができる立体造形物の製造装置の提供。【解決手段】粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成手段と、前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化手段と、前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与手段と、を有する立体造形物の製造装置である。【選択図】図３Ｂ
2020151931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成手段と、
前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化手段と、
前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与手段と、
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２】
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ難揮発性の流体である、請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項３】
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上の流体である、請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項４】
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ揮発して造膜する流体である、請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項５】
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ前記樹脂溶液よりも比重が大きい流体である、請求項１に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項６】
前記空隙閉塞材が、前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞する空隙閉塞粒子を含有する、請求項１から５のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項７】
前記空隙閉塞粒子が、焼結助剤である、請求項６に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項８】
前記空隙閉塞粒子が、前記樹脂溶液が含有する粒子と同組成である、請求項６に記載の立体造形物の製造装置。
【請求項９】
前記空隙閉塞材付与手段がインクジェットユニットである、請求項１から８のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項１０】
前記粒子含有層における非造形領域を溶解液により溶解除去する溶解除去手段を有し、
前記空隙閉塞材付与手段が、前記粒子含有層における造形領域及び非造形領域に前記空隙閉塞材を付与し、
前記粒子含有層における非造形領域に付与された前記空隙閉塞材が前記溶解液に可溶である、請求項１から９のいずれかに記載の立体造形物の製造装置。
【請求項１１】
粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成工程と、
前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化工程と、
前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を埋めるように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項１２】
前記層形成工程と、前記硬化工程と、前記空隙閉塞材付与工程とをこの順に複数回行う、請求項１１に記載の立体造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形物の製造装置及び立体造形物の製造方法に関する。
【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）は、レーザー焼結方式（ＳＬＳ）、電子ビーム焼結方式（ＥＢＭ）、又はバインダージェット方式（ＢＪ）に大別される。
【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ス、ガラスを用いるものなどもある。金属やセラミックスについては、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。
粉末の積層方式としては、乾燥した粉末を積層するドライパウダー方式と、粉末と樹脂溶液との混合物（スラリー）を積層するスラリー方式などが用いられている。
【０００４】
スラリー方式としては、例えば、粒体を含む層に結着液を塗布して硬化させる造形方法の（ｋ＋１）層目の張り出し部の形成時において、前記張り出し部における（ｋ＋１）層目に塗布したスラリーの液体成分がｋ層目のサポート部に浸透することを抑制するために、（ｋ＋１）層目の張り出し部に重なるｋ層目のサポート部の領域に結着液を塗布して薄い下地層を形成する方法が提案されている（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、スラリー方式の立体造形物の製造において、平坦な粒子含有層を形成することができる立体造形物の製造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】
【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物の製造装置は、粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成手段と、前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化手段と、前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、スラリー方式の立体造形物の製造において、平坦な粒子含有層を形成することができる立体造形物の製造装置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、従来の立体造形物の製造装置の一例を示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の第１の実施形態に係る立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の第１の実施形態に係る立体造形物の製造装置の動作の一例を示す概略図である。
【図４】図４は、本発明の第２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図である。
【図５】図５は、本発明の第３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図である。
【図６】図６は、本発明の第４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図である。
【図７】図７は、本発明の第５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図である。
【図８】図８は、本発明の第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図である。
【図９】図９は、本発明の第７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図である。
【図１０】図１０は、本発明の第８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図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（立体造形物の製造装置及び立体造形物の製造方法）
本発明の立体造形物の製造装置は、粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成手段と、前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化手段と、前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与手段と、を有し、層乾燥手段、溶解除去手段、及び焼結手段を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成工程と、前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化工程と、前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を埋めるように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与工程と、を含み、層乾燥工程、溶解除去工程、及び焼結工程を有することが好ましく、更に必要に応じてその他の工程を含む。
本発明の立体造形物の製造方法は、本発明の立体造形物の製造装置を用いて好適に実施することができ、前記層形成工程は前記層形成手段により好適に実施することができ、前記硬化工程は前記硬化手段より好適に実施することができ、前記空隙閉塞材付与工程は前記空隙閉塞材付与手段により好適に実施することができ、前記層乾燥工程は前記層乾燥手段、前記溶解除去工程は前記溶解除去手段により好適に実施することができ、前記焼結工程は前記焼結手段により好適に実施することができ、前記その他の工程は前記その他の手段により好適に実施することができる。
【００１０】
本発明者らは、スラリー方式の立体造形物の製造において、平坦な粒子含有層を形成することができる立体造形物の製造装置について検討したところ、以下の知見を得た。
従来技術では、張り出し部の下層に位置するサポート部へのスラリーの液体成分の浸透を抑制するために、張り出し部の下層に位置するサポート部のスラリー層表面に結着剤を塗布しているが、張り出し部以外の領域については、スラリーの液体成分の浸透を抑制することができないという問題がある。
また、従来技術では、造形領域に結着剤を塗布したのち、紫外線照射により前記結着剤を硬化する必要があるため、装置コストが大きくなるという問題がある．
【００１１】
そこで、本発明者らは、粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成手段と、前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化手段と、前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与手段と、を有する立体造形物の製造装置とすることにより、粒子含有層上に供給した樹脂溶液の液体成分が当該粒子含有層へ浸透することを抑制することでき、それにより供給した樹脂溶液の高粘度化を抑制できるため、平坦な粒子含有層を形成することができることを見出した。
【００１２】
＜層形成工程及び層形成手段＞
前記層形成工程は、粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する工程である。
前記層形成手段は、粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する手段である。
前記層形成工程は、前記層形成手段により好適に実施することができる。
【００１３】
−支持体−
前記支持体（以降、液体材料層保持手段と称することがある）としては、前記樹脂溶液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、前記樹脂溶液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、前記樹脂溶液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。
【００１４】
−粒子含有層の形成−
前記樹脂溶液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るが、例えば、樹脂溶液（「スラリー」又は「スラリー材料」と称することがある）を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、前記スラリーをブラシ、ローラ、ブレード等の部材を用いて薄層に拡げる方法、前記粒子含有層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。
【００１５】
前記カウンター回転機構（カウンターローラ）、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スラリー材料を載置させるには、例えば、以下のようにして行うことができる。即ち、例えば、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スラリー材料を、前記カウンター回転機構（カウンターローラ）、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、前記粒子含有層（スラリー層）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スラリー材料を載置させる。以上により、前記スラリー材料を前記支持体上に薄層に載置させることができる。
【００１６】
なお、このようにして薄層に載置させた前記スラリー材料に対し、レーザーや電子線、或いは、後述する造形液を作用させると硬化が生ずる。ここで得られた薄層の硬化物上に、上記と同様にして、前記スラリー材料を薄層に載置させ、この薄層に載置された前記スラリー材料（層）に対し、前記レーザーや電子線、或いは造形液を作用させると硬化が生ずる。このときの硬化は、前記薄層に載置された前記スラリー材料（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硬化物との間でも生ずる。その結果、前記薄層に載置された前記スラリー材料（層）の約２層分の厚みを有する硬化物（立体造形物）が得られる。
【００１７】
また、前記スラリー材料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、前記スラリー材料を積層するためのリコーターと、前記スラリー材料を前記支持体上に供給するための可動式供給槽と、前記粉末材料を薄層に載置し、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粉末材料を薄層に配置させることができ、前記リコーターを繰り返し移動させることにより、薄層の前記スラリー材料を積層させることができる。この粉末積層造形装置をそのままスラリー積層用に置き換えてもよいし、リコーター部分をシート成形用のドクターブレードに変えてもよい。
【００１８】
前記粒子含有層の厚みとしては、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、３μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。前記平均厚みが、３μｍ以上であると、立体造形物が得られるまでの時間が適正であり、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。一方、前記平均厚みが、２００μｍ以下であると、立体造形物の寸法精度が充分に得られる。なお、前記平均厚みは、公知の方法に従って測定することができる。
【００１９】
前記粒子含有層から溶媒が揮発した後の表面粗さ（Ｒａ）としては、０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。前記表面粗さ（Ｒａ）が、０．１μｍ以上であると、適度に表面が荒れることでインクの浸透性を促すことができ、１０μｍ以下であると、造形液の量が積層面に対して均一に付与することができる。また、前記粒子含有層の表面粗さ（Ｒａ）が上記範囲であると、造形で得られたグリン体における層間の接着力を十分に得ることができる。
また、スラリーが乾燥工程を経て乾燥して安定になった状態での表面粗さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。スラリーの状態が安定であると、積層時ごとのばらつきを小さくすることができる。
前記表面粗さ（Ｒａ）の測定は、以下のようにして行うことができる。前記粒子含有層は、樹脂溶液（スラリー）を敷き、必要に応じて溶剤の除去などを施し、造形液を付与する前の状態にする。このときの第一の立体造形用材料の層について、レーザー顕微鏡（装置名：ＶＫ−Ｘ２５０、株式会社キーエンス製）を用いて層表面の５箇所を任意に選択して測定する。対物レンズは２０倍を用い、得られた測定値から平均値を求め、表面粗さ（Ｒａ）とする。
【００２０】
−粒子含有層−
前記粒子含有層は、粒子を含有する樹脂溶液を層形成手段により平坦化されることにより形成される層である。
【００２１】
−−樹脂溶液−−
前記樹脂溶液は、粒子と、溶解した樹脂を含有しており、溶媒、更に必要に応じてその他の成分を含有する。なお、本明細書では、樹脂溶液をスラリーと称することがある。
【００２２】
−−−粒子−−−
前記粒子の形状、構造、平均粒子径、材質としては、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。
前記粒子の材質としては、例えば、金属、セラミックスなどが挙げられる。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。
前記金属としては、例えば、ステンレス、アルミニウム、チタンなどが挙げられる。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。
前記セラミックスとしては、例えば、ガラス、アルミナ、ジルコニアなどが挙げられる。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】
−−−溶媒−−−
前記溶媒としては、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、水、有機溶媒などが挙げられる。
前記有機溶媒としては、例えば、アセトン、エタノール、ベンゼン、クロロホルム、トルエンなどが挙げられる。
【００２４】
−−−樹脂−−−
前記樹脂としては、樹脂溶液の溶媒に種類に応じて適宜選択することができる。
前記溶媒が水である場合には、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）などが挙げられる。
前記溶媒が有機溶媒である場合には、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ビフェニル、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。
【００２５】
−−−その他の成分−−−
前記その他の成分としては、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、脱水縮合剤、分散剤、可塑剤、焼結助剤などが挙げられ、特に脱水縮合剤を添加することが好ましい。前記樹脂溶液が、前記分散剤を含むと、前記粒子の分散性を改善し、静止時の沈降を抑制することができる点で好ましく、グリンシート又はグリン体を造形する際に粒子が連続して存在しやすくなる。また、前記可塑剤を含むと、前記樹脂溶液からなるグリンシート又はグリン体前駆体が乾燥した際に亀裂が入りにくくなる点で好ましい。前記焼結助剤を含むと、得られた積層造形物につき焼結処理を行う場合において、より低温での焼結が可能となる点で好ましい。
【００２６】
−−−−脱水縮合剤−−−−
前記脱水縮合剤は、前記樹脂溶液、及び前記造形液の少なくともいずれかに添加することが好ましい。さらに、添加した場合において得られた立体造形物を加熱処理することがより好ましい。脱水縮合剤の添加や立体造形物の加熱により前記樹脂と前記有機化合物Ｂの間の静電的な相互作用による架橋の一部に共有結合を形成することができ、静電相互作用の結合と共有結合が立体造形物中にて混在することになる。前記静電的な相互作用の結合は、水親和性が高いため吸水して膨潤することにより曲げ弾性率や硬度が低下する傾向にあるが、共有結合を有することにより立体造形物の硬度を一定以上保つことができる。その結果、後述する除去工程において立体造形物を取り出す際、変形や欠けなく容易に取り出すことができる。
前記脱水縮合剤とは、付加脱離反応によってエステル・アミド結合等のカルボン酸誘導体を合成するための反応試薬を意味する。
【００２７】
前記脱水縮合剤としては、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、カルボジイミド縮合剤、イミダゾール縮合剤、トリアジン縮合剤、ホスホニウム縮合剤、ウロニウム縮合剤、ハロウニウム縮合剤などが挙げられる。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。
前記カルボジイミド縮合剤としては、１−［３−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミド、塩酸１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド、Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＣＣ）、Ｎ，Ｎ’−ジイソプロピルカルボジイミドなどが挙げられる。
前記イミダゾール縮合剤としては、Ｎ，Ｎ’−カルボニルジイミダゾール、１，１’−カルボニルジ（１，２，４−トリアゾール）などが挙げられる。
前記トリアジン縮合剤としては、４−（４，６−ジメトキシ−１，３，５−トリアジン−２−イル）−４−メチルモルホリニウム＝クロリドｎ水和物、トリフルオロメタンスルホン酸（４，６−ジメトキシ−１，３，５−トリアジン−２−イル）−（２−オクトキシ−２−オキソエチル）ジメチルアンモニウムなどが挙げられる。
前記ホスホニウム縮合剤としては、１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−イルオキシトリス（ジメチルアミノ）ホスホニウムヘキサフルオロリン酸塩、１Ｈ−ベンゾトリアゾール−１−イルオキシトリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロリン酸塩、（７−アザベンゾトリアゾール−１−イルオキシ）トリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロリン酸塩、クロロトリピロリジノホスホニウムヘキサフルオロリン酸塩、ブロモトリス（ジメチルアミノ）ホスホニウムヘキサフルオロリン酸塩、３−（ジエトキシホスホリルオキシ）−１，２，３−ベンゾトリアジン−４（３Ｈ）−オンなどが挙げられる。
前記ウロニウム縮合剤としては、Ｏ−（ベンゾトリアゾール−１−イル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロリン酸塩、Ｏ−（７−アザベンゾトリアゾール−１−イル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロリン酸塩、Ｏ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロホウ酸塩、Ｏ−（Ｎ−スクシンイミジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロリン酸塩、Ｏ−（３，４−ジヒドロ−４−オキソ−１，２，３−ベンゾトリアジン−３−イル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロホウ酸塩、Ｓ−（１−オキシド−２−ピリジル）−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルチウロニウムテトラフルオロホウ酸塩、Ｏ−［２−オキソ−１（２Ｈ）−ピリジル］−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルウロニウムテトラフルオロホウ酸塩、｛｛［（１−シアノ−２−エトキシ−２−オキソエチリデン）アミノ］オキシ｝−４−モルホリノメチレン｝ジメチルアンモニウムヘキサフルオロリン酸塩などが挙げられる。
前記ハロウニウム縮合剤としては、２−クロロ−１，３−ジメチルイミダゾリニウムヘキサフルオロリン酸塩、１−（クロロ−１−ピロリジニルメチレン）ピロリジニウムヘキサフルオロリン酸塩、２−フルオロ−１，３−ジメチルイミダゾリニウムヘキサフルオロリン酸塩、フルオロ−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルホルムアミジニウムヘキサフルオロリン酸塩などが挙げられる。
これらの中でも、水やアルコール等の極性溶媒中にて反応が起こるトリアジン縮合剤として、４−（４，６−ジメトキシ−１，３，５−トリアジン−２−イル）−４−メチルモルホリニウム＝クロリドｎ水和物（ＤＭＴ−ＭＭ）が好ましい。
【００２８】
前記脱水縮合剤の含有量としては、立体造形物の硬度の観点から、前記第一の立体造形用液体材料、及び前記造形液の少なくともいずれか１００質量部に対して、３質量部以上２０質量部以下が好ましい。
【００２９】
＜層乾燥工程及び層乾燥手段＞
前記層乾燥手段は、前記層形成工程後、前記硬化工程前において、得られたスラリー層を乾燥させる手段である。
前記層乾燥工程は、前記層形成工程後、前記硬化工程前において、得られたスラリー層を乾燥させる工程であり、層乾燥手段により行われる。もちろん自然乾燥を行ってもよい。前記層乾燥工程において、前記スラリー層中に含まれる水分（溶媒）を揮発させることができる。なお、前記層乾燥工程としては、スラリー層から溶媒をすべて除去することが好ましい。前記層乾燥手段としては、例えば、公知の乾燥機などが挙げられる。
スラリー層を平坦化し、乾燥させることによって、溶液中の樹脂が粒子表面に析出し、被膜を形成する。
【００３０】
前記層乾燥工程における乾燥時間は適宜変更することができる。
【００３１】
＜硬化手段及び硬化工程＞
前記硬化工程は、前記粒子含有層における造形領域の硬化をする工程である。
前記硬化手段は、前記粒子含有層における造形領域の硬化をする手段である。
前記硬化工程は、前記硬化手段により好適に実施することができる。
前記「硬化」とは、前記粒子含有層における樹脂が造形液により溶解及び固化することを意味する。
【００３２】
前記造形領域は、粒子含有層に造形液を付与して立体造形物を造形する領域を意味する。なお、造形領域に対して、非造形領域は、粒子含有層において造形液を付与せずに立体造形物を造形しない領域を意味する。
【００３３】
前記造形液としては、樹脂溶液中の樹脂と反応して樹脂を溶解及び固化させ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る。
前記造形液としては、樹脂が水溶性の場合には、例えば、水などが挙げられる。
また、前記造形液としては、樹脂が有機溶剤に可溶な場合には、例えば、有機溶媒などが挙げられる。前記有機溶媒としては、例えば、前記樹脂溶液に用いる有機溶媒と同様のものを用いることができる。
前記造形液としては、その他にも、水性媒体、粘度調整剤、樹脂を架橋させる架橋剤、その他の成分などを含有させることができる。
【００３４】
前記水性媒体としては、例えば、水、メタノール、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、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。これらの中でも、水が好ましい。なお、前記水性媒体は、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。
前記水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、超純水などが挙げられる。
【００３５】
前記その他の成分としては、例えば、脱水縮合剤、界面活性剤、保存剤、防腐剤、安定化剤、ｐＨ調整剤などが挙げられる。
【００３６】
前記造形液は、各種の積層造形物、構造体の簡便かつ効率的な製造に好適に用いることができ、後述する本発明の立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置に特に好適に用いることができる。
【００３７】
前記造形液の前記粒子含有層（スラリー層）へ付与する硬化手段としては、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で用いられている液体吐出手段などが挙げられる。本発明においては、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、前記インクジェット方式で用いられる液体吐出手段（圧電アクチュエーター等の振動素子を用い、複数ノズルから液滴を吐出するもの）が好ましい。
前記乾燥工程を行う場合には、粒子表面に析出した樹脂によって形成された被膜を、前記造形液により溶解及び固化することによって、ＵＶ照射装置などの高コストな機器を用いることなく、粒子含有層を硬化することができる。
【００３８】
＜空隙閉塞材付与工程及び空隙閉塞材付与手段＞
前記空隙閉塞材付与工程は、前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する工程である。
前記空隙閉塞材付与手段は、前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する手段である。
前記空隙閉塞材付与工程は、前記空隙閉塞材付与手段により好適に実施することができる。
【００３９】
「露出表面」とは、前記粒子含有層の支持体に面する側とは逆側における最表面を意味する。
「空隙」とは、前記粒子含有層を構成する粒子同士が形成する隙間を意味する。
【００４０】
前記空隙閉塞材付与手段としては、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、ディスペンサー、インクジェットユニットなどが挙げられる。これらの中でも、インクジェットユニットが好ましい。前記空隙閉塞材付与手段が、インクジェットユニットであると、粒子含有層に付与する充填材量を空隙に浸透する分だけに調整できる。すると、使用する空隙閉塞材の量を低減できると共に、空隙閉塞材をスキージする（均す）工程が不要になり生産性を向上させることができる。
なお、前記空隙閉塞材付与手段は、前記粒子含有層における造形領域及び非造形領域に前記空隙閉塞材を付与する。
【００４１】
−空隙閉塞材−
前記空隙閉塞材は、前記粒子含有層の空隙を閉塞する材料である。前記空隙閉塞材は、前記粒子含有層に付与すると、当該粒子含有層の空隙を充填される。そのため、粒子含有層上に樹脂溶液を付与しても、粒子含有層の空隙に樹脂溶液の液体成分が浸透することを抑制することができ、それにより供給した樹脂溶液の高粘度化を抑制できるため、平坦な粒子含有層を形成することができる。
【００４２】
前記空隙閉塞材としては、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、前記樹脂溶液に対して不溶性の流体であることが必要であり、さらに、難揮発性の流体であること、揮発して造膜する流体、粘度が３００Ｐａ・ｓ以上の流体であること、前記樹脂溶液よりも比重が大きい流体、後述する溶解液により可溶であるなどの特性を有している材料が挙げられる。
また、前記空隙閉塞材としては、後述する溶解液により可溶である材料であることが好ましい。
【００４３】
前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ難揮発性の流体としては、例えば、オイル、イソホロン、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジカルボン酸メチルエステル混合物、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。
なお、前記「難揮発性」とは、揮発性ではない性質を意味し、揮発性の液体よりも揮発しにくい性質を意味している。難揮発性には、不揮発性を含む。前記難揮発性の流体は、常温常圧において、粒子含有層の空隙に浸透した際に、揮発しない流体である。
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ難揮発性の流体であると、粒子含有層上に供給した樹脂溶液の液体成分が下層の粒子含有層へ浸透することを抑制することでき、それにより供給した樹脂溶液の高粘度化を抑制できるため、平坦な粒子含有層を形成することができる。
【００４４】
前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上の流体としては、例えば、オイルが挙げられる。また、樹脂を添加して増粘させたイソホロン、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジカルボン酸メチルエステル混合物、γ−ブチロラクトンなども利用できる．添加樹脂として，例えば，ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ビフェニル、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上の流体であると、粒子含有層上に空隙閉塞材を付与した場合に、前記空隙閉塞材が前記粒子含有層の最表面に留まり樹脂溶液の液体成分の浸透を抑制することができる。そのため、粒子含有層の空隙を全て充填するだけの空隙閉塞材を付与する必要がなく、最表面に留まる分だけ付与すればよいため、使用する空隙閉塞材の量を低減させることができる。
【００４５】
前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ揮発して造膜する流体としては、例えば、樹脂を添加したイソホロン、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコール、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジカルボン酸メチルエステル混合物、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。添加樹脂として、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ビフェニル、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ揮発して造膜する流体であると、空隙に浸透する前に粒子含有層の最表面に留まった状態で造膜する。そのため、樹脂溶液の液体成分の浸透を抑制することができる。そのため、粒子含有層の空隙を全て充填するだけの空隙閉塞材を付与する必要がなく、最表面を造膜するだけ付与すればよいため、使用する空隙閉塞材の量を低減させることができる。
また、前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ揮発して造膜する流体であると、すぐに次の層形成工程に移行することができるため生産性を向上させることができる。
【００４６】
前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ前記樹脂溶液よりも比重が大きい流体としては、例えば、樹脂溶液が水溶液の場合には、エチレングリコール、ジカルボン酸メチルエステル混合物、γ−ブチロラクトンなどが挙げられる。
前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ前記樹脂溶液よりも比重が大きい流体であると、空隙閉塞材と樹脂溶液が混合し、空隙閉塞材が偏析することを防ぐことができる。
【００４７】
前記空隙閉塞材が、前記溶解液により可溶である材料であると、造形物を溶解液に浸漬したときに、粒子が結着していない非造形領域を除去し易くすることができる。溶解液により可溶である材料の空隙閉塞材は造形領域の空隙も充填している状態であるが、造形領域の粒子は粒子同士が結着しているため、溶解液に浸漬しても形状を保持することができるため、粒子同士が決着していない非造形領域のみを除去しやすくすることができる。
例えば、樹脂溶液を「水に可溶かつ有機溶媒に不溶な樹脂」の水溶液、充填材を「水に不溶かつ有機溶媒に可溶な樹脂」とし、溶解液を有機溶媒とする場合におけるそれぞれの材料としては以下のようなものとすることができる。
「水可溶かつ有機溶媒に不溶な樹脂」としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、グルコースなどが挙げられる。
「水不溶かつ有機溶媒に可溶な樹脂」としては、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ビフェニル、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられる。
前記有機溶媒としては、例えば、アセトン、エタノール、ベンゼン、クロロホルムなどが挙げられる。
【００４８】
−−その他の材料−−
前記その他の材料としては、例えば、空隙閉塞粒子などが挙げられる。
【００４９】
−−−空隙閉塞粒子−−−
前記空隙閉塞粒子としては、前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞することができれば特に絵制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、焼結助剤、前記樹脂溶液が含有する粒子と同組成の粒子などが挙げられる。
【００５０】
前記空隙閉塞粒子が、焼結助剤であると、非造形領域の除去後、造形物を焼結するとき、焼結助剤が造形物の焼結を促進することができる。前記空隙閉塞粒子が、焼結助剤であることにより粒子が難焼結材料であっても十分に焼結させることができる。
前記難焼結材料としては、例えば、金属ではアルミニウム、タングステン、チタン、モリブデン、ニオブ、及びそれらの合金、セラミックスでは窒化アルミニウム、アルミナ、炭化物では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．
前記焼結助剤としては、前記粒子と液相を形成する材料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、粒子がアルミニウムもしくはその合金の場合、焼結助剤はシリコン、銅、スズ、マグネシウム、鉄、マンガン、チタン、ニッケル、亜鉛、クロムなどが挙げられる。また、それらと粒子の合金も焼結助剤として利用できる。
【００５１】
前記空隙閉塞粒子が、前記樹脂溶液が含有する粒子と同組成の粒子であると、幾何学的な充填率を向上させ、造形物を高密度化することができる。造形物の粒子密度を向上させるため、最終的な造形物の機械強度を向上させることができる。
【００５２】
前記空隙閉塞材付与工程においては、層形成工程において形成された粒子含有層の空隙を前記空隙閉塞材によって閉塞させることで、形成した粒子含有層の上に再度樹脂溶液を塗布して新たな粒子含有層を形成する場合においても、新たな粒子含有層を形成する樹脂溶液の液体成分が下層の粒子含有層の空隙へ浸透することによって、当該樹脂溶液の粘度が向上し、平坦化が阻害されることを防止することができる。即ち、前記空隙閉塞材を粒子含有層に付与することによって、平坦な粒子含有層を形成することができる。
【００５３】
＜加熱工程及び加熱手段＞
前記加熱工程は、形成した粒子含有層を加熱する工程である。
前記加熱手段は、形成した粒子含有層を加熱する手段である。
前記加熱工程は、前記加熱手段により好適に実施することができる。
前記加熱手段としては、例えば、赤外線ヒーター、ホットプレート、高温加熱炉などが挙げられる。
例えば、ポリアクリル酸とポリエチレンイミンとのポリイオンコンプレックスを１５０℃以上にて１０分間以上加熱することにより、静電相互作用の架橋の一部を化学結合であるアミド結合（共有結合）にすることができることが知られている（Ａｄｖａｎｃｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １５８  （２０１０）  ８４−９３参照）。
【００５４】
前記加熱工程は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、繰り返し積層後、未反応スラリーの除去工程前に行うことが好ましく、また、ポリイオンコンプレックスの静電相互作用による結合を脱水縮合反応させてアミド結合等の共有結合を形成することが可能になる温度から、完全に脱水縮合反応が進みすぎずに静電相互作用による結合が存在する範囲にて行うことが好ましい。加熱による脱水反応が十分に進みすぎると立体造形物が脆くなることがある。立体造形物が脆くなると、欠けなどの不具合なく造形液が付与された領域のみを立体造形物として取り出すことが難しくなる。
前記加熱温度は、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、１００℃以上３００℃以下が好ましく、１００℃以上２００℃以下がより好ましい。
【００５５】
＜溶解除去工程及び溶解除去手段＞
前記溶解除去工程は、前記粒子含有層における非造形領域を溶解液により溶解除去する工程である。
前記溶解除去手段は、前記粒子含有層における非造形領域を溶解液により溶解除去する手段である。
即ち、前記溶解除去工程は、前記層形成工程と前記液体材料付与工程とを順次繰り返して形成した立体造形物を溶解液に浸漬して未反応の粒子含有樹脂溶液（スラリー）を除去する工程である。
前記溶解除去工程において、前記未反応の粒子含有層中に含まれる樹脂を塩にし、水溶性を付与することができる。
【００５６】
前記溶解除去手段としては、例えば、静置による崩壊、超音波照射による崩壊、液体攪拌による崩壊などが挙げられる。
【００５７】
−溶解液−
前記溶解液は、前記樹脂溶液中の樹脂を溶解するアルカリ金属水酸化物を含み、更に必要に応じて、水性媒体、界面活性剤、その他の成分を含有してなる。
【００５８】
−−アルカリ金属水酸化物−−
前記アルカリ金属水酸化物としては、前記樹脂に対して反応性を示し、塩を形成す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、前記樹脂と塩を形成する物質などが挙げられる。
【００５９】
前記アルカリ金属水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。なお、前記反応性とは、前記樹脂の酸性基に対してイオン的相互作用を示し、塩を形成することを意味する。
前記溶解液としては、複数のアルカリ金属水酸化物を含むことが好ましい。
【００６０】
前記アルカリ金属水酸化物の含有量としては、前記溶解液１００質量部に対して、１質量部以上２０質量部以下が好ましい。前記含有量が１質量部以上であると、前記第一の立体造形用液体材料中の樹脂との塩が十分に形成でき、前記第二の立体造形用液体材料中の有機化合物Ｂと反応した樹脂以外の部位（未反応の樹脂）のみを溶解させることができるため、得られるグリンシート又はグリン体を損傷無く取り出すことができる。一方、前記含有量が、２０質量部以下であると、前記溶解液の粘度を低くでき、前記グリン体の細かい部分まで液体材料が浸漬し、グリン体をより精度よく取り出すことができる。
【００６１】
−−水性媒体−−
前記水性媒体としては、例えば、水、メタノール、エタノール等の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。これらの中でも、水が好ましい。なお、前記水性媒体は、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。前記水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、超純水などが挙げられる。
【００６２】
−−界面活性剤−−
前記界面活性剤としては、前記樹脂に対して反応性を示さなけ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、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤などが挙げられる。前記アニオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル、ジスルホン酸塩、コール酸塩、デオキシコール酸塩などが挙げられる。
前記ノニオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体、ポリ（オキシエチレン）オクチルフェニルエーテルなどが挙げられる。
【００６３】
−−その他の成分−−
前記その他の成分としては、例えば、保存剤、防腐剤、安定化剤、ｐＨ調整剤などが挙げられる。
【００６４】
前記溶解除去工程における除去時間は適宜変更することができる。前記除去時間を長くすれば、前記樹脂溶液中に含まれる微小の酸性基が反応し水溶性となるため、前記液体材料付与工程で得られた硬化物が崩壊する傾向にある。一方、前記除去時間を短くすれば、前記未反応のスラリー層中に含まれる酸性基が十分に反応しないため、除去が不十分になる傾向にある。これは用いる材料種によって適宜選択すればよい。
【００６５】
＜焼結工程及び焼結手段＞
前記焼結工程は、前記層形成工程と前記液体材料付与工程とを順次繰り返して形成した立体造形物を焼結する工程であり、焼結手段により行われる。前記焼結工程を行うことにより、前記硬化物を一体化された成形体（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。
【００６６】
前記焼結工程としては、前記のように硬化物を得てから焼結する方法以外にも、樹脂溶液を積層する段階で焼結する方法がある。前記樹脂溶液を積層する段階で焼結する方法は、前記粒子含有層にレーザー照射及び電子線照射のいずれかを行い前記粒子含有層を焼結する方法である。
【００６７】
−レーザー照射−
前記レーザー照射におけるレーザーとしては、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、ＣＯ２レーザー、Ｎｄ−ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザー、半導体レーザーなどが挙げられる。前記レーザー照射の条件としては、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、小型レーザーを用いる場合、前記粒子を溶融することができないため、併用する接着剤（例えば、ポリエステル系接着剤）を混在させて、レーザー照射により接着剤を溶融させて造形することが好ましい。その場合、ＣＯ２レーザーを用いることが好ましい。照射条件としては、例えば、レーザー出力１５Ｗ、波長１０．６μｍ、ビーム径０．４ｍｍ程度が好ましい。
【００６８】
−電子線照射−
前記電子線照射としては、前記樹脂溶液中の粒子が溶融するエネルギーの電子線を照射すること以外の制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。電子線を照射する際には、前記樹脂溶液は真空環境下で扱われる必要がある。前記電子線照射の条件としては、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、出力１，５００Ｗ、ビーム径０．１ｍｍ、真空度１．０×１０−５ｍｂａｒ程度が好ましい。
【００６９】
＜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、表面保護工程、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、表面保護手段、塗装手段などが挙げられる。
【００７０】
−表面保護工程及び表面保護手段−
前記表面保護工程は、前記液体材料付与工程、又は前記焼結工程において形成した立体造形物に保護層を形成する工程である。前記表面保護工程を行うことにより、前記立体造形物を、例えば、そのまま使用等することができる耐久性等を前記立体造形物の表面に与えることができる。
前記保護層としては、例えば、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。
【００７１】
−塗装工程及び塗装手段−
前記塗装工程は、前記立体造形物に塗装を行う工程である。この塗装工程を行うことにより、前記立体造形物に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。
【００７２】
本発明の立体造形方法としては、前記層形成工程と、前記硬化工程と、前記空隙閉塞材付与工程とを、この順に複数回行うことにより立体造形物を造形することが好ましい。
【００７３】
以下、本発明の立体造形物の製造装置の具体的な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、本発明の立体造形物の製造装置の実施形態を説明するのとともに本発明の立体造形物の製造方法の具体的な実施形態についても説明を行う。
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。
【００７４】
図１は、従来の立体造形物の製造装置の基本構成の一例を示す側面図である。
図１に示す立体造形物の製造装置１０は、ステージ１０２と、層形成手段としての平坦化部材２１と、粒子１１３を含有する樹脂溶液１１２（以下、スラリー１１１と称する）をステージ１０２上へ供給するスラリー供給装置１０１と、造形液３２を吐出する硬化手段としての造形ユニット３１とを有している。
【００７５】
図２Ａから図２Ｅは、従来の立体造形物の製造装置の動作の一例を示す図である。
図２Ａに示すように、まず立体造形物の製造装置１０は、粒子１１３を含有する樹脂溶液１１２（以下、スラリー１１１と称する）をステージ１０２上へ供給する。
次に、図２Ｂに示すように、立体造形物の製造装置１０は、ステージ１０２上へ供給したスラリー１１１を平坦化部材２１で均し、スラリー１１１のステージ１０２と面する側とは逆側における最表面を平坦化することで、粒子含有層を形成する。
次に、図２Ｃに示すように、形成した粒子含有層を乾燥し、スラリー１１１中の溶媒成分を除去する。このときに、スラリー１１１の樹脂溶液１１２が粒子１１３の表面に析出し、粒子に被膜１１４を形成する。
次に、図２Ｄに示すように、造形ユニット３１から造形液３２を粒子含有層の所望の領域へ吐出し、粒子１１３の表面に析出した被膜１１４を溶解及び固化させて造形領域１２１を形成する。造形液３２を吐出しなかった領域は非造形領域１２２となる。図２Ｄに示すように、造形領域１２１及び非造形領域１２２を形成した粒子含有層は、その層構造中に空隙を有している。
図２Ｅは、造形領域１２１及び非造形領域１２２を形成した粒子含有層の上に次の層のスラリー１１１を供給する動作を示す図である。従来の立体造形物の製造装置においては、図２Ｄに示す粒子含有層に対して図２Ｅに示すように、次の層を形成するためのスラリー１１１を供給してしまうため、スラリー１１１の液体成分が下層の粒子含有層の空隙に浸透してしまい、供給したスラリー１１１の粘度が向上してしまうため、平坦な粒子含有層を形成することが難しいという問題があった。
本発明においては、この図２Ｅの動作を行う前に、以下の実施形態に示す空隙閉塞材付与を行う動作を行うことにより、下層の粒子含有層へのスラリーの液体成分の浸透を抑制し、平坦な粒子含有層を形成することができる。
以下、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おける実施形態について詳細に説明する。
【００７６】
＜第１の実施形態＞
図３Ａから図３Ｅは、本発明の第１の実施形態に係る立体造形物の製造装置の動作について説明する図である。
図３Ａは、ｎ層目（ｎは自然数）の造形領域１２１及び非造形領域１２２を形成した粒子含有層の状態の一例を示している。本実施形態では、ｎ層目のスラリー１１１を平坦化し、溶媒を乾燥させた後に、図３Ｂに示すように、形成された粒子含有層の全面へ空隙閉塞材付与手段４１ａにより空隙閉塞材４２ａを付与する。次いで、付与された空隙閉塞材４２ａは、図３Ｃに示すように、平坦化部材２１により粒子含有層全体に塗布されることで、空隙閉塞材４２ａがｎ層目の粒子含有層の空隙を閉塞する。次いで、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、（ｎ＋１）層目に次の層のスラリー１１１を供給し、平坦化する。
このように、下層（ｎ層目）の粒子含有層の上に次の層（ｎ＋１層目）を形成するためのスラリーを供給する前に、下層（ｎ層目）に形成した粒子含有層の空隙に空隙閉塞材を付与して下層（ｎ層目）の空隙を閉塞することによって、次の層（ｎ＋１層目）のスラリーを供給してもスラリーの液体成分が下層（ｎ層目）へ浸透することを抑制することができる。
本実施形態では、空隙閉塞材４２ａとして、樹脂溶液に対し不溶性であってかつ難揮発性の流体を用いている。空隙閉塞材４２ａが、樹脂溶液に対し不溶性であることにより、次の層（ｎ＋１層目）に供給したスラリーの樹脂溶液に溶解してしまうことを防ぐことができ、難揮発性であることにより、次の層（ｎ＋１層目）のスラリーを供給するときに、下層（ｎ層目）の粒子含有層の空隙が閉塞した状態を担保することができる。
【００７７】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る立体造形物の製造装置について説明する図である。図４に示す第２の実施形態においては、第１の実施形態における空隙閉塞材４２ａを、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上の流体である空隙閉塞材４２ｂに変更した以外は第１の実施形態と同様である。
図４に示すように本実施形態においては、空隙閉塞材が前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上の流体であることにより、次の層（ｎ＋１層目）に供給したスラリーの樹脂溶液に溶解してしまうことを防ぐことができ、粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上であることにより、ｎ層目の粒子含有層へ空隙閉塞材が浸透せずに表層に留まるため、使用する空隙閉塞材の量を低減させることができる。
【００７８】
＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係る立体造形物の製造装置について説明する図である。図５に示す第３の実施形態においては、第１の実施形態における空隙閉塞材４２ａを、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ揮発して造膜する流体である空隙閉塞材４２ｃに変更した以外は第１の実施形態と同様である。
図５に示すように本実施形態においては、空隙閉塞材が樹脂溶液に対し不溶性であることで、次の層（ｎ＋１層目）に供給したスラリーの樹脂溶液に溶解してしまうことを防ぐことができ、揮発して造膜することによりｎ層目の粒子含有層に浸透する前に粒子含有層の最表面に留まった状態で造膜する。そのため、ｎ層目の粒子含有層へ空隙閉塞材が浸透せずに表層に留まるため、使用する空隙閉塞材の量を低減させることができる。
【００７９】
＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態に係る立体造形物の製造装置について説明する図である。図６に示す第４の実施形態においては、第１の実施形態における空隙閉塞材付与手段４１ａを、インクジェットユニットである空隙閉塞材付与手段４１ｂに変更した以外は第１の実施形態と同様である。
図６に示すように本実施形態においては、空隙閉塞材付与手段が、インクジェットユニットであることにより、ｎ層目の粒子含有層に付与する充填材量を空隙に浸透する分だけに調整できる。すると、使用する空隙閉塞材の量を低減できると共に、空隙閉塞材をスキージする（均す）工程が不要になり生産性を向上させることができる。
【００８０】
＜第５の実施形態＞
図７は、本発明の第５の実施形態に係る立体造形物の製造装置について説明する図である。図７に示す第５の実施形態においては、第１の実施形態における空隙閉塞材４２ａを、空隙閉塞材が前記溶解液に可溶である空隙閉塞材４２ｄに変更した以外は第１の実施形態と同様である。
図７に示すように本実施形態においては、空隙閉塞材が前記溶解液に可溶であることにより、造形物を溶解液に浸漬したときに、粒子が結着していない非造形領域を除去し易くすることができる。
【００８１】
＜第６の実施形態＞
図８は、本発明の第６の実施形態に係る立体造形物の製造装置について説明する図である。図８に示す第６の実施形態においては、第１の実施形態における空隙閉塞材４２ａに焼結助剤４３ａを加えた以外は、第１の実施形態と同様である。
図８に示すように本実施形態においては、空隙閉塞材が焼結助剤を含有することにより、空隙閉塞材とともに焼結助剤が粒子含有層の空隙に浸透する。空隙に浸透した焼結助剤は、溶解除去工程などを行った後に造形物を焼結するときに、焼結助剤が造形物の焼結を効率よく促進させることができる。
【００８２】
＜第７の実施形態＞
図９は、本発明の第７の実施形態に係る立体造形物の製造装置について説明する図である。図９に示す第７の実施形態においては、第１の実施形態における空隙閉塞材４２ａに粒子１１３を加えた以外は、第１の実施形態と同様である。
図９に示すように本実施形態においては、空隙閉塞材が粒子を含有することにより、空隙閉塞材とともに粒子が粒子含有層の空隙に浸透する。空隙に浸透した粒子は、造形物の粒子密度を向上させるため、最終的な造形物の機械強度を向上させることができる。
【００８３】
＜第８の実施形態＞
図１０は、本発明の第８の実施形態に係る立体造形物の製造装置について説明する図である。図１０に示す第８の実施形態においては、第１の実施形態における空隙閉塞材４２ａを、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ前記樹脂溶液よりも比重が大きい流体である空隙閉塞材４２ｅに変更した以外は、第１の実施形態と同様である。
図１０に示すように本実施形態においては、空隙閉塞材が樹脂溶液に対し不溶性であることで、次の層（ｎ＋１層目）に供給したスラリーの樹脂溶液に溶解してしまうことを防ぐことができ、前記樹脂溶液よりも比重が大きい流体であることにより、空隙閉塞材と樹脂溶液が混合し、空隙閉塞材が偏析することを防ぐことができる。
【００８４】
本発明の立体造形物の製造方法及び本発明の立体造形物の製造装置によれば、スラリー方式の立体造形物の製造において、平坦な粒子含有層を形成することができるため、複雑な立体形状の造形物を、簡便かつ効率良く、焼結等の前に型崩れが生ずることなく、寸法精度良く製造することができる。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より得られた立体造形物は、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される。
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成手段と、
前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化手段と、
前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞するように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与手段と、
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。
＜２＞  前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ難揮発性の流体である、前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜３＞  前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ粘度が３００ｍＰａ・ｓ以上の流体である、前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜４＞  前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ揮発して造膜する流体である、前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜５＞  前記空隙閉塞材が、前記樹脂溶液に対し不溶性であってかつ前記樹脂溶液よりも比重が大きい流体である、前記＜１＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜６＞  前記空隙閉塞材が、前記粒子含有層の露出表面における空隙を閉塞する空隙閉塞粒子を含有する、前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜７＞  前記空隙閉塞粒子が、焼結助剤である、前記＜６＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜８＞  前記空隙閉塞粒子が、前記樹脂溶液が含有する粒子と同組成である、前記＜６＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜９＞  前記空隙閉塞材付与手段がインクジェットユニットである、前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１０＞  前記粒子含有層における非造形領域を溶解液により溶解除去する溶解除去手段を有し、
前記空隙閉塞材付与手段が、前記粒子含有層における造形領域及び非造形領域に前記空隙閉塞材を付与し、
前記粒子含有層における非造形領域に付与された前記空隙閉塞材が前記溶解液に可溶である、前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜１１＞  粒子を含有する樹脂溶液を用いて粒子含有層を形成する層形成工程と、
前記粒子含有層における造形領域の硬化をする硬化工程と、
前記硬化がされた前記粒子含有層の露出表面における空隙を埋めるように空隙閉塞材を前記粒子含有層の露出表面に付与する空隙閉塞材付与工程と、
を含むことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜１２＞  前記層形成工程と、前記硬化工程と、前記空隙閉塞材付与工程とをこの順に複数回行う、前記＜１１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
【００８５】
前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の立体造形の製造方法、及び前記＜１１＞から＜１２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記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】
【００８６】
【特許文献１】特開２０１４−８８０４６号公報
【符号の説明】
【００８７】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０  立体造形物の製造装置
２１            層形成手段（平坦化部材）
３１            硬化手段（造形ユニット）
３２            造形液
４１ａ、４１ｂ  空隙閉塞材付与手段
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｅ  空隙閉塞材
１０１          粒子を含有する樹脂溶液（スラリー）供給手段
１０２          支持体（ステージ）
１１１          粒子を含有する樹脂溶液（スラリー）
１１２          樹脂溶液
１１３          粒子
１１４          被膜
１２１          造形領域
１２２          非造形領域
【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２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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