(57)【要約】【課題】強度の高い三次元造形物を製造する。【解決手段】単位層を積層し、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、三次元造形物を構成する熱可塑性の構成材料を含む第１材料と、構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含む第２材料と、を用い、第１材料で構成される第１材料層と、第２材料で構成され第１材料層を支持する第２材料層とで、単位層を形成する層形成工程と、単位層を構成材料の融点以上かつ支持材料の融点未満の温度で加熱する加熱工程と、を有する三次元造形物の製造方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位層を積層し、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
三次元造形物を構成する熱可塑性の構成材料を含む第１材料と、前記構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含む第２材料と、を用い、前記第１材料で構成される第１材料層と、前記第２材料で構成され前記第１材料層を支持する第２材料層とで、前記単位層を形成する層形成工程と、
前記単位層を前記構成材料の融点以上かつ前記支持材料の融点未満の温度で加熱する加熱工程と、
を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程では、前記第１材料及び前記第２材料を各々線状に射出して前記第１材料層及び前記第２材料層を形成し、
前記第２材料の線径は、前記第１材料の線径よりも小さいことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記加熱工程では、前記層形成工程を複数回実行することで複数回積層された単位層を加熱することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記単位層は、複数回積層された前記第２材料層を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記加熱工程後に前記第２材料層を切削して除去する除去工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記構成材料は、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリロニトリルスチレンアクリル酸エステル、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート及びポリプロピレンの少なくとも１種を含み、
前記支持材料は、パーフルオロアルコキシアルカン及びポリエーテルエーテルケトンの少なくとも１種を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な三次元造形物の製造方法が使用されている。このうち、三次元造形物を構成する第１材料と該第１材料を支持するための第２材料とを用いて、第１材料で構成される第１材料層と第２材料で構成される第２材料層とを含む単位層を積層させて、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法がある。  
例えば、特許文献１には、三次元造形物を構成する造形材料であるＵＶインクと該ＵＶインクを用いて形成される造形層を支持するサポート材とを用いて、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２４３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、サポート材の融点を造形材料の融点より低く設定することで、三次元造形物の造形終了後、該三次元造形物をサポート材の融点以上で造形材料の融点以下に一定時間保つことで、容易にサポート材を除去できることが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載されるような方法、すなわち、三次元造形物の造形終了後に該三次元造形物をサポート材の融点以上で造形材料の融点以下に加熱する方法で三次元造形物を製造すると、造形層と造形層の接触部分の密着力が不十分となり、造形層と造形層の接触部分の強度が低下する場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造方法は、単位層を積層し、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、三次元造形物を構成する熱可塑性の構成材料を含む第１材料と、前記構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含む第２材料と、を用い、前記第１材料で構成される第１材料層と、前記第２材料で構成され前記第１材料層を支持する第２材料層とで、前記単位層を形成する層形成工程と、前記単位層を前記構成材料の融点以上かつ前記支持材料の融点未満の温度で加熱する加熱工程と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を表す概略構成図。
【図２】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置のフラットスクリューを表す概略図。
【図３】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置のフラットスクリューに第１材料が充填されている状態を表す概略図。
【図４】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置のバレルを表す概略図。
【図５】本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。
【図６】本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造方法を実行することにより製造される三次元造形物の一例の概略斜視図。
【図７】本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造方法を実行することにより製造される三次元造形物の第１材料層間の密着力と加熱温度との関係を表すグラフ。
【図８】製造途中の三次元造形物の一例の概略正面図。
【図９】図８の製造途中の三次元造形物とは別の製造途中の三次元造形物の一例の概略正面図。
【図１０】本発明の実施例２に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
最初に、本発明について概略的に説明する。  
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造方法は、単位層を積層し、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、三次元造形物を構成する熱可塑性の構成材料を含む第１材料と、前記構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含む第２材料と、を用い、前記第１材料で構成される第１材料層と、前記第２材料で構成され前記第１材料層を支持する第２材料層とで、前記単位層を形成する層形成工程と、前記単位層を前記構成材料の融点以上かつ前記支持材料の融点未満の温度で加熱する加熱工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
本態様によれば、構成材料よりも支持材料の融点は高く、単位層を構成材料の融点以上かつ支持材料の融点未満の温度で加熱する。すなわち、支持材料の形状を変化させることなく構成材料を溶融させる。構成材料を溶融させることで、積層される第１材料層同士の密着力は高くなり、強度の高い三次元造形物を製造することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記層形成工程では、前記第１材料及び前記第２材料を各々線状に射出して前記第１材料層及び前記第２材料層を形成し、前記第２材料の線径は、前記第１材料の線径よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
本態様によれば、第２材料の線径は第１材料の線径よりも小さい。すなわち、第２材料層を高精度に形成することができ、加熱工程に伴って第１材料層の構成材料が溶融した際に、第１材料層における第２材料層との接触部分を高精度に形成することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１又は第２の態様において、前記加熱工程では、前記層形成工程を複数回実行することで複数回積層された単位層を加熱することを特徴とする。
【００１２】
本態様によれば、加熱工程では、層形成工程を複数回実行することで複数回積層された単位層を加熱する。すなわち、単位層を複数回形成し、複数の単位層をまとめて加熱する。このため、三次元造形物の製造速度を速くすることができる。
【００１３】
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記単位層は、複数回積層された前記第２材料層を有することを特徴とする。
【００１４】
本態様によれば、単位層は、複数回積層された第２材料層を有する。このため、例えば、高精度に複数回積層された第２材料層を形成してから、第２材料層よりも低精度の第１材料層を形成することで、三次元造形物の製造速度の向上と三次元造形物の精度の向上を両立できる。第２材料層よりも低精度の第１材料層を形成することで、第１材料層の形成速度を速くできるためである。
【００１５】
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第４のいずれか１項の態様において、前記加熱工程後に前記第２材料層を切削して除去する除去工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本態様によれば、第２材料層を切削して除去することで、第２材料層を溶剤などで溶解して除去する方法などと比べて、構成材料の化学変化などを抑制できる。
【００１７】
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第５のいずれか１項の態様において、前記構成材料は、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリロニトリルスチレンアクリル酸エステル、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート及びポリプロピレンの少なくとも１種を含み、前記支持材料は、パーフルオロアルコキシアルカン及びポリエーテルエーテルケトンの少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【００１８】
本態様によれば、支持材料の形状を変化させることなく構成材料を溶融させることができるとともに、第１材料層から第２材料層を簡単に除去できるためである。
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。  
最初に、本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置１の概要について図１から図４を参照して説明する。  
ここで、図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。
【００２０】
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、例えば１層分の層で構成される形状のように、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
【００２１】
図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、三次元造形物を構成する構成材料としての樹脂を含む第１材料としてのペレット１９を収容するホッパー２を備えている。ホッパー２に収容されたペレット１９は、供給管３を介して、略円柱状のフラットスクリュー４の円周面４ａに供給される。
【００２２】
図２で表されるように、フラットスクリュー４の底面には、円周面４ａから中央部分４ｃまで至る螺旋状の切欠き４ｂが形成されている。このため、フラットスクリュー４を図１で表されるモーター６でＺ方向に沿う方向を回転軸として回転させることにより、図３で表されるように、ペレット１９が円周面４ａから中央部分４ｃまで送られる。
【００２３】
図１で表されるように、フラットスクリュー４の底面と対向する位置には、バレル５が所定の間隔を有して設けられている。そして、バレル５の上面近傍には、ヒーター７及びヒーター８が設けられている。フラットスクリュー４とバレル５とがこのような構成をしていることにより、フラットスクリュー４を回転させることで、フラットスクリュー４の底面とバレル５の上面との間に形成される切欠き４ｂによる空間部分２０にペレット１９は供給され、円周面４ａから中央部分４ｃに移動する。なお、ペレット１９が切欠き４ｂによる空間部分２０を移動する際、ペレット１９は、ヒーター７及びヒーター８の熱により溶融（可塑化）され、また、狭い空間部分２０を移動することに伴う圧力で加圧されることでノズル１０ａから射出される
【００２４】
図１及び図４で表されるように、平面視でバレル５の中央部分には、溶融したペレット１９である第１材料の移動経路５ａが形成されている。図１で表されるように、移動経路５ａは、第１材料を射出する射出部１０のノズル１０ａと繋がっている。なお、図４で表されるように、バレル５の上面には移動経路５ａに繋がる溝５ｂが複数形成されており、第１材料が移動経路５ａに向かって集まり易くなっている。
【００２５】
射出部１０は、流体状態の第１材料をノズル１０ａから連続的に射出することが可能な構成になっている。なお、図１で表されるように、射出部１０には、第１材料を所望の粘度にするためのヒーター９が設けられている。射出部１０から射出される第１材料は、線形の形状で射出される。そして、射出部１０から線状に第１材料を射出することで第１材料層を形成する。
【００２６】
本実施形態の三次元造形物の製造装置１では、ホッパー２、供給管３、フラットスクリュー４、バレル５、モーター６及び射出部１０などで射出ユニット２１を形成している。なお、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、第１材料を射出する射出ユニット２１の他に、図１では省略されているが、第２材料を射出する射出ユニット２１も備えている。第２材料は第１材料層を支持するための第２材料層を形成するための材料である。ただし、第２材料を射出する射出ユニット２１は、第１材料を射出する射出ユニット２１と同様の構成であるため、説明は省略する。
【００２７】
また、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、射出ユニット２１から射出されることで形成される第１材料層及び第２材料層を載置するためのステージユニット２２を備えている。ステージユニット２２は、実際に第１材料層及び第２材料層が載置されるプレート１１を備えている。また、ステージユニット２２は、プレート１１が載置され、第１駆動部１５を駆動することによりＹ方向に沿って位置を変更可能な第１ステージ１２を備えている。また、ステージユニット２２は、第１ステージ１２が載置され、第２駆動部１６を駆動することによりＸ方向に沿って位置を変更可能な第２ステージ１３を備えている。そして、ステージユニット２２は、第３駆動部１７を駆動することによりＺ方向に沿って第２ステージ１３の位置を変更可能な基体部１４を備えている。
【００２８】
また、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、射出ユニット２１及びステージユニット２２と電気的に接続され、射出ユニット２１の各種駆動及びステージユニット２２の各種駆動を制御する制御部１８を備えている。
【００２９】
次に、本実施形態の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法について説明する。  
［実施例１］  
最初に、図５のフローチャート及び図６から図９を用いて、実施例１の三次元造形物の製造方法について説明する。本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の製造装置１の射出ユニット２１とステージユニット２２を不図示の恒温槽の内部にセットして行った。
【００３０】
本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を構成する熱可塑性の構成材料を含む第１材料と、該構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含む第２材料と、を用いて、各々１層分の第１材料層２４及び第２材料層２５からなる単位層２６を形成し、該単位層をｎ層分積層し、三次元造形物を製造する方法である。ここで、本実施例の三次元造形物の製造方法において「ｎ」は２以上の整数である。また、第１材料層２４、第２材料層２５及び単位層２６は、図８等に表されている。
【００３１】
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初に、ステップＳ１１０で、恒温槽内部の加熱を開始する。該恒温槽の内部の加熱温度は、構成材料の融点以上かつ支持材料の融点未満の温度である。
【００３２】
次に、ステップＳ１２０で、ｎ−１層目の第２材料層２５を造形する。なお、加熱温度は支持材料の融点未満の温度であるので、支持材料は溶融せず、第２材料層２５が変形することは抑制される。
【００３３】
次に、ステップＳ１３０で、ｎ−１層目の第１材料層２４を造形する。なお、加熱温度は構成材料の融点以上の温度であるので、構成材料は溶融する。しかしながら、ｎ−１層目の第１材料層２４と同じ単位層２６を形成するｎ−１層目の第２材料層２５がステップＳ１２０により先に形成されていることで、第２材料層２５に支持された第１材料層２４が変形することは抑制される。
【００３４】
次に、ステップＳ１４０で、ｎ層目の第２材料層２５を造形する。なお、ステップＳ１２０でｎ−１層目の第２材料層２５を造形したときと同様、加熱温度は支持材料の融点未満の温度であるので、支持材料は溶融せず、第２材料層２５が変形することは抑制される。
【００３５】
次に、ステップＳ１５０で、ｎ層目の第１材料層２４を造形する。なお、ステップＳ１３０でｎ−１層目の第１材料層２４を造形したときと同様、加熱温度は構成材料の融点以上の温度であるので、構成材料は溶融する。しかしながら、ｎ層目の第１材料層２４と同じ単位層２６を形成するｎ層目の第２材料層２５がステップＳ１４０により先に形成されていることで、ステップＳ１３０と同様、第２材料層２５に支持された第１材料層２４が変形することは抑制される。
【００３６】
ステップＳ１２０とステップＳ１３０とからなるｎ−１層目の単位層２６の形成工程や、ステップＳ１４０とステップＳ１５０とからなるｎ層目の単位層の形成工程で表される、単位層２６の形成工程は、具体的なｎの数によって繰り返し行われる。すなわち、ｎが３以上の整数である場合は、ステップＳ１１０とステップＳ１２０との間に、ｎ−２層目の単位層２６の形成工程、ｎ−３層目の単位層２６の形成工程、…、などと、具体的なｎの数に応じて単位層２６の形成工程が行われる。
【００３７】
図６は、ステップＳ１１０からステップＳ１５０までを実行することにより形成された第１材料層２４と第２材料層２５とが積層されて形成された積層体２３の構成例である。第２材料層２５を第１材料層２４に先立って形成しつつ、水平方向における両側から第２材料層２５で第１材料層２４を支持させる構成とすることで、第１材料層２４が溶融することに伴う積層体２３の変形を抑制できる。
【００３８】
そして、ステップＳ１６０で、恒温槽内部の加熱を終了し、最後に、ステップＳ１７０で、第２材料層２５を切削して除去することで本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップＳ１１０で恒温槽内部の加熱を開始してから、ステップＳ１２０からステップＳ１５０で第１材料層２４及び第２材料層２５からなる単位層を積層したが、単位層２６を積層してから加熱を開始してもよい。
【００３９】
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、単位層２６を積層し、三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法である。そして、ステップＳ１２０からステップＳ１５０で表されるように、三次元造形物を構成する熱可塑性の構成材料を含む第１材料と、構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含む第２材料と、を用い、第１材料で構成される第１材料層２４と、第２材料で構成され第１材料層２４を支持する第２材料層２５とで、単位層２６を形成する層形成工程を有する。また、ステップＳ１１０で表されるように、単位層２６を構成材料の融点以上かつ支持材料の融点未満の温度で加熱する加熱工程有する。
【００４０】
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、構成材料よりも支持材料の融点は高く、単位層２６を構成材料の融点以上かつ支持材料の融点未満の温度で加熱する。すなわち、支持材料の形状を変化させることなく構成材料を溶融させる。このように、構成材料を溶融させることで、積層される第１材料層２４同士の密着力は高くなり、強度の高い三次元造形物を製造することができる。
【００４１】
図７は、積層される第１材料層２４同士の密着力、すなわち、前層であるｎ−１層目の第１材料層２４に対するｎ層目の第１材料層２４の密着力を、加熱温度を０℃から２３０℃までランダムに９点振って表した一例である。加熱温度を高くするほど、第１材料の溶融は進む。このため、図７で表されるように、加熱温度が高いほど、密着力は強くなり、造形物の強度は向上している。
【００４２】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、第２材料層２５を切削して除去するステップＳ１７０の除去工程を有する。第２材料層２５を切削して除去することで、第２材料層２５を溶剤などで溶解して除去する方法などと比べて、構成材料の化学変化（外観や物性の変化，膨潤など）などを抑制できる。
【００４３】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、第１材料及び第２材料に特に限定はなく、第１材料は熱可塑性の構成材料を含んでいればよく、第２材料は構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含んでいればよい。また、構成材料及び支持材料に特に限定はないが、構成材料としては、アクリロニトリルブタジエンスチレン、アクリロニトリルスチレンアクリル酸エステル、ポリ乳酸、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート及びポリプロピレンの少なくとも１種を含んでいることが好ましく、支持材料としては、パーフルオロアルコキシアルカン及びポリエーテルエーテルケトンの少なくとも１種を含んでいることが好ましい。このような構成材料及び支持材料を使用することで、支持材料の形状を変化させることなく構成材料を溶融させることができるとともに、第１材料層２４から第２材料層２５を簡単に除去できるためである。
【００４４】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、同じ構成の射出ユニット２１を用いて第１材料層２４及び第２材料層２５を形成しているので、第１材料層２４を形成するために射出部１０から射出される第１材料の線径と、第２材料層２５を形成するために射出部１０から射出される第２材料の線径とは、同一であった。しかしながら、ステップＳ１２０からステップＳ１５０の層形成工程において、第２材料の線径を、第１材料の線径よりも小さくしてもよい。すなわち、第２材料層２５を第１材料層２４よりも高精度に形成してもよい。第２材料層２５を第１材料層２４よりも高精度に形成することで、ステップＳ１１０の加熱工程に伴って第１材料層２４の構成材料が溶融した際に、第１材料層２４における第２材料層２５との接触部分を高精度の第２材料層２５に倣わせることによって高精度に形成することができる。ここで、「線径」とは、線状に射出される第１材料及び第２材料の短手方向の直径を意味する。
【００４５】
例えば、第１材料層２４及び第２材料層２５とで構成される単位層２６を、細い線形で第２材料を射出して複数回積層された高精度の第２材料層２５と、太い線形で第１材料を射出して高速で形成された１層分の第１材料層２４と、で形成し、該単位層２６を積層することで積層体２３を形成してもよい。このように、例えば、高精度に複数回積層された第２材料層２５を形成してから、第２材料層２５よりも低精度の第１材料層２４を形成することで、三次元造形物の製造速度の向上と三次元造形物の精度の向上を両立できる。第２材料層２５よりも低精度の第１材料層２４を形成することで、第１材料層の形成速度を速くできるためである。図８は、同じ線形で第１材料及び第２材料を射出して、３層分の単位層２６を形成している例であり、各々の単位層２６は１層分の第１材料層２４と１層分の第２材料層２５とで構成されている。一方、図９は、細い線形で第２材料を射出し、その後、太い線形で第１材料を射出して、１層分の単位層２６を形成している例であり、単位層２６は１層分の第１材料層２４と３層分の第２材料層２５とで構成されている。
【００４６】
なお、上記のように、１層分の単位層２６を形成する際、１層からなる第１材料層２４を有している場合のほか、複数回積層された第１材料層２４を有していてもよい。しかしながら、１層分の単位層２６あたりの第１材料層２４の積層数は、三次元造形物の製造速度の向上と三次元造形物の精度の向上との両立の観点から、１層分の単位層２６あたりの第２材料層２５の積層数よりも少ないことが好ましい。ここで、１層分の単位層２６は、積層方向（Ｚ方向）の高さが揃う層分の第１材料層２４のセットと第２材料層２５のセットとの両者のセットと考えることができる。
【００４７】
また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、加熱をステップＳ１１０で開始し、複数回積層された単位層２６からなる積層体２３をステップＳ１２０からステップＳ１５０で形成し終えてから、加熱をステップＳ１６０で終了する。つまり、層形成工程を複数回実行することで複数回積層された単位層２６を加熱する。このように、単位層２６を複数回形成し、複数の単位層２６をまとめて加熱することで、三次元造形物の製造速度を速くすることができる。なお、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては加熱を開始してから単位層２６を複数回積層して積層体２３を形成したが、単位層２６を複数回積層して積層体２３を形成してから加熱を開始してもよい。
【００４８】
［実施例２］  
最初に、図１０のフローチャートを用いて、実施例２の三次元造形物の製造方法について説明する。本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の製造装置１に対して、ステージユニット２２に形成された単位層２６を加熱可能な、不図示のヒーターユニットと不図示の温度センサーとをセットして行った。
【００４９】
実施例１の三次元造形物の製造方法は、層形成工程を複数回実行することで複数回積層された単位層２６を加熱する方法であったが、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層形成工程で単位層２６を１層分形成する毎に、該単位層２６を加熱する方法である。また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、実施例１の三次元造形物の製造方法と同様、三次元造形物を構成する熱可塑性の構成材料を含む第１材料と、該構成材料よりも融点の高い熱可塑性の支持材料を含む第２材料と、を用いて、各々１層分の第１材料層２４及び第２材料層２５からなる単位層２６を形成し、該単位層をｎ層分積層し、三次元造形物を製造する方法である。ここで、本実施例の三次元造形物の製造方法において「ｎ」は２以上の整数である。
【００５０】
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初に、ステップＳ２１０で、ｎ−１層目の第２材料層２５を造形する。
【００５１】
次に、ステップＳ２２０で、ｎ−２層目の単位層２６をヒーターユニットにより加熱する。該ヒーターユニットの加熱による目標温度は、構成材料の融点以上かつ支持材料の融点未満の温度である。ただし、「ｎ」が２である場合は、本ステップ及びステップＳ２３０は省略される。
【００５２】
ステップＳ２３０では、温度センサーによりｎ−２層目の単位層２６の温度を測定し、目標温度に到達したか否かを判断し、目標温度に到達したらステップＳ２４０に進む。なお、目標温度に到達したか否かの判断は、制御部１８で行わせてもよいが、作業者が温度センサーによる検出温度を読み取ることで行ってもよい。本ステップにより、ｎ−２層目の単位層２６の構成材料は溶融するが、ｎ−２層目の第２材料層２５に支持されることよりｎ−２層目の第１材料層２４が変形することは抑制される。
【００５３】
ステップＳ２４０では、ｎ−１層目の第１材料層２４を造形する。ｎ−２層目の単位層２６の構成材料は溶融しているので、ｎ−２層目の第１材料層２４とｎ−１層目の第１材料層２４との密着力は高くなる。また、本ステップにより、ｎ−１層目の単位層２６の構成材料は一部溶融する場合があるが、ｎ−１層目の第２材料層２５に支持されることよりｎ−１層目の第１材料層２４が変形することは抑制される。
【００５４】
次に、ステップＳ２５０で、ｎ層目の第２材料層２５を造形する。第２材料層２５の造形に伴い接触する第１材料層２４の温度も低下する。
【００５５】
次に、ステップＳ２６０で、ｎ−１層目の単位層２６をヒーターユニットにより加熱する。
【００５６】
次に、ステップＳ２７０で、温度センサーによりｎ−１層目の単位層２６の温度を測定し、目標温度に到達したか否かを判断し、目標温度に到達したらステップＳ２８０に進む。なお、該目標温度は、ステップＳ２３０の目標温度と同じ温度でよいが、構成材料の融点以上かつ支持材料の融点未満の温度であればステップＳ２３０の目標温度と異なる温度でもよい。
【００５７】
ステップＳ２８０では、ｎ層目の第１材料層２４を造形する。ｎ−１層目の単位層２６の構成材料は溶融しているので、ｎ−１層目の第１材料層２４とｎ層目の第１材料層２４との密着力は高くなる。また、本ステップにより、ｎ層目の単位層２６の構成材料は一部溶融する場合があるが、ｎ層目の第２材料層２５に支持されることよりｎ層目の第１材料層２４が変形することは抑制される。
【００５８】
そして、最後に、ステップＳ２９０で、第２材料層２５を切削して除去することで本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。なお、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、１層分の単位層２６毎に加熱する。そして、第２材料層２５の造形に伴い、第１材料層２４から第２材料層２５に熱が伝わって、第１材料層２４の温度が低下するので、加熱は第１材料層２４の造形直後ではなく第２材料層２５の造形直後に行う。こうすることで、下層の第１材料層２４の温度が低下しない間に上層の第１材料層２４を造形することができ、積層方向に隣接する第１材料層２４同士の密着力を高くすることができる。
【００５９】
ここで、ステップＳ２１０とステップＳ２４０とからなるｎ−１層目の単位層２６の形成工程や、ステップＳ２５０とステップＳ２８０とからなるｎ層目の単位層の形成工程で表される、単位層２６の形成工程は、具体的なｎの数によって繰り返し行われる。すなわち、ｎが３以上の整数である場合は、ステップＳ２１０の実行前に、ｎ−２層目の単位層２６の形成工程、ｎ−３層目の単位層２６の形成工程、…、などと、具体的なｎの数に応じて単位層２６の形成工程が行われる。
【００６０】
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…三次元造形物の製造装置、２…ホッパー、３…供給管、４…フラットスクリュー、
４ａ…円周面、４ｂ…切欠き、４ｃ…中央部分、５…バレル、５ａ…移動経路、
５ｂ…溝、６…モーター、７…ヒーター、８…ヒーター、９…ヒーター、
１０…射出部、１０ａ…ノズル、１１…プレート、１２…第１ステージ、
１３…第２ステージ、１４…基体部、１５…第１駆動部、１６…第２駆動部、
１７…第３駆動部、１８…制御部、１９…ペレット（第１材料）、２０…空間部分、
２１…射出ユニット、２２…ステージユニット、２３…積層体、２４…第１材料層、
２５…第２材料層、２６…単位層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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