(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて該粉末材料の層を形成する粉末材料層形成工程と、
前記粉末材料層形成工程で形成した粉末材料層に、前記樹脂と架橋する架橋剤を含む硬化液を吐出付与する硬化液付与工程と、
を少なくとも繰り返すことで立体造形物を製造する方法であって、
前記基材が、金属及びセラミックスの少なくともいずれかであり、
前記架橋剤が金属塩である
ことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項２】
前記架橋剤が、有機金属塩である請求項１に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項３】
前記有機金属塩が、２価以上の陽イオン金属を水中で電離する請求項２に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項４】
前記陽イオン金属に乳酸イオンを配位する請求項３に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項５】
前記架橋剤が、オキシ塩化ジルコニウム八水和物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、チタンラクテートアンモニウム塩、塩基性酢酸アルミニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム塩、チタントリエタノールアミネート、グリオキシル酸塩、及びジルコニウムラクテートアンモニウム塩から選択される少なくとも１種である請求項１から４のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂による前記基材の表面の被覆率が、１５％以上である請求項１から５のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂の４質量％（ｗ／ｗ％）溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下である請求項１から６のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項８】
前記樹脂が、水溶性樹脂である請求項１から７のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項９】
前記水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール樹脂を含む請求項８に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１０】
前記ポリビニルアルコール樹脂が、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂である請求項９に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１１】
前記ポリビニルアルコール樹脂の平均重合度が４００以上１，１００以下である請求項９から１０のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１２】
前記立体造形用粉末材料の平均粒子径が３μｍ以上２５０μｍ以下である請求項１から１１のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１３】
前記層形成工程と前記硬化液付与工程を繰り返して作製した立体造形物を焼結する焼結工程を更に含む請求項１から１２のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１４】
前記硬化液の吐出付与が、インクジェット法により行われる請求項１から１３のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の立体造形物の製造方法に用いられる立体造形用粉末材料であって、前記樹脂で被覆された基材を含み、前記基材が、金属及びセラミックスの少なくともいずれかであることを特徴とする立体造形用粉末材料。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれかに記載の立体造形物の製造方法に用いられる硬化液であって、前記樹脂と架橋する架橋剤を含み、前記架橋剤が金属塩であることを特徴とする硬化液。
【請求項１７】
請求項１５に記載の立体造形用粉末材料と、請求項１６に記載の硬化液と、を含むことを特徴とする立体造形用キット。
【請求項１８】
樹脂で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて立体造形用粉末材料層を形成するための粉末材料層形成手段と、
前記粉末材料層形成手段により形成された立体造形用粉末材料層の所定領域を硬化させるために、前記樹脂と架橋する架橋剤を含む硬化液を吐出付与するための硬化液付与手段と、
前記立体造形用粉末材料が収容された粉末材料収容部と、
前記硬化液が収容された硬化液収容部と、を備え、
前記基材が、金属及びセラミックスの少なくともいずれかであり、
前記架橋剤が金属塩であることを特徴とする立体造形物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な立体造形物を簡便に効率良く製造可能な、立体造形用粉末材料、硬化液、及び立体造形用キット、並びに、立体造形物の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、複雑で微細な立体造形物の低ロット生産のニーズが高まってきている。このニーズに対応するための技術として、粉体焼結法、粉体接着法などが提案されてきている（例えば、特許文献１〜３参照）。
前記粉体焼結法は、粉体の薄層を形成し、この薄層にレーザー光を照射して薄い焼結体を形成し、この操作を繰り返すことにより、前記薄い焼結体の上に順次薄い焼結体を積層し、所望の立体造形物を得る方法である。また、前記粉体接着法は、前記粉体焼結法において、レーザー焼結を行う代わりに、接着材料を用いて粉体薄層を硬化させ、これを積層することで所望の立体造形物を得る方法である。
この粉体接着法としては、例えば、粉体薄層に対してインクジェット法を用いて接着材料を供給する方法や、粉末粒子と接着剤粒子を混合した粉末材料を積層し結合剤を付与して接着材料粒子を溶解し、固化させることで、三次元造形物を製造する方法（特許文献４参照）、ガラスやセラミック等の基体に疎水性樹脂を被覆した粉末材料と、リモネン等の疎水性溶剤にて被覆した樹脂を溶解することで固化させて三次元造形物を製造する方法（特許文献５参照）などが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前記接着材料をインクジェット法により供給する場合には、用いるノズルヘッドに目詰りが生じたり、用いることができる接着材料の選択に制約が生じ、また、コストが掛かり効率的でない等の問題がある。
【０００４】
更に、前記特許文献４に記載の技術は、結着材料を付与し接着粒子を溶解させても溶解した接着液は粉末粒子同士の間に均一に広がりにくいために、三次元造形物に充分な強度と精度を付与させることは難しいという問題がある。
【０００５】
また、前記特許文献５に記載の技術では、リモネンは揮発性が低く三次元造形物に残留しやすく強度の低下を引き起こす可能性がある。更に、トルエン等の低揮発性溶剤は安全性上問題がある。また、被覆樹脂だけで結合させるためには、被覆樹脂膜厚を厚くする（樹脂量を多くする）必要がある。そのため、三次元造形物の精度が充分に得られなかったり、三次元造形物に対する基材の密度が低くなるという問題がある。特に最終的に樹脂を脱脂し焼結等の後処理加工を伴う金属焼結体やセラミック焼結体用途の場合には基材の密度を充分高くできず、焼結体の強度及び精度の問題が顕著となる。
【０００６】
また、特許文献６には、三次元（３Ｄ）プリンティングで使用される材料として、第一の構成要素として液体、第二の構成要素として前記液体に溶解しうるバインダーから構成される粒子が提案されており、前記液体又はバインダーに、パーオキサイド等の重合開始剤を含有させる旨の開示がある。しかし、パーオキサイド等の重合開始剤は、熱又は光により自ら分解し、ラジカルを発生させ反応を開始させる特性から、熱・光の環境条件で分解し機能が失活するため、このような重合開始剤を含んだ液体は保存安定性に劣るという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、複雑な立体（三次元（３Ｄ））形状の立体造形物を、金属等の粉末材料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、寸法精度良く製造し得る立体造形物の製造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】
【０００８】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明の立体造形物の製造方法は、有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて該粉末材料の層を形成する粉末材料層形成工程と、
前記粉末材料層形成工程で形成した粉末材料層に、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与して、該粉末材料層の所定領域を硬化させる粉末材料層硬化工程と、
を少なくとも繰り返すことで立体造形物を製造することを特徴とする。
本発明の立体造形物の製造方法では、前記立体造形用粉末材料層形成工程において有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて該粉末材料の層が形成される。そして、前記粉末材料層硬化工程において、前記粉末材料層形成工程で形成した粉末材料層に、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与して、前記粉末材料層の所定領域を硬化させる。即ち、前記立体造形用粉末材料は、前記有機材料で被覆された基材を含み、前記有機材料に硬化液が付与されると、前記有機材料は溶解すると共に、前記硬化液に含まれる架橋剤の作用により架橋して三次元ネットワークを形成するため、前記立体造形用粉末材料層の硬化は、寸法精度良くかつ良好な強度をもって行われる。
この操作を繰り返すことにより、簡便かつ効率的に、焼結等の前に型崩れが生じることなく、寸法精度良く複雑な立体造形物が製造される。得られた立体造形物は、良好な硬度を有するため、手で持ったり、エアーブロー処理をして余分な前記立体造形用粉末材料の除去等を行っても型崩れが生じることがなく、その後に焼結等を簡便に行うことができる。そして、前記立体造形物においては、前記基材が密に（高充填率で）存在し、前記有機材料は前記基材同士の周囲に極僅かだけ存在するため、その後に焼結等して成形物（焼結体）を得たとき、得られた成形物に不要な空隙等が少なく外観の美麗な成形物（焼結体）が得られる。
【０００９】
本発明の立体造形用粉末材料は、本発明の前記立体造形物の製造方法に用いられる立体造形用粉末材料であって、前記有機材料で被覆された基材を含むことを特徴とする。
本発明の立体造形用粉末材料においては、前記基材を被覆する有機材料が、前記硬化液の作用により溶解し架橋可能であるため、前記有機材料に前記硬化液が付与されると、前記有機材料は、溶解すると共に、前記硬化液に含まれる架橋剤の作用により架橋する。このため、本発明の立体造形用粉末材料を用いて薄層を形成し、該薄層に前記硬化液を作用させると、前記薄層は硬化する。
【００１０】
本発明の硬化液は、本発明の前記立体造形物の製造方法に用いられる硬化液であって、前記有機材料と架橋する架橋剤を含むことを特徴とする。
本発明の硬化液においては、前記有機材料に前記硬化液が付与されると、該有機材料は溶解すると共に、前記硬化液に含まれる架橋剤の作用により架橋する。
本発明における前記「架橋剤」とは、架橋対象（ポリマー等の有機材料）の官能基と架橋反応可能な部位を有する化合物であり、架橋反応することで、自ら架橋対象間の架橋結合の結合部位の構成要素となるものである。したがって、例えば、パーオキサイド（有機過酸化物）や還元性物質の様に、熱や光によって自らが分解することでフリーラジカルを発生し、不飽和単量体に付加し、二重結合を開くと同時に、新たなラジカル反応を発生しその工程を繰り返すことで高分子化を促進させたり、飽和化合物の炭素に結合している水素を引き抜いて、新たなラジカルを生成し生成したラジカル同士が再結合することで、この飽和化合物間の橋かけが形成されるといった、自らは架橋結合部位の構成要素にはならない、ラジカル反応を開始乃至促進させるための、所謂「開始剤」とは異なる概念であり、本発明における「架橋剤」とは明確に区別される。
【００１１】
本発明の立体造形用キットは、本発明の前記立体造形用粉末材料と、本発明の前記硬化液とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の立体造形物の製造装置は、有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料層を形成するための粉末材料層形成手段と、
前記粉末材料層形成手段により形成された立体造形用粉末材料層の所定領域を硬化させるために、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与するための硬化液付与手段と、
前記立体造形用粉末材料が収容された粉末材料収容部と、
前記硬化液が収容された硬化液収容部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、複雑な立体（三次元（３Ｄ））形状の立体造形物を、金属等の粉末材料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、寸法精度良く製造し得る立体造形物の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の粉末積層造形装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の粉末積層造形装置の他の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（立体造形用粉末材料）
本発明の立体造形用粉末材料は、有機材料で被覆された基材を含み、更に必要に応じてその他の成分等を含んでなる。前記基材を被覆する材料は主に有機材料であるが、必要に応じて無機材料が含まれていてもよい。
前記立体造形用粉末材料は、後述する本発明の立体造形物の製造方法に用いられる。
【００１６】
−基材−
前記基材としては、粉末乃至粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、その材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマー、木材、生体親和材料、砂などが挙げられるが、高強度な立体造形物を得る観点かは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。
前記金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀などが好適に挙げられ、前記ステンレス（ＳＵＳ）鋼としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどが挙げられる。
前記セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）などが挙げられる。
前記カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。
前記ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。
前記木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。
前記生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。
これらの材料は、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。
【００１７】
本発明においては、前記基材として、これらの材料で形成された市販品の粒子乃至粉末を使用することができる。
前記市販品としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊製鋼株式会社製、ＰＳＳ３１６Ｌ）、ＳｉＯ２（株式会社トクヤマ製、エクセリカＳＥ−１５Ｋ）、ＡｌＯ２（大明化学工業株式会社製、タイミクロンＴＭ−５Ｄ）、ＺｒＯ２（東ソー株式会社製、ＴＺ−Ｂ５３）などが挙げられる。
なお、前記基材としては、前記有機材料との親和性を高める目的等で、公知の表面（改質）処理がされていてもよい。
【００１８】
前記基材の平均粒子径としては、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、１５μｍ以上２５０μｍ以下が更に好ましい。
前記平均粒子径が、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。前記平均粒子径が、５００μｍ以下であると、前記立体造形用粉末材料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材料の充填率が向上し、得られる立体造形物に空隙等が生じ難い。
前記基材の平均粒子径は、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。
前記基材の粒度分布としては、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。
【００１９】
前記基材の外形、表面積、円形度、流動性、濡れ性等については、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２０】
−有機材料−
前記有機材料としては、硬化液に溶解し、該硬化液に含まれる架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであればよい。
本発明において、前記有機材料の溶解性は、例えば、３０℃の硬化液を構成する溶媒１００ｇに前記有機材料を１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。
また、前記有機材料としては、その４質量％（ｗ／ｗ％）溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、１ｍＰａ・ｓ以上３５ｍＰａ・ｓ以下がより好ましく、５ｍＰａ・ｓ以上３０ｍＰａ・ｓ以下が特に好ましい。
前記粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下であると、前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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難くなる。また、前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する傾向にある。
前記粘度は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ７１１７に準拠して測定することができる。
【００２１】
前記有機材料としては、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、取扱い性や環境負荷等の観点から、水溶性であることが好ましく、例えば、水溶性樹脂、水溶性プレポリマー、などが挙げられる。このような水溶性有機材料を採用した立体造形用粉末材料に対しては、硬化液の媒体としても水性媒体を用いることができ、また、前記粉末材料を廃棄、リサイクルする際には、水処理により有機材料と基材を分離することも容易である。
前記水溶性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル酸樹脂、セルロース樹脂、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、前記水溶性を示す限りにおいて、ホモポリマー（単独重合体）であってもよいし、ヘテロポリマー（共重合体）であってもよく、また、変性されていてもよいし、公知の官能基が導入されていてもよく、また塩の形態であってもよい。
よって、例えば、前記ポリビニルアルコール樹脂であれば、ポリビニルアルコールであってもよいし、アセトアセチル基、アセチル基、シリコーン等による変性ポリビニルアルコール（アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール、アセチル基変性ポリビニルアルコール、シリコーン変性ポリビニルアルコールなど）であってもよく、また、ブタンジオールビニルアルコール共重合体等であってもよい。また、前記ポリアクリル酸樹脂であれば、ポリアクリル酸であってもよいし、ポリアクリル酸ナトリウム等の塩であってもよい。前記セルロース樹脂であれば、例えば、セルロースであってもよいし、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等であってもよい。また、前記アクリル樹脂であれば、例えば、ポリアクリル酸、アクリル酸・無水マレイン酸共重合体などであってもよい。
前記水溶性プレポリマーとしては、例えば、止水剤等に含まれる接着性の水溶性イソシアネートプレポリマー、などが挙げられる。
【００２２】
水溶性以外の有機材料、樹脂としては、例えば、アクリル、マレイン酸、シリコーン、ブチラール、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、エチレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／（メタ）アクリル酸共重合体、α−オレフィン／無水マレイン酸系共重合体、α−オレフィン／無水マレイン酸系共重合体のエステル化物、ポリスチレン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、α−オレフィン／無水マレイン酸／ビニル基含有モノマー共重合体、スチレン／無水マレイン酸共重合体、スチレン／（メタ）アクリル酸エステル共重合体、ポリアミド、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ケトン樹脂、石油樹脂、ロジン又はその誘導体、クマロンインデン樹脂、テルペン樹脂、ポリウレタン樹脂、スチレン／ブタジエンゴム、ポリビニルブチラール、ニトリルゴム、アクリルゴム、エチレン／プロピレンゴム等の合成ゴム、ニトロセルロースなどが挙げられる。
【００２３】
本発明においては、前記有機材料の中でも、架橋性官能基を有するものが好ましい。前記架橋性官能基としては、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、水酸基、カルボキシル基、アミド基、リン酸基、チオール基、アセトアセチル基、エーテル結合、などが挙げられる。
前記有機材料が該架橋性官能基を有すると、該有機材料が容易に架橋し硬化物（立体造形物）を形成し得る点で好ましい。これらの中でも、平均重合度が４００以上１,１００以下のポリビニルアルコール樹脂が好ましい。更に言えば、上記したように架橋性の官能基を分子内に導入した変性ポリビニルアルコール樹脂が好ましい。特に、アセトアセチル基変性のポリビニルアルコール樹脂が好ましく、例えば、前記ポリビニルアルコール樹脂が前記アセトアセチル基を有する場合、前記硬化液に含まれる架橋剤中の金属の作用により、該アセトアセチル基が該金属を介して複雑な三次元ネットワーク構造（架橋構造）を容易に形成し得る（架橋反応性に優れる）、曲げ強度に非常に優れる。
前記アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂としては、粘度、けん化度等の特性が異なるものを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。平均重合度が４００以上１,１００以下のアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂を用いることがより好ましい。
【００２４】
前記有機材料としては、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよく、また、適宜合成したものであってもよいし、市販品であってもよい。
前記市販品としては、例えば、ポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、ＰＶＡ−２０５Ｃ、ＰＶＡ−２２０Ｃ）、ポリアクリル酸（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０）、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０３Ｐ）、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−３００、ゴーセネックスＺ−１００、ゴーセネックスＺ−２００、ゴーセネックスＺ−２０５、ゴーセネックスＺ−２１０、ゴーセネックスＺ−２２０）、カルボキシ基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＴ−３３０、ゴーセネックスＴ−３５０、ゴーセネックスＴ−３３０Ｔ）、ブタンジオールビニルアルコールコポリマー（日本合成化学工業株式会社製、ニチゴーＧ−ポリマーＯＫＳ−８０４１）、カルボキシメチルセルロースナトリウム（第一工業製薬株式会社製、セロゲン５Ａ、セロゲン６Ａ）、デンプン（三和澱粉工業株式会社製、ハイスタードＰＳＳ−５）、ゼラチン（新田ゼラチン株式会社製、ビーマトリックスゼラチン）などが挙げられる。
【００２５】
前記有機材料による前記基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。
本発明では、架橋剤による硬化作用を利用するために、従来のものより被覆厚みを小さくすることが可能であり、薄膜でも強度と精度の両立が可能である。
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材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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材料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基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。
【００２６】
前記有機材料による前記基材の表面の被覆率（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％以上が特に好ましい。
前記被覆率が、１５％以上であると、前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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材料の写真を観察し、二次元の写真に写る該立体造形用粉末材料について、前記粉末材料粒子の表面の全面積に対する、前記有機材料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、前記有機材料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。
【００２７】
−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、流動化剤、フィラー、レベリング剤、焼結助剤、などが挙げられる。前記立体造形用粉末材料が、前記流動化剤を含むと前記立体造形用粉末材料からなる層等を容易にかつ効率よく形成し得る点で好ましく、前記フィラーを含むと得られる硬化物（立体造形物）に空隙等が生じ難くなる点で好ましく、前記レベリング剤を含むと前記立体造形用粉末材料の濡れ性が向上し、ハンドリング等が容易になる点で好ましく、前記焼結助剤を含むと、得られた硬化物（立体造形物）について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。
【００２８】
−立体造形用粉末材料の製造−
前記立体造形用粉末材料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、前記有機材料を前記基材上に公知の被覆方法に従って被覆する方法などが好適に挙げられる。
前記有機材料の前記基材の表面への前記被覆方法としては、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、かかる被覆方法としては、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。
【００２９】
−立体造形用粉末材料の物性等−
前記立体造形用粉末材料の平均粒子径としては、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、３μｍ以上２５０μｍ以下が好ましく、３μｍ以上２００μｍ以下がより好ましく、５μｍ以上１５０μｍ以下が更に好ましく、１０μｍ以上８５μｍ以下が特に好ましい。
前記平均粒子径が３μｍ以上であると、粉末材料の流動性が向上し、粉末材料層が形成しやすく積層層表面の平滑性が向上するため、立体造形物の製造効率の向上、取り扱いやハンドリング性が向上すると共に寸法精度が向上する傾向にある。また、前記平均粒子径が２５０μｍ以下であると、粉末材料粒子同士の空間の大きさが小さくなるため、立体造形物の空隙率が小さくなり、強度の向上に寄与する。従って、平均粒子径３μｍ以上２５０μｍ以下が、寸法精度と強度を両立させるのに好ましい範囲となる。
前記立体造形用粉末材料の粒度分布としては、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。
【００３０】
前記立体造形用粉末材料の特性としては、その安息角を測定した場合において、６０度以下が好ましく、５０度以下がより好ましく、４０度以下が更に好ましい。
前記安息角が、６０度以下であると、前記立体造形用粉末材料を支持体上の所望の場所に効率よく安定に配置させることができる。
なお、前記安息角は、例えば、粉体特性測定装置（パウダテスタＰＴ−Ｎ型、ホソカワミクロン株式会社製）などを用いて測定することができる。
【００３１】
本発明の立体造形用粉末材料は、各種の成形物、構造物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用キット、本発明の硬化液、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特に好適に用いることができる。
本発明の立体造形用粉末材料に本発明の硬化液を付与するだけで、複雑な立体形状を有する構造物を簡便かつ効率よくしかも寸法精度良く製造することができる。こうして得られた構造物は、充分な硬度を有する硬化物（立体造形物）であり、手で持ったり、型に出し入れしたり、エアーブロー処理を行って余分な前記立体造形用粉末材料を除去したりしても、型崩れを生じることがなく、取扱性、及びハンドリング性に優れる。前記硬化物は、そのまま使用してもよいし、焼結用硬化物として更に焼結処理を施して成形物（立体造形物の焼結体）としてもよい。そして、前記焼結処理を施した場合において、焼結後の該成形物において不要な空隙等が生じることがなく、美麗な外観の成形物が容易に得られる。
【００３２】
（硬化液）
本発明の硬化液は、本発明の前記立体造形物の製造方法に用いられる硬化液であって、前記有機材料と架橋する架橋剤を含有し、また前記有機材料を溶解させる媒体（溶媒）や当該溶解を促進させるような成分などを含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
前記有機材料に前記硬化液が付与されると、前記有機材料は溶解すると共に、前記硬化液に含まれる架橋剤の作用により架橋する。
【００３３】
−媒体−
前記媒体としては、基材を被覆する有機材料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、環境負荷や前記硬化液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、前記硬化液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。
【００３４】
−架橋剤−
前記架橋剤としては、前記有機材料を架橋可能な性質を有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、例えば、金属塩、金属錯体、ジルコニア系架橋剤、チタン系架橋剤、水溶性有機架橋剤、キレート剤、などが挙げられる。
前記ジルコニア系架橋剤としては、例えば、酸塩化ジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウムなどが挙げられる。
前記チタン系架橋剤としては、例えば、チタンアシレート、チタンアルコキシドなどが挙げられる。
前記水溶性有機架橋剤としては、例えば、カルボジイミド基含有化合物、ビスビニルスルホン化合物などが挙げられる。
前記キレート剤としては、例えば、有機チタンキレート、有機ジルコニアキレートなどが挙げられる。
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、金属塩がより好適である。
【００３５】
前記金属塩としては、例えば、２価以上の陽イオン金属を水中で電離するものなどが好適に挙げられる。前記金属塩の具体例としては、オキシ塩化ジルコニウム八水和物（４価）、水酸化アルミニウム（３価）、水酸化マグネシウム（２価）、チタンラクテートアンモニウム塩（４価）、塩基性酢酸アルミニウム（３価）、炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（４価）、チタントリエタノールアミネート（４価）、グリオキシル酸塩、ジルコニウムラクテートアンモニウム塩などが好適に挙げられる。
また、これらは市販品を使用することができ、該市販品としては、例えば、オキシ塩化ジルコニウム八水和物（第一稀元素化学工業株式会社製、酸塩化ジルコニウム）、水酸化アルミニウム（和光純薬工業株式会社製）、水酸化マグネシウム（和光純薬工業株式会社製）、チタンラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＴＣ−３００）、ジルコニウムラクテートアンモニウム塩（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＺＣ−３００）、塩基性酢酸アルミニウム（和光純薬工業株式会社製）、ビスビニルスルホン化合物（富士ファインケミカル株式会社製、ＶＳ−Ｂ（Ｋ−ＦＪＣ））、炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（第一稀元素化学工業株式会社製、ジルコゾールＡＣ−２０）、チタントリエタノールアミネート（マツモトファインケミカル株式会社製、オルガチックスＴＣ−４００）、グリオキシル酸塩（Ｓａｆｅｌｉｎｋ  ＳＰＭ−０１、日本合成化学工業株式会社製）、アジピン酸ジヒドラジド（大塚化学株式会社製）などが挙げられる。前記金属塩における金属の価数が２以上であると、架橋強度を向上させることができ、得られる前記立体造形物が良好な強度を有する点で好ましい。
また、前記陽イオン金属の配位子としては、前記硬化液の吐出安定性（経時保存性）に優れる点で乳酸イオンが好ましい。
前記陽イオン金属の配位子が炭酸イオンの架橋剤、例えば、炭酸ジルコニウムアンモニウムは、水溶液中で自己重合反応を生じるため、架橋剤の性質が変化しやすい。したがって、前記硬化液の吐出安定性の観点では、前記陽イオンの配位子が乳酸イオンの架橋剤を用いる方が好ましいと言える。ただし、グルコン酸やトリエタノールアミン等のキレート剤を添加することにより、炭酸ジルコニウムアンモニウムの水溶液中での自己重合反応を抑制することができ、前記硬化液の吐出安定性を向上させることができる。
【００３６】
−その他の成分−
前記その他の成分としては、前記硬化液を付与する手段の種類、使用頻度や量などの諸条件を考慮して適宜選択することができ、例えば、インクジェット法によって前記硬化液を付与する場合には、インクジェットプリンター等におけるノズルヘッドへの目詰り等の影響を考慮して選択することができる。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。
【００３７】
前記硬化液の調製方法としては、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、前記水性媒体中に前記架橋剤、必要に応じて前記その他の成分を添加し混合して溶解させる方法などが挙げられる。
前記硬化液における前記架橋剤の含有量（濃度）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、前記有機材料１００質量部に対して、前記架橋剤の含有量が、０．１質量部〜５０質量部（質量％）となる濃度が好ましく、０．５質量部〜４０質量部（質量％）となる濃度がより好ましく、１質量部〜３５質量部（質量％）となる濃度が特に好ましい。
前記濃度が、０．１質量％以上であると、前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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、５０質量％以下であると、前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）の寸法精度が向上する。
【００３８】
（立体造形用キット）
本発明の立体造形用キットは、本発明の前記立体造形用粉末材料と、本発明の前記硬化液とを含み、更に必要に応じてその他の成分等を含む。
なお、本発明の立体造形用キットにおいては、前記架橋剤は、前記硬化液中ではなく固体の形態で含まれていてもよく、使用時に水性媒体と混合して前記硬化液に調製するキットとされていても構わない。
【００３９】
本発明の立体造形用キットは、各種の成形物、構造物の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、本発明の立体造形物の製造装置、及び本発明で得られる立体造形物に特に好適に用いることができる。
本発明の立体造形用キットを用いて構造物を製造すると、前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を作用させ、必要に応じて乾燥するだけで、複雑な立体形状を有する構造物を簡便かつ効率良くしかも寸法精度良く製造することができる。こうして得られた構造物は、充分な硬度を有する硬化物（立体造形物）であり、手で持ったり、型に出し入れしたり、エアーブロー処理を行って余分な前記立体造形用粉末材料を除去したりしても、型崩れを生じることがなく、取扱性、ハンドリング性に優れる。前記硬化物は、そのまま使用してもよいし、焼結用硬化物として更に焼結処理を施して成形物（立体造形物の焼結体）としてもよい。そして、前記焼結処理を施した場合において、焼結後の該成形物において不要な空隙等が生じることがなく、美麗な外観の成形物が容易に得られる。
【００４０】
＜立体造形物＞
本発明で得られる立体造形物は、本発明の前記立体造形用粉末材料に本発明の前記硬化液を付与させて得られた硬化物、及び、本発明の前記立体造形用キットを用い、前記立体造形用キットにおける前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を付与させて得られた硬化物のいずれかであって、焼結を行って成形物（立体造形物の焼結体）を製造するための焼結用硬化物として用いられる。
【００４１】
前記立体造形物は、前記立体造形用粉末材料に前記硬化液を付与しただけで得られたものであるが、充分な強度を有する。前記立体造形物においては、前記基材が密に（高充填率で）存在し、前記有機材料は前記基材同士の周囲に極僅かだけ存在するため、その後に焼結等して成形物（焼結体）を得たとき、接着剤等を用いた従来の粉末乃至粒子の硬化物とは異なり、有機物成分の揮発（脱脂）量が少なくできるため、不要な空隙（脱脂痕）等は存在せず、外観の美麗な成形物（焼結体）が得られる。
前記立体造形物の強度としては、例えば、表面を擦っても型崩れ等が生じることがない程度であり、ノズル口径２ｍｍ、エアー圧力０．３ＭＰａのエアーガンを用いて、距離５ｃｍよりエアーブロー処理をしても割れ等が生じることがない程度である。
【００４２】
（立体造形物の製造方法及び立体造形物の製造装置）
本発明の立体造形物の製造方法は、粉末材料層形成工程と、粉末材料層硬化工程とを含み、更に必要に応じて焼結工程等のその他の工程を含む。
前記粉末材料層形成工程と、前記粉末材料層硬化工程とを繰り返すことで立体造形物を製造することを特徴とする。
本発明の立体造形物の製造装置は、粉末材料層形成手段と、硬化液付与手段と、粉末材料収容部と、硬化液収容部とを有し、更に必要に応じて硬化液供給手段や焼結手段等のその他の手段を有してなる。
【００４３】
−粉末材料層形成工程及び粉末材料層形成手段−
前記粉末材料層形成工程は、有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて該粉末材料の層を形成する工程である。
前記粉末材料層形成手段は、有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて該粉末材料の層を形成する手段である。
前記立体造形用粉末材料層は支持体上に形成されることが好ましい。
【００４４】
−−支持体−−
前記支持体としては、前記立体造形用粉末材料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、前記立体造形用粉末材料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材料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材料における前記有機材料が溶解し、前記架橋剤の作用によって架橋した際に、前記有機材料との親和性が低いことが好ましい。
前記載置面と、溶解し架橋した前記有機材料との親和性が、前記基材と、溶解し架橋した前記有機材料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。
【００４５】
−−粉末材料層の形成−−
前記立体造形用粉末材料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（カウンターローラー）などを用いる方法、前記立体造形用粉末材料をブラシ、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材料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。
【００４６】
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材料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材料を、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、前記立体造形用粉末材料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材料を載置させる。以上により、前記立体造形用粉末材料を前記支持体上に薄層に載置させることができる。
【００４７】
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材料に対し、前記硬化液を作用させると、当該層が硬化する（前記粉末材料層硬化工程）。
ここで得られた薄層の硬化物上に、上記と同様にして、前記立体造形用粉末材料を薄層に載置させ、前記薄層に載置された該立体造形用粉末材料（層）に対し、前記硬化液を作用させると、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。
【００４８】
また、前記立体造形用粉末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、前記立体造形用粉末材料を積層するためのリコーターと、前記立体造形用粉末材料を前記支持体上に供給するための可動式供給槽と、前記立体造形用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立体造形用粉末材料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材料を積層させることができる。
【００４９】
前記立体造形用粉末材料層の厚みとしては、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材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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材料に前記硬化液を付与して形成した立体造形用粉末材料（層）による硬化物（立体造形物）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。
【００５０】
−粉末材料層硬化工程及び硬化液付与手段−
前記粉末材料層硬化工程は、前記粉末材料層形成工程で形成した粉末材料層に、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与して、該粉末材料層の所定領域を硬化させる工程である。
前記硬化液付与手段は、前記粉末材料層形成手段により形成された立体造形用粉末材料層の所定領域を硬化させるために、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与する手段である。
【００５１】
前記硬化液の前記粉末材料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硬化液付与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、スプレー流による粉末材料の飛散が発生する。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。
【００５２】
前記インクジェット法による場合、前記硬化液付与手段は、前記インクジェット法により前記硬化液を前記粉末材料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硬化液付与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硬化液量が多く、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、前記硬化液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、前記硬化液が、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材料層に付与（吐出）された際、前記立体造形用粉末材料における前記有機材料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、寸法精度の良い硬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。
【００５３】
なお、前記硬化液において前記架橋剤はｐＨ調整剤としても機能し得る。前記硬化液のｐＨとしては、前記インクジェット法で前記硬化液を前記立体造形用粉末材料層に付与する場合には、用いるノズルのノズルヘッド部分の腐食や目詰り防止の観点からは、５（弱酸性）〜１２（塩基性）が好ましく、８〜１０（弱塩基性）がより好ましい。前記ｐＨの調整のために公知のｐＨ調整剤を使用してもよい。
【００５４】
−粉末材料収容部−
前記粉末材料収容部は、前記立体造形用粉末材料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。
【００５５】
−硬化液収容部−
前記硬化液収容部は、前記硬化液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。
【００５６】
−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、焼結工程、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、焼結手段、表面保護処理手段、塗装手段、などが挙げられる。
【００５７】
前記乾燥工程は、前記粉末材料層硬化工程において得られた硬化物（立体造形物）を乾燥させる工程である。前記乾燥工程において、前記硬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。
前記焼結工程は、前記粉末材料層硬化工程において形成した硬化物（立体造形物）を焼結する工程である。前記焼結工程を行うことにより、前記硬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。
前記表面保護処理工程は、前記粉末材料層硬化工程において形成した硬化物（立体造形物）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、前記硬化物（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該硬化物（立体造形物）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、前記粉末材料層硬化工程において形成した硬化物（立体造形物）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、前記硬化物（立体造形物）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。
【００５８】
ここで、図１に本発明の粉末積層造形装置の一例を示す。この図１の粉末積層造形装置は、造形側粉末貯留槽１と供給側粉末貯留槽２とを有し、これらの粉末貯留槽は、それぞれ上下に移動可能なステージ３を有し、該ステージ３上に立体造形用粉末材料を載置し、立体造形用粉末材料からなる薄層を形成する。
造形側粉末貯留槽１の上には、前記粉末貯留槽内の立体造形用粉末材料に向けて硬化液４を吐出するインクジェットヘッド５を有し、更に、供給側粉末貯留槽２から造形側粉末貯留槽１に立体造形用粉末材料を供給すると共に、造形側粉末貯留槽１の立体造形用粉末材料（層）表面を均す、均し機構６（以下、リコーターということがある）を有する。
【００５９】
造形側粉末貯留槽１の立体造形用粉末材料層上にインクジェットヘッド５から硬化液４を滴下する。このとき、硬化液４を滴下する位置は、最終的に造形したい立体形状を複数の平面層にスライスした二次元画像データ(スライスデータ)により決定される。
一層分の描画が終了した後、供給側粉末貯留槽２のステージ３を上げ、造形側粉末貯留槽１のステージ３を下げる。その差分の立体造形用粉末材料を、前記均し機構６によって、造形側粉末貯留槽１へと移動させる。
【００６０】
このようにして、先に描画した立体造形用粉末材料層表面上に、新たな立体造形用粉末材料層が一層形成される。このときの立体造形用粉末材料層一層の厚みは、数十μｍ以上１００μｍ以下程度である。
前記新たに形成された立体造形用粉末材料層上に、更に二層目のスライスデータに基づく描画を行い、この一連のプロセスを繰り返して立体造形物を得、図示しない加熱手段で加熱乾燥させることで立体造形物が得られる。
【００６１】
図２に、本発明の粉末積層造形装置の他の一例を示す。図２の粉末積層造形装置は、原理的には図１と同じものであるが、立体造形用粉末材料の供給機構が異なる。即ち、供給側粉末貯留槽２は、造形側粉末貯留槽１の上方に配されている。一層目の描画が終了すると、造形側粉末貯留槽１のステージ３が所定量降下し、供給側粉末貯留槽２が移動しながら、所定量の立体造形用粉末材料を造形側粉末貯留槽１に落下させ、新たな立体造形用粉末材料層を形成する。その後、均し機構６で、立体造形用粉末材料層を圧縮し、かさ密度を上げると共に、立体造形用粉末材料層の高さを均一に均す。
図２に示す構成の粉末積層造形装置によれば、２つの粉末貯留槽を平面的に並べる図１の構成に比べて、装置をコンパクトにできる。
【００６２】
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材料又は本発明の前記立体造形用キット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、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】
【００６３】
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。
【００６４】
−立体造形用粉末材料１の調製−
−−コート液１の調製−−
表１に示すように、前記有機材料（表１において「Ｎｏ．１」）として水溶性樹脂である無変性の部分けん化ポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、ＰＶＡ−２０５Ｃ、平均重合度５００、けん化度８８．０ｍｏｌ％）６質量部に、水１１４質量部を混合し、ウォーターバス中で８０℃に加熱しながら、スリーワンモーター（新東科学株式会社製、ＢＬ６００）を用いて１時間攪拌し、前記ポリビニルアルコールを前記水に溶解させ、５質量％のポリビニルアルコール水溶液１２０質量部を調製した。こうして得られた調製液をコート液１とした。
なお、前記ポリビニルアルコールの４質量％（ｗ／ｗ％）水溶液の２０℃における粘度を粘度計（ブルックフィールド社製回転粘度計、ＤＶ−Ｅ  ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ  ＨＡＤＶＥ１１５型）を用いて測定したところ、表１に示すとおり、５．０ｍＰａ・ｓ〜６．０ｍＰａ・ｓであった。
【００６５】
−−コート液１の基材表面へのコーティング−−
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、前記基材（表１において「Ｎｏ.１」）としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）粉(山陽特殊製鋼株式会社製、ＰＳＳ３１６Ｌ、体積平均粒径４１μｍ)１００質量部に対し、表１に示す被覆厚み（平均厚み）になるように、前記コート液１をコーティングした。このコーティングにおいては、途中で随時サンプリングを行い、前記コート液１の被覆厚み（平均厚み）と表面被覆率（％）とが表１に示す値となるように、コーティング時間及び間隔を適宜調節した。以上により、立体造形用粉末材料１を得た。なお、以下に、被覆厚み及び表面被覆率の測定方法、コーティング条件を示した。
【００６６】
＜被覆厚み（平均厚み＞
被覆厚み（平均厚み）は、前記立体造形用粉末材料１の表面をエメリー紙で研磨を行った後、水を含ませた布で表面を軽く磨き水溶性樹脂部位を溶解し、観察用サンプルを作製した。次に、電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）にて表面に露出した、基材部と水溶性樹脂部の境界部を観察し、境界部位を被覆厚みとして測定した。測定箇所１０箇所の平均値を求め、これを被覆厚み（平均厚み）とした。
【００６７】
＜表面被覆率＞
電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用い、前記立体造形用粉末材料１が１０個程度画面内に収まる視野設定にて、下記条件で反射電子像（ＥＳＢ）を撮影し、ＩｍａｇｅＪソフトにより画像処理にて２値化を実施した。黒色部が被覆部、白色部が基材部とし、１粒子中の黒色部面積／（黒色部面積＋白色部面積）×１００で比率を求めた。１０粒子の測定を行い、その平均値を表面被覆率（％）とした。
−ＳＥＭ観察条件−
・Ｓｉｇｎａｌ：ＥＳＢ（反射電子像）
・ＥＨＴ：０．８０ｋＶ
・ＥＳＢ  Ｇｒｉｄ：７００Ｖ
・ＷＤ：３．０ｍｍ
・Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｓｉｚｅ：３０．００μｍ
・コントラスト：８０％
・倍率：画面横方向に１０個程度収まるようにサンプル毎に設定
【００６８】
＜コーティング条件＞
・スプレー設定
ノズル型式  ９７０
ノズル口径  １．２ｍｍ
コート液吐出圧力  ４．７Ｐａ・ｓ
コート液吐出速度  ３ｇ／ｍｉｎ
アトマイズ空気量  ５０ＮＬ／ｍｉｎ
・ローター設定
ローター型式  Ｍ−１
回転速度  ６０ｒｐｍ
回転数  ４００％
・気流設定
給気温度  ８０℃
給気風量  ０．８ｍ３／ｍｉｎ
バグフィルター払落し圧  ０．２ＭＰａ
バグフィルター払落し時間  ０．３秒間
バグフィルターインターバル  ５秒間
・コーティング時間  ４０分間
【００６９】
得られた立体造形用粉末材料１について、市販の粒径測定装置（日機装株式会社製、マイクロトラックＨＲＡ）を用いて平均粒子径を測定したところ、表２に示すとおり、４３μｍであった。また、その流動性として安息角を市販の安息角測定装置（ホソカワミクロン株式会社製、パウダテスタＰＴ−Ｎ型）を用いて測定したところ、表２に示すとおり、３５度であった。なお、この安息角の測定値が大きい程、流動性が悪くなる傾向にある。
【００７０】
−硬化液１の調製−
水７０質量部と、流動性調整剤として３−メチル−１，３−ブタンジオール（東京化成工業株式会社製）３０質量部と、架橋剤としてオキシ塩化ジルコニウム八水和物（第一稀元素化学工業株式会社製、酸塩化ジルコニウム）０．１質量部とを、ホモミキサーを用いて３０分間分散させて、硬化液１（表１において「Ｎｏ.１」）を調製した。
【００７１】
（実施例１）
得られた前記立体造形用粉末材料１と、前記硬化液１とを用い、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。
【００７２】
１）まず、図１に示したような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材料１を移送させ、前記支持体上に平均厚みが１００μｍの立体造形用粉末材料１による薄層を形成した。
【００７３】
２）次に、形成した立体造形用粉末材料１による薄層の表面に、前記硬化液１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、前記ポリビニルアルコールを該硬化液１に含まれる水に溶かし、該硬化液１に含まれる前記架橋剤（オキシ塩化ジルコニウム八水和物）の作用により、該ポリビニルアルコールを架橋させた。
【００７４】
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材料１による薄層を順次積層していき、乾燥機を用いて、５０℃で４時間、次いで１００℃にて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材料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。
なお、強度（硬度）、及び寸法精度を以下の基準にて評価した。その結果を表２に示した。
【００７５】
＜強度（硬度）＞
×・・・立体造形用粉末材料が充分に硬化しておらず、積層した粉末材料層内からから立体造形物を取り出すことができず、取り出すと所定の形状を維持することができない状態
△・・・積層した粉末材料層内から立体造形物を取り出すことが可能であり、エアーブロー圧の調整又は、刷毛を使用することで、不要な立体造形用粉末材料を取り出すことが可能であり、該立体造形物は形状を維持可能な状態
○・・・立体造形物について強いエアーブローを行っても、不要な立体造形用粉末材料のみが除去され、該立体造形物自体はその形状を維持している状態
◎・・・立体造形物が充分に硬化しており、容易には壊れない状態
【００７６】
＜寸法精度＞
×・・・立体造形物の表面に歪みが生じており、表面を観察すると、前記基材と前記有機材料との偏在が認められる状態
△・・・立体造形物の表面に若干の歪みと凹凸が生じている状態
○・・・立体造形物の表面状態は良好であるが、僅かに反りが生じている状態
◎・・・立体造形物の表面が滑らかで美麗であり、反りも生じていない状態
【００７７】
４）上記３）で得られた立体造形物１について、乾燥機を用いて、窒素雰囲気下、５００℃まで３時間５８分間をかけて昇温し、次いで４００℃に４時間維持した後、４時間かけて３０℃まで昇温させて、脱脂工程を行い、更に焼結炉内で真空条件、１,４００℃で焼結処理を行った。その結果、表面が美麗な立体造形物１（焼結体）が得られた。この立体造形物１は完全に一体化されたステンレス構造物（金属塊）であり、硬質の床に叩きつけても全く破損等が生じなかった。
【００７８】
（実施例２）
実施例１において、コーティング時間を２分間に調整することにより、表１に示す前記平均厚み及び前記表面被覆率を有する立体造形用粉末材料２を作製した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物２を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００７９】
（実施例３）
実施例１において、コーティング時間を２００分間に調整することにより、表１に示す前記平均厚み及び前記表面被覆率を有する立体造形用粉末材料３を作製した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物３を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８０】
（実施例４）
実施例２において、架橋剤としてオキシ塩化ジルコニウム八水和物（第一稀元素化学工業株式会社製、酸塩化ジルコニウム）３．０質量部を用いて硬化液２を調製した以外は、実施例２と同様にして、立体造形物４を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８１】
（実施例５）
実施例２において、架橋剤としてオキシ塩化ジルコニウム八水和物（第一稀元素化学工業株式会社製、酸塩化ジルコニウム）３．５質量部を用いて硬化液３を調製した以外は、実施例２と同様にして、立体造形物５を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８２】
（実施例６）
実施例２において、水溶性樹脂をポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、ＰＶＡ−２２０Ｃ）に変更した以外は、実施例２と同様にして、立体造形物６を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８３】
（実施例７）
実施例２において、水溶性樹脂をポリアクリル酸（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０Ｐ）に、架橋剤を水酸化アルミニウム（和光純薬工業株式会社製）にそれぞれ変更した以外は、実施例２と同様にして、立体造形物７を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８４】
（実施例８）
実施例７において、水溶性樹脂をポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０３Ｐ）に変更した以外は、実施例７と同様にして、立体造形物８を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８５】
（実施例９）
実施例８において、架橋剤を水酸化マグネシウム（和光純薬工業株式会社製）に変更した以外は、実施例８と同様にして、立体造形物９を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８６】
（実施例１０）
実施例１において、水溶性樹脂をアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（ゴーセネックスＺ−３００、日本合成化学工業株式会社製）に、架橋剤をチタンラクテートアンモニウム塩（オルガチックス  ＴＣ−３００、マツモトファインケミカル株式会社製）にそれぞれ変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物１０を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８７】
（実施例１１）
実施例１０において、水溶性樹脂をカルボキシル基変性ポリビニルアルコール（ゴーセネックスＴ−３３０、日本合成化学工業株式会社製）に変更した以外は、実施例１０と同様にして、立体造形物１１を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８８】
（実施例１２）
実施例１０において、水溶性樹脂をブタンジオールビニルアルコールコポリマー（ニチゴーＧ−ポリマーＯＫＳ−８０４１、日本合成化学工業株式会社製）に変更した以外は、実施例１０と同様にして、立体造形物１２を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００８９】
（実施例１３）
実施例１において、水溶性樹脂をカルボキシメチルセルロースナトリウム（セロゲン５Ａ、第一工業製薬株式会社製）に、架橋剤を塩基性酢酸アルミニウム（和光純薬工業株式会社製）にそれぞれ変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物１３を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９０】
（実施例１４）
実施例１３において、水溶性樹脂をカルボキシメチルセルロースナトリウム（セロゲン６Ａ、第一工業製薬株式会社製）に変更した以外は、実施例１３と同様にして、立体造形物１４を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９１】
（実施例１５）
実施例１において、水溶性樹脂をデンプン（ハイスタードＰＳＳ−５、三和澱粉工業株式会社製）に、架橋剤をビスビニルスルホン化合物（ＶＳ−Ｂ（Ｋ−ＦＪＣ）、富士フィルムファインケミカル株式会社製）にそれぞれ変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物１５を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９２】
（実施例１６）
実施例１５において、水溶性樹脂をゼラチン（ビーマトリックスゼラチン、新田ゼラチン株式会社製）に変更した以外は、実施例１５と同様にして、立体造形物１６を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９３】
（実施例１７）
実施例１において、基材をステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）（ＰＳＳ３１６Ｌ（体積平均粒径２０μｍ以下品）、山陽特殊製鋼株式会社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物１７を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９４】
（実施例１８）
実施例１において、基材をシリカ（エクセリカＳＥ−１５Ｋ、株式会社トクヤマ製、体積平均粒径２４μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物１８を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９５】
（実施例１９）
実施例１において、基材をアルミナ（タイミクロン  ＴＭ−５Ｄ、大明化学工業株式会社製、体積平均粒径０．３μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物１９を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９６】
（実施例２０）
実施例１において、基材をジルコニア（ＴＺ−Ｂ５３、東ソー株式会社製、体積平均粒径５０μｍ）に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形物２０を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９７】
（実施例２１）
実施例１において、基材をステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）（ＰＳＳ３１６Ｌ（体積平均粒径２０μｍ以下品）、山陽特殊製鋼株式会社製）に変更し、立体造形用粉末を作製した後、前記立体造形用粉末を音波式ふるい振とう器（ＳＷ−２０Ａ、筒井理化学器機株式会社製）にて、分級し、篩目開き５μ通過した粉末を収集した。収集した粉末を立体造形用粉末材料１８とした。
得られた立体造形用粉末材料１８を使用し、実施例１と同様にして、立体造形物２１を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９８】
（実施例２２）
実施例１において、基材をステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）（ＰＳＳ３１６Ｌ（体積平均粒径２０μｍ以下品）、山陽特殊製鋼株式会社製）に変更し、立体造形用粉末を作製した後、前記立体造形用粉末を音波式ふるい振とう器（ＳＷ−２０Ａ、筒井理化学器機株式会社製）にて、分級し、篩目開き１０μ通過した粉末を収集した。収集した粉末を立体造形用粉末材料１９とした。
得られた立体造形用粉末材料１９を使用し、実施例１と同様にして、立体造形物２２を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【００９９】
（実施例２３）
実施例１において、基材をステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）（ＰＳＳ３１６Ｌ（体積平均粒径１０μｍ以下品）、山陽特殊製鋼株式会社製）に変更した以外は、実施例１と同様にして、立体造形用粉末材料２０を作製した。
得られた立体造形用粉末材料２０を使用し、実施例１と同様にして、立体造形物２３を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【０１００】
（比較例１）
実施例１において、架橋剤を用いなかった以外は、実施例１と同様にして、立体造形物２４を製造し、実施例１と同様の評価を行った。結果を表２に示した。
【０１０１】
【表１】
0005862739.tif 000002
【０１０２】
【表２】
0005862739.tif 000003
【０１０３】
−立体造形用粉末材料１０１の調製−
−−コート液１０１の調製−−
表３に示すように、水溶性樹脂であるアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−１００、平均重合度：５００、けん化度９８．５ｍｏｌ％）６質量部に、水１１４質量部を混合し、ウォーターバス中で９０℃に加熱しながら、スリーワンモーター（新東科学株式会社製、ＢＬ６００）を用いて１時間攪拌し、前記アセトアセチル基変性ポリビニルアルコールを前記水に溶解させ、５質量％のアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール水溶液１２０質量部を調製した。こうして得られた調製液をコート液１０１とした。
なお、前記アセトアセチル基変性ポリビニルアルコールの４質量％（ｗ／ｗ％）水溶液の２０℃における粘度を粘度計（ブルックフィールド社製回転粘度計、ＤＶ−Ｅ  ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲ  ＨＡＤＶＥ１１５型）を用いて測定したところ、表３に示すとおり、５．０ｍＰａ・ｓ〜６．０ｍＰａ・ｓであった。
【０１０４】
−−コート液１０１の基材表面へのコーティング−−
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、前記基材（表３において「Ｎｏ．１０１」）としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）粉（山陽特殊製鋼株式会社製、ＰＳＳ３１６Ｌ、体積平均粒径４１μｍ）１００質量部に対し、表３に示す被覆厚み（平均厚み）になるように、前記コート液１０１をコーティングした。このコーティングにおいては、途中で随時サンプリングを行い、前記コート液１０１の被覆厚み（平均厚み）と表面被覆率（％）とが表３に示す値となるように、コーティング時間及び間隔を適宜調節した。以上により、立体造形用粉末材料１０１を得た。なお、被覆厚み及び表面被覆率の測定方法は、前記立体造形用粉末材料１と同様であり、以下に、コーティング条件を示した。
【０１０５】
＜コーティング条件＞
・スプレー設定
ノズル型式  ９７０
ノズル口径  １．２ｍｍ
コート液吐出圧力  ４．７Ｐａ・ｓ
コート液吐出速度  ３ｇ／ｍｉｎ
アトマイズ空気量  ５０ＮＬ／ｍｉｎ
・ローター設定
ローター型式  Ｍ−１
回転速度  ６０ｒｐｍ
回転数  ４００％
・気流設定
給気温度  ８０℃
給気風量  ０．８ｍ３／ｍｉｎ
バグフィルター払落し圧  ０．２ＭＰａ
バグフィルター払落し時間  ０．３秒間
バグフィルターインターバル  ５秒間
・コーティング時間  １６０分間
【０１０６】
−硬化液１０１の調製−
水７０質量部と、流動性調整剤として３−メチル−１，３−ブタンジオール（東京化成工業株式会社製）３０質量部と、架橋剤として炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（第一稀元素化学工業株式会社製、ジルコゾール  ＡＣ−２０）５質量部とを、混合溶解させ、硬化液１０１を調製した。
【０１０７】
（実施例２４）
得られた前記立体造形用粉末材料１０１と、前記硬化液１０１とを用い、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１０１を以下のようにして製造した。
【０１０８】
１）まず、図１に示したような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材料１０１を移送させ、前記支持体上に平均厚みが１００μｍの立体造形用粉末材料１０１による薄層を形成した。
【０１０９】
２）次に、形成した立体造形用粉末材料１０１による薄層の表面に、前記硬化液１０１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、前記アセトアセチル基変性ポリビニルアルコールを該硬化液１０１に含まれる水に溶かし、該硬化液１０１に含まれる前記架橋剤（炭酸ジルコニウムアンモニウム塩）の作用により、該アセトアセチル基変性ポリビニルアルコールを架橋させた。
【０１１０】
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材料１０１による薄層を順次積層していき、乾燥機を用いて、５０℃で４時間、次いで１００℃にて１０時間維持し、乾燥工程を行い、立体造形物１０１を得た。
乾燥後の立体造形物１０１に対し、エアーブローにより余分な前記立体造形用粉末材料１０１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。
得られた立体造形物１０１について、前記実施例１と同様にして、強度（硬度）、及び寸法精度を評価した。また、立体造形物１０１について、曲げ応力を以下のようにして測定した。これらの結果を表４に示した。
【０１１１】
＜曲げ応力＞
得られた立体造形物１０１について、株式会社島津製作所製のオートグラフＡＧＳ−Ｊと３点曲げ試験治具（プラスティック）を用いて３点曲げ応力（ＭＰａ）を測定し、下記基準に従って曲げ応力を評価した。
［評価基準］
◎・・・８．０ＭＰａ以上
○・・・５．０ＭＰａ以上８．０ＭＰａ未満
△・・・３．０ＭＰａ以上５．０ＭＰａ未満
×・・・３．０ＭＰａ未満
【０１１２】
４）前記３）で得られた立体造形物１０１について、乾燥機を用いて、窒素雰囲気下、５００℃まで３時間５８分間をかけて昇温し、次いで４００℃に４時間維持した後、４時間かけて３０℃まで昇温させて、脱脂工程を行い、更に焼結炉内で真空条件、１,４００℃で焼結処理を行った。その結果、表面が美麗な立体造形物１０１（焼結体）が得られた。この立体造形物１０１は完全に一体化されたステンレス構造物（金属塊）であり、硬質の床に叩きつけても全く破損等が生じなかった。
【０１１３】
（実施例２５）
実施例２４において、コーティング時間を８０分間に調整することにより、表３に示す平均厚み及び表面被覆率を有する立体造形用粉末材料１０２を作製した以外は、実施例２４と同様にして、立体造形物１０２を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１１４】
（実施例２６）
実施例２４において、コーティング時間を３２０分間に調整することにより、表３に示す平均厚み及び表面被覆率を有する立体造形用粉末材料１０３を作製した以外は、実施例２４と同様にして、立体造形物１０３を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１１５】
（実施例２７）
実施例２４において、架橋剤としてグリオキシル酸塩（Ｓａｆｅｌｉｎｋ  ＳＰＭ−０１、日本合成化学工業株式会社製）３．０質量部を用いて硬化液１０２を調製した以外は、実施例２４と同様にして、立体造形物１０４を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１１６】
（実施例２８）
実施例２５において、架橋剤としてアジピン酸ジヒドラジド（大塚化学株式会社製）３．５質量部を用いて硬化液１０３を調製した以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１０５を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１１７】
（実施例２９）
実施例２５において、水溶性樹脂をアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−２００、平均重合度１,０００、けん化度９９．０ｍｏｌ％）、コート液濃度を３質量％にそれぞれ変更し、コーティング時間を１３３分間に調整した以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１０６を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１１８】
（実施例３０）
実施例２５において、水溶性樹脂をアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−２１０、平均重合度１,０００、けん化度９５．５ｍｏｌ％）、コート液濃度を３質量％にそれぞれ変更し、コーティング時間を１３３分間に調整した以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１０７を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１１９】
（実施例３１）
実施例２５において、水溶性樹脂をアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−２２０、平均重合度１,０００、けん化度９０．８ｍｏｌ％）、コート液濃度を３質量％にそれぞれ変更し、コーティング時間を１３３分間に調整した以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１０８を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２０】
（実施例３２）
実施例２５において、水溶性樹脂をアセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−３００、平均重合度１,７００、けん化度９９．０ｍｏｌ％）、コート液濃度を３質量％に変更し、コーティング時間を１３３分間に調整した以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１０９を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２１】
（実施例３３）
実施例２４において、架橋剤としてジルコニウムラクテートアンモニウム塩（オルガチックス  ＺＣ−３００、マツモトファインケミカル株式会社製）５質量部を用いて硬化液１０４を調製した以外は、実施例２４と同様にして、立体造形物１１０を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２２】
（実施例３４）
実施例２５において、架橋剤としてジルコニウムラクテートアンモニウム塩（オルガチックス  ＺＣ−３００、マツモトファインケミカル株式会社製）５質量部を用いて硬化液１０４を調製した以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１１１を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２３】
（実施例３５）
実施例２６において、架橋剤としてジルコニウムラクテートアンモニウム塩（オルガチックス  ＺＣ−３００、マツモトファインケミカル株式会社製）５質量部を用いて硬化液１０４を調製した以外は、実施例２６と同様にして、立体造形物１１２を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２４】
（実施例３６）
実施例３４において、水溶性樹脂をカルボキシル基変性ポリビニルアルコール（ゴーセネックスＴ−３３０、日本合成化学工業株式会社製）に変更し、コート液濃度を３質量％に変更し、コーティング時間を１３３分間に調整した以外は、実施例３４と同様にして、立体造形物１１３を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２５】
（実施例３７）
実施例３４において、水溶性樹脂を無変性の部分けん化ポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、ＰＶＡ−２０５Ｃ、平均重合度５００、けん化度８８．０ｍｏｌ％）に変更した以外は、実施例３４と同様にして、立体造形物１１４を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２６】
（比較例２）
実施例２５において、架橋剤を用いなかった以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１１５を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２７】
（比較例３）
実施例２５において、架橋剤として炭酸ジルコニウムアンモニウム塩（第一稀元素化学工業株式会社製、ジルコゾール  ＡＣ−２０）を、ジアルキルパーオキサイド（カヤブチル  Ｃ、化薬アクゾ株式会社製）に変更し、硬化液１０５を調製した以外は、実施例２５と同様にして、立体造形物１１６を製造し、実施例２４と同様の評価を行った。結果を表４に示した。
【０１２８】
【表３】
0005862739.tif 000004
【０１２９】
【表４】
0005862739.tif 000005
【０１３０】
（実施例３８〜４０）
前記硬化液６、１０１及び１０４の吐出安定性（保存性試験）について、以下の基準で評価した。その結果を表５に示した。
【０１３１】
＜硬化液の保存性試験＞
各硬化液を、インクジェット吐出ヘッドの５０ノズル（ノズル径２８μｍ）から１００滴ずつ吐出し、その後、ノズルにキャップした状態で５０℃の環境下で一ヵ月放置した。放置後の各硬化液の吐出状態が初期の吐出状態に回復するまでのクリーニング動作回数により、硬化液の保存性を評価した。
［評価基準］
×・・・４回以上のクリーニング動作によっても回復がみられなかった
△・・・３回のクリーニング動作により回復した
○・・・２回のクリーニング動作により回復した
◎・・・１回のクリーニング動作により回復した
【０１３２】
（比較例４）
前記硬化液１０５の吐出安定性（保存性試験）について、実施例３８〜４０と同様にして評価した。結果を表５に示した。
【０１３３】
【表５】
0005862739.tif 000006
【０１３４】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて該粉末材料の層を形成する粉末材料層形成工程と、
前記粉末材料層形成工程で形成した粉末材料層に、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与して、該粉末材料層の所定領域を硬化させる粉末材料層硬化工程と、
を少なくとも繰り返すことで立体造形物を製造することを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜２＞  前記架橋剤が、水溶性有機架橋剤及び金属塩のいずれかである前記＜１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜３＞  前記金属塩が、２価以上の陽イオン金属を水中で電離する前記＜２＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜４＞  前記陽イオン金属に乳酸イオンを配位する前記＜３＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜５＞  前記有機材料による前記基材の表面の被覆率が、１５％以上である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜６＞  前記有機材料の４質量％（ｗ／ｗ％）溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜７＞  前記有機材料が、水溶性樹脂である前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜８＞  前記水溶性樹脂が、ポリビニルアルコール樹脂を含む前記＜７＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜９＞  前記ポリビニルアルコール樹脂が、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール樹脂である前記＜８＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜１０＞  前記ポリビニルアルコール樹脂の平均重合度が４００以上１，１００以下である前記＜８＞から＜９＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１１＞  前記立体造形用粉末材料の平均粒子径が３μｍ以上２５０μｍ以下である前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１２＞  前記基材が、金属粒子及びセラミックス粒子の少なくともいずれかである前記＜１＞から＜１１＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１３＞  前記層形成工程と前記層硬化工程を繰り返して作製した立体造形物を焼結する焼結工程を更に含む前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１４＞  前記硬化液の付与が、インクジェット法により行われる前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜１５＞  前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法に用いられる立体造形用粉末材料であって、前記有機材料で被覆された基材を含むことを特徴とする立体造形用粉末材料である。
＜１６＞  前記＜１＞から＜１４＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法に用いられる硬化液であって、前記有機材料と架橋する架橋剤を含むことを特徴とする硬化液である。
＜１７＞  前記＜１５＞に記載の立体造形用粉末材料と、前記＜１６＞に記載の硬化液と、を含むことを特徴とする立体造形用キットである。
＜１８＞  有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料層を形成するための粉末材料層形成手段と、
前記粉末材料層形成手段により形成された立体造形用粉末材料層の所定領域を硬化させるために、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与するための硬化液付与手段と、
前記立体造形用粉末材料が収容された粉末材料収容部と、
前記硬化液が収容された硬化液収容部と、
を備えることを特徴とする立体造形物の製造装置である。
【符号の説明】
【０１３５】
１      造形側粉末貯留槽
２      供給側粉末貯留槽
３      ステージ
４      硬化液
５      インクジェットヘッド
６      均し機構
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３６】
【特許文献１】特開２０００−３２８１０６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０００３０号公報
【特許文献３】特開２００３−４８２５３号公報
【特許文献４】特開２００４−３３０７４３号公報
【特許文献５】特開２００５−２９７３２５号公報
【特許文献６】米国特許第７０４９３６３号明細書
【要約】
【課題】複雑な形状の立体造形物を、金属等の粉末材料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し得る立体造形物の製造方法等の提供。
【解決手段】有機材料で被覆された基材を含む立体造形用粉末材料を用いて該粉末材料の層を形成する粉末材料層形成工程と、前記粉末材料層形成工程で形成した粉末材料層に、前記有機材料と架橋する架橋剤を含む硬化液を付与して、該粉末材料層の所定領域を硬化させる粉末材料層硬化工程と、を少なくとも繰り返すことで立体造形物を製造する立体造形物の製造方法である。
【選択図】図１【図１】
0005862739.tif 000007
【図２】
0005862739.tif 000008