(57)【要約】【課題】熱可塑性材料を含む造形材料を用いて作製された三次元物体に対して、形状変化を抑制しつつ、三次元物体の機械的特性を向上させる。【解決手段】熱可塑性を含む造形材料が積層されることによって作製された部分を有する三次元物体の後処理方法において、前記三次元物体の周囲に粒子を充填した状態として、前記三次元物体を加熱処理容器内に保持させる第一の工程と、前記加熱処理容器内に保持させた前記三次元物体に加熱処理を施す第二の工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性材料を含む造形材料が積層されることによって作製された部分を有する三次元物体の後処理方法において、
前記三次元物体の周囲に粒子を充填して、前記三次元物体を加熱処理容器内に保持させる第一の工程と、
前記加熱処理容器内に保持させた前記三次元物体に加熱処理を施す第二の工程と、
を含むことを特徴とする三次元物体の後処理方法。
【請求項２】
第二の工程では、前記熱可塑性材料の、昇温過程において貯蔵弾性率が１×１０７Ｐａとなる温度である軟化点以上、かつ、前記熱可塑性材料の、昇温過程において貯蔵弾性率が１×１０５Ｐａとなる温度と前記熱可塑性の造形材料の分解温度のいずれか低い方より低い温度で、前記三次元物体に加熱処理を施す
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項３】
前記三次元物体が、複数種類の前記熱可塑性材料を含む場合、前記第二の工程では、前記複数種類の熱可塑性の造形材料のなかで、最も低温となる軟化点以上、かつ、昇温過程において貯蔵弾性率が１×１０５Ｐａとなる温度および分解温度の中で最も低い温度より低い温度で、前記三次元物体に加熱処理を施す
ことを特徴とする請求項２に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項４】
前記第二の工程の後で、降温過程において貯蔵弾性率が１×１０７Ｐａとなる温度よりも低い温度に前記三次元物体を冷却してから、前記加熱処理容器から前記三次元物体を取り出す第三の工程を含む
ことを特徴とする請求項２または３に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項５】
前記第三の工程において、前記三次元物体の表面から、粒子を除去する
ことを特徴とする請求項４に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項６】
前記粒子が、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、シリカ、チタニアのうち少なくともいずれかを含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項７】
前記粒子の平均粒径が、１０μｍ以上１ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項８】
前記粒子の平均粒径が、３０μｍ以上２００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項９】
前記粒子の平均円形度が、０．９８以上である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１０】
前記粒子の粒度分布の標準偏差が、該粒子の平均粒径の１０％以下である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１１】
前記粒子が、表面にコーティング層を有している
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１２】
前記コーティング層が、フルオロ基、アルキル基、フッ化アルキル基のうち少なくともいずれかを含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１３】
前記コーティング層が、水溶性材料からなる
ことを特徴とする請求項１１に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１４】
前記第一の工程において、前記三次元物体の表面のうち少なくとも前記熱可塑性材料を含む造形材料が積層されることによって作製された部分の表面にコーティング層を形成したうえで、前記三次元物体の周囲に前記粒子を充填する
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１５】
前記コーティング層が、水溶性材料からなる
ことを特徴とする請求項１４に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１６】
前記第二の工程の後で、降温過程において貯蔵弾性率が１×１０７Ｐａとなる温度よりも低い温度に前記三次元物体を冷却してから、前記加熱処理容器から前記三次元物体を取り出す第三の工程をさらに含み、
前記第三の工程の後で、取り出した前記三次元物体の表面から前記コーティング層を除去する
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１７】
前記第一の工程において、前記三次元物体の周囲に粒子を充填した状態で、粒子の充填率を高めるための振動処理を行う
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法。
【請求項１８】
熱可塑性材料を含む造形材料が積層されることによって作製された部分を有する三次元物体の後処理装置であって、
前記三次元物体の周囲に粒子が充填された状態で、内部に前記三次元物体を保持するための加熱処理容器と、
前記加熱処理容器の内部、又は、前記加熱処理容器の全体に対して、加熱処理を施す熱源部と、
前記加熱処理容器に対して、前記粒子の充填率を高めるための作用である振動作用、震盪作用、又は、回転作用のうち少なくともいずれかの作用を与える機構部と、
を有することを特徴とする三次元物体の後処理装置。
【請求項１９】
前記加熱処理容器が、前記粒子を排出するための排出部を有する
ことを特徴とする請求項１８に記載の三次元物体の後処理装置。
【請求項２０】
熱可塑性材料を含む造形材料が積層されることによって作製された後、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の三次元物体の後処理方法により後処理されたことを特徴とする三次元物体。
【請求項２１】
熱可塑性樹脂からなる表面を有する三次元物体であって、
前記表面には、複数のディンプル形状が形成され、
前記複数のディンプル形状において、平均直径が１０μｍ以上１ｍｍ以下、直径の標準偏差が前記平均直径の１０％以下、及び平均深さが１μｍ以上５００μｍ以下であり、
前記複数のディンプル形状が、六方最密及びそれに準ずる配列に形成されている
ことを特徴とする三次元物体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元物体の後処理方法、三次元物体の後処理装置及び三次元物体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元ＣＡＤや三次元ＣＧなどのデータを元として、所望の三次元物体（立体物）を直接造形する製造技術は、アディティブマニュファクチャリングや３Ｄプリンタなどと呼ばれ、近年注目を集めている。このような三次元物体を造形する際に使用される材料としては、造形方法及び造形の目的に応じて、金属、石膏、セラミック、熱可塑性の造形材料、光硬化性樹脂、紙、食品類などが用いられる。その中でも熱可塑性樹脂を用いた三次元物体の造形は、形状制御の自由度が高く、また原材料も比較的安いことから、各種製品開発における仕上げ確認用の試作の他、フィギュア等の趣味嗜好用途、各種補助パーツの作製等、個人から企業まで幅広く使われている。
【０００３】
熱可塑性樹脂を原料として用いる造形方法としては例えば次のような方法が知られている。
・熱溶融積層法（Ｆｕｓｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ、ＦＤＭ法）
・レーザー粉末焼結法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ、ＳＬＳ法）
・シート積層法（Ｌａｍｉｎａｔｅｄ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ、ＬＯＭ法）
特にＦＤＭ法は、簡易な装置構成でありながら、比較的精度良く、かつデスクトップサイズから産業用途クラスのサイズまで対応できることから、個人から企業まで幅広く使われている。
一般的に熱可塑性樹脂を原料として用いる三次元造形法においては、限られた造形時間の中で局所的に溶融・固化を繰り返すため、樹脂材料間での融着・接合が不十分な箇所が残存する恐れがある。この結果、最終的な造形物は、例えば金型を用いて射出成型法で造形された造形物と比較して、機械的特性の面で劣る場合がある。このような機械的特性の低下を解決する目的で、例えば特許文献１には、次のようにして加熱処理を施すことにより、構造体部の機械的特性を改善する手法が記載されている。それは、ＦＤＭ法において構造体部の周囲をよりガラス転移点の高いサポート材で被覆した上で、構造体部を構成する材料のガラス転移温度よりも高く、かつサポート材のガラス転移温度よりも低い温度で加熱処理を施すことである。
また特許文献２には、ＬＯＭ法により作成された積層造形物を加熱炉内で加熱処理し、積層界面での密着性を改善する手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８４６０７５５号明細書
【特許文献２】特許第４２６６１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、構造材・サポート材ともにＦＤＭ法で使用可能な材料で、かつ、所定のガラス転移温度の関係を満たすような材料の組み合わせの場合に限定される。また、加熱処理の温度の上限が、サポート材のガラス転移温度以下との制限を受けるため、十分な加熱処理を施すことができない恐れがある。また、特許文献
２に記載の方法では、加熱処理中に造形物の形状を担保する手段がないため、特に熱可塑性樹脂を構造体部に含む造形物においては、加熱処理により造形物が大きく変形してしまう恐れがある。
【０００６】
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、熱可塑性材料を含む造形材料を用いて作製された三次元物体に対して、形状変化を抑制しつつ、三次元物体の機械的特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一態様は、
熱可塑性材料を含む造形材料が積層されることによって作製された部分を有する三次元物体の後処理方法において、
前記三次元物体の周囲に粒子を充填して、前記三次元物体を加熱処理容器内に保持させる第一の工程と、
前記加熱処理容器内に保持させた前記三次元物体に加熱処理を施す第二の工程と、
を含むことを特徴とする三次元物体の後処理方法を提供する。
【０００８】
本発明の第二態様は、
熱可塑性材料を含む造形材料が積層されることによって作製された部分を有する三次元物体の後処理装置であって、
前記三次元物体の周囲に粒子が充填された状態で、内部に前記三次元物体を保持するための加熱処理容器と、
前記加熱処理容器の内部、又は、前記加熱処理容器の全体に対して、加熱処理を施す熱源部と、
前記加熱処理容器に対して、前記粒子の充填率を高めるための作用である振動作用、震盪作用、又は、回転作用のうち少なくともいずれかの作用を与える機構部と、
を有することを特徴とする三次元物体の後処理装置を提供する。
【０００９】
本発明の第三態様は、
熱可塑性材料を含む造形材料が積層されることによって作製された後、上記記載の三次元物体の後処理方法により後処理されたことを特徴とする三次元物体を提供する。
【００１０】
本発明の第四態様は、
熱可塑性樹脂からなる表面を有する三次元物体であって、
前記表面には、複数のディンプル形状が形成され、
前記複数のディンプル形状において、平均直径が１０μｍ以上１ｍｍ以下、直径の標準偏差が前記平均直径の１０％以下、及び平均深さが１μｍ以上５００μｍ以下であり、
前記複数のディンプル形状が、六方最密及びそれに準ずる配列に形成されている
ことを特徴とする三次元物体を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱可塑性材料を含む造形材料を用いて作製された三次元物体に対して、形状変化を抑制しつつ、三次元物体の機械的特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の造形物の後処理方法の概要について説明するための図
【図２】実施形態の粒子の構造について説明するための図
【図３】粒子表面にコーティング層を形成した場合の効果を説明するための図
【図４】熱可塑性樹脂表面にコーティング層を形成した場合の効果を説明する図
【図５】本実施形態の加熱処理容器を示す図
【図６】本実施形態の加熱処理容器の構成について説明するための図
【図７】本実施形態の加熱処理装置の概略構成と加熱処理工程について説明する図
【図８】ＡＢＳ系熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率の温度依存性を示すグラフ
【図９】本実施形態の造形物の表面に形成されたディンプル形状の配列を示す図
【図１０】板状の試験片に関して、積層方向及び衝撃試験時の破断方向を示す図
【図１１】実施例及び比較例の各サンプルの各種条件および試験結果を表す図
【図１２】実施例及び比較例の各サンプルのアイゾット衝撃試験後の破断面を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
＜本発明の特徴（全体概要）＞
本実施形態の造形物の後処理方法である加熱処理方法の概要について、図１Ａ〜１Ｃを用いて説明する。
【００１４】
まず、図１Ａに示すように、熱可塑性材料を含む部分を有する三次元物体としての一次造形物１１を、一次造形物１１の周囲に粒子１２を充填した状態として、加熱処理容器１３の内部に保持させる。次に、図１Ｂに示すように、加熱処理容器１３を加熱処理装置１４の内部に設置した状態で、所定の温度・時間にわたり、加熱処理を行う。加熱処理後、図１Ｃに示すように、加熱処理容器１３を所定の温度まで冷却した上で、加熱処理容器内部の粒子に埋没した二次造形物１５を、加熱処理容器１３から取り出す。
以上の工程の結果、一次造形物１１と比較して、本実施形態の加熱処理を行った二次造形物１５は、造形物の形状変化が抑制されつつ、熱可塑性材料を含む造形材料からなる部分の機械的特性が著しく改善される。また、この結果得られる二次造形物１５は、表面に微細なディンプル形状を有している。
【００１５】
なお、本実施形態の加熱処理が施されることで得られた二次造形物１５に対して、さらに後処理が施されるものであってもよいが、二次造形物１５が最終的に完成した造形物であってもよい。また、一次造形物１１は、熱可塑性材料を含む部分を有する造形物であればよく、熱可塑性材料を含む部分の他に、熱可塑性でない材料からなる部分を有していてもよい。例えば、一次造形物１１は、熱可塑性材料を含む造形材料を、熱可塑性でない材料からなる部品上に積層したりすることで作製されるものであってもよい。
以下、本実施形態の各構成要素について、更に詳細に説明する。なお本実施形態では、熱可塑性の造形材料の一例として熱可塑性樹脂を用いた場合について説明する。
【００１６】
＜一次造形物について＞
図１Ａに示す一次造形物１１は、造形材料として少なくとも熱可塑性樹脂を含んでいれば、本実施形態の加熱処理により、熱可塑性樹脂で形成された部分（以下、熱可塑性樹脂部）の機械的特性を向上することができる。ここでいう機械的特性とは、耐衝撃強度、引っ張り弾性率、引っ張り強度、曲げ弾性率、曲げ強度、圧縮強度など、ＪＩＳやＡＳＴＭなどの各種規格に基づいた試験方法により評価される、材料の特性値を指す。また、機械的特性が向上するとは、前述の機械的特性の少なくとも１つが向上することを言う。一般的に、熱可塑性樹脂を造形材料として用いて三次元（三次元物体）造形法により造形された造形物は、同じ材料を射出成形法等で形成した造形物と比較して、上記の各種機械的特性が劣る傾向にある。これは、一般的な三次元造形法では、限られた造形時間の中で局所的に熱可塑性樹脂の溶融・固化を繰り返すため、樹脂分子間もしくは樹脂材料群間での融着・接合が不十分な箇所が残存するためである。例えば、ＦＤＭ法で造形した造形物では、ノズルから溶融状態で押し出された熱可塑性樹脂を一筆書きのように連続的に描画しな
がら固化させて積み重ねていくため、線状の樹脂材料群間での密着が不十分な個所が生じる。その結果、耐衝撃強度が射出成形品などと比べて劣る傾向にあり、特に積層方向における耐衝撃強度の低下が著しい。これは耐衝撃強度に関して、造形物内で大きな異方性が現われてしまうことも意味する。
【００１７】
本実施形態の加熱処理方法は、このような機械的特性の不十分な、熱可塑性樹脂を含む造形物に対して、機械的特性を著しく向上する効果がある。本実施形態の一次造形物としては、少なくとも１種類の熱可塑性の造形材料を含んでいれば、その組成や造形方法に特に制限はない。
【００１８】
＜熱可塑性樹脂について＞
熱可塑性樹脂としては、次のような樹脂を例示することができる。
・結晶性汎用樹脂…ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）
・非結晶性汎用樹脂…ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ)、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニト
リル−スチレン樹脂（ＡＳ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）
・結晶性エンプラ…６ナイロン（ＰＡ６）、６６ナイロン（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ)、ポリブチレンテレフタレート（Ｐ
ＢＴ）
・非結晶性エンプラ…ポリカーボネート（ＰＣ）
・結晶性スーパーエンプラ…ポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）
・非結晶性スーパーエンプラ…ポリフェニルスルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリスルフォン（ＰＳＵ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）
加熱処理時の温度制御容易性の観点からは、特に非結晶性材料を含む一次造形物が好ましいが、本実施形態の熱可塑性樹脂はこれらに限定されない。
【００１９】
＜熱可塑性樹脂の軟化点について＞
本実施形態では、これらの熱可塑性樹脂に対して加熱処理を施すことにより、熱可塑性樹脂部を一時的に軟化させ、熱可塑性樹脂間での融着・接合構造を再構築する。このような熱可塑性樹脂部の再構築を円滑に行う上では、貯蔵弾性率が１×１０７Ｐａ以下となる状態が好ましい。そのため、本実施形態では、貯蔵弾性率が１×１０７Ｐａとなるときの温度を、その熱可塑性樹脂の軟化点と定義する。なお、材料により昇温過程での軟化点と、降温過程での軟化点が異なる場合がある。このような場合、本実施形態では、加熱処理温度を決める際には昇温過程での軟化点を、また冷却して取り出す際の温度を決める際には降温過程での軟化点を、それぞれ示すものとする。本実施形態では、昇温過程における貯蔵弾性率の温度依存性は、角周波数を１Ｈｚとした回転式レオメーターによって２℃／分の割合で昇温させて測定する。
【００２０】
＜一次造形物の造形方法について＞
本実施形態の一次造形物について、造形材料として熱可塑性の造形材料を少なくとも一部に有する造形物を作製可能な手法であれば、その造形方法に特に限定は無い。例えば、ＦＤＭ法、ＳＬＳ法、ＬＯＭ法、またはこれらに準ずる造形方法が挙げられる。本実施形態の加熱処理は、特にＦＤＭ法により造形された一次造形物に対して、効果的に用いることができる。
【００２１】
＜粒子について＞
（粒子の種類）
本実施形態の充填用の粒子１２は、一次造形物中に含まれる熱可塑性樹脂の軟化点において、軟化や溶融等の状態変化を起こさないものであれば、材料種に特に制限はない。粒子１２としては、無機材料からなる粒子が好ましく、ジルコニア、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、シリカ、チタニアが好適である。中でも、加熱処理時間短縮の観点からは、熱伝導率の高い材料が好ましく用いられ、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化ケイ素が特に好ましい。一方、小粒径かつ均一粒径で入手が容易なものとしては、アルミナ、ジルコニアが挙げられる。
【００２２】
（粒子の径）
本実施形態では、図１Ａに示すように、一次造形物１１の周囲を粒子で充填することにより、加熱処理中の一次造形物１１の変形を抑制する。一次造形物１１がオーバーハング部などを有する複雑な形状や、微細な構造をもつ場合でも、まんべんなく一次造形物１１の周囲を粒子１２が充填する状態にするために、粒子１２の平均粒径は１０μｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。粒子の平均粒径が１０μｍよりも小さい場合、加熱処理後、わずかな隙間などの微細な表面に入り込んだ粒子の除去が困難になることが懸念される。また、粒径が小さいことから、粒子間での界面が増え、熱伝導効率が著しく低下することが懸念される。一方、粒子の平均粒径が１ｍｍよりも大きい場合、一次造形物の表面に形成されるディンプルのサイズも同様に１ｍｍよりも大きくなる個所があらわれる恐れがあるため、造形物の表面形状の精度が低下してしまう可能性がある。さらに、微細な構造部にも粒子１２を充填可能で、かつ二次造形物１５の表面形状精度を保つ上では、粒子１２の平均粒径は３０μｍ以上２００μｍ以下であるとより好ましい。
【００２３】
（粒子の形状）
一次造形物１１の周囲に充填された粒子１２は、比較的高い比重により粒子間の静止摩擦力が大きく、処理容器中で動きにくい状態となる。そのため、本実施形態の加熱処理中に一次造形物内部に発生する内部応力や熱膨張に対して、粒子群が、一次造形物１１の変形を抑えるための疑似的な型として作用する。
ここで用いる粒子１２の形状としては、一次造形物１１の周囲に容易なプロセスで高い充填率で充填でき、かつ加熱処理後に容易に一次造形物１１を取り出せるように、容易に流動状態を作ることのできる形状が好ましく、特に真球に近い形状が好ましい。より具体的には、粒子１２の平均円形度が０．９８以上であることが好ましい。ここで、平均円形度とは、粒子の投影面積と同じ面積の円の周長を粒子の投影図形の周長で割った値の平均値を示し、１に近いほど投影面の図形が真円に近くなり、元の粒子形状が真球に近いことを意味する。
【００２４】
（粒子の粒度分布）
本実施形態で用いる粒子１２の粒度分布は、加熱処理条件および二次造形物１５の表面形状に応じて、好ましい条件から選択することができる。
一次造形物周囲への迅速な充填と、二次造形物表面に形成されるディンプル形状の均一性を優先する場合は、粒子の粒度分布はできる限り単分散に近い状態が望ましい。具体的には、粒子１２の粒度分布の標準偏差が、粒子の平均粒径の１０％以下であることが望ましい。
【００２５】
一方、本実施形態の加熱処理中に一次造形物１１の内部から発生する力が大きく、変形を抑制するために加熱処理容器内での粒子１２の充填率をできる限り高くする必要がある場合には、次のような手法も用いることができる。それは、充填に用いる粒子１２群にあえて一定の粒度分布を持たせたり、大小２種類以上の粒子１２を混ぜて使用する手法である。この場合、二次造形物表面に形成されるディンプル形状は一定形状とはならないが、加熱処理中に一次造形物１１の周囲に充填されている粒子１２の充填率は、単分散に近い状態の粒子を用いた場合よりも高くすることができる。
【００２６】
（粒子の表面のコーティング層）
次に、本実施形態の粒子１２の構造について、図２Ａ、２Ｂを用いて説明する。本実施形態の粒子１２について、最も単純な構造としては、図２Ａに示すように、単一の無機成分からなる粒子が挙げられる。一方、一次造形物１１に含まれる熱可塑性樹脂と粒子材料の組み合わせによっては、図１Ｂに示す加熱処理工程で、粒子１２の形状に沿うような形で熱可塑性樹脂部３０の表面変形が進んでしまう場合がある。このような場合には、熱可塑性樹脂表面に粒子１２が強固に固着してしまう恐れがある。このときの模式図を図３Ａに示す。このようにして一次造形物１１のうち熱可塑性樹脂部３０の表面（以下、熱可塑性樹脂表面）３１に強固に固着した粒子１２は、エアーブローや表面洗浄程度では除去できず、研磨作業などの複雑な後工程が必要となる場合がある。
【００２７】
このような熱可塑性樹脂部３０への粒子の強固な固着を抑制する目的で、図２Ｂに示すように、無機成分からなる核粒子１６の表面にコーティング層２１を形成してもよい。核粒子１６には、粒子１２の材料として好適な無機材料を用いることができる。コーティング層２１を形成する材料としては、一次造形物中に含まれる熱可塑性樹脂との親和性が小さいものが好ましく、例えば、フルオロ基を有するフッ素樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。また、コーティング層２１としては、シランカップリング材など、粒子表面と直接共有結合を形成するような化学種を反応させて形成してもよい。例えば、アルキル基を有するシランカップリング材、フッ化アルキル基を有するシランカップリング材などを、化学気相成長法により粒子表面に反応させて、コーティング層２１を形成する手法などが挙げられる。
【００２８】
粒子が表面にこのようなコーティング層２１を有することによる効果について、図３Ｂを用いて説明する。この場合、コーティング層２１と熱可塑性樹脂表面３１とは親和性が低いため、本実施形態の加熱処理を行った場合において、粒子１２の形状に対する熱可塑性樹脂表面３１の追従変形性が低くなる。その結果、加熱処理後に粒子１２は熱可塑性樹脂表面３１から容易に分離することが可能となる。また、コーティング層２１は粒子１２の表面に残るため、粒子１２を繰り返し本実施形態の加熱処理に使用することができる。
【００２９】
一方、粒子表面のコーティング層２１として、水溶性材料を用いてもよい。この場合の効果について、図３Ｃを用いて説明する。粒子表面のコーティング層２１として水溶性材料を用いた場合、熱可塑性樹脂表面３１に粒子１２が強く固着したとしても、水に接触させることにより、熱可塑性樹脂表面３１と核粒子１６との間に存在する水溶性コーティング層を溶出させることができる。これにより、熱可塑性樹脂表面３１から粒子１２を容易に分離することが可能となる。このような水溶性材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ)等の水溶性ポリマー
、糖類、塩類などが挙げられるが、これらの材料に限定されない。
【００３０】
核粒子１６の表面にコーティング層２１を形成する手法には特に制限はなく、既存の手法を用いることができ、例えば、乾式複合化処理、流動層複合化処理などが挙げられる。ここで、乾式複合化処理は、核粒子１６に対して、コーティング層２１を形成する材料の微粉末を表面に複合化してコーティング層２１を形成する処理である。また、流動層複合化処理は、コーティング層２１を形成する材料を溶媒に溶解した上で、核粒子１６の表面に吹き付けてコーティング層２１を形成する処理である。なお、本実施形態の効果を実現する上で、コーティング層２１は、核粒子１６の表面を必ずしも完全に被覆している必要はなく、核粒子１６の表面の一部が露出していてもよい。
【００３１】
（一次造形物の表面のコーティング層）
また、上記同様に、熱可塑性樹脂表面３１に粒子１２が強固に固着することを抑制する
ことを目的として、図４Ａに示すように、一次造形物１１の表面のうち少なくとも熱可塑性樹脂表面３１にコーティング層３２を形成してもよい。
例えば、一次造形物１１の造形後、熱可塑性樹脂表面３１に予め塗装などを施した上で本実施形態の加熱処理を行うことにより、塗装などが施された熱可塑性樹脂表面３１のコーティング層３２が、上記のコーティング層２１と同様の役割を果たす場合がある。すなわち、加熱処理を行った場合において、熱可塑性樹脂表面３１のコーティング層３２が、粒子１２の形状に対する熱可塑性樹脂表面３１の追従変形性を低下させる場合がある。
【００３２】
熱可塑性樹脂表面３１のコーティング層３２、またはコーティング層３２の残存物は、加熱処理容器１３から一次造形物１１を取り出す工程の後に、除去するとよい。コーティング層３２として水溶性材料を用いた場合には、図４Ｂに示すように、熱可塑性樹脂表面３１に粒子１２が強く固着したとしても、水に接触させることにより、熱可塑性樹脂表面３１と粒子１２表面の間に存在する水溶性コーティング層を溶出させることができる。このことにより、熱可塑性樹脂表面３１から粒子１２を容易に分離させることが可能となる。
一次造形物１１の表面にコーティング層３２を形成する場合、コーティング層３２として用いる材料は、先述の粒子１２表面にコーティング層２１を形成する場合と同様の材料を用いることができる。一次造形物１１の表面にコーティング層３２を形成する手法に特に限定はなく、直接塗装する方法のほか、噴霧、浸漬、蒸着、メッキなど、一次造形物１１を形成する材料とコーティング材料との組み合わせによって、適切な方法を選択すればよい。
【００３３】
＜加熱処理容器について＞
（加熱処理容器の基本形状）
次に、本実施形態の加熱処理において用いる、加熱処理容器１３について、図５Ａ〜５Ｃを用いて説明する。図５Ａは、本実施形態の加熱処理容器１３を示す図である。加熱処理容器１３は、内部に加熱対象である一次造形物１１を収容し、かつその周囲を粒子で充填するために十分な容積と、それらを投入するための開口部を有する容器である。本実施形態では、加熱処理容器１３として、図５Ａ〜５Ｃに示すように直方体形状の容器を用いているが、これに限るものではなく、造形物と粒子とを収容する収容部を有していれば任意の形状の容器を用いることができる。
【００３４】
（粒子の排出部）
本実施形態では、加熱処理後に粒子中に埋まっている二次造形物１５を取り出す必要がある。この際、粒子１２で充填された加熱処理容器１３の上部から、取り出し用の冶具を粒子層中に挿入して二次造形物１５をつかみ、そのまま引き揚げて取り出してもよい。ただし、二次造形物１５の形状が複雑な場合には、冶具が二次造形物１５の予期せぬ箇所に接触して二次造形物１５が破損してしまう恐れがある。これを防ぐために、粒子１２のみを予めある程度排出してから二次造形物１５を取り出す方法を採用するのが好ましい。加熱処理後の加熱処理容器１３から粒子１２を容易に排出するために、図５Ｂに示すようなノズル状の粒子排出部１３ａや、図５Ｃに示すような注ぎ口状の粒子排出部１３ｂなどが加熱処理容器１３に設けられていることが好ましい。また、本実施形態の加熱処理容器１３には、必要に応じて、ガス導入部やガス排出部などが設けられていてもよい。
【００３５】
（加熱処理容器の材質）
本実施形態の加熱処理容器１３の材質としては、加熱処理温度において十分な耐熱性を有し、かつ、一次造形物中に含まれる材料や粒子１２などと化学反応を起こさない材料が好ましい。また、迅速に加熱・冷却できるように、熱伝導率の高い材料からなることがより好ましく、ステンレス、アルミ、セラミックス等が用いられるとよい。
【００３６】
（加熱処理容器の構成）
図６Ａ〜６Ｃは、加熱処理容器１３の構成について説明するための図である。
本実施形態の加熱処理工程においては、加熱処理容器１３に対して、図６Ａに示すように容器の一部を開放したまま、加熱処理を行ってもよい。また、図６Ｂに示すように、加熱処理容器内部の粒子層の上に内蓋６１を形成してもよく、図６Ｃに示すように、加熱処理容器１３に対して外蓋６２を形成してもよい。このように、粒子１２と熱可塑性樹脂の材料の組み合わせや、加熱処理条件、加熱処理時のガスの発生などを考慮した上で、適切な構成を選択すれば良い。
【００３７】
＜加熱処理装置について＞
本実施形態の加熱処理装置１４について、図７を用いて説明する。
本実施形態の加熱処理装置１４は、図７に示すように、ステージ７１と、熱源部７２と、加熱処理容器１３とを有する。さらに、加熱処理装置１４においては、加熱処理容器１３に対して、粒子１２の充填率を高めるための作用である振動作用、震盪作用、又は、回転作用のうち少なくともいずれかの作用を与える機構部を有する。このような機構部は、ステージ７１に配設されることで、ステージ７１に保持させた加熱処理容器１３に対して作用を与えるものであるとよい。
【００３８】
このような構成の加熱処理装置１４による加熱処理工程について以下に説明する。まず、加熱処理容器１３の内部において、一次造形物１１の周囲に粒子１２が充填された状態とした上で、加熱処理容器１３をステージ７１に保持させる。ステージ７１が加熱処理容器１３を保持する方法の例としては、単に加熱処理容器１３をステージ７１上に置いてもよいし、また、ステージ７１の表面に加熱処理容器１３の底面形状に応じた溝を形成し、そこに嵌め込むように保持してもよい。また、ステージ７１が、加熱処理容器１３の側面部を挟み込むような形で、加熱処理容器１３を保持してもよい。しかしながら、これらの方法に限るものではない。すなわち、本実施形態の加熱処理工程において、加熱処理容器１３の内部で一次造形物１１の周囲に粒子１２が充填した状態が保たれるものであれば、加熱処理容器１３の保持方法に特に制限は無い。
【００３９】
次に、ステージ７１に保持された加熱処理容器１３に対して、熱源部７２を用いて、加熱処理容器１３、粒子１２、及び一次造形物１１を加熱する。熱源部７２の構成に関しては、特に制限はなく、一般的なオーブンやヒータに使われる熱源構成を使用し、加熱処理装置１４内部全体を加熱してもよい。また、熱源部７２をシートヒータなどの接触型の熱源とし、熱源部７２が加熱処理容器１３に接触した状態で加熱処理を行ってもよい。さらに、熱源部７２をステージ７１と一体化した構成とすることで、加熱処理容器１３の底面側から加熱処理容器１３を加熱してもよい。これらの各種構成は、一次造形物１１の材質や形状、用いる粒子１２の種類などの各要素を考慮した上で最適な条件を選べばよい。一般的な加熱処理方法を適用すると、一次造形物１１に対して等方向的に加熱処理を行うために、熱源部７２は加熱処理装置１４内部の空気を加熱するようなヒータ型の構成となる。
【００４０】
＜加熱処理条件について＞
次に、本実施形態の加熱処理工程における、加熱温度条件について説明する。
本実施形態の加熱処理工程では、一次造形物１１の周囲を粒子１２で充填した状態で、一次造形物１１中に含まれる熱可塑性樹脂が十分に軟化する温度まで加熱している。一次造形物１１中に含まれる熱可塑性樹脂が十分に軟化する温度まで、一次造形物１１を加熱することにより、一次造形物１１の形状変化を抑制した上で、熱可塑性樹脂間での接着・融合を促進する効果が得られる。ただし、軟化が進みすぎると、周囲に充填された粒子から受ける圧力によって、一次造形物の全体形状あるいは表面形状が大きく変形してしまう恐れがある。
本発明者らが鋭意検討した結果、熱可塑性樹脂を軟化させて上記の効果を得るためには、熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１×１０７Ｐａ以下、かつ、１×１０５Ｐａ以上となるような温度条件で加熱処理を施すことが好ましいことがわかった。そこで本発明では、この貯蔵弾性率が１×１０７Ｐａとなるような温度を軟化点と定義する。
【００４１】
なお、熱可塑性樹脂においては、昇温過程と降温過程で貯蔵弾性率の温度依存性がヒステリシスを持つケースがある。このような場合は、昇温過程における軟化点と、降温過程における軟化点をそれぞれ分けて考える。本実施形態では、昇温過程における貯蔵弾性率の温度依存性は、角周波数を１Ｈｚとした回転式レオメーターによって２℃／分の割合で昇温させて測定する。具体例として、図８にＡＢＳ系熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率の温度依存性に関するグラフを示す。図８に示す材料の場合、昇温過程における軟化点は１１８．５℃、降温過程における軟化点は１１３．５℃となる。本実施形態において加熱処理を行う場合、この昇温過程における軟化点以上の温度で行うものとする。
また、加熱処理温度の上限としては、変形を抑制するため、熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１×１０５Ｐａ以上である温度であり、二次造形物１５の物性を担保する上で、加熱処理対象である熱可塑性樹脂が変性又は分解する分解温度よりも低い必要がある。すなわち、加熱処理温度は、熱可塑性樹脂の貯蔵弾性率が１×１０５Ｐａとなる温度と熱可塑性樹脂が変性又は分解する温度のうち、低い方の温度よりも低い温度とする必要がある。このような温度条件を満たすような加熱温度で、一次造形物１１に対して所定の時間、加熱処理を施す。また、一次造形物１１が複数種類の熱可塑性樹脂を含む場合には、複数種類の熱可塑性樹脂のなかで最も低温となる軟化点以上、かつ、複数種類の熱可塑性樹脂それぞれの、貯蔵弾性率が１×１０５Ｐａとなる温度と分解温度のうち最も低い温度で、一次造形物１１に加熱処理を施せばよい。
【００４２】
加熱処理後においては、二次造形物１５を十分に冷却した上で、加熱処理容器１３中から二次造形物１５を取り出す。このとき、二次造形物１５の温度は、二次造形物１５中に含まれる熱可塑性樹脂の降温過程における軟化点温度よりも低い温度まで冷却された状態で取り出されることが望ましい。熱可塑性樹脂の降温過程における軟化点以上の温度で取り出した場合、取り出す過程で二次造形物１５が変形してしまう恐れがある。
加熱処理容器１３から取り出した二次造形物１５は、その表面に粒子１２が固着している場合がある。これらの粒子１２を除去する必要がある場合には、エアーブローや洗浄処理、超音波処理、やすりがけによる研磨処理、サンドブラスト処理など、所望の二次造形物１５を得る上で最適な方法で、最適なタイミングで粒子１２を除去するとよい。
【００４３】
以上の加熱処理を施すことにより得られる二次造形物１５は、加熱処理前の一次造形物１１と比較して、加熱処理により熱可塑性樹脂部３０の機械的特性が著しく改善されている一方で、加熱処理による形状変化が最小限に抑えられている。
【００４４】
＜表面にディンプルを有する構造体について＞
本実施形態の加熱処理を施すことにより得られる二次造形物１５において、熱可塑性樹脂部３０の表面には、粒子１２の直径以下のサイズの多数のディンプル形状が、六方最密及びそれに準ずる配列で形成されている。これは、加熱処理工程において、熱可塑性樹脂部３０の表面に粒子１２が最密充填に近い形で接した状態で、熱可塑性樹脂部３０が軟化することによるものである。
具体例を図９に模式的に示す。図９に示すような正十二面体構造の造形物９１に対して本実施形態の加熱処理を行った場合、その表面は、六方最密状に配列したディンプル形状９２と、六方最密から若干崩れた状態で配列したディンプル形状９３とにより埋め尽くされた状態となる。
このようなディンプル形状が熱可塑性樹脂部３０の表面に形成されることにより、熱可塑性樹脂表面３１の質感が均一化され、一次造形物１１の表面に存在する積層方向の違い
に由来する表面質感の差が軽減される効果がある。また、二次造形物表面の空気抵抗を減らす、二次造形物表面への着色時に艶消し感を増すなど、用途に応じて効果を発揮することができる。
【００４５】
このようなディンプル形状としては、平均直径が１０μｍ以上１ｍｍ以下、直径の標準偏差が該平均直径の１０％以下、および平均深さが１μｍ以上５００μｍ以下であることが望ましい。ディンプルの平均直径が１０μｍ未満の場合、用いる粒子１２の大きさが小さくなるため、加熱処理時に熱可塑性樹脂部３０の表面に固着した粒子１２の脱離が困難になる。一方、ディンプルの平均直径が１ｍｍより大きい場合は、二次造形物１５のエッジ部などの形状精度にも影響を与えるサイズとなってしまう。またディンプルの平均深さが１μｍ未満の場合、ディンプルが存在することによる効果が小さくなりすぎてしまう。また、ディンプルの平均深さが５００μｍよりも大きい場合も、二次造形物１５の形状精度に影響を与えるサイズとなってしまう。
【００４６】
［実施例］
以下に、具体的な実施例と、比較例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１〜１０においては、図８に示すような貯蔵弾性率の温度依存性を有するＡＢＳ系熱可塑性樹脂材料を用いて、ＦＤＭ法により５０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの造形サイズ設定で、板形状の一次造形物を作成した。ＡＢＳ系熱可塑性樹脂材料としては、ストラタシス社製  ＡＢＳｐｌｕｓ−Ｐ４３０を用い、造形装置としては、ストラタシス社製Ｆｏｒｔｕｓ  ２５０ｍｃを用いた。
【００４７】
また、比較例においては、図８に示すような貯蔵弾性率の温度依存性を有するＡＢＳ系熱可塑性樹脂材料を用いて、ＦＤＭ法により５０ｍｍ×１０ｍｍ×４ｍｍの造形サイズ設定で、板形状の造形物を作成した。なお、比較例１、３、５においては、板形状の一次造形物を作成し、比較例２、４、６においては、板形状の造形物を作成した。比較例１〜６においても、実施例同様、ＡＢＳ系熱可塑性樹脂材料として、ストラタシス社製  ＡＢＳｐｌｕｓ−Ｐ４３０を用い、造形装置として、ストラタシス社製Ｆｏｒｔｕｓ  ２５０ｍｃを用いた。
実施例１〜１０においては、熱可塑性樹脂の積層時の積層方向、加熱処理の条件、粒子の材質が異なる。また、比較例１〜６においては、実施例に対して、粒子を充填しない状態で加熱処理した点、または、加熱処理を施さなかった点が異なる。
これらの点について、以下に説明する。
【００４８】
（実施例１）
本実施例では、図１０Ａに示すように５０ｍｍ×１０ｍｍサイズの面を積層する方向に積層を行い、板形状の一次造形物１１ａを作製した。次に、ステンレス製の加熱処理容器１３中に、この一次造形物１１ａと、粒子１２としてジルコニアビーズ（東ソー株式会社製ジルコニア粉砕ボール）を、ジルコニアビーズが一次造形物１１ａの周囲を充填した状態で投入した。このときのジルコニアビーズの平均径は１１２μｍ、粒度分布の標準偏差は３μｍ、平均円形度は０．９９であった。加熱処理容器１３に一次造形材料とジルコニアビーズとを収容した後、加熱処理容器１３に対して図８Ｃに示すように外蓋６２をして加熱処理装置１４中に設置し、加熱処理容器１３に対して１分間の振動処理を行ってジルコニアビーズの充填率を高めた。その後、１５０℃で１６時間、加熱処理を行った。その後、加熱処理容器１３全体を４０℃まで冷却した上で加熱処理容器１３を加熱処理装置１４から取り出し、加熱処理容器１３中から二次造形物１５ａを取り出した。この二次造形物１５ａは、図１１の表に示すように、いずれの辺についても一次造形物に対する形状変化率が３％未満であった。この二次造形物１５ａにおいて、表面に固着したジルコニアビーズを洗浄処理により除去した上で、図１０Ａに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は１１．６ｋＪ／ｍ２を示した。また、ここで得られた二次造
形物１５ａは、表面に微細なディンプル形状を有し、それらは六方最密状及びそれに準ずる配列となっていた。このときのディンプルは、平均直径が８０μｍ、直径の標準偏差が１０μｍ、平均深さが３０μｍである。
【００４９】
（実施例２）
実施例２では、加熱処理を１５０℃で４２時間行った点を除いては、実施例１と同様の手法で二次造形物を作製した。
この二次造形物は、図１１の表に示すように、いずれの辺についても一次造形物に対する形状変化率が３％未満であった。この二次造形物において、表面に固着したジルコニアビーズを洗浄処理により除去した上で、図１０Ａに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は１４．７ｋＪ／ｍ２を示し、実施例１との比較から、加熱処理時間を長くすることにより、より耐衝撃性が改善されることがわかった。この二次造形物の、アイゾット衝撃試験後の断面写真を図１２Ａに示す。断面には、ＦＤＭ法に由来する構造や描画された材料間の界面は、ほとんど見られなかった。
【００５０】
（比較例１）
比較例１では、実施例１同様、図１０Ａに示す積層方向で積層を行い、板形状の一次造形物を作製した。この一次造形物を、周囲を粒子で充填することなく、そのまま加熱処理装置中に静置し、１５０℃で１６時間、加熱処理を行った。その後、加熱処理容器全体を４０℃まで冷却した上で加熱処理容器を加熱処理装置から取り出し、加熱処理容器中から二次造形物を取り出した。この二次造形物は、図１１の表に示すように、加熱処理前の大きさと比較して、５０ｍｍ辺で４．７％収縮、１０ｍｍ辺で６．０％収縮、４ｍｍ辺で１１．８％膨張という大きな形状変化を示した。実施例１との比較から、造形物の周囲を粒子で充填して加熱処理することによって、加熱処理による造形物の変形が抑制されることが確認できた。
【００５１】
（比較例２）
比較例２においては、図１０Ａに示す方向で積層を行い、板形状の造形物を作製した。造形物には、加熱処理を施すことなく、図１０Ａに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は６．０ｋＪ／ｍ２を示した。この一次造形物の、アイゾット衝撃試験後の断面写真を図１２Ｂに示す。断面に、ＦＤＭ法に由来する構造や描画された材料間の界面が見られた。これらの結果と、実施例１、２で得られた結果との比較から、熱処理により熱可塑性樹脂間の接着・融合が改善され、機械的特性が向上することが確認できた。
【００５２】
（実施例３）
実施例３では、図１０Ｂ、すなわち、５０ｍｍ×４ｍｍサイズの面を積層する方向で積層を行い、板形状の一次造形物１１ｂを作製した。
次に、実施例１と同様に、加熱処理容器１３の中に、周囲を粒子で充填した状態で一次造形物１１ｂを保持した後、加熱処理装置１４中に設置し、１５０℃で１６時間、加熱処理を行った。その後、加熱処理容器１３全体を４０℃まで冷却した上で加熱処理容器１３を加熱処理装置１４から取り出し、加熱処理容器１３中から二次造形物１５ｂを取り出した。この二次造形物１５ｂは、図１１の表に示すように、いずれの辺についても一次造形物に対して形状変化率が３％未満であった。この二次造形物１５ｂにおいて、表面に固着したジルコニアビーズを洗浄処理により除去した上で、図１０Ｂに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は１１．９ｋＪ／ｍ２を示した。
【００５３】
（実施例４）
実施例４では、加熱処理を１５０℃で４２時間行った点を除いては、実施例３と同様の手法で二次造形物を作製した。
この二次造形物は、図１１の表に示すように、いずれの辺についても一次造形物に対して形状変化率が３％未満であった。この二次造形物において、表面に固着したジルコニアビーズを洗浄処理により除去した上で、図１０Ｂに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は１４．８ｋＪ／ｍ２を示し、実施例３との比較から、加熱処理時間を長くすることにより、より耐衝撃性が改善されることがわかった。この二次造形物の、アイゾット衝撃試験後の断面写真を図１２Ｃに示す。断面には、ＦＤＭ法に由来する構造や描画された材料間の界面は、ほとんど見られなかった。
【００５４】
（比較例３）
比較例３では、実施例３同様、図１０Ｂに示す積層方向で積層を行い、板形状の一次造形物を作製した。この一次造形物を、周囲を粒子で充填することなく、そのまま加熱処理装置１４中に静置し、１５０℃で１６時間、加熱処理を行った。その後、加熱処理容器１３全体を４０℃まで冷却した上で加熱処理容器１３を加熱処理装置１４から取り出し、加熱処理容器１３中から二次造形物を取り出した。この二次造形物は、図１１の表に示すように、加熱処理前の大きさと比較して、５０ｍｍ辺で６．７％収縮、１０ｍｍ辺で２１．３％膨張、４ｍｍ辺で１０．０％収縮という大きな形状変化を示した。実施例１との比較から、造形物の周囲を粒子で充填して加熱処理することによって、加熱処理による造形物の変形が抑制されることが確認できた。
【００５５】
（比較例４）
比較例４においては、図１０Ｂに示す積層方向で積層を行い、板形状の造形物を作製した。この造形物において、図１０Ｂに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は７．７ｋＪ／ｍ２を示した。この造形物の、アイゾット衝撃試験後の断面写真を図１２Ｄに示す。断面には、ＦＤＭ法に由来する構造や描画された材料間の界面が見られた。これらの結果と、実施例３、４で得られた結果との比較から、熱処理により熱可塑性樹脂間の接着・融合が改善され、機械的特性が向上することが確認できた。
【００５６】
（実施例５）
実施例５では、図１０Ｃに示す積層方向、すなわち、１０ｍｍ×４ｍｍサイズの面を積層する方向で積層を行い、板形状の一次造形物１１ｃを作製した。次に、実施例１と同様に、加熱処理容器１３中に、周囲を粒子で充填した状態で一次造形物１１ｃを配置した後、加熱処理装置１４中に設置し、１５０℃で１６時間、加熱処理を行った。その後、加熱処理容器１３全体を４０℃まで冷却した上で加熱処理容器１３を加熱処理装置１４から取り出し、加熱処理容器１３中から二次造形物１５ｃを取り出した。この二次造形物１５ｃは、図１１の表に示すように、いずれの辺についても形状変化率が３％未満であった。この二次造形物１５ｃにおいて、表面に固着したジルコニアビーズを洗浄処理により除去した上で、図１０Ｃに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は１０．４ｋＪ／ｍ２を示した。
【００５７】
（実施例６）
実施例６では、加熱処理を１５０℃で４２時間行った点を除いては、実施例５と同様の手法で二次造形物を作製した。
この二次造形物は、図１１の表に示すように、いずれの辺についても一次造形物に対して形状変化率が３％未満であった。この二次造形物において、表面に固着したジルコニアビーズを洗浄処理により除去した上で、図１０Ｃに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は１２．８ｋＪ／ｍ２を示し、実施例５との比較から、加熱処理時間を長くすることにより、より耐衝撃性が改善されることがわかった。この二次造形物の、アイゾット衝撃試験後の断面写真を図１２Ｅに示す。断面には、ＦＤＭ法に由来する構造や描画された材料間の界面などは、ほとんど見られなかった。
【００５８】
（比較例５）
比較例５では、実施例５同様、図１０Ｃに示す積層方向で積層を行い、板形状の一次造形物を作製した。この一次造形物を、周囲を粒子で充填することなく、そのまま加熱処理装置１４中に静置し、１５０℃で１６時間、加熱処理を行った。その後、加熱処理容器１３全体を４０℃まで冷却した上で加熱処理容器１３を加熱処理装置１４から取り出し、加熱処理容器１３中から二次造形物を取り出した。この二次造形物は、図１１の表に示すように、加熱処理前の大きさと比較して、５０ｍｍ辺で１１．１％膨張、１０ｍｍ辺で５．４％収縮、４ｍｍ辺で３．８％収縮という大きな形状変化を示した。実施例５との比較から、造形物の周囲を粒子で充填して加熱処理することによって、加熱処理による造形物の変形が抑制されることが確認できた。
【００５９】
（比較例６）
比較例６においては、図１０Ｃに示す積層方向で積層を行い、板形状の造形物を作製した。この造形物において、図１０Ｃに示す試験方向でアイゾット衝撃試験を行った。その結果、耐衝撃値は１．４ｋＪ／ｍ２を示した。この造形物の、アイゾット衝撃試験後の断面写真を図１２Ｆに示す。断面には、ＦＤＭ法に由来する構造や描画された材料間の界面などが見られた。これらの結果と、実施例５、６で得られた結果との比較から、熱処理により熱可塑性樹脂間の接着・融合が改善され、機械的特性が向上することが確認できた。
【００６０】
（実施例７）
実施例７では、粒子として、アルミナビーズ（大明化学工業株式会社製高純度アルミナビーズ、平均径は１１７μｍ、粒度分布の標準偏差８．２μｍ、平均円形度０．９９）を用いる点を除いては、実施例１と同様の手法により、二次造形物を得た。実施例１と同様にアイゾット衝撃試験を行った場合に、加熱処理をしていない場合と比較して著しく高い耐衝撃値を示した。
【００６１】
（実施例８）
実施例８では、粒子として、実施例７と同じアルミナビーズの核粒子表面にフッ化アルキルコーティングを形成したものを用いた。
本実施例では、アルミナビーズ表面に対して、次のようにして、表面にトリフルオロプロピル基からなるコーティング層を有する充填用の粒子を作成する。それは、アルミナビーズ表面に対して、化学気相成長法によりトリフルオロプロピルトリメトキシシランを反応させることによるものである。
このフッ化アルキルコーティング型アルミナ粒子を用いて、実施例１と同様の手法により二次造形物を得た。この二次造形物表面においては、粒子の固着が、実施例７と比較して著しく抑制されているため、簡易なエアーブロー程度で、造形物表面に残存する粒子を除去することができる。
【００６２】
（実施例９）
実施例９では、粒子として、アルミナ粒子表面にシリコーン樹脂コーティングを形成したものを用いた。
本実施例では、アルミナビーズ表面に対して、シリコーン樹脂微粒子を、乾式複合化装置を用いて複合化し、表面にシリコーン樹脂からなるコーティング層を有するアルミナビーズを作成した。
ここで、アルミナビーズには実施例７と同じものを用いた。また、シリコーン樹脂微粒子として、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ合同会社製シリコーン樹脂微粒子ＸＣ９９−Ａ８８０８を用いた。また、乾式複合化装置として、ホソカワミクロン社製ノビルタを用いた。
このシリコーン樹脂コーティング型アルミナ粒子を用いて、実施例１と同様の手法により二次造形物を得た。この二次造形物表面においては、粒子の固着が、実施例７と比較し
て著しく抑制されているため、簡易なエアーブロー程度で、造形物表面に残存する粒子を除去することができる。
【００６３】
（実施例１０）
実施例１０では、粒子として、アルミナ粒子表面にＰＶＡコーティング（水溶性）を形成したものを用いた。
本実施例では、アルミナビーズ表面に対して、実施例９と同様の手法を用いて、ポリビニルアルコール樹脂からなるコーティング層を複合化し、表面にポリビニルアルコール樹脂からなるコーティング層を有するアルミナビーズを作成した。ここで、アルミナビーズには実施例７と同じものを用いた。
このポリビニルアルコール樹脂コーティング型アルミナ粒子を用いて、実施例１と同様の手法により二次造形物を得た。この二次造形物に対して、温水で洗浄処理を施すことにより、造形物表面に固着したアルミナ粒子のコーティング層が溶解することで、造形物表面に残存する粒子を除去することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂を含む三次元物体に対して、形状変化を抑制しつつ、造形物の機械的特性を向上させるための加熱処理方法を提供することができる。また、上記のような加熱処理をより効率よく行うことのできる、加熱処理装置を提供することができる。また、熱可塑性樹脂からなる表面を有し、かつその表面に、微細なディンプル形状が六方最密状及びそれに準ずる配列で形成された三次元物体であって、形状変化が抑制され、機械的特性が向上した三次元物体を提供することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１１…一次造形物、１２…粒子、１３…加熱処理容器
【図１】
2018099808.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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