(57)【要約】【課題】金属粉末を用いた粉末焼結積層法に特有の現象・事項を考慮した三次元形状造形物の製造方法を提供すること。【解決手段】（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて焼結層を形成する工程、および、（ｉｉ）得られた焼結層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる焼結層を形成する工程を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施すことを特徴とする製造方法。【選択図】図７
2011026675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて焼結層を形成する工程、および
（ｉｉ）得られた焼結層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる焼結層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施すことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記造形物の表面領域に複数のめっき層が形成されるようにめっき処理を行うことを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記造形物の表面領域に生じた凹部またはヒケを最も内側のめっき層によって埋めることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記造形物の硬度を最も外側のめっき層によって調整することを特徴とする、請求項２または３に記載の製造方法。
【請求項５】
造形物の表面領域に２層のめっき層を形成し、内側めっき層の形成に際してニッケルめっき処理を行い、外側めっき層の形成に際して硬質クロムめっき処理を行うことを特徴とする、請求項３または４に記載の製造方法。
【請求項６】
カーボンナノチューブまたはナノダイヤを含んで成るめっき層を前記造形物の表面領域に形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法で得られる三次元形状造形物であって、
前記造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき層を有して成ることを特徴とする、三次元形状造形物。
【請求項８】
前記めっき層が少なくとも２つの層から構成されており、
造形物の表面粗さＲｚが１０μｍ以下となっていることを特徴とする、請求項３に従属する請求項７に記載の三次元形状造形物。
【請求項９】
前記めっき層が少なくとも２つの層から構成されており、
造形物の表面硬度がＨｖ８００〜１０００となっていることを特徴とする、請求項４に従属する請求項７に記載の三次元形状造形物。
【請求項１０】
前記めっき層が２つの層から構成されており、
内側めっき層がニッケルを含んで成り、外側めっき層がクロムを含んで成ることを特徴とする、請求項５に従属する請求項７に記載の三次元形状造形物。
【請求項１１】
前記めっき層がカーボンナノチューブまたはナノダイヤを含んで成ることを特徴とする、請求項６に従属する請求項７に記載の三次元形状造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物に関する。より詳細には、本発明は、粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結層を形成することを繰り返し実施することによって複数の焼結層が積層一体化した三次元形状造形物を製造する方法に関すると共に、それによって得られる三次元形状造形物にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、粉末材料に光ビームを照射して三次元形状造形物を製造する方法（一般的には「粉末焼結積層法」と称される）が知られている。かかる方法では、「（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射することよって、かかる所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成し、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を敷いて同様に光ビームを照射して更に固化層を形成する」といったことを繰り返して三次元形状造形物を製造している（特許文献１または特許文献２参照）。粉末材料として金属粉末やセラミック粉末などの無機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物を金型として用いることができ、樹脂粉末やプラスチック粉末などの有機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物をモデルとして用いることができる。このような製造技術によれば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能である。
【０００３】
粉末焼結積層法では、酸化防止等の観点から不活性雰囲気下に保たれたチャンバー内で三次元形状造形物が製造される場合が多い。粉末材料として金属粉末を用い、得られる三次元形状造形物を金型として用いる場合を例にとると、図２に示すように、まず、所定の厚みｔ１の粉末層２２を造形プレート２１上に形成した後（図２（ａ）参照）、光ビームを粉末層２２の所定箇所に照射して、造形プレート２１上において焼結層２４を形成する。そして、形成された焼結層２４の上に新たな粉末層２２を敷いて再度光ビームを照射して新たな焼結層を形成する。このように焼結層を繰り返し形成すると、複数の焼結層２４が積層一体化した三次元形状造形物を得ることができる（図２（ｂ）参照）。最下層に相当する焼結層は造形プレート面に接着した状態で形成され得るので、三次元形状造形物と造形プレートとは相互に一体化した状態となる。一体化した三次元形状造形物と造形プレートとは、そのまま金型として用いることができる。
【０００４】
金属粉末の光ビームの照射で得られる三次元形状造形物は、その表面が比較的粗く、一般的に数１００μｍＲｚ程度の表面粗さを有している。これは、焼結層表面に粉末が付着するからである。焼結層形成時では、光ビーム・エネルギーが熱に変換されるので照射粉末がいったん溶融してから冷却過程で粉末同士が融着することになるが、この際、光ビームが照射されるポイントの周辺の粉末領域の温度も上昇し得るため、周辺の粉末が焼結層表面に付着してしまう。この付着粉末は三次元形状造形物に“表面粗さ”をもたらすことになるために、三次元形状造形物の表面には仕上げ加工を施す必要がある。つまり、得られる三次元形状造形物の表面を全体的に切削加工する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平１−５０２８９０号公報
【特許文献２】特開２０００−７３１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
金属粉末の焼結積層法で得られる三次元形状造形物は金型として好適に用いることができる。しかしながら、金属粉末の焼結積層法および切削加工では、以下の特有の現象・事項が存在し得ることを本願の発明者らは見出しており、それに対処することが造形物の金型用途としての適性を更に高めることになる。
【０００７】
（造形物表面における凹部発生）
粉末焼結積層法で用いられる金属粉末は一般的に種々の金属材料から成る混合粉末材料である。このような粉末材料が十分に混合されていることが望ましいものの、完全に混合できていない場合では（即ち、材料分散度が低い場合では）、“ある種類の粉末材料”と“別の種類の粉末材料”との材料特性の違いに起因して、得られる焼結層において剥離・脱離を生じやすい箇所が発生し得る。従って、そのような焼結層の切削加工時には剥離現象が局所的に生じることになり、焼結層表面、即ち、造形物表面に凹部が生じてしまう（図１１参照）。このような凹部が存在した造形物を金型として用いると成形品の“離型性”の点で好ましくない。
【０００８】
（造形物表面におけるヒケ発生）
金属粉末の焼結積層法では、“粉末層の焼結または溶融固化”と“焼結層表面の切削加工”とを交互に繰り返すことによって、図１１に示すように、造形物表面にヒケが発生し得る。これについて詳述する。まず、図１２（ａ）に示すように粉末層の焼結又は溶融固化により焼結層２４がある程度形成されると、図１２（ｂ）に示すような表面切削加工が行われることになる。次いで、切削加工を施した後の焼結層２４の上に粉末層が再度形成され焼結又は溶融固化が行われる。この場合、図１２（ｃ）に示すように、粉末層が焼結又は溶融固化して更なる焼結層２４’が形成されると、造形物の中心に向かって内側方向へと応力が生じることになる。具体的には、粉末層から焼結層へと変化する際に収縮現象が生じて内側方向へと応力が働き、それによって、その下の焼結層２４の表面領域が内側へと引っ張られることになる。そして最終的には、図１２（ｄ）に示すように新たに形成された焼結層表面２４ｂが切削加工されるので、焼結層表面、即ち、造形物表面に“ヒケ”が生じることになる。このようなヒケが存在すると、上述の“凹部”と同様、“離型性”の点で好ましくない。
【０００９】
（造形物の硬度）
金属粉末の焼結積層法で得られる造形物の硬度は、一般的にはＨｖ３１０程度であり、粉末焼結積層法以外の常套の手法で得られる造形物の硬度よりも低い値となっている。その結果、造形物を金型として用いた場合は、変形がもたらされ易く、場合によっては金型の破損につながる可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、金属粉末の焼結積層法および切削加工に特有の現象・事項を考慮した三次元造形物の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明では、
（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて焼結層を形成する工程、および
（ｉｉ）得られた焼結層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる焼結層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施すことを特徴とする製造方法が提供される。
【００１２】
本発明の製造方法は、「金属粉末の焼結積層法および切削加工に特有の現象・事項」を考慮して表面処理を行うことを特徴としている。より具体的には、本発明では、三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施す（図１参照）。
【００１３】
本明細書にいう「三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域」とは、“三次元形状造形物の局所的な表面部分”のみならず、“三次元形状造形物の全体表面”のことも実質的に意味している。
【００１４】
ある好適な態様では、三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域に複数のめっき層が形成されるようにめっき処理を行う。かかる場合、最も内側めっき層によって三次元形状造形物の表面領域の凹部またはヒケを埋めることが好ましい。これにより、三次元形状造形物の表面平滑性が向上し得る。また、三次元形状造形物の表面領域に複数のめっき層を形成する場合、最も外側のめっき層によって三次元形状造形物の硬度を調整することが好ましい（特に、最も外側のめっき層によって三次元形状造形物の表面領域の硬度を増加させることが好ましい）。一例を挙げると、三次元形状造形物の表面領域に２層のめっき層を形成し、内側めっき層の形成に際してニッケルめっき処理を行い、外側めっき層の形成に際して硬質クロムめっき処理を行う。
【００１５】
別のある好適な態様では、めっき処理に際して、他の無機物や有機物、例えばカーボンナノチューブまたはナノダイヤなどを含んで成る複合めっき層を形成してよい。
【００１６】
本発明では、上述した製造方法で得られる三次元形状造形物も提供される。かかる三次元形状造形物は、少なくとも一部の表面領域にめっき層を有して成ることを特徴としている。ある好適な態様では、三次元形状造形物は、めっき層が少なくとも２つの層から構成されており、造形物の表面粗さＲｚが１０μｍ以下となっている。また、めっき層が少なくとも２つの層から構成されている場合、造形物の表面硬度がＨｖ８００〜１０００程度となっている。そのような表面粗さおよび表面硬度を有する三次元形状造形物の例としては、ニッケルを含んで成る内側めっき層とクロムを含んで成る外側めっき層との２層構造を有する造形物を挙げることができる。別の好適な態様では、三次元形状造形物のめっき層にはカーボンナノチューブまたはナノダイヤなどが含まれている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の製造方法では、三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施すことによって、金属粉末の焼結積層法および切削加工に特有の現象・事項に対して好適に対処できる。
【００１８】
具体的には、三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施すことによって、造形物表面に発生した“凹部”および／または“ヒケ”の不都合を実質的に排除することができ、表面平滑性を向上させることができる。その結果、得られる三次元形状造形物を金型として好適に用いることができる（つまり、“離型性”が向上した金型を得ることができる）。また、三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施すことによって、造形物表面の硬度も向上させることができる。その結果、三次元形状造形物を金型として用いた場合でも実質的に変形することがなく“型破損”を効果的に防止できる。
【００１９】
特に、複数のめっき層が形成されるようにめっき処理を行う場合、造形物に必要な特性を各めっき層によって個々に付与することができる。例えば、最も内側のめっき層によって表面平滑性を向上させると共に、最も外側のめっき層によって造形物表面の硬度を向上させることができる。
【００２０】
金属粉末層・焼結層の形成および切削加工に際して生じ得る不都合な事項（例えば、上述の“ヒケ・凹部の発生”や“低い硬度”）を回避するには、粉末材料の選定や粉末層形成条件・焼結層形成条件・切削条件などの種々の複雑な相関的因子を考慮する必要があるものの、本発明の製造方法では、製造後においてめっき処理を施すことで簡易に対処できる。その結果、三次元形状造形物の設計を全体的としてシンプルにできる。
【００２１】
尚、カーボンナノチューブまたはナノダイヤなどを含んで成るめっき層を形成する場合、得られる造形物は、表面硬度が高くなるので、耐摩耗性が向上し、金型として用いる場合は離型性が向上する利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の製造方法で得られる三次元形状造形物を模式的に表した図
【図２】光造形複合加工機の動作を模式的に示した断面図
【図３】粉末焼結積層法が行われる態様を模式的に示した斜視図
【図４】粉末焼結積層法が実施される光造形複合加工機の構成を模式的に示した斜視図
【図５】光造形複合加工機の動作のフローチャート
【図６】光造形複合加工プロセスを経時的に表した模式図
【図７】電気めっき処理の態様を概念的に表した模式図
【図８】２層構造めっき層の態様を模式的に表した図
【図９】２層構造めっき層の処理工程を模式的に表した図
【図１０】カーボンナノチューブが混入された複合めっきの態様を模式的に表した図
【図１１】造形物の表面領域に生じた凹部またはヒケを模式的に表した図
【図１２】ヒケ発生のメカニズムを模式的に示す工程断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
［粉末焼結積層法］
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。図２〜図４には、粉末焼結積層法を実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。粉末焼結積層法に用いる金属粉末は、鉄系粉末を主成分とした粉末であって、場合によってニッケル粉末、ニッケル系合金粉末、銅粉末、銅系合金粉末および黒鉛粉末などから成る群から選択される少なくとも１種類を更に含んで成る粉末であってよい（一例として、平均粒径２０μｍ程度の鉄系粉末の配合量が６０〜９０重量％、ニッケル粉末及びニッケル系合金粉末の両方又はいずれか一方の配合量が５〜３５重量％、銅粉末および／または銅系合金粉末の両方又はいずれか一方の配合量が５〜１５重量％、ならびに、黒鉛粉末の配合量が０．２〜０．８重量％となった金属粉末を挙げることができる）。
【００２５】
光造形複合加工機１は、「金属粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段２」と「外周が壁２７で囲まれた造形タンク２９内においてシリンダー駆動で上下に昇降する造形テーブル２０」と「造形テーブル２０上に配され造形物の土台となる造形プレート２１」と「光ビームＬを任意の位置に照射する光ビーム照射手段３」と「造形物の周囲を削る切削手段４」とを主として備えている。粉末層形成手段２は、図２に示すように、「外周が壁２６で囲まれた粉末材料タンク２８内においてシリンダー駆動で上下に昇降する粉末テーブル２５」と「造形プレート上に粉末層２２を形成するためのスキージング用ブレード２３」とを主として有して成る。光ビーム照射手段３は、図３および図４に示すように、「光ビームＬを発する光ビーム発振器３０」と「光ビームＬを粉末層２２の上にスキャニング（走査）するガルバノミラー３１（スキャン光学系）」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段３には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段（例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段）やｆθレンズなどが具備されている。切削手段４は、「造形物の周囲を削るミーリングヘッド４０」と「ミーリングヘッド４０を切削箇所へと移動させるＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）」とを主として有して成る（図３および図４参照）。
【００２６】
光造形複合加工機１の動作を図２、図５および図６を参照して詳述する。図５は、光造形複合加工機の一般的な動作フローを示しており、図６は、光造形複合加工プロセスを模式的に簡易に示している。
【００２７】
光造形複合加工機の動作は、粉末層２２を形成する粉末層形成ステップ（Ｓ１）と、粉末層２２に光ビームＬを照射して焼結層２４を形成する焼結層形成ステップ（Ｓ２）と、造形物の表面を切削する切削ステップ（Ｓ３）とから主に構成されている。粉末層形成ステップ（Ｓ１）では、最初に造形テーブル２０をΔｔ１下げる（Ｓ１１）。次いで、粉末テーブル２５をΔｔ１上げた後、図２（ａ）に示すように、スキージング用ブレード２３を、矢印Ａ方向に移動させ、粉末テーブル２５に配されていた粉末を造形プレート２１上へと移送させつつ（Ｓ１２）、所定厚みΔｔ１にならして粉末層２２を形成する（Ｓ１３）。次に、焼結層形成ステップ（Ｓ２）に移行し、光ビーム発振器３０から光ビームＬ（例えば炭酸ガスレーザ（５００Ｗ程度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５００Ｗ程度）、ファイバレーザ（５００W程度）など）を発し（Ｓ２１）、光ビームＬをガルバノミラー３１によって粉末層２２上の任意の位置にスキャニングし（Ｓ２２）、粉末を焼結又は溶融固化させて造形プレート２１と一体化した焼結層２４を形成する（Ｓ２３）。
【００２８】
焼結層２４の厚みがミーリングヘッド４０の工具長さ等から求めた所定厚みになるまで粉末層形成ステップ（Ｓ１）と焼結層形成ステップ（Ｓ２）とを繰り返し、焼結層２４を積層する（図２（ｂ）参照）。尚、新たに積層される焼結層は、焼結又は溶融固化に際して、既に形成された下層を成す焼結層と一体化することになる。
【００２９】
積層した焼結層２４の厚みが所定の厚みになると、切削ステップ（Ｓ３）へと移行する。図２および図６に示すような態様ではミーリングヘッド４０を駆動させることによって切削ステップの実施を開始している（Ｓ３１）。例えば、ミーリングヘッド４０の工具（ボールエンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長さ３ｍｍである場合、深さ３ｍｍの切削加工ができるので、Δｔ１が０．０５ｍｍであれば、６０層の焼結層を形成した時点でミーリングヘッド４０を駆動させる。ＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）によってミーリングヘッド４０を矢印Ｘ及び矢印Ｙ方向に移動させ、積層した焼結層２４から成る造形物の表面を切削加工する（Ｓ３２）。そして、三次元形状造形物の製造が依然終了していない場合では、粉末層形成ステップ（Ｓ１）へ戻ることになる。以後、Ｓ１乃至Ｓ３を繰り返して更なる焼結層２４を積層することによって、三次元形状造形物の製造を行う（図６参照）。
【００３０】
焼結層形成ステップ（Ｓ２）における光ビームＬの照射経路と、切削ステップ（Ｓ３）における切削加工経路とは、予め三次元ＣＡＤデータから作成しておく。この時、等高線加工を適用して加工経路を決定する。例えば、焼結層形成ステップ（Ｓ２）では、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（例えばΔｔ１を０．０５ｍｍとした場合では０．０５ｍｍピッチ）でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。
【００３１】
［本発明の製造方法］
本発明の製造方法は、上述した粉末焼結積層法につき、得られる三次元形状造形物に対して表面処理を行うことを特徴としている。より具体的には、三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施す。
【００３２】
本発明で用いるめっき処理は、電解質水溶液を使用する湿式めっき（ウエットプロセス）であってよく、あるいは、そのような水溶液を使用しない乾式めっき（ドライプロセス）であってもよい。湿式めっきとしては、電気めっきおよび無電解めっき（置換めっきや自己触媒めっきなど）を挙げることができる。一方、乾式めっきとしては、溶融めっきおよび真空めっき（ＰＶＤやＣＶＤなど）を挙げることができる。
【００３３】
ウエットプロセスの「電気めっき処理」は、図７に示すように、金属イオンが存在する電解質水溶液８０に陰極として造形物２４を用い、それを外部電源を介して陽極とつないで、電源から電気エネルギーを加えて陰極（即ち、造形物２４）で還元反応を生じさせる処理である。電解質水溶液８０中の金属イオンが造形物界面で電子を受け取って金属として析出することによってめっき層が形成される。同じくウエットプロセスの「無電解めっき処理」は、電気めっきとは違って、外部電源を用いずに、溶液中の金属イオンが還元剤の働きで電子を受け取って還元析出することでめっき層が形成される。「電気めっき処理」に必要な機材としては、電解槽、電源（整流器）、配線、ブスバー（電極に電気を供給する銅製の棒状部材）、めっき液（主材剤の他、光沢剤、平滑剤や緩衝剤などの添加剤）、溶液を加熱・冷却するためのヒーターまたはクーラー、そして、めっき層の材質源となる陽極などであり、「無電解めっき処理」では、上記機材のうち電気に関連する機材は必要としない。
【００３４】
ドライプロセスの「溶融めっき処理」は、亜鉛、アルミニウムなどの比較的融点の低い金属を溶解した槽の中に造形物を通過または浸漬させてめっき層を形成する処理である。同じくドライプロセスの「真空めっき」は、大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間中で金属、無機化合物などの薄膜状のめっき層を形成する処理である。
【００３５】
上述しためっき処理の中でも、本発明の製造方法としては、一層目は電気めっき処理によってめっき層を形成することが好ましい。なぜなら、電気めっき処理の場合、界面活性剤などのレベリング剤を添加することにより表面の凹凸を埋める作用が働き、平坦化させやすいためである。めっき材質としてはニッケルやクロムなどが挙げられるが、母材との親和性、二層目のめっき材質との親和性を考慮して選択すればよい。以上の操作により、「金属粉末の焼結積層法および切削加工により得られた三次元形状造形物」に対してめっき層を形成することができる。
【００３６】
めっきに用いる金属、即ち、めっき層の材質は、造形物の表面領域にめっき処理を施せる限り特に制限はなく、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、鉛（Ｐｂ）、スズ（Ｓｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）および／または亜鉛（Ｚｎ）などであってよい。めっき層の厚さは、造形物の表面領域に生じた凹部またはヒケを埋めることができる限り特に制限はない。この点、ヒケの深さが約２０μｍ〜３０μｍであり、凹部の深さが約５０μｍ〜１００μｍであることを考慮すると、めっき層の厚さは
例えば２０μｍ〜３００μｍ程度、より好ましくは５０μｍ〜１１０μｍ程度であってよい。
【００３７】
造形物表面に形成するめっき層は、１層に限定されず、複数の層から構成されていてよい。ここでいう「複数」とは、実質的には２〜６、好ましくは２〜３のことを指している。このように、めっき層を複数の層から構成することによって、表面平滑性、硬度、耐摩耗性、寸法精度、離型性などの種々の機能を造形物に付与することが可能となる。例えば、“表面平滑性”についていえば、最も内側めっき層によって三次元形状造形物の表面領域の凹部またはヒケを埋めることができる。また、“硬度向上”は、最も外側のめっき層によって付与できる。
【００３８】
「三次元形状造形物の少なくとも一部の表面領域にめっき処理を施す」態様には、その他に種々の態様が考えられる。以下それについて詳述する。
【００３９】
（２層構造のめっき層）
「２層構造のめっき層」の態様を図８に示す。かかる態様では、図示するように、造形物表面に内側層９０ａと外側層９０ｂとが形成されている。この場合、内側めっき層９０ａによって三次元形状造形物の表面領域の凹部またはヒケを埋め、外側めっき層９０ｂによって三次元形状造形物の硬度を調整することが好ましい。例えば、まず、図９（ａ）および（ｂ）に示すように凹部またはヒケを埋めるようにニッケルめっき処理を行い内側めっき層９０ａを形成し、次いで、図９（ｂ）および（ｃ）に示すように硬質クロムめっきを行って外側めっき層９０ｂを形成する。これにより、表面平滑性および表面硬度の向上を図ることができ、望ましい離型性が得られるだけでなく、型破損も防止できるので、金型用途として好適な三次元形状造形物を得ることができる。例えば、このような２層構造をとることによって、造形物の表面粗さＲｚが１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下となるだけでなく、造形物の表面硬度はＨｖ８００〜１０００程度となり得る。ここで「表面粗さＲｚ」とは、粗さ曲線（本発明でいうと「造形物表面の断面形状プロファイル」）において平均線から“最も高い山頂部までの高さ”と“最も低い谷底部までの深さ”とを足し合わせることによって得られる粗さ尺度を意味している。また、「表面硬度Ｈｖ（ビッカース硬度）」とは、JIS  Z2244の規格に準じて荷重２００〜１０００ gf でもって１０秒間押し込んだ後、それによって形成されたくぼみの対角線長さから求められる数値を意味している。
【００４０】
（CNT・ナノダイヤを含んだめっき層）
めっき処理に際して、他の無機物や有機物、例えばカーボンナノチューブ（CNT）またはナノダイヤなどを含んで成る複合めっき層を形成してもよい。めっき層にカーボンナノチューブやナノダイヤを含ませると、表面硬度が高くなるので、耐摩耗性が向上し、金型として用いる場合は離型性が向上する。図１０には、カーボンナノチューブを混入した複合めっきの態様を示している。図１０（ａ）は、内側層９０ａに対してカーボンナノチューブ９５を混入した態様であり、図１０（ｂ）は、外側層９０ｂに対してカーボンナノチューブ９５を混入した態様である。
【００４１】
［本発明の三次元形状造形物］
次に、本発明の三次元形状造形物について説明する（かかる三次元形状造形物は、上述の本発明の製造方法でも部分的に触れている事項なので要点のみを簡潔に説明する）。本発明の三次元形状造形物は、上述した本発明の製造方法で得られるものであり、図１に示すように、少なくとも一部の表面領域にめっき層を有して成ることを特徴としている。
【００４２】
本発明の三次元形状造形物は、その表面領域に複数のめっき層を有していることが好ましい。例えば、一例を挙げると、表面領域に内側層９０ａと外側層９０ｂとを有して成ることが好ましい（図８参照）。かかる場合、造形物の表面粗さＲｚは好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下となっており、造形物の表面硬度（より具体的には外側層の硬度）は好ましくはＨｖ８００〜１０００程度となっている。換言すれば、本発明の三次元形状造形物は、金型として望ましい表面平滑性および表面硬度を有している。また、カーボンナノチューブやナノダイヤなどを混入した複合めっき処理が行われて得られた場合では、三次元形状造形物のめっき層にはカーボンナノチューブやナノダイヤが含まれている。例えば、図１０に示すように内側めっき層９０ａまたは外側めっき層９０ｂにカーボンナノチューブが含まれていてよい。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の三次元形状造形物の製造方法を実施することによって、種々の物品を製造することができる。例えば、得られる三次元形状造形物をプラスチック射出成形用金型、プレス金型、ダイカスト金型、鋳造金型、鍛造金型などの金型として用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１    光造形複合加工機
２    粉末層形成手段
３    光ビーム照射手段
４    切削手段
１９  粉末／粉末層（金属粉末/金属粉末層）
２０  造形テーブル
２１  造形プレート
２２  金属粉末層
２２’  焼結層に付着した粉末
２３  スキージング用ブレード
２４  焼結層それから得られる三次元形状造形物
２４’  新たな焼結層
２４ｂ  焼結層表面
２５  粉末テーブル
２６  粉末材料タンクの壁部分
２７  造形タンクの壁部分
２８  粉末材料タンク
２９  造形タンク
３０  光ビーム発振器
３１  ガルバノミラー
３２  反射ミラー
３３  集光レンズ
４０  ミーリングヘッド
４１  ＸＹ駆動機構
４１ａ  Ｘ軸駆動部
４１ｂ  Ｙ軸駆動部
４２  ツールマガジン
５０  チャンバー
５２  光透過窓
８０  電解水溶液
９０  めっき層
９０ａ  内側めっき層
９０ｂ  外側めっき層
９５  カーボンナノチューブ
Ｌ  光ビーム
【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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【図１１】
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【図１２】
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