(57)【要約】      （修正有）【課題】平均粒子径が１０μｍ未満の微細な粉末材料を用いて積層造形を行うときに積層造形物に傷をつけることなく、該積層造形物周りの不要な粉末材料をきれいに除去できる、歩留まりの向上を図ることができる積層造形物の製造方法及びその製造装置の提供。【解決手段】粉末材料１０の供給槽４と造形物１３が形成される造形槽１２が隣り合っており、式（１）及び式（２）を満たす条件でローラ６を用いてリコートすることで凹凸を抑制した表面を得ることができる積層造形物の製造装置１。ω＞ｖ／Ｌ（１）、５０≦２πｒω＋ｖ≦５５０（２）。ω：ローラ６の回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。Ｌ：ローラ６が進行する方向の供給槽４の長さ（ｍｍ）、ｖ：ローラ６の振興速度（ｍｍ／ｓ）、ｒ：ローラ６の半径（ｍｍ）【選択図】図３
2019023327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形に用いる粉末材料が入った供給槽と、前記粉末材料による造形物が形成される造形槽とを隣り合わせて配置し、回転するローラによって前記供給槽の粉末材料を前記造形槽でリコートして造形層を積層形成する積層造形物の製造方法であって、前記造形に用いる粉末材料が平均粒子径１０μｍ未満であり、前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、且つ、下記の式（１）及び式（２）の両方を満たす条件で前記粉末材料をリコートして前記造形層を積層形成することを特徴とする積層造形物の製造方法。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【請求項２】
前記ローラが、さらに下記式（３）を満たす条件で造形層を積層形成することを特徴とする請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
５０  ＜  ２πｒω＋ｖ  ＜  ３６０        （３）
ここで、ω、ｖ及びｒは、前記と同じ、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【請求項３】
前記粉末材料が金属粉末であることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項４】
前記粉末材料がカルボニル鉄粉であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項５】
造形に用いる粉末材料を入れる供給槽と、この供給槽と隣り合わせて配置され、前記粉末材料による造形物が形成される造形槽と、前記供給槽の粉末材料を前記造形槽でリコートして造形層を積層形成する回転するローラと、を備え、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いて積層造形するため製造装置であって、
前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、かつ、前記ローラの回転条件及び進行速度が下記の式（１）及び式（２）の両方を満たす条件になるように制御されることを特徴とする積層造形物の製造装置。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【請求項６】
粉末材料が結合された造形物が形成される造形槽と、前記造形槽の下面に配置され、上下に可動する造形ステージと、前記造形槽に隣接して配置され、粉末材料を供給するための供給槽と、前記供給槽の下面に配置され、上下に可動する供給ステージと、前記供給槽から前記造形槽へ粉末材料を供給するローラと、前記ローラに付着した粉末材料を除去するためのローラクリーナと、前記造形槽に供給された粉末材料を結合させるための造形液を吐出するインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドを支持する造形ユニットとを有し、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いて積層造形するための製造装置であって、
前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、かつ、前記ローラの回転条件及び進行速度が下記の式（１）及び式（２）の両方を満たす条件になるように制御されることを特徴とする積層造形物の製造装置。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【請求項７】
粉末材料が結合された造形物が形成される造形槽と、前記造形槽の下面に配置され、上下に可動する造形ステージと、前記造形槽に隣接して配置され、粉末材料を供給するための供給槽と、前記供給槽の下面に配置され、上下に可動する供給ステージと、前記供給槽から前記造形槽へ粉末材料を供給するローラと、前記ローラに付着した粉末材料を除去するためのローラクリーナと、前記造形槽に供給された粉末材料を溶かすためのレーザ光を発振する赤外線レーザと、レーザ光をスキャンするためのスキャナとを有し、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いて積層造形するための製造装置であって、
前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、かつ、前記ローラの回転条件及び進行速度が下記の式（１）及び下記式（２）の両方を満たす条件になるように制御されることを特徴とする積層造形物の製造装置。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【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方法及びその製造装置に関し、特に、平均粒子径が１０μｍ未満の微細な粉末を用いるときに、付加製造によって高精度の立体造形物を歩留まり良く製造することができる積層造形物の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体造形物を作る方法としては、例えば、３Ｄプリンタ（立体印刷機）等を用いる付加製造法を用いた積層造形法が知られている。３Ｄプリンタを用いる立体造形物の製造方法としては、粉末材料を積層させながら高出力のレーザにより選択的に直接焼結することによって各層を形成する積層造形法、光硬化性樹脂を積層させながらレーザ光やＵＶ光で選択的に硬化させて、その繰返しにより積層する光造形法、金属やセラミックなどの粉末と造形液を用いて造形する方法、ノズルから繊維状の樹脂を溶かして押出ながら積層する熱溶融積層法などが提案されている。さらに、薄く粉末材料層を形成し、この粉末材料層に造形液をプリンタヘッドから吐出して薄層の造形層を形成し、そしてこの造形層上にさらに粉末材料層を形成し、再度造形液をプリンタヘッドから吐出して造形層を形成し、この工程を繰返して三次元の立体造形物を造形するバインダジェット法というものある（例えば特許文献１参照）。粉末材料として金属やセラミックを用いた場合には、この造形物を取り出した後に焼結することにより密度・強度が上がった完成品を得ることができる。
【０００３】
薄く粉末材料層を形成することを積層造形ではリコートと呼び、そのための装置をリコータと読んでいる。リコートの際にはリコータが造形領域の上を移動し、粉末材料を供給しながら薄く平に均していく。リコータの方式については幾つかの方式があり、例えば特許文献２には粉末材料の供給部と平坦化のためのブレードが一体になったリコータヘッドが描かれている。特許文献３には粉末材料の供給槽と造形物が形成される造形槽が隣り合って配置されており、供給槽の底が上昇し粉末材料が盛り上がったところを、スキージを用いたリコータで粉末材料を均す方式が描かれている。また、特許文献４には特許文献３と同様の供給槽と造形槽を有してローラを用いたリコータによって粉末材料を均す方式が描かれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２１８７１２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１９６６９４号公報
【特許文献３】特開２０１１−２１２１８号公報
【特許文献４】特開２０１１−２４０７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、積層造形に用いる粉末材料の平均粒子径は１０μｍ以上で球形をしている。そのような粉末を用いることで流動性を確保し凝集を抑えることで平坦なリコート後の表面を得ていた。しかし、造形物の表面を滑らかにしたり、細かいデザインのものを作ったり、密度を上げるにはさらに細かな粉末材料の方がよい。一方で粉末材料の粒子径が１０μｍより小さくなると流動性の減少と凝集が見られるようになる。そのため特許文献２に記載の方式による製造方法では、平均粒子径が１０μｍ未満の微細な粉末材料の場合、流動性が低く、粉が落ちていかず、詰まってしまうという問題があった。特許文献３に記載の方式による製造方法では粉詰まりは生じないがスキージに凝集した粉末材料が付着し、リコート後の表面に凹凸が生じるという問題があった。特許文献４に記載のローラによるリコート方式による製造方法でもリコート後の表面に凹凸が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、平均粒子径が１０μｍ未満の微細な粉末材料を用いて積層造形を行うときに積層造形物（以下、造形物と略することがある。）に傷をつけることなく、該造形物周りの不要な粉末材料をきれいに除去することができ、その結果、歩留まりの向上を図ることができる積層造形物の製造方法及びそ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】
【０００７】
本発明は、平均粒子径が１０μｍ未満の微細な粉末材料を用いても積層造形が可能にするためになされたものであり、以下の技術的手段で構成される。
【０００８】
［１］造形に用いる粉末材料が入った供給槽と、前記粉末材料による造形物が形成される造形槽とを隣り合わせて配置し、回転するローラによって前記供給槽の粉末材料を前記造形槽でリコートして造形層を積層形成する積層造形物の製造方法であって、前記造形に用いる粉末材料が平均粒子径１０μｍ未満であり、前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、且つ、下記の式（１）及び式（２）の両方を満たす条件で前記粉末材料をリコートして前記造形層を積層形成することを特徴とする積層造形物の製造方法。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【０００９】
［２］前記ローラが、さらに下記式（３）を満たす条件で造形物を形成することを特徴とする前記［１］に記載の積層造形物の製造方法。
５０  ＜  ２πｒω＋ｖ  ＜  ３６０        （３）
ここで、ω、ｖ及びｒは、前記と同じ、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【００１０】
［３］粉末材料が金属粉末であることを特徴とする前記［１］又は［２］に記載の積層造形物の製造方法。
【００１１】
［４］粉末材料がカルボニル鉄粉であることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の積層造形物の製造方法。
【００１２】
［５］造形に用いる粉末材料を入れる供給槽と、この供給槽と隣り合わせて配置され、前記粉末材料による造形物が形成される造形槽と、前記供給槽の粉末材料を前記造形槽でリコートして造形層を積層形成する回転するローラと、を備え、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いて積層造形するため製造装置であって、
前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、かつ、前記ローラの回転条件及び進行速度が下記の式（１）及び式（２）の両方を満たす条件になるように制御されることを特徴とする積層造形物の製造装置。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【００１３】
［６］  粉末材料が結合された造形物が形成される造形槽と、前記造形槽の下面に配置され、上下に可動する造形ステージと、前記造形槽に隣接して配置され、粉末材料を供給するための供給槽と、前記供給槽の下面に配置され、上下に可動する供給ステージと、前記供給槽から前記造形槽へ粉末材料を供給するローラと、前記ローラに付着した粉末材料を除去するためのローラクリーナと、前記造形槽に供給された粉末材料を結合させるための造形液を吐出するインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドを支持する造形ユニットとを有し、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いて積層造形するための製造装置であって、前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、かつ、前記ローラの回転条件及び進行速度が下記の式（１）及び式（２）の両方を満たす条件になるように制御されることを特徴とする積層造形物の製造装置。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【００１４】
［７］
粉末材料が結合された造形物が形成される造形槽と、前記造形槽の下面に配置され、上下に可動する造形ステージと、前記造形槽に隣接して配置され、粉末材料を供給するための供給槽と、前記供給槽の下面を配置され、上下に可動する供給ステージと、前記供給槽から前記造形槽へ粉末材料を供給するローラと、前記ローラに付着した粉末材料を除去するためのローラクリーナと、前記造形槽に供給された粉末材料を溶かすためのレーザ光を発振する赤外線レーザと、レーザ光をスキャンするためのスキャナとを有し、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いて積層造形するための製造装置であって、前記ローラが進行方向に対し逆に回転し、かつ、前記ローラの回転条件及び進行速度が下記の式（１）及び式（２）の両方を満たす条件になるように制御されることを特徴とする積層造形物の製造装置。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで、ω、Ｌ、ｖ及びｒは、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の積層造形物の製造方法を用いることにより、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いてもリコート後の粉末材料層の表面凹凸を抑制することができるため、歩留まりの向上を図りつつ、加工精度の高い積層造形物の製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】３Ｄ造形に用いられる金属粉末のＳＥＭ写真を示す図。
【図２】３Ｄプリンタの部分断面側面図。
【図３】本発明の実施例１による３Ｄプリンタを用いた積層造形物製造の流れを示す部分断面側面図。
【図４】３Ｄプリンタを用いて作製する造形物を示す図。
【図５】本発明の実施例１において、リコート後の粉末材料の表面を観察した結果を示す図。
【図６】本発明の実施例２による３Ｄプリンタの部分断面側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の積層造形物の製造方法は、平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いた積層造形物の製造方法であって、リコートにおける粉末材料を均した後の凹凸を抑制できるようにするものである。図１に平均粒子径が１０μｍ未満のカルボニル鉄粉のＳＥＭ像を示した。カルボニル鉄粉の粒子径のほとんどが１０μｍ未満と小さい上に、粒子同士がくっついて球形となっていないものも多く見られる。このカルボニル鉄粉はフローレートが測定できないくらい流れ性が悪い。
【００１８】
３Ｄプリンタの粉末材料の供給方法には大きく分けて２種類の方法がある。一つは粉末材料をリコータの上方からスリットを通して供給する方法と、もう一つはリコータの下に粉末材料を槽に溜めておき、底を持ち上げて供給する方法である。平均粒子径が１０μｍ未満のカルボニル鉄粉では粉が流れないため前者のスリットを通して供給する方法では粉を供給することができない。一方、後者の方法であれば粉の供給は可能となる。
【００１９】
図２に上記後者の方法の３Ｄプリンタの一例について、その構造を表した断面側面図を示す。図２はバインダジェット法の３Ｄプリンタとして使用する積層造形物の製造装置１を表している。積層造形物の製造装置１は、粉末材料が結合された造形物が形成される造形槽２およびその下面に配置され、上下に可動する造形ステージ３、造形槽２に粉末材料を供給するために造形槽２と隣接して配置された供給槽４およびその下面に配置され、上下に可動する供給ステージ５、供給槽４から造形槽２へ粉末材料を供給するローラ６、ローラに付着した粉末材料を除去しローラをきれいにするためのローラクリーナ７、造形槽２に供給された粉末材料を結合させるための造形液を吐出するインクジェットヘッド８およびインクジェットヘッド８を支持するための造形ユニット９などを備えている。ここで、積層造形物の製造装置１を構成するローラ６はリコートするときに回転させることができる。ローラを進行方向に対して逆に回転させることによってローラクリーナ７によって連続的に粉末材料を除去することが可能になる。
【００２０】
この積層造形物の製造装置１を用いる立体造形では、供給槽４から造形ステージ３上にローラ６によって粉末材料の層を薄く敷く工程と、目的の造形物の立体形状を水平方向にスライスして生成されるスライスデータを元にインクジェットヘッド８から粉末材料の層の特定領域に造形液を吐出し、造形ステージ３上に供給された粉末材料を結合させる工程により一層分造形層の成形を行い、このような工程を繰り返すことにより立体造形を行う。
【００２１】
図３（ａ）〜（ｆ）を用いて本発明の方法における造形層１層分の成形動作について説明する。
造形に用いる粉末材料１０は、図３（ａ）に示すように供給槽４に収容されている。すなわち、供給ステージ５を下げた状態で、供給槽４内に粉末材料１０を入れた状態である。粉末材料１０の上面は、ローラ６を回転させながら左右に動かすことで平になっている。
このとき、造形槽２の造形ステージ３は、造形槽２の上端から粉末材料一層の厚さ分だけ下げた状態にある。この状態で、供給ステージ５を一定量上昇させ、ローラ６で供給槽４の上に露出した粉末材料１０を供給槽４側から造形槽２側に押出すことにより、図３（ｂ）に示すように、造形ステージ３上に、１層分の厚さの粉末材料１０の層が形成される。本発明は平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料の場合に、このローラ６の動作条件を下記の式（１）及び式（２）を満たすように定めるものである。
ω  ＞  ｖ／Ｌ                            （１）
且つ、
５０  ≦  ２πｒω＋ｖ  ≦  ５５０        （２）
ここで
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
Ｌ：ローラが進行する方向の供給槽の長さ（ｍｍ）
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【００２２】
さらに、前記ローラが、上記式（１）に加えて、さらに下記式（３）を満たす条件で造形物を形成することにより、リコート後の粉末材料の表面をより平滑にすることができる。
５０  ＜  ２πｒω＋ｖ  ＜  ３６０        （３）
ここで、ω、ｖ及びｒは、前記と同じ、
ω：ローラの回転速度（ｓ−１）、逆方向の回転をプラスとする。
ｖ：ローラの進行速度（ｍｍ／ｓ）
ｒ：ローラの半径（ｍｍ）
である。
【００２３】
次に、図３（ｃ）に示すように、輪切り状の画像データに基づいて造形ユニット９（図示せず。図２を参照。）が造形槽２上に移動し、粉末材料の層の画像データに基づく特定領域にインクジェットヘッド８から造形液１１が吐出される。造形液１１とは、粉末材料１０を結合させるための液体であり、粉末材料の層の特定領域に、粉末材料が結合した造形層１２が１層形成される。このようにして１層分の成形が完了すると、図３（ｄ）に示すように造形ステージ３と供給ステージ５の高さを調整し、再度ローラ６を移動させることにより、図３（ｅ）に示すように、造形槽２内で、造形層１２を有する粉末材料の層上に、新たな粉末材料１０の層が形成される。このような動作を繰り返すことにより粉末材料が結合した造形層を積層させていき、図３（ｆ）に示すような結合していない未結合の粉末材料１０の中に埋没した状態で、目的の造形物１３が形成される。
【００２４】
この後、造形ステージ３を上昇させて、造形物１３を周りの粉体材料ごと取り出し、乾燥・硬化させた後、エアーブローやブラストなどで造形物に付着した不要な粉体材料を落としていく。ブラストでは、通常、アルミナ粉などの研磨剤が用いられるが、研磨剤の他に粉末材料を用いてもよいし、ドライアイスの微粉を用いれば粉末材料に他のものが混ざることなく不要な粉末材料を除去することが出来る。
【００２５】
本発明において用いられる粉末材料の種類としては、立体造形に通常用いられるものであれば特に制限なく用いることができ、目的に応じて適宜選択することが出来る。粉末材料の材質の代表的なものとしては、金属、セラミック、石膏などが挙げられる。金属としてはステンレス、チタン、チタン合金、鉄、銅などが挙げられる。ステンレスとしてはＳＵＳ３１６Ｌなどが、チタン合金としてはＴｉ−６Ａｌ−４Ｖなどが挙げられる。セラミックとしては、金属酸化物などが挙げられ、例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニアなどが挙げられる。
【００２６】
これらの粉末材料は一種単独で用いてもよいし、二種類以上を混ぜて用いてもよい。本発明の製造方法は、前記粉末材料として平均粒子径が１０μｍ未満の微細な金属を用いて高精度の積層造形物を製造するときに大きな効果を奏する。前記平均粒子径が１０μｍ未満の微細な金属としては、例えばカルボニル鉄粉が挙げられる。また、粉末材料に対しては、造形液と馴染むように表面処理を行ってもよいし、接着剤がコーティングされていてもよい。コーティングする接着剤としては、有機溶剤で溶けるものでも、水に溶けるものでもよい。
【００２７】
本発明において用いられる造形液としては、立体造形に通常用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。また、造形液は、接着機能を有する液体でもよいし、接着機能を有さない液体を用いることもできる。例えば、接着剤がコーティングされた粉末材料を用いる場合には、造形液は接着機能がなくてもよく、粉末材料にコーティングした接着剤が溶解もしくは膨潤するような溶剤や水溶液を造形液として用いることが好ましい。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
［実施例１］
本発明の実施例について図３、図４及び図５を用いて説明する。図４に、３Ｄプリンタとして積層造形物の製造装置１を用いて作製する造形物の例１３を示している。ここでは、カルボニル鉄粉を粉末材料１０として用いて、図４に示す円柱状の造形物１３を作る場合の製造方法を説明する。
【００３０】
先ず、図４に示した造形物１３のＣＡＤ（computer-aided design）データを３Ｄ−ＣＡＤにより作成する。造形物１３は円柱の形をしている。この３Ｄ−ＣＡＤデータを、３Ｄプリンタを制御しているコンピュータに移し、３Ｄプリンタで取り扱うＳＴＬデータに変換する。次に図３（ａ）に示すように、３Ｄプリンタとして使用する積層造形物の製造装置１の供給槽４に、造形に用いる粉末材料１０を入れる。ここで粉末材料はＢＡＳＦ社のカルボニル鉄粉を用いた。平均粒子径は８μｍ以下のものである。続いて図３（ｂ）に示すようにローラ６で粉末材料１０を造形槽２に運び、平にして厚さ１００μｍの粉末材料１０の層を形成する。このとき、ローラ６は、上記の式（１）を満たす回転速度（ω）で、進行方向に対し逆に回転させる。
【００３１】
図５に、ローラ６の回転数ωを変えてリコートすることにより上記の式（２）で示す（２πｒω＋ｖ）のパラメータ条件を変えたときのリコート後の粉末材料の表面を観察した検討結果を示す。図５には、本発明の実施例とともに、従来条件も含めてそれぞれの観察結果を示している。なお、図５に示す条件［（２πｒω＋ｖ）＝１９００（ｍｍ／ｓ）］は、平均粒子径が１０μｍを超える粉末を粉末材料として用いる場合に上記式（１）を満たすときのローラ６の従来の動作条件である。ここで、リコート表面状態の評価基準は以下のようにした。下記の評価基準において、〇及び△が実用的に適用可能なローラの動作条件である。
［評価基準］
○：荒れた表面の割合が１％未満
△：荒れた表面の割合が１％以上１０％未満
×：荒れた表面の割合が１０％以上
【００３２】
図５に示すように、（２πｒω＋ｖ）が上記式（２）の条件を満たす場合に、実用的に良好なリコート後の表面が得られることが分かった。さらに、（２πｒω＋ｖ）が１１０（ｍｍ／ｓ）のときに最も良好なリコート後の表面が得られた。したがって、本発明においては、（２πｒω＋ｖ）が上記式（３）を満たすようにローラの動作条件を設定することが好適である。なお、図５には（２πｒω＋ｖ）が５０（ｍｍ／ｓ）未満の条件のときの結果を具体的に示していないが、５０（ｍｍ／ｓ）未満では上記の式（１）及び式（２）件を同時に満たすことが難しくなり、所望の効果が得られなかった。
【００３３】
図５に示す結果を元に、上記の式（１）を満たし、（２πｒω＋ｖ）が１１０（ｍｍ／ｓ）と、上記の式（２）及び式（３）も満たす条件でローラ６を動作させて粉末材料１０の層を形成した。
【００３４】
次いで、図３（ｃ）に示すように、造形ユニット９（図示せず。図２を参照。）が造形槽２上に移動し、変換されたＳＴＬデータに基づいてインクジェットヘッド８から造形液１１を吐出しながら絵を描くように移動することにより、粉末材料１０の層の特定領域に、粉末材料１０が造形液１１によって結合した造形層１２が形成される。このようにして１層の造形が終わると、図３（ｄ）に示すように供給槽４のステージ５が上昇し、図３（ｅ）に示すように図３（ｂ）と同様にローラ６で粉末材料１０を造形槽２に運び、平にして厚さ１００μｍの粉末材料１０の層を形成する。この粉末材料１０を敷く工程とインクジェットヘッド８からの絵を描く動作で造形液１１を吐出する工程を繰り返すことにより、図３（ｆ）に示すように、造形物１３の造形が終了する。
【００３５】
造形終了時は、造形物１３が、造形槽２内で粉末材料１０に埋まった状態になっている。ここから造形物１３を周りの粉末材料１０と一緒に取り出し、エアーブローなどで不要な粉末材料を除去する。
最後に造形物１３を焼結炉に入れて焼結を行い、高精度を有する焼結品の完成となる。
【００３６】
［実施例２］
本発明の第２の実施例について図６を用いて説明する。図６はレーザ方式の３Ｄプリンタを表している。３Ｄプリンタとして使用する積層造形物の製造装置２１は、造形物が形成される造形槽２２およびその下面に配置され、上下に可動する造形ステージ２３、造形槽２２に粉末材料を供給するために造形槽２２と隣接して配置された供給槽２４およびその下面に配置され、上下に可動する供給ステージ２５、供給槽２４から造形槽２２へ粉末材料を供給するローラ２６、ローラに付着した粉末材料を除去しローラをきれいにするためのローラクリーナ２７、造形槽２２に供給された粉末材料を溶かすためのレーザ光２８を発振する赤外線レーザ２９、レーザ光をスキャンするスキャナ３０などを備えている。このローラ２６は回転させることができる。ローラを進行方向に対し逆に回転させることによってローラクリーナ２７によって連続的に粉末材料を除去することが可能になる。
【００３７】
平均粒子径が１０μｍ未満の粉末材料を用いて積層造形物の製造装置２１による立体造形を行う場合に、供給槽２４から造形ステージ２３上にローラ２６によって粉末材料の層を薄く敷く工程において、本発明の上記の式（１）及び式（２）の式両方を満たす条件、さらに好ましくは上記の式（１）及び式（３）の両方を満たす条件で行い、目的の造形物の立体形状を水平方向にスライスして生成されるスライスデータを元に、スキャナ３０でレーザ光２８をスキャンして粉末材料の層の特定領域の粉末材料を焼結させる工程により一層分の造形層の成形を行った。これらの工程を繰り返すことにより目的の造形物が出来上がる。このようにして積層造形物を高い歩留まりで製造することができる。得られた積層造形物は、前記実施例１で得られた造形物と同じように高い精度を有することが確認された。
【００３８】
［産業上の利用可能性］
以上記述したように、本発明は３Ｄプリンタを用いる立体造形物の積層造形に関する発明であり、本発明により平均粒子径が１０μｍ未満の微細な粉末材料を用いた場合でもリコート後に凹凸を抑制した良好な表面を得ることができ、造形精度が良く滑らかな表面の造形物が出来るようになる。したがって、本発明の製造方法及び製造装置は、３Ｄプリンタの適用を大幅に拡大することができるため、その有用性は極めて高い。
【符号の説明】
【００３９】
１  ３Ｄプリンタ又は積層造形物の製造装置
２  造形槽
３  造形ステージ
４  供給槽
５  供給ステージ
６  ローラ
７  ローラクリーナ
８  インクジェットヘッド
９  造形ユニット
１０  粉末材料
１１  造形液
１２  造形層
１３  造形物
２１  ３Ｄプリンタ又は積層造形物の製造装置
２２  造形槽
２３  造形ステージ
２４  供給槽
２５  供給ステージ
２６  ローラ
２７  ローラクリーナ
２８  レーザ光
２９  赤外線レーザ
３０  スキャナ
【図１】
2019023327.tif 000003
【図２】
2019023327.tif 000004
【図３】
2019023327.tif 000005
【図４】
2019023327.tif 000006
【図５】
2019023327.tif 000007
【図６】
2019023327.tif 000008