(57)【要約】【課題】曲げ強度が強い立体物を作製することができる三次元造形装置による立体物作製方法を提供する。【解決手段】完成した立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものをＺ軸に揃え、かつ、最も長いものをＸ軸に揃えるようにして立体物の方向を設定する。【選択図】図１
2019111792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体物を作製するためのステージを、基準面に対して相対的に低い位置に移動させる昇降手順と、
一方側から前記ステージを渡って他方側に移動するリコーターによって、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均す材料充填手順と、
前記ステージの前記粉体材料にプリンタヘッドから結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させる造形手順と、を含み、前記昇降手順、前記材料充填手順、前記造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置による立体物作製方法であって、
立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものを、前記ステージを基準とした高さとして立体物を作製する、
ことを特徴とする三次元造形装置による立体物作製方法。
【請求項２】
立体物を作製するためのステージを、基準面に対して相対的に低い位置に移動させる昇降手順と、
一方側から前記ステージを渡って他方側に移動するリコーターによって、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均す材料充填手順と、
前記ステージの前記粉体材料にプリンタヘッドから結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させる造形手順と、を含み、前記昇降手順、前記材料充填手順、前記造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置による立体物作製方法であって、
立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も長いものを、前記ステージを基準とした幅として立体物を作製する、
ことを特徴とする三次元造形装置による立体物作製方法。
【請求項３】
立体物を作製するためのステージを、基準面に対して相対的に低い位置に移動させる昇降手順と、
一方側から前記ステージを渡って他方側に移動するリコーターによって、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均す材料充填手順と、
前記ステージの前記粉体材料にプリンタヘッドから結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させる造形手順と、を含み、前記昇降手順、前記材料充填手順、前記造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置による立体物作製方法であって、
立体物を作製する位置を、前記ステージを中央から一方側寄りと他方側寄りとに区分する仮想線よりも一方側寄り、または、仮想線を跨いで仮想線よりも一方側寄りとする、
ことを特徴とする三次元造形装置による立体物作製方法。
【請求項４】
立体物を作製するためのステージを、基準面に対して相対的に低い位置に移動させる昇降手順と、
一方側から前記ステージを渡って他方側に移動するリコーターによって、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均す材料充填手順と、
前記ステージの前記粉体材料にプリンタヘッドから結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させる造形手順と、を含み、前記昇降手順、前記材料充填手順、前記造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置による立体物作製方法であって、
立体物を作製する前に、立体物の高さ以上の厚みを有する下積み層を前記粉体材料で前記ステージに形成し、
この下積み層の上方に立体物を作製した後に、立体物の高さ以上の厚みを有する上積み層を前記粉体材料で立体物の上方に形成する、
ことを特徴とする三次元造形装置による立体物作製方法。
【請求項５】
立体物を作製するためのステージを、基準面に対して相対的に低い位置に移動させる昇降手順と、
一方側から前記ステージを渡って他方側に移動するリコーターによって、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均す材料充填手順と、
前記ステージの前記粉体材料にプリンタヘッドから結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させる造形手順と、を含み、前記昇降手順、前記材料充填手順、前記造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置による立体物作製方法であって、
立体物を作製する前に、この立体物と同一形状の下段仮立体物を作製し、
この下段仮立体物の上方に立体物を作製した後に、この立体物と同一形状の上段仮立体物を、立体物の上方に作製する、
ことを特徴とする三次元造形装置による立体物作製方法。
【請求項６】
基準面に対して相対的に低い位置に所定量移動するステージと、
一方側から前記ステージを渡って他方側に移動することで、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均すリコーターと、
前記ステージの前記粉体材料に結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させるプリンタヘッドと、を有し、前記ステージによる昇降手順、前記リコーターによる材料充填手順、前記プリンタヘッドによる造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置であって、
立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものを、前記ステージを基準とした高さとして立体物の向きを決定する配置決定手段を有する、
ことを特徴とする三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、三次元造形装置による立体物作製方法および三次元造形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンピューターグラフィックス（ＣＧ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｇｒａｐｈｉｃｓ）などで描かれた三次元の形状を、樹脂材料や粉体材料などで具現化する三次元造形装置として、いわゆる３Ｄプリンターがある。３Ｄプリンターによる立体物の作製方法は様々であり、例えば、樹脂材料で造形するものとして材料押出法があり、また、粉体材料で造形するものとして結合剤噴射法（バインダジェット法）がある。
【０００３】
結合剤噴射法によれば、例えば、下記特許文献１に記載された結合剤噴射方式付加製造装置用セメント組成物が、粉体材料として用いられ、所望の位置に水性バインダを吹き付けることで粉体材料を固化させて立体物が作製される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１７８６７１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、結合剤噴射法によって作製された立体物は、空隙が多くなりやすいため、強度が弱い。
【０００６】
本発明は、この様な実情に鑑みて提案されたものである。すなわち、曲げ強度が強い立体物を作製することができる三次元造形装置による立体物作製方法および三次元造形装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物を作製するためのステージを、基準面に対して相対的に低い位置に移動させる昇降手順と、一方側から前記ステージを渡って他方側に移動するリコーターによって、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均す材料充填手順と、前記ステージの前記粉体材料にプリンタヘッドから結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させる造形手順と、を含み、前記昇降手順、前記材料充填手順、前記造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置による立体物作製方法であって、立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものを、前記ステージを基準とした高さとして立体物を作製する、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も長いものを、前記ステージを基準とした幅として立体物を作製する、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物を作製する位置を、前記ステージを中央から一方側寄りと他方側寄りとに区分する仮想線よりも一方側寄り、または、仮想線を跨いで仮想線よりも一方側寄りとする、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物を作製する前に、立体物の高さ以上の厚みを有する下積み層を前記粉体材料で前記ステージに形成し、この下積み層の上方に立体物を作製した後に、立体物の高さ以上の厚みを有する上積み層を前記粉体材料で立体物の上方に形成する、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物を作製する前に、この立体物と同一形状の下段仮立体物を作製し、この下段仮立体物の上方に立体物を作製した後に、この立体物と同一形状の上段仮立体物を、立体物の上方に作製する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る三次元造形装置は、基準面に対して相対的に低い位置に所定量移動するステージと、一方側から前記ステージを渡って他方側に移動することで、一方側にある粉体材料を、前記基準面から前記ステージに移動させて均すリコーターと、前記ステージの前記粉体材料に結合剤を吹き付けることで前記粉体材料を固化させるプリンタヘッドと、を有し、前記ステージによる昇降手順、前記リコーターによる材料充填手順、前記プリンタヘッドによる造形手順を繰り返すことで立体物を作製する三次元造形装置であって、立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものを、前記ステージを基準とした高さとして立体物の向きを決定する配置決定手段を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものを、ステージを基準とした高さとして立体物を作製するものである。すなわち、粉体材料が積層される方向において、低くなるように向きを特定して作製された立体物は、粉体材料が積層される方向において、高くなるように作製された立体物と比較して、曲げ強度が強い。換言すれば、長手の立体物であれば、倒れた状態で完成するように作製する。したがって、立体物を作製する向きを特定することで、曲げ強度が強い立体物を作製することができる。
【００１４】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も長いものを、ステージを基準とした幅として立体物を作製するものである。すなわち、積層された粉体材料の層の平面方向において、長くなるように向きを特定して作製された立体物は、粉体材料の層の平面方向において、短くなるように作製された立体物と比較して、曲げ強度が強い。換言すれば、長手の立体物であれば、ステージの幅の方向に倒れた状態で完成するように作製する。したがって、立体物を作製する向きを特定することで、曲げ強度が強い立体物を作製することができる。
【００１５】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物を作製する位置を、ステージを中央から一方側寄りと他方側寄りとに区分する仮想線よりも一方側寄り、または、仮想線を跨いで仮想線よりも一方側寄りとするものである。すなわち、仮想線よりも一方側寄りに作製された立体物は、ステージにおける仮想線よりも他方側寄りに作製された立体物と比較して、曲げ強度が強い。したがって、立体物を作製する位置を特定することで、曲げ強度が強い立体物を作製することができる。
【００１６】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物を作製する前に、立体物の高さ以上の厚みを有する下積み層を粉体材料でステージに形成し、この下積み層の上方に立体物を作製した後に、立体物の高さ以上の厚みを有する上積み層を粉体材料で立体物の上方に形成するものである。すなわち、立体物の上下方に、立体物の高さ以上の厚みを有する各上下層の間において作製された立体物は、各上下層において作製された立体物と比較して、曲げ強度が強い。したがって、立体物を作製する位置を特定することで、曲げ強度が強い立体物を作製することができる。
【００１７】
本発明に係る三次元造形装置による立体物作製方法は、立体物を作製する前に、この立体物と同一形状の下段仮立体物を作製し、この下段仮立体物の上方に立体物を作製した後に、この立体物と同一形状の上段仮立体物を、立体物の上方に作製するものである。すなわち、立体物と同一形状の各上下段仮立体物の間において作製された立体物は、各上下段仮立体と物比較して、曲げ強度が強い。したがって、立体物を作製する位置を特定することで、曲げ強度が強い立体物を作製することができる。
【００１８】
本発明に係る三次元造形装置は、立体物の高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものを、ステージを基準とした高さとして立体物の向きを決定する配置決定手段を有している。したがって、上記した三次元造形装置による立体物作製方法と同様に、曲げ強度が強い立体物を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る三次元造形装置による立体物作製方法に用いられる三次元造形装置の概略が示され、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る三次元造形装置による立体物作製方法によって作製される立体物の配置位置が模式的に示された模式配置図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る三次元造形装置による立体物作製方法によって作製された立体物、および、立体物の配置が示され、（ａ）は立体物の外観斜視図、（ｂ）は三次元造形装置の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る三次元造形装置による立体物作製方法によって作製された立体物の方向が示され、（ａ）は第一の方向の立体物の平面図、（ｂ）は第二の方向の立体物の平面図、（ｃ）は第三の方向の立体物の平面図、（ｄ）は第四の方向の立体物の平面図、（ｅ）は第五の方向の立体物の平面図、（ｆ）は第六の方向の立体物の平面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る三次元造形装置による立体物作製方法によって作製された立体物の方向、および、曲げ強度を測定する際の方向が示され、（ａ）は第一の方向の立体物の斜視図、（ｂ）は第二の方向の立体物の斜視図、（ｃ）は第三の方向の立体物の斜視図、（ｄ）は第四の方向の立体物の斜視図、（ｅ）は第五の方向の立体物の斜視図、（ｆ）は第六の方向の立体物の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態に係る三次元造形装置（以下、三次元造形装置を「３Ｄプリンター」と記す。）による立体物作製方法（以下、三次元造形装置による立体物作製方法を「作製方法」と記す。）を図面に基づいて説明する。図１は、作製方法に用いられる３Ｄプリンター１の構成の概略が示されている。
【００２１】
３Ｄプリンター１は、三次元で表された立体物Ｐのデータに基づいて、結合剤噴射方式で立体物Ｐを具現化するものである。はじめに、３Ｄプリンター１の構成の概略を説明する。
【００２２】
図１に示されているとおり、３Ｄプリンター１は、基準面２に対して昇降するステージ３と、このステージ３の外側であって基準面２上にある材料載置部４と、この材料載置部４に粉体材料５を供給する材料供給部（図示省略）と、粉体材料５を材料載置部４からステージ３に移動させて均すリコーター６と、ステージ３上の粉体材料５に結合剤を吹き付けるプリンタヘッド７と、このプリンタヘッド７を自在に移動させるガイド部８とを有している。なお、以下の説明では、図１に示されているとおり、互いに直交する三軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、ステージ３に平行で、かつ、ステージ３の横幅方向をＸ軸、ステージ３に並行で、かつ、ステージ３の奥行方向をＹ軸、ステージ３が昇降する高さ方向をＺ軸とする。Ｘ軸において、横幅の一方を右側とし、他方を左側とする。Ｙ軸において、一方側を奥側とし、他方側を手前側とする。
【００２３】
ステージ３は、四角形の平板状であり、立体物Ｐが作製される場所である。ステージ３は、下面側に昇降機構９が取り付けられ、昇降機構９が作動することによって、Ｚ軸を昇降する。材料載置部４は、ステージ３の外側であって、ステージ３の奥側に配置されている。材料供給部は、ステージ３の外側であって、材料載置部４の上方に配置されている。なお、材料供給部は、ステージ３の外側であって、材料載置部４の奥側に配置されていてもよい。リコーター６は、Ｘ軸方向に長手の棒状であり、基準面２上に配置されている。リコーター６は、基準面２上を、ステージ３に対して平行な状態で、Ｙ軸において、材料載置部４の奥側とステージ３の手前側との間を自在に移動する。ガイド部８は、Ｘ軸方向に長手であり、ステージ３に対して平行な状態で、Ｙ軸において、ステージ３の奥側と手前側との間を自在に移動する。プリンタヘッド７は、ガイド部８に支持され、Ｘ軸において、ガイド部８を自在に移動する。
【００２４】
次に、３Ｄプリンター１を用いた結合剤噴射方式による立体物Ｐの作製手順を説明する。３Ｄプリンター１は、三次元で表された所望の立体物Ｐのデータが入力されている。作製手順は、配置決定手順、材料供給手順、材料充填手順、造形手順を含む。各手順は、配置決定手段、材料供給手段、材料充填手段、造形手段として、３Ｄプリンター１に備えられている。
【００２５】
配置決定手順では、立体物Ｐを、ステージ３のどこの位置に、どのようの向きで作製するかが選択される（以下、立体物Ｐを作製する位置を「作製位置」と記す。）。詳説すれば、例えば、ステージ３が、ＸＹＺの座標や行列に応じて区分され、この座標や行列に応じて、作製位置が特定され、また、立体物Ｐの向きが特定される。ここで、作製位置を図面に基づいて説明する。図２は、ステージ３上の空間における作製位置が模式的に示されている。
【００２６】
配置決定手順は、ＸＹ軸で形成される平面において作製位置を特定する平面位置決定手段、Ｚ軸において作製位置を特定する垂直位置決定手段、および、立体物Ｐの向きを特定する方向決定手段を有する。平面位置決定手段では、例えば、図２に示されているとおり、ステージ３上の空間が、Ｘ軸上において複数の列に区分され、Ｙ軸上において複数行に区分されたと仮定した場合、立体物Ｐが作製される位置がＸＹ行列の中から選択される。垂直位置決定手順では、例えば、ステージ３上の空間が、Ｚ軸上において複数の段に区分されたと仮定した場合に、立体物Ｐが作製される位置がＺ軸段の中から選択される。なお、ＸＹＺ軸における区分の数は任意である。方向決定手段では、例えば、立体物Ｐの高さ、幅、奥行きが、ＸＹＺ軸のうち、どの軸に揃えられるかが選択される。
【００２７】
図１において、初期状態では、ステージ３は、基準面２と同一平面上に揃って配置されている。昇降手順では、昇降機構９が作動することで、ステージ３がＺ軸を下降し、ステージ３は、予め設定された所定量だけ、基準面２に対して相対的に低い位置に移動する。
【００２８】
材料供給手順では、粉体材料５が、材料供給部から材料載置部４に供給される。粉体材料５は、材料載置部４に盛られる。なお、昇降手順と材料供給手順とは、順番に実行されても、同時に実行されてもよい。
【００２９】
材料充填手順では、リコーター６が、Ｙ軸において、材料載置部４の奥側からステージ３を渡って手前側に移動することで、粉体材料５が、材料載置部４からステージ３に移させられる。リコーター６が、基準面２に沿ってステージ３上を移動することで、粉体材料５がステージ３上で均される。場合によっては、材料供給手順が複数回繰り返されることで、ステージ３に粉体材料５が充填されて均される。
【００３０】
造形手順では、ガイド部８がＹ軸方向に移動すると共に、プリンタヘッド７がＸ軸方向に移動しながら、予め設定された位置で、プリンタヘッド７から結合剤が噴射され、結合剤が吹き付けられた箇所で粉体材料５が固化する。ガイド部８およびプリンタヘッド７の動作について詳説すれば、例えば、ガイド部８は、最初に、作製位置における最も手前側に配置される。この位置で、プリンタヘッド７がガイド部８に沿って右側から左側に移動しながら結合剤を噴射する。次に、ガイド部８は、所定量だけ奥側に移動し、この位置で、プリンタヘッド７が右側から左側に移動しながら結合剤を噴射する。この動作が繰り返され、ガイド部７は、立体物における最も奥側まで移動する。
【００３１】
一巡目の昇降手順、材料供給手順、材料充填手順および造形手順によれば、所望の立体物Ｐのうち、ステージ３が下降した所定量に相当する高さの第一積層物が造形される。このように、昇降手順、材料供給手順、材料充填手順および造形手順が複数回繰り返されることで、Ｚ軸方向に連なった第一積層物から第ｎ積層物が、所望の立体物Ｐとなってステージ３上に作製される。
【００３２】
第一実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、ステージ３を中央から奥側寄りと手前側寄りとに区分する仮想線としての二分線Ｖよりも奥側寄りに設定される。
【００３３】
具体的には、作製位置は、図２において、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）である。
【００３４】
第二実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、二分線Ｖを跨いで二分線Ｖよりも奥側寄りに設定される。
【００３５】
具体的には、作製位置は、図２において、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ３）である。
【００３６】
第三実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、ステージ３における一方側かつ右側と、他方側かつ左側とをつなぐ対角線よりも一方側に設定される。換言すれば、ステージ３が四角形であれば、ステージ３における右奥側と左手前側とをむすぶ対角線よりも奥側であって、材料載置部４の近傍寄りに、作製位置が設定される。
【００３７】
具体的には、作製位置は、図２において、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）である。なお、作製位置が、ステージにおける一方側かつ右側と、他方側かつ左側とをつなぐ対角線よりも、一方側に設定される構成であれば、ステージは、円形や多角形であってもよい。
【００３８】
第四実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下積み層と上積み層との間に設定される。詳説すれば、立体物Ｐが作製される前に、昇降手順および材料充填手順において、下積み層が形成される。下積み層は、作製される立体物Ｐの高さ以上の厚みとなるまで粉体材料５がステージ３に充填されることで形成される。
【００３９】
下積み層の上方に立体物Ｐが作製された後に、昇降手順および材料充填手順において、立体物Ｐの上方に上積み層が形成される。上積み層は、粉体材料５が、立体物Ｐの高さ以上の厚みとなるまでステージ３に充填されることで形成される。
【００４０】
具体的には、作製位置は、図２において（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ１，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ１，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）である。この場合、下積み層は、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ１，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ１，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）であり、上積み層は、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ１，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ１，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）である。
【００４１】
第五実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下段仮立体物と上段仮立体物との間に設定される。詳説すれば、立体物Ｐが作製される前に、この立体物Ｐと同一形状の下段仮立体物が作製される。下段仮立体物は、所望の立体物Ｐを作製するための、仮の立体物である。
【００４２】
下段仮立体物の上方に立体物Ｐが作製された後に、この立体物Ｐと同一形状の上段仮立体物が、立体物Ｐの上方に作製される。上段仮立体物は、所望の立体物Ｐを作製するための、仮の立体物である。
【００４３】
具体的には、作製位置は、第四実施形態と同様に、図２において、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ１，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ１，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）である。この場合下段仮立体物が作製される位置は、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ１，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ１，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）であり、上段仮立体物が作製される位置は、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ１，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ１，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）である。
【００４４】
第六実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、二分線Ｖよりも奥側寄りであって、材料載置部４の近傍寄りに設定され、かつ、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下積み層と上積み層との間に設定される。
【００４５】
具体的には、作製位置は、図２において、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）である。この場合、下積み層は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）であり、上積み層は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）である。
【００４６】
第七実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、二分線Ｖを跨いで二分線Ｖよりも奥側寄りに設定され、かつ、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下積み層と上積み層との間に設定される。
【００４７】
具体的には、作製位置は、図２において、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ２）である。この場合、下積み層は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ３）であり、上積み層は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ１）である。
【００４８】
第八実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、二分線Ｖよりも奥側寄りであって、材料載置部４の近傍寄りに設定され、かつ、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下段仮立体物と上段仮立体物との間に設定される。
【００４９】
具体的には、作製位置は、第六実施形態と同様に、図２において、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）である。この場合、下段仮立体物が作製される位置は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）であり、上段仮立体物が作製される位置は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）である。
【００５０】
第九実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、二分線Ｖを跨いで二分線Ｖよりも奥側寄りに設定され、かつ、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下段仮立体物と上段仮立体物との間に設定される。
【００５１】
具体的には、作製位置は、第七実施形態と同様に、図２において、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ２）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ２）である。この場合、下段仮立体物が作製される位置は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ３）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ３）であり、上段仮立体物が作製される位置は、（Ｘ１，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ１）（Ｘ１，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ１）（Ｘ３，Ｙ２，Ｚ１）である。
【００５２】
第十実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の方向決定手段によって、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものがＺ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定される。例えば、長手の立体物Ｐであれば、倒れた状態で完成するように設定される。
【００５３】
第十一実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の方向決定手段によって、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も長いものがＸ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定される。例えば、長手の立体物Ｐであれば、Ｘ軸方向に倒れた状態で完成するように設定される。
【００５４】
第十二実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の方向決定手段によって、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものがＺ軸に揃えられ、かつ、最も長いものがＸ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定される。例えば、長手の立体物Ｐであれば、Ｘ軸方向に倒れた状態で完成するように設定される。
【００５５】
上記した各実施形態は、任意に組み合わせることができる。したがって、例えば、任意の他の実施形態に係る作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、ステージ３を二分線Ｖよりも奥側寄りであって、材料載置部４の近傍寄りに設定され、かつ、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下段仮立体物と上段仮立体物との間に設定され、かつ、配置決定手順の方向決定手段によって、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものがＺ軸に揃えられ、かつ、最も長いものがＸ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定される。次に、作製方法に用いられる粉体材料５を説明する。
【００５６】
粉体材料５は、例えば、水硬性組成物であり、カルシウムアルミネートを、特定割合含む結合材１００質量部に対し、ポリマーを特定割合含有する。詳説すれば、水硬性組成物は、下記の構成を有する。
【００５７】
［１］カルシウムアルミネートを５０〜１００質量％含む結合材１００質量部に対し、ポリマーを２〜１２質量部含有する、水硬性組成物。
［２］前記カルシウムアルミネートが非晶質カルシウムアルミネートである、前記［１］に記載の水硬性組成物。
［３］前記ポリマーがポリビニルアルコールである、前記［１］または［２］に記載の水硬性組成物。
［４］前記ポリビニルアルコールのケン化度が８０〜９０モル％である、前記［３］に記載の水硬性組成物。
［５］前記ポリビニルアルコールの平均粒径が、１５０μｍ以下である、前記［３］または［４］に記載の水硬性組成物。
［６］前記結合材が、結合材全体を１００質量％として、ＪＩＳ Ｒ ５２１０に準拠して測定した凝結（始発）が３０分以内であるセメントを、０〜２０質量％含む、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の水硬性組成物。
［７］前記結合材が、結合材全体を１００質量％として、石膏を無水石膏換算で０〜５質量％含む、前記［１］〜［６］のいずれかに記載の水硬性組成物。
【００５８】
上記した水硬性組成物は、強度発現性と耐熱性が高いため、鋳型に用いた場合、鋳造時のガスの発生が少なく、欠陥のない鋳物を製造することができる。
【００５９】
水硬性組成物は、カルシウムアルミネートを５０〜１００質量％含む結合材１００質量部に対し、ポリマーを２〜１２質量部含有する。
【００６０】
以下、結合材の必須の成分であるカルシウムアルミネートと、任意の成分であるセメント等に分けて詳細に説明する。
【００６１】
＜カルシウムアルミネート＞
該カルシウムアルミネートは、３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、２ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、５ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、３ＣａＯ・５Ａｌ２Ｏ３、またはＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３等のカルシウムアルミネート；カルシウムアルミネートにハロゲンが固溶または置換した３ＣａＯ・３Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ２、および１１ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３・ＣａＦ2等のカルシウムフロロアルミネートを含むカルシウムハロアルミネート；８ＣａＯ・Ｎａ２Ｏ・３Ａｌ２Ｏ３、および３ＣａＯ・２Ｎａ２Ｏ・５Ａｌ２Ｏ３等のカルシウムナトリウムアルミネート；カルシウムリチウムアルミネート；アルミナセメント；さらにこれらにＮａ，Ｋ，Ｌｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｐ、Ｆ、Ｓ等の微量元素（酸化物等含む。）が固溶した鉱物から選ばれる１種以上が挙げられる。
非晶質カルシウムアルミネートは、原料を溶融した後、急冷して製造するから、実質的に結晶構造を有せず、通常、そのガラス化率は８０％以上であり、ガラス化率が高い程、早期強度発現性は高いため、ガラス化率は好ましくは９０％以上である。
カルシウムアルミネートのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、好ましくは１．５〜３．０、より好ましくは１．７〜２．４である。該モル比が１．５以上で水硬性組成物の早期強度発現性が高く、３．０以下で水硬性組成物の耐熱性が高い。
また、カルシウムアルミネートと、任意の成分であるセメントおよび石膏等を含む結合材の合計を１００質量％として、カルシウムアルミネートの含有率は、好ましくは５０〜１００質量％である。該値が５０質量％以上であれば、水硬性組成物の早期強度発現性と耐熱性が高い。なお、該値は、好ましくは６０〜１００質量％、より好ましくは７０〜１００質量％、さらに好ましくは８０〜９５質量％である。
また、カルシウムアルミネートのブレーン比表面積は、充分な早期強度発現性を得るとともに粉塵の発生を抑制するために、好ましくは１０００〜６０００ｃｍ２／ｇ、より好ましくは１５００〜５０００ｃｍ２／ｇである。なお、カルシウムアルミネートのブレーン比表面積は、付加製造装置での敷きならしが均一で、かつ、鋳型の強度が低下しないためには、さらに好ましくは１０００〜２５００ｃｍ２／ｇ、特に好ましくは１５００〜２０００ｃｍ２／ｇである。
【００６２】
＜セメント＞
セメントは結合材の任意の成分であり、ＪＩＳ Ｒ ５２１０に準拠して測定した凝結（始発）が３時間３０分以内であれば、鋳型の製造時から３時間後の早期の強度発現性が高いため好ましく、該凝結（始発）は１時間以内がより好ましい。
結合材中のセメントの含有率は、早期強度発現性の向上のため、結合材全体を１００質量％として、好ましくは５０質量％以下、より好ましくは３０質量％以下、さらに好ましくは２０質量％以下、特に好ましくは１０質量％以下である。
また、セメント中の珪酸カルシウムの含有率は、好ましくは２５質量％以上である。該含有率が２５質量％以上あれば、材齢１日以後の強度発現性が高く、また長期強度発現性が必要な場合、該含有率は、好ましくは４５質量％以上である。
セメントは、速硬セメント、超速硬セメント、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、低熱ポルトランドセメント、白色ポルトランドセメント、エコセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、およびセメントクリンカー粉末から選ばれる１種以上が挙げられる。なお、セメントクリンカー粉末もセメントに含める。
これらの中でも、早期強度発現性が高いため、好ましくは、凝結（始発）が３０分以内である速硬性セメント、超速硬セメント、または止水セメントである。なお、速硬性セメント等の市販品は、スーパージェットセメント（ＳＪＣ：太平洋セメント社製）、ジェットセメント（住友大阪セメント社製）、ライオンシスイ（登録商標、住友大阪セメント社製）、またはデンカスーパーセメント（デンカ社製）が挙げられる。
【００６３】
＜石膏＞
石膏は結合材の任意の成分であり、無水石膏、半水石膏、および二水石膏から選ばれる１種以上が挙げられる。これらの中でも、半水石膏は早期強度発現性がより高いために好ましい。
結合材中の石膏の含有率は、強度の向上や、鋳物の製造時においてガスや黒鉛球状化不良を防止するため、結合材全体を１００質量％として、好ましくは無水石膏換算で５質量％以下、より好ましくは３質量％以下、さらに好ましくは１質量％以下である。
【００６４】
また、前記石膏はセメント中に含まれる石膏でもよく、セメント中の石膏の含有率が無水石膏換算で５質量％以上含むような超速硬セメント（例えば、太平洋セメント社製スーパージェットセメント）は、カルシウムアルミネートと混合して結合材として用いること
で、より早期強度発現性が向上する。
【００６５】
＜ポリマー＞
水硬性組成物中のポリマーの含有割合は、水硬性組成物の強度をより高めるために、結合材１００質量部に対し固形分換算で２〜１２質量部が好ましい。ポリマーの含有割合が２質量部未満では、強度の向上効果は低く、にじみが発生して寸法精度が劣る場合があり、また、１２質量部を越えると、立体物Ｐの収縮により、形状によっては変形やひび割れが生じ、また形状が複雑な鋳型が製造できない場合がある。なお、ポリマーの含有割合は、結合材１００質量部に対し、より好ましくは３〜１２質量部、さらに好ましくは４〜１０質量部である。
前記ポリマーは、ポリマーの形態で示せば、ＪＩＳ  Ａ  ６２０３に規定するポリマーディスパージョンや再乳化粉末樹脂等であり、また、ポリマーの種類で示せば、ポリアクリル酸エステル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、スチレン・ブタジエン共重合体、酢酸ビニル・バーサチック酸ビニルエステル共重合体、酢酸ビニル・バーサチック酸ビニル・アクリル酸エステル３元共重合体、ポリビニルアルコール、マルトデキストリン、エポキシ樹脂、およびウレタン樹脂から選ばれる１種以上が挙げられる。
これらの中でも、早期強度発現性が得られるため、好ましくはポリビニルアルコール（ポリ酢酸ビニルの部分ケン化物または完全ケン化物）であり、さらに好ましくはケン化度が８５〜９０モル％のポリビニルアルコールである。
また、早期強度発現性が得られるため、好ましくポリビニルアルコールの平均粒径（メディアン径Ｄ５０）は、高い強度が得られるため、好ましくは１０〜１５０μｍ、より好ましくは３０〜９０μｍである。したがって、ポリビニルアルコールは、結合材のいずれかまたは複数の結合材の原料と混合粉砕して、粒度調整すると、より細粒で均質に混合でき、早期強度発現性を高めることができる。
前記ポリマーは、粉体の状態で結合材や砂と混合して用いるか、または、後述の水に溶解して用いてもよい。
【００６６】
＜砂＞
砂は、耐火砂であれば、特に制限されず、珪砂、オリビン砂、ジルコン砂、クロマイト砂、アルミナ砂、および人工砂等から選ばれる１種以上が挙げられる。
また、砂の配合量は、前記結合材１００質量部に対し、好ましくは１００〜６００質量部である。該値が該範囲であれば、耐火性と強度発現性を確保できる。なお、該配合量は、前記結合材１００質量部に対し、より好ましくは１５０〜５００質量部、さらに好ましくは２００〜４００質量部である。
【００６７】
＜硬化促進剤＞
水硬性組成物は、強度発現性を向上させるため、さらに任意成分として硬化促進剤を含むことができる。該硬化促進剤は、炭酸アルカリ金属塩、乳酸アルカリ金属塩、乳酸アルカリ土類金属塩、およびケイ酸アルカリ金属塩から選ばれる１種以上である。これらの硬化促進剤は、ポリマーの含有割合が、結合材１００質量部に対し２〜６質量部である水硬性組成物において強度発現性の向上効果が高い。また、これらの硬化促進剤は、後述の養生温度が１０〜４０℃と低い場合において、強度発現性の向上効果が高い。
そして、(i）前記炭酸アルカリ金属塩は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、および炭酸リチウムから選ばれる１種以上が挙げられる。また、(ii）前記乳酸アルカリ金属塩は、
乳酸ナトリウム、乳酸カリウム、および乳酸リチウムから選ばれる１種以上が挙げられる。(iii）前記乳酸アルカリ土類金属塩は、乳酸カルシウム、および乳酸マグネシウムから選ばれる１種以上が挙げられる。また、(vi）前記ケイ酸アルカリ金属塩は、ケイ酸ナト
リウム、ケイ酸カリウム、およびケイ酸リチウムから選ばれる１種以上が挙げられる。
前記硬化促進剤の含有割合は、結合材１００質量部に対し、好ましくは３〜１０質量部である。硬化促進剤の含有割合が該範囲内であれば、迅速な造形のための早期強度発現性と取扱い可能な強度を確保できる。なお、硬化促進剤の含有割合は、結合材１００質量部
に対し、より好ましくは４〜９質量部、さらに好ましくは５〜８質量部である。硬化促進剤は、予め水硬性組成物に混合するほか、付加製造装置から供給される水に溶解して用いることもできる。
【００６８】
＜その他＞
造形後に残った水硬性組成物の未硬化の粉末を、立体物Ｐから除去する作業（デパウダー）を容易にするために、水硬性組成物は、さらに、結合材の合計１００質量部に対し、任意の成分として疎水性フュームドシリカを０．１〜２質量部、より好ましくは０．５〜１．５質量部含むことができる。ここで、疎水性フュームドシリカとは、フュームドシリカの表面をシランまたはシロキサンで処理して、表面を疎水性にしたシリカ粉末である。
また、水硬性組成物の粉末の除去効率をより高めるため、疎水性フュームドシリカのＢＥＴ比表面積は、好ましくは３０〜３００ｍ２／ｇである。疎水性フュームドシリカのＢＥＴ比表面積が該範囲内であれば、粉体の流動性が向上し、付加製造装置で敷きならした面が平坦で、かつ強度が低下することなく鋳型を軽量化できる。また、立体物Ｐの透気性が向上するため鋳物の製造時にガスが発生しても欠陥が生じ難い。また、疎水性フュームドシリカは、粉体の固結の防止や混合性の向上に有効である。
【００６９】
なお、水硬性組成物は、さらに、強度発現性の調整材等として、高炉スラグ、フライアッシュ、シリカフューム、珪石微粉末、および石灰石粉末等の任意の成分を含んでもよい。
【００７０】
＜鋳型の製造方法＞
該製造方法は、付加製造装置と本発明に用いられる水硬性組成物を用いて、鋳型を製造する方法である。付加製造装置は特に限定されず、粉末積層型付加製造装置等の市販品が使用できる。また、水を含まない水硬性組成物は、前記の成分を市販の混合機または手作業で混合して調製する。なお、結合材として複数の材料を用いる場合、結合材を予め市販の混合機や手作業で混合したり、粉砕機で混合粉砕してもよい。
また、前記水は、通常の上水道や井戸水等を用いることができる。前記水硬性組成物は、結合材１００質量部に対し、好ましくは、水を２８〜６０質量部、および砂を含む組成物である。水の配合割合が該範囲であれば、強度発現性を確保できる。なお、水の配合割合は、鋳型の強度と寸法精度をより高める観点から、好ましくは３０〜５５質量部、より好ましくは３２〜４５質量部である。なお、水は、必要とされる各種の機能を付与するため、増粘剤、潤滑剤、流動化剤、界面活性剤、および表面張力低減剤から選ばれる１種以上を混合して用いてもよい。
【００７１】
鋳型の養生方法は、気中養生単独、気中養生した後に続けて水中養生する方法、または、表面含浸剤養生等がある。これらの中でも、早期の強度発現と鋳物の製造時に発生する水蒸気の抑制の点から、気中養生単独が好ましい。また、カルシウムアルミネート、セメント、およびポリマーによる強度増進の点から、気中養生の温度は、好ましくは１０〜１００℃、より好ましくは３０〜８０℃である。また、気中養生の相対湿度は、充分な強度発現と生産効率の点から、好ましくは１０〜９０％、より好ましくは１５〜８０％、さらに好ましくは２０〜６０％である。さらに、気中養生時間は、充分な強度発現と生産効率の点から、好ましくは１時間〜１週間、より好ましくは２時間〜５日間、さらに好ましくは３時間〜４日間である。
【００７２】
次に、作製方法の実施例を説明する。実施例では、第一試験として、作製位置と立体物Ｐの曲げ強度との関係、第二試験として、立体物Ｐの方向と曲げ強度との関係、第三試験として、立体物Ｐの方向と寸法精度との関係をそれぞれ検証した。図３は、第一試験における立体物Ｐおよび作製位置が示されている。図４は、第二試験および第三試験において作製された立体物Ｐの方向が平面視において示されている。図５は、第二試験および第三試験において作製された立体物Ｐの方向と試験における立体物Ｐの方向が示されている。
【００７３】
実施例で用いた３Ｄプリンター１は、スリーディシステム社製（ＰｒｏＪｅｔ  ６６０Ｐｒｏ）の結合剤噴射方式であり、主な仕様は次のとおりである。
ステージ：２５４×３８１×２０３（ｍｍ）
積層ピッチ：１００（μｍ）
積層速度：約２８（ｍｍ／ｈ）
【００７４】
図３（ａ）に示されているとおり、立体物Ｐは直方体とし、辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｃと定義した。立体物の設計寸法は、次のとおりである。
辺Ａ＝１０．００２５（ｍｍ）
辺Ｂ＝１６．００２０（ｍｍ）
辺Ｃ＝８０．００２４（ｍｍ）
【００７５】
＜第一試験：作製位置と立体物Ｐの曲げ強度との関係＞
立体物Ｐの基となる粉体材料５の配合は、下表１のとおりである。
【００７６】
＜使用した材料＞
（１）カルシウムアルミネート
非晶質のカルシウムアルミネート  試製品、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３のモル比は２．２、ガラス化率は９５％以上、ブレーン比表面積は２０４０ｃｍ２／ｇである。
（２）セメント
スーパージェットセメント、太平洋セメント社製、ケイ酸カルシウムの含有率は４７質量％、凝結（始発）は３０分、ブレーン比表面積は４７００ｃｍ２／ｇである。ただし、無水石膏を１４質量％含む。
（３）石膏
半水石膏、試薬鹿１級、関東化学社製
（４）砂
下記２種類の人工鋳物砂の等量を混合して用いた。
砂１  アルミナ系、商品名  エスパール♯１８０Ｌ、山川産業社製
砂２  アルミナ系、商品名  ナイガイセラビーズ♯１４５０（登録商標）、伊藤忠セラテック社製
（５）ポリマー
ポリビニルアルコール  品番 ２２−８８Ｓ１（ＰＶＡ２１７ＳＳ）、クラレ社製
ケン化度は８７〜８９％、平均粒径（メディアン径Ｄ５０）は６０μｍ、９４μｍより大きい粒子の含有率は２９質量％、７７μｍより大きい粒子の含有率は４７質量％、１０％径（Ｄ１０）は２５μｍ、９０％径（Ｄ９０）は１２１μｍである。
（６）水
３質量％のグリセロール水溶液（ＰｒｏＪｅｔ  ６６０Ｐｒｏ用バインダー液）、スリーディシステム社製。装置の水量設定値は、外部６５％、内部９０％とし、水/結合材比約３０％である。
【００７７】
【表１】
2019111792.tif 000003
【００７８】
図３（ｂ）（ｃ）に示されているとおり、ステージ３上の空間を、ＸＹ平面において、Ｘ軸を３列、Ｙ軸を３行に区分し、かつ、Ｚ軸を３段に区分して、合計２７の作製位置にそれぞれ立体物Ｐを作製した。各立体物Ｐを識別するために、ステージ３の奥左側から手前側に向かって、また、奥中央側から手前側に向かって、また、奥右側から手前側に向かって、順に［１］から［９］まで識別番号を付した。識別番号は、上段、中段、下段ごとに付されている。ステージ３と下段の立体物Ｐとの間、上段の立体物Ｐの上方は、約２ｍｍの粉体材料５が積層されている。下段の立体物Ｐと中段の立体物Ｐとの間、中段の立体物Ｐと上段の立体物Ｐとの間は、約３ｍｍの粉体材料５が積層されている。
【００７９】
各立体物Ｐは、室温（２０℃）、相対湿度６０％の条件下で積層した後、４０℃、相対湿度３０％の条件下で３時間、気中養生して供試体を製造した。各立体物Ｐの曲げ強度を、いわゆる３点折り曲げによる試験で測定した。数式は次のとおりである。支点スパンは６０ｍｍである。
σ＝３／２×Ｌ／ｂ・ｄ２×Ｆ
σ：曲げ強度（Ｎ／ｍｍ２）
ｂ：幅（ｍｍ）
ｄ：厚み（ｍｍ）
Ｌ：支点スパン（ｍｍ）
Ｆ：最大荷重（Ｎ）
【００８０】
以上の条件において、作製された立体物Ｐの寸法および試験結果は、下表２、上段のグラフである下表３、中段のグラフである下表４、下段のグラフである下表５のとおりである。
【００８１】
【表２】
2019111792.tif 000004
【００８２】
【表３】
2019111792.tif 000005
【００８３】
【表４】
2019111792.tif 000006
【００８４】
【表５】
2019111792.tif 000007
【００８５】
表２および表３〜５のグラフに示されているとおり、中段において、曲げ強度が強い立体物Ｐが作製されたことがわかる。すなわち、作製位置が中段である場合に、最も曲げ強度が強い立体物Ｐが作製された。
【００８６】
また、表２および表３〜５のグラフに示されているとおり、曲げ強度が比較的に強い立体物Ｐは、［１］［２］［４］［５］［７］［８］である。すなわち、作製位置が、ステージ３を中央近傍から奥側寄りと手前側寄りとに区分する二分線Ｖを跨いで二分線Ｖよりも奥側寄りであって、特に、材料載置部４の近傍寄りに、曲げ強度が強い立体物Ｐが作製された。
【００８７】
また、識別番号ごとに、立体物Ｐの曲げ強度の平均値を算出すると、次のとおりである。
（上段［１］＋中段［１］＋下段［１］）／３＝１．８（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［２］＋中段［３］＋下段［２］）／３＝１．７（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［３］＋中段［３］＋下段［３］）／３＝１．４（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［４］＋中段［４］＋下段［４］）／３＝１．６（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［５］＋中段［５］＋下段［５］）／３＝１．４（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［６］＋中段［６］＋下段［６］）／３＝１．３（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［７］＋中段［７］＋下段［７］）／３＝１．４（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［８］＋中段［８］＋下段［８］）／３＝１．３（Ｎ／ｍｍ２）
（上段［９］＋中段［９］＋下段［９］）／３＝１．３（Ｎ／ｍｍ２）
【００８８】
以上より、曲げ強度が比較的に強い立体物Ｐは、［１］［２］［４］であることがわかる。すなわち、作製位置が、ステージ３における右奥側と左手前側とをむすぶ対角線よりも奥側に、曲げ強度が強い立体物Ｐが作製された。
【００８９】
なお、第一試験では、上段、中段、下段に立体物Ｐを作製したが、上段を粉体材料５のみからなる上積み層として上段に立体物Ｐを作製せず、下段を粉体材料５のみからなる下積み層として下段に立体物Ｐを作製せず、中段にのみ立体物Ｐを作製した場合であっても、ほぼ同様の結果となる。
【００９０】
＜第二試験：立体物Ｐの方向と曲げ強度との関係＞
立体物Ｐの基となる粉体材料５の配合は、下表６とおりである。なお、立体物Ｐの設計寸法は、第一試験と同じである。
【００９１】
【表６】
2019111792.tif 000008
【００９２】
図４に示されているとおり、立体物Ｐを第一の方向から第六の方向まで６種類の方向でそれぞれ２本ずつ作製し、第一の方向から第六の方向に［１］〜［６］の識別番号を付した。各立体物Ｐの曲げ強度を、第一試験と同じ方法で測定した。その際、図５に示されているとおり、測定に適した方向に立体物Ｐの方向を合わせた。図５において、各図（ａ）〜（ｆ）の左側に示されているのが、立体物Ｐを作製する際の方向であり、右側に示されているのが、曲げ強度測定の際の方向である。ここで、図４（ａ）は図５（ａ）に対応し、図４（ｂ）は図５（ｂ）に対応し、図４（ｃ）は図５（ｃ）に対応し、図４（ｄ）は図５（ｄ）に対応し、図４（ｅ）は図５（ｅ）に対応し、図４（ｆ）は図５（ｆ）に対応している。なお、図５において、各立体物Ｐの表面に表れている線は、粉体材料５が積層された際の層を示している。
【００９３】
以上の条件において、作製された立体物Ｐの寸法および試験結果は、下表７およびグラフである下表８のとおりである。
【００９４】
【表７】
2019111792.tif 000009
【００９５】
【表８】
2019111792.tif 000010
【００９６】
表７および表８のグラフに示されているとおり、立体物Ｐは、［６］〜［１］の順に曲げ強度が強くなることがわかる。すなわち、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も短い辺ＡがＺ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定された場合に、曲げ強度が比較的に強い立体物Ｐが作製された（図４（ａ）（ｃ）参照）。完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も長い辺ＣがＸ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定された場合に、曲げ強度が比較的に強い立体物Ｐが作製された（図４（ａ）（ｂ）参照）。さらに、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も短い辺ＡがＺ軸に揃えられ、かつ、最も長い辺ＣがＸ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定された場合に、最も曲げ強度が強い立体物Ｐが作製された（図４（ａ）参照）。
【００９７】
＜第三試験：立体物Ｐの方向と寸法精度との関係＞
立体物Ｐの基となる粉体材料５の配合は、表６のとおりである。なお、立体物Ｐの設計寸法は、第一試験と同じである。
【００９８】
図４に示された識別番号［１］〜［６］の立体物Ｐの寸法を測定した。立体物Ｐの寸法精度が低い辺は、下表９のグラフのとおりである。
【００９９】
【表９】
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【０１００】
また、識別番号ごとに寸法精度が低い辺を示すと、次のとおりである。
［１］：辺Ｂ−辺Ｃ（ＸＹ軸）
［２］：辺Ａ−辺Ｃ（ＸＹ軸）
［３］：辺Ｂ−辺Ｃ（ＸＹ軸）
［４］：辺Ａ−辺Ｃ（ＸＹ軸）
［５］：辺Ｂ−辺Ｃ（ＹＺ軸）
［６］：辺Ａ−辺Ｂ（ＹＸ軸）
【０１０１】
すなわち、立体物Ｐの寸法は、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｚ軸の順で精度が高くなることがわかる。
【０１０２】
次に、作製方法の効果を説明する。
【０１０３】
上記したとおり、作製方法では、配置決定手順の平面位置決定手段によって、作製位置が、ステージ３を概ね等しく奥側寄りと手前側寄りとに二分する仮想線としての二分線Ｖよりも奥側寄りに設定される。すなわち、二分線Ｖよりも奥側寄り、または、二分線Ｖを跨いで二分線Ｖよりも一方側寄りに作製された立体物Ｐは、ステージ３における二分線Ｖよりも手前側寄りに作製された立体物Ｐと比較して、曲げ強度が強い。したがって、作製位置を特定することで、曲げ強度が強い立体物Ｐを作製することができる。特に、ステージ３における右奥側と左手前側とをむすぶ対角線よりも奥側であって、材料載置部４の近傍寄りに、作製位置が設定されると、対角線よりも奥側に作製された立体物Ｐは、対角線よりも手前側に作製された立体物Ｐと比較して、曲げ強度が強い。したがって、作製位置を特定することで、曲げ強度が強い立体物Ｐを作製することができる。
【０１０４】
作製方法では、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下積み層と上積み層との間に設定される。すなわち、立体物Ｐの上下方に、立体物Ｐの高さ以上の厚みを有する各上下層の間において作製された立体物Ｐは、各上下層において作製された立体物Ｐと比較して、曲げ強度が強い。したがって、作製位置を特定することで、曲げ強度が強い立体物Ｐを作製することができる。
【０１０５】
作製方法では、配置決定手順の垂直位置決定手段によって、作製位置が、下段仮立体物と上段仮立体物との間に設定される。すなわち、立体物Ｐと同一形状の各上下段仮立体物の間において作製された立体物Ｐは、各上下段仮立体物と比較して、曲げ強度が強い。したがって、作製位置を特定することで、曲げ強度が強い立体物Ｐを作製することができる。
【０１０６】
作製方法は、配置決定手順の方向決定手段によって、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も短いものがＺ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定される。すなわち、粉体材料５が積層される方向において、低くなるように向きを特定して作製された立体物Ｐは、粉体材料５が積層される方向において、高くなるように作製された立体物Ｐと比較して、曲げ強度が強い。換言すれば、長手の立体物Ｐであれば、倒れた状態で完成するように作製する。したがって、立体物Ｐを作製する向きを特定することで、曲げ強度が強い立体物Ｐを作製することができる。
【０１０７】
作製方法は、配置決定手順の方向決定手段によって、完成した立体物Ｐの高さ、幅、奥行きのうち、最も長いものがＸ軸に揃えられるように、立体物Ｐの方向が設定される。すなわち、積層された粉体材料５の層の平面方向において、長くなるように向きを特定して作製された立体物Ｐは、粉体材料５の層の平面方向において、短くなるように作製された立体物Ｐと比較して、曲げ強度が強い。換言すれば、長手の立体物Ｐであれば、ステージ３の幅の方向に倒れた状態で完成するように作製する。したがって、立体物Ｐを作製する向きを特定することで、曲げ強度が強い立体物Ｐを作製することができる。
【０１０８】
３Ｄプリンター１は、作製方法と同様に、曲げ強度が強い立体物Ｐを作製することができる。
【０１０９】
以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。そして本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１    ３Ｄプリンター（三次元造形装置）
２    基準面
３    ステージ
４    材料載置部
５    粉体材料
６    リコーター
７    プリンタヘッド
８    ガイド部
９    昇降機構
Ｐ    立体物
Ｖ    二分線（仮想線）
【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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