(57)【要約】【課題】立体造形物の品質の低下を抑制するとともに、立体造形物を製造する際の廃液の量を抑制することができる立体造形物の製造方法の提供。【解決手段】複数の層状造形物を積層する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って、吐出手段により造形用材料を吐出させる吐出工程と、所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる放出工程と、を含む、ことを特徴とする立体造形物の製造方法である。【選択図】図８
2019147329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層状造形物を積層する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って、
吐出手段により造形用材料を吐出させる吐出工程と、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる放出工程と、を含む、
ことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項２】
前記放出工程は、所定数の隣接する前記層状造形物における前記吐出箇所数の割合が所定値以下となる場合に行う請求項１に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項３】
前記放出工程は、前記造形用材料の物性に応じて前記所定値を設定して行う請求項２に記載の立体造形物の製造方法。
【請求項４】
前記放出工程は、前記吐出箇所数の割合に対して、前記吐出手段から放出させる前記造形用材料の量を相反させて行う請求項１から３のいずれかに記載の立体造形物の製造方法。
【請求項５】
複数の層状造形物を積層することで立体造形物を製造する立体造形物の製造装置であって、
造形用材料を吐出する吐出手段と、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる制御を行う制御手段と、を有する、
ことを特徴とする立体造形物の製造装置。
【請求項６】
複数の層状造形物を積層することで立体造形物を製造する処理をコンピュータに実行させる立体造形プログラムであって、
吐出手段により造形用材料を吐出させ、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形プログラム。
【請求項７】
複数の層状造形物を積層することで立体造形物を製造する立体造形物の製造装置の洗浄方法であって、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、吐出手段から造形用材料を放出させる放出工程と、を含む、
ことを特徴とする立体造形物の製造装置の洗浄方法。
【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、立体造形物の製造装置、立体造形プログラム及び立体造形物の製造装置の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元の立体物（立体造形物）を造形する技術として、付加製造（ＡＭ：Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）と呼ばれる技術が知られている。この技術は、立体造形物の積層方向について薄く切った断面形状を算出し、算出した断面形状に従って層状造形物（造形層）を形成して積層することにより立体造形物を製造する技術である。
【０００３】
立体造形物を製造する装置として、材料噴射造形方式（マテリアルジェット方式）の造形装置が知られている。このマテリアルジェット方式の製造装置は、立体造形物を形成するモデル材（モデル部形成材料）を造形領域に吐出し、造形領域以外の領域に形状支持用のサポート材（サポート部形成材料）を吐出する。次に、モデル材及びサポート材を硬化させて、モデル材が硬化したモデル部の造形物とサポート材が硬化したサポート部の造形物とを含む層状造形物を造形し、係る層状造形物を順次積層する。そして、層状造形物を積層してなる造形物から、サポート部の造形物を除去することにより、モデル部からなる立体造形物を製造する。
また、立体造形物を製造するマテリアルジェット方式以外の装置として、接着剤噴射造形方式（バインダージェット方式）のものが知られている。このバインダージェット方式の製造装置は、粉末材料に対して接着材を吐出し粉末材料を固化することで、粉末材料と接着材とを含む層状造形物を造形し、係る層状造形物を順次積層する。そして、層状造形物の周りの粉末材料を除去することにより、立体造形物を製造する。
立体造形物を製造する装置として、ハイスピードシンタリング方式の装置も知られている。このハイスピードシンタリング方式の製造装置は、インクを噴射した箇所を局所的に加熱して溶融（焼結）し、立体造形物を製造する。
【０００４】
これらの方式において、モデル材などの造形用材料を吐出する吐出手段の吐出不良を発生させないように、立体造形物の製造中に定期的に吐出手段のメンテナンス（洗浄）を行う技術が知られている（例えば、特許文献１）。吐出手段のメンテナンスで消費される造形用材料は、廃液として処理される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、立体造形物の品質の低下を抑制するとともに、立体造形物を製造する際の廃液の量を抑制することができ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】
【０００６】
課題を解決するための手段としての本発明の立体造形物の製造方法は、
複数の層状造形物を積層する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って、
吐出手段により造形用材料を吐出させる吐出工程と、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる放出工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、立体造形物の品質の低下を抑制するとともに、立体造形物を製造する際の廃液の量を抑制することができ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】
【０００８】
【図１】図１は、立体造形物の製造装置の要部正面の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、造形手順を説明するための層状造形物の構成の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、立体造形物の製造装置の要部平面の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、立体造形物の製造装置の要部側面の一例を示す模式図である。
【図５】図５は、立体造形物の製造装置の制御部を説明するためのブロック図である。
【図６】図６は、層状造形物の造形する際の様子の一例を示す模式図である。
【図７】図７は、複数の隣接する層状造形物の造形データの一例を示す模式図である。
【図８】図８は、立体造形プログラムの処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、立体造形プログラム及び立体造形物の製造装置の洗浄方法）
本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形プログラムを読み出して実行することで、本発明の立体造形物の製造方法を実行する装置として動作する。すなわち、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法と同様の機能をコンピュータに実行させる本発明の立体造形プログラムを有する。なお、本発明の立体造形プログラムは、本発明の立体造形物の製造装置によって実行されることに限定されるものではない。例えば、本発明の立体造形プログラムは、他のコンピュータ又はサーバによって実行されてもよく、本発明の立体造形物の製造装置、他のコンピュータ、及びサーバのいずれかが協働して実行されてもよい。また、本発明の立体造形物の製造装置の洗浄方法は、本発明の立体造形物の製造装置に対して実行されることに限定されるものではなく、公知の立体造形物の製造装置に対して実行されてもよい。
つまり、本発明の立体造形物の製造装置は、本発明の立体造形物の製造方法を実施することと同義であるので、主に本発明の立体造形物の製造装置の説明を通じて本発明の製造方法の詳細についても明らかにする。また、本発明の立体造形プログラムは、ハードウェア資源としてのコンピュータ等を用いることにより、本発明の立体造形物の製造装置として実現させることから、本発明の製造装置の説明を通じて本発明の立体造形プログラムの詳細についても明らかにする。加えて、本発明の立体造形物の製造装置の洗浄方法は、本発明の立体造形物の製造方法の一部分であるので、本発明の立体造形物の製造装置の説明を通じて本発明の立体造形物の製造装置の洗浄方法についても明らかにする。
【００１０】
本発明の立体造形物の製造装置は、複数の層状造形物を積層することで立体造形物を製造する立体造形物の製造装置であって、造形用材料を吐出する吐出手段と、所定の層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する吐出箇所数の割合に応じて、吐出手段から造形用材料を放出させる制御を行う制御手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の立体造形物の製造方法は、複数の層状造形物を積層する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って、吐出手段により造形用材料を吐出させる吐出工程と、所定の層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する吐出箇所数の割合に応じて、吐出手段から造形用材料を放出させる放出工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を有する。
立体造形物の製造方法は立体造形物の製造装置により好適に行うことができ、吐出工程は吐出手段により好適に行うことができ、放出工程は制御手段により好適に行うことができ、その他の工程はその他の手段により行うことができる。
【００１１】
本発明は、立体造形物の製造中において定期的に吐出手段を洗浄するメンテナンスを行う従来技術では、立体造形物の形状などによらず定期的にメンテナンスを行うため、必要以上に洗浄して余分な廃液を発生させている問題があるという知見に基づくものである。
具体的には、立体造形物の製造装置が吐出手段を有しており、吐出手段の複数の吐出孔から造形用材料の液滴を吐出して立体造形物を製造する場合を考えてみる。この場合、吐出頻度が低い吐出孔の開口部近傍の造形用材料は、大気に晒されているため乾燥してしまい、造形用材料が高粘度化あるいは皮膜を形成することにより、吐出孔の吐出不良の原因となることがある。造形用材料の乾燥による吐出不良が発生すると、例えば、２４時間以上の長い時間が必要となる立体造形物の製造を行う場合には、立体造形物の平坦性が悪化しやすくなり、立体造形物の品質が低下してしまう。このため、一定時間以上吐出孔から造形用材料を吐出しない場合には、吐出不良の発生を抑制するために立体造形物の製造の途中で吐出孔をメンテナンスする必要がある。吐出孔のメンテナンスとして、吐出孔から造形用材料を一定量放出するパージを行うことにより、吐出孔の開口部近傍に形成された高粘度化した造形用材料や造形用材料の皮膜などを排出することができる。パージにより吐出孔から放出された造形用材料は、廃液として処理される。この廃液の量が多いと、廃液を処理するコストが余計に必要となるだけでなく、立体造形物を製造する際に廃液を頻繁に処理する必要があり立体造形物を製造するための工程が煩雑になるという問題がある。
本発明の立体造形物の製造装置は、立体造形物の品質の低下を抑制するとともに、立体造形物を製造する際の廃液の量を抑制することができる。
【００１２】
＜吐出手段及び吐出工程＞
吐出手段は、造形用材料を吐出する。
吐出工程は、吐出手段により造形用材料を吐出させる。
【００１３】
吐出手段としては、造形用材料を吐出する手段であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき、例えば、ヘッドなどが挙げられる。
ヘッドとしては、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、圧電素子（ピエゾ素子）型ヘッド、熱膨張（サーマル）型ヘッドなどが挙げられる。また、ヘッドには、複数の吐出孔にそれぞれ圧電素子などを設けるようにし、吐出孔ごとに吐出を制御できるようにしてもよい。なお、以下では「吐出孔」を「チャネル」と称することがある。
【００１４】
＜＜層状造形物＞＞
層状造形物とは、吐出手段から吐出された造形用材料を硬化して層状に形成した造形物を意味する。層状造形物は、立体造形物の各層を成す。
【００１５】
＜＜造形用材料＞＞
造形用材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき、例えば、立体造形物の造形方式によって選択しても良い
立体造形物の造形方式としては、例えば、マテリアルジェット方式、バインダージェット方式、ハイスピードシンタリング方式などが挙げられる。
マテリアルジェット方式とは、ヘッドから吐出した造形用材料を硬化して積層することにより、立体造形物を造形する方式である。
バインダージェット方式とは、ヘッドから造形用材料の結合剤を噴射し、造形用材料を一層ずつ固化して積層することにより、立体造形物を造形する方式である。
ハイスピードシンタリング方式とは、ヘッドから造形用材料を噴射した箇所を局所的に加熱し溶融（焼結）して積層することにより、立体造形物を造形する方式である。
【００１６】
造形用材料としては、マテリアルジェット方式で立体造形物を製造する場合には、例えば、立体造形物となるモデル部を形成するモデル材、及び、製造時にモデル部を支持するサポート部を形成するサポート材などが挙げられる。
また、造形用材料としては、バインダージェット方式で立体造形物を製造する場合には、例えば、粉末材料を固化する接着材などが挙げられる。
加えて、造形用材料としては、ハイスピードシンタリング方式で立体造形物を製造する場合には、例えば、セラミックス粒子を含む造形材、造形材を硬化する成分を含有する硬化材と、金属イオン又は金属錯体を含有するセラミックス着色用インクなどが挙げられる。
なお、モデル材、サポート材及び接着材についての詳細は後述する。
【００１７】
造形用材料の色については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。そのため、本発明の立体造形物の製造装置は、吐出手段により色の異なる複数の造形用材料が混合するように吐出することで、部分ごとに着色されたフルカラーの立体造形物を製造することができる。
【００１８】
＜制御手段及び放出工程＞
制御手段は、所定の層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する吐出箇所数の割合に応じて、吐出手段から造形用材料を放出させる制御を行う。
放出工程では、所定の層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する吐出箇所数の割合に応じて、吐出手段から造形用材料を放出させる。
放出工程においては、制御手段が吐出手段を制御することで、吐出手段に造形用材料を放出させる。
【００１９】
制御手段としては、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、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などが挙げられる。
また、制御手段は、各種プログラムを実行し、立体造形物の製造装置全体の動作を制御する。
【００２０】
＜＜立体造形物＞＞
立体造形物としては、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、工業製品の試作品、射出成形やプレス成形に用いる型、治工具、建築模型などが挙げられる。
【００２１】
後述する吐出箇所数及び非吐出箇所数は、立体造形物の３次元データに基づいて算出することが好ましい。
立体造形物の３次元データとは、造形しようとする立体造形物を３次元モデルで表したデータである。
３次元データとしては、例えば、３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）で設計された３次元形状のサーフェイスデータやソリッドデータなどが挙げられる。他の３次元データとしては、３次元スキャナやディジタイザで取り込んだ３次元形状のサーフェイスデータやソリッドデータなどが挙げられる。なお、３次元データは、例えば、３次元モデルの表面が三角形の集合体として表現されたＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）フォーマットに変換されていてもよい。
【００２２】
制御手段は、層状造形物における吐出箇所及び非吐出箇所を設定するため、入力された３次元データから３次元モデルの底面を特定し、底面と平行方向に３次元モデルがスライスされた切断面を示す２次元データを生成してもよい。
底面を特定する方法としては、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、３次元モデルを３次元座標系に配置したときに、長さが最も短くなる方向をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する面と３次元モデルとの接点を底面とする方法などが挙げられる。制御手段は、底面を特定することにより、３次元モデルのＸ−Ｙ面、Ｘ−Ｚ面、Ｙ−Ｚ面への投影面積を求め、求めた投影面積が収まるブロック形状を一層の厚みでＸ−Ｙ面と平行に輪切り（スライス）にすることができる。なお、３次元データに対するこれらの処理は、制御手段以外が行ってもよく、本発明の立体造形物の製造装置に造形データ作成装置を設ける形態も好ましい。
【００２３】
所定の層状造形物における吐出箇所数とは、所定の層状造形物を造形する際に、吐出手段が造形用材料を吐出する箇所の数を意味する。この吐出箇所数は、３次元データから算出することができる。吐出箇所数は、上述した３次元データから生成した２次元データのピクセル数の単位で算出することが好ましい。
【００２４】
所定の層状造形物における非吐出箇所数とは、所定の層状造形物を造形する際に、吐出手段が造形用材料を吐出しない箇所の数を意味する。この非吐出箇所数は、３次元データから算出することができる。吐出箇所数と同様に、非吐出箇所数は、上述した３次元データから生成した２次元データのピクセル数の単位で算出することが好ましい。
【００２５】
吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計は、所定の層状造形物を造形する際に、吐出手段が造形用材料を吐出することができる箇所の数を意味する。
吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計は、上述した３次元データから生成した２次元データのピクセル数の単位で算出することが好ましい。この場合、吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計は、吐出手段が走査する範囲の総ピクセル数となる。
また、吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計は、造形する層状造形物によって変化し、例えば、層状造形物の面積が小さくなると、吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計は少なくなる。
【００２６】
吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する吐出箇所数の割合（以下、この割合を「吐出割合」と称することもある）とは、所定の層状造形物を造形する際に、吐出手段が造形用材料を吐出する割合を意味する。
吐出割合は、立体造形物の製造装置においては、制御手段が吐出手段から造形用材料を放出させる条件を決定するためのパラメータとなる。吐出割合は、０から１の間の値を取り、吐出割合が高い（１に近い）場合は、吐出箇所数が大きく、吐出手段の多くの吐出孔から造形用材料が吐出されることになり、吐出孔の開口部近傍の造形用材料が乾燥しにくい条件となる。また、吐出割合が低い（０に近い）場合は、吐出箇所数が小さく、造形用材料が吐出される吐出孔が少ないため、吐出孔の開口部近傍の造形用材料が乾燥しやすい条件となる。
また、吐出割合は、造形用材料が複数であれば、造形用材料ごとに算出することが好ましい。例えば、マテリアルジェッティング方式で立体造形物を製造する場合には、モデル材及びサポート材のそれぞれの吐出割合を算出することにより、各造形用材料の乾燥を抑制することができる。
【００２７】
制御手段は、上述した吐出割合に応じて、吐出手段から造形用材料を放出させる制御を行う。
吐出手段から造形用材料を放出させる制御としては、吐出割合として、所定数の隣接する層状造形物における吐出箇所数の割合を算出し、算出した吐出割合が所定値以下となる場合に、吐出手段に造形用材料を放出させることが好ましい。こうすることで、吐出割合が低くなり、吐出孔の開口部近傍の造形用材料が乾燥しやすい条件となったときに、適切なタイミングで吐出手段に造形用材料を放出させて、ノズルの状態を維持することができる。
隣接する層状造形物における所定数としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜設定でき、例えば、１００とすることなどが挙げられ、製造する立体造形物の形状や吐出する造形用材料の種類に応じて設定することが好ましい。
【００２８】
吐出割合における所定値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜設定でき、例えば、２０％や３０％などが挙げられ、造形用材料の物性に応じて設定することが好ましい。造形用材料の物性は、造形用材料の組成や温度により変化する。
造形用材料の物性としては、例えば、粘度、粘度変化率、乾燥性などが挙げられる。これらの中でも所定値は、造形用材料の乾燥性に応じて設定することがより好ましい。具体的には、乾燥性の高い造形用材料を吐出して立体造形物を製造する場合には、所定値を高く設定（例えば４０％など）する。
このように、立体造形物の製造装置は、造形用材料の物性に応じた所定値を用いることで、より適切なタイミングで吐出手段に造形用材料を放出させて、吐出孔の状態を維持することができる。
【００２９】
また、放出させる制御として、吐出割合に対して、吐出手段から放出させる造形用材料の量を相反させて行うことが好ましい。具体的には、吐出割合が２０％と３０％の場合を比較したときに、２０％の場合の方が吐出手段に放出させる造形用材料の量が多くなるようにする。
このように、立体造形物の製造装置は、吐出割合に対して吐出手段から放出させる造形用材料の量を相反させて行うことで、吐出割合が低い場合でも、より確実に吐出手段の状態を維持することができる。
【００３０】
吐出手段が造形用材料を放出する区画は、造形ステージの外であることが好ましい。
造形ステージとは、層状造形物が積層されて立体造形物が造形されるステージを意味する。
造形ステージとしては、造形する途中あるいは造形した立体造形物を支持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できる。
また、造形ステージの外の区画には、吐出手段に放出させる液滴が製造中の立体造形物に飛散しないようにする観点から、メンテナンス区画を設けることが好ましい。さらに、メンテナンス区画には、放出した造形用材料の回収を容易にする観点から、廃液タンクなどを設置することがより好ましい。
【００３１】
なお、吐出手段から造形用材料を放出する手法としては、造形用材料を一定量放出できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できる。吐出手段から造形用材料を放出する手法としては、例えば、吐出手段により造形用材料を加圧して放出する手法（加圧パージ）、吐出手段の吐出孔にキャップを密着させて造形用材料を吸引する手法（吸引パージ）、スプレー状に噴霧する手法などが挙げられる。
【００３２】
上述した立体造形物の製造装置が行う各種処理は、立体造形物の製造装置を形成する制御手段を有するコンピュータにより実行される。
コンピュータとしては、記憶、演算、制御などの装置を備えた機器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、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
【００３３】
＜その他の手段及びその他の工程＞
その他の手段としては、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、硬化手段、平坦化手段、払拭手段などが挙げられる。
その他の工程としては、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、硬化工程、平坦化工程、払拭工程などが挙げられる。
硬化工程は硬化手段により好適に行うことができ、平坦化工程は平坦化手段により好適に行うことができ、払拭工程は払拭手段により好適に行うことができる。
【００３４】
硬化手段としては、造形用材料を硬化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でき、例えば、紫外線（ＵＶ）照射機構、焼成機構、焼結機構、マイクロ波照射機構などが挙げられる。また、ここでいう造形用材料を硬化するとは、造形用材料を固化することも含まれる。
なお、本発明の立体造形物の製造装置は、造形用材料が特段の処理を行わなくとも経時的に硬化する材料である場合などにおいては、硬化手段を有していなくてもよい。
【００３５】
マテリアルジェット方式で立体造形物を製造する場合には、硬化手段としては、紫外線照射機構が好ましく、紫外線照射機構が吐出手段と一体となっていることがより好ましい。また、紫外線照射機構を用いる場合、紫外線照射により発生するオゾンを除去するオゾン除去機構を更に備えることが好ましい。
紫外線照射機構としては、例えば、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドなどが挙げられる。
高圧水銀灯は点光源であるが、光学系と組み合わせて光利用効率を高くしたＤｅｅｐＵＶタイプは、短波長領域の照射が可能である。
メタルハライドは、波長領域が広いため着色物に有効であり、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｆｅなどの金属のハロゲン化物が用いられ、重合開始剤の吸収スペクトルに合わせて選択できる。
【００３６】
バインダージェット方式で立体造形物を製造する場合には、硬化手段としては、焼成機構が好ましい。バインダージェット方式の場合に硬化手段を焼成機構とすると、粉末材料と接着材を含む層状造形物を、立体造形物の製造に必要な数を積層した後、焼成機構により焼成することで、立体造形物の強度を高めることができる。
【００３７】
平坦化手段としては、造形用材料を平坦化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、例えば、ローラ、ブラシ、ブレードなどが挙げられる。
平坦化手段が造形用材料を平坦化することにより、層状造形物の平均厚みの精度や平坦性を確保することができる。
【００３８】
払拭手段としては、吐出手段を払拭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、例えば、ワイパなどが挙げられる。ワイパの材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の軟質のゴムなどが好ましい。
払拭手段が吐出手段を払拭するタイミングとしては、例えば、吐出手段が造形用材料を放出した後などが挙げられる。
また、払拭手段に加え、払拭手段で払拭した吐出手段の付着物を回収する回収機構を備えることも好ましい。回収機構としては、付着物を回収して貯めておくことができる容器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る。
【００３９】
以下では、造形用材料として用いられるモデル材、サポート材及び接着材について説明する。
【００４０】
＜＜モデル材＞＞
モデル材は、モデル部を構成する部分を造形することができる。
本発明において、モデル部とは、立体造形物を造形する本体を構成する部を意味する。
【００４１】
モデル材は、光や熱等のエネルギーを付与することにより硬化する液体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る。モデル材は、単官能モノマー、多官能モノマー等の重合性モノマー、オリゴマー、光重合開始剤を含むことが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含む。
モデル材は、インクジェット用プリンター等に用いられる造形用材料吐出ヘッドで吐出できる粘度や表面張力等の液物性を有することが好ましい。
【００４２】
−重合性モノマー−
重合性モノマーとしては、例えば、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。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。
【００４３】
−−単官能モノマー−−
単官能モノマーとしては、例えば、アクリルアミド、Ｎ−置換アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換アクリルアミド誘導体、Ｎ−置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換メタクリルアミド誘導体、アクリル酸などが挙げられる。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、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、ヒドロキシエチルアクリルアミド、イソボルニル（メタ）アクリレートが好ましい。
【００４４】
上記以外の単官能モノマーとしては、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、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、３−メトキシブチル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００４５】
−−多官能モノマー−−
多官能モノマーとしては、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、二官能モノマー、三官能以上のモノマーなどが挙げられる。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。
【００４６】
二官能モノマーとしては、例えば、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、エトキシ変性ビスフェノールＡジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリ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。
【００４７】
三官能以上のモノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリアリルイソシアヌレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ε−カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート，プロポキシ化グリセリルトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタ（メタ）アクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート、ペンタ（メタ）アクリレートエステルなどが挙げられる。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。
【００４８】
−オリゴマー−
オリゴマーとしては、上記モノマーの低重合体や末端に反応性不飽和結合基を有するものを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。
【００４９】
−光重合開始剤−
光重合開始剤としては、光（特に波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ’−ジクロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−ｎ−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−ｎ−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、メチルベンゾイルフォーメート、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。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。
【００５０】
−その他の成分−
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、界面活性剤、重合禁止剤、着色剤などが挙げられる。
【００５１】
−−界面活性剤−−
界面活性剤としては、例えば、分子量２００以上かつ５，０００以下、具体的には、ＰＥＧ型非イオン界面活性剤［ノニルフェノールのエチレンオキサイド（以下ＥＯと略記）１〜４０モル付加物、ステアリン酸ＥＯ１〜４０モル付加物等］、多価アルコール型非イオン界面活性剤（ソルビタンパルミチン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸モノエステル、ソルビタンステアリン酸トリエステル等）、フッ素含有界面活性剤（パーフルオロアルキルＥＯ１〜５０モル付加物、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルベタイン等）、変性シリコーンオイル［ポリエーテル変性シリコーンオイル、（メタ）アクリレート変性シリコーンオイル等］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。
【００５２】
−−重合禁止剤−−
重合禁止剤としては、例えば、フェノール化合物［ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、２，２−メチレン−ビス−（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン等］、硫黄化合物［ジラウリルチオジプロピオネート等］、リン化合物［トリフェニルフォスファイト等］、アミン化合物［フェノチアジン等］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。
【００５３】
−−着色剤−−
着色剤としては、前記モデル材中に溶解又は安定に分散し、更に熱安定性に優れた染料及び顔料が適している。これらの中でも、溶解性染料（Ｓｏｌｖｅｎｔ  Ｄｙｅ）が好ましい。また色の調整等で２種類以上の着色剤を適時混合することが可能である。
【００５４】
＜＜サポート材＞＞
サポート材は、サポート部を構成する部分を造形することができる。
本発明において、サポート部とは、モデル部が固化するまでの時間、立体造形物を所定の位置に保持するために、モデル部の重力方向に対し支持する部分に配置され、モデル部と接し、モデル部を下方向から支持する部を意味する。
【００５５】
サポート材（形状支持用液体）は、水素結合能を有するモノマー（Ａ）と、水素結合能を有する溶媒（Ｂ）と、重合開始剤（Ｃ）と、を含み、前記水素結合能を有する溶媒（Ｂ）が、炭素数３以上６以下のジオール、カルボン酸化合物、アミン化合物、エステル化合物、ケトン化合物、及びウレア化合物から選択される少なくとも１種であり、更に必要に応じてその他の成分を含む。
【００５６】
サポート材は、サポート材の溶解性を高めると、除去は容易になる一方でサポート性能が不足し、また、造形装置を大型化して造形体積を大きくする場合、形状支持能力が不足するという問題がある。
【００５７】
サポート材は、水崩壊性を有することが好ましい。なお、前記水崩壊性とは、水に浸漬したときに、硬化物が細かく分解され、当初有していた形状や性質を維持できなくなることを意味する。
【００５８】
サポート材は、次の条件１を満たすことが好ましい。
＜条件１＞
紫外線照射装置により紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ２照射して得た、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ５ｍｍの硬化物を、２０ｍＬの水に入れ、２５℃にて１時間静置すると、少なくとも一方向が１ｍｍ以下の大きさの固体であるか、完全に溶解している。
【００５９】
なお、前記縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ５ｍｍの硬化物としては、以下のようにして作製することができる。
【００６０】
縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ５ｍｍのシリコーンゴム型に形状支持用液体を流し込み、紫外線照射装置（装置名：ＳｕｂＺｅｒｏ−ＬＥＤ、インテグレーション・テクノロジー株式会社製）により、紫外線を照射量５００ｍＪ／ｃｍ２（照度：１００ｍＷ／ｃｍ２、照射時間：５秒間）にて照射して縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ５ｍｍの硬化物であるサポート材（２ｇ）を得ることができる。
【００６１】
また、サポート材は、次の条件２を満たすことが好ましい。
＜条件２＞
紫外線照射装置により紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ２照射して得た硬化物が、２５℃環境下にて１％圧縮時の圧縮応力が、２．０ｋＰａ以上の固体であり、前記固体２ｇを２０ｍＬの水に入れ、２５℃にて１時間静置したときの残存固体の体積が５０体積％以下である。なお、残存固体の体積は、アルキメデス法により測定することができる。
【００６２】
紫外線照射装置により紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ２照射して得た硬化物が、前記各条件を満たすことにより、形状支持用サポート材の機能を向上することができる。
【００６３】
また、紫外線照射装置により紫外線を５００ｍＪ／ｃｍ２照射して得た硬化物の、２５℃環境下における１％圧縮時の圧縮応力としては、０．５ｋＰａ以上であることが好ましい。前記１％圧縮時の圧縮応力が、０．５ｋＰａ以上であると、形状支持用サポート材の機能を向上することができる。
【００６４】
なお、前記１％圧縮時の圧縮応力としては、形状を支持するモデル材の大きさ等にも影響され、前記モデル材の大きさが大きい場合は、形状支持の点から、２．０ｋＰａ以上が好ましい。
【００６５】
また、前記１％圧縮時の圧縮応力は、万能試験機（装置名：ＡＧ−Ｉ、株式会社島津製作所製、ロードセル１ｋＮ、１ｋＮ用圧縮ジグ）を用いて測定することができる。
前記紫外線照射装置としては、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、装置名：ＡＧ−Ｉ（株式会社島津製作所製）を用いて測定することができる。
前記照射量５００ｍＪ／ｃｍ２においては、照度が１００ｍＷ／ｃｍ２、照射時間が５秒間であることが好ましい。
【００６６】
＜水素結合能を有するモノマー（Ａ）＞
前記水素結合能を有するモノマー（Ａ）は、水素結合能を有す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、単官能モノマー、多官能モノマーなどが挙げられる。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、硬化物の水崩壊性を向上する点から、単官能モノマーが好ましい。
【００６７】
前記水素結合能を有するモノマー（Ａ）としては、例えば、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラメチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基、スルホ基等を有するモノマーなどが挙げられる。
【００６８】
前記水素結合能を有するモノマー（Ａ）の重合反応としては、例えば、ラジカル重合、イオン重合、配位重合、開環重合などが挙げられる。これらの中でも、重合反応の制御の点から、ラジカル重合が好ましい。そのため、前記水素結合能を有するモノマー（Ａ）としては、エチレン性不飽和モノマーが好ましく、水溶性単官能エチレン性不飽和モノマー、水溶性多官能エチレン性不飽和モノマーがより好ましく、硬化物の水崩壊性を向上する点から、水溶性単官能エチレン性不飽和モノマーが特に好ましい。
【００６９】
＜＜水素結合能を有する水溶性単官能エチレン性不飽和モノマー＞＞
前記水素結合能を有する水溶性単官能エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、単官能ビニルアミド基含有モノマー［Ｎ−ビニル−ε−カプロラクタム、Ｎ−ビニルホルムアミド、Ｎ−ビニルピロリドン等］；単官能水酸基含有（メタ）アクリレート［ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート等］；水酸基含有（メタ）アクリレート［ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、モノアルコキシ（Ｃ１〜４）ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、モノアルコキシ（Ｃ１〜４）ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ＰＥＧ−ＰＰＧブロックポリマーのモノ（メタ）アクリレート等］；（メタ）アクリルアミド誘導体［（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ブチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシブチル（メタ）アクリルアミド等］、（メタ）アクリロイルモルホリンなどが挙げられる。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、光反応性の点から、（メタ）アクリレート、（メタ）アクリルアミド誘導体が好ましく、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、アクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−プロピルアクリルアミド、Ｎ−ブチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシプロピルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシブチルアクリルアミド、ジエチルアクリルアミドがより好ましく、人体への皮膚低刺激性の点から、アクリロイルモルホリン（分子量：１４１．１７）、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド（分子量：１１５．１５）が特に好ましい。
【００７０】
＜＜水素結合能を有する水溶性多官能エチレン性不飽和モノマー＞＞
前記水素結合能を有する水溶性多官能エチレン性不飽和モノマーとしては、例えば、二官能基のモノマーとして、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールヒドロキシピバリン酸エステルジ（メタ）アクリレート（ＭＡＮＤＡ）、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート（ＨＰＮＤＡ）、１，３−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート（ＢＧＤＡ）、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート（ＢＵＤＡ）、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート（ＨＤＤＡ）、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート（ＤＥＧＤＡ）、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート（ＮＰＧＤＡ）、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート（ＴＰＧＤＡ）、カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールエステルジ（メタ）アクリレート、プロポキシ化オペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール２００ジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール４００ジ（メタ）アクリレート；三官能以上のモノマーとして、トリアリルイソシアネート、トリス（２ーヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリ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。
【００７１】
前記水素結合能を有するモノマー（Ａ）の分子量としては、７０以上２，０００以下が好ましく、１００以上５００以下がより好ましい。前記分子量が、７０以上２，０００以下であると、液体吐出方式に最適な粘度に調整することができる。
【００７２】
前記水素結合能を有するモノマー（Ａ）の含有量としては、サポート材全量に対して、３０質量％以上６０質量％以下が好ましい。前記含有量が、３０質量％以上６０質量％以下であると、形状支持用サポート材として十分な圧縮応力と、水崩壊性とを両立することができる。
【００７３】
＜水素結合能を有する溶媒（Ｂ）＞
前記水素結合能を有する溶媒（Ｂ）は、水素結合能を有するモノマー（Ａ）と水素結合能を有し、水素結合能を有するモノマー（Ａ）と水素結合を形成することにより、形状支持用サポート材の機能を発揮することができる。
【００７４】
前記水素結合能を有する溶媒（Ｂ）は、炭素数３以上６以下のジオール、カルボン酸化合物、アミン化合物、エステル化合物、ケトン化合物、及びウレア化合物から選択される少なくとも１種である。これらの中でも、炭素数３以上６以下のジオールが好ましい。
【００７５】
＜＜炭素数３以上６以下のジオール＞＞
前記炭素数３以上６以下のジオールとしては、水溶性アクリルモノマーと反応性がないこと、光硬化時のラジカル重合反応を阻害しないこと、常温にて流動性があり、水に可溶な材料であることが好ましい。
【００７６】
また、前記炭素数３以上６以下のジオールとしては、単官能性、多官能性のいずれも使用することができる。
【００７７】
前記炭素数３以上６以下のジオールとしては、例えば、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオールなどが挙げられる。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、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオールが好ましい。
【００７８】
前記炭素数としては、３以上６以下であり、３以上５以下が好ましい。前記炭素数が、３以上であると、１％圧縮時の圧縮応力を向上でき、６以下であると、形状支持用液体の粘度を低くすることができる。
【００７９】
なお、前記炭素数３以上６以下のジオールの炭素鎖としては、直鎖でもよく、枝分かれしていてもよい。
【００８０】
＜＜カルボン酸化合物＞＞
前記カルボン酸化合物としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキシル酸等の直鎖脂肪族酸；イソブチル酸、ｔ−ブチル酸、イソペンチル酸、イソオクチル酸、２−エチルヘキシル酸等の各種分岐型脂肪族カルボン酸；安息香酸、ベンゼンスルホン酸等の芳香族系カルボン酸；グリコール酸、乳酸等のヒドロキシカルボン酸などが挙げられる。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、水への溶解性の点から、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、乳酸が好ましく、ブタン酸、乳酸がより好ましい。
【００８１】
＜＜アミン化合物＞＞
前記アミン化合物としては、例えば、モノアルキルアミン、ジアルキルアミン、トリアルキルアミン等の１〜３級アミン；エチレンジアミン等の２価アミン；トリエチレンジアミン等の３価アミン；ピリジン、アニリン等の脂肪族系アミンなどが挙げられる。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、水素結合による架橋強度、及び水への溶解性の点から、２価又は３価の１級アミンが好ましく、エチレンジアミンがより好ましい。
【００８２】
＜＜エステル化合物＞＞
前記エステル化合物としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル等の単官能エステル；コハク酸ジメチル、アジピン酸ジメチル等の多官能脂肪族エステル；テレフテル酸ジメチル等の多官能芳香族エステルなどが挙げられる。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、水への溶解度、造形中の蒸発や臭気、及び安全性の点から、アジピン酸ジメチルが好ましい。
【００８３】
＜＜ケトン化合物＞＞
前記ケトン化合物としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等の単官能ケトン、アセチルアセトン、２，４，６−ヘプタトリオン等の多官能ケトンなどが挙げられる。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、揮発性や水への溶解度の点から、アセチルアセトンが好ましい。
【００８４】
前記水素結合能を有する溶媒（Ｂ）の含有量としては、形状支持用液体全量に対して、１０質量％以上５０質量％以下が好ましい。前記含有量が、１０質量％以上５０質量％以下であると、形状支持用サポート材として十分な圧縮応力と、水崩壊性とを両立することができる。
［質量比（Ａ／Ｂ）］
前記（Ａ）の含有量（質量％）と、前記（Ｂ）の含有量（質量％）との質量比（Ａ／Ｂ）が、０．３以上２．５以下が好ましく、０．５以上２．５以下がより好ましい。前記質量比（Ａ／Ｂ）が、０．３以上２．５以下であると、１％圧縮時の圧縮応力を向上できる。
【００８５】
＜重合開始剤（Ｃ）＞
前記重合開始剤（Ｃ）としては、光（特に、波長２２０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線）の照射によりラジカルを生成する任意の物質を用いることができる。
【００８６】
前記重合開始剤（Ｃ）としては、例えば、アセトフェノン、２，２−ジエトキシアセトフェノン、ｐ−ジメチルアミノアセトフェノン、ベンゾフェノン、２−クロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ’−ジクロロベンゾフェノン、ｐ，ｐ−ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン−ｎ−プロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン−ｎ−ブチルエーテル、ベンジルメチルケタール、チオキサントン、２−クロロチオキサントン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−１−オン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン、メチルベンゾイルフォーメート、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルペルオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどが挙げられる。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。また、紫外線照射装置の紫外線波長に合わせた重合開始剤を選択することが好ましい。
【００８７】
前記重合開始剤（Ｃ）の含有量としては、サポート材全量に対して、０．５質量％以上１０質量％以下が好ましい。
【００８８】
前記液状のサポート材（形状支持用液体）の表面張力としては、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、２０ｍＮ／ｍ以上４５ｍＮ／ｍ以下が好ましく、２５ｍＮ／ｍ以上３４ｍＮ／ｍ以下がより好ましい。前記表面張力が、２０ｍＮ／ｍ以上であると、造形の際に吐出が不安定（吐出方向が曲がる、吐出しない）になることを防止でき、４５ｍＮ／ｍ以下であると、造形用の吐出ノズル等に液体を充填する際に、容易に充填することができる。
【００８９】
なお、前記表面張力は、例えば、表面張力計（自動接触角計ＤＭ−７０１、協和界面科学株式会社製）などを用いて測定することができる。
【００９０】
−粘度−
前記液状のサポート材（形状支持用液体）の粘度としては、２５℃にて１００ｍＰａ・ｓ以下であり、２５℃にて、３ｍＰａ・ｓ以上７０ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、６ｍＰａ・ｓ以上５０ｍＰａ・ｓ以下がより好ましい。前記粘度が、１００ｍＰａ・ｓ以下であると、吐出安定性を向上できる。
【００９１】
なお、前記粘度は、例えば、回転粘度計（ＶＩＳＣＯＭＡＴＥ  ＶＭ−１５０ＩＩＩ、東機産業株式会社製）を用いて２５℃の環境下にて測定することができる。
【００９２】
−粘度変化率−
前記液状のサポート材（形状支持用液体）としては、５０℃にて２週間放置した前後の粘度変化率が±２０％以下であることが好ましく、±１０％以下がより好ましい。前記粘度変化率が、±２０％以下であると、保存安定性が適正であり、吐出安定性が良好となる。
【００９３】
前記５０℃にて２週間放置した前後の粘度変化率としては、以下のようにして測定することができる。
【００９４】
前記形状支持用液体をポリプロピレン製広口瓶（５０ｍＬ）に入れて、５０℃の恒温槽中に２週間放置した後、恒温槽から取り出して室温（２５℃）になるまで放置して、粘度測定を行う。恒温槽に入れる前の形状支持用液体の粘度を保存前粘度、恒温槽から取り出した後の形状支持用液体の粘度を保存後粘度とし、下記式により粘度変化率を算出することができる。なお、前記保存前粘度及び前記保存後粘度は、例えば、Ｒ型粘度計（東機産業株式会社製）を用いて、２５℃で測定することができる。
【００９５】
粘度変化率（％）＝［（保存後粘度）−（保存前粘度）］／（保存前粘度）×１００
【００９６】
＜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、溶媒、重合禁止剤、形状支持用液体に分散可能な鉱物、前記（Ａ）成分とは別に重合性モノマー、熱重合開始剤、着色剤、酸化防止剤、連鎖移動剤、老化防止剤、架橋促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、防腐剤、分散剤などが挙げられる。
【００９７】
−溶媒−
前記溶媒としては、例えば、アルコール、エーテル化合物、トリオール、トリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどが挙げられる。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。
【００９８】
前記溶媒のＳＰ値としては、水崩壊性の点から、１８ＭＰa１／２以上が好ましく、２３ＭＰa１／２以上がより好ましい。
【００９９】
前記溶媒の含有量としては、５０質量％以下が好ましく、３０質量％以下がより好ましい。
【０１００】
−−重合禁止剤−−
前記重合禁止剤としては、例えば、フェノール化合物［ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、２，２−メチレン−ビス−（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン等］、硫黄化合物［ジラウリルチオジプロピオネート等］、リン化合物［トリフェニルフォスファイト等］、アミン化合物［フェノチアジン等］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。
【０１０１】
前記重合禁止剤の含有量としては、形状支持用液体全量に対して、圧縮応力の点から、通常３０質量％以下が好ましく、２０質量％以下が好ましい。
【０１０２】
−−形状支持用液体に分散可能な鉱物−−
前記形状支持用液体に分散可能な鉱物としては、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、層状粘土鉱物などが挙げられる。
【０１０３】
前記層状粘土鉱物としては、例えば、モンモリロナイト、バイデライト、ヘクトライト、サポナイト、ノントロナイト、スチーブンサイト等のスメクタイト；バーミキュライト；ベントナイト；カネマイト、ケニアナイト、マカナイト等の層状ケイ酸ナトリウムなどが挙げられる。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。
前記層状粘土鉱物としては、天然の鉱物として産するものであってもよいし、化学合成法によって製造されたものであってもよい。
【０１０４】
前記層状粘土鉱物としては、表面を有機処理してもよい。
【０１０５】
前記層状粘土鉱物等の層状無機物は、有機カチオン性化合物により処理されて、層間の陽イオンが４級塩等のカチオン性基とイオン交換され得る。
【０１０６】
前記層状粘土鉱物の陽イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、カルシウムイオン等の金属カチオンなどが挙げられる。
【０１０７】
有機カチオン性化合物により処理された層状粘土鉱物は、上記ポリマーや上記重合性モノマーに膨潤、分散しやすくなる。
【０１０８】
前記有機カチオン性化合物により処理された層状粘土鉱物としては、例えば、ルーセンタイトシリーズ（コープケミカル株式会社製）などが挙げられる。前記ルーセンタイトシリーズ（コープケミカル株式会社製）としては、例えば、ルーセンタイトＳＰＮ、ルーセンタイトＳＡＮ、ルーセンタイトＳＥＮ、ルーセンタイトＳＴＮ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。
【０１０９】
−−重合性モノマー−−
前記重合性モノマーとしては、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、（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【０１１０】
前記（メタ）アクリレートとしては、例えば、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート（ＥＨＡ）、イソボルニル（メタ）アクリレート、３−メトキシブチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、カプロラクトン（メタ）アクリレート、エトキシ化ノニルフェノール（メタ）アクリレートなどを挙げられる。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。
【０１１１】
−−熱重合開始剤−−
前記熱重合開始剤としては、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、アゾ系開始剤、過酸化物開始剤、過硫酸塩開始剤、レドックス（酸化還元）開始剤などが挙げられる。ただし、保存安定性の点から熱重合開始剤より光重合開始剤が好ましい。
【０１１２】
前記アゾ系開始剤としては、例えば、ＶＡ−０４４、ＶＡ−４６Ｂ、Ｖ−５０、ＶＡ−０５７、ＶＡ−０６１、ＶＡ−０６７、ＶＡ−０８６、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ  ３３）、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩（ＶＡＺＯ  ５０）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）（ＶＡＺＯ  ５２）、２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＶＡＺＯ６４）、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル（ＶＡＺＯ  ６７）、１，１−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボニトリル）（ＶＡＺＯ  ８８）（いずれもＤｕＰｏｎｔ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手可能）、２，２’−アゾビス（２−シクロプロピルプロピオニトリル）、２，２’−アゾビス（メチルイソブチレ−ト）（Ｖ−６０１）（和光純薬工業株式会社より入手可能）などが挙げられる。
【０１１３】
前記過酸化物開始剤としては、例えば、過酸化ベンゾイル、過酸化アセチル、過酸化ラウロイル、過酸化デカノイル、ジセチルパーオキシジカーボネート、ジ（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート（Ｐｅｒｋａｄｏｘ  １６Ｓ）（Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社から入手可能）、ジ（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシピバレート（Ｌｕｐｅｒｓｏｌ  １１）（Ｅｌｆ  Ａｔｏｃｈｅｍ社から入手可能）、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート（Ｔｒｉｇｏｎｏｘ  ２１−Ｃ５０）（Ａｋｚｏ  Ｎｏｂｅｌ社から入手可能）、過酸化ジクミルなどが挙げられる。
【０１１４】
前記過硫酸塩開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウムなどが挙げられる。
【０１１５】
前記レドックス（酸化還元）開始剤としては、例えば、前記過硫酸塩開始剤とメタ亜硫酸水素ナトリウム及び亜硫酸水素ナトリウムのような還元剤との組み合わせ、前記有機過酸化物と第３級アミンに基づく系（例えば、過酸化ベンゾイルとジメチルアニリンに基づく系）、有機ヒドロパーオキシドと遷移金属に基づく系（例えば、クメンヒドロパーオキシドとコバルトナフテートに基づく系）などが挙げられる。
【０１１６】
−−着色剤−−
前記着色剤としては、例えば、顔料、染料などが挙げられる、
【０１１７】
前記顔料としては、例えば、有機顔料、無機顔料などが挙げられる。
【０１１８】
前記有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、多環式顔料、アジン顔料、昼光蛍光顔料、ニトロソ顔料、ニトロ顔料、天然顔料などが挙げられる。
【０１１９】
前記無機顔料としては、例えば、金属酸化物（酸化鉄、酸化クロム、酸化チタン等）、カーボンブラックなどが挙げられる。
【０１２０】
−−酸化防止剤−−
前記酸化防止剤としては、例えば、フェノール化合物〔単環フェノール（２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール等）、ビスフェノール［２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）等］、多環フェノール［１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン等］等〕、硫黄化合物（ジラウリル３，３’−チオジプロピオネート等）、リン化合物（トリフェニルホスファイト等）、アミン化合物（オクチル化ジフェニルアミン等）などが挙げられる。
【０１２１】
−−連鎖移動剤−−
前記連鎖移動剤としては、例えば、炭化水素［炭素数６以上２４以下の化合物、例えば、芳香族炭化水素（トルエン、キシレン等）、不飽和脂肪族炭化水素（１−ブテン、１−ノネン等）］；ハロゲン化炭化水素（炭素数１以上２４以下の化合物、例えば、ジクロロメタン、四塩化炭素等）；アルコール（炭素数１以上２４以下の化合物、例えば、メタノール、１−ブタノール等）；チオール（炭素数１以上２４以下の化合物、例えば、エチルチオール、１−オクチルチオール等）；ケトン（炭素数３以上２４以下の化合物、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等）；アルデヒド（炭素数２以上１８以下の化合物、例えば、２−メチル−２−プロピルアルデヒド、１−ペンチルアルデヒド）；フェノール（炭素数６以上３６以下の化合物、例えば、フェノール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｏ−クレゾール等）；キノン（炭素数６以上２４以下の化合物、例えば、ヒドロキノン等）；アミン（炭素数３以上２４以下の化合物、例えば、ジエチルメチルアミン、ジフェニルアミン）；ジスルフィド（炭素数２以上２４以下の化合物、例えば、ジエチルジスルフィド、ジ−１−オクチルジスルフィド等）などが挙げられる。
【０１２２】
［サポート材の硬化後の支持力］
液状のサポート材（形状支持用液体）の硬化後の支持力（単に「サポート材の支持力」という。）としては、サポート材がモデル材を支える性能であり、１％圧縮時の圧縮応力で表すことができる。
【０１２３】
前記サポート材の支持力としては、光造形品の造形精度、サポート材の溶解性の点から、２５℃環境下で１％圧縮時の圧縮応力が０．５ｋＰａ以上が好ましく、２ｋＰａ以上がより好ましい。
【０１２４】
前記サポート材の支持力としては、サポート材を構成する（Ａ）、（Ｂ）の成分について、それらの種類および含有量を選択することにより、上記範囲に調整することができる。なお、１％圧縮時の圧縮応力は、万能試験機（株式会社島津製作所製、ＡＧ−Ｉ）を用いて測定することができる。
【０１２５】
サポート材の支持力としては、前記（Ａ）成分が重合したポリマーに対して、前記（Ｂ）成分が水素結合することにより高い支持力を担保していると考えられる。
【０１２６】
［サポート材の除去性］
前述のとおり、サポート材の支持力は、水素結合に由来する。前記サポート材の支持力は、水に浸漬させることにより弱まり、崩壊して除去することが可能になる。また、前記（Ｂ）が低分子量であると、拡散が早く、短い時間にて除去することが可能となる。
【０１２７】
−−溶解液−−
前記溶解液は、例えば、水素結合能を有するものが挙げられる。
前記溶解液としては、例えば、水、アルコールであるブタノールやヘキサノール、アミンであるヘキシルアミンやペンチルアミン、芳香族化合物であるベンゼンやトルエンなどが挙げられる。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、安全性の点から、水、アルコールが好ましい。
【０１２８】
また、前記溶解液に添加物を加えてもよい。
前記添加物としては、例えば、界面活性剤などが挙げられる。前記界面活性剤の種類や量を調整することにより直鎖アルキル鎖に対する親和性を上げることができる。
前記溶解液は、サポート材を軟化させ、内部に浸透しやすくする点から、４０℃以上が好ましいが、立体造形物の反りを予防する点から、４０℃より低い温度を選択することもできる。
【０１２９】
前記立体造形物の製造装置としては、ヒーターレスであることが好ましく、常温にて造形可能であることが好ましい。
【０１３０】
＜＜接着材＞＞
接着材は、粉末材料に対して吐出され、固化することで粉末材料と接着材とを含む層状造形物を造形することができる。
【０１３１】
接着材は、光や熱等のエネルギーを付与することや、経時的な変化により硬化する液体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る。
接着材は、有機材料及び基材を含む粉末材料を接着する場合は、有機材料と架橋する架橋剤と、水溶性樹脂とを含み、安定化剤及び溶媒を含有することが好ましく、更に必要に応じてその他の成分を含む。
接着材は、インクジェット用プリンター等に用いられる造形用材料吐出ヘッドで吐出できる粘度や表面張力等の液物性を有することが好ましい。
【実施例】
【０１３２】
以下、本発明の立体造形物の製造装置の一実施形態ついて、マテリアルジェッティング方式に従う造形装置を例として説明するが、本発明は、この実施形態に何ら限定されるものではない。
【０１３３】
図１は、立体造形物の製造装置の要部正面の一例を示す模式図である。
立体造形装置１０は、材料噴射造形装置であり、層状造形物３０（３０Ａ〜３０Ｅ）が積層されて立体造形物が造形される造形ステージ１４と、造形ステージ１４上に層状造形物３０を順次積層しながら造形する造形ユニット２０とを備えている。
【０１３４】
造形ユニット２０は、モデル材を吐出する第１の吐出ヘッド１１と、サポート材を吐出する第２の吐出ヘッド１２と、活性エネルギー線としての紫外線を照射するＵＶ照射ユニット１３と、層状造形物３０を平滑化するための平滑化部材である平滑化ローラ（平坦化ローラともいう）１６を備えている。
ここでは、Ｘ方向において、第１の吐出ヘッド１１を挟んで２つの第２の吐出ヘッド１２を配置し、２つの第２の吐出ヘッド１２の外側にそれぞれＵＶ照射ユニット１３を配置し、更に、ＵＶ照射ユニット１３の外側にそれぞれ平滑化ローラ１６を配置している。
造形ユニット２０はＸ方向に往復移動されるとともに、造形ステージ１４に対してＹ方向にも相対的に移動可能とされている。
造形ステージ１４は、昇降手段１５によってＺ方向に昇降される。
【０１３５】
次に、この立体造形装置１０による造形手順の概要について図２を参照して説明する。
図２は、造形手順を説明するための層状造形物の構成の一例を示す模式図である。図２では、便宜上液滴形状を矩形状で示している。
図１に示した造形ユニット２０をＸ方向に移動させながら、第１の吐出ヘッド１１からモデル材３０１を造形領域（立体造形物を構成する領域）に吐出させ、第２ヘッド１２からサポート材３０２を造形領域以外のサポート領域（造形後除去する領域）に吐出させる。
そして、ＵＶ照射ユニット１３によって、モデル材３０１及びサポート材３０２上に紫外線を照射して硬化させ、モデル部の造形物１７とサポート部の造形物１８を含む１層分の層状造形物３０を形成する。
この層状造形物３０を繰り返し造形して順次積層し、モデル材３０１をサポート材３０２で支持しながらモデル材３０１からなる目的とする立体造形物を造形する。
例えば、図１の例では、層状造形物３０Ａ〜３０Ｅの５層を積層した状態を示している。また、図２の例では、層状造形物３０Ａ〜３０Ｃの３層を積層した状態を示している。
【０１３６】
ここで、層状造形物３０を複数層（固定値である必要はない。）積層する毎に、例えば１０層積層する毎に、平滑化ローラ１６を最表面の層状造形物３０に押し付けて平滑化することで、層状造形物３０の厚み精度や平坦性を確保することができる。
なお、平滑化部材として、平滑化ローラ１６のようなローラ形状の部材を使用する場合、Ｘ方向における移動方向に対して、平滑化ローラ１６を逆転させる方向で回転させることで、平滑化（平坦化）の効果がより有効に発揮される。
【０１３７】
また、造形ユニット２０と最表面の層状造形物３０とのギャップを一定に保つために、ここでは、１層の層状造形物３０を形成する毎に造形ステージ１４を昇降手段１５によって下降させている。なお、造形ユニット２０を上昇させる構成でもよい。
また、立体造形装置１０としては、モデル材３０１やサポート材３０２の回収、リサイクル機構などを備えることができる。
また、造形時の装置内の環境温度を制御することも好ましい。
【０１３８】
図３は、立体造形物の製造装置の要部平面の一例を示す模式図である。図４は、立体造形物の製造装置の要部側面の一例を示す模式図である。
立体造形装置１０において、造形ユニット２０のユニットホルダ２１は、Ｘ方向に配置されたガイド部材５４、５５に移動可能に保持されている。
また、造形ユニット２０のＸ方向の一方側には、吐出ヘッド１１及び１２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。
メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２は、吐出ヘッド１１や１２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着して、ノズルから造形用材料を吸引し、ノズルに詰まった高粘度化した造形用材料を放出させる。放出された造形用材料は、廃液タンクにポンプで輸送される。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）及びノズル周辺の付着物を除去するため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形用材料の吐出がスムーズに行われるよう、吐出ヘッドのノズル面をキャップ６２で覆い、造形用材料の乾燥による固化や、光による造形用材料の液体の硬化を抑制することができる。
【０１３９】
また、造形ユニット２０のユニットホルダ２１を保持しているガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に保持されている。側板７０、７０はベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット２０はＸ方向と直交するＹ方向に往復移動可能である。
ステージ１４は、昇降手段１５によってＺ方向に昇降される。昇降手段１５は、ベース部材７上にＸ方向に配置されたガイド部材７５、７６上に移動可能に配置される。
【０１４０】
第１の吐出ヘッド１１には、カートリッジ装着部５６に交換可能に装着されるカートリッジ６０によって造形用材料が供給チューブなどを介して供給される。なお、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローなどのカラーの造形用材料を使用する場合には、第１の吐出ヘッド１１に各色の液滴を吐出する複数のノズル列を配置することができる。
【０１４１】
次に、立体造形装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。図５は、立体造形物の製造装置の制御部を説明するためのブロック図である。
制御手段（制御部）５００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）５０１と、ＲＯＭ（Ｒｅｅｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。
ＣＰＵ５０１は、立体造形装置１０全体の制御を司る。ＲＯＭ５０２は、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含む立体造形プログラム、その他の固定データを格納する。ＲＡＭ５０３は、造形データ等を一時格納する。
制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ；Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）５０５を備えている。
制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５０６を備えている。
図５中、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物（立体造形物）を層状造形物毎にスライスされた切断面を示す２次元データ（造形データ）を作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構築されている。
制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）５０７を備えている。
制御部５００は、図３及び図４で示した造形ユニット２０の第１の吐出ヘッド１１を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８と、第２の吐出ヘッド１２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０９を備えている。
制御部５００は、造形ユニット２０をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット２０をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。
制御部５００は、図４に示した造形ステージ１４をＺ方向に昇降させる昇降手段１５を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。なお、Ｚ方向への昇降は造形ユニット２０を昇降させる構成とすることもできる。
制御部５００は、図１及び図３に示した平滑化ローラ１６を回転駆動するモータ２６を駆動するモータ駆動部５１６、第１の吐出ヘッド１１、第２の吐出ヘッド１２のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。
制御部５００は、ＵＶ照射ユニット１３による紫外線照射を制御する硬化制御部５１９を備えている。
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
制御部５００は、上述したように、造形データ作成装置６００から造形データを受信する。制御部５００は、入力された造形データに従い立体造形物を造形するよう駆動処理される。これにより、立体造形装置１０において、所望の立体造形物が造形される。
【０１４２】
＜吐出手段に造形用材料を放出させる制御の実施形態＞
立体造形装置１０の制御部５００は、メンテナンスのために、第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２により造形用材料を放出させる制御を行う。以下、造形用材料を放出させる処理について、詳細に説明する。
【０１４３】
図６は、所定の層状造形物を示す造形データの一例を示す模式図である。
造形データは、ピクセルの集合体として扱うことができる。
【０１４４】
例えば、Ｎ層目（Ｎは、自然数とする）の層状造形物における造形データの総エリア４００のピクセル数をＤＴ（Ｎ）とする。また、Ｎ層目の層状造形物の造形データにおいて、モデル材が吐出されるピクセルの数をＤＭ（Ｎ）とし、サポート材が吐出されるピクセルの数をＤＳ（Ｎ）とする。
【０１４５】
造形ユニット２０により造形用材料が吐出される吐出エリア４０１のピクセル数（吐出箇所数）は、ＤＴ（Ｎ）又はＤＭ（Ｎ）とすることができる。また、吐出箇所数は、ＤＴ（Ｎ）とＤＭ（Ｎ）の和としてもよい。
非吐出エリア４０２のピクセル数（非吐出箇所数）は、ＤＴ（Ｎ）から、ＤＴ（Ｎ）とＤＭ（Ｎ）の和を減算した数とする。
【０１４６】
図７は、複数の隣接する層状造形物を示す造形データの一例を示す模式図である。図７では、層状造形物４２０から層状造形物４２３が隣接している様子を示している。
吐出割合の算出において、例えば、１００層の隣接する層状造形物における吐出割合を算出する場合、Ｍ層目（Ｍは、自然数とする）からＭ＋１００層目までのモデル材の吐出割合は、下記数式１で表せる。
【０１４７】
【数１】
2019147329.tif 000003
【０１４８】
同様にして、例えば、１００層の隣接する層状造形物における吐出割合を算出する場合、Ｍ層目からＭ＋１００層目までのサポート材の吐出割合は、下記数式２で表せる。
【０１４９】
【数２】
2019147329.tif 000004
【０１５０】
立体造形装置１０の制御部５００は、このようにして求めた吐出割合に応じて第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２から造形用材料（ここでは、モデル材及びサポート材）を放出させる制御（メンテナンス）を行う。
【０１５１】
次に、第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２により造形用材料を放出させる制御を有し、本発明の立体造形物の製造方法と同様の機能をコンピュータに実行させる本発明の立体造形プログラムについて説明する。本発明の立体造形プログラムによる処理は、上述した立体造形装置１０を構築する制御部５００を有するコンピュータを用いて実行することができる。
【０１５２】
図８は、立体造形プログラムの処理手順の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１では、制御部５００は、Ｉ／Ｆ５０６が受信した立体造形装置１０が造形する立体造形物についての造形データを受け付けると、処理をＳ１０２に移行する。
ステップＳ１０２では、制御部５００は、操作パネル５２２を介して入力された第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２から吐出するモデル材及びサポート材の種類や物性などの情報を受け付けると、処理をＳ１０３に移行する。
ステップＳ１０３では、制御部５００は、Ｓ１０１及びＳ１０２で受け付けた情報に基づき、１００層の隣接する層状造形物における吐出割合を、モデル材及びサポート材でそれぞれ算出すると、処理をＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０４では、制御部５００は、まだ造形していない層状造形物の数が１００層以上あるか否かを判定する。まだ造形していない層状造形物の数が１００層以上ある場合には、処理をＳ１０５に移行する。一方、まだ造形していない層状造形物の数が１００層未満である場合には、処理をＳ１０８に移行する。
ステップＳ１０５では、制御部５００は、Ｓ１０１で受け付けた造形データに基づいて立体造形装置１０により層状造形物を造形させる。そして、制御部５００は、造形した層状造形物を積層させる処理を１００回繰り返すことで、層状造形物を１００層積み重ねさせると、処理をＳ１０６に移行させる。
ステップＳ１０６では、制御部５００は、Ｓ１０５で造形させた１００層の層状造形物における吐出割合が、予め定めた所定値以下であるか否かを判定する。吐出割合が所定値以下である場合には、処理をＳ１０７に移行する。一方、吐出割合が所定値より高い場合には、処理をＳ１０４に戻す。
ステップＳ１０７では、制御部５００は、メンテナンス機構６１により第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２のメンテナンスを行わせると、処理をＳ１０４に戻す。第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２のメンテナンスでは、第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２に造形用材料を放出させる処理の他に、第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２をワイパ６３でワイピング（払拭）させてもよい。
ステップＳ１０８では、制御部５００は、Ｓ１０１で受け付けた造形データに基づいて、立体造形装置１０により層状造形物を造形させ、造形した層状造形物を積層させる処理を、全ての層状造形物を積層し終わるまで繰り返し、本処理を終了する。
【０１５３】
以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。
【０１５４】
＜モデル材の調製＞
イソボルニルアクリレート（共栄化学株式会社製）６０質量部、アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ、ＫＪケミカルズ株式会社製）１０質量部、及びウレタンアクリレート（商品名：ＵＶ−１７００Ｂ、日本合成化学工業株式会社製、分子量：２，０００）３０質量部をビーカーにて均一に混合した。その後、反応開始剤（商品名：イルガキュア８１９、ＢＡＳＦ社製）２質量部を加え、さらに均一に混合し、フィルター（商品名：ＣＣＰ−ＦＸ−Ｃ１Ｂ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製、平均孔径：３μｍ）を通過させてモデル材を得た。
【０１５５】
＜サポート材の調製＞
アクリロイルモルホリン（ＡＣＭＯ、ＫＪケミカルズ株式会社製）４０質量部、ポリオキシプロピレングリコール６０質量部、反応開始剤（商品名：イルガキュア８１９、ＢＡＳＦ社製）３質量部、及び重合禁止剤（商品名：フェノチアジン、東京化成株式会社製）０．１質量部を均一に混合し、フィルター（商品名：ＣＣＰ−ＦＸ−Ｃ１Ｂ、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製、平均孔径：３μｍ）を通過させてサポート材を得た。
【０１５６】
図１に示す立体造形物の製造装置において、インクジェットヘッド（商品名：ＭＨ２４２０、リコーインダストリー株式会社製）に通じる３つのタンクに、得られたモデル材及びサポート材を充填した。
【０１５７】
本実施例では、第１の吐出ヘッド１１及び第２の吐出ヘッド１２のメンテナンスを、吐出割合が所定値以下となったと判定された場合に実行する。ここでは、適切な所定値を求めるため、チャネル抜け評価と造形物平坦性評価を行った。
【０１５８】
＜チャネル抜け評価＞
チャネル抜け評価では、インクジェットヘッドのチャネル抜けの個数を評価する。
チャネル抜けとは、本実施例では、インクジェットヘッドのチャネル（吐出孔）から、正しく造形用材料が吐出されないことを意味する。
【０１５９】
チャネル抜け評価として、モデル材及びサポート材の吐出割合を１２％〜６０％に設定した１００層の造形を連続的にそれぞれ実施した。その後、造形物を除去し、造形物の高さより０．２ｍｍ低いステージを設置し、その上に厚さ０．１ｍｍのＯＨＰシートを固定した。固定したＯＨＰシートに対して、インクジェットヘッドの全チャネルからモデル材及びサポート材の液滴を連続的に１０滴吐出して直線状に画像チャートを描画した。
描画した画像チャートから、チャネルによりモデル材及びサポート材が正常に吐出しているかを判断した。判断基準としては、所定滴数がデータどおりに直線状に形成されているチャネルの数で判断を行い、直線ではなく曲がりや抜けを異常と判断した。
異常な吐出をした異常チャネルが少なくとも２チャネル以下である場合を〇、異常チャネルが２チャネルより多く、１０チャネル以下の場合を△、異常チャネルが１０チャネル多い又は隣接するチャネルが連続で異常吐出をした場合を×と判断した。本実施例で用いるインクジェットヘッドのチャネル数は３８４チャネルとした。
【０１６０】
＜造形物平坦性評価＞
造形物平坦性評価では、特定の吐出割合で立体造形物を製造した後に、別の立体造形物を製造して、後に製造した立体造形物の平坦性を評価する。
【０１６１】
造形物平坦性評価では、まず、吐出割合を特定の値（１２％〜６０％）に設定した１００層の立体造形物を連続的に製造する。その後、製造した立体造形物を除去し、そのまま次に、全てのチャネルが吐出する条件となる一辺が６．５ｃｍである立方体の立体造形物を製造する。
造形物平坦性評価の判断基準としては、立方体の立体造形物の表面を目視で確認し、チャネル抜けによる凹が顕著または２か所以上確認された場合を×、チャネル抜けによる凹が１箇所確認された場合を△、チャネル抜けによる凹が確認されない場合を〇と判断した。
チャネル抜け評価と造形物平坦性評価の結果を表１に示す。
【０１６２】
【表１】
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【０１６３】
表１に示した結果から、モデル材及びサポート材において吐出不良が検出されなかった吐出割合の中で、吐出不良が検出されない値として、吐出割合を２０％に、一回のメンテナンスで放出される造形用材料の量を３．２ｇに設定した。吐出不良が発生しない範囲で、できるだけ低い値を所定値として設定することで、無駄なメンテナンスをすることなく、効率的に立体造形物を製造することができる。
【０１６４】
（実施例１）
上述したことを踏まえて、実施例１では、吐出割合が所定値以下となったと判定された場合に吐出手段のメンテナンスを実行するように制御し、所定値を２０％に、造形用材料の放出量を３．２ｇに設定し、１２，０００の層状造形物からなる立体造形物を製造した。なお、吐出割合は、１００層の隣接する層状造形物ごとに算出した値を用いた。製造した立体造形物の表層面は平滑であり、立体造形物の全体としての吐出割合は、２０％である。実行したメンテナンスは、インクジェットヘッドから造形用材料を放出するパージ処理及びインクジェットヘッドをワイパで払拭する払拭処理である。
その結果、製造した立体造形物にチャネル抜けによる凹部などの異常箇所は検出されなかった。
【０１６５】
（実施例２）
１〜３００層までの吐出割合が４０％、３０１〜４００層までの吐出割合が３０％、４０１〜６００層までの吐出割合が１０％となるような立体造形物を、実施例１と同様の条件で製造した。
製造した立体造形物の表層面は平滑である。
その結果、製造した立体造形物にチャネル抜けによる凹部などの異常箇所は検出されなかった。
【０１６６】
（比較例１）
立体造形物の製造の途中で、メンテナンスを実行せずに、実施例２と同一形状の立体造形物を製造した。
その結果、チャネル抜けによる凹部が、立体造形物の上部の表面で検出された。
【０１６７】
実施例１及び実施例２の結果から、本発明の立体造形物の製造方法を用いることにより、立体造形物の品質の低下を抑制するとともに、立体造形物を製造する際の廃液の量を抑制することができることが確認できた。
【０１６８】
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
＜１＞  複数の層状造形物を積層する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って、
吐出手段により造形用材料を吐出させる吐出工程と、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる放出工程と、を含む、
ことを特徴とする立体造形物の製造方法である。
＜２＞  前記放出工程は、所定数の隣接する前記層状造形物における前記吐出箇所数の割合が所定値以下となる場合に行う前記＜１＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜３＞  前記放出工程は、前記造形用材料の物性に応じて前記所定値を設定して行う前記＜２＞に記載の立体造形物の製造方法である。
＜４＞  前記放出工程は、前記吐出箇所数の割合に対して、前記吐出手段から放出させる前記造形用材料の量を相反させて行う前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の立体造形物の製造方法である。
＜５＞  複数の層状造形物を積層することで立体造形物を製造する立体造形物の製造装置であって、
造形用材料を吐出する吐出手段と、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる制御を行う制御手段と、を有する、
ことを特徴とする立体造形物の製造装置である。
＜６＞  前記制御手段の前記制御は、所定数の隣接する前記層状造形物における前記吐出箇所数の割合が所定値以下となる場合に行う前記＜５＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜７＞  前記制御手段の前記制御は、前記造形用材料の物性に応じて前記所定値を設定して行う前記＜６＞に記載の立体造形物の製造装置である。
＜８＞  前記制御手段の前記制御は、前記吐出箇所数の割合に対して、前記吐出手段から放出させる前記造形用材料の量を相反させて行う前記＜５＞から＜７＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置である。
＜９＞  複数の層状造形物を積層することで立体造形物を製造する処理をコンピュータに実行させる立体造形プログラムであって、
吐出手段により造形用材料を吐出させ、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする立体造形プログラムである。
＜１０＞  前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる処理は、所定数の隣接する前記層状造形物における前記吐出箇所数の割合が所定値以下となる場合に行う前記＜９＞に記載の立体造形プログラムである。
＜１１＞  前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる処理は、前記造形用材料の物性に応じて前記所定値を設定して行う前記＜１０＞に記載の立体造形プログラムである。
＜１２＞  前記吐出手段から前記造形用材料を放出させる処理は、前記吐出箇所数の割合に対して、前記吐出手段から放出させる前記造形用材料の量を相反させて行う前記＜９＞から＜１１＞のいずれかに記載の立体造形プログラムである。
＜１３＞  複数の層状造形物を積層することで立体造形物を製造する立体造形物の製造装置の洗浄方法であって、
所定の前記層状造形物における吐出箇所数及び非吐出箇所数の合計に対する前記吐出箇所数の割合に応じて、吐出手段から造形用材料を放出させる放出工程と、を含む、
ことを特徴とする立体造形物の製造装置の洗浄方法である。
＜１４＞  前記放出工程は、所定数の隣接する前記層状造形物における前記吐出箇所数の割合が所定値以下となる場合に行う前記＜１３＞に記載の立体造形物の製造装置の洗浄方法である。
＜１５＞  前記放出工程は、前記造形用材料の物性に応じて前記所定値を設定して行う前記＜１４＞に記載の立体造形物の製造装置の洗浄方法である。
＜１６＞  前記放出工程は、前記吐出箇所数の割合に対して、前記吐出手段から放出させる前記造形用材料の量を相反させて行う前記＜１３＞から＜１５＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置の洗浄方法である。
【０１６９】
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、前記＜５＞から＜８＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置、前記＜９＞から＜１２＞のいずれかに記載の立体造形プログラム、前記＜１３＞から＜１６＞のいずれかに記載の立体造形物の製造装置の洗浄方法によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７０】
【特許文献１】特開２０１５−２２１５１６号公報
【符号の説明】
【０１７１】
１０    立体造形装置
１１    第１の吐出ヘッド
１２    第２の吐出ヘッド
１４    造形ステージ
２０    造形ユニット
６１    メンテナンス機構
５００  制御手段
【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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