(57)【要約】【課題】簡易な構成で欠損の抑制された造形物を得る。【解決手段】造形装置１０は、容器１２と、照射部２０と、造形ステージ１６（保持部材）と、を備える。容器１２は、放射線Ｅの照射により硬化する硬化性樹脂１４を貯留する。照射部２０は、硬化性樹脂１４に放射線Ｅを照射する。造形ステージ１６は、少なくとも一部を硬化性樹脂１４に浸漬され、硬化性樹脂１４における放射線Ｅの照射により硬化した硬化層２２を保持する。容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔が、所定値以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の照射により硬化する硬化性樹脂を貯留する容器と、
前記硬化性樹脂に放射線を照射する照射部と、
少なくとも一部を前記硬化性樹脂に浸漬され、前記硬化性樹脂における前記放射線の照射により硬化した硬化層を保持する保持部材と、
を備え、
前記容器の内壁と前記保持部材との水平方向の間隔が、所定値以下である、
造形装置。
【請求項２】
前記間隔が、下記式（１）を満たす、
請求項１に記載の造形装置。
ＣＬ≦０．５（（Ｖ／０．２９ｄ＋ｄ２）０．５−ｄ）        式（１）
（前記式（１）中、ＣＬは、前記間隔を示し、Ｖは前記容器内の前記硬化性樹脂の容積を示し、ｄは、前記保持部材の水平方向の長さを示す。）
【請求項３】
前記間隔が、下記式（２）を満たす、
請求項１または請求項２に記載の造形装置。
５≦ＣＬ≦１．７５Ｈ−ｄ／２
５≦ＣＬ≦０．５（（Ｖ／０．２９ｄ＋ｄ２）０．５−ｄ）      式（２）
（前記式（２）中、ＣＬは、前記間隔を示し、Ｖは前記容器内の前記硬化性樹脂の容積を示し、ｄは、前記保持部材の水平方向の長さを示す。）
【請求項４】
前記間隔が、下記式（３）を満たす、
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の造形装置。
５≦ＣＬ≦４０      式（３）
（前記式（３）中、ＣＬは、前記間隔を示す。）
【請求項５】
前記間隔が、下記式（４）を満たす、
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の造形装置。
５≦ＣＬ≦２０      式（４）
（前記式（４）中、ＣＬは、前記間隔を示す。）
【請求項６】
前記硬化性樹脂は、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、およびジアリルフタレート樹脂から選ばれる１種以上の熱硬化性樹脂の前駆体と、重合開始剤と、を含む、
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記硬化性樹脂は、ファイバーおよびフィラーの少なくとも一方を含む、
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記ファイバーは、ガラスファイバー、カーボンファイバー、アラミドファイバー、およびアルミファイバーから選ばれる１種以上である、
請求項７に記載の造形装置。
【請求項９】
放射線の照射により硬化する硬化性樹脂を貯留する容器と、前記硬化性樹脂に放射線を照射する照射部と、前記硬化性樹脂における前記放射線の照射により硬化した硬化層を保持する保持部材と、を備え、前記容器の内壁と前記保持部材との間隔が所定値以下である、造形装置を用いた造形方法であって、
前記保持部材の少なくとも一部を前記硬化性樹脂に浸漬させる浸漬工程と、
前記硬化性樹脂に放射線を照射する照射工程と、
放射線の照射によって硬化した前記硬化層を保持した前記保持部材を、反鉛直方向に移動させて前記容器の底面から離間させる離間工程と、
を含む造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置および造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型などを用いずに造形物を作製する装置として、３Ｄプリンタが普及しつつある。例えば、刺激硬化性の樹脂溶液に造形ステージを浸漬させ、該樹脂溶液に刺激を加えることで硬化層を形成し、更に該造形ステージを引き上げる、といった一連の工程を繰返すことで、硬化層を積層した造形物を造形する技術が知られている。
【０００３】
ここで、造形ステージを樹脂溶液から引き上げた直後の状態では、容器内の樹脂溶液に凹みが生じている場合がある。そして、そのまま次の硬化層の造形を行うと、樹脂溶液の凹み部分が次に形成される硬化層の欠損を引き起こし、欠損を有する造形物が作製される場合がある。特許文献１には、１層の硬化層を造形するごとに、板状の水平化手段を用いて樹脂溶液の凹みを均す技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来では、樹脂溶液の表面を均すための機構を別途設ける必要があった。また、従来では、容器内に、常に多量の樹脂溶液を貯留させておく必要があった。このため、従来では、簡易な構成で欠損の抑制された造形物を得ることは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で欠損の抑制された造形物を得ることの可能な、造形装置および造形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】
上述した課題を解決するために、造形装置は、放射線の照射により硬化する硬化性樹脂を貯留する容器と、前記硬化性樹脂に放射線を照射する照射部と、少なくとも一部を前記硬化性樹脂に浸漬され、前記硬化性樹脂における前記放射線の照射により硬化した硬化層を保持する保持部材と、を備え、前記容器の内壁と前記保持部材との水平方向の間隔が、所定値以下である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な構成で欠損の抑制された造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、造形装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、造形装置の上面図の一例である。
【図３】図３は、造形方法の一例の説明図である。
【図４】図４は、硬化性樹脂の広がり特性の説明図である。
【図５】図５は、広がり距離と時間との関係を示す図である。
【図６】図６は、高さとＬ／Ｈの関係を示す図である。
【図７】図７は、硬化性樹脂の粘度とＬ／Ｈとの関係を示す図である。
【図８】図８は、実験値と近似値を重ね合わせて示した線図である。
【図９】図９は、造形ステージ長さと深さとの関係を示す線図である。
【図１０】図１０は、深さの説明図である。
【図１１】図１１は、間隔と容積との関係を示す線図である。
【図１２】図１２は、評価条件および評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら、本実施の形態の造形装置および造形方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、本明細書において、同じ構成および機能を示す部分には、同じ符号を付与し、詳細な説明を省略する場合がある。
【００１０】
図１は、本実施の形態の造形装置１０の一例を示す模式図である。
【００１１】
造形装置１０は、制御部１１と、容器１２と、造形ステージ１６と、支持部材１８と、照射部２０と、を備える。
【００１２】
制御部１１は、造形装置１０に設けられた装置各部の駆動を制御する。制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）あるいは回路などによって構築されている。制御部１１は、造形装置１０に設けられた各部と電気的に接続されている。
【００１３】
容器１２は、硬化性樹脂１４を貯留する容器である。容器１２は、反鉛直方向ＺＢ側が開口し、鉛直方向ＺＡ側に底部１２Ａが形成されている。本実施の形態では、底部１２Ａの底面Ａの延伸方向は、水平方向Ｗに一致する。底部１２Ａの縁部には、反鉛直方向ＺＢ側に向かって突出した側壁部１２Ｂが設けられている。このため、容器１２は、底部１２Ａおよび側壁部１２Ｂによって形成され、容器１２の内側に硬化性樹脂１４を貯留可能に構成されている。
【００１４】
硬化性樹脂１４は、放射線Ｅの照射により硬化する樹脂溶液である。放射線Ｅは、例えば、電磁波または粒子線である。本実施の形態では、放射線Ｅは、電磁波または電子線の少なくとも一方である。
【００１５】
また、硬化性樹脂１４は、粘性を有する。本実施の形態では、粘性を有する、とは、温度２５℃の環境における粘度が、２００ｍＰ・ｓｅｃ以上であることを示す。なお、硬化性樹脂１４の粘度の上限は限定されないが、後述するように、８０００ｍＰ・ｓｅｃ以下が好ましい。
【００１６】
硬化性樹脂１４は、例えば、熱硬化性樹脂の前駆体と、重合開始剤と、を含む。
【００１７】
熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂及びジアリルフタレート樹脂から選ばれる１種以上である。
【００１８】
熱硬化性樹脂の前駆体は、例えば、放射線Ｅの照射により重合する、前記熱硬化性樹脂の少なくとも１種以上の混合物からなる。なお、熱硬化性樹脂の前駆体は、アクリルや、ビニルモノマを更に含んだものであってもよい。
【００１９】
硬化性樹脂１４中の熱硬化性樹脂の前駆体の含有量は、限定されない。
【００２０】
また、硬化性樹脂１４は、更に、ファイバーおよびフィラーの少なくとも一方を含んでいてもよい。ファイバーまたはフィラーを含むことにより、硬化性樹脂１４を用いて作製した造形物の、耐熱性や強度を向上させることができる。
【００２１】
ファイバーは、例えば、ガラスファイバー、カーボンファイバー、アラミドファイバー、金属ファイバー等である。金属ファイバーにおける金属は、例えば、アルミニウム、マグネシウム等である。
【００２２】
フィラーは、例えば、カーボンナノチューブ、セルロースナノファイバー、ガラスビーズ、フラーレン等である。
【００２３】
なお、硬化性樹脂１４は、これらのファイバーおよびフィラーの少なくとも一方を、１種含んだものであってもよいし、複数種類含んだものであってもよい。
【００２４】
ファイバーの形状は限定されない。例えば、ファイバーの繊維径は、１μｍ〜３０μｍが好ましく、２μ〜２５μｍがより好ましく、４μｍ〜１５μｍがさらに好ましい。また、ファイバーの繊維長は、５０μｍ以上３０００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以上３０００μｍ以下がより好ましく、３００μｍ以上３０００μｍ以下が特に好ましい。
【００２５】
ファイバーの繊維径および繊維長は、平均値を表し、硬化物について、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）により測定を行い、５箇所の平均を求めて得られる。
【００２６】
なお、ファイバーおよびフィラーと熱硬化性樹脂との密着性向上の観点から、収束剤の添加や、ファイバーおよびフィラーの表面処理を行うことが好ましい。
【００２７】
ファイバーおよびフィラーの表面処理は、例えば、表面の疎水化処理である。疎水化処理の方法は、限定されない。疎水化処理に用いる疎水化処理剤は、例えば、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、ジメチルジクロロシラン（ＤＭＤＳ）等のシランカップリング剤、ジメチルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル等のシリコーンオイル処理剤などである。これらの中では、シランカップリング剤を用いることが好ましい。
【００２８】
硬化性樹脂１４におけるファイバーおよびフィラーの含有量は限定されない。例えば、硬化性樹脂１４におけるファイバーおよびフィラーの含有量は、合計で、５質量％以上９０質量％以下が好ましく、１０質量％以上６０質量％以下が更に好ましく、２０質量％以上６０質量％以下が特に好ましい。
【００２９】
硬化性樹脂溶液に含まれる重合開始剤は、放射線Ｅを吸収する重合開始剤である。硬化性樹脂溶液に含まれる硬化性樹脂の前駆体は、重合開始剤が放射線Ｅを吸収することで重合反応が進行し、硬化する。
【００３０】
重合開始剤は、例えば、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤、アニオン重合開始剤及び光熱変換剤から選ばれる１種以上である。
【００３１】
硬化性樹脂溶液中の重合開始剤の含有量は限定されない。例えば、硬化性樹脂溶液中の重合開始剤の含有量は、０．０１質量％〜５質量％である。
【００３２】
なお、硬化性樹脂溶液は、必要に応じて、他の成分を含んでいてもよい。
【００３３】
次に、造形ステージ１６について説明する。造形ステージ１６は、保持部材の一例である。造形ステージ１６は、硬化性樹脂１４における放射線Ｅの照射により硬化した硬化層２２を保持する。詳細には、造形ステージ１６は、硬化性樹脂１４に浸漬された状態で硬化性樹脂１４に放射線Ｅが照射されることにより硬化した硬化層２２を保持する（詳細後述）。
【００３４】
図２は、造形装置１０の上面図の一例である。図１および図２に示すように、造形ステージ１６は、容器１２の反鉛直方向ＺＢ側に配置されている。造形ステージ１６は、容器１２の開口１２Ｃを介して、容器１２内に貯留された硬化性樹脂１４に浸漬および硬化性樹脂１４から離間可能な位置に配置されている。
【００３５】
詳細には、造形ステージ１６は、容器１２の開口１２Ｃに対向する位置に配置されている。言い換えると、造形ステージ１６は、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ側端面と、容器１２に貯留された硬化性樹脂１４の液面（硬化性樹脂１４の反鉛直方向ＺＢ側端面）と、が対向するように配置されている。なお、造形ステージ１６は、容器１２の開口１２Ｃの中央に対向する位置に配置されていることが好ましい。
【００３６】
造形ステージ１６の形状は限定されない。造形ステージ１６の形状は、少なくとも硬化性樹脂１４に対向する側の面が水平方向Ｗに一致する平面であればよく、その形状は限定されない。例えば、造形ステージ１６は、板状の部材である。具体的には、造形ステージ１６の形状は、立方体状、直方体状、円柱状、などである。本実施の形態では、造形ステージ１６が、直方体である場合を一例として説明する。
【００３７】
造形ステージ１６の水平方向Ｗの大きさは、少なくとも、容器１２の開口１２Ｃを介して造形ステージ１６を鉛直方向ＺＡと反鉛直方向ＺＢに往復移動可能な大きさであればよい。このため、造形ステージ１６の水平方向Ｗの大きさは、少なくとも、容器１２の開口１２Ｃの面積（水平方向Ｗの面積）より小さいことが必須である。
【００３８】
なお、水平方向Ｗは、図２に示す例では、鉛直方向ＺＡに垂直な２軸方向（第１方向Ｘ、第２方向Ｙ）に沿った平面で表される。なお、第１方向Ｘおよび第２方向Ｙは、互いに直交し、且つ、鉛直方向ＺＡに対して直交する方向である。
【００３９】
以下、鉛直方向ＺＡおよび反鉛直方向ＺＢを総称して説明する場合には、高さ方向Ｚ方向と称して説明する場合がある。
【００４０】
図１に戻り説明を続ける。支持部材１８は、造形ステージ１６を支持する。支持部材１８は、例えば、高さ方向Ｚに長い棒状部材である。支持部材１８の鉛直方向ＺＡの下流側端部には造形ステージ１６設けられている。造形ステージ１６から造形物を取り外す作業を容易にするため、造形ステージ１６は支持部材１８から取り外し可能であることが好ましい。支持部材１８の鉛直方向ＺＡの上流側端部は、駆動部を介して制御部１１に接続されている。駆動部は、支持部材１８を高さ方向Ｚ（鉛直方向ＺＡおよび反鉛直方向ＺＢ）に往復移動させる。
【００４１】
このため、支持部材１８によって支持された造形ステージ１６は、容器１２に貯留された硬化性樹脂１４に接する方向（鉛直方向ＺＡ方向）と、硬化性樹脂１４から離間する方向（反鉛直方向ＺＢ）と、に往復移動可能に保持されている。
【００４２】
照射部２０は、硬化性樹脂１４に放射線Ｅを照射する。本実施の形態では、照射部２０は、容器１２の底部１２Ａを介して、容器１２内に貯留された硬化性樹脂１４に放射線Ｅを照射する。
【００４３】
容器１２の底部１２Ａは、放射線Ｅを透過する材料で構成されている。例えば、容器１２の底部１２Ａを、アクリル樹脂で構成する。照射部２０から照射された放射線Ｅは、容器１２の底部１２Ａを透過して硬化性樹脂１４に到る。そして、硬化性樹脂１４における、放射線Ｅの照射された領域が硬化し、硬化層２２が造形される。
【００４４】
本実施の形態では、照射部２０は、造形領域Ｐに、放射線Ｅを照射する。造形領域Ｐは、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ側端面と、容器１２の底部１２Ａの底面Ａと、の間の領域である。
【００４５】
なお、照射部２０は、容器１２に収容されている硬化性樹脂１４が硬化する放射線Ｅを、造形領域Ｐに照射可能な機器であればよい。
【００４６】
例えば、硬化性樹脂１４が、放射線Ｅとして、電子線または電磁波により硬化すると仮定する。この場合、照射部２０は、例えば、紫外線（ＵＶ）、半導体レーザ、高圧水銀ランプや、赤外線レーザ等の光源から放射線Ｅを照射する照射部２０を用いればよい。
【００４７】
そして、照射部２０は、これらの光源から出射した放射線Ｅを、必要に応じて、コリメーターレンズ、ｆθレンズ、ガルバノミラー、ポリゴンミラーなどにより制御し、造形領域Ｐに照射する。なお、照射部２０には、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、登録商標）を用いてもよい。
【００４８】
照射部２０が照射する放射線Ｅの波長は、硬化性樹脂１４が硬化する波長の放射線Ｅであればよく、限定されない。例えば、硬化性樹脂１４が、紫外線、可視光線、赤外線などの電磁波の照射によって硬化する樹脂である場合、照射部２０は、３６５ｎｍ〜２０００ｎｍの電磁波を照射する機器であればよい。
【００４９】
照射部２０によって硬化性樹脂１４が硬化することで、硬化性樹脂１４の硬化によって形成された硬化層２２が、造形ステージ１６によって保持されることとなる。すなわち、造形ステージ１６は、造形ステージ１６が硬化性樹脂１４に浸漬された状態のときに造形領域Ｐに放射線Ｅが照射されることで硬化した硬化層２２を、保持する。
【００５０】
次に、本実施の形態の造形装置１０における、造形物の造形方法を説明する。
【００５１】
図３は、造形物２４の造形方法の一例の説明図である。
【００５２】
まず、容器１２内に、硬化性樹脂１４を供給する（図３（Ａ）参照）。そして、造形ステージ１６を、硬化性樹脂１４を貯留した容器１２の開口１２Ｃ上に配置する。
【００５３】
そして、硬化性樹脂１４を貯留した容器１２の底部１２Ａの底面Ａに向かって、造形ステージ１６を鉛直方向ＺＡに下降させる（図３（Ｂ）参照）。制御部１１が、支持部材１８を鉛直方向ＺＡへ移動するように駆動部を制御することで、支持部材１８によって支持された造形ステージ１６が、鉛直方向ＺＡ方向に移動する。この工程により、造形ステージ１６の少なくとも一部を硬化性樹脂１４に浸漬させる（浸漬工程）。
【００５４】
なお、硬化性樹脂１４に浸漬させるとは、造形ステージ１６を硬化性樹脂１４の表面に接触、または、該硬化性樹脂１４内に造形ステージ１６の少なくとも一部を侵入させることを意味する。硬化性樹脂１４内に造形ステージ１６が侵入すると、硬化性樹脂１４が造形ステージ１６の周囲に押し退けられる（図３（Ｂ）参照）。
【００５５】
なお、浸漬工程において、制御部１１は、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡの下流側端面と、底部１２Ａの底面Ａと、の距離が、造形対象の１層分の硬化層２２の厚みと一致する距離となるように、造形ステージ１６の高さ方向Ｚにおける位置を調整する。造形対象の１層分の硬化層２２の厚みは、例えば、２０μｍ〜１００μｍである。そして、該距離となったときに、制御部１１は、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡへの移動を停止する。
【００５６】
次に、照射部２０が、硬化性樹脂１４における、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ側端面と、容器１２の底部１２Ａの底面Ａと、の間の造形領域Ｐに放射線Ｅを照射する（照射工程）。このため、硬化性樹脂１４における放射線Ｅによって照射された領域が硬化し、硬化した硬化性樹脂１４である硬化層２２が、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ下流端面に保持される。
【００５７】
次に、図３（Ｃ）に示すように、制御部１１は、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに移動させる。この処理により、制御部１１は、放射線Ｅの照射によって硬化した硬化層２２を保持した造形ステージ１６を、容器１２の底面Ａから離間させる（離間工程）。
【００５８】
なお、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに引き上げる前の状態では、硬化層２２は、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ下流側端面と容器１２の底部１２Ａとの双方に接着した状態となっている。そして、離間工程において、制御部１１は、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに移動させることで、造形ステージ１６によって保持された硬化層２２と、容器１２の底部１２Ａと、を引きはがす。このため、硬化層２２が容器１２の底部１２Ａに接着することを抑制する観点から、容器１２の底部１２Ａの底面Ａは、硬化層２２の離間を促進する材料で予めコーティングされていることが好ましい。このような材料には、例えば、シリコーン樹脂を用いればよい。
【００５９】
上記浸漬工程、上記照射工程、および上記離間工程を経ることで、造形ステージ１６には、１層分の硬化層２２が造形される。
【００６０】
そして、制御部１１は、必要に応じて、容器１２内への硬化性樹脂１４の補充と、上記浸漬工程、上記照射工程、および上記離間工程（図３（Ｂ）〜図３（Ｃ））と、を繰り返すように、支持部材１８に接続された駆動部および照射部２０を制御する。この繰返しの制御により、造形ステージ１６には、硬化層２２を複数積層した積層体である造形物２４が造形される。
【００６１】
なお、複数の硬化層２２の厚みは、同じ厚みであってもよいし、少なくとも１層が他の層と異なる厚みであってもよい。この場合、制御部１１が、上記浸漬工程において、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ下流側端面と、底部１２Ａの底面Ａと、の距離を調整することで、硬化層２２の厚みを調整することができる。
【００６２】
ここで、硬化性樹脂１４の粘度が高いほど、造形領域Ｐに硬化性樹脂１４が流入しにくくなる。詳細には、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、前回の硬化層２２の造形時に硬化性樹脂１４に形成された硬化層２２による凹みＱが、次回の硬化層２２の造形時までに硬化性樹脂１４によって充填されない場合がある。すると、硬化性樹脂１４の凹みＱ部分が、次回形成される硬化層２２に欠損を引き起こし、欠損を有する造形物２４が作製される場合がある。
【００６３】
そこで、本実施の形態の造形装置１０では、容器１２の内壁Ｂと、造形ステージ１６と、の水平方向Ｗの間隔を、所定値以下とする。
【００６４】
図１および図２を用いて説明する。容器１２の内壁Ｂとは、容器１２の側壁部１２Ｂにおける内側の面を示す。内側の面とは、容器１２の内側の面を意味する。また、容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔ＣＬは、内壁Ｂと、造形ステージ１６と、の対向面間の水平方向Ｗにおける最短距離を示す。
【００６５】
容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔ＣＬが所定値以下であると、容器１２に貯留された硬化性樹脂１４の量が少量であっても、造形ステージ１６が硬化性樹脂１４から離間されたときに、該離間のタイミングから短時間で造形領域Ｐに硬化性樹脂１４が流れ込む。
【００６６】
すなわち、容器１２の内壁Ｂと、造形ステージ１６と、の水平方向Ｗが所定値以下であると、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに引き上げた際に、重力の作用により、硬化性樹脂１４の凹みＱに硬化性樹脂１４が流れこむ。このため、硬化層２２に欠損が生じる事を抑制することができる。
【００６７】
詳細には、上述したように、照射部２０が放射線Ｅを照射している間（照射工程）、制御部１１は、造形ステージ１６の移動を停止する。そして、制御部１１は、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ下流側端面と容器１２の底面Ａとの距離を、造形対象の１層分の硬化層２２の厚みと一致する距離とした状態で維持する。
【００６８】
このため、浸漬工程において造形ステージ１６によって押し出されることで一時的に厚みが不均一となった硬化性樹脂１４は、次の照射工程において造形ステージ１６の移動が停止することで、造形領域Ｐ以外の領域の厚みが均一化される。この状態から、離間工程によって造形ステージ１６が反鉛直方向ＺＢに引き上げられると、造形ステージ１６および硬化層２２が存在していた造形領域Ｐに、硬化性樹脂１４が流れ込む。
【００６９】
硬化性樹脂１４が造形領域Ｐに流れ込む現象は、２つの作用によって引き起こされる。
【００７０】
詳細には、上記現象は、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに引き上げたときに、容器１２と造形ステージ１６との間の造形領域Ｐが低圧となることで、周囲の硬化性樹脂１４が該造形領域Ｐに引き込まれる作用によって引き起こされる。
【００７１】
また、上述したように、硬化性樹脂１４は、粘性を有する。硬化性樹脂１４の粘性は、硬化性樹脂１４を構成する材料の種類や混合比などによって調整される。特に、硬化性樹脂１４がガラスフィラーを含む場合には、硬化性樹脂１４の粘度が高くなる。
【００７２】
そして、硬化性樹脂１４の粘度が高いほど、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに上昇させることで周囲の硬化性樹脂１４が造形領域Ｐに引き込まれる際に、硬化性樹脂１４が追従せずに空気が入り込む現象が発生する。この場合、造形ステージ１６が反鉛直方向ＺＢに上昇することにより生じる造形領域Ｐの低圧化による引込作用が、生じにくくなる。このため、この場合、重力による硬化性樹脂１４への作用によって、硬化性樹脂１４が造形領域Ｐへ流れ込むと考えられる。
【００７３】
ここで、本発明者らは、重力の作用のみで、造形対象の硬化層２２を作製するために十分な量の硬化性樹脂１４が造形領域Ｐへ流れ込むのであれば、硬化性樹脂１４の粘度に拘らず、硬化層２２への欠損の発生が抑制されると考えた。すなわち、硬化性樹脂１４に空気が入り込んだ場合であっても、重力の作用によって硬化性樹脂１４が造形領域Ｐに十分に流れ込めば、硬化層２２の欠損の発生が抑制されると考えた。
【００７４】
そこで、本発明者らは、鋭意研究した結果、間隔ＣＬが、下記式（１）を満たすことが好ましい事を見出した。
【００７５】
ＣＬ≦０．５（（Ｖ／０．２９ｄ＋ｄ２）０．５−ｄ）    式（１）
【００７６】
式（１）中、ＣＬは、容器１２の内壁Ｂと、造形ステージ１６と、の水平方向Ｗの間隔ＣＬを示す。また、式（１）中、Ｖは、容器１２内の硬化性樹脂１４の容積を示す。式（１）中、ｄは、造形ステージ１６の水平方向Ｗの長さを示す。
【００７７】
容器１２内における硬化性樹脂１４の深さＨとは、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡの端面が容器１２の底部１２Ａ（の底面Ａ）に接触した状態であるときの、容器１２内における硬化性樹脂１４の深さＨを示す。このとき、造形ステージ１６を保持する支持部材１８は、硬化性樹脂１４内に浸かっていない状態であるとする。このため、硬化性樹脂１４の深さＨは、詳細には、後述する図１０に示す状態における、硬化性樹脂１４の深さＨを示す。
【００７８】
造形ステージ１６の水平方向Ｗの長さｄとは、造形ステージ１６の鉛直方向ＺＡ下流側端面における、水平方向Ｗの長さｄを示す。なお、造形ステージ１６の水平方向Ｗの断面形状および大きさが、造形ステージ１６の高さ方向Ｚに一定である場合には、長さｄは、造形ステージ１６の水平方向Ｗの断面の長さであればよい。
【００７９】
なお、式（１）における、容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔ＣＬと、造形ステージ１６の水平方向Ｗの長さｄは、水平方向Ｗにおける同じ方向（例えば、第１方向Ｘ）における長さを意味する。このため、式（１）に、第１方向Ｘにおける造形ステージ１６の長さを当てはめる場合には、該式（１）によって算出される間隔ＣＬは、容器１２と造形ステージ１６との該第１方向Ｘにおける間隔ＣＬを意味する。同様に、式（１）に、第２方向Ｙにおける造形ステージ１６の長さを当てはめる場合には、該式（１）によって算出される間隔ＣＬは、容器１２と造形ステージ１６との該第２方向Ｙにおける間隔ＣＬを意味する。
【００８０】
なお、図２には、造形ステージ１６が、容器１２の開口１２Ｃの中心に配置された形態を示した。しかし、造形ステージ１６が、容器１２の開口１２Ｃの中心からずれた位置に配置される場合がある。この場合、式（１）における、容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔ＣＬと、造形ステージ１６の水平方向Ｗの長さｄは、所定方向（例えば、第１方向Ｘ）における、該所定方向の一端側の間隔ＣＬと他端側の間隔ＣＬの双方が、各々、式（１）を満たすことが好ましい。
【００８１】
なお、間隔ＣＬは、更に、下記式（２）を満たすことが好ましい。
【００８２】
５≦ＣＬ≦０．５（（Ｖ／０．２９ｄ＋ｄ２）０．５−ｄ）    式（２）
【００８３】
式（２）中、ＣＬは、間隔ＣＬを示し、Ｖは容器１２内の硬化性樹脂１４の容積を示し、ｄは、造形ステージ１６の水平方向の長さを示す。
【００８４】
また、間隔ＣＬは、更に、下記式（３）を満たすことが好ましい。
【００８５】
５≦ＣＬ≦４０      式（３）
【００８６】
また、間隔ＣＬは、更に、下記式（４）を満たすことが好ましい。
【００８７】
５≦ＣＬ≦２０      式（４）
【００８８】
式（２）〜式（４）中、ＣＬ、Ｖ、およびｄは、上記式（１）と同様である。
【００８９】
次に、上記（１）の導出の過程を説明する。
【００９０】
まず、硬化性樹脂１４が重力の作用により広がる特性を調べた。図４は、硬化性樹脂１４の重力の作用による広がり特性の計測の説明図である。
【００９１】
まず、容器１２として、ＤＷＳ（ＤｉｇｉｔａｌＷａｘ）社製の光造形装置（ＤｉｇｉｔａｌＷａｘ  ０２８Ｊ）用のトレイＲＴ８００を用意した。そして、硬化性樹脂１４として、ＤＷＳ社の材料ＡＢ００１に、日東紡績製ガラスファイバー  ＳＳ  ０５Ｃ−４０４を混合し、混合比を調整することで、粘度η［ｍＰ・ｓｅｃ］が８００、１５００、３１００、６５００の４種類の硬化性樹脂１４を得た。
【００９２】
次に、可動板３０を用いて、容器１２内の２５ｍｍ幅の領域に、硬化性樹脂１４を充填した。充填したときの硬化性樹脂１４の深さＨを測定した（図４（Ａ）参照）。そして、可動板３０を取り除いてからｔ秒後における、硬化性樹脂１４の広がり距離Ｌを計測した（図４（Ｂ）参照）。
【００９３】
なお、硬化性樹脂１４の深さＨを５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍの４条件とし、各条件において、５秒、１０秒、１５秒、２０秒、３０秒、６０秒の各々の後の距離Ｌを計測した。
【００９４】
図５に、８００、１５００、３１００、６５００の各々の粘度の硬化性樹脂１４を用いた場合の、上記深さＨの条件を上記４種類の条件の各々とした場合の、広がり距離Ｌと時間ｔとの関係を示した（図５（Ａ）〜図５（Ｄ）参照）。
【００９５】
図５に示すように、硬化性樹脂１４の深さＨが深いほど、硬化性樹脂１４の広がり距離Ｌは長くなった。
【００９６】
ここで、上記離間工程において造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに上昇させると、造形ステージ１６と容器１２の底部１２Ａとの間の造形領域Ｐに、硬化性樹脂１４の存在しない凹みＱが生じる。この造形領域Ｐ（凹みＱ）に周囲の硬化性樹脂１４が広がって流れ込むことで、該造形領域Ｐが硬化性樹脂１４によって再充填される。
【００９７】
なお、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに上昇させた状態を維持する時間が長くなるほど、硬化性樹脂１４が広がって造形領域Ｐが硬化性樹脂１４によって再充填されやすくなるが、造形時間の増大を招く。
【００９８】
このため、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに上昇させた状態を維持する時間、すなわち、上記可動板３０を取り除いてからｔ秒後に相当する時間を、５秒と仮定する。そして、硬化性樹脂１４の深さＨに対する広がり距離Ｌ、すなわち、Ｌ／Ｈを算出すると、図６に示す結果が得られた。
【００９９】
図６に示すように、硬化性樹脂１４の深さＨが１５ｍｍ以上となると、Ｌ／Ｈの値が略一定となった。
【０１００】
このため、硬化性樹脂１４の深さＨとして、１５ｍｍ以上の深さを想定し（Ｈ≧１５ｍｍ）し、硬化性樹脂１４の粘度とＬ／Ｈの値との関係を導出した。導出結果を図７に示した。
【０１０１】
図７に示す導出結果から、Ｌ／Ｈは、下記式（Ａ）で近似できる。
【０１０２】
Ｌ／Ｈ＝４０００／（η＋９００）＋１．３      ・・・（Ａ）
【０１０３】
なお、式（Ａ）中、ηは、硬化性樹脂１４の粘度を示す。
【０１０４】
図８は、図７に示す実験値に、上記式（Ａ）から算出したＬ／Ｈの近似値を重ね合わせて示した線図である。図８に示すように、上記式（Ａ）によって表されるＬ／Ｈの近似値は、実際の実験結果と略一致しているといえる。
【０１０５】
次に、本実施の形態の造形装置１０にあてはめて考察した。例えば、図２に示すように、容器１２および造形ステージ１６の水平方向Ｗの断面形状が正方形であると仮定する。また、造形ステージ１６は、容器１２の水平方向Ｗの中央に配置されていると仮定する。
【０１０６】
すると、造形ステージ１６を反鉛直方向ＺＢに引き上げたときに、造形ステージ１６と容器１２の底部１２Ａとの間の造形領域Ｐ（図３（Ｃ）も参照）に硬化性樹脂１４が流れ込む条件は、下記式（Ｂ）に示される関係となる。
【０１０７】
Ｌ≧ｄ／２      ・・・式（Ｂ）
【０１０８】
式（Ｂ）中、ｄは、上記式（１）と同様である。すなわち、式（Ｂ）中、ｄは、造形ステージ１６の水平方向Ｗの一辺の長さｄ［ｍｍ］を示す。Ｌは、上記式（Ａ）と同様であり、可動板３０を取り除いてから５秒後の硬化性樹脂１４の広がり距離Ｌを示す。
【０１０９】
ここで、境界条件に着目すると、下記式（Ｃ）が得られる。式（Ｃ）中、Ｌ、ＣＬ、およびｄは、式（Ｂ）と同様である。
【０１１０】
Ｌ＝ｄ／２      ・・・式（Ｃ）
【０１１１】
そして、式（Ｃ）を式（Ａ）に代入すると、下記式（Ｄ）が得られる。
【０１１２】
ｄ／２Ｈ＝４０００／（η＋９００）＋１．３  ・・・式（Ｄ）
【０１１３】
（Ｄ）中、ｄは、上記式（Ｂ）と同様である。式（Ｄ）中、Ｈ、ηは、上記式（Ａ）と同様である。
【０１１４】
上記式（Ｄ）より、ｄとＨの関係は図９のようになる。図９は、造形ステージ長さと深さとの関係を示す線図である。図１０に示すように、容器１２の底面に、長さＧの造形ステージ１６を接触させた状態の深さＨを想定する。
【０１１５】
つまり、ｄを固定して考えると、粘度が高いほど必要な硬化性樹脂１４の深さＨが深くなる。ここで、硬化性樹脂１４の粘度について考察した。上述した造形装置１０では、流動性を有する硬化性樹脂１４を用いる必要がある。流動性を有するためには、実質的に８０００ｍＰａ・ｓｅｃ以下であればよい。つまり８０００ｍＰａ・ｓｅｃの粘度の硬化性樹脂１４が適用できれば、実質的にどのような粘度の硬化性樹脂１４であっても適用可能と言える。
【０１１６】
図７に示すように粘度が高いほど広がり難くなる。このため、粘度が高いほど欠損が生じやすくなる。そのため、８０００ｍＰａ・ｓｅｃの粘度で欠損しない条件であれば、実質的にどのような硬化性樹脂１４でも欠損が生じなくなる。そこで以下は粘度８０００ｍＰａ・ｓｅｃの硬化性樹脂について考える。
【０１１７】
式（Ｄ）にη＝８０００を代入すると、下記式（Ｅ）が得られる。
【０１１８】
Ｈ＝０．２９ｄ        ・・・（Ｅ）
【０１１９】
ここで、必要な硬化性樹脂１４の容積Ｖ  ［ｃｃ］を求める。造形ステージ１６の高さが硬化性樹脂１４の深さＨよりも充分に高いと仮定すると、Ｖは下記式（Ｆ）で求められる。
【０１２０】
Ｖ＝Ｈ（（２ＣＬ＋ｄ）２−ｄ２）  （Ｆ）
【０１２１】
式（Ｆ）に式（Ｅ）を代入すると、下記式（Ｇ）が得られる。
【０１２２】
Ｖ＝０．２９ｄ（（２ＣＬ＋ｄ）２−ｄ２）    （Ｇ）
【０１２３】
式（Ｇ）から、ＣＬとＶの関係を図示すると、図１１のようになる。
【０１２４】
例えばｄ＝７５の場合を考えると、ＣＬ＝２０のときＶ＝１６３、ＣＬ＝４０のときＶ＝３９４、ＣＬ＝１００のときＶ＝１５００となり、ＣＬが大きいほど必要な硬化性樹脂１４の容積が増えることがわかる。
【０１２５】
従来の構成の造形装置（例えば、ＤＷＳ社のＤｉｇｉｔａｌＷａｘ０２８Ｊ）は、ｄ＝７５、ＣＬが１００ｍｍ程度である。このため粘度８０００ｍＰ・ｓｅｃの硬化性樹脂１４を用いる場合、欠損のない造形物を得るためには１５００［ｃｃ］もの多量の硬化性樹脂１４を容器１２内に貯蔵する必要がある。
【０１２６】
なお、容器１２および造形ステージ１６の水平方向Ｗの断面形状が正方形であると仮定して、上記式（Ｈ）を算出した。
【０１２７】
容器１２および造形ステージ１６の少なくとも一方の水平方向Ｗの断面形状が長方形の場合には、長軸方向および短軸方向の少なくとも一方が、式（１）を満たせばよい。
【０１２８】
また、造形ステージ１６は、容器１２の水平方向Ｗの中央からずれた位置に配置されていてもよい。この場合も、上記式（１）を満たすことで、欠損の抑制された造形物２４が得られる。
【０１２９】
なお、間隔ＣＬが小さいほど、造形ステージ１６の上下駆動の際に、造形ステージ１６を支持する支持部材１８に接続された駆動部に対する負荷が大きくなる。このため、間隔ＣＬは、５ｍｍ以上であることが好ましい。この観点から、間隔ＣＬは、上記式（２）（５≦ＣＬ≦０．５（（Ｖ／０．２９ｄ＋ｄ２）０．５−ｄ）を満たすことが好ましい。
【０１３０】
以上説明したように、本実施の形態の造形装置１０は、容器１２と、照射部２０と、造形ステージ１６（保持部材）と、を備える。容器１２は、放射線Ｅの照射により硬化する硬化性樹脂１４を貯留する。照射部２０は、硬化性樹脂１４に放射線Ｅを照射する。造形ステージ１６は、少なくとも一部を硬化性樹脂１４に浸漬され、硬化性樹脂１４における放射線Ｅの照射により硬化した硬化層２２を保持する。容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔ＣＬが、所定値以下である。
【０１３１】
従って、本実施の形態の造形装置１０は、簡易な構成で欠損の抑制された造形物２４を得ることができる。
【０１３２】
また、本実施の形態の造形装置１０は、上記効果に加えて、多量の硬化性樹脂１４を容器１２内に貯留させることなく、簡易な構成で欠損の抑制された造形物２４を得ることができる。
【０１３３】
上記間隔ＣＬは、上記式（１）〜式（４）の少なくとも１つを満たす。
【０１３４】
硬化性樹脂１４は、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、およびジアリルフタレート樹脂から選ばれる１種以上の熱硬化性樹脂の前駆体と、重合開始剤と、を含む。
【０１３５】
硬化性樹脂１４は、ファイバーおよびフィラーの少なくとも一方を含む。
【０１３６】
ファイバーは、ガラスファイバー、カーボンファイバー、アラミドファイバー、およびアルミファイバーから選ばれる１種以上である。
【０１３７】
本実施の形態の造形方法は、放射線Ｅの照射により硬化する硬化性樹脂１４を貯留する容器１２と、硬化性樹脂１４に放射線Ｅを照射する照射部２０と、硬化性樹脂１４における放射線Ｅの照射により硬化した硬化層２２を保持する造形ステージ１６と、を備え、容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との間隔ＣＬが所定値以下である、造形装置１０を用いた造形方法である。造形方法は、造形ステージ１６の少なくとも一部を硬化性樹脂１４に浸漬させる浸漬工程と、硬化性樹脂１４に放射線Ｅを照射する照射工程と、放射線Ｅの照射によって硬化した硬化層２２を保持した造形ステージ１６を、反鉛直方向ＺＡに移動させて容器１２の底面から離間させる離間工程と、を含む。
【実施例】
【０１３８】
以下の実施例および比較例において、造形装置１０および比較造形装置を用いて、造形物を作製した。
【０１３９】
造形装置１０には、図１に示す造形装置１０を用いた。
【０１４０】
比較造形装置には、ＤＷＳ社製  ＤｉｇｉｔａｌＷａｘ０２８Ｊを用いた。
【０１４１】
また、造形対象の１層分の硬化層２２の厚みは、５０μｍとした。
【０１４２】
硬化性樹脂１４として、以下の硬化性樹脂１〜硬化性樹脂３を用意した。なお、これらの硬化性樹脂１４（硬化性樹脂１〜硬化性樹脂３）の粘度は、東機産業製  ＴＶＥ−２２形粘度計を用い、回転数を調整して２５℃の条件で測定した。
【０１４３】
・硬化性樹脂１：ＤＷＳ社製のアクリル樹脂を含有するＡＢ００１に、日東紡績製ガラスファイバーＳＳ  ０５Ｃ−４０４を１０質量％添加することで作製した。硬化性樹脂１の粘度は、１０００ｍＰ・ｓｅｃであった。
・硬化性樹脂２：ＤＷＳ社製のアクリル樹脂を含有するＡＢ００１に、日東紡績製ガラスファイバーＳＳ  ０５Ｃ−４０４を４０質量％添加することで作製した。硬化性樹脂２の粘度は、３０００ｍＰ・ｓｅｃであった。
・硬化性樹脂３：ＤＷＳ社製のアクリル樹脂を含有するＡＢ００１に、日東紡績製ガラスファイバーＳＳ  ０５Ｃ−４０４を６０質量％添加することで作製した。この硬化性樹脂３の粘度は、８０００ｍＰ・ｓｅｃであった。
【０１４４】
なお、日東紡績製ガラスファイバーＳＳ  ０５Ｃ−４０４は、直径１０μｍ、平均繊維長１００μｍであった。
【０１４５】
上記硬化性樹脂１〜硬化性樹脂３を用いて、硬化性樹脂１４の深さＨおよび間隔ＣＬを調整し、第１方向Ｘ（幅方向）の長さ５０ｍｍ、第２方向Ｙ（奥行方向）の長さ５０ｍｍ、高さ方向Ｚ方向（高さ方向）の長さ１０ｍｍ、の直方体形状の造形物２４を作製した。
【０１４６】
なお、容器１２には、ＤＷＳ社製ＲＴ８００を用いた。そして、容器１２の内側にガラス板を用いることで、硬化性樹脂１４（硬化性樹脂１〜硬化性樹脂３）を貯留する領域を調整し、間隔ＣＬおよび容器１２内の硬化性樹脂１４（硬化性樹脂１〜硬化性樹脂３）の深さＨを調整した。
【０１４７】
そして、作製した造形物２４および比較造形物について、欠損の有無と、その他の異常を評価した。評価条件および評価結果を、図１２に示した。
【０１４８】
なお、図１２中、幅方向は、第１方向Ｘを示す（図２参照）。また、図１２中、奥行き方向は、第２方向Ｙを示す（図２参照）。
【０１４９】
図１２に示すように、容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔ＣＬが、所定値以下の関係を満たす（すなわち、式（１）に示す関係を満たす）実施例１〜実施例５は、欠損の無い造形物２４が得られた。また、実施例１〜実施例４については、その他の異常も見られなかった。その他の異常とは、造形中の異音の発生などである。
【０１５０】
一方、容器１２の内壁Ｂと造形ステージ１６との水平方向Ｗの間隔ＣＬが、所定値以下の関係を満たさない（すなわち、式（１）に示す関係を満たさない）比較例１〜比較例３では、欠損を含む比較造形物が得られた。
【０１５１】
このため、本実施例１〜実施例５では、簡易な構成で、欠損の抑制された造形物２４を得ることができることが、確認できた。
【０１５２】
なお、上記には、実施の形態および変形例を説明したが、上記実施の形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施の形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施の形態および変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５３】
１０  造形装置
１２  容器
１４  硬化性樹脂
１６  造形ステージ
２０  照射部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５４】
【特許文献１】特許５８９６２５３号公報
【図１】
2019162757.tif 000003
【図２】
2019162757.tif 000004
【図３】
2019162757.tif 000005
【図４】
2019162757.tif 000006
【図５】
2019162757.tif 000007
【図６】
2019162757.tif 000008
【図７】
2019162757.tif 000009
【図８】
2019162757.tif 000010
【図９】
2019162757.tif 000011
【図１０】
2019162757.tif 000012
【図１１】
2019162757.tif 000013
【図１２】
2019162757.tif 000014