(57)【要約】【課題】造形物以外の不要部分の除去性及び造形物の積層方向の強度を向上させる。【解決手段】造形材１１１を積層することにより造形物１０１を形成する工程と、造形物１０１の表面に離型材１１２からなる離型層１０２を付与する工程と、離型層１０２が付与された造形物１０１を造形材１１１が溶融する温度で加熱して造形材１１１を溶融させた後、離型層１０２が付与された積層体１１０を冷却して造形材１１１を固化させる工程と、離型層１０２を造形物１０１から剥離する工程とを実行する。離型材１１２の表面自由エネルギーは、２５ｍＮ／ｍより小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形材を積層することにより造形物を形成する工程と、
前記造形物の表面に離型材からなる離型層を付与する工程と、
前記離型層が付与された前記造形物を前記造形材が溶融する温度で加熱して前記造形材を溶融させた後、前記離型層が付与された前記造形物を冷却して前記造形材を固化させる工程と、
前記離型層を前記造形物から剥離する工程と、
を含み、
前記離型材の表面自由エネルギーは、２５ｍＮ／ｍより小さい、
造形物製造方法。
【請求項２】
前記離型材のＳＰ値は、前記造形材のＳＰ値より小さい、
請求項１に記載の造形物製造方法。
【請求項３】
前記離型材の線膨張率は、前記造形材の線膨張率より大きい、
請求項１又は２に記載の造形物製造方法。
【請求項４】
前記造形材の比重は、１より大きく、
前記離型材の比重は、１より小さい、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項５】
前記造形材の比重は、１より小さく、
前記離型材の比重は、１より大きい、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項６】
前記造形材の比重と前記離型材の比重との差が、０．３以上である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項７】
前記離型材は、ＰＭＰを主成分として含む、
請求項１〜４，６のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項８】
前記離型材は、ＦＥＰ、ＰＦＡ、変性ＰＴＦＥ、及びＰＶＤＦからなる群から選択される１つ以上の物質を主成分として含む、
請求項１〜３，５，６のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項９】
前記離型材の融点は、前記造形材の融点より高い、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１０】
前記離型層が付与された前記造形物の周囲に充填材を充填した状態で、前記離型層が付与された前記造形物を加熱する、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１１】
前記充填材は、銅鉄合金を含む、
請求項１０に記載の造形物製造方法。
【請求項１２】
前記離型層が付与された前記造形物をフィルムで覆い、前記フィルム内の空間を減圧しながら前記離型層が付与された前記造形物を加熱する、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１３】
前記造形物と前記離型層との間の空間を減圧しながら前記離型層が付与された前記造形物を加熱する、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１４】
前記造形物は、空隙部を形成するためのサポート体を含み、
前記サポート体は、前記サポート体を構成するサポート材と前記離型材とを含む、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１５】
前記サポート体は、前記サポート材と前記離型材とが立体格子状に配置されて構成される、
請求項１４に記載の造形物製造方法。
【請求項１６】
前記離型層は、溶融堆積法により付与される、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１７】
前記離型層の剥離は、水中で行われる、
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１８】
前記離型層が付与された前記造形物に加速度を与えることにより前記離型層を前記造形物から剥離する、
請求項１７に記載の造形物製造方法。
【請求項１９】
造形材を積層することにより造形物を形成する手段と、
前記造形物の表面に離型材からなる離型層を付与する手段と、
前記離型層が付与された前記造形物を前記造形材が溶融する温度で加熱して前記造形材を溶融させた後、前記離型層が付与された前記造形物を冷却して前記造形材を固化させる手段と、
前記離型層を前記造形物から剥離する手段と、
を備え、
前記離型材の表面自由エネルギーは、２５ｍＮ／ｍより小さい、
造形システム。
【請求項２０】
前記造形材を担持して搬送する担持体の表層部は、電子線照射架橋フッ素樹脂により構成される、
請求項１９に記載の造形システム。
【請求項２１】
前記担持体の基体部は、インバー合金により構成される、
請求項２０に記載の造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形物製造方法及び造形システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体的な造形物を製造する方法として、造形物の立体形状データから複数の断面形状データを生成し、各断面形状データに基づいて生成された複数の層を積層する積層造形法が利用されている。積層造形法は、層形成手法、積層手法等の違いにより複数種に分類される。例えば、電子写真プロセス、溶融堆積(ＦＤＭ：Fused  Deposition  Modeling)、光造形（Stereolithography）、粉体焼結（Selective  Laser  Sintering）、材料積層（Material  Jetting）、粉末固着（Binder  Jetting）、シート積層（Sheet  Lamination）、指向性エネルギー堆積（Directed  Energy  Deposition）等の技術を利用した積層造形法が知られている。
【０００３】
積層造形法により立体的な造形物を製造しようとするとき、目的とする造形物以外にサポート体を形成する必要が生じる場合がある。サポート体は、例えば、積層時に造形物の下部を支える必要がある場合や、空隙を有する造形物を製造する場合等に必要となる。このようなサポート体は最終的に造形物から分離される必要がある。
【０００４】
例えば、水を含む溶媒によりサポート体を容易に除去できるようにすることを目的として、サポート体を構成する粒子として、水溶性であって、コアの表面にコアより水に対する溶解度が小さいシェルを被覆した粒子を用いる方法が開示されている（特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術のように、特殊な構造を有する水溶性の粒子をサポート材（サポート体を構成する粒子）として用いる場合、造形材とサポート材との組み合わせに制限が生じ、使用可能な造形材の選択肢が狭まることが予想される。
【０００６】
また、立体的な造形物を製造する際に、造形物の形状を安定化させるための型材が必要になる場合がある。このような型材は、サポート体と同様に最終的には造形物から除去されなければならないが、従来技術によってはこのような型材の除去に関する問題を解決することができない。従って、型材、サポート体等の、造形物以外の不要部分の除去性を向上させるという点において、改善の余地がある。
【０００７】
更に、積層造形法共通の課題として、造形物の積層方向の強度が面方向に比べて不足しやすいということがある。これは、従来技術においては、層間の結合を強めるために造形物を加熱して積層界面を溶融させる際に、過度の溶融により造形物の形状が崩れることを避ける必要性から、十分な溶融を行うことが困難だからである。従って、造形物の積層方向の強度を向上させるという点においても改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、造形物以外の不要部分の除去性及び造形物の積層方向の強度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、造形材を積層することにより造形物を形成する工程と、前記造形物の表面に離型材からなる離型層を付与する工程と、前記離型層が付与された前記造形物を前記造形材が溶融する温度で加熱して前記造形材を溶融させた後、前記離型層が付与された前記造形物を冷却して前記造形材を固化させる工程と、前記離型層を前記造形物から剥離する工程と、を含み、前記離型材の表面自由エネルギーは、２５ｍＮ／ｍより小さいことを特徴とする造形物製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、造形物以外の不要部分の除去性及び造形物の積層方向の強度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る造形物製造方法の例を示すフローチャートである。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る造形システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の第１の例に係る積層体形成ユニットの構成例を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の第２の例に係る積層体形成ユニットの構成例を示す側面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態の第２の例に係る積層体形成ユニットの構成例を示す上面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態の第３の例に係る積層体形成ユニットの構成例を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態の第１の例に係る層の構造例を示す図である。
【図８】図８は、第１の実施形態の第２の例に係る層の構造例を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施形態の第１の例に係るサポート体の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１の実施形態に係る加熱冷却ユニットによる加熱工程の実行例を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係る加熱冷却ユニットによる冷却工程の実行例を示す図である。
【図１２】図１２は、第１の実施形態に係る剥離ユニットによる剥離工程の実行例を示す図である。
【図１３】図１３は、各種材料における比重と表面自由エネルギーとの関係例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、各種材料における表面自由エネルギーと引きはがし粘着力との関係例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、各種材料における比重とＳＰ値との関係例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、各種材料における比重と線膨張率との関係例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、造形材の候補となる材料の比重及び融点と、離型材の候補となる材料の比重及び融点との関係例を示す表図である。
【図１８】図１８は、大小２成分混合充填層における粒径比と小粒子混合分率と空間率との関係例を示すグラフである。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係る加熱冷却ユニットによる加熱冷却工程の実行例を示す図である。
【図２０】図２０は、第２の実施形態に係る剥離ユニットによる剥離工程の実行例を示す図である。
【図２１】図２１は、第３の実施形態に係る加熱冷却ユニットによる加熱冷却工程の実行例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、造形物製造方法及び造形システムの実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、及びいわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更、及び組み合わせを行うことができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
＜造形物製造方法＞
図１は、第１の実施形態に係る造形物製造方法の例を示すフローチャートである。本実施形態に係る造形物製造方法は、積層造形法を用いて立体的な造形物を製造するための方法である。本実施形態に係る造形物製造方法は、積層体形成工程Ｓ１、加熱冷却工程Ｓ２、及び剥離工程Ｓ３を含む。
【００１４】
積層体形成工程Ｓ１は、造形材１１１を積層することにより造形物１０１を形成する工程と、造形物１０１の表面に、離型材１１２からなる離型層１０２を付与する工程とを含む。本実施形態に係る積層体形成工程Ｓ１おいては、造形材１１１と離型材１１２とを含む層を積層することにより、離型層１０２に覆われた造形物１０１を含む積層体１１０を形成する。積層体形成工程Ｓ１は、離型層１０２が付与された造形物１１１を形成するための工程の一例である。
【００１５】
造形材１１１は、目的とする造形物１０１に応じて適宜選択されるべきものであるが、例えば、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＡ１２（ポリアミド１２）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＰＳＦ（ポリサルホン）、ＰＡ６（ポリアミド６）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等であり得る。また、造形材１１１は、結晶性樹脂に限らず、非晶性樹脂、又は結晶性及び非晶性の混合樹脂であってもよい。非晶性樹脂又は混合樹脂を用いる場合には、それらの融点がないため、造形材１１１を溶融させる温度はガラス転位点（絶対温度）の１．５倍等を基準として設定される。
【００１６】
離型層１０２は、造形物１０１の形状を安定化させる型材として機能するものである。また、離型層１０２は、造形物１０１とその周囲に存在する不要部分との間に介在し、造形物１０１から不要部分を分離するための層としても機能する。離型層１０２には高い剥離性が要求される。離型層１０２を構成する離型材１１２は、例えば、ＰＭＰ（ポリメチルペンテン）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、変性ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）等であり得る。
【００１７】
積層体１１０を構成する各層には、造形材１１１及び離型材１１２に加え、造形物１０１が存在しない部分（空隙部）に形成されるサポート体１０３を構成するサポート材１１３が含まれてもよい。サポート体１０３は、造形物１０１の積層時に造形物１０１の下部を支えたり、造形物１０１内に空隙を形成したりするために形成されるものであり、最終的には造形物１０１から除去される不要部分の１つである。造形材１１１、離型材１１２、及びサポート材１１３を含む層を積層することにより、造形物１０１、離型層１０２、及びサポート体１０３を含む積層体１１０が形成される。積層体１１０は、離型層１０２が付与された造形物１０１を構成する物体の一例である。サポート材１１３は、その形成目的に応じて適宜選択されるべきものであるが、例えば、造形材１１１と同様に、ＰＣ、ＰＡ１２、ＰＥＩ、ＰＢＴ、ＰＳＵ、ＰＡ６６、ＰＥＴ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ、ＰＯＭ、ＰＳＦ、ＰＡ６、ＰＰＳ等であり得る。
【００１８】
加熱冷却工程Ｓ２は、造形材１１１が溶融する温度で積層体１１０を加熱して造形材１１１を溶融させた後、積層体１１０を冷却して造形材１１１を固化させる工程である。これにより、造形材１１１（造形物１０１）は離型層１０２の内側で一度溶融された後に固化され、造形物１０１の形状が安定化される。すなわち、離型層１０２は、造形物１０１の形状を安定化させる型材として機能する。このとき、離型層１０２の外側に、型、加圧材、伝熱材等として作用する充填材を充填させた状態で積層体１１０を加熱及び冷却してもよい。また、充填材を介して積層体１１０を加圧してもよい。これにより、造形物１０１の形状を更に安定化させることができる。
【００１９】
剥離工程Ｓ３は、造形物１０１から離型層１０２を剥離する工程である。このとき、離型層１０２の外側に充填材が充填されている場合には、離型層１０２と共に充填材も剥離される。また、積層体１１０にサポート体１０３が含まれている場合には、離型層１０２と共にサポート体１０３も剥離される。
【００２０】
＜造形システム＞
図２は、第１の実施形態に係る造形システム１の構成例を示すブロック図である。本実施形態に係る造形システム１は、図１に示す造形物製造方法を実現するシステムの一例である。本実施形態に係る造形システム１は、情報処理装置１１、造形装置１２、及び後処理装置１３を含む。
【００２１】
情報処理装置１１は、造形装置１２を制御するための装置である。情報処理装置１１は、例えば汎用のコンピュータ（パーソナルコンピュータ、スマートフォン等）であり、造形装置１２と適宜なコンピュータネットワークを介して接続している。情報処理装置１１は、造形装置１２を制御するためのアプリケーション、ドライバ等がインストールされており、目的とする造形物１０１の作像データ、造形装置１２を制御するための制御信号（コマンド）等の取得、生成、送信等を行う。作像データには、造形物１０１に関する各種情報が含まれ、例えば三次元形状、断面形状、材質、色、硬度、製造個数等が含まれ得る。
【００２２】
造形装置１２は、情報処理装置１１からコンピュータネットワークを介して取得した作像データ、制御信号等に基づいて、目的とする造形物１０１を含む積層体１１０を形成する装置である。造形装置１２は、３Ｄプリンタ、ラピッドプロトタイピング装置等と称されるものに相当する。本実施形態に係る造形装置１２は、積層体形成ユニット２１及び加熱冷却ユニット２２を含む。
【００２３】
積層体形成ユニット２１は、造形材１１１、離型材１１２、サポート材１１３等の材料を含む層を積層することにより、造形物１０１、離型層１０２、サポート体１０３等を含む積層体１１０を形成するユニットである。積層体形成ユニット２１の具体的構成は特に限定されるべきものではなく、採用する積層造形法に応じて適宜設計されればよい。積層体形成ユニット２１は、例えば、各断面形状データに基づいて各層を生成する層形成ユニット、生成された各層を順次積層させる積層ユニット等を含んで構成される。例えば、電子写真プロセス法を利用する場合における層形成ユニットは、感光体（像担持体）、感光体を帯電させる帯電装置、帯電された感光体に潜像が形成されるように光を照射する露光装置、潜像に上記材料を付着させて像を形成する現像装置、形成された像を担持体（搬送体）に転写する転写装置等を含んで構成される。ＦＤＭ法を利用する場合における層形成ユニットは、上記材料を溶融して吐出する造形ヘッド等を含んで構成される。
【００２４】
情報処理装置１１及び造形装置１２の機能を実現するプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供され得る。
【００２５】
プログラムをインターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由で情報処理装置１１又は造形装置１２にダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。プログラムをネットワーク経由で提供又は配布するように構成してもよい。プログラムを情報処理装置１１又は造形装置１２の記憶装置に予め組み込んで提供するように構成してもよい。プログラムは情報処理装置１１及び造形装置１２の複数の機能のうちの少なくとも１つを実現するモジュール構成であってもよい。
【００２６】
加熱冷却ユニット２２は、積層体形成ユニット２１により形成された積層体１１０を加熱及び冷却することにより、造形物１０１の形状を安定化させるユニットである。加熱冷却ユニット１１０の具体的構成は特に限定されるべきものではないが、例えば、電熱ヒータ等により構成される加熱ユニット、送風機等を利用して構成される冷却ユニット、積層体２２を加圧する加圧ユニット等を含んで構成される。
【００２７】
加熱冷却ユニット２２（加熱ユニット）は、先ず、造形材１１１が溶融する温度で積層体１１０を加熱する。このとき、加圧ユニットにより積層体１１０を加圧しながら加熱してもよい。加熱冷却ユニット２２による加熱温度をＴ、造形材１１１の融点をＴｍ１、離型材１１２の融点をＴｍ２とするとき、Ｔｍ１≦Ｔの関係が成り立ち、特に、Ｔｍ１≦Ｔ≦Ｔｍ２の関係が成り立つことが好ましい。その後、加熱冷却ユニット２２（冷却ユニット）は、積層体１１０を造形材１１１の融点Ｔｍ１より低い温度まで冷却する。これにより、安定化された造形物１０１を含む積層体１１０が形成される。
【００２８】
後処理装置１３は、造形装置１２により形成された積層体１１０（加熱冷却ユニット２２により安定化された造形物１０１を含む積層体１１０）から造形物１０１を取り出すための後処理を行う装置である。後処理装置１３は、造形物１０１から離型層１０２を剥離するための処理を行う剥離ユニット２３を含んで構成される。
【００２９】
剥離ユニット２３の具体的構成は特に限定されるべきものではないが、造形物１０１（造形材１１１）や離型層１０２（離型材１１２）の物性（例えば表面自由エネルギー、比重、ＳＰ（Solubility  Parameter）値、ＭＦＲ（Melt  Flow  Rate）値、線膨張率等）に適合した剥離方法を実行するように設計される。
【００３０】
離型層１０２の外側に型、加圧材、伝熱材等として作用する充填材が充填されている場合には、離型層１０２と共に充填材が造形物１０１から剥離される。また、積層体１１０にサポート体１０３が含まれている場合には、離型層１０２と共にサポート体１０３が造形物１０１から剥離される。
【００３１】
なお、造形装置１２により形成された積層体１１０は、必ずしも後処理装置１３により処理されなければならないものではなく、人手による剥離作業３５により離型層１０２や不要部分（サポート体１０３、充填材等）の剥離が行われてもよい。造形物１０１を大量生産する場合等には後処理装置１３による処理が適しているが、製造個数が少数である場合やオーダーメード等である場合には、人手による剥離作業３５が適している場合がある。
【００３２】
＜電子写真プロセス法による層形成＞
図３は、第１の実施形態の第１の例に係る積層体形成ユニット２１Ａの構成例を示す図である。本例に係る積層体形成ユニット２１Ａは、電子写真プロセス法を利用して積層体１１０を形成するユニットである。積層体形成ユニット２１Ａは、層形成ユニット２５Ａ及び積層ユニット２６Ａを含む。
【００３３】
本例に係る層形成ユニット２５Ａは、第１の作像ユニット３１、第２の作像ユニット３２、及び中間担持ユニット３３を含む。
【００３４】
第１の作像ユニット３１は、造形材１１１を用いて２次元的な造形像７１を形成するユニットである。第１の作像ユニット３１は、感光体４１、帯電装置４２、露光装置４３、現像装置４４、転写装置４５、及び感光体クリーナ４６を含む。感光体４１は、適宜な駆動機構により回転される円筒形状の部材である。帯電装置４２は、感光体４１の表面全体を均一に帯電させる。露光装置４３は、帯電された感光体４１の表面に、目的とする造形物１０１の断面形状に対応する潜像が形成されるように、レーザ光を照射する。現像装置４４は、潜像が形成された感光体４１の表面に造形材１１１を付着させることにより造形像７１を形成する。転写装置４５は、感光体４１の表面に形成された造形像７１を中間担持ユニット３３の第１の担持ベルト６１に転写させる。
【００３５】
第２の作像ユニット３２は、離型材１１２を用いて２次元的な離型像７２を形成するユニットである。第２の作像ユニット３２は、感光体５１、帯電装置５２、露光装置５３、現像装置５４、転写装置５５、及び感光体クリーナ５６を含む。第２の作像ユニット３２の露光装置５３は、帯電された感光体５１の表面に、離型層１０２の断面形状に対応する潜像が形成されるように、レーザ光を照射する。現像装置５４は、潜像が形成された感光体５１の表面に離型材１１２を付着させることにより離型像７２を形成する。転写装置５５は、感光体５１の表面に形成された離型像７２を中間担持ユニット３３の第１の担持ベルト６１に転写させる。第２の作像ユニット３２の感光体５１、帯電装置５２、及び感光体クリーナ５６の各機能は、第１の作像ユニット３１の感光体４１、帯電装置４２、及び感光体クリーナ４６と同様である。
【００３６】
中間担持ユニット３３は、第１の担持ベルト６１（担持体）、テンションローラ６２，６３、第１の検知センサ６４、及びベルトクリーナ６５を含む。第１の担持ベルト６１は、複数のローラ６２，６３に巻回された無端ベルトである。複数のテンションローラ６２，６３のうちの少なくとも１つは、適宜な機構により駆動力を有する。第１の担持ベルト６１は、テンションローラ６２，６３の駆動力により矢印６６の方向に回転される。第１の担持ベルト６１は、第１の作像ユニット３１により形成された造形像７１と、第２の作像ユニット３２により形成された離型像７２とを担持し、造形像７１及び離型像７２を積層ユニット２６Ａに搬送する。第１の検知センサ６４は、第１の担持ベルト６１により搬送される造形像７１及び離型像７２を検知する。第１の検知センサ６４による検知結果は、造形像７１及び離型像７２を含む層８０の積層時における位置合わせ、タイミング制御、異常検知等に利用される。ベルトクリーナ６５は、第１の担持ベルト６１上に残留した造形材１１１及び離型材１１２を除去する。
【００３７】
積層ユニット２６Ａは、造形像７１及び離型像７２を含む複数の層８０を順次積層することにより、積層体１１０を形成するユニットである。本例に係る積層ユニット２６Ａは、第２の担持ベルト８１（担持体）、２次転写ローラ８２、テンションローラ８３，８４、ステージ８５、積層ヒータ８６、及び第２の検知センサ８７を含む。
【００３８】
第２の担持ベルト８１は、２次転写ローラ８２及びテンションローラ８３，８４に巻回された無端ベルトである。これらのローラ８２〜８４のうちの少なくとも１つは、適宜な機構により駆動力を有する。第２の担持ベルト８１は、これらのローラ８２〜８４の駆動力により矢印８８の方向に回転される。
【００３９】
２次転写ローラ８２は、矢印８９の方向に変位する。２次転写ローラ８２が中間担持ユニット３３のテンションローラ６３に近付く方向（図中右上）に変位すると、第２の担持ベルト８１は第１の担持ベルト６１と接触し、第１の担持ベルト６１上の造形像７１及び離型像７２が第２の担持ベルト８１に転写される。一方、２次転写ローラ８２が搬送ユニット３３のテンションローラ６３から離れる方向（図中左下）に変位すると、第２の担持ベルト８１と第１の担持ベルト６１とは接触せず、第１の担持ベルト６１上の造形像７１及び離型像７２は第２の担持ベルト８１に転写されない。
【００４０】
第２の担持ベルト８１により担持された造形像７１及び離型像７２を含む層８０は、ステージ８５上で積層される。ステージ８５は、矢印９０の方向に変位する。積層時には、ステージ８５が上昇することにより、積層ヒータ８６により加熱された層８０がステージ８５の表面又は積層体１１０の表面に積層される。非積層時には、ステージ８５が下降することにより、積層された層８０が冷却されて積層体１１０に定着する。第２の検知センサ８７は、第２の担持ベルト８１上の層８０を検知する。第２の検知センサ８７による検知結果は、２次転写ローラ８２の変位、第２の担持ベルト８１の回転、ステージ８５の変位等の制御に利用される。
【００４１】
第１の担持ベルト６１及び第２の担持ベルト８１の表層部は、電子線照射架橋フッ素樹脂により構成されることが好ましい。造形像７１、離型像７２、及びこれらを含む層８０を担持して搬送する第１の担持ベルト６１及び第２の担持ベルト８１の表層部には、高い剥離性、耐熱性、及び耐久性が要求される。電子線照射架橋フッ素樹脂は、高い剥離性を有するフッ素系樹脂の中で特に耐熱性及び耐久性が高い物質であるため、第１の担持ベルト６１及び第２の担持ベルト８１の表層部を構成する材料として適している。また、第１の担持ベルト６１及び第２の担持ベルト８１の基体部は、インバー合金により構成されることが好ましい。第１の担持ベルト６１及び第２の担持ベルト８１には、積層回数が多い場合でも造形物１０１の形状に誤差が生じないようにするために、低い変形性が要求される。例えば、積層方向の高さが１００ｍｍ〜１０００ｍｍの造形物１０１を積層ピッチ０．１ｍｍで造形する場合、１００００回〜１０００００回という多大な回数の積層が行われる。インバー合金は、熱膨張率が低い物質であるため、第１の担持ベルト６１及び第２の担持ベルト８１の基体部を構成する材料として適している。
【００４２】
＜ＦＤＭ法による層形成＞
図４は、第１の実施形態の第２の例に係る積層体形成ユニット２１Ｂの構成例を示す側面図である。図５は、第１の実施形態の第２の例に係る積層体形成ユニット２１Ｂの構成例を示す上面図である。本例に係る積層体形成ユニット２１Ｂは、ＦＤＭ法を利用して積層体１１０を形成するユニットである。
【００４３】
本例に係る層形成ユニットは、第１の造形ヘッド９１、第２の造形ヘッド９２、及びステージ８５を含む。第１の造形ヘッド９１は、Ｘ−Ｙ平面上を変位し、造形材１１１を溶融して吐出し、ステージ８５上に造形像７１を形成する。第２の造形ヘッド９２は、Ｘ−Ｙ平面上を変位し、離型材１１２を溶融して吐出し、ステージ８５上に離型像７２を形成する。ステージ８５は、Ｚ軸方向に沿って変位し、その表面上に第１の造形ヘッド９１により形成された造形像７１と第２の造形ヘッド９２により形成された離型像７２とを含む層８０が積層された積層体１１０が形成される。
【００４４】
＜電子写真プロセス法及びＦＤＭ法の併用による層形成＞
図６は、第１の実施形態の第３の例に係る積層体形成ユニット２１Ｃの構成例を示す図である。本例に係る積層体形成ユニット２１Ｃは、電子写真プロセス法とＦＤＭ法とを併用して積層体１１０を形成するユニットである。
【００４５】
本例に係る積層体形成ユニット２１Ｃの層形成ユニット２５Ｃは、第１の作像ユニット３１、第２の造形ヘッド９２、及び第３の作像ユニット１４１を含む。
【００４６】
本例に係る第１の作像ユニット３１は、図３に示す第１の例に係る第１の作像ユニット３１と同様に、電子写真プロセス法により造形像７１を形成するユニットである。本例に係る第２の造形ヘッド９２は、図４に示す第２の例に係る積層体形成ユニット２１Ｂの第２の造形ヘッド９２と同様に、ＦＤＭ法により離型像７２を形成するものである。しかし、本例に係る第２の造形ヘッド９２は、ステージ８５上にではなく、第２の担持ベルト８１上に離型像７２を形成する。
【００４７】
第３の作像ユニット１４１は、電子写真プロセス法により、造形材１１１以外の材料を用いて像を形成するユニットである。ここでは、第３の作像ユニット１４１がサポート材１１３を用いて２次元的なサポート像７３を形成する例を示す。第３の作像ユニット１４１は、第１の作像ユニット３１と同様に、感光体１５１、帯電装置１５２、露光装置１５３、現像装置１５４、転写装置１５５、及び感光体クリーナ１５６を含む。第３の作像ユニット１４１の露光装置１５３は、帯電された感光体１５１の表面に、サポート体１０３の断面形状に対応する潜像が形成されるように、レーザ光を照射する。現像装置１５４は、潜像が形成された感光体１５１の表面にサポート材１１３を付着させることによりサポート像７３を形成する。転写装置１５５は、感光体１５１の表面に形成されたサポート像７３を中間担持ユニット３３の第１の担持ベルト６１に転写させる。第３の作像ユニット１４１の感光体１５１、帯電装置１５２、及び感光体クリーナ１５６の各機能は、第１の作像ユニット３１の感光体４１、帯電装置４２、及び感光体クリーナ４６と同様である。
【００４８】
本例に係る積層体形成ユニット２１Ｃの中間担持ユニット３３は、図３に示す第１の例に係る中間担持ユニット３３と同様であるが、離型像７２の代わりにサポート像７３を担持する点で第１の例と相違する。すなわち、本例においては、第１の担持ベルト６１は、第１の作像ユニット３１により形成された造形像７１と、第３の作像ユニット１４１により形成されたサポート像７３とを担持する。第１の検知センサ６４は、第１の担持ベルト６１により搬送される造形像７１及びサポート像７３を検知する。ベルトクリーナ６５は、第１の担持ベルト６１上に残留した造形材１１１及びサポート材１１３を除去する。
【００４９】
本例に係る積層体形成ユニット２１Ｃの積層ユニット２６Ｃは、第２の担持ベルト８１、２次転写ローラ８２、テンションローラ８３，８４，９０、ステージ８５、積層ヒータ８６、及び第３の検知センサ９５を含む。
【００５０】
２次転写ローラ８２が中間担持ユニット３３のテンションローラ６３に近付く方向（図中右上）に変位すると、第２の担持ベルト８１は第１の担持ベルト６１と接触し、第１の担持ベルト６１上の造形像７１及びサポート像７３が第２の担持ベルト８１に転写される。また、上述したように、第２の担持ベルト８１上には、第２の造形ヘッド９２により離型像７２が形成される。これにより、第２の担持ベルト８１上に、造形像７１、離型像７２、及びサポート像７３を含む層８０を形成することができる。
【００５１】
ステージ８５を図３に示す第１の例と同様に昇降させることにより、ステージ８５上に層８０を積層し、積層体１１０を形成することができる。第３の検知センサ９５は、第２の担持ベルト８１上の層８０を検知する。第３の検知センサ９５による検知結果は、２次転写ローラ８２の変位、第２の担持ベルト８１の回転、ステージ８５の変位、第２の造形ヘッド９２等の制御に利用される。
【００５２】
なお、上記においては、第３の作像ユニット１４１がサポート材１１３を用いてサポート像７３を形成する例を示したが、第３の作像ユニット１４１は、例えば、第１の作像ユニット３１により使用される造形材１１１とは異なる造形材（例えば色が異なる造形材等）による造形像等を形成してもよい。
【００５３】
＜その他の方法による積層体の形成＞
更なる簡易な構成例としては、ＦＤＭ法により形成された離型像７２の上に造形材１１１の粉体を供給し、過剰な粉体をブレード、ローラ等により除去した後、フラッシュ等の非接触加熱により所定層毎に溶融させ、仮の積層体１１０を形成してもよい。このとき、離型層１０２が加熱により変形しないように、造形材１１１の融点と離型材１１２の融点との間には差があることが求められる。その後、加熱冷却工程が実行される。
【００５４】
＜積層造形法以外の方法による離型層の形成＞
積層造形法を用いない構成例として、熱可塑性の樹脂積層物（造形物１０１）をＦＤＭ法等により形成し、樹脂積層物に粉体を吹き付けたり、樹脂積層物をフィルムで覆ったりすることにより、ＰＭＰ、フッ素樹脂等の離型性樹脂（離型層１０２）を樹脂積層物の表面に付与する構成が挙げられる。この場合、その後に後述する加熱冷却工程が実行される。ＰＭＰのフィルムは、例えば耐熱性の食品用ラップ等として利用されており、安価且つ容易に入手可能なものである。
【００５５】
＜層の構造＞
図７は、第１の実施形態の第１の例に係る層８０Ａの構造例を示す図である。本例に係る層８０Ａは、造形像７１、離型像７２、及びサポート像７３を含んでいる。各層８０Ａの造形像７１により造形物１０１が形成される。各層８０Ａの離型像７２により離型層１０２が形成される。各層８０Ａのサポート像７３によりサポート体１０３が形成される。本例に係る離型像７２は、造形像７１を囲うように閉じた線形の形状を有している。各層８０Ａにおいてこのような離型像７２を形成することにより、離型層１０２に覆われた造形物１０１を含む積層体１１０を形成することができる。本例に係るサポート体１０３は、造形物１０１内に空隙を形成するためのものである。
【００５６】
図８は、第１の実施形態の第２の例に係る層８０Ｂの構造例を示す図である。本例に係る層８０Ｂは、造形像７１、離型像７２、サポート像７３、外部サポート像７３Ａ、及び外部離型像７２Ａを含んでいる。外部サポート像７３Ａは、閉じた線形状の離型像７２より外側の領域を埋めるように矩形状に配置されている。外部サポート像７３Ａ内には、閉じた線形状の離型像７２から外部サポート像７３Ａの縁部まで延びる直線状の複数の外部離型像７２Ａが配置されている。
【００５７】
このような層８０Ｂを積層することにより、造形物１０１と、造形物１０１を覆う離型層１０２と、外部サポート像７３Ａからなる外部サポート体と、外部離型像７２Ａからなる外部離型層とを含むブロック状の積層体１１０が形成される。このようなブロック状の積層体１１０を形成することにより、造形物１０１の形状を安定化させることができる。また、外部サポート体内に外部離型層が形成されることにより、剥離工程において外部サポート体を外部剥離層から容易に剥離することができる。
【００５８】
＜サポート体の構造＞
図９は、第１の実施形態のサポート体１０３の構成例を示す図である。本例に係るサポート体１０３は、サポート材１１３と離型材１１２とが立体格子状に配置されて構成されている。このようなサポート体１０３は、例えば、線形の離型像７２と線形のサポート像７３とを網目状に配置した複数の層８０Ａを積層すること等により形成することができる。このようなサポート体１０３を形成することにより、サポート材１１３の除去性を向上させることができる。
【００５９】
＜加熱冷却工程＞
図１０は、第１の実施形態に係る加熱冷却ユニット２２による加熱工程の実行例を示す図である。図１１は、第１の実施形態に係る加熱冷却ユニット２２による冷却工程の実行例を示す図である。本例に係る加熱冷却ユニット２２は、筐体１７１、電熱ヒータ１７２、及び冷却ファン１７３を備える。
【００６０】
図１０に示すように、本例に係る加熱工程は、筐体１７１内に載置された積層体１１０の周囲を充填材１７７で満たし、積層体１１０を固定した状態で行われる。電熱ヒータ１７２による加熱は、造形物１０１を構成する造形材１１１が溶融する温度で行われる。電熱ヒータ１７２の加熱温度をＴ、造形材１１１の融点をＴｍ１、離型材１１２の融点をＴｍ２とするとき、Ｔｍ１≦Ｔの関係が成り立ち、特に、Ｔｍ１≦Ｔ≦Ｔｍ２の関係が成り立つように加熱することが好ましい。Ｔｍ２≦Ｔｍ１の関係が成り立つ場合であっても、充填材１７７と離型層１０２とが固着する可能性はあるものの、上記加熱工程が成立する場合がある。
【００６１】
充填材１７７は、使用状況に応じて適宜選択されるべきものであるが、例えば、下記条件（１）〜（６）のうち少なくとも１つを満たす物質であることが好ましい。
（１）加熱温度Ｔで分解が生じない。
（２）離型層１０２を介して造形物１０１の精度に影響を与えない大きさ（積層間隔と同等以下）である。
（３）冷却後、凝集や固着することなく取り出し容易である。
（４）大きな変形や熱特性の変化がなく再利用可能である。
（５）高熱伝導である。
（６）搬送、回収等が容易である。
【００６２】
例えば、図８に示すような構造を有する層８０Ｂを用いた積層方法においては、充填材１７７は、造形材１１１と離型材１１２との混合体であってもよい。また、充填材１７７は、造形材１１１より安価で同等の耐熱性を有する樹脂、発泡体等であってもよい。この場合、上記条件（１）〜（３）が満たされる。図７に示すような構造を有する層８０Ａ（造形像７１の周囲にサポート像７３がない、又はわずかにしかない）を用いた積層方法においては、充填材１７７は加熱工程で供給される。
【００６３】
下記表１は、充填材１７７の候補となる材料、条件、熱伝導率、及びその他の特徴の関係を例示している。
【００６４】
【表１】
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【００６５】
入手性、コスト、粒径の組み合わせ（図１７により後述する）等に応じて、表１に例示した材料を適宜組み合わせて使用してもよい。表１に示す例では、銅鉄合金粒子が全ての条件（１）〜（６）を満たしている。高熱伝導の材料を用いることにより、加熱工程における温度均一性が高くなるため、融点〜融点＋２℃以内程度の高精度な加熱制御が可能となる。流動性が高い結晶性樹脂を用いることにより、形状精度と積層強度とを両立させることができる。磁性を有する材料を用いることにより、磁石を利用して充填材１７７の回収等を行うことができる。
【００６６】
上記のような加熱工程が行われた後、図１１に示すように冷却工程が行われる。本例に係る冷却工程においては、加熱後の筐体１７１を冷却ファン１７３により空冷し、造形物１０１を固化させる。このように、造形物１０１を離型層１０２の内側で溶融した後固化させることにより、造形物１０１の形状を安定化させることができる。
【００６７】
粉体焼結法を利用する場合には、積層体１１０を形成するための通常の粉体層配置工程に加え、積層体１１０の周囲に予熱した充填材１７７を配置する工程を実行することにより、図１０に示すような状態にすることができる。この場合、冷却工程のみが実行されることになるが、条件（５）の高熱伝導な充填材１７７を利用することにより、均一且つ高速な冷却が可能となる。
【００６８】
＜剥離工程＞
図１２は、第１の実施形態に係る剥離ユニット２３による剥離工程の実行例を示す図である。本例に係る剥離ユニット２３は、水槽１８１を備える。水槽１８１は水１８２で満たされている。
【００６９】
図１１に示すような冷却工程後に、加熱冷却ユニット２２の筐体１７１内から積層体１１０の周囲に充填材１７７が固着したブロック体１９１が取り出される。取り出されたブロック体１９１は、水槽１８１内の水１８２に浸漬される。その後、水１８２の中で積層体１１０（ブロック体１９１）に加速度を与えることにより、造形物１０１から離型層１０２が剥離され、同時に充填材１７７及びサポート材１０３が剥離される。積層体１１０に加速度を与える方法は特に限定されるべきものではないが、例えば、積層体１１０（ブロック体１９１）を水１８２の中で振動させたり、水１８２を撹拌したりすることが考えられる。また、水１８２を用いずに積層体１１０に加速度を与えてもよい。この場合、剥離した不要部分が造形物１０１を傷つけないように留意する必要がある。
【００７０】
＜表面自由エネルギーと剥離性との関係＞
図１３は、各種材料における比重と表面自由エネルギーとの関係例を示すグラフである。図１３に示すグラフには、造形材１１１の候補としてのＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＬＣＰ、及びＰＥＥＫ、離型材１１２の候補としてのＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＴＦＥ、及び参考材料としてのＰＰ（ポリプロピレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、及びＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）に関する比重と表面自由エネルギーとの関係が示されている。ここでの比重は水を基準とする値である。剥離性は表面自由エネルギーで規定されることが多い。フッ素樹脂やＰＭＰは剥離用途において工業的に実績のある物質である。
【００７１】
図１３に示すように、離型材１１２の候補となる材料（ＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＴＦＥ）の表面自由エネルギーは、十分に小さい。このように、表面自由エネルギーが小さい材料を離型材１１２として用いることにより、造形物１０１から不要部分（離型層１０２、サポート体１０３、充填材１７７等）を容易に剥離することが可能となる。
【００７２】
図１４は、各種材料における表面自由エネルギーと引きはがし粘着力との関係例を示すグラフである。図１４に示すグラフには、造形材１１１の候補としてのＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＬＣＰ、及びＰＥＥＫ、離型材１１２の候補としてのＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＴＦＥ、及び参考材料としてのＰＰ、ＨＤＰＥ、及びＰＶＣに関する表面自由エネルギーと引きはがし粘着力との関係が示されている。ここでの引きはがし粘着力は、上記各種材料により構成された層の表面にアクリル粘着テープを貼付し、所定時間後に当該アクリル粘着テープをはがすために必要な力を示している。引きはがし粘着力が小さい程、剥離性が優れていると言える。
【００７３】
図１４に示すように、引きはがし粘着力は、表面自由エネルギーの増加に伴い指数関数的に増加する。離型層１０２の機能として十分に小さい引きはがし粘着力を得るためには、表面自由エネルギーが２５ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。
【００７４】
＜比重と剥離性との関係＞
また、表面自由エネルギーだけでなく、比重も剥離性（不要部分の除去性）に影響を与える。本例では、造形材１１１の候補となる材料（ＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＬＣＰ、及びＰＥＥＫ）の比重は全て１より大きい。これに対し、離型材１１２の１つであるＰＭＰの比重は１より小さい。すなわち、積層体１１０を水に沈めたとき、本例に係る造形材料１１１により構成される造形物１０１には沈む力が働き、ＰＭＰを主成分とする離型層１０２には浮く力が働く。従って、図１２に示すように水１８２の中で剥離処理を行う場合には、比重が１より大きい造形材１１１（例えばＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ等）と、比重が１より小さい離型材１１２（例えばＰＭＰ）とを組み合わせることにより、剥離性を向上させることができる。同様に、比重が１より小さい造形材１１１と、比重が１より大きい離型材１１２とを組み合わせてもよい。例えば、ＰＰ、ＨＤＰＥ等（比重が１より小さい材料）を造形材１１１として用いる場合、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＴＦＥ等（比重が１より大きい材料）を主成分とする離型材１１２を用いることにより、良好な剥離性を得ることができる。
【００７５】
造形物１０１に振動、回転等の加速度を与えて不要部分を剥離する場合、その離型性は、造形材１１１の比重と離型材１１２の比重との差が大きい程、慣性力の差の発生により良好となる。従って、比重の差が大きい造形材１１１と離型材１１２とを組み合わせることにより良好な剥離性を得ることができる。例えば、造形材１１１としてＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＬＣＰ、及びＰＥＥＫを用いる場合、離型材１１２として比較的比重が大きい材料であるＦＥＰ、ＰＦＡ、又はＰＴＦＥを用いることにより、優れた剥離性を得ることができる。造形材１１１の比重と離型材１１２の比重との差は、０．３以上であることが好ましい。
【００７６】
＜ＳＰ値と剥離性との関係＞
図１５は、各種材料における比重とＳＰ（Solubility  Parameter）値との関係例を示すグラフである。図１４に示すグラフには、造形材１１１の候補としてのＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、及びＰＥＴ、離型材１１２の候補としてのＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＴＦＥ、及び参考材料としてのＰＰ、ＨＤＰＥ、及びＰＶＣに関する比重とＳＰ値との関係が示されている。
【００７７】
図１５に示すように、離型材１１２の候補となる材料（ＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＴＦＥ）のＳＰ値は、造形材１１１の候補となる材料（ＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、及びＰＥＴ）のＳＰ値より小さい。剥離性は、造形材１１１のＳＰ値と離型材１１２のＳＰ値との差が大きい程良好となる。従って、ＳＰ値の差が大きい造形材１１１と離型材１１２とを組み合わせることにより良好な剥離性を得ることができる。例えば、離型材１１２としてＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、又はＰＴＦＥを用いる場合、造形材１１１としてＰＡ６６又はＰＣを用いることにより、特に優れた剥離性を得ることができる。造形材１１１のＳＰ値と離型材１１２のＳＰ値との差は、２以上であることが好ましい。
【００７８】
＜線膨張率と剥離性との関係＞
図１６は、各種材料における比重と線膨張率との関係例を示すグラフである。図１５に示すグラフには、造形材１１１の候補としてのＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、及びＰＥＴ、ＰＥＥＫ、及びＬＣＰ離型材１１２の候補としてのＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＴＦＥ、及び参考材料としてのＰＰ、ＨＤＰＥ、及びＰＶＣに関する比重と線膨張率との関係が示されている。
【００７９】
図１６に示すように、離型材１１２の候補となる材料（ＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、及びＰＴＦＥ）の線膨張率は、造形材１１１の候補となる材料（ＰＡ６６、ＰＣ、ＰＳＵ、ＰＢＴ、及びＰＥＴ）の線膨張率より大きい。剥離性は、造形材１１１の線膨張率と離型材１１２の線膨張率との差が大きい程良好となる。線膨張率の差が大きいと、加熱処理後の冷却処理時における造形物１０１と離型層１０２との収縮差が大きくなるからである。従って、線膨張率の差が大きい造形材１１１と離型材１１２とを組み合わせることにより良好な剥離性を得ることができる。例えば、離型材１１２としてＰＭＰ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、ＰＦＡ、又はＰＴＦＥを用いる場合、造形材１１１としてＬＣＰを用いることにより、特に優れた剥離性を得ることができる。造形材１１１の線膨張率と離型材１１２の線膨張率との差は、１０ｐｐｍ以上であることが好ましい。
【００８０】
＜造形材の融点と離型材の融点との関係＞
図１７は、造形材１１１の候補となる材料の比重及び融点Ｔｍ１と、離型材１１２の候補となる材料の比重及び融点Ｔｍ２との関係例を示す表図である。本例では、造形材１１１の候補としてＰＣ、ＰＡ１２、ＰＯＭ、ＰＳＦ、ＰＥＩ、ＰＡ６、ＰＢＴ、ＰＡ６６、及びＰＰＳが挙げられ、離型材１１２の候補として変性ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＰＣＴＦＥ、及びＰＭＰが挙げられている。ＰＴＦＥの融点３１５°と大きく変わらない融点を有する変性ＰＴＦＥが存在するが、本例では変性ＰＴＦＥとして融点が２２５℃以下の３Ｍ社製ダイニオン熱可塑性フッ素樹脂ＴＨＶを用いた。
【００８１】
図１７には、造形材１１１の各候補の融点Ｔｍ１と、離型材１１２の各候補の融点Ｔｍ２とが示されている。充填材１７７が加熱工程で変形する場合や充填材１７７を用いない場合（例えば後述する図１９又は図２１のような場合）、造形材１１１と離型材１１２との組み合わせは、Ｔｍ２＞Ｔｍ１、好ましくはＴｍ２＞Ｔｍ１＋１０℃の関係が成り立つように選択される。上記加熱冷却工程の加熱工程において、造形物１０１は一度溶融されるが、離型層１０２は溶融されずにその形状を維持する必要があるからである。
【００８２】
＜充填材の粒径＞
図１０に示すような加熱冷却ユニット２２において筐体１７１内に充填される充填材１７７の粒径について考察する。
【００８３】
図１８は、大小２成分混合充填層における粒径比Ｄｐ１／Ｄｐ２と小粒子混合分率Ｓｖと空間率εとの関係例を示すグラフである。大小２成分混合充填層とは、大粒子と、大粒子より粒径が小さい小粒子とを含む混合体が所定の充填領域（例えば筐体１７１内の空間）に充填された層である。Ｄｐ１は大粒子の粒径を示し、Ｄｐ２は小粒子の粒径を示している。本例では、３つの粒径比Ｄｐ１／Ｄｐ２＝８、Ｄｐ１／Ｄｐ２＝４、及びＤｐ１／Ｄｐ２＝２が示されている。小粒子混合分率Ｓｖとは、混合体の量に対する小粒子の量の割合である。空間率εとは、混合体を充填領域に充填したときの充填領域の体積に対する空間（大粒子及び小粒子が存在しない空間）の体積の割合である。本例では、粒径比がＤｐ１／Ｄｐ２＝８であり、小粒子混合分率Ｓｖが０．２８であるときに、空間率εが最も小さくなることが示されている。
【００８４】
図１０に示す加熱冷却ユニット２２のように、筐体１７１内において積層体１１０の周囲に充填材１７７を充填する場合、充填材１７７の空間率εはできるだけ小さいことが好ましい。充填材１７７の空間率εが小さい程、圧縮効率及び伝熱効率が高くなるからである。従って、充填材１７７を大小２成分の粒子からなる混合体により構成する場合、粒径比をＤｐ１／Ｄｐ２≧８とし、小粒子混合分率Ｓｖを０．２〜０．３とすることが好ましく、０．２８とすることが更に好ましい。
【００８５】
以上のように、本実施形態によれば、目的とする造形物１０１を覆うように離型層１０２が形成され、離型層１０２の剥離と共に、サポート体１０３、充填材１７７等の不要部分を除去することができる。これにより、造形物１０１以外の不要部分の除去性を向上させることができる。また、造形物１０１を覆うように離型層１０２が形成されるため、造形物１０１の形状の崩れを招くことなく、造形物１０１（造形材１１１）を十分に加熱することができ、積層界面の結合を十分に強化することができる。これにより、造形物１０１の積層方向の強度を向上させることができる。
【００８６】
以下に、他の実施形態について図面を参照して説明するが、第１の実施形態と同一又は同様の作用効果を奏する箇所については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
【００８７】
（第２の実施形態）
図１９は、第２の実施形態に係る加熱冷却ユニット２２による加熱冷却工程の実行例を示す図である。本実施形態に係る加熱冷却工程は、積層体形成工程（積層体形成ユニット２１）により形成された積層体１１０の周囲に耐熱フィルム２１１を被せ、積層体１１０（離型層１０２）と耐熱フィルム２１１との間の空間を減圧する工程を含む。これにより、耐熱フィルム２１１を積層体１１０（離型層１０２）に圧着させ、造形物１０１を加圧しながら加熱及び冷却することができる。
【００８８】
耐熱フィルム２１１を構成する材料としては、例えばポリイミド、ＰＥＴ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡが挙げられる。
【００８９】
積層体１１０と耐熱フィルム２１１との間の空間を減圧する方法は特に限定されるべきものではないが、例えば耐熱フィルム２１１の内部と適宜な吸引装置に接続されたパイプ２０１とを気密性を保った状態で連通させ、パイプ２０１を介して耐熱フィルム２１１内の空気を排出する方法等が考えられる。このような方法により造形物１０１（造形材１１１）が溶融するまで加熱された積層体１１０は、その後冷却ファン１７３等により冷却される。
【００９０】
図２０は、第２の実施形態に係る剥離ユニット２３による剥離工程の実行例を示す図である。本実施形態に係る剥離工程は、図１２に示す第１の実施形態に係る剥離工程と同様に、水槽１８１に満たされた水１８２の中で行われる。
【００９１】
上記のように耐熱フィルム２１１を用いた加熱冷却工程が施された積層体１１０は、水槽１８１内で水１８２に浸漬される。図２０に示す例では、この時点で既に耐熱フィルム２１１が除去されているが、積層体１１０は耐熱フィルム２１１に覆われた状態で水１８２に浸漬されてもよい。その後、図１２に示す第１の実施形態と同様に、水１８２の中で積層体１１０に加速度を与えることにより、造形物１０１から離型層１０２が剥離される。このとき、耐熱フィルム２１１が残留している場合には、離型層１０２と共に耐熱フィルム２１１も剥離される。
【００９２】
本実施形態によれば、充填材１７７の代わりに耐熱フィルム２１１を用いて積層体１１０が加圧される。これにより、充填材１７７を用いる場合よりも加熱冷却ユニット２２及び剥離ユニット２３の構成を簡素化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００９３】
（第３の実施形態）
図２１は、第３の実施形態に係る加熱冷却ユニット２２による加熱冷却工程の実行例を示す図である。本実施形態に係る加熱冷却工程は、積層体形成工程（積層体形成ユニット２１）により形成された積層体１１０の造形物１０１と離型層１０２との間の空間を減圧する工程を含む。これにより、離型層１０２を造形物１０１に圧着させ、造形物１０１を加圧しながら加熱及び冷却することができる。このような加熱冷却工程が施された積層体１１０の離型層１２は、図２０に示す第２の実施形態に係る剥離工程により剥離することができる。
【００９４】
本実施形態によれば、造形物１０１と離型層１０２との間の空間を減圧することにより、充填材１７７、耐熱フィルム２１１等の加圧用の物体を用いずに、造形物１０１を加圧しながら加熱及び冷却することができる。これにより、加熱冷却ユニット２２及び剥離ユニット２３の構成を簡素化することができ、低コスト化を図ることができる。
【００９５】
上記いずれの実施形態においても、従来技術のような特殊な構造を有する水溶性の粒子をサポート材１１３として用いる必要はなく、造形材１１１とサポート材１１３との組み合わせに制限が生じることはなく、広範囲な造形材１１１の選択が可能である。また、型材、サポート体１０３等の不要部分の除去性を向上させることが可能となる。更に、造形物１０１の積層方向の強度（引張強度、曲げ強度等）を面方向の強度の８２％以上程度にすることが可能となる。
【００９６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態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を意図するものではない。この新規な実施形態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。この実施形態及びその変形は発明の範囲及び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】
【００９７】
１  造形システム
１１  情報処理装置
１２  造形装置
１３  後処理装置
２１  積層体形成ユニット
２２  加熱冷却ユニット
２３  剥離ユニット
２５Ａ，２５Ｃ  層形成ユニット
２６Ａ，２６Ｃ  積層ユニット
３１  第１の作像ユニット
３２  第２の作像ユニット
３３  中間担持ユニット
４１，５１，１５１  感光体
４２，５２，１５２  帯電装置
４３，５３，１５３  露光装置
４４，５４，１５４  現像装置
４５，５５，１５５  転写装置
４６，５６，１５６  感光体クリーナ
６１  第１の担持ベルト
６２，６３  テンションローラ
６４  第１の検知センサ
６５  ベルトクリーナ
７１  造形像
７２  離型像
７２Ａ  外部離型像
７３  サポート像
７３Ａ  外部サポート像
８０，８０Ａ，８０Ｂ  層
８１  第２の担持ベルト
８２  ２次転写ローラ
８３，８４  テンションローラ
８５  ステージ
８６  積層ヒータ
８７  第２の検知センサ
９１  第１の造形ヘッド
９２  第２の造形ヘッド
１０１  造形物
１０２  離型層
１０３  サポート体
１１０  積層体
１１１  造形材
１１２  離型材
１１３  サポート材
１７１  筐体
１７２  電熱ヒータ
１７３  冷却ファン
１７７  充填材
１８１  水槽
１８２  水
１９１  ブロック体
２０１  パイプ
２１１  耐熱フィルム
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９８】
【特許文献１】特開２０１６−６４６４９号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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