(57)【要約】【課題】粉末材料に発生する静電気を抑制して、造形物の作製の不具合を防止する粉末床溶融結合造形物の粉末材料及びその形成方法を提供すること。【解決手段】粉末床溶融結合造形物の粉末材料１は、摩擦によって第１の極性の帯電性を有する造形用の樹脂粉末２と、予め第１の極性と反対の第２の極性に帯電させた帯電粉末３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦によって第１の極性の帯電性を有する造形用の樹脂粉末と、
予め前記第１の極性と反対の第２の極性に帯電させた帯電粉末と
を有することを特徴とする粉末床溶融結合造形物の粉末材料。
【請求項２】
前記樹脂粉末は、摩擦によって負に帯電するポリプロピレンの粉末であり、前記帯電粉末は、予め正に帯電させたシリカの粉末であることを特徴とする請求項１に記載の粉末床溶融結合造形物の粉末材料。
【請求項３】
前記帯電粉末は、前記樹脂粉末の大きさよりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉末床溶融結合造形物の粉末材料。
【請求項４】
摩擦によって第１の極性の帯電性を有する造形用の樹脂粉末と、予め前記第１の極性と反対の第２の極性に帯電させた帯電粉末とを攪拌して、粉末材料を形成する工程
を有することを特徴とする粉末床溶融結合造形物の粉末材料の形成方法。
【請求項５】
摩擦によって第１の極性の帯電性を有する造形用の樹脂粉末と、予め前記第１の極性と反対の第２の極性に帯電させた帯電粉末とを有する粉末材料を使用して形成されたことを特徴とする粉末床溶融結合造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末床溶融結合造形物の粉末材料及びその形成方法、並びに粉末床溶融結合造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機能試験用試作部品や少量多品種の製品に使用される部品等を造形する造形装置への要望が増えてきている。
【０００３】
このような造形装置として、光造形装置や粉末床溶融結合装置などがある。
【０００４】
これらの造形装置のうち、粉末床溶融結合装置では、収納容器内に粉末材料を収納している。その粉末材料をリコータによって収納容器から作製容器に運搬して、作製容器内の造形用テーブルの上に粉末材料の薄層を形成する。次に、その粉末材料の薄層の特定の領域にレーザ光を照射することにより、粉末材料を溶融して結合し、固化して、この領域に固化層を形成する。
【０００５】
このような粉末材料の薄層の形成、及びレーザ照射による固化層の形成を作製容器内で繰り返し行うことにより、造形用テーブルの上に固化層を積層していき、３次元造形物を作製する。
【０００６】
また、粉末床溶融結合装置では、収納容器及び作製容器の上方にヒータを設けている。そして、このヒータによって粉末材料の薄層を予備加熱し、この薄層の温度を粉末材料の融点よりも少し低い温度まで上げておいてから、レーザ光を照射するようにしている。
【０００７】
これにより、粉末材料の薄層のうちのレーザ光の照射を受ける領域とその周辺の領域との温度差が小さくなり、レーザ光を照射した後に固化層に過度な収縮が生じて、固化層に反りが生じるのを抑制することができる。
【０００８】
粉末床溶融結合装置で使用される粉末材料としては、樹脂粉末、金属粉末、セラミック粉末、及びこれらの混合粉末がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３３９５号公報
【特許文献２】特開平７−１５００３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
粉末床溶融結合装置で樹脂の粉末材料を使用した場合に、粉末材料を収納容器から運搬板を介して作製容器に運搬するときに、粉末材料同士が擦れ合うことによって粉末材料に静電気が発生する。
【００１１】
粉末材料の個々の粉末は非常に軽いので、静電気による斥力（反発力）によって粉末材料が運搬板上方の装置内の空間に飛散することがある。そして、飛散した粉末材料は、静電気による引力によってリコータやヒータ等の装置内の種々の機器や部品に付着し、粉末材料の塊を形成することがある。
【００１２】
その粉末材料の塊が運搬板や作製容器等に落下すると、造形用テーブルの上に形成される薄層の厚さが設計よりも厚くなったり、薄層の表面に凹凸が生じて正確な固化層の形成を阻害したりするなど、造形物の作製に不具合が生じることになる。
【００１３】
以上より、粉末床溶融結合造形物の粉末材料及びその形成方法において、粉末材料に発生する静電気を抑制して、造形物の作製の不具合を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
開示の技術の一観点によれば、摩擦によって第１の極性の帯電性を有する造形用の樹脂粉末と、予め前記第１の極性と反対の第２の極性に帯電させた帯電粉末とを有する粉末床溶融結合造形物の粉末材料が提供される。
【００１５】
開示の技術の他の観点によれば、摩擦によって第１の極性の帯電性を有する造形用の樹脂粉末と、予め前記第１の極性と反対の第２の極性に帯電させた帯電粉末とを攪拌して、粉末材料を形成する工程を有する粉末床溶融結合造形物の粉末材料の形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
開示の技術の一観点によれば、摩擦によって第１の極性の帯電性を有する造形用の樹脂粉末に、予め第１の極性と反対の第２の極性に帯電させた帯電粉末を加えているので、樹脂粉末の表面に帯電粉末が付着して、粉末材料の運搬時の摩擦によって樹脂粉末に発生した静電気を帯電粉末によってある程度打ち消すことができる。この結果、粉末材料に発生する静電気を抑制することができる。
【００１７】
このため、静電気によって粉末床溶融結合装置内の空間に粉末材料が飛散して、種々の機器や部品に付着するのを回避することができる。この結果、粉末材料の塊の落下による造形物の作製の不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係る粉末材料における樹脂粉末及び帯電粉末の状態を説明する図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る粉末材料を使用して造形物を作製する粉末床溶融結合装置の構成の一例を説明する図である。
【図３】図３（ａ）は、粉末床溶融結合装置の筐体以外の構成を示す上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図４】図４は、粉末材料のバッファ層の形成途中の断面図（その１）である。
【図５】図５は、粉末材料のバッファ層の形成途中の断面図（その２）である。
【図６】図６は、粉末材料のバッファ層の形成途中の断面図（その３）である。
【図７】図７は、粉末材料のバッファ層の形成途中の断面図（その４）である。
【図８】図８は、造形物の作製途中の断面図（その１）である。
【図９】図９は、造形物の作製途中の断面図（その２）である。
【図１０】図１０は、造形物の作製途中の断面図（その３）である。
【図１１】図１１は、造形物の作製途中の断面図（その４）である。
【図１２】図１２は、造形物の作製途中の断面図（その５）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。
【００２０】
樹脂の粉末材料に発生する静電気を抑制するために、樹脂粉末に帯電防止材としてカーボンブラックの粉末を添加して、粉末材料を形成することが考えられる。カーボンブラックは導電性を有するので、カーボンブラックを介して樹脂粉末に発生した静電気を除去することができる。
【００２１】
しかし、この粉末材料を使用して作製された造形物は、カーボンブラックによって黒色となってしまう。このため、造形物に対する要望によっては、この粉末材料を使用することができないことがある。
【００２２】
また、樹脂粉末に、流動性向上材としても使用される親水性のシリカの粉末を添加して、粉末材料を形成することが考えられる。親水性のシリカは空気中の水を吸着して、シリカの表面に水膜が形成されるようになる。この水膜を介して樹脂粉末に発生した静電気を除去することができる。
【００２３】
しかし、親水性のシリカの粉末が添加された粉末材料でも静電気が発生して、粉末床溶融結合装置内の空間に粉末材料が飛散することがある。その理由は以下のように考えられる。
【００２４】
造形物の作製に使用する樹脂の種類によっては、予備加熱によって装置内の温度が１００℃以上となり、装置内の空気中の水が蒸発してしまうことがある。この場合には、親水性のシリカの表面に水膜が形成されなくなるので、水膜を介して樹脂粉末に発生した静電気を除去することができなくなると考えられる。
【００２５】
このような検討を踏まえて、本実施形態では、以下のようにして粉末材料に発生する静電気を抑制する。
【００２６】
（本実施形態）
本実施形態に係る粉末床溶融結合造形物の粉末材料について、その形成方法と共に説明する。
【００２７】
まず、粉末材料の原料として、熱可塑性樹脂の樹脂粉末と帯電粉末とを用意する。
【００２８】
これらの原料のうち、樹脂粉末は、例えば、平均粒子径が５０μｍ程度の球状のポリプロピレンの粉末である。
【００２９】
樹脂粉末の形成方法は特に限定されない。例えば、樹脂粉末として懸濁重合法によって形成された樹脂粉末を使用し得る。このように形成された樹脂粉末は、個々の形状が真球状になるので、流動性が良好となる。
【００３０】
そのポリプロピレンは、帯電列から摩擦によって負に帯電することが知られている。
【００３１】
一方、帯電粉末は、例えば、ヘキサメチルジシラザン及びアミノシランを使用して表面に化学的処理を施すことにより、予め正に帯電させたシリカ（ＳｉＯ２）の粉末である。
【００３２】
予め正に帯電させたシリカの粉末の種類は特に限定されない。例えば、そのようなシリカの粉末として、日本アエロジル株式会社製のフュームドシリカＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）ＲＡ２００Ｈの粉末を使用し得る。
【００３３】
その帯電粉末は、形成時にシリカの粒子が凝集又は融着することにより、糸状や枝状など種々の形状を有している。このため、帯電粉末の大きさは特に限定されないが、５００ｎｍ〜３μｍ程度となっている。
【００３４】
なお、樹脂粉末となるポリプロピレンは疎水性の材料である。一方、帯電粉末となるシリカは親水性の材料である。しかし、そのシリカの表面に前述した化学的処理を施すことにより、帯電粉末の性質は疎水性となっている。但し、帯電粉末の性質は疎水性であることに限定されるわけではなく、その性質が親水性であってもよい。
【００３５】
そして、前述した粉末材料の原料としての樹脂粉末及び帯電粉末を、例えば、ダブルコーン型の乾式粉体混合機に投入する。
【００３６】
ダブルコーン型の乾式粉体混合機は、２つの円錐台形の容器の底面側を、直接又は円筒の容器を挟んで接合した中空の金属製の混合容器と、混合容器を回転させる回転機構とを備えている。
【００３７】
粉末材料を形成する乾式粉体混合機の種類は特に限定されない。例えば、混合容器の形状がＶ字状や円柱状の乾式粉体混合機を使用し得る。また、混合容器内に撹拌器を備え、混合容器ではなく、その撹拌器を回転させることにより、原料を混合する乾式粉体混合機も使用し得る。
【００３８】
このような乾式粉体混合機の混合容器内に前述した粉末材料の原料を投入する。その際、粉末材料における帯電粉末の割合を０．１重量％〜０．３重量％にする。
【００３９】
そして、その混合容器を１０回／分程度の回転数で２０分間程度回転させることにより、混合容器内で樹脂粉末及び帯電粉末を攪拌して、混合する。
【００４０】
このようにして粉末材料を形成する。その粉末材料における樹脂粉末及び帯電粉末の状態を、図１に模式的に示す。
【００４１】
粉末材料を形成するときに樹脂粉末同士が擦れ合い、ポリプロピレンの樹脂粉末は負に帯電する。
【００４２】
前述したように、ポリプロピレンは疎水性の材料なので、樹脂粉末の表面には水膜が形成され難く、樹脂粉末に静電気が発生し易い。
【００４３】
更に、樹脂粉末は、樹脂粉末の形成時の状況によって平均粒子径が変動することがある。一般に、樹脂粉末の粒子径が小さくなると、樹脂粉末の比表面積が大きくなる。このため、樹脂粉末が規定値（例えば、５０μｍ）よりも小さく形成された場合には、樹脂粉末の全体では樹脂粉末同士の接触面積が大きくなり、樹脂粉末に静電気が発生し易くなる。
【００４４】
図１に示すように、本実施形態に係る粉末材料１では、摩擦によって負に帯電する樹脂粉末２に、予め正に帯電させた帯電粉末３を加えているので、樹脂粉末２の表面２ａに帯電粉末３が付着して、粉末材料１の形成時の摩擦によって樹脂粉末２に発生した静電気を帯電粉末３によってある程度打ち消すことができる。この結果、粉末材料１に発生する静電気を抑制することができる。
【００４５】
このため、粉末材料１を乾式粉体混合機の混合容器から他の容器（例えば、後述する粉末床溶融結合装置の収納容器）に移し替える際に、静電気によって粉末材料１の製造室内に粉末材料１が飛散するのを抑制することができる。更に、静電気によって粉末材料１が混合容器の内側面や取出口に付着するのを抑制することもできる。しかも、これらの効果は、その製造室内の湿度が低い場合でも発揮される。
【００４６】
また、粉末材料１では、帯電粉末３の大きさが樹脂粉末２のそれよりも小さいので、樹脂粉末２間に帯電粉末３が介在することによって樹脂粉末２同士の摩擦が低減される。この結果、粉末材料１の流動性を向上させることができる。つまり、帯電粉末３は、静電気抑制材として機能するだけでなく、流動性向上材としても機能する。
【００４７】
このため、粉末材料１を混合容器から他の容器に円滑に移し替えることができる。更に、混合容器の内側面や取出口に粉末材料１が付着するのをより一層抑制することもできる。
【００４８】
本実施形態では、このような粉末材料１を使用して造形物を作製する。
【００４９】
その造形物の作製方法を説明する前に、造形物を作製する粉末床溶融結合装置の構成について説明する。
【００５０】
図２は、粉末床溶融結合装置の構成の一例を説明する図である。また、図３（ａ）は、粉末床溶融結合装置の筐体以外の構成を示す上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。
【００５１】
図２に示すように、粉末床溶融結合装置４は、その筐体５内に、粉末材料１を収納する２つの収納容器６，７と、収納容器６，７の粉末材料１を使用して造形物が作製される作製容器８とが収容される。
【００５２】
図３に示すように、これらの容器６〜７のうち、収納容器６，７は、鋼板を曲げ及び溶接等の加工を行うことによって形成され、上から見たときに矩形状に開口した筒状の容器である。
【００５３】
収納容器６，７内には、それぞれ供給用テーブル９，１０が配置されている。その供給用テーブル９，１０の上に粉末材料１が供給される。また、供給用テーブル９，１０の下面には、図示しないドライバに接続された支持棒１１，１２が取り付けられている。このドライバを駆動することにより、支持棒１１，１２を介して供給用テーブル９，１０が収納容器６，７内を昇降する。
【００５４】
一方、作製容器８は、鋼板を曲げ及び溶接等の加工を行うことによって形成され、上かた見たときに正方形状に開口した筒状の容器である。
【００５５】
作製容器８内には、造形用テーブル１３が配置されている。その造形用テーブル１３の上に粉末材料１が供給される。また、造形用テーブル１３の下面には、図示しないドライバに接続された支持棒１４が取り付けられている。このドライバを駆動することにより、支持棒１４を介して造形用テーブル１３が作製容器８内を昇降する。
【００５６】
収納容器６，７及び作製容器８の上には、運搬板１５が設置されている。その運搬板１５の上にはリコータ１６が設けられている。
【００５７】
運搬板１５は、上面１５ａ及び下面１５ｂが平坦な鋼板であり、３つの貫通孔１５ｃ〜１５ｅが設けられている。
【００５８】
これらの貫通孔１５ｃ〜１５ｅのうち、図３では左側の貫通孔１５ｃ及び右側の貫通孔１５ｅは、収納容器６，７の上側の開口と同じ形状及び大きさとなっている。また、中央の貫通孔１５ｄは、作製容器８の上側の開口と同じ形状及び大きさとなっている。
【００５９】
そして、貫通孔１５ｃの下に収納容器６が配置され、貫通孔１５ｄの下に作製容器８が配置され、貫通孔１５ｅの下に収納容器７が配置されて、貫通孔１５ｃ、貫通孔１５ｄ、及び貫通孔１５ｅが、それぞれ収納容器６の上側の開口、作製容器８の上側の開口、及び収納容器７の上側の開口に連通する。
【００６０】
また、リコータ１６は、運搬板１５の上面１５ａに対して垂直な方向に立てられた細長い金属板であり、図示しないドライバに接続されている。このドライバを駆動することにより、リコータ１６が運搬板１５の上面１５ａ上を左方向又は右方向に移動する。
【００６１】
供給用テーブル９，１０及び造形用テーブル１３を昇降させると共に、リコータ１６を左右に移動させることにより、収納容器６又は収納容器７の粉末材料１は運搬板１５の上面１５ａ及び貫通孔１５ｃ〜１５ｅを介して作製容器８に運搬される。
【００６２】
運搬板１５の上方の筐体５内の空間には、上部加熱部１７〜１９及び反射板２０，２１が設けられている。
【００６３】
上部加熱部１７〜１９のうち、上部加熱部１７は、収納容器６の上方に配置され、２本の棒状のヒータ２２，２３を備えている。更に、上部加熱部１８は、収納容器７の上方に配置され、２本の棒状のヒータ２４，２５を備えている。
【００６４】
これらのヒータ２２〜２５は、赤外線ヒータ又は抵抗加熱型ヒータであり、上から見たときに収納容器６，７の長手側の側部の内側においてこれらの側部の各々と平行に配置されている。これにより、収納容器６，７の粉末材料１は上から加熱される。
【００６５】
一方、上部加熱部１９は、作製容器８の上方に配置され、４本の棒状のヒータ２６〜２９を備えている。
【００６６】
これらのヒータ２６〜２９は、赤外線ヒータ又は抵抗加熱型ヒータであり、上から見たときに作製容器８の全ての側部の内側においてこれらの側部の各々と平行に設置されている。これにより、作製容器８の粉末材料１は上から加熱される。
【００６７】
また、反射板２０，２１は、図示しない筐体５内の支柱に取り付けられ、運搬板１５の上面１５ａに対して垂直な方向に立てられた金属板であり、収納容器６と作製容器８との間、及び作製容器８と収納容器７との間に配置されている。
【００６８】
また、図３では左側の反射板２０は、作製容器８側の表面が鏡面仕上げされ、右側の反射板２１は、作製容器８側の表面が鏡面仕上げされている。
【００６９】
これにより、反射板２０，２１はヒータ２６〜２９の熱（赤外線）を反射して、作製容器８の粉末材料１を加熱することができる。このため、上部加熱部１９は、少ない消費電力で作製容器８の粉末材料１を所定の温度まで昇温させ、その温度を維持することができる。
【００７０】
また、反射板２０，２１は、前述の筐体５内の支柱に固定された上部２０ａ，２１ａと、蝶番２０ｂ，２１ｂを介して上部２０ａ，２１ａに接続され、左右にスイング可能となっている下部２０ｃ，２１ｃからなる。これにより、リコータ１６は下部２０ｃ，２１ｃを介して反射板２０，２１を通過可能となっている。
【００７１】
なお、図示していないものの、粉末床溶融結合装置４には、上部加熱部１７〜１９とは別の加熱部も設けられている。
【００７２】
例えば、作製容器８の側部には、横から作製容器８の粉末材料１を加熱する側部加熱部が設けられている。更に、造形用テーブル１３と支持棒１４との間には、下から作製容器８の粉末材料１を加熱する下部加熱部が設けられている。また、運搬板１５の下面１５ｂには、運搬板１５に接する粉末材料１を加熱する運搬板加熱部が設けられている。これらの加熱部は、いずれも板状の抵抗加熱型ヒータを備えている。
【００７３】
以上の収納容器６，７、作製容器８、運搬板１５、リコータ１６、上部加熱部１７〜１９、及び反射板２０，２１等が筐体５内に配置されている。
【００７４】
一方、筐体５の上部には、２つのガラスの窓５ａ，５ｂが嵌め込まれている。これらの窓５ａ，５ｂのうち、一方の窓５ａの上方には温度検出部３０が設けられている。
【００７５】
温度検出部３０は、赤外線によって温度を検出する機器であり、上から見たときに作製容器８の側部の内側に配置されている。これにより、温度検出部３０は、作製容器８の開口と連通する運搬板１５の貫通孔１５ｄ内の粉末材料１の表面温度を検出することが可能となっている。
【００７６】
また、他方の窓５ｂの上方にはレーザ光出射部３１が設けられている。
【００７７】
レーザ光出射部３１は、図示しないものの、レーザ光を出射する光源と、レーザ光の出射角度を変えてレーザ光を走査するミラーと、レーザ光の焦点距離を変えて粉末材料１の表面に合わせるレンズと、ミラー及びレンズを駆動するドライバなどを備えている。そのレーザ光出射部３１は、上から見たときに作製容器８の側部の内側に配置されている。
【００７８】
これにより、レーザ光出射部３１は、運搬板１５の貫通孔１５ｄ内の粉末材料１の表面にレーザ光を出射し、走査することが可能となっている。
【００７９】
粉末床溶融結合装置４は以上のように構成されている。その粉末床溶融結合装置４において行う造形物の作製方法を説明する。
【００８０】
粉末床溶融結合装置４では、作製容器８で作製される造形物が造形用テーブル１３の上面に固着しないようにするために、造形物の作製を開始する前に、造形用テーブル１３の上に粉末材料のバッファ層を形成しておく。
【００８１】
まず、バッファ層の形成方法について説明する。図４〜図７は、バッファ層の形成途中の断面図である。
【００８２】
例えば、バッファ層の形成を開始する前の粉末床溶融結合装置４は、図３（ｂ）に示した状態となっている。
【００８３】
すなわち、前述の乾式粉体混合機から粉末材料１が収納容器６，７の各々に供給された後、供給用テーブル９，１０を上昇させることによって、収納容器６，７の粉末材料１の上面が運搬板１５の上面１５ａと同じ高さになっている。
【００８４】
また、作製容器８の造形用テーブル１３を上昇させることによって、造形用テーブル１３の上面が運搬板１５の上面１５ａと同じ高さになっている。更にまた、リコータ１６は、運搬板１５の上面１５ａのうちの収納容器６の左側に配置されている。
【００８５】
粉末床溶融結合装置４がこのような状態となっているときに、まず、図４（ａ）に示すように、左側の収納容器６の供給用テーブル９を上昇させることにより、収納容器６の粉末材料１を貫通孔１５ｃを介して運搬板１５の上面１５ａよりも上に突出させる。
【００８６】
更に、作製容器８の造形用テーブル１３を粉末材料１の薄層の一層分の厚さ、例えば０．１ｍｍだけ下降させると共に、右側の収納容器７の供給用テーブル１０を下降させる。
【００８７】
続いて、図４（ｂ）に示すように、リコータ１６を運搬板１５の上面１５ａ上を右方向に移動させることにより、リコータ１６は上面１５ａから突出した収納容器６の粉末材料１を掻き取り、上面１５ａ及び貫通孔１５ｄを介して作製容器８に運搬する。
【００８８】
このようにして、収納容器６の粉末材料１を作製容器８に供給して、造形用テーブル１３の上に第１層目の粉末材料１の薄層３２を形成する。
【００８９】
更に、図５（ａ）に示すように、リコータ１６を右方向に移動させることにより、リコータ１６は、薄層３２の形成に使用されずに残った粉末材料１を上面１５ａ及び貫通孔１５ｅを介して収納容器７に運搬する。
【００９０】
このようにして、残った粉末材料１を収納容器７に収納する。
【００９１】
そして、リコータ１６を収納容器７の右側の位置で停止させる。
【００９２】
次に、図５（ｂ）に示すように、収納容器７の供給用テーブル１０を上昇させることにより、収納容器７の粉末材料１を貫通孔１５ｅを介して運搬板１５の上面１５ａよりも上に突出させる。
【００９３】
更に、作製容器８の造形用テーブル１３を粉末材料１の薄層の一層分の厚さだけ下降させると共に、収納容器６の供給用テーブル９を下降させる。
【００９４】
続いて、図６（ａ）に示すように、リコータ１６を運搬板１５の上面１５ａ上を左方向に移動させることにより、リコータ１６が上面１５ａから突出した収納容器７の粉末材料１を掻き取り、上面１５ａ及び貫通孔１５ｄを介して作製容器８に運搬する。
【００９５】
このようにして、収納容器７の粉末材料１を作製容器８に供給して、造形用テーブル１３の上に第２層目の粉末材料１の薄層３３を形成する。
【００９６】
更に、図６（ｂ）に示すように、リコータ１６を左方向に移動させることにより、リコータ１６は、薄層３３の形成に使用されずに残った粉末材料１を上面１５ａ及び貫通孔１５ｃを介して収納容器６に運搬する。
【００９７】
このようにして、残った粉末材料１を収納容器６に収納する。
【００９８】
そして、リコータ１６を収納容器６の左側で停止させる。
【００９９】
その後、作製容器８において、第１層目の薄層３２の形成と同じようにして、第２層目の薄層３３の上に第３層目の粉末材料１の薄層３４を形成し、更に第２層目の薄層３３の形成と同じようにして、第３層目の薄層３４の上に第４層目の粉末材料１の薄層３５を形成する。
【０１００】
このような粉末材料１の薄層の形成を繰り返すことにより、図７に示すように、作製容器８の造形用テーブル１３の上に粉末材料１の薄層を複数積層して、所定の厚さ（例えば、１０ｍｍの厚さ）のバッファ層３６を形成する。
【０１０１】
なお、図７では、便宜上、４層の粉末材料１の薄層３２〜３５をバッファ層３６として示しているが、実際の粉末材料１の薄層の層数はバッファ層３６の厚さに応じた層数となる。
【０１０２】
また、粉末床溶融結合装置４では、バッファ層３６の形成開始と同時に、上部加熱部１７〜１９のヒータ２２〜２９を含む全てのヒータをオンにする。
【０１０３】
そして、上部加熱部１７〜１９については、温度検出部３０で検出した運搬板１５の貫通孔１５ｄ内の粉末材料１の表面温度のデータに基づいてヒータ２２〜２９の発熱量を調整する。また、上部加熱部１７〜１９以外の加熱部のヒータについても発熱量を調整する。
【０１０４】
これらにより、運搬板１５の貫通孔１５ｄ内の粉末材料１の表面温度は、作製容器８において造形物の作製を開始するのに適した温度、例えば、粉末材料１の融点よりも１０℃〜１５℃程度低い温度まで上げられ、更にこの適温が維持される。
【０１０５】
例えば、粉末材料１の樹脂粉末２としてポリプロピレンの粉末を使用する場合には、ポリプロピレンの融点が約１３０℃であるので、前述した適温として約１１５℃〜１２０℃まで上げられ、この温度が維持される。
【０１０６】
このようにして、バッファ層３６に対する予備加熱を行う。
【０１０７】
本実施形態では、予備加熱を行うために、バッファ層３６の形成開始と同時に粉末床溶融結合装置４の全てのヒータをオンにしているが、バッファ層３６の形成開始よりも前に粉末床溶融結合装置４の全てのヒータをオンにしてもよい。例えば、粉末床溶融結合装置４の筐体５内に、粉末材料１を収納した収納容器６，７、及び作製容器８が収容されたときに、粉末床溶融結合装置４の全てのヒータをオンにしてもよい。
【０１０８】
バッファ層３６の形成、及びバッファ層３６に対する予備加熱を行った後に、造形物の作製を開始する。
【０１０９】
その造形物の作製方法について説明する。図８〜図１２は、造形物の作製途中の断面図である。
【０１１０】
粉末床溶融結合装置４において、前述した予備加熱は、バッファ層３６を形成する間だけでなく、バッファ層３６の上に造形物を作製する間も行われる。これにより、作製容器８の粉末材料１の表面温度が適温に維持される。
【０１１１】
粉末床溶融結合装置４がこのような状態となっているときに、まず、図８（ａ）に示すように、左側の収納容器６の供給用テーブル９を上昇させることにより、収納容器６の粉末材料１を貫通孔１５ｃを介して運搬板１５の上面１５ａよりも上に突出させる。
【０１１２】
更に、作製容器８の造形用テーブル１３を粉末材料１の薄層の一層分の厚さだけ下降させると共に、右側の収納容器７の供給用テーブル１０を下降させる。
【０１１３】
続いて、図８（ｂ）に示すように、リコータ１６を運搬板１５の上面１５ａ上を右方向に移動させることにより、リコータ１６は上面１５ａから突出した収納容器６の粉末材料１を掻き取り、上面１５ａ及び貫通孔１５ｄを介して作製容器８に運搬する。
【０１１４】
このようにして、収納容器６の粉末材料１を作製容器８に供給して、バッファ層３６の上に造形物作製用としては第１層目の粉末材料１の薄層３７を形成する。
【０１１５】
更に、図９（ａ）に示すように、リコータ１６を右方向に移動させることにより、リコータ１６は、薄層３７の形成に使用されずに残った粉末材料１を上面１５ａ及び貫通孔１５ｅを介して収納容器７に運搬する。
【０１１６】
このようにして、残った粉末材料１を収納容器７に収納する。
【０１１７】
そして、リコータ１６を収納容器７の右側で停止させる。
【０１１８】
次に、図９（ｂ）に示すように、作製する３次元造形物のスライスデータ（描画パターン）に基づいて、レーザ光出射部３１のミラー及びレンズの動きを制御すると共に、光源の出力を制御して、第１層目の粉末材料１の薄層３７にレーザ光を出射させ、走査させることにより、第１層目の薄層３７のうちの特定の領域の粉末材料１を溶融して結合し、固化する。
【０１１９】
このようにして、第１層目の薄層３７の特定の領域に第１層目の固化層３７ａを形成する。
【０１２０】
そして、レーザ光の出射及び走査を停止させる。
【０１２１】
次に、図１０（ａ）に示すように、収納容器７の供給用テーブル１０を上昇させることにより、収納容器７の粉末材料１を貫通孔１５ｅを介して運搬板１５の上面１５ａよりも上に突出させる。
【０１２２】
更に、作製容器８の造形用テーブル１３を粉末材料１の薄層の一層分の厚さだけ下降させると共に、収納容器６の供給用テーブル９を下降させる。
【０１２３】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、リコータ１６を運搬板１５の上面１５ａ上を左方向に移動させることにより、リコータ１６は上面１５ａから突出した収納容器７の粉末材料１を掻き取り、上面１５ａ及び貫通孔１５ｄを介して作製容器８に運搬する。
【０１２４】
このようにして、収納容器７の粉末材料１を作製容器８に供給して、第１層目の固化層３７ａが形成された粉末材料１の薄層３７の上に、第２層目の粉末材料１の薄層３８を形成する。
【０１２５】
更に、図１１（ａ）に示すように、リコータ１６を左方向に移動させることにより、リコータ１６は、薄層３８の形成に使用されずに残った粉末材料１を上面１５ａ及び貫通孔１５ｃを介して収納容器６に運搬する。
【０１２６】
このようにして、残った粉末材料１を収納容器６に収納する。
【０１２７】
そして、リコータ１６を収納容器６の左側で停止させる。
【０１２８】
次に、図１１（ｂ）に示すように、レーザ光出射部３１を制御して、第２層目の粉末材料１の薄層３８にレーザ光を出射させ、走査させることにより、第２層目の薄層３８のうちの特定の領域の粉末材料１を溶融して結合し、固化する。
【０１２９】
このようにして、第２層目の薄層３８の特定の領域に第２層目の固化層３８ａを形成する。
【０１３０】
そして、レーザ光の出射及び走査を停止させる。
【０１３１】
その後、作製容器８において、第１層目の薄層３７及び固化層３７ａの形成と同じようにして、第２層目の薄層３８及び固化層３８ａの上に第３層目の粉末材料１の薄層３９及び固化層３９ａを形成し、更に第２層目の薄層３８及び固化層３８ａの形成と同じようにして、第３層目の薄層３９及び固化層３９ａの上に第４層目の粉末材料１の薄層４０及び固化層４０ａを形成する。
【０１３２】
このような造形物作製用の粉末材料１の薄層の形成、及びこの薄層での固化層の形成を繰り返すことにより、図１２に示すように、作製容器８において、バッファ層３６の上に固化層３７ａ〜４０ａを複数積層して、３次元造形物４１を作製する。
【０１３３】
造形物４１の作製が終了すると、粉末床溶融結合装置４の全てのヒータをオフにする。
【０１３４】
その後、筐体５内から収納容器６，７及び作製容器８を取り出す。そして、図示しないリフトによって作製容器８の造形用テーブル１３を上昇させることにより、粉末材料１に埋もれている造形物４１を取り出す。
【０１３５】
このようにして、粉末床溶融結合装置４において粉末材料１を使用して造形物４１を作製する。
【０１３６】
粉末材料１では、バッファ層３６を形成するとき、及び造形物４１を作製するときの収納容器６，７から作製容器８への粉末材料１の運搬、及び一方の収納容器６，７から他方の収納容器７，６への粉末材料１の運搬によって樹脂粉末２同士が擦れ合い、ポリプロピレンの樹脂粉末２は負に帯電する。
【０１３７】
前述したように、本実施形態に係る粉末材料１では、摩擦によって負に帯電する樹脂粉末２に、予め正に帯電させた帯電粉末３を加えているので、バッファ層３６の形成時、及び造形物４１の作製時の摩擦によって樹脂粉末２に発生した静電気を帯電粉末３によってある程度打ち消すことができる。この結果、粉末材料１に発生する静電気を抑制することができる。
【０１３８】
このため、粉末材料１を運搬する際に、静電気によって粉末床溶融結合装置４の筐体５内で粉末材料１が飛散して、リコータ１６、反射板２０，２１、及びヒータ２２〜２９等の筐体５内の機器や部品に粉末材料１が付着するのを回避することができる。この結果、粉末材料１の塊の落下による造形物４１の作製の不具合を回避することができる。
【０１３９】
更に、作製容器８の粉末材料１から造形物４１を取り出した後には、残った作製容器８の粉末材料１及び収納容器６，７の粉末材料１を他の容器に移し替えることになるが、その際にも静電気によって室内に粉末材料１が飛散するのを抑制することができる。更にまた、静電気によって粉末材料１が収納容器６，７及び作製容器８の内側面に付着するのを抑制することもできる。しかも、これらの効果はその室内の湿度が低い場合でも発揮される。
【０１４０】
また、粉末材料１では、帯電粉末３の大きさが樹脂粉末２のそれよりも小さいので、樹脂粉末２間に帯電粉末３が介在することによって樹脂粉末２同士の摩擦が低減される。この結果、粉末材料１の流動性を向上させることができる。
【０１４１】
このため、粉末材料１を収納容器６，７から作製容器８に円滑に運搬することができると共に、一方の収納容器６，７から他方の収納容器７，６に円滑に運搬することができる。更に、作製容器８の造形用テーブル１３の上に粉末材料１の薄層３２〜３５，３７〜４０を均等な厚さに形成することができる。この結果、造形物４１を良好な品質で作製することができる。
【０１４２】
更にまた、粉末材料１では、帯電粉末３が流動性向上材としても機能するので、樹脂粉末２に余分な添加材を加えなくても済む。
【０１４３】
言い換えると、例えば、樹脂粉末２に、流動性向上材としてのシリカの粉末を加えた上で、更に樹脂粉末２の摩擦帯電電荷量を制御するための染料系や金属塩系の帯電制御剤を加える必要はない。このため、意図しない造形物４１の着色や造形物４１の物性の変化を回避することができる。
【０１４４】
なお、シリカの融点は１６００℃〜１７００℃程度であり、ポリプロピレンのそれよりも高い。このため、粉末材料１の薄層３７〜４０の各々にレーザ光を照射したときに、粉末材料１のうちの樹脂粉末２は溶融しても、帯電粉末３は溶融しない。この結果、帯電粉末３は正に帯電した状態を維持したまま固化層３７ａ〜４０ａの各々に取り込まれることになる。
【０１４５】
しかし、帯電粉末３が取り込まれていても造形物４１の物性が変化することはない。その上、帯電粉末３により、樹脂粉末２を主成分とする造形物４１の帯電を抑制することができる。
【０１４６】
上述した実施形態では、粉末材料１の原料のうち、樹脂粉末２として摩擦によって負に帯電するポリプロピレンの粉末と、帯電粉末３として予め正に帯電させたシリカの粉末とを使用した場合について説明したが、樹脂粉末２及び帯電粉末３の組み合わせはこれに限定されない。
【０１４７】
例えば、摩擦によって負に帯電する熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン以外にポリスチレン、ポリエステル、アクリル、ポリエチレン、及びポリ塩化ビニル等がある。樹脂粉末２としてこれらの熱可塑性樹脂の樹脂粉末を使用し得る。このような樹脂粉末２を使用する場合には、帯電粉末３として予め正に帯電させたシリカの粉末を使用する。
【０１４８】
一方、摩擦によって正に帯電する熱可塑性樹脂としては、ナイロン６、ナイロン１１、及びナイロン１２（ナイロンは登録商標）等のポリアミドがある。樹脂粉末２としてこれらの熱可塑性樹脂の樹脂粉末を使用し得る。このような樹脂粉末２を使用する場合には、帯電粉末３として予め負に帯電させたシリカの粉末を使用する。
【０１４９】
更に、帯電粉末３としては、上述したシリカの粉末以外に、表面に化学的処理を施すことにより、予め正又は負に帯電させたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びチタニア（ＴｉＯ２）等の金属酸化物の粉末を使用し得る。このような帯電粉末３も、静電気抑制材として機能するだけでなく、流動性向上材としても機能する。
【０１５０】
また、粉末材料１の原料は樹脂粉末２及び帯電粉末３のみに限定されない。例えば、作製する造形物４１の仕様に応じて、樹脂粉末２及び帯電粉末３に、機械的強度を向上させるためのカーボンファイバ及びガラスビーズや、着色のための顔料及び染料等の添加材や添加剤を加えてもよい。
【符号の説明】
【０１５１】
１…粉末材料、２…樹脂粉末、２ａ…樹脂粉末の表面、３…帯電粉末、４…粉末床溶融結合装置、５…筐体、６，７…収納容器、８…作製容器、９，１０…供給用テーブル、１３…造形用テーブル、１５…運搬板、１５ａ…運搬板の上面、１５ｃ〜１５ｅ…運搬板の貫通孔、１６…リコータ、１７〜１９…上部加熱部、２０，２１…反射板、２２〜２９…ヒータ、３０…温度検出部、３１…レーザ光出射部、３２〜３５，３７〜４０…粉末材料の薄層、３６…粉末材料のバッファ層、３７ａ〜４０ａ…固化層、４１…造形物。
【図１】
2019130854.tif 000003
【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】
2019130854.tif 000009
【図８】
2019130854.tif 000010
【図９】
2019130854.tif 000011
【図１０】
2019130854.tif 000012
【図１１】
2019130854.tif 000013
【図１２】
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