(57)【要約】【課題】所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物を製造する。【解決手段】三次元造形物５００を構成する構成材料粉末Ｐと磁気異方性有機繊維Ｆとを含む流動性組成物を用いて層を形成する層形成工程（ステップＳ１３０）と、層に磁場を印加する磁場印加工程（ステップＳ１４０）と、磁気異方性有機繊維Ｆを除去して層に空隙を形成する空隙形成工程（ステップＳ１７０）と、層を加熱して構成材料粉末Ｐを焼結する焼結工程（ステップＳ１８０）と、を有する三次元造形物の製造方法。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形物を構成する構成材料粉末と磁気異方性有機繊維とを含む流動性組成物を用いて層を形成する層形成工程と、
前記層に磁場を印加する磁場印加工程と、
前記磁気異方性有機繊維を除去して前記層に空隙を形成する空隙形成工程と、
前記層を加熱して前記構成材料粉末を焼結する焼結工程と、
を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記構成材料粉末は、磁気異方性を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記磁場印加工程による前記層の配向状態を固定する配向固定工程を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
少なくとも前記層形成工程と前記磁場印加工程とを繰り返すことで、前記層を積層することにより三次元造形物を製造可能であって、
前記磁場印加工程における磁場方向を前記層のうちの一部において変えることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程は、前記層を可撓性フィルム上に形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な三次元造形物の製造方法が使用されている。このうち、三次元造形物を構成する構成材料粉末を含む材料を用いて層を形成して三次元造形物を製造する方法がある。  
例えば、特許文献１には、構成材料粉末としての磁性金属粉末を磁場中で配向させた状態で積層し、三次元造形物を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１５００２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三次元造形物は様々な用途で使用される。そして、三次元造形物の用途によっては、空隙を有する三次元造形物を製造することが望まれる場合がある。本発明者らが鋭意検討した結果、三次元造形物に設けられる空隙の形状などによって、該三次元造形物の特性が異なることが分かった。さらには、三次元造形物に設けられる空隙を所望の方向に配向することにより、三次元造形物の用途の幅を広げることができるうえ、これまで使用されてきた用途においても性能を向上させることができることが分かった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物を構成する構成材料粉末と磁気異方性有機繊維とを含む流動性組成物を用いて層を形成する層形成工程と、前記層に磁場を印加する磁場印加工程と、前記磁気異方性有機繊維を除去して前記層に空隙を形成する空隙形成工程と、前記層を加熱して前記構成材料粉末を焼結する焼結工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
本態様によれば、構成材料粉末と磁気異方性有機繊維とを含む流動性組成物を用いて層を形成し、該層に磁場を印加して所望の方向に磁気異方性有機繊維を配向させ、該磁気異方性有機繊維を除去して該層に空隙を形成する。すなわち、使用する磁気異方性有機繊維に応じて所望の方向に磁場を印加して該磁気異方性有機繊維を所望の方向に配向させ、後に該磁気異方性有機繊維を除去して空隙を形成することで、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物を製造することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記構成材料粉末は、磁気異方性を有することを特徴とする。
【０００９】
本態様によれば、空隙を形成する磁気異方性有機繊維だけでなく、構成材料粉末も磁気異方性を有する。このため、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物を製造することができるうえ、三次元造形物の空隙以外の部分の特性も用途に合わせて向上させることが可能になる。
【００１０】
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１又は第２の態様において、前記磁場印加工程による前記層の配向状態を固定する配向固定工程を有することを特徴とする。
【００１１】
本態様によれば、磁場印加工程による層の配向状態を固定する配向固定工程を有する。このため、流動性組成物が配向を維持しにくい組成であった場合でも、層の配向状態を維持したまま空隙を形成することができる。
【００１２】
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１項の態様において、少なくとも前記層形成工程と前記磁場印加工程とを繰り返すことで、前記層を積層することにより三次元造形物を製造可能であって、前記磁場印加工程における磁場方向を前記層のうちの一部において変えることを特徴とする。
【００１３】
本態様によれば、磁場印加工程における磁場方向を一部の層において変えるので、空隙の形状を精細に制御することができる。このため、三次元造形物の用途の幅を効果的に広げることができるうえ、これまで使用されてきた用途においても性能を効果的に向上させることができる。
【００１４】
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第４のいずれか１項の態様において、前記層形成工程は、前記層を可撓性フィルム上に形成することを特徴とする。
【００１５】
一般的に、薄い（例えば１層や２層で構成される）三次元造形物を製造するのは難しい。薄い三次元造形物を損傷させることなく支持部から取り外すことが困難なためである。このため、薄い三次元造形物を製造する場合、一旦、厚い三次元造形物を製造し、該厚い三次元造形物を切削するなどして製造することが多かった。しかしながら、本態様によれば、層形成工程は層を可撓性フィルム上に形成するので、三次元造形物の製造後に可撓性フィルムを変形させつつ（撓ませて）剥すことができ、薄い三次元造形物を損傷させることなく支持部（可撓性フィルム）から取り外すことが容易である。このため、所望の方向に配向された空隙を有する薄い三次元造形物を損傷させることなく容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。
【図２】図１に示すＣ部の拡大図。
【図３】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。
【図４】図２に示すＣ’部の拡大図。
【図５】本発明の一の実施形態に係るヘッドベースの概略透視図。
【図６】本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。
【図７】本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。
【図８】本発明の一の実施形態に係るヘッドユニットの配置と、三次元造形物の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図。
【図９】三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。
【図１０】三次元造形物の形成形態を概念的に説明する概略図。
【図１１】ヘッドベースに配置されるヘッドユニットの、その他の配置の例を示す模式図。
【図１２】ヘッドベースに配置されるヘッドユニットの、その他の配置の例を示す模式図。
【図１３】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。
【図１４】本発明の別の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。
【図１５】磁場を印加していない場合の磁気異方性有機繊維の状態を表す概略図。
【図１６】磁場を印加した場合の磁気異方性有機繊維の状態（配向例）を表す概略図。
【図１７】磁場を印加していない場合の構成材料粉末の状態を表す概略図。
【図１８】磁場を印加した場合の構成材料粉末の状態（配向例）を表す概略図。
【図１９】磁場の印加方法例を表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。  
図１〜図４は本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図である。  
ここで、本実施形態の三次元造形物の製造装置は、２種類の材料供給部（ヘッドベース）を備えている。このうち、図１及び図２は、一の材料供給部（三次元造形物の構成材料を供給する材料供給部）のみを表した図である。また、図３及び図４は、別の一の材料供給部（三次元造形物を形成する際に該三次元造形物を支持する支持部を形成する支持層形成用材料を供給する材料供給部）のみを表した図である。
【００１８】
なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、いわゆる二次元形状の形状（例えば、１層分の層で構成される形状）であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。また、「支持する」とは、下側から支持する場合の他、横側から支持する場合や、場合によっては上側から支持する場合も含む意味である。
【００１９】
また、本実施例の構成材料は、三次元造形物を構成する構成材料粉末Ｐ（図１７及び図１８参照）と、磁気異方性有機繊維Ｆ（図１５及び図１６参照）と、溶媒と、該溶媒に可溶なバインダーと、を含む三次元造形用ペースト（流動性材料）である。そして、本実施例の支持層形成用材料は、支持層形成用粉末と溶媒と該溶媒に可溶なバインダーとを含む三次元造形用ペースト（流動性材料）である。ただし、構成材料としての三次元造形用ペーストは、構成材料粉末Ｐと磁気異方性有機繊維Ｆとを含む流動性材料であれば組成や物性などに限定は無く、支持層形成用材料としての三次元造形用ペーストは、組成や物性などに特に限定は無い。
【００２０】
本実施例の三次元造形物の製造装置２０００（以下、形成装置２０００という）は、後述するように、構成材料に加えて支持層形成用材料を用いて三次元造形物を形成可能な構成となっている。しかしながら、形成可能な形状などが限定される場合があるが、支持層形成用材料を用いることなく三次元造形物を形成する構成であってもよい。
【００２１】
図１及び図３に示す形成装置２０００は、基台１１０と、基台１１０に備える駆動手段としての駆動装置１１１によって、図示するＸ，Ｙ，Ｚ方向の移動、あるいはＺ軸を中心とする回転方向に駆動可能に備えられたステージ１２０を備えている。  
そして、図１及び図２で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に構成材料を吐出する構成材料吐出部１２３０を備えるヘッドユニット１４００を複数保持するヘッドベース１１００が保持固定される、ヘッドベース支持部１３０を備えている。  
また、図３及び図４で表されるように、一方の端部が基台１１０に固定され、他方の端部に三次元造形物を支持する支持層形成用材料を吐出する支持層形成用材料吐出部１７３０を備えるヘッドユニット１９００を複数保持するヘッドベース１６００が保持固定される、ヘッドベース支持部７３０と、を備えている。  
ここで、ヘッドベース１１００と、ヘッドベース１６００とは、ＸＹ平面において並列に設けられている。  
なお、構成材料吐出部１２３０と支持層形成用材料吐出部１７３０とは同様の構成のものである。ただし、このような構成に限定されない。
【００２２】
ステージ１２０上には、三次元造形物５００が形成される過程での層５０１、５０２及び５０３が形成される。三次元造形物５００の形成の際（例えば、詳細は後述するが層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎの配向状態を固定する際）には、不図示の加熱部などにより熱エネルギーの照射などを行ってもよい。熱エネルギーの照射などを行う場合、ステージ１２０の熱からの保護のため、耐熱性を有する試料プレート１２１を用いて、試料プレート１２１の上に三次元造形物５００を形成してもよい。本実施形態の試料プレート１２１は頑丈で製造の容易な金属製のものである。しかしながら、試料プレート１２１としては、例えばセラミック板を用いることで、高い耐熱性を得ることができ、更に脱脂や焼結などがされる三次元造形物５００の構成材料との反応性も低く、三次元造形物５００の変質を防止することができる。
【００２３】
なお、図１及び図３では、説明の便宜上、層５０１、５０２及び５０３の３層を例示したが、所望の三次元造形物５００の形状まで（図１及び図３中の層５０ｎまで）積層される。また、例えば１層や２層で構成される薄い三次元造形物５００を製造する場合は、試料プレート１２１の代わりに可撓性フィルムを使用することができる。可撓性フィルムは可撓性が有るので、三次元造形物５００を可撓性フィルムから取り外す際に、可撓性フィルムを変形させて（撓ませて）取り外すことができ、三次元造形物５００を変形させることなく、簡単に、三次元造形物５００を可撓性フィルムから取り外すことができる。
【００２４】
図１及び図３で表されるように、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎは、各々、支持層形成用材料吐出部１７３０から吐出される支持層形成用材料で形成される支持層３００と、構成材料吐出部１２３０から吐出される構成材料で形成される構成層３１０と、で構成される。  
なお、本実施形態の形成装置２０００は、三次元造形物５００の構成材料のほか支持層形成用材料を用いて層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎと複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であるが、上記のように、支持層形成用材料を用いることなく複数の層を形成可能な三次元造形物の製造装置であってもよい。
【００２５】
また、図２は、図１に示すヘッドベース１１００を示すＣ部拡大概念図である。図２に示すように、ヘッドベース１１００は、複数のヘッドユニット１４００が保持されている。詳細は後述するが、１つのヘッドユニット１４００は、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０が保持治具１４００ａに保持されることで構成される。構成材料吐出部１２３０は、吐出ノズル１２３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１２３０ａから構成材料を吐出させる吐出駆動部１２３０ｂと、を備えている。
【００２６】
図４は、図３に示すヘッドベース１６００を示すＣ’部拡大概念図である。図４に示すように、ヘッドベース１６００は、複数のヘッドユニット１９００が保持されている。ヘッドユニット１９００は、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０が保持治具１９００ａに保持されることで構成される。支持層形成用材料吐出部１７３０は、吐出ノズル１７３０ａと、材料供給コントローラー１５００によって吐出ノズル１７３０ａから支持層形成用材料を吐出させる吐出駆動部１７３０ｂと、を備えている。
【００２７】
図１及び図２で表されるように、構成材料吐出部１２３０は、ヘッドベース１１００に保持されるヘッドユニット１４００それぞれに対応させた構成材料を収容した構成材料供給ユニット１２１０と供給チューブ１２２０により接続されている。そして、所定の構成材料が構成材料供給ユニット１２１０から構成材料吐出部１２３０に供給される。構成材料供給ユニット１２１０には、本実施形態に係る形成装置２０００によって造形される三次元造形物５００の構成材料が構成材料収容部１２１０ａに収容され、個々の構成材料収容部１２１０ａは、供給チューブ１２２０によって、個々の構成材料吐出部１２３０に接続されている。このように、個々の構成材料収容部１２１０ａを備えることにより、ヘッドベース１１００から、複数の異なる種類の材料を供給することができる。
【００２８】
図３及び図４で表されるように、支持層形成用材料吐出部１７３０は、ヘッドベース１６００に保持されるヘッドユニット１９００それぞれに対応させた支持層形成用材料を収容した支持層形成用材料供給ユニット１７１０と供給チューブ１７２０により接続されている。そして、所定の支持層形成用材料が支持層形成用材料供給ユニット１７１０から支持層形成用材料吐出部１７３０に供給される。支持層形成用材料供給ユニット１７１０には、三次元造形物５００を造形する際の支持層を構成する支持層形成用材料が支持層形成用材料収容部１７１０ａに収容され、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａは、供給チューブ１７２０によって、個々の支持層形成用材料吐出部１７３０に接続されている。このように、個々の支持層形成用材料収容部１７１０ａを備えることにより、ヘッドベース１６００から、複数の異なる種類の支持層形成用材料を供給することができる。  
なお、本実施形態の形成装置２０００で使用される構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについての詳細は後述する。
【００２９】
形成装置２０００には、図示しない、例えばパーソナルコンピューター等のデータ出力装置から出力される三次元造形物５００の造形用データに基づいて、上述したステージ１２０、構成材料供給装置１２００に備える構成材料吐出部１２３０、並びに、支持層形成用材料供給装置１７００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０を制御する制御手段としての制御ユニット４００を備えている。そして、制御ユニット４００は、ステージ１２０及び構成材料吐出部１２３０が連携して駆動及び動作するよう制御し、ステージ１２０及び支持層形成用材料吐出部１７３０が連携して駆動及び動作するよう制御する制御部としての役割を兼ねている。
【００３０】
基台１１０に移動可能に備えられているステージ１２０は、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、ステージコントローラー４１０においてステージ１２０の移動開始と停止、移動方向、移動量、移動速度などを制御する信号が生成され、基台１１０に備える駆動装置１１１に送られ、図示するＸ、Ｙ、Ｚ方向にステージ１２０が移動する。ヘッドユニット１４００に備える構成材料吐出部１２３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において構成材料吐出部１２３０に備える吐出駆動部１２３０ｂにおける吐出ノズル１２３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１２３０ａから所定量の構成材料が吐出される。  
同様に、ヘッドユニット１９００に備える支持層形成用材料吐出部１７３０では、制御ユニット４００からの制御信号に基づき、材料供給コントローラー１５００において支持層形成用材料吐出部１７３０に備える吐出駆動部１７３０ｂにおける吐出ノズル１７３０ａからの材料吐出量などを制御する信号が生成され、生成された信号により吐出ノズル１７３０ａから所定量の支持層形成用材料が吐出される。
【００３１】
また、図１及び図３で表されるように、形成装置２０００には、磁場印加部１０００が形成されており、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎに向けて方向Ｄ（積層方向）の磁場を印加することが可能な構成になっている。そして、磁場印加部１０００も、制御ユニット４００による制御で、磁場を印加することが可能な構成になっている。なお、本実施例の形成装置２０００（磁場印加部１０００）は積層方向に磁場を印加することが可能な構成になっているが、積層方向と交差する方向にも（積層方向に対して傾いた角度で）磁場を印加することが可能な構成となっている。なお、本実施例の磁場印加部１０００は、５テスラ以上の磁場を印加可能な超伝導マグネットであるが、所望の磁場を印加可能であれば磁場印加部に特に限定はない。
【００３２】
次に、ヘッドユニット１４００についてさらに詳細に説明する。なお、ヘッドユニット１９００は、ヘッドユニット１４００と同様の構成である。このため、ヘッドユニット１９００についての詳細な構成の説明は省略する。  
図５、並びに、図６〜図８は、ヘッドベース１１００に複数保持されるヘッドユニット１４００及び構成材料吐出部１２３０の保持形態の一例を示し、このうち図６〜図８は、図１から図４に示す方向Ｄからのヘッドベース１１００の外観図である。
【００３３】
図５に示すように、ヘッドベース１１００に複数のヘッドユニット１４００が、図示しない固定手段によって保持されている。また、図６〜図８で表されるように、本実施形態に係る形成装置２０００のヘッドベース１１００では、図下方より第１列目のヘッドユニット１４０１、第２列目のヘッドユニット１４０２、第３列目のヘッドユニット１４０３、そして第４列目のヘッドユニット１４０４の、４ユニットが千鳥状（互い違い）に配置されたヘッドユニット１４００を備えている。そして、図６で表されるように、ステージ１２０をヘッドベース１１００に対してＸ方向に移動させながら各ヘッドユニット１４００から構成材料を吐出させて構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。構成層構成部５０の形成手順については後述する。  
なお、図示しないが、それぞれのヘッドユニット１４０１〜１４０４に備える構成材料吐出部１２３０は、吐出駆動部１２３０ｂを介して構成材料供給ユニット１２１０に供給チューブ１２２０で繋がれる構成となっている。
【００３４】
図５に示すように、構成材料吐出部１２３０は吐出ノズル１２３０ａから、ステージ１２０上に載置された試料プレート１２１上に向けて三次元造形物５００の構成材料（ペースト状の流動性材料）である材料Ｍが吐出される。ヘッドユニット１４０１では、材料Ｍが液滴状で吐出される吐出形態を例示し、ヘッドユニット１４０２では、材料Ｍが連続体状で供給される吐出形態を例示している。材料Ｍの吐出形態は、液滴状であっても連続体状であっても、どちらでもよいが、本実施形態では材料Ｍは液滴状で吐出される形態により説明する。
【００３５】
吐出ノズル１２３０ａから液滴状に吐出された材料Ｍは、略重力方向に飛翔し、試料プレート１２１上に着弾する。ステージ１２０は移動し、着弾した材料Ｍにより構成層構成部５０が形成される。この構成層構成部５０の集合体が、試料プレート１２１上に形成される三次元造形物５００の構成層３１０（図１参照）として形成される。
【００３６】
次に、構成層構成部５０の形成手順について、図６〜図８、並びに、図９及び図１０を用いて説明する。  
図６〜図８は、本実施形態のヘッドユニット１４００の配置と、構成層構成部５０の形成形態と、の関係を概念的に説明する平面図である。そして、図９及び図１０は、構成層構成部５０の形成形態を概念的に表す側面図である。
【００３７】
まず、ステージ１２０が＋Ｘ方向に移動すると、複数の吐出ノズル１２３０ａから材料Ｍが液滴状に吐出され、試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが配置され、構成層構成部５０が形成される。  
より具体的には、まず、図９で表されるように、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に一定の間隔で材料Ｍを配置させる。
【００３８】
次に、図１０で表されるように、ステージ１２０を−Ｘ方向に移動させながら、一定の間隔で配置された材料Ｍの間を埋めるように新たに材料Ｍを配置させる。  
ただし、ステージ１２０を＋Ｘ方向に移動させながら、複数の吐出ノズル１２３０ａから試料プレート１２１の所定の位置に材料Ｍが重なるように（間隔を空けないように）配置させる構成（ステージ１２０のＸ方向における往復移動で構成層構成部５０を形成する構成ではなく、ステージ１２０のＸ方向における片側の移動のみで構成層構成部５０を形成する構成）としても良い。
【００３９】
上記のように構成層構成部５０を形成することによって、図６で表されるような、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＸ方向における１ライン分（Ｙ方向における１ライン目）の構成層構成部５０（構成層構成部５０ａ、５０ｂ、５０ｃ及び５０ｄ）が形成される。
【００４０】
次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における２ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、ノズル間のピッチをＰとすると、Ｐ／ｎ（ｎは自然数）ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。本実施例ではｎを３として説明する。  
図９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図７で表されるような、Ｙ方向における２ライン目の構成層構成部５０’（構成層構成部５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’及び５０ｄ’）が形成される。
【００４１】
次に、各ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４のＹ方向における３ライン目の構成層構成部５０’’（構成層構成部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）を形成するため、−Ｙ方向にヘッドベース１１００を移動させる。移動量は、Ｐ／３ピッチ分だけ−Ｙ方向に移動させる。  
そして、図９及び図１０で表されるような、上記と同様な動作を行うことで、図８で表されるような、Ｙ方向における３ライン目の構成層構成部５０’’（構成層構成部５０ａ’’、５０ｂ’’、５０ｃ’’及び５０ｄ’’）が形成され、構成層３１０を得ることができる。
【００４２】
また、構成材料吐出部１２３０から吐出される材料Ｍを、ヘッドユニット１４０１、１４０２、１４０３、１４０４のいずれか１ユニット、あるいは２ユニット以上からその他ヘッドユニットと異なる構成材料を吐出供給することもできる。従って、本実施形態に係る形成装置２０００を用いることによって、異種材料から形成される三次元造形物５００を得ることができる。
【００４３】
なお、第１層目の層５０１において、上述したように構成層３１０を形成する前或いは後に、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料を吐出させて、同様の方法で、支持層３００を形成することができる。そして、層５０１に積層させて層５０２、５０３、・・・５０ｎを形成する際にも、同様に、構成層３１０及び支持層３００を形成することができる。
【００４４】
上述の本実施形態に係る形成装置２０００が備えるヘッドユニット１４００及び１９００の数及び配列は、上述した数及び配列に限定されない。図１１及び図１２に、その例として、ヘッドベース１１００に配置されるヘッドユニット１４００の、その他の配置の例を模式図的に示す。
【００４５】
図１１は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００をＸ軸方向に複数、並列させた形態を示す。図１２は、ヘッドベース１１００にヘッドユニット１４００を格子状に配列させた形態を示す。なお、いずれも配列されるヘッドユニットの数は、図示の例に限定されない。
【００４６】
次に、本実施例の構成材料及び支持層形成用材料としての各々の三次元造形用ペーストについて詳細に説明する。  
構成材料の構成材料粉末Ｐ及び支持層形成用材料の支持層形成用粉末としては、強磁性や軟磁性を有さない材料が好ましく、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含み、強磁性や軟磁性を有さない合金（チタニウム合金、アルミニウム合金、銅合金）などを用いることが可能である。なお単体では強磁性や軟磁性を有する材料であっても、合金としては強磁性や軟磁性を有さない材料、例えばヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）や非磁性ステンレス（１７Ｃｒ−１７Ｍｎ−７．３Ｎｉ）などの合金を用いることが可能である。  
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック（樹脂）も用いることが可能である。  
このように、構成材料粉末Ｐ及び支持層形成用粉末は強磁性や軟磁性を有さない材料であればよく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）などを好ましく使用可能である。
【００４７】
ただし、詳細は後述するが、構成材料粉末Ｐは磁気違法性を有する粉末であることが特に好ましい。  
例えば、配向方向が磁場に対して平行（結晶軸におけるｃ軸が平行）な粉末としては、α−Ａｌ２Ｏ３、α−ＳｉＣ、ＴｉＯ２、Ｌａ９．３３Ｓｉ６Ｏ２６、Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２などの粉末を好ましく使用可能である。また、配向方向が磁場に対して垂直な粉末としては、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ハイドロキシアパタイト、α−Ｓｉ３Ｎ４、ＰｂＴｉＯ３、ＣａＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、ＬｉＣｏＯ２、などの粉末を好ましく使用可能である。  
そして、例えば、蛍光体として三次元造形物５００を使用する場合は、ＹＡＧ蛍光体（Ｃｅ：ＹＡＧ）の形成が可能な、イットリウム（Ｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、セリウム（Ｃｅ）などを含む粉末を好ましく使用可能である。
【００４８】
構成材料の磁気異方性有機繊維Ｆとしては、配向方向が磁場に対して平行な磁気異方性有機繊維Ｆとして、全芳香族ポリエステル繊維、カーボンファイバー（カーボンナノファイバー、鉛筆やメカニカルペンシルなどの芯）、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）などを好ましく使用可能である。また、配向方向が磁場に対して垂直な磁気異方性有機繊維Ｆして、セルロースファイバーなどを好ましく使用可能である。
【００４９】
溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ−プロピル、酢酸ｉｓｏ−プロピル、酢酸ｎ−ブチル、酢酸ｉｓｏ−ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル−ｎ−ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ−ピコリン、２，６−ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等を用いることが可能であり、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００５０】
バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール（ポバール）や、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂を用いることが可能である。
【００５１】
次に、上記形成装置２０００を用いて行う三次元造形物の製造方法の一例についてフローチャートを用いて説明する。  
ここで、図１３及び図１４は、夫々、三次元造形物の製造方法の一実施例に係るフローチャートである。  
また、図１５は、磁場を印加していない場合（磁場印加工程を実行しなかった場合）の磁気異方性有機繊維Ｆの状態を表す概略図である。一方、図１６は、磁場を印加した場合（磁場印加工程を実行した場合）の磁気異方性有機繊維Ｆの状態（配向状態）を表す概略図である。  
そして、図１７は磁場を印加していない場合の構成材料粉末Ｐの状態を表す概略図であり、図１８は磁場を印加した場合の構成材料粉末Ｐの状態（配向状態）を表す概略図である。  
また、図１９は磁場の印加方法例（磁場印加工程の実行例）を表す概略図である。
【００５２】
最初に、図１３で表される三次元造形物の製造方法の実施例について説明する。  
図１３で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初にステップＳ１１０で、三次元造形物のデータを取得する。詳細には、例えばパーソナルコンピューターにおいて実行されているアプリケーションプログラム等から、三次元造形物５００の形状を表すデータを取得する。
【００５３】
次に、ステップＳ１２０で、制御ユニット４００の制御により、層毎のデータを作成（生成）する。詳細には、三次元造形物５００の形状を表すデータにおいて、Ｚ方向の造形解像度に従ってスライスし、断面毎にビットマップデータを生成する。
【００５４】
次に、ステップＳ１３０の層形成工程で、制御ユニット４００の制御により、ステップＳ１２０で生成したビットマップデータに基づき、構成材料吐出部１２３０から流動性材料（構成材料）を吐出して（なお、場合によっては、支持層形成用材料吐出部１７３０から支持層形成用材料も吐出して）、ビットマップデータに基づく構成層構成部５０（構成層３１０）を形成する。
【００５５】
次に、ステップＳ１４０の磁場印加工程で、制御ユニット４００の制御により磁場印加部１０００を駆動して、構成材料が流動性を有した状態で磁場を印加する。なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、上記形成装置２０００を用いるので、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎに向けて積層方向（方向Ｄに沿う方向）だけでなく該積層方向と交差する方向にも磁場を印加することが可能である。ここで、ステップＳ１４０の磁場印加工程は、ステップＳ１３０の層形成工程と同時に実行してもよい。また、本実施例においては、磁気異方性有機繊維Ｆだけでなく磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐも配向させるので５テスラ以上の磁場を印加可能な磁場印加部１０００（超伝導マグネット）を用いて本ステップを実行することとしたが、磁気異方性有機繊維Ｆだけを配向させる場合は２テスラ程度の磁場を印加可能な磁場印加部１０００を用いてもよい。
【００５６】
図１５はステップＳ１４０の実行前の磁気異方性有機繊維Ｆの状態を模式的に表しており、図１６はステップＳ１４０の実行後（方向Ｄの磁場を印加した後）の磁気異方性有機繊維Ｆの状態を模式的に表している。そして、図１７はステップＳ１４０の実行前の磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐの状態を模式的に表しており、図１８はステップＳ１４０の実行後（方向Ｄの磁場を印加した後）の磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐの状態を模式的に表している。なお、図１５及び図１６においては、配向方向が磁場に対して平行な磁気異方性有機繊維Ｆを用いた場合を表している。そして、図１７及び図１８においては、配向方向が磁場に対して平行な磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐを用いた場合を表している。ただし、配向方向が磁場に対して垂直な磁気違法性を有する構成材料（磁気異方性有機繊維Ｆ及び磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐ）を使用してもよく、構成材料粉末Ｐとしては磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐを用いなくてもよい。
【００５７】
ここで、配向方向が磁場に対して平行な構成材料（磁気異方性有機繊維及び磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐ）を使用する場合は、上記形成装置２０００を用いることで、該磁気異方性有機繊維Ｆ及び該構成材料粉末Ｐの配向を揃えることができる。磁気異方性有機繊維Ｆ及び構成材料粉末Ｐは、磁場方向に沿って配向するためである。  
一方、配向方向が磁場に対して垂直な構成材料（磁気異方性有機繊維Ｆ及び磁気違法性を有する構成材料粉末Ｐ）を使用する場合は、上記形成装置２０００を用いても該磁気異方性有機繊維Ｆ及び該構成材料粉末Ｐの配向を揃えることができない場合がある。磁場方向に対して垂直な方向に３６０°ばらついて磁気異方性有機繊維Ｆ及び構成材料粉末Ｐが配向する場合があるためである。このため、磁場印加部１０００として、例えば図１９で表されるような構成の磁場印加部１０００を備える形成装置２０００を用いることで、該構成材料の配向を揃えることができる。
【００５８】
図１９で表される磁場印加部１０００は、ステージ１２０に回転方向Ｅに回転可能（三次元造形物５００の支持面１２０ｂと直交する方向を回転軸として回転可能）な回転部１２０ａを備えており、支持面１２０ｂと平行である方向Ｇの磁場を印加することが可能な構成になっている。そして、回転を止めた状態で回転部１２０ａに三次元造形物５００の層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎを形成し（ステップＳ１３０）、回転部１２０ａを回転方向Ｅに回転させつつ方向Ｇの磁場を印加する（ステップＳ１４０）ことで、配向方向が磁場に対して垂直な構成材料の配向を揃える（詳細には、回転軸に沿う方向に揃える）ことができる構成になっている。
【００５９】
次に、ステップＳ１６０により、制御ユニット４００において、ステップＳ１２０で生成したビットマップデータに基づく構成層構成部５０の形成が終了したか否かを判断する。該構成層構成部５０の形成が終了していないと判断した場合はステップＳ１３０に戻り、該構成層構成部５０の形成が終了したと判断した場合はステップＳ１７０に進む。すなわち、制御ユニット４００の制御により、ステップＳ１２０において生成された各層に対応するビットマップデータに基づく三次元造形物５００の積層物の造形が終了するまで、ステップＳ１３０からステップＳ１６０までが繰り返される。
【００６０】
次に、ステップＳ１７０の空隙形成工程により、例えば不図示の恒温槽において、上記ステップで形成した三次元造形物５００の積層物を加熱して脱脂を実行する。該脱脂に伴い、磁気異方性有機繊維Ｆは除去（気化）されるので、該磁気異方性有機繊維Ｆの位置していた部分は空隙となる。
【００６１】
そして、ステップＳ１８０の焼結工程により、例えば不図示の恒温槽において、上記ステップで形成した三次元造形物５００の積層物を加熱して構成材料粉末Ｐを焼結させる。  
そして、本ステップＳ１８０の終了に伴い、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。
【００６２】
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、三次元造形物５００として、ディスプレイなどに使用可能なＹＡＧ蛍光体を作成するため、以下の組成の構成材料を使用した。ここで、溶媒としては適量の水を用いた。  
［構成材料粉末Ｐ］  
Ｙ２Ｏ３：１６．９部（５６．４１％）  
Ａｌ２Ｏ３：１２．８部（４２．７２％）  
ＣｅＯ２：０．２６部（０．８７％）  
なお、元素組成比は、Ｙ：Ａｌ：Ｏ：Ｃｅ＝２．９７：５：１２：０．０３である。  
これらの紛体の粒径は、何れも０．１μｍ〜３μｍ（Ｄ５０）であった。  
［磁気異方性有機繊維Ｆ］  
全芳香族ポリエステル繊維：径０．５μｍ〜１０μｍ、繊維長２０μｍ〜１５０μｍ  
［バインダー］  
ポリビニルアルコール：デンカポバールＢ−０５（ＤＥＮＫＡ製）  
［構成材料組成］  
構成材料粉末Ｐ：磁気異方性有機繊維Ｆ：バインダー＝５０：１５．３３：８０
【００６３】
次に、図１４で表される三次元造形物の製造方法の実施例について説明する。  
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図１３で表される三次元造形物の製造方法に対して、ステップＳ１５０の配向固定工程を含むこと以外は同様である。このため、ステップＳ１５０以外の説明については省略する。
【００６４】
図１４で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップＳ１４０の磁場印加工程後、ステップＳ１５０の配向固定工程を実行する。具体的には、形成装置２０００における不図示の加熱部により加熱して、三次元造形物５００の層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎから溶媒を揮発させた。
【００６５】
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップＳ１５０の配向固定工程において、溶媒を揮発させることで三次元造形物５００の層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎにおける構成材料の配向を固定させたが、このような方法に限定されない。例えば、構成材料に紫外線硬化樹脂などを含有させ、紫外線を照射することで構成材料の配向を固定させてもよい。
【００６６】
上記のように、図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法は、三次元造形物５００を構成する構成材料粉末Ｐと磁気異方性有機繊維Ｆとを含む構成材料（流動性組成物）を用いて層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎを形成する層形成工程（ステップＳ１３０）と、構成材料が流動性を有した状態で層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎに磁場を印加する磁場印加工程（ステップＳ１４０）と、磁気異方性有機繊維Ｆを除去して層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎに空隙を形成する空隙形成工程（ステップＳ１７０）と、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎを加熱して構成材料粉末Ｐを焼結する焼結工程（ステップＳ１８０）と、を有する。
【００６７】
このように、図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法は、構成材料粉末Ｐと磁気異方性有機繊維Ｆとを含む流動性組成物を用いて層を形成し、該層に磁場を印加して所望の方向に磁気異方性有機繊維Ｆを配向させ、該磁気異方性有機繊維Ｆを除去して該層に空隙を形成する。すなわち、使用する磁気異方性有機繊維Ｆに応じて所望の方向に磁場を印加して該磁気異方性有機繊維Ｆを所望の方向に配向させ、後に該磁気異方性有機繊維Ｆを除去して空隙を形成することで、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物５００を製造することができる。
【００６８】
ここで、磁気異方性有機繊維Ｆだけでなく、構成材料粉末Ｐも磁気異方性を有することが好ましい。空隙を形成する磁気異方性有機繊維Ｆだけでなく、構成材料粉末Ｐも磁気異方性を有することで、所望の方向に配向された空隙を有する三次元造形物５００を製造することができるうえ、三次元造形物５００の空隙以外の部分の特性も用途に合わせて向上させることが可能になるためである。
【００６９】
また、図１４で表される三次元造形物の製造方法のように、磁場印加工程による層の配向状態を固定する配向固定工程を有することで、流動性組成物が配向を維持しにくい組成であった場合（例えば磁場の印加をやめると例えば図１５及び図１７で表されるように直ぐに流動性組成物の配向が崩れて元の状態に戻りやすい場合）でも、層の配向状態を維持したまま空隙を形成することができる。
【００７０】
なお、上記のように、本実施形態の形成装置２０００は、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎに向けて積層方向だけでなく該積層方向と交差する方向にも磁場を印加することが可能である。そして、磁場を印加する方向は、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ毎に替えることができる。  
すなわち、図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法は、少なくとも層形成工程と磁場印加工程とを繰り返すことで、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎを積層することにより三次元造形物５００を製造可能であって、磁場印加工程における磁場方向を層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎのうちの一部において変えることができる。  
このため、例えば、積層方向に平行な直線の空隙を作成するよりも長い空隙（ジグザグ形状の空隙など）を作成することなどができ、三次元造形物５００の用途の幅を効果的に広げることができるうえ、これまで使用されてきた用途においても性能を効果的に向上させることができる。
【００７１】
また、上記のように、本実施形態の形成装置２０００は、試料プレート１２１の代わりに可撓性フィルムを使用することができる。  
すなわち、図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法は、層形成工程において、層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎを可撓性フィルム上に形成することができる。  
一般的に、薄い（例えば１層や２層で構成される）三次元造形物５００を製造するのは難しい。薄い三次元造形物５００を損傷させることなく支持部（ステージ１２０や試料プレート１２１）から取り外すことが困難なためである。このため、薄い三次元造形物５００を製造する場合、一旦、厚い三次元造形物５００を製造し、該厚い三次元造形物５００を切削するなどして製造することが多かった。しかしながら、図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法を実行することで、層形成工程では層５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎを可撓性フィルム上に形成するので、三次元造形物５００の製造後に可撓性フィルムを変形させつつ（撓ませて）剥すことができ、薄い三次元造形物５００を損傷させることなく支持部（可撓性フィルム）から取り外すことが容易である。このため、図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法を実行することで、所望の方向に配向された空隙を有する薄い三次元造形物５００を損傷させることなく容易に製造できる。
【００７２】
図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法の実施例においては、イットリウム（Ｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、セリウム（Ｃｅ）などを含む粉末を用い、ＹＡＧ蛍光体を作成したが、ＹＡＧ蛍光体を使用するディスプレイなどにおいては、薄い三次元造形物が使用される。このように、ディスプレイなどにＹＡＧ蛍光体を使用する場合、空隙の向きを一定方向に揃えることで光の乱反射などを抑制でき、高精度なディスプレイとすることができる。図１３及び図１４で表される三次元造形物の製造方法を実行することにより作成される三次元造形物５００（ＹＡＧ蛍光体）は、空隙の向きを一定方向に揃えることができるので、該ＹＡＧ蛍光体を使用することで高精度なディスプレイとすることができる。
【００７３】
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ…構成層構成部、１１０…基台、
１１１…駆動装置、１２０…ステージ、１２０ａ…回転部、１２０ｂ…支持面、
１２１…試料プレート、１３０…ヘッドベース支持部、３００…支持層、
３１０…構成層、４００…制御ユニット、４１０…ステージコントローラー、
５００…三次元造形物、５０１、５０２、５０３、・・・５０ｎ…層、
７３０…ヘッドベース支持部、１０００…磁場印加部、
１１００…ヘッドベース、１２００…構成材料供給装置、
１２１０…構成材料供給ユニット、１２１０ａ…構成材料収容部、
１２２０…供給チューブ、１２３０…構成材料吐出部、１２３０ａ…吐出ノズル、
１２３０ｂ…吐出駆動部、１４００…ヘッドユニット、１４００ａ…保持治具、
１４０１、１４０２、１４０３及び１４０４…ヘッドユニット、
１５００…材料供給コントローラー、１６００…ヘッドベース、
１７００…支持層形成用材料供給装置、１７１０…支持層形成用材料供給ユニット、
１７１０ａ…支持層形成用材料収容部、１７２０…供給チューブ、
１７３０…支持層形成用材料吐出部、１７３０ａ…吐出ノズル、
１７３０ｂ…吐出駆動部、１９００…ヘッドユニット、
１９００ａ…保持治具、２０００…形成装置（三次元造形物の製造装置）、
Ｆ…磁気異方性有機繊維、Ｍ…材料、Ｐ…構成材料粉末
【図１】
2019157235.tif 000003
【図２】
2019157235.tif 000004
【図３】
2019157235.tif 000005
【図４】
2019157235.tif 000006
【図５】
2019157235.tif 000007
【図６】
2019157235.tif 000008
【図７】
2019157235.tif 000009
【図８】
2019157235.tif 000010
【図９】
2019157235.tif 000011
【図１０】
2019157235.tif 000012
【図１１】
2019157235.tif 000013
【図１２】
2019157235.tif 000014
【図１３】
2019157235.tif 000015
【図１４】
2019157235.tif 000016
【図１５】
2019157235.tif 000017
【図１６】
2019157235.tif 000018
【図１７】
2019157235.tif 000019
【図１８】
2019157235.tif 000020
【図１９】
2019157235.tif 000021