(57)【要約】【課題】セラミックスからなる立体物を造形するに際して、従来よりも短時間で高精度に造形することができる立体物造形方法を提供する。【解決手段】セラミックスからなる第１粉体を含む第１粉体層を作る第１ステップと、第１粉体とは材料特性が異なる第２粉体を含む第２粉体層を作る第２ステップと、第１粉体層及び第２粉体層を熱処理して第１粉体を焼結する第３ステップとを備え、第１ステップと第２ステップと第３ステップとを繰返し行うことにより立体物１４を造形する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる第１粉体を含む第１粉体層を作る第１ステップと、
前記第１粉体とは材料特性が異なる第２粉体を含む第２粉体層を作る第２ステップと、
前記第１粉体層及び前記第２粉体層を熱処理して前記第１粉体を焼結する第３ステップとを備え、
前記第１ステップと前記第２ステップと前記第３ステップとを繰返し行うことにより立体物を造形する、
立体物造形方法。
【請求項２】
前記第３ステップにおいて、前記第２粉体が、前記第１粉体が焼結する温度において粉体のままの状態を維持する、
請求項１に記載の立体物造形方法。
【請求項３】
前記第３ステップにおいて、前記第２粉体が、前記第１粉体が焼結する温度において、前記第１粉体を焼結したセラミックス材料よりも破壊靭性が小さい焼結体となる、
請求項１に記載の立体物造形方法。
【請求項４】
前記第３ステップにおいて、前記第２粉体が、前記第１粉体が焼結する温度において溶融する金属からなる、
請求項１に記載の立体物造形方法。
【請求項５】
前記第１ステップ及び前記第２ステップがそれぞれインクジェット法によって行われる、
請求項１〜４のいずれか１つに記載の立体物造形方法。
【請求項６】
前記第１ステップにおける前記第１粉体層の厚さが、前記第２ステップにおける前記第２粉体層の厚さよりも厚い、
請求項１に記載の立体物造形方法。
【請求項７】
前記第３ステップを行った後に、再度、前記第１ステップと前記第２ステップとを繰り返し行うとき、直前の前記第２ステップによって作られた前記第２粉体層を熱処理した前記第２粉体熱処理層の、少なくとも、前記第３ステップの次の第１ステップにおいて作る第１粉体層と接する部位に、撥液材料を塗布する、
請求項１〜６のいずれか１つに記載の立体物造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材上に、印刷装置、特に、インクジェットプリンターによって、セラミックス粉体を分散させた液体材料を用いて、セラミックスからなる立体物を造形する立体物造形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３次元の立体形状を持つセラミックスを製造するための従来のプロセスとして、プレス成型又は鋳型を用いる方法があるが、多品種少量生産には適さない。そこで、インクジェットプリンターを用いて、セラミックス粉体と有機成分とを含む立体形状の物体を製作し、これを焼結することで、セラミックス製の立体物を造形する方法が開発された（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
その他のコンピューター制御を利用したラピッドプロトタイピングによるセラミックス立体物の造形方法として、選択的レーザー焼結法がある（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５３１２６０号公報
【特許文献２】特開２０１６−２１６７５９号公報
【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、従来例に示した特許文献１に記載の技術では、焼結工程において有機成分を徐々に酸化・気化させる必要があるため、焼結工程だけで数時間以上、場合によっては１００時間以上を要してしまい、完成までに多大な時間を要するという問題があった。
【０００６】
また、従来例に示した特許文献２に記載の技術では、層ごとに焼結を行うため、短時間の造形が可能である一方、形状精度が悪いという問題があった。形状精度を上げようとしてレーザー光を絞りすぎると、大面積の走査に長時間を要することとなり、全体の造形時間が増加してしまう。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、セラミックスからなる立体物を造形するに際して、従来よりも短時間で高精度に造形することができる立体物造形方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様の立体物造形方法は、
セラミックスからなる第１粉体を含む第１粉体層を作る第１ステップと、
前記第１粉体とは材料特性が異なる第２粉体を含む第２粉体層を作る第２ステップと、
前記第１粉体層及び前記第２粉体層を熱処理して前記第１粉体を焼結する第３ステップとを備え、
前記第１ステップと前記第２ステップと前記第３ステップとを繰返し行うことにより立体物を造形する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の前記態様によれば、高精度に１つの印刷層を形成するごとに焼結を行うので、長時間の焼結工程が必要ないため、従来よりも短時間で立体物を造形することができる。また、焼結した際に第２粉体からなるサポート材が第１粉体からなる焼結体と一体化することがなく、また、気化等によって消失することもないので、複雑な形状をうまく造形することができる。つまり、従来よりも短時間で高精度に立体物を造形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１における立体物造形方法の第１ステップ及び第２ステップを示す断面図
【図１Ｂ】本発明の実施の形態１における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図１Ｃ】本発明の実施の形態１における立体物造形方法の第１ステップ及び第２ステップを示す断面図
【図１Ｄ】本発明の実施の形態１における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図１Ｅ】本発明の実施の形態１における立体物造形方法の第１ステップ及び第２ステップを示す断面図
【図１Ｆ】本発明の実施の形態１における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図１Ｇ】本発明の実施の形態１における立体物造形方法により形成された立体物を示す断面図
【図２Ａ】本発明の実施の形態２における立体物造形方法の第１ステップ及び第２ステップを示す断面図
【図２Ｂ】本発明の実施の形態２における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図２Ｃ】本発明の実施の形態２における立体物造形方法の第１ステップ及び第２ステップを示す断面図
【図２Ｄ】本発明の実施の形態２における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図２Ｅ】本発明の実施の形態２における立体物造形方法の第１ステップ及び第２ステップを示す断面図
【図２Ｆ】本発明の実施の形態２における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図３Ａ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第１ステップを示す断面図
【図３Ｂ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図３Ｃ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第２ステップを示す断面図
【図３Ｄ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第４ステップを示す断面図
【図３Ｅ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第１ステップを示す断面図
【図３Ｆ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図３Ｇ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第２ステップを示す断面図
【図３Ｈ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第４ステップを示す断面図
【図３Ｉ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第１ステップを示す断面図
【図３Ｊ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法の第３ステップを示す断面図
【図３Ｋ】本発明の実施の形態３における立体物造形方法により形成された立体物を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態における立体物造形方法について図面を用いて説明する。
【００１２】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１３】
本発明の第１の態様の立体物造形方法は、
セラミックスからなる第１粉体を含む第１粉体層を作る第１ステップと、
前記第１粉体とは材料特性が異なる第２粉体を含む第２粉体層を作る第２ステップと、
前記第１粉体層及び前記第２粉体層を熱処理して前記第１粉体を焼結する第３ステップとを備え、
前記第１ステップと前記第２ステップと前記第３ステップとを繰返し行うことにより立体物を造形する。
【００１４】
このような構成により、従来よりも短時間で高精度に立体物を造形することができる。
【００１５】
本発明の第２の態様の立体物造形方法は、前記態様において、
前記第３ステップにおいて、前記第２粉体が、前記第１粉体が焼結する温度において粉体のままの状態を維持することもできる。
【００１６】
このような構成により、従来よりも短時間で高精度に立体物を造形することができる。
【００１７】
本発明の第３の態様の立体物造形方法は、前記態様において、
前記第３ステップにおいて、前記第２粉体が、前記第１粉体が焼結する温度において、前記第１粉体を焼結したセラミックス材料よりも破壊靭性が小さい焼結体となることもできる。
【００１８】
このような構成により、従来よりも短時間で高精度に立体物を造形することができる。
【００１９】
本発明の第４の態様の立体物造形方法は、前記態様において、
前記第３ステップにおいて、前記第２粉体が、前記第１粉体が焼結する温度において溶融する金属からなることもできる。
【００２０】
このような構成により、従来よりも短時間で高精度に立体物を造形することができる。
【００２１】
本発明の第５の態様の立体物造形方法において、前記態様において、
前記第１ステップ及び前記第２ステップがそれぞれインクジェット法によって行うこともできる。
【００２２】
このような構成により、より高精度にセラミックス立体物を造形することができる。
【００２３】
本発明の第６の態様の立体物造形方法において、前記態様において、
前記第１ステップにおける前記第１粉体層の厚さが、前記第２ステップにおける前記第２粉体層の厚さよりも厚くすることもできる。
【００２４】
このような構成により、より高精度にセラミックス立体物を造形することができる。
【００２５】
本発明の第７の態様の立体物造形方法において、前記態様において、
前記第３ステップを行った後に、再度、前記第１ステップと前記第２ステップとを繰り返し行うとき、直前の前記第２ステップによって作られた前記第２粉体層を熱処理した前記第２粉体熱処理層の、少なくとも、前記第３ステップの次の第１ステップにおいて作る第１粉体層と接する部位に、撥液材料を塗布することもできる。
【００２６】
このような構成により、より高精度にセラミックス立体物を造形することができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態における立体物造形方法について図面を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１にかかる立体物造形方法は、少なくとも、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップとを備えている。
【００２９】
第１ステップは、セラミックスからなる第１粉体を含む第１インク２で第１粉体層を作る。
【００３０】
第２ステップは、第１粉体とは材料特性が異なる第２粉体を含む第２インク３で第２粉体層を作る。
【００３１】
第３ステップは、第１粉体層及び第２粉体層を熱処理して第１粉体を焼結する。
【００３２】
第１ステップと第２ステップと第３ステップとを繰返し行うことにより、立体物１４を造形する。
【００３３】
以下、これについて、具体的な例を基に、図１Ａ〜図１Ｇを参照しつつ説明する。図１Ａ〜図１Ｇは、本発明の実施の形態１における立体物造形方法の構成を示す断面図である。
【００３４】
第１ステップとして、図１Ａにおいて、イットリア安定化ジルコニア粉体セラミックス（すなわち、ＹＳＺ）からなる第１粉体を分散させた液体材料としての第１インク２を、インクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、基材１の表面に、ＹＳＺを含む第１粉体層をインクジェット法により作る。第１粉体を分散させた液体材料は、第１粉体と、バインダー（例えば樹脂製バインダー）と、溶剤と、界面活性剤となどで構成される。基材１の材料としては、石英ガラス又はセラミックスが例示できる。
【００３５】
次いで、第２ステップとして、図１Ａにおいて、第１粉体とは材料特性が異なる粉体としての、イットリアを含まないジルコニア粉体セラミックス（すなわち、ＺｒＯ２）からなる第２粉体を分散させた液体材料としての第２インク３を、別のインクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、基材１の表面に、ＺｒＯ２を含む第２粉体層をインクジェット法により作る。
【００３６】
第２粉体を分散させた液体材料は、第２粉体と、バインダー（例えば樹脂製バインダー）と、溶剤と、界面活性剤となどで構成される。第１インク２による第１粉体層と第２インク３による第２粉体層との形成順序は逆であってもよい。第１粉体層と第２粉体層とは、互いに重なり合わず、かつ、第１粉体層と第２粉体層との境界に隙間ができないよう、基材１の表面の、少なくともある一定の面全体を覆うように、一続きの層として形成される。すなわち、第１粉体層と第２粉体層とは、隙間無く、互いに接触して隣接配置されている。
【００３７】
次に、第３ステップとして、図１Ｂにおいて、ライン状の誘導結合型プラズマトーチ（例えば、ＩＣＰトーチプラズマ）を用いて、第１インク２及び第２インク３による一続きの層が形成された平面状の部分全体を熱処理することにより、第１インク２の第１粉体層を焼結し、第１粉体層から、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作るとともに、後述するように第２粉体層から、第２インク粉体層５を作る。
【００３８】
なお、特開２０１５−１８９０２４号公報に、樹脂製の立体物を造形する方法として、インクジェットプリンターを用いて層を印刷するに際して、層を形成するごとに、造形物に対して低温プラズマを照射し、層間の密着性を向上させる方法が知られているが、ここで当該公報の図３には、容量結合型のプラズマ処理装置が開示されていること、及び、プラズマ処理の代わりにコロナ放電処理でもよいとの記載もあるため、当該公報に開示されているプラズマ処理で用いられているのは、低温プラズマであり、セラミックスを焼結させることができるような高温を得ることは不可能である。
【００３９】
ジルコニア（ＺｒＯ２）に、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの酸化物を添加して固溶させたものを、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）と言い、立方晶が広範囲の温度帯において、安定して存在するようになる。ＹＳＺの焼結温度は、８００〜１６００℃程度であり、焼結によりセラミックス塊となる。ジルコニアに添加する酸化物量を、安定化ジルコニアよりも少なくすると、単斜晶あるいは正方晶が分散した状態となる。この状態のものを、部分安定化ジルコニアという。本実施の形態においては、両者を区別せず、ともに安定化ジルコニア（ＹＳＺ）と呼ぶこととする。ＹＳＺは義歯材料などとして広く実用化されている。一方、純粋なジルコニアは１０００℃付近で正方晶から単斜晶へと相変化し、大きな体積変化を伴うため、焼結によってセラミックス塊を得ることができない。つまり、第１インク２中のＹＳＺが焼結する温度において、第２インク３中のジルコニアは粉体のままの状態を維持する。
【００４０】
したがって、図１Ｂにおいて、第１インク２の第１粉体層は、焼結して第１インク焼結層４となるが、第２インク３は焼結されず、ジルコニアが粉体のままの状態を維持した第２インク粉体層５が形成される。第１インク焼結層４及び第２インク粉体層５は、バインダー（例えば樹脂製バインダー）と、溶剤と、界面活性剤となどの大半が、それぞれ、第１インク２及び第２インク３から熱処理により揮発して失われており、その過程で体積収縮が起きる。したがって、第１インク焼結層４及び第２インク粉体層５のそれぞれの厚さは、図１Ａにおける第１インク２及び第２インク３の厚さ（例えば５〜５０μｍ程度）の２５〜５０％程度まで小さくなる。
【００４１】
ＩＣＰトーチによる熱処理は、極めて短時間（例えば数秒以下）で行われるため、基材１の温度は第１インク２が焼結されている瞬間の温度よりも低く保たれる。よって、熱処理された基材１の最表面の温度は急速に低下する。したがって、ごく僅か（例えば数秒〜数十秒）の冷却時間をあけて、次の第１ステップ又は第２ステップの塗布工程に進むことができる。
【００４２】
次に、再び第１ステップとして、図１Ｃにおいて、再び第１インク２を、インクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、図１Ｂの工程で得られた第１インク焼結層４の上に、第１粉体層をインクジェット法により作るとともに、再び第２ステップとして、第２インク３を、別のインクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、図１Ｂの工程で得られた第２インク粉体層５の上に、第２粉体層をインクジェット法により作る。ここでも、第１インク２による第１粉体層と第２インク３による第２粉体層との形成順序は逆であってもよい。また、第１インク２による第１粉体層と第２インク３による第２粉体層とからなる一続きの層は、互いに重なり合わず、かつ、第１粉体層と第２粉体層との間の境界に隙間ができないよう、基材１の表面の、少なくともある一定の面全体を覆うように形成される。
【００４３】
ここでは、第１インク２による第１粉体層が図１Ａの工程におけるものよりも広い面積に形成され、逆に、第２インク３による第２粉体層が図１Ａの工程におけるものよりも狭い面積に形成されている。このように、造形順に、少なくとも１回、直下の層よりも広い面積を覆うことが必要となるような立体形状を形成する際には、本実施の形態１におけるように、造形中の立体物を支えるためのサポート材を用いることが有効である。ここで、サポート材は、第２インク粉体層５である。サポート材が無いと、２層目の第１インク２の端部が垂れて基材１と直に接するような配置となってしまい、所望の立体形状が得られない。
【００４４】
一般的に樹脂材料からなる立体物を造形する場合、サポート材としても樹脂材料が用いられる。樹脂材料としては、熱硬化材又はＵＶ硬化材などが用いられる。所望形状の立体物の造形が終了した後、サポート材のみが溶融する液体に浸すなどして、サポート材を造形物から分離することにより、所望形状の立体物を得ることができる。
【００４５】
しかし、本実施形態では、セラミックスの焼結を行うため、各層が８００℃以上の高温になる。よって、従来の樹脂材料のサポート材を用いることができない。高温においても失われないサポート材として、第１インク２中のセラミックス（ＹＳＺ）と異なるセラミックス材料を用いることが考えられるが、これが同時に焼結されてしまうと、造形が終了した後に、サポート材と立体物１４とを分離することができない。こうしたことから、本実施の形態１においては、第１インク２中のＹＳＺが焼結する温度において、第２インク３中の耐熱性粉体が粉体のままの状態を維持するよう、焼結が起きないジルコニア粉体を第２インク３の主成分として用いている。
【００４６】
次に、再び第３ステップとして、図１Ｄにおいて、図１Ｂの第３ステップと同様に、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による粉体層を焼結し、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作るとともに、第２インク３から、第２インク３中のジルコニアが粉体のままの状態を維持した第２インク粉体層５を作る。
【００４７】
同様に、再び第１ステップ及び第２ステップとして、図１Ｅにおいて、再び第１インク２及び第２インク３を、別々のインクジェットヘッドから吐出することによりそれぞれ塗布して、図１Ｄの工程で得られた第１インク焼結層４と第２インク粉体層５との上に、第１インク２及び第２インク３による一続きの層を作る。
【００４８】
そして、再び第３ステップとして、図１Ｆにおいて、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による層を焼結し、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作るとともに、第２インク３中のジルコニアが粉体のままの状態を維持した第２インク粉体層５を作る。
【００４９】
このようにして、第１ステップ及び第２ステップの塗布工程と第３ステップの熱処理工程とを繰り返し行うことにより、図１Ｇに示すように、従来よりも短時間で高精度に、白色で硬度の高いジルコニアセラミックスの立体物１４を造形することができる。
【００５０】
以上、第２インク３の主成分としてジルコニアを用いる場合を例示したが、第１粉体が焼結する温度において焼結した際に、第１粉体を焼結したセラミックス材料（ＹＳＺ）よりも破壊靭性が小さい焼結体となる材料を、第２粉体として用いてもよい。例えば、アルミナはジルコニアに比べて破壊靭性が半分以下と小さいため、これを第２粉体として用いると、造形が終了した後、機械的な衝撃を与えることで、第２粉体が焼結された部分のみが割れ、第１粉体を焼結した第１インク焼結層４で構成される立体物１４と第２粉体との分離を行うことができる。
【００５１】
あるいは、第１粉体が焼結する温度において溶融する金属を、第２粉体として用いてもよい。例えば、アルミニウムを第２粉体として用いると、第１粉体焼結時に第２粉体が一時的に溶融するが、直ちに固化し、次の塗布工程ではサポート材として利用することができる。
【００５２】
また、熱処理工程においてＩＣＰトーチプラズマを照射する場合を例示したが、短時間で熱処理が可能な強力な熱源を用いる他の熱処理方法を用いることも可能である。例えば、フラッシュランプ、又はレーザーなどのエネルギーを照射してもよい。レーザーを用いる場合は、パターンを直描する必要はないので、生産性を得るためにライン状に整形されたレーザービームを走査することが望ましい。
【００５３】
熱処理工程の後の塗布工程において、第２インク粉体層５上に塗布すべき第１インク２または第２インク３が、第２インク粉体層５に染み込んでしまうことが考えられる。これを防止するため、熱処理工程を行った後、次の塗布工程を行う前に、直前の工程で作られた層に撥液材料を塗布してもよい。この場合、熱処理を行った後、直前の第２粉体形成工程で作られた第２粉体層を熱処理した第２粉体熱処理層（例えば第２インク粉体層）の、少なくとも、次の第１粉体塗布工程において作る第１粉体層と接する部位に、部分的に撥液材料を塗布することが効果的である。部分的に塗布することで、高価な撥液材料の使用量を抑制することができる。一方、熱処理を行った後、次の塗布工程を行う前に、直前の工程で作られた層全体に撥液材料を塗布してもよい。このように全体的な塗布を行う方法には、精密な位置制御が不要であるという利点がある。このようにして、より高精度にセラミックス立体物を造形することができる。
【００５４】
撥液材料としては、フッ素を含む液体を用いることができる。撥液材料を第１インク焼結層４上にも塗布すると、場合によっては造形物の純度を損なうことがあるため、第２インク粉体層５上にのみ、撥液材料を塗布する（例えば、直前の工程で作られた第２インク粉体層の全体に撥液材料を塗布する）方がよい。
【００５５】
第１インク２中の溶剤及び第２インク３中の溶剤などをそれぞれ揮発させることで、より安定に焼結を行えるようにするため、塗布工程と熱処理工程との間に乾燥工程を入れてもよい。乾燥工程での乾燥方法としては、ドライヤ（言い換えれば、熱風発生装置）、赤外線ランプ、ホットプレート、又は真空乾燥などが利用できる。
【００５６】
本実施の形態１によれば、第１ステップ及び第２ステップにより第１インク２で高精度に１つの印刷層を形成するごとに第３ステップで焼結を行うので、長時間の焼結工程が必要ないため、従来よりも短時間で立体物１４を造形することができる。また、焼結した際に第２粉体からなるサポート材が第１粉体からなる焼結体と一体化することがなく、また、気化等によって消失することもないので、複雑な形状をうまく造形することができる。つまり、従来よりも短時間で高精度に立体物１４を造形することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２にかかる立体物造形方法について、図２Ａ〜図２Ｆを参照して説明する。この実施の形態２にかかる立体物造形方法が実施の形態１にかかる立体物造形方法と異なる点は、第１インク２による層の厚さと、第２インク３による層の厚さとが異なっており、その他は同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００５８】
図２Ａ〜図２Ｆは、本発明の実施の形態２における立体物造形方法の構成を示す断面図である。
【００５９】
第１ステップとして、図２Ａにおいて、ＹＳＺからなる第１粉体を分散させた液体材料としての第１インク２を、インクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、基材１の表面に第１粉体層をインクジェット法により作る。
【００６０】
次いで、第２ステップとして、図２Ａにおいて、ＺｒＯ２からなる第２粉体を分散させた液体材料としての第２インク３を、別のインクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、基材１の表面に第２粉体層をインクジェット法により作る。第１インク２による第１粉体層と第２インク３による第２粉体層とは、互いに重なり合わず、かつ、第１粉体層と第２粉体層との間の境界に隙間ができないよう、基材１の表面の、少なくともある一定の面全体を覆うように、一続きの層として形成される。また、第１インク２による層の厚さが、第２インク３による層の厚さよりも厚くなるように第１インク２と第２インク３とをそれぞれ塗布する。
【００６１】
次に、第３ステップとして、図２Ｂにおいて、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による第１粉体層及び第２インク３による第２粉体層が形成された平面状の部分全体を熱処理することにより、第１インク２による第１粉体層を焼結し、第１粉体層から、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作るとともに、第２粉体層から、ジルコニアが粉体のままの状態を維持した第２インク粉体層５を形成する。第１インク焼結層４及び第２インク粉体層５は、バインダー（例えば樹脂製バインダー）、溶剤、界面活性剤などの大半が、それぞれ、第１インク２及び第２インク３から熱処理により揮発して失われている。この過程で体積収縮が起きるが、収縮率は、焼結が生じる第１インク２の方が第２インク３よりも大きい。そこで、この第１インク２及び第２インク３の収縮率の差を考慮して、熱処理後の厚さが等しくなるように、塗布工程における第１インク２及び第２インク３の層の厚さを決定している。塗布工程における第１インク２の層の厚さは、第２インク３の層の厚さより少し厚くする。
【００６２】
次に、再び第１ステップとして、図２Ｃにおいて、再び第１インク２を、インクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、図２Ｂの工程で得られた第１インク焼結層４の上に、第１粉体層をインクジェット法により作るとともに、再び第２ステップとして、第２インク３を、別のインクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、図２Ｂの工程で得られた第２インク粉体層５の上に、第２粉体層をインクジェット法により作る。
【００６３】
次に、再び第３ステップとして、図２Ｄにおいて、図２Ｂの第３ステップと同様に、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による粉体層を焼結し、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作るとともに、第２インク３から、第２インク３中のジルコニアが粉体のままの状態を維持した第２インク粉体層５を作る。
【００６４】
同様に、再び第１ステップ及び第２ステップとして、図２Ｅにおいて、再び第１インク２及び第２インク３を、別々のインクジェットヘッドから吐出することによりそれぞれ塗布して、図２Ｄの工程で得られた第１インク焼結層４と第２インク粉体層５との上に、第１インク２による第１粉体層及び第２インク３による第２粉体層を作る。
【００６５】
そして、再び第３ステップとして、図２Ｆにおいて、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による層を焼結し、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作るとともに、第２インク３中のジルコニアが粉体のままの状態を維持した第２インク粉体層５を作る。
【００６６】
このようにして、第１ステップ及び第２ステップの塗布工程と第３ステップの熱処理工程とを繰り返し行うことにより、従来よりも短時間で高精度に、白色で硬度の高いジルコニアセラミックスの立体物１４を造形することができる。
【００６７】
この実施の形態２によれば、第３ステップとして、第１インク２及び第２インク３の収縮率の差を考慮して、熱処理後の厚さが等しくなるように、塗布工程における第１インク２及び第２インク３の層の厚さを決定しているため、立体物１４の造形精度をより良くすることができる。
【００６８】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３にかかる立体物造形方法について、図３Ａ〜図３Ｋを参照して説明する。実施の形態３にかかる立体物造形方法は、実施の形態１又は２にかかる立体物造形方法とはステップの順序が異なっている。
【００６９】
図３Ａ〜図３Ｋは、本発明の実施の形態３における立体物造形方法の構成を示す断面図である。
【００７０】
図３Ａにおいて、第１ステップとして、ＹＳＺからなる第１粉体を分散させた液体材料としての第１インク２を、インクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、基材１の表面に第１粉体層をインクジェット法により作る。
【００７１】
次に、第３ステップとして、図３Ｂにおいて、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による層が形成された平面状の部分全体を熱処理することにより、第１インク２による層を焼結し、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作る。
【００７２】
次に、第２ステップとして、図３Ｃにおいて、ＺｒＯ２からなる第２粉体６を、第１インク焼結層４が形成された基材１の表面の平面状の部分全体に敷き詰める。よって、第２粉体６は、第１インク焼結層４の表面と基材１の表面とに配置されている。
【００７３】
次に、第４ステップとして、図３Ｄにおいて、スキージなどを用いて、第１インク焼結層４の表面と第２粉体６の表面とが同じ高さとなるように均す（ならす）。
【００７４】
次に、第１ステップとして、図３Ｅにおいて、第１インク２を、インクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、第１粉体層をインクジェット法により作る。このとき、第１インク２が第２粉体による層に染み込むのを防ぐため、第２粉体６に撥液材料を塗布しておいてもよい。撥液材料の塗布は、第２粉体６の第２粉体層を形成してからでもよいが、図３Ｃにおいて第２粉体６を敷き詰める前に、第２粉体６と撥液材料とを混合することによって、前もって第２粉体６の各々の表面に撥液材料を塗布しておくこともできる。
【００７５】
次に、第３ステップとして、図３Ｆにおいて、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による層を焼結し、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作る。
【００７６】
次に、第２ステップとして、図３Ｇにおいて、ＺｒＯ２からなる第２粉体６を、第１インク焼結層４が形成された基材１の表面の平面状の部分全体に敷き詰める。よって、第２粉体６は、第１インク焼結層４の表面と図３Ｃの第２ステップで形成された第２粉体６の表面とに配置されている。
【００７７】
次に、第４ステップとして、図３Ｈにおいて、スキージなどを用いて、第１インク焼結層４の表面と第２粉体６による第２粉体層の表面とが同じ高さとなるように均す。
【００７８】
次に、第１ステップとして、図３Ｉにおいて、第１インク２を、インクジェットヘッドから吐出することにより塗布して、第１粉体層をインクジェット法により作る。
【００７９】
次に、第３ステップとして、図３Ｊにおいて、ＩＣＰトーチプラズマを用いて、第１インク２による第１粉体層を焼結し、ジルコニアセラミックスからなる第１インク焼結層４を作る。
【００８０】
このようにして、第１ステップ及び第２ステップ及び第４ステップの塗布工程と第３ステップの熱処理工程とを繰り返し行うことにより、図３Ｋに示すように、従来よりも短時間で高精度に、白色で硬度の高いジルコニアセラミックスの立体物１４を造形することができる。
【００８１】
本実施の形態３においては、サポート材の部分を印刷する必要がなく、インクジェットによる高精細な印刷を行う範囲（例えば面積）が、実施の形態１及び実施の形態２に比べて小さいので、より短時間に立体物１４の造形を行うことができる。
【００８２】
以上述べた実施の形態にかかる立体物造形方法は、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。
【００８３】
例えば、ジルコニアセラミックスによる立体物１４を造形する場合を例示したが、他のセラミックス（アルミナ、シリコンカーバイド、又はチッ化珪素など）を造形する場合にも適用可能である。
【００８４】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明の前記態様にかかる立体物造形方法は、セラミックスからなる立体物を造形するに際して、従来よりも短時間で高精度に造形することができる立体物造形方法を提供することができ、例えば、ジルコニア製の義歯の製造、又は、ジルコニア、アルミナ、シリコンカーバイド、又はチッ化珪素などのエンジニアリングセラミックスの製造に利用できる。
【符号の説明】
【００８６】
１・・・基材
２・・・第１インク
３・・・第２インク
４・・・第１インク焼結層
５・・・第２インク粉体層
１４・・・立体物
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
2019123113.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
2019123113.tif 000009
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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【図３Ｋ】
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