(57)【要約】【課題】グリーン体を焼結させる三次元造形物の製造方法において、肉厚制限なく高強度の三次元造形物を製造する。【解決手段】三次元造形物Ｏを構成する構成材料粉末とバインダーとを含む流動性組成物を用いて層８を形成する層形成工程（ステップＳ１５０）と、層８が積層されて形成された三次元造形物Ｏの積層体からバインダーを除去する脱脂工程（ステップＳ１７０）と、バインダーが除去された積層体を加熱して構成材料粉末を焼結する焼結工程（ステップＳ１８０）と、を有し、層形成工程では、脱脂工程に伴って生じるバインダー由来のガスを流通させることが可能な積層体の表面に繋がる流通路１０を形成する三次元造形物の製造方法。【選択図】図１０
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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バインダー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、
前記層が積層されて形成された前記三次元造形物の積層体から前記バインダーを除去する脱脂工程と、
前記バインダーが除去された前記積層体を加熱して前記構成材料粉末を焼結する焼結工程と、
を有し、
前記層形成工程では、前記脱脂工程に伴って生じる前記バインダー由来のガスを流通させることが可能な前記積層体の表面に繋がる流通路を形成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、
前記流通路は、前記焼結工程に伴う前記積層体の収縮により、前記焼結工程の終了時に塞がってい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、
前記層形成工程において前記流通路を形成するか否かを判断する判断工程を有し、
前記判断工程では、前記積層体の表面までの距離が所定距離以下とならない領域を有する肉厚部分がある場合に、該肉厚部分に前記流通路を形成するよう判断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３に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記所定距離は１０ｍｍであ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、線状に前記流動性組成物を射出するとともに前記線状に射出される前記流動性組成物を並べることで前記層を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記線状に射出される前記流動性組成物の射出幅は２０ｍｍ以下であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記層形成工程では、前記線状の断面形状を変えることで前記流通路を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７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、
前記流通路は、２０ｍｍを超える間隔を生じさせることなく形成されることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８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、
前記流通路は、１μｍ以上５００μｍ以下の内径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１０】
請求項１から９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、
前記流通路は、前記積層体の表面に向かって内径が広がることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から１０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、
前記積層体を支持する支持層を形成する支持層形成工程を有し、
前記支持層形成工程では、前記積層体の表面における前記流通路から前記支持層の外側まで繋がる前記ガスの排出路を形成することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記排出路の内径は、前記流通路の内径以上であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から１２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、
前記流通路は、前記積層体の表面から内側に向かう方向において分岐してい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、グリーン体を焼結させる三次元造形物の製造方法がある。  
例えば、特許文献１には、焼結後では加工性が低くなるため、焼結前のグリーン体に凹部をプレス加工で形成し、その後焼結する金属加工方法（三次元造形物の製造方法）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２０１０−２２９４７６号公報
【特許文献２】特開２００７−７０６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されるような、グリーン体を焼結させる従来の三次元造形物の製造方法においては、肉厚の三次元造形物を製造すると、脱脂や焼結工程において、バインダーなどに由来するガスを外側に逃がすことができない場合があった。そこで、ガスを外側に逃がす方法として、例えば、特許文献２には、三次元造形物を製造する際に低い焼結密度の領域を分散させることや、ガス抜き用穴を基台に形成することなどが開示されている。しかしながら、特許文献２に開示されるような、従来のガスを外側に逃がす方法を用いても、製造する三次元造形物の肉厚によっては十分にガスを外側に逃がすことができない場合があり、また、製造する三次元造形物の強度が低下する場合があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、グリーン体を焼結させる三次元造形物の製造方法において、肉厚制限なく高強度の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バインダー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、前記層が積層されて形成された前記三次元造形物の積層体から前記バインダーを除去する脱脂工程と、前記バインダーが除去された前記積層体を加熱して前記構成材料粉末を焼結する焼結工程と、を有し、前記層形成工程では、前記脱脂工程に伴って生じる前記バインダー由来のガスを流通させることが可能な前記積層体の表面に繋がる流通路を形成することを特徴とする。
【０００７】
本態様によれば、層形成工程において、脱脂工程に伴って生じるバインダー由来のガスを流通させることが可能な流通路を形成する。そして、該流通路は積層体の表面に繋がる。このため、例えば肉厚部分に流通路を形成することによって、該流通路を介してガスを効果的に積層体の外側に逃がすことができる。さらに、強度の高い肉厚部分（ガスを逃がしにくい部分）にのみ流通路を形成することで全体的な強度の低下も抑制できる。したがって、肉厚制限なく高強度の三次元造形物を製造できる。
【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、前記流通路は、前記焼結工程に伴う前記積層体の収縮により、前記焼結工程の終了時に塞がっていることを特徴とする。
【０００９】
本態様によれば、流通路は焼結工程に伴う積層体の収縮により焼結工程の終了時に塞がっているので、三次元造形物の強度の低下を特に効果的に抑制できる。
【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、前記層形成工程において前記流通路を形成するか否かを判断する判断工程を有し、前記判断工程では、前記積層体の表面までの距離が所定距離以下とならない領域を有する肉厚部分がある場合に、該肉厚部分に前記流通路を形成するよう判断することを特徴とする。
【００１１】
本態様によれば、積層体の表面までの距離が所定距離以下とならない領域を有する肉厚部分がある場合に該肉厚部分に流通路を形成する。このため、三次元造形物に肉厚部分が無く、ガスを逃がしにくい部分が無い場合に、流通路を形成することで三次元造形物の強度が低下することを抑制できる。
【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３の態様において、前記所定距離は１０ｍｍであることを特徴とする。
【００１３】
一般的に、積層体の表面まで１０ｍｍを超える場合は、ガスを逃がしにくい。しかしながら、本態様によれば、積層体の表面までの距離が１０ｍｍ以下とならない領域を有する肉厚部分がある場合に該肉厚部分に流通路を形成する。このため、ガスを逃がしにくい部分がある場合、該ガスを逃がしにくい部分から効果的にガスを逃がすことができる。
【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、線状に前記流動性組成物を射出するとともに前記線状に射出される前記流動性組成物を並べることで前記層を形成することを特徴とする。
【００１５】
本態様によれば、層形成工程は、線状に流動性組成物を射出するとともに線状に射出される流動性組成物を並べることで層を形成する。したがって、線状に射出される流動性組成物を並べて簡単に層形成することができる。
【００１６】
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第５の態様において、前記線状に射出される前記流動性組成物の射出幅は２０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
本態様によれば、線状に射出される流動性組成物の射出幅は２０ｍｍ以下であるので、緻密な三次元造形物を製造できる。
【００１８】
本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第５又は第６の態様において、前記層形成工程では、前記線状の断面形状を変えることで前記流通路を形成することを特徴とする。
【００１９】
本態様によれば、層形成工程では、線状の断面形状を変えることで流通路を形成する。このため、線状の断面形状を変えることで簡単に積層体の表面に繋がる流通路を形成することができる。
【００２０】
本発明の第８の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第７のいずれか１項の態様において、前記流通路は、２０ｍｍを超える間隔を生じさせることなく形成されることを特徴とする。
【００２１】
積層体の表面などガスを拡散可能な位置までの距離が１０ｍｍを超える領域はガスを逃がしにくいが、本態様によれば、流通路は２０ｍｍを超える間隔を生じさせることなく形成されるので、ガスを拡散可能な位置までの距離が１０ｍｍを超える領域を無くすことができ、効果的にガスを逃がすことができる。
【００２２】
本発明の第９の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第８のいずれか１項の態様において、前記流通路は、１μｍ以上５００μｍ以下の内径を有することを特徴とする。
【００２３】
流通路の内径が１μｍ未満であるとガスを逃がす効果が不十分となる場合があり、流通路の内径が５００μｍを超すと三次元造形物の強度が低下する場合がある。しかしながら、本態様によれば、流通路の内径は１μｍ以上５００μｍ以下であるので、ガスを効果的に積層体の外側に逃がすことができるとともに強度の低下も抑制できる。
【００２４】
本発明の第１０の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第９のいずれか１項の態様において、前記流通路は、前記積層体の表面に向かって内径が広がることを特徴とする。
【００２５】
本態様によれば、流通路は積層体の表面（外側）に向かって内径が広がるので、ガスを特に効果的に積層体の外側に逃がすことができる。
【００２６】
本発明の第１１の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第１０のいずれか１項の態様において、前記積層体を支持する支持層を形成する支持層形成工程を有し、前記支持層形成工程では、前記積層体の表面における前記流通路から前記支持層の外側まで繋がる前記ガスの排出路を形成することを特徴とする。
【００２７】
本態様によれば、支持層を形成することで、様々な形状の三次元造形物の積層体を形成できる。また、積層体の表面における流通路から支持層の外側まで繋がるガスの排出路を支持層に形成することで、支持層を形成した場合であっても、ガスを効果的に積層体の外側に逃がすことができる。
【００２８】
本発明の第１２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１１の態様において、前記排出路の内径は、前記流通路の内径以上であることを特徴とする。
【００２９】
本態様によれば、排出路の内径は流通路の内径以上である。すなわち、外側に向かって内径が広がるので、ガスを特に効果的に積層体の外側に逃がすことができる。
【００３０】
本発明の第１３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第１２のいずれか１項の態様において、前記流通路は、前記積層体の表面から内側に向かう方向において分岐していることを特徴とする。
【００３１】
本態様によれば、流通路は積層体の表面から内側に向かう方向において分岐しているので、緻密に流通路を配置でき、ガスを逃がしにくい部分から効果的にガスを逃がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置を用いて形成されたグリーン体の一形成例を表す概略平面図。
【図３】図２で表されるグリーン体の概略側面図。
【図４】グリーン体の一形成例を表す概略側面図。
【図５】グリーン体の一形成例を表す概略側面図。
【図６】グリーン体の一形成例を表す概略側面図。
【図７】本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置を用いて形成中のグリーン体の一形成例を表す概略平面図。
【図８】図７で表されるグリーン体の概略側面図。
【図９】グリーン体の一形成例を表す概略側面図。
【図１０】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１１】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における層形成工程のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。  
最初に、本発明の一の実施形態に係る三次元造形物の製造装置１の概要について説明する。  
図１は本実施形態の三次元造形物の製造装置１の構成を示す概略構成図である。
【００３４】
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。
【００３５】
本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、三次元造形物Ｏの構成材料に加えて、該三次元造形物Ｏの積層体（グリーン体Ｇ）を支持する支持層形成材料を用いて、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、支持層形成材料を用いることなく（支持層８ｂを形成することなく）三次元造形物を形成する構成であってもよい。
【００３６】
図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、三次元造形物を構成する構成材料粉末とバインダーとを含む混練物（流動性材料）を用いて、三次元造形物Ｏの積層体（グリーン体Ｇ）を構成する構成層８ａを形成可能である。さらに、支持層形成用粉末とバインダーとを含む混練物（流動性材料）を用いて、該グリーン体Ｇを支持する支持層８ｂを形成可能である。なお、本実施形態の三次元造形物の製造装置１においては、構成材料粉末と常温で固体のバインダーとを大凡１：１の比率で含み射出時に加熱することで流動性となる構成材料（流動性材料）と、支持層形成用粉末と常温で固体のバインダーとを含み射出時に加熱することでバインダーを溶かして流動性となる支持層形成材料（流動性材料）と、を用いている。しかしながら、本発明は、このような流動性材料を使用する三次元造形物の製造装置に限定されない。例えば、構成材料粉末と溶媒と該溶媒に可溶なバインダーとを含む常温で流体の流動性材料や、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常温で流体の流動性材料を使用し、加熱することなく射出する構成としてもよい。すなわち、「流動性材料」とは、射出時に流動性があれば、射出時以外に流動性が無い材料も含む意味である。
【００３７】
三次元造形物の製造装置１は、図中のＸ方向、Ｙ方向及び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５を備えている。ステージ５は、制御部７と電気的に接続されるステージ駆動部６と接続されている。このような構成により、ステージ５は、制御部７の制御により移動する。  
ここで、図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。
【００３８】
三次元造形物の製造装置１は、構成層８ａを形成するための構成材料である流動性組成物を線状に射出する噴射部２を備えている。噴射部２は、材料供給部４から構成材料が供給され、駆動部３の駆動により駆動する（ステージ５上に流動性組成物を射出する）。なお、材料供給部４及び駆動部３は共に制御部７と電気的に接続されており、制御部７の制御により、材料供給部４から噴射部２に構成材料が供給され、流動性組成物が射出される。なお、噴射部２のノズル２ａには、不図示のシャッターが設けられており、線状に射出される流動性組成物の断面形状を変えることが可能な構成になっている。なお、本実施形態の三次元造形物の製造装置１においては、ノズル２ａの噴射口は円形をしており、シャッターは、該円形の噴射口の半分を隠す（半円状態にする）ことが可能な構成になっている。
【００３９】
なお、図１では省略されているが、支持層８ｂを形成するための支持層形成材料である流動性組成物を線状に射出する噴射部も備えている。そして、該噴射部も構成層８ａを形成するための噴射部２と同様の構成をしている。
【００４０】
次に、本実施例の構成材料及び支持層形成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及び支持層形成材料の支持層形成用粉末としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、パーマロイ、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）など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、構成材料粉末及び支持層形成用粉末に特に限定はなく、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、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、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。
【００４１】
バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンまたはこれらの共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、高級アルコール、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等の各種有機バインダーが挙げられ、これらのうち１種または２種以上を混合して用いることができる。  
バインダーの含有率は、混練物全体の２質量％以上２０質量％以下程度であるのが好ましく、５質量％以上１０質量％以下程度であるのがより好ましい。バインダーの含有率が前記範囲内であることにより、成形性よく層を形成することができる。また、密度を高め、グリーン体Ｇの形状の安定性等を特に優れたものとすることができる。これにより、グリーン体Ｇと脱脂体との大きさの差、いわゆる収縮率を最適化して、最終的に得られる焼結体の寸法精度の低下を防止することができる。すなわち、高密度でかつ寸法精度の高い焼結体を得ることができる。  
また、混練物中には、必要に応じて、可塑剤が添加されていてもよい。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いることができる。  
さらに、混練物中には、構成材料粉末及び支持層形成用粉末、バインダー、可塑剤の他に、例えば、滑剤、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じ添加することができる。
【００４２】
溶媒としては、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。
【００４３】
次に、本実施形態の三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物Ｏ（グリーン体Ｇ）の形成例について説明する。  
ここで、図２は、三次元造形物の製造装置１を用いて形成されたグリーン体Ｇの一形成例を表す概略平面図である。また、図３は、図２で表されるグリーン体Ｇの概略側面図である。  
また、図４から図６は、夫々、図３とは別のグリーン体Ｇの一例を表す概略側面図である。  
また、図７は、三次元造形物の製造装置１を用いて形成中のグリーン体Ｇの一形成例を表す概略平面図である。また、図８は、図７で表されるグリーン体Ｇの概略側面図である。  
そして、図９は、グリーン体Ｇのさらなる一形成例を表す概略側面図である。
【００４４】
図２で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、ステージ５上に、流動性組成物を連続的に射出することでＹ方向に沿って線状に該流動性組成物を射出することができる。そして、線状に射出される流動性組成物をＸ方向に並べることで層８を形成することができる。なお、図２では、層８として構成層８ａを形成した状態を表しているが、層８として支持層８ｂを形成した場合も図２で表される状態（線状に射出される流動性組成物が並べられる状態）と同様となる。
【００４５】
なお、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、ステージ５又は既に形成された層８（下段の層）の上側に重ねて層８を形成する構成となっているが、射出される流動性組成物をステージ５又は下段の層に押し付けながら積層する。このため、噴射部２のノズル２ａの噴射口が円形である場合であっても、線状に射出される流動性組成物の断面は実際には（ステージ５上においては）、扁平し、隣接する線状同士の間に隙間はほとんどできない。ただし、図３、並びに、図４、図５、図６及び図８においては、形成されるグリーン体Ｇの層構成を把握しやすくするため、層８を構成する線状の断面形状を円形として表している。
【００４６】
上記のように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、円形の噴射口の半分を隠すことが可能な構成にシャッターを備えている。図３で表されるように、グリーン体Ｇの肉厚部分を形成する際に、所定の間隔を空けてシャッターでノズル２ａの噴射口の一部（半分）を隠すことで、Ｙ方向に亘り射出量が少ない低射出部分９（低射出部分９ａ）が形成される。そして、該低射出部分９（低射出部分９ａ）が形成されることで、Ｙ方向に亘って延びる隙間が形成され、該隙間がグリーン体Ｇの表面（Ｙ方向の端面）に繋がる流通路１０（流通路１０ａ）となる。流通路１０は、グリーン体Ｇを脱脂することに伴って生じるバインダー由来のガスを外部に排出するための通路である。
【００４７】
なお、図３で表されるグリーン体Ｇの形成例においては、ノズル２ａにおける円形の噴射口の半分を隠すことが可能なシャッターを用いて低射出部分９及び流通路１０を形成した例を表したが、低射出部分９及び流通路１０はこのような形成例に限定されない。例えば、シャッター形状を変えることで、図４で表されるような低射出部分９ｂ及び流通路１０ｂを形成してもよい。
【００４８】
また、シャッターを用いて低射出部分９及び流通路１０を形成することにも限定されない、例えば、円形の噴射口を有するノズル２ａのほか、三角形の噴射口を有するノズルを用いて、図５で表されるように、低射出部分９ｃ及び流通路１０ｃを形成してもよい。また、例えば、円形の噴射口を有するノズル２ａのほか、楕円形の噴射口を有するノズルを用いて、図６で表されるように、低射出部分９ｄ及び流通路１０ｄを形成してもよい。また、さらに異なる形状の噴射口を有するノズルを用いて低射出部分９及び流通路１０を形成してもよい。
【００４９】
また、例えば、１種類の形状の噴射口を有するノズルのみを使用して、単位時間当たりの流動性組成物の射出量を調整することや、該ノズルのステージ５に対する相対的な移動速度を調整することで、一部の線状を細くして低射出部分９及び流通路１０を形成してもよい。
【００５０】
さらには、低射出部分９を形成することなく、流動性組成物の線状の配置を変更することで流通路１０を形成してもよい。  
図７で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、Ｙ方向に沿って線状に射出される流動性組成物をＸ方向に並べることのほか、Ｘ方向に沿って線状に射出される流動性組成物をＹ方向に並べることもできる。例えば、図８で表されるように、層８を積層する毎に線状の配置を変更することができる。このように層８を形成すると、層８毎に隙間が形成され、該隙間が流通路１０を構成する。図８で表されるグリーン体Ｇの形成例では、Ｙ方向に沿って延びるとともにＸ方向に沿っても延びる井桁状の流通路１０（流通路１０ｅ）が形成される。  
また、別の構成例として、層８を形成する毎に該層８の表面部分に突起部（例えば、剣山など）をＸ方向又はＹ方向に亘り接触させて溝を形成することで、流通路１０を形成してもよい。ただし、別途、突起部などを設ける必要のない本実施形態の三次元造形物の製造装置１の構成（流動性組成物の射出を制御することにより流通路１０を形成する構成）であることが好ましい。
【００５１】
なお、図２から図８で表されるグリーン体Ｇの形成例では、何れも層８と平行な方向に流通路１０が形成される例を示したが、このような形成例に限定されない。流動性組成物を配置させない空隙部分を各層８に形成し、積層方向（Ｚ方向）に隣接する層８間において該空隙部分が重なるようにすることで、層８と平行ではない流通路１０を形成してもよい。
【００５２】
ここで、図９は、層８と平行ではない流通路１０（流通路１０ｆ）が形成されたグリーン体Ｇの形成例である。図９で表されるように、流通路１０ｆは、層８と平行な方向（水平方向）だけでなく積層方向（Ｚ方向）に亘って延びるように形成されている。なお、流通路１０ｆは、支持層８ｂと接触する部分においてグリーン体Ｇの外部と繋がっている。ここで、支持層８ｂには、流通路１０ｆからグリーン体Ｇの外部にガスを排出することが可能なように、排出路１１が形成されている。
【００５３】
次に、上記三次元造形物の製造装置１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１０は、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１１は、該三次元造形物の製造方法における層形成工程のフローチャートである。
【００５４】
図１０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。
【００５５】
次に、ステップＳ１２０で、制御部７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Ｏ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。
【００５６】
次に、ステップＳ１３０で、支持層８ｂを形成するか否かを判断する。具体的には、図９で表されるように、構成層８ａが下側から支持層８ｂで支持されなかった場合に重力の影響により変形する虞があるアンダーカット部１２があるか否かにより判断する。支持層８ｂを形成すると判断した場合は、ステップＳ１４０の支持層形成工程を実行し、支持層８ｂを形成した後にステップＳ１５０に進む。なお、ステップＳ１４０では、必要に応じて排出路１１を設けて支持層８ｂを形成する。一方、支持層８ｂを形成しないと判断した場合は、ステップＳ１４０を実行することなく、ステップＳ１５０に進む。
【００５７】
ステップＳ１５０の層形成工程では、制御部７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、噴射部２から流動性材料（構成材料）を噴射して、該ビットマップデータに基づく層８（構成層８ａ）を形成する。
【００５８】
ここで、ステップＳ１５０の層形成工程について、図１１を参照して、さらに詳細に説明する。  
図１１で表されるように、ステップＳ１５０の層形成工程が開始すると、最初に、ステップＳ２１０の判断工程で、制御部７の制御により、流通路１０を形成するか否かを判断する。この判断は、三次元造形物Ｏの積層体であるグリーン体Ｇの表面までの距離が所定距離（本実施例においては１０ｍｍ）以下とならない領域を有する肉厚部分があるか否かにより判断する。別の表現をすると、グリーン体Ｇを形成した場合に、グリーン体Ｇの表面までの距離がＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の全ての方向において１０ｍｍ以下とならない領域が一部にでもあるか否かを、隣接する複数層分のビットマップデータに基づき判断する。このような領域があると判断した場合にはステップＳ２２０に進み、このような領域がないと判断した場合にはステップＳ２３０に進む。
【００５９】
ステップＳ２２０においては（肉厚部分がある場合には）、該肉厚部分に対応する箇所においては、該箇所のうちのどの領域においてもグリーン体Ｇの表面までの距離又は最寄りの流通路１０までの距離が１０ｍｍ以下となるように、流通路１０を配置するようにして層８（構成層８ａ）を形成する。ただし、肉厚部分に対応しない箇所においては、流通路１０を形成することなく層８（構成層８ａ）を形成する。
【００６０】
ステップＳ２３０においては（肉厚部分がない場合には）、流通路１０を形成することなく層８（構成層８ａ）を形成する。  
そして、ステップＳ２２０又はステップＳ２３０の終了に伴い、ステップＳ１５０の層形成工程を終了する（図１０におけるステップＳ１６０に進む）。
【００６１】
ステップＳ１６０では、制御部７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く層８の形成が終了したか否かを判断する。該層８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、該層８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、制御部７の制御により、ステップＳ１２０において生成された各層８に対応するビットマップデータに基づくグリーン体Ｇ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。
【００６２】
次に、ステップＳ１７０の脱脂工程により、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グリーン体Ｇを加熱して脱脂（構成層８ａにおけるバインダーの除去）を実行する。該脱脂に伴い、グリーン体Ｇはブラウン体となる。
【００６３】
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Ｏのブラウン体を加熱して構成層８ａにおける構成材料粉末を焼結させる。  
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。
【００６４】
上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物Ｏを構成する構成材料粉末とバインダーとを含む流動性組成物を用いて層８を形成する層形成工程（ステップＳ１５０）と、層８が積層されて形成された三次元造形物Ｏの積層体（グリーン体Ｇ）からバインダーを除去する脱脂工程（ステップＳ１７０）と、バインダーが除去された積層体を加熱して構成材料粉末を焼結する焼結工程（ステップＳ１８０）と、を有している。そして、層形成工程では、脱脂工程や焼結工程に伴って生じるバインダー由来のガスを流通させることが可能な流通路１０（グリーン体Ｇの表面に繋がる流通路１０）を、流動性組成物の射出を制御することにより、形成することが可能である（ステップＳ２２０）。このため、例えば肉厚部分に流通路１０を形成することによって、該流通路１０を介してガスを効果的にグリーン体Ｇの外側に逃がすことができる。さらに、強度の高い肉厚部分（ガスを逃がしにくい部分）にのみ流通路１０を形成することで全体的な強度の低下も抑制できる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、肉厚制限なく高強度の三次元造形物Ｏを製造できる。また、ガスを効果的にグリーン体Ｇの外側に逃がすことにより、焼結が促進され、大型造形物の焼結時間も短縮することができる。
【００６５】
ここで、流通路１０は、焼結工程に伴う三次元造形物Ｏの積層体の収縮により、焼結工程の終了時に塞がっていることが好ましい。流通路１０が塞がる（消失する）ことで、三次元造形物Ｏの強度の低下を特に効果的に抑制できるためである。
【００６６】
なお、流通路１０の具体的な好ましい内径は、１μｍ以上５００μｍ以下である。  
流通路１０の内径が１μｍ未満であるとガスを逃がす効果が不十分となる場合があり、流通路１０の内径が５００μｍを超すと流通路１０が塞がらないばかりか、三次元造形物Ｏの強度が低下する場合があるためである。  
なお、流通路１０の断面は円形であるとは限らないため、「流通路１０の内径」とは、例えば、流通路１０の内側における最大径とすることができる。
【００６７】
ここで、流通路１０は、グリーン体Ｇの表面に向かって内径が広がるよう構成されていることが好ましい。ガスを特に効果的にグリーン体Ｇの外側に逃がすことができるためである。  
ここで、「表面に向かって内径が広がる」とは、グリーン体Ｇの表面に向かって内径が徐々に広がる構成だけでなく、全体的に見てグリーン体Ｇの表面に向かって内径が広がる傾向にあればよい意味であり、例えば、一部にグリーン体Ｇの表面に向かって内径が狭くなる部分が合っても、全体的に見てグリーン体Ｇの表面に向かって内径が広がる傾向にあれば、そのような構成も含む意味である。
【００６８】
また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層形成工程において流通路１０を形成するか否かを判断する判断工程（ステップＳ２１０）を有し、該判断工程では、グリーン体Ｇの表面までの距離が所定距離以下とならない領域を有する肉厚部分がある場合に、該肉厚部分に流通路１０を形成するよう判断する。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、三次元造形物Ｏに肉厚部分が無く、ガスを逃がしにくい部分が無い場合に、流通路１０を形成することで三次元造形物Ｏの強度が低下することを抑制できる。
【００６９】
ここで、該所定距離は１０ｍｍである。  
一般的に、グリーン体Ｇの表面まで１０ｍｍを超える場合は、ガスを逃がしにくい。しかしながら、本実施例の三次元造形物の製造方法は、グリーン体Ｇの表面までの距離が１０ｍｍ以下とならない領域を有する肉厚部分がある場合に該肉厚部分に流通路１０を形成する。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、ガスを逃がしにくい部分があったとしても、該ガスを逃がしにくい部分から効果的にガスを逃がすことができる。
【００７０】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、層形成工程において、図２及び図７で表されるように、線状に流動性組成物を射出するとともに線状に射出される流動性組成物を並べることで層８を形成する。したがって、線状に射出される流動性組成物を並べて簡単に層形成することができる。
【００７１】
ここで、線状に射出される流動性組成物の射出幅は２０ｍｍ以下であることが好ましい。射出幅を２０ｍｍ以下とすることで、緻密な三次元造形物を製造できるためである。
【００７２】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、図３で表されるように、層形成工程において、線状の断面形状を変える（円形を半円形にする）ことで流通路１０を形成することが可能である。このため、線状の断面形状を変えることで簡単にグリーン体Ｇの表面に繋がる流通路１０を形成することができる。  
なお、「線状の断面形状を変える」方法に特に限定は無く、ノズルの一部を塞ぐシャッターを設けることのほかに、上記のように、異なるノズル形状（三角形、楕円形など）の射出部を使用すること、単位時間当たりの流動性組成物の射出量を変化させる（例えば射出量を小さくする）こと、噴射部２のステージ５に対する相対的な移動速度を変える（例えばステージ５の移動速度を速くする）こと、などを実行可能である。
【００７３】
また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、グリーン体Ｇの表面までの距離又は最寄りの流通路１０までの距離が１０ｍｍ以下となるように、流通路１０を配置するようにして層８を形成する。  
別の表現をすると、流通路１０は、２０ｍｍを超える間隔を生じさせることなく形成される。  
グリーン体Ｇの表面などガスを拡散可能な位置までの距離が１０ｍｍを超える領域はガスを逃がしにくいが、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、流通路１０は２０ｍｍを超える間隔を生じさせることなく形成されるので、ガスを拡散可能な位置までの距離が１０ｍｍを超える領域を無くすことができ、効果的にガスを逃がすことができる。
【００７４】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法は、グリーン体Ｇの構成層８ａを支持する支持層８ｂを形成する支持層形成工程（ステップＳ１４０）を有し、該支持層形成工程では、図９で表されるように、グリーン体Ｇの表面における流通路１０から支持層８ｂの外側まで繋がるガスの排出路１１を形成する。  
支持層８ｂを形成することで、様々な形状のグリーン体Ｇを形成できる。また、グリーン体Ｇの表面における流通路１０から支持層８ｂの外側まで繋がるガスの排出路１１を支持層８ｂに形成することで、支持層８ｂを形成した場合であっても、ガスを効果的にグリーン体Ｇの外側に逃がすことができる。
【００７５】
ここで、排出路１１の内径は流通路１０の内径以上であることが好ましい。外側に向かって内径が広がる構成となることで、ガスを特に効果的にグリーン体Ｇの外側に逃がすことができるためである。  
ここで、「排出路１１の内径は流通路１０の内径以上である」とは、排出路１１の平均内径が流通路１０の平均内径以上であればよい意味である。このため、排出路１１に流通路１０よりも狭い内径の部分があったとしても、排出路１１の平均内径が流通路１０の平均内径以上であればそのような構成も含む意味である。
【００７６】
また、流通路１０として、図９で表されるように、グリーン体Ｇの表面から内側に向かう方向において分岐する流通路１０を形成することが好ましい。このような流通路１０とすることで、緻密に流通路１０を配置でき、ガスを逃がしにくい部分から効果的にガスを逃がすことができるためである。
【００７７】
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、真空脱脂焼結炉にグリーン体Ｇを入れ、脱脂と焼結を一貫して行って（脱脂と焼結を一つの工程で行うこと）も良い。
【００７８】
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】
【００７９】
１…三次元造形物の製造装置、２…噴射部、２ａ…ノズル、３…駆動部、
４…材料供給部、５…ステージ、６…ステージ駆動部、７…制御部、８…層、
８ａ…構成層、８ｂ…支持層、９…低射出部分、９ａ…低射出部分、
９ｂ…低射出部分、９ｃ…低射出部分、９ｄ…低射出部分、１０…流通路、
１０ａ…流通路、１０ｂ…流通路、１０ｃ…流通路、１０ｄ…流通路、
１０ｅ…流通路、１０ｆ…流通路、１１…排出路、１２…アンダーカット部、
Ｇ…グリーン体、Ｏ…三次元造形物
【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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