(57)【要約】【課題】樹脂材料を利用した積層造形法によって製造される造形物の精度および強度を向上できる造形物の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る造形物の製造方法は、材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、前記単位層の形成の過程において、および、前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のうち、少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、
前記単位層の形成の過程において、および、
前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴とする、造形物の製造方法。
【請求項２】
前記樹脂材料が加熱することにより溶融する熱可塑性樹脂であり、
溶融させた前記樹脂材料をステージ上に供給し、該樹脂材料を硬化させることによって単位層を形成することを特徴とする、請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂材料がパウダー状であり、
前記パウダー状の樹脂材料をステージ上に供給し、該樹脂材料を部分的に硬化させることによって単位層を形成し、
前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、放電処理することを特徴とする、請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項４】
パウダー状の基材をステージ上に供給した後、前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、該液体材料を硬化させる前、および、
前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴とする、請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項５】
パウダー状の基材を含有するペースト層を形成した後、前記ペースト層上に前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって単位層を形成し、
前記ペースト層を形成した後、前記液体材料を塗布する前、
前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前、および、
前記液体材料を硬化した後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴とする、請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項６】
前記液体材料の塗布は、前記液体材料をインクジェット方式で射出することによって行われる、請求項４または請求項５に記載の造形物の製造方法。
【請求項７】
インクジェット方式で前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、前記液体材料にエネルギーを付与して硬化させることによって単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前、および、
前記液体材料を硬化した後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴とする、請求項１に記載の造形物の製造方法。
【請求項８】
前記放電処理が不活性ガスを含む雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
【請求項９】
前記放電処理が酸素を含む雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項１ないし請求
項７のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
【請求項１０】
前記放電処理がフッ素を含む雰囲気下で行われることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、三次元の物体を造形できる３Ｄプリンターの需要が高まってきている。このような３Ｄプリンターによる造形方法としては、積層造形法が一般的である。積層造形法は、造形物をＮ個の層に分離して、第１層から第Ｎ層までの各単位層を順番に造形しながら積み重ねていく方法である。
【０００３】
今日、積層造形を行うための様々な方法が研究されており、その一部が実用化されている。これらの方法の中には、材料や工程の一部に樹脂材料を利用するものが存在する。このような樹脂材料を利用した積層造形法の具体例としては、例えば以下の特許文献に開示されているものが挙げられる。
【０００４】
特許文献１および特許文献２には、押出による積層堆積システムを用い、ＡＢＳ樹脂を押出ヘッドで溶融させ、それを押出すことによって単位層を形成し、その単位層を堆積させることによって３Ｄオブジェクトを形成する方法が記載されている。
【０００５】
特許文献３および特許文献４には、両親媒性固体ポリマーを含有する造形用スラリーを用いて、３Ｄオブジェクトを形成する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献５および特許文献６には、光硬化性を有する樹脂成分を用いて、インクジェット光造形法により３Ｄオブジェクトを形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１０−５２１３３９号公報
【特許文献２】特許第４１０７６８６号公報
【特許文献３】特開２０１１−２４５７１２号公報
【特許文献４】特開２０１１−２４５７１３号公報
【特許文献５】特開２０１２−１１１２２６号公報
【特許文献６】特開２０１２−７１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、三次元の物体を造形する際には、高い精度や強度が求められる。しかしながら、流動性を持たせた樹脂材料は、その性質上、一カ所に留まりにくく、製造の際に広がってしまったり、意図せぬ方向に流れてしまったりすることがあり、精度の確保が困難であった。また、単位層間の結着力が弱いと、層間剥離を生じてしまい、所望の強度が得られない場合があった。
【０００９】
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上記課題の少なくとも一部を解決することで、樹脂材料を利用した積層造形法によって製造される造形物の精度および強度を向上できる造形物の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態
様または適用例として実現することができる。
【００１１】
［適用例１］
本発明に係る造形物の製造方法の一態様は、
材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、
前記単位層の形成の過程において、および、
前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴とする。
【００１２】
適用例１の造形物の製造方法によれば、放電処理によって単位層の積層界面の状態や性質を変えることで、樹脂材料同士、あるいは樹脂材料と他の材料との親和性を高めたり、単位層どうしの界面（以下、「単位層の積層界面」と称する場合もある）の状態を整えたり、樹脂材料の結合性や反応性を高めたりすることが可能となる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００１３】
［適用例２］
適用例１の造形物の製造方法において、
前記樹脂材料が加熱することにより溶融する熱可塑性樹脂であり、
溶融させた前記樹脂材料をステージ上に供給し、該樹脂材料を硬化させることによって単位層を形成することができる。
【００１４】
適用例２の造形物の製造方法によれば、放電処理によって単位層の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。
【００１５】
［適用例３］
適用例１の造形物の製造方法において、
前記樹脂材料がパウダー状であり、
前記パウダー状の樹脂材料をステージ上に供給し、該樹脂材料を部分的に硬化させることによって単位層を形成し、
前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前に、放電処理することができる。
【００１６】
適用例３の造形物の製造方法によれば、放電処理によって単位層の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。
【００１７】
［適用例４］
適用例１の造形物の製造方法において、
パウダー状の基材をステージ上に供給した後、前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、該液体材料を硬化させる前、および、
前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することができる。
【００１８】
適用例４の造形物の製造方法によれば、放電処理によって単位層の積層界面を適度に荒
らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。さらに、前記液体材料が放射線によって硬化する材料である場合には、前記液体材料を塗布した後、該液体材料を硬化させる前に放電処理を行うことで、液体材料表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、液体材料の放射線による硬化性が向上する。
【００１９】
［適用例５］
適用例１の造形物の製造方法において、
パウダー状の基材を含有するペースト層を形成した後、前記ペースト層上に前記基材同士を結着させるための前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、該液体材料を硬化させることによって単位層を形成し、
前記ペースト層を形成した後、前記液体材料を塗布する前、
前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前、および、
前記液体材料を硬化した後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することができる。
【００２０】
適用例５の造形物の製造方法において、放電処理のタイミングが、ペースト層を形成した後、液体材料を塗布する前である場合、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、ペースト層と液体材料とのぬれ性および浸透性を制御することができる。また、ペースト層と硬化後の液体材料との界面を整えることができる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００２１】
適用例５の造形物の製造方法において、放電処理のタイミングが、液体材料を塗布した後、液体材料を硬化させる前である場合、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層が均一となりやすい。さらに、前記液体材料が放射線によって硬化する材料である場合には、液体材料表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、液体材料の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００２２】
適用例５の造形物の製造方法において、放電処理のタイミングが、液体材料を硬化した後、次の単位層を形成し始める前である場合、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層の塗布性が向上し、膜厚分布が均一となりやすい。また、放電処理によって硬化後の液体材料の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、積層される液体材料との反応性を高めることができる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００２３】
［適用例６］
適用例４または適用例５の造形物の製造方法において、
前記液体材料の塗布は、前記液体材料をインクジェット方式で射出することによって行われることができる。
【００２４】
適用例６の造形物の製造方法によれば、高速で、高精細な造形物を製造することができる。また、顔料を含有するインクや、弾性のことなるインクを組み合わせて使用することで、造形物にカラーを付与したり、造形物の硬さや質感を調整することが可能となる。
【００２５】
［適用例７］
適用例１の造形物の製造方法において、
インクジェット方式で前記樹脂材料を含有する液体材料を塗布し、前記液体材料にエネルギーを付与して硬化させることによって単位層を形成し、
前記液体材料を塗布した後、前記液体材料を硬化させる前、および、
前記液体材料を硬化した後、次の単位層を形成し始める前のうち、
少なくとも１つのタイミングで放電処理することができる。
【００２６】
適用例７の造形物の製造方法において、放電処理のタイミングが、液体材料を塗布した後、液体材料を硬化させる前である場合、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるインク層が均一となりやすい。さらに、前記液体材料が放射線によって硬化する材料である場合には、酸素阻害を低減することができるため、液体材料の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００２７】
適用例７の造形物の製造方法において、放電処理のタイミングが、液体材料を硬化した後、次の単位層を形成し始める前である場合、液体材料を硬化させた後に形成されるインク層の塗布性が向上し、膜厚分布が均一となりやすい。また、放電処理によって硬化後の液体材料の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、積層される液体材料との反応性を高めることができる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００２８】
［適用例８］
適用例１ないし適用例７のいずれか一例の造形物の製造方法において、
前記放電処理が不活性ガスを含む雰囲気下で行われることができる。
【００２９】
適用例８の造形物の製造方法において、用いるガスを放電効率の高いヘリウム、アルゴンを主体とした場合、放電処理の安定化および低温化を図ることができる。その結果、樹脂材料や硬化された単位層への熱ダメージを低減することができる。また、用いるガスを窒素を主体とした場合は、放電処理により表面の重合結合が物理的に切断されるので、積層される樹脂材料の反応性を高めることができる。
【００３０】
［適用例９］
適用例１ないし適用例７のいずれか一例の造形物の製造方法において、
前記放電処理が酸素を含む雰囲気下で行われることができる。
【００３１】
適用例９の造形物の製造方法によれば、単位層の積層界面を適度に荒らすことによる毛管現象や、積層界面にヒドロキシ基を付与することができるため、単位層の積層界面のぬれ広がりを拡大でき、これを制御することで加工精度も向上する。
【００３２】
［適用例１０］
適用例１ないし適用例７のいずれか一例の造形物の製造方法において、
前記放電処理がフッ素を含む雰囲気下で行われることができる。
【００３３】
適用例１０の造形物の製造方法によれば、撥液性を付与することができるため、単位層の積層界面のぬれ広がりを縮小でき、これを制御することで加工精度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施の形態に係る造形物の製造方法の一例を示すフローチャート。
【図２】第１の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。
【図３】プラズマ照射機構におけるプラズマ発生部の断面を模式的に示す図。
【図４】第１の実施形態においてプラズマ照射機構が単位層にプラズマを照射している様子を模式的に示す平面図。
【図５】第１の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。
【図６】第１の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。
【図７】第１の実施形態における移動工程を模式的に示す説明図。
【図８】第２の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。
【図９】第２の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。
【図１０】第２の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図。
【図１１】第２の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図。
【図１２】第２の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。
【図１３】第３の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。
【図１４】第３の実施形態において使用する三次元造形装置の塗布機構およびエネルギー照射機構を模式的に示す平面図。
【図１５】第３の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。
【図１６】第３の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図。
【図１７】第３の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図。
【図１８】第３の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。
【図１９】第３の実施形態における変形例を模式的に示す説明図。
【図２０】第４の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。
【図２１】第４の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。
【図２２】第４の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図。
【図２３】第４の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図。
【図２４】第４の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。
【図２５】第５の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図。
【図２６】第５の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャート。
【図２７】第５の実施形態における材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図。
【図２８】第５の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３６】
本明細書において、方向を以下のように定義する。すなわち、互いに直交する３つの空間軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。鉛直方向はＺ軸方向に沿った方向（Ｚ方向）とし、鉛直下向きの方向を−Ｚ方向、鉛直上向きの方向を＋Ｚ方向とする。Ｚ軸に垂直な面を、ＸＹ平面とする。
【００３７】
１．造形物の製造方法
本実施の形態に係る造形物の製造方法は、材料または工程の一部に樹脂材料を利用し、造形物をＮ個の層に分離した単位層を第１層から第Ｎ層まで順番に形成しながら積み重ねることによって造形物を製造する方法であって、前記単位層の形成の過程において、および、前記単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のうち、少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴とする。
【００３８】
まず、三次元の物体を造形するための基本となる工程について説明する。図１は、本実施の形態に係る造形物の製造方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態に係る造形物の製造方法では、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。
【００３９】
三次元データ準備工程（Ｓ１０１）においては、造形工程（Ｓ１０３）において造形の対象となる造形物の三次元ＣＡＤデータを準備する。
【００４０】
スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）においては、準備された三次元ＣＡＤデータに基づいて、Ｎ層分のスライスデータを作成する。スライスデータとは、造形物をＸＹ平面に平行な（Ｎ−１）個の面でスライスしたデータである。
【００４１】
造形工程（Ｓ１０３）は、造形物を構成する（少なくとも樹脂材料を含む）材料を供給するステップと、当該材料を硬化させるステップと、を含む。つまり、造形工程（Ｓ１０３）では、三次元ＣＡＤデータから作成されたスライスデータに基づいて、材料の供給と硬化を行って第１層を形成した後、第１層の上に、材料の供給と硬化を行って第２層を形成する。この工程を第Ｎ層まで繰り返すことによって造形物が完成する。
【００４２】
なお、本発明においては、このような第１〜第Ｎ層の各層のことを「単位層」という。
【００４３】
本実施の形態に係る造形物の製造方法では、造形工程（Ｓ１０３）の、各単位層の形成過程において、および、単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のうち、少なくとも１つのタイミングで放電処理することを特徴としている。この放電処理によって単位層の積層界面の状態を変えることにより、樹脂材料と他の材料との親和性を高めたり、界面の状態を整えたり、樹脂材料の結合性や反応性を高めたりすることが可能となる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００４４】
以下、本発明に係る造形物の製造方法について、具体的な実施形態を示して詳細に説明する。
【００４５】
１．１．第１の実施形態
第１の実施形態では、熱溶融積層法を用いた造形物の製造方法について説明する。熱溶融積層法とは、溶融させた樹脂材料を層状に供給して硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。以下、第１の実施形態で使用する樹脂材料、三次元造形装置の構成、第１の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。
【００４６】
１．１．１．樹脂材料
使用する樹脂材料としては、熱可塑性樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂、ＰＣ／ＡＢＳアロイ、ＰＰＳＦ／ＰＰＳＵ樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、およびこれらを改質した樹脂等が挙げられる。
【００４７】
第１の実施形態において使用される樹脂材料は、どのような形状であってもよいが、樹
脂材料の供給しやすさの観点から、ワイヤー状に加工されていることが好ましい。樹脂材料は、たとえばコイルのように巻かれた状態で提供される。
【００４８】
１．１．２．装置構成
図２は、第１の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置１００は、図２に示すように、三次元物体を造形するためのステージ１０と、樹脂材料３０を溶融させてステージ１０上に射出するノズル２０と、を有する。
【００４９】
ステージ１０は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ１０の上面は、ＸＹ平面に平行となっている。ステージ１０は、Ｚ軸に沿って高さを調整可能に構成されている。
【００５０】
ノズル２０は、樹脂材料３０を溶融させてステージ１０上に射出するための開口部（図示せず）を有する。ノズル２０は、開口部がステージ１０に対して略垂直（＋Ｚ方向）となるように設けられる。また、ノズル２０には、樹脂材料３０を溶融させるための加熱機構（図示せず）が設けられている。この加熱機構によって樹脂材料３０をガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱することで、樹脂材料３０が溶融して所望の流動性を有する樹脂材料３０が得られる。これにより、ノズル２０から樹脂材料３０を供給することが可能となる。
【００５１】
ノズル２０は、ＸＹ平面に沿って移動する。ノズル２０を移動させながら樹脂材料３０を所定位置に供給することにより、スライスデータに基づいた所望の形状を有する単位層を形成することができる。本実施形態の三次元造形装置１００では、ノズル２０がＸＹ平面に沿って移動するが、代わりに、ステージ１０がＸＹ平面に沿って移動するようにしても良い。
【００５２】
ステージ１０は、−Ｚ方向に移動する。ステージ１０は、単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成する前に、−Ｚ方向に単位層の厚さΔｄ（図７）だけ移動する。これにより、単位層を形成する過程において、ノズル２０と造形途中の造形物５０とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。本実施形態の三次元造形装置１００では、ステージ１０が−Ｚ方向に移動するが、代わりに、ノズルが＋Ｚ方向に移動しても良い。
【００５３】
樹脂材料３０は、図示しない供給機構によって、ノズル２０へ供給される。供給機構は、上述したワイヤー状に加工された樹脂材料３０をノズル２０まで供給する機構である。供給機構は、樹脂材料３０をノズル２０まで供給できればどのようなものであってもよい。例えば、樹脂材料３０を回転する駆動ローラーと遊動ローラーで固定して、該駆動ローラーに回転力を印加することによって、樹脂材料３０を押し出すような機構とすることができる。
【００５４】
三次元造形装置１００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部４０を備える。上述したノズル２０、供給機構、及び後述するプラズマ照射機構７０は、制御部４０によって制御される。制御部４０は、供給機構を駆動してノズル２０まで樹脂材料３０を供給させ、ノズル２０をＸ方向およびＹ方向に動かしながら、ノズル２０で溶融させた樹脂材料３０をステージ１０上に射出させる。制御部４０は、後述する所定のタイミングで、プラズマ照射機構７０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部４０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、ステージ１０を−Ｚ方向に単位層の厚さΔｄ（図７）だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。
【００５５】
さらに、三次元造形装置１００は、プラズマ照射機構７０を備える。プラズマ照射機構７０は、単位層の表面にプラズマの照射を行う機構である。プラズマ照射機構７０は、例えば、プラズマを発生させる機構を備えたプラズマ発生部７１（図３）と、該プラズマ発生部に供給するガスを貯留するガス貯留部（図示せず）と、を備える。本実施形態において、プラズマ照射機構７０は、三次元造形装置１００に組み込まれているが、三次元造形装置１００から独立したプラズマ照射機構を準備しても良い。また、このような独立したプラズマ照射機構を、制御部４０と接続して、制御部４０によって駆動するようにしてもよい。
【００５６】
図３は、プラズマ照射機構７０におけるプラズマ発生部７１の断面（ＺＸ平面に沿った断面）を模式的に示す図である。
【００５７】
図３に示すように、プラズマ発生部７１は、ガス供給室７２を備える。ガス供給室７２の一方の端部は、ガス供給口７７となっている。ガス供給口７７は、図示しないガス供給管によって、図示しないガス貯留部と接続される。ガス供給室７２の他方の端部には、プラズマ照射ノズル７５が形成される。プラズマ照射ノズル７５は、ステージ１０と対向するように設けられている（図６参照）。ガス供給室７２には、ガス供給口７７からプラズマ照射ノズル７５に向かってガスが送り込まれる。すなわち、ガス供給室７２内には、上流のガス供給口７７から、下流のプラズマ照射ノズル７５へ向かうガス流が発生する。
【００５８】
ガス供給室７２の他方の端部側（プラズマ照射ノズル７５に近い位置）には、電極対７３が設けられている。電極対７３は、−Ｘ軸方向側に設けられた第１の電極７３ａと、＋Ｘ軸方向側に設けられた第２の電極７３ｂと、によって構成されている。電極７３ａおよび電極７３ｂは、電源７４に接続されている。
【００５９】
電源７４によって電極７３ａおよび電極７３ｂに電圧が印加されると、電極７３ａと電極７３ｂとの間（放電部分Ｄ）に放電が生じる。この状態で、ガス供給室７２にガスを供給して、電極７３ａおよび電極７３ｂとの間にガスを通過させることで、ガスのプラズマが生じる。すなわち、ガスの少なくとも一部がプラズマ化する。このようにして発生したプラズマは、プラズマ照射ノズル７５から単位層の表面に向かって照射される。放電部分Ｄは、単位層の表面に接触しない。このような、放電部分Ｄがプラズマを照射する対象物に接触しないようにプラズマが照射される方式は、リモートジェット方式と呼ばれる。一方、放電部分Ｄがプラズマを照射する対象物に接触する方式は、ダイレクト方式と呼ばれる。本実施形態及び以下に説明するすべての実施形態の造形装置は、いずれもリモートジェット方式のプラズマ照射機構を備えているが、代わりに、ダイレクト方式のプラズマ照射機構を備えても良い。
【００６０】
プラズマ照射ノズル７５と形成された単位層との距離は、発生したプラズマを単位層に照射できる範囲にあれば特に限定されないが、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。
【００６１】
プラズマを発生させる際の電力量としては、供給したガスからプラズマを発生できるのであれば特に限定されるものではないが、例えば、１００Ｗｈ以上２００Ｗｈ以下とすることができる。
【００６２】
プラズマを発生させる際の電源７４の周波数としては、供給したガスからプラズマを発生できるのであれば特に限定されるものではないが、例えば５０ｋＨｚ以上、２．４５ＧＨｚ以下である。
【００６３】
ガス供給室７２に供給するガスは、プラズマ処理の目的、すなわち、プラズマの照射に
よってどのように、あるいはどの程度、表面を改質したいか、に応じて選択される。１種類のガスからなる単一ガスでもよいし、２種以上のガスを混合して得られる混合ガスでもよい。このようなガスの材料としては、例えば、酸素（Ｏ２）、空気（少なくとも窒素（Ｎ２）および酸素（Ｏ２）を含む）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、フッ素原子（Ｆ）を含むガスや、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、窒素（Ｎ２）等の不活性ガス等が挙げられる。
【００６４】
不活性ガスを利用して、不活性ガスを含む雰囲気下でプラズマ処理を実施すると、プラズマの供給を安定化させたり、プラズマを低温で発生させたりすることが可能となる。その結果、樹脂材料３０への熱ダメージを低減することができる。
【００６５】
酸素を利用して、酸素を含む雰囲気下でプラズマ処理を実施すると、単位層の表面にヒドロキシ基を付与することができる。よって、単位層の表面のぬれ広がりを拡大でき、これを制御することで造形物５０の加工精度を高めることができる。
【００６６】
フッ素を利用して、フッ素を含む雰囲気下でプラズマ処理を実施すると、単位層の表面に撥液性を付与することができる。よって、単位層の表面のぬれ広がりを縮小でき、これを制御することで造形物５０の加工精度を高めることができる。
【００６７】
ガス供給室７２に供給されるガスの流量は、ガス供給室７２の容量、ガスの種類、樹脂材料３０の種類、造形速度等に応じて適宜設定することができ、特に制限されるものではない。
【００６８】
さらに、図３のプラズマ照射機構７０は、プラズマ照射ノズル７５付近の余剰ガスを吸引して、プラズマ照射ノズル７５から離れた位置で余剰ガスを排出する排気管７６を備えている。図３の例では、排気管７６は、ガス供給室７２の−Ｘ軸方向側に、ガス供給室７２に沿って設けられた第１の排気管７６ａと、ガス供給室７２の＋Ｘ軸方向に、ガス供給室７２に沿って設けられた第２の排気管７６ｂと、を備えている。排気管７６の一方の端部には、吸気口７８が設けられており、他方の端部には排気口７９が設けられている。吸気口７８は、プラズマ照射ノズル７５の近傍に設けられ、排気口７９は、プラズマ照射ノズル７５から離れた位置に設けられる。排気管７６によって、余剰ガスを吸引、排出しながらプラズマ照射を行うことで、プラズマ照射ノズル７５から放射されるプラズマ照射範囲を適正化し、所望の範囲を局地的に処理することが可能となる。排気管７６の設置位置は、余剰ガスの吸引と排出を適切に実施できるような位置であればよく、図３に記載された位置に限定されるものではない。
【００６９】
図４は、造形物５０を造形している途中に、プラズマ照射機構７０が単位層の表面にプラズマを照射する様子を模式的に示す平面図である。プラズマ照射機構７０は、板状電極７３ａ、７３ｂの間に、Ｙ軸方向に延びるライン状のプラズマ照射部７５を有する。プラズマ照射部７５のＹ軸方向の長さは、ステージ１０上で造形される造形物５０のＹ軸方向の全域をカバーできるような長さになっている。また、プラズマ照射機構７０は、プラズマ照射部７５が造形物５０のＸ軸方向の全域をカバーできるように、Ｘ軸方向に走査される。図４の例では、プラズマ照射機構７０は、Ｙ軸方向に延びたプラズマ照射部７５を備え、Ｘ軸方向に走査される。このようなプラズマ照射機構７０の代わりに、Ｘ軸方向に延びたプラズマ発生部を備え、Ｙ軸方向に走査されるプラズマ照射機構を利用しても良い。また、図４のプラズマ照射機構７０は、１列のプラズマ照射機構７０を備えているが、プラズマ照射量を増加させるという観点から、複数列のプラズマ照射機構を備えてもよい。また、プラズマ照射機構としては、図４に示したようなライン状のプラズマ照射部７５を備え、一方向に走査されるライン型の照射機構と、スポット状のプラズマ照射部を備え、Ｘ軸方向とＹ軸方向の二方向に走査されるシリアル型の照射機構と、の２種類が存在する
。本実施形態及び以下に説明するすべての実施形態の造形装置は、いずれもライン型のプラズマ照射機構を備えているが、代わりに、シリアル型のプラズマ照射機構を備えても良い。
【００７０】
本実施形態の三次元造形装置１００において、プラズマ照射機構７０は、大気圧下でプラズマを発生させて照射する、いわゆる大気圧プラズマ照射機構である。以下に説明するすべての実施形態の造形装置においても同様である。本実施形態及び以下に説明するすべての実施形態の製造装置において、大気圧プラズマ照射機構に変えて、減圧下や真空下でプラズマを発生させて照射する、いわゆる減圧プラズマ照射機構や、真空プラズマ照射機構を採用しても良い。減圧プラズマ処理は減圧雰囲気下で、真空プラズマ処理は真空雰囲気下で行われる。よって、減圧または真空プラズマ照射機構を採用する場合は、プラズマの照射を行う際に、少なくとも造形途中の造形物５０を収容するためのチャンバーと、このチャンバー内を減圧する減圧装置と、を別途設ける必要がある。よって、減圧プラズマ照射機構や、真空プラズマ照射機構を採用した場合は、造形装置が大型化し易い。一方、大気圧プラズマ照射機構を採用すれば、チャンバーや減圧装置を設けることが不要であり、装置の小型化が図れるという利点がある。また、材料の供給、単位層の形成、プラズマの照射といった、造形物を製造するための一連の工程を、１台の製造装置でまとめて実施できるという利点がある。
【００７１】
１．１．３．造形物の製造方法
図５は、第１の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図６は、第１の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。図７は、第１の実施形態における移動工程を模式的に示す説明図である。
【００７２】
第１の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。
【００７３】
造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図５に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１１１）と、単位層形成ステップ（Ｓ１１２）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１１３）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１１４）と、移動ステップ（Ｓ１１５）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。
【００７４】
材料供給ステップ（Ｓ１１１）においては、溶融された樹脂材料３０を、ステージ１０に供給する。より詳細に説明すると、まず、ワイヤー状の樹脂材料３０をノズル２０の上端に供給する。次に、ノズル２０の内部に設けられた加熱機構により、樹脂材料３０をガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度に加熱して溶融する。この溶融された樹脂材料３０を、ノズル２０の下端にある開口部からステージ１０の上面に向かって供給する。ここで「供給」とは、歯磨き粉をチューブから出して歯ブラシの上に置くように、溶融された樹脂材料３０をゆっくりとステージ１０の上面に置いていくことをいう。
【００７５】
単位層形成ステップ（Ｓ１１２）においては、溶融された樹脂材料３０によって、単位層を形成する。より詳細に説明すると、ノズル２０をＸＹ方向に動かしながら、溶融された樹脂材料３０で一筆書きをするような要領で単位層を形成していく。この際、ノズル２０は、スライスデータに対応した所望の形状となるように、溶融された樹脂材料３０を供給していく。樹脂材料３０は、熱可塑性樹脂であるため、ガラス転移温度以下の温度になると自然に固化するが、冷却することによって固化する速度を速めてもよい。このようにすることで、単位層が形成される。なお、図２に示すように、このときのＺ軸方向におけ
るステージ１０の上面からノズル２０の開口部までの距離をｄ１とする。
【００７６】
プラズマ照射ステップ（Ｓ１１３）においては、図６に示すように、プラズマ照射機構７０を用いて、プラズマを照射する。プラズマの照射によって、単位層の表面が改質される。表面改質の効果の詳細については、後述する。
【００７７】
次層の有無を判断するステップ（Ｓ１１４）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。
【００７８】
次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１１５）を実行する。移動ステップ（Ｓ１１５）においては、図７に示すように、ステージ１０を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ１０を−Ｚ方向に移動させる代わりに、ノズル２０を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させるようにしても良い。移動ステップ（Ｓ１１５）を実行することにより、Ｚ軸方向におけるステージ１０の上面からノズル２０の開口部までの距離ｄ２がｄ１＋Δｄとなる。これにより、単位層を形成する過程において、ノズル２０と造形途中の造形物５０とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【００７９】
また、移動ステップ（Ｓ１１５）において、ノズル２０が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構７０についても単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させる。一方、ステージ１０が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構７０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構７０と造形途中の造形物５０とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置は、プラズマ照射機構７０を備えている。また、本実施形態の造形方法は、プラズマ照射ステップ（Ｓ１１３）を含んでいる。プラズマ照射機構７０によって、単位層の表面にプラズマ処理を施すことによって、単位層の表面の状態や性質を変化させることができる。たとえば、プラズマ処理によって、単位層の表面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、単位層の表面の重合結合を切断する効果が得られる。このように、表面が改質された単位層上に、次の単位層を構成する樹脂材料を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【００８１】
本実施形態において、プラズマ照射ステップ（Ｓ１１３）は、前の単位層を形成し終えた直後（ステップＳ１１２の直後）に実施しているが、他のタイミングで実施することも可能である。たとえば、ステップＳ１１４とＳ１１５の間や、Ｓ１１５とＳ１１１の間で実施しても良い。すなわち、プラズマ処理は、前の単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１１２を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１１１を開始する前）に、実施することができる。また、プラズマ照射ステップ（Ｓ１１３）は、単位層形成の途中（第ｎ層を形成するステップＳ１１２の途中）に、実施しても良い。プラズマ処理は、前の単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１１２を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１１１を開始する前）、および、単位層の形成の過程（第ｎ層を形成するＳ１１２の途中）、のうち、少なくとも１つのタイミングで実施すれば良い。
【００８２】
なお、放電処理の一例としてプラズマ処理（プラズマの照射）について説明したが、プ
ラズマ照射機構に代えてコロナ放電機構としてもよい。すなわち、放電処理は、プラズマ処理（プラズマの照射）に限られず、コロナ放電処理であっても良い。コロナ放電機構としては、特開２０１０−２４１９９９号公報、特開２００５−２３５４４８号公報、特開２００３−３０００２９号公報に開示されているコロナ放電機構を使用することができる。具体的には、上述のリモートジェット方式と同様の機構を有しており、たとえばガス流路の中央部と外周辺部とに内外一対の放電電極が配置され、該ガス流路にガスを導入するとともに、一対の放電電極に高電圧を印加することによりコロナ放電を生成し、そのコロナ放電により生成されるガス流を吹き付ける方式等が挙げられる。以下に説明するすべての実施形態においても同様である。
【００８３】
１．２．第２実施形態
第２の実施形態では、パウダー硬化積層法を用いた造形物の製造方法について説明する。パウダー硬化積層法とは、パウダー状の樹脂を層状に供給して部分的に硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。以下、第２の実施形態で使用する樹脂材料、三次元造形装置の構成、第２の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。
【００８４】
１．２．１．樹脂材料
使用する樹脂材料としては、公知の材料を用いることができる。このような樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、環状オレフィン系樹脂、アクリル樹脂、結晶性透明樹脂等が挙げられる。
【００８５】
第２の実施形態において使用される樹脂材料は、パウダー状であればよい。樹脂材料の体積平均粒子径は、粒子に流動性を持たせる観点から、好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは５〜１２０μｍ、特に好ましくは１０〜１００μｍである。体積平均粒子径は、日機装株式会社製の型式「マイクロトラックＭＴ３３００」を用いて測定することができる。
【００８６】
１．２．２．装置構成
図８は、第２の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置２００は、図８に示すように、三次元物体を造形するための加工部１１０と、材料となるパウダー状の樹脂材料（以下、「樹脂パウダー」ともいう。）を供給するための供給部１２０と、を有する。
【００８７】
加工部１１０は、図８に示すように、柱状の第１のスペース１１２と、ステージ１１３と、を備える。第１のスペース１１２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第１のスペース１１２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部１１１を有する。ステージ１１３は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ１１３は、第１のスペース１１２の−Ｚ方向側に設けられる。ステージ１１３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ１１３は、第１のスペース１１２内を−Ｚ方向に移動可能に構成されている。
【００８８】
供給部１２０は、柱状の第２のスペース１２２と、ピストン１２３と、を備える。第２のスペース１２２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第２のスペース１２２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部１２１を有する。ピストン１２３は、第２のスペース１２２の−Ｚ方向側に設けられる。ピストン１２３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ピストン１２３は、第２のスペース１２２内を＋Ｚ方向に移動可能に構成されている。材料となる樹脂材料パウダーは、開口部１２１とピストン１２３の上面との間に収容される。ピストン１２３は、所定のタイミングで、樹脂パウダーを＋Ｚ方向に押し上げる。押し上げ
られた樹脂パウダーは、第２のスペース１２２からわずかに＋Ｚ方向に露出する。
【００８９】
三次元造形装置２００は、加工部１１０の第１のスペース１１２の開口部１１１と供給部１２０の第２のスペース１２２の開口部１２１とを接続する接続面１３０と、樹脂パウダーを供給部１２０から加工部１１０へ供給するための供給機構１４０と、を有する。
【００９０】
接続面１３０は、加工部１１０の開口部１１１と供給部１２０の開口部１２１とを接続する面である。接続面１３０は、ＸＹ平面に平行に設けられている。接続面１３０は、材料となる樹脂パウダーを、供給部１２０から加工部１１０へ移送するための供給路として機能する。
【００９１】
供給機構１４０は、樹脂パウダーを供給部１２０から加工部１１０へ送り込む機構である。供給機構１４０は、通常、平面視における供給部１２０から見て接続面１３０とは反対面１３１上に設置されている。面１３１は、ＸＹ平面に平行に設けられている。本実施形態において、供給機構１４０は、Ｙ方向に沿った円柱形状を有するローラーである。ローラーは、接続面１３０と接触しつつ回転しながら、ＸＹ平面に平行に移動する。ローラーが供給部１２０側から加工部１１０側へ移動することによって、供給部１２０の第２のスペース１２２から＋Ｚ軸方向に露出した樹脂パウダーが、加工部１１０の第１のスペース１１２に送り込まれる。ローラーは、樹脂パウダーを加工部１１０の第１のスペース１１２に送り込んだ後、元の位置に戻る。供給機構１４０は、樹脂パウダーを供給部１２０から加工部１１０へ送り込む機能が備わっていればよいため、たとえばスキージーのように回転を伴わないものに置き換えてもよい。
【００９２】
三次元造形装置２００は、加工部１１０に送り込まれた樹脂パウダーに選択的にエネルギーを照射するエネルギー照射機構１５０を有する。
【００９３】
エネルギー照射機構１５０は、光または熱などのエネルギーを発生させるエネルギー源１５１と、エネルギー源１５１から供給されたエネルギーを加工部１１０の開口部１１１に向けて照射するミラー１５２と、を有する。エネルギー源１５１は、たとえばレーザー、紫外線光源、ヒーターなどによって構成される。ミラー１５２は、エネルギーの照射角度を調節する機構が設けられており、エネルギーを±Ｘ方向と±Ｙ方向に走査する。ミラー１５２は、スライスデータに基づいた所望の形状となるようにエネルギーの照射角度が調節されて、樹脂パウダーを部分的に硬化させる。硬化の手段としては、たとえば樹脂パウダーの重合反応を利用する方法や、樹脂パウダーを溶融させた後、冷却して硬化させる方法などが挙げられる。
【００９４】
ミラー１５２は、一方向に走査するラインヘッドや二方向に走査するシリアルヘッドに置き換えてもよい。ラインヘッドやシリアルヘッドは、ＸＹ平面に沿って移動する。ラインヘッドやシリアルヘッドは、加工部１１０の開口部１１１に供給された樹脂パウダーに移動しながらエネルギーを照射する。樹脂パウダーに十分なエネルギーを付与できるのであれば、面照射タイプのエネルギー照射手段を使用してもよい。
【００９５】
三次元造形装置２００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部１６０を有する。上述した加工部１１０、供給部１２０、供給機構１４０、及び後述するプラズマ照射機構１７０は、制御部１６０によって制御される。制御部１６０は、供給部１２０のピストン１２３を所定のタイミングで押し上げて、樹脂パウダーを＋Ｚ方向にわずかに露出させる。また、制御部１６０は、供給機構１４０を駆動して、樹脂パウダーを加工部１１０の第１のスペース１１２に送り込ませる。また、制御部１６０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるように、エネルギー源１５１から供給されたエネルギーを加工部１１０の開口部１１１に向けて照射させる。制御部１６０は、後述する所定のタイミン
グで、プラズマ照射機構１７０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部１６０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、加工部１１０のステージ１１３を−Ｚ軸方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。
【００９６】
さらに、三次元造形装置２００は、プラズマ照射機構１７０を備える。プラズマ照射機構１７０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら単位層の積層界面にプラズマ照射する機構である。プラズマ照射機構１７０の構造等については、変形例も含め、第１の実施形態で説明したプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、プラズマ照射機構１７０は三次元造形装置２００に組み込まれているが、三次元造形装置２００から独立したプラズマ照射機構を、制御部１６０と接続して、制御部１６０によって駆動するようにしてもよい。
【００９７】
１．２．３．造形物の製造方法
図９は、第２の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図１０は、第２の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図である。図１１は、第２の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図１２は、第２の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。
【００９８】
第２の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。
【００９９】
造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図９に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１２１）と、単位層形成ステップ（Ｓ１２２）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１２３）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１２４）と、移動ステップ（Ｓ１２５）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。
【０１００】
材料供給ステップ（Ｓ１２１）においては、樹脂材料（樹脂パウダー１８０）をステージ１１３に供給する。まず、図１０に示すように、供給部１２０のピストン１２３を＋Ｚ方向に上昇させる。すると、開口部１２１から樹脂パウダー１８０が露出する。この開口部１２１から露出した樹脂パウダー１８０を、供給機構１４０を駆動させて押し出すようにして加工部１１０へ移送する。第１層目を形成するとき、加工部１１０のステージ１１３は、接続面１３０よりもわずかに−Ｚ方向側の位置にある。よって、加工部１１０のステージ１１３上に、樹脂パウダーが所定の厚さで堆積する。
【０１０１】
単位層形成ステップ（Ｓ１２２）においては、樹脂材料（樹脂パウダー１８０）にエネルギーを照射することによって、単位層を形成する。具体的には、図１１に示すように、ミラー１５２によってエネルギーの照射角度を調節しながら、ステージ１１３上に堆積した樹脂パウダー１８０の層に向かって選択的にエネルギーを照射する。このようにして、樹脂パウダー１８０の一部が硬化することにより、単位層が形成される。
【０１０２】
プラズマ照射ステップ（Ｓ１２３）においては、図１２に示すように、プラズマ照射機構１７０を用いて、単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１２２を終えた後）、プラズマ照射する。プラズマ照射ステップ（Ｓ１２３）によって、単位層の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。その結果、造形物の強度を向上させることができる。本実施形態では、プラズマ照射ステップ（Ｓ１２３）は、前の単位層を形成し
終えた直後（ステップＳ１２２の直後）に実施しているが、他のタイミングで実施することも可能である。たとえば、ステップＳ１２４とＳ１２５の間や、Ｓ１２５とＳ１２１の間で実施しても良い。すなわち、プラズマ処理は、単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１２２を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１２１を開始する前）のタイミングで実施すれば良い。
【０１０３】
次層の有無を判断するステップ（Ｓ１２４）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。
【０１０４】
次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１２５）を実行する。移動ステップ（Ｓ１２５）においては、ステージ１１３を単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ１１３を−Ｚ方向に移動させた後、次の材料供給ステップ（Ｓ１２１）を実行して樹脂パウダー１８０を供給すると、前回の材料供給ステップ（Ｓ１２１）によってステージ１１３上に堆積した樹脂パウダー層の上、および、前回の単位層形成ステップ（Ｓ１２２）によって形成された単位層の上に、樹脂パウダーが所定の厚さで堆積される。この樹脂パウダーに対して、単位層形成ステップ（Ｓ１２２）を実行することで、次の単位層が形成される。
【０１０５】
第２の実施形態では、プラズマ照射機構１７０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構１７０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置２００は、プラズマ照射機構１７０を備えている。また、本実施形態の造形方法は、プラズマ照射ステップ（Ｓ１２３）を含んでいる。プラズマ照射機構１７０によって、単位層の表面にプラズマ処理を施すことによって、単位層の表面の状態や性質を変化させることができる。たとえば、プラズマ処理によって、単位層の表面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、単位層の表面の重合結合を切断する効果が得られる。このように、表面が改質された単位層上に、次の単位層を構成する樹脂材料を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【０１０７】
１．３．第３実施形態
第３の実施形態では、パウダー固着積層法を用いた造形物の製造方法について説明する。パウダー固着積層法とは、石膏、セラミック、澱粉、金属などのパウダー状の基材を層状に供給した後、これらの基材同士を結着させる液体材料（結着剤ともいう）を部分的に塗布し、該液体材料にエネルギーを付与して硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。液体材料は、樹脂材料である。以下、第３の実施形態で使用する原材料、三次元造形装置の構成、第３の実施形態に係る造形物の製造方法、変形例の順に説明する。
【０１０８】
１．３．１．原材料
使用する基材としては、公知のものを用いることができ、たとえば石膏、セラミック、金属などのパウダーを用いることができる。基材となるパウダーの体積平均粒子径は、粒子に流動性を持たせる観点から、好ましくは１〜２００μｍ、より好ましくは５〜１２０μｍ、特に好ましくは１０〜１００μｍである。体積平均粒子径は、日機装株式会社製の型式「マイクロトラックＭＴ３３００」を用いて測定することができる。
【０１０９】
結着剤としては、パウダー状の基材を結着させることができる液状のものであれば特に制限されないが、紫外光によって重合が開始する硬化液が好適である。また、空気中の水分（あるいは酸素など）に触れると速やかに重合を開始する硬化液などの液体材料を使用することもできる。
【０１１０】
１．３．２．装置構成
図１３は、第３の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。図１４は、第３の実施形態において使用する三次元造形装置の塗布機構およびエネルギー照射機構を模式的に示す平面図である。三次元造形装置３００は、図１３に示すように、三次元物体を造形するための加工部２１０と、材料となるパウダー状の基材（以下、単に「基材」ともいう。）を供給するための供給部２２０と、を有する。
【０１１１】
加工部２１０は、図１３に示すように、柱状の第１のスペース２１２と、ステージ２１３と、を備える。第１のスペース２１２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第１のスペース２１２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部２１１を有する。ステージ２１３は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ２１３は、第１のスペース２１２の−Ｚ方向側に設けられる。ステージ２１３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ２１３は、第１のスペース２１２内を、−Ｚ方向に移動可能に構成されている。
【０１１２】
供給部２２０は、柱状の第２のスペース２２２と、ピストン２２３と、を備える。第２のスペース２２２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。第２のスペース２２２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部２２１を有する。ピストン２２３は、第２のスペース２２２の−Ｚ軸方向側に設けられる。ピストン２２３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ピストン２２３は、第２のスペース２２２内を、＋Ｚ方向に移動可能に構成されている。材料となる基材は、開口部２２１とピストン２２３の上面との間に収容される。ピストン２２３は、所定のタイミングで、基材を＋Ｚ方向に押し上げる。押し上げられた基材は、第２のスペース２２２からわずかに＋Ｚ方向に露出する。
【０１１３】
三次元製造装置３００は、加工部２１０の第１のスペース２１２の開口部２１１と供給部２２０の第２のスペース２２２の開口部２２１とを接続する接続面２３０と、基材を供給部２２０から加工部２１０へ供給するための供給機構２４０と、を有する。
【０１１４】
接続面２３０は、加工部２１０の第１のスペース２１２の開口部２１１と供給部２２０の第２のスペース２２２の開口部２２１とを接続する面である。接続面２３０は、ＸＹ平面に平行に設けられている。接続面２３０は、材料となる基材を、供給部２２０から加工部２１０へ移送するための供給路として機能する。
【０１１５】
供給機構２４０は、供給部２２０から加工部２１０へ基材を送り込む機構である。供給機構２４０は、通常、平面視における供給部２２０から見て接続面２３０とは反対面２３１上に設置されている。面２３１は、ＸＹ平面に平行に設けられている。本実施形態において、供給機構２４０は、Ｙ方向に沿った円柱形状を有するローラーである。ローラーは、接続面２３０と接触しつつ回転しながら、ＸＹ平面に平行に移動する。ローラーが供給部２２０側から加工部２１０側へ移動することによって、供給部２２０の第２のスペース２２２から＋Ｚ軸方向に露出した基材が、加工部２１０の第１のスペース２１２に送り込まれる。ローラーは、基材を加工部２１０の第１のスペース２１２に送り込んだ後、元の位置に戻る。供給機構２４０は、供給部２２０から加工部２１０へ基材を送り込む機能が備わっていればよいため、たとえばスキージーのように回転を伴わないものに置き換えてもよい。
【０１１６】
三次元造形装置３００は、加工部２１０に送り込まれた基材に選択的に結着剤（液体材料）を塗布するための塗布機構２５０と、塗布された結着剤にエネルギーを照射するエネルギー照射機構２５２と、を有する。
【０１１７】
塗布機構２５０は、加工部２１０に送り込まれた基材に選択的に結着剤を塗布するための機構である。塗布機構２５０は、ＸＹ平面に沿って移動する。塗布機構２５０は、加工部２１０の開口部２１１に供給された基材に対して、移動しながら選択的に結着剤を塗布する。塗布機構２５０は、たとえばインクジェットヘッドによって構成することが可能である。
【０１１８】
エネルギー照射機構２５２は、塗布機構２５０によって塗布された結着剤にエネルギーを照射して硬化させる機構である。エネルギー照射機構２５２は、ＸＹ平面に沿って移動する。エネルギー照射機構２５２は、紫外線などの光源や、ヒーターなどの熱源によって構成される。硬化の手段としては、たとえば樹脂材料の重合反応を利用する方法などが挙げられる。エネルギー照射機構２５２は、Ｘ方向およびＹ方向のいずれか一方向に走査するラインヘッドでもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の二方向に走査するシリアルヘッドでもよい。結着剤に十分なエネルギーを付与できるのであれば、面照射タイプのエネルギー照射手段を使用してもよい。なお、図１３の例では、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とを一体化したものが記載されているが、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とを一体化せずに別々の構成としても構わない。
【０１１９】
図１４は、第３の実施形態において使用する三次元造形装置の塗布機構およびエネルギー照射機構を模式的に示す平面図である。図１３の例では、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とが一体化されているが、図１４に示すようにＹ方向に沿ったラインヘッドとなっており、塗布機構２５０およびエネルギー照射機構２５２がＹ方向に列をなしてそれぞれ配置されている。塗布機構２５０は、−Ｘ側に設けられている。塗布機構２５０は、結着剤を塗布するためのノズルがＹ方向に列をなして複数設けられている。エネルギー照射機構２５２は、＋Ｘ側に設けられている。エネルギー照射機構２５２は、エネルギーを照射するための光源（たとえばＬＥＤ）や熱源を照射する手段がＹ方向に列をなして複数設けられている。
【０１２０】
三次元造形装置３００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部２６０を有する。上述した加工部２１０、供給部２２０、供給機構２４０、塗布機構２５０、エネルギー照射機構２５２、及び後述するプラズマ照射機構２７０は、制御部２６０によって制御される。制御部２６０は、供給部２２０のピストン２２３を所定のタイミングで押し上げて、基材を＋Ｚ方向にわずかに露出させる。また、制御部２６０は、供給機構２４０を駆動して、基材を加工部２１０の第１のスペース２１２に送り込ませる。また、制御部２６０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるように塗布機構２５０から結着剤を塗布させ、エネルギー照射機構２５２からエネルギーを加工部２１０の開口部２１１に向けて照射させる。制御部２６０は、後述する所定のタイミングで、プラズマ照射機構２７０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部２６０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、ステージ２１３を−Ｚ軸方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。
【０１２１】
さらに、三次元造形装置３００は、プラズマ照射機構２７０を備える。プラズマ照射機構２７０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら結着剤の表面や単位層の積層界面にプラズマ照射する機構である。プラズマ照射機構２７０の構造等については、変形例も含め、第１の実施形態で説明したプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施
形態において、プラズマ照射機構２７０は三次元造形装置３００に組み込まれているが、三次元造形装置３００から独立したプラズマ照射機構を、制御部２６０と接続して、制御部２６０によって駆動するようにしてもよい。
【０１２２】
１．３．３．造形物の製造方法
図１５は、第３の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図１６は、第３の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図である。図１７は、第３の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図１８は、第３の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。
【０１２３】
第３の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。
【０１２４】
造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図１５に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１３１）と、結着剤塗布ステップ（Ｓ１３２）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１３３）と、エネルギー照射ステップ（Ｓ１３４）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１３５）と、移動ステップ（Ｓ１３６）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。
【０１２５】
材料供給ステップ（Ｓ１３１）においては、基材２８０をステージ２１３に供給する。図１６に示すように、供給部２２０のピストン２２３を＋Ｚ方向に上昇させると、開口部２２１から基材２８０が露出する。この開口部２２１から露出した基材２８０を、供給機構２４０を駆動させて押し出すようにして加工部２１０へ移送する。第１層目を形成するとき、加工部２１０のステージ２１３は、接続面２３０よりもわずかに−Ｚ方向側の位置にある。よって、加工部２１０のステージ２１３上に、基材が所定の厚さで堆積する。
【０１２６】
結着剤（樹脂材料）塗布ステップ（Ｓ１３２）においては、ステージ２１３上に供給された基材２８０に対して選択的に結着剤（樹脂材料）を塗布する。具体的には、図１７に示すように、塗布機構２５０をＸＹ平面に沿って動かしながら、ステージ２１３上に堆積した基材２８０の層に向かって選択的に結着剤を塗布する。エネルギー照射ステップ（Ｓ１３４）においては、図１６に示すように、結着剤を塗布した後、エネルギー照射機構２５２によってエネルギーを照射する。このようにして、結着剤が硬化することにより、単位層が形成される。
【０１２７】
プラズマ照射ステップ（Ｓ１３３）においては、図１８に示すように、プラズマ照射機構２７０を用いて、プラズマ照射する。プラズマの照射は、以下のタイミングＡ及びＢのうち、少なくとも１つのタイミングで実施すれば良い。
Ａ：単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１３４を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１３１を開始する前）のタイミング（図１５のステップＳ１３３Ａ）
Ｂ：単位層を形成している途中において、結着剤塗布ステップ（Ｓ１３２）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１３４）の前のタイミング（図１５のステップステップＳ１３３Ｂ）
【０１２８】
図１８には、上記Ａのタイミング（図１５のステップＳ１３３Ａ）でプラズマ照射を実施する場合のプラズマ照射工程を示している。
【０１２９】
上記Ａのタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１３３Ａ）を実施することによって、単位層の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、プラズマ照射ステップ（Ｓ１３３Ａ）において、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。図１５において、ステップＳ１３３Ａは、前の単位層を形成し終えた直後（ステップＳ１３４の直後）に実施しているが、他のタイミングで実施することも可能である。たとえば、ステップＳ１３５とＳ１３６の間や、Ｓ１３６とＳ１３１の間で実施しても良い。
【０１３０】
プラズマの照射は、上記Ｂのタイミング（図１５のステップステップＳ１３３Ｂ）で実施しても良い。図１９には、プラズマの照射を、上記Ｂのタイミング（図１５のステップＳ１３３Ｂ）で実施する場合の、結着剤の塗布工程（図１５のステップＳ１３２）、プラズマ照射工程（図１５のステップＳ１３３Ｂ）、およびエネルギーの照射工程（図１５のステップＳ１３４）を示している。なお、図１９では、三次元造形装置３００Ａの一部のみを示している。図１９に示した三次元造形装置３００Ａは、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とが別々に構成されている点で、図１３等に示した三次元造形装置３００と異なっている。それ以外の点においては、三次元造形装置３００と同じである。
【０１３１】
上記Ｂのタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１３３Ｂ）を実施することによって、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層が均一となりやすい。さらに、結着剤が放射線によって硬化する材料である場合には、結着剤を塗布した後、この結着剤を硬化させる前に放電処理を行うことで、結着剤表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、結着剤の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【０１３２】
次層の有無を判断するステップ（Ｓ１３５）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。
【０１３３】
次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１３６）を実行する。移動ステップ（Ｓ１３６）においては、ステージ２１３を単位層の厚さの分だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ２１３を−Ｚ方向に移動させた後、次の材料供給ステップ（Ｓ１３１）を実行して基材２８０を供給すると、前回の材料供給ステップ（Ｓ１３１）によってステージ２１３上に堆積した基材層の上、および、前回の単位層形成ステップによって形成された単位層の上に、基材２８０が所定の厚さで堆積する。この基材に対して、Ｓ１３２〜Ｓ１３４を実行することで、次の単位層が形成される。
【０１３４】
第３の実施形態では、プラズマ照射機構２７０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構２７０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【０１３５】
以上説明したように、本実施形態の三次元製造装置３００は、プラズマ照射機構２７０を備えている。また、本実施形態の造形方法は、プラズマ照射ステップＳ１３３（Ｓ１３３Ａ及びＳ１３３Ｂ）を含んでいる。プラズマ照射機構２７０によって、上記Ａのタイミング（Ｓ１４２Ａ）、上記Ｂのタイミング（Ｓ１４２Ｂ）で放電処理を実施することで、それぞれ上述したような効果を得ることができる。
【０１３６】
単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１３４を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１３１を開始する前）のタイミングでプラズマ照射
ステップ（Ｓ１３３Ａ）を実施することによって、単位層の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、プラズマ照射ステップ（Ｓ１３３）において、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層の積層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度も向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【０１３７】
結着剤塗布ステップ（Ｓ１３２）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１３４）の前のタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１３３Ｂ）を実施することによって、放電処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層が均一となりやすい。さらに、結着剤が放射線によって硬化する材料である場合には、結着剤を塗布した後、この結着剤を硬化させる前に放電処理を行うことで、結着剤表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、結着剤の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【０１３８】
１．３．４．第３の実施形態の変形例
図１３等に示した三次元造形装置３００では、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とが一体化されていたが、それぞれを別々に構成しても良い。また、塗布機構２５０とエネルギー照射機構２５２とプラズマ照射機構２７０とをすべて一体化しても良い。また、図１９に示した三次元造形装置では、塗布機構２５０Ａとエネルギー照射機構２５２Ａとプラズマ照射機構２７０Ａとを別々に構成していたが、塗布機構２５０とプラズマ照射機構２７０とを一体化したり、プラズマ照射機構２７０とエネルギー照射機構２５２とを一体化したり、すべてを一体化したりしても良い。また、これらの機構を構成するヘッドは、Ｘ方向およびＹ方向のいずれか一方向に走査するラインヘッドでもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の二方向に走査するシリアルヘッドでもよい。
【０１３９】
１．４．第４の実施形態
第４の実施形態では、ペースト法を用いた造形物の製造方法について説明する。ペースト法とは、造形物の主要構成材料となるパウダー状の基材が飛散しないように、該基材を両親媒性固体ポリマーなどと混合してペースト状にして供給した後、ペースト内の基材同士を結着させる液体材料（結着剤ともいう）を部分的に塗布し、該液体材料にエネルギーを付与して硬化させる工程を繰り返すことによって造形物を製造する方法である。ペーストは樹脂材料を含む。結着剤は樹脂材料である。以下、第４の実施形態で使用する原材料、三次元造形装置の構成、第４の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。
【０１４０】
１．４．１．原材料
使用するパウダー状の基材としては、公知のものを用いることができ、たとえばアクリル樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、アクリルシリコーン樹脂粉末、ポリエチレン樹脂粉末、ポリエチレンアクリル酸共重合樹脂粉末、澱粉等の有機粒子；石膏、セラミック、金属、シリカ等の無機粒子を用いることができる。これらの有機粒子および無機粒子は、真球状のものでもよいし、多孔質であってもよい。
【０１４１】
粘性を付与するための両親媒性ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カラギーナン、キサンタンガム等が挙げられる。
【０１４２】
基材、両親媒性ポリマー、水系媒体、必要に応じて消泡剤などの添加剤をニーダー等の混練機で混練することにより造形用のペーストを調製することができる。
【０１４３】
ペーストを結着させる液体材料としては、ペーストを硬化させることができる液状のものであれば特に制限されないが、紫外光によって重合が開始する硬化液が好適である。また、空気中の水分（あるいは酸素など）に触れると速やかに重合を開始する硬化液などの液体材料を使用することもできる。
【０１４４】
１．４．２．装置構成
図２０は、第４の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置４００は、図２０に示すように、三次元物体を造形するための加工部３１０と、材料となるペーストを加工部３１０に供給するための供給機構３２０を有する。
【０１４５】
加工部３１０は、図２０に示すように、柱状のスペース３１２と、ステージ３１３と、を備える。スペース３１２を幾何学的な柱として捉えた場合、この柱は、ＸＹ平面に沿った上面および底面と、Ｚ軸方向に沿った側面と、を有する。スペース３１２は、＋Ｚ方向の端部に、ＸＹ平面に平行な開口部３１１を有する。ステージ３１３は、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ３１３は、スペース３１２の−Ｚ方向側に設けられる。ステージ３１３の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ３１３は、スペース３１２内を、−Ｚ方向に移動可能に構成されている。
【０１４６】
供給機構３２０は、材料となるペーストを加工部３１０に供給するためのノズル３２２と、ペースト貯留部３２４と、を備える。ノズル３２２は、ステージ３１３に対して略垂直（＋Ｚ方向）に設けられている。また、供給機構３２０には、ステージ３１３上に塗布されたペーストの厚みを平坦化する平坦化機構３２３を設けてもよい。平坦化機構３２３は、ノズル３２２の先端に設けられたスキージーによって構成されている。平坦化機構３２３は、ノズル３２２の−Ｘ方向側に設けられている。後に説明する図２２に示すように、ペーストは、供給機構３２０を＋Ｘ方向に移動させながら、ノズル３２２から加工部３１０上に送り出される。平坦化機構３２３は、供給機構３２０の移動に伴って、加工部３１０上に出されたペーストの表面をなでながら移動する。平坦化機構３２３がペーストの表面をなでながら移動することによって、ペーストの厚みが平坦化される。平坦化機構３２３は、ローラーによって構成されてもよい。平坦化機構３２３は、ノズル３２２とは別に設けてもよい。
【０１４７】
また、供給機構３２０の移動と平坦化機構３２３によって、ステージ３１３上に厚みが均一なペースト層を形成する代わりに、ステージ３１３を回転させながらその中心にペーストを供給するスピンコート法を利用しても良い。
【０１４８】
三次元造形装置４００は、加工部３１０に送り込まれたペーストに選択的に液体材料を塗布するための塗布機構３３０と、塗布された液体材料にエネルギーを照射するエネルギー照射機構３４０とを有する。
【０１４９】
塗布機構３３０は、加工部３１０に送り込まれたペースト層に選択的に液体材料を塗布するための機構である。塗布機構３３０は、ＸＹ平面に沿って移動する。塗布機構３３０は、加工部３１０の開口部３１１に供給されたペースト層に対して、移動しながら選択的に液体材料を塗布する。塗布機構３３０は、たとえばインクジェットヘッドによって構成することが可能である。
【０１５０】
エネルギー照射機構３４０は、塗布機構３３０によって塗布された結着剤にエネルギーを照射して硬化させる機構である。エネルギー照射機構３４０は、ＸＹ平面に沿って移動する。エネルギー照射機構３４０は、紫外線などの光源や、ヒーターなどの熱源によって構成される。硬化の手段としては、たとえば樹脂材料の重合反応を利用する方法などが挙
げられる。図２０の例では、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とを一体化したものが記載されているが、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とを一体化せずに別々の構成としても構わない。
【０１５１】
三次元造形装置４００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部３５０を有する。上述した供給機構３２０、加工部３１０、塗布機構３３０、エネルギー照射機構３４０、及び後述するプラズマ照射機構３６０は、制御部３５０によって制御される。制御部３５０は、供給機構３２０を駆動させてペーストをステージ３１３上に供給させる。また、制御部３５０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるように塗布機構３３０から液体材料を塗布させ、エネルギー照射機構３４０からエネルギーを加工部３１０の開口部３１１に向けて照射させる。制御部３５０は、後述する所定のタイミングで、プラズマ照射機構３６０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部３５０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、ステージ３１３を−Ｚ方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。
【０１５２】
さらに、三次元造形装置４００は、プラズマ照射機構３６０を備える。プラズマ照射機構３６０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら、ペースト層の表面、液体材料の表面、または単位層の積層界面に、プラズマ照射する機構である。プラズマ照射機構３６０の構造等については、変形例も含め、第１の実施形態で説明したプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、プラズマ照射機構３６０は三次元造形装置４００に組み込まれているが、三次元造形装置４００から独立したプラズマ照射機構を、制御部３５０と接続して、制御部３５０によってこれを駆動するようにしてもよい。
【０１５３】
１．４．３．造形物の製造方法
図２１は、第４の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図２２は、第４の実施形態における材料供給工程を模式的に示す説明図である。図２３は、第４の実施形態における単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図２４は、第４の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。
【０１５４】
第４の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。
【０１５５】
造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図２１に示すように、材料供給ステップ（Ｓ１４１）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１４２）と、液体材料塗布ステップ（Ｓ１４３）と、エネルギー照射ステップ（Ｓ１４４）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１４５）と、移動ステップ（Ｓ１４６）と、洗浄ステップ（Ｓ１４７）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。
【０１５６】
材料供給ステップ（Ｓ１４１）においては、図２２に示すように、ノズル３２２の先端からステージ３１３の上面に向かってペースト３７０を供給する。ここで、「供給」とは、ノズル３２２を＋Ｘ方向に動かしながら、歯磨き粉をチューブから出して歯ブラシの上に置くように、ペースト３７０をゆっくりとステージ３１３の上面に置いていくことをいう。本実施形態において、供給機構３２０は、Ｙ方向に延びるライン型のノズル３２２を備えており、このノズル３２２を＋Ｘ方向に動かしながらペースト３７０を供給することによって、ＸＹ平面上に四角形のペースト層を形成している。ノズル３２２は、シリアル型であっても良い。シリアル型のノズルの場合は、ノズルを＋Ｘ方向と＋Ｙ方向に動かし
ながら、一筆書きをするような要領でノズル３２２の先端からペースト３７０を供給する。また、材料供給ステップ（Ｓ１４１）において、平坦化機構３２３は、供給機構３２０の移動に伴って、加工部３１０上に出されたペーストの表面をなでながら移動する。平坦化機構３２３は、ペーストの表面をなでながら移動することによって、ペーストの厚みを平坦化する。本実施形態では、ペースト３７０を供給しながらペースト層の平坦化を行っているが、ペースト３７０をステージ３１３上に供給し終えた後に、ペースト層の平坦化を実施しても良い。
【０１５７】
液体材料塗布ステップ（Ｓ１４３）においては、ステージ３１３上に供給されたペースト３７０に対して選択的に液体材料を塗布する。具体的には、図２３に示すように、塗布機構３３０をＸＹ平面に沿って動かしながら、ステージ３１３上に堆積したペースト３７０の層に向かって選択的に液体材料を塗布する。エネルギー照射ステップ（Ｓ１４４）においては、図２３に示すように、液体材料を塗布した後、エネルギー照射機構３４０によってエネルギーを照射する。このようにして、液体材料が硬化することにより、単位層が形成される。
【０１５８】
プラズマ照射ステップ（Ｓ１４２）においては、図２４に示すように、プラズマ照射機構３６０を用いて、プラズマ照射する。プラズマの照射は、以下のタイミングＡ〜Ｃのうち、少なくとも１つのタイミングで実施すれば良い。
Ａ：単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１４４を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１４１を開始する前）のタイミング（図２１のステップＳ１４２Ａ）
Ｂ：単位層を形成している途中において、液体材料塗布ステップ（Ｓ１４２）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１４４）の前のタイミング（図２１のステップＳ１４２Ｂ）
Ｃ：単位層を形成し始める前において、材料供給ステップ（Ｓ１４１）の後、液体材料塗布ステップ（Ｓ１４２）の前のタイミング（図２１のステップＳ１４２Ｃ）
【０１５９】
なお、図２４には、上記Ａのタイミングでプラズマの照射を実施する場合のプラズマ照射工程を示している。
【０１６０】
上記Ａのタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１４３Ａ）を実施することによって、単位層の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、プラズマ照射ステップＡ）において、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層界面のぬれ性を制御することができ、加工精度が向上する。図２１において、ステップＳ１４３Ａは、前の単位層を形成し終えた直後（ステップＳ１４４の直後）に実施しているが、他のタイミングで実施することも可能である。たとえば、ステップＳ１４５とＳ１４６の間や、Ｓ１４６とＳ１４１の間で実施しても良い。
【０１６１】
上記Ｂのタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１４３Ｂ）を実施することによって、プラズマ処理によって発生したラジカルにより液体材料表面に薄い固化膜が形成されるので、液体材料のピニング効果が期待できる。また、液体材料を硬化させた後に形成されるペースト層が均一となりやすい。さらに、液体材料が放射線によって硬化する材料である場合には、液体材料表面において酸素による重合阻害を低減することができるため、液体材料の放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【０１６２】
上記Ｃのタイミングでプラズマ照射ステップ（Ｓ１４３Ｃ）を実施する際に、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、ペースト層と液体材料とのぬれ性および浸透性を制御することができる。また、ペースト層と硬化後の液体材料との界面を整えるこ
とができる。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【０１６３】
次層の有無を判断するステップ（Ｓ１４５）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。
【０１６４】
次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１４６）を実行する。移動ステップ（Ｓ１４６）においては、ステージ３１３を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ３１３を−Ｚ方向に移動させる代わりに、ノズル３２２を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させるようにしても良い。移動ステップ（Ｓ１４６）を実行することにより、単位層を形成する過程において、ノズル３２２と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【０１６５】
また、移動ステップ（Ｓ１４６）において、ノズル３２２が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構３６０についても単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させる。一方、ステージ３１３が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構３６０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構３６０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【０１６６】
次の単位層を形成する必要がない場合には、洗浄ステップＳ１４７を実施する。洗浄ステップ（Ｓ１４７）においては、結着剤によって固められなかったペーストを洗い流す。洗浄ステップ（Ｓ１４７）は、たとえば水洗によって行うことができる。これにより、目的とする造形物が得られる。
【０１６７】
以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置４００は、プラズマ照射機構３６０を備えている。また、本実施形態の製造方法は、プラズマ照射ステップＳ１４２（Ｓ１４２Ａ，Ｓ１４２Ｂ,Ｓ１４２Ｃ）を含んでいる。プラズマ照射機構３６０によって、上記Ａのタイミング（Ｓ１４２Ａ）、上記Ｂのタイミング（Ｓ１４２Ｂ）、上記Ｃのタイミング（Ｓ１４２Ｃ）で放電処理を実施することによって、それぞれ上述したような効果を得ることができる。
【０１６８】
図２０等に示した三次元造形装置４００では、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とが一体化されていたが、それぞれを別々に構成しても良い。また、塗布機構３３０とエネルギー照射機構３４０とプラズマ照射機構３６０とをすべて一体化しても良い。また、塗布機構３３０とプラズマ照射機構３６０とを一体化したり、プラズマ照射機構３６０とエネルギー照射機構３４０とを一体化したりしても良い。また、これらの機構を構成するヘッドは、Ｘ方向およびＹ方向のいずれか一方向に走査するラインヘッドでもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の二方向に走査するシリアルヘッドでもよい。エネルギー照射機構３４０に関しては、液体材料に十分なエネルギーを付与できるのであれば、面照射タイプのエネルギー照射手段を使用してもよい。
【０１６９】
１．５．第５の実施形態
第５の実施形態では、インクジェット法を用いた造形物の製造方法について説明する。インクジェット法とは、光や熱などのエネルギーによって硬化する樹脂材料を含むインクを、インクジェットヘッドからステージ上に所定の形状となるように吐出し、これを硬化させる工程を積み重ねることによって造形物を製造する方法である。以下、第５の実施形態で使用するインク、三次元造形装置の構成、第５の実施形態に係る造形物の製造方法の順に説明する。
【０１７０】
１．５．１．インク
使用するインクとしては、光や熱などのエネルギーによって硬化する公知の樹脂材料を含むインクを用いることができる。具体的には、単官能エチレン性不飽和単量体や多官能エチレン性不飽和単量体などの重合性化合物と、重合開始剤と、を少なくとも含み、必要に応じて重合禁止剤、界面活性剤、着色剤（顔料等）、酸化防止剤、連鎖移動剤、充填剤（金属粉、シリカ等）等を含むインクが挙げられる。
【０１７１】
１．５．２．装置構成
図２５は、第５の実施形態において使用する三次元造形装置の概略を模式的に示す説明図である。三次元造形装置５００は、図２５に示すように、三次元物体を造形するためのステージ４１０を有する。
【０１７２】
ステージ４１０は、図２５に示すように、三次元物体を造形するための作業面である。ステージ４１０の上面は、ＸＹ平面に平行である。ステージ４１０は、−Ｚ方向に移動可能に構成されている。
【０１７３】
三次元造形装置５００は、インクをステージ４１０上に射出するインクジェットヘッド４２０と、射出されたインクにエネルギーを照射するエネルギー照射機構４３０を有する。
【０１７４】
インクジェットヘッド４２０は、ステージ４１０上の所定の位置にインクを射出する。インクジェットヘッド４２０のノズルからインクを射出させる方式としては、以下のものが挙げられる。すなわち、ノズルとノズルの前方に置いた加速電極の間に強電界を印加し、ノズルから液滴状のインクを連続的に吐出させ、インクの液滴が偏向電極間を飛翔する間に記録情報信号を偏向電極に与えて記録する方式又はインクの液滴を偏向することなく記録情報信号に対応して吐出させる方式（静電吸引方式）、小型ポンプでインクに圧力を加え、ノズルを水晶振動子等で機械的に振動させることにより、強制的にインクの液滴を吐出させる方式、インクに圧電素子で圧力と記録情報信号を同時に加え、インクの液滴を吐出・記録させる方式（ピエゾ方式）、インクを記録情報信号にしたがって微小電極で加熱発泡させ、インクの液滴を吐出・記録させる方式（サーマルジェット方式）等が挙げられる。インクは、スライスデータに対応した形状で、ステージ４１０上に供給される。
【０１７５】
インクをスライスデータに対応した形状に供給するために、インクジェットヘッド４２０とステージ４１０は、次のいずれかの態様で構成される。
（１）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向およびＹ方向の両方に移動可能に構成する。ステージ４１０は、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。
（２）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向に移動可能で、Ｙ方向において固定された構成とする。ステージ４１０は、Ｙ方向に移動可能で、Ｘ方向において固定された構成とする。
（３）ステージ４１０は、Ｘ方向およびＹ方向の両方に移動可能に構成する。インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。
（４）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向の全体をカバー可能なライン状のヘッドを利用する。このライン状のヘッドをＹ方向に移動可能に構成する。ステージ４１０は、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。
（５）インクジェットヘッド４２０は、Ｘ方向の全体をカバー可能なライン状のヘッドを利用する。このライン状のヘッドは、Ｘ方向およびＹ方向において固定された構成とする。ステージ４１０は、Ｙ方向に移動可能に構成する。
【０１７６】
本実施形態の三次元造形装置５００は、上記（１）の構成を採用している。
【０１７７】
インクジェットヘッド４２０には、ステージ４１０上に射出されたインク層の厚みを平
坦化する平坦化機構を一体的に設けてもよい。この平坦化機構は、インクジェットヘッド４２０とは別途設けてもよい。平坦化機構としては、たとえばスキージーのようなワイピング機能を有するものが挙げられる。なお、ステージ４１０上に射出されたインク層の厚みの均一性が高い場合には、平坦化機構を設ける必要はない。
【０１７８】
エネルギー照射機構４３０は、射出されたインクにエネルギーを照射して硬化させる機構である。エネルギー照射機構４３０は、ＸＹ平面に沿って移動する。エネルギー照射機構４３０は、紫外線などの光源や、ヒーターなどの熱源によって構成される。硬化の手段としては、たとえば樹脂材料の重合反応を利用する方法などが挙げられる。なお、図２５の例では、インクジェットヘッド４２０とエネルギー照射機構４３０とを一体化したものが記載されているが、塗布機構４２０とエネルギー照射機構４３０とを一体化せずに別々の構成としても構わない。
【０１７９】
三次元造形装置５００は、スライスデータに基づいて各機構を制御する制御部４４０を有する。上述したステージ４１０、インクジェットヘッド４２０、エネルギー照射機構４３０、及び後述するプラズマ照射機構４５０は、制御部４４０によって制御される。制御部４４０は、スライスデータに基づいた所望の形状となるようにインクジェットヘッド４２０を駆動させてインクをステージ４１０上に射出させる。また、制御部４４０は、エネルギー照射機構４３０からエネルギーをステージ４１０上のインク層に向けて照射させる。制御部４４０は、後述する所定のタイミングで、プラズマ照射機構４５０を駆動して、プラズマを照射させる。制御部４４０は、単位層が形成された後、次の単位層を形成する前に、ステージ４１０を−Ｚ方向に単位層の厚さの分だけ移動させる。こうした操作を繰り返して、単位層を積層していくことにより、三次元ＣＡＤデータに対応する造形物を製造することが可能となる。
【０１８０】
さらに、三次元造形装置５００は、プラズマ照射機構４５０を備える。プラズマ照射機構４５０は、ＸＹ平面に沿って移動しながら、インクの表面や、単位層の積層界面に、プラズマを照射する機構である。プラズマ照射機構４５０の構造等については、変形例も含め、第１の実施形態で説明したプラズマ照射機構７０と同様であるため、説明を省略する。本実施形態において、プラズマ照射機構４５０は三次元造形装置５００に組み込まれているが、三次元造形装置５００から独立したプラズマ照射機構を、制御部４４０と接続して、制御部４４０によってこれを駆動するようにしてもよい。
【０１８１】
１．５．３．造形物の製造方法
図２６は、第５の実施形態に係る造形物の製造方法における造形工程の一例を示すフローチャートである。図２７は、第５の実施形態における材料供給工程および単位層形成工程を模式的に示す説明図である。図２８は、第５の実施形態におけるプラズマ照射工程を模式的に示す説明図である。
【０１８２】
第５の実施形態に係る造形物の製造方法は、図１に示すように、三次元データ準備工程（Ｓ１０１）と、スライスデータ作成工程（Ｓ１０２）と、造形工程（Ｓ１０３）と、を有している。三次元データ準備工程（Ｓ１０１）およびスライスデータ作成工程（Ｓ１０２）は、上述した通りなので説明を省略する。
【０１８３】
造形工程（Ｓ１０３）は、例えば図２６に示すように、インク塗布ステップ（Ｓ１５１）と、プラズマ照射ステップ（Ｓ１５２）と、エネルギー照射ステップ（Ｓ１５３）と、次層の有無を判断するステップ（Ｓ１５４）と、移動ステップ（Ｓ１５５）と、を有している。これらのステップを繰り返し実施することによって、造形物を完成させることができる。ステップを繰り返す回数は、スライスデータの数に対応する。
【０１８４】
まず、インク塗布ステップ（Ｓ１５１）においては、図２７に示すように、インクジェットヘッド４２０からステージ４１０の上面に向かってインクを射出する。具体的には、インクジェットヘッド４２０をＸＹ平面に沿って動かしながら、インクをスライスデータに対応した形状に射出する。
【０１８５】
エネルギー照射ステップ（Ｓ１５３）においては、図２７に示すように、インクを射出した後、エネルギー照射機構４３０によってエネルギーを照射する。このようにして、インク層が硬化することにより、単位層が形成される。本実施形態において、エネルギー照射機構４３０が一体的に設けられたインクジェットヘッド４２０は、シリアル型のヘッド４２０であり、Ｘ方向とＹ方向に移動しながら単位層を形成する。ヘッド４２０は、Ｘ方向またはＹ方向のうち一方向のみに移動しながら単位層を形成するライン型のヘッドであっても良い。
【０１８６】
プラズマ照射ステップ（Ｓ１５２）においては、図２８に示すように、プラズマ照射機構４５０を用いて、プラズマ照射する。プラズマの照射は、単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１５３を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１５１を開始する前）のタイミング（図２６のステップＳ１５２Ａ）、および、単位層を形成している途中において、インク塗布ステップ（Ｓ１５１）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１５３）の前のタイミング（図２６のステップＳ１５２Ｂ）、のうち、少なくとも１つのタイミングで実施すれば良い。なお、図２８には、単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１５３を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１５１を開始する前）のタイミング（図２６のステップＳ１５２Ａ）でプラズマの照射を実施する場合のプラズマ照射工程を示している。
【０１８７】
単位層を形成し終えた後（第ｎ層を形成するＳ１５３を終えた後）、次の単位層を形成し始める前（第ｎ＋１層を形成するＳ１５１を開始する前）のタイミング（図２６のステップＳ１５２Ａ）でプラズマの照射を実施することによって、インク層を硬化させた後、その上に形成されるインク層が均一となりやすい。また、プラズマ照射によって硬化後のインク層の積層界面を適度に荒らすことによるアンカー効果や、表面の重合結合の切断後、上層を付与することで、単位層間の界面強度（密着性）が向上する。また、プラズマ照射ステップ１４３Ａ）において、目的に応じたガス種を選択し、放電処理を行うことで、単位層界面の濡れ性を制御することができ、加工精度が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。図２６において、ステップＳ１５２Ａは、前の単位層を形成し終えた直後（ステップＳ１５３の直後）に実施しているが、他のタイミングで実施することも可能である。たとえば、ステップＳ１５４とＳ１５５の間や、Ｓ１５５とＳ１５１の間で実施しても良い。
【０１８８】
単位層を形成している途中において、インク塗布ステップ（Ｓ１５１）の後、エネルギー照射ステップ（Ｓ１５３）の前のタイミング（図２６のステップＳ１５２Ｂ）でプラズマの照射を実施することによって、プラズマ照射によって発生したラジカルによりインク層表面に薄い固化膜が形成されるので、インクのピニング効果が期待できる。また、インクを硬化させた後に形成されるインク層が均一となりやすい。さらに、インクが放射線によって硬化する材料である場合には、酸素阻害を低減することができるため、放射線による硬化性が向上する。その結果、造形物の精度や強度を向上させることができる。
【０１８９】
次層の有無を判断するステップ（Ｓ１５４）においては、単位層の形成が終了した時点で、次の単位層を形成する必要があるか否かを判断する。次の単位層を形成する必要がない場合には、三次元の造形物が完成する。
【０１９０】
次の単位層を形成する必要がある場合には、次の移動ステップ（Ｓ１５５）を実行する
。移動ステップ（Ｓ１５５）においては、ステージ４１０を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動させる。ステージ４１０を−Ｚ方向に移動させる代わりに、インクジェットヘッド４２０を単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させるようにしても良い。移動ステップ（Ｓ１５５）を実行することにより、単位層を形成する過程において、インクジェットヘッド４２０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【０１９１】
また、移動ステップ（Ｓ１５５）において、インクジェットヘッド４２０が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構４５０についても単位層の厚さの分（Δｄ）だけ＋Ｚ方向に移動させる。一方、ステージ４１０が単位層の厚さの分（Δｄ）だけ−Ｚ方向に移動する場合には、プラズマ照射機構４５０はＺ軸方向には移動させない。このようにすることで、単位層を形成する過程において、プラズマ照射機構４５０と造形途中の造形物とのＺ軸方向に対する距離を常に一定とすることができる。
【０１９２】
以上説明したように、本実施形態の三次元造形装置５００は、プラズマ照射機構４５０を備えている。また、本実施形態の製造方法は、プラズマ照射ステップＳ１５２（Ｓ１５２Ａ，Ｓ１５２Ｂ）を含んでいる。プラズマ照射機構４５０によって、上記のようなタイミング（Ｓ１５２Ａ，Ｓ１５２Ｂ）で放電処理を実施することによって、それぞれ上述したような効果を得ることができる。
【０１９３】
図２５等に示した三次元造形装置５００では、エネルギー照射機構４３０がインクジェットヘッド４２０に一体的に設けられていたが、それぞれを別々に構成しても良い。また、エネルギー照射機構４３０に加え、プラズマ照射機構４５０をインクジェットヘッド４２０に一体的に設けても良い。また、エネルギー照射機構４３０とプラズマ照射機構４５０とを一体化したり、プラズマ照射機構４５０とインクジェットヘッド４２０とを一体化したりしても良い。また、これらの機構は、Ｘ方向およびＹ方向のいずれか一方向に走査するライン型でもよいし、Ｘ方向およびＹ方向の二方向に走査するシリアル型でもよい。エネルギー照射機構４３０に関しては、インクに十分なエネルギーを付与できるのであれば、面照射タイプのエネルギー照射手段を使用してもよい。
【０１９４】
１．５．４．変形例
上述した第５の実施形態の、インク塗布ステップ（Ｓ１５１）において、単位層を形成するためのインクに加え、サポート層を形成するためのインクを射出するようにしてもよい。
【０１９５】
上層を構成する単位層と、下層を構成する単位層の形状が異なっており、上層を構成する単位層の一部に下層によって支持されない部分がある場合には、そのような部分をサポート層によって支持する必要がある。このような場合には、インク塗布ステップ（Ｓ１５１）において、インクジェットヘッド４２０から、単位層を形成するためのインクと、サポート層を形成するためのインクとを射出して、単位層およびサポート層を形成すれば良い。
【０１９６】
サポート層を形成するためのサポート材としては、光や熱などのエネルギーによって硬化する公知の樹脂材料を含むインクを用いることができるが、水や特定の溶媒への溶解性に優れたインクであることが好ましい。サポート層は、造形物が完成した後は不要となるため、水や特定の溶媒（造形物を構成する材料は溶かすことができず、サポート層を構成する材料のみを溶かすことができる溶媒）で洗浄することによって、簡単に除去できる材料が好ましい。
【０１９７】
２．実施例
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【０１９８】
２．１．実施例１〜４、比較例１〜２
実施例１〜４、比較例１〜２では、熱溶融積層法により三次元の造形物を製造した。具体的には、まず、下記の熱可塑性樹脂をノズルの上端に供給し、ノズルの内部に設けられた加熱機構により加熱して熱可塑性樹脂を溶融した。この溶融された熱可塑性樹脂を、ノズルからステージの上面に向かって供給して単位層を形成した。次いで、下記の放電装置を用いて、単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始める前のタイミングで下記の条件で放電処理した。こうした操作を繰り返すことによって、三次元の造形物を製造した。得られた造形物の引っ張り強度および曲げ強度について評価した。その結果を表１に併せて示した。
【０１９９】
＜三次元造形装置＞
・Ｌｕｎａｖａｓｔ  Ｐｒｕｓａ  Ｖ２
＜熱可塑性樹脂＞
・ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂
・ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂
＜放電装置および放電処理条件＞
・コロナタイプ；春日電機株式会社製、型式「エアープラズマＡＰＷ６０２ｆ」、出力：１．５ｋＶＡ、処理（走査）速度：３ｃｍ／ｓ、照射距離：１０ｍｍ
・プラズマタイプ；図３に示すリモートジェット式プラズマ発生装置、ガス種：酸素、ガス流量：３０Ｌ／ｍｉｎ、照射距離：２．５ｍｍ、照射時間：０．８秒、電力量：１００Ｗｈ、周波数：１３．５６ＭＨｚ
＜評価方法＞
・引っ張り強度；ＡＳＴＭ  Ｄ６３８に準じて評価した。
・曲げ強度；ＡＳＴＭ  Ｄ６３８に準じて評価した。
【０２００】
【表１】
2015189007.tif 000003
【０２０１】
以上の結果から、放電処理を行って製造された造形物は、放電処理を行わずに製造された造形物に比べて、引っ張り強度および曲げ強度の両方において強度が優れていることが判明した。
【０２０２】
２．２．実施例５〜７、比較例３
実施例５〜７、比較例３では、ペースト法により三次元の造形物を製造した。具体的には、まず、下記のようにして造形用スラリーおよび液体材料を調製した。造形用スラリー供給機構から造形用スラリーをステージ上に塗布してペースト層を形成した。次いで、ペースト層の上に、インクジェットノズルから所定の位置に液体材料（クリアインク）を射出した。キャリッジの横に搭載した紫外線照射装置内のＵＶ−ＬＥＤから、照射強度が１Ｗ／ｃｍ２であり且つピーク波長が３９５ｎｍである紫外線を照射して単位層を形成した。次いで、下記の放電装置を用いて、単位層を形成し終えた後、次の単位層を形成し始め
る前のタイミングで下記の条件で放電処理した。こうした操作を繰り返すことによって、三次元の造形物を製造した。得られた造形物の引っ張り強度および曲げ強度について評価した。その結果を表２に併せて示した。
【０２０３】
＜三次元造形装置＞
・造形用スラリー供給機構およびピエゾ型インクジェットノズルを備えたインクジェット記録装置
＜造形用スラリー＞
アクリルシリコーン樹脂粉末（日信化学工業株式会社製、商品名「シャリーヌＲ−１７０Ｓ」、粒径３０μｍ）７質量部、ポリビニルアルコール（日本酢酸ビ・ポバール株式会社製、商品名「ポバールＪＰ−０５」、重合度：５００、鹸化度：８７．０〜８９．０）０．２２質量部、消泡剤（ＤＩＣ株式会社製、商品名「メガファックＦ−４７７」）０．６６質量部、イオン交換水３．１質量部を混練することにより、造形用スラリーを調製した。
＜液体材料＞
・クリアインク
アクリル酸２−（２−ビニロキシエトキシ）エチル（日本触媒株式会社製、商品名「ＶＥＥＡ」）２０質量部、フェノキシエチルアクリレート（大阪有機化学株式会社製、商品名「ビスコート＃１９２」）３５質量部、ジプロピレングリコールジアクリレート（新中村化学工業株式会社製、商品名「ＮＫエステル  ＡＰＧ−１００」）３４．６質量部、ＩＲＧＡＣＵＲＥ  ８１９（ＢＡＳＦ社製、商品名、重合開始剤）４質量部、ＤＡＲＯＣＵＲＥ  ＴＰＯ（ＢＡＳＦ社製、商品名、重合開始剤）４質量部、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ（日本化薬株式会社製、商品名、重合開始剤）２質量部、ヒドロキノンモノメチルエーテル（関東化学株式会社製、重合禁止剤）０．２質量部、ＢＹＫ−ＵＶ３５００（ＢＹＫ社製、シリコーン系界面活性剤）０．２質量部を添加し、これを高速水冷式攪拌機で撹拌することにより、クリアインクを調製した。
・シアンインク
アクリル酸２−（２−ビニロキシエトキシ）エチル（日本触媒株式会社製、商品名「ＶＥＥＡ」）２０質量部、フェノキシエチルアクリレート（大阪有機化学株式会社製、商品名「ビスコート＃１９２」）３５質量部、ジプロピレングリコールジアクリレート（新中村化学工業株式会社製、商品名「ＮＫエステル  ＡＰＧ−１００」）３１．６質量部、ＩＲＧＡＣＵＲＥ  ８１９（ＢＡＳＦ社製、商品名、重合開始剤）４質量部、ＤＡＲＯＣＵＲＥ  ＴＰＯ（ＢＡＳＦ社製、商品名、重合開始剤）４質量部、ＫＡＹＡＣＵＲＥ  ＤＥＴＸ−Ｓ（日本化薬株式会社製、商品名、重合開始剤）２質量部、ヒドロキノンモノメチルエーテル（関東化学株式会社製、重合禁止剤）０．２質量部、ＢＹＫ−ＵＶ３５００（ＢＹＫ社製、シリコーン系界面活性剤）０．２質量部、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３（ＤＩＣ株式会社製、フタロシアニンブルー）３質量部を添加し、これを高速水冷式攪拌機で撹拌することにより、シアン色のインクを調製した。
＜放電装置および放電処理条件＞
・コロナタイプ；春日電機株式会社製、型式「エアープラズマＡＰＷ６０２ｆ」、出力：１．５ｋＶＡ、処理（走査）速度：３ｃｍ／ｓ、照射距離：１０ｍｍ
・プラズマタイプＡ；図３に示すリモートジェット式プラズマ発生装置、ガス種：酸素、ガス流量：３０Ｌ／ｍｉｎ、照射距離：２．５ｍｍ、照射時間：０．８秒、電力量：１００Ｗｈ、周波数：１３．５６ＭＨｚ
・プラズマタイプＢ；図３に示すリモートジェット式プラズマ発生装置、ガス種：窒素、ガス流量：３０Ｌ／ｍｉｎ、照射距離：２．５ｍｍ、照射時間：０．８秒、電力量：１００Ｗｈ、周波数：１３．５６ＭＨｚ
＜評価方法＞
・引っ張り強度；ＡＳＴＭ  Ｄ６３８に準じて評価した。
・曲げ強度；ＡＳＴＭ  Ｄ６３８に準じて評価した。
【０２０４】
【表２】
2015189007.tif 000004
【０２０５】
以上の結果から、放電処理を行って製造された造形物は、放電処理を行わずに製造された造形物に比べて、引っ張り強度および曲げ強度の両方において強度が優れていることが判明した。
【０２０６】
２．３．実施例８〜１０、比較例４
実施例８〜１０、比較例４では、上記と同様にしてペースト法を用いて造形物を製造した。放電処理のタイミングがペースト層を形成した後、液体材料を射出する前とし、２ｃｍ角の立方体を製造した以外は、上記「実施例５〜７、比較例３」と同様にして造形物を製造した。また、得られた２ｃｍ角の立方体の上面および側面の表面から深さ１００μｍの範囲に、４ポイント文字をシアンインクにて印刷した。４ポイント文字の視認性の評価基準は以下の通りである。その結果を表３に併せて示した。
【０２０７】
＜４ポイント文字の視認性の評価基準＞
１：文字がはっきり確認できる。
２：文字が確認できるものの、滲みあり。
３：文字が確認できない。
【０２０８】
【表３】
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【０２０９】
以上の結果から、放電処理を行って製造された造形物は、放電処理を行わずに製造された造形物に比べて、引っ張り強度および曲げ強度の両方において強度が優れていることが判明した。また、放電処理を行って製造された造形物は、４ポイント文字の視認性が良好であることから、精密に加工できていることが判明した。
【０２１０】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０２１１】
１０…ステージ、２０…ノズル、３０…樹脂材料、４０…制御部、５０…造形物、７０…プラズマ照射機構、７１…プラズマ発生部、７２…ガス供給室、７３…電極対、７３ａ，７３ｂ…電極、７４…電源、７５…プラズマ照射ノズル、７６（７６ａ，７６ｂ）…排気管、７７…ガス供給口、７８…吸気口、７９…排気口、１００…三次元造形装置、１１０…加工部、１１１…開口部、１１２…第１のスペース、１１３…ステージ、１２０…供給部、１２１…開口部、１２２…第２のスペース、１２３…ピストン、１３０…接続面、１３１…反対面、１４０…供給機構、１５０…エネルギー照射機構、１５１…エネルギー源、１５２…ミラー、１６０…制御部、１７０…プラズマ照射機構、１８０…樹脂パウダー、２００…三次元造形装置、２１０…加工部、２１１…開口部、２１２…第１のスペース、２１３…ステージ、２２０…供給部、２２１…開口部、２２２…第２のスペース、２３０…接続面、２３１…反対面、２４０…供給機構、２５０，２５０Ａ…塗布機構、２５２，２５２Ａ…エネルギー照射機構、２６０…制御部、２７０…プラズマ照射機構、２８０…基材、３００，３００Ａ…三次元造形装置、３１０…加工部、３１１…開口部、３１２…スペース、３１３…ステージ、３２０…供給機構、３２２…ノズル、３２３…平坦化機構、３２４…ペースト貯留部、３３０…塗布機構、３４０…エネルギー照射機構、３５０…制御部、３６０…プラズマ照射機構、３７０…ペースト、４００…三次元造形装置、４１０…ステージ、４２０…インクジェットヘッド、４３０…エネルギー照射機構、４４０…制御部、４５０…プラズマ照射機構、５００…三次元造形装置、Ｄ…放電部分
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図１４】
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