(57)【要約】【課題】焼結造形物の造形材料に粉末の無機材料を用いた場合であっても、粉末が飛散・拡散して造形装置や造形環境に影響を与えることなく、安定して高速に造形できる焼結造形方法を提供する。【解決手段】焼結造形方法は、無機粒子２ａとこれらを結着するバインダー材料３ａとバインダー材料３ｂとを含む焼結造形材料１を、バインダー材料３ａ，３ｂの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料４を形成する工程と、流動性造形材料４を展延して造形層を形成する工程と、造形層５を積層する工程と、造形層５の所望の領域にＵＶインク８を付与する工程と、造形層５の所望の領域に付与されたＵＶインク８を硬化させて造形断面パターンを形成する工程と、造形層５のＵＶインク８が付与されていない領域を除去して造形物６を現出する工程と、造形物６をバインダー材料３ｂの熱分解開始温度未満の温度で加熱処理する工程と、造形物６を焼結処理する工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結造形材料の所望の領域に液滴を付与する工程と前記液滴を硬化する工程とを含む造形方法に用い、前記焼結造形材料は、
第１の無機粒子と、
前記第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと、
前記第１の無機粒子同士を結着する第２の熱可塑性バインダーと、を含み、
前記第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が、前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高いことを特徴とする焼結造形材料。
【請求項２】
前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が５０℃以上３５０℃未満であることを特徴とする請求項１に記載の焼結造形材料。
【請求項３】
前記第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が３５０℃以上７５０℃以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の焼結造形材料。
【請求項４】
前記第１の熱可塑性バインダーが、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、または、ポリカプロラクトンジオールであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の焼結造形材料。
【請求項５】
前記第２の熱可塑性バインダーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、または、ポリベンゾイミダゾールであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の焼結造形材料。
【請求項６】
前記第１の無機粒子が金属粒子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の焼結造形材料。
【請求項７】
前記第１の無機粒子がセラミック粒子であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の焼結造形材料。
【請求項８】
溶媒を含む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焼結造形材料。
【請求項９】
第１の無機粒子と前記第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと前記第１の無機粒子同士を結着する前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高い熱分解温度を有する第２の熱可塑性バインダーとを含む焼結造形材料を、前記第１の熱可塑性バインダーの融点および前記第２の熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料を形成する工程と、
前記流動性造形材料を展延して造形層を形成する工程と、
前記造形層を積層する工程と、
前記造形層の所望の領域に液滴を付与する工程と、
前記造形層の所望の領域に付与された前記液滴を硬化させて造形断面パターンを形成する工程と、
前記造形層の前記液滴が付与されていない領域を除去して造形物を現出する工程と、
前記造形物を前記第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度未満の温度で加熱処理する工程と、
前記造形物を焼結処理する工程と、を含むことを特徴とする焼結造形方法。
【請求項１０】
前記液滴が、第２の無機粒子を含むことを特徴とする請求項９に記載の焼結造形方法。
【請求項１１】
前記第２の無機粒子が前記第１の無機粒子と同じ金属粒子であることを特徴とする請求項１０に記載の焼結造形方法。
【請求項１２】
前記第２の無機粒子が前記第１の無機粒子と同じセラミック粒子であることを特徴とする請求項１０に記載の焼結造形方法。
【請求項１３】
第１の無機粒子と前記第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと前記第１の無機粒子同士を結着する前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高い熱分解温度を有する第２の熱可塑性バインダーとを含む焼結造形材料を、前記第１の熱可塑性バインダーの融点および前記第２の熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料を形成する加熱部と、
前記流動性造形材料を展延して造形層を形成する展延部と、
前記造形層が積層される造形部と、
積層された前記造形層の所望の領域に液滴を付与する描画部と、
前記造形層の所望の領域に付与された前記液滴を硬化させて造形断面パターンを形成する硬化部と、を備えることを特徴とする焼結造形装置。
【請求項１４】
前記造形層の前記液滴が付与されていない領域を除去して造形物を現出する現出部と、
前記造形物を加熱および焼結処理する焼結部と、を備えることを特徴とする請求項１３に記載の焼結造形装置。
【請求項１５】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の焼結造形材料を用いて造形されたことを特徴とする焼結造形物。
【請求項１６】
請求項９ないし請求項１２のいずれか一項に記載の焼結造形方法により造形されたことを特徴とする焼結造形物。
【請求項１７】
積層する焼結造形材料に予め含まれる第１の無機粒子と、積層された前記焼結造形材料に付与する液滴に含まれる第２の無機粒子とを含んで構成されることを特徴とする焼結造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結造形材料、焼結造形方法、焼結造形物および焼結造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元形状の立体モデル（造形物）を形成する造形方法の一つに積層造形法がある。積層造形法としては、例えば、光硬化性樹脂を積層させながらレーザーで選択的に硬化させて造形物の断面各層を形成する光造形法、粉末材料を積層させながらレーザーで選択的に溶着し固化させて各層を形成する粉末焼結法、熱可塑性材料を加熱しノズルから押し出して堆積させることにより各層を形成する溶融物堆積法、紙などのシート材をモデルの断面形状にカットして積層し接着することにより形成するシート積層法、などが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、「セラミックや金属等を含む粉末材料を層状に塗布する。次いで、粉末材料同士を結合させる液状結合剤を、例えばインクジェット式液滴吐出装置を用いて粉末材料の層に吐出する。粉末材料間の空隙に浸透した液状結合剤が、粉末材料同士を接合することによって、二次元断面層に対応する造形物が形成される。こうした粉末材料の塗布と、液状結合剤の吐出とが交互に繰り返されることによって三次元構造を有した造形物が製造される」ことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７２９１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の造形物の製造法は、液状結合剤が、粉末材料同士を接合するものであって、レーザーで選択的に金属材料を溶着し固化させて各層を形成する粉末焼結法とは、粉末材料同士を結びつける形態が異なる。造形物の強度は、特許文献１のような粉末材料同士を液状結合剤によって接合する造形方法のほうが一般的には劣ってしまう。一方で、特許文献１のような製造法においては、粉末材料同士の結びつきを向上させるために焼結工程を導入すると造形物の寸法収縮が大きくなってしまい、形状の変化や崩壊を起こしやすい。つまり、特許文献１の造形物の製造法は、より強度が高く高精細な造形物の形成を安定してできないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］  本適用例にかかる焼結造形材料は、焼結造形材料の所望の領域に液滴を付与する工程と前記液滴を硬化する工程とを含む造形方法に用い、前記焼結造形材料は、第１の無機粒子と、前記第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと、前記第１の無機粒子同士を結着する第２の熱可塑性バインダーと、を含み、前記第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が、前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高いことを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、焼結造形材料は、第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと第２の熱可塑性バインダーとを含んでいる。第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が、第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高いため、造形物を脱脂、焼結して焼結造形物を造形する工程において、焼結造形材料に対して、より広い温度幅の加熱工程を設けることができる。
【０００９】
［適用例２］  上記適用例にかかる焼結造形材料において、前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が５０℃以上３５０℃未満であることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が５０℃以上３５０℃未満であるため、この熱分解開始温度を超える温度範囲で焼結造形材料を加熱することで、第１の熱可塑性バインダーを対象とした脱脂を進めることができる。
【００１１】
［適用例３］  上記適用例にかかる焼結造形材料において、前記第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が３５０℃以上７５０℃以下であることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度が３５０℃以上７５０℃以下であるため、この温度範囲で焼結造形材料を加熱することで、第２の熱可塑性バインダーを対象とした脱脂を進めることができる。
【００１３】
［適用例４］  上記適用例にかかる焼結造形材料において、前記第１の熱可塑性バインダーが、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、または、ポリカプロラクトンジオールであることが好ましい。
【００１４】
本適用例によれば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、または、ポリカプロラクトンジオールの熱分解開始温度（５０℃〜３５０℃未満）を超える温度で焼結造形材料を加熱することで、これら第１の熱可塑性バインダーを対象とした脱脂を進めることができる。
【００１５】
［適用例５］  上記適用例にかかる焼結造形材料において、前記第２の熱可塑性バインダーが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、または、ポリベンゾイミダゾールであることが好ましい。
【００１６】
本適用例によれば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、または、ポリベンゾイミダゾールの熱分解開始温度（３５０℃〜７５０℃）の温度を超える温度で焼結造形材料を加熱することで、第２の熱可塑性バインダーを対象とした脱脂を進めることができる。
【００１７】
［適用例６］  上記適用例にかかる焼結造形材料において、前記第１の無機粒子が金属粒子であることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、第１の無機粒子が金属粒子であるため、金属の焼結造形物を造形することができる。
【００１９】
［適用例７］  上記適用例にかかる焼結造形材料において、前記第１の無機粒子がセラミック粒子であることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、第１の無機粒子がセラミック粒子であるため、セラミックの焼結造形物を造形することができる。
【００２１】
［適用例８］  上記適用例にかかる焼結造形材料において、溶媒を含むことを特徴とする。
【００２２】
本適用例のように、焼結造形材料に溶媒を含むことで、第１の無機粒子が均一に分散したペースト状の焼結造形材料をより容易に得ることができる。
【００２３】
［適用例９］  本適用例にかかる焼結造形方法は、第１の無機粒子と前記第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと前記第１の無機粒子同士を結着する前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高い熱分解温度を有する第２の熱可塑性バインダーとを含む焼結造形材料を、前記第１の熱可塑性バインダーの融点および前記第２の熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料を形成する工程と、前記流動性造形材料を展延して造形層を形成する工程と、前記造形層を積層する工程と、前記造形層の所望の領域に液滴を付与する工程と、前記造形層の所望の領域に付与された前記液滴を硬化させて造形断面パターンを形成する工程と、前記造形層の前記液滴が付与されていない領域を除去して造形物を現出する工程と、前記造形物を前記第２の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度未満の温度で加熱処理する工程と、前記造形物を焼結処理する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２４】
本適用例による焼結造形方法は、第１の無機粒子と第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと第２の熱可塑性バインダーとを含む焼結造形材料を、第１の熱可塑性バインダーの融点および第２の熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料を形成する工程を含んでいる。第１の無機粒子で構成される焼結造形材料が、第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーおよび第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高い第２の熱可塑性バインダーを含んでいるため、形状の変化や崩壊を抑えることができる。
【００２５】
［適用例１０］  上記適用例にかかる焼結造形方法において、前記液滴が、第２の無機粒子を含むことを特徴とする。
【００２６】
本適用例によれば、造形層の所望の領域に付与する液滴が、第２の無機粒子を含んでいる。つまり、所望とする造形物の断面形状を形成する造形層の所望の領域に第２の無機粒子を含んだ液滴が付与されるため、脱脂工程を経て焼結される造形物は、第１の無機粒子に加え、第２の無機粒子を含んで構成される。つまり、第１の無機粒子のみで構成される造形物に比較して、より無機粒子の充填率が高い造形物を得ることができる。
【００２７】
［適用例１１］  上記適用例にかかる焼結造形方法において、前記第２の無機粒子が前記第１の無機粒子と同じ金属粒子であることを特徴とする。
【００２８】
本適用例によれば、上述した効果が得られる焼結造形物を単一の金属材料で造形することができる。
【００２９】
［適用例１２］  上記適用例にかかる焼結造形方法において、前記第２の無機粒子が前記第１の無機粒子と同じセラミック粒子であることを特徴とする。
【００３０】
本適用例によれば、上述した効果が得られる焼結造形物を単一のセラミック材料で造形することができる。
【００３１】
［適用例１３］  本適用例にかかる焼結造形装置は、第１の無機粒子と前記第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと前記第１の無機粒子同士を結着する前記第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高い熱分解温度を有する第２の熱可塑性バインダーとを含む焼結造形材料を、前記第１の熱可塑性バインダーの融点および前記第２の熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料を形成する加熱部と、前記流動性造形材料を展延して造形層を形成する展延部と、前記造形層が積層される造形部と、積層された前記造形層の所望の領域に液滴を付与する描画部と、前記造形層の所望の領域に付与された前記液滴を硬化させて造形断面パターンを形成する硬化部と、を備えることを特徴とする。
【００３２】
本適用例による焼結造形装置は、第１の無機粒子と第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーと第２の熱可塑性バインダーとを含む焼結造形材料を、第１の熱可塑性バインダーの融点および第２の熱可塑性バインダーの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料を形成する加熱部を備えている。第１の無機粒子で構成される焼結造形材料が第１の無機粒子同士を結着する第１の熱可塑性バインダーおよび第１の熱可塑性バインダーの熱分解開始温度より高い第２の熱可塑性バインダーを含んでいるため、形状の変化や崩壊を抑えることができる。
【００３３】
［適用例１４］  上記適用例にかかる焼結造形装置において、前記造形層の前記液滴が付与されていない領域を除去して造形物を現出する現出部と、前記造形物を加熱および焼結処理する焼結部と、を備えることを特徴とする。
【００３４】
本適用例による焼結造形装置は、造形層の液滴が付与されていない領域を除去して造形物を現出する現出部と、造形物を脱脂および焼結処理する焼結部とを備えている。積層された造形層の所望の領域が硬化することで、所望とする造形物の断面形状が形成され、積層された造形層の液滴が付与されていない領域を除去することで、造形物を現出することができる。
【００３５】
［適用例１５］  本適用例にかかる焼結造形物は、適用例１ないし適用例８のいずれか一例に記載の焼結造形材料を用いて造形されたことを特徴とする。
【００３６】
上記適用例に記載の焼結造形材料を用いて造形された焼結造形物は、より安定した生産とより安定した品質のもとに、より高精細な焼結造形物として提供される。
【００３７】
［適用例１６］  本適用例にかかる焼結造形物は、適用例９ないし適用例１２のいずれか一例に記載の焼結造形方法により造形されたことを特徴とする。
【００３８】
上記適用例に記載の焼結造形方法により造形された焼結造形物は、より安定した生産とより安定した品質のもとに、より高精細な焼結造形物として提供される。
【００３９】
［適用例１７］  本適用例にかかる焼結造形物は、積層する焼結造形材料に予め含まれる第１の無機粒子と、積層された前記焼結造形材料に付与する液滴に含まれる第２の無機粒子とを含んで構成されることを特徴とする。
【００４０】
本適用例によれば、焼結造形物は、積層する焼結造形材料に予め含まれる第１の無機粒子と、積層された焼結造形材料に付与する液滴に含まれる第２の無機粒子とを含んで構成されている。つまり、焼結造形物は、第１の無機粒子に加え、第２の無機粒子を含んで構成されるため、第１の無機粒子のみで構成される焼結造形物に比較して、より無機粒子の充填率が高い焼結造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態１に係る造形材料の常温における状態を示す概念図
【図２】実施形態１に係る造形装置を説明する模式図
【図３】造形層の所望の領域に液滴を付与した様子を示す概念図
【図４】実施形態２に係る造形層の所望の領域に液滴を付与した様子を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
【００４３】
（実施形態１）
実施形態１として、３次元形状の立体モデル（焼結造形物）を造形する一つの手法としての積層造形における「焼結造形材料」、「焼結造形装置」、およびそれらを用いた「焼結造形方法」を説明する。積層造形の方法としては、造形物の断面形状を形成すべく焼結造形材料で構成された薄い層にインクジェット法により選択的に液滴を付与し、液滴を付与した部分を硬化させながら次々と積層することにより造形物を形成する方法を用いている。
以下、それぞれについて具体的に説明する。
【００４４】
＜焼結造形材料＞
図１は、実施形態に係る焼結造形材料１の常温（１５〜２５℃）における状態を示す概念図である。
焼結造形材料１は、積層造形法により３次元形状の立体モデル（焼結造形物）を造形する際に使用する材料（主材）であり、焼結造形材料１によって焼結造形物の基本となる各層、つまり造形物の各断面形状を形成するための層（以下造形層という）を形成する。
焼結造形材料１は、粉末の「第１の無機粒子」から成る粉末材料２および「第１の熱可塑性バインダー」としてのバインダー材料３ａ、「第２の熱可塑性バインダー」としてのバインダー材料３ｂなどによって構成される。
【００４５】
［粉末材料］
粉末材料２は、焼結造形材料１を用いて形成される焼結造形物の主要な構成材料である。
粉末材料２は、「第１の無機粒子」としての無機粒子２ａの集合体として構成される。
無機粒子２ａには、金属粒子やセラミック粒子を用いることができる。無機粒子２ａは、平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ以下の略球形であることが好ましく、１μｍ以上１５μｍ以下であることが更に好ましい。また、真球形状に近いほどより好ましい。これにより、焼結造形物の形状に係る制御性、特に焼結造形物の外形を規定する辺や角部における形状の制御性が向上する。
また、無機粒子２ａの粒径は、焼結造形材料１によって形成される造形層の平均厚さ以下であることが好ましく、造形層の平均厚さの２分の１以下であることがより好ましい。これにより、造形層における無機粒子２ａの体積充填率を向上させ、ひいては、焼結造形物の機械的強度を向上させることができる。
【００４６】
また、粉末材料２には、上記粒径の範囲内で、互いに異なる粒径の無機粒子２ａが含まれていることが好ましい。なお、無機粒子２ａの粒径の分布としては、ガウス分布（正規分布）に近い分散であってもよいし、最大径側あるいは最小径側に粒径分布の最大値を有するような分散（片分散）であってもよい。
無機粒子２ａの粒径が単一の値である場合、焼結造形物を形成したときの無機粒子２ａによる体積充填率は、最密充填時の理論値である６９．８％を超えることはなく、実際には５０〜６０％程度の充填率となる。これに対し、粉末材料２に互いに異なる粒径の無機粒子２ａが含まれる（粒径が範囲を持って分布する）ようにすれば、例えば相対的に大きな粒径を有した無機粒子２ａ同士によって形成された空隙に、相対的に粒径の小さい無機粒子２ａが配置されることによって体積充填率が向上される。これにより、焼結造形物の機械的強度を向上させることができる。
【００４７】
粉末材料２（無機粒子２ａ）には、好適例としてステンレス合金粉末を使用している。なお、粉末材料２は、ステンレス合金粉末に限定するものではなく、例えば、カルボニル鉄粉末、チタン合金粉末、その他の金属合金粉末、あるいはチタンアルミニウムなどの金属間化合物粉末などであっても良い。また、セラミック粉末の場合、アルミナ粉末、ジルコニア粉末などであっても良い。
【００４８】
バインダー材料３ａ，３ｂは、熱可塑性の高分子化合物であり、焼結造形材料１において粉末材料２とバインダー材料３ａ，３ｂとを混ぜ、無機粒子２ａを略均一に分散させたときに無機粒子２ａ同士を結着する機能を有する。図１に示すように、粉末材料２とバインダー材料３ａ，３ｂとが略均一に分散するように混ぜ合わせたとき、バインダー材料３ａ，３ｂは、例えば、フレーク状のバインダーフレーク３ａｆ，３ｂｆとして無機粒子２ａを結着している。
【００４９】
［バインダー材料］
バインダー材料３ａには、例えば、好適例として、融点が５５℃〜５８℃、熱分解開始温度が、約２００℃のポリカプロラクトンジオールを用いている。
バインダー材料３ａは、ポリカプロラクトンジオールに限定するものではなく、常温で固体の熱可塑性を有し、熱分解開始温度が５０℃以上３５０℃未満のバインダーであれば良く、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体などであっても良い。エチレン酢酸ビニル共重合体の融点は、５０〜１００℃、熱分解開始温度は、約２５０℃である。
それぞれ、常温では、ろう状、ワセリン状、フレーク状などの固体で、融点を超えると融解し液体となる。
【００５０】
バインダー材料３ｂとしては、例えば、好適例として、融点が、１２０℃、熱分解開始温度が、４００℃のポリエチレンを用いている。常温では、ろう状、ワセリン状、フレーク状などの固体で、融点を超えると融解し液体となる。
なお、バインダー材料３ｂには、その熱分解開始温度が、無機粒子２ａの焼結温度より低いものを用いる。
バインダー材料３ｂは、ポリエチレンに限定するものではなく、常温で固体の熱可塑性を有し、熱分解開始温度が３５０℃以上７５０℃以下のバインダーであれば良く、例えば、ポリプロピレンなどであっても良い。
［配合比］
焼結造形物において粉末材料２を構成する粒体の充填率が高くなるほど、焼結造形物の形状に係る精度が高められる。それゆえに、焼結造形物の形状に係る精度を高める上では、粒体が密に充填されるべく、密に充填された粒体の隙間よりもバインダー材料３の占める体積が小さくなるような配合比が好ましい。したがって、（Ａ）粉末材料２：（Ｂ）バインダー材料３ａ、３ｂの体積比として、７：３〜９：１の範囲が好ましい。また、（Ｂ）バインダー材料３ａ：（Ｃ）バインダー材料３ｂの体積比として、８：２〜９：１の範囲が好ましい。
［実施例］
（Ａ）粉末材料２としてステンレス合金粉末を、（Ｂ）バインダー材料３aとしてポリカプロラクトンジオールを、（Ｃ）バインダー材料３ｂとしてポリエチレンを、体積比（Ａ）：（Ｂ）：（Ｃ）＝７．５：２．２５：０．２５で混練することにより、本実施形態に係る焼結造形材料１を作成した。
【００５１】
なお、焼結造形材料１には、溶媒を含んでも良い。溶媒としては、水および無機塩の水溶液等の非有機系溶媒を含む水系溶媒が好ましい。水系溶媒としては、水を用いることが更に好ましい。焼結造形材料１に溶媒を含むことで、粉末材料２が均一に分散したペースト状の焼結造形材料をより容易に得ることができる。また、溶媒によって、ペースト状の焼結造形材料をより展延させやすくなるため、積層造形法において、焼結造形材料を積層するための層（造形層）をより薄く形成することができる。を容易に展延することができる。
【００５２】
また、上記水系溶媒は、水溶性の有機溶媒を添加したものであってもよい。例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、 ノルマルプロピルアルコール、ブタノール、イソブタノール、ＴＢＡ（ターシャリーブタノール）、ブタンジオール、エチルヘキサノール、ベンジルアルコールなどのアルコール類や、１．３ ジオキソラン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、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メチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのグリコールエーテル類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類、イソプロピルエーテル、メチルセロソルブ、セロソルブ、ブチルセロソルブ、ジオキサン、ＭＴＢＥ（メチルターシャリーブチルエーテル）、ブチルカルビトール、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒が挙げられる。
水溶性の有機溶媒が添加されることにより、粉末材料２が均一に分散したペースト状の焼結造形材料をより容易に得ることができる。また、溶媒によって、ペースト状の焼結造形材料をより展延させやすくなるため、積層造形法において、焼結造形材料を積層するための層（造形層）をより薄く形成することが可能となる。
［実施例］
（Ａ）粉末材料２としてステンレス合金粉末を、（Ｂ）バインダー材料３ａとしてポリビニルアルコールを、（Ｃ）バインダー材料３ｂとしてポリエチレンを、（Ｄ）水系溶媒として水とテトラヒドロフランの混合液を、体積比（Ａ）：（Ｂ）：（Ｃ）：（Ｄ）＝６．２：０．４５：０．０５：３．３で混練することにより、本実施形態に係る焼結造形材料１を作成した。
【００５３】
＜焼結造形装置＞
図２は、本実施形態に係る焼結造形装置１００を説明する模式図である。
図２において、Ｚ軸方向が上下方向、−Ｚ方向が鉛直方向、Ｙ軸方向が前後方向、＋Ｙ方向が手前方向、Ｘ軸方向が左右方向、＋Ｘ方向が左方向、Ｘ−Ｙ平面が、焼結造形装置１００が設置される平面と平行な面としている。
【００５４】
焼結造形装置１００は、焼結造形材料１を用いて積層造形法により３次元形状の立体モデル（焼結造形物）を造形する装置である。
焼結造形装置１００は、材料供給部１０、加熱部２０、展延部３０、造形部４０、描画部５０、硬化部６０、現出部７０、脱脂焼結部８０、およびそれぞれを制御する制御部（図示省略）などを備えている。
【００５５】
材料供給部１０は、収容された焼結造形材料１を加熱部２０に供給する部分であり、例えば、図２に示すようなホッパー１１を備えている。ホッパー１１は加熱部２０の上方に位置する材料吐出口１２から内部に収容された焼結造形材料１を加熱部２０に供給する。
なお、材料供給部１０は、この構成に限定するものではなく、例えば、焼結造形材料１を収容したカートリッジを装填し加熱する装填部を備え、装填されたカートリッジをバインダー材料３ａ，３ｂの融点以上に加熱することで焼結造形材料１に流動性を持たせて加熱部２０に供給する構成（図示省略）などであっても良い。
【００５６】
加熱部２０は、焼結造形材料１をバインダー材料３ａ，３ｂの融点以上の温度に加熱し維持するホットプレート２１を備えている。材料供給部１０から供給された焼結造形材料１は、ホットプレート２１上でバインダー材料３ａ，３ｂが融解することで、流動性の有る流動性造形材料４となる。
【００５７】
展延部３０は、スクイージ３１を備えている。
スクイージ３１は、Ｘ軸方向に移動可能に設けられたＹ軸方向に延在する細長い板状体であり、Ｘ−Ｙ平面上で流動性造形材料４を−Ｘ方向にすり押すように移動させることで、流動性造形材料４を薄く展延させることができる。
展延部３０は、造形部４０が備えるステージ４１上に流動性造形材料４を展延し造形層５を形成する。
なお、流動性造形材料４を薄く展延させる方法は、スクイージ３１により展延する方法に限定するものでない。例えば、エアにより押圧して展延する方法や、加熱部を備えたステージを回転させて遠心力により展延する方法などであっても良い。
【００５８】
造形部４０は、ステージ４１と、ステージ４１をＺ軸方向に昇降させるステージ昇降機構４２などを備えている。ステージ４１は、ホットプレート２１と同一の面内（同一の高さ）に位置する初期位置において、スクイージ３１によって、流動性造形材料４が展延されるＸ−Ｙ平面を構成する。
【００５９】
ステージ４１は、常温（例えば室温）に維持され、ステージ４１上に展延された流動性造形材料４は、融点未満になると流動性を失い、先に形成された造形層５上に新たに造形層５として積層される。展延された流動性造形材料４は、融点未満になるまで放置しても良いし、冷却しても良い。冷却方法としては、ファンなどを用いて造形層５に常温あるいは冷却した風を送風する方法や、造形層５に冷却プレートを接触させる方法などが可能である。
【００６０】
ステージ昇降機構４２は、ステージ４１上に展延され形成された造形層５の層厚みに応じてステージ４１を降下させる。ステージ４１が降下することで、造形層５の表面がホットプレート２１と同一の面内（同一の高さ）に位置するようになり、再び、スクイージ３１によって流動性造形材料４が展延され造形層５として積層されるＸ−Ｙ平面が構成される。
【００６１】
描画部５０は、吐出ヘッド５１、カートリッジ装填部５２、キャリッジ５３、キャリッジ移動機構５４（構成図省略）などを備えている。
吐出ヘッド５１は、インクジェット法により「液滴」としての紫外線硬化性インク（ＵＶインク８）をステージ４１上の造形層５に吐出するノズル（図示省略）を備えている。
カートリッジ装填部５２は、ＵＶインク８を収容したインクカートリッジを装填し、ＵＶインク８を吐出ヘッド５１に供給する。
キャリッジ５３は、吐出ヘッド５１、カートリッジ装填部５２（つまりはインクカートリッジ）を搭載し、キャリッジ移動機構５４によって、ステージ４１の上面を移動する。
キャリッジ移動機構５４は、Ｘ−Ｙ軸直動搬送機構を有し、キャリッジ５３をＸ−Ｙ平面で移動（走査）させる。
【００６２】
描画部５０は、制御部による制御によって、ステージ４１上に展延された造形層５に、ＵＶインク８による所望の画像（焼結造形物の断面形状を反映した画像）を形成する。具体的には、制御部は、予め入力された焼結造形物を構成する各断面層の画像情報を有し、この画像情報に応じて、吐出ヘッド５１を移動する位置、ＵＶインク８を吐出するタイミングを制御し、対応する各造形層５にＵＶインク８を付与する。
【００６３】
硬化部６０は、造形層５に付与されたＵＶインク８を硬化させる光照射手段としての紫外線照射機６１を備えている。
【００６４】
現出部７０は、造形層のＵＶインク８が付与されていない領域（非造形部５ｂ）を除去して造形物６を現出する部分であり、造形部４０の−Ｘ側に配置されている。現出部７０は、切削ナイフ、回転ブラシなどの不要部除去手段（図示省略）を備えており、搬送機構４３によって造形部４０から搬送された造形物（造形層５の積層物）に対して現出処理を行う。
なお、現出処理は、バインダー材料３ａ，３ｂが水溶性の場合において、水洗などにより非造形部５ｂを洗い流し除去する方法であってもよいため、不要部除去手段として、水洗槽などを備える構成であっても良い。
【００６５】
脱脂焼結部８０は、非造形部５ｂが除去された造形物６を脱脂し、焼結処理する部分であり、現出部７０の−Ｘ側に配置されている。脱脂焼結部８０は、脱脂焼結炉８１、加熱ヒーター８２、脱脂ガス供給設備８３、排気設備８４などを備えており、搬送機構４３によって現出部７０から搬送された造形物６に対して脱脂焼結処理を行う。
【００６６】
なお、焼結造形装置１００は、現出部７０および脱脂焼結部８０が、造形部４０から連続して設けられている構成を例に説明したが、これに限定するものではない。例えば、現出部７０および脱脂焼結部８０と、あるいは、現出部７０と脱脂焼結部８０のそれぞれとが別体で構成されていても良い。
【００６７】
＜焼結造形方法＞
次に、上述した焼結造形材料１および焼結造形装置１００を使用した焼結造形方法について説明する。
本実施形態に係る焼結造形方法は、以下の工程を含んでいる。
（１）無機粒子２ａと無機粒子２ａ同士を結着するバインダー材料３ａ，３ｂとを含む焼結造形材料１を、バインダー材料３ａ，３ｂの融点以上の温度に加熱し、流動性造形材料４を形成する工程
（２）流動性造形材料４を展延し、バインダー材料３ａ，３ｂの融点未満の温度に冷却して造形層５を形成する工程
（３）造形層５を積層する工程
（４）積層された造形層５の所望の領域にＵＶインク８を付与する工程
（５）造形層５の所望の領域に付与されたＵＶインク８を硬化させる工程
（６）造形層５のＵＶインク８が付与されていない領域を除去して造形物６を現出する工程
（７）造形物６を脱脂処理する工程
（８）造形物６を焼結処理する工程
【００６８】
以下、図２を参照して順に説明する。
なお、焼結造形装置１００に焼結造形材料１を供給した後の工程から造形物６の焼結処理を行う工程までは、焼結造形装置１００が備える制御部の制御によって行われる。
【００６９】
まず、無機粒子２ａおよびバインダー材料３ａ，３ｂを含む焼結造形材料１を準備し、材料供給部１０（ホッパー１１）に充填する。それぞれの比率は、無機粒子２ａの粒径、粒径の分布、無機粒子２ａによる体積充填率、展延して形成する造形層５の層厚みなど、焼結造形物の造形仕様に応じ、適宜設定することが望ましい。また、それぞれの分散が均一になることが好ましい。
【００７０】
次に、材料供給部１０から加熱部２０（ホットプレート２１）に焼結造形材料１を供給する。一度に加熱部２０に供給される焼結造形材料１の量は、造形層５の１層分の量に見合う量に制御されている。
加熱部２０は、ホットプレート２１により焼結造形材料１をバインダー材料３ａ，３ｂの融点以上の温度に加熱し、バインダー材料３ａ，３ｂを融解することで、流動性造形材料４を形成する。
【００７１】
次に、展延部３０により流動性造形材料４をステージ４１上に展延する。具体的には、流動性を帯びた焼結造形材料１（流動性造形材料４）の＋Ｘ側に当接させたスクイージ３１を−Ｘ方向に移動させることによってステージ４１の表面に押し伸ばす。
【００７２】
ステージ４１は、常温（例えば室温）に維持されており、ステージ４１上に展延された流動性造形材料４が常温に冷却される。流動性造形材料４は、常温に冷却されることで、バインダー材料３ａ，３ｂが凝固し、造形層５が形成される。
造形層５の層厚みは、スクイージ３１による展延の仕様によって制御される。具体的には、造形層５の層厚みは、スクイージ３１の下端とＸ−Ｙ平面（例えば初期位置におけるステージ４１の表面）との間隙の大きさ、スクイージ３１の移動速度、流動性造形材料４の粘度などによって変化するため、所望の厚みになるように適宜設定を行うことが望ましい。
【００７３】
次に、描画部５０は、ステージ４１上に形成された造形層５に、ＵＶインク８による所望の画像を形成する。具体的には、予め制御部に入力された焼結造形物を構成する各断面層の画像情報に応じて、吐出ヘッド５１を移動させながらＵＶインク８を吐出して、焼結造形物の断面形状に対応する位置にＵＶインク８を付与する。
【００７４】
図３は、焼結造形装置１００によって造形層５の所望の領域にＵＶインク８を付与した様子を示す概念図である。
図１においてフレーク状に分散していたバインダー材料３ａ，３ｂは、一旦融解し凝固することで、無機粒子２ａの体積充填率を高め、造形層５の全体に略均一に分布する。所望の位置に選択的に付与されたＵＶインク８は、図３に示すように、無機粒子２ａ、バインダー材料３ａ，３ｂを含む領域に浸透し、造形部５ａが形成される。
【００７５】
次に、硬化部６０は、造形層５に付与されたＵＶインク８を硬化させる。具体的には、キャリッジ５３をステージ４１上から退避させた後に、紫外線照射機６１によって造形層５に紫外線を照射し、造形層５に付与されたＵＶインク８を硬化させることで、造形部５ａを硬化させる。
なお、ＵＶインク８の硬化は、次に積層される造形層５に付与されるＵＶインク８との界面の接合強度を保つために、光重合が完了しない程度に紫外線を照射し硬化させることが好ましい。
また、焼結造形装置１００は、紫外線照射機６１をキャリッジ５３に搭載する構成としても良く、ＵＶインク８を付与しながら紫外線を照射し硬化させる方法であっても良い。
【００７６】
次に、ステージ昇降機構４２は、ステージ４１上に展延され形成された造形層５の層厚みに応じてステージ４１を降下させる。ステージ４１が降下することで、造形層５の表面がホットプレート２１と同一の面内に位置するようになり、再び、スクイージ３１によって流動性造形材料４が展延され造形層５として積層されるＸ−Ｙ平面が構成される。
【００７７】
以降、材料供給部１０から加熱部２０に焼結造形材料１を供給する工程から上記の工程までを繰り返し、造形層５を積層する。つまり、２層目以降の造形層５は、先に形成された造形層５の上に積層される。
なお、流動性造形材料４を展延して造形層５を形成する工程をステージ４１上以外の場所で行い、造形層５を順次ステージ４１に移送することで積層する方法であっても良い。
【００７８】
造形層５の積層が造形物６の造形に対応した高さに達し積層が完了したら、これを造形部４０から取り出し、造形物６を現出させる。具体的には、搬送機構４３によって造形物（造形層５の積層物）を造形部４０から現出部７０に搬送し、不要部除去手段によってＵＶインク８が付与されていない非造形部５ｂを除去することで造形物６を現出させる。
【００７９】
次に、現出させた造形物６を脱脂焼結部８０に移し、脱脂処理をする。具体的には、まず、搬送機構４３によって現出部７０から脱脂焼結炉８１の内部に造形物６を搬送し、造形物６の脱脂を行う。脱脂は、最終的にバインダー材料３ａ，３ｂおよびＵＶインク８を加熱分解することを目的として行うが、この脱脂工程では、バインダー材料３ｂの熱分解開始温度未満の、バインダー材料３ａの脱脂が開始する温度範囲（好適例においては、ポリカプロラクトンジオールの熱分解開始温度（約２００℃）を超える温度（３００℃））で加熱処理をし、バインダー材料３ａの脱脂を進める。バインダー材料３ａが熱分解することによって発生した分解成分は、脱脂ガス供給設備８３から供給される脱脂用ガスによって、排気設備８４から排出される。
【００８０】
次に、バインダー材料３ａが脱脂された造形物６の焼結処理を行う。具体的には、無機粒子２ａの焼結温度以上、融点未満の温度範囲で加熱することにより、無機粒子２ａの焼結を進める。（好適例においては、ポリエチレンの熱分解開始温度（４００℃）を超える温度以上であり、ステンレス合金粉末が焼結される１３００℃で加熱処理を行う。）この温度において、バインダー材料３ｂおよびＵＶインク８は熱分解し、発生した分解成分は、脱脂ガス供給設備８３から供給される脱脂用ガスによって、排気設備８４から排出される。無機粒子２ａの焼結が完了することで、所望の焼結造形物が得られる。
【００８１】
以上述べたように、本実施形態による焼結造形材料、焼結造形方法、焼結造形物および焼結造形装置によれば、以下の効果を得ることができる。
焼結造形材料１は、無機粒子２ａ同士を結着するバインダー材料３ａとバインダー材料３ｂとを含んでいる。そのため、バインダー材料３ａとバインダー材料３ｂの融点以上の温度においては、無機粒子２ａの飛散が抑制された状態で焼結造形材料１を容易に展延することができる。つまり、焼結造形材料１を積層するための層（造形層）をより薄く形成することができる。また、この造形層を積層して造形する積層造形法によって、造形物が造形され、造形物を脱脂、焼結することによって焼結造形物を造形することができる。その結果、溶融物堆積法などに比較して、より高い生産性でより高精細の焼結造形物を造形することができる。
【００８２】
また、バインダー材料３ｂの熱分解開始温度が、バインダー材料３ａの熱分解開始温度より高いため、造形物６を脱脂、焼結して焼結造形物を造形する工程において、焼結造形材料１に対して、より広い温度幅の加熱工程を設けることができる。具体的には、脱脂を開始する加熱工程から、より高温にして焼結を行う加熱工程までの広い温度範囲において、バインダーの熱分解を段階的に進めることができるため、形状の変化や崩壊を抑えながら焼結造形を行うことができる。
【００８３】
より具体的には、バインダー材料３ａの熱分解開始温度が５０℃以上３５０℃未満であるため、この熱分解開始温度を超え、バインダー材料３ｂの熱分解開始温度（３５０℃以上７５０℃以下）未満までの温度範囲で焼結造形材料１を加熱することで、バインダー材料３ａを対象とした脱脂を進めることができる（好適例においては、ポリカプロラクトンジオールの熱分解開始温度（約２００℃）を超え、ポリエチレンの熱分解開始温度（４００℃）までの温度範囲の温度で焼結造形材料１を加熱する。）。つまり、無機粒子２ａの焼結が開始する前の温度において、一部のバインダー（バインダー材料３ａ）の脱脂を進めることができる。また、この温度範囲において熱分解が開始しないバインダー材料３ｂによって無機粒子２ａが支えられるため、形状の変化や崩壊を抑えながら脱脂の度合いを高めることができる。
【００８４】
また、バインダー材料３ｂの熱分解開始温度が３５０℃以上７５０℃以下であるため、この熱分解開始温度を超える温度で焼結造形材料１を加熱することで、バインダー材料３ｂを対象とした脱脂を進めることができる（好適例においては、ポリエチレンの熱分解開始温度（４００℃）を超える温度で焼結造形材料１の加熱を行う。）。また、熱分解開始温度が３５０℃以上７５０℃以下と比較的高温であることから、無機粒子２ａの焼結が開始する温度（あるいはその付近の温度）において、並行してバインダー材料３ｂを対象とした脱脂を行うことができる。その結果、形状の変化や崩壊を抑えながら焼結造形を行うことができる。
【００８５】
また、焼結造形材料１に溶媒を含む場合には、無機粒子２ａが均一に分散したペースト状の焼結造形材料１をより容易に得ることができる。また、溶媒によって、ペースト状の焼結造形材料１をより展延させやすくなるため、積層造形法において、焼結造形材料１を積層するための層（造形層）をより薄く形成することができる。その結果、より高精細の焼結造形を行うことができる。
【００８６】
すなわち、本実施形態の焼結造形材料、焼結造形方法、および焼結造形装置によれば、無機粒子２ａの飛散が抑制された状態で焼結造形材料１を容易に展延することができ、また、焼結造形材料１を積層するための造形層５をより薄く形成することができる。また、この造形層５を積層して造形する積層造形法によって、造形物６が造形され、造形物６を脱脂、焼結することによって焼結造形物を造形することができる。脱脂を開始する加熱工程から、より高温にして焼結を行う加熱工程までの広い温度範囲において、バインダーの熱分解を段階的に進めることができるため、形状の変化や崩壊を抑えながら焼結造形を行うことができる。その結果、溶融物堆積法などに比較して、より高い生産性でより高精細の焼結造形物を、より安定して造形することができる。
【００８７】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る焼結造形方法および焼結造形物について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
実施形態２は、「液滴」が、「第２の無機粒子」を含むことを特徴としている。実施形態２の焼結造形方法は、実施形態１で用いたＵＶインク８に代わりＵＶインク９を用いる点が異なるのみで、他は実施形態１の焼結造形方法と同じである。
【００８８】
図４は、造形層５の所望の領域にＵＶインク８を付与した様子を示す図３に対して、「第２の無機粒子」としての無機粒子２ｂを含む「液滴」としてのＵＶインク９を付与した様子を示す概念図である。
ＵＶインク９は、ＵＶインク８に更に無機粒子２ｂを含んだ紫外線硬化性インクである。
無機粒子２ｂには、無機粒子２ａより平均粒径が小さな、無機粒子２ａと同様の金属粒子やセラミック粒子を用いることが好ましい。無機粒子２ｂは、平均粒径が０．００１μｍ以上１０μｍ以下の略球形であることが好ましく、０．００１μｍ以上５μｍ以下であることが更に好ましい。また、真球形状に近いほどより好ましい。
【００８９】
図４に示すように、無機粒子２ａに比較して粒径の小さい無機粒子２ｂは、ＵＶインク９が造形層５の内部に浸透するのに伴って無機粒子２ａの隙間に入り込んでいく。
以降の工程では、実施形態１の焼結造形方法と同様の処理を行い焼結造形物を得る。
【００９０】
本実施形態による焼結造形方法および焼結造形物によれば、上述した実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることが出来る。
造形層５の所望の領域に付与するＵＶインク９が、無機粒子２ｂを含んでいる。つまり、所望とする造形物の断面形状を形成する造形層５の所望の領域に無機粒子２ｂを含んだＵＶインク９が付与されるため、脱脂工程を経て焼結される造形物６は、無機粒子２ａに加え、無機粒子２ｂを含んで構成される。つまり、無機粒子２ａのみで構成される造形物６に比較して、より無機粒子の充填率が高い造形物６を得ることができる。その結果、より剛性が高く、また、焼結工程による寸法変化がより抑制されるため、より精度の高い焼結造形物を得ることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１…焼結造形材料、２…粉末材料、２ａ，２ｂ…無機粒子、３ａ，３ｂ…バインダー材料、３ａｆ…バインダーフレーク、４…流動性造形材料、５…造形層、５ａ…造形部、５ｂ…非造形部、６…造形物、８，９…ＵＶインク、１０…材料供給部、１１…ホッパー、１２…材料吐出口、２０…加熱部、２１…ホットプレート、３０…展延部、３１…スクイージ、４０…造形部、４１…ステージ、４２…ステージ昇降機構、４３…搬送機構、５０…描画部、５１…吐出ヘッド、５２…カートリッジ装填部、５３…キャリッジ、５４…キャリッジ移動機構、６０…硬化部、６１…紫外線照射機、７０…現出部、８０…脱脂焼結部、８１…脱脂焼結炉、８２…加熱ヒーター、８３…脱脂ガス供給設備、８４…排気設備、１００…焼結造形装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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