(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形技術を用いて、粉体材料が配置される造形可能領域のうち、第１の液体材料を第１の領域に供給し、前記第１の領域の前記粉体材料を硬化させることで、溶媒により溶解されない非溶性の第１の部分を形成し、
積層造形技術を用いて、前記造形可能領域のうち、前記第１の液体材料とは異なる、第２の液体材料を、前記第１の領域に囲まれるように設けられた第２の領域の前記粉体材料に供給し、前記第２の領域の前記粉体材料を硬化させることで、前記溶媒により溶解され得る可溶性の第２の部分を形成し、
造形の対象となる対象物の３次元画像データに基づく成形型と、形成された前記第１の部分及び前記第２の部分を含む硬化物との間に、前記粉体材料とは異なる材料を供給し、これを硬化させることで、少なくとも前記第１の部分の一部を覆う、前記第１の部分及び前記第２の部分とは異なる第３の部分を形成し、
前記第３の部分の形成後、前記第２の部分を前記溶媒により溶解させる
造形物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の造形物の製造方法であって、
前記対象物の３次元画像データに基づき、前記成形型を形成する
造形物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の造形物の製造方法であって、
前記第３の部分を形成するための材料は、可視光の透過型の材料である
造形物の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記第１の部分は、前記造形の対象となる対象物には含まれない部分に対応するベース部と、前記ベース部上に形成される、前記対象物に含まれる部分に対応する本体部とを有し、
前記第３の部分を形成する工程では、前記成形型により前記本体部が覆われるように前記成形型が前記ベース部に当接した状態で、前記第３の部分を形成する材料を供給する
造形物の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記第３の部分が前記第１の部分より柔らかくなるように前記造形物が形成される
造形物の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
前記第１の液体材料は、バインダーを含む液体材料であり、
前記第２の液体材料は、前記バインダーを含まない液体材料である
造形物の製造方法。
【請求項７】
請求項１から６のうちいずれか１項に記載の造形物の製造方法であって、
積層造形技術において、インクジェットヘッドにより前記第１の液体材料及び前記第２の液体材料を吐出させる
造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、積層造形技術を用いた造形物の製造方法及びその造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、積層造形技術により人体のモデルを製造する技術が開示されている。具体的には、この製造方法は、ＣＴ（Computed Tomography）スキャナーにより得られた形状データを、コンピュータで図形処理することで、多層の断面情報を取得し、その多層の断面情報に基づいて、感光性樹脂に光線を照射して単位厚さごとに感光性樹脂を硬化させることにより人体のモデルを形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、積層造形技術を用いた例として、特許文献２に記載の３次元造形装置は、ＣＴ画像データに基づいて、インクジェットヘッドを用いて粉体材料にインクを選択的に供給することにより、粉体材料を硬化させ、造形物を形成する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２３６６２７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９４９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
造形物の外観だけでなく、その内部の構造を正確に再現することができる造形物の実現が望まれている。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、内部の構造を正確に再現することができる造形物の製造方法及び造形物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本技術に係る造形物の製造方法は、粉体材料が配置される造形可能領域のうち、第１の液体材料を第１の領域に供給し、前記第１の領域の前記粉体材料を硬化させることで、溶媒により溶解されない非溶性の第１の部分を形成することを含む。
積層造形技術を用いて、前記造形可能領域のうち、前記第１の液体材料とは異なる、第２の液体材料を、前記第１の領域に囲まれるように設けられた第２の領域の前記粉体材料に供給し、前記第２の領域の前記粉体材料を硬化させることで、前記溶媒により溶解され得る可溶性の第２の部分が形成される。
前記第２の部分が前記溶媒により溶解される。
【０００８】
本技術では、非溶性の第１の部分に囲まれるように設けられた可溶性の第２の部分を溶媒により溶解させることにより、第１の部分に囲まれるように設けられた空洞部を有する造形物を形成することができる。これにより、この造形物の内部に空洞部を形成することができ、その内部の構造を正確に再現することができる。
【０００９】
完成された造形物において、空洞部のすべてが第１の部分に囲まれている必要はなく、例えばその空洞部の一部が第１の部分から露出していてもよい。あるいは、完成された造形物のうち、空洞部のすべてが第１の部分に囲まれている場合、第２の部分を溶解させてその第２の部分を除去するために、少なくとも第１の部分の一部に穴が設けられていればよい。
【００１０】
前記造形物の製造方法は、前記第２の部分を前記溶媒により溶解させる前に、さらに、造形の対象となる対象物の３次元画像データに基づき、前記造形物のうち前記第１及び前記第２の部分とは異なる第３の部分を形成するための成形型を形成することを含んでもよい。
前記成形型と、前記形成された、前記第１の部分及び前記第２の部分を含む硬化物との間に、前記粉体材料とは異なる材料を供給し、これを硬化させることで、少なくとも前記第１の部分の一部を覆う前記第３の部分が形成される。
【００１１】
第２の部分が溶媒により溶解される前に、第３の部分を形成するための材料が、成形型に供給されるので、第２の部分は第３の部分が形成される時に用いられるマスクあるいはスペーサーとして機能することができる。
【００１２】
前記第３の部分を形成するための材料は、可視光の透過型の材料であってもよい。第３の部分が造形物の表面を含む層を形成する部分である場合、ユーザーが、造形物の外側から、第３の部分を介して造形物の内部を見ることができる。
【００１３】
前記第１の部分は、前記造形の対象となる対象物には含まれない部分に対応するベース部と、前記ベース部上に形成される、前記対象物に含まれる部分に対応する本体部とを有してもよい。その場合、前記第３の部分を形成する工程では、前記成形型により前記本体部が覆われるように前記成形型が前記ベース部に当接した状態で、前記第３の部分が形成する材料を供給される。これにより、容易に第３の部分を形成することができる。
【００１４】
前記第３の部分が前記第１の部分より柔らかくなるように前記造形物が形成されてもよい。これにより、内部の構造に比べ柔らかい表層の構造を有する造形物を実現できる。
【００１５】
前記第１の液体材料は、バインダーを含む液体材料であり、前記第２の液体材料は、前記バインダーを含まない液体材料であってもよい。
【００１６】
積層造形技術において、インクジェットヘッドにより前記第１及び前記第２の液体材料が吐出されてもよい。これにより、高精細な造形物を形成することができる。
【００１７】
本技術に係る造形物は、上記の製造方法により製造された造形物である。
【発明の効果】
【００１８】
以上、本技術によれば、造形物の内部の構造を正確に再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す造形装置の側面図である。
【図３】図３は、図１に示す造形装置の平面図である。
【図４】図４は、一実施形態に係るプリントヘッドを示す図であり、下方から見た斜視図である。
【図５】図５は、造形装置の機械的な動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。
【図６】図６は、造形物の一例として、人間の頭部の一部の造形物を示す図である。
【図７】図７は、図６におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図８は、図６の造形物の製造方法を説明するための図であり、頭蓋骨のＣＴデータ等を示す。
【図９】図９は、図６の造形物の製造方法を説明するための図であり、肉部のＣＴデータ等を示す。
【図１０】図１０は、図６の造形物の製造方法を順に説明するための図である。
【図１１】図１１は、図６の造形物の製造方法を説明するための図であり、離型により肉部が形成された造形物を示す図である。
【図１２】図１２は、人間の組織のＣＴ値を示す表である。
【図１３】図１３は、他の例に係る造形物の製造方法を説明するための図であり、ＣＴデータを示す。
【図１４】図１４は、図１３に示した造形物の製造方法を説明するための図であり、造形装置の造形可能領域を、Ｚ方向で見た断面図である。
【図１５】図１５は、造形可能領域内で形成される、図１４に示した硬化物の表面に肉部を形成するための成形型の硬化物を示す断面図である。
【図１６】図１６は、図１５に示した成形型を用いて、顎部を覆うように肉部が形成された造形物を示す断面図である。
【図１７】図１７は、顎部の内部の硬化物が溶解して形成された造形物を示す断面図である。
【図１８】図１８は、顎部及び腫瘍部を含む、最終的な造形物を概略的に示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
【００２１】
[造形装置]
【００２２】
（造形装置の構成）
図１は、本技術の一実施形態に係る造形装置を示す図である。図２は、図１に示す造形装置の側面図であり、図３は、その平面図である。
【００２３】
造形装置１００は、造形ユニット５０と、これに隣接して配置された制御ユニット６０とを備える。造形ユニット５０は、フレーム１と、このフレーム１上に固定されたプレート２とを備える。プレート２の概ね中央部には、プレート２の長手方向であるＹ方向に沿って造形作業用の開口部２ａが設けられている。その開口部２ａの下部には、粉体材料（以下、単に粉体という。）の供給部１０、粉体による造形物が形成される造形部２０、及び、粉体の排出路部材３１（図１ではこれを省略）が配置されている。これら供給部１０、造形部２０及び排出路部材３１は、図２及び図３に示すように、それらの図中左側からＹ方向に沿って順に並ぶように配置されている。
【００２４】
なお、プレート２上にも図示しないフレームが設けられ、図１に示すように、フレームにカバーが取り付けられている。カバーはアクリル等により形成され、ユーザーが、造形ユニット５０の外部からその内部を見ることができるようになっている。また、このカバーは、静電気を帯びた粉体が取り付いたりして視認性を妨げないように、静電防止処理が施されている。
【００２５】
供給部１０は、粉体４（図５参照）を貯留することが可能な供給ボックス１１、供給ボックス１１内に配置され供給ボックス１１に貯留された粉体４を下から押し上げることで、開口部２ａを介してプレート２上に粉体４を供給する供給ステージ１２、供給ステージ１２を供給ボックス１１内で昇降させる昇降機構１３を有する。昇降機構１３として、ボールネジ機構、ベルト機構、ラックアンドピニオン機構、またはシリンダ機構等が用いられる。
【００２６】
図１及び２に示すように、この供給部１０上には、作業者またはロボットにより粉体が供給されて一時的に貯溜されるタンクシューター１５が設けられている。タンクシューター１５の底部には、例えば電気的な制御で開閉する図示しないカバーが設けられている。このカバーが開くと、貯溜されている粉体が自重で落下し、供給部１０に供給される。
【００２７】
粉体４としては、水溶性の材料が用いられ、例えば、食塩、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどの無機物が用いられる。塩化ナトリウムとにがり成分（硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウムなど）が混合されたものが用いられてもよい。すなわち、これは塩化ナトリウムを主成分とするものである。あるいは、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸ナトリウム、メタアクリル酸アンモニウム、メタアクリル酸ナトリウムやその共重合体などの有機物を用いることもできる。
【００２８】
粉体４の平均粒子径は、典型的には10μm以上100μm以下である。食塩が用いられることにより、例えば金属またはプラスチック等の粉体材料を用いる場合に比べ、粉体材料の抽出や加工等に要するエネルギーが低いので環境に良い。
【００２９】
供給部１０に隣接して配置された造形部２０は、粉体４を貯留することが可能な造形ボックス２１、造形ボックス２１内に配置され、粉体４が堆積され、形成される造形物を下から支持する造形ステージ２２、造形ステージ２２を造形ボックス２１内で昇降させる昇降機構２３を有する。昇降機構２３として、ボールネジ機構、ベルト機構、ラックアンドピニオン機構、またはシリンダ機構等が用いられる。
【００３０】
図２で見て、造形ボックス２１のＸ方向の長さは10〜30cm、そのＹ方向の長さは20〜50cmに設定されるが、この範囲に限られない。この造形ボックス２１内に収容された粉体が配置される領域が、造形可能領域となる。
【００３１】
各ボックス１１、２１及び３１の上部は開口され、それらの開口面は、プレート２の開口部２ａにそれぞれ対面するように配置されている。
【００３２】
プレート２の開口部２ａの供給部１０側の端部付近には、供給部１０から供給された粉体４を造形部２０に搬送するローラ１６が配置されている。ローラ１６は、各ボックス１１、２１及び３１の配列方向とは水平面内で直交する方向、すなわちＸ方向に沿って設けられた回転軸１７を有する。回転軸１７を回転させる図示しないモータも設けられている。プレート２上にはローラ１６をＹ方向に移動させる図示しない機構が設けられている。
【００３３】
排出路部材３１は、図２に示すように、昇降機構２３をよけるために折れるように設けられている。排出路部材３１の下部には、回収ボックス３４が配置されている。排出路部材３１を自重により落下する余剰の粉体が、この回収ボックス３４に回収されるようになっている。
【００３４】
プレート上には、プリントヘッド４１、及びこのプリントヘッド４１をＸ−Ｙ方向に移動させる移動機構２６が設けられている。プリントヘッド４１は、造形部２０において造形ステージ２２上の粉体４にインクを吐出することが可能になっている。
【００３５】
移動機構２６は、開口部２ａのＸ方向での両側でＹ方向に沿って延設されたガイドレール２５、これらのガイドレール２５の１つに設けられたＹ軸駆動機構２８、これらのガイドレール２５の間に架け渡されたＸ軸駆動機構２７を有する。Ｘ軸駆動機構２７にプリントヘッド４１がＸ方向に移動可能に接続されている。また、Ｘ軸駆動機構２７は、ガイドレール２５に沿って、Ｙ軸駆動機構２８によりＹ方向に移動可能となっている。Ｘ軸駆動機構２７及びＹ軸駆動機構２８は、ボールネジ機構、ベルト機構、またはラックアンドピニオン機構等により構成されている。
【００３６】
制御ユニット６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータの機能を備える。また、制御ユニット６０は、前面の上部に配置された表示部６１、及びその下部に配置された入力操作機器６２を有している。入力操作機器６２は、典型的にはキーボードにより構成される。表示部６１は、タッチパネルによる入力デバイスを有していてもよい。
【００３７】
この制御ユニット６０にはＣＴ（Computed Tomography）データが入力される。制御ユニット６０は、入力されたＣＴデータに基づいて、造形物を形成するために、造形ユニット５０の各部の動き及びそのタイミングを制御する。ＣＴデータは、後述するように、例えば、ＣＴヒストグラムのデータ及びＣＴ画像データのうち少なくとも一方のデータである。
【００３８】
図４は、一実施形態に係るプリントヘッド４１を示す図であり、下方から見た斜視図である。
【００３９】
このプリントヘッド４１は、一般的なプリンタ用の構造を備えるものが用いられればよい。例えば、プリントヘッド４１のケース４４内には、複数のインクタンク４５が設けられている。各インクタンク４５は、シアン、マゼンダ及びイエローの各色（以下ＣＭＹという。）のインクを貯溜するタンク４５Ｃ、４５Ｍ及び４５Ｙである。
【００４０】
また、ケース４４内には、例えば透明インク（第１の液体材料）を貯溜するタンク４５Ｔが設けられている。この透明インクは、バインダーの成分を含む。バインダーは、典型的にはポリビニルアルコールが挙げられるが、これに限られない。
【００４１】
上記タンク４５Ｃ、４５Ｍ及び４５Ｙに貯溜された各色のインク（第２の液体材料）には、タンク４５Ｔ内の透明インクに含まれるバインダーの成分は含まれない。各色のインクの材料としては、例えば水性インクが用いられ、市販のインクジェットプリンタ用のインクを用いることも可能である。インクは、粉体４の材料に応じて油性であってもよい。
【００４２】
プリントヘッド４１の下部には、複数のインクジェットヘッド４６が配置されている。これらのインクジェットヘッド４６は、図示しないインクの流路を介して上記各インクタンク４５にそれぞれ接続されている。インクジェットヘッド４６は、ピエゾ型やサーマル型のような公知の機構を利用して、インクを吐出することが可能となっている。インクジェットヘッド４６が用いられることにより、高精細な造形物を形成することができる。
【００４３】
（造形装置の動作）
図５は、造形装置１００の機械的な動作を順に示す図であり、側面から見た模式図である。造形装置１００が造形物の形成する前の段階で、造形の対象となる対象物のＣＴデータが制御ユニット６０に入力される。医療分野では、ＣＴの画像データである３次元画像データは、例えばＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and COmmunication in Medicine）データとして扱われる。造形ユニット５０は、ＣＴデータに基づいて、造形物を１層ずつ積層して形成していく。ＤＩＣＯＭデータは、カラー化された画像データを含んでいてもよく、この場合、造形装置１００は、カラー化された造形物を形成することができる。
【００４４】
図５Ａ〜Ｄでは、後述するように、プリントヘッド４１からインクが吐出されることで粉体４が硬化される層が１層分（所定の層厚分）形成される工程が示されている。粉体４及び未硬化の粉体４がドットのハッチングで示され、硬化層が黒塗りで示されている。
【００４５】
図５Ａに示すように、供給ボックス１１には既に上記のタンクシューター１５から粉体４が供給されて貯溜さている。造形部２０の造形ステージ２２には、硬化層及び未硬化の粉体層が積層された状態となっており、この状態から、硬化層を１層形成する工程が開始される。図５Ａにおいて、ローラ１６及びプリントヘッド４１が示されている位置が、ぞれぞれの待機位置とされる。
【００４６】
まず、図５Ｂに示すように、供給部１０の供給ステージ１２に堆積している粉体４が昇降機構１３（図２参照）により押し上げられ、１層分の粉体層よりも少し過剰な量の粉体４が、プレート２の上面２ｂより高い位置まで供給される。また、造形部２０において、昇降機構２３により造形ステージ２２が降下することで、硬化層及び未硬化の粉体層の上面とプレート２の上面２ｂとの間に、粉体層（硬化層）の１層分の厚みの間隔が設けられる。
【００４７】
図５Ｂにおいて粉体層の１層分の厚みｕは、典型的には、0.1mm〜0.2mm程度であるが、この範囲より大きくてもよいし、小さくてもよい。
【００４８】
図５Ｃに示すように、図５Ｃにおいてローラ１６が反時計回りに回転しつつ、白抜きの矢印の方向に移動することにより、供給部１０から供給された粉体４が搬送される。ここで、ローラ１６の回転方向は、ローラ１６を回転自在にして（ローラ１６の回転軸１７にかかる回転力をフリーにして）白抜きの矢印の方向に移動させたとしたときに、ローラ１６と造形部２０との摩擦によりローラ１６が回転するであろう方向に対して逆の方向である。このようなローラ１６の回転により粉体４が搬送されることで、造形部２０の硬化層及び未硬化の粉体層の上面に設けられた間隔に粉体４が充填されて、均一に均された粉体層が形成される。
【００４９】
図５Ｄに示すように、ローラ１６が造形部２０を通過して、過剰な量の粉体４を排出路部材３１から排出する。そしてローラ１６が待機位置まで戻る動作と連動するように、プリントヘッド４１が移動機構２６の駆動により移動しながら、上記着色された画像を描くようにインクを吐出する。この場合、粉体層に水性インク（カラーインク及び透明インク）が浸透し、インクが吐出された部分の粉体４が互いに接着され、硬化層が形成される。
【００５０】
ここで、粉体を硬化させる（固める）ために、プリントヘッド４１は、バインダーを含む透明インクを吐出する。つまり、着色されたインク（ＣＭＹインク）が吐出された領域と同じ領域に、透明インクが吐出されることにより、着色された粉体の硬化層が形成される。
【００５１】
なお、着色しない硬化層を形成する場合、プリントヘッド４１は、透明インクのみを造形可能領域に選択的に吐出すればよい。
【００５２】
なお、ローラ１６が粉体４を搬送し終えて待機位置に戻った後に、プリントヘッド４１は移動を開始し、インクの吐出を開始させてもよい。しかし、上記のように、ローラ１６の戻り動作の時間帯とプリントヘッド４１の移動動作の時間帯とが重なることにより、処理時間を短縮することができる。
【００５３】
プリントヘッド４１が待機位置まで戻ると、図５Ａに示す状態に戻り、１層分の着色されたＤＩＣＯＭデータに対応する、硬化物が形成される。造形装置１００は、以上のような動作を繰り返すことにより、硬化層が積層されて造形物が形成されていく。
【００５４】
造形物が作業者またはロボットにより取り出された後、造形装置１００とは別の、図示しない加熱装置により造形物が加熱されることで、さらに硬度の高い造形物を得るようにしてもよい。
【００５５】
[本技術に係る造形物の製造方法]
【００５６】
近年では、ＣＴスキャン装置や、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置の普及に伴い、特定個人の患部の画像を取得し、ＰＣ（Personal Computer）の画面上で患部の状態を観察することや、あるいは、整形を行うためのシミュレーションを行うことが一般的になってきている。これらは、手術に際して、手術時間の短縮になることから患者の負担を軽減し、このようなシミュレーションを手術の事前に行うことにより、医者の負担を軽減する等、様々なメリットを有している。さらに、骨等の実物をモデル化したもので、手術前のシミュレーションを行う場合もある。以下では、上記造形装置１００を用いて、そういった患者の患部を含む造形物を製造するための製造方法について説明する。
【００５７】
（例１）
図６は、造形物の一例として、人間の頭部の一部の造形物を示す図である。図７は、図６におけるＡ−Ａ線断面図である。この造形物２００は、ベース部２０１と、ベース部２０１上に形成された硬質部２０２と、硬質部２０２を覆うように形成された軟質部２０３とを有する。ベース部２０１は、もちろん、造形の対象となる対象物（すなわち人間の頭部）には含まれない部分である。
【００５８】
図７に示すように、ベース部２０１と硬質部２０２との間には空洞部２０４が形成されている。つまり、この例に係る造形物２００は、人間の頭部を硬質部２０２（第１の部分）及びそれより柔らかい軟質部２０３（第３の部分）の２種類の異なる材料で表現されている。硬質部２０２は、主に骨部を表現し、軟質部２０３は、主に筋肉、脂肪及び皮膚を表現している。そして、特に、軟質部２０３は可視光を透過させる透過型の材料、つまり透明な材料で形成されている。
【００５９】
図８〜１１は、この造形物２００の製造方法を説明するための図である。コンピュータ（例えば上記造形装置１００の制御ユニット６０）は、例えば図８Ａに示すＣＴヒストグラム、及び、このＣＴヒストグラムのデータに対応するＣＴ画像データを保持している。ＣＴ画像データは、公知の方法により生成され、例えばＤＩＣＯＭデータとして作成される。なお、制御ユニット６０がＣＴ画像データを生成してもよい。
【００６０】
コンピュータは、例えば、図８Ａに示すＣＴヒストグラムにフィルターをかけることで、造形の対象となる対象物の画像を得ることができる。ここで、図１２は、人間の組織のＣＴ値を示す表である。すなわちＣＴ値は、水の硬度を基準値０とし、ＣＴ値が大きいほど、その組織の硬度が高いことを示している。図８Ａのグラフの横軸がＣＴ値であり、縦軸が頻度（量）を示す。
【００６１】
このようにフィルタリングされて得られる画像が、造形の対象となる対象物の画像となる。図８Ａに示す例では、コンピュータは、所定より大きいＣＴ値（グレーで示す部分であり、例えば硬質部２０２の一部である骨部に相当する。）を抽出し、図８Ｂに示すような画像が得られる。そして、造形装置１００は、積層造形技術を用いて、このＣＴ画像データに基づいて、硬質部２０２の一部としての骨部と、後に空洞部２０４とされる領域（第２の領域）に対応する部分である空洞部形成領域２０４’（第２の部分）（図１０Ａ参照）を形成する。硬質部２０２は、後述する溶媒に対して非溶性の性質を持ち、軟質部２０３は、その溶媒に対して可溶性の性質を持つ。
【００６２】
図１０Ａは、その硬質部２０２’及びこの硬質部２０２’に囲まれるように形成された空洞部形成領域２０４’を有する硬化物（ベース部２０１’を含む）を示す断面図である。造形装置１００が硬質部２０２’を形成するにあたり、少なくとも、バインダーを含む透明インクを、造形可能領域のうちこのベース部２０１’も含んだ硬質部２０２’に対応する領域（第１の領域）に供給する。この場合、制御ユニット６０は、骨部（空洞部形成領域２０４’も含む）のＣＴ画像データとベース部２０１とを貼り合わせたデータに基づいて、透明インクを吐出する。この図１０Ａに示す硬化物のうち、ベース部２０１’以外の部分が本体部として機能する。
【００６３】
硬質部２０２’を着色する場合は、造形装置１００は、カラーインクもその第１の領域に吐出する。例えば粉体の主成分が食塩である場合、その食塩の色は白であるため、白い骨部を形成するためにはカラー化の必要はなく、その下地の色である白をそのまま利用することができる。
【００６４】
なお、造形装置１００が図１０Ａに示す硬化物を形成する場合、ベース部２０１’から顔の表面側に向けて積層するようにこの硬化物を形成すればよい。あるいは、造形装置１００は、ベース部２０１が垂直に立設するように、頭側から顎側（またはその逆）に向けて積層するようにこの硬化物を形成してもよい。
【００６５】
また、造形装置１００が空洞部形成領域２０４’を形成するために、バインダーを含まないカラーインクＣＭＹのうちいずれか少なくとも１つを、造形可能領域のうち、この空洞部形成領域２０４’に対応する領域（第２の領域）に供給する。例えば、粉体が、上記したポリビニルピロリドン等の接着剤の機能を有する成分を含んでいれば、そのポリビニルピロリドンが、カラーインクに含まれる水分に溶け、粉体がある程度の接着性を保持する（一時的に接着性を保持する）ようになる。これにより、上記透明インクに含まれるバインダーがカラーインクに含まれなくても、粉体を一時的に硬化させることができる。これにより、空洞部形成領域２０４’が形成される。
【００６６】
なお、図８Ｃは、空洞部２０４が形成された状態の硬化物を示す図である。
【００６７】
次に、図９Ａに示すように、コンピュータは、ＣＴヒストグラムのうち軟質部２０３である肉部（不皮膚部等も含む）を抽出するためのフィルタリングを行い、これにより、図９Ｂに示す画像を得る。コンピュータは、この画像データを用いて例えばブーリアン演算を行うことで、その軟質部２０３が反転された成形型の画像を得る。造形装置１００は、積層造形技術を用いて、この成形型２０５の画像データに基づいて、図９Ｃ及び図１０Ｂに示すような成形型２０５を形成する。この場合、成形型２０５も上記透明インクの供給により形成されればよい。
【００６８】
そして図１０Ｃに示すように、このようにして形成された、図１０Ａに示す硬化物２１０と、図１０Ｂに示す成形型２０５とが合わせられ、これらの間に、粉体とは異なる材料（成形材料）２０３’が供給される。この成形材料２０３’は典型的には熱硬化性樹脂であり、例えばシリコーン樹脂が用いられる。この成形材料２０３’が充填された後、例えば、１５０度の温度、３０分程度の時間で加熱処理が行われることで、その樹脂が硬化する。具体的には、成形型２０５により本体部が覆われるように成形型２０５の枠部がベース部２０１に当接した状態で、成形型２０５に設けられたスプルー２０５ａを介して成形材料２０３’が、硬化物２１０と成形型２０５との間のキャビティに供給される。
【００６９】
その結果、硬質部２０２’の少なくとも一部を覆うように、肉部としての軟質部２０３（第３の部分）が形成される。この例では軟質部２０３を形成するので、成形材料２０３’として、硬化後に得られる硬度が比較的柔らかい材料が用いられるが、造形の対象に応じて成形材料は適宜変更され得る。
【００７０】
スプルー２０５ａは、成形型２０５を積層造形技術により形成する時に同時に形成されてもよい。あるいは、スプルー２０５ａを有しない成形型２０５が積層造形技術により形成され、その後、積層造形技術以外の加工技術によって、その成形型２０５にスプルー２０５ａが形成されてもよい。
【００７１】
空洞部形成領域２０４'には、一時的に硬化された粉体が詰まっている。図１０Ｃに示した成形工程においては、この空洞部形成領域２０４'にある粉体が、この成形材料に対するマスクあるいはスペーサーとして機能する。図１０Ｃに示す断面図で見ると、骨部（硬質部２０２'）にはその骨部の内側と外側が連通していないように見える。しかし、人間の頭蓋骨は、図８Ｂに示すように少なくとも眼球が収められる穴及び鼻腔を形成するための穴を有する。仮に、空洞部形成領域２０４'に粉体がないと、それらの骨部のそれらの穴を介して成形材料が骨部の内側に浸入することになる。
【００７２】
その後、図１１に示すように、成形型２０５により軟質部２０３が形成された後、離型が行われる。
【００７３】
そして、図１０Ｄに示すように、例えばベース部２０１に１つまたは複数の排出穴２０１ａが開けられ、これらの排出穴２０１ａから溶媒が流し込まれる。その溶媒によって、バインダーが含まれないカラーインクの供給により一時的に硬化した粉体が溶解する。溶解された粉体は、排出穴２０１ａから排出される。これにより、図６に示した造形物２００が製造される。
【００７４】
溶媒としては、水、エタノールなどが用いられる。溶媒は、これらに限られず、空洞部２０４を形成するための粉体の一時的に硬化した粉体の硬化物を解除でき、空洞部２０４以外の粉体の硬化状態には影響を与えない材料であれば何でもよい。
【００７５】
以上、本実施形態に係る製造方法によれば、非溶性の部分に囲まれるように設けられた可溶性の部分を溶媒により溶解させることにより、非溶性の部分に囲まれるように設けられた空洞部２０４を有する造形物２００を形成することができる。これにより、この造形物２００の内部に設けられた空洞部２０４を形成することができ、その内部の構造を正確に再現することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、図１０Ａに示す、空洞部形成領域２０４'を含む硬化物２１０が、積層造形技術により一度に形成されるので、容易に空洞部２０４を形成することができ、製造時間の短縮化にも寄与する。
【００７７】
上述のように医者等のユーザーは、造形物の内部の構造が容易に把握できるので、本技術は、手術のシミュレーションや患者への説明等に有用である。
【００７８】
（例２）
次に、図１３〜１７を参照して、他の例に係る造形物の製造方法を説明する。本例２も、上記例１と同様の製造方法である。
【００７９】
図１３Ａ〜Ｃは、人間の顎骨にできた腫瘍を含む造形物を形成するためのＣＴ画像を示す図である。コンピュータは、上記のＣＴヒストグラムを用いて、図１３Ａに示す人間の顎部３０２のＣＴ画像、図１３Ｂに示す腫瘍のＣＴ画像、及び図１３Ｃに示すそれらが合成された画像を生成する。
【００８０】
図１４は、造形装置１００の造形可能領域、すなわち造形ボックス２１の内部の領域を、Ｚ方向で見た断面図である。この硬化物３１０は、板状のベース部３０１’、顎部３０２、腫瘍部３０６及び顎部３０２の内部３０４’を有する。ベース部３０１’、顎部３０２及び腫瘍部３０６が形成される領域は第１の領域であり、バインダーを含むインクの吐出により、同じ粉体材料が硬化することで形成される。顎部３０２の内部３０４’の領域は、後に空洞部３０４が形成される第２の領域である。この顎部３０２の内部３０４’は、バインダーを含まないインクの吐出により、上記ベース部３０１’、顎部３０２及び腫瘍部３０６の材料と同じ粉体材料が一時的に硬化することで、形成される。
【００８１】
この場合、例えば顎部３０２のうち骨部は白、顎部３０２のうち歯は青、顎部３０２のうち神経管や血管は赤、腫瘍部３０６は緑のように、各部に異なる色が着けられる。
【００８２】
図１５は、上記例１と同様に、造形ボックス２１内で形成される、図１４に示した硬化物の表面に肉部を形成するための成形型３０５の硬化物を示す断面図である。このように、積層造形技術により、成形型３０５が形成される。成形型３０５の材料も、硬化物３１０（図１４参照）の粉体材料と同じでよい。次に、図１６に示すように、図１５に示した成形型３０５を用いて、顎部３０２を覆うように肉部が形成される。肉部３０３は、例１と同様に、例えば透明の、樹脂やゴムが用いられる。
【００８３】
そして、図１７に示すように成形型３０５の離型が行われ、ベース部３０１'に開けられた排出穴３０１ａを介して溶媒が注入される。これにより、顎部３０２の内部の硬化物が溶解し、排出穴から溶解された硬化物が排出され、空洞部３０４が形成される。このようにして、図１８に示すように、人の顎部３０２に発生した腫瘍部３０６等を、医者等のユーザーが造形物３００の外側から観ることができる造形物３００を形成することができる。
【００８４】
本実施形態では、造形物３００の内部に設けられた空洞部３０４を形成することができ、その内部の構造を正確に再現することができる。
【００８５】
[その他の実施形態]
【００８６】
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
【００８７】
上記造形装置１００は、粉体材料を用いて積層造形を行う装置としての一例であり、装置の構造は、本技術の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００８８】
上記実施形態では、プリントヘッド４１には、カラーインク用のタンクと、バインダーを含む透明インク用のタンクとが設けられていた。しかし、プリントヘッド４１には、バインダーを含まない透明インク用のタンクが設けられ、空洞部２０４、３０４を形成する領域には、そのバインダーを含まない透明インクが供給されてもよい。
【００８９】
上記実施形態では１つのプリントヘッド４１が設けられたが、複数のプリントヘッドが設けられていてもよい。その場合、バインダーを含まないカラーインク用のインクタンクを備えるプリントヘッドと、バインダーを含む透明インク用のインクタンクを備えるプリントヘッドとが設けられてもよい。
【００９０】
上記実施形態に係るプリントヘッド４１は、複数のインクタンク及び複数のインクジェットヘッドを有した。しかし、プリントヘッドは、複数のインクタンク及び１つのインクジェットヘッドを有していてもよい。
【００９１】
上記実施形態では、バインダーを含む透明インクを、溶媒に非溶性の造形部分を形成するための第１の液体材料とし、バインダーを含まないインクを、溶媒に可溶性の造形部分を形成するための第２の液体材料とした。しかし、溶媒に非溶性の部分を形成するための第１の液体材料と、溶媒により溶解され得る可溶性の第２の部分を形成するための第２の液体材料との違いが、少なくもバインダー成分量（成分比率）の違いであってもよい。すなわち、第１の液体材料は、第１の成分比率でバインダーを含み、第２の液体材料は、第１の成分比率より低い第２の成分比率でバインダーを含んでいてもよい。これら第１及び第２の成分比率は、当業者によって、粉体材料及び溶媒材料に応じて、これら粉体材料及び溶媒材料も含めた種々の組み合わせの材料で設定され得る。
【００９２】
そのほか、プリントヘッドから吐出される液体材料の組成及び粉体材料の組成に、その実質的な機能を変更しないような、本質でない材料が添加されていてもよい。
【００９３】
粉体がバインダー成分を含まず、インクもバインダー成分を含まない場合には、例えば、第２の液体材料として溶媒に可溶性の接着剤を吐出するプリントヘッドが造形装置１００に設けられることにより、空洞部２０４を形成する領域の粉体を硬化させることができる。すなわち、このヘッドは、硬化層を一時的に形成するための接着剤を吐出可能である。
【００９４】
上記実施形態の例１、２では、骨部（及び空洞部２０４、３０４を形成するための部分）が積層造形技術により形成され、肉部が成形型２０５、３０５により形成された。しかし、骨部及び肉部の両方が積層造形技術により形成されてもよい。
【００９５】
上記例１、２に係る造形物は、医療分野で使用される造形物を例に挙げたが、本技術は、工業分野で使用される、機械、装置、部品等を造形の対象とした造形物にも適用され得る。
【００９６】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【００９７】
本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）積層造形技術を用いて、粉体材料が配置される造形可能領域のうち、第１の液体材料を第１の領域に供給し、前記第１の領域の前記粉体材料を硬化させることで、溶媒により溶解されない非溶性の第１の部分を形成し、
積層造形技術を用いて、前記造形可能領域のうち、前記第１の液体材料とは異なる、第２の液体材料を、前記第１の領域に囲まれるように設けられた第２の領域の前記粉体材料に供給し、前記第２の領域の前記粉体材料を硬化させることで、前記溶媒により溶解され得る可溶性の第２の部分を形成し、
前記第２の部分を前記溶媒により溶解させる
造形物の製造方法。
（２）（１）に記載の造形物の製造方法であって、
前記第２の部分を前記溶媒により溶解させる前に、さらに、
造形の対象となる対象物の３次元画像データに基づき、前記造形物のうち前記第１及び前記第２の部分とは異なる第３の部分を形成するための成形型を形成し、
前記成形型と、前記形成された、前記第１の部分及び前記第２の部分を含む硬化物との間に、前記粉体材料とは異なる材料を供給し、これを硬化させることで、少なくとも前記第１の部分の一部を覆う前記第３の部分を形成する
造形物の製造方法。
（３）（２）に記載の造形物の製造方法であって、
前記第３の部分を形成するための材料は、可視光の透過型の材料である
造形物の製造方法。
（４）（１）から（３）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記第１の部分は、前記造形の対象となる対象物には含まれない部分に対応するベース部と、前記ベース部上に形成される、前記対象物に含まれる部分に対応する本体部とを有し、
前記第３の部分を形成する工程では、前記成形型により前記本体部が覆われるように前記成形型が前記ベース部に当接した状態で、前記第３の部分を形成する材料を供給する
造形物の製造方法。
（５）（２）から（４）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記第３の部分が前記第１の部分より柔らかくなるように前記造形物が形成される
造形物の製造方法。
（６）（１）から（５）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
前記第１の液体材料は、バインダーを含む液体材料であり、
前記第２の液体材料は、前記バインダーを含まない液体材料である
造形物の製造方法。
（７）（１）から（６）のうちいずれか１つに記載の造形物の製造方法であって、
積層造形技術において、インクジェットヘッドにより前記第１及び前記第２の液体材料を吐出させる
造形物の製造方法。
（８）  積層造形技術を用いて、粉体材料が配置される造形可能領域のうち、第１の液体材料を第１の領域に供給し、前記第１の領域の前記粉体材料を硬化させることで、溶媒により溶解されない非溶性の第１の部分を形成し、
積層造形技術を用いて、前記造形可能領域のうち、前記第１の液体材料とは異なる、第２の液体材料を、前記第１の領域に囲まれるように設けられた第２の領域の前記粉体材料に供給し、前記第２の領域の前記粉体材料を硬化させることで、前記溶媒により溶解され得る可溶性の第２の部分を形成し、
前記第２の部分を前記溶媒により溶解させる
製造方法により製造された造形物。
【符号の説明】
【００９８】
２１…造形ボックス
２２…造形ステージ
４６…インクジェットヘッド
６０…制御ユニット
１００…造形装置、
２００、３００…造形物
２０１、３０１…ベース部
２０２、３０２…硬質部
２０３…軟質部
２０４…空洞部
２０４’、３０４’…空洞部形成領域
２０５、３０５…成形型
２１０、３１０…硬化物
【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７】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１３】
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【図１８】
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