(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと、該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとを備える３Ｄプリンタを用いた三次元造形物の造形方法であって、
前記フッ素樹脂のメルトフローレートが３０以上７０ｇ/１０分未満であり、
前記ヒータの加熱温度を３５０乃至５００℃、前記ステージの加熱温度を２００乃至３００℃に制御する工程を含む三次元造形物の造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造技術を用いて造形される三次元造形物及びその造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、任意の立体形状の三次元造形物を造形（成形又は製造）できる技術として、三次元データに基づいて流動性材料を固化させる付加製造技術の進展が著しく、その技術は一般に３Ｄプリンタの名称で知られている。
【０００３】
また従来、３Ｄプリンタである三次元造形装置としては例えば材料押出方式（熱溶融押出積層方式）のものが知られている（例えば特許文献１，２）。かかる材料押出方式の三次元造形装置では、熱可塑性樹脂を溶融して積層するだけのシンプルな造形方式、即ち溶融した細い糸状のプラスチック（流動性材料）を一筆書きのように積層することによって所望の三次元造形物を形成することができる。ここで、前記樹脂としては、ＡＢＳ樹脂やＰＬＡ樹脂が主に用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７５１３８８号公報
【特許文献２】特許第３３３３９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の三次元造形装置で用いられる樹脂は、ＡＢＳ樹脂やＰＬＡ樹脂が主であるため、得られた製造物では耐熱性もしくは耐候性はある程度優れているものの耐薬品性等に優れていない。
これに対して、耐熱性と耐候性と耐薬品性等の何れの性能においてもバランス良く優れる樹脂としては例えばフッ素樹脂がある。しかしながら、検討したところ、フッ素樹脂は、溶融温度が高いことや樹脂同士の接着性が悪いなどの特性（困難性）ゆえに、従来の三次元造形装置には未だ適用されていないものと考えられる。
この点に本発明は着目し、付加製造技術を用いてフッ素樹脂を含む三次元造形物及びその造形方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明で創意工夫した点は、３Ｄプリンタ（三次元造形装置）において、フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとの両方の加熱設定温度、及び、フッ素樹脂のメルトフローレートに着目して、これらの連関する各要素の適切な所定範囲を見出した点である。
即ち本発明の三次元造形物は、三次元形状を与える手段として３Ｄプリンタを用いて造形され、フッ素樹脂を含んでなることを特徴とする。
また本発明に係る三次元造形物は、フッ素樹脂を含む所定厚みの層が積層されてなることを特徴とする。
また本発明に係る三次元造形物の造形方法は、フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと、該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとを備える３Ｄプリンタを用いた三次元造形物の造形方法であって、前記フッ素樹脂のメルトフローレートが３０以上７０ｇ/１０分未満であり、前記ヒータの加熱温度を３５０乃至５００℃、前記ステージの加熱温度を２００乃至３００℃に制御する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の三次元造形物及びその造形方法によれば、付加製造技術を用いてフッ素樹脂を含む三次元造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、材料押出方式の三次元造形装置（３Ｄプリンタ）の一般的な印刷ヘッド部分の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、図１に示す印刷ヘッドのヒータの内部構造を模式的に示す説明図である。
【図３】図３（ａ）は、図１に示す印刷ヘッドのノズル先端部分を拡大した説明図であり、図３（ｂ）は、ノズル先端部分から吐出する流動性材料の樹脂温度の変化をステージの設定温度別に表したグラフである。
【図４】図４は、実施例および比較例の評価結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の三次元造形物及びその造形方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。［材料押出方式］
本発明の一実施形態に係る三次元造形物は、所定の付加製造技術により、流動性材料が固化されて三次元の立体形状に造形されてなる造形物（又は成形体）であり、流動性材料として、フッ素樹脂を用いることを特徴とするものである。
そして、本実施形態では、付加製造技術として材料押出方式を用いており、材料押出方式による三次元造形方法において、流動性材料としてフッ素樹脂を適用できるものである。
【００１０】
付加製造技術における材料押出方式は、熱溶解積層法（ＦＤＭ：米国ストラタシス社の登録商標）等とも呼ばれ、造形される立体モデルの三次元ＣＡＤデータを複数の層にスライスして得られる断面群のデータから、各層を形成し、これらの層を一体的に積層して立体的な造形物を製造する技術である。
より詳しくは、材料押出方式では、固体材料を熱溶融した流動性材料をノズルから押出して吐出させつつノズルおよびステージを駆動することにより、流動性材料を所定形状を構成する複数の層状に堆積・積層させ、その後積層状態の流動性材料の各層を融着して固化させることで、所望の三次元造形物を形成するものである。
【００１１】
［三次元造形装置］
本実施形態に係る三次元造形装置は、フッ素樹脂を含んでなる三次元造形物を造形するための装置である。具体的には、図１，２に示すように、本実施形態に係る三次元造形装置１００は、材料押出方式であり、印刷ヘッド部分の構成として、溶融される前の熱可塑性樹脂が棒状・紐状に形成されたフィラメント１ａを搬送する原料送りローラ１０１と、フィラメント１ａを加熱して溶融させるためのヒータ１０２と、ヒータ１０２を冷却する冷却ファン１０３と、ヒータ１０２で溶融されたフィラメント１ａを流動性材料１ｂとして押出しつつ所定の形状に積層させていくノズル１０４と、ノズル１０４から押し出されて層状に積層された流動性材料１ｂを搭載し、所定温度で加熱しつつ流動性材料１ｂの各積層間を融着させて造形物として成形・固化させるステージ１０５とを備えている。
【００１２】
原料送りローラ１０１は、溶融されて流動性材料１ｂとなる前の固化された固体材料が棒状・紐状に形成されたフィラメント１ａを、ヒータ１０２に対して搬送・供給するための搬送手段である。
フィラメント１ａは、流動性材料１ｂが棒状・紐状に固化された固体材料であって、特に図示しないが、リールやスプール等に巻かれてコイル状・糸巻き状に束ねられたフィラメント１ａが、原料送りローラ１１の上流側に配置され、原料送りローラ１１の回転動作に伴って、フィラメント１ａが順次繰り出されてヒータ１０２に搬送・供給されるようになる。
そして、本実施形態では、フィラメント１ａとして備えられる流動性材料１ｂが、フッ素樹脂によって構成されている。
流動性材料１ｂとなるフッ素樹脂については更に後述する。
【００１３】
ヒータ１０２は、原料送りローラ１０１を介して搬送されたフィラメント１ａを加熱して溶融させるための加熱手段であり、原料送りローラ１０１の搬送方向前方側（下流側）に配置されている。
具体的には、図２に示すように、ヒータ１０２は、フィラメント１ａが搬送・通過する流路１０２ａと、流路１２ａ内を通過するフィラメント１ａを加熱するための流路全長に亘って配置されて所定温度に制御可能な加熱手段１０２ｂを備えており、フィラメント１ａは、ヒータ１０２を通過する間に加熱・溶融されて、所定の粘度を有する流動性材料１ｂとなって、ヒータ下側（下流側）のノズル１０４を介して押し出される。
【００１４】
冷却ファン１０３は、ヒータ１０２を冷却する冷却手段であり、ヒータ１０２の上方（上流側）の近傍に配置されている。
ノズル１０４は、ヒータ１０２で加熱されて溶融・溶解されたフィラメント１ａを流動性材料１ｂとして押出しつつ所定の形状に積層させていく造形手段である。
具体的にはノズル１０４およびステージ１０５は、図示しない制御手段・駆動手段によって駆動制御されるようになっており、所定の三次元データ（例えばＣＡＤデータ）に基づいて、予め決定されたパターンで水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）と垂直方向（Ｚ軸方向）に移動して、ノズル先端から押し出されて吐出する流動性材料１ｂを、所定の形状に積層・堆積させる。
【００１５】
ステージ１０５は、ノズル１０４から押し出されて層状に積層された流動性材料１ｂを搭載する平面状のテーブル・搭載手段であるとともに、搭載された流動性材料を所定温度（ステージ設定温度）で加熱して、積層された流動性材料１ｂの各積層間を融着させて造形物として成形・固化させるための加熱・固化手段である。
なお、ステージ１０５は、本実施形態では特に図示していないが、ステージ１５の内部や底面等に備えられる加熱手段の数や出力等を調整することで、所望の設定温度に設定（制御）できるようになっている。
【００１６】
以上のような三次元造形装置の印刷ヘッド１００では、溶融されて流動性材料１ｂとなるフィラメント１ａがヒータ１０２に搬送・供給されることで、ヒータ１０２で加熱・溶融されたフィラメント１ａが流動性材料１ｂとしてノズル１０４の先端から押し出され、ノズル１０４およびステージ１０５が所定の三次元データに基づいて移動されることで、ステージ１０５上において流動性材料１ｂが所定形状の層状に積層され、複数の層が高さ方向に順次積層されていくことで、最終的に三次元造形物が形成されるようになっている。
【００１７】
なお、図１に示した印刷ヘッド１００は、材料押出方式で用いられる三次元造形装置を概念的・模式的に表したもので、実際の装置構成を忠実に表したものではない。
従って、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法を実施する場合には、実際の三次元造形装置の構成や方式，動作，機能などは、図１に示した印刷ヘッド１００に限定されるものではない。
【００１８】
［流動性材料］
次に、本実施形態に係る材料押出方式に係る三次元造形で使用される流動性材料（図１に示した流動性材料１ｂ）について説明する。
本実施形態の流動性材料はフッ素樹脂を含む。
フッ素樹脂は、耐熱性や耐候性，耐薬品性、防塵性等に優れ、これを三次元造形の流動性材料に用いることで、得られる造形物についても耐熱性や耐候性，耐薬品性等の強度を高めることができる。
本実施形態に用いることができるフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（略号：ＰＴＦＥ）を除く、溶融可能なフッ素樹脂で構成することができる。具体的には、かかるフッ素樹脂は例えば、ポリクロロトリフルオロエチレン（三フッ素化樹脂、略号：ＰＣＴＦＥ，ＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（略号：ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニル（略号：ＰＶＦ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（略号：ＥＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（略号：ＥＣＴＦＥ）などで構成され得る。好ましくは、本フッ素樹脂は、耐薬品性に特に優れる全フッ素化樹脂であるペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（略号：ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（略号：ＦＥＰ）で構成され、より好ましくは、耐薬品性だけでなく耐熱性、耐候性及び防塵性にも特に優れるＰＦＡ樹脂で構成され得る。本フッ素樹脂は、上記列挙したフッ素樹脂のうち一又は複数で構成することができる。
また、本フッ素樹脂の融点は３５０℃未満であり、メルトフローレートは３０以上７０ｇ/１０分未満であるように構成される。
なお、フッ素樹脂は上記構成に限定されない。例えば、フッ素樹脂の融点は２５０℃以上３５０℃未満、２７０℃以上３３０℃以下、２８０℃以上３２０℃以下、２９０℃以上３１０℃以下、３００℃近傍で構成可能である。またフッ素樹脂のメルトフローレートの下限は、４０ｇ/１０分以上、５０ｇ/１０分以上、６０ｇ/１０分以上などで構成でき、その上限は、６８ｇ/１０分以下、６５以下などで構成できる。
【００１９】
[造核剤]
樹脂中に粗大な球晶が形成されフッ素樹脂表面の平滑性が失われると、三次元造形物が得られないもしくは成形精度や寸法制度が十分得られない可能性がある。
この点に鑑みて、本実施形態の流動性材料は造核剤をさらに含んで構成される。このように結晶核となる造核剤をフッ素樹脂に与えることで球晶の数を増加させることによって、フッ素樹脂の表面平滑性を保たせることができると共に樹脂同士の接触面積を増やして接着性を向上できる。かかる造核剤は、テトラフルオロエチレンのみを重合させた重合体であってよいし、あるいは、テトラフルオロエチレンに加えて、微量のコモノマーや金属、アンモニウム塩基も共重合させた共重合体であってもよい。
また造核剤の含量は特に限定されないが、例えば造核剤の含量はフッ素樹脂１００質量％に対して、０．０１乃至２０．０質量％、好ましくは０．０１乃至１５．０質量％、より好ましくは０．０１乃至１０．０質量％で構成され得る。
なお、本実施形態の流動性材料は、フッ素樹脂と造核剤のみを含んで構成されるが、この構成に限定されない。例えば、その他実施形態として流動性材料は、フッ素樹脂のみ、又は、フッ素樹脂と造核剤とその他樹脂などを含んで構成されることが可能である。
【００２０】
［三次元造形方法］
次に、以上のようなフッ素樹脂からなる流動性材料を用いて行われる本実施形態の三次元造形方法について説明する。
材料押出方式により三次元造形を行う場合には、まず、三次元造形装置の印刷ヘッド１００の原料送りローラ１０１に、固化されたフッ素樹脂からなるフィラメント１ａをセットし、原料送りローラ１０１の駆動によって、フィラメント１ａをヒータ１０２に対して搬送・供給する（図１参照）。
【００２１】
ヒータ１０２に搬送されたフィラメント１ａは、ヒータ内の流路１０２ａを通過しつつ、流路１０２ａの周囲が流路全長に亘って配置された加熱手段１０２ｂによって加熱され、軟化・溶融する。
ヒータ１０２の加熱手段１０２ｂは、所定の温度に設定（制御）されており（ヒータ設定温度）、加熱手段１０２ｂ（流路１０２ａ）の全長にわたってフィラメント１ａを加熱する。その結果、フィラメント１ａは、流路１０２ａ内に位置している時間だけ、加熱手段１０２ｂによって所定温度（ヒータ設定温度）で加熱されることになる。
【００２２】
ノズル１０４は、ヒータ１０２で加熱されて溶融・溶解されたフィラメント１ａは、流動性材料１ｂとしてノズル１０４から押し出されて吐出し、ステージ１０５上に搭載・積層される。
ノズル１０４およびステージ１０５は、図示しない制御手段・駆動手段によって駆動制御され、所定の三次元データ（例えばＣＡＤデータ）に基づいて、予め決定されたパターンで水平方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）と垂直方向（Ｚ軸方向）に移動される。
その結果、ノズル１０４の先端から押し出されて吐出する流動影材料１ｂを、所定の三次元立体形状に積層・堆積される。
【００２３】
ステージ１０５は、所定の温度に設定（制御）されており（ステージ設定温度）、ノズル１０４から押し出されて層状に積層された流動性材料１ｂは、ステージ１０５上で所定温度（ステージ設定温度）で加熱され、積層された流動性材料１ｂの各積層間が融着されつつ、造形物として成形・固化される。
このようにして、溶融された細い糸状・紐状の流動性材料１ｂが一筆書き状に積層されることを繰り返すことによって、最終的に、所定の三次元造形物が造形・製造されることになる。得られた三次元造形物は、フッ素樹脂を含む所定厚みの層が積層されてなる。所定厚みの複数層における各層は、全て同じ厚さ又は互いに異なる厚さで構成することが可能であり、各層の厚さは特に限定されない。各層の厚さの調整は、原料送りローラの駆動とヒータの設定温度とを適宜制御することで流動性材料の径を調整し、或いは、流動性材料であるフィラメントを径の異なる別のフィラメントに交換することにより実施され得る。
なお、ノズル１０４およびステージ１０５の移動量や移動範囲，移動回数等は、造形する三次元造形物の形状や大きさ、積層厚さ等に応じて任意に設定・変更することができることは言うまでもない。
【００２４】
［設定温度］
上記の通り、本実施形態に係る三次元造形物の造形方法では、熱溶融された流動性材料１ｂとなる固体材料であるフィラメント１ａをヒータ１０２で所定のヒータ設定温度で加熱するようにしてあり、また、ヒータ１０２で溶融された流動性材料１ｂをステージ１０５上で所定のステージ設定温度で加熱しつつ、最終的な造形物を造形するようになっている。
ここで、本実施形態では、ヒータ１０２のヒータ設定温度と、ステージ設定温度は、以下のように設定するようにしてある。
【００２５】
すなわち、固体材料（フィラメント１ａ）の融点ｔ０は、３５０℃未満であり、具体的には２５０℃以上３５０℃未満で構成可能であり、本実施形態の融点ｔ０は３１０℃である。ヒータ１２の設定温度ｔ１は、３５０乃至５００℃であり、好ましくは４００乃至４７０℃であり、より好ましくは４２５乃至４５０℃である。ステージ１５の設定温度ｔ２は、２００乃至３００℃であり、好ましくは２６０乃至２８０℃である。
【００２６】
また、フィラメント１ａが溶融された流動性材料１ｂが搭載されるステージ１０５の温度は、流動性材料１ｂ（固定材料）のガラス転移点温度（Ｔｇ）より低い場合、流動性材料１ｂがステージ１０５上ですぐに固化してしまい、積層状態の流動性材料１ｂの各層間を融着させることができなくなる。但し、ステージ１０５の温度がヒータ１０２の加熱温度よりも高い場合には、流動性材料１ｂは溶融されたまま固化せず、造形物を造形することができなくなる。  
【００２７】
ヒータ１０２の設定温度は、固体材料であるフィラメント１ａを溶融させるために、少なくとも固体材料の融点ｔ０より大きくなければならない。
ただ、その場合に、ヒータ１０２の設定温度が高すぎる場合、例えば固体材料が熱分解するような高温の場合には、固体材料の揮発やコゲなどが発生してしまう。
一方、そのような熱分解が発生しないように、ヒータ１０２を固体材料の融点ｔ０と略同等な温度に設定したとしても、例えば固定材料（フィラメント１ａ）がヒータ１０２（流路１０２ａ）内に留まる滞留時間による影響を受け易いため、フィラメント１ａを十分に溶融・軟化させ難い、あるいは既に溶融した材料に対して不必要な加熱が行われることがあり得る。
【００２８】
そこで、本実施形態では、固体材料を確実かつ迅速に溶融・溶解させて流動性材料１ｂとして吐出できるようにするために、ヒータ１０２の設定温度は、固体材料の融点（３５０℃未満）を超える所定の温度、具体的には３５０℃ないし５００℃となるように設定する。  
【００２９】
なお、上述したように、本実施形態では、ヒータ１０２において所定の加熱温度で所定時間固定材料（フィラメント１ａ）を加熱できるようにするために、ヒータ１０２のフィラメント１ａの搬送方向に沿った長さを、従来の装置よりも長く構成することで、原料の加熱時間の下限を例えば１秒以上、５秒以上、１０秒以上、１５秒以上、２０秒以上などで設定でき、加熱時間の上限を９０秒以下、８０秒以下、７０秒以下、６０秒以下などで設定できる。本実施形態では、かかる加熱時間は６０秒程度となるよう調整される。
【００３０】
ここで、ヒータ１０２及びステージ１０５の設定温度を、ノズル１０４の先端の流動性材料１ｂが押し出される部分の温度を参照して、より具体的に説明する。
図３（ａ）は、本実施形態に係る印刷ヘッド１００のノズル１０４の先端部分を拡大した説明図であり、図３（ｂ）は、ノズル１０４の先端部分から吐出する流動性材料１ｂの樹脂温度の変化を計算により求め、ステージの設定温度別に表したグラフであり、流動性材料１ｂとなるフッ素樹脂としてＰＦＡを用いる場合を示している。
【００３１】
まず、フッ素樹脂であるＰＦＡの融点は約３１０℃である。
したがって、ヒータ１０２の設定温度は、ＰＦＡの融点より高い温度、例えば４００℃に設定する。
また、ヒータ１０２で加熱・溶融された流動性材料１ｂが押し出されて搭載・積層されるステージの設定温度は、２５℃ないし３００℃の範囲で、２５℃，１００℃，２００℃，３００℃と異なる温度に設定する。
そして、この場合に、ヒータ１０２で４００℃で加熱・溶融された流動性材料１ｂがノズル１０４の先端から押し出されたときの、ノズル先端部の樹脂温度を計算する。
【００３２】
その結果、図３（ｂ）に示すように、まず、ステージ１０５の設定温度を２５℃に設定した場合、ノズル１０４の先端から押し出された流動性材料１ｂの樹脂温度は、直後にほぼ２００℃近くまで低下し、その後、０．５秒後にはほぼ５０℃まで低下・冷却された。
また、ステージ１０５の設定温度を１００℃に設定した場合、ノズル１０４先端の樹脂温度はほぼ２５０℃で、その後、０．５秒後には１００℃近くまで低下した。
また、ステージ１０５の設定温度を２００℃に設定した場合、ノズル１０４先端の樹脂温度はほぼ３００℃で、その後、０．５秒後には２００℃近くまで低下した。
【００３３】
一方、ステージ１０５の設定温度を３００℃に設定した場合には、ノズル１４先端の樹脂温度はほぼ３５０℃で、その後、０．５秒後でもほぼ３００℃近となっており、ＰＦＡの融点近傍の温度が維持された。
以上のことから、ステージ１０５の設定温度は、好ましく３００℃として、少なくとも、２２０℃以上とすることにより、流動性材料１ｂのノズル１０４先端部の樹脂温度を融点以上かその近傍に維持することができるようになる。
なお、ステージ１０５の設定温度は、特に図示しないが、ステージ１０５の内部や底面側に備えられる加熱手段の数や出力等を調整することで、所望の設定温度に設定・変更することができる。  
【００３４】
［用途］
以上のようにして造形・製造される本実施形態に係る三次元造形物は、従来の材料押出方式等で造形される立体造形物と同様、各種製品の試作品やサンプル品として製造することができる。
特に、本実施形態では、三次元造形物の材料として上記のようなフッ素樹脂を用いていることから、硬化・完成した成形品は、強度や耐熱性，耐候性，耐薬品性等に優れる。  
【００３５】
本三次元造形物の用途は、特に限定されないが、例えば、半導体製造装置、自動車や航空機等の輸送機械，化学プラント用設備，燃料の貯蔵用・輸送用設備，電子機器，燃料電池，発電装置，民生用品等の各種製品を対象とすることができる。
具体的には、耐熱性や耐候性，耐薬品性等が要求される配管機器部材、例えばバルブ、継ぎ手、ガスケット、パッキンや、半導体製品を製造する際に用いられるクリーン性を要求されるような部材、例えば抑えジグ、搬送装置、ストッカーなどの用途が挙げられる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態に係る三次元造形物及びその造形方法によれば、三次元造形の流動性材料としてフッ素樹脂を用いて、三次元造形物が得られる。
即ち、本実施形態に係る三次元造形物及びその造形方法では、三次元造形装置（３Ｄプリンタ）において、フッ素樹脂を加熱して溶かし出すヒータと該ヒータから溶け出たフッ素樹脂を載置して加熱するステージとの両方の加熱設定温度、及び、フッ素樹脂のメルトフローレートに着目して、これらの連関する各要素の適切な所定範囲を見出し、各要素を適切な所定範囲に設定（制御又は調整）することによって、フッ素樹脂を含む三次元造形物を成形性良く安定的に得ることができる。
そして、造形された造形物はフッ素樹脂の特性により、優れた耐熱性や耐候性，耐薬品性等を有しており、従来にはない新たな三次元造形物を造形・製造することができる。
【００３７】
また、本実施形態に係る三次元造形物及びその造形方法によれば、フッ素樹脂を溶融して積層するだけのシンプルな方式である材料押出方式の付加製造技術を用いることができるため、工程時間が短く、装置構成も簡易なものとすることができ、特に簡易・廉価な３Ｄプリンタやラピッド・プロトタイピング等に好適である。
また、付加造形技術により、バルクからの削り出しによる造形の場合とことなり、造形物をクリーンな状態で造形することができる。
さらに、材料押出方式によれば、複雑な立体形状も一回の成形処理によって造形・製造でき、金型等の設備も一切必要なく、低コストで効率よく迅速に、所望の立体形状をなす造形物を得ることができるようになる。
【００３８】
［実施例］
以下、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法の一実施例を説明する。図４は実施例および比較例の評価結果である。図４中の評価は作製した三次元造形物の造形性であり、「○」は三次元造形物に変形や破損が生じていない良好な成形状態を示し、「△」は三次元造形物の一部に若干変形や破損が生じているが全体として所望形状を担保できる成形状態を示し、「×」は三次元造形物に変形や破損が生じて所望形状を担保できない成形状態又は成形不能を示す。
なお、本発明を以下の実施例により更に説明するが、本発明は下記実施例により何らかの制限を受けるものではない。
［実施例１］
（三次元造形物の作製）
汎用の３Ｄプリンタ（Delta-Microfacotry社製  ＵＰ！Ｐｌｕｓ２)システムを用いて、原料を加熱するノズルヒータ温度を４５０℃、ステージ加熱温度を２８０℃とし、メルトフローレートが６０ｇ/１０分のＰＦＡ樹脂を原料として三次元造形物を作製した際の、三次元造形物の造形性を確認した。
その結果、ノズル先端から溶融した樹脂がステージに定着し、樹脂が積層された三次元造形物を得た。
［実施例２、３］
ノズルヒータ温度を３００℃および５００℃に設定したこと以外は、実施例１と同様に作製した三次元造形物の造形性を確認した。
ノズルヒータ温度が３５０℃の場合は、ノズルからの樹脂吐出量が不足し、ノズルヒータ温度が５００℃の場合は吐出量過多のため、三次元造形物の一部に若干変形や破損が生じていたが全体として所望形状を概ね担保できていた。
［実施例４および５］
ノズルヒータ温度を４５０℃とし、安定して樹脂が吐出するが、ステージ加熱温度が２００℃の場合は、吐出した樹脂の一部が定着せずにはがれてしまい、ステージ加熱温度が３００℃と高い場合は、樹脂の一部が軟化してしまい、いずれも三次元造形物の一部に変形が認められたが全体として所望形状を担保できていた。
［実施例６］
ノズルヒータ温度を４５０℃、ステージ加熱温度を２８０℃に設定しても、樹脂のメルトフローレートが３０g/１０分の場合は、樹脂の吐出量が少なく、三次元造形物の一部に若干変形や破損が生じていたが全体として所望形状を概ね担保できていた。
［比較例１および２］
メルトフローレートが６０ｇ/１０分の樹脂を用い、ステージ温度を２８０℃に設定しても、ノズルヒータ温度が２５０℃では樹脂は全く吐出せず、ノズルヒータ温度が６００℃では樹脂が分解してしまい、樹脂が細い線状に吐出しせず、いずれも三次元造形はできなかった。
［比較例３および４］
メルトフローレートが６０ｇ/１０分の樹脂を用い、ノズルヒータ温度を４５０℃に設定し、安定的に樹脂が吐出できても、ステージ温度が１５０℃では樹脂がステージに全く定着せず、ステージ温度が３５０℃では樹脂がステージ上で再溶融してしまい、いずれも三次元造形はできなかった。
［比較例５および６］
ノズルヒータ温度を４５０℃に設定し、ステージ温度を２８０℃に設定しても、メルトフローレートが２０g/１０分の樹脂を用いた場合は、全く樹脂が吐出せず、メルトフローレートが７０g/１０分の樹脂を用いた場合は、吐出量過多により、いずれも三次元造形はできなかった。
【００３９】
以上、本発明の三次元造形物及びその造形方法について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。
【００４０】
例えば、上述した実施形態においては、本発明に係る三次元造形物及びその造形方法を、流動性材料を熱溶融させる材料押出方式の付加製造技術に適用した場合を例に取って説明したが、本発明は材料押出方式のみに適用されるものではなく、他の方式の付加製造技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１ａ  フィラメント
１ｂ  流動性材料
１００  印刷ヘッド（三次元造形装置）
１０１  原料送りローラ
１０２  ヒータ
１０３  冷却ファンテーブル
１０４  ノズル
１０５  ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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