(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形装置において、
積層方向に連続する２つの前記造形層間に層間空隙を形成する手段を備え、
前記層間空隙を形成する手段は、前記造形液の前記粉体層に対する浸透深さが前記粉体層の厚みに達しない量の前記液滴を吐出させる
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記造形液の前記粉体層に対する浸透深さが前記粉体層の厚みに達しない量は、前記粉体層に対する浸透深さが前記粉体層の厚みの１／２以上になる量である
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記層間空隙を形成しないときには、前記造形液の前記粉体層に対する浸透深さが前記粉体層の厚みを超える量の前記液滴を吐出させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記粉体は、少なくとも中心粒径の異なる２種類の粉体を混合したものである
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項５】
粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を造形し、前記造形層を順次積層して、立体造形物を製造する立体造形物の製造方法であって、
前記造形液の前記粉体層に対する浸透深さが前記粉体層の厚みに達しない量の前記液滴を吐出させて、積層方向に連続する少なくとも２つの前記造形層間の少なくとも一部に層間空隙を形成して、密度が粗い部分を部分的に形成する
ことを特徴とする立体造形物の製造方法。
【請求項６】
粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形装置において、
前記立体造形物の密度を粗くする部分を指示するデータを含む前記造形層の造形データが与えられたときには、当該密度を粗くする部分では、前記造形液の前記粉体層に対する浸透深さが前記粉体層の厚みに達しない量の前記液滴を吐出させて、積層方向に連続する２つの前記造形層間に層間空隙を形成する
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項７】
粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形装置において、
積層方向に連続する２つの前記造形層間に、部分的に、層間空隙を形成する手段を備えていることを特徴とする立体造形装置。
【請求項８】
前記立体造形物がフィルタ部材である
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項９】
前記立体造形物が油含浸軸受部材である
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の立体造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体造形装置、立体造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。これは、例えば、造形ステージに平坦化された金属又は非金属の粉体層を形成し、形成された粉体層に対して造形液をヘッドから吐出して、粉体が結合された薄層の造形層を形成し、この造形層上に粉体層を形成して再度造形層を形成する工程を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。
【０００３】
従来、造形対象物の形状情報及び重量情報と造形材料データベースから取得した１又は複数の造形材料の重量情報とに基づいて、造形対象物と同じ重量の造形物を作製可能な造形材料の粗密の程度を表す充填率又は複数の造形材料の混合比を算出し、算出した充填率又は混合比に従って造形材料を積層させるための造形情報を生成し、造形情報に従って造形材料を積層するものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４０８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、造形材料の粗密の程度を表す充填率を変化させるためにハニカム構造やスポンジ構造になる造形層を形成するのでは、元々の造形データに多くの変更を加えなければならず、最終形態の造形物自体の形状変更が生じるという課題がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で内部に粗密のある立体造形物を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る立体造形装置は、
粉体層に対して造形液の液滴を吐出して前記粉体層の粉体が結合された造形層を順次積層して立体造形物を形成する立体造形装置において、
積層方向に連続する２つの前記造形層間に層間空隙を形成する手段を備え、
前記層間空隙を形成する手段は、前記造形液の前記粉体層に対する浸透深さが前記粉体層の厚みに達しない量の前記液滴を吐出させる
構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構成で内部に粗密のある立体造形物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る立体造形装置の第１例の要部斜視説明図である。
【図２】同じく概略側面説明図である。
【図３】造形部の断面説明図である。
【図４】造形部の斜視説明図である。
【図５】制御部のブロック図である。
【図６】造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態の説明に供する粉体層の粉体の断面説明図である。
【図８】同実施形態で使用している粉体のＳＥＭ写真である。
【図９】同じく体積平均粒径の粒度分布の説明図である。
【図１０】同じく個数平均粒径の粒度分布の説明図である。
【図１１】造形層間の層間空隙を形成して造形層を造形するときの説明に供する模式的説明図である。
【図１２】図１１に続く説明の模式的説明図である。
【図１３】図１２に続く説明の模式的説明図である。
【図１４】図１３に続く説明の模式的説明図である。
【図１５】造形層間の層間空隙を形成して造形層を造形するときの説明に供する模式的説明図である。
【図１６】図１１に続く説明の模式的説明図である。
【図１７】図１２に続く説明の模式的説明図である。
【図１８】図１３に続く説明の模式的説明図である。
【図１９】液架橋力の説明に供する説明図である。
【図２０】層間空隙を形成する造形を行った造形物のＳＥＭ写真である。
【図２１】層間空隙を形成しない造形を行った造形物のＳＥＭ写真である。
【図２２】本発明の第２実施形態の説明に供する粉体層の粉体の断面説明図である。
【図２３】同実施形態で使用している粉体の粒度分布の説明図である。
【図２４】同実施形態による造形物のＳＥＭ写真である。
【図２５】図２４の層間を拡大したＳＥＭ写真である。
【図２６】本発明に係る立体造形物であるフィルタの斜視説明図である。
【図２７】図２６の面Ｓ１における断面説明図である。
【図２８】本発明に係る立体造形物である油含浸軸受の斜視説明図である。
【図２９】図２８の面Ｓ２における断面説明図である。
【図３０】立体造形装置の第２例の要部斜視説明図である。
【図３１】同じく造形の流れと共に説明する造形部の断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る立体造形装置の第１例について図１ないし図４を参照して説明する。図１は同粉体積層造形装置の要部斜視説明図、図２は同じく概略側面説明図、図３は造形部の断面説明図、図４は造形部の斜視説明図である。なお、図３は造形時の状態で示している。
【００１１】
この立体造形装置は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう。）であり、粉体が結合された造形層３０が形成される造形部１と、造形部１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する造形ユニット５とを備えている。
【００１２】
造形部１は、粉体槽１１と、平坦化手段としての回転体である平坦化ローラ（リコータローラとも称される）１２などを備えている。
【００１３】
粉体槽１１は、粉体２０を供給する供給槽２１と、造形物が造形される造形槽２２とを有している。供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に立体造形物が造形される。
【００１４】
供給ステージ２３はモータ２７によって昇降され、造形ステージ２４はモータ２８によって昇降される。
【００１５】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に供給し、平坦化して後述する粉体層３１を形成する。この平坦化ローラ１２は、往復移動機構２５によって、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿う方向である矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能であり、モータ２６によって回転駆動される。
【００１６】
造形ユニット５は、図３に示すように、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する１又は複数の液体吐出ヘッド（以下、「ヘッド」という。）５０を有する吐出ヘッドユニット５１を備えている。
【００１７】
この吐出ヘッドユニット５１には、シアン造形液を吐出するヘッド、マゼンタ造形液を吐出するヘッド、イエロー造形液を吐出するヘッド、ブラック造形液を吐出するヘッド、及びクリア造形液を吐出するヘッドを備える。これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液及びクリア造形液の各々を収容した複数のタンクがタンク装着部５６に装着される。
【００１８】
なお、造形ユニット５には、吐出ヘッドユニット５１をクリーニングするヘッドクリーニング機構（図５のクリーニング装置５５５）なども備えている。
【００１９】
ヘッドクリーニング機構（装置）は、主にキャップとワイパで構成される。キャップをヘッド下方のノズル面に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。ノズルに詰まった粉体の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイピング（払拭）する。また、ヘッドクリーニング機構は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッドのノズル面を覆い、粉体がノズルに混入することや造形液が乾燥することを防止する。
【００２０】
造形ユニット５は、図２に示すように、ガイド部材５２に移動可能に保持されたスライダ部５３を有し、造形ユニット５全体が矢印Ｙ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、後述するモータ５５２を含む走査機構によって造形ユニット５全体が矢印Ｙ方向に往復移動される。
【００２１】
吐出ヘッドユニット５１は、ガイド部材５４、５５で矢印Ｘ方向（主走査方向）に往復移動可能に支持され、後述するモータ５５０を含む走査機構によってＸ方向に往復移動される。
【００２２】
吐出ヘッドユニット５１は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に支持され、後述するモータ５５１を含む昇降機構によってＺ方向に昇降される。
【００２３】
ここで、造形部１の詳細について上述した図３及び図４も参照して説明する。
【００２４】
粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２の２つの上面が開放された槽を備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。
【００２５】
供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。
【００２６】
粉体槽１１の周りには、図４に示すように、上面が開放された凹形状である粉体落下口２９が設けられている（図３では省略）。粉体落下口２９には、粉体層を形成するときに平坦化ローラ１２によって集積された余剰の粉体２０が落下する。粉体落下口２９に落下した余剰の粉体２０は供給槽２１に粉体を供給する図示しない粉体供給部内に戻される。
【００２７】
なお、図１では図示しない粉体供給装置（粉体供給手段、図５の粉体供給装置５５４））は、タンク状をなし、供給槽２１の上方に配置される。造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、タンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。
【００２８】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２へと移送供給して、所定の厚みの粉体層３１を形成する機能を有している。
【００２９】
この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、前述した往復移動機構２５によってステージ面に沿う方向（ステージ面と平行な矢印Ｙ方向）に往復移動される。
【００３０】
この平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動し、これにより粉体２０が造形槽２２上へと移送供給される。
【００３１】
また、図３に示すように、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。
【００３２】
粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向になる状態で配置されている。
【００３３】
本実施形態では、造形部１の粉体槽１１が供給槽２１と造形槽２２の二つの槽を有する構成としているが、造形槽２２のみとして、造形槽２２に粉体供給装置から粉体を供給して、平坦化手段で平坦化する構成とすることもできる。
【００３４】
次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図５を参照して説明する。図５は同制御部のブロック図である。
【００３５】
制御部５００は、この立体造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、画像データ（印刷データ）等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。
【００３６】
制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。
【００３７】
制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
【００３８】
制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。
【００３９】
制御部５００は、吐出ヘッドユニット５１の各ヘッドを駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。
【００４０】
制御部５００は、吐出ヘッドユニット５１を矢印Ｘ方向に移動させるＸ方向走査モータ５５０を駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５を矢印Ｙ方向に移動させるＹ方向走査モータ５５２を駆動するモータ駆動部５１２を備えている。
【００４１】
制御部５００は、吐出ヘッドユニット５１を矢印Ｚ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降モータ５５１を駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。
【００４２】
制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。
【００４３】
制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構２５のモータ２６を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ５５３を駆動する５１６を備えている。
【００４４】
制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する供給系駆動部５１７と、吐出ヘッドユニット５１をクリーニング（メンテナンス、維持回復）するクリーニング装置５５５を駆動するクリーニング駆動部５１８を備えている。
【００４５】
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０からの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
【００４６】
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
【００４７】
主制御部５００Ａは、造形データ作成装置６００から与えられた造形データに立体造形物の密度を粗くする部分を指示するデータが含まれているときには、当該密度を粗くする部分では、造形液１０の粉体層３１に対する浸透深さが粉体層３１の厚みに達しない量の液滴を吐出させて、積層方向に連続する２つの造形層３０，３０間に層間空隙を形成する
制御（動作）を行わせる。
【００４８】
なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。
【００４９】
次に、造形の流れについて図６も参照して説明する。図６は造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。
【００５０】
造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の造形層３０が形成されている。
【００５１】
この造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図６（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３を矢印Ｚ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４を矢印Ｚ２方向に下降させる。
【００５２】
このとき、造形槽２２の粉体層表面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さに相当する。間隔Δｔ１は、数十〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００５３】
次いで、図６（ｂ）に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、平坦化ローラ１２を順方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。1
【００５４】
1
さらに、図６（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させ、図６（ｄ）に示すように、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔ１になる粉体層３１を形成する（平坦化）。粉体層３１を形成後、平坦化ローラ１２は矢印Ｙ１方向に移動されて初期位置に戻される。
【００５５】
ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さΔｔ１の粉体層３１を形成できる。
【００５６】
その後、図６（ｅ）に示すように、吐出ヘッドユニット５１のヘッド５０から造形液１０の液滴を吐出して、次の造形層３０を積層形成する（造形）。
【００５７】
なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５０から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。
【００５８】
次いで、上述した粉体供給・平坦化工程、ヘッドによる造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層を形成する。このとき、新たな造形層とその下層の造形層とは一体化して三次元形状造形物の一部を構成する。
【００５９】
以後、粉体の供給・平坦化工程、ヘッドによる造形液吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。
【００６０】
次に、上記立体造形装置で使用する立体造形用粉末材料（粉体）及び造形液の一例について説明する。なお、以下で説明する粉体及び造形液に限定されるものではない。
【００６１】
立体造形用粉末材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ〜５００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能な水溶性有機材料とを有してなる。
【００６２】
この立体造形用粉末材料においては、基材を被覆する水溶性有機材料が、架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能であるため、水溶性有機材料に架橋剤含有水が付与されると、水溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有水に含まれる架橋剤の作用により架橋する。
【００６３】
これにより、上記立体造形用粉末材料を用いて薄層（粉体層）を形成し、粉体層に架橋剤含有水を造形液１０として吐出することで、粉体層においては、溶解した水溶性有機材料が架橋する結果、粉体層が結合硬化して造形層３０が形成される。
【００６４】
このとき、基材を被覆する水溶性有機材料の被覆量が平均厚みで５ｎｍ〜５００ｎｍであるため、水溶性有機材料が溶解したときに基材の周囲に必要最小量だけ存在し、これが架橋して三次元ネットワークを形成するため、粉体層の硬化は寸法精度良く、かつ、良好な強度をもって行われる。
【００６５】
この操作を繰り返すことにより、簡便かつ効率的に、焼結等の前に型崩れが生ずることなく、寸法精度良く複雑な立体造形物を形成することができる。
【００６６】
このようにして得られた立体造形物は、良好な硬度を有するため、手で持ったり、エアーブロー処理をして余分な立体造形用粉末材料の除去等を行っても、型崩れが生ずることがなく、その後に焼結等を簡便に行うことができる。
【００６７】
そして、上記のようにして形成された立体造形物においては、基材が密に（高充填率で）存在し、水溶性有機材料は基材どうしの周囲に極僅かだけ存在するため、その後に焼結等して成形体（立体造形物）を得たとき、得られた成形体に不要な空隙等は存在せず、外観の美麗な成形体（立体造形物）が得られる。
【００６８】
−基材−
基材としては、粉末ないし粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマー、木材、生体親和材料、などが挙げられるが、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。
【００６９】
金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀などが好適に挙げられ、該ステンレス（ＳＵＳ）鋼としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどが挙げられる。
【００７０】
セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）などが挙げられる。
【００７１】
カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。
【００７２】
ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。
【００７３】
木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。
【００７４】
生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。
【００７５】
これらの材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００７６】
なお、本発明においては、基材として、これらの材料で形成された市販品の粒子ないし粉末を使用することができる。市販品としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊鋼製、ＰＳＳ３１６Ｌ）、ＳｉＯ２（トクヤマ製、エクセリカＳＥ−１５）、ＡｌＯ２（大明化学工業製、タイミクロンＴＭ−５Ｄ）、ＺｒＯ２（東ソー製、ＴＺ−Ｂ５３）などが挙げられる。
【００７７】
また、基材としては、水溶性有機材料との親和性を高める目的等で、公知の表面（改質）処理がされていてもよい。
【００７８】
−水溶性有機材料−
水溶性有機材料としては、水に溶解し、架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであれば、換言すれば、水溶性であって架橋剤によって架橋可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００７９】
ここでは、水溶性有機材料の水溶性は、例えば、３０℃の水１００ｇに水溶性有機材料を１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。
【００８０】
また、水溶性有機材料としては、その４質量％（ｗ／ｗ％）水溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下であるものが好ましく、１〜３５Ｐａ・ｓであるものがより好ましく、５〜３０ｍＰａ・ｓであるものが特に好ましい。
【００８１】
水溶性有機材料の粘度が、４０ｍＰａ・ｓを超えると、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の強度が充分でないことがあり、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生ずることがある。また、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の寸法精度が充分でないことがある。
【００８２】
水溶性有機材料の粘度は、例えば、ＪＩＳＫ７１１７に準拠して測定することができる。
【００８３】
−架橋剤含有水−
造形液である架橋剤含有水としては、水性媒体中に架橋剤を含有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なお、架橋剤含有水は、水性媒体、架橋剤のほか、必要に応じて適宜選択したその他の成分を含有していてもよい。
【００８４】
その他の成分としては、架橋剤含有水を付与する手段の種類、使用頻度や量などの諸条件を考慮して適宜選択することができる。例えば、液体吐出法によって架橋剤含有水を付与する場合には、液体吐出ヘッドのノズルへの目詰り等の影響を考慮して選択することができる。
【００８５】
水性媒体としては、例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、などが挙げられるが、水が好ましい。なお、水性媒体は、水がアルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。
【００８６】
上述した立体造形物用粉末材料及び造形液としての架橋剤含有水を使用することで、粉体（基材）を接着させるためのバインダーを液体吐出ヘッドから吐出する構成に比べて、ノズルの目詰まりが少なく、ヘッドの耐久性が向上する。
【００８７】
次に、本発明の第１実施形態に係る立体造形物の製造方法について説明する。
【００８８】
まず、本実施形態で形成する粉体層及び使用している粉体について図７ないし図１０を参照して説明する。
【００８９】
本実施形態では、粉体２０として、ＳＵＳ３１６を含む粉体（粉末）を使用している。具体的には、上述した山陽特殊製鋼社製のＰＳＳ３１６Ｌ（−２０μｍ）（以下、これを「使用粉体」という。）を使用している。
【００９０】
そして、この使用粉体のＳＥＭ写真を図８に、体積平均粒径の粒度分布を図９に、個数平均粒径の粒度分布を図１０にそれぞれ示している。
【００９１】
体積平均粒径の粒度分布は，乾式の粒子径分布測定装置を用いて測定した（例えば日機装社製マイクロトラックシリーズなど）。この使用粉体の体積平均粒径は約１４μｍ程度であるが、図１０に示すように、比較的微小な粒径（１０μｍ以下，あるいは７μｍ以下）の粉体の個数が多いという特徴がある。
【００９２】
この使用粉体を前記立体造形装置の供給槽２１に供給し、造形層２２に移送供給して１層の厚みを１００μｍとする粉体層３１を形成した。このときの３層分の粉体層３１の粉体２０の断面の様子を図７に模式的に示している。
【００９３】
次に、造形層間の層間空隙（粉体密度が相対的低い領域）を形成して造形層を造形する場合について図１１ないし図１４を参照して説明する。なお、図１１ないし図１４は同説明に供する模式的説明図である。
【００９４】
まず、図１１に示すように、造形液１０の液滴１００を粉体層３１上に吐出させるとき、造形液１０の粉体層３１に対する浸透深さＤ１が粉体層３１の厚みｔに達しない（Ｄ１＜ｔとなる）量の滴量を有する液滴１００を吐出させる。つまり、液滴１００は粉体層３１の表面から深さＤ１まで浸透し、ΔＤ１だけ粉体層３１の下面まで届かない位置で止まる滴量としている。
【００９５】
なお、図１１は３００×３００ｄｐｉ（約８５μｍ相当）のピッチで二次元画像データが生成され、そのデータに基づいて液滴１００を滴下（吐出）させて粉体層３１の表面に着弾させた例である。
【００９６】
ここで、このような滴量は、実験的に求めることができる。すなわち、例えば、ガラス基板上に、粉体を１００μｍの厚さで敷き詰めて液滴を滴下して着弾させる。このとき，液滴を着弾させた面とは反対側の面からカメラで観察することで、液滴が１００μｍの厚さを浸透したか、浸透しないかを判断することができる。そこで、滴量を変化させてこの実験を繰り返すことで、１００μｍの厚さを浸透しきらない滴量を求めることができる。実験では、その量は約２００ｐｌ／滴であったが、これに限られるものでない。
【００９７】
上述したように浸透深さが粉体層の１層の厚みに達しない滴量の液滴を滴下したとき、図１２ないし図１４に模式的に示すように、液架橋力によって粉体（粉末）の再配列が生じる。
【００９８】
すなわち、図１２に示すように、液滴１００が粉体層３１の粉体２０内に滴下されることで，造形液１０による液架橋力によって，粉体（粉末）２０同士がより近接するように粉体２０の再配列が生じる。
【００９９】
その結果、造形液１０が触れている領域の粉体密度が高くなり、一方で造形液１０が触れていない領域の粉体密度が相対的に低くなるので、図１２に破線で示した領域に層間空隙７００が生じる。なお、層間空隙は、造形層と造形層との間の少なくとも一部に隙間を形成する空隙であって、すべてが層間に存在するものに限定されない。
【０１００】
このときの粉体層３１をｎ層目としたとき、図１３に示すように、ｎ層目の粉体層３１上に（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成し、同様に、浸透深さＤ１が粉体層の１層の厚みｔに達しない滴量の液滴１００を吐出する。これにより、図１４に示すように、（ｎ＋１）層目とｎ層目との間にも層間空隙７００が生じる。
【０１０１】
このように、立体造形物のうちの密度を粗くしたい部分には、浸透深さが粉体層の１層の厚みに達しない滴量の液滴を吐出して造形層を造形する。
【０１０２】
これによって、積層方向に連続する２つの造形層３０間に層間空隙７００が形成されるので、立体造形物内に密度が低い領域を選択的に容易に配置することができる。
【０１０３】
次に、造形層間に層間空隙（粉体密度が相対的低い領域）を形成しないで造形層を造形する場合について図１５ないし図１８を参照して説明する。なお、図１５ないし図１８は同説明に供する模式的説明図である。
【０１０４】
まず、図１５に示すように、造形液１０の液滴１００を粉体層３１上に吐出させるとき、造形液１０の粉体層３１に対する浸透深さＤ２が粉体層３１の厚みｔを超える（Ｄ２＞ｔとなる）量の滴量を有する液滴１００を吐出させる。つまり、液滴１００は粉体層３１の表面から深さＤ２まで浸透し、ΔＤ２だけ粉体層３１の下面を通過する位置まで浸透する滴量としている。
【０１０５】
なお、図１５は３００×３００ｄｐｉ（約８５μｍ相当）のピッチで二次元画像データが生成され、そのデータに基づいて液滴１００を滴下（吐出）させて粉体層３１の表面に着弾させた例である。
【０１０６】
なお、このような滴量の求め方は、前述した場合と同様であり、例えば約２４０ｐｌ／滴である。
【０１０７】
この場合でも、下層に造形層３０がないときには、図１６に示すように、液滴１００が粉体２０内に滴下されることで，造形液１０の液架橋力によって、粉体（粉末）同士がより近接するように粉体の再配列が生じる。
【０１０８】
その結果、造形液１０が触れている領域の粉体密度が高くなり、一方で造形液１０が触れていない領域の粉体密度が相対的に低くなり、図１６に破線で示した領域に層間空隙７００が生じる。
【０１０９】
しかしながら、図１６のｎ層目の粉体層３１上に、図１７に示すように（ｎ＋１）層目の粉体層３１を形成し、（ｎ＋１）層目の粉体層３１に浸透深さＤ２が粉体層３１の１層の厚みｔをわずかでも超える滴量の液滴１００を吐出する。これにより、ｎ層目の造形液１０と（ｎ＋１）層目の造形液１０とは、造形液同士の親和性がよいために合一化し、大きな造形液存在領域を形成する。
【０１１０】
その結果、図１８に示すように、ｎ層目の造形層３０と（ｎ＋１）層目の造形層３０の境界においては、層間空隙が形成されない。
【０１１１】
ここで、二つの同径の球径粒子間に作用する液架橋力について図１９も参照して説明する。
【０１１２】
液架橋力Ｆは、例えば「粉粒体の表面化学と付着現象」（近沢正敏・武井孝  日本海水学会誌第４１巻第４号（１９８７））によれば、次の（１）式で表わされる。
【０１１３】
Ｆ＝２πＲｏσ／（１＋ｔａｎα／２）・・・（１）
【０１１４】
ここで、Ｒｏは粉体粒子径（粒径）、σは液体の表面張力、αは図１９に示す角度である。
【０１１５】
一方、粒子の重量は粒子径（粒径）Ｒｏの３乗に比例するので、液架橋力による粒子の移動については，粒径が小さいほど移動しやすいといえる。また、同じ液体の量が多いほど、αが大きくなるために，液架橋力は小さくなる。
【０１１６】
ここで、図２０には層間空隙を形成する造形を行った造形物のＳＥＭ写真を、図２１には層間空隙を積極的に形成しない造形を行った造形物のＳＥＭ写真を、それぞれ示している。
【０１１７】
なお、粉体の体積平均粒径はいずれも同じ約１４μｍである。図２０では層間を明確に判別できるが、図２１では層間を明確に判別できない。なお、焼結後においても、その粗密の分布した内部構造が維持される。
【０１１８】
このように、層間の空隙を滴量によって制御して形成することで、造形物の軽量化を図ることができる。つまり、構造的に強度が不要な箇所は空隙をつくり、強度が必要な箇所は空隙をつくらないことで、造形物全体を必要な強度を確保したまま、軽量化を図ることができる。
【０１１９】
また、造形物の重量バランスを最終製品の重量バランスに近づけることができる。つまり、特に最終製品を製造する前の試作（ラピッドプロトタイピング）の用途などでは、造形物のハンドリング性や、重量バランスを確認する用途があり、この場合、最終製品の重量バランスに近い造形物であることが好ましい。
【０１２０】
なお、従来のように、部分的にハニカム構造や、スポンジ構造、コルゲート構造をとること密度を変えるためには、造形データ（ＳＴＬフォーマットなど三次元データ）自体を予めそのように変更しておかなければならないという問題がある。
【０１２１】
本発明によれば、造形データ自体に変更は必要でなく、液滴の滴量を変更するだけで粗密を形成することができ、更に、同一層内においても、密度を変化させることができる。
【０１２２】
次に、本発明の第２実施形態に係る立体造形物の製造方法について説明する。
【０１２３】
本実施形態では、図２２に示すように、粒径の小さな粉体１２０Ｂと、粉体１２０Ｂより粒径の大きな粉体１２０Ａとを混合した混合粉体１２０、すなわち、中心粒径の異なる少なくとも２種類の粉体を混合した粉体を使用している。例えば、前記山陽特殊製鋼社製のＰＳＳ３１６Ｌ（−１０μｍ）と、ＰＳＳ３１６Ｌ（２０〜５３μｍ）を混合して用いている。
【０１２４】
この混合粉体１２０によって一層の厚さが１００μｍの粉体層３１を形成したときの粉体の様子を図２２に模式的に示している。また、この混合粉体１２０の体積平均粒径の粒度分布を図２３に示しているように、体積平均粒径の中心粒径が２種類存在する。
【０１２５】
そして、本実施形態でも、前記第１実施形態と同様に、造形液１０の液滴１００を粉体層３１上に吐出させるとき、造形液１０の粉体層３１に対する浸透深さＤ１が粉体層３１の厚みｔに達しない（Ｄ１＜ｔとなる）量の滴量を有する液滴１００を吐出させる。つまり、液滴１００は粉体層３１の表面から深さＤ１まで浸透し、ΔＤ１だけ粉体層３１の下面まで届かない位置で止まる滴量としている。
【０１２６】
これにより層間空隙を形成することができる。この場合の造形物のＳＥＭ写真を図２４に示している。図２５は図２４の層間を拡大したＳＥＭ写真である。
【０１２７】
このように、粒径の異なる混合粉体を用いることで、前述した液架橋力Ｆを求める（１）式から、大きな粒径に比べ、小さな粒径のほうが、液架橋力による粒子の移動が顕著に起きるために、より積層間の空隙を作ることが容易になる。
【０１２８】
次に、本発明に係る立体造形物の一例について図２６及び図２７を参照して説明する。図２６は同立体造形物であるフィルタ部材の斜視説明図、図２７は図２６の面Ｓ１における断面説明図である。
【０１２９】
この立体造形物は、セラミックスの粉体を用いて、本発明に係る製造方法で製造した立体造形物を、適正な温度、雰囲気下で焼結して焼結体を得て、フィルタ部材８０１としたものである。
【０１３０】
層間空隙７００を造形物の内部の所定の領域に選択的に持たせることで、方向性、指向性のあるフィルタ部材８０１を造形することができる。
【０１３１】
このとき空隙７００のある領域を、造形物の最外郭よりも若干内側にしておくことで、液体の流れる領域を限定することができ、フィルタ部材８０１外への流体の流出を最小限に抑制することができる。
【０１３２】
次に、本発明に係る立体造形物の他の例について図２８及び図２９を参照して説明する。図２８は同立体造形物である油含浸軸受部材の斜視説明図、図２９は図２８の面Ｓ２における断面説明図である。
【０１３３】
この立体造形物は、金属の粉体を用いて、本発明に係る製造方法で製造した造形物を、適正な温度、雰囲気下で焼結して焼結体を得て、焼結体の空隙に油を含浸させて、油含浸軸受部材８０２としてものである。
【０１３４】
ここでも、空隙７００を設ける領域を、造形物の最外郭よりも若干内側にしておくことで、油の流れ出しを抑制でき、摺動面に選択的に油を偏在させることで、より摺動性、耐久性のよい軸受部材を得ることができる。
【０１３５】
次に、立体造形装置の第２例について図３０及び図３１を参照して説明する。図３０は同装置の要部斜視説明図、図３１は同じく造形の流れと共に説明する造形部の断面説明図である。
【０１３６】
この立体造形装置は、粉体積層造形装置であり、前述した第１例の立体造形装置と同様に、粉体が結合された造形層が形成される造形部１と、造形部１に造形液の液滴を吐出して立体造形物を造形する造形手段としての造形ユニット５とを備えている。
【０１３７】
造形部１は粉体層１１として造形槽２２のみを有し、粉体供給装置から造形槽２２に粉体供給する構成としている。
【０１３８】
造形ユニット５は、吐出ヘッドユニット５１がガイド部材５４、５５で矢印Ｘ方向（これを「主走査方向」とする。）に往復移動可能に支持されている。
【０１３９】
なお、その他の構成は前記第１例の立体造形装置と同様である。
【０１４０】
この立体造形装置では、図３１（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に供給された粉体２０に吐出ヘッドユニット５１のヘッド５０から造形液１０の液滴を吐出して造形層３０を形成する。
【０１４１】
このとき、吐出ヘッドユニット５１を主走査方向に移動させて１スキャン分（１走査領域分）の造形を行い、その後、造形ユニット５を副走査方向（Ｙ１方向）に１スキャン分移動させ、次の１走査領域分の造形を行うことを繰り返して、１層分の造形層３０を造形する。なお、１層分の造形層３０を造形後に造形ユニット５は図３１（ｂ）に示すように副走査方向上流側まで戻される。
【０１４２】
その後、この造形層３０上に次の造形層３０を形成するために造形槽２２の造形ステージ２４を１層分の厚み分だけ矢印Ｚ２方向に下降させる。
【０１４３】
次いで、図３１（ｂ）に示すように、造形槽２２に図示しない粉体供給装置から粉体２０を供給する。そして、平坦化ローラ１２を回転しながら造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面に沿ってＹ２方向に移動させ、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さになる粉体層３１を形成する（平坦化）。
【０１４４】
そして、吐出ヘッドユニット５１のヘッド５０から造形液１０の液滴を吐出して次の造形層３０を形成する。
【０１４５】
このように、粉体層３１の形成と造形液１０の吐出による粉体２０の固化とを繰り返して造形層３０を順次積層して立体造形物を造形する。
【符号の説明】
【０１４６】
１  造形部
５  造形ユニット
１０  造形液
１１  粉体層
１２  平坦化ローラ（平坦化手段、回転体）
１３  粉体除去板
２０  粉体
２１  供給槽
２２  造形槽
２３  供給ステージ
２４  造形ステージ
３０  造形層
３１  粉体層
５１  吐出ヘッドユニット
７００  層間空隙
８０１  流体フィルタ
８０２  油含浸軸受
【図１】
0006458416.tif 000002
【図２】
0006458416.tif 000003
【図３】
0006458416.tif 000004
【図４】
0006458416.tif 000005
【図５】
0006458416.tif 000006
【図６】
0006458416.tif 000007
【図７】
0006458416.tif 000008
【図８】
0006458416.tif 000009
【図９】
0006458416.tif 000010
【図１０】
0006458416.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0006458416.tif 000013
【図１３】
0006458416.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0006458416.tif 000016
【図１６】
0006458416.tif 000017
【図１７】
0006458416.tif 000018
【図１８】
0006458416.tif 000019
【図１９】
0006458416.tif 000020
【図２０】
0006458416.tif 000021
【図２１】
0006458416.tif 000022
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
0006458416.tif 000026
【図２６】
0006458416.tif 000027
【図２７】
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【図２８】
0006458416.tif 000029
【図２９】
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【図３０】
0006458416.tif 000031
【図３１】
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